AEP-DPA-CuO相变纳米流体吸收CO2稳定性

doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0195

化工进展 ›› 2022, Vol. 41 ›› Issue (8): 4555-4561.DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0195

AEP-DPA-CuO相变纳米流体吸收CO₂稳定性

陆诗建¹^,²(), 刘玲¹^,², 刘滋武¹^,², 郭伯文³, 俞徐林⁴, 梁艳⁴, 赵东亚⁵, 朱全民⁵

^1.中国矿业大学碳中和研究院，江苏徐州 221116
^2.中国矿业大学化工学院，江苏徐州 221116
^3.山东山大华特科技股份有限公司，山东济南 250101
^4.中石化江汉石油工程设计有限公司
^5.湖北武汉 430200，中国石油大学(华东)新能源学院，山东青岛 266580

收稿日期:2021-01-27 修回日期:2022-05-03 出版日期:2022-08-25 发布日期:2022-08-22
作者简介:路诗建（1984—），男，博士，教授，高级工程师，主要从事碳捕集、利用与封存（CCUS）、烟气脱硫脱硝与酸气注入技术研究。E-mail：lushijian88@163.com。
基金资助:
国家重点研发计划(2017YFB0603304)

Study of CO₂ absorption stability of AEP-DPA-CuO phase change nanofluids

LU Shijian¹^,²(), LIU Ling¹^,², LIU Ziwu¹^,², GUO Bowen³, YU Xulin⁴, LIANG Yan⁴, ZHAO Dongya⁵, ZHU Quanmin⁵

^1.Institute of Carbon Neutralization, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, Jiangsu, China
^2.School of Chemical Engineering, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, Jiangsu, China
^3.Shandong Shanda Wit Science and Technology Co. , Ltd. , Jinan 250101, Shandong, China
^4.Sinopec Jianghan Petroleum Engineering Corporation, Wuhan 430200, Hubei, China
^5.New Energy College, China University of Petroleum(East China), Qingdao 266580, Shandong, China

Received:2021-01-27 Revised:2022-05-03 Online:2022-08-25 Published:2022-08-22

摘要/Abstract

摘要：

化学吸收法CO₂捕集技术的核心是吸收剂，吸收剂的稳定性是实现CO₂捕集装置长周期连续运行的关键。本文针对0.6mol/L AEP-0.4mol/L DPA-0.1mol/L ACT相变有机胺吸收体系高温、含氧等条件下降解会带来腐蚀增强、吸收剂损耗的技术难题，进行了降解组分分析，研究了降解的主要影响因素。研究发现，CO₂负载、O₂、温度对降解率均有较大影响，其中影响因素排序为CO₂＞O₂＞温度，Fe³⁺对氧化降解影响大于对热降解的影响。通过GC-MS分析可知，热降解热稳定盐主要有3种，氧化降解热稳定盐主要有6种。为抑制热降解与氧化降解，研究选取酒石酸钾钠等6种抗氧化剂进行考察，得到最佳抗氧化剂为丙酮肟，最佳添加量为800mg/L，其中热降解抑制率为97.9%，氧化降解抑制率达到98.3%，实现了AEP-DPA-ACT相变体系的低降解率，为相变纳米流体的稳定运行提供了保障。

关键词: 烟气, CO₂捕集, 相变纳米流体, 热降解, 氧化降解, 抗降解剂

Abstract:

The core of CO₂ capture technology by chemical absorption method is absorbent, and the stability of absorbent is the key to realize the long-term continuous operation of CO₂ capture device. The degradation of 0.6mol/L AEP-0.4mol/L DPA-0.1mol/L ACT phase change organic amine absorption system under high temperature and oxygen-containing conditions leads to the technical problems of corrosion enhancement and absorbent loss. The degradation components were analyzed and the main influencing factors were studied. It was found that CO₂ loading, O₂ and temperature had great influence on the degradation rate, and the order of influencing factors was: CO₂>O₂>temperature. Fe³⁺ had greater influence on oxidative degradation than on thermal degradation. By GC-MS analysis, there were three kinds of thermally stable salts in thermal degradation and six kinds of thermally stable salts in oxidative degradation. To inhibit thermal degradation and oxidative degradation, six kinds of antioxidants, such as potassium sodium tartrate, were selected for investigation. The results showed that the best antioxidant was acetone oxime, and the best dosage was 800mg/L, in which the thermal degradation inhibition rate was 97.9%, and the oxidative degradation inhibition rate was 98.3%. The low degradation rate of AEP-DPA-ACT phase change system was realized, which provided a guarantee for the stable operation of phase change nanofluids.

Key words: flue gas, CO₂ capture, phase change nanofluids, thermal degradation, oxidative degradation, antidegradation agent

中图分类号:

TQ413.2

陆诗建, 刘玲, 刘滋武, 郭伯文, 俞徐林, 梁艳, 赵东亚, 朱全民. AEP-DPA-CuO相变纳米流体吸收CO₂稳定性[J]. 化工进展, 2022, 41(8): 4555-4561.

LU Shijian, LIU Ling, LIU Ziwu, GUO Bowen, YU Xulin, LIANG Yan, ZHAO Dongya, ZHU Quanmin. Study of CO₂ absorption stability of AEP-DPA-CuO phase change nanofluids[J]. Chemical Industry and Engineering Progress, 2022, 41(8): 4555-4561.

