基于离子液体—有机胺水溶液脱碳技术的研究

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在CO2捕集方面,利用醇胺燃烧后湿法脱碳技术应用较广泛,技术相对成熟。但醇胺脱碳法能耗较大,易挥发易降解,离子液体具有不挥发、热稳定性好、安全环保等特点,将传统的醇胺工艺与离子液体技术相结合可以兼顾两者的优点。本文首先研究与优化了离子液体-乙醇胺(MEA)水溶液的脱碳过程,在Aspen Plus8.8中使用平衡级模型对1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([Bmim]bf4)、N-丁基吡啶四氟硼酸盐([Bpy]bf4)与MEA混合水溶液脱碳流程进行了模拟。然后对比MEA、H2O质量分数分别30%,70%的溶液脱碳过程,分析优化了一定配比[Bmim]bf4-MEA-H2O,[Bpy]bf4-MEA-H2O溶液的脱碳工艺,得到结果:在MEA水溶液中添加离子液体可一定程度上降低脱碳再生能耗。其次对广东电科院提出的MCA(N-甲基环己胺)与甲基咪唑类离子液体混合水溶液脱除燃煤电厂二氧化碳做了进一步的研究,实验考察了新型低温脱碳试剂MCA混合[Bmim]bf4、[Bpy]bf4水溶液的脱碳性能,对比30%wt(MEA)水溶液,得到结果:30%wt(MCA)水溶液、30%wt(MCA)-30%wt([Bmim]bf4)水溶液脱碳性能更优良。使用高精度量热仪RC1e,考察MCA水溶液、MCA-[Bmim]bf4水溶液吸收CO2反应过程中,压力、温度,脱碳溶液中MCA浓度、[Bmim]bf4浓度对溶液对CO2吸收速率、负载率以及吸收单位CO2吸收焓的影响。为该新型脱碳试剂的应用推广提供了必要的实验证明及计算数据。最后使用燃烧后脱碳能耗计算模型得到[Bmim]bf4-MCA水溶液脱碳能耗,并针对该吸收剂最优解吸温度为90℃的特点,设计了烟气-抽汽供能、太阳能-烟气-抽汽综合供能碳捕集碳捕集流程,对以上流程分别进行了热经济学与技术经济学评价。得到结果:新型脱碳试剂脱碳能耗为3.47MJ.t-1,总体能耗较常规脱碳试剂MEA降低20%。对于600MW超临界机组,新型碳捕集较传统MEA碳捕集,具有更好的经济性。
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