二氧化碳捕集吸收劑開發(fā)報(bào)告

化學(xué)吸收法捕集二氧化碳研究報(bào)告部門：XXX編寫：隴東人時(shí)間：XX1緒論1.1溫室效應(yīng)及CO2的排放地球氣候正經(jīng)歷一次以溫室效應(yīng)為主要特征的全球變暖。據(jù)政府間氣候變化專業(yè)委員會(huì)(IPCC)報(bào)告川，從19世紀(jì)后期至今的100多年中，全球近地面氣溫平均升高了0.3~0.6C,與此同時(shí)，全球海平面平均升高了10~20cm°如果不及時(shí)采取控制措施，到21世紀(jì)末，全球氣溫將上升約3°C,海平面上升65cm。我國氣候變化趨勢與全球基本一致。近百年來，我國平均氣溫上升了0.4-0.5C【2】。全球氣候變暖的主要原因在于溫室性氣體的大量排放。主要溫室性氣體有二氧化碳、屮烷、一氧化二氮、臭氧和三種氯氟燒等二其中CO2對溫室效應(yīng)負(fù)主要責(zé)任，占60%以上，屮烷占20%,N20＞氯氟炷等工業(yè)氣體和臭氧占剩下的20%因此，控制溫室效應(yīng)和全球氣候變化，關(guān)鍵是控制C02的排放。我國能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)不合理，以煤為主，煤炭產(chǎn)量和消費(fèi)量居世界首位。從圖1-1可以看出我國煤炭占總能源消耗量的67.8%,而世界平均能源消費(fèi)中煤炭僅占總能源消耗量的25.7%。能源轉(zhuǎn)化與利用效率低。圖1-1我國/世界能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)國家科技部的統(tǒng)計(jì)資料顯示，2006年我國排放CO257億噸，人均4.32噸,已超過全球人均4.18噸的水平，鋼鐵、水泥和電力等行業(yè)的年排放量正以約15%的高速增長，如不采取有效描施加以抑制，我國CO2排放量的高速增長將危及國家節(jié)能減排LI標(biāo)的實(shí)現(xiàn)；煤化工石油、化工、汽車、有色冶金和建筑等行業(yè)的CO2排放量也呈快速增長的趨勢⑶。因此研究熱電廠的CO2排放問題對我國溫室效應(yīng)氣體排放的控制，對于解決全球變暖和溫室效應(yīng)問題具有極其重要的意義。1.2化學(xué)吸收技術(shù)煙氣中二氧化碳捕集的方法大的方面可分為三種：物理吸收法、化學(xué)吸收法、物理化學(xué)吸收法，諸如最近出現(xiàn)的離子液體吸收法和膜分離法我們可以將其分別歸結(jié)在化學(xué)吸收法和物理吸收法中。鑒于LI前我們研究開發(fā)的主要方向是化學(xué)吸收法，因此這里主要討論化學(xué)吸收法所涉及到的一部分內(nèi)容。化學(xué)吸收法技術(shù)成熟，運(yùn)行穩(wěn)定，鑒于此，世界各國的CO2捕集裝置大部分使用的是該方法。隨著工業(yè)的不斷發(fā)展和科研人員對于該方法的不斷完善，U前該法捕集到的CO2純度以可達(dá)到99%以上，是一種最具有工程可行性的CO2減排方案。該技術(shù)在化工行業(yè)已較為普遍和成熟，對CO2的捕獲效果好，如能成功解決的溶劑再生能耗較大等問題，在電力行業(yè)將有更好的應(yīng)用前景。1.3化學(xué)吸收技術(shù)原理氣體吸收技術(shù)是指氣體混合物中的一種（或多種）組分從氣相轉(zhuǎn)移到液相的過程;氣體解吸是與吸收相反的過程，即溶質(zhì)從液相中分離出來而轉(zhuǎn)移到氣相的過程（用情性氣流吹掃溶液或?qū)⑷芤杭訜峄驅(qū)⑵渌腿霚p壓容器中使溶質(zhì)放出）。吸收與解吸的區(qū)別僅僅是過程中物質(zhì)傳遞的方向相反，它們所依據(jù)的原理并無差別。若氣體溶質(zhì)進(jìn)入液相之后與溶劑或預(yù)先溶解在溶劑里的其他物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，則所進(jìn)行的過程稱為化學(xué)吸收?；瘜W(xué)吸收技術(shù)分離CO2氣體的原理主要是采用堿性洛液對CO?氣體進(jìn)行溶解分離，然后通過解吸分離出CO2氣體，同時(shí)對溶劑進(jìn)行再生的過程。典型的化學(xué)吸收溶劑主要有鉀堿或鈉堿、氨水、醇胺類水溶液（如MEA.DEA和MDEA等）⑷。1.4化學(xué)吸收技術(shù)工藝及設(shè)備煙氣在進(jìn)入捕集裝置之前，要對其進(jìn)行預(yù)處理，U的是減少原煙氣中固體顆粒，少量的so?等，以免進(jìn)入系統(tǒng)污染吸收劑。一般的做法是在吸收塔前布置堿

