張 宇, 高建民, 馮冬冬, 劉 奇, 杜 謙, 孫 銳, 吳少華
(哈爾濱工業(yè)大學(xué) 能源科學(xué)與工程學(xué)院, 哈爾濱 150001)
碳化液組成對(duì)溶析結(jié)晶過(guò)程的影響
張宇, 高建民, 馮冬冬, 劉奇, 杜謙, 孫銳, 吳少華
(哈爾濱工業(yè)大學(xué) 能源科學(xué)與工程學(xué)院, 哈爾濱 150001)
摘要:為解決當(dāng)前氨法脫碳技術(shù)中存在的再生能耗高、氨逃逸、反應(yīng)后期吸收率低等弊端,提出一種溶析法強(qiáng)化低碳化度氨水結(jié)晶工藝. 低碳化度氨水結(jié)晶可以使吸收速率維持在較高水平,采用晶體產(chǎn)物進(jìn)行熱解再生,既可以實(shí)現(xiàn)再生能耗的降低,又可以解除再生能耗對(duì)于氨水濃度的限制,可以解決當(dāng)前氨法脫碳技術(shù)中存在的問(wèn)題. 采用半連續(xù)鼓泡反應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行基礎(chǔ)研究,分析不同實(shí)驗(yàn)工況對(duì)于碳化液組成的影響,以及不同碳化液組成對(duì)溶析結(jié)晶過(guò)程的影響,考察試驗(yàn)工況對(duì)結(jié)晶收率的影響. 結(jié)果表明,不同試驗(yàn)工況下產(chǎn)生的碳化液對(duì)結(jié)晶收率有很大的影響. 吸收溫度為20 ℃,氣體流量為2 L/min,CO2體積分?jǐn)?shù)為28%以及氨水質(zhì)量濃度為10%有利于結(jié)晶過(guò)程.
關(guān)鍵詞:二氧化碳捕集;溶析法;再生;鼓泡反應(yīng)器;收率
全球變暖日益明顯,將導(dǎo)致全球范圍內(nèi)有關(guān)環(huán)境、科學(xué)、經(jīng)濟(jì)以及政治等一系列相關(guān)問(wèn)題[1],而CO2作為對(duì)溫室效應(yīng)影響最大的氣體物質(zhì)[2]得到廣泛關(guān)注. 化學(xué)吸收法是行之有效的碳捕集技術(shù)[3-4],氨法脫碳技術(shù)作為化學(xué)吸收法的一種,具有吸收劑不易被氧化降解,較高CO2吸收載荷[5],能耗遠(yuǎn)低于Mono Etobaccool Amine(MEA)[6],無(wú)腐蝕性問(wèn)題,且有望實(shí)現(xiàn)各酸性氣體的聯(lián)合脫除[7]等優(yōu)點(diǎn). 氨法捕集CO2因其獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)和廣闊的研究前景而被眾多研究者所青睞. 但是該技術(shù)尚存在如下問(wèn)題:1)氨逃逸問(wèn)題,Corti等[8]使用Aspen PlusTM模擬加壓氨水脫碳系統(tǒng),在氨水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%~4%時(shí),系統(tǒng)尾部煙氣中NH3體積分?jǐn)?shù)達(dá)0.4%~1.2%,且隨著氨水濃度的增大,氨的逃逸量會(huì)進(jìn)一步增大. 2)吸收速度慢,雖然氨水吸收CO2的吸收速率比較高,但是反應(yīng)后期由于水解速度慢造成整個(gè)過(guò)程吸收速率均降低. 在室溫條件下,乙醇胺吸收CO2平均反應(yīng)速率比氨法高9倍左右,氨法吸收速率要低于羥乙基乙二胺(AEEA)、二乙烯三胺(DETA)及吡嗪酰胺(PZ)等其他吸收劑的反應(yīng)速率[9-10]. 由實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知,CO2的氨水吸收速率跟液相NH3濃度的二次方成正相關(guān)關(guān)系[11]. 3)能耗高. Yeh[12]等認(rèn)為,以當(dāng)前熱再生技術(shù)為標(biāo)準(zhǔn),經(jīng)過(guò)再生的吸收劑其吸收效率及擔(dān)載能力并不理想,尚不能達(dá)到“高效脫除”及“低損失循環(huán)”的要求.
