何書申,　趙兵濤,　俞致遠(yuǎn)

(上海理工大學(xué) 能源與動(dòng)力工程學(xué)院,上海　200093)

?

基于胺法的旋流噴淋氣液吸收煙氣CO2的性能

何書申,趙兵濤,俞致遠(yuǎn)

(上海理工大學(xué) 能源與動(dòng)力工程學(xué)院,上海200093)

摘要：為了強(qiáng)化CO2捕集過程的氣液傳質(zhì),設(shè)計(jì)了一類多級(jí)旋流噴淋反應(yīng)器,實(shí)驗(yàn)研究了典型的醇胺(乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA))脫除CO2的分離效率和傳質(zhì)系數(shù),并分析了操作條件的影響.結(jié)果表明：在相同的實(shí)驗(yàn)條件下,MEA的脫碳效率(最大值95%)大于DEA的脫碳效率(最大值92.3%).與相關(guān)研究數(shù)據(jù)的對(duì)比表明,多級(jí)旋流噴淋可以有效增強(qiáng)醇胺-CO2噴淋反應(yīng)系統(tǒng)的傳質(zhì)過程.醇胺溶液旋流氣液吸收煙氣CO2的脫碳效率受操作條件的影響,其隨著吸收劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)、吸收劑流量和反應(yīng)溫度的增加而提高,隨著煙氣中CO2體積分?jǐn)?shù)和煙氣流量的增加而降低.

關(guān)鍵詞：旋流噴淋; 醇胺; 氣液吸收; CO2捕集; 分離效率; 傳質(zhì)系數(shù)

CO2的捕集與封存技術(shù)(CCS)是目前應(yīng)對(duì)全球變暖和氣候變化的有效途徑[1].我國(guó)制定了到2020年單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值CO2排放比2005年降低40%～45%的目標(biāo)[2].化學(xué)吸收法相對(duì)于吸附、膜分離、化學(xué)鏈燃燒以及生物法等技術(shù)而言工藝相對(duì)成熟,被認(rèn)為是具有大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的電廠碳捕集技術(shù)之一[3].

在化學(xué)吸收法中,基于胺法的碳捕集原理工藝因其具有高的吸收速率和吸收劑可再生性能等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用[4].但是,如何實(shí)現(xiàn)胺法煙氣吸收過程的強(qiáng)化仍然是目前研究的重點(diǎn)方向之一.利用旋流技術(shù),改進(jìn)傳統(tǒng)的吸收原理和工藝是一種有效的方式.例如,研究較多的旋轉(zhuǎn)填料床和旋流板塔,通過高速旋轉(zhuǎn)構(gòu)件產(chǎn)生高的離心力場(chǎng)來(lái)強(qiáng)化吸收劑與CO2傳質(zhì),但是,由于增加了轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu),使這些設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜,且能耗增加[5-6].Javed等[7-8]提出采用氣體旋流來(lái)強(qiáng)化氣液傳質(zhì),并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了切向進(jìn)氣的傳質(zhì)性能優(yōu)于軸向進(jìn)氣的;李蔭堂等[9]指出噴淋塔旋流進(jìn)氣使氣體流動(dòng)順暢、均勻上升,在塔內(nèi)停留時(shí)間延長(zhǎng);李正興等[10]研究了靜態(tài)旋流器的吸收傳質(zhì)性能,稱其具有更高的比相界面積.Kuntz等[11]研究發(fā)現(xiàn)乙醇胺(MEA)直流噴淋吸收CO2的氣液體積總傳質(zhì)系數(shù)受操作條件的影響;牛振祺[12]將操作條件對(duì)CO2脫除效率的影響因素歸結(jié)為反應(yīng)物摩爾比、液氣比和溫度.但是,這些研究或主要針對(duì)低濃度CO2,或具有噴淋末端液滴凝并的缺點(diǎn),對(duì)于在旋流條件下基于胺法的旋流脫除燃燒煙氣CO2的研究則很少涉及.

