面向CO2捕集的相變吸收劑開發(fā)及應(yīng)用研究.pdf

1、CO2作為最主要的溫室氣體，減少CO2排放從而減緩全球氣候變暖是全世界共同面臨的挑戰(zhàn)。在CO2捕集技術(shù)中，化學(xué)吸收法是工藝最成熟的方法，但捕集能耗過高限制了其廣泛應(yīng)用。為降低能耗，自2009年出現(xiàn)的相變吸收劑引起了廣泛的關(guān)注。相變吸收劑吸收CO2后發(fā)生分相，CO2富集在一相，僅CO2富液相送入解吸塔，減少了進(jìn)入解吸塔的液量從而降低了解吸能耗。
　　目前相變吸收劑原料成本較高，形成機(jī)理尚不明確且缺少與之對(duì)應(yīng)的解吸工藝，本文針對(duì)以上問

2、題提出了基于鹽析效應(yīng)和助溶效應(yīng)制備相變吸收劑的方法，并將膜閃蒸技術(shù)應(yīng)用于相變吸收劑解吸過程，有效解決了相變吸收劑下液相粘度大不利于傳質(zhì)的關(guān)鍵難點(diǎn)。
　　本文將胺與CO2反應(yīng)視為成鹽反應(yīng)，利用鹽析效應(yīng)可形成相分離的現(xiàn)象，以工業(yè)常用的MEA為例開發(fā)了MEA+正丙醇/異丙醇/叔丁醇+水的相變吸收劑，吸收劑吸收CO2后分相，醇富集在上液相，CO2富集在下液相，下液相CO2負(fù)載最高為4.47mol/kg，粘度可達(dá)77.00mpa·s。吸收解

3、吸實(shí)驗(yàn)表明所有MEA相變吸收劑的吸收速率均大于相同濃度下MEA水溶液，在最優(yōu)配比下CO2循環(huán)處理量為2.59mol/kg，較30％MEA提高了62％。
　　為進(jìn)一步考察相變吸收劑形成的機(jī)理和形成液-液兩相的規(guī)律，應(yīng)用胺的鹽酸鹽代替胺與CO2反應(yīng)生成的鹽構(gòu)建胺的鹽酸鹽+有機(jī)溶劑+水體系，研究了有機(jī)溶劑和鹽對(duì)該體系形成液-液兩相的影響規(guī)律。結(jié)果表明，有機(jī)溶劑濃度在50％～70％之間時(shí)，有機(jī)溶劑極性和介電常數(shù)越小，鹽濃度越大，體系形成液

4、-液兩相的能力越強(qiáng)。應(yīng)用以上規(guī)律，利用鹽析效應(yīng)開發(fā)了不同組成的相變吸收劑并實(shí)現(xiàn)了相變吸收劑的性能優(yōu)化。
　　針對(duì)利用鹽析效應(yīng)無法形成相變吸收劑的胺，本文將胺視為一種助溶劑，提出了更為普適的基于助溶效應(yīng)開發(fā)相變吸收劑的方法。以MDEA為例，開發(fā)了MDEA+正丁醇/正戊醇/正己醇+水的相變吸收劑，正丁醇/正戊醇/正己醇+水體系在加入助溶劑MDEA后均相，吸收CO2后，MDEA濃度降低，與水不互溶的醇與水形成液-液兩相。吸收解吸實(shí)驗(yàn)表明

5、所有MDEA相變吸收劑的吸收速率均大于相同濃度下的MDEA水溶液，在最優(yōu)配比下CO2循環(huán)處理量為2.48mol/kg，較30％MDEA提高了75.9％。
　　針對(duì)相變吸收劑下液相粘度過大不利于解吸的問題，本文利用膜閃蒸過程增大解吸過程的傳質(zhì)面積和傳質(zhì)推動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)相變吸收劑下液相的解吸。對(duì)不同配比的MDEA+正丁醇+水相變吸收劑，在最優(yōu)條件下，吸收劑在膜器內(nèi)停留時(shí)間僅為數(shù)秒，CO2的解吸率均高于80％，最高可達(dá)91.98％。在此基礎(chǔ)