zdolność pochłaniania CO2 mea

Streszczenie

opisujemy zastosowanie urządzenia do płukania gazowego, w którym Faza gazowa jest przepuszczana do ustalonej ilości absorbentu w standardowych warunkach, jako jednolitą procedurę określania zdolności absorpcyjnej rozpuszczalników. Metoda ta była systematycznie stosowana w celu określenia zdolności pochłaniania CO2 przez MEA () w kilku stężeniach CO2 w fazie wodnej MEA (β) i gazowej. zbliżył się do nominalnej zdolności pochłaniania CO2 przez MEA (720 g CO2/kg MEA) przy bardzo niskim poziomie β, zwiększając się z g CO2/kg MEA, gdy β zmniejszono z 30 do 2.5% (w / w). nie zależał od stężenia CO2 w strumieniu gazu wlotowego, o ile strumień gazu nie zawierał innych wrażliwych na aminy składników. Podczas testów bąbelkowych profile stężenia wylotowego CO2 wykazywały kształt sigmoidalny, który można opisać równaniem wykładniczym charakteryzującym się współczynnikiem sprawności () i współczynnikiem kształtu (). Analiza statystyczna oparta na analizie korelacji wykazała, że we wszystkich przypadkach dane doświadczalne dobrze pasują do równania, gdy a było i było . Wyniki tych eksperymentów można wykorzystać do optymalizacji projektów płuczek do sekwestracji CO2 z gazów spalinowych pochodzących z paliw kopalnych.

1. Wprowadzenie

istnieje kilka zastosowań przemysłowych, w których substancja w fazie ciekłej (rozpuszczalnik) jest używana do selektywnego pochłaniania jednego lub kilku składników (zanieczyszczeń) ze strumienia gazu przechodzącego przez kolumnę pochłaniającą (płuczkę). Jednym z coraz bardziej interesujących zastosowań jest absorpcja CO2 ze spalin pochodzących z paliw kopalnych w elektrowniach cieplnych. CO2 jest najczęściej wytwarzanym gazem cieplarnianym (GHG) w wyniku spalania paliw kopalnych, aby zaspokoić światowe zapotrzebowanie na energię . Działania mające na celu złagodzenie globalnego ocieplenia obejmują sekwestrację CO2 z gazów odlotowych w celu składowania w morzu lub pustych szybach naftowych lub przekształcenia w CO i O2 poprzez sztuczną fotosyntezę . Chociaż technologie te są jeszcze na wczesnym etapie rozwoju, płukanie aminowe stało się preferowaną metodą sekwestracji CO2 . Podczas gdy usuwanie kwaśnych gazów ze strumieni procesowych za pomocą Amin jest dojrzałą technologią, płukanie gazów spalinowych stanowi wiele nowych wyzwań, które wciąż nie zostały odpowiednio spełnione w skali niezbędnej do redukcji emisji gazów cieplarnianych . Techniki płukania na mokro muszą zostać udoskonalone, aby przetwarzać duże ilości gazów spalinowych przy akceptowalnej wydajności cieplnej i minimalnych kosztach .

podjęto szeroko zakrojone prace w celu określenia optymalnej geometrii materiału opakowaniowego, aby poprawić mieszanie hydrodynamiczne i zmaksymalizować przenoszenie masy w celu zminimalizowania rozmiaru i spadku ciśnienia w płuczce . Skuteczność absorpcji lub usuwania (określona w pkt 1), gdzie i są stężeniem zanieczyszczeń wyrażonym jako ułamek molowy na wlocie i wylocie, lub) jest środkiem wyrażającym wydajność płuczki. Kilku autorów błędnie określiło właściwość rozpuszczalnika, mimo że dwie płuczki wykorzystujące ten sam rozpuszczalnik mogą mieć różną skuteczność absorpcji. Rozważ

Zdolność Pochłaniania Amin. Aminy są pochodnymi amoniaku, w których jeden lub więcej atomów wodoru zastępuje się rodnikiem organicznym . Monoetanoloamina (MEA), dietanoloamina (DEA) i metylodietanoloamina (MDEA) są najczęściej stosowanymi aminami w aplikacjach płuczących. Zdolność pochłaniania CO2 przez aminy jest łatwo degradowana przez obecność SO2, NO2, HCl, HF lub O2 w strumieniu gazu. Składniki te tworzą nieodwracalne produkty uboczne, które zmniejszają szybkość reakcji podczas procesu absorpcji i zwiększają złożoność procesu odzyskiwania rozpuszczalnika.

