AEP/BUMEA-醇类体系碳捕集过程吸收及解吸性能研究

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当前,大规模降低二氧化碳(CO2)排放是我国实现碳达峰、碳中和所面临的重大技术需求。基于醇胺溶液的化学吸收法是现阶段最为成熟的燃煤电厂烟气CO2的减排技术,然而再生能耗过高成为制约其大规模工业化应用的主要因素。降低溶剂水的无用功、开发高效低能耗的新型醇胺吸收剂,已经成为碳捕集领域重要的研究方向之一。针对传统醇胺水溶液在CO2捕集中存在的上述缺陷,本文选取具有较高CO2吸收容量的N-氨乙基哌嗪(AEP)和2-丁氨基乙醇(BUMEA)作为吸收剂,具有较高沸点的乙二醇(EG)、正丁醇(NBA)和2-乙氧基乙醇(2EE)作为助溶剂,构建有机胺-醇类体系无水吸收剂。以期为高效低成本CO2捕集技术的规模化工业应用提供理论基础和技术支撑。为考察有机胺-醇类无水体系的碳捕集性能,本文设计并搭建了吸收-解吸实验平台,CO2吸收实验测定了不同质量分率AEP/BUMEA-醇体系的CO2的饱和吸收量、吸收载荷以及表观吸收速率,筛选出具有良好吸收性能的BUMEA-醇体系,基于Lagergren伪一级动力学模型,计算伪一级反应速率,利用核磁共振碳谱(13C NMR)分析CO2捕集过程中的化学结构变化,探究反应机理。CO2解吸实验测定了不同质量分率BUMEA-醇体系的解吸量、表观解吸速率,综合考虑吸收及解吸性能,确定了3种最佳配比进行循环吸收-解吸,验证其循环稳定性。结果表明,BUMEA-NBA吸收剂具有较高的吸收、解吸速率,循环稳定性良好,最大CO2吸收量略高于30wt%乙醇胺(MEA)水溶液,实验结果可为高效低成本CO2捕集技术的发展提供理论基础和技术支撑,具有一定的现实意义。
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