复配醇胺水溶液捕集CO2过程中的解吸研究进展

针对复配醇胺捕集CO2过程中出现的问题,介绍了复配醇胺捕集CO2的解吸机理和再生能耗.针对解吸过程的再生能耗过高这一关键问题,总结了传统加热解吸、固体酸催化剂催化解吸和矿化结晶解吸CO2的方法,介绍了优化工艺降低醇胺再生能耗的一般特性.     

CO_2捕集的吸收溶解度计算和过程模拟

为了降低CO2吸收法捕集技术的能耗和成本,以目前常用的单乙醇胺(MEA)溶液吸收CO2为例,采用电解质非随机双流体热力学模型(E-NRTL),对溶液中的CO2气体溶解度进行计算,计算过程包含了化学反应平衡和汽液平衡,计算结果和文献数据相吻合。在此基础上,建立了CO2吸收过程模拟程序和包括解吸能耗、气体压缩能耗以及液体输送能耗的过程总体能耗的计算方法,继而通过过程模拟分析了吸收塔和解吸塔压力、溶液浓度和流量等因素对吸收捕集过程的总体能耗的影响,获取了最优的工艺条件,为以后新CO2吸收捕集过程提供能耗分析方法基础。     

碳基材料吸附二氧化碳及电解吸的实验研究

利用碳基材料具有良好的导电导热性能,研发电解吸技术,取代传统的真空解吸工艺,进行吸附剂再生。估算能耗,为碳基材料吸附捕集温室气体CO2的研究和应用提供基础依据。筛选出十余种由椰壳、煤、沥青、木炭和聚合物基体制备成的颗粒状、纤维状以及蜂窝状的碳基吸附剂,进行实验研究。基于实验结果,比较捕集烟道气中CO2的吸附量、选择性、电加热升温速率、电解吸工艺的电能耗。探讨采用碳基材料吸附和电解吸技术捕集烟道气中CO2的有效性和可行性。实验结果表明:采用电加热碳基材料吸附剂,升温速率较快,能使吸附剂达到快速解吸再生的目的。而且电直接加热到吸附剂,电能利用率较高。通过表面改性等方法提高碳基材料吸附CO2容量,电解吸工艺在CO2吸附捕集技术中具有显著的优势。     

基于热泵技术的化学吸收法二氧化碳捕集系统

为了减小二氧化碳捕集过程的能耗,研究了一种采用化学吸收法的新型供热技术。首先建立了以乙醇胺(MEA)为吸收剂的化学吸收法捕集二氧化碳的解吸能耗数学模型,通过Matlab编程计算得到工程中解吸能耗变化趋势和最小的解吸能耗。其次,将热泵技术与化学吸收法相结合,通过高温热泵提供解吸热能,同时综合利用废热。利用ASPENPLUS模拟了两级正丁烷(R600)热泵供热流程、超临界CO2(R744)循环热泵供热流程的性能,发现应用热泵技术能显著降低流程的能耗,各项性能与流程最小能耗理论极限值非常接近。超临界CO2循环热泵供热流程性能最优,流程的耗功量只有普通流程能耗的36.9%,同时所需的冷却能也只有普通流程的34.4%。通过建立热力学和经济学模型分析表明,应用超临界CO2热泵后CO2减排成本为328.2$·(tCO2)-1、电价为0.748$·(kW·h)-1;电厂减排后效率为31.1%,相比采用普通加热解吸流程增加了7.7%。     

复配醇胺水溶液捕集CO_2过程中的解吸研究进展

针对复配醇胺捕集CO_2过程中出现的问题,介绍了复配醇胺捕集CO_2的解吸机理和再生能耗。针对解吸过程的再生能耗过高这一关键问题,总结了传统加热解吸、固体酸催化剂催化解吸和矿化结晶解吸CO_2的方法,介绍了优化工艺降低醇胺再生能耗的一般特性。     

醇胺吸收法烟气脱碳工艺流程的改进与优化模拟

针对现有捕集工艺存在能耗高等问题,采用化学吸收法捕获CO2技术,基于Promax3.0化工流程模拟软件平台建立了使用MEA溶剂吸收300MW燃煤电厂烟道气中CO2捕集系统的过程模型,对分段吸收的吸收解吸分流进行了模拟,并对分段吸收流程重要参数进行了优化,在保证CO2捕获率90%的前提下,使得再沸器负荷降至2.66GJ/t CO2,比优化后的传统MEA法的热能耗降低了20.6%。     

