蔣亞彬，董月紅，周媛薛，薛洋企

(國(guó)電科學(xué)技術(shù)研究院，江蘇南京210031)

微孔發(fā)泡法二氧化碳捕集技術(shù)的研究

蔣亞彬，董月紅，周媛薛，薛洋企

(國(guó)電科學(xué)技術(shù)研究院，江蘇南京210031)

論述了一種采用微孔發(fā)泡法來(lái)提高單乙醇胺(MEA)水溶液吸收燃煤電廠(chǎng)煙氣中CO2效率的工藝方法。該工藝可使CO2煙氣在MEA水溶液中形成緩慢上升的微小氣泡，氣泡與MEA接觸的比表面積增加，而使吸收效率提高;同時(shí)，當(dāng)氣泡很小時(shí)，氣泡上升的浮力下降，氣泡上升的速度降低，使CO2氣體有足夠的時(shí)間在MEA水溶液中停留，也使吸收效率提高。結(jié)果表明，微孔發(fā)泡法的MEA水溶液吸收煙氣中CO2的效率可達(dá)98%以上。

微孔發(fā)泡;二氧化碳;捕集效率

0 引言

二氧化碳捕集的方法很多，如固相吸附法、溶劑吸收法、膜分離法、組合分離法、超重力法等。目前只有吸附法和溶劑吸收法能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)化，其他尚在基礎(chǔ)研究階段。溶劑吸收法是當(dāng)前回收燃煤煙氣中CO2較適用的方法，也最具備大型產(chǎn)業(yè)化條件的工藝。本研究以實(shí)際應(yīng)用效果為目的，主要開(kāi)展循環(huán)溶劑捕捉電廠(chǎng)煙氣中的二氧化碳技術(shù)的研究。歐洲大型電力集團(tuán)對(duì)單乙醇胺吸收法、活性炭吸附法、膜分離法、組合分離法、超重力法等進(jìn)行了調(diào)查比較，認(rèn)為對(duì)單乙醇胺吸收法是最實(shí)用的，設(shè)備造價(jià)和運(yùn)行成本同比其他方法至少低20%。但同時(shí)指出，單乙醇胺二氧化碳吸收法工藝尚未系統(tǒng)研究，許多地方可以改進(jìn)，可使其成本進(jìn)一步降低。

1 研究思路及試驗(yàn)裝置

1.1 研究思路

在溶劑吸收法工藝研究中，一個(gè)最關(guān)鍵技術(shù)是如何將燃煤煙氣中CO2更有效地吸入單乙醇胺(MEA)水溶液中。目前采用的是傳統(tǒng)淋浴法，其效率已無(wú)法提高。我們的方案是通過(guò)發(fā)生微小氣泡來(lái)把廢氣分散到MEA水溶液中來(lái)提高吸收效率。具體工藝方法是采用一種納米涂層的微孔陶瓷發(fā)泡裝置，該裝置可以在很低的壓力下把廢氣以微小氣泡的形式有效地分散在MEA水溶液中，從而使CO2高效率地被吸入。MEA對(duì)CO2吸收速度是由擴(kuò)散控制的，即MEA與廢氣中CO2界面一旦飽和，吸收立即停止。這個(gè)擴(kuò)散控制機(jī)理很實(shí)用微細(xì)泡分散吸收法，因?yàn)殡S著廢氣微小氣泡在MEA水溶液中連續(xù)上升，MEA與CO2界面被不斷地更新，從而使吸收速率大幅度提高。

提高吸收效率的成因包含兩個(gè)方面:一是該工藝可使煙氣在MEA水溶液中形成緩慢上升的微小氣泡，氣泡與MEA接觸的比表面積增加，而使吸收效率提高;二是當(dāng)氣泡很小時(shí)，氣泡上升的浮力下降，氣泡上升的速度降低，使CO2氣體有足夠的時(shí)間在MEA水溶液中停留，也使吸收效率提高。

1.2 試驗(yàn)裝置

為檢驗(yàn)微孔發(fā)泡法CO2捕集效率，我們?cè)O(shè)計(jì)了簡(jiǎn)易單筒CO2捕集試驗(yàn)系統(tǒng)裝置，如圖1所示。

圖1 微孔發(fā)泡法單筒CO2捕集試驗(yàn)系統(tǒng)

