氨基酸离子液体促进的醇胺水溶液捕集CO2的研究进展
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如 Ｆｕ 等［ ］的研究表明，当醇胺水溶液吸收 ＣＯ 后，在接近饱和的 ＣＯ 载荷条件下，体系粘度比 未吸收 ＣＯ 的水溶液高数倍。因此，醇胺 ＡＡＩＬ 吸收剂在碳捕集过程的应用，首先应保证醇胺 ＡＡＩＬ 体系具有适当的粘度。 迄今为止，醇胺 ＡＡＩＬ 水溶液的粘度与操作 温度、醇胺类型和浓度、ＡＡＩＬ 类型和浓度之间的 定量关系尚不明晰；吸收 ＣＯ 后的 ＡＡＩＬ 醇胺 水溶液的粘度实验测定及理论计算均鲜见报道， ＣＯ 载荷对吸收液粘度的影响规律尚不明晰。水 溶液和吸收液粘度实验数据及计算模型的缺乏， 给吸收塔设计和涉及增强传质的过程设计带来诸 多困难。亟需结合实验测定和理论计算，阐明温 度、醇胺种类和浓度、ＡＡＩＬ 种类和浓度、以及 ＣＯ 载荷等诸多因素对体系粘度的影响规律。 适宜烟气中 ＣＯ 捕集的 ＡＡＩＬ 醇胺吸收剂的 遴选，可按图 １ 所示的路径进行。即首先通过溶 解度和吸收动力学实验，确定 ＡＡＩＬ 对 ＣＯ 的吸 收容量及其对醇胺水溶液吸收 ＣＯ 的促进作用， 在此基础上，结合实验测定和理论计算，综合考 虑 ＣＯ 载荷，确定吸收剂中 ＡＡＩＬ 和醇胺的组成， 保证 ＡＡＩＬ 醇胺水溶液及其 ＣＯ 吸收液具有适当 的粘度，从而保证整塔范围内，流动阻力适当、 吸收过程传质充分。
２ ２ １ ～６ ２ ２ ２ ２ ２ ２
性较小的 Ｎ 甲基二乙醇胺 （Ｎｍｅｔｈｙｌｄｉｅｔｈａｎｏ ｌａｍｉｎｅ， ＭＤＥＡ）或 ２ 氨基 ２ 甲基 １ 丙醇 （ ２ Ａｍｉｎｏ２ｍｅｔｈｙｌ１ｐｒｏｐａｎｏｌ ，ＡＭＰ ）与吸收速率较 快的 ＭＥＡ、二乙醇胺 （ ｄｉｅｔｈａｎｏｌａｍｉｎｅ ，ＤＥＡ ）或 哌嗪 （Ｐｉｐｅｒａｚｉｎｅ，ＰＺ ）复配，以 ＭＤＥＡ 或 ＡＭＰ 为吸收剂主体，以 ＭＥＡ，ＤＥＡ 或 ＰＺ 为促进剂， 溶液 中 各 种 醇 胺 的 总 质 量 分 率 不 超 过 ５０％ 。 Ｃｈａｋｒｖａｒｔｙ ［ ］， Ｋｏｈｌ 和 Ｎｉｅｌｓｅｎ 等 ［ ］ 实 验 验 证 了 ＭＤＥＡＭＥＡ 及 ＭＤＥＡＤＥＡ 复配醇胺水溶液对 ＣＯ 的吸收效果；Ｐｒａｘａｉｒ 公司采用 ＭＤＥＡＭＥＡ 复配醇 胺水溶液作为吸收剂，当 ＭＥＡ 质量分率介于 １０ ％ ～ ２０ ％ 之间时，既有效地提高了吸收速率和 吸收容量，又可降低设备腐蚀，减少加热蒸汽量。 但吸收剂溶液中水分仍在 ５０％ 左右，富液再生和 贫液冷却过程的能耗仍居高不下，开发新型吸收 剂以进一步节能降耗，尚有较大的拓展空间。
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第３ 期
付 东，等 氨基酸离子液体促进的醇胺水溶液捕集 ＣＯ 的研究进展
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Ｊ］ ． ＡＩＣｈＥ ｃａｐｔｕｒｅ ＣＯ ｂｙ ＣＯＳＭＯＲＳ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ［ 促进醇胺水溶液吸收 ＣＯ 的动力学及体系粘度的 ｊｏｕｒｎａｌ， ：２７１７ ２７２８． ２００８ ， ５４ （ １０ ） 研究进展进行了综述，并从吸收容量、促进效果 １２ ］ Ｂａｔｅｓ Ｅ Ｄ，Ｍａｙｔｏｎ Ｒ Ｄ，Ｎｔａｉ Ｉ，ｅｔ ａｌ． ＣＯ ｃａｐｔｕｒｅ ｂｙ ａ 和体系粘度等 ３ 个方面分析了适宜烟气中 ＣＯ 捕 ［ ｔａｓｋ － ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｏｎｉｃ ｌｉｑｕｉｄ ［ Ｊ］ ． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ａｍｅｒｉｃａｎ 集的 ＡＡＩＬ 醇胺吸收剂的遴选方法。
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ห้องสมุดไป่ตู้
参考文献：
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Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ， ２００２ ， １２４ （ ６） ：９２６ ９２７． ［ １３ ］ Ｇｕｒｋａｎ Ｂ Ｅ， ｄｅ ｌａ Ｆｕｅｎｔｅ Ｊ Ｃ， Ｍｉｎｄｒｕｐ Ｅ Ｍ， ｅｔ ａｌ． Ｅｑｕｉ
［Ｊ］ ． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ， ２０１０ ， １３２ ［ １ ］ Ｎａｋｉｃｅｎｏｖｉｃ Ｎ， Ｊｏｈｎ Ａ． ＣＯ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｅｍｏｖａｌ： ｍｅａｓ （ ７） ：２１１６ ２１１７． ｕｒｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｎｅｘｔ ｃｅｎｔｕｒｙ ［ Ｊ］ ． Ｅｎｅｒｇｙ，１９９１ ，１６ （ １１ ） ： ［ １４ ］ Ｂａｊ Ｓ，Ｓｉｅｗｎｉａｋ Ａ，Ｃｈｒｏｂｏｋ Ａ，ｅｔ ａｌ． Ｍｏｎｏｅｔｈａｎｏｌａｍｉｎｅ １３４７ １３７７． ａｎｄ ｉｏｎｉｃ ｌｉｑｕｉｄ ａｑｕｅｏｕｓ ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ ａｓ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｓｙｓｔｅｍｓ ｆｏｒ ［ ２ ］ Ｃｈａｋｒａｖａｒｔｙ Ｔ，Ｐｈｕｋａｎ Ｕ Ｋ，Ｗｅｉｌａｎｄ Ｒ Ｈ． Ｒｅａｃｔｉｏｎ ｏｆ ＣＯ ｃａｐｔｕｒｅ ［ Ｊ］ ． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｂｉ ａｃｉｄ ｇａｓｅｓ ｗｉｔｈ ｍｉｘｔｕｒｅｓ ｏｆ ａｍｉｎｅｓ ［ Ｊ］ ． Ｃｈｅｍ． Ｅｎｇ． Ｐｒｏｇ， ｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ２０１３ ， ８８ （ ７） ：１２２０ １２２７． １９８５ ， ８１ （ ４） ，３２ ３６． ［ １５ ］ Ｙｕ Ｈ，Ｗｕ Ｙ Ｔ，Ｊｉａｎｇ Ｙ Ｙ，ｅｔ ａｌ． Ｌｏｗ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ａｍｉｎｏ ３ ］ Ｋｏｈｌ Ａ Ｌ， Ｎｉｅｌｓｅｎ Ｒ． Ｇａｓ Ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ，５ｔｈ Ｅｄ ［ Ｍ］ ． ［ ａｃｉｄ ｉｏｎｉｃ ｌｉｑｕｉｄｓ ｗｉｔｈ ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ｔｅｔｒａａｌｋｙｌａｍｍｏｎｉｕｍ ｃａｔ Ｈｏｕｓｔｏｎ：Ｇｕｌｆ Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ， １９９７． ｉｏｎｓ ｆｏｒ ｆａｓｔ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｏｆ ＣＯ ［ Ｊ］ ． Ｎｅｗ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｅｍ ［ ４ ］ Ｎａｖａｚａ Ｊ Ｍ，ＧｏｍｅｚＤｉａｚ Ｄ，Ｒｕｂｉａ，Ｌａ Ｒｕｂｉａ Ｍ Ｄ． Ｒｅ ｉｓｔｒｙ， ２００９ ， ３３ （ １２ ） ：２３８５ ２３９０． ｍｏｖａｌ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ＣＯ ｕｓｉｎｇ ＭＤＥＡ ａｑｕｅｏｕｓ ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ ｉｎ ａ ［ １６ ］ Ｚｈａｎｇ Ｊ，Ｚｈａｎｇ Ｓ， Ｄｏｎｇ Ｋ， ｅｔ ａｌ． Ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｏｆ ｂｕｂｂｌｅ ｃｏｌｕｍｎ ｒｅａｃｔｏｒ ［ Ｊ］ ． Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｊｏｕｒｎａｌ， ＣＯ ｂｙ ｔｅｔｒａｂｕｔｙｌｐｈｏｓｐｈｏｎｉｕｍ ａｍｉｎｏ ａｃｉｄ ｉｏｎｉｃ ｌｉｑｕｉｄｓ ２００９ ，１４６ （ ２） ：１８４ １８８． ［Ｊ ］ ． Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙａ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｊｏｕｒｎａｌ，２００６ ，１２ （ １５ ） ： ［ ５ ］ Ｄｕｂｏｉｓ Ｌ，Ｔｈｏｍａｓ Ｄ． Ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ ｏｆ ａｑｕｅｏｕｓ ａｍｉｎｅ － ａｓｅｄ ４０２１ ４０２６． ｓｏｌｖｅｎｔｓ ｆｏｒ ｐｏｓｔｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ＣＯ ｃａｐｔｕｒｅ ｂｙ ｃｈｅｍｉｃａｌ ａｂｓｏｒｐ ［ １７ ］ Ｇａｌáｎ Ｓáｎｃｈｅｚ Ｌ Ｍ， Ｍｅｉｎｄｅｒｓｍａ Ｇ Ｗ， Ｄｅ Ｈａａｎ Ａ Ｂ． Ｋｉ ｔｉｏｎ ［ Ｊ］ ． Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ２０１２ ， ｎｅｔｉｃｓ ｏｆ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｏｆ ＣＯ ｉｎ ａｍｉｎｏｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚｅｄ ｉｏｎｉｃ ３５ ， ５１３． ｌｉｑｕｉｄｓ ［ Ｊ］ ． Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｊｏｕｒｎａｌ，２０１１ ，１６６ ［ ６ ］ Ｃｈｏｗｄｈｕｒｙ Ｆ Ａ， Ｙａｍａｄａ Ｈ， Ｈｉｇａｓｈｉｉ Ｔ， ｅｔ ａｌ． ＣＯ Ｃａｐｔｕｒｅ （ ：１１０４ １１１５． ３） ｂｙ ｔｅｒｔｉａｒｙ ａｍｉｎｅ ａｂｓｏｒｂｅｎｔｓ： Ａ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ［ １８ ］ Ｇｕｏ Ｈ， Ｚｈｏｕ Ｚ， Ｊｉｎｇ Ｇ． Ｋｉｎｅｔｉｃｓ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｄｉｏｘｉｄｅ ａｂｓｏｒｐ ｓｔｕｄｙ ［ Ｊ］ ． Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ＆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ， ｔｉｏｎ ｉｎｔｏ ａｑｕｅｏｕｓ ［ Ｈｍｉｍ］ ［ Ｇｌｙ ］ｓｏｌｕｔｉｏｎ ［ Ｊ］ ． Ｉｎｔｅｒｎａ ２０１３ ， ５２ （ ２４ ） ：８３２３ ８３３１． ｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ Ｇａｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ， ２０１３ ， １６ ： １９７ ［ ７ ］ Ｂｌａｎｃｈａｒｄ Ｌ Ａ， Ｈａｎｃｕ Ｄ． Ｂｅｃｋｍａｎ Ｅ Ｊ． ， ｅｔ ａｌ． Ｇｒｅｅｎ ｐｒｏ ２０５． ｃｅｓｓｉｎｇ ｕｓｉｎｇ ｉｏｎｉｃ ｌｉｑｕｉｄｓ ａｎｄ ＣＯ ［ Ｊ］ ． Ｎａｔｕｒｅ，１９９９ ， ［ １９ ］ Ｚｈｏｕ Ｚ，Ｊｉｎｇ Ｇ，Ｚｈｏｕ Ｌ． Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ３９９ （ ６７３１ ） ：２８ ２９． ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｄｉｏｘｉｄｅ ｉｎｔｏ ａｑｕｅｏｕｓ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ａｍｉｎｏ ａｃｉｄ ｉｏｎｉｃ ［ ８ ］ Ａｎｔｈｏｎｙ Ｊ Ｌ，Ｍａｇｉｎｎ Ｅ Ｊ，Ｂｒｅｎｎｅｃｋｅ Ｊ Ｆ． Ｓｏｌｕｂｉｌｉｔｉｅｓ ａｎｄ ｌｉｑｕｉｄ ［ Ｎ１１１１ ］ ［ Ｇｌｙ ］ａｎｄ ２ａｍｉｎｏ２ｍｅｔｈｙｌ１ｐｒｏｐａｎｏｌ ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｇａｓｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｉｏｎｉｃ ｌｉｑｕｉｄ １ｎＢｕ ［Ｊ ］ ． Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｊｏｕｒｎａｌ， ２０１２ ， ２０４ ： ｔｙｌ３ｍｅｔｈｙｌｉｍｉ ｄａｚｏｌｉｕｍ ｈｅｘａｆｌｕｏｒｏｐｈｏｓｐｈａｔｅ ［ Ｊ］ ． Ｐｈｙｓ． ２３５ ２４３． Ｃｈｅｍ． Ｂ，２００２ ，１０６ ，７３１５ ７３２０． ［ ２０ ］方诚刚，张锋，马静文，等． 氨基酸离子液体 ＭＤＥＡ ［ ９ ］ ＰｅｒｅｚＳａｌａｄｏ Ｋａｍｐｓ Ａ，Ｔｕｍａ Ｄ，Ｘｉａ Ｊ，ｅｔ ａｌ． Ｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙ ｏｆ 混合水溶液对 ＣＯ 的降膜吸收 ［ Ｊ］ ． 化工学报， ２０１１ ， ＣＯ ｉｎ ｔｈｅ ｉｏｎｉｃ ｌｉｑｕｉｄ ［ ｂｍｉｍ ］ ［ ＰＦ６ ］ ［ Ｊ］ ． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ６２ （ ３） ：７２３ ７２９． Ｃｈｅｍｉｃａｌ ＆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｄａｔａ， ２００３ ， ４８ （ ３） ：７４６ ７４９． ［ ２１ ］ Ｆｅｎｇ Ｚ，Ｙｕａｎ Ｇ，ＸｉａｎＫｕｎ Ｗ，ｅｔ ａｌ． Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｐｅｒ ［ １０ ］ Ｓｈｉｆｌｅｔｔ Ｍ Ｂ， Ｄｒｅｗ Ｄ Ｗ， Ｃａｎｔｉｎｉ Ｒ Ａ， ｅｔ ａｌ． Ｃａｒｂｏｎ ｄｉｏｘ ｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ａｍｉｎｏ ａｃｉｄ ｉｏｎｉｃ ｌｉｑｕｉｄ （ ＡＡＩＬ ） ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｉｄｅ ｃａｐｔｕｒｅ ｕｓｉｎｇ ｉｏｎｉｃ ｌｉｑｕｉｄ １ｂｕｔｙｌ３ｍｅｔｈｙｌｉｍｉｄａｚｏｌｉｕｍ ＭＤＥＡ ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ＣＯ ｃａｐｔｕｒｅ ［ Ｊ］ ． Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒ ａｃｅｔａｔｅ ［Ｊ ］ ． Ｅｎｅｒｇｙ ＆ Ｆｕｅｌｓ， ２０１０ ， ２４ （ １０ ） ： ｉｎｇ Ｊｏｕｒｎａｌ， ２０１３ ， ２２３ ： ３７１ ３７８． ５７８１ ５７８９． ［ ２２ ］ Ｆｅｎｇ Ｚ，ＪｉｎｇＷｅｎ Ｍ，Ｚｈｅｎｇ Ｚ，ｅｔ ａｌ． Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ ａｂ ｓｏｒｐｔｉｏｎ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｄｉｏｘｉｄｅ ｉｎ ｈｉｇｈ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ ＭＤＥＡ ａｎｄ ［ １１ ］ Ｚｈａｎｇ Ｘ，Ｌｉｕ Ｚ，Ｗａｎｇ Ｗ． Ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ ｏｆ ｉｏｎｉｃ ｌｉｑｕｉｄｓ ｔｏ
第 ３０ 卷第 ３ 期 ２０１４ 年 ３ 月
电 力 科 学 与 工 程
Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖｏｌ ３０ Ｎｏ ３ Ｍａｒ． ２０１４
， ，
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氨基酸离子液体促进的醇胺水溶液 捕集 ＣＯ 的研究进展
２
付 东，张 盼，杜磊霞