zdolność pochłaniania jest właściwością rozpuszczalnika zdefiniowaną jako maksymalna molowa ilość pochłanianego zanieczyszczenia na mol rozpuszczalnika. Ta właściwość jest używana do określenia odpowiedniego obciążenia (stosunek molowy zanieczyszczenia/rozpuszczalnika) w konstrukcjach płuczki. Niskie obciążenia powodują kolumny o niskiej wydajności pochłaniania, podczas gdy wysokie obciążenia prowadzą do nadmiernego zapotrzebowania na rozpuszczalniki i wysokich kosztów operacyjnych. Zdolność pochłaniania CO2 przez aminy zależy od stężenia rozpuszczalnika, składu strumienia gazu i temperatury roboczej .

aminy są zdolne do chemicznej i fizycznej absorpcji CO2. Absorpcja fizyczna jest kontrolowana przez równowagę termodynamiczną między cząsteczkami CO2 w fazie gazowej i wodnej i jest opisana przez prawo Henry ‘ego: gdzie jest równowagowe ciśnienie cząstkowe składnika w fazie gazowej, ciśnienie całkowite, stała prawa Henry’ ego składnika , stężenie równowagi składnika w fazie gazowej (wyrażone jako ułamek molowy) i stężenie równowagi składnika w fazie ciekłej (wyrażone również jako ułamek molowy).

stałą Henry ‘ ego określa się w zamkniętej komorze o kontrolowanej temperaturze i ciśnieniu poprzez pomiar stężenia równowagi składnika w fazie gazowej i ciekłej za pomocą analizy spektrofotometrycznej lub chromatograficznej . Metoda ta jest odpowiednia dla Systemów poddawanych czystej absorpcji fizycznej, na przykład absorpcji CO2 w H2O. jednak jest nieodpowiednia, gdy rozpuszczalnik wykazuje absorpcję chemiczną, ponieważ metoda nie zapewnia pełnego nasycenia rozpuszczalnika. Badacze stosowali tę metodę od kilku lat, wyrażając swoje wyniki w kategoriach równowagi ciśnienia cząstkowego składnika fazy gazowej i odnosząc się do tych wartości jako rozpuszczalności zanieczyszczenia w rozpuszczalniku. Tong i in. połączone prace eksperymentalne z obszernym przeglądem literatury w celu opisania rozpuszczalności CO2 w 30% (w/w) wodnych roztworach MEA w funkcji temperatury i obciążenia . Dla wygody czytelnika, Rysunek 1 odtwarza wyniki opublikowane. Wyniki te nie mogą być wykorzystane do opisu zdolności absorpcyjnej rozpuszczalnika, ponieważ warunki równowagi, w których zebrano dane, nie zapewniają nasycenia rozpuszczalnika. Ponadto wyniki te nie mogą być wykorzystane do określenia stałej prawa Henry ‘ ego dla systemu MEA-H2O-CO2, ponieważ nie określają ilościowo CO2 pozostającego w formie molekularnej w fazie ciekłej i ponieważ, jak wspomniano wcześniej, system wykazuje absorpcję chemiczną.

Rysunek 1
Rozpuszczalność CO2 w 30% (w/w) wodnych roztworach MEA w 313 K w funkcji obciążenia (Mole CO2 na mol MEA), z Tong et al. .

absorpcja chemiczna opiera się na reakcjach między CO2 a aminą. Donoszono, że absorpcja chemiczna nie zwiększa się znacząco wraz z ciśnieniem . Istnieją dwa podstawowe mechanizmy reakcji Amin (R-NH2) z CO2 :W przypadku zwykłych Amin pierwszorzędowych i drugorzędowych, takich jak MEA i DEA, reakcja (3) przeważa, tworząc stabilny karbaminian (), wymagający 2 moli aminy na mol CO2 i tym samym ograniczający zdolność absorpcyjną aminy do 0,5 mola CO2 na mol aminy, czyli 360 g CO2/Kg MEA. Jednakże nietrwałe karbaminiany mogą hydrolizować tworząc wodorowęglan (), jak opisano w reakcji (4). W tym stanie nominalna zdolność pochłaniania CO2 przez MEA wynosi jeden mol CO2 na mol MEA, czyli 720 g CO2 / Kg MEA. Aminy trzeciorzędowe, takie jak MDEA, ulegają tylko reakcji (4).

fizyczne i chemiczne zdolności absorpcyjne MEA zależą od temperatury, ciśnienia, obecności dodatkowych gazów i wodnego stężenia MEA.

