КИНЕТИКА АБСОРБЦИИ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА ВОДНЫМ РАСТВОРОМ КАРБОНАТА ЛИТИЯ
Аннотация
Исследована кинетика абсорбции (хемосорбции) диоксида углерода водным раствором карбоната лития при температуре 293 К и в интервале давления 8,0·103 – 3,2·104 Па. Отсутствие торможения реакции растворением диоксида углерода, т.е. протекание реакции в кинетической области, доказано проведением экспериментов по установлению зависимости скорости процесса от интенсивности перемешивания раствора: определено напряжение, подаваемое на двигатель мешалки, начиная с которого кинетические кривые поглощения СО2 сливались друг с другом, т.е. скорость абсорбции СО2 переставала зависеть от интенсивности перемешивания – достигалась т.н. максимальная скорость абсорбции. Влияние концентрации карбоната лития на скорость абсорбции исследовали при постоянном давлении диоксида углерода 1,6·104 Па, было установлено, что начальная скорость реакции практически не зависела от исходной концентрации (нулевой порядок реакции). Однако, по мере накопления продукта реакции происходило ее замедление: нулевой порядок реакции переходил в первый. Зависимость скорости реакции от давления углекислого газа определяли при одинаковой начальной концентрации раствора карбоната лития 0,2027 М и различном давлении. Установили, что с увеличением давления скорость процесса линейно возрастала – наблюдался первый порядок по диоксиду углерода. Для объяснения найденных закономерностей предложена схема механизма реакции, из которой выведено кинетическое уравнение. Вычислены эффективные константы скорости абсорбции. На основании предложенного механизма реакции объяснено торможение абсорбции продуктом реакции: его добавление смещает абсорбционно-химическое равновесие, снижая тем самым концентрацию ионов водорода. Полученное кинетическое уравнение может служить основой для расчета и оптимизации работы промышленных абсорберов диоксида углерода.
Для цитирования:
Ярыкин Д.И., Гегова Р.С., Конюхов В.Ю. Кинетика абсорбции диоксида углерода водным раствором карбоната лития. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2024. Т. 67. Вып. 1. С. 60-66. DOI: 10.6060/ivkkt.20246701.6823.
Литература
Filimonova O.N., Vikulin A.S., Enyutina M.V., Ivanov A.V. Inlet temperature influence on isothermal gas cleaning from mono-impurities by fixed layer of adsorbent. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2020. V. 63. N 9. P. 88 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20206309.6247.
Filimonova O.N., Vikulin A.S., Enyutina M.V., Khorvat О.V. Model of kinetics of adsorption purification of atmos-pheric air by zeolite NaX granules under non-isothermal conditions. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2021. V. 64. N 12. P. 17 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20216412.6393.
Ramazanov A.Sh., Ataev D.R., Kasparova M.A. Obtaining high qualitu lithium carbonate from natural lithium-containing brines. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2021. V. 64. N 4. P. 52 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20216404.6238.
Yatsuk A.E., Garipov V.K. Analysis of methods for air purification from carbon dioxide using liquid absorbers. Vestn. Moskov. Gos. Univer. Priborostroen. Inform. Ser.: Priborostroen. Inform. Tekhnol. 2009. N 22. P. 72 (in Russian).
Novitsky E.G., Vasilevsky V.P., Vasilyeva V.I., Goleva E.A., Grushevenko E.A., Volkov A.V. The effect of the composition and structure of aqueous solutions of monoeth-anolamine on the processes of sorption and desorption of carbon dioxide during the purification of gas mixtures. Zhurn. Priklad. Khim. 2018. V. 91. N 5. P. 700 (in Russian). DOI: 10.1134/S1070427218050129.
Yusubov F.V., Mansurov E.F. Ways to intensify the process of CO2 absorption from flue gases. Vestn. Nauki Obrazov. 2017. V. 1. N 7 (31). P. 8 (in Russian). DOI:10.18412/1816-0395-2020-7-63-67.
Yusubov F.V., Mansurov E.F. Emission of carbon dioxide from flue gases. Neftepererab. Neftekhim. Nauch.-Tekhn. Dost. Peredovoy Opyt. 2018. N 8. P. 35 (in Russian).
Yusubov F.V., Mansurov E.F. Research and design of the process for the absorption of CO2 from flue gases. Ekologiya Promst’ Rossii. 2020. V. 24. N 7. P. 63-67 (in Russian). DOI: 10.18412/1816-0395-2020-7-63-67.
Anufrikov Yu.A., Kuranov G.L., Smirnova N.A. Solubility of CO2 and H2S in aqueous solutions containing alka-nolamines (review). Zhurn. Priklad. Khim. 2007. V. 80. N 4. P. 529 (in Russian). DOI: 10.1134/S1070427207040015.
Yezhova N.N., Sudareva S.V. Modern methods for clean-ing flue gases of thermal power plants from carbon dioxide. Teploenergetika. 2009. N 1. P. 14 (in Russian).
Nizhnik A.E., Paranuk A.A., Hrisonidi V.A. Improving the installation of carbon dioxide gas purification. Oborud.Tekhnol. Neftegaz. Kompl. 2018. N 3. P. 36 (in Russian). DOI: 10.30713/1999-6934-2018-3-36-38.