本文根據(jù)旋流氣液傳質(zhì)的強(qiáng)化原理,設(shè)計(jì)了一種旋流進(jìn)氣多級(jí)噴淋氣液逆向接觸的靜態(tài)旋流反應(yīng)器,采用切向進(jìn)氣和多級(jí)噴淋耦合的方式來(lái)優(yōu)化改進(jìn)脫碳原理和工藝.氣體切向旋流增加了氣液湍流強(qiáng)度,氣液混合均勻.液體多級(jí)噴淋以達(dá)到液滴的穩(wěn)定性和均勻性.以胺法中最常用的乙醇胺(MEA)和二乙醇胺(DEA)作為吸收劑,研究此裝置脫除煙氣中CO2的性能.重點(diǎn)研究了吸收劑濃度、吸收劑流量、CO2體積分?jǐn)?shù)、煙氣流量和反應(yīng)溫度對(duì)CO2分離效率和傳質(zhì)性能的影響.并且對(duì)比了兩種吸收劑及本研究與其他研究成果的脫碳和傳質(zhì)性能,以期為電廠脫碳技術(shù)原理和工藝提供新的思路和方法.

1反應(yīng)機(jī)制

醇胺溶液吸收CO2的具體反應(yīng)機(jī)制比較復(fù)雜,但是,MEA 和DEA與CO2的反應(yīng)機(jī)制則可用Caplow提出的兩性離子機(jī)理來(lái)描述[13].首先,分子反應(yīng)生成兩性離子(式(1)),其形成過程如圖1所示[14].兩性離子與醇胺溶液反應(yīng)生成氨基甲酸根離子(式(2)),其中,部分氨基甲酸根離子發(fā)生水解生成自由醇胺(式(3))[15].

CO2+R1R2NH?R1R2NH+COO-

(1)

R1R2NH+COO-+R1R2NH?

(2)

(3)

2實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

2.1實(shí)驗(yàn)裝置

設(shè)計(jì)的旋流進(jìn)氣多級(jí)噴淋氣液逆向接觸反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)如圖2所示.反應(yīng)器為有機(jī)玻璃圓柱塔,內(nèi)徑D=50 mm,總高度H=650 mm.主體反應(yīng)部分共有三級(jí)噴淋,每層噴淋的有效間距h=150 mm.噴霧顆粒的平均粒徑為75～125 μm[16].吸收塔氣體進(jìn)口和出口結(jié)構(gòu)尺寸為a×b=20 mm×2 mm.

圖2　實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

2.2實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)流程如圖3所示.在實(shí)驗(yàn)室條件下,反應(yīng)氣體采用模擬煙氣.首先,不同體積分?jǐn)?shù)的CO2與N2混合氣經(jīng)流量計(jì)控制其流量,從反應(yīng)器底部切向進(jìn)入反應(yīng)器,與頂部噴淋向下的吸收劑旋流逆向接觸吸收后從反應(yīng)器頂部解旋排出.吸收劑采用分析純(純度大于等于99%)的MEA和DEA,配成不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的溶液,經(jīng)流量計(jì)控制其流量,由防腐蝕化工泵送入反應(yīng)器各級(jí)噴淋層,經(jīng)高壓霧化噴頭在反應(yīng)器內(nèi)均勻良好霧化.完成吸收后的廢液流入底部液體收集槽,定期排出.經(jīng)吸收后的模擬煙氣部分經(jīng)過稀硫酸溶液吸收氣體中攜帶的堿性液體成分,再經(jīng)干燥器干燥后,通入煙氣分析儀,測(cè)試出口CO2體積分?jǐn)?shù).煙氣分析儀測(cè)量CO2的體積分?jǐn)?shù)精度為0.01%.

圖3　實(shí)驗(yàn)流程圖

2.3工況設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)研究了5個(gè)操作工況對(duì)胺法吸收煙氣CO2脫除效率和傳質(zhì)性能的影響,分別為吸收劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)CL、吸收劑流量QL、模擬煙氣CO2體積分?jǐn)?shù)Cg、模擬煙氣流量Qg、反應(yīng)溫度T,其具體數(shù)值如表1所示.

表1　實(shí)驗(yàn)參數(shù)

2.4性能參數(shù)

實(shí)驗(yàn)研究較多采用脫碳效率和氣相總體積傳質(zhì)系數(shù)作為評(píng)價(jià)吸收設(shè)備脫除煙氣CO2的性能參數(shù)[5-6,11,17].脫碳效率根據(jù)惰性氣體物料衡算可表示為

(4)

式中:Ci為入口氣體CO2體積分?jǐn)?shù);Co為出口氣體CO2體積分?jǐn)?shù).

