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低成本碳捕集与封存技术

CO2新型吸收剂的研究

作者:   更新时间:2016-09-20

 本研究概况

  温室气体导致的全球变暖对人类生存和发展的影响日益显著依靠低碳经济化解危机寻求发展已是全球共识CO2捕集封存(CCS)是目前解决上述问题的主要方法,其中CO2捕集分离所占成本约为CCS总成本的7080%,因此降低CO2捕集分离的成本具有极为重要的意义。吸收法是目前工业应用最成熟的技术然而基于单乙醇胺MEA)水溶液的吸收法解吸能耗巨大造成吸收法成本居高不下根据对吸收法成本的分析,CO2解吸的能耗高是造成吸收法成本居高不下的主要原因解吸过程能耗主要分为三部分反应热ΔHabs蒸发潜热Qsolvent吸收剂升温显热Qsensible其计算公式1~3所示

………….……......………(1)

…………...…........…………(2)

………….……................…...……(3)

各部分占总解吸能耗的比例分别为反应热占50~60%,水蒸发潜热占30~40%,吸收剂升温显热约占10%

因此,为满足低能耗高效率分离CO2的需要提供一种可以降低水蒸发潜热和升温显热的吸收剂具有重大意义。

实验室研究内容、战略目标与研究方向

实验室从盐溶和盐析机理入手针对工业上普遍采用的MEA和N-甲基二乙醇胺MDEA两种吸收剂通过加入第三组分使传统吸收剂在吸收塔内吸收CO2后形成CO2富液相和贫液相,富液相CO2负载相比于传统吸收剂大大提高。应用相变吸收剂的吸收解吸工艺流程如图1所示,在基本不改变原吸收解吸工艺的情况下,仅在吸收段之后加入分离装置,经过分离装置,仅有约占总吸收剂体积1/3的CO2富液相进入解吸过程。

1、应用相变吸收剂的吸收解吸工艺流程示意图

 

由水蒸发潜热(式2)和吸收剂升温显热(式3)计算公式可以得知,增大吸收剂循环负载、减少进入解吸塔的液量可以有效地降低解吸能耗。以MEA为例,实验室开发的一款相变吸收剂其循环处理量从传统吸收剂的1.546molCO2/L提高到2.579molCO2/L,较传统吸收剂提高60%,因而极大的减小了解吸过程的能耗。解吸后的溶剂与未进入解吸过程的CO2贫液相混合后重新进入吸收塔进行循环。实验证明这类相变吸收剂的循环稳定性良好,长周期实验结果如图2所示,随着运行周期增大,吸收剂负载和解吸率有所下降,补水后吸收解吸性能恢复。


2、长周期实验中吸收剂负载和解吸率随时间变化图

利用这类基于MEA或MDEA的相变吸收剂,可以在不改变原吸收解吸工艺的基础上,大幅度降低CO2捕集能耗。经测算,使用该类相变吸收剂可将每吨CO2解吸能耗从3.51GJ降低到2.40GJ,可降低31%以上。

研究成果

1、张卫东等.一种用于酸性气体分离的液-液相变吸收剂: 中国, 201510933372.4 [P], 2016-05-04

2、张卫东等. 一种用于酸性气体分离的MDEA复合吸收剂及分离方法: 中国, 201610035154.3 [P], 2016-05-04

3、张卫东等. 一种基于盐析效应应用高粘度吸收剂分离CO2的方法: 中国, 201610035837.9 [P], 2016-04-13;

4张卫东等. 一种基于助溶效应应用高粘度吸收剂分离CO2的方法: 中国, 201610035545.5 [P].

 

四、研究方向:

1. 新型相变吸收剂的开发;

2应用相变吸收剂的吸收解吸工艺的优化