洗裝置對其進(jìn)行預(yù)處理。預(yù)處理的煙氣首先進(jìn)入吸收塔與塔頂噴淋下的吸收劑逆向接觸，CO2從氣相轉(zhuǎn)移至液相中，吸收塔出口煙氣加熱后去煙囪，吸收后的富液經(jīng)泵打到解吸塔頂部做解吸，解吸產(chǎn)生的CO2經(jīng)壓縮脫水后至氣體儲(chǔ)罐，解吸完的貧液經(jīng)泵打至吸收塔頂部循環(huán)使用。出口氣加為后去煙囪破收塔貧胺冷卻器升壓泵交換器I污花co：壓*脫水出口氣加為后去煙囪破收塔貧胺冷卻器升壓泵交換器I污花圖1-2典型的化學(xué)吸收法捕集C02工藝圖從圖1-2中可以看出，該工藝的主要設(shè)備有：吸收塔、解吸塔、再沸器、貧富液交換器、各類冷卻器、各類循環(huán)泵，冷凝器、溶液儲(chǔ)罐等其他輔助設(shè)施。煙氣預(yù)處理裝置根據(jù)處理工藝的不同設(shè)備也不同。2化學(xué)吸收技術(shù)對吸收劑的要求工業(yè)中最早用于吸收二氧化碳的溶劑主要是某一種單一化學(xué)試劑的一定濃度的水溶液，例如MEA水溶液、氨液、MDEA的水溶液等等，隨著科技的發(fā)展以及科研人員在這一方面研究的不斷深入，逐步提出了混配試劑的概念，所謂混配試劑顧名思義就是選擇若干種單體試劑，按照一定的比例混合在一起，達(dá)到提升溶劑整體性能的LI的。一種理想的二氧化碳吸收劑（無論是單體試劑還是混配試劑），應(yīng)該具備以下十點(diǎn)性質(zhì)：1、 具有較高的選擇性。2、 具有較高的吸收容量和吸收速率。3、 具有較強(qiáng)的解吸能力和解吸速率。4、 沸點(diǎn)較低，揮發(fā)性低，反應(yīng)焙低，溶劑損失較小。5、 具有一定程度的抗氧化性。6、 具有較低的腐蝕性。7、 能夠兼容抗氧化劑和抗腐蝕劑。8、 （對于液體）粘度較小，凝固點(diǎn)低，無明顯惡臭味，吸收前后溶液不變色。9、 無毒無害，便于運(yùn)輸。10、 價(jià)格低廉。事實(shí)上，同時(shí)滿足以上性質(zhì)的溶劑LI前還沒有被發(fā)現(xiàn)，從某種程度上可以說這樣的溶劑是不存在的，因此，我們的主要工作是努力找到一種溶劑，盡量多的滿足以上條件?！跚氨粯I(yè)內(nèi)廣泛認(rèn)可的混配試劑是以一種單體試劑為主體，選擇其他單體試劑作為活化劑或者作為具有某一特定的功能的“引發(fā)劑”被添加在其中，達(dá)到混合后綜合指標(biāo)優(yōu)于各單體試劑的目的。2.1胺類CO2吸收溶劑的性質(zhì)下表（表1）列出了目前在測的所有單體試劑：表1.在測單體試劑的物化性質(zhì)序號名稱簡寫沸點(diǎn)（°C）顏色整體評價(jià)1-乙醇胺MEA170無色吸收較強(qiáng)，解吸較差，粘度較小。2二乙醇胺DEA217無色吸收一般，解吸較好，粘度大。3二乙醇胺TEA191-193淺黃色吸收弱，解吸強(qiáng)，粘度大。4?乙烯三胺DETA199-209黃色吸收強(qiáng)勁，解吸較差，有較強(qiáng)揮發(fā)性，粘度較MEA小。5二乙烯四胺TETA266-267淺黃色吸收強(qiáng)勁，解吸較差，有較強(qiáng)揮發(fā)性，粘度較較小。62■氨基2甲基亠丙醇AMP165無色吸收較MEA強(qiáng)，解吸較好，粘度適中，揮發(fā)小。7無水哌嗪PZ147無色吸收較AMP強(qiáng)，解吸較差。

序號名稱簡寫沸點(diǎn)（°C）顏色整體評價(jià)8N-甲基二乙醇胺MDEA246-248無色吸收速率低，容量小，解吸強(qiáng)勁，粘度較小，揮發(fā)小。9「Il?醇按DGA218-224無色吸收低，解吸一般，粘度小。10N-（2男乙基）乙二胺AEEA238-240紅棕色吸收較強(qiáng)，和DETA持平，解吸一般，粘度適中。11二異丙醇胺DIPA249-250無色吸收差，解吸較好，白色固體。12無水乙二胺EDA118黃色吸收很強(qiáng)，解吸很差，有胺臭。粘度適中。13??乙胺D1A55.9黃色吸收較強(qiáng)，解吸強(qiáng)勁，有強(qiáng)烈氨臭味，揮發(fā)性很強(qiáng)。14N.N?二甲基乙醇胺DMEA134-136無色吸收很差，解吸未知，易揮發(fā)，有胺味。152-（甲氨基）乙醇NMEA159無色吸收較好，解吸較好，粘度小，揮發(fā)較小。163-氨基丙醇APA187-188無色吸收一般，解吸較差，粘度小。172-氨基2甲基-1.3丙二醇AMPD100-110上C吸收很差，解吸未知，價(jià)格昂貴。注：1.顏色均指一次吸收后顏色。吸收和解吸均指吸收和解吸容量的大小。3化學(xué)吸收技術(shù)中單體試劑的選擇本項(xiàng)U我們主要注重于開發(fā)混配試劑，這里我們定義混配試劑中主體的概念，即在一種混配試劑中，含量占絕大多數(shù)或者含比例最高的一種單體試劑我們稱為該混配試劑的主體，其余的統(tǒng)稱為非主體添加劑。例如，對于MEA+MDEA+PZ（12:5:1）這種混配試齊I」，MEA所占比例最高，那么MEA就稱為該種混配的主體，而MDEA和PZ則統(tǒng)稱為非主體添加劑。理論上來講，表1所列單體試劑均可作為混配試劑的主體，但在實(shí)際中，我們認(rèn)為主體必須具有如下性質(zhì)，即：高的吸收性能和解吸性能；

