三乙醇胺+哌嗪混合胺液的脱碳性能及配比优选

胺法脱碳以其脱除效果好、能耗低等优点在天然气预处理中得到广泛应用,目前国内外普遍采用以MDEA为主体的复配胺液为吸收剂.本文选取同为叔胺的TEA为主体进行实验研究,在TEA反应机理的研究基础上,选取哌嗪作为添加剂,对三乙醇胺+哌嗪混合胺液进行脱碳性能研究,通过吸收、解吸及酸解实验,对不同配比的三乙醇胺+哌嗪混合胺液的吸收、解吸及循环性能进行了深入地对比分析.实验结果表明,哌嗪的添加量越大,三乙醇胺+哌嗪混合胺液的吸收效果越好,但这一现象会随着哌嗪添加量的增大而不明显.而添加哌嗪对三乙醇胺的解吸性能并无明显改善.     

MDEA活化胺液在天然气预处理工艺中的吸收性能

目前天然气预处理工业中存在各种不同类型的胺液活化剂,不同的胺液活化剂具有各自的优缺点,其中,最常用的是甲基二乙醇胺(MDEA)的活化胺液。本文通过实验研究了以MDEA为主吸收剂,添加5种不同种类胺液活化剂(MEA、DEA、TEA、DETA、TETA)的吸收性能,包括吸收速率、吸收负荷等,并对实验结果进行了对比分析。实验结果表明:在本文实验条件下,MDEA与伯胺、仲胺的混合胺液吸收负荷较高,综合脱碳效果较好;MDEA与烯胺的混合胺液可以显著提高反应速率,但会受到胺液中CO2负荷的影响;TEA吸收速率最慢,不适合做MDEA的活化剂。本文研究内容为混合胺液工业应用提供了技术指导。     

三乙醇胺与烯胺混合胺液脱碳性能及配比优选实验研究

胺法脱碳以其脱除效果好、能耗低等优点在天然气预处理中得到广泛应用。目前国内外普遍采用以甲基二乙醇胺为主体的复配胺液为吸收剂,为适应寻找经济、高效的新型吸收剂的需求,本文选取同为叔胺的三乙醇胺(TEA)为主体进行实验研究,在TEA反应机理的研究基础上,添加二乙烯三胺/三乙烯四胺(DETA/TETA)进行混合胺液的吸收解吸性能分析,对比优选出综合表现较好的混合胺液,考察其不同配比下吸收、解吸及贴近实际生产的循环利用效果,完成配比优选研究。结果表明:添加烯胺后,可大大提高吸收性能,但会降低解吸效果;TEA+DETA吸收和解吸性能优于TEA+TETA;TEA+DETA的优选配比为2.0/1.0和2.4/0.6;经循环实验验证,2mol/L TEA+1mol/L DETA综合效果最佳。     

MDEA复配胺液脱除天然气中H2S性能

为了研究以N-甲基二乙醇胺（MDEA）为主体的MDEA+一乙醇胺（MEA）和MDEA+二乙烯三胺（DETA）两种配方混合胺液脱除H₂S性能,给工业中天然气脱硫配方提供参考和基础数据。利用小型反应釜进行吸收实验,使用单一MDEA胺液进行了工艺参数的筛选,同时考察吸收温度、吸收压力、再生温度对胺液脱除H₂S性能影响,得出升高吸收温度、吸收压力均可在一定程度内提升MDEA胺液的H₂S吸收效果,但当吸收温度过高时会降低胺液的H₂S吸收效果,吸收压力过高会造成脱硫成本的增加,筛选出最优吸收温度50℃,吸收压力5MPa,解吸油浴温度125℃。在优选出的实验工艺参数条件下进行不同添加剂对MDEA胺液脱除H₂S性能影响研究,考察不同配比的MDEA+DETA混合胺液和MDEA+MEA混合胺液脱除天然气中H₂S吸收及解吸性能。通过分析不同配比胺液的吸收负荷、吸收速率及解吸率等指标得出,MDEA单一胺液中添加二乙烯三胺（DETA）、一乙醇胺（MEA）胺液均可提升其H₂S吸收性能但并不利于胺液H₂S解吸性能的提升。性能较优配方为2.4mol/L MDEA+0.6mol/L MEA、2.4mol/L MDEA+0.6mol/L DETA混合胺液。     

