CO2在氨基酸離子液體-醇胺水溶液中的吸收特性研究.pdf

1、近年來，工業(yè)生產(chǎn)和燃煤鍋爐大量排放的CO2已對環(huán)境保護(hù)和國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。為了應(yīng)對CO2的減排壓力，發(fā)展具有技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)可承受性的煙氣中CO2減排方法，已引起廣泛關(guān)注。作為最廣泛的工業(yè)CO2捕集方法，醇胺吸收法具有技術(shù)成熟、吸收量大、操作成本低等優(yōu)點，特別是在煉廠氣和天然氣CO2分離方面，醇胺法居于主導(dǎo)地位。隨著華能北京熱電廠、上海石洞口第二電廠和中電投重慶合川雙槐電廠脫碳工程的展開，醇胺吸收法也將在火電廠CO2減

2、排領(lǐng)域占據(jù)舉足輕重的地位。但是，高濃度醇胺水溶液吸收CO2后易對設(shè)備產(chǎn)生腐蝕，而降低醇胺質(zhì)量分率會導(dǎo)致再生蒸汽消耗量巨大，因此開發(fā)吸收能力強(qiáng)且腐蝕性較小的新型吸收劑以進(jìn)一步節(jié)能降耗，尚有較大的拓展空間。將適量的離子液體尤其是氨基酸離子液體(amino acid ionic liquids，AAILs)與三級醇胺溶液復(fù)配，既能夠保證合適的體系粘度，又可提高吸收速率，降低設(shè)備腐蝕并減少再生蒸汽量，對目前運行的醇胺法捕集CO2工藝的改進(jìn)和新型

3、醇胺法吸收工藝的開發(fā)均具有重要的指導(dǎo)意義。
　　以N-甲基二乙醇胺(N-methyldiethanolamine，MDEA)為吸收主體，引入1-丁基-3-甲基咪唑甘氨酸鹽(1-butyl-3-methylimidazolium glycinate，[Bmim][Gly])、四甲基銨甘氨酸鹽(tetramethylammonium glycinate，[N1111][Gly])和1-丁基-3甲基咪唑賴氨酸鹽(1-butyl-3-me

4、thylimidazolium lysinate，[Bmim][Lys])等3種氨基酸離子液體作為促進(jìn)劑，構(gòu)建了新型醇胺吸收劑。測定了系列溫度和系列濃度條件下，CO2在AAILs促進(jìn)的MDEA水溶液中的吸收量-時間關(guān)系，確定了飽和吸收量和飽和載荷;闡明了溫度、MDEA濃度和AAILs濃度等操作條件對MDEA-AAILs復(fù)配溶液吸收能力的影響規(guī)律。針對燃煤煙氣中CO2的低分壓特點，配制了具有不同CO2分壓的N2-CO2模擬煙氣，測定了MD

5、EA-AAILs復(fù)配溶液對模擬煙氣中CO2的吸收能力，分析了CO2分壓對吸收能力的影響規(guī)律。
　　為了進(jìn)一步考察CO2在MDEA-AAILs水溶液中的吸收特性，本文系統(tǒng)地測定了系列溫度和濃度條件下，具有不同CO2載荷的MDEA-AAILs吸收液的粘度，并用Weiland方程對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行了關(guān)聯(lián)，闡明了溫度、MDEA濃度、AAILs濃度及CO2載荷對體系粘度的影響規(guī)律?；谖樟?時間關(guān)系實驗數(shù)據(jù)，確定了系列溫度和濃度條件下，CO2

6、在MDEA-AAILs水溶液中的表觀吸收速率。結(jié)合吸收能力、表觀吸收速率及體系粘度等數(shù)據(jù)，分析了MDEA濃度、AAILs濃度、溫度、CO2分壓和體系粘度對吸收能力和吸收速率的影響規(guī)律，闡明了吸收劑濃度、CO2分壓和體系粘度對吸收速率的競爭影響機(jī)制。
　　在吸收特性研究的基礎(chǔ)上，利用自制的小型篩孔式板式塔，驗證了新型醇胺吸收劑對模擬煙氣中CO2的脫除效果?？疾炝宋談舛?、吸收劑流量、模擬煙氣流量和塔板數(shù)等因素對CO2脫除效率的影響

7、，確定了體積總傳質(zhì)系數(shù)(KGa)，闡明了吸收劑濃度、吸收劑流量、煙氣流量和塔板數(shù)對傳質(zhì)系數(shù)的影響規(guī)律。
　　綜上所述，本文以AAILs為促進(jìn)劑、以MDEA為吸收主體，構(gòu)建了新型醇胺吸收劑。圍繞促進(jìn)劑對吸收主體的促進(jìn)機(jī)理、體系粘度變化規(guī)律，以及吸收劑濃度、CO2分壓和體系粘度對CO2吸收能力和吸收速率的影響規(guī)律等關(guān)鍵問題，展開了實驗和理論研究，闡明了CO2在新型醇胺吸收劑中的吸收特性，并用小試設(shè)備驗證了新型醇胺吸收劑對CO2的脫除效