燃煤电厂烟气二氧化碳胺法捕集工艺改进研究进展

有机胺化学吸收法是当前最具大规模工业化应用前景的燃煤电厂烟气二氧化碳捕集技术,但目前仍存在能耗较高的缺点,而通过工艺改进将是降低碳捕集系统能耗的有效方法之一。本文从吸收端和解吸端分别对十余类工艺改进方法的原理和研究进展进行了阐述,其中吸收端涉及吸收塔内部冷却、富液循环、贫液分配流和旋转塔4类工艺;解吸端则包括解吸塔塔级再热、富液分流、闪蒸再生、闪蒸压缩、多压力解吸、多效解吸塔和直接蒸汽解吸共7类工艺。分析表明,富液分流、闪蒸压缩、多效解吸塔和直接蒸汽解吸工艺展示了较好的改进效果。并进一步介绍了多种工艺联合改进的碳捕集系统综合优化方法,特别对综合优化过程中需要重点关注的各工艺间相互作用以及吸收剂与优化工艺匹配性进行了讨论说明,由此指出联合采用新型胺吸收剂和复合工艺改进是未来开发先进胺法碳捕集系统的重要研究方向。     

13X-APG沸石真空变压变温耦合工艺吸附捕集烟道气中CO2

采用13X-APG沸石吸附捕集烟道气中CO2,并研发了五步循环真空变压变温(VTSA)耦合吸附捕集工艺. 实验测定了循环吸附/解吸过程中吸附剂再生率、烟道气中CO2回收率、产品气量及产品气中CO2纯度,并与传统的真空变压吸附工艺(VSA)和变温吸附工艺(TSA)比较. 由于VTSA在真空解吸的同时加热吸附剂,减少了真空泵的电耗,可在较温和的真空下(约3′103 Pa)操作,附加的吸附剂再生温度也不高,90~150℃下吸附剂再生率达97%以上,CO2回收率达98%以上. 吸附剂捕集CO2的量可提高到1.8 mol/kg,是VSA工艺产品气量的2倍,且产品气中CO2纯度提高到90%以上.     

氨法吸收烟气中二氧化碳与脱碳后溶液解吸研究进展

氨法碳捕集因具有脱除效率高、低成本、高吸收容量等特点,而成为目前CO2捕集的研究热点之一。本文阐述了氨法吸收CO2与脱碳后溶液解吸的主要机理,综述了国内外该法的研究进展,分析了影响该技术应用的几个方面问题,比如机理研究、氨逃逸、解吸能耗等,提出今后应开展氨法碳捕集的工业化试验以及联合脱硫脱碳方面研究,尽快使该工艺得以工业化应用。     

碳酸二甲酯吸收捕集CO_2工艺流程

采用在线气相色谱测定了碳酸二甲酯(DMC)-CO2体系的气液相平衡,并得到了25,35,45℃下的亨利系数分别为6.566,7.614,8.784 MPa。同时建立了一套连续吸收-解吸小试装置,考察了DMC用于捕集CO2的吸收-解吸连续运行情况。并结合Aspen Plus模拟软件,分析了DMC在连续吸收-解吸小试装置上运行的最佳操作参数,并得到整体工艺能耗。结果表明:实验研究范围内,最佳的操作参数为液气摩尔比1.556、吸收温度20.0℃、解吸温度为63.2℃,相应的吸收率为94.34%,捕集CO2能耗为1.72 GJ/t。     

基于MDEA的烟气SO2捕集过程工艺参数和能量集成分析

有机胺吸收法是一种高效环保型烟气脱硫技术,而从系统工程的角度对烟气SO₂捕集工艺的分析、优化和能耗评估尚未有详细报道。对N-甲基二乙醇胺（MDEA）为吸收剂的烟气SO₂捕集过程工艺进行研究,考察了MDEA浓度、温度、SO₂解吸率对捕集效果的影响规律。结果显示,MDEA溶液浓度为30%（质量）、烟气温度不高于45℃、回流贫液温度不高于41℃时,SO₂吸收效果较好;增加SO₂解吸率是以降低解吸气中SO₂纯度和增大再沸器负荷为代价,水分汽化是再生能耗增高的主要原因。针对吸收剂再生过程能耗大的问题,采用热泵辅助精馏对解吸过程进行能量集成,吸收剂再生能耗可降低47%,年度总费用（TAC）可降低9.93%。本研究对有机胺体系的SO₂捕集系统工业化应用具有重要的指导作用。     

