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)逐漸被人們所關注。當前，其排放控制問題已經成為政府間會議的一項重要議題，碳捕獲技術隨之到廣泛的研究和發(fā)展。
　　已知的CO2捕獲技術中，化學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用，但高額的操作成本成為該技術發(fā)展的瓶頸，尤其是吸收劑的再生能耗通常占到了整個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之一。
　　本文根據現(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℃，解吸過程的溫度設置在80℃，且胺溶液篩選前通過預處理過程帶有一定的初始貧液負載，兩個過程分別持續(xù)60min。
　　第一部分工作:首先，使用多重快速篩選法對30wt％的單乙醇胺(M

3、EA)溶液進行了重復篩選實驗和多重循環(huán)實驗。實驗結果表明MEA溶液的兩次重復篩選實驗負載隨時間變化的曲線基本一致，平均相對誤差為1.52％;同時MEA溶液的多重循環(huán)實驗結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，且包括預處理過程在內的三次循環(huán)實驗的吸收速率和解吸速率隨負載變化的曲線基本重合。以上結果驗證了多重快速篩選法應用于溶劑篩選的可重復性和可靠性，同時也驗證了溶劑多重循環(huán)的

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

5、果進行了放大模擬實驗，流程模擬結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果相吻合，驗證了篩選結果指導進一步工業(yè)化應用的可行性。
　　第二部分工作:使用多重快速篩選法對總濃度為5mol/L的MEA和DEEA混合溶液進行了最佳摩爾配比的快速篩選實驗，MEA和DEEA的摩爾配比分別為4∶1、3∶2、2.5∶2.5、2∶3和1∶4。實驗結果表明: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