針對(duì)以上問(wèn)題,本文提出了低碳化度氨水強(qiáng)化結(jié)晶工藝. 當(dāng)碳化氨水達(dá)到0.45時(shí),將其引入到結(jié)晶器中,通過(guò)添加溶析劑的方法強(qiáng)化碳化液結(jié)晶. 經(jīng)過(guò)固液分離裝置分離,晶體被送至再生塔進(jìn)行解吸,解吸后的混合氣體經(jīng)過(guò)氨碳分離裝置進(jìn)行分離,NH3被分離出來(lái)與固液分離裝置分離后的溶液一起送回吸收裝置中作為吸收劑循環(huán)使用. 晶體被送至再生塔進(jìn)行解吸,解吸后的混合氣體經(jīng)過(guò)氨碳分離裝置進(jìn)行分離,NH3被分離出來(lái)送回吸收裝置中作為吸收劑循環(huán)使用.
1實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及測(cè)量方法
1.1試驗(yàn)系統(tǒng)
新工藝以250 mL洗氣瓶作為鼓泡反應(yīng)器的主體. 配氣裝置由N2與CO2氣瓶組成,產(chǎn)生一定配比的模擬煙氣,通入恒溫水浴中的反應(yīng)器,然后依次經(jīng)兩次水洗處理尾氣后,排入大氣. 經(jīng)過(guò)碳化后的富液以及晶體產(chǎn)物由去離子水溶解后由自動(dòng)滴定儀進(jìn)行滴定分析. 1.2液相分析
采用上海精密科學(xué)儀器有限公司雷磁儀器廠生產(chǎn)的ZDJ-5型自動(dòng)滴定儀. 滴定過(guò)程中電腦會(huì)記錄整個(gè)過(guò)程的pH值和pH值的變化率(Exponent Rate of Change,ERC),并根據(jù)變化率給出滴定過(guò)程的平衡點(diǎn)[13].
2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
實(shí)驗(yàn)參數(shù)如下:水浴溫度30 ℃,氨水質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%,氣體流量1 L/min,吸收液體積100 mL,CO2的體積分?jǐn)?shù)14%,碳化時(shí)間2 h. 每組實(shí)驗(yàn)選取的碳化液為5 mL,添加方式默認(rèn)為反添加(將碳化液加入到溶析劑中).
2.1不同反應(yīng)溫度產(chǎn)生碳化液的結(jié)晶規(guī)律
2.1.1反應(yīng)溫度對(duì)于吸收過(guò)程的影響
溶液中N只存在于游離氨以及各類(lèi)銨根離子中,而C全部來(lái)源于CO2的吸收過(guò)程,因此溶液中C、N的含量可以表征溶液中含碳離子以及游離氨和各類(lèi)銨離子的多少. 由圖1發(fā)現(xiàn),溫度對(duì)于碳化液的影響是雙面的,隨著溫度的升高,碳化液中氨以及各類(lèi)銨鹽的含量越來(lái)越少,意味著氨逃逸量越來(lái)越多. 溫度對(duì)氨逃逸的作用主要體現(xiàn)在以下方面:首先,作用于游離氨的離子化程度,如圖1所示,隨著溫度的上升,離子化程度變大,導(dǎo)致游離氨數(shù)量減少,解吸速率下降;其次,溫度可以影響氣液平衡. 溫度升高,導(dǎo)致亨利系數(shù)變大[19],在氨濃度相同時(shí),平衡分壓增大,將導(dǎo)致傳質(zhì)推動(dòng)力增大,使傳質(zhì)速率變大,促使液相氨不斷逃逸到氣相.
圖1 碳化液中碳氮含量隨反應(yīng)溫度的變化
從圖1中可知,當(dāng)反應(yīng)溫度為30 ℃時(shí),其捕碳量最高,這與馬雙忱等[20]的研究結(jié)果一致. CO2的吸收效果隨著溫度的升高總體上呈上升趨勢(shì),因?yàn)榉磻?yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓為正值,隨著溫度升高反應(yīng)向吸收CO2的方向進(jìn)行. 但氨逃逸量隨著溫度的升高呈增加趨勢(shì),因此高溫時(shí)雖然吸收效果好,但由于氨逃逸量增加,使得后期有效吸收劑減少,造成反應(yīng)后期對(duì)CO2的吸收量下降. 反應(yīng)溫度為30 ℃既能滿(mǎn)足吸收效率,又可以將氨逃逸量控制在一定范圍內(nèi),所以此時(shí)對(duì)CO2的捕集效果更好.
