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石油炼制与化工2024年3月

基础研究PETROLEUMPROCESSINGANDPETROCHEMICALS第55卷第3期

甘氨酸钾溶液吸收二氧化碳的结合能及动力学分析

刘均隆，成怀刚1²，刘倩1.3，王瑾，潘子鹤1

（1.山西大学资源与环境工程研究所，CO2减排与资源化利用教育部工程研究中心，太原030006；

2.青海大学化工学院；3.山西大地生态环境技术研究院）

摘要：针对CO2吸收过程因缺乏定量动力学研究而制约新型吸收剂开发的问题，模拟计算了甘氨酸钾

(PG)与CO2的结合能,并与乙醇胺(MEA)-CO2体系进行比较，进而通过试验研究了不同条件下PG溶液吸收

CO2的动力学规律。结果表明：PG-CO2双分子体系的结合能明显大于MEA-CO2，但二者在水溶液模型中结合

能相差不大，吸附剂与水分子之间的相互作用可能影响其吸收CO2能力；PG溶液浓度越高，其CO2吸收负荷越

低,1mol/L的PG溶液的CO吸收负荷为0.584mol/mol,与相同浓度的MEA溶液相近；与其他温度相比，

40℃下PG溶液的CO2吸收量最高；提高CO2流速，反应速率增大，COz吸收率下降;PG与COz的反应活化能

为28kJ/mol,比MEA吸收COz反应所需的活化能低；而PG与MEA具有相近的COz吸收能力，这为开发无腐

蚀性新型吸收剂提供了动力学基础数据。

关键词：甘氨酸钾二氧化碳结合能动力学

随着经济和科技的快速发展，我国能源消耗程动力学的研究仍较少见，尤其对吸收过程结合

日益增加，化石能源的使用导致二氧化碳（CO2）排能、功能基团与CO2的交互作用、动力学差异缺

放量大幅增长。中国炼油行业是CO2排放的重点乏定量分析。甘氨酸钾的表面张力比醇胺溶液

领域，故CO²捕集利用成为一个重大难题。在更高[14]，意味着甘氨酸钾混合吸收体系挥发性可

CO，捕集过程中，吸收剂普遍受到腐蚀问题的限能更低或吸收体系极性和吸收-解吸性能可能更

制，因而开发耐腐蚀吸收剂是学者探索的方向易受到弱酸[15]等的影响；同时，在吸收CO2的过

之一。程中，中间产物可能会影响甘氨酸钾和醇胺的

目前，主流的CO2吸收剂仍是液体吸收剂，包吸收动力学性能[16-17]。然而，由于缺乏定量的

括醇胺类、碳酸钾溶液、氨水、离子液体以及相变动力学研究，上述推测无理论依据，因而无法指

吸收剂等1。醇胺类吸收剂能够有效吸收CO，导新型吸收剂的研发。可见，动力学研究对新

但其在吸收CO2过程中会腐蚀设备，同时其易挥型吸收剂研发非常重要，有必要开展相应的研

发性会对大气造成二次污染且再生能耗高[2-3]。氮究工作。

基酸盐具有和醇胺类吸收剂相当的吸收能力和反基于前期对氨基酸盐结合能的计算，笔者优

应速率[],同时具有良好的抗氧化降解和热降解选PG作为CO2吸收剂,并以氢氧化钾和甘氨酸

能力；相较于其他氨基酸盐，甘氨酸钾(PG)具有较合成PG,对其吸收CO，的动力学进行研究，考察

好的CO,吸收特性[5]。Lee等[6]研究发现,PG与环境条件对PG吸收CO²过程的影响；进而结合

碳酸钾溶液混合物吸收CO2的能力明显比碳酸钾模拟与试验结果，定量对比分析PG-CO2分子间和

溶液强;Fukumoto等[7发现由氨基酸合成的离子乙醇胺(MEA)-CO2分子间的结合能，以指导基于

液体可用于吸收CO2;胡一雯等[8]发现解吸PG溶PG的新型吸收剂研发。

液时加人甘氨酸，PG再生率提高约26%，吸收单

位量CO的能耗降低30%左右；张卫风等[9]发现

经过20次吸收-解吸CO2循环后,PG溶液的吸收收稿日期：2023-05-22；修改稿收到日期：2023-11-16。

作者简介：刘均隆，硕士研究生，研究方向为CO2捕集。

负荷为新鲜PG溶液的46.48%。

通讯联系人：成怀刚，E-mail:chenghg@sxu.edu.cn。

上述研究