呂碧洪，金佳佳，張 莉，李 偉

（浙江大學(xué) 環(huán)境工程研究所，浙江 杭州 310058)

特約述評(píng)

有機(jī)胺溶液吸收CO2的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展

呂碧洪，金佳佳，張 莉，李 偉

（浙江大學(xué) 環(huán)境工程研究所，浙江 杭州 310058)

溫室氣體引起的全球氣候變暖已成為國(guó)際社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。而CO2作為最主要的溫室氣體之一，它的減排與控制刻不容緩。綜述了國(guó)內(nèi)外CO2捕集技術(shù)中有機(jī)胺溶液吸收法的研究現(xiàn)狀，概述了常用的一乙醇胺、二乙醇胺、N－甲基二乙醇胺、2－氨基－2－甲基－1－丙醇等有機(jī)胺溶液吸收法，以及有機(jī)胺與其他溶劑混合吸收CO2的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展;簡(jiǎn)要闡述了有機(jī)胺溶液吸收CO2的反應(yīng)機(jī)理及反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究;介紹了國(guó)內(nèi)外CO2捕集與封存技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，并預(yù)測(cè)了有機(jī)胺溶液與其他溶劑混合吸收CO2的方法將是該方法的研究趨勢(shì)之一。

吸收;二氧化碳;有機(jī)胺

隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅猛發(fā)展，人類對(duì)煤、油、天然氣等含碳化合物燃料的大規(guī)模使用，以及大面積森林火災(zāi)和綠色植物的破壞，導(dǎo)致大氣中CO2的濃度逐年增加。而由溫室氣體引起的全球氣候變暖可能引發(fā)冰川融化、干旱蔓延、作物生產(chǎn)率下降、動(dòng)植物發(fā)生變異等自然災(zāi)害，已成為當(dāng)今社會(huì)最為顯著的環(huán)境問(wèn)題之一［1］。政府間氣候變化專門(mén)委員會(huì)（IPCC)《氣候變化 2007：綜合報(bào)告》［2］中指出，2005年大氣中 CO2和 CH4的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了過(guò)去650 000年的自然變化的范圍。IPCC排放情景特別報(bào)告［3］預(yù)估，到2030年，在全球混合能源結(jié)構(gòu)配置中化石燃料仍保持主導(dǎo)地位，全球溫室氣體排放量在2000—2030年期間則會(huì)增加25% ～90%（CO2當(dāng)量)，預(yù)估未來(lái)20年全球?qū)⒁悦渴昙s升高0.2℃的速率變暖。CO2作為最重要的溫室氣體之一，它的控制與減排已勢(shì)在必行。

對(duì)于目前大氣中已有的高含量CO2，以及化石燃料型的全球能源結(jié)構(gòu)無(wú)法短時(shí)間轉(zhuǎn)變的現(xiàn)狀，眾多CO2控制技術(shù)中，CO2捕集與封存是最為直接和高效的方法。CO2捕集方式主要有三大類：整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)、富氧燃燒、燃燒后捕集。而針對(duì)21世紀(jì)60% ～80%的碳減排目標(biāo)［2］，燃燒后捕集被公認(rèn)為是近期可行的 CO2減排方法［4－5］。捕集CO2的方法可分為化學(xué)溶劑法、物理溶劑法、膜分離法等幾大類［6］。由于煙氣溫度高、氣量大、成分復(fù)雜、CO2壓力和含量相對(duì)較低，因此用物理溶劑法、膜分離法不太經(jīng)濟(jì)［7］?；瘜W(xué)溶劑法中常用的是有機(jī)胺溶液吸收法，在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中，一乙醇胺（MEA)和二乙醇胺（DEA)溶液吸收工藝已較為成熟，但仍存在一定的缺陷。N－甲基二乙醇胺（MDEA)、位阻胺以及混合胺體系開(kāi)始成為研究的熱點(diǎn)。

本文綜述了有機(jī)胺溶液吸收CO2的研究現(xiàn)狀，概述了其反應(yīng)機(jī)理及反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，并提出了有機(jī)胺溶液吸收CO2方法的研究趨勢(shì)，介紹了國(guó)內(nèi)外CO2捕集與封存技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀。

