离子液体吸收CO2的研究进展

CO2的捕集、分离与利用已成为人类共同关心的重要课题。工业上,通常使用传统的有机胺水溶液或热钾碱溶液等脱除CO2。有机胺具有蒸气压,易产生挥发性有机物(VOCs)对环境造成污染;热钾碱溶液等脱除CO2需要较高操作温度因而能耗较高,生产过程经济性有待改善。离子液体具有几乎无蒸气压、热稳定性、结构可设计性等独特优点,在CO2分离领域的巨大应用潜力已成共识。本文结合课题组近期的研究工作,就国内外离子液体吸收CO2的主要研究成果进行综述。     

化学吸收CO2的初步研究

以NaOH水溶液和Na2CO3水溶液吸收CO2属于化学吸收,吸收液的pH值随着吸收剂流量的增大而增大,呈现出对CO2完全吸收的趋势。由于化学反应增加了吸收速率,可根据增强因子利用物理吸收的方法计算化学吸收时所需的填料层高度。     

纳米颗粒对氨水鼓泡吸收CO_2影响的实验研究

为探究纳米颗粒对氨水吸收CO_2的影响,采用两步法配制了不同基液质量分数、不同纳米颗粒添加量的纳米流体,搭建了氨水鼓泡吸收CO_2的实验装置。分别测试了CO_2在纳米颗粒质量分数为1—8 g/L的TiO_2,CuO,SiO_2的纳米流体中尾气中CO_2吸收情况,并与空白吸收溶液进行对比,得出纳米颗粒的添加量、纳米颗粒种类、基液质量浓度等因素对脱除效率、脱除速率的影响。实验结果表明:添加TiO_2纳米颗粒能够增大脱除效率和脱除速率,脱除效率和脱除速率都随着颗粒添加量的增加先增大后减小,存在一个最佳固含量;SiO_2纳米流体更多地表现出的是对反应的抑制作用;CuO纳米流体其增强因子始终在1附近,未表现明显的增强或抑制作用;最佳固含量随着基液质量分数的增大而逐渐减小。结合实验结果对其机理进行了分析。     

浆料反应器中吸附剂粒子对CO2气体的吸收强化

研究了吸附剂粒子对气体吸收的增强作用。在一个带有搅拌的间歇反应釜中,分别测定了CO2在活性炭/水、S iO2/水浆液以及在活性炭/环己烷、S iO2/环己烷浆液中的吸收速率和增强因子。实验温度为298.15 K,初始压力为0.1 MPa,浆液中粒子的固含率为0—2 kg/m3,搅拌速度为1 s-1和4 s-1。结果表明,活性炭/水、S iO2/环己烷体系对CO2的吸收具有明显的增强作用,而S iO2/水、活性炭/环己烷体系则没有发现增强作用。因此,只有具有界面亲合能力且对溶质有吸附作用的颗粒才能对气体吸收产生显著的强化作用。将界面划为粒子覆盖和未覆盖区,提出了一个预测增强因子的一维双区模型,并进行了求解,模型预测值与实验结果吻合良好。     

微细颗粒强化氧气吸收实验

引言目前,石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺是在燃煤电厂应用最广的烟气脱硫技术,脱硫的副产品是脱硫石膏(CaSO4.2H2O)。但在实际运行过程中由于氧化率未达到要求值,从而使得产生的石膏晶体不足,形成了亚硫酸钙和硫酸钙的混合晶体[1];另外,燃煤锅炉产生的烟气虽经除尘,但进入脱硫装置时仍含有大量粉尘颗粒[2-3]。因此,在电厂实际的脱硫过程中,发生的并不是单纯的两相     

CO_2微细气泡在NaOH溶液中吸收速率研究

以喷气机械搅拌精炼过程为背景,研究了搅拌方式、喷气流量、搅拌转速等因素对气体吸收速率的影响,通过测定NaOH吸收CO2的速率研究气泡微细化过程,探讨了各种因素对容积传质系数和CO2利用率的影响规律.结果表明,中心搅拌情况下传质系数和气体利用率按单向、间歇和双向模式增加;容积传质系数无论在何种搅拌模式下均随着气体流量的增加而增加,但气体利用率则随着气体流量的增加而呈现先减小后增大的趋势:中心单向搅拌模式下容积传质系数和气体利用率均随着搅拌速率的增加而变小.在实验基础上,应用因次分析原理关联了容积传质系数与相关数群的准数方程,为高温实验的气泡微细化了提供科学和实验依据.     