2.1.2反應(yīng)溫度對(duì)于后期結(jié)晶過(guò)程的影響
由圖2可見(jiàn),20 ℃水浴溫度下結(jié)晶中碳和氮的含量均明顯高于其他兩者. 主要原因是40 ℃水浴溫度時(shí),由于溫度高造成氨大量逃逸,使得碳化液中氨分子以及相應(yīng)銨鹽減少,對(duì)于結(jié)晶過(guò)程相當(dāng)于溶質(zhì)濃度較低,造成結(jié)晶較少,當(dāng)碳化液中有足夠的氨分子不斷水解補(bǔ)充因結(jié)晶而減少的銨離子時(shí),會(huì)使結(jié)晶出來(lái)的銨根離子增多,符合實(shí)驗(yàn)所得趨勢(shì). 由2.1.1可知,30 ℃水浴溫度對(duì)于CO2的吸收有一定促進(jìn)作用,因此在30 ℃水浴條件下產(chǎn)生的碳化液中含碳離子要高于其他條件時(shí),因此晶體中含碳量高于40 ℃水浴條件下晶體中含碳量. 與20 ℃水浴條件下碳化液比較,由于其CO2吸收量差距較小,但是碳化液中氨及各銨離子差距較大,在兩者的綜合作用下,導(dǎo)致20 ℃水浴溫度條件下結(jié)晶中含碳量高于其他工況.
圖2不同水浴溫度下產(chǎn)生碳化氨水結(jié)晶中含碳、氮量隨溶析劑量的變化
如圖3可見(jiàn),不同水浴溫度下碳化氨水碳和氮的收率隨溶析劑量的變化情況與結(jié)晶中含碳量和含氮量的變化大體相同. 不同水浴溫度下,產(chǎn)生的碳化液中含碳離子和含氮離子的量不同,因此只有進(jìn)一步比較碳和氮的收率才能更準(zhǔn)確的分析結(jié)晶過(guò)程. 當(dāng)碳化液的捕碳量相差不多時(shí),碳化液中氨分子以及氨類(lèi)離子量的增多,對(duì)于結(jié)晶有促進(jìn)作用. 陰離子含量相近,陽(yáng)離子增多使得溶質(zhì)的質(zhì)量增多,促進(jìn)結(jié)晶,而氨分子又可以不斷水解補(bǔ)充陽(yáng)離子的消耗,因此可以進(jìn)一步促進(jìn)結(jié)晶.
圖3不同水浴溫度下碳化氨水中碳、 氮收率隨溶析劑量的變化
2.2不同氣體流量產(chǎn)生碳化液的結(jié)晶規(guī)律
2.2.1氣體流量對(duì)于吸收過(guò)程的影響
圖4為不同煙氣流量條件下溶液吸收CO2的量以及游離氨和含氨離子總量隨氣體流量的變化. 模擬煙氣流量與CO2吸收量呈正相關(guān)趨勢(shì),但是在氣體流量從1.5 L/min上升到2.0 L/min的過(guò)程中,其吸收量的上升趨勢(shì)變緩,因?yàn)榇鬅煔饬髁繋?lái)大量CO2,可以在一定程度上促進(jìn)吸收. 煙氣流量主要在氣液兩相之間的接觸效果方面起作用[21],表現(xiàn)在以下方面:首先由于煙氣流量變大, CO2與吸收劑之間兩相接觸時(shí)間變小,阻礙反應(yīng)的進(jìn)一步進(jìn)行;其次是由于氣體流量變大,使得氣體在液相造成強(qiáng)烈湍動(dòng),易于CO2吸收過(guò)程的進(jìn)行. 與此同時(shí),氣體流量的上升使得單位時(shí)間進(jìn)入吸收液的CO2量增大,進(jìn)一步強(qiáng)化了CO2的吸收過(guò)程.
