蔣亞彬，董月紅，周媛薛，薛洋企

(國電科學技術(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

(國電科學技術(shù)研究院，江蘇南京210031)

論述了一種采用微孔發(fā)泡法來提高單乙醇胺(MEA)水溶液吸收燃煤電廠煙氣中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，當氣泡很小時，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。本研究以實際應用效果為目的，主要開展循環(huán)溶劑捕捉電廠煙氣中的二氧化碳技術(shù)的研究。歐洲大型電力集團對單乙醇胺吸收法、活性炭吸附法、膜分離法、組合分離法、超重力法等進行了調(diào)查比較，認為對單乙醇胺吸收法是最實用的，設(shè)備造價和運行成本同比其他方法至少低20%。但同時指出，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，可使其成本進一步降低。

1 研究思路及試驗裝置

1.1 研究思路

在溶劑吸收法工藝研究中，一個最關(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，其效率已無法提高。我們的方案是通過發(fā)生微小氣泡來把廢氣分散到MEA水溶液中來提高吸收效率。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CO2吸收速度是由擴散控制的，即MEA與廢氣中CO2界面一旦飽和，吸收立即停止。這個擴散控制機理很實用微細泡分散吸收法，因為隨著廢氣微小氣泡在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;二是當氣泡很小時，氣泡上升的浮力下降，氣泡上升的速度降低，使CO2氣體有足夠的時間在MEA水溶液中停留，也使吸收效率提高。

1.2 試驗裝置

為檢驗微孔發(fā)泡法CO2捕集效率，我們設(shè)計了簡易單筒CO2捕集試驗系統(tǒng)裝置，如圖1所示。

圖1 微孔發(fā)泡法單筒CO2捕集試驗系統(tǒng)

凈化煙氣采用濃度15%CO2/N2標氣。流量計用來控制和調(diào)節(jié)煙氣流量。CO2分析儀用來檢測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玻璃圓筒內(nèi)，也就是簡易的CO2吸收塔。電動隔膜泵則是用來將吸附了CO2而達到飽和的MEA水溶液抽到后一流程的CO2分離加熱工藝處理單元，通過電加熱簡易分離塔將CO2分離出去，分離CO2后的MEA水溶液再抽回吸收塔內(nèi)進行下次試驗。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 單乙醇胺水溶液高度對捕集效率的影響

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水溶液中停留時間。為了確定煙氣在MEA水溶液中合適的停留時間，我們選擇了三種MEA水溶液高度進行了捕集效率試驗，數(shù)據(jù)如表1。試驗中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，當單乙醇胺水溶液高度從580減小到145時，捕集試驗系統(tǒng)對CO2的捕集效率都在98%以上，捕集效率沒有發(fā)生明顯變化。

表1 三種MEA 水溶液高度的捕集效率

2.2 不同煙氣流量對捕集效率的影響

本試驗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5、10、20L/min三種煙氣流量分別進行了捕集效率檢測，測試結(jié)果見表2。從表2可以看出，三種煙氣流量下捕集試驗系統(tǒng)對CO2的捕集效率都在98%以上，捕集效率也沒有發(fā)生明顯變化。

表2 三種煙氣流量的捕集效率

3 結(jié)語

(1)微孔發(fā)泡法單乙醇胺水溶液CO2捕集效率高，可達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高度在145～580變化時，CO2捕集效率無明顯變化，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，但飽和度達到多少時才會影響吸收效率，需進一步試驗才能驗證。

(4)煙氣通過微孔曝氣板時，肯定會有一定的阻力，但究竟有多大、火電廠原有引風系統(tǒng)能否勝任等，也都需要進一步的理論推算和試驗證明。

［1］黃斌，許世森，郜時旺，等.華能北京熱電廠CO2捕集工業(yè)試驗研究［J］.中國電機工程學報，2009，29(17):14－20.

［2］牛振祺，郭印誠，林文漪.一乙醇胺噴霧吸收煙氣中CO2的試驗研究［J］.中國電機工程學報，2010，30(32):41－45.

［3］劉練波，黃斌.燃煤電站3000～5000 t/aCO2捕集示范裝置工藝及關(guān)鍵設(shè)備［J］.電力設(shè)備，2008，9(5):21－24.

［4］魏一鳴，劉蘭翠.中國能源報告(2008):碳排放研究［M］.北京:科學出版社，2008.

［5］王陽，賈瑩光，李振中.燃煤煙氣氨法CO2減排技術(shù)的研究［J］.電力設(shè)備，2008，9(5):17－20.

［6］Yan S，F(xiàn)ang M，Zhang W.Comparative analysis of CO2separation from flue gas by membrane gas absorption technology and chemical absorption technology in China［J］.Energy Conversion and Management，2008，49(11):3188－3197.

［7］Wang S，F(xiàn)ang L.Life cycle emissions of greenhouse gas for ammonia scrubbing technology［J］.Korean Journal of Chemical Engineering，2007，24(3):495－498.

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，江蘇東臺人，高級工程師，主要從事煙氣凈化、脫硫脫銷工程及技術(shù)研究。E－mail:jyb1836@sohu.com