一、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捕集与封存（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70～80％，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ΔH_abs，水蒸发潜热Q_solvent和吸收剂升温显热Q_sensible。其计算公式如式（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。

二、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。

图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。

图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。

三、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