高的吸收性能，解吸性能一般；高的解吸性能，吸收性能一般；高選擇性；高吸收速率；低的揮發(fā)性；價(jià)格低廉；毒性較小。其中1-6是作為主體必須具有的基本性質(zhì)，7是一種溶劑能否成功實(shí)現(xiàn)工業(yè)化所必須考慮的經(jīng)濟(jì)因素，8是改善操作條件和保護(hù)環(huán)境的客觀要求。3」實(shí)驗(yàn)中對各單體試劑的評價(jià)在實(shí)際研究中，我們主要嘗試了以下兒種單體試劑作為主體的可能性：一乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、三乙醇胺(TEA)、N-屮基二乙醇胺(MDEA)、2-氨基2屮基亠丙醇(AMP)、N-(2-羥乙基)乙二胺(AEEA)、無水乙二胺(EDA)、二乙胺(DTA)、2-(中氨基)乙醇(N-MEA)o根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的綜合分析，得出對關(guān)于以上試驗(yàn)主體的整體評價(jià)如下：一乙醇胺(MEA)一乙醇胺(MEA)：吸收能力較強(qiáng)，解吸能力一般,吸收速率較快，價(jià)格適中(140007C/噸左右)，凝固點(diǎn)適中(10.5),毒性較小，適宜做主體吸收劑。二乙醇胺(DEA)二乙醇胺(DEA)：吸收能力較弱，解吸能力較強(qiáng),吸收速率一般，價(jià)格便宜毒性較小，較適宜做主體(13000元/噸左右),但凝固點(diǎn)高(28°C),粘度較大,毒性較小，較適宜做主體吸收劑。三乙醇胺(TEA)：,粘度大，價(jià)格便宜(13000元/噸左右)，凝固點(diǎn)高(21.2°C),對H2S有較強(qiáng)的選擇性。不適宜做主體吸收劑。N沖基二乙醇胺(MDEA)：吸收能力弱，解吸能力強(qiáng)，吸收速率低，價(jià)格一般(17500元/噸左右)，凝固點(diǎn)低(-21°C),粘度較小，毒性較小，較適宜做主體吸收劑。2■氨基2甲基亠丙醇(AMP)：吸收能力強(qiáng)，解吸能力一般，吸收速率快，價(jià)格昂貴(70000元/噸左右)，凝固點(diǎn)很高(30?31°C),粘度較大，不適宜做主體吸收劑。N-(2■輕乙基)乙二胺(AEEA)：吸收能力較強(qiáng)，解吸能力一般，吸收速率較快，價(jià)格較貴(25000元/噸左右)，凝固點(diǎn)很低(-28°C),粘度較大，毒性一般，較適宜做主體吸收劑。無水乙二胺(EDA)：吸收能力很強(qiáng)，解吸能力較強(qiáng)，吸收速率快，揮發(fā)性強(qiáng)，價(jià)格便宜，凝固點(diǎn)適中(8.5°C),粘度適中，有氨臭味，可以考慮做主體吸收劑。二乙胺(DTA)：吸收能力較強(qiáng)，解吸能力強(qiáng)，吸收速率快，揮發(fā)性很強(qiáng)，價(jià)格便宜，凝固點(diǎn)很低(-49.8C),粘度小，有強(qiáng)烈的氨臭味，毒性較小，不適宜做主體吸收劑。2-(屮氨基)乙醇(NMEA)：吸收能力較強(qiáng)，解吸能力一般，吸收速率較快，揮發(fā)度小，價(jià)格較高(21000元/噸左右)，凝固點(diǎn)較低(-3C)粘度小，毒性較小，適宜做主體吸收劑。通過以上分析，并結(jié)合主體與非主體添加劑的整體性能以及其他方面的因素綜合考慮，H前我們主要選擇一乙醇胺(MEA)和2-(中氨基)乙醇(NMEA)作為各混配試劑的主體。4吸收液吸收CO2的反應(yīng)機(jī)理常用的CO2吸收液中以醇胺吸收液的應(yīng)用最為廣泛。按照氮原子上所連接氫原子的個(gè)數(shù)，可將醇胺分為可分為伯胺(2個(gè)氫原子)，如一乙醇胺(MEA)：仲胺(1個(gè)氫原子)，如二乙醇胺(DEA)、二異丙胺(DIPA)；叔胺(0個(gè)氫原子)，如三乙醇胺(TEA)、N-屮基二乙醇胺(MDEA)o空間位阻胺是包括一大類(數(shù)白種)具有空間位阻胺效應(yīng)的有機(jī)胺化合物，其定義為：氨基位于第3個(gè)碳原子上的胺或氨基位于第二、笫三碳原子上的仲胺?？臻g位阻胺分子中至少含有一個(gè)與仲或叔碳原子連接的仲氨基，或與叔碳原子連接的伯氨基。常見的空間位阻胺有2-氨基2甲基亠丙醇(AMP)等。哌嗪(Piperazine)乂名六氫毗嗪、對二氮已環(huán)等，是一種重要的環(huán)胺化合物,具有強(qiáng)烈的吸濕性和典型的胺臭味，有典型仲胺的性質(zhì)，極易吸收空氣中水分及二氧化碳，常被作為高效活化劑添加到其他醇胺吸收液中⑷。4.1伯胺和仲胺吸收機(jī)理伯胺和仲胺與CO?的反應(yīng)可用兩性離子機(jī)理來解釋，N原子周圉存在活潑的氫原子，首先會(huì)與CO2反應(yīng)形成兩性離子(zwitterion),然后兩性離子與溶液中堿催化劑(如胺、OHSH?O等)發(fā)生脫質(zhì)子反應(yīng)，生成氨基甲酸鹽。