TEA混合胺液脱碳性能实验研究

针对吸收法捕集二氧化碳开发新型高效吸收剂对于提高吸收性能意义重大。目前国内外普遍采用以一乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)和甲基二乙醇胺(MDEA)为主体的复配胺液为吸收剂,但对以三乙醇胺(TEA)为主体的混合胺研究较少。TEA的吸收容量大,解吸效果好,经济性优良,其不足在于吸收速率较低。为此,本文在TEA反应机理的研究基础上,保持总胺浓度3 mol×L~(-1)不变,分别添加乙醇胺(MEA)、哌嗪(PZ)、羟基乙基哌嗪(AEP)、羟乙基乙二胺(AEEA)进行混合胺液的吸收解吸性能分析,对比优选出综合表现较好的混合胺液,并进一步考察其不同配比下吸收、解吸效果,完成配比优选研究。结果表明:开发的混合胺相对于纯TEA溶液,吸收性能均显著提高;相对于纯TEA溶液,只有添加了AEP的混合胺液解吸效果有所提高,其余几种均有所下降;TEA+AEP吸收和解吸性能均显著优于其余几种混合液;经实验验证,TEA+AEP的优选配比为1.5 mol×L~(-1):1.5 mol×L~(-1),综合效果最佳。     

天然气脱碳工艺改进

在天然气常规脱碳工艺的基础上研究其改进工艺(一段吸收+闪蒸+汽提)再生工艺,采用活化MDEA配方溶液作为吸收剂,研究2种流程的净化效果、关键参数分析、装置运行能耗,对比2种流程,分析改进流程。结果表明,贫胺液进塔温度和原料气温度提高均不利于天然气脱碳,但在达到净化效果的前提下可以适当增加贫胺液进塔温度来降低装置运行综合能耗;同一工况条件下,一段吸收+(闪蒸+汽提)再生工艺比常规天然气脱碳工艺更节能,若汽提塔采用板式塔,塔板数建议采取5块左右。     

N,N-二乙基乙醇胺(DEEA)溶液CO2吸收解吸性能的实验研究

胺法捕集回收二氧化碳工艺存在的最大缺陷是高吸收速率与低再生能耗不能共存,高效溶剂的开发是解决这一问题的有效途径之一。为筛选出吸收解吸综合性能良好的吸收剂,本文利用溶剂快速筛选实验装置对几种不同醇胺吸收剂进行了实验研究,主要从溶液吸收负载、吸收速率、解吸负载、解吸速率、循环容量及相对再生能耗等方面进行了分析比较,实验结果显示N,N-二乙基乙醇胺(DEEA)溶液表现出较好的CO₂捕获性能。此外,通过溶解度装置、填料吸收塔及再生塔分别对DEEA溶液的平衡溶解度、传质系数及再生能耗进行了实验研究与验证。实验结果表明:增加溶液浓度会降低其CO₂平衡溶解度;增加CO₂分压能增加其CO₂平衡溶解度;增大进料温度能增加溶液在填料塔中的传质系数;提高富液负载及贫液负载会降低溶液的再生能耗。因此,基于其较好的吸收解吸性能,DEEA是一种可以工业化应用的潜在吸收剂。     

