用于二氧化碳捕集的化学吸收剂研究进展

近年来,在全球大力推进碳中和的背景之下,碳捕集、利用与封存(CCUS)技术的发展进入“快车道”。在整个CCUS产业链条中,碳捕集既是首要环节也是重要节点。常用的碳捕集方法有化学吸收法、膜分离法和物理吸附法等,其中化学吸收法被认为是目前最有市场应用前景的二氧化碳捕集技术,但高能耗与高成本限制了其大规模发展。目前化学吸收法的研究重点主要集中于吸收剂的优化,以降低能耗。对近年来报道的多种化学吸收剂进行了分析和总结,主要聚焦各类化学吸收剂的吸收性能、吸收机理、优缺点和增强途径等方面,并对其未来发展前景进行了展望,以对高效化学吸收剂的开发提供借鉴。

新型二氧化碳化学吸收剂研究进展

介绍了新型二氧化碳化学吸收剂的研究进展,主要包括相变吸收剂、离子液体吸收剂、低共熔溶剂、非水吸收剂和催化解析,指出相变吸收剂吸收能力强,但解析能耗高,并存在一定的腐蚀性;离子液体吸收剂具有低挥发性、高化学稳定性、可调控性等优点,但存在合成复杂、成本高、黏度大等缺点;低共熔溶剂蒸汽压极低、溶解性能好、结构和性质具有可调性,黏度低,但是吸收量低,不适应低浓度二氧化碳场景;非水吸收剂具有腐蚀性低、解析能耗低,但无法管道输送,成本高;还可以在吸收剂中调控催化体系,可快速诱导吸收溶剂再生,降低再生能耗,但催化剂稳定性有待进一步加强。最后提出未来二氧化碳化学吸收剂可通过精细地分子设计和合成、引入新的功能基团,制备出成本更低、环境影响更小、吸收性能更强和热稳定性佳、再生能耗低的产品。

化学吸收法捕集二氧化碳的研究进展

近年来,由于化石燃料的大量燃烧,二氧化碳的排放量剧增,进而引起了一系列生态问题。因此,研究更有效的二氧化碳捕集技术及更高效的二氧化碳吸收剂迫在眉睫。众多学者综合考虑燃烧前捕集、燃烧后捕集和富氧燃烧3种二氧化碳捕集工艺技术后,发现燃烧后捕集工艺技术最适合工业应用。化学吸收法作为燃烧后捕集二氧化碳的一项高效节能、相对成熟的新兴技术,是目前电厂应用最广和最具潜力的捕集技术之一。首先介绍了碳捕集技术的研究现状,然后着重阐述了目前碳捕集技术中备受关注的4种化学吸收剂,即有机胺溶液吸收剂、离子液体吸收剂、氨水溶液吸收剂和新型相变吸收剂,并分别探讨了这4种吸收剂的捕集原理、研究现状、各自的优缺点及改进方向。

新型相变有机胺吸收捕集CO_(2)技术研究进展

CO_(2)捕集、利用与封存(CCUS)技术是实现碳减排的关键技术之一,有机胺吸收技术是目前研究最广泛、最成熟的CO_(2)捕集技术,已有少数工业应用案例。吸收剂是吸收技术的核心,吸收剂的研发创新是该领域的热点方向。相比于单一相的有机胺吸收剂,相变吸收剂在吸收CO_(2)后产生相变行为,仅需对富相进行再生,可大幅减少再生体积,降低再生能耗。本文介绍了传统混合胺相变吸收体系的典型工艺、吸收机理和吸收剂研究进展,分析了吸收剂吸收CO_(2)后富相黏度高、富相体积占比大及其导致的再生能耗增加的问题。本文系统梳理了为解决上述问题而研发的四种新型的相变吸收体系,分别为空间位阻胺混合型相变吸收剂、物理溶剂混合型相变吸收剂、醇胺混合型相变吸收剂、催化剂-有机胺复合型相变吸收剂,对各类新型相变吸收体系的设计构建原理及性能强化机制进行了分析。最后,基于对研究进展的深入分析,提出了相变吸收剂的未来研究方向。

燃煤烟气碳捕集两相吸收剂开发及其性能研究

化学吸收法捕集燃煤烟气中的CO_(2)是一种有效的降低CO_(2)排放的方式。两相吸收剂与传统有机胺吸收剂相比,能够明显降低捕集过程中的再生能耗,降低捕集成本。开发了一种新型的两相吸收剂,以物理溶剂二乙二醇二甲醚作为分相剂,乙醇胺和羟乙基乙二胺作为主剂,对其吸收再生性能、黏度、水相占比与分相区间进行了测试,将两相分别进行核磁共振光谱分析以确定其组成和分相机理。针对配方中的有机胺成分进行了优化,优化后的吸收剂配方吸收再生性能均优于传统的5 mol/L乙醇胺吸收剂,循环吸收容量可达2.086 mol/kg,99%以上的CO_(2)富集在水相,进入再生塔的吸收剂流量可减少约40%,富水相黏度低于10 mPa·s,理论再生能耗(以CO_(2)计)为2.688 GJ/t,具有良好的工业化应用前景。