RRNH+CO2 RRNH+COCTRRNH+COO-+RR，NH RRNCOCT十RRNIV總反應(yīng)式如下：CO2+2RRNH RRNCOCT+RRTMH2+在20°C—50°C時(shí)，反應(yīng)向右，速度較快，放出熱量，生成較穩(wěn)定的氨基甲酸鹽；升溫到110°C左右，反應(yīng)將會(huì)逆向進(jìn)行，溶液再生。由總反應(yīng)式可看出,伯胺和仲胺吸收CO?將會(huì)受到熱力學(xué)的限制，即每摩爾胺分子只能吸收0.5摩爾的CO?分子。4.2叔胺吸收機(jī)理叔胺的分子結(jié)構(gòu)上沒有H原子，因此不會(huì)形成兩性離子，其在反應(yīng)過程中扮演CO?水解時(shí)的催化劑，而使被吸收的CO?生成碳酸氫根離子。CO2+HQ" H++HC(VRRR'NH*RRR'NH*總反應(yīng)式如下:RR^R^N+H2O+CO2—RRRNH++HCO3-反應(yīng)為放熱反應(yīng)，在熱作用下，將會(huì)發(fā)生逆向分解。從總反應(yīng)式可知，叔胺吸收液的特點(diǎn)是其不受熱力學(xué)的限制，對co2的最大吸收容量為1molCO2/mol胺，但其吸收速率較低。4.3空間位阻胺吸收機(jī)理對于空間位阻胺而言，由于其N原子上接有一個(gè)巨大的官能基，其空間位阻效應(yīng)會(huì)阻礙其與CO2的鍵結(jié)，從而降低氨基甲酸鹽的穩(wěn)定性，極易水解和分解還原成胺及碳酸氫根離子，因此其最大吸收限度與叔胺相同，且吸收速率與伯、

仲胺相當(dāng)。以AMP為例，提出的其中一種反應(yīng)機(jī)理如下⑹：C02+2AMPV…亠AMPCOCT+AMPH*山于空間位阻效應(yīng)影響，生成的氨基屮酸鹽極易水解：AMPCOO"+H20三=^AMP+HCO3'總反應(yīng)是如下：AMP+C02+出0e-4AMPH++HCO3_4.4哌嗪的吸收機(jī)理哌嗪的分子結(jié)構(gòu)為：、一/，其與CO2的反應(yīng)機(jī)理與仲胺相似，但由于哌嗪分子結(jié)構(gòu)的獨(dú)特性(含有兩個(gè)亞氨基、對稱性)，在熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)上顯示出優(yōu)良的CO2吸收性能，與CO2反應(yīng)十分迅速，且CO2的最大吸收容量為2molCO2/mol胺，大約是伯、仲胺的4倍。可能發(fā)生的反應(yīng)如下⑹：HN(C4H8)NH+C02冇C4H8(NCOO")2+2H+HN(C4H8)NH+ …?HN(C4H8)NH2+HN(C4H8)NH24+H+十?H2Nf(C4H8)NH2+HN(C4H8)NCOO~+H20& HCO3-+HN(C4H8)NHHN(C4H8)NCOO-+HC03「l4-OOCN(C4H8)NCOO~+h2o5試驗(yàn)裝置與試驗(yàn)方法自行設(shè)訃了實(shí)驗(yàn)流程，搭建了試驗(yàn)臺，吸收實(shí)驗(yàn)流程示意圖如5-1所示，處理器氣體流量為2L/min,溶液濃度為30%(質(zhì)量濃度)，氣體組成為0.85的N?和0.15的CO2(均為體積分?jǐn)?shù))的混合氣，吸收溫度40°C,每次試驗(yàn)溶劑量為250ml,實(shí)驗(yàn)過程中每隔lOmin取樣檢測，吸收時(shí)間90min。解吸裝置為加冷凝器的普通反應(yīng)釜，解吸溫度110C,解吸溶液量為每次約500ml,每隔lOmin取樣檢測，解吸時(shí)間為120min,解吸氣體放空。5丫：廠1T5丫：廠1T1、氮?dú)馄?、二氧化碳瓶3、氣體緩沖罐4.8、轉(zhuǎn)子流量計(jì)5.吸收瓶6、加熱磁力攪拌器7、溫度計(jì)9、干燥劑10、氣囊11、12、13、減壓閥14、15、16、控制閥圖5-1化學(xué)吸收法吸收CO2試驗(yàn)流程圖5.1試驗(yàn)所用試劑本實(shí)驗(yàn)采用的試劑見表1所示，其中一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、N-屮基二乙醇胺購自國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，其中2-氨基2屮基亠丙醇、無水哌嗪、二甘醇按、N-（2-羥乙基）乙二胺、二異丙醇胺、無水乙二胺、二乙胺、N,N■二甲基乙醇胺、2-（甲氨基）乙醇胺、3-氨基丙醇、2-氨基-2-甲基-1,3丙二醇購自上海晶純實(shí)業(yè)有限公司。試劑均為分析純。5.2試驗(yàn)分析方法本試驗(yàn)主要以吸收液和解吸液的CO2負(fù)荷作為主要分析手段。溶液負(fù)荷分析裝置山反應(yīng)瓶、量氣管、水位瓶、鐵架臺組成。裝置圖如圖5?2所示