Yeh i Bai zmierzyli zdolność pochłaniania CO2 przez MEA w półciągłym reaktorze składającym się z 60 mm szklanej butelki zawierającej 200 mL rozpuszczalnika. Zdolności absorpcyjne wahały się od 360 do 380 g CO2/kg MEA przy stężeniu MEA wynoszącym 7-35% (w/w) i natężeniu przepływu gazu 2-10 SLPM wynoszącym 8-16% CO2 rozcieńczonego w czystym powietrzu. Temperatura reakcji wahała się od 10 do 40°C. Ostatnio Rinprasertmeechai i wsp. zastosowano reaktor mieszany o pojemności 100 mL zawierający 50 mL 30% (w/w) wodnego stężenia MEA w temperaturze 25°C i ciśnieniu atmosferycznym w celu uzyskania zdolności absorpcyjnej 0,45 mola CO2/mola aminy (324 g CO2/kg MEA) dla symulowanego gazu spalinowego zawierającego 15% CO2, 5% O2 I 80% N2 i płynącego przy 0,05 SLPM. Te dwa dokumenty nie informowały o przepływie gazu wylotowego ani nie usuwały O2 w strumieniu gazu, co doprowadziło do niedoszacowania zdolności pochłaniania CO2 przez MEA. Ostatnio Kim et al. odnotowano zdolność pochłaniania wynoszącą 0,565 moli CO2/mol aminy (407 g CO2/kg MEA) przy użyciu 30% obj.CO2 rozcieńczonego w N2 i stałej prędkości przepływu 1 SLPM monitorowanej za pomocą kontrolera przepływu masowego i chromatografii gazowej w celu określenia stężenia CO2 na wylocie reaktora.

rozbieżności obecne w poprzednich wynikach wynikają z różnic w metodach badań, rozcieńczeniu Amin, temperaturze i ciśnieniu rozpuszczalnika oraz składzie gazu wlotowego i podkreślają potrzebę standardowej metody określania zdolności absorpcyjnej rozpuszczalników. Uzyskane dane doświadczalne są wymagane do optymalizacji projektów płuczek pod kątem sekwestracji CO2 z gazów spalinowych pochodzących z paliw kopalnych. Proponujemy standardową metodę wyznaczania zdolności absorbujących, składającą się z urządzenia do płukania gazowego, w którym substancja w fazie gazowej jest przepuszczana do ustalonej ilości absorbentu w standardowych warunkach. Metodą tą systematycznie określaliśmy zdolność pochłaniania CO2 przez MEA w funkcji stężenia MEA i stężenia CO2 w strumieniu gazu. Krzywe nasycenia uzyskane podczas testów absorpcyjnych wykazywały kształt sigmoidalny, który można opisać za pomocą funkcji wykładniczej charakteryzującej się dwoma parametrami: współczynnikami kształtu i wydajności. Właściwe wykorzystanie tych czynników może prowadzić do bardziej kompaktowych i wydajnych konstrukcji płuczek.

2. Materiały i metody

Rysunek 2 ilustruje metodologię zaproponowaną w celu określenia chemicznej i fizycznej zdolności pochłaniania rozpuszczalników. Urządzenie składa się z instalacji gazowej, w której strumień gazu jest przepuszczany przez stałą ilość absorbentu w standardowych warunkach. Przed testem system jest testowany pod kątem nieszczelności i czyszczony za pomocą gazu obojętnego. Eksperymenty prowadzone są w standardowych warunkach ciśnienia i temperatury (101 kPa, 25°C). Aby zapewnić stałą temperaturę w obecności reakcji egzotermicznych lub endotermicznych, system umieszcza się wewnątrz termostatowanej łaźni wodnej. Reaktor jest stale mieszany, aby zapobiec stratyfikacji lub niejednorodności w reaktorze. Skład i przepływ gazu wlotowego i wylotowego są mierzone przy użyciu dobrze przyjętych metod. Ważne jest, aby przed pomiarem przepływu gazu wylotowego użyć pułapki pary wodnej, aby zapobiec zniekształceniom pomiarowym spowodowanym obecnością wody w strumieniu gazu po procesie bulgotania. Całkowity przepływ gazu przez bubbler powinien być jak najmniejszy (<1 SLPM), aby zapewnić pełną interakcję gazu z rozpuszczalnikiem. Monitorowana jest również temperatura, ciśnienie i stężenie substancji absorbującej. Objętość roztworu w płuczce utrzymuje się na poziomie 0,5 L.

