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。     

氨法脱碳过程中氨逃逸规律及其抑制

近年来随着环境保护的不断深入,控制温室气体排放逐渐成为研究重点,而火力发电作为CO₂最大的集中排放源,对其实施碳捕集是必要的。氨法脱碳优点众多,但氨逃逸问题始终没有得到很好解决。通过实验研究明晰了CO₂浓度、氨水吸收剂浓度、吸收反应温度对氨逃逸的影响规律,基于金属离子的络合效果探讨了几种金属离子对氨逃逸的抑制效果,发现Ni²⁺对氨逃逸有较好的抑制效果,并通过紫外分光光谱推测了其抑氨机理。本研究成果可对氨逃逸问题的解决提供一定的参考。     

聚乙二醇二甲醚抑制脱碳吸收剂中氨逃逸的实验及原理分析

CO₂作为主要的温室气体,其减排问题引起全球范围的广泛关注,开展适合我国国情的燃煤电厂CO₂减排技术研究至关重要。氨法脱除电厂烟气中CO₂具有低成本、高脱除效率等特点,但该技术面临的一个很大问题是氨的逃逸。针对氨法脱碳过程中氨逃逸问题展开实验研究,采用鼓泡吸收反应器研究了聚乙二醇二甲醚（NHD）对氨逃逸的抑制效果以及氨水和NHD浓度对氨逃逸的影响,并分析了NHD抑制氨逃逸的机理。结果表明,NHD对氨逃逸具有一定的抑制作用,同时在一定程度上提高了脱碳效率。添加5%NHD后,氨逃逸量降低24.86%,CO₂的脱除效率增加10%左右。研究结果对进一步开展氨法捕集CO₂研究有较大的参考价值。     

燃煤电厂烟气MDEA/PZ混合胺法碳捕集工艺模拟分析

采用混合胺吸收剂替代传统一乙醇胺（MEA）吸收剂是降低有机胺法碳捕集工艺能耗的重要方法。利用Aspen plus软件模拟了以甲基二乙醇胺(MDEA)/哌嗪(PZ)混合胺为吸收剂的燃煤电厂每年百万吨CO₂捕集工艺系统，考察了贫液负荷、MDEA/PZ混合胺浓度、MDEA/PZ比例和解吸压力等因素对解吸塔再沸器热负荷和冷凝器冷负荷的影响。通过对这些影响因素下吸收塔内液相温度分布和CO₂负荷分布变化揭示了MDEA/PZ对CO₂的吸收特性。此外，进一步分析了不同影响因素下解吸塔内气液相CO₂浓度驱动力和气液相级间温度驱动力分布特性，发现了强浓度驱动力和低温度驱动力分布更有利于降低再生能耗。研究表明，由30%MDEA和20%PZ组成的混合胺液在贫液负荷为0.08和解吸压力为2.02×10⁵Pa时，再沸器热负荷和塔顶冷凝负荷分别为2.76GJ/tCO₂和0.60GJ/tCO₂，相比传统MEA吸收剂降低了20.92%和40.0%。     

分批补加NH4HCO3对化学吸收-微藻转化耦合系统的影响

碳捕集及资源化利用对缓解全球变暖、冰川融化等环境问题具有重要意义,是实现碳中和的有效途径之一。传统的化学吸收法捕集CO₂能耗高,而微藻生物固定CO₂时,由于CO₂在培养基中溶解度低,导致CO₂逃逸,造成固碳效率低及CO₂二次排放。化学吸收与微藻固碳耦合系统具有潜在的降低再生能耗及提升一体化CO₂资源化利用优势。采用氨水作为化学吸收剂,充分吸收CO₂后生成的NH₄HCO₃部分替代传统微藻培养过程中的氮源NaNO₃,为降低高浓度NH₄⁺-N对螺旋藻的毒性,进一步降低耦合系统的氮源成本,采用分批补加NH₄HCO₃的形式优化氮源组成。结果表明,分批补加NH₄HCO₃可在不影响螺旋藻生长的情况下,降低NaNO₃总需求量,促进脂质...     

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%。     

氨法碳捕集过程中氨逃逸控制

本研究致力于解决再生氨法碳捕集过程中氨的逃逸问题。根据实验室前期研究结果,分别选取抑制效果较好的丙三醇和Co（Ⅱ）进行实验研究。详细分析了其抑制氨逃逸机制,并通过IR、XRD等对物种进行分析。同时探究其对再生氨法碳捕集过程CO₂脱除效率和解吸效果的影响。实验结果表明,丙三醇和Co（Ⅱ）对氨逃逸均有较好的抑制效果,平均抑氨效率在40%以上。二者的引入对吸收过程均无显著影响,且Co（Ⅱ）能使CO₂解吸比例提高。     