基于化学吸收法的二氧化碳捕集技术研究进展

化学吸收法是二氧化碳捕集技术中最具潜力、应用最广泛的碳捕集技术,但再生能耗高的问题仍普遍存在,加大了碳捕集的成本,制约了化学吸收碳捕集技术的推广。从化学吸收剂(胺类吸收剂、两相吸收剂、均相少水吸收剂、离子液体与低共熔溶剂)和工艺(吸收工艺优化、解吸工艺优化与复合工艺优化)两方面进行了总结,并对化学吸收法的未来发展进行了展望。分析表明,未来的重点研究方向是开发新型混合胺体系,研发低共熔溶剂,降低两相吸收剂、少水吸收剂与功能化离子液体的黏度与成本以及实现吸收剂低能耗再生;改进吸收工艺与解吸工艺时要充分利用系统中的余热,复合工艺改进需合理耦合若干个单一工艺优化方法,以最大程度降低系统能耗。

二氧化碳脱除技术研究综述

近年来,温室气体排放的逐年加剧带来日益严重的气候变化问题,已经引起国内外广泛的关注,二氧化碳的脱除技术也逐渐受到重视。介绍了烟气中二氧化碳的脱除技术的分类方法,从研究现状、捕集原理和优缺点等方面对常见的物理吸收法、化学吸收法、固体吸附法和膜分离法进行总结,并着重介绍了工业上应用广泛的化学吸收法。

吸收CO_2新型混合化学吸收剂的研究

以吸收剂吸收速率和再生程度为指标,在小型实验装置台上研究了3种混合吸收剂不同配比的吸收和再生特性,以确定其吸收剂主体和添加剂的合适配比.结果表明,在甲基二乙醇胺(MDEA)中添加哌嗪(PZ),当混合吸收液CO2负荷为0.2mol.mol-1时,MDEA∶PZ=1∶0.4(m∶m)混合液CO2吸收速率比MDEA∶PZ=1∶0.2(m∶m)混合液提高了约70%.再生40 min,PZ相对浓度为0的吸收液再生程度为91.04%,PZ相对浓度为0.2、0.4和0.8时,混合吸收液的再生程度分别降低为83.06%、77.77%和76.67%.综合比较,MDEA∶PZ=1∶0.4(m∶m)是该混合吸收液合适的配比,吸收速率和再生特性都有较好改善.在10%一级胺中添加2%三级胺既能保持高吸收效率,又能略微降低再生能耗.在10%二乙醇胺(DEA)中加入2%2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP),混合液表现出DEA/AMP混合吸收剂中较好的吸收和再生特性.3种配方中,在一级胺中添加少量三级胺吸收速率最高,二级胺和少量空间位阻胺混合吸收剂的再生性能最好.而综合吸收和再生2个指标,三级胺和中量活化剂的混合液有优势.

氨基酸盐吸收二氧化碳过程的传质特性

为了研究氨基酸盐吸收剂吸收CO2过程的传质特性,选取6种氨基酸盐吸收剂在湿壁塔反应器上进行CO2吸收试验,筛选出L-脯氨酸钾、甘氨酸钾、肌氨酸钾为吸收剂类型,研究不同吸收剂浓度、CO2负荷、吸收温度、湿壁塔内、总压力对吸收剂吸收CO2过程传质特性的影响.结果表明,吸收剂浓度和温度的升高,能够有效提高吸收剂液相传质系数,得到该3种氨基酸盐吸收剂吸收CO2的反应速率常数与温度的关系式;随着吸收剂负荷的升高,液相传质系数将逐渐降低;而湿壁塔内总压力的升高能够促进CO2的吸收.气相传质系数随着湿壁塔内总压力的升高逐渐降低,总压力为0.3 MPa时气相传质系数较0.1 MPa降低86%.

化学吸收法分离烟气二氧化碳研究进展

文中介绍了化学吸收法分离二氧化碳的基本原理,从吸收剂、吸收工艺和吸收过程装备3个方面对国内外化学吸收法分离烟气中二氧化碳的研究现状进行了分析总结,提出了目前该技术发展中存在的障碍,并指出未来二氧化碳控制技术中化学吸收法的发展方向。

MEA吸收剂与设备匹配性实验研究

吸收剂的性能与能耗制约着电厂烟气CO_2捕集的大规模推广,为推广其使用,采用实验的方法对吸收剂性能进行研究。以2-羟基乙胺(MEA)溶液为研究对象,采用搅拌装置考察了MEA溶液在不同浓度、温度下的吸收、解吸性能。实验结果表明:(1)15 wt%的MEA溶液对CO_2的吸收量较高,且具有较低的解吸能耗;(2)溶液温度80℃左右时,三种不同浓度的MEA溶液解吸速率均达到最高,且解吸速率随溶液浓度的增大而显著提高;(3)20 wt%的MEA溶液有较好的吸收速率。

