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二氧化碳的分离与回收综述 XX级XX班 XXX 2014********* 摘要:石油、煤、天然气等化石燃料的大量使用，排出大量的废物，使大气中CO的含量逐年增加，造成严重的环境污染，引起全球的温室效应，带来一系列的负面影响。如何降低CO的排放量，变废为宝，实现其分离回收与综合利用，将成为21世纪最为重要的能源与环境问题之一。CO2 的方法以及其在碳酸化饮料（啤酒）、二氧化碳气体保护焊、香烟丝的膨化处理、化工利用、食品贮存、二氧化碳气体化肥、油气开采、医疗、实验室、地下开采等方面的用途。 关键词CO2与吸收剂进行化学反应形成一种弱联结的中间体化合物, 然后加热富含CO2的吸收液使CO2解析出来, 同时吸收剂得以再生的方法。常用的吸附剂有氨水、热碱溶液、一乙醇胺(MEA) 、二乙醇胺( DEA) 、三乙醇胺( TEA) 、二异丙醇胺(ADIP) 、甲基二乙醇胺(MEDA) 和二甘醇胺等。MEA吸收法是研究最多的CO2 化学吸附方法,在天然气工业和烟气分离中都有商业应用。MEA法的处理过程是: 在吸收器中被MEA溶液吸收, 反应生成MEA甲基氨酸盐, 富含CO2的MEA溶液被送入汽提塔, 加热释放其中的CO2, 释放CO2 后的MEA溶液返回到吸收器中进行循环。目前的研究方向集中在吸附剂的改良、工艺设备的改进、操作过程的优化等方面。MEA法工艺处理设备巨大, 初投资比较昂贵, 据Idem等估算, 加热释放CO2, 回收MEA所耗费的额外能耗占整个CO2 捕捉成本的70%。CO2吸收率较低, 设备腐蚀率高, 烟气中的SO2、NO2、HCL、HF、O2 等会使吸收剂中毒, 需及时补充吸收剂也是MEA法的缺点。混合吸收剂往往可以实现单组分吸收剂不能达到的效果。叔胺+伯胺或叔胺+仲胺混合吸收剂可以保持伯胺或仲胺的大部分反应性和类似或较小的吸收剂循环率, 同时却保持与叔胺相当的再生成本。Idem等比较了2个分别利用MEA吸收剂和MEA+MDEA混合吸收剂( 摩尔比为4：1) 的试电厂的CO2分离过程, 结果显示混合吸收剂可以显著降低吸收剂再生所需要的能量, 而降低的程度决定于混合吸收剂的稳定性。Yeh等进行了氨水分离CO2 的实验, 认为此方法可以净化多种组分, 适合于分离硫含量较高的煤燃烧产生的烟气, 估算这种处理过程相比MEA法可节省60%的能耗。Huang等改进的索尔维双碱法采用甲氨基乙醇(MAE) 作为一次碱。MAE的CO2吸收能力为0.75mol/ mol, 吸收效率优于MEA。 2.3.
[5]吸附分离法 利用固体吸附剂对混合气中CO2的选择性可逆吸附作用来分离回收CO2, 常用的有碳基吸附剂、活性氧化铝、沸石类等吸附剂。吸附分离法同样分为物理吸附和化学吸附2种类型, 可采用变压吸附(PSA) 、变温吸附(TSA) 和真空吸附(VSA) 3种方式。PSA法的再生时间比TSA法短很多, 且TSA法的能耗是PSA法的2~ 3倍, 因此工业上普遍采用的是PSA法。但是对火电厂烟气而言, 现有吸附剂吸附能力和对CO2的吸附选择性较差, 导致能耗较高。最近发展的新型吸附剂有以下几种:(1) 分子筛吸附剂。分子筛是一种具有立方晶格的硅铝酸盐化合物, 主要由硅铝氧桥连接组成空旷的骨架结构, 在结构中有很多孔径均匀的孔道和排列整齐、内表面很大的空穴。应用分子筛进行CO2分离是一种成本较低的方案, 目前的研究热点是通过化学方法处理分子筛以改善CO2吸附能力。(2)
分子篮
吸附剂。Song和Xu等研究了一种新型
分子篮
吸附剂, 这种吸附剂是利用浸透了聚氮丙啶( PEI) 的MCH-41中性孔分子筛。研究表明, 当PIE的质量分数达到50%时, CO2吸附能力最高, 为246mg/ g, 是纯MCH-41的30倍, 纯PEI的23倍。( 3) 锂化合物吸附剂。Li2ZrO3 对CO2 具有良好的吸附性。Fauth等研究了在高温下Li2ZrO3 对CO2的吸附性能。这种分离技术基于化学反应： CO2 Li2ZrO3 ( s) + CO2 ( g)?Li2CO3( s) +ZrO2( s) 。此反应在450~590
下进行, 反应方向可以通过温度控制。Essaki 等研究发现, Li4SiO4 吸附能力优于Li2ZrO3。优良的吸附能力、吸收速率以及稳定性使其成为优秀的CO2吸附剂之一。 2.4 [6]膜分离法 近20年来膜分离广泛用于各种工业分离, 膜分离CO2的原理是依靠CO2 气体与薄膜材料之间的化学或者物理作用, 使得CO2快速溶解并穿过该薄膜,从而使CO2在膜的一侧浓度降低, 而在膜的另一侧达到富集。[7]根据气体分离的不同机理, 膜分离法又分为吸收膜和分离膜2类。吸收膜是在薄膜的另一侧有化学吸收液, 并依靠吸收液来对CO2进