两种强化低碳化度氨水结晶的新型氨法脱碳工艺

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, 提出了两种基于溶析法强化结晶的工艺, 分别为混合吸收剂法以及溶析法强化低碳化度氨水结晶工艺。低碳化度氨水结晶可以使吸收过程维持在较高的吸收速率, 采用晶体产物解析既可以实现再生能耗的降低又可以解除再生能耗对于氨水浓度的限制, 因此可选低浓度氨水作为吸收剂, 在一定程度上解决当前氨法脱碳中存在的问题。两种工艺均采用以晶体产物再生代替富液循环的再生方法, 大大降低再生过程中的能耗。两种新工艺均是采用半连续鼓泡反应系统进行的基础研究, 并从工艺路线、吸收效率、结晶收率、晶体产物特性等方面进行对比。     

吸收-微藻法固定燃气电厂低浓度CO2同步产油技术研究进展

燃气电厂利用稳定、清洁的化石能源发电,在“双碳”背景下发电过程产生的低浓度CO₂的捕集和资源化利用,对于实现碳中和至关重要。针对低浓度CO₂捕集难度大、脱附费用高的问题,利用CO₂吸收液同步培养微藻产油提供了一种实现低浓度CO₂捕集与资源化利用于一体的新途径。具有高CO₂捕集能力和同时快速培养微藻能力的吸收液是溶液设计和配制的决定性因素。本文总结了现有吸收液的应用现状,梳理出复合吸收液耦合微藻营养调控的碳捕集发展前景,其中吸收液的碱度和盐度对微藻同化CO₂具有显著影响。讨论了在不同温度和光照的工艺条件对微藻生物转化CO₂的影响,阐述了CO₂气体以微孔鼓泡和气升导流的方式通入反应器对CO₂捕集和微藻生长的不同效果。从促进微藻吸收CO₂同步产油的角度,介绍了藻种诱变驯化和基因改造以提升环境适应性同时增强脂质生产的研究进展,最后通过经济分析展望了规模化应用吸收-微藻法的经济可...     

基于钠基吸附剂的烟气脱碳系统余热利用研究

针对基于钠基固体吸附剂的燃烧后脱碳技术应用于燃煤电厂后综合能耗偏高的问题,本文提出与供热机组结合的碳捕集/供热双机组系统,利用低温热网回水回收系统低品位余热。依据双机组的抽汽混合与否构建了两种系统流程,分析了两种不同方案下的系统性能。研究结果表明,在有效回收脱碳系统碳酸化反应余热后,独立抽汽方案中碳捕集综合能耗从4.05GJ/t CO₂降低至1.26GJ/t CO₂,而混合抽汽方案中碳捕集综合能耗降低至1.13GJ/t CO₂,同时双机组系统的热网供热量较单供热机组分别增加了67.5%和72.8%,经济效益显著。分析了混合抽汽方案的系统中碳捕集综合能耗随相关运行参数变化的规律,发现碳酸化反应温度和热网回水温度因为能够直接影响系统余热利用程度因而更易对碳捕集综合能耗产生影响。     

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。     

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CO_2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CO_2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CO_2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。     

低浓度CO2的捕集技术及吸附法在碳捕集中的应用

碳捕集是碳封存与利用的先要环节,但迄今针对混合气体中低浓度CO₂的捕集问题仍需深入研究。对比研究了吸收法、膜分离法、深冷分离法和吸附法在用于碳捕集时的可行性与优缺点,在综合考量工艺可实现性、工艺成熟度、能耗投资及设备成本等因素后,确定了吸附法在捕集低浓度CO₂方面存在的显著优势。在此基础上,对沸石分子筛、金属有机框架化合物、碳纳米管、石墨烯与氧化石墨烯、活性炭及活性炭纤维作为碳捕集吸附剂时的特点与优缺点进行深入剖析。论文研究成果为低浓度CO₂的捕集问题提供解决思路。     

金属离子促进乙醇胺捕集二氧化碳研究

为了解决醇胺法燃烧后捕集二氧化碳再生能耗过高的问题,研究了一种向胺溶液中添加金属离子以降低其CO₂解吸能耗的方法,称之为金属离子络合物热缓冲自热利用技术。以广泛商业化应用的单乙醇胺（MEA）溶液为研究载体,并在MEA溶液中分别添加金属离子铜或镍, 通过建立含有金属离子的MEA捕集CO₂体系的化学反应模型,解释金属离子热缓冲剂效应的内在机理。机理显示在MEA-金属离子-CO₂-H₂O体系中,金属-MEA络合物作为一种有效的反应热缓冲剂,将有机胺吸收CO₂过程中释放的反应热（放热反应）存储于金属络合物的解离键能中（吸热反应）,在CO₂高温解吸中通过其络合放热反应将储存的能量释放出来用于CO₂解吸,形成自热再生低能耗CO₂捕集技术,从而降低了MEA再生的能耗。本文进行了综合的实验测定来评价金属离子对MEA溶液捕集CO₂过程的性能提升影响,包括CO₂反应热、解吸速率、吸收-解吸循环负载、汽液平衡溶解度等。实验结果表明铜离子或镍离子作为添加剂,能增加MEA的CO₂平衡循环负载14%~20%或7%~10%,同时能够降低MEA的CO₂反应热值6.6%~24%或6.0%~20%。     

