K. Sobala, H. Kierzkowska-Pawlak
Politechnika Łódzka, Wydział Inżynierii Procesowej i Ochrony Środowiska, Łódź, PL

WYZNACZANIE CIEPŁA ABSORPCJI CO2 W WODNYCH ROZTWORACH AMIN


Najskuteczniejszą metodą usuwania CO2 z gazów powstających na skutek energetycznego spalania paliw kopalnych jest absorpcja chemiczna w roztworach alkanoloamin. Wadą tej technologii są wysokie koszty eksploatacyjne związane z dużym nakładem energii potrzebnym do regeneracji rozpuszczalnika. O kosztach regeneracji decyduje m. in. wartość ciepła absorpcji CO2 w roztworze. Dlatego w ostatnich latach badania koncentrowały się na opracowaniu rozpuszczalników, które charakteryzowałyby się niskim ciepłem absorpcji, przy jednoczesnej dużej szybkości reakcji z CO2. Taki warunek mogą spełniać aktywowane, wodne roztwory N,N-dietyloetanoloaminy (DEEA). Wcześniejsze badania wykazały, że dodatek N-metylo-1,3-propanodiaminy (MAPA) do roztworu bazowego DEEA powoduje wzrost szybkości absorpcji. Celem niniejszej pracy jest wyznaczenie ciepła absorpcji CO2 w wodnych roztworach mieszaniny DEEA+MAPA. Badania prowadzono w temperaturze 313.15 K w kalorymetrze reakcyjnym CPA 201 (SyrrisLdt), który umożliwiał ciągły pomiar strumienia ciepła wydzielanego podczas półokresowej absorpcji CO2 w roztworze. Analizowano wpływ stężenia aktywatora MAPA na ciepło absorpcji CO2 w roztworze DEEA+MAPA o stężeniu całkowitym 1, 1.1, 2M. Stężenie aktywatora MAPA wynosiło 0.05, 0.1 oraz 0.2 M. W celu wyznaczenia różniczkowego ciepła absorpcji ΔHabs,diff w funkcji stopnia karbonizacji roztworu α [mol CO2/mol aminy] opracowano oryginalną metodykę pomiarową. Zgodnie z I zasadą termodynamiki dla układów otwartych, w bilansie energetycznym dla całego układu uwzględniono strumień energii związany z masą dozowanego CO2. Otrzymano wyższe wartości ciepła absorpcji CO2 w wodnym roztworze mieszaniny DEEA+MAPA w porównaniu do roztworu DEEA. Przykładowo, dla 1 M roztworu DEEA różniczkowe ciepło absorpcji wynosiło -ΔHabs,diff=54.1 kJ/mol, natomiast dla mieszaniny 0.9 M DEEA+0.1 M MAPA otrzymano -ΔHabs,diff =65.8 kJ/mol, przy tych samych stopniach karbonizacji roztworu α=0.46 mol CO2/mol aminy. Badania wykazały, że wraz ze wzrostem stężenia MAPA wzrastało również ciepło absorpcji. Uzyskane wyniki mogą być wykorzystane do opracowania optymalnego składu nowego absorbentu CO2 w oparciu o mieszaninę DEEA+MAPA.

Słowa kluczowe: usuwanie CO2, ciepło absorpcji, kalorymetr reakcyjny, DEEA, MAPA