洁净煤技术

作者：钱新凤, 李大才, 汪鑫, 吴克峰, 匡磊, 慕晓炜, 侯大伟, 张达光, 古李娜

关键词：两相吸收剂,二氧化碳吸收,1,3-丙二胺,分相机理,少水吸收剂

化学吸收法作为目前广泛应用的碳捕集技术，仍然存在再生能耗高的问题，前人的研究中可以看到大量关于新型化学吸收剂如两相吸收剂、无水吸收剂的结论，但是关于少水吸收剂的研究鲜有报道。为了解决常规吸收剂吸收速率慢、吸收负荷低、分相比高的缺点，构建了以1,3−丙二胺为反应剂的少水吸收剂。通过添加不同叔胺分相剂、非水溶剂与醇胺以1∶2∶1的质量比分别组成两相吸收剂，在恒温水浴锅中保持40 ℃后，通入二氧化碳吸到溶液中进行吸收，吸收结束后测试吸收液的性能。对比吸收负荷、分相比、黏度等关键性能，筛选出性能优良的1,3−丙二胺/四甲基乙二胺与1,3−丙二胺/二乙二醇二甲醚组成的少水吸收剂，吸收二氧化碳后可以发生液液分相，其中1,3−丙二胺/四甲基乙二胺吸收负荷最高可以达到3.85 mol/kg，富相占比为54%；1,3−丙二胺/四甲基乙二胺吸收负荷最高可以达到3.11 mol/kg，富相占比为75%；再将1,3−丙二胺/四甲基乙二胺中的水替换为非水溶剂进行测试，得到1,3−丙二胺/四甲基乙二胺/二乙二醇二甲醚组成的少水吸收剂，吸收负荷为3.69 mol/kg，是30%MEA化学吸收剂吸收负荷的2.37倍，并且对比不加入非水溶剂的两相吸收剂分相比大幅下降为39%，黏度也降低为83.4 MPa·s，仅是加入前的55%，与目前研究得到的少水吸收剂黏度相当，可以匹配现有的捕集换热系统；分相时间从7 min缩短为1.5 min；分相比和黏度的大幅度降低有利于降低再生能耗。经过5次吸收—解吸循环试验测得，1,3−丙二胺/四甲基乙二胺/二乙二醇二甲醚吸收负荷在第二次吸收后逐步降低，但是降幅较小趋于稳定，循环负荷为2.64 mol/kg，具有良好的重复稳定性。经核磁检测可以推测吸收二氧化碳后的反应机理，1,3−丙二胺/四甲基乙二胺/二乙二醇二甲醚吸收二氧化碳后，1,3−丙二胺与二氧化碳反应会形成中间产物氨基甲酸酯，中间产物与1,3−丙二胺再次结合生成氨基甲酸盐；整个反应中1,3−丙二胺作为主要吸收剂，四甲基乙二胺和非水溶剂不参与吸收反应。

来源：2025年第5期

《洁净煤技术》期刊编辑部

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