Rysunek 2
proponowane urządzenie do określania zdolności absorbowania elementów fazy gazowej przez absorbery fazy ciekłej.

Tabela 1 opisuje zmienne, które mają być mierzone, oraz zalecane wartości dla zmiennych niezależnych, jak również wymagania dotyczące czujników w zakresie rozdzielczości, zasięgu i metody pomiaru. Należy przeprowadzić kilka badań w celu sprawdzenia odtwarzalności wyników.

zmienna rozdzielczość zakres niepewność
% FS
wrażliwość obserwacje ta praca dla CO2 MEA
skład gazu <0.5% o stężeniu zanieczyszczeń wlotowych 0-100% stężenia zanieczyszczeń wlotowych 0.5 dla CO2 34% (i) stosować dobrze przyjęte metody określania stężenia zanieczyszczeń w strumieniu gazu
(ii) unikać stosowania gazów z trzecimi składnikami, które mogą być również absorbowane przez rozpuszczalnik
(i) 13% CO2, 87% N2
(ii) 21% CO2, 15% CH4, 64% N2
(iii) 100% CO2
przepływ gazu 0,1 SLPM 0-2 SLPM 0.2 52% (i) użyj przepływomierza masowego
(ii) Zapewnij czas przebywania gazu > 60 s
0.1–1.0 SLPM
Temperatura 0.5°C ND 0.5 3% zapewnić stałą temperaturę w zakresie ±2°C w płuczce za pomocą odpowiedniej łaźni wodnej 25 ± 2°C
ciśnienie 1 kPa ND 0.5 10% ND 101,3 kPa
czas 1 s ND 0.5 <1% ND 0-7200 s
rozmiar porów ND ND ND ND 1 µm 1 µm
Rozmiar Bubblera ND ND ND N / D (i) 1 L
(ii) Zapewnij brak przecieków
1 L
ilość rozpuszczalnika w płuczce ND ND ND N/D 0, 5 L 0.5 L
rozcieńczanie rozpuszczalnika 0.5% 0-50% ND Rysunek 3 (i) użyj rozpuszczalnika klasy analitycznej
(ii) ekspresowe rozcieńczenie jako procent masy do masy
0-30% (w / w)
ND: nie zdefiniowano; FS: pełna skala.
Tabela 1
zalecane wartości dla zmiennych, które mają być monitorowane podczas testów bąbelkowych.

metoda została zastosowana do określenia zdolności pochłaniania CO2 przez MEA przy kilku stężeniach w wodzie MEA i stężeniach w gazie CO2.

3. Wyniki

Rysunek 3 przedstawia stężenie molowe CO2 strumienia fazy gazowej na wlocie i wylocie płuczki. Wynika z niego, że przy stężeniu na wlocie wynoszącym 30% CO2 stężenia MEA niższe niż 50% (w/w) nie były w stanie wchłonąć 100% CO2 obecnego w strumieniu gazu. Ta niska sprawność pochłaniania nie jest właściwością rozpuszczalnika MEA, ale raczej cechą aparatury badawczej i wskazuje, że czas przebywania strumienia gazu w płuczce dla niskich stężeń MEA jest zbyt niski, aby uzyskać dokładne pomiary.

Rysunek 3
Ewolucja stężenia molowego CO2 na wlocie i wylocie bubblera w funkcji wodnego stężenia MEA.