水泥窑用混合胺二氧化碳吸收剂的实验研究

本实验以2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP)和二乙烯三胺(DETA)为吸收剂，探究了二者在不同配比下的吸收解吸性能，并与其他醇胺复配，开发出一种高性能混合胺二氧化碳吸收剂。实验发现AMP-DETA二元体系的吸收解吸性能均优于传统的乙醇胺(MEA)溶液，当AMP∶DETA=1∶1时，综合性能最优，物质的量负载为0.73 mol/mol，解吸率为82.99%。在此配比下进行三元复配时，加入哌嗪(PZ)可使吸收剂的初始吸收速率提升38.57%，三乙烯四胺(TETA)可使吸收剂的CO2物质的量负载提升36.99%，而N-甲基二乙醇胺(MDEA)可缩短1/3的解吸时间，从不同维度降低再生能耗。     

有机胺溶液吸收燃煤烟气中CO_2的实验研究

有机胺法是最有效的燃煤烟气CO_2捕集技术之一,本文对MEA、DETA、PZ、PG这4种有机胺溶液吸收与解吸CO_2的性能进行研究,并以MEA为主体吸收剂,添加PZ、PG及DETA这3种活化剂,分别研究其活化效果。结果表明,各种吸收剂对CO_2的吸收速率随反应时间增加而降低,富液再生率随解吸温度提高而增大;单一吸收剂对CO_2的吸收能力DETAPZMEAPG,解吸能力PGPZMEA(或DETA);为达到吸收与解吸的平衡,需将它们复配使用。以MEA为主体吸收剂,添加PZ活化效果最好,MEA-PZ摩尔比为0.7∶0.3时,能较好地满足生产要求。     

燃煤电厂烟气MDEA/PZ混合胺法碳捕集工艺模拟分析

采用混合胺吸收剂替代传统一乙醇胺（MEA）吸收剂是降低有机胺法碳捕集工艺能耗的重要方法。利用Aspen plus软件模拟了以甲基二乙醇胺(MDEA)/哌嗪(PZ)混合胺为吸收剂的燃煤电厂每年百万吨CO₂捕集工艺系统，考察了贫液负荷、MDEA/PZ混合胺浓度、MDEA/PZ比例和解吸压力等因素对解吸塔再沸器热负荷和冷凝器冷负荷的影响。通过对这些影响因素下吸收塔内液相温度分布和CO₂负荷分布变化揭示了MDEA/PZ对CO₂的吸收特性。此外，进一步分析了不同影响因素下解吸塔内气液相CO₂浓度驱动力和气液相级间温度驱动力分布特性，发现了强浓度驱动力和低温度驱动力分布更有利于降低再生能耗。研究表明，由30%MDEA和20%PZ组成的混合胺液在贫液负荷为0.08和解吸压力为2.02×10⁵Pa时，再沸器热负荷和塔顶冷凝负荷分别为2.76GJ/tCO₂和0.60GJ/tCO₂，相比传统MEA吸收剂降低了20.92%和40.0%。     

利用13C NMR技术探究叔胺溶液中HCO3-的生成

利用¹³C NMR技术对CO₂捕获叔胺溶剂进行了碳元素的定量研究,主要考察了对胺溶剂解吸热影响较大的HCO₃^-的生成规律。重点对叔胺分子结构中羟基官能团(-OH)、羟烷基数目、烷基支链及氮原子(N)所连接烷基链大小对胺溶剂生成HCO₃^-的影响。在20℃条件下分别对1 mol·L^-1具有不同CO₂负载的1-二甲基氨基-2-丙醇(1DMA2P)、N-甲基二乙醇胺(MDEA)、3-二甲氨基-1-丙醇(3DMA1P)、二乙氨基-2-丙醇(1DEA2P)、N,N-二乙基乙醇胺(DEEA)、N,N-二甲基乙醇胺(DMMEA)及三乙醇胺(TEA)溶液进行了¹³C NMR测试研究。实验结果显示:在相同浓度的叔胺水溶液中,同一CO₂负载下的叔胺-CO₂-水体系中HCO₃^-的含量顺序为:DMMEA > MDEA>3DMA1P > 1DMA2P > TEA > DEEA > 1DEA2P。通过对各叔胺分子结构中N原子的电子云密度大小及空间位阻效应分析,得出如下结论:3DMA1P分子中-OH官能团离N原子的距离大于其在DMMEA分子中的距离,导致其生成了较少的HCO₃^-;DMMEA分子中N原子上连接的烷基链小于DEEA分子中N原子上的烷基链,导致DMMEA溶液中生成了更多的HCO₃^-;MDEA分子中羟烷基数目少于TEA分子中的羟烷基数目,且MDEA比TEA多了一个甲基,导致MDEA溶液中含有更多的HCO₃^-;3DMA1P相比1DMA2P、DEEA相比1DEA2P分子中都少了一个甲基支链,导致3DMA1P溶液相比1DMA2P溶液、DEEA溶液相比1DEA2P溶液生成了更多的HCO₃^-。     