基于酸度系数(pKa)模型的胺法SO2捕集过程多目标效能分析

筛选高SO₂吸收容量、低解吸能耗的吸收剂是提高胺基烟气SO₂捕集工艺应用潜力的重要途径。本研究采用SMD连续溶剂化模型和密度泛函理论在M05-2X/6-31G*基组水平上预测了5种有机二胺类物质的pK_a,基于预测的pK_a建立起吸收剂对SO₂吸收容量和解吸反应热的数学模型,以探讨有机二胺-酸-水三元体系吸收剂捕集SO₂过程中的效能关系。结果表明,数学模型符合工程精度要求。二胺的SO₂吸收容量和脱质子反应焓都随pK_a增大而增加,筛选有机胺吸收剂展现出对SO₂吸收容量和反应焓的多目标矛盾性特征;量化了5种二胺的SO₂循环吸收容量和解吸反应热的数值关系,在相同SO₂循环容量条件下,5种二胺中羟乙基哌嗪（HEP）的解吸热最小,HEP为有机二胺-酸-水三元体系中的一种潜力二胺类吸收剂。     

The CO2 absorption and desorption performance of the triethylenetetramine + N,N-diethylethanolamine + H2O system

Post-combustion CO₂ capture (PCC) process faces significant challenge of high regeneration energy consumption. Biphasic absorbent is a promising alternative candidate which could significantly reduce the regeneration energy consumption because only the CO₂-concentrated phase should be regenerated. In this work, aqueous solutions of triethylenetetramine (TETA) and N,N-diethylethanolamine (DEEA) are found to be efficient biphasic absorbents of CO₂. The effects of the solvent composition, total amine concentration, and temperature on the absorption behavior, as well as the effect of temperature on the desorption behavior of TETA-DEEA-H₂O system were investigated. An aqueous solution of 1 mol·L^-1 TETA and 4 mol·L^-1 DEEA spontaneously separates into two liquid phases after a certain amount of CO₂ is absorbed and it shows high CO₂ absorption/desorption performance. About 99.4% of the absorbed CO₂ is found in the lower phase, which corresponds to a CO₂ absorption capacity of 3.44 mol·kg^-1. The appropriate absorption and desorption temperatures are found to be 30℃ and 90℃, respectively. The thermal analysis indicates that the heat of absorption of the 1 mol·L^-1 TETA and 4 mol·L^-1 DEEA solution is -84.38 kJ·(mol CO₂)^-1 which is 6.92 kJ·(mol CO₂)^-1 less than that of aqueous MEA. The reaction heat, sensible heat, and the vaporization heat of the TETA-DEEA-H₂O system are lower than that of the aqueous MEA, while its CO₂ capacity is higher. Thus the TETA-DEEA-H₂O system is potentially a better absorbent for the post-combustion CO₂ capture process.     

强化结晶氨法脱碳实验研究

针对目前氨法二氧化碳捕集技术中存在的氨逃逸、再生能耗高、反应后期吸收率低等问题提出了强化结晶氨法捕碳工艺,采用氨水乙醇组成的混合吸收液,利用半连续鼓泡反应系统研究了实验过程中吸收液组成、吸收温度、烟气流量及烟气中CO₂体积分数对吸收及结晶规律的影响。实验结果表明,混合吸收液中选用高比例乙醇、较低的吸收温度、较高的烟气流量以及较大的CO₂体积分数有利于吸收液中晶体出现时间提前,有利于强化结晶过程,晶体含氨量占初始氨总量的分数可达38.75%,并且混合吸收液的CO₂吸收能力较纯氨水工况明显提高。创新之处在于:提出了一种强化结晶氨法捕碳工艺,对氨水乙醇混合吸收液的吸收及结晶规律进行研究,给出了能够改善吸收效果并利于结晶过程的有利工况。为接下来新工艺的进一步研究提供基础数据和参考。     

烟气CO2捕集热能梯级利用节能工艺耦合优化

醇胺法捕集CO₂技术是一种较成熟的CO₂捕集技术,具有吸收速度快、脱除效果好等显著优点,但其操作费用高、解吸能耗大。本文以降低醇胺法捕集烟气中CO₂系统再生能耗为出发点,对常规醇胺法捕集CO₂工艺统进行了节能优化研究。在常规工艺流程基础上引入压缩式热泵节能技术,并利用Aspen Plus软件建立了基于压缩式热泵技术的CO₂捕集工艺流程模型。研究了压缩式热泵与机械蒸汽压缩回收（MVR）热泵、分流解吸、分布式换热、级间冷却4种节能工艺耦合,通过模拟计算与优化,结果说明了最佳节能工艺组合为“解吸塔压缩式热泵+贫液MVR热泵+分流解吸+级间冷却”耦合的CO₂捕集工艺流程,当解吸塔顶气体分流比为0.25∶0.75、冷富液分流比为0.05∶0.95、级间冷却器位于吸收塔17块塔板位置、吸收塔输入冷量为-3.0GJ/h时,系统再生能耗最低,为2.533 GJ/tCO₂,相比常规有机胺工艺（再生能耗4.204GJ/tCO₂）节能率39.748%。     