（ 华北电力大学 环境科学与工程学院，河北 保定 ０７１００３） 摘要：氨基酸离子液体 （Ａｍｉｎｏ ａｃｉｄ ｉｏｎｉｃ ｌｉｑｕｉｄ，ＡＡＩＬ）可显著改善传统醇胺水溶液对 ＣＯ 的吸收效果， 但高粘特性限制了其在碳捕集工程中的应用。对 ＡＡＩＬ 促进醇胺水溶液吸收 ＣＯ 的动力学及体系粘度的 研究进展进行了综述，并分析了适宜烟气中 ＣＯ 捕集的 ＡＡＩＬ 醇胺吸收剂的遴选方法。 关键词：ＣＯ ；氨基酸离子液体；醇胺；吸收动力学；粘度 中图分类号：ＴＱ０２８ １ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１０ ３９６９ ／ ｊ ｉｓｓｎ １６７２ ０７９２ ２０１４ ０３ ００１
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研究现状
Ｉｏｎｉｃ ｌｉｑｕｉｄｓ，ＩＬｓ ）吸收 近年来，离子液体 （ 的研究已引起广泛的关注［ ］。与普通 ＩＬｓ 对 的 物 理 吸 收 过 程 不 同，功 能 型 离 子 液 体
７ ～ １１
ＣＯ２ ＣＯ２
收稿日期：２０１４ － ０１ － ３０。 ２１２７６０７２ ） 基金项目：国家自然科学基金资助项目 （ ；河北省杰出青年科学基金资助项目 （Ｂ２０１２５０２０７６ ） ；中央高校基本业 务费专项基金资助项目 （ １３ＺＤ１６ ） 。 作者简介：付东 （ １９７４ ） ，教授，博士生导师，研究方向为化工热力学和分离技术，Ｅｍａｉｌ：ｆｕｄｏｎｇ＠ ｔｓｉｎｇｈｕａ． ｏｒｇ． ｃｎ。
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０
引言
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工业生产及燃煤锅炉大量排放的 ＣＯ 已严重 影响了环境保护和国民经济的可持续发展。为了 应对 ＣＯ 的减排压力，发展技术上可行、经济上 可承受的烟气中 ＣＯ 减排方法，已引起广泛关注。 在众多的 ＣＯ 捕集方法中，醇胺吸收法［ ］具有 技术成熟、吸收量大、操作成本较低等优点，适 宜大规模商业化应用，特别是在天然气和炼厂气 ＣＯ 分离方面，醇胺法处于主导地位。随着华能 北京热电厂和华能上海石洞口第二电厂 ＣＯ 捕集 示范工程的展开，在火电厂 ＣＯ 减排领域，醇胺 吸收法也将占据举足轻重的地位。 因醇胺水溶液吸收 ＣＯ 后易腐蚀设备，ＣＯ 捕集过程需严格控制水溶液中醇胺的质量分率。 如以乙醇胺 （ Ｍｏｎｏｅｔｈａｎｏｌａｍｉｎｅ ，ＭＥＡ ）水溶液为 吸收剂时，ＭＥＡ 的质量分率不超过 ３０％ ，以避免 严重的腐蚀。但醇胺质量分率较低时，溶液中大 量的水分导致吸收容量较小、高温再生时加热蒸 汽消耗量巨大。为了降低操作成本，常使用复配 醇胺水溶液作为吸收剂，即以吸收能力强且腐蚀
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电 力 科 学 与 工 程
２４ ～ ２８ ２ ２
２０１４
年
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［ ］通过化学反 Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚｅｄ ｉｏｎｉｃ ｌｉｑｕｉｄｓ，ＦＩＬｓ ） （ 应吸收 ＣＯ ，具有吸收速率快和吸收容量大的特 点；同时由于 ＦＩＬｓ 具有性能稳定、蒸汽压极低、 再生温度低和无腐蚀等特点，与常用的 ＭＥＡ 和 ＭＤＥＡ 等传统醇胺吸收剂相比有较强的优势。目 前，ＣＯ 在 ＦＩＬｓ 及醇胺 ＦＩＬｓ 复配溶液中的溶解 度和吸收动力学研究已有大量报道［ ］。研究结 果均表明，ＦＩＬｓ 可显著改善 ＭＥＡ 和 ＭＤＥＡ 等传 统醇胺水溶液对 ＣＯ 的吸收效果，并降低再生 温度。 在众多的 ＦＩＬＳ 中，氨基酸离子液体 （ ａｍｉｎｏ ａｃｉｄ ｉｏｎｉｃ ｌｉｑｕｉｄ ， ＡＡＩＬ）在常压下即对 ＣＯ 具有较 大的吸收容量和较高的吸收速率，同时具有原料 易得、制备过程稳定、生产成本低和产品毒性低 等优点，在工程上具有很好的应用前景。吸收动 力学实验表明［ ］，在 ＭＤＥＡ 水溶液中加入少量的 ＡＡＩＬ，如四甲基铵甘氨酸 （ Ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌａｍｍｏｎｉｕｍ ｇｌｙｃｉｎａｔｅ ，［ Ｎ ］［ Ｇｌｙ ］ ） ，即可显著提高 ＣＯ 吸 收速率。但 ＡＡＩＬ 粘度较大，且在吸收 ＣＯ 后粘 度进一步上升，导致流动阻力大、吸收过程传质 不充分，难以直接应用于碳捕集工程实践。以适 量 的 ＡＡＩＬ 与 ＭＥＡ， ＭＤＥＡ， ＡＭＰ 等 醇 胺 复 配［ ］，既可保证适当的体系粘度，又可降低设 备腐蚀、提高吸收速率并减少加热蒸汽量，对目 前在运行的醇胺法 ＣＯ 捕集工艺的改进及新型醇 胺法吸收工艺的开发均具有重要的指导意义。
２ ２ ２ ２ ２ ２ ２ ２ ２
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发展方向
