胺基功能化离子液体的合成及用于捕捉高炉煤气中CO_2的基础研究

【摘要】：钢铁工业是能源消耗量大、温室气体排放量高的行业。高炉生产过程中产生的高炉煤气具有发生量大、可燃成分少和热值低的特点，其中CO_2含量占20%左右。本工作即以高炉煤气为背景开展的CO_2捕捉的相关基础实验研究，以达到提高高炉煤气的热值，减少温室气体排放量，降低CO_2气体在后续工艺中耗能循环的目的。 首先根据酸碱中和原理，采用冰水浴法开展多胺类离子液体的合成研究。选取乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺4种有机物提供阳离子，甲酸、乙酸、丙酸和乳酸4种有机酸提供阴离子，通过酸碱中和反应，制备出了12种多胺类离子液体。合成反应的条件为：反应物酸和碱各取2mol，冰水浴中搅拌3小时，产物通过60℃减压蒸馏纯化。并对离子液体的黏度、结构等进行了表征，计算了离子液体的沸点和对水的相对挥发度。 在此基础上，根据胺基功能化离子液体吸收CO_2的特点，开展了以合成的多胺类离子液体作为捕捉剂对CO_2气体进行捕集和分离的实验研究。实验采用高纯CO_2气体，气体流量为0.3L/min，吸收温度为25℃。上述12种离子液体捕捉剂均配置成50%的水溶液。通过比较CO_2脱除率（简称脱碳率）和吸收量，筛选出最佳捕捉剂。结果表明，四乙烯五胺甲酸盐离子液体脱除CO_2（简称脱碳）效果最佳，该离子液体对CO_2的最大吸收量为1.3molCO_2/mol捕捉剂。因此，实验选取四乙烯五胺甲酸盐离子液体作为最优捕捉剂。 以四乙烯五胺甲酸盐离子液体作为捕捉剂进行脱碳实验研究，确定脱碳最佳实验条件。实验研究了反应温度、水作为溶剂稀释离子液体对脱碳的影响。结果表明，低温、水作为溶剂稀释离子液体有利于CO_2的脱除，室温条件下比较有利于CO_2气体的脱除。随着反应温度的升高，吸收量有下降的趋势。对吸收饱和的四乙烯五胺甲酸盐离子液体进行了解吸实验，结果表明，实验的解吸条件为解吸温度60℃，真空度－0.06—－0.08MPa，解吸时间8小时。实验表明，通过4次吸收—解吸循环，四乙烯五胺甲酸盐离子液体解吸率均能达到88%以上，该离子液体可作为循环使用的捕捉剂。 【关键词】：高炉煤气 多胺类离子液体 CO_2捕集 脱碳率 吸收 解吸
【学位授予单位】：辽宁科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：X757
【目录】：

• 中文摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 课题的来源及研究背景10
• 1.2 脱碳的研究现状10-11
• 1.2.1 化学吸收法10-11
• 1.2.2 物理吸收法11
• 1.2.3 吸附法11
• 1.3 离子液体简介11-14
• 1.3.1 离子液体的物理化学性质12-13
• 1.3.2 离子液体的合成方法13-14
• 1.4 离子液体固定 CO_2的应用14-18
• 1.4.1 传统离子液体14
• 1.4.2 功能化离子液体14-16
• 1.4.3 影响离子液体吸收 CO_2的因素16-18
• 1.5 课题的国内外研究现状及面临的问题18-19
• 1.6 课题研究目的及内容19-20
• 第2章 多胺类功能化离子液体的合成和结构表征20-30
• 2.1 反应机理20
• 2.2 实验仪器及药品20-21
• 2.3 实验流程21-23
• 2.3.1 操作步骤21
• 2.3.2 实验现象21-23
• 2.4 离子液体的表征23-30
• 2.4.1 离子液体的黏度23-26
• 2.4.2 离子液体的红外光谱分析26-27
• 2.4.3 离子液体的沸点计算27-28
• 2.4.4 离子液体—水体系相对挥发度计算28-30
• 第3章 胺基功能化离子液体吸收 CO_2的捕捉剂筛选实验..2230-47
• 3.1 吸收反应机理30-31
• 3.2 实验药品和仪器31
• 3.3 实验分析方法31-32
• 3.3.1 吸收曲线31-32
• 3.3.2 吸收量的测定方法32
• 3.3.3 捕捉剂筛选原则32
• 3.4 捕捉剂的筛选实验装置32-33
• 3.5 捕捉剂的筛选实验33-45
• 3.5.1 不同捕捉剂的脱碳效果对比33-37
• 3.5.2 不同捕捉剂吸收量的比较37-45
• 3.6 红外谱图表征45-46
• 3.7 本章小结46-47
• 第4章 基础实验研究47-54
• 4.1 实验流程47
• 4.2 脱碳实验研究47-50
• 4.2.1 温度对脱碳率的影响48-49
• 4.2.2 水对捕捉剂脱碳量的影响49-50
• 4.3 解吸实验研究50-53
• 4.3.1 解吸实验装置图50-51
• 4.3.2 捕捉剂的再生效率51-52
• 4.3.3 捕捉剂的循环使用52-53
• 4.4 本章小结53-54
• 第5章 结论与展望54-56
• 5.1 结论54-55
• 5.2 展望55-56
• 参考文献56-60
• 附录60-65
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况65-66
• 致谢66-67
• 作者简介67-68

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