复配醇胺溶液对CO2的吸收解吸性能及其降解性能

比较了9种不同配方醇胺溶液对CO₂的吸收解吸性能。其中，N-乙基乙醇胺（EMEA）+二乙氨基乙醇（DEEA）+哌嗪（PZ）和2-氨基-2-甲基-1,3丙二醇（AMPD）+哌嗪（PZ）+水（H₂O）两种溶液的吸收解吸的稳定性最佳，平均解吸率高于94.00%。本文对这两种溶液进行了144h热降解和96h氧化降解实验，结果表明热降解后的EMEA+DEEA+PZ溶液的吸收解吸性能稳定性较高，每千克溶液对CO₂的平均吸收量、平均解吸量略有升高，分别升高1.58L、0.35L，平均解吸率下降2.04%；而氧化降解造成每千克EMEA+DEEA+PZ溶液对CO₂的平均吸收量、平均解吸量分别下降0.45L、1.75L，平均解吸率下降2.25%；热降解对于AMPD+PZ+H₂O溶液吸收解吸性能影响较大，造成每千克该溶液对CO₂的平均吸收量、平均解吸量分别下降5.63L、4.03L，平均解吸率升高2.32%；在经过氧化降解之后，每千克AMPD+PZ+H₂O溶液对CO₂的平均吸收量、平均解吸量分别下降1.05L、0.70L，平均解吸率升高0.59%。液质联用分析结果表明，热降解导致EMEA浓度减小了19.67%，AMPD浓度减小了71.89%；氧化降解导致EMEA浓度减小了18.18%，AMPD浓度减小了74.53%。由此说明，EMEA+DEEA+PZ比AMPD+PZ+H₂O具有更佳的抗降解性能。同时，根据电喷雾质谱结果对两种溶液的热降解、氧化降解的机理进行推测，热降解中生成恶唑烷酮类物质，氧化降解则是生成酸类物质。其中，氧化降解对两种溶液都造成了负面影响，而热降解则不然。     

The development of kinetics model for CO2 absorption into tertiary amines containing carbonic anhydrase

CO₂ absorption into aqueous solutions of two tertiary alkanolamines, namely, MDEA and DMEA with and without carbonic anhydrase (CA) was investigated with the use of the stopped‐flow technique at temperatures in the range of 293–313 K, CA concentration varying from 0 to 100 g/m³ in aqueous MDEA solution with the amine concentration ranging from 0.1 to 0.5 kmol/m³, and CA concentration varying from 0 to 40 g/m³ in aqueous DMEA solution with the amine concentration ranging from 0.05 to 0.25 kmol/m³. The results show that the pseudofirst‐order reaction rate (k_{0, amine}; s^?1) is significantly enhanced in the presence of CA as compared with that without CA. The enhanced values of the kinetic constant in the presence of CA has been calculated and a new kinetics model for reaction of CO₂ absorption into aqueous tertiary alkanolamine solutions catalyzed by CA has been established and used to make comparisons of experimental and calculated pseudo first‐order reaction rate constant (k_{0, with CA}) in CO₂‐MDEA‐H₂O and CO₂‐DMEA‐H₂O solutions. The AADs were 15.21 and 15.17%, respectively. The effect of pKa on the CA activities has also been studied by comparison of CA activities in different tertiary amine solutions, namely, TEA, MDEA, DMEA, and DEEA. The pKa trend for amines were: DEEA > DMEA > MDEA > TEA. In contrast, the catalyst enhancement in amines was in the order: TEA> MDEA> DMEA> DEEA. Therefore, it can be seen that the catalyst enhancement in the amines decreased with their increasing pKa values. © 2017 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 2017     

