煙氣CO2捕集新技術及傳質特性研究.pdf

1、全球氣候變化問題日益嚴峻，已經(jīng)成為威脅人類可持續(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今國際社會關注的熱點。有機醇胺化學吸收法脫除煙氣CO2是目前最有效的方法之一，是目前的研究熱點，并且在國內外已建設了多個示范工程。但醇胺法當前存在溶劑吸收性能不穩(wěn)定，吸收率、吸收負荷、再生率低，再生溫度、腐蝕率、降解率高等一系列難題，同時醇胺復合溶劑的動力學研究還沒有形成體系，成為限制CO2化學吸收領域發(fā)展的

2、瓶頸。
　　以N2和CO2混合氣作為模擬煙道氣，應用攪拌釜試驗裝置對三種不同的有機胺溶液一乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、三乙醇胺(TEA)進行了性能評價，篩選出MEA為較佳的基礎溶劑;在基礎溶劑選定的基礎上對活化劑哌嗪(PZ)、N-甲基哌嗪(N-MPP)和氨乙基哌嗪(AEP)進行了篩選，研究表明氨基乙基哌嗪綜合性能最好。對一乙醇胺胺和氨基乙基哌嗪進行配比優(yōu)選，通過吸收量、吸收速率、反應溫度、再生量和再生率等方面綜合對比，1

3、2％MEA+8％AEP水溶液為最佳的MEA-AEP雙胺體系配方溶劑。在配方溶劑基礎上對緩蝕劑、抗氧化劑進行了優(yōu)選，研究結果表明500mg/L的CI-03（緩蝕劑）、質量分數(shù)為0.1％的AOD-01（抗氧化劑）為較佳的復合比例。
　　在溶劑開發(fā)的基礎上，應用小試實驗（圓盤塔實驗系統(tǒng)）對MEA+AEP雙胺體系開展了傳質動力學的試驗研究。實驗分析了影響CO2吸收解吸傳質性能的因素（溫度、壓力、濃度、氣體組成、溶劑流量、吸收時間等），實驗

4、測試了雙胺體系吸收CO2的傳質動力學物性參數(shù)（擴散系數(shù)、亨利系數(shù)、密度、粘度），并與文獻值進行了比較分析，為動力學模型的建立與驗證提供了數(shù)據(jù)支撐。
　　在小試實驗（圓盤塔試驗）的基礎上對MEA-AEP雙胺體系進行了連續(xù)模試實驗研究，煙氣實驗規(guī)模為10Nm3/h，通過模擬現(xiàn)場生產參數(shù)測試評價了復合溶劑MEA-AEP和MEA溶液連續(xù)吸收模擬煙氣CO2的傳質動力學性能。實驗分析了貧液負荷、富液負荷、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、再生熱負荷等參數(shù)對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復合溶液的再生效果達到最佳，溶液對煙氣中的CO2捕集率≥90％，貧液負載αCO2＜0.1L/L。對同濃度的MEA-AEP
　　復合吸收劑與MEA吸收劑進行了比較分析，研究結果表明: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展了MEA-AEP藥劑的中試試驗評價，試驗結果表明，新型MEA-AEP復合溶劑相比于傳統(tǒng)MEA溶劑，蒸汽能耗降低29％以上，產品氣產量提高20％以上。
　　在小試（圓盤塔）、模試、工業(yè)中試的基礎上進行了雙胺體系吸收CO2的傳質動力學研究。以兩性離子反應機理與快

7、速擬一級反應模型為基礎，建立了CO2+B(liquid1)+C(liquid1)→products類型雙胺溶液體系傳質動力學模型:NA=CAi√DAkOV=PA/H√DA（kABCBO+kACCCO）
　　并針對MEA-AEP雙胺溶液吸收CO2的反應規(guī)律建立了傳質動力學模型:NA=CAi√DCO2kOV=PCO2/HCO2√DCO2（k2，AEP[AEP]+k2,[MEA]+k*OH-[OH-]）
　　對MEA-AEP雙胺體

8、系吸收速率模型進行了參數(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（無氫氧基效應）:Kapp=3.396×106/exp(-2119/T)[NAexp(-2044/T)]2-(13.635-2895/T)(10pH-14)。
　　通過圓盤塔、模試試驗與工業(yè)中試試驗驗證了MEA-AEP雙胺傳質動力學模型的精確度，試驗結果表明模型與試驗數(shù)