3.1. Zdolność pochłaniania CO2 mea

wykorzystując wartości , , , i uzyskane w funkcji czasu podczas testu bulgotania (pokazanego na fig.3), zdolność pochłaniania rozpuszczalnika jest określana przez to, gdzie jest masa cząsteczkowa absorbowanego składnika, jest uniwersalną stałą gazową, jest standardową temperaturą bezwzględną, jest standardowym ciśnieniem, jest czasem i są indeksami wskazującymi początek i koniec procesu nasycenia, jest masą rozpuszczalnika w bubblerze, jest przepływem objętościowym gazu wyrażonym w standardowych warunkach i są wskaźnikami wskazującymi wlot lub wartości wylotowych.

Rysunek 4 to porównanie uzyskanych wartości, danych zgłoszonych w poprzednich pracach oraz nominalnej zdolności pochłaniania CO2 MEA.

Rysunek 4
zdolność pochłaniania CO2 przez MEA dla kilku poziomów wodnego stężenia MEA (), uzyskana metodą bąbelkową. Yeh i Bai używali reaktora z 200 mL rozpuszczalnika i przepływem gazu 2-10 SLPM z 8-16% CO2 rozcieńczonego w czystym powietrzu. Temperatura wahała się od 10 do 40°C. Rinprasertmeechai et al. zastosowano reaktor mieszany zawierający 50 mL 30% (w/w) wodnego stężenia MEA w temperaturze 25°C i z symulowanym gazem spalinowym zawierającym 15% CO2, 5% O2 i 80% N2 i płynącym przy 0,05 SLPM. Kim i in. zastosowano reaktor mieszany z 1 L 30% (w/w) wodnego MEA w temperaturze 25°c z 30% obj.CO2 rozcieńczonym w N2 i natężeniem przepływu 1 SLPM. Wszystkie prace prowadzone były pod ciśnieniem atmosferycznym.

ponad 100 kompletnych zestawów eksperymentów zostało przeprowadzonych przez kilku współpracowników. Stwierdzono, że zdolność pochłaniania CO2 przez MEA jest zależna od stężenia, zwiększając się z g CO2/kg MEA przy zmniejszeniu z 30 do 2,5% (w/w) i logarytmicznie zbliżając się do nominalnej zdolności pochłaniania 720 g CO2/Kg MEA przy bardzo niskich stężeniach. W tabeli 2 wymieniono wartości średnie i zaobserwowany błąd doświadczalny.

Niepewność
% w/w g CO2/kg MEA g CO2/kg MEA
2,5 581,3 32,3
5,0 499,9 37,1
7,5 480,3 12,2
10,0 525,6 14,2
15,0 504,6 16,0
20,0 464,1 11,1
25,0 449,0 15,7
30,0 453,0 16,3
z 95% pewnością.
Tabela 2
zdolność pochłaniania CO2 przez MEA w temperaturze 25°C i 101,3 kPa.

zmiany zdolności pochłaniania CO2 przy rozcieńczeniu rozpuszczalnika były również obserwowane przez Yeh i Bai dla układu NH3/H2O/CO2. Zmiany zdolności pochłaniania CO2 przez MEA ze stężeniem można wyjaśnić, biorąc pod uwagę, że nadmiar wody sprzyja reakcji (4) i że reakcja ta prowadzi do nominalnej zdolności pochłaniania dwukrotnie większej niż uzyskana w reakcji (3). Dlatego niskie stężenia MEA powodują maksymalną absorpcję CO2 kosztem zmniejszenia interakcji między cząsteczkami CO2 i Mea oraz mniejsze prawdopodobieństwo osiągnięcia pełnego nasycenia aminami w rozsądnym czasie. Zmiany w zdolności absorpcyjnej CO2 MEA przy rozcieńczeniu rozpuszczalnika mogą być również spowodowane działaniem solwatacji.

wyniki te definiują wyzwanie technologiczne w tworzeniu optymalnych warunków pracy płuczki. Wysokie stężenia MEA zapewniają 100% skuteczność usuwania, ale zapewniają niską zdolność pochłaniania CO2 i zwiększają ilość MEA wymaganą w procesie. Z drugiej strony niskie stężenia zapewniają wysoką zdolność pochłaniania CO2, ale niską skuteczność usuwania. Możliwe, że sekwencyjny dwuetapowy proces może być najbardziej opłacalnym sposobem osiągnięcia tych przeciwstawnych celów.

