新型相变吸收剂捕集二氧化碳的分相调控及传质-反应机理

基本信息
批准号:21606204
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:20.00
负责人:张士汉
学科分类:
依托单位:浙江工业大学
批准年份:2016
结题年份:2019
起止时间:2017-01-01 - 2019-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:陈浚,王磊,李彦,郑冀
关键词:
反应机理CO2捕集再生能耗相变吸收剂分相调控
结项摘要

Biphasic solvent is regarded as an advanced solvent with a low heat duty because of the small amount of the rich phase for regeneration. However, in order to form biphase, the conventional biphasic solvent can only load portion of CO2 as the biphase will disappear after the solvent is fully loaded. To that end, this project aims at developing a novel biphasic solvent featuring the high CO2 absorption rate, capacity, and the tunable phase change ability by the addition of an inert organic component. This novel biphasic solvent consists of three components: an absorption promoter (A), a CO2 capacity provider (B), and a phase separation controller (C). The novel biphasic solvent was screened and optimized based on the absorption rate, capacity, phase separation ratio, and stripping pressure. The optimized novel biphasic solvent will be used to validate the zwitterion mechanism based on the analysis of the intermediate product and end-product after CO2 absorption. The mechanism of the phase separation in the novel biphasic solvent is also investigated according to the species migration and distribution between the two separated phases. In addition, the kinetic and thermodynamic data will be obtained in a wetted wall reactor and a vapor-liquid equilibrium reactor based on the classic mass transfer theory and van’t Hoff equation to investigate the interaction between the amines and evaluate the heat duty of the tested solvent. This project will provide significant insight into the development of the advanced solvent for the CO2 capture and offer the kinetic and thermodynamic data for its industrial application in the future.

CO2负荷控制型相变溶剂是一类新兴的CO2吸收剂,因再生质量小(仅CO2富相)而具有较大节能潜力,但需要牺牲部分吸收负荷来达到分相目的。本项目在现有相变吸收剂中创新性得引入一种惰性有机物作为相变调控剂,形成有机胺A(吸收快)+有机胺B(容量大)+相变调控剂C的复合吸收剂,既能保证高吸收速率和吸收负荷,又能有效调控分相。通过研究该复合吸收剂的吸收-解吸特性,依据吸收速率、吸收容量、分相比例及解吸压力等参数,优化吸收剂组分及配比。基于中间产物及终产物分析,探明新体系下CO2反应机理,论证“两性离子”反应机理的适用性。探索吸收剂各组分及其产物在两相中的迁移转化规律,阐明相变调控剂的分相调控机制。基于经典双膜理论及van’t Hoff方程,获取动力学和热力学参数,探讨新体系下有机胺的交互作用机理,评价吸收剂再生能耗。本课题研究可为CO2吸收剂选择提供新的参考,并为其工业化应用奠定理论基础。

项目摘要

相变吸收剂是一种新型的CO2吸收剂,因仅需再生富相减少能耗而受到广泛关注,但是往往需要牺牲部分吸收容量来达到分相目的,同时现有相变吸收剂开发缺少理论依据,其CO2反应机理也尚未探明。本项目通过研究有机胺物性(碱度pKa和疏水性log P)与吸收剂性能之间的关系构建起了一套有机胺物性筛选指标体系,实验结果表明当叔胺pKa为9.8左右时,吸收剂CO2吸收负载达到最大,而低log P值的伯胺和高log P值的叔胺更有利于相变胺基吸收剂的相分离表现;通过引入一种惰性溶剂作为相变调控剂,间接改变水含量来调控相变吸收剂的分相表现,发现当吸收剂的水含量越低时,富相所占体积就越小,分相表现就越优异,但吸收性能反而会下降;分析实验过程中分相及吸收速率的变化,结合13C NMR与量子化学计算,提出并阐明了相变吸收剂吸收CO2的双阶段协同反应机理,在一阶段时质子传递是由两性离子经过伯、仲胺再传递给叔胺,反应主要受反应动力学控制,活化自由能较低,表观吸收速率较快,而在二阶段时两性离子的质子直接传递给叔胺,此时吸收反应主要受热力学控制,表观吸收速率变慢,产物更稳定;通过实验获取基础动力学及热力学数据,动力学分析表明富液的总传质阻力随叔胺log P值的增大而减小,而热力学分析表明随着三级胺log P值的增加,再生过程中的显热就会减小,而潜热反而增大。此外本项目还利用自构建的筛选指标体系得到了一种低耗高效的相变吸收剂1M TETA-3M DMCA,其吸收容量是MEA的1.6倍(0.83 mol mol-1),富相粘度仅为16-40 mPa s,再生能耗相比MEA降低了40%(2.07 GJ t-1 CO2)。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0221
发表时间:2022
2

钢筋混凝土带翼缘剪力墙破坏机理研究

钢筋混凝土带翼缘剪力墙破坏机理研究

DOI:10.15986/j.1006-7930.2017.06.014
发表时间:2017
3

自流式空气除尘系统管道中过饱和度分布特征

自流式空气除尘系统管道中过饱和度分布特征

DOI:10.11817/j.issn.1672-7207.2021.12.006
发表时间:2021
4

内质网应激在抗肿瘤治疗中的作用及研究进展

内质网应激在抗肿瘤治疗中的作用及研究进展

DOI:10.3969/j.issn.1001-1978.2021.12.004
发表时间:2021
5

煤/生物质流态化富氧燃烧的CO_2富集特性

煤/生物质流态化富氧燃烧的CO_2富集特性

DOI:10.11949/j.issn.0438-1157.20180900
发表时间:2018

张士汉的其他基金

相似国自然基金

1

有机胺/离子液体混合吸收剂捕集CO2的传质-反应机理

批准号:20976157
批准年份:2009
负责人:李伟
学科分类:B0816
资助金额:35.00
项目类别:面上项目
2

基于新型低温物理吸收剂的IGCC碳捕集研究

批准号:21506124
批准年份:2015
负责人:李云
学科分类:B0816
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
3

新型功能化离子液体相变体系的构建及其捕集CO2反应机理

批准号:21808074
批准年份:2018
负责人:吕碧洪
学科分类:B0816
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
4

基于选择性捕集二氧化碳的新型微孔金属-有机骨架材料的合成、结构及其捕集机理研究

批准号:21071074
批准年份:2010
负责人:王利亚
学科分类:B0102
资助金额:42.00
项目类别:面上项目