根據(jù)雙膜理論,化學(xué)吸收CO2的總體積傳質(zhì)速率

由物料平衡建立化學(xué)吸收基礎(chǔ)方程[18]

(5)

(6)

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1吸收劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

脫碳效率和總體積傳質(zhì)系數(shù)隨著吸收劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化的關(guān)系如圖4所示.實(shí)驗(yàn)操作條件如工況1所示(見表1).由圖4(a)可見,MEA的脫碳效率和總體積傳質(zhì)系數(shù)比DEA的高.脫碳效率和總體積傳質(zhì)系數(shù)隨著吸收劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高均增加.吸收劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)從7%增至21%時(shí),脫碳效率顯著增大.MEA脫碳效率增加了10%,DEA脫碳效率增加了29.4%.這是因?yàn)樘岣呶談┵|(zhì)量分?jǐn)?shù),增加了氣液界面中與CO2反應(yīng)的活性醇胺分子的數(shù)量,提高了化學(xué)增強(qiáng)因子,液相分傳質(zhì)系數(shù)提高,從而提高了總體積傳質(zhì)系數(shù)和脫碳效率.當(dāng)吸收劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)從21%增至28%時(shí)，脫碳效率增加不明顯.此時(shí),液側(cè)的反應(yīng)進(jìn)行得比較徹底,再增加吸收劑質(zhì)量分?jǐn)?shù),液側(cè)傳質(zhì)阻力降低較小.而且吸收劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高增加了溶液的粘度,影響了吸收產(chǎn)物在液相中的擴(kuò)散速度.圖4(b)中選取了直流進(jìn)氣吸收設(shè)備胺法脫除CO2的傳質(zhì)系數(shù)進(jìn)行比較,其中，直流噴霧塔的傳質(zhì)系數(shù)是根據(jù)文獻(xiàn)中脫碳效率計(jì)算所得.在相近的吸收劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍內(nèi),MEA直流噴淋(噴霧)脫除CO2的總體積傳質(zhì)系數(shù)低于本文旋流氣液多級(jí)接觸的總體積傳質(zhì)系數(shù).其中,牛振祺的模擬煙氣CO2體積分?jǐn)?shù)為15%,流量為7.6 L/min;吸收劑流量為10.8 L/h,吸收劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%～40%,反應(yīng)溫度為28 ℃[12].Kuntz的模擬煙氣CO2體積分?jǐn)?shù)為15%,流速為382 m3/(m2·h);吸收劑流速為1.9 m3/(m2·h),吸收劑濃度為3～7 mol/L,反應(yīng)為常溫[11].

3.2吸收劑流量的影響

脫碳效率和總體積傳質(zhì)系數(shù)隨吸收劑流量變化的關(guān)系如圖5所示.實(shí)驗(yàn)操作條件如工況2所示.由圖5(a)可見,吸收劑流量增加,MEA和DEA的脫碳效率和總體積傳質(zhì)系數(shù)升高,隨后逐漸趨于平穩(wěn).吸收劑流量從90 L/h增至150 L/h時(shí),MEA脫碳效率增加了7.1%,DEA的脫碳效率增加了25.7%.吸收劑流量從150 L/h增至180 L/h時(shí),MEA的脫碳效率增加了0.6%,DEA的脫碳效率增加了2.5%.首先,吸收劑流量增加使噴淋塔液滴粒徑更細(xì),增加了單位體積內(nèi)液滴表面積和氣液有效界面面積,增強(qiáng)了傳質(zhì)；其次,流量增加使液相流速加快,液相邊界層厚度和液相傳質(zhì)阻力降低,從而增加了總體積傳質(zhì)系數(shù).吸收劑流量增加使得液相中的活性吸收劑分子得到及時(shí)更新,氣液兩相界面具有較高的吸收劑濃度,吸收產(chǎn)物能被吸收劑快速帶走,提高了脫碳效率.圖5(b)中對(duì)比了塔截面單位面積吸收劑流量約為本實(shí)驗(yàn)2倍的直流噴淋塔的總體積傳質(zhì)系數(shù).VL為吸收劑流速.在低的吸收劑噴淋流速下,旋流多級(jí)噴淋具有較高的總體積傳質(zhì)系數(shù).其中,Kuntz的模擬煙氣CO2體積分?jǐn)?shù)為15%,流速為382 m3/(m2·h);吸收劑濃度為5 mol/L,流速為1.9～4.58 m3/(m2·h),反應(yīng)為常溫[11].