圖4 碳化液中碳氮含量隨氣體流量的變化
氣體流量對(duì)于氨逃逸的影響主要體現(xiàn)在以下方面:首先,由于煙氣流量增大,加快了反應(yīng)中氣相的更新,不斷將已經(jīng)逃逸出來(lái)的氨氣帶走,使得氣相的氨氣分壓降低,使液相到氣相的傳質(zhì)推動(dòng)力增大,因此加速了氨的逃離;其次,煙氣流量增大,使得氣流攜帶能力增強(qiáng),在相同時(shí)間內(nèi)攜帶出來(lái)的氨量增多. 但由于氣體流量增大也會(huì)使CO2的吸收量增大,使得溶液中游離氨降低,產(chǎn)生銨離子,在一定程度上固定了氨,降低了液相氨的分壓,所以在一定程度上又降低了傳質(zhì)推動(dòng)力. 因此由上述因素綜合作用使得溶液中游離氨和含氨離子隨煙氣流量的增多呈先上升后下降的趨勢(shì).
2.2.2氣體流量對(duì)于后期結(jié)晶過(guò)程的影響
由圖4可以發(fā)現(xiàn),隨著氣體流量的增大,碳化液中碳酸根離子不斷增大. 由圖5可見(jiàn),碳化液中碳酸根離子不斷增多促進(jìn)結(jié)晶進(jìn)程,使得以結(jié)晶形式析出的含碳離子量跟碳化液中含碳離子含量成正比關(guān)系. 隨著氣體流量的增大,含碳離子的結(jié)晶量不斷變大. 由于吸收CO2的增多,使得液中游離氨減少,離子狀態(tài)氨增多,一方面可以起到對(duì)于氨的固定作用,另一方面銨根離子和含碳離子的增多使得碳化液中溶質(zhì)質(zhì)量增多,促進(jìn)結(jié)晶析出. 因此,氨以及銨根離子析出量的趨勢(shì)如圖5所示,在不同溶析劑加入量的條件下,高氣體流速工況下產(chǎn)生碳化氨水的銨根離子等的析出量均高于其他兩種氣體流速的工況.
由上面分析可知,在1.5 L/min氣體流量條件下碳化氨水產(chǎn)生結(jié)晶中碳的含量高于1.0 L/min. 但是,如圖6可見(jiàn),對(duì)于結(jié)晶過(guò)程中碳收率來(lái)說(shuō)前者卻低于后者. 氣體流速為2.0 L/min時(shí),雖然碳化氨水中總碳量很高,其碳收率也是最高的. 由于3種工況下碳化液中銨根離子等的含量相差不多,所以與圖6相差無(wú)幾. 當(dāng)吸收劑等其他工況相同時(shí),高氣體流量工況下產(chǎn)生的碳化液對(duì)于結(jié)晶過(guò)程有促進(jìn)作用. 但是對(duì)于碳和氮的結(jié)晶收率來(lái)說(shuō)其影響因素還有待進(jìn)一步研究.
圖5不同氣體流速下產(chǎn)生碳化氨水結(jié)晶中含碳、氮量隨溶析劑量的變化
圖6 不同氣體流速下碳化氨水碳、氮收率隨溶析劑量的變化
2.3不同體積分?jǐn)?shù)的CO2模擬煙氣產(chǎn)生碳化液的結(jié)晶規(guī)律
2.3.1對(duì)吸收過(guò)程的影響
如圖7所示,隨著模擬煙氣中CO2體積分?jǐn)?shù)變大,CO2的吸收量逐漸變大. 模擬煙氣中CO2所占百分比主要作用于吸收過(guò)程中氣相的CO2分壓力,影響氣相CO2向液相傳質(zhì)過(guò)程. 因此,隨著模擬煙氣中CO2體積分?jǐn)?shù)的變大,CO2在氣相的分壓也越來(lái)越大,增大了氣液兩相的傳質(zhì)推動(dòng)力,使得吸入液相中的CO2增多. 吸收液中的氨隨著煙氣中CO2體積分?jǐn)?shù)的增大而增大,也就是說(shuō)在一定程度上抑制了氨逃逸.
2.3.2對(duì)后期結(jié)晶過(guò)程的影響
由上面分析可知,隨著模擬煙氣中CO2氣體分?jǐn)?shù)的增多,碳化液中含碳離子和游離氨以及銨根離子的量均升高,使得溶質(zhì)量增多,結(jié)晶過(guò)程直接推動(dòng)力增大,使得結(jié)晶出的含碳離子和含氮離子均增多. 與圖8所描述的變化一致. 從圖8中同樣可以發(fā)現(xiàn),模擬煙氣CO2體積分?jǐn)?shù)高時(shí)所產(chǎn)生碳化液對(duì)于含碳離子結(jié)晶的影響是直接的,其影響作用要高于對(duì)含氨離子的結(jié)晶情況,因?yàn)镃O2體積分?jǐn)?shù)的升高,碳化液中碳的升高量高達(dá)59.3%,而對(duì)于碳化液中游離氨以及銨根離子的提高僅為29.7%.
