基于有机胺法的CO2吸收—解吸工艺试验研究及捕获系统能耗分析

摘要

以CO2为代表的温室气体的大量排放造成了全球的温室效应，其中约有60％的温室效应是由CO2产生的，因此选择经济有效的吸收剂控制CO2排放已经成为应对全球气候变暖的主要途径。有机胺对二氧化碳的吸收及解吸在学术研究和工业应用方面均有十分重要的意义。本文针对华北地区某天然气电厂设计了基于有机胺法的CO2捕集系统，设计并进行了有机胺溶液优化复配研究。
　　首先进行了单一组分吸收液对CO2的吸收-解吸试验，试验中配制浓度分别为10％、20％、30％、40％的吸收液，分别比较了MEA(一乙醇胺)、MDEA(N-甲基二乙醇胺)和TETA(三乙烯四胺)三种单一吸收液对CO2吸收和解吸的效果，发现体积浓度20％MEA、40％MDEA、20％TETA有最好的吸收和再生性能，但考虑到工业应用上MDEA的成本较高，故优选出20％浓度的MDEA溶液。
　　而后将优选出的这三种浓度的单一吸收剂进行了吸收-解吸试验来比较分析其性能，分别计算了其瞬时吸收率和累积吸收负荷。发现MEA的吸收速率最快，吸收60min时接近饱和;MDEA吸收速率排在其次，吸收至80min时接近饱和;TETA最慢，吸收110min后仍然具备一定的吸收能力。
　　基于优选出的单一吸收剂配方，分别比较了MDEA-MEA、MDEA-TETA、TETA-MEA等混合吸收液在不同浓度配比下的的吸收-解吸效果，得出最优的吸收剂体系是MEA∶ MDEA=9∶1，可以达到再生程度75.1％。
　　初步研究了MDEA-MEA混合胺体系中添加不同浓度的哌嗪(PZ)溶液后吸收和解吸CO2的特性，得出MDEA∶MEA=1∶9，添加0.1mol/L PZ溶液后，富液解吸的再生能耗下降，再生效率可达98％。
　　设计了1500t/年天然气电厂烟气捕获系统，并进行了能耗分析。采用化学吸收法吸收CO2，填料再生塔热再生。经过计算得出，捕获系统吸收塔塔高17m，塔径1.1m;再生系统再生塔塔高16m，塔径0.9m。系统整体再生总能耗为1.0 GJ/h，单位CO2再生能耗为4.99 GJ/tCO2，小于设定的目标值，说明设计参数具备一定的工业参考价值。

目录

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致谢

摘要

1．绪论

1．1 温室效应和CO2排放状况

1．2 CO2排放控制措施

1．2．1 燃烧前捕获

1．2．2 燃烧后捕获

1．2．3 富氧燃烧技术

1．3 有机胺法吸收CO2的发展历程

1．4 国内外学者对活化MDEA法的研究

1．5 有机胺法吸收CO2的反应机理

1．6 醇胺法脱碳工艺简介

1．7 论文选题背景和主要内容

2 试验方法

2．1 试验仪器和药品

2．2 试验流程

2．2．1 吸收实验

2．2．2 再生实验

2．3 试验数据处理方法

2．3．1 吸收液吸收性能指标

2．3．2 吸收液再生性能指标

3 有机胺吸收剂的吸收与解吸试验研究

3．1 单一组分吸收剂吸收及再生效果对比

3．1．1 MEA对CO2吸收-解吸试验

3．1．2 MDEA对CO2吸收-解吸试验

3．1．3 TETA对CO2吸收-解吸试验

3．2 单一组分吸收剂性能对比

3．3 单一吸收剂的CO2吸收和再生性能小结

4 混合吸收剂的CO2吸收和再生性能

4．1 MEA-MDEA体系吸收与再生效果研究

4．2 TETA-MEA体系吸收与再生效果研究

4．3 MDEA-TETA体系吸收与再生效果研究

4．4 本章小结

5 混合胺溶液添加活化剂吸收与再生CO2研究

5．1 混合胺溶液／PZ的CO2吸收与再生性能研究

5．2 本章小结

6 天然气电厂烟气CO2捕集系统设计及能耗分析

6．1 设计目标及参数

6．2 设计参数及设计目标

6．3 捕获设备计算

6．3．1 洗涤塔部分

6．3．2 吸收塔部分

6．3．3 再生塔部分

6．4 系统再生热耗分析

6．5 本章小结

7 结论

参考文献

作者简历

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