硅铝基多孔材料变压吸附电厂烟气中二氧化碳的性能研究

发布时间：2020-06-03 12:32

【摘要】：人为产生的CO_2约40%来自于燃煤电厂烟气,具有排放量大、CO_2浓度低等特点。急需寻求有效的方法来减少电厂烟气中CO_2的排放,缓解温室效应。变压吸附法能耗低、对低浓度气体分离效果好、对环境友善。本论文通过研究一种制备工艺简单、吸附性能优良、再生后吸附性能稳定的吸附剂,应用于变压吸附电厂烟气中CO_2。以有序介孔氧化铝(OMA)、有机铝(MIL-53(Al))、NaY分子筛(NaY)三种材料为载体,乙醇胺(MEA)为改性剂对三种载体进行氨基改性,制备出OMA-MEA、MIL-53(Al)-MEA、NaY-MEA三种吸附剂。通过N_2等温吸附脱附(BET、BJH)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、红外光谱(IR)等方法对改性前后吸附剂的形貌结构等特性进行表征,通过模拟烟道气吸附装置考察了浸渍时间、吸附床层压力、空速及改性剂浸渍浓度等条件对吸附剂吸附性能的影响。对吸附饱和后的吸附剂,从再生时间、再生次数两个方面研究吸附剂的再生性能及其稳定性。采用沉淀法合成有序介孔氧化铝,具备较高的比表面积,孔径分布均匀,改性后OMA各项结构特征基本保持原状。OMA-MEA适宜的吸附条件为:298K下MEA浸渍时间为2h,吸附压力为0.4MPa,空速为300h~(-1),MEA负载浓度为60%,CO_2饱和吸附量达到165.5mg/g。对吸附饱和的OMA-MEA测定再生性能,经过8次再生后吸附剂的吸附效果依然稳定,饱和吸附量仍可达到157.7mg/g,再生效果良好。采用水热合成法制备有机铝,具有超高的比表面积,孔径分布主要为微孔且存在部分介孔,改性后的MIL-53(Al)各项结构特征基本保持原状。MIL-53(Al)-MEA适宜的吸附条件为:298K下MEA浸渍时间为3h吸附压力为0.3MPa,空速为200h~(-1),MEA负载浓度为60%,CO_2饱和吸附量达到178.9mg/g。对吸附饱和的MIL-53(Al)-MEA测定再生性能,经过8次再生后吸附剂的吸附效果依然稳定,饱和吸附量仍可达到168.7mg/g,再生效果良好。采用水热合成法制备NaY分子筛,具有高的比表面积,孔径分布窄,孔道整齐,改性后的NaY各项结构特征基本保持原状。NaY-MEA适宜的吸附条件为:298K下MEA浸渍时间为3h,吸附压力为0.3MPa,空速为300h~(-1),MEA负载浓度为40%,CO_2饱和吸附量达到168.6mg/g。对吸附饱和的NaY-MEA测定再生性能,经过8次再生后吸附剂的吸附效果依然稳定,饱和吸附量仍可达到159mg/g,再生效果良好。制备的吸附剂吸附性能强、稳定性高、再生效果良好,具有工业化推广价值。
【图文】：

CO2排放量,全球,排放量,几何模式

气溶胶自 1850 年工业革命以来[10]，全球各项工业飞速发展，CO2的排放量由 1850 年的20亿吨/年增加至2013年的360亿吨/年，预计到2030年CO2的排放量将增加30%CO2浓度也由 1958 年的 315ppm 猛增至 2013 年的 391ppm，2015 年则已经超过400ppm，而到 2100 年将会高达 580ppm。IPCC[11]报告中预测全球气温将在 21 世纪末升高 2~6K，进而影响海平面上升 18~55cm。大气温度上升 1℃，大气环实将发生改变；上升 2℃，将造成冰融成几何模式增长；上升 3℃，植物将无法进行光合作用亚马逊将消失、南极冰川将所剩无几；一旦气温上升 5℃，，人类将面临白垩纪晚期的境地[12]。

工艺图,工艺,体积浓度,阀门

装置及实验步骤工艺实程图，吸附实实操作步骤如下：模拟烟气，打开 7 号阀门，调节进气速度 100ml/min，通气时长杂质吹扫干净后，使用红外气体分析仪 13 来检测模拟烟道气的初始气 CO2体积浓度；模拟烟气及 7 号阀门，打开固定床反应器，将吸附剂填入反应开 5 号、8 号、12 号阀门，调节进气速度及研压阀 12 开度，对当压力表 11 所示固定床压力到达实实所需压力后（0.1MPa-0.5 5 号阀门。模拟烟气，调节进气速度，将空速控制在 100h-1~500h-1，烟道使用红外气体分析仪检测尾气 CO2体积浓度变化，当红外气体浓度与初始气 CO2体积浓度相同且不发生变化时，认为吸附过碳酸氢钠溶液方法收集尾气总体积。口处混合气 CO2体积浓度变化绘制出吸附穿透曲线并根据公式饱和吸附量，绘制饱和吸附量变化图。
【学位授予单位】：河北科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ424;X773

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