圖5-2圖5-2溶液CO2負(fù)荷分析實(shí)驗(yàn)裝置吸收液負(fù)荷分析原理是通過強(qiáng)酸置換弱酸來實(shí)現(xiàn)的，即酸解溢出法。具體操作步驟如下：向反應(yīng)瓶外瓶中加入待測吸收液V°ml,然后向反應(yīng)瓶內(nèi)瓶中加入過量稀硫酸，封閉體系，記錄初始?xì)怏w體積Vi，傾倒反應(yīng)瓶，使吸收液與稀硫酸充分反應(yīng)并釋出co2,記錄反應(yīng)后氣體體積V2,最后利用下式計(jì)算吸收負(fù)荷：d)22AxVd)22AxVqM式中ai為吸收液溶液中CO2摩爾負(fù)荷(molCO2/mol吸收液)，M為溶液中初始摩爾濃度(mol/L),f為換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣體體積時(shí)的校正系數(shù)，f=2731(273+t),t為反應(yīng)氣體溫度(°C)。6單一吸收劑對CO2的吸收和解吸6.1單一吸收劑對CO2吸收和解吸的效果對比本部分實(shí)驗(yàn)主要考察了一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、N-甲基二乙醇胺、2-氨基2屮基亠丙醇、無水哌嗪、二甘醇按、N-(2-羥乙基)乙二胺、二異丙醇胺、無水乙二胺、二乙胺、N,N■二甲基乙醇胺、2-(中氨基)乙醇胺、3-氨基丙醇、2-氨基-2■■中基-1,3丙二醇17種單一試劑對CO?的吸收負(fù)荷和吸收劑富液的再生情況。圖6-1和6-2分別為各單一吸收液對CO2吸收的摩爾負(fù)荷和體積負(fù)荷對比圖。圖6-3和6-4分別為各單一吸收液對CO2的解吸負(fù)荷圖O10 20 30 40 50 60 70 80 90olud>uEe0oo6u一peo」1.41.21.00.80.60.40.20.0olud>uEe0oo6u一peo」1.41.21.00.80.60.40.20.0—MEA1—e—DEA-A-TEA-^DETA-0-TETAY—AMP—A6.PZ>MEA2—A—MDEA->-DGA—O—DIPA―AEEA-X-MEA3-^-PZEDA.1--A^DTA-?—DMEA—N.MEA-JL-APAAMPDEDA.20.0T(min)圖T(min)圖6?l各單一吸收劑對CO?吸收的摩爾負(fù)荷對比圖A<DuEe&006u_peo」444422X301020—MEA.1—e-A<DuEe&006u_peo」444422X301020—MEA.1—e-MEA.2-^L-DEA-TEA-DETAY_TETA—?-AMP-?-POWER-A-6.PZ-?-MEA.3—MDEA―DGA-X-DIPAAEEA-MEA.4—I-PZ-EDA.1-?-DTA-A-DMEA-▼-N.MEA-?-APAY-AMPD—?-EDA.2T(min)圖6-2各單一吸收劑對CO2吸收的體積負(fù)荷對比圖10 20 30 40 50 60 70 80 90T(min)10 20 30 40 50 60 70 80oEouEeKOOBU一peo」MEA.1DEADETATETAAMPTEA6.PZDGAAEEADIPAMDEAPOWERMEA.2PZEDA.1DTAN.MEAAPAEDA.2圖6-3各單一吸收劑對CO?解吸的摩爾負(fù)荷對比圖圖6-4各單一吸收劑對CO210 20 30 40 50 60 70 80 90T(min)10 20 30 40 50 60 70 80oEouEeKOOBU一peo」MEA.1DEADETATETAAMPTEA6.PZDGAAEEADIPAMDEAPOWERMEA.2PZEDA.1DTAN.MEAAPAEDA.2圖6-3各單一吸收劑對CO?解吸的摩爾負(fù)荷對比圖圖6-4各單一吸收劑對CO2解吸的體積負(fù)荷對比圖EDA.1DTANMEAAPAEDA.2Ad)uEB0oo6u_peo」gAEETAETAMPDTAQIEZMMp苓二亠壬壬X二.從6」和6-2的吸收圖示中可以看出：吸收劑的吸收負(fù)荷均隨時(shí)間的增加而呈上升的趨勢，起初吸收容量變化較大，最后趨于平衡。依照吸收液CO2體積負(fù)荷隨時(shí)間的增長快慢，同質(zhì)量濃度的吸收劑，在相同操作條件下，對CO2的吸收效果如下：EDA和DETA的摩爾吸收容量及體積吸收容量較其他吸收劑為高，另外，AEEA、TETA、六水PZ、無水PZ同樣也變現(xiàn)出了較為優(yōu)異的吸收性能；AMPD、MDEA、TEA、DMEA吸收容量較低，吸收速率偏小，不適宜作

