CO2作为引起温室效应的最主要的温室气体,从上个世纪开始其排放问题就已经引起了全世界广泛的关注。国际能源部(International Energy Agency)提出到2050年将CO2排放量降为2000年排放量的50%。虽然CO2发生原因有很多,但我国以矿物燃料为主要能源的电力生产中排放出的CO2量超过CO2排放总量的80%,因此电力生产是CO2的一个集中排放源。电厂的CO2排放具有稳定、集中和量大的特点,是大规模减排CO2的最佳领域。研究热电厂的CO2排放问题对于解决我国温室效应气体排放的控制具有极其重要的意义。燃烧后化学吸收技术是当今燃煤电站最为成熟、最易商业化和工业放大的脱碳技术之一,但是现阶段阻碍该技术发展的问题主要是高额的技术成本以及再生能耗。本论文由新高效吸收剂的筛选和工艺优化的角度出发,探索同时提高脱碳效率和降低成本的可行性,为工业化提供基础,具体研究如下:在小试实验装置中,研究了传统吸收剂MEA-H2O、DEA-H2O和TEA-H2O的吸收性能,MEA/PZ-H2O、MEA/K2CO3-H2O、MEA/NH3-H2O 的吸收和再生性能,MEA-Methanol的吸收和再生性能以及其密度和粘度,MEA/TEA-Methanol和MEA/丙三醇-Methanol的吸收和再生性能以及其密度和粘度。结果得到,MEA-H2O对CO2的吸收速率明显大于DEA-H2O和TEA-H2O的吸收速率(MEA-H2O吸收剂的吸收速率最大可以达到7.2×10-5 mol/s,而DEA-H2O和TEA-H2O吸收剂的吸收速率分别为4.1×10-5 mol/s和 1.4×10-5 mol/s)。PZ、K2CO3 和 NH3并不适合用作 MEA 的添加剂。MEA-Methanol 吸收剂的的最大吸收速率为8.1×10-5 mol/s,明显大于MEA-H2O、DEA-H2O和TEA-H2O的吸收速率。TEA和丙三醇的加入并不能提高MEA-Methanol吸收剂的吸收再生性能。所以MEA-Methanol作为备选吸收剂进行下一步研究。在中试CO2捕集装置中,研究了在吸收塔和再生塔的填料为规整丝网BX500填料、规整孔板波纹500Y填料和散装金属鲍尔环16× 16填料时,不同的吸收再生操作条件对MEA-Methanol吸收剂吸收再生性能的影响。为了得到最佳的吸收和再生操作条件,在三种填料下进行了吸收和再生正交实验,在得到的最佳条件下进行吸收再生循环实验。结果得到:CO2的捕集率均达到94%以上。经过水洗脱除甲醇后的CO2体积分数可以达到99%以上,再生蒸汽消耗分别为3.0 MJ/kg CO2(丝网填料),3.2 MJ/kg CO2(孔板波纹填料)和3.3 MJ/kg CO2(鲍尔环填料)。针对CO2在MEA-H2O和MEA-Methanol溶液中的吸收反应,考察了溶解度、物理化学性质、反应对CO2的反应级数、反应对MEA的反应级数以及甲醇对CO2-MEA反应速率常数的影响,对MEA-Methanol和MEA-H2O与CO2反应热进行了研究,结果表明,MEA-Methanol对CO2的吸收速率要大于MEA-H2O吸收剂对CO2的吸收速率,但是其原因并不是因为甲醇的加入提高了吸收反应的增强因子,而是因为其提高了溶液的扩散率和溶解度等造成CO2的吸收速率的提高。在相同的操作条件下,CO2在MEA-Methanol吸收剂中的吸收反应热均低于其在MEA-H2O吸收剂中的吸收反应热30%左右,这意味着在再生时,MEA-Methanol吸收剂CO2富液只需要MEA-H2O吸收剂CO2富液解析热的30%左右。在循环CO2捕集装置中,对比了 MEA-Methanol吸收剂和MEA-H2O吸收剂的循环吸收再生性能,研究了不同操作参数对再生能耗的影响,结果表明,保持CO2的捕集效率都在90%左右时,在得到的最佳操作条件下进行CO2连续捕集实验,MEA-Methanol吸收剂的计算再生能耗明显低于MEA-H2O吸收剂的计算再生能耗(分别为2.97 MJ/kg CO2和 3.89MJ/kgCO2)。为了综合评价MEA-Methanol在工业中的应用潜力以及目前新型吸收剂相比存在的优势,在循环CO2捕集装置中,对两种新吸收剂BZA-H2O和DETA-H2O的吸收和再生性能进行了试验,并且与MEA-Methanol和传统吸收剂MEA-H2O进行了对比。结果表明,BZA-H2O吸收剂CO2富液中有大量乳白色的沉淀生成,造成填料堵塞,所以BZA-H2O吸收剂不适合用于工业上大量CO2的捕集。在最佳的操作参数下,不同烟气流量时的CO2捕集效率的大小顺序为:MEA-Methanol>DETA-H2O>MEA-H2O,再生能耗的大小顺序为 MEA-Methanol<DETA-H2O<MEA-H2O。综上所述,MEA-Methanol具有很大的潜力代替MEA-H2O作为工业用CO2化学吸收剂。