圖7碳化液中碳氮含量隨著煙氣中CO2體積分?jǐn)?shù)的變化
圖8不同CO2體積分?jǐn)?shù)條件下產(chǎn)生碳化氨水結(jié)晶中碳氮含量隨溶析劑量的變化
不同體積分?jǐn)?shù)CO2的煙氣對(duì)于結(jié)晶過(guò)程中碳和氮收率的影響比較復(fù)雜,見(jiàn)圖9.
圖9不同CO2體積分?jǐn)?shù)條件下產(chǎn)生碳化氨水碳、氮收率隨溶析劑量的變化
由圖9可知,當(dāng)加入溶析劑的量最大時(shí),高CO2體積分?jǐn)?shù)煙氣條件下產(chǎn)生碳化液碳和氮的收率很高,但是在其他溶析劑量的工況下, 高CO2體積分?jǐn)?shù)煙氣條件下產(chǎn)生碳化液對(duì)于碳和氮的收率沒(méi)有明確的促進(jìn)效果,主要原因是CO2體積分?jǐn)?shù)的升高導(dǎo)致碳化液中碳的升高量高達(dá)59.3%,使得少量的溶析量無(wú)法使溶析結(jié)晶效果發(fā)揮充分.
2.4不同氨水濃度產(chǎn)生碳化液的結(jié)晶規(guī)律
2.4.1不同氨水濃度對(duì)于吸收過(guò)程的影響
如圖10所示,隨著氨水濃度的升高,CO2的吸收量增多,吸收液中游離氨以及含氨離子同時(shí)增多. 原始吸收液的氨濃度高,游離氨的量也高,游離氨的增多有利于反應(yīng)正向移動(dòng),促進(jìn)了CO2的吸收過(guò)程,同時(shí)提高了CO2的吸收速率以及整個(gè)吸收過(guò)程的吸收量. 但是,由于高氨水濃度使得液相的游離氨增多,使得氨在液相的分壓升高,液相到氣相傳質(zhì)推動(dòng)力增大,促進(jìn)了氨逃逸,造成吸收劑的浪費(fèi),因此綜合考慮,對(duì)于吸收過(guò)程來(lái)說(shuō)不建議選取過(guò)高氨水濃度的吸收劑[22].
圖10 碳化液中碳、氮含量隨著氨水質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化
2.4.2不同氨水濃度對(duì)于后期結(jié)晶過(guò)程的影響
如圖11所示,隨著氨水濃度的升高,結(jié)晶中碳和氮的含量均呈上升趨勢(shì),主要原因是吸收液濃度升高促進(jìn)了CO2的吸收過(guò)程,使溶質(zhì)量升高,混合溶劑中過(guò)飽和度增大,結(jié)晶過(guò)程得到促進(jìn),因此析出結(jié)晶中碳氮含量均增大.
圖11不同氨水質(zhì)量分?jǐn)?shù)條件下產(chǎn)生碳化氨水結(jié)晶中碳、氮含量隨溶析劑量的變化
比較圖12與圖11可發(fā)現(xiàn),結(jié)晶中含碳氮量的變化趨勢(shì)與結(jié)晶過(guò)程碳和氮收率呈完全相反的變化,碳和氮的收率均隨著氨水濃度的升高而降低. 主要原因是隨著氨水濃度的升高,在相同反應(yīng)時(shí)間內(nèi),吸收劑未得到充分反應(yīng). 具體原因如下[23]:氨基甲酸銨(NH4COONH2)、碳酸銨((NH4)2CO3)、碳酸氫銨(NH4HCO3)分別為氨水與CO2反應(yīng)過(guò)程中的產(chǎn)物. 當(dāng)碳擔(dān)載度低時(shí),溶液主要存在的是氨基甲酸銨(NH4COONH2),隨著碳擔(dān)載度的進(jìn)一步提高,溶液中碳酸氫銨(NH4HCO3)和碳酸銨((NH4)2CO3)含量逐漸提高. 氨基甲酸銨(NH4COONH2)在水溶液和乙醇溶液中的溶解度均高于碳酸氫銨(NH4HCO3)和碳酸銨((NH4)2CO3),因此氨基甲酸銨在水和乙醇的混合吸收劑中的溶解度也要高于其他兩種產(chǎn)物,由此可見(jiàn)碳化程度高有利于結(jié)晶過(guò)程. 因此高氨水濃度的吸收液在同樣的反應(yīng)時(shí)間內(nèi)其碳的擔(dān)載度比較低,不利于結(jié)晶.