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在 ＣＯ 醇胺吸收工艺中，粘度是控制气 液传 质过程的重要参数，对吸收塔的设计及 ＣＯ 吸收效 果均具有重要影响。如在吸收塔中，从塔顶贫液到 塔底富液，粘度随 ＣＯ 载荷的变化而变化，ＣＯ 扩 散难易程度也相应变化。目前，醇胺 ＡＡＩＬ 水溶液 图 １ 适宜烟气中 ＣＯ 捕集的 ＡＡＩＬ 醇胺 粘度研究已有报道，如 Ｇａｏ 等［ ］发现，３２３ １５Ｋ 条 吸收剂的遴选路径 件下，质量分率为 ４０％ 的 ＭＤＥＡ 水溶液中加入 １０ ％ ［ Ｎ ］［ Ｇｌｙ ］时，水溶液的粘度为 １ ８１ ３ 结论 ｍＰａ·ｓ，与常用醇胺水溶液相当，适宜塔内吸收； 以 ＡＡＩＬ 促进传统醇胺水溶液对 ＣＯ 的吸收 当［ Ｎ ］［ Ｇｌｙ ］质量分率为 １５ ％ 时，水溶液粘 度快速上升为 ５ ３９ ｍＰａ·ｓ。吸收 ＣＯ 后，由于大 效果，在碳捕集领域具有很好的应用前景，但推 量离子的存在，吸收液的粘度将显著高于水溶液， 广应用首先需解决体系的高粘问题。本文对 ＡＡＩＬ
如 Ｆｕ 等［ ］的研究表明，当醇胺水溶液吸收 ＣＯ 后，在接近饱和的 ＣＯ 载荷条件下，体系粘度比 未吸收 ＣＯ 的水溶液高数倍。因此，醇胺 ＡＡＩＬ 吸收剂在碳捕集过程的应用，首先应保证醇胺 ＡＡＩＬ 体系具有适当的粘度。 迄今为止，醇胺 ＡＡＩＬ 水溶液的粘度与操作 温度、醇胺类型和浓度、ＡＡＩＬ 类型和浓度之间的 定量关系尚不明晰；吸收 ＣＯ 后的 ＡＡＩＬ 醇胺 水溶液的粘度实验测定及理论计算均鲜见报道， ＣＯ 载荷对吸收液粘度的影响规律尚不明晰。水 溶液和吸收液粘度实验数据及计算模型的缺乏， 给吸收塔设计和涉及增强传质的过程设计带来诸 多困难。亟需结合实验测定和理论计算，阐明温 度、醇胺种类和浓度、ＡＡＩＬ 种类和浓度、以及 ＣＯ 载荷等诸多因素对体系粘度的影响规律。 适宜烟气中 ＣＯ 捕集的 ＡＡＩＬ 醇胺吸收剂的 遴选，可按图 １ 所示的路径进行。即首先通过溶 解度和吸收动力学实验，确定 ＡＡＩＬ 对 ＣＯ 的吸 收容量及其对醇胺水溶液吸收 ＣＯ 的促进作用， 在此基础上，结合实验测定和理论计算，综合考 虑 ＣＯ 载荷，确定吸收剂中 ＡＡＩＬ 和醇胺的组成， 保证 ＡＡＩＬ 醇胺水溶液及其 ＣＯ 吸收液具有适当 的粘度，从而保证整塔范围内，流动阻力适当、 吸收过程传质充分。
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性较小的 Ｎ 甲基二乙醇胺 （Ｎｍｅｔｈｙｌｄｉｅｔｈａｎｏ ｌａｍｉｎｅ， ＭＤＥＡ）或 ２ 氨基 ２ 甲基 １ 丙醇 （ ２ Ａｍｉｎｏ２ｍｅｔｈｙｌ１ｐｒｏｐａｎｏｌ ，ＡＭＰ ）与吸收速率较 快的 ＭＥＡ、二乙醇胺 （ ｄｉｅｔｈａｎｏｌａｍｉｎｅ ，ＤＥＡ ）或 哌嗪 （Ｐｉｐｅｒａｚｉｎｅ，ＰＺ ）复配，以 ＭＤＥＡ 或 ＡＭＰ 为吸收剂主体，以 ＭＥＡ，ＤＥＡ 或 ＰＺ 为促进剂， 溶液 中 各 种 醇 胺 的 总 质 量 分 率 不 超 过 ５０％ 。 Ｃｈａｋｒｖａｒｔｙ ［ ］， Ｋｏｈｌ 和 Ｎｉｅｌｓｅｎ 等 ［ ］ 实 验 验 证 了 ＭＤＥＡＭＥＡ 及 ＭＤＥＡＤＥＡ 复配醇胺水溶液对 ＣＯ 的吸收效果；Ｐｒａｘａｉｒ 公司采用 ＭＤＥＡＭＥＡ 复配醇 胺水溶液作为吸收剂，当 ＭＥＡ 质量分率介于 １０ ％ ～ ２０ ％ 之间时，既有效地提高了吸收速率和 吸收容量，又可降低设备腐蚀，减少加热蒸汽量。 但吸收剂溶液中水分仍在 ５０％ 左右，富液再生和 贫液冷却过程的能耗仍居高不下，开发新型吸收 剂以进一步节能降耗，尚有较大的拓展空间。
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第３ 期
付 东，等 氨基酸离子液体促进的醇胺水溶液捕集 ＣＯ 的研究进展
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Ｊ］ ． ＡＩＣｈＥ ｃａｐｔｕｒｅ ＣＯ ｂｙ ＣＯＳＭＯＲＳ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ［ 促进醇胺水溶液吸收 ＣＯ 的动力学及体系粘度的 ｊｏｕｒｎａｌ， ：２７１７ ２７２８． ２００８ ， ５４ （ １０ ） 研究进展进行了综述，并从吸收容量、促进效果 １２ ］ Ｂａｔｅｓ Ｅ Ｄ，Ｍａｙｔｏｎ Ｒ Ｄ，Ｎｔａｉ Ｉ，ｅｔ ａｌ． ＣＯ ｃａｐｔｕｒｅ ｂｙ ａ 和体系粘度等 ３ 个方面分析了适宜烟气中 ＣＯ 捕 ［ ｔａｓｋ － ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｏｎｉｃ ｌｉｑｕｉｄ ［ Ｊ］ ． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ａｍｅｒｉｃａｎ 集的 ＡＡＩＬ 醇胺吸收剂的遴选方法。
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ห้องสมุดไป่ตู้
参考文献：
２
Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ， ２００２ ， １２４ （ ６） ：９２６ ９２７． ［ １３ ］ Ｇｕｒｋａｎ Ｂ Ｅ， ｄｅ ｌａ Ｆｕｅｎｔｅ Ｊ Ｃ， Ｍｉｎｄｒｕｐ Ｅ Ｍ， ｅｔ ａｌ． Ｅｑｕｉ