凈化煙氣采用濃度15%CO2/N2標(biāo)氣。流量計(jì)用來(lái)控制和調(diào)節(jié)煙氣流量。CO2分析儀用來(lái)檢測(cè)CO2煙氣凈化前后CO2濃度。單乙醇胺水溶液和陶瓷微孔曝氣板則被注入和放置在一密封的有機(jī)玻璃圓筒內(nèi)，也就是簡(jiǎn)易的CO2吸收塔。電動(dòng)隔膜泵則是用來(lái)將吸附了CO2而達(dá)到飽和的MEA水溶液抽到后一流程的CO2分離加熱工藝處理單元，通過(guò)電加熱簡(jiǎn)易分離塔將CO2分離出去，分離CO2后的MEA水溶液再抽回吸收塔內(nèi)進(jìn)行下次試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 單乙醇胺水溶液高度對(duì)捕集效率的影響

在煙氣流量和微孔曝氣板有效發(fā)泡面積不變的情況下，吸收塔中單乙醇胺水溶液的高度就決定了煙氣在MEA水溶液中停留時(shí)間。為了確定煙氣在MEA水溶液中合適的停留時(shí)間，我們選擇了三種MEA水溶液高度進(jìn)行了捕集效率試驗(yàn)，數(shù)據(jù)如表1。試驗(yàn)中MEA水溶液濃度為30%，微孔曝氣板有效發(fā)泡面積為0.0481m2，煙氣流量為20L/min。從表1可以看出，當(dāng)單乙醇胺水溶液高度從580減小到145時(shí)，捕集試驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)CO2的捕集效率都在98%以上，捕集效率沒(méi)有發(fā)生明顯變化。

表1 三種MEA 水溶液高度的捕集效率

2.2 不同煙氣流量對(duì)捕集效率的影響

本試驗(yàn)在一定單乙醇胺水溶液高度條件下(高度為580、微孔曝氣板有效發(fā)泡面積為0.0481m2、MEA水溶液濃度為30%)，對(duì)5、10、20L/min三種煙氣流量分別進(jìn)行了捕集效率檢測(cè)，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。從表2可以看出，三種煙氣流量下捕集試驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)CO2的捕集效率都在98%以上，捕集效率也沒(méi)有發(fā)生明顯變化。

表2 三種煙氣流量的捕集效率

3 結(jié)語(yǔ)

(1)微孔發(fā)泡法單乙醇胺水溶液CO2捕集效率高，可達(dá)98%以上。

(2)在微孔曝氣板有效發(fā)泡面積為0.0481m2情況下，煙氣流量在20L/min以下，煙氣在單乙醇胺水溶液有效流過(guò)高度在145～580變化時(shí)，CO2捕集效率無(wú)明顯變化，都保持在98%以上。

(3)一定數(shù)量的單乙醇胺水溶液能吸收多少CO2在理論上是有依據(jù)的，但飽和度達(dá)到多少時(shí)才會(huì)影響吸收效率，需進(jìn)一步試驗(yàn)才能驗(yàn)證。

(4)煙氣通過(guò)微孔曝氣板時(shí)，肯定會(huì)有一定的阻力，但究竟有多大、火電廠(chǎng)原有引風(fēng)系統(tǒng)能否勝任等，也都需要進(jìn)一步的理論推算和試驗(yàn)證明。

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Study on CO2capture technology by microcellular foaming method

t discusses a method which uses microcellular foaming method to improve the efficiency of Monoethanolamine(MEA)aqueous solution to absorb CO2from the flue gas of coal－fired power plants.The process makes the CO2flue gas form the tiny air bubbles who slowly rise in the MEA aqueous solution.Due to the increase in the specific surface aera of the bubbles in contact with the MEA，CO2absorption rate is enhanced.For，when the bubbles is very small，air bubbles rising buoyancy decline and velocity is reduced，which make it possible that CO2gas has enough time to stay in the MEA solution to react.This leads to increase the absorption rate of the CO2gas.The experiment results show the absorptivity of CO2can be over 98%when the MEA aqueous solution improved by microcellular foaming method is used.

microcellular foam;carbon dioxide;collection efficiency

X701.7

B

1674－8069(2015)01－022－03

2014-09-22;

2014-12-08

蔣亞彬(1964-)，男，江蘇東臺(tái)人，高級(jí)工程師，主要從事煙氣凈化、脫硫脫銷(xiāo)工程及技術(shù)研究。E－mail:jyb1836@sohu.com