1 單一有機(jī)胺溶液

1.1MEA/DEA

用有機(jī)胺溶液富集CO2的文獻(xiàn)最早見(jiàn)于1920年末［8］，當(dāng)時(shí)就已有人注意到用有機(jī)胺溶液吸收CO2具有比較理想的效果。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，如今有機(jī)胺已成為應(yīng)用最廣泛的CO2吸收劑。

MEA屬伯胺，堿性較強(qiáng)，與CO2反應(yīng)具有吸收迅速、吸收能力強(qiáng)的特點(diǎn)，但MEA水溶液容易發(fā)泡、降解。MEA與CO2反應(yīng)生成的產(chǎn)物氨基甲酸鹽較穩(wěn)定，溶液再生溫度較高，蒸汽消耗量大;氨基甲酸鹽的腐蝕性較強(qiáng)，CO2負(fù)荷較高時(shí)腐蝕猶為嚴(yán)重。此外，在與空氣接觸或原料氣中含氧時(shí)，MEA易降解，生成草酸、蟻酸和少量的醋酸以及結(jié)合的有機(jī)酸類，更增強(qiáng)了MEA溶液的腐蝕性。當(dāng)原料氣中含有SO2和Cl－等時(shí)，MEA與之反應(yīng)生成不能再生的化合物;同時(shí)，MEA的蒸氣壓高，因而MEA的損失較大［9］。早期小規(guī)模處理裝置中MEA的吸收容量（以1 mol MEA吸收的CO2的物質(zhì)的量計(jì))僅限于0.5 mol/mol以內(nèi)，MEA溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般不超過(guò)20%。

1950年后，法國(guó)和加拿大針對(duì)凈化大量的H2S與CO2含量高的天然氣的要求，開(kāi)發(fā)了以DEA為溶劑吸收CO2的新工藝，即SNPA－DEA工藝。DEA是仲胺，它的特點(diǎn)及缺陷都與MEA類似。

不少學(xué)者對(duì)MEA和DEA的物性參數(shù)進(jìn)行了研究，Rebolledo－Libreros等［10］研究了 DEA 在303.15 ～343.15 K 時(shí)的密度和黏度;Chiu 等［11］在30～80℃下考察了CO2在幾種有機(jī)胺中的熱容。此外，為了克服MEA法的缺陷，研究者通過(guò)各種方式對(duì)該方法進(jìn)行了補(bǔ)充和改進(jìn)。Tobiesen等［12］對(duì)MEA法的再生過(guò)程進(jìn)行了模擬研究，提出了通入惰性氣體提高再生壓力（大于0.2 MPa)以降低再生能耗的方案，研究結(jié)果表明，與常壓再生相比加壓后再生能耗下降。通過(guò)改進(jìn)，MEA/DEA法的缺陷得到一定的彌補(bǔ)，目前MEA、DEA是工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的CO2吸收劑，但高的消耗和生產(chǎn)成本仍制約著該方法的進(jìn)一步推廣。

1.2MDEA

MDEA 法是20世紀(jì)70年代由德國(guó)BASF公司開(kāi)發(fā)的。MDEA是叔胺，分子中不存在活潑氫原子，因而化學(xué)穩(wěn)定性好，不易降解變質(zhì);MDEA水溶液的發(fā)泡傾向和腐蝕性均低于伯胺和仲胺;MDEA與CO2反應(yīng)生成亞穩(wěn)定的氨基甲酸氫鹽，故再生容易，能耗低。因此，該工藝在世界范圍內(nèi)逐漸得到應(yīng)用［13］。

