基于MDEA的混胺溶液捕获CO2性能介绍.doc

武汉轻工大学 论文题目:基于MDEA的混胺溶液捕获CO2性能研究 2015 年 月0 日 基于MDEA的混胺溶液捕获CO2性能研究 1 绪 论 1.1 课题研究目的与意义 近年来，由于全球温度持续升高，温室效应就越来越受到人类的重视。温室效应[1]是大气保温效应的俗称，已知CO2分子对可见光几乎是完全透过的，所以太阳光束可以直接透过，但是对红外热辐射特别是波长在1218um范围内的红外热辐射，则是一个很强的吸收体。温室效应的增温原理是太阳短波辐射可以透过大气射入地面，而低层大气中的CO2能够有效地吸收由地表反射发出的长波辐射，从而产生大气变暖，使地球升高。 据政府间气候变化专业委员会(IPCC)报告[2]可知，从19世纪后期至今的100多年间，全球近地面气温平均升高了0.3-0.6℃ 。在过去的150年间，由于CO2的人为排放，全球CO2量已增加了30％，并正以每年1.5％的速率提升，呈现继续恶化的趋势。调查和研究显示，全球温度升高与全球CO2量的增加息息相关。有科学家预测：如果地球表面温度按现在的速度继续升高，到2050年全球温度将上升2-4℃。而全球温度升高所造成的影响和危害是及其严重的，例如南北两极冰山融化，海平面上升，一些岛屿国家和沿海城市将会被淹没于水中，从而降低了全球岛屿国家的比率。地球上病虫害增加，气候反常，土地沙漠化，缺氧，自然生态系统平衡遭到破坏等问题也层出不穷，进而将威胁到人类以及生物的生活与生存。 在联合国气候峰会上，中国表明：高度重视气候变化，近期出台“国家应对气候变化”规划，确保2020年实现碳排放强度比2005年下40%-45%的目标。这体现了中国减排CO2的坚定决心。 1.2 减排CO2的方法 目前减排CO2的方法主要有：吸附法，O2/CO2燃烧法，膜分离法，吸收法等[]。 1.2.1吸附法 吸附法分为以下三大类：变温变压吸附法(PTSA)、变压吸附法(PSA)、变温吸附法(TSA)[4]。吸附法是气体混合物与多孔性、具有巨大比表面的固态吸附剂接触时，利用吸附剂的分子引力或化学键力，将处理对象吸附在吸附剂表面，从而达到分离的目的。变温吸附法( TSA)和变压吸附法( PSA)是指吸附剂在高压或高温的条件下吸附CO2 ，在降温或降压条件下将CO2解吸出来,通过周期性的温度或压力变化达到去除CO2的目的。常用的吸附剂有天然沸石、分子筛、活性氧化铝、硅胶和活性炭等。 1.2.2 O2/CO2燃烧法 O2/ CO2燃烧法是美国ANL公司开发的一种新方法，燃煤烟气中的CO2可以通过此方法得到捕集利用[5]。但是燃煤烟气中CO2浓度很小，一般只为12%-14%，因此从以氮气为主的燃煤烟气中分离出低浓度的CO2难度很大，所以，提高燃煤烟气中CO2的浓度是分离和回收CO2的关键。该方法是将一部分烟气循环气和从空气中分离出来的O2构成混合天然气，代替空气燃烧，使煤炭在燃烧过程中有充足的氧气，以提高烟气中CO2的浓度。使用此方法时，SO2也可被液化回收，NOx的量也会减少，所以在去除CO2的同时还能减少燃煤烟气中的SOx、NOx,，降低烟气的危害。如果这种方法能在燃烧与传递热等方面做进一步的优化，将会给电厂带来很大的经济效益。 1.2.3膜分离法 膜分离法是利用不同气体在用某些聚合材料制成的薄膜表面渗透率的差异来达到分离气体的目的。膜分离的驱动力包括分子扩散作用，电力，压力。当膜两边存在压差时，渗透率高的气体以高的速率透过薄膜，形成渗透气流。渗透率低的绝大部分气体会在薄膜进气侧形成残留气流。渗透气流和残留气流分别位于薄膜的两侧，如果将两股气流分别引出，就可以达到分离混合气体的目的[6]。工业上用于分离CO2的膜材质主要有:醋酸纤维、乙基纤维素、聚苯醚及聚砜等。 1.2.4吸收法 1.2.4.1 物理吸收法 物理吸收法是利用气体混合物中不同组分在吸收剂中溶解度的不同，在加压条件下用吸收剂将有害组分从气流中分离脱除的过程。由于不发生化学反应，可通过改变物理因子压强来实现溶剂的再生，因此可以降低再生能耗。该法关键在于确定优良的吸收剂，所选的吸收剂必须具有对CO2的溶解度大、沸点高、选择性好、无毒性、无腐蚀、性能稳定等优点[7]。 典型的物理吸收法有聚乙二醇二甲醚法、环丁砜法、甲醇法，粉末溶剂法、N - 甲基吡咯烷酮法，三乙醇胺也可作物理吸收剂使用。 1.2.4.2 化学吸收法 化学吸收法是利用气体混合物中不同组分与化学溶剂即吸收剂在吸收塔内发生选择性化学反应, 从而使CO2被吸收。然后将吸收完CO2后的吸收富液导入解吸塔通过加热解吸出之前吸收的CO2，从而达到分离回收CO2 的目的。化学吸收法的关键是控制好吸收塔和解吸塔的温度与压力[8]。 在CO2吸收技术中，化学吸收法是一项高效，节能，环保的新型处