［Ｊ］ ． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ， ２０１０ ， １３２ ［ １ ］ Ｎａｋｉｃｅｎｏｖｉｃ Ｎ， Ｊｏｈｎ Ａ． ＣＯ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｅｍｏｖａｌ： ｍｅａｓ （ ７） ：２１１６ ２１１７． ｕｒｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｎｅｘｔ ｃｅｎｔｕｒｙ ［ Ｊ］ ． Ｅｎｅｒｇｙ，１９９１ ，１６ （ １１ ） ： ［ １４ ］ Ｂａｊ Ｓ，Ｓｉｅｗｎｉａｋ Ａ，Ｃｈｒｏｂｏｋ Ａ，ｅｔ ａｌ． Ｍｏｎｏｅｔｈａｎｏｌａｍｉｎｅ １３４７ １３７７． ａｎｄ ｉｏｎｉｃ ｌｉｑｕｉｄ ａｑｕｅｏｕｓ ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ ａｓ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｓｙｓｔｅｍｓ ｆｏｒ ［ ２ ］ Ｃｈａｋｒａｖａｒｔｙ Ｔ，Ｐｈｕｋａｎ Ｕ Ｋ，Ｗｅｉｌａｎｄ Ｒ Ｈ． Ｒｅａｃｔｉｏｎ ｏｆ ＣＯ ｃａｐｔｕｒｅ ［ Ｊ］ ． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｂｉ ａｃｉｄ ｇａｓｅｓ ｗｉｔｈ ｍｉｘｔｕｒｅｓ ｏｆ ａｍｉｎｅｓ ［ Ｊ］ ． Ｃｈｅｍ． Ｅｎｇ． Ｐｒｏｇ， ｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ２０１３ ， ８８ （ ７） ：１２２０ １２２７． １９８５ ， ８１ （ ４） ，３２ ３６． ［ １５ ］ Ｙｕ Ｈ，Ｗｕ Ｙ Ｔ，Ｊｉａｎｇ Ｙ Ｙ，ｅｔ ａｌ． Ｌｏｗ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ａｍｉｎｏ ３ ］ Ｋｏｈｌ Ａ Ｌ， Ｎｉｅｌｓｅｎ Ｒ． Ｇａｓ Ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ，５ｔｈ Ｅｄ ［ Ｍ］ ． ［ ａｃｉｄ ｉｏｎｉｃ ｌｉｑｕｉｄｓ ｗｉｔｈ ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ｔｅｔｒａａｌｋｙｌａｍｍｏｎｉｕｍ ｃａｔ Ｈｏｕｓｔｏｎ：Ｇｕｌｆ Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ， １９９７． ｉｏｎｓ ｆｏｒ ｆａｓｔ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｏｆ ＣＯ ［ Ｊ］ ． Ｎｅｗ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｅｍ ［ ４ ］ Ｎａｖａｚａ Ｊ Ｍ，ＧｏｍｅｚＤｉａｚ Ｄ，Ｒｕｂｉａ，Ｌａ Ｒｕｂｉａ Ｍ Ｄ． Ｒｅ ｉｓｔｒｙ， ２００９ ， ３３ （ １２ ） ：２３８５ ２３９０． ｍｏｖａｌ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ＣＯ ｕｓｉｎｇ ＭＤＥＡ ａｑｕｅｏｕｓ ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ ｉｎ ａ ［ １６ ］ Ｚｈａｎｇ Ｊ，Ｚｈａｎｇ Ｓ， Ｄｏｎｇ Ｋ， ｅｔ ａｌ． Ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｏｆ ｂｕｂｂｌｅ ｃｏｌｕｍｎ ｒｅａｃｔｏｒ ［ Ｊ］ ． Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｊｏｕｒｎａｌ， ＣＯ ｂｙ ｔｅｔｒａｂｕｔｙｌｐｈｏｓｐｈｏｎｉｕｍ ａｍｉｎｏ ａｃｉｄ ｉｏｎｉｃ ｌｉｑｕｉｄｓ ２００９ ，１４６ （ ２） ：１８４ １８８． ［Ｊ ］ ． Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙａ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｊｏｕｒｎａｌ，２００６ ，１２ （ １５ ） ： ［ ５ ］ Ｄｕｂｏｉｓ Ｌ，Ｔｈｏｍａｓ Ｄ． Ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ ｏｆ ａｑｕｅｏｕｓ ａｍｉｎｅ － ａｓｅｄ ４０２１ ４０２６． ｓｏｌｖｅｎｔｓ ｆｏｒ ｐｏｓｔｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ＣＯ ｃａｐｔｕｒｅ ｂｙ ｃｈｅｍｉｃａｌ ａｂｓｏｒｐ ［ １７ ］ Ｇａｌáｎ Ｓáｎｃｈｅｚ Ｌ Ｍ， Ｍｅｉｎｄｅｒｓｍａ Ｇ Ｗ， Ｄｅ Ｈａａｎ Ａ Ｂ． Ｋｉ ｔｉｏｎ ［ Ｊ］ ． Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ２０１２ ， ｎｅｔｉｃｓ ｏｆ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｏｆ ＣＯ ｉｎ ａｍｉｎｏｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚｅｄ ｉｏｎｉｃ ３５ ， ５１３． ｌｉｑｕｉｄｓ ［ Ｊ］ ． Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｊｏｕｒｎａｌ，２０１１ ，１６６ ［ ６ ］ Ｃｈｏｗｄｈｕｒｙ Ｆ Ａ， Ｙａｍａｄａ Ｈ， Ｈｉｇａｓｈｉｉ Ｔ， ｅｔ ａｌ． ＣＯ Ｃａｐｔｕｒｅ （ ：１１０４ １１１５． ３） ｂｙ ｔｅｒｔｉａｒｙ ａｍｉｎｅ ａｂｓｏｒｂｅｎｔｓ： Ａ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ［ １８ ］ Ｇｕｏ Ｈ， Ｚｈｏｕ Ｚ， Ｊｉｎｇ Ｇ． Ｋｉｎｅｔｉｃｓ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｄｉｏｘｉｄｅ ａｂｓｏｒｐ ｓｔｕｄｙ ［ Ｊ］ ． Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ＆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ， ｔｉｏｎ ｉｎｔｏ ａｑｕｅｏｕｓ ［ Ｈｍｉｍ］ ［ Ｇｌｙ ］ｓｏｌｕｔｉｏｎ ［ Ｊ］ ． Ｉｎｔｅｒｎａ ２０１３ ， ５２ （ ２４ ） ：８３２３ ８３３１． ｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ Ｇａｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ， ２０１３ ， １６ ： １９７ ［ ７ ］ Ｂｌａｎｃｈａｒｄ Ｌ Ａ， Ｈａｎｃｕ Ｄ． Ｂｅｃｋｍａｎ Ｅ Ｊ． ， ｅｔ ａｌ． Ｇｒｅｅｎ ｐｒｏ ２０５． ｃｅｓｓｉｎｇ ｕｓｉｎｇ ｉｏｎｉｃ ｌｉｑｕｉｄｓ ａｎｄ ＣＯ ［ Ｊ］ ． Ｎａｔｕｒｅ，１９９９ ， ［ １９ ］ Ｚｈｏｕ Ｚ，Ｊｉｎｇ Ｇ，Ｚｈｏｕ Ｌ． Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ３９９ （ ６７３１ ） ：２８ ２９． ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｄｉｏｘｉｄｅ ｉｎｔｏ ａｑｕｅｏｕｓ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ａｍｉｎｏ ａｃｉｄ ｉｏｎｉｃ ［ ８ ］ Ａｎｔｈｏｎｙ Ｊ Ｌ，Ｍａｇｉｎｎ Ｅ Ｊ，Ｂｒｅｎｎｅｃｋｅ Ｊ Ｆ． Ｓｏｌｕｂｉｌｉｔｉｅｓ ａｎｄ ｌｉｑｕｉｄ ［ Ｎ１１１１ ］ ［ Ｇｌｙ ］ａｎｄ ２ａｍｉｎｏ２ｍｅｔｈｙｌ１ｐｒｏｐａｎｏｌ ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｇａｓｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｉｏｎｉｃ ｌｉｑｕｉｄ １ｎＢｕ ［Ｊ ］ ． Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｊｏｕｒｎａｌ， ２０１２ ， ２０４ ： ｔｙｌ３ｍｅｔｈｙｌｉｍｉ ｄａｚｏｌｉｕｍ ｈｅｘａｆｌｕｏｒｏｐｈｏｓｐｈａｔｅ ［ Ｊ］ ． Ｐｈｙｓ． ２３５ ２４３． Ｃｈｅｍ． Ｂ，２００２ ，１０６ ，７３１５ ７３２０． ［ ２０ ］方诚刚，张锋，马静文，等． 氨基酸离子液体 ＭＤＥＡ ［ ９ ］ ＰｅｒｅｚＳａｌａｄｏ Ｋａｍｐｓ Ａ，Ｔｕｍａ Ｄ，Ｘｉａ Ｊ，ｅｔ ａｌ． Ｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙ ｏｆ 混合水溶液对 ＣＯ 的降膜吸收 ［ Ｊ］ ． 化工学报， ２０１１ ， ＣＯ ｉｎ ｔｈｅ ｉｏｎｉｃ ｌｉｑｕｉｄ ［ ｂｍｉｍ ］ ［ ＰＦ６ ］ ［ Ｊ］ ． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ６２ （ ３） ：７２３ ７２９． Ｃｈｅｍｉｃａｌ ＆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｄａｔａ， ２００３ ， ４８ （ ３） ：７４６ ７４９． ［ ２１ ］ Ｆｅｎｇ Ｚ，Ｙｕａｎ Ｇ，ＸｉａｎＫｕｎ Ｗ，ｅｔ ａｌ． Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｐｅｒ ［ １０ ］ Ｓｈｉｆｌｅｔｔ Ｍ Ｂ， Ｄｒｅｗ Ｄ Ｗ， Ｃａｎｔｉｎｉ Ｒ Ａ， ｅｔ ａｌ． Ｃａｒｂｏｎ ｄｉｏｘ ｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ａｍｉｎｏ ａｃｉｄ ｉｏｎｉｃ ｌｉｑｕｉｄ （ ＡＡＩＬ ） ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｉｄｅ ｃａｐｔｕｒｅ ｕｓｉｎｇ ｉｏｎｉｃ ｌｉｑｕｉｄ １ｂｕｔｙｌ３ｍｅｔｈｙｌｉｍｉｄａｚｏｌｉｕｍ ＭＤＥＡ ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ＣＯ ｃａｐｔｕｒｅ ［ Ｊ］ ． Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒ ａｃｅｔａｔｅ ［Ｊ ］ ． Ｅｎｅｒｇｙ ＆ Ｆｕｅｌｓ， ２０１０ ， ２４ （ １０ ） ： ｉｎｇ Ｊｏｕｒｎａｌ， ２０１３ ， ２２３ ： ３７１ ３７８． ５７８１ ５７８９． ［ ２２ ］ Ｆｅｎｇ Ｚ，ＪｉｎｇＷｅｎ Ｍ，Ｚｈｅｎｇ Ｚ，ｅｔ ａｌ． Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ ａｂ ｓｏｒｐｔｉｏｎ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｄｉｏｘｉｄｅ ｉｎ ｈｉｇｈ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ ＭＤＥＡ ａｎｄ ［ １１ ］ Ｚｈａｎｇ Ｘ，Ｌｉｕ Ｚ，Ｗａｎｇ Ｗ． Ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ ｏｆ ｉｏｎｉｃ ｌｉｑｕｉｄｓ ｔｏ
第 ３０ 卷第 ３ 期 ２０１４ 年 ３ 月
电 力 科 学 与 工 程
Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖｏｌ ３０ Ｎｏ ３ Ｍａｒ． ２０１４
， ，
１
氨基酸离子液体促进的醇胺水溶液 捕集 ＣＯ 的研究进展
２
付 东，张 盼，杜磊霞
（ 华北电力大学 环境科学与工程学院，河北 保定 ０７１００３） 摘要：氨基酸离子液体 （Ａｍｉｎｏ ａｃｉｄ ｉｏｎｉｃ ｌｉｑｕｉｄ，ＡＡＩＬ）可显著改善传统醇胺水溶液对 ＣＯ 的吸收效果， 但高粘特性限制了其在碳捕集工程中的应用。对 ＡＡＩＬ 促进醇胺水溶液吸收 ＣＯ 的动力学及体系粘度的 研究进展进行了综述，并分析了适宜烟气中 ＣＯ 捕集的 ＡＡＩＬ 醇胺吸收剂的遴选方法。 关键词：ＣＯ ；氨基酸离子液体；醇胺；吸收动力学；粘度 中图分类号：ＴＱ０２８ １ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１０ ３９６９ ／ ｊ ｉｓｓｎ １６７２ ０７９２ ２０１４ ０３ ００１
２ ３ ２
１
研究现状
Ｉｏｎｉｃ ｌｉｑｕｉｄｓ，ＩＬｓ ）吸收 近年来，离子液体 （ 的研究已引起广泛的关注［ ］。与普通 ＩＬｓ 对 的 物 理 吸 收 过 程 不 同，功 能 型 离 子 液 体
７ ～ １１
ＣＯ２ ＣＯ２
收稿日期：２０１４ － ０１ － ３０。 ２１２７６０７２ ） 基金项目：国家自然科学基金资助项目 （ ；河北省杰出青年科学基金资助项目 （Ｂ２０１２５０２０７６ ） ；中央高校基本业 务费专项基金资助项目 （ １３ＺＤ１６ ） 。 作者简介：付东 （ １９７４ ） ，教授，博士生导师，研究方向为化工热力学和分离技术，Ｅｍａｉｌ：ｆｕｄｏｎｇ＠ ｔｓｉｎｇｈｕａ． ｏｒｇ． ｃｎ。
２ ２ ２ ２
０
引言
２
工业生产及燃煤锅炉大量排放的 ＣＯ 已严重 影响了环境保护和国民经济的可持续发展。为了 应对 ＣＯ 的减排压力，发展技术上可行、经济上 可承受的烟气中 ＣＯ 减排方法，已引起广泛关注。 在众多的 ＣＯ 捕集方法中，醇胺吸收法［ ］具有 技术成熟、吸收量大、操作成本较低等优点，适 宜大规模商业化应用，特别是在天然气和炼厂气 ＣＯ 分离方面，醇胺法处于主导地位。随着华能 北京热电厂和华能上海石洞口第二电厂 ＣＯ 捕集 示范工程的展开，在火电厂 ＣＯ 减排领域，醇胺 吸收法也将占据举足轻重的地位。 因醇胺水溶液吸收 ＣＯ 后易腐蚀设备，ＣＯ 捕集过程需严格控制水溶液中醇胺的质量分率。 如以乙醇胺 （ Ｍｏｎｏｅｔｈａｎｏｌａｍｉｎｅ ，ＭＥＡ ）水溶液为 吸收剂时，ＭＥＡ 的质量分率不超过 ３０％ ，以避免 严重的腐蚀。但醇胺质量分率较低时，溶液中大 量的水分导致吸收容量较小、高温再生时加热蒸 汽消耗量巨大。为了降低操作成本，常使用复配 醇胺水溶液作为吸收剂，即以吸收能力强且腐蚀
２
１２
电 力 科 学 与 工 程
２４ ～ ２８ ２ ２
２０１４
年
２
［ ］通过化学反 Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚｅｄ ｉｏｎｉｃ ｌｉｑｕｉｄｓ，ＦＩＬｓ ） （ 应吸收 ＣＯ ，具有吸收速率快和吸收容量大的特 点；同时由于 ＦＩＬｓ 具有性能稳定、蒸汽压极低、 再生温度低和无腐蚀等特点，与常用的 ＭＥＡ 和 ＭＤＥＡ 等传统醇胺吸收剂相比有较强的优势。目 前，ＣＯ 在 ＦＩＬｓ 及醇胺 ＦＩＬｓ 复配溶液中的溶解 度和吸收动力学研究已有大量报道［ ］。研究结 果均表明，ＦＩＬｓ 可显著改善 ＭＥＡ 和 ＭＤＥＡ 等传 统醇胺水溶液对 ＣＯ 的吸收效果，并降低再生 温度。 在众多的 ＦＩＬＳ 中，氨基酸离子液体 （ ａｍｉｎｏ ａｃｉｄ ｉｏｎｉｃ ｌｉｑｕｉｄ ， ＡＡＩＬ）在常压下即对 ＣＯ 具有较 大的吸收容量和较高的吸收速率，同时具有原料 易得、制备过程稳定、生产成本低和产品毒性低 等优点，在工程上具有很好的应用前景。吸收动 力学实验表明［ ］，在 ＭＤＥＡ 水溶液中加入少量的 ＡＡＩＬ，如四甲基铵甘氨酸 （ Ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌａｍｍｏｎｉｕｍ ｇｌｙｃｉｎａｔｅ ，［ Ｎ ］［ Ｇｌｙ ］ ） ，即可显著提高 ＣＯ 吸 收速率。但 ＡＡＩＬ 粘度较大，且在吸收 ＣＯ 后粘 度进一步上升，导致流动阻力大、吸收过程传质 不充分，难以直接应用于碳捕集工程实践。以适 量 的 ＡＡＩＬ 与 ＭＥＡ， ＭＤＥＡ， ＡＭＰ 等 醇 胺 复 配［ ］，既可保证适当的体系粘度，又可降低设 备腐蚀、提高吸收速率并减少加热蒸汽量，对目 前在运行的醇胺法 ＣＯ 捕集工艺的改进及新型醇 胺法吸收工艺的开发均具有重要的指导意义。
２ ２ ２ ２ ２ ２ ２ ２ ２
２
发展方向
２ ２
在 ＣＯ 醇胺吸收工艺中，粘度是控制气 液传 质过程的重要参数，对吸收塔的设计及 ＣＯ 吸收效 果均具有重要影响。如在吸收塔中，从塔顶贫液到 塔底富液，粘度随 ＣＯ 载荷的变化而变化，ＣＯ 扩 散难易程度也相应变化。目前，醇胺 ＡＡＩＬ 水溶液 图 １ 适宜烟气中 ＣＯ 捕集的 ＡＡＩＬ 醇胺 粘度研究已有报道，如 Ｇａｏ 等［ ］发现，３２３ １５Ｋ 条 吸收剂的遴选路径 件下，质量分率为 ４０％ 的 ＭＤＥＡ 水溶液中加入 １０ ％ ［ Ｎ ］［ Ｇｌｙ ］时，水溶液的粘度为 １ ８１ ３ 结论 ｍＰａ·ｓ，与常用醇胺水溶液相当，适宜塔内吸收； 以 ＡＡＩＬ 促进传统醇胺水溶液对 ＣＯ 的吸收 当［ Ｎ ］［ Ｇｌｙ ］质量分率为 １５ ％ 时，水溶液粘 度快速上升为 ５ ３９ ｍＰａ·ｓ。吸收 ＣＯ 后，由于大 效果，在碳捕集领域具有很好的应用前景，但推 量离子的存在，吸收液的粘度将显著高于水溶液， 广应用首先需解决体系的高粘问题。本文对 ＡＡＩＬ