圖12不同氨水質(zhì)量分?jǐn)?shù)條件下產(chǎn)生碳化氨水碳、氮收率隨溶析劑量的變化
3結(jié)論
1) 在較低的吸收溫度條件下,可以有效地控制氨的逃逸量,可以在一定程度上提高CO2的吸收. 從結(jié)晶過(guò)程來(lái)看,低吸收溫度使得液相氨以及各類(lèi)含氨離子高于其他工況,可以促進(jìn)結(jié)晶過(guò)程,建議吸收溫度為20 ℃.
2) 高氣體流量有利于CO2的吸收,但當(dāng)氣體流量過(guò)大時(shí)又會(huì)在一定程度上增加氨逃逸. 高氣體流速可以使得碳化液碳化程度升高,而高碳化度的碳化液有利于后期的結(jié)晶過(guò)程.
3) 高CO2體積分?jǐn)?shù)工況既可以促進(jìn)CO2的吸收過(guò)程,使捕碳量增多59.3%,同時(shí)又可以起到對(duì)于氨的固定作用. 高CO2體積分?jǐn)?shù)工況下產(chǎn)生的碳化液,有利于結(jié)晶過(guò)程. 在溶析劑充分多的情況下,高CO2體積分?jǐn)?shù)工況下產(chǎn)生碳化液對(duì)于碳和氮的收率有促進(jìn)作用.
4) 高濃度氨水作為吸收劑在相同反應(yīng)時(shí)間內(nèi),促進(jìn)結(jié)晶,但是對(duì)于結(jié)晶碳和氮收率,其趨勢(shì)卻恰恰相反.
參考文獻(xiàn)
[1] GEORGIOS A, PAUL C. Global warming and carbon dioxide through sciences[J]. Environ Int, 2009(35): 390-401.
[2] ZHAO B T, Su Y X, Tao W W, et al. Post-combustion CO2capture by aqueous ammonia: A state-of-the-art review[J]. International Journal of Greenhouse Gas Control, 2012(9): 355-371.
[3] TOBIESEN F A, JULIUSSEN O, SVENDSEN H F. Experimental validation of a rigorous desorber model for CO2post-combustion capture[J]. Chemical Engineering Science, 2008, 63(10): 2641-2656.
[4] CHEN E. Carbon dioxide absorption into piperazine promoted potassium carbonate using structures packing[D]. Austin: the University of Texas at Austin, 2007.
[5] YEH A C, BAI H. Comparison of ammonia and monoethanomine solvents to reduce CO2greenhouse gasemissions[J]. The Science of the Total Environment, 1999(228):121-133.
[6] 晏水平,方夢(mèng)祥,張衛(wèi)風(fēng),等. 煙氣中CO2化學(xué)吸收法脫除技術(shù)分析與進(jìn)展[J]. 化工進(jìn)展, 2006(9):1018-1024.
[7] KIM Y J,YOU J K,HONG W H,et al.Characteristics of CO2absorption into aqueous ammonia[J].Separation Science Technology,2008,43(4):766-777.
[8] CORTI A, LOMBARDI L. Reduction of carbon dioxide emissions from a SCGT/ CC by ammonia solution absorption —preliminary results[J]. International Journal of Thermodynamics, 2004(7):173-181.
[9] QIN F,WANG S J,HARTONO A,et al.Kinetics of CO2absorption in aqueous ammonia solution[J].International Journal of Greenhouse Gas Control,2010,4(5):729-738.
[10]PUXTY G,ROWLAND R,ATTALLA M.CO2absorption rate measurements for aqueous ammonia[C]//Joint Seminar on CO2Absorption Fundamentals. Trondheim: NTNU, 2009.
[11]許家豪.煙氣中CO2化學(xué)吸收法的研究 [D].臺(tái)北:臺(tái)灣國(guó)立成功大學(xué),2003.