為主體吸收劑；其余測試吸收劑效果適中，MEA、NMEA、AMP都是較為良好的吸收劑。解吸時(shí)間從吸收液開始沸騰訃起。解吸體積負(fù)荷隨著時(shí)間推移而降低，解吸程度隨時(shí)間增加，再生過程先快后慢。從6-3和6-4的解吸圖示中可以看出:EDA、TETA、DETA的解吸性能較弱，想反，DIPA、MDEA、DEA、TEA的解吸性能較好（當(dāng)然，其自身的吸收容量也并不高），解吸速率較快，大約在20min后就可以達(dá)到解吸平衡時(shí)的容量，其余的MEA、AMP、NMEA.PZ等吸收劑的解吸能力居中，其具體的能力大小關(guān)系見圖示。6.2單一吸收液對CO2脫除的凈吸收容量的比較本部分主要考察了在測的所有單一吸收劑對CO2的凈吸收容量，并對其做了比較，凈吸收容量的訃算式是：凈吸收容量二平衡吸收容量-平衡解吸容量，標(biāo)膠結(jié)果如圖6-5和6-6所示，其中，EAV表示平衡吸收容量，EDC表示平衡解吸容量，NAC表示凈吸收容量，試劑代碼如6-7所示。1 2 3 4 5 6 7 8 9 1O11 1213141516171819OVN/OS/OS圖6-5各單一吸收劑凈吸收容量的摩爾負(fù)荷對比圖■4OVN/OS/OS圖6-5各單一吸收劑凈吸收容量的摩爾負(fù)荷對比圖■41 # 20 30 40 50 60 70 80 900.50.30.2—■—MDP.12.5.1.30—?—MDP.12.5.1.20—▲—MDP.12.5.1.100.10.0???ooOCD2S一dossT(min)圖8-8不同濃度的MEA+DEA+PZ(12:5:1)組合的解吸率對比圖0 2 4 6 8 1050505?????22110OVNoa/osMDP.20MDP.10Project50505?????2211050505?????22110OVNoa/osMDP.20MDP.10Project50505?????22110MDP.30圖8?9不同濃度的MEA+DEA+PZ(12:5:1)組合的吸收容量對比圖從圖&6和8?7可以看出：三者的吸收效果與解吸效果呈相反趨勢，在吸收方面：30%>20%>10%,解吸效果相反(體積負(fù)荷)。從圖8-8和8-9可以看出，10%的解吸率要明顯高于其他兩者，30%和20%的相比，20%的在前40min的解吸率要髙于30%的，但兩者的平衡解吸率相當(dāng)。8.3?2不同比例的MEA+DEA+PZ/AMP系列吸收劑對CO2的吸收和解吸00主要討論MEA+DEA+PZ系列不同比例的混配試劑的吸收和解吸情況，其中還嘗試了MEA+DEA+AMP以及MEA+DEA+AEEA的悄況，如8-10及&11所102030506040<Du-Ee/CMoo?6u-peo」1.51.08080902.0607040305070102030506040<Du-Ee/CMoo?6u-peo」1.51.08080902.0607040305070T(min)

8-10不同比例的MEA+DEA+PZ/AMP系列對CO2的吸收能力對比圖0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 120130140?/0.5-5050????22119u-EeBOo?6u-peo」一B-30.MEA.2-?-MEA.AEEA.I.I0.5-5050????22119u-EeBOo?6u-peo」一B-30.MEA.2-?-MEA.AEEA.I.I-A-MEA.PZ.9.1-^-MEA.MDEA.P乙12.5.1MEA.DEA.PZ.12.5.1-^-MEA.DEA.PZ.10.9.1MEA.DEA.PZ.6.5.1壬MEA.DEA.AMP.6.5.1MEA.DEA.AMP.PZ551MEA.DEA.AEEA.6.5.1MEA.AMP.PZ.12.5.1.oI \ I , \ r/\II0.510 20 30 40 50 60 70 80 90 120130140T(min) 2011/1/1717:34:22H不同比例的MEA+DEA+PZ/AMP系列對C6的解吸能力對比圖從圖8-10和8-H圖可以看出：在20min和30min的時(shí)間點(diǎn)上

30%MEA+DEA+PZ(6:5:l)具有較好的吸收效果，在所有比較試劑里面處于最咼位置，而且在lOmin時(shí)，該試劑的吸收就已經(jīng)達(dá)到了體積容量0.959,在所比較的試劑里為最高。在圖8-11上也可以看出30%MEA+DEA+PZ(6:5:l)同樣具有很好的解吸效果,在20min時(shí)的解吸程度和30%MEA+MDEA+PZ(12:5:1)相當(dāng)。值得注意的一點(diǎn)是在120攝氏度的溫度下，30%MEA+DEA+PZ(6:5:l)的解吸程度更好，已經(jīng)達(dá)到了體積容量0.616的最低值。因此，30%MEA+DEA+PZ(6:5:l)和30%MEA+DEA+PZ(6:5:l)無論在吸收還是解析上都占絕對優(yōu)勢，可以考慮作為工業(yè)用吸收劑。9幾種初步篩選混配試劑對CO2的吸收和解吸本部分討論了17種篩選的混配試劑對CO2的吸收和解吸情況，通過相互比較，進(jìn)一步明確了各吸收劑性能的優(yōu)劣，如9-1、9-2所示。2.52.01.51.020507010406080T(min)2011/1/2510 20 30 40 50 60 70 80 9052<DuEe0oo?6u-peo」2.52.01.51.020507010406080T(min)2011/1/2510 20 30 40 50 60 70 80 9052<DuEe0oo?6u-peo」-?-MEA.AEEA.1.1-A-MEA.P乙9.1-MEA.MDEA.PZ.12.5.1&MEA.MDEA.P乙6.51Y—MEA.DEA.PZ.12.5.1MEA.DEA.PZ.10.9.1MEA.DEA.P乙6.5.1MEA.DEA.AMP.6.5.1-?-MEA.DEA.AMP.PZ5511MEA.DEA.AEEA.6.5.1―|—MEA.AMP.PZ.12.5.1—X—MEa.MDEA.PZ24.1"MEA.MDEA.DETA6.5.1 MEA.DIPA.PZ12.5.1—|一Poly.MA-W-30.MEA.19」各篩選試劑對CO?的吸收能力對比圖0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1201303.5 八<Du-lue/zoo?6u-peo」2.52.0-1.0■0.5-3.00 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1201303.5 八<Du-lue/zoo?6u-peo」2.52.0-1.0■0.5-3.0-W-30.MEA.2-?-MEA.AEEA.I.I-^MEAMEAY-meaMEA-<-MEA——MEA->-MEA—4—MEA.PZ.9.1MDEA.PZ.12.5.1DEA.PZ.12.5.1DEA.PZ.10.9.1DEA.PZ.6.5.1DEA.AMP.&5.1DEA.AMP.PZ5511DEA.AEEA.&5.1AMP.PZ.12.5.1MDEA.PZ24.11.1—x—Poly.MA三mix3.53.02.52.01.51.00.50 10 20 30 40 50 60 70 80 90 120130T(min)2各篩選試劑對CO?的解吸能力對比圖10篩選試劑的平行驗(yàn)證本部分主要討論了12種篩選的混配試劑對CO2的吸收和解吸情況，通過三組平行實(shí)驗(yàn)，最后對數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合后，得出了更為真是可信的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，更為客觀的描述了篩選試劑的吸收和解吸性能，如10-1、10-2、10-3、10-4所示。40704070>9u_Ee/zo06u_peo16420864208??????????22221111106420864208??????????2222111110>9u_Ee/zo06u_peo16420864208??????????22221111106420864208??????????2222111110—MMN.12.5.1_e_MMN.6.5.1—Jh—MMN.2.1.1—▼—MMN5.4.1? MMP.12.5.16.5.1—MMP.5.4.1—e—MDN6.5.1—MDP.6.5.1—MDN.2.1.1_a_MMDN.3.1.1.1MMDNA.41111T(min)10?l平行試驗(yàn)中各篩選試劑對CO?的吸收能力對比圖