圖4　吸收劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)于脫碳效率和傳質(zhì)系數(shù)的影響

3.3煙氣中CO2體積分?jǐn)?shù)的影響

脫碳效率和總體積傳質(zhì)系數(shù)隨煙氣中CO2體積分?jǐn)?shù)變化的關(guān)系如圖6所示.實(shí)驗(yàn)操作條件如工況3所示.由圖6(a)可見,CO2體積分?jǐn)?shù)增加,脫碳效率稍有升高后逐漸降低,總體積傳質(zhì)系數(shù)不斷降低.CO2體積分?jǐn)?shù)對(duì)MEA脫碳效率的影響弱于對(duì)DEA的影響.CO2體積分?jǐn)?shù)從5%增至20%時(shí),MEA的脫碳效率降低了5.1%,DEA的脫碳效率降低了18.5%.CO2體積分?jǐn)?shù)的增加可以提高CO2的溶解度，但是,在吸收劑濃度和流量一定的情況下,液膜內(nèi)吸收劑的CO2吸收容量恒定,此時(shí)隨著CO2分壓升高,溶液化學(xué)吸收趨于飽和.根據(jù)雙膜理論,CO2體積分?jǐn)?shù)的提高導(dǎo)致氣相邊界層增厚,增大了氣相邊界層阻力,降低了總體積傳質(zhì)系數(shù)[19].圖6(b)中對(duì)比了MEA直流噴淋(噴霧)脫除相同CO2體積分?jǐn)?shù)煙氣的總體積傳質(zhì)系數(shù)，可以看出,在脫除高CO2體積分?jǐn)?shù)的煙氣時(shí),旋流噴淋具有較好的傳質(zhì)性能.DEA旋流噴淋脫除CO2的總體積傳質(zhì)系數(shù)高于填料塔的總體積傳質(zhì)系數(shù).其中,牛振祺的模擬煙氣CO2體積分?jǐn)?shù)為7%～15%,流量為7.6 L/min;吸收劑流量為10.8 L/h,吸收劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%,反應(yīng)溫度為32 ℃[12].Kuntz的模擬煙氣CO2體積分?jǐn)?shù)為5%～15%,流速為764 m3/(m2·h);吸收劑流速為1.53 m3/(m2·h),吸收劑濃度為5 mol/L,反應(yīng)溫度為常溫[11].

圖5　吸收劑流量對(duì)于脫碳效率和傳質(zhì)系數(shù)的影響

3.4煙氣流量的影響

脫碳效率和總體積傳質(zhì)系數(shù)隨煙氣流量變化的關(guān)系如圖7所示(見下頁(yè)).實(shí)驗(yàn)操作條件如工況4所示.由圖7(a)可見，隨著煙氣流量的增加,MEA和DEA的脫碳效率迅速減小,總體積傳質(zhì)系數(shù)不斷增加.這是因?yàn)闊煔饬髁吭黾?提高了煙氣流速,使其在塔內(nèi)的停留時(shí)間變短,氣液接觸時(shí)間減小.CO2沒來(lái)得及充分?jǐn)U散和吸收就被帶走,從而降低了CO2脫碳效率.氣體流量增加,使氣體流速加快,氣液界面?zhèn)髻|(zhì)阻力減小,從而提高了總體積傳質(zhì)系數(shù).因此,在確定煙氣流量時(shí),應(yīng)根據(jù)吸收塔尺寸充分考慮傳質(zhì)和停留時(shí)間的綜合影響.圖7(b)中對(duì)比了塔截面單位面積煙氣流量相似的直流噴淋(噴霧)的總體積傳質(zhì)系數(shù).Vg為煙氣流速.其中,本文的煙氣旋流接觸反應(yīng)器具有高的總體積傳質(zhì)系數(shù)，旋流增加了氣相湍流強(qiáng)度,旋流湍動(dòng)流場(chǎng)的剪切作用可使液相形成更細(xì)的液滴和更薄的邊界層.根據(jù)雙模理論,氣液間的傳質(zhì)阻力減小,從而強(qiáng)化了氣液間的傳質(zhì).其中,牛振祺的模擬煙氣CO2體積分?jǐn)?shù)為15%,流量為7.6～32.8 L/min;吸收劑流量為9.6 L/h,吸收劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%,反應(yīng)溫度為28 ℃[12].Kuntz的模擬煙氣CO2體積分?jǐn)?shù)為15%,流速為153.7～748.5 m3/(m2·h);吸收劑流速為1.53 m3/(m2·h),吸收劑濃度為5 mol/L,反應(yīng)溫度為常溫[11].

