关于CO2的综述.doc

研究背景、目的及意义 1.1 研究背景 近十几年来全球普遍出现的暖冬天气更使我们深刻感觉到这一气候变化的存在[1] 大气中温室气体的浓度正以前所未有的速度增加[]。温室气体主要包括6种二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亚氮(N2O)、氢氟碳化物(HFCs)、全氟化碳(PFCs)和六氟化硫(SF6)目前，中国的高耗能产业主要包括钢铁、建材和化学工业等，其中 图1 我国主要资源人均占有水平与世界平均水平的比较[8] 1.2 研究目的及意义 虽然按照《京都议定书》的规定，我国作为发展中国家没有CO2的减排义务，但我国已成为世界第一大二氧化碳排放国，占世界总排放量的23％ [9]。因此，我国承受越来越大的CO2国际减排压力，我国CO2减排将势在必行。 我国是以煤炭为主要一次能源的国家，能源消耗中煤炭占69%，约有77%的CO2是煤燃烧所排放的[10]。由于在短时间内无法改变以煤为主的能源结构，因此采用先进的工艺，在确保低能耗的前提下针对燃煤锅炉等CO2排放源，研究开发CO2减排技术，已成为实现我国减排CO2这个大目标中最迫切需要解决的关键科技问题[11]。 2. 二氧化碳吸收的国内外研究 2.1 物理溶剂吸收法[12,] 物理溶剂吸收法是指使CO2溶解在吸收液中。但并不与吸收剂发生化学反庇的吸收过程。物理吸收法通过改变CO2和吸收液间的压力和温度达到吸收和解吸CO2的目的。溶液吸收二氧化碳的能力随压力的增大和温度的下降而增加；反之，提高系统温度，减小系统压力可使饱和的吸收液脱吸再生。该法全部采用有机化合物作为吸收溶剂。由于溶液的酸性气体负荷与酸气分压成正比，故适宜于处理高含CO2的烟道气。 常用的吸收剂有水、丙烯酸酯、M甲基2一D、吡咯烷酮、甲醇、乙醇、聚乙二醇、多乙二醇醚、Ⅳ-甲基吡咯烷酮、碳酸丙烯酯、磷酸三丁酯和环丁砜以及噻吩烷等。为了减少溶液损耗和防止溶剂蒸气外泄而造成二次污染，该工艺应尽量选用高沸点溶剂。常用的物理吸收法主要有加压水洗法、低温甲醇洗法（Rectisol法）、碳酸丙烯酯法（Fluor工艺）、Seloxol工艺及Purisol法等[]。 2 物理吸附法[] 物理吸附法主要利用固态吸附剂对原料混合气中的CO2的选择性可逆吸附作用来分离回收CO2。吸附法又分为变温吸附法(TSA)和变压吸附法(PSA)，吸附剂在高温(或高压)时吸附CO2，降温(或降压)后将CO2解吸出来，通过周期性的温度(或压力)变化，从而使CO2被分离。常用的吸附剂有天然沸石、活性氧化铝、硅胶和活性炭等。整个过程由吸附、漂洗、降压、抽真空和加压五步组成。其运行系统压力在1．26~2．66 MPa之间变化。英国伯明翰大学和皇家科学大学的科家研究了一种以钾为促进剂的水滑石(potassium-hydrotalcite)吸附介质[]。实验表明，此吸附剂能从208~302℃的烟道气中回收二氧化碳，其吸附二氧化碳能力高于0．8 mol／kg。据称如对吸附剂的再生循环时间严加控制，其脱除CO2的效率可达97%[]。 近年来对PTSA的研究比较活跃。东京电力公司1991年建成一个处理量1000 Nm3/h的试验工厂，1994年连续运行2000h, CO2吸收效果很好，日本东京电力会同三菱重工在横须贺火电厂进行了采用PTSA法与化学吸[,17]。收法分离回收CO2的试验，每小时处理烟气1 OOON，CO2回收率为90% CO2纯度为99% 。流程如图所示 图 PTSA法脱除烟气CO2工艺流程图[] 2.3 化学吸收法 二氧化碳为酸性气体，可以与碱性物质反应进行吸收分离。以化学溶剂吸收法研究的最多，实际应用表明化学吸收是目前最经济可行的方法。二氧化碳的化学处理技术包含二氧化碳及其它物质间(如各级醇胺、氨水或氨气、氢氧化钠等)一种或更多的可逆反应已达成分离效果。一般常用于化学吸收法的溶剂为醇胺及氨气(或氨水)，其中胺类主要有一级醇胺(如MEA)、二级醇胺(如DEA、DIPA)及三级醇胺(如MDEA)。此外，还可以氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化镁、热碳酸钾溶液(BV法)等碱剂作为烟道气中二氧化碳的吸收。工业上应用最多的是一级醇胺（MEA）。 典型的化学吸收法脱除烟气中CO2的工艺流程如图所示。经过除尘、脱硫等处理后的烟气经初步冷却和增压后，从吸收塔下部进入，在塔内与由塔顶喷射的吸收剂溶液逆向接触。烟气中的CO2与吸收剂发生化学反应而形成弱联结化合物，脱除了CO2的烟气从吸收塔上部被排出吸收塔。而富液经泵抽离吸收塔，在贫富液交换器与贫液进行热交换后，被送入再生塔中解吸再生。富液中结合的CO2在热的作用下被释放，释放的CO2气流经过冷凝和干燥后进行压缩，以便于输送和储存。再生塔底的贫液在泵作用下