Rysunek 4 porównuje również zdolności pochłaniania CO2 mea zmierzone w tych eksperymentach z tymi zgłoszonymi w poprzednich pracach. Chociaż wyniki nie są w pełni porównywalne, ponieważ zostały uzyskane w różnych warunkach, Rysunek 4 pokazuje, że wartości są podobne. Najbardziej istotna różnica w stosunku do Yeh i Bai oraz Rinprasertmeechai et al. była obecność O2 w strumieniu gazu i z Huertas et al. była obecność H2S w strumieniu gazu. Oprócz CO2, MEA może absorbować H2S, SO2 i HCl . MEA ulega degradacji przez obecność O2, NO2, SO2, HCl i HF . Dlatego przy określaniu zdolności pochłaniania CO2 przez MEA ważne jest wyeliminowanie interferencji tych gatunków.

Rysunek 4 pokazuje również, że zdolność pochłaniania była niezależna od stężenia CO2 w fazie gazowej. Stwierdzono, że wniosek ten jest prawdziwy, o ile strumień gazu nie obejmuje wrażliwych na MEA składników, takich jak O2 i H2S.

można argumentować, że wzrost zdolności pochłaniania MEA przy niskich stężeniach wynika z udziału zdolności pochłaniania CO2 przez wodę. Dlatego przeprowadzono zestaw eksperymentów w celu określenia zdolności pochłaniania CO2 czystej wody. Przy zastosowaniu niniejszej metodologii stwierdzono, że woda pochłania 0,3 g CO2/kg H2O, co jest znikomą ilością w porównaniu ze zmianami zdolności absorpcyjnej CO2 obserwowanymi w wodnych roztworach MEA. Ponieważ woda jest zdolna tylko do fizycznej absorpcji CO2, pomiar ten porównano z wartością uzyskaną ze stałej Henry ‘ ego. Dla warunków, w których przeprowadzono eksperyment, stała Henry ‘ ego wynosi 144 MPa, a zdolność pochłaniania CO2 przez wodę w standardowych warunkach wynosi 0.375 g CO2/kg H2O. niniejsza Umowa pokazuje zdolność proponowanej metody do pomiaru zarówno absorpcji chemicznej, jak i fizycznej.

3.2. Charakterystyka procesu nasycenia

Fig. 3 wskazuje, że profile stężenia CO2 na wylocie podczas badań bąbelkowych wykazywały kształt sigmoidalny i mogły być dopasowane do następującego równania: gdzie jest współczynnik efektywności, jest współczynnikiem kształtu, jest czasem i i są indeksami wskazującymi początek i koniec procesu nasycenia. i można otrzymać przez dopasowanie krzywej liniowej, gdy (6) wyraża się w następujący sposób:Współczynniki korelacji uzyskane z dopasowań krzywych dla wszystkich przypadków były bliskie jedności (), co wskazuje, że dane doświadczalne dobrze pasują do (6). Pokazuje to, że proces nasycenia był dobrze reprezentowany przez I i te dwa parametry jednoznacznie charakteryzują zdolność pochłaniania rozpuszczalnika.

Rysunek 5 zawiera wykresy wyników dla i . Można zauważyć, że forma czynnika i współczynnik sprawności nie były zależne od stężenia (i .

(a)
(a)
(b)
(b)

(a)
(a)(b)
(b)

Rysunek 5
wyniki dopasowania krzywej stężenia CO2 do (6). Współczynnik efektywności () jest wykreślony po lewej stronie, a współczynnik kształtu () jest wykreślony po prawej stronie jako funkcja wodnego stężenia MEA. Niebieska pozioma linia wskazuje odpowiednią wartość średnią.

czynniki te można wykorzystać do oszacowania zdolności pochłaniania CO2 przez MEA w dowolnym stężeniu wodnym, do porównania różnych rozpuszczalników i do określenia czasu nasycenia podczas testu bulgotania.

