新型氨法化学吸收分离回收燃煤烟气中CO2研究

针对目前氨法吸收分离CO2存在的氨水挥发性高，氨二次回收困难以及富液再生效果差等问题，提出了全新的氨法吸收和再生工艺。在分子设计的基础上，通过在氨水中添加有机胺等添加剂来进行改性，从而在提高CO2的脱除效率和再生效率的同时大大降低氨水的挥发性；在分析碳化氨溶液气-液-固三相平衡理论的基础上，探索采用变浓度分级吸收模式，从而有效地避开氨的高挥发区，以进一步解决氨逃逸和二次污染问题；在膜接触器传质强化机理的基础上，建立中空纤维膜减压再生结合蒸汽吹扫的新型再生工艺，在保证低再生能耗的前提下，以解决富液的深度再生以及再生过程中氨水吸收剂的损失问题；以流程仿真工具 Aspen Plus为模拟平台，将CO2分级吸收和膜减压再生工艺进行有机整合，进行工艺过程能量迁移的优化设计研究。最终提出新型高效低能耗分离CO2的设计工艺，从而为新型氨法分离燃煤烟气中CO2工艺奠定理论基础。

本研究针对目前氨法吸收分离CO2存在的氨水吸收速率慢，挥发性高，富液再生效果差等问题，提出了全新的氨法吸收和再生工艺。在分子设计的基础上，通过在氨水中添加有机胺等添加剂来进行改性，从而提高CO2的吸收速率和脱除效率，筛选出哌嗪和肌氨酸盐等较为优秀的添加剂，在添加剂浓度较低的情况下，能够增加总传质系数150%以上；同时在止流塔实验台上对吸收剂和CO2的反应机理进行了深入的研究，得到相应的反应模型和各反应速率和平衡常数。通过对操作条件和添加剂的研究，一定程度上解决氨逃逸问题，提出氨水在高压条件下吸收CO2能够同时降低氨挥发并提升CO2吸收速率；通过研究探索了通过膜减压再生方式从稀氨水溶液中分离氨气的方法，能够从水洗后的稀氨水溶液中分离出80%以上的氨。在膜接触器传质强化机理的基础上，建立中空纤维膜吸收和减压再生工艺，该工艺能够大幅降低能耗；通过在氨水中添加有机胺及氨基酸盐添加剂能够提升氨水再生率和有效吸收负荷。最后以流程仿真工具 Aspen Plus为模拟平台，对氨水法脱碳吸收再生过程进行模拟，并提出优化的操作参数。