圖6　CO2體積分?jǐn)?shù)對(duì)于脫碳效率和

Fig.6Effect of the CO2volume fraction on efficiency and mass transfer coefficient

3.5反應(yīng)溫度的影響

脫碳效率和總體積傳質(zhì)系數(shù)隨反應(yīng)溫度變化的關(guān)系如圖8所示(見下頁(yè)).實(shí)驗(yàn)中反應(yīng)溫度變化范圍為20～50 ℃,其他操作條件如工況5所示.由圖8(a)可見,相同的溫度下,MEA的脫碳效率和總體積傳質(zhì)系數(shù)比DEA的高.隨著溫度的升高,脫碳效率和總體積傳質(zhì)系數(shù)均增大.溫度升高,有利于增大醇胺的擴(kuò)散系數(shù),提高反應(yīng)速率,從而提高脫碳效率.但是,隨著溫度的繼續(xù)升高,氣體的溶解度會(huì)降低[20],溶質(zhì)解吸會(huì)抵消部分影響.通過與直流噴霧脫除CO2的總體積傳質(zhì)系數(shù)的對(duì)比可見如圖8(b),在相同溫度條件下,旋流氣液多級(jí)接觸吸收具有高的總體積傳質(zhì)系數(shù).其中,牛振祺的模擬煙氣CO2體積分?jǐn)?shù)為15%,流量為7.6 L/min;吸收劑流量為10.8 L/h,吸收劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%,反應(yīng)溫度為28～54 ℃[12].

圖7　煙氣流量對(duì)于脫碳效率和傳質(zhì)系數(shù)的影響

圖8　反應(yīng)溫度對(duì)于脫碳效率和傳質(zhì)系數(shù)的影響

4結(jié)論

通過實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)據(jù)的對(duì)比分析,可以得到以下結(jié)論:

a. 對(duì)于噴淋吸收塔,旋流逆向多級(jí)噴淋接觸的方式可以有效增加氣體旋流強(qiáng)度,同時(shí)增強(qiáng)液滴噴淋的均勻性,減小末端液滴凝并的機(jī)率,其在醇胺-CO2反應(yīng)系統(tǒng)中的傳質(zhì)性能優(yōu)于直流噴淋反應(yīng)系統(tǒng).

b. 在相同實(shí)驗(yàn)操作條件下,基于醇胺法的強(qiáng)旋湍流氣液吸收煙氣CO2,MEA吸收劑的分離效率和傳質(zhì)性能明顯優(yōu)于DEA吸收劑的.實(shí)驗(yàn)中,MEA的最高脫碳效率為95%,其對(duì)應(yīng)的氣相總體積傳質(zhì)系數(shù)為0.56 kmol/(m3·h·kPa);DEA的最高脫碳效率為92.5%,氣相總體積傳質(zhì)系數(shù)為0.48 kmol/(m3·h·kPa).

c. 醇胺溶液旋流噴淋吸收煙氣CO2的脫碳效率受實(shí)驗(yàn)操作條件的影響.脫碳效率隨著吸收劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)、吸收劑流量和反應(yīng)溫度的增加而提高,隨著進(jìn)口煙氣CO2體積分?jǐn)?shù)和煙氣流量的增加而降低.煙氣流量為一個(gè)特殊的影響因素.從傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)的角度而言,增加煙氣流量可以提高氣體的切向旋流速度和軸向排出速度,增加湍流強(qiáng)度,強(qiáng)化氣液傳質(zhì).但從實(shí)際情況來(lái)看,增加流量會(huì)縮短煙氣在塔內(nèi)的停留時(shí)間,降低設(shè)備整體的脫碳效率.因此,在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)綜合考慮對(duì)傳質(zhì)系數(shù)與停留時(shí)間的影響來(lái)確定煙氣流量.

參考文獻(xiàn)：

[1]高鳳玲,崔國(guó)民,陶樂仁,等.地表溫度時(shí)空差異對(duì)溫室效應(yīng)影響的誤差分析[J].上海理工大學(xué)學(xué)報(bào),2014,36(2):158-162.

[2]Wang M,Lawal A,Stephenson P,et al.Post-combustion CO2capture with chemical absorption:a state-of-the-art review[J].Chemical Engineering Research and Design,2011,89(9):1609-1624.

[3]Rochelle G T.Amine scrubbing for CO2capture[J].Science,2009,325(5948):1652-1654.(編輯:石瑛)

[4]Galindo P,Sch?ffer A,Brechtel K,et al.Experimental research on the performance of CO2-loaded solutions of MEA and DEA at regeneration conditions[J].Fuel,2012,101:2-8.

[5]Lin C C,Lina Y H,Tan C S .Evaluation of alkanolamine solutions for carbon dioxide removal in cross-flow rotating packed beds[J].Journal of Hazardous Materials,2010,175(1/2/3):344-351.