近年來(lái)，采用MDEA溶液脫除CO2的方法越來(lái)越引起關(guān)注。Rho等［14］測(cè)定了CO2在MDEA溶液中的溶解度;Rowley等［15］測(cè)定了MDEA在水中的擴(kuò)散系數(shù);Shi等［16］研究了MDEA與CO2反應(yīng)的動(dòng)力學(xué);曹長(zhǎng)青等［17］用滲透理論建立了MDEA同時(shí)吸收H2S和CO2的傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)模型。這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的研究也為該方法的實(shí)際應(yīng)用提供了設(shè)計(jì)依據(jù)。由于MDEA溶液與CO2反應(yīng)速率較慢，因此還需要加入某些添加劑，改善它的脫碳和脫硫性能，以提高 MDEA 吸收 CO2的速率［18］。

1.3 位阻胺

1964 年，Sharma［19］關(guān)注到位阻胺的性質(zhì)，并提出了位阻胺的空間位阻效應(yīng)。位阻胺是一大類涉及數(shù)百種具有空間位阻效應(yīng)的有機(jī)化合物。研究發(fā)現(xiàn)，在胺分子中引入某些具有空間位阻效應(yīng)的基團(tuán)，可明顯改善有機(jī)胺吸收劑的脫碳和脫硫效果。目前最常用的空間位阻胺是2－氨基－2－甲基－1－丙醇（AMP)。由于位阻胺的空間位阻效應(yīng)使它生成的碳酸鹽十分不穩(wěn)定，有利于有機(jī)胺的再生，在降低能耗的同時(shí)提高了再生效率。同樣由于空間位阻效應(yīng)的影響，位阻胺與CO2的反應(yīng)比鏈狀取代基的伯胺和仲胺慢，但比叔胺快。在基礎(chǔ)研究中，Chan等［20］檢測(cè)了 AMP在298～353 K 時(shí)的密度和容積比;Zhang等［21］分析了AMP和MDEA在278～368 K時(shí)的摩爾熱容和熱焓等。

日本三菱重工公司發(fā)現(xiàn)了一種新的CO2吸收劑，是被稱為KS－1和KS－2的位阻胺類吸收劑，它回收CO2所需的能量比MEA約少20%。因?yàn)镵S－l和KS－2對(duì)熱更穩(wěn)定、腐蝕性也比MEA小，因此操作時(shí)胺類的總損失約為常規(guī)吸收劑的1/20。對(duì)于能量費(fèi)用不昂貴的地區(qū)，在大規(guī)模裝置上采用這種新工藝，CO2回收費(fèi)用（包括壓縮所需費(fèi)用)約為20美元/t，比基于MEA的常規(guī)法低約30%。日本三菱重工公司已在馬來(lái)西亞一套尿素裝置上驗(yàn)證了這一技術(shù)，可從煙氣中回收CO2200 t/d［22］。

雖然位阻胺溶液優(yōu)勢(shì)明顯，但也因?yàn)榇嬖诳臻g位阻效應(yīng)，使其吸收CO2的速率較MEA和 DEA慢，從而影響了該技術(shù)的應(yīng)用。

2 混合有機(jī)胺溶液

對(duì)于單組分有機(jī)胺，吸收與解吸是一個(gè)矛盾。為了尋找既有良好吸收性能又易于解吸的溶劑，研究者想到了采用混合有機(jī)胺作為吸收劑的方法［23－35］，主要思路是把反應(yīng)速率較快而腐蝕性強(qiáng)、再生能耗高的胺與腐蝕性低、再生能耗小但反應(yīng)速率慢的胺相混合，從而改善吸收CO2的過(guò)程。20世紀(jì)90年代美國(guó)的氣體研究院和氣體加工者協(xié)會(huì)聯(lián)合開(kāi)展了一項(xiàng)“酸性氣體處理”的研究計(jì)劃，其中對(duì)混合胺溶劑的性能及其工業(yè)應(yīng)用進(jìn)行了全面研究，大大推進(jìn)了混合胺溶劑的技術(shù)開(kāi)發(fā)。目前，比較熱門(mén)的混合胺類型主要有以下幾種。

