燃燒后二氧化碳捕獲高效胺溶劑的快速篩選研究.pdf

1、隨著溫室氣體的排放量逐年增大，全球變暖的問題日益突顯，對(duì)人類的生存環(huán)境造成了巨大的影響。作為最主要的溫室氣體排放源，二氧化碳(CO2)逐漸被人們所關(guān)注。當(dāng)前，其排放控制問題已經(jīng)成為政府間會(huì)議的一項(xiàng)重要議題，碳捕獲技術(shù)隨之到廣泛的研究和發(fā)展。
　　已知的CO2捕獲技術(shù)中，化學(xué)吸收法中的胺基捕獲法因其快吸收速率和大吸收容量而被廣泛研究和應(yīng)用，但高額的操作成本成為該技術(shù)發(fā)展的瓶頸，尤其是吸收劑的再生能耗通常占到了整個(gè)碳捕獲流程操作成本的

2、70％以上。因此，高效吸收劑的選擇成為胺基捕獲法研究的重點(diǎn)之一。
　　本文根據(jù)現(xiàn)有的溶劑篩選方法和吸收劑的循環(huán)特性提出了一種改進(jìn)的基于速率模型的CO2高效捕獲劑的快速篩選法，即多重快速篩選法。該篩選法是基于綜合的吸收解吸流程，吸收過程的溫度為40℃，解吸過程的溫度設(shè)置在80℃，且胺溶液篩選前通過預(yù)處理過程帶有一定的初始貧液負(fù)載，兩個(gè)過程分別持續(xù)60min。
　　第一部分工作:首先，使用多重快速篩選法對(duì)30wt％的單乙醇胺(M

3、EA)溶液進(jìn)行了重復(fù)篩選實(shí)驗(yàn)和多重循環(huán)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明MEA溶液的兩次重復(fù)篩選實(shí)驗(yàn)負(fù)載隨時(shí)間變化的曲線基本一致，平均相對(duì)誤差為1.52％;同時(shí)MEA溶液的多重循環(huán)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明兩次吸收解吸篩選的循環(huán)容量分別為0.158和0.159摩爾CO2/摩爾胺，循環(huán)容量基本保持不變，且包括預(yù)處理過程在內(nèi)的三次循環(huán)實(shí)驗(yàn)的吸收速率和解吸速率隨負(fù)載變化的曲線基本重合。以上結(jié)果驗(yàn)證了多重快速篩選法應(yīng)用于溶劑篩選的可重復(fù)性和可靠性，同時(shí)也驗(yàn)證了溶劑多重循環(huán)的

4、穩(wěn)定性。隨后，使用多重快速篩選法測(cè)試了30wt％的MDEA、DEEA、AMP和DEA溶液，循環(huán)容量結(jié)果表明CO2的捕獲效率順序依次為:AMP＞DEA＞DEEA＞MEA＞MDEA，而該實(shí)驗(yàn)結(jié)果明顯不同于傳統(tǒng)的基于平衡的快速篩選法的結(jié)果。此外，通過所有單一胺溶劑的多重快速篩選實(shí)驗(yàn)的氣相和液相的物料衡算得到氣相和液相的負(fù)載的絕對(duì)平均誤差(AAD)為2.65％，顯示了實(shí)驗(yàn)結(jié)果是可靠的。最后，使用Aspen模擬軟件在中式規(guī)模實(shí)驗(yàn)條件下對(duì)流程模擬結(jié)

5、果進(jìn)行了放大模擬實(shí)驗(yàn)，流程模擬結(jié)果顯示單一胺溶劑的捕獲效率順序和多重快速篩選法的結(jié)果相吻合，驗(yàn)證了篩選結(jié)果指導(dǎo)進(jìn)一步工業(yè)化應(yīng)用的可行性。
　　第二部分工作:使用多重快速篩選法對(duì)總濃度為5mol/L的MEA和DEEA混合溶液進(jìn)行了最佳摩爾配比的快速篩選實(shí)驗(yàn)，MEA和DEEA的摩爾配比分別為4∶1、3∶2、2.5∶2.5、2∶3和1∶4。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:摩爾配比為2.5∶2.5的MEA/DEEA的混合溶液有最快的吸收速率，摩爾配比為1∶

6、4的混合溶液具有最快的解吸速率;隨著DEEA在溶劑體系中的摩爾配比的增大，混合溶液的吸收速率隨之減小，而解吸速率則隨之增大;多重快速篩選法的循環(huán)容量隨DEEA摩爾配比的增大先增加然后減少，而基于平衡模型的快速篩選法的循環(huán)容量只隨DEEA的摩爾配比的增大而增大;并且摩爾配比為2.5∶2.5的混合溶液具有最大的循環(huán)容量，為0.233摩爾CO2/摩爾胺，該混合胺溶液的CO2捕獲性能相較5mol/L的MEA溶液提高了46.5％。然后，通過所有混