图/表 12

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试验编号	AEP-DPA-CuO 有效浓度/mol·L^-1	AEP-DPA-CuO 总降解率/%	AEP降解率 /%	DPA降解率 /%
空白	0.9776	2.24	1.68	0.56
R-1	0.9363	6.37	4.59	1.78
R-2	0.7738	22.62	17.87	4.75
R-3	0.6477	32.29	24.87	7.42
R-4	0.7811	22.62	17.87	4.75
Y-1	0.8315	16.85	13.23	3.62
Y-2	0.6924	37.89	28.61	9.28
Y-3	0.6271	30.76	25.22	5.54

试验编号	AEP-DPA-CuO 有效浓度/mol·L^-1	AEP-DPA-CuO 总降解率/%	AEP降解率 /%	DPA降解率 /%
空白	0.9776	2.24	1.68	0.56
R-1	0.9363	6.37	4.59	1.78
R-2	0.7738	22.62	17.87	4.75
R-3	0.6477	32.29	24.87	7.42
R-4	0.7811	22.62	17.87	4.75
Y-1	0.8315	16.85	13.23	3.62
Y-2	0.6924	37.89	28.61	9.28
Y-3	0.6271	30.76	25.22	5.54

试验编号	5-PE-2-OZD /mol·L^-1	NHELZ /mol·L^-1	BHEP /mol·L^-1	降解物总生成率 /%
R-1	0.0616	0.0021	0	6.37
R-2	0.0761	0.1446	0.0082	22.89
R-3	0.1042	0.1993	0.0194	32.29
R-4	0.0761	0.1446	0.0082	22.89

试验编号	5-PE-2-OZD /mol·L^-1	NHELZ /mol·L^-1	BHEP /mol·L^-1	降解物总生成率 /%
R-1	0.0616	0.0021	0	6.37
R-2	0.0761	0.1446	0.0082	22.89
R-3	0.1042	0.1993	0.0194	32.29
R-4	0.0761	0.1446	0.0082	22.89

降解产物	5-PE-2-OZD/mol·L^-1	HBM/mol·L^-1	HXPA/mol·L^-1	HIE/mol·L^-1	DEOA/mol·L^-1	DELA/mol·L^-1	降解产物总生成率/%
Y-1	0.012	0.008	0.012	0.06	0.0065	0.070	16.85
Y-2	0.029	0.022	0.021	0.14	0.0158	0.1451	37.29
Y-3	0.055	0.07	0.0106	0.058	0.046	0.068	30.76

AEP-DPA-CuO相变纳米流体吸收CO₂稳定性

Study of CO₂ absorption stability of AEP-DPA-CuO phase change nanofluids

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试验项目	温度/℃	CO₂负载	O₂	Fe³⁺	进气N₂摩尔分数/%	进气CO₂摩尔分数/%	进气O₂摩尔分数/%
R-0	110	无	无	无	100	—	—
R-1	110	有	无	无	85	15	—
R-2	100	有	无	无	100	—	—
R-3	120	有	无	无	100	—	—
R-4	110	有	无	有	85	15	—
Y-1	110	无	有	无	95	—	5
Y-2	110	有	有	无	80	15	5
Y-3	110	无	有	有	95	—	5

试验项目	温度/℃	CO₂负载	O₂	Fe³⁺	进气N₂摩尔分数/%	进气CO₂摩尔分数/%	进气O₂摩尔分数/%
R-0	110	无	无	无	100	—	—
R-1	110	有	无	无	85	15	—
R-2	100	有	无	无	100	—	—
R-3	120	有	无	无	100	—	—
R-4	110	有	无	有	85	15	—
Y-1	110	无	有	无	95	—	5
Y-2	110	有	有	无	80	15	5
Y-3	110	无	有	有	95	—	5

添加量 /mol·L^-1	酒石酸钾钠 /%	丁酮肟 /%	丙酮肟 /%	碳酸肼 /%	邻苯三酚 /%	亚硫酸钠 /%
100	76.38	85.03	86.47	77.32	84.23	74.59
200	80.67	89.14	90.36	81.24	88.35	78.51
400	84.66	92.17	94.56	85.76	91.34	82.37
600	93.01	95.27	97.19	89.27	94.36	85.41
800	94.91	96.24	97.92	91.25	95.39	87.17
1000	95.34	96.81	98.12	92.27%	96.12	89.39
1200	95.69	97.03	98.26%	92.76%	96.73	90.23

添加量 /mol·L^-1	酒石酸钾钠 /%	丁酮肟 /%	丙酮肟 /%	碳酸肼 /%	邻苯三酚 /%	亚硫酸钠 /%
100	76.89	85.54	86.98	77.83	84.74	75.02
200	81.16	89.67	90.87	81.75	88.86	78.99
400	85.12	92.62	95.07	86.24	91.85	82.89
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1000	95.68	96.91	98.64	92.33	96.43	89.21
1200	95.84	97.14	98.87	92.86	96.94	90.77

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试验项目	温度/℃	CO₂负载	O₂	Fe³⁺	进气N₂摩尔分数/%	进气CO₂摩尔分数/%	进气O₂摩尔分数/%
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试验项目	温度/℃	CO₂负载	O₂	Fe³⁺	进气N₂摩尔分数/%	进气CO₂摩尔分数/%	进气O₂摩尔分数/%
R-0	110	无	无	无	100	—	—
R-1	110	有	无	无	85	15	—
R-2	100	有	无	无	100	—	—
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