2.1 添加劑保護(hù)法

針對(duì)MEA法的缺陷，不斷有研究者提出改善方法。20世紀(jì)60年代末，美國(guó)聯(lián)碳公司將緩蝕劑（亦稱胺保護(hù)劑)加入到MEA水溶液中，從而增加了脫碳負(fù)荷，減少了能耗［34］。中國(guó)南京化學(xué)工業(yè)集團(tuán)研究院采用抗氧化劑和活性胺［18］解決了MEA的化學(xué)降解問(wèn)題，隨后開(kāi)發(fā)了一組緩蝕劑配入復(fù)合胺溶液中，使溶液對(duì)設(shè)備的腐蝕速率小于0.1 mm/a，從根本上解決了MEA法對(duì)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重的技術(shù)問(wèn)題。該技術(shù)于2001和2002年分別在中國(guó)石化四川維尼綸廠和青海油田格爾木煉油廠甲醇車間回收煙道氣中3 000 m3/h CO2裝置上進(jìn)行了工業(yè)應(yīng)用，各項(xiàng)消耗指標(biāo)達(dá)到預(yù)期效果，取得了較大的直接經(jīng)濟(jì)效益。

目前工業(yè)上采用的MEA/DEA法，大部分都已采用胺保護(hù)法以彌補(bǔ)該方法的缺陷并強(qiáng)化CO2吸收能力，降低經(jīng)濟(jì)成本。

2.2 有機(jī)胺混合溶液

MEA/DEA與MDEA的混合體系最先被提出。通過(guò)混合MDEA和MEA/DEA，使MDEA的高處理能力與MEA/DEA的高反應(yīng)速率相結(jié)合。在基礎(chǔ)研究方面，Hagewiesche等［29］建立了 MEA+MDEA混合溶劑吸收CO2的傳質(zhì)模型，并求得溫度為40℃時(shí)的傳質(zhì)系數(shù)公式。相關(guān)中試［35］結(jié)果表明，混合胺溶液富集CO2的方法具有能提高吸收速率、節(jié)約再生能耗、降低腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。但由于體系的研究數(shù)據(jù)還不夠充分，目前仍處于實(shí)驗(yàn)研究及小規(guī)模試用階段。

近年來(lái)也有學(xué)者提出MEA/DEA與AMP的混合體系，并做了一定的研究。Mandal等［36］研究了AMP+MEA中CO2和N2O在293～313 K時(shí)的溶解度和擴(kuò)散系數(shù)。Alvarez等［30］檢測(cè)了在298～323 K時(shí)AMP+MDEA+MEA的密度和黏度。此外，Choi等［37］的研究結(jié)果表明，在AMP溶液中加入少量的MEA可明顯提高CO2的吸收速率。

早在1982年，MDEA與哌嗪（PZ)的混合物用于吸收CO2的工藝就已獲得專利，該體系以其高吸收速率及高吸收容量的優(yōu)勢(shì)，在合成氣裝置中廣泛用于脫除CO2。此后的學(xué)者對(duì)該混合體系的動(dòng)力學(xué)和反應(yīng)機(jī)理等進(jìn)行了完善［38－39］。張旭等［40］采用填料塔研究了加壓條件下PZ與MDEA混合水溶液吸收CO2的動(dòng)力學(xué);Zhang等［41］探究了MDEA和PZ體系吸收CO2的動(dòng)力學(xué)機(jī)理。這些實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果都表明，將PZ加入以反應(yīng)速率為限制的有機(jī)胺體系中，將極大地加快吸收速率，從而彌補(bǔ)反應(yīng)速率的制約缺陷。

項(xiàng)菲等［42］研究了二乙烯三胺（DETA)與MDEA、三乙烯四胺（TETA)與MDEA的混合有機(jī)胺水溶液，在雙攪拌釜反應(yīng)器中吸收模擬煙道氣中的CO2。研究結(jié)果表明，在 MDEA中加入少量DETA或TETA，可顯著提高CO2吸收速率和吸收容量，吸收效果優(yōu)于常用的MEA和DEA。