3.3. Analiza czułości

zgodnie z (5), jest funkcją ciśnienia, temperatury, stężenia CO2 w fazie gazowej, objętościowego natężenia przepływu i czasu nasycenia. Stosując równanie składu błędu ((8), gdzie jest wartością bezwzględną pochodnej cząstkowej w odniesieniu do każdej zmiennej niezależnej ) do (5) i biorąc pod uwagę precyzję instrumentów określonych w tabeli 1 () oraz zakres wartości typowo mierzonych przez każdą zmienną (również określonych w tabeli 1), niepewność wartości uzyskanych Dla () jest mniejsza niż 1% zgłoszonych wartości. Stężenie CO2 i przepływ objętościowy miały największy wpływ na wyznaczanie zdolności pochłaniania, a szczególną uwagę należy zwrócić na dokładność i precyzję przyrządów wykorzystywanych do monitorowania tych dwóch zmiennych. Tabela 1 zawiera przybliżony procentowy udział każdej zmiennej w całkowitej niepewności wartości uzyskanych przy zastosowaniu testu bąbelkowego. Rozważ

4. Wnioski

opisano standardowe badanie w celu określenia fizycznej i chemicznej zdolności pochłaniania składników fazy gazowej przez absorbery fazy ciekłej. Składa się z urządzenia do płukania gazem, w którym strumień gazu jest przepuszczany do stałej ilości absorbentu w standardowych warunkach. Analiza wrażliwości wykazała, że skład gazu i przepływ objętościowy są zmiennymi, które mają największy wpływ na wyznaczanie zdolności pochłaniania i należy zwrócić szczególną uwagę na dokładność i precyzję przyrządów wykorzystywanych do ich monitorowania.

metoda ta została zastosowana do określenia zdolności pochłaniania CO2 przez MEA () przy kilku wodnych poziomach stężenia MEA () i gazowych stężeniach CO2. Stwierdzono, że zbliża się do nominalnej zdolności pochłaniania CO2 (720 g CO2/kg MEA) na bardzo niskim poziomie , zwiększając się z g CO2/kg MEA, gdy został zmniejszony z 30 do 2,5% (w/w). Wyniki te zgadzają się z wartościami zgłoszonymi w poprzednich badaniach. Zgodnie z oczekiwaniami zdolność pochłaniania CO2 przez MEA nie zależała od stężenia CO2 w strumieniu gazu wlotowego, o ile strumień gazu nie zawierał innych składników, które mogłyby reagować z aminą, takich jak H2S lub O2.

podczas testów bąbelkowych profile stężenia wylotowego CO2 wykazywały kształt sigmoidalny, który można opisać równaniem wykładniczym zawierającym współczynnik sprawności () i współczynnik kształtu (). Analizy statystyczne oparte na analizie korelacji wykazały, że we wszystkich przypadkach dane doświadczalne dobrze pasują do tego równania, gdy było 6,1 ± 0,35 i było, a zatem te dwa parametry charakteryzują zdolność pochłaniania CO2 MEA w standardowych warunkach.

współczynnik sprawności
zdolność pochłaniania CO2 przez MEA (MEA)
stała składowa Henry ‘ego (kPa)
Masa MEA wewnątrz bubblera (kg)
Masa cząsteczkowa absorbowanego składnika (kg / kmol)
współczynnik kształtu
ciśnienie standardowe (kPa)
równowaga ciśnienie cząstkowe składnika w gas phase (kPa)
Gas volumetric flow expressed at standard conditions (m3/s)
: Universal gas constant (kJ/kmol K)
SLPM: Standardowe litry na minutę
czas (s)
Standardowa temperatura bezwzględna (K)
stężenie równowagi składnika w fazie ciekłej wyrażone jako ułamek molowy
stężenie równowagi składnika w fazie gazowej wyrażone jako ułamek molowy
Ładowanie (Mole CO2 / mol aminy)
wodne stężenie MEA (kg aminy na kg wody)
skuteczność usuwania (%)
indeks odpowiednio dla wlotu i wylotu
indeks wskazujący odpowiednio początek i koniec procesu nasycenia.

konflikt interesów

autorzy oświadczają, że nie ma konfliktu interesów w związku z publikacją niniejszego artykułu.

podziękowania

projekt ten został częściowo sfinansowany przez National and Estate Mexican Council of Science and Technology (CONACYT i COMECYT), The Mopesa Company of México, Global Institute of Sustainability of Tecnológico de Monterrey of Mexico oraz EAN University of Colombia. Autorzy wyrażają również wdzięczność za wkład w tę pracę inżynierów Maryin Rache i Johana Dieza z Narodowego Uniwersytetu Kolumbii.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.