Ziganshina R.R., Golubina E.I., Kharkov V.V., Nikolaev A.N. Mathematical modeling of the process of absorp-tion of carbon dioxide from flue gases. Vestn. Tekhnol. Univer. 2017. V. 20. N 9. P. 85 (in Russian).
Terpugov D.G., Akinin N.I., Monkhov A.A. Investigation of carbon dioxide capture by alkaline solutions in a tubular column. Uspekhi Khim. Khim. Tekhnol. 2017. V. 31. N 13 (194). P. 81 (in Russian).
Akimov VV., Dmitriev E.A., Trushin A.M. Investigation of mass transfer during the chemisorption of CO2 in a mem-brane microbubbling apparatus. Teoret. Osnovy Khim. Tekhnol. 2011. V. 45. N 6. P. 621 (in Russian). DOI: 10.1134/S0040579511060017.
Ivanova M.S., Vishnetskaya M.V., Tomskiy K.O. Cata-lytic clearing of das emissions from СО2. Vestn. Sev.-Vost. Fed. Un-ta im. M.K. Amosova. 2019. N 1(69). P. 24 – 31 (in Russian). DOI: 10.25587/SVFU.2019.69.25522.
Novitskiy E.G., Bazhenov S.D., Volkov A.V. Optimization methods of carbon dioxide gas purification (review). Neftekhimiya. 2021, V. 61. N 3. P. 291-310 (in Russian). DOI: 10.31857/S0028242121030011.
Povtarev I.A., Blinichev V.N., Chagin O.V. Experimental study of the process of CO2 apsorption. Sovr. Naukoem. Tekhnol. Region. Prilozh. 2018. N 4(56). P. 58-65 (in Russian).
Druzhinin K.E., Vasyunina N.V., Nemchinova N.V., Gilmanshina T.R. Exhaust gases purification of sintering furnaces using under-sludge water as a gas cleaning solution. Ekologiya Prom-st’ Rossii. 2020. V. 24. N 3. P. 4 – 9 (in Russian). DOI: 10.18412/1816-0395-2020-3-4-9.
Garmashov A.S., Terpugov D.G., Akinin N.I. Improving the method of capturing carbon dioxide in an absorption plant. Usp. Khim. Khim. Tekhnol. 2016. V. 30. N 8 (177). P. 24-25 (in Russian).
Golubeva I.A., Dashkina A.V., Shulga I.V. Demanding Problems of Amine Treating of Natural Gas: Analysis and Ways of Solution. Neftekhimiya. 2020. V. 60. N 1. P. 51–56 (in Russian). DOI: 10.31857/S0028242120010086.
Sivtsova O.N., Eremenko S.I., Derevschikov V.S., Veselovskaya J.V. Kinetics of carbon dioxide absorption from air in a flow reactor with a fixed bed of K2CO3-based sorbent. Zhurn. Fiz. Khim. 2017. V. 91. N 5. P. 807-813 (in Russian). DOI: 10.7868/S0044453717050247.
Starkova A.V., Bakirov N.G., Makhotkin A.F., Saharov Yu.N. Investigation of the interaction of CO2 and NH3 in the gaseous phase. Vestn. Tekhnol. Un-ta. 2021. V. 24. N 7. P. 59 -63 (in Russian).
Derevenshchikov V.S., Kazakova E.D., Veselovskaya J.V., Yatsenko D.A., Kozlov D.V. Patterns of CO2 Ab-sorption by a Calciferous Sorbent in a Flow Adsorber. Zhurn. Fiz. Khim. 2021. V. 95. N 7. P. 1095 – 1100 (in Russian). DOI: 10.1134/S0036024421070098.
Akhmetova V.R., Smirnov O.V. Carbon dioxide capture and storage problems and perspectives. Bashkir. Khim. Zhurn. 2020. V. 27. N 3. P. 103-115 (in Russian). DOI: 10.17122/bcj-2020-3-103-115.
Samonin V.V., Zotov A.S., Spiridonova E.A., Podvyaznikov M.L. Effect of gas environment parameters on operation efficiency of chemical absorbents of carbon dioxide. Zhurn. Prikl. Khim. 2017. V. 90. N 1. P. 38-44 (in Russian). DOI: 10.1134/S1070427217010062.
Zhao Zho. Kinetics carbonization of anhydrous lithium hydroxide and its monohydrate. M.: Khimiya. 2005. 363 p. (in Russian).
Suvorova Y.A., Tarova A.A. Kinetics of Carbon Dioxide Chemisorption by a Composite Absorbent in a Closed Volume. Zhurn. Fiz. Khim. 2019. V. 93. N 4. P. 536-538 (in Russian). DOI: 10.1134/S0044453719040265.
Temkin M.I. Kinetics of reactions involving adsorption-chemical equilibria. Kinet. Katal. 1967. V. YIII. N 5. P. 1005 (in Russian).
Pozharov V.N., Chashchin V.A., Konyukhov V.Yu. Kinetics of CO2 absorption by a water solution of lithium carbonate. In the collection of scientific works of the VIII International Scientific Conference "Chemical thermodynamics and Kinetics" (May 28 - June 01, 2018. Tver). P. 292 – 293 (in Russian).