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90130 140//>auEe/zo06u_peo」642086420222211111，>auEe/zo06u_peo」642086420222211111.MMN.6.5.1-A—MMN.5.4.1―▼—MMN.2.1.1?MMP.12.5.1—MMP.6.5.1—MMP.5.4.1—^―MDN.6.5.1Tkr—MDP.6.5.1，■ MDN.2.1.1;+0?條642086420?????????222211111_0.40.40.2n , , , , , , , ，―//<10 20 30 40 50 60 70 80 90130 140T(min)0.22平行試驗(yàn)中各篩選試劑對CO?的解吸能力對比圖OVNoa/og24;+0?條642086420?????????222211111_0.40.40.2n , , , , , , , ，―//<10 20 30 40 50 60 70 80 90130 140T(min)0.22平行試驗(yàn)中各篩選試劑對CO?的解吸能力對比圖OVNoa/og24I 1EACI 1EDCNAC0505053221.仁6O53.21 2 3 4 5 6 7 8 9 1011121314151617181920Project10-3平行試驗(yàn)中各篩選試劑對CO?的吸收容量對比圖乍圏序號頊目酉己比1MEA212:S:13MEA-^MDEA-*-FZ10:9:14&:5:1555:4:1&MEA-^DEA-*-PZ12:3:176:5:18MEA-Poly9MEA-?AfflF2:110MEA+FZ9:111MEAH-MDEA+N-MEA5:4:112MEA-^MDEA-?-APA5:4:113MEAh-DEA+N-MEA&:5:114：MEA+M-MEA9:115MEAH-MDEA-i-N-MEA&:5:11&MEA^MDEA+N-MEA12:5:117MEA-HMDEA-t-H-MEA2:1:118MEA+DEA+N-MEA2:1:119MEA-^MDEA-?-DEA^N-MEA3:1:1:120MEA-*-MDEA-?-DEAh-II-MEAh-A]YIF4：:1:1:1:110-4平行試驗(yàn)中各篩選試劑的試劑代碼由圖10-1、10-2可以看出：MDN-2:1:1和MMDN?3:1:1:1的吸收性能表現(xiàn)突出,在20min后明顯高于前面提到的MMN-2:1:KMMN-12:5:1和MMP-12:5:1,但在解吸方面，除過MMDN-3:1:1:1的解吸性能適中，其余上述四者均較差，尤其以MDN-2:1:1的解吸性能最差。首次嘗試的復(fù)雜混配MEA+MDEA+DEA+N-MEA+AMPCMMDNA)4:1:1:1:1在吸收方面性能較好，但解吸效果一般，從后面的吸收容量圖上也可以看出其凈吸收容量并不高，近似等于純MEA的凈吸收容量，鑒于此，加之配比復(fù)雜，不易操作等缺點(diǎn)，使其并不具備太明顯的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。如前所述MMN-5:4:1和MMP-5:4:1以及MMN-6:5:1的解吸性能優(yōu)良，但吸收速率較低，吸收容量普遍不大，導(dǎo)致其凈吸收容量不高是這類試劑的缺點(diǎn)。由10-3和10-4可以得出：6和7在口前在測的試劑中凈吸收容量最高。11、13、19因有DEA的解吸貢獻(xiàn)和N-MEA的活化貢獻(xiàn)，其凈吸收能力較高。20為復(fù)雜混配試劑，平衡吸收容量和凈吸收容量均不高。14的MEA+N-MEA和9的MEA+PZ相比，前者凈吸收容量高，說明N-MEA在單純活化MEA方面較PZ有優(yōu)勢。11以NMEA代替MEA作為主體吸收劑的探索本部分試圖以N-MEA代替MEA作為吸收劑主體進(jìn)行了三組實(shí)驗(yàn)。以MEA