富钙溶液中萃取与反应耦合强化CO2矿化过程

提出一种溶剂萃取与Ca²⁺碳酸化的耦合反应过程,以三丁胺为萃取剂将HCl从水相萃取到有机相,在固定CO₂的同时实现CaCl₂的碳酸化,副产碳酸钙与氯化铵。实验结果显示,超过98%的Ca²⁺在1400s内沉淀为碳酸钙,反应后有机相迅速与水相实现分层,并通过与氨水反应再生,三丁胺回收率约为98%。采用粒径分布与显微镜观察证明了Ca²⁺沉淀过程发生在油包水结构中。以15%浓度的CO₂作为碳源,反应时间为2700 s时,Ca²⁺沉淀率达到98.31%,显示该工艺将高成本的CO₂捕集过程和封存过程集成,可处理低浓度烟气中的CO₂。过程无须CO₂捕集费用以及热量输入,同时副产碳酸钙和氯化铵产品,有望缓解常规CO₂捕集封存技术高成本的难题。     

胺法脱碳系统再生能耗

胺法脱碳系统最大的缺陷是再生能耗高,流程参数优化是降低再生能耗的有效途径。为了解再生操作参数对再生能耗的影响,通过再生塔实验台对醇胺吸收剂在不同再生工艺参数下的再生特性进行实验研究。实验内容包括富液CO₂担载量、富液进料温度、再沸器温度、再生压强及胺的种类因素对再生能耗及再生速率的影响,并分析了显热、潜热的变化规律。应用Aspen Plus 基于速率模型对再生过程进行了模拟研究。研究结果表明:提高富液CO₂担载量和富液进料温度能有效降低再生能耗。增大再沸器温度及再生压强反而增大再生能耗。一乙醇胺(MEA)再生能耗较高,混入甲基二乙醇胺(MDEA)能够显著降低能耗。提高富液CO₂担载量和再沸器的温度可以加快CO₂再生速率。     

固-液相变二氧化碳吸收剂的研究进展

基于有机胺的化学吸收法是燃烧后CO₂捕集行之有效的技术之一。然而,传统有机胺法的高再生能耗使其工业推广及应用受限。为降低CO₂捕集能耗,相变吸收剂应运而生。该类吸收剂吸收CO₂后由均相变为互不相溶的两相,CO₂主要富集于其中一相,仅需分离CO₂富相用于再生,即可大幅减少再生体积进而降低吸收剂捕集CO₂的再生能耗。相变吸收剂包括液-液相变吸收剂和固-液相变吸收剂,后者的CO₂吸收产物能以固体形式从溶液中沉淀析出,可实现产物快速分离,成为近年来相变吸收剂的研究热点。根据吸收剂的组分构成,固-液相变CO₂吸收剂主要可归为3类：有机胺非水溶液、盐溶液和离子液体固-液相变吸收剂。有机胺非水溶液以有机胺作为吸收活性组分、有机溶剂充当相分离剂,具有吸收速率快、腐蚀性小的优点,但其吸收CO₂后固相产物易形成黏稠胶状物且再生较困难;盐类固-液相变吸收剂主要包括氨基酸盐和碳酸盐水溶液或贫水溶液,具有成本低、原料...     

磁场对氨水吸收烟气中CO2的促进作用

开发了一种新型磁场辅助氨法烟气脱碳技术。含碳烟气通入混有磁性颗粒的氨水溶液,在外加磁场的作用下发生脱碳反应。对该技术的运行特性开展了实验研究。结果表明,外加8 mT恒稳磁场,2 g·L^-1纳米级Fe₃O₄颗粒,氨水的CO₂脱除效率比不添加磁场和颗粒时最多可提高8.8%。外加磁场可以有效提高低浓度氨水的CO₂脱除效率。在模拟烟气流量增加时,外加磁场能有效减缓CO₂脱除效率下降的趋势。同时,外加磁场使得CO₂脱除效率曲线向低温方向移动5℃,有助于提高低温条件下的CO₂脱除效率。磁场可提高气液接触效率、降低相间传质阻力、增强氨水反应活性,从而提高氨水吸收CO₂性能。     

一种低能耗捕集CO2煤基甲醇和电力联产过程设计

传统的煤制甲醇过程所需合成气的氢碳比为2.1左右,而煤气化粗合成气氢碳比仅为0.7左右,因此需要将部分合成气进行变换来调节氢碳比。然而,变换气与未变换气混合后使得CO₂浓度降低,从而导致CO₂捕集能耗增加。提出了一种低能耗捕集CO₂煤基甲醇和电力联产过程。新联产过程中部分粗合成气首先经过变换,将CO转变为H₂和CO₂,CO₂浓度提高,在此时进行CO₂捕集可实现捕集能耗的降低。经CO₂捕集后,得到富H₂气体,富H₂气体分流后与另一部分煤气化粗合成气混合调节甲醇合成的氢碳比。对新的过程进行了建模、模拟与分析。结果表明相比传统的带CO₂捕集的煤制甲醇和IGCC发电过程,新的联产过程的能量节约率可达到16.5%,CO₂捕集能耗下降30.3%。     

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。