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现阶段全球气候变暖已成为世界各国的共识,全球变暖、气候异常及极端恶劣天气增加等恶果主要是由温室气体的大量排放造成的。世界气象组织(WMO)和联合国环境署(UNEP)共同成立了政府间气候变化专业委员会(IPCC),组织全世界3000多名科学家开展了五次全球气候变化调研,发现近100年(1906~2005年)的温度线性变暖趋势为0.74℃/100a,说明全球气候确有变暖趋势。根据二氧化碳(CO2)捕集时间和循环方式的不同,来源于化石燃料的CO2捕集方法主要有燃烧前捕集,燃烧后捕集和富氧燃烧三种途径。传统的CO2分离方法包括:吸收法、吸附法、膜分离技术、电化学法及低温蒸馏等。水合物法分离技术是一种新型的分离方法,具有工艺简单、反应条件温和以及不会产生二次污染等优点而受到科研工作者的重视。水合物技术的发展同时也会带动新能源技术、新型蓄冷技术、新型分离技术和新型气体污染物处理技术等方面的巨大进步。本文采用水合物法捕集模拟电厂烟道气中的CO2。由于水合物生成过程较为缓慢、生成条件较为苛刻。为了降低水合物生成压力,提高水合物生成速率,根据文献研究成果,本实验用四丁基溴化铵(TBAB)、环戊烷(CP)和糖化酶三者的复配溶液作为水合物生成添加剂。并以分离因子、CO2捕集率、气体消耗量和水合物相CO2浓度四个因素进行正交优化实验,取得以下研究成果:(1)糖化酶/CO2/H2O体系水合物生成热力学研究。测定了糖化酶存在的条件下,纯CO2水合物的热力学参数。发现当糖化酶的浓度为5.58 wt%时,糖化酶溶液可以降低水合物生成压力,即当糖化酶浓度为5.58 wt%时,糖化酶溶液可以作为水合物生成热力学促进剂。当糖化酶浓度为27.9和13.9 wt%时,糖化酶溶液会抑制CO2水合物的生成,但相较于CO2/甲醇/H2O体系,糖化酶的抑制作用很有限。当糖化酶浓度为2.79 wt%时,糖化酶对水合物生成即无促进作用也无抑制作用,此浓度为糖化酶对水合物生成的临界浓度。(2)TBAB/CP/糖化酶/CO2/N2/H2O体系下水合物生成热力学研究。分别测定以TBAB/CP两者复配溶液体系和TBAB/CP/糖化酶三者复配溶液体系作为水合物生成促进剂,电厂烟气(CO2/N2)生成水合物的热力学参数,结果发现TBAB/CP两者复配溶液体系和TBAB/CP/糖化酶三者复配溶液体系都可以作为水合物生成热力学促进剂。当糖化酶浓度为5.58 wt%时,TBAB/CP/糖化酶三者的复配溶液体系与TBAB/CP两者的复配溶液体系促进效果几乎相同。(3)TBAB/CP/糖化酶/CO2/N2/H2O体系下水合物生成动力学研究。测定以TBAB/CP/糖化酶三者复配溶液体系作为水合物生成促进剂,电厂烟气(CO2/N2)生成水合物的动力学参数,结果发现TBAB/CP/糖化酶三者复配溶液体系可以提高水合物的气体消耗量。当糖化酶浓度为5.58 wt%时,TBAB/CP/糖化酶三者的复配溶液体系的气体消耗量比TBAB/CP两者的复配溶液体系提高了37.6%。(4)分离工艺的优化。考察以TBAB/CP/糖化酶三者的复配溶液体系作为水合物生成促进剂,分析不同操作条件对分离效果的影响,用正交优化法优化出最佳分离条件。得出最佳分离条件为液气比为100:200、糖化酶浓度为5.58 wt%、初始温度为280.15K、初始压力为4MPa。此时的分离因子为16.77、CO2捕集率可以达到79.29%、气体消耗量可以达到0.132 mol、剩余气相CO2浓度为6.77%、水合物相CO2浓度为51.0%。