煙氣CO2捕集新技術(shù)及傳質(zhì)特性研究.pdf

1、全球氣候變化問(wèn)題日益嚴(yán)峻，已經(jīng)成為威脅人類(lèi)可持續(xù)發(fā)展的主要因素之一，削減溫室氣體特別是燃煤電廠煙氣CO2的排放以減緩氣候變化成為當(dāng)今國(guó)際社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)。有機(jī)醇胺化學(xué)吸收法脫除煙氣CO2是目前最有效的方法之一，是目前的研究熱點(diǎn)，并且在國(guó)內(nèi)外已建設(shè)了多個(gè)示范工程。但醇胺法當(dāng)前存在溶劑吸收性能不穩(wěn)定，吸收率、吸收負(fù)荷、再生率低，再生溫度、腐蝕率、降解率高等一系列難題，同時(shí)醇胺復(fù)合溶劑的動(dòng)力學(xué)研究還沒(méi)有形成體系，成為限制CO2化學(xué)吸收領(lǐng)域發(fā)展的

2、瓶頸。
　　以N2和CO2混合氣作為模擬煙道氣，應(yīng)用攪拌釜試驗(yàn)裝置對(duì)三種不同的有機(jī)胺溶液一乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、三乙醇胺(TEA)進(jìn)行了性能評(píng)價(jià)，篩選出MEA為較佳的基礎(chǔ)溶劑;在基礎(chǔ)溶劑選定的基礎(chǔ)上對(duì)活化劑哌嗪(PZ)、N-甲基哌嗪(N-MPP)和氨乙基哌嗪(AEP)進(jìn)行了篩選，研究表明氨基乙基哌嗪綜合性能最好。對(duì)一乙醇胺胺和氨基乙基哌嗪進(jìn)行配比優(yōu)選，通過(guò)吸收量、吸收速率、反應(yīng)溫度、再生量和再生率等方面綜合對(duì)比，1

3、2％MEA+8％AEP水溶液為最佳的MEA-AEP雙胺體系配方溶劑。在配方溶劑基礎(chǔ)上對(duì)緩蝕劑、抗氧化劑進(jìn)行了優(yōu)選，研究結(jié)果表明500mg/L的CI-03（緩蝕劑）、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1％的AOD-01（抗氧化劑）為較佳的復(fù)合比例。
　　在溶劑開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用小試實(shí)驗(yàn)（圓盤(pán)塔實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)）對(duì)MEA+AEP雙胺體系開(kāi)展了傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)的試驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)分析了影響CO2吸收解吸傳質(zhì)性能的因素（溫度、壓力、濃度、氣體組成、溶劑流量、吸收時(shí)間等），實(shí)驗(yàn)

4、測(cè)試了雙胺體系吸收CO2的傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)物性參數(shù)（擴(kuò)散系數(shù)、亨利系數(shù)、密度、粘度），并與文獻(xiàn)值進(jìn)行了比較分析，為動(dòng)力學(xué)模型的建立與驗(yàn)證提供了數(shù)據(jù)支撐。
　　在小試實(shí)驗(yàn)（圓盤(pán)塔試驗(yàn)）的基礎(chǔ)上對(duì)MEA-AEP雙胺體系進(jìn)行了連續(xù)模試實(shí)驗(yàn)研究，煙氣實(shí)驗(yàn)規(guī)模為10Nm3/h，通過(guò)模擬現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)參數(shù)測(cè)試評(píng)價(jià)了復(fù)合溶劑MEA-AEP和MEA溶液連續(xù)吸收模擬煙氣CO2的傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)分析了貧液負(fù)荷、富液負(fù)荷、煙氣流量、吸收液濃度、氣液比、煙氣中C

5、O2濃度、吸收溫度、再生溫度、再生熱負(fù)荷等參數(shù)對(duì)MEA-AEP溶液捕集率及再生性能的影響，優(yōu)化出最佳工藝參數(shù):吸收溫度40℃，溶劑濃度3mol/L，液氣比10L/m3，再生溫度105℃。在此工況條件下，MEA-AEP復(fù)合溶液的再生效果達(dá)到最佳，溶液對(duì)煙氣中的CO2捕集率≥90％，貧液負(fù)載αCO2＜0.1L/L。對(duì)同濃度的MEA-AEP
　　復(fù)合吸收劑與MEA吸收劑進(jìn)行了比較分析，研究結(jié)果表明:在再生能耗條件相同的情況下，單位體積M

6、EA-AEP相比MEA吸收容量高30％以上;在捕集率相同的情況下，單位體積MEA-AEP相比MEA再生能耗降低30％以上。
　　在100噸/天CO2捕集純化中試裝置上開(kāi)展了MEA-AEP藥劑的中試試驗(yàn)評(píng)價(jià)，試驗(yàn)結(jié)果表明，新型MEA-AEP復(fù)合溶劑相比于傳統(tǒng)MEA溶劑，蒸汽能耗降低29％以上，產(chǎn)品氣產(chǎn)量提高20％以上。
　　在小試（圓盤(pán)塔）、模試、工業(yè)中試的基礎(chǔ)上進(jìn)行了雙胺體系吸收CO2的傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)研究。以?xún)尚噪x子反應(yīng)機(jī)理與快

7、速擬一級(jí)反應(yīng)模型為基礎(chǔ)，建立了CO2+B(liquid1)+C(liquid1)→products類(lèi)型雙胺溶液體系傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)模型:NA=CAi√DAkOV=PA/H√DA（kABCBO+kACCCO）
　　并針對(duì)MEA-AEP雙胺溶液吸收CO2的反應(yīng)規(guī)律建立了傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)模型:NA=CAi√DCO2kOV=PCO2/HCO2√DCO2（k2，AEP[AEP]+k2,[MEA]+k*OH-[OH-]）
　　對(duì)MEA-AEP雙胺體

8、系吸收速率模型進(jìn)行了參數(shù)求解分析，得到總速率常數(shù)為:Kov=3.396×106/exp(-2119/T)[NAexp(-2044/T)]2
　　表觀速率常數(shù)為（無(wú)氫氧基效應(yīng)）:Kapp=3.396×106/exp(-2119/T)[NAexp(-2044/T)]2-(13.635-2895/T)(10pH-14)。
　　通過(guò)圓盤(pán)塔、模試試驗(yàn)與工業(yè)中試試驗(yàn)驗(yàn)證了MEA-AEP雙胺傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)模型的精確度，試驗(yàn)結(jié)果表明模型與試驗(yàn)數(shù)