CO2在新型醇胺水溶液中的吸收特性研究

Higher absorption capacity and absorption rate, lower amine loss, corrosivity and regeneration temperature, and smaller amount of heating steam are very helpful in CO2 capture process. To this end, new blended amines will be developed in this project by using promoters including piperazine (PZ) and amino acid ionic liquid (AAIL), and absorbents including 2-diethylaminoethanol(DEAE), 1-dimethylamino- 2-propanol(DMA2P) and 1-(2-hydroxyethyl) piperidine (1-(2HE)PP).. The absorption capacity and absorption rate, promotion mechanism and solution viscosity will be studied on the basis of experiments and thermodynamic calculations. The investigation will illustrate (1) the promotion mechanism of PZ and AAIL on the absorption rate; (2)the effects of temperature, concentration and CO2 loading on solution viscosity; (3) the competitive impacts of solution concentration and solution viscosity on the absorption rate. The expected results will be useful for the development of new blended amines and able to reduce the energy cost in CO2 capture process.

以哌嗪(PZ)和氨基酸离子液体(amino acid ionic liquid, AAIL)为促进剂、以二乙氨基乙醇(DEAE)、二甲氨基异丙醇(DMA2P)和N羟乙基哌啶(1-(2HE)PP)为吸收主体，构建新型醇胺吸收剂，以提高CO2吸收速率和吸收容量、减少胺损失、降低设备腐蚀、再生温度和加热蒸汽量。. 围绕CO2在新型醇胺水溶液中的吸收特性这一重要课题，结合实验测定和热力学模型计算，系统研究吸收能力、吸收速率、促进作用和体系粘度，以及其影响因素。在此基础上，阐明(1)新型醇胺水溶液吸收CO2过程的促进机理；(2)温度、吸收剂浓度及CO2载荷等因素对体系粘度的影响规律；(3)吸收剂浓度及体系粘度对CO2吸收速率的竞争影响机制。为高效、新型醇胺吸收剂的开发和CO2捕集过程的节能降耗提供依据。

近几年来，高效低能耗的新型醇胺吸收剂的开发，已成为CO2捕集领域的研究热点。文献调研表明，以二乙氨基乙醇(DEAE)、二甲氨基异丙醇(DMA2P)和N羟乙基哌啶(1-(2HE)PP)代替N甲基二乙醇胺(MDEA)，以哌嗪(PZ)和氨基酸离子液体(AAIL)为促进剂，构建新型的醇胺吸收剂，有望大幅改善CO2的吸收效果。但是，迄今为止，CO2在上述新型醇胺水溶液中的吸收特性的研究尚不充分。.本项目的主要目标是遴选和构建新型醇胺吸收剂，确定其对CO2的吸收能力和吸收速率，探明CO2的吸收特性。拟解决的关键科学问题包括（1）促进机理、（2）操作条件对粘度的影响规律、（3）粘度对吸收速率的竞争影响机制。.已按计划书中的要点执行，顺利地完成了各项任务。共完成论文23篇，均被SCI 收录，共指导6名硕士生和4名博士生完成毕业论文。实现了预期的目标。适当拓展了无水/贫水吸收剂对CO2的吸收和解吸特性研究，以及胺基改性材料对CO2的吸附/脱附特性研究。.实验方面，以PZ和AAIL为促进剂，以DEAE、DMA2P和1-(2HE)PP为吸收主体，构建了多种类型的新型醇胺吸收剂；测定了CO2吸收量、吸收剂和吸收液粘度、解吸能耗；获得了吸收速率和解吸速率等基础数据，并在板式塔内验证了CO2捕集效果。模型与计算方面，建立了复杂体系的粘度模型；建立了可同时关联和预测吸收量和表观吸收速率的方法；通过结合粘度模型、Lagergren/Avrami模型和经典传质模型，获得了吸收速率关于吸收剂浓度的解析表达式。在实验测定和热力学计算的基础上，阐明了CO2在新型醇胺吸收剂中的吸收特性。实验成果可为新型醇胺吸收工艺的设计和改进提供基础数据；理论成果可为涉及吸收能力和吸收速率、粘度性质的设计提供计算模型和理论依据。研究成果对推动碳捕集过程的节能降耗具有重要的理论意义和应用价值。