关键词：氨水；添加剂种类；温室效应；总传质系数
中图分类号：X701 文献标识码：A
1引言
随着人类工业化进程的加快，近年来全球温室效应日益加重，对于如何控制二氧化碳等温室气体的排放已经成为国内外学者研究的重点。采用吸收剂对二氧化碳进行吸收是一种行之有效的减排手段，新型吸收剂的研发一直是学者共同关注的话题[1]。众多研究发现，氨水可以作为二氧化碳的吸收剂，具有较低的吸收成本，较大的吸收容量，较高的二氧化碳脱除率等特点，即使在二氧化碳负荷很高的情况下依旧可以保持较好的吸收能力，同时其降解过程可以实现无氧化，再生过程中小号的能量较低，另外氨水还可以作为含硫、含氮气体的吸收剂进行使用。但氨水作为二氧化碳吸收剂吸收速率较慢且容易挥发，这就限制了其在改善方面的应用温室效应。为了克服上述问题，本文在氨水中加入了不同种类的添加剂，对比分析了添加剂种类对氨水吸收二氧化碳速率的影响规律，并研究了不同二氧化碳负荷条件下混合吸收剂吸收二氧化碳的速率，为氨水对二氧化碳吸收效果的改善提供了参考。
2实验方法
2.1 实验材料和方法
本实验采取的MEA，PZ，1-MPZ和2-MPZ等添加剂居委分析纯，氨水的质量分数为25%；二氧化碳的负载溶液采用直接反应法进行配置；对于总传质系数的测量采用湿壁塔反应器。
2.2 总传质系数的测量
首先采用式1计算二氧化碳被吸收剂吸收的通量(FLUX，mol/(m2•s))，
(1)
其中NCO2为吸收剂在单位时间内吸收的二氧化碳的物质的量(mol/s)，A为湿壁塔中液体和气体的接触面积(m2)。将式1代入式2中进行总传质系数的计算：
(2)
式2中PCO2为二氧化碳分压的平均值，将湿壁塔进口和出口的二氧化碳分压的对数进行取平均值获得；P*CO2为气体和液体的平均分压，可由式3获得：
(3)
式3中PCO2•IN和PCO2•OUT分别为湿壁塔中入口和出口处的CO2分压
3 结果分析
图1 二氧化碳负荷为0时不同种类添加剂吸收二氧化碳的总传质系数
图1为二氧化碳负荷为0时不同种类添加剂对总传质系数的影响。可以看出在5mol•L-1氨水中添加0.5mol•L-1添加剂形成的混合吸收剂其总传质系数KG与单一氨水(5mol•L-1)或单一添加剂(0.5mol•L-1)相比，均有较大的提高，在本实验所选用的添加剂中，加入哌嗪(PZ)形成的混合吸收剂对二氧化碳吸收速率提高的改善程度最大，这是因为哌嗪的分子结构式中存在两个氨基，这两个氨基对称分布，非常容易和二氧化碳相结合。
图2 二氧化碳负荷不同时添加剂种类对总传质系数的影响
图2为不同二氧化碳负荷条件下添加剂种类对总传质系数的影响，图示可得随着二氧化碳负荷的增加，各种混合吸收剂对二氧化碳的吸收能力有所下降，当二氧化碳负荷分别为0,0.1,0.3,0.5mol•mol-1时，由0.5mol•L-1哌嗪(PZ)和5mol•L-1氨水组成的混合吸收剂其总传质系数相较于5mol•L-1的单一氨水分别提高了3,3.2,3,和2.9倍。虽然随着二氧化碳负荷提高混合吸收剂对二氧化碳的吸收能力有所下降，但对于添加哌嗪的混合吸收剂来说其吸收能力的提升效果依然十分显著，这是因为即使溶液中二氧化碳负荷增加，但混合吸收剂中仍然可以保留很多处于游离状态的添加届分子，从而保证混合吸收剂对于二氧化碳的吸收能力。
4结束语
综上所述，在氨水中加入添加剂形成混合吸收剂可以提高对二氧化碳的吸收能力，进而改善温室效应，当二氧化碳负荷相同时添加哌嗪的氨水吸收二氧化碳的总传质系数最大；随着二氧化碳负荷的提高，虽然混合吸收剂总传质系数有所下降，但哌嗪对氨水吸收二氧化碳的改善效果依然较为明显。
参考文献
[1] 马双忱, 藏斌, 逯东丽等. 氨法在燃煤电厂烟气治理中的应用和发展 [J]. 电力科技与环保, 2013, 29(5):32-35．
论文作者:黄生辉
论文发表刊物:《科技中国》2017年7期
论文发表时间:2017/10/11
标签：氨水论文; 二氧化论文; 传质论文; 吸收剂论文; 系数论文; 添加剂论文; 负荷论文; 《科技中国》2017年7期论文;