化学吸收法回收工业废气中CO的研究

通过实验优选出一种ＣＵＣｌ－ＭｇＣｌ２水溶系高选择性ＣＯ吸收剂。确定了吸收剂对ＣＯ的最大吸收量与温度的关系，探讨了气体组成变化对ＣＯ回收率的影响，由实验数据求出吸收过程中ＣＯ的回收率为９３％。采用气相色谱分析法测出产物ＣＯ的纯度为９８％，给出吸收液的解吸温度范围为１２０—１４０℃。初步探讨了ＣｕＣｌ－ＭｇＣｌ２水溶系吸收剂对ＣＯ的吸收反应机理。为转炉烟气等工业废气中ＣＯ的分离回收提供了新途径。

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CO_(2)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CO_(2)捕集能耗,相变吸收剂应运而生。该类吸收剂吸收CO_(2)后由均相变为互不相溶的两相,CO_(2)主要富集于其中一相,仅需分离CO_(2)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CO_(2)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CO_(2)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CO_(2)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CO_(2)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、原料易得的优点,但现有盐类相变吸收剂的固-液相变特性及相分离效率有待进一步改善;离子液固-液相变吸收剂主要有常规离子液(溶剂)/有机胺(活性组分)和功能化离子液(活性组分)/有机试剂(溶剂)2种体系,具有热稳定性好和再生效率高等特点,但离子液体合成较复杂且使用成本较高。总之,相比于传统有机胺吸收剂,固-液相变CO_(2)吸收剂具有较大的节能潜力,有望为高效低能耗的CO_(2)捕集提供新的选择。目前固-液相变CO_(2)吸收剂的开发还处于试验研究阶段,要推动其实际应用,今后的工作应侧重于吸收剂的构建方法、相变机制、热力学、动力学及工艺优化等问题的研究。

大规模二氧化碳捕集及综合利用示范

我国力争于2030年前实现二氧化碳(CO_(2))排放达到峰值,2060年前实现碳中和。CO_(2)捕集利用与封存技术作为一种大规模的温室气体减排技术,是电力行业实现碳中和目标的重要技术选择。通过理论创新、关键技术研发、系统集成等.研发、建设50万t/aC0_(2)捕集及综合利用示范十分必要。介绍了某工程采用化学吸收胺法进行燃煤烟气CO_(2)捕集,CO_(2)捕集率≥90%,CO_(2)纯度≥99%.碳捕集热耗≤2.4 GJ/tCO_(2),压缩液化后供油田驱油和食品级利用,各项指标达到国际先进水平,同时研究碳捕集系统与燃煤机组的深度耦合.为大规模燃煤机组碳捕集技术的推广、未来整个机组实施碳捕集及综合利用积累经验并提供支撑。

两相胺吸收剂用于碳捕集的研究进展

化学吸收法是目前应用最广泛且发展最为成熟的碳捕集技术,有机胺溶液是化学吸收法捕集CO_(2)工艺常用的吸收剂,但传统的有机胺溶液在用于碳捕集时都存在再生能耗高的问题,过高的再生能耗会大幅增加碳捕集技术的运行成本。两相胺吸收剂具有降低再生能耗的潜力,具有很大的发展前景。在分析了传统化学吸收法吸收CO_(2)以及两相胺吸收剂吸收CO_(2)工艺和反应机理的基础上,重点阐述了两相胺吸收剂的研究进展,探讨了两相胺吸收剂吸收CO_(2)的未来发展方向,指出可结合现有吸收剂的优点开发高效低能耗的新型两相胺吸收剂,并且两相胺吸收剂的反应动力学、降解和腐蚀特性等将成为重点研究内容。

基于中红外吸收光谱技术的燃烧场CO浓度测量研究

燃烧场组分的测量对于燃烧诊断具有重要的研究意义。基于可调谐激光吸收光谱(TLAS)技术,采用中红外带间级联激光器(ICL)扫描一氧化碳(CO)的2060cm^(-1)(v=1←0,P20)吸收谱线,实现了对燃烧场CO浓度的测量。实验通过燃烧产物H2O的7154.35cm^(-1)和7467.77cm^(-1)吸收谱线的谱线强度比值反演燃烧场温度,以此修正测量环境下CO谱线强度参数,实现CO浓度的精确测量。首先介绍了TLAS测温验证实验,温度测量在各个设置温度台阶下的波动均小于45K,温度测量具有可靠性;其次开展CO浓度测量标定实验,CO测量浓度与标准气体浓度的误差在3%以内;最后针对甲烷/空气平焰炉在不同燃烧状态下进行CO浓度测量,实现0.35‰~4.5%范围内CO浓度的测量,检测灵敏度为0.035‰。实验验证了中红外吸收光谱技术实现燃烧场组分浓度测量的可行性和可靠性,有助于燃烧诊断的研究,具有较大的应用价值。