MDEA-PZ复合胺溶液吸收烟气中CO2实验研究

采用搅拌实验装置,研究不同摩尔配比的MDEA-PZ复合胺溶液对烟道气中CO2的吸收和解吸性能,揭示了吸收速率、吸收量与吸收时间、pH值、电位之间的内在联系;对CO2初始逸出温度、试液再生温度、再生率、再生pH值下降率进行了分析。结果表明,MDEA—PZ二元复合体系吸收效果优于单组分MDEA、PZ的吸收效果。MDEA—PZ复合胺溶液摩尔配比为0．5：0．5时,吸收效果最佳,吸收量约为0．8mol·L^-1;CO2初始逸出温度最低,为54℃;再生温度最低,为102℃;再生率最高,为88．61％;再生pH值下降率最低,为11．39％。MDEA-PZ复合体系的两种组分之间存在正交互作用。     

MEA—MDEA复合胺溶液吸收烟气中二氧化碳实验研究

采用搅拌实验装置,对MEA-MDEA不同配比的复合胺溶液吸收和解吸模拟烟道气中二氧化碳特性进行研究,揭示了吸收速率、吸收容量和酸碱度与时间之间的内在联系,并与目前工业应用较广的MEA、DEA溶液进行了对比分析;对CO2初始逸出温度,试液再生温度,试液再生率,再生pH值下降率进行了细致记录分析。实验结果表明,0．5mol／LMEA-0．5mol／LMDEA是MEA—MDEA复合胺体系中最佳配比溶液。     

MEA-MDEA复合胺溶液吸收烟气中二氧化碳实验研究

采用搅拌实验装置,对MEA-MDEA不同配比的复合胺溶液吸收和解吸模拟烟道气中二氧化碳特性进行研究,揭示了吸收速率、吸收容量和酸碱度与时间之间的内在联系,并与目前工业应用较广的MEA、DEA溶液进行了对比分析;对CO2初始逸出温度,试液再生温度,试液再生率,再生pH值下降率进行了细致记录分析。实验结果表明,0.5 mol/L MEA-0.5 mol/L MDEA是MEA-MDEA复合胺体系中最佳配比溶液。     

Comprehensive evaluation and sensitivity analysis of regeneration energy for acid gas removal plant using single and activated-methyl diethanolamine solvents

The absorption of acid gas using reactive amines is among the most widely used types of capturing technologies. However, the absorption process requires intensive energy expenditure majorly in the solvent regeneration process. This study simultaneously evaluated the regeneration energy of MDEA and PZ/MDEA solvents in terms of heat of absorption, sensible heat, and vaporization heat. Aspen Hysys version 8.8 simulation tool is applied to model the full acid gas removal plant for the chemical absorption process. The new energy balance technique presents around the absorption and desorption columns to bring a new perspective of energy distribution in the capturing of acid gas plants. Sensitivity analysis of regeneration energy and its three contributors is performed at several operation parameters such as absorber and stripper pressures, lean amine circulation rate, solvent concentration, reflux ratio, and CO₂ and H₂S concentrations. The results show that the heat of absorption of PZ/MDEA system is higher than that for MDEA system for the same operating conditions. The sensible heat is the main contributor in the required regeneration energy of MDEA solvent system. The simulation results have been validated against data taken from real plant and literature. The product specifications of our simulation corroborate with real plant data in an excellent approach; additionally, the profile temperature of the absorber and the stripper columns are in good agreement with literature. The overall results highlight the direction of the effects of each parameter on the heat of absorption, sensible heat, and vaporization heat.