[6]翁棣,唐先進(jìn),喬少華,等.旋流板塔吸收處理廢氣實(shí)驗(yàn)研究[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2006,23(3):25-28.

[7]Javed K H,Mahmud T,Purba E .Enhancement of mass transfer in a spray tower using swirling gas flow[J].Chemical Engineering Research and Design,2006,84(6):465-477.

[8]Javed K H,Mahmud T,Purba E .The CO2capture performance of a high-intensity vortex spray scrubber[J].Chemical Engineering Journal,2010,162(2):448-456.

[9]李蔭堂,李安平,王雙,等.煙氣脫硫噴淋塔氣體旋流實(shí)驗(yàn)研究[J].環(huán)境技術(shù),2005,23(1):25-28.

[10]李正興,袁惠新,曹仲文.靜態(tài)超重力器(旋流器)中吸收過程研究[J].煤礦機(jī)械,2006,27(1):24-26.

[11]Kuntz J,Aroonwilas A.Mass-transfer efficiency of a spray column for CO2capture by MEA[J].Energy Procedia,2009,1(1):205-209.

[12]牛振祺,郭印誠(chéng),林文漪.一乙醇胺噴霧吸收煙氣中CO2的實(shí)驗(yàn)研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2010,30(32):41-45.

[13]Caplow M .Kinetics of carbamate formation and breakdown[J].Journal of the American Chemical Society,1968,90(24):6795-6803.

[14]Kothandaraman A.Carbon dioxide capture by chemical absorption:a solvent comparison study[D].India:Massachusetts Institute of Technology,2010,24:263.

[15]Danckwerts P V .The reaction of CO2with ethanolamines[J].Chemical Engineering Science,1979,34(4):443-446.

[16]吳開奇,袁益超,黃燕,等.彈簧噴嘴霧化性能試驗(yàn)研究[J].上海理工大學(xué)學(xué)報(bào),2014,36(3):255-259.

[17]朱玲,於俊杰,劉世鵬.反應(yīng)條件對(duì)DEA吸收CO2的影響研究[J].石油化工高等學(xué)校學(xué)報(bào),2012,25(1):1-7.

[18]曾慶,郭印誠(chéng),牛振褀,等.氨水細(xì)噴霧吸收 CO2的體積總傳質(zhì)系數(shù)[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2011,31(2):45-50.

[19]葉向群,孫亮,張林,等.中空纖維膜基吸收法脫除空氣中二氧化碳的研究[J].高?；瘜W(xué)工程學(xué)報(bào),2003,17(3):237-242.

[20]李小康,劉應(yīng)書,張輝,等.DEA復(fù)配水溶液二氧化碳溶解度的測(cè)定實(shí)驗(yàn)[J].化工進(jìn)展,2013,32(4):769-773.

(編輯:石瑛)

Performance of CO2Capture from Flue Gas with Amines in Vortex Flow Spraying Scrubber

HE Shushen,ZHAO Bingtao,YU Zhiyuan

(School of Energy and Power Engineering,University of Shanghai for Science and Technology,Shanghai 200093,China)

Abstract：A multistage vortex flow spraying scrubber was designed to enhance the gas-liquid transfer for CO2 capture.The CO2 capture efficiency and mass transfer coefficient of typical alcohol amines (MEA and DEA) were experimentally investigated and the effect of operating conditions on efficiency was analyzed.The results show that the efficiency of CO2 capture by MEA (maximum value 95%) is higher than that by DEA (maximum value 92.3%) under the same experimental conditions.The comparison of the results with literature data demonstrates that the multistage vortex flow spraying scrubber enhances the mass transfer process of amines-CO(2 )reaction system.The CO2 removal efficiency increases with the increase of the mass fraction of amines,liquid flow rates and reaction temperature.The lower CO2 inlet volume fraction and gas flow rate are beneficial to promote CO2 removal efficiency.

Keywords：vortex flow spraying; alcohol amine; gas-liquid absorption;CO(2 )capture; removal efficiency; mass transfer coefficient

中圖分類號(hào)：X 701

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

通信作者：趙兵濤(1976-),男,副教授.研究方向:大氣污染物控制.E-mail:zhaobingtao@usst.edu.cn

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(50806049);上海市自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(08ZR1415100)

收稿日期：2014-11-05

DOI：10.13255/j.cnki.jusst.2016.01.005

文章編號(hào)：1007-6735(2016)01-0025-06

第一作者： 何書申(1989-),男,碩士研究生.研究方向:燃燒污染物控制.E-mail:heshushen01@163.com