為主體，按照不同比例（3:1:1:1和4:3:2:1）分別添加N-MEA.MDEA、PZ,；N?MEA、DEA、PZ；DIPA、DEA、PZ。如圖11-1、11?2、11?3、11-4所示。30503.02.82.62.42.22.01.81.61.41.21.00.860307080T(min)2.82.62.42.22.01.81.61.401.21.00.820305060—■—NMP211一?一NMP651一▲-NMP1251_v_MNMP311130503.02.82.62.42.22.01.81.61.41.21.00.860307080T(min)2.82.62.42.22.01.81.61.401.21.00.820305060—■—NMP211一?一NMP651一▲-NMP1251_v_MNMP3111MNDP3111T-MNMP4321—?—MNDP4321一?一MDDP43211050ll?l各混配試劑對CO?的吸收性能對比圖203040506070■—NMP211?—NMP651-^-NMP1251—MNMP3111MNDP3111T—MNMP4321—1MNDP4321—MDDIP4321T(min)3.02.82.62.42.22.01.81.61.41.21.00.82.82.62.42.22.01.81.61.41.21.00.8H-2各混配試劑對CO2的解吸性能對比圖O O 2 4 6 8 10oVN/oaos3.23.2―2.82.82.62.62.42.42.22.22.01.61.61.41.41.21.0A6uEe0oo6wpeo」3.23.2―2.82.82.62.62.42.42.22.22.01.61.61.41.41.21.0A6uEe0oo6wpeo」2.0Project3各混配試劑對C02的吸收容量對比圖—_NMP211—W—NMP651—NMP1251-?—MNDP3111—^―MNMP4321-MNDP4321—MDDP4321—MPZ91-MEAaMEA.POLYT(min)n-4各混配試劑與其他典型混配試劑對co2的吸收對比圖0 10 20 30 40 50 60 70 80 900 10 20 30 40 50 60 70 80 90>auEe/zo06u_peo」8642086420822222111110亠圭亠50T(min)NMP211NMP651NMP1251MNMP3111MNDP3111MNMP4321MNDP4321MDDIP4321MEA.POLYMDP1251MDP651MMDN31112.82.62.42.22.01.81.61.41.29011?5各混配試劑與苴他典型混配試劑對C02的解吸效果對比圖目B3目B3比主悻濃廢MBA3%1：2:5:130%10:9:100%65130%54130%2:6:13%65130%MEA-Poly20%Z130%MEA-fFZ9L30%54130%ME54130%ME1DE十N-MEA6613%ME—"2A9130%MEA-t-nDHA^X-MEA65130%1：2：5：130%MEA十HTEA十X-?fEA21130%1130%-BEA311:130%MEA*HDHA+D￡A*M-)1HA+AMP4L1:1:120%rc-nEA*J1DHA*?ZZL130%N-rrEA-t-TOEA+PZ65130%K-NEIJWEATZ力6:130%311:130%MEA*n-MHA4-DEA-*-PZ3L1:1饑僥WBA*ri-nHA*KDEA*FZ?tS2:130%MEA^?-nHA±DBA-tFZ?ts2:130%WBA^DEA+DIPA^PZ電32:130%MEA30%MBA*DEA*PZ2:5:13%N：BA*DEA*FZ60130%MEA.FOLY36%MB^nMA^DBA*n-J1FA311:130%平衡俸積吸收客用2?8381.78?凈吸收客良1.0512?4571?3581?1092.1Q4=?02G1.1582?2781?0因1.1832.241：!?0591.1822.5820.6821.9002?4520?4372.0152.814：1?6590.95G2?6531?4991.1563.0832?0001.0832.3081.0271.2812?2811?2860.9952.50T1.2861-2213?0曠。1?8661?1812.235=?L791.056Z?4891?"31.0162.552I.4461.1062.6611-6711?0沁2?4891?2681?2212.462：1?2761.0872?5521.2Z>1?3022.244?X8^31.3512.41?0?8761.5422?824】?5631.2612.94L1?B2G1.405乙7241?3391?3852.TT81.4?S1?3052.4=071.0631?34:42.8381?78?1.0512.5820.6821.9002?0?1372?022.8141?85S0.956Z?<fc891?2681?ZZ111-6所有在測試劑吸收容量對比圖III11-1、11-3、11-3（試劑代碼見圖10-4）可以看出：以N-MEA為主體實(shí)

驗(yàn)的三種不同比例混合的配方（在圖中以NMP表示N-MEA+MDEA+PZ）測試

效果較為良好，吸收方面表現(xiàn)一般，但山于N-MEA和MDEA的共同作用致使

其解吸效果很好，所以凈吸收容量也較高，這一點(diǎn)從吸收容量圖上的1、2、3以MEA為主體，按照不同比例（3:1:1:1和4:3:2:1）添加N?MEA、MDEA、PZ和N-MEA、DEA、PZ后，吸收速率和吸收容量都得到了大幅度提升，尤其MEA+N-MEA+MDEA+PZ(4:3:2:1)在前l(fā)Omin和20min時(shí)吸收速率明顯要高于其他試劑。在解吸方面，四種單體混配試劑也具有良好的性質(zhì)，普遍解吸速率較快，平衡解吸容量適當(dāng)，具有較好的開發(fā)前景。由圖11-4、11-5、11-6可以得到：單純從數(shù)值上來比較就可以看出，標(biāo)示區(qū)域的數(shù)值均在1.3以上，明顯要高于其他的1.0-1.2的值。這說明四種單體混配試劑如