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吸收CO_2的新型化学吸收剂和工艺研究

王金莲  
【摘要】: 膜吸收法是一种很有前途的燃煤烟气CO_2脱除技术,本文通过开发新型吸收剂和低能耗再生工艺来提高吸收剂对CO_2的吸收速率,并降低再生能耗。 首先系统研究了典型单一吸收剂的吸收和再生特性。结果发现,各种吸收液的吸收速率和再生能耗分别有以下规律:PZ>一级胺>AMP>氨基酸盐>二级胺>三级胺,一级胺<PZ<氨基酸盐<二级胺<三级胺(PT、AMP)。PZ、AMP、AAAP和PT最大吸收能力都大于0.5molCO_2/mol。 在单一吸收剂研究的基础上,按“高吸收速率、低再生能耗”的混合要求,在一级胺中添加三级胺、在三级胺中添加活化剂、在二级胺中添加空间位阻胺组成3类不同的混合吸收剂,并在直接接触实验台上分别进行吸收和再生特性实验。结果发现,3类混合液中,一级胺中添加少量三级胺在吸收性能上占优势,再生效果最好的是二级胺中添加少量空间位阻胺,其次是三级胺和中量活化剂的混合液,一级胺和少量三级胺的混合液再生程度最小。 将在直接接触实验台中优选出的吸收剂,在中空纤维膜接触器中进行CO_2的吸收实验,并探讨各关键参数变化对所筛选的吸收剂的影响。结果发现MEA中添加少量MDEA,MDEA中分别添加中量PZ、PT,DEA中添加少量AMP较有优势。3类吸收液中,MDEA+PZ/PT类吸收液脱除效率随着PZ和PT添加浓度的增加提高幅度较大,液温和液速对吸收液脱除效率的总体影响较小,所有吸收液的脱除效率随着MDEA浓度的增加而增加。MEA/MDEA与MDEA/PZ类吸收剂脱除效率最高为70%~90%左右,MDEA脱除效率最低为10%~40%间,DEA/AMP与MDEA/PT类吸收剂处于中部为40%~70%。 在富液减压再生实验台上初步研究了富液减压再生,结果发现,减压再生效果随着富液变薄、富液初始负荷降低、再生时间增加、再生压力降低而改善,再生时间和再生压力与再生能耗密切相关。再生30min时0.8mm薄层富液减压再生程度比热再生提高了54.45%,且减压再生能耗小于热再生。 设计了100000Nm~3/h烟气CO_2膜吸收工艺并进行经济性分析。采用聚丙烯中空纤维膜接触器组件吸收CO_2,填料再生塔热再生,再生塔所需的热量由底部再沸器供给。初步估算,每小时能获得纯度大于98%的CO_2 24吨,系统总初投资2390万元,年运行费用1923万元,CO_2回收成本145.7元·(tCO_2)~(-1)。系统总初投资中,膜组件投资额占38.9%,是初投资的主要影响因素;运行费用中蒸汽消耗所花费用占70.6%,成为CO_2回收成本中最主要的影响因素。


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