N,N-二乙基乙醇胺(DEEA)溶液CO2吸收解吸性能的实验研究

胺法捕集回收二氧化碳工艺存在的最大缺陷是高吸收速率与低再生能耗不能共存,高效溶剂的开发是解决这一问题的有效途径之一。为筛选出吸收解吸综合性能良好的吸收剂,本文利用溶剂快速筛选实验装置对几种不同醇胺吸收剂进行了实验研究,主要从溶液吸收负载、吸收速率、解吸负载、解吸速率、循环容量及相对再生能耗等方面进行了分析比较,实验结果显示N,N-二乙基乙醇胺(DEEA)溶液表现出较好的CO₂捕获性能。此外,通过溶解度装置、填料吸收塔及再生塔分别对DEEA溶液的平衡溶解度、传质系数及再生能耗进行了实验研究与验证。实验结果表明:增加溶液浓度会降低其CO₂平衡溶解度;增加CO₂分压能增加其CO₂平衡溶解度;增大进料温度能增加溶液在填料塔中的传质系数;提高富液负载及贫液负载会降低溶液的再生能耗。因此,基于其较好的吸收解吸性能,DEEA是一种可以工业化应用的潜在吸收剂。     

相变吸收捕集烟气中CO2技术的发展现状

化学吸收法作为目前最有效的CO₂捕集技术,吸收剂常用有机胺,但过高的再生能耗和成本限制了其在工业中的应用。基于传统有机胺溶剂开发出来的相变吸收剂被认为可以大幅减少解吸能耗,成为近几年研究的热点。本文详细介绍了相变吸收剂的常见类型、分相机理,并根据其具体组成进行了种类划分,对比分析了常用相变吸收剂和传统乙醇胺（MEA）吸收液的再生能耗,并指出温度、CO₂负荷以及相分离等因素对相变吸收剂的工艺流程长期运行稳定性的影响。在制备相变吸收剂的过程中,可加入活化剂来降低CO₂富液黏度,加入助溶剂来提高传质特性。本文阐述了现有相变吸收剂的挥发、降解和腐蚀等特性的研究现状。最后,结合研究现状和烟气捕集需求对相变吸收剂今后的研究方向给出了建议。     

[Bmim][BF4]/MEA混合水溶液的CO2汽液平衡和解吸能耗分析

搭建汽液平衡实验台,对液液分相CO₂吸收剂1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（[Bmim][BF₄]）/乙醇胺（MEA）混合水溶液与CO₂的汽液平衡进行了实验测量与分析,并对该吸收剂解吸能耗进行计算。结果表明,随着温度的升高,相同担载量溶液对应的CO₂分压升高,[Bmim][BF₄]质量分数的改变对汽液平衡的影响不明显。与传统有机胺溶液30%（质量）MEA相比,该吸收剂在能耗方面主要优势在于解吸过程中显热和潜热的减小。其反应热在担载量大于0.45之后明显减小,潜热的减小主要由于解吸塔内H₂O气相分压和摩尔分数的减小,当[Bmim][BF₄]质量分数大于30%时,显热可以减少30%以上,减少的原因主要为比热容的降低和富液胺浓度的提升。     

天然气半贫液脱碳工艺三元胺液配方优选

为实现天然气脱碳工厂降本增效目标,基于某工厂PZ活化MDEA半贫液工艺,在现有设备能力下进一步提升胺液性能,进行三元复配胺液配方筛选以替代原有吸收剂。本文针对单一胺液的贫液、半贫液及富液分别进行实验,确定合适的主体胺液及添加剂,将胺液进行三元复配后通过实验探究三元复配胺液的吸收及再生性能,旨在寻找吸收容量大、吸收速率快、解吸率高、循环溶解度高、再生能耗低综合性能优的胺液配方。通过研究发现,单一胺液中AMP、DETA及PZ吸收性能较优,TEA再生能耗最低,解吸率最高;对于三元复配胺液而言,当MDEA/DEEA为主体胺液时,两种胺液配方贫液状态下的吸收速率和吸收负荷均较高,MDEA/TEA双主体胺液的最终解吸率高于MDEA/DEEA双主体胺液,TEA的加入显著提高了胺液的解吸率;筛选得到的三元高效胺液配方18%MDEA+18%TEA+4%PZ的半贫液循环溶解度高于原PZ活化MDEA配方,再生能耗较低,可代替PZ活化MDEA胺液应用于天然气半贫液脱碳工艺。