活性炭/水浆料中CO2吸收过程的增强

针对分散相微粒增强难溶气体的吸收过程,提出了一个一维非稳态非均相传质的二区模型,并进行了理论求解。根据表面更新理论,得到了增强因子的数学表达式。利用恒温反应釜,对活性炭/水浆料中发生的CO2吸收过程进行了实验研究,测定了不同颗粒浓度及转速下的增强因子。实验结果与模型预测值吻合良好,表明本文模型具有很高的预测精度。     

基于MEA复配溶剂强化吸收CO2的研究进展

CO2捕集、利用与封存技术是实现碳中和的一种有效解决方案,发展高技术经济性的强化吸收法是碳捕集的先决基础。由于单胺溶液的局限性,基于耦合策略的多元复配溶剂强化吸收CO2尤其是能源利用过程中排放的CO2,能够实现官能团的相互协同、增强吸收性能和降低再生能耗。该文论述了基于MEA的最新多元复配、无水、离子液体和相变吸收剂强化吸收CO2的性能特性和过程机理,分析了重要操作参数CO2分压、温度、溶液配比、气液流速对吸收性能的定量影响,并对其技术经济性能进行了分析评价。最后对基于MEA的多元复配溶剂吸收CO2发展过程中尚待解决的问题进行了总结并对未来发展方向进行了展望,以期为开发新型复合MEA溶液吸收CO2提供参考。     

三乙烯四胺吸收CO2的初探

在常压下,采用搅拌式反应器对ＴＥＴＡ（三乙烯四胺）水溶液吸收ＣＯ２进行了研究,测定了不同温度下,不同浓度的ＴＥＴＡ的ＣＯ２吸收情况,并与常用醇胺吸收剂ＭＥＡ（一乙醇胺）、ＤＥＡ（二乙醇胺）、ＴＥＡ（三乙醇胺）的吸收效果作了比较,同时观察了ＴＥＴＡ－胺－水多元体系对ＣＯ２的吸收情况,得出最佳配比。有关ＴＥＴＡ吸收ＣＯ２研究尚无报道。     

环丁砜对乙醇胺溶液吸收和解吸CO2的影响

利用物理溶剂环丁砜替代部分水,采用气液搅拌实验装置和真实热流量热法测定了环丁砜对乙醇胺（MEA）溶液吸收和解吸二氧化碳（CO₂）过程的影响,考察了CO₂循环负载、吸收速率、吸收热和解吸热等性质变化。研究表明：环丁砜对MEA溶液负载CO₂的吸收热影响较小,但对吸收速率、循环吸收容量和解吸过程影响较大。环丁砜可降低MEA溶液对CO₂的表观吸收速率,且随CO₂负载量的增大,降幅也逐渐变大。环丁砜有利于富液解吸过程,加快解吸速率,增大CO₂解吸程度,同时单位热流负荷、单位冷流负荷和单位能耗均有不同程度的降低。在燃煤电厂烟气条件下,20% MEA+20% sulfolane体系相对20% MEA体系,其表观吸收速率平均降低约10%,CO₂循环吸收容量增加24%,单位CO₂解吸能耗降低18%。     

CaO制备及悬浮态下对CO2吸收率的影响

通过煅烧的方法得到氧化钙二氧化碳吸收剂,将碳酸化反应放入高温悬浮炉中进行颗粒特性研究,结果表明,在悬浮炉中的吸收剂微观结构对吸收剂的吸收率的变化规律与热重中相同,即吸收剂的微观结构影响着吸收剂的吸收率,具有大量小孔径,比孔容积大,累积比表面积大的吸收剂颗粒具有更好的吸收效果。     

离子液体吸收页岩气中CO_2的展望

页岩气作为新型的清洁低碳能源迅速引起各国的高度重视,因此页岩气中CO2的吸收就尤为重要。离子液体因挥发性低、溶解能力强、结构和性质可调控性强等特点,在气体净化方面获得高度关注。本文系统地总结了离子液体吸收CO2的研究,包括常规离子液体、功能化离子液体、聚合物离子液体;讨论了离子液体结构等因素对吸收性能的影响;对各方法的优缺点及使用条件进行详细的阐述;并提出今后离子液体在页岩气中CO2气体净化方面的发展方向。     

Optical Absorption in Sol-Gel-Derived Crystalline Barium Titanium Fine Particles

Pure, translucent, and highly crystallized barium titanate (BaTiO₃) monolithic gels were synthesized via a sol-gel technique at temperatures down to 90°C by using a high-concentration solution of barium alkoxide and titanium alkoxide. The gels consisted of fine particles with an average diameter of ~10 nm and showed the X-ray diffraction patterns of a pseudo-cubic BaTiO₃ system at room temperature; however, in bulk crystal, the tetragonal structure was more stable. The optical transmission spectra of the polycrystalline gels were similar to those for single-crystalline BaTiO₃. From the excitation energy dependence of the absorption-edge structures, the optical-gap energies for the gels were estimated to have values that were ~0.1 eV higher than those for the single crystal; these higher optical-gap energies may be attributed to size effects.     

