Разделение изотопов углерода методом химического изотопного обмена с термическим обращением потоков в системе CO2-карбамат ДЭА в толуоле

• Автор: Лизунов, Алексей Владимирович
• Шифр специальности: 05.17.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 235 с. : ил

Введение

1. Литературный обзор

1.1 Основные методы получения ,3С

1.1.1 Цианидный способ

1.1.2 Бикарбонатный способ

1.1.3. Разделение изотопов углерода методом химобмена между окисью углерода и её комплексом с водным раствором однохлористой меди и

хлористого аммония

1.1.4 Разделение изотопов углерода методом ректификации

1.1.5 Диффузионные методы получения 13С

1.1.6 Оптические методы получения |3С

1.1.6.1. Принципы оптических методов разделения изотопов применительно к разделению изотопов углерода
1.1.6.2. Лазерный разделительный комплекс “Углерод”
1.2 Карбаматный способ разделения изотопов углерода
1.2.1. Основы карбаматного способа
1.2.2. Химическое равновесие при абсорбции С02 безводными растворами аминов
1.2.3 Коэффициент разделения изотопов углерода в системах состава С02 - аминокомплекс
1.2.4. Массообмен при разделении изотопов углерода в системах состава С02 - аминокомплекс
1.3 Сравнение различных методов получения ,3С
1.4. Выводы из литературного обзора
2. Исследование основных физико-химических свойств растворов карбаматов аминов. Выбор оптимальной пары амин-растворитель
2.1. Исследование основных физико-химических свойств растворов карбаматов аминов
2.1.1 Подготовка исходных реагентов и приготовление
растворов аминов
2.1.2 Определение основных физико-химических свойств растворов карбаматов аминов
2.2. Выбор оптимальной пары амин-растворитель
2.3. Выводы из главы
3. Исследование гидродинамических характеристик системы С02 — карбамат ДЭА в толуоле
3.1. Лабораторная установка для изучения процесса разделения изотопов методом химического изотопного обмена с термическим обращением потоков фаз
3.1.1 Схема лабораторной установки
3.1.2 Описание работы лабораторной установки
3.1.3 Порядок пуска и остановки лабораторной установки
3.1.4 Методика измерения и контроля концентрации ДЭА в рабочем растворе
3.2 Исследование гидравлического сопротивления насадочного слоя и пропускной способности насадок СПИ
3.3 Исследование удерживающей способности насадок С ПН
3.4. Выводы из главы
4. Исследование процесса обращения потоков фаз в системе С02 -аминокомплекс ДЭА в толуоле
4.1 Методика анализа микороконцентраций С02 в безводных растворах аминов
4.2 Процесс обращения потоков фаз в системе С02 - карбамат ДЭА в толуоле
4.3. Выводы из главы
5. Разделение изотопов углерода в системе СОг - карбамат ЗМ ДЭА в толуоле

5.1 Анализ изотопного состава газа. Принципы и
методики обработки экспериментальных данных
5.1.1. Состав газовой фазы
5.1.2 Изотопный анализ газа
5.1.2.1 Назначение и устройство масс-спектрометра МИ-1
5.1.2.2 Методика отбора проб на изотопный анализ, обработка масс-спектров
5.1.2.3 Частота отбора проб на изотопный анализ
5.1.2.4 Особенности изотопного анализа
5.1.3 Методики обработки экспериментальных данных
5.1.3.1. Методика определения эффективности массообмена в системе С02 - карбамат ДЭА в толуоле
5.1.3.2. Методика определения коэффициента разделения в системе С02 - карбамат ДЭА в толуоле
5.1.3.3 Методика определения удерживающей способности нижнего узла обращения потоков фаз
5.2 Исследование процесса разделения изотопов в системе С02 -карбамат ДЭА в толуоле
5.2.1 Определение эффективного коэффициента разделения в системе С02 - карбамат ЗМ ДЭА в толуоле
5.2.2. Исследование эффективности массообмена в системе С02 -карбамат ЗМДЭАв толуоле
5.3 Сравнение различных систем при реализации карбаматного процесса
5.4. Выводы из главы
Выводы
Список использованной литературы
исходного вещества был использован метан, предварительно обогащенный по 13С до 55 + 73%.
В процессах термодиффузии особое значение имеет чистота рабочего вещества. В связи с этим в конструкции девятиступенчатого каскада было предусмотрено непрерывное удаление на последней ступени примесей, содержание которых контролировали по теплопроводности. За 300 дней работы каскада был получен метан с концентрацией 13С 96%.
Авторами [89] было предложено предварительно обогащать оксид углерода изотопом ,3С и далее гидрировать СО электролитическим водородом, в котором содержание дейтерия составляет менее 5 х 10-5 % ,чтобы исключить накопление вместе с молекулами 13СН4 примеси СНзО, содержащейся в природном метане в количестве 0,06% [91]. Описана установка, состоящая из восьми стеклянных колонн с внутренним диаметром 12,1 мм и длиной 2,85 м, соединенных последовательно. В качестве исходного вещества в ней использован ‘3СН4 с концентрацией ,3С 55 — 70%, полученный из обогащенного оксида углерода. Процесс проводили при давлении 94,5 кПа и температуре 673 К, было получено несколько литров метана с концентрацией ,3СН4 99 -5- 99,8% [92]. Однако такая сложная энергоемкая схема разделения, вероятно, экономически мало оправдана.
Известно, что коэффициент разделения при термодиффузии зависит в основном от трех факторов: разности температур холодной и горячей стенок, молекулярной массы компонентов газа, подлежащих разделению, и свойств самих молекул [93]. Метан имеет самую высокую относительную разницу масс изотопных молекул из всех известных газообразных соединений углерода, однако термически он менее устойчив, чем оксид углерода, и заметно разлагается уже при 700° С. Поэтому можно было ожидать, что замена метана на оксид углерода и, естественно, повышение разности температур позволит увеличить эффективность термодиффузионной колонны. Были проведены эксперименты, в которых вместо метана использовали оксид углерода. В колонке длиной 5 м и диаметром 12 мм с центральной нагревающей нитью, имеющей температуру 1