此外，還有其他混合胺溶液（如MDEA與三乙醇胺、MEA與烯醇胺等)用于吸收CO2。

2.3 有機(jī)胺與氨基酸鹽的混合溶液

20世紀(jì)80—90年代，氨基乙酸作為添加劑開(kāi)始應(yīng)用于合成氣脫除CO2等凈化領(lǐng)域。氨基酸鹽溶液具有蒸氣壓低、表面張力系數(shù)高、即使有O2存在也不易降解、與CO2有高反應(yīng)活性和高吸收容量等優(yōu)點(diǎn)［43－44］，但再生困難。因此，需要通過(guò)添加活化劑等對(duì)氨基酸鹽溶液進(jìn)行改良，常用的活化劑有無(wú)機(jī)鹽和有機(jī)胺兩類，PZ便是一種常用的高效活化劑。陸建剛等［45］選擇了兩種低相對(duì)分子質(zhì)量的氨基乙酸和氨基丙酸作為吸收劑，考察了它們?cè)谀そ佑|器中吸收CO2的性能，同時(shí)在氨基乙酸溶液中添加PZ活化劑形成新型的氨基酸基復(fù)合溶液。研究證明，少量的PZ具有明顯的活化作用，能顯著增強(qiáng)傳質(zhì)效率。

2.4 有機(jī)胺與離子液體的混合溶液

1999年，Blanchard等［46］發(fā)現(xiàn)CO2在1 －丁基 －3－甲基咪唑六氟磷酸鹽（［Bmim］［PF6］)離子液體中具有很高的溶解度。離子液體因具有蒸氣壓低、不易給氣體引入其他雜質(zhì)、且對(duì)CO2吸收具有極高選擇性、能有效降低離子液體在吸收過(guò)程中的損耗從而降低運(yùn)行成本等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是比較具有應(yīng)用前景的新型吸收劑。但離子液體吸收CO2是物理吸收過(guò)程，存在吸收速率較慢、吸收容量低等缺陷。

Camper等［47］將室溫離子液體與MEA/DEA混合，研究了混合溶液對(duì)CO2的吸收情況，取得了一定的成效。該混合方法將有機(jī)胺與離子液體混合，將有機(jī)胺吸收速率快、吸收容量高的特點(diǎn)與離子液體蒸氣壓低、穩(wěn)定性良好等性質(zhì)相結(jié)合，相輔相成，改善了CO2處理能力。

3 有機(jī)胺吸收CO2的機(jī)理及反應(yīng)動(dòng)力學(xué)

3.1 “穿梭”機(jī)理和“兩性離子”機(jī)理

Danckwerts等［48］認(rèn)為胺在氣液界面處與 CO2反應(yīng)后又會(huì)在溶液主體中得到再生，即該過(guò)程符合“穿梭”機(jī)理，如圖1所示。有機(jī)胺再生反應(yīng)只在溶液主體中進(jìn)行，而反應(yīng)消耗的有機(jī)胺需溶液主體擴(kuò)散供給;吸收過(guò)程中生成的胺基甲酸根離子擴(kuò)散至溶液主體，再反應(yīng)生成有機(jī)胺，如此往復(fù)擴(kuò)散，就形成了“穿梭”狀態(tài)。“穿梭”作用改變了氣液反應(yīng)的歷程，大大加快了反應(yīng)速率。

圖1“穿梭”機(jī)理示意Fig.1 “Shuttle”mechanism.

在溶液中，胺與CO2的反應(yīng)過(guò)程，目前公認(rèn)的反應(yīng)機(jī)理是由 Caplow［49］提出、Danckwerts［50］補(bǔ)充完整的“兩性離子”機(jī)理，即：

式中，B表示溶液中存在的堿性物質(zhì);kb表示堿性物質(zhì)與兩性離子反應(yīng)的速率常數(shù);R1R2NH表示有機(jī)胺;k2表示CO2與有機(jī)胺反應(yīng)生成兩性離子的反應(yīng)速率常數(shù);k－1表示兩性離子分解為CO2與有機(jī)胺的逆反應(yīng)速率常數(shù)。

由于烴基數(shù)目的不同，CO2與各種胺反應(yīng)的機(jī)理也存在著一定的差異。MDEA屬叔胺，氮原子上無(wú)質(zhì)子氫，無(wú)法反應(yīng)形成兩性離子，因此MDEA溶液不像MEA和DEA那樣能直接與CO2反應(yīng)，僅起到催化CO2水解的作用，因此反應(yīng)機(jī)理如下［51］：