[12]YEH J T, RESNIK K P, PYGLE K, et al. Semi-batch absorption and regeneration studies for CO2capture by aqueous ammonia[J]. Fuel Processing Technology, 2005(86):1533-1546.
[13]秦鋒,王淑娟,HALLVARD F S,等. 碳化氨水中含碳量的分析及測(cè)量[J]. 清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2011(4):488-492.
[14]EDWARDS T J, NEWMAN J, PRAUSNITZ J M. Thermodynamics of aqueous solutions containing volatile weak electrolytes[J]. AIChE Journal, 1975, 21(2): 248-259.
[15]EDWARDS T J, NEWMAN J, PRAUSNITZ J M. Vapor-liquid-equilibria in multi-component aqueous-solutions of volatile weak electrolytes[J]. AIChE Journal, 1978(24): 966-976.
[16]PAZUKI G R, PAHLEVANZADEH H, MOHSENI A A. Solubility of CO2in aqueous ammonia solution at low temperature[J]. Computer Coupling of Phase Diagrams and Thermochemistry, 2006(30): 27-32.
[17]WEN N P, MURRAY H B. Ammonium carbonate,ammonium bicarbonate,and ammonium carbamate equilibria: a raman study[J]. J Phys, Chem,1995,99(1):359-368.
[18]HOLMESⅡP E, NAAZ M, POLING B E. Ion concentrations in the NH3-CO2-H2O system from13C NMR spectroscopy[J]. Ind Eng Chem Res, 1998(37): 3281-3287.
[19] 季廣祥. 提高以氨作堿源焦?fàn)t煤氣氧化法脫硫效率的必要條件[J]. 煤化工, 2009(1): 57-60.
[20]馬雙忱,孫云雪,趙毅,等. 氨水捕集模擬煙氣中二氧化碳的實(shí)驗(yàn)與理論研究[J]. 化學(xué)學(xué)報(bào), 2011(12):1469-1474.[21]司南. 乙醇胺(MEA)溶液吸收CO2的試驗(yàn)研究[D]. 哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學(xué), 2009.
[22]MANI F, PERUZZINI M, BARZAGLI F. The role of zinc (II) in the absorption-desorption of CO2by aqueous NH3, a potentially cost-effective method for CO2capture and recycling[J]. ChemSusChem, 2008(3): 228-235.
[23]DARDE V, THOMSEN K, WILLY J M, et al. Chilled ammonia process for CO2capture[J]. Energy Procedia, 2009(1): 1035-1042.
(編輯楊波)
Effect of carbonized ammonia constituent on the crystallization process
ZHANG Yu, GAO Jianmin, FENG Dongdong, LIU Qi, DU Qian, SUN Rui, WU Shaohua
(School of Energy Science and Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001,China)
Abstract:In response of the problems such as ammonia escape, high regenerated energy, low absorbed rate in the late stage which exists in the research of carbon capture by ammonia now, this paper presents a kind of reinforced crystallization technologies based on the way of antisolvent crystallization. Reinforcing the aqueous ammonia of low carbonized degree crystallization can make the average absorbed rate maintain at a high level and regeneration by desorbing crystal product can save the regeneration energy, what’s more, the ammonia of low concentration can be chosen as absorbent which can solve the ammonia escape problem at some extent. The bubbling reactor is adopt to do the fundamental research, the effect of different experimental condition on the constituent of carbonized ammonia and the effect of different carbonized ammonia constituents on the crystallization process are analyzed. The experimental conditions of absorption temperature of 20 ℃, flow rate of 2 L/min, CO2 volume fraction of 28% and aqueous ammonia mass concentration of 10% benefit the crystallization process.
Keywords:CO2 Capture;antisolvent crystallization;regeneration;bubbling reactor; yield
doi:10.11918/j.issn.0367-6234.2016.07.010
收稿日期:2015-11-06
基金項(xiàng)目:科技部重大國(guó)際合作項(xiàng)目(2010DFA24580-502)
作者簡(jiǎn)介:張宇(1988—),女,博士研究生; 吳少華(1952—),男,教授,博士生導(dǎo)師
通信作者:高建民,yagjm@hit.edu.cn
中圖分類(lèi)號(hào):TK 16
文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A
文章編號(hào):0367-6234(2016)07-0067-06
孫銳(1970—),男,教授,博士生導(dǎo)師;