TETA-DMCA吸收烟气中二氧化碳的动力学、热力学及机理研究

发布时间：2020-03-20 09:12

【摘要】：自工业革命以来,大气中的二氧化碳含量逐年升高,温室效应也逐渐加剧。而人为产生的二氧化碳主要来源于燃煤电厂尾气未经脱碳处理的排放。传统乙醇胺工艺是目前燃烧后捕集二氧化碳技术中最常用也是最成熟的一种工业技术,但是它存在再生能耗过高、吸收性能不足的缺陷。近年来,双相吸收剂是新型吸收剂开发的热点研究方向之一。温度变化或者吸收CO_2后,双相吸收剂会发生相变,超过90%的CO_2储存在富相中,也只有富相需要再生,因此大幅降低了再生所需的能耗及设备成本。本文选取了十几种不同物性的一、二、三级胺,按照一定比例配成水溶液吸收CO_2,结合~(13)C NMR和量子化学手段分析,取得了如下成果:1)构建了一套有机胺物性筛选指标。研究了有机胺物性(碱度,pKa和疏水性,Log P)与吸收剂性能之间的关系,如吸收容量、分相表现、传质动力学以及热力学等。实验结果表明三级胺的碱度是决定双相吸收剂的吸收能力的主要因素,而一、二级胺和三级胺的疏水性共同影响了吸收剂的分相表现。动力学分析表明,富液的总传质阻力随三级胺Log P值的增大而减小。热力学分析表明,随着三级胺Log P值的增加,再生过程中的显热就会减小,而潜热反而增大。2)评价了新型双相吸收剂TETA-DMCA的性能。通过自建的指标体系优选得到一种高效低耗的双相吸收剂TETA-DMCA,确定了其最优组分配比为1M:3M。评估结果表明,双相吸收剂TETA-DMCA的吸收容量可达到乙醇胺的1.6倍,分相表现也优于目前已报道的其他双相吸收剂。动力学分析表明,除了低温吸收(40 ~oC)的情况,TETA-DMCA溶液中液相传质阻力是占据主导地位的。热力学分析表明,TETA-DMCA的再生能耗会随着贫液负载的升高而降低,最低仅为MEA的40%。此外我们还结合~(13)C NMR分析,阐明了TETA-DMCA与CO_2的反应机理。3)阐明了双阶段协同机理。研究了双相吸收剂吸收CO_2过程中出现的分相及吸收速率变化,结合~(13)C NMR与量子化学计算,提出并阐明了双相吸收剂的双阶段协同机理。在一阶段时(活泼胺基团浓度较高),质子传递是由两性离子经过一、二级胺再传递给三级胺。该路径活化自由能较低,表观吸收速率较快,反应主要受反应动力学控制;在二阶段(活泼胺基团浓度较低),由于吸收反应放热以及一阶段的反应路径受到抑制,迫使反应向产物更稳定的路径(两性离子的质子直接传递给三级胺)进行,此时吸收反应主要受热力学控制。
【图文】：

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浙江工业大学硕士学位论文集中来自电力供应、水泥制造和汽车尾气三个方面。如图 1-2所示，2010力供应、水泥制造和汽车尾气三个来源排放的 CO2占到总人为排放量的%。而这之中，导致大气中 CO2含量逐年上升的最主要原因是燃煤电厂烟经脱碳处理的直接排放。据美国能源信息管理局(EIA)报道[4]，，从 2015年球煤消耗量虽然会缓慢降低，但在电力生产和工业制造领域依旧会以煤为能源，因此控制燃煤电厂的 CO2排放至关重要。

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TETA-DMCA 吸收烟气中二氧化碳的动力学、热力学及机理研究.2 CO2减排技术一般认为 CO2的减排技术分为两类：一类是从源头控制，如开发新的源(如风能、潮汐能、地热和核能等)和调整能源产业结构优化升级，但同时协调好经济发展，并且耗时较长；第二类是对污染源的排放进行后，直接减少排入大气的 CO2含量。当下，碳捕集与封存(CCS)技术被认为效的能控制从工业中产生的 CO2排放的方式。2017年,IEA在其能源技术nergy Technology Perspectives)中对全球 CO2减排的技术领域进行了划分5]，从图 1-3可以看出，为了达到全球年平均温度升幅 2oC 的目标，CCS 至少 14%，是第二类减排技术中最关键的技术。
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X773

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