碳酸钾一乙醇胺复合溶液吸收烟气中C02的实验研究

分别以不同浓度的碳酸钾溶液及不同配比的碳酸钾一乙醇胺复合溶液作为吸收剂,以吸收速率和吸收量为指标,研究了吸收剂对烟气中C02的吸收效果。结果表明,纯碳酸钾溶液吸收效果不佳,而掺入乙醇胺后的吸收效果显著改善,部分复合溶液的吸收效果甚至好于同浓度纯碳酸钾溶液与纯乙醇胺溶液的吸收效果之和,碳酸钾与乙醇胺在吸收过程中存在正交互作用。确定0．6mol·L-1碳酸钾-O．4mol·L-1乙醇胺复合溶液为最佳的吸收弃1,其饱和吸收量最大（O．185m01）、再生温度最低（105℃）、再生率最高（98．8％）。     

活性炭粒子对K2CO3溶液中CO2化学吸收的强化

The enhancement of chemical absorption of CO2 by K2CO3/H2O absorbents in the presence of activated carbon (AC) particles was investigated. The results show that the gas absorption rates can be enhanced significantly in the presence of AC particles,and the maximum enhancement factor 3.7 was observed at low stirring intensities.The enhancement factor increased rapidly with the solid loading during the initial period of absorption and then became mild gradually to a maximum value. Both the liquid-solid contact area and the probability of solid particles residing at the gas-liquid interface decreased with the increase of the particle size,leading to a negative effect on the enhancement of mass transfer. The influence of the particles on gas absorption decreased with the reaction rate. The stirring speed changed the interfacial coverage and mass transfer rate on the liquid side and consequently affected the mass transfer between the gas and liquid phases; the enhancement factor decreased with the stirring intensity. A heterogeneous two-zone model was proposed for predicting the enhancement factor and the calculated results agreed well with the experimental data.     

Membrane Gas-Solvent Contactor Pilot Plant Trials of CO2 Absorption from Flue Gas

Membrane gas-solvent contactors have received much attention for CO₂ absorption, as the approach incorporates advantages from both solvent absorption and membrane gas separation. This study reports on pilot plant trials of three membrane contactors for the separation of CO₂ from flue gas. The contactors were porous polypropylene (PP), porous polytetrafluoroethylene (PTFE), and non-porous polydimethylsiloxane (PDMS), with the solvent PuraTreatTM F^TM. To enable performance comparison, laboratory measurements based on a gas mixture of 10% CO₂ in N₂ were also undertaken on the same contactor–solvent systems. It was found that the PP contactor experienced significant pore wetting in both laboratory and pilot plant studies. In contrast, the PTFE contactor experienced only minor pore wetting in the laboratory. However, in the pilot plant trial of the PTFE contactor extensive pore wetting was observed, and the overall mass transfer coefficient measured was comparable with the PP contactor. The non-porous PDMS contactor had an overall mass transfer coefficient two orders of magnitude less than the PP contactor, due to the greater mass transfer resistance of the polymeric film. However, the non-porous membrane does not experience pore wetting, which resulted in the overall mass transfer coefficient being similar for both laboratory and pilot plant measurements.     

现代二氧化碳吸收工艺研究

综述了现代二氧化碳吸收工艺研究进展,介绍了目前国内外现有的二氧化碳吸收方法,包括物理吸收法、膜吸收法、化学吸收法、离子液体法、电化学法和O2/CO2燃烧法,简要介绍了各种吸收方法的特点及所做研究,重点讨论了工业应用较广的化学吸收法,分析了离子液体法与其他有机溶剂比较的优缺点,并对新工艺方法进行了展望.     

Shell气化炉以CO_2代替N_2作为粉煤输送气的研究

介绍了Shell粉煤加压气化工艺中CO_2替代N_2作为煤粉输送气的工艺流程及项目实施情况,并对掺入CO_2后的合成气组成及尾气排放量,粗甲醇产量等指标进行了对比。掺入CO_2后,减少了甲醇生产装置中N_2含量,提高了甲醇产量,开辟了副产CO_2应用的新途径。     

净化气补CO_2提高甲醇合成转化率的技术改造

针对解化化工公司因低温甲醇洗出口净化气中的CO2含量偏低,影响甲醇合成转化率及粗甲醇产量的问题,进行了技术改造。通过将合成氨厂低温甲醇洗装置出CO2再生塔的CO2送入甲醇合成工段低温甲醇洗净化气管,达到提高入甲醇合成塔合成气中CO2含量的目的。运行结果表明,净化气补入CO2后,甲醇合成塔合成气中CO2体积分数提高至3%,甲醇合成转化率提高了4%,粗甲醇耗净化气量明显下降。     

CO_2吸收塔的设计

简要介绍了CO2吸收塔在工艺中的作用、脱碳原理、总体结构特点、材质的选择以及内件形式、作用和设计计算,通过这一系列的设计,使设计出来的CO2吸收塔满足了生产的需要,达到了脱碳的目的。