式（3)受液膜控制，為反應(yīng)的控制步驟;式（4)則是瞬時(shí)可逆反應(yīng)。為加快吸收速率，可在MDEA溶液中加入適量的添加劑，促進(jìn)式（3)反應(yīng)的進(jìn)行。

圍繞有機(jī)胺溶液，不少研究者對(duì)各種體系的反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了深入探討。根據(jù)“兩性離子”機(jī)理，Blauwhoff等［52］考察了溶液中各種堿性催化物（如OH－和胺)對(duì)中性離子去離子化反應(yīng)的貢獻(xiàn);Xiao等［23］建立了AMP+MEA與CO2反應(yīng)速率的模型，較好地解釋了混合有機(jī)胺的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特征。

雖然目前對(duì)不同有機(jī)胺體系吸收CO2的機(jī)理還存在爭(zhēng)議，但大多是依據(jù)“穿梭”機(jī)理及“兩性離子”機(jī)理等相關(guān)理論，并根據(jù)具體情況展開(kāi)探討。隨著研究的深入，不同有機(jī)胺吸收體系的反應(yīng)機(jī)理將趨于明朗。

3.2 有機(jī)胺吸收CO2的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)

為了滿足工程開(kāi)發(fā)及工藝應(yīng)用的需要，研究者們也著手研究吸收體系的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。按“兩性離子”等機(jī)理，同時(shí)假定兩性離子濃度符合擬一級(jí)反應(yīng)條件，便可得到MEA/DEA溶液中的反應(yīng)速率（r)方程為：

由于烴基數(shù)目的不同，CO2與各種胺的反應(yīng)機(jī)理、速率常數(shù)也存在著一定的差異。Sun等［53］采用濕壁反應(yīng)器研究了AMP與PZ吸收CO2的反應(yīng)速率方程，證明溶液中加入少量的PZ即可明顯提高混合溶液整體的表觀速率常數(shù)，且加入PZ后的混合溶液效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)MEA與AMP的混合效果;Sami［54］則通過(guò)停流電導(dǎo)法研究了不同溫度下AMP分別與MEA和DEA溶液混合吸收CO2的反應(yīng)，基于“兩性離子”機(jī)理，所得混合溶液體系的反應(yīng)為擬一級(jí)反應(yīng)，混合溶液的反應(yīng)速率常數(shù)高于純胺的反應(yīng)速率常數(shù)的總和。此外，研究者也在不同的反應(yīng)器中探究了有機(jī)胺的吸收情況，如David等［55］比較了填料塔和膜反應(yīng)器中AMP等胺溶液吸收CO2的吸收行為;Wang等［56］利用中空膜反應(yīng)器建立了AMP等吸收CO2的模型。對(duì)反應(yīng)機(jī)理和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的考察，可為確定一種高效、經(jīng)濟(jì)的富集CO2的方法提供必要的理論指導(dǎo)，并對(duì)實(shí)際工程設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供依據(jù)。

4 CO2捕集與封存技術(shù)工業(yè)應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著全球變暖的加劇，各國(guó)逐漸關(guān)注CO2的減排與控制，把火力發(fā)電廠排放的CO2作為主要的儲(chǔ)存對(duì)象，開(kāi)始碳捕集與封存技術(shù)的研究及開(kāi)發(fā)試驗(yàn)。美國(guó)未來(lái)發(fā)電計(jì)劃（FutureGen項(xiàng)目)、挪威Sleipner項(xiàng)目、德國(guó)黑泵電廠項(xiàng)目、中英碳捕集與封存合作項(xiàng)目是目前國(guó)際上正在開(kāi)展的CO2捕集與封存項(xiàng)目中比較著名的四大項(xiàng)目。其中，美國(guó)的FutureGen項(xiàng)目最為波折和受人關(guān)注。該項(xiàng)目于2003年由美國(guó)政府提出，計(jì)劃建造一座275 MW燃煤發(fā)電和制氫的近零排放示范電廠，包括整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠的碳捕集和CO2捕集與封存系統(tǒng)。但由于預(yù)期成本過(guò)高，2008年6月，美國(guó)能源部宣布重新整合該項(xiàng)目，只贊助CO2捕集與封存系統(tǒng)。在示范階段，每年至少將1 Mt CO2儲(chǔ)存到含鹽儲(chǔ)存層，另外1 Mt CO2用于油氣增產(chǎn)或采取其他方式永久封存。

澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織、中國(guó)華能集團(tuán)公司和西安熱工研究院聯(lián)合建設(shè)了燃燒后捕集示范項(xiàng)目［57］，對(duì)華能北京熱電廠進(jìn)行碳捕集改造，設(shè)計(jì)CO2回收率大于85%，年回收CO2能力為3 kt。該示范項(xiàng)目已于2008年7月16日正式投產(chǎn)。該項(xiàng)目在示范運(yùn)行中捕集效率穩(wěn)定在80%～85%，截至2009年1月底，捕集的CO2接近900 t，捕集每噸 CO2消耗的蒸汽熱量為3.3～3.4 GJ，電耗約100 kW·h。

CO2捕集與封存示范項(xiàng)目的成功運(yùn)行，再一次證明了該技術(shù)是CO2減排與控制手段中最為直接有效的方法之一，但昂貴的投入成本已成為其推廣的限制因素。如果在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上都可行，CO2捕集與封存無(wú)疑將是燃煤電廠減排CO2的主要手段之一，對(duì)全球溫室氣體減排與緩解全球變暖有著重要的意義。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著全球氣候變暖帶來(lái)的一系列環(huán)境問(wèn)題，全球CO2減排的呼聲越來(lái)越強(qiáng)烈，CO2減排的相關(guān)研究也越來(lái)越多?？v觀有機(jī)胺溶液吸收CO2方法的發(fā)展歷程，研發(fā)具有吸收速率快、吸收容量高、再生能耗低、腐蝕性低的吸收體系，是近幾十年來(lái)完善CO2回收工藝的關(guān)鍵。

作為CO2捕集技術(shù)中最具應(yīng)用優(yōu)勢(shì)的有機(jī)胺溶液吸收法，由于傳統(tǒng)的單一有機(jī)胺溶液吸收法存在各自的缺陷，因此如何根據(jù)不同類型有機(jī)胺溶液吸收CO2的特點(diǎn)，優(yōu)選合適的混合體系，調(diào)變?nèi)芤旱恼w性質(zhì)，從而改善CO2的處理過(guò)程、提高吸收效率、節(jié)約再生能耗可能成為該方法研究的突破口。

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A Systematic Review of CO2Absorption Using Amine

Lü Bihong，Jin Jiajia，Zhang Li，Li Wei

（Institute of Environmental Engineering，Zhejiang University，Hangzhou Zhejiang 310058，China)

The globe climate change caused by greenhouse gas has become world wide concerned issue.As one of the most important greenhouse gas，CO2capture and sequestration to reduce its release to atmosphere is of critical importance.This paper reviewed the current status of the development of CO2capturetechnology， summarized CO2absorption into common organicamine， e.g.，monoethanolamine，diethanolamine，N-methyldiethanolamine，2-amino-2-methyl-1-propanol and the mixture solution.The reaction mechanism and kinetics of CO2absorption into amines were also described.And the present situation of application was introduced.Finally，it was predicted that the complex system by organic amines and other absorbent may be the trend of CO2absorption in future.

absorption;carbon dioxide;amine

1000－8144（2011)08－0803－07

TQ 028

A

2011－01－25;［修改稿日期］2011－05－30。

呂碧洪（1985—)，女，福建省仙游縣人，博士生，電話0571 －88982038，郵箱 11014027@zju.edu.cn。聯(lián)系人：李偉，電話0571 －88982038，電郵 w_li@zju.edu.cn。

國(guó)家自然科學(xué)基金資助課題（20976157)。

（編輯 王 萍)