添加剂抑制脱碳过程氨逃逸的实验研究 余景文.docVIP

中国工程热物理年会 燃烧学 学术会议论文 编号：114053 添加剂抑制脱碳过程氨逃逸的实验研究 余景文，王淑娟 （清华大学热能工程系，北京，100084） （Tel:010Email: yjw07@mails.tsinghua.edu.cn） 摘 要：化学吸收法脱除烟气中的CO2时吸收剂的选择尤为关键。氨水被认为是一种很有希望的吸收剂。然而氨的高挥发性限制了氨水在脱碳领域的应用。本文实验研究了多种化学试剂加入氨水之后，氨水吸收CO2以及NH4HCO3解吸CO2过程中氨逃逸的情况，并分析了添加剂浓度以及反应温度对于该过程的影响。结果表明，存在多种试剂加入氨水之后对氨逃逸现象有着抑制作用。在考虑的参数范围内，碳酸丙烯酯的加入均有较好的抑制效果，成为一种较有希望的添加剂。 关键词：添加剂；抑制；脱碳；氨逃逸 0引言 以二氧化碳为代表的温室气体造成的全球气候变化引起了越来越多的关注，燃煤电厂作为二氧化碳最主要的集中排放源，面临着很大的二氧化碳减排压力[1]，二氧化碳捕获与埋存技术（CCS）被认为将发挥重要作用。在众多CCS技术中，化学吸收法因为具有工艺成熟、成本相对低廉且适合对已有电厂进行改造等优点被认为是最有希望的技术路线[2]。化学吸收法中吸收剂的选择尤为重要，有学者提出采用氨水作为吸收剂来脱除烟气中的二氧化碳[3-4]，与现今普遍采用的单乙醇胺相比，氨水具有吸收能力高、再生能耗低、不易被氧气降级、价格便宜、对设备腐蚀较小以及有望实现多种污染物联合脱除等优点[5-7]。然而氨水自身的高挥发性一定程度上限制了其在脱碳领域的应用。高挥发性带来两方面的影响，其一导致出口处的气体中同时存在氨和二氧化碳，二者会在管道阀门等处形成结晶；其二会带来大量的氨损失，迫使不断补充新鲜氨水，经济性降低。针对氨的逃逸现象已有的处理手段以两类为代表，其一为阿尔斯通公司的冷冻氨技术（CAP）[8]，该技术实现了低温下的吸收反应和高压下的解吸反应，从而一定程度上减少了氨的逃逸；其二是Powerspan公司的ECO2 技术[9]，其在设备出口采用水洗回收逸出的氨，得到的稀氨水返回上游进行脱硫，实现了氨的再利用。 Jong等人[10]实验研究了2氨基-2甲基-1丙醇( AMP) 、氨甲基丙二醇( AMPD ) 、烯丙基乙基丙二醇( AEPD) 、三羟甲基氨基甲烷( THAM)等作为添加剂加入氨水之后对于氨水吸收二氧化碳过程中氨逃逸现象的影响。文章认为加入添加剂能有效减少氨的逃逸，同时对二氧化碳脱除率有积极的影响。Jong等人通过对光谱的分析认为，添加剂能够抑制氨逃逸并促进二氧化碳的吸收是因为添加剂与游离氨之间形成了氢键。马双忱等人[11]对于聚乙二醇二甲醚（NHD）作为添加剂对氨法脱碳过程中氨逃逸的影响进行了实验研究，结果表明在质量浓度1.2%的氨水中添加质量浓度5%的NHD之后，氨逃逸量降低24.86%,，CO2 的脱除效率增加10%左右。 添加剂抑制氨法脱碳过程中氨逃逸的研究还较少。本文尝试了在吸收液和解吸液中添加多种化学试剂，包括环丁砜（TMS）、二异丙醇胺（DIPA）、三羟甲基氨基甲烷（THAM）、2氨基-2甲基-1丙醇（AMP）、三乙醇胺（TEA）、聚乙二醇二甲醚（NHD）、碳酸丙烯酯（Propylene carbonate本文中简称 PC）和N-甲基二乙醇胺（MDEA），测定了吸收过程和解吸过程中氨的逃逸情况。并探讨了反应温度变化以及不同添加剂浓度条件下氨的逃逸情况。针对效果较好的碳酸丙烯酯还进行了吸收-解吸的循环实验，得到了对氨逃逸较好的抑制效果。 1实验系统介绍 在实验中分别改变反应温度、添加剂种类和添加剂浓度，利用傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）实时监测稀释后气体中NH3和CO2浓度。 1.1吸收系统 用于研究氨水作为吸收剂吸收模拟烟气中二氧化碳的过程中氨的逃逸情况。吸收系统主要分为配气部分、反应部分和在线测量部分。 图1.1吸收实验系统图 配气部分由气瓶、质量流量计、球阀、三通及混气罐组成。实验中用N2和CO2配置模拟烟气，在混气罐中进行混合。另外单独提供一路N2作为反应后气体的稀释气源，稀释反应后的气体浓度至分析仪量程内便于测量。 反应部分主要由鼓泡反应器和恒温水浴组成。实验为半连续过程，烟气持续地通入反应器，而氨溶液在每次实验中不更换。反应器气体进口处采用玻璃砂板结构，保证进气均匀。反应器置于恒温磁力搅拌器中，维持反应温度并提供磁力搅拌以促进反应进行。为减少进