Page 10 - 《精细化工》2023年第1期
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·2·                               精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 40 卷

            附剂来实现对 CO 2 的分离，常见的吸附剂材料包括                         收法（醇胺法）是一种发展时间较长、应用范围较
                                                        [9]
                                       [8]
                        [7]
            离子交换纤维 、硅酸锂和陶瓷 、钙基和锆基材料 、                          广的 CO 2 捕集工艺，目前已广泛应用于烟道气、天
                                      [1]
            介孔分子筛      [10] 、碳基吸附剂 以及新型纳米材料             [11]   然气和炼厂气的净化         [13] 。传统的醇胺类吸收剂包括
            等，是 CO 2 的捕集和储存的重要研究领域。                            乙醇胺（MEA）、二乙醇胺（DEA）、N-甲基二乙醇
                 溶剂吸收法分为物理吸收法和化学吸收法                   [12] 。   胺（MDEA）以及 2-氨基-2-甲基-1-丙醇（AMP）等。
            物理吸收法是利用溶剂对 CO 2 与其他气体组分的溶                         MEA 是一种伯胺，室温下呈无色透明黏稠液体，该
            解度不同的特点实现分离脱除 CO 2 ，因其在低浓度                         物质具有很强的碱性，能较快地与 CO 2 反应生成氨
            条件下没有理想的分离效果且成本偏高，故一般不                             基甲酸盐化合物。加热条件下氨基甲酸盐分解，CO 2
            应用于工业排放的烟气中 CO 2 的捕集。化学吸收法                         从中解吸出来，从而达到脱除 CO 2 的目的               [16-17] ，其
            指的是采用化学溶剂，通过化学反应选择性，自气                             与 CO 2 反应示意图如图 1 所示。DEA 属于二级胺，
            相中脱除易溶于吸收剂成分的方法。其实质是碱性                             室温下呈无色晶体或白色黏稠性液体，带轻微氨味，
            化学溶液通过与酸性 CO 2 发生酸碱中和反应，形成                         与水、乙醇互溶。MDEA 是一种叔胺，室温下呈无
            不稳定的盐，从而达到对二氧化碳吸收分离的作用，                            色液体，与水、丙酮和苯等互溶。AMP 是一种空间
            当外部条件如温度或压力发生改变时，反应逆向进行，                           位阻胺，由于与氨基相连的碳原子上有两个甲基，
            实现二氧化碳的解吸及吸收剂的循环再生                  [13] 。化学吸      使其与 CO 2 反应生成大量的碳酸氢根，碳酸氢根不
            收法对低分压 CO 2 气体吸收效果好、反应稳定，虽                         稳定，有利于解吸的进行，并且能耗较低。醇胺类
            然解吸时能耗较大，但这是目前最成熟、最可行的                             吸收剂优缺点对比如表 1 所示，其中 MEA 和 DEA
            CO 2 捕集技术    [14] 。另外，近年来部分专家学者整合                  因较高的脱除速率受到重点关注，且在实际工业项
            了化学和生物的催化模块，以生物技术创新的方式利                            目中应用广泛；以 MDEA 和 MEA 为基础的混合吸
            用 CO 2 催化合成了甲醇、多糖、淀粉等，对 CO 2 的捕                    收剂成为脱除 CO 2 （简称脱碳）实验的主要研究对象。
            集和综合利用技术的发展提供了新的思路                  [15] 。
                 本文对化学吸收法捕集二氧化碳中化学吸收剂
            进行了详细介绍，并对发展前景进行了展望，以期
            为二氧化碳捕集化学吸收剂的开发及应用提供借鉴。

            1   醇胺类吸收剂

                                                                      图 1  MEA 吸收剂脱碳原理示意图          [17]
                 醇胺类吸收剂常被用于醇胺吸收法中，醇胺吸                          Fig. 1    Schematic diagram of MEA absorbent decarbonization [17]

                                                 表 1   醇胺法常用吸收剂对比
                                 Table 1    Comparison of common absorbents by alcohol-amine method
             吸收剂             主要反应式                         优点                         缺点              参考文献
             MEA   CO 2+2HOCH 2CH 2NH 2↔HOCH 2CH 2HN  反应速率快；气体净化度高；在 吸收反应热高；再生能耗大；反应产                   [16]
                      –
                   COO +HOCH 2CH 2NH 3
                                  +
                                                 质量浓度相同条件下，比其他胺 物如氨基甲酸盐、碳酸氢盐等腐蚀设
                                                 类吸收剂有更大的吸收能力             备；易形成不溶性铁盐，使 MEA 降解
             DEA   NH(CH 2CH 2OH) 2+CO 2+H 2O↔[NH 2(CH 2 吸收速率较 MEA 快；成本较低  易降解；腐蚀性强；再生能耗大               [13]
                         +
                   CH 2OH)] +HCO 3  –
             MDEA R 2CH 3N+CO 2+H 2O↔R 2CH 3NH +HCO 3   吸收容量大；生成物稳定；再生 n(原料气)∶n(碳硫)≥20∶1 时，吸收           [18]
                                         +
                                              –
                                                 能耗小；不易挥发；不易降解            速率较 MEA 慢
             AMP                                 吸收能力高；再生能耗低；溶液 价格昂贵、制作成本高；挥发损耗大                        [19]
                                                 循环量少


                                                               醇（二甘醇、苯甲醇、N-甲基吡咯烷酮）来代替水，
                 传统的醇胺类吸收剂虽然已在工业中捕集 CO 2
            广泛应用，但是在吸收 CO 2 的过程中仍存在两个主                         结果表明，与 MEA-水吸收剂相比，MEA-醇无水吸
            要缺点：（1）单一的吸收剂不能同时满足吸收速率                            收剂具有较大的 CO 2 循环处理量和吸收速率。任恩
            高、吸收容量大、再生能耗低、损失量小的需求；                             泽等  [20]  进行了 MEA-正丙醇与 MEA-苯甲醇吸收 CO 2
            （2）解吸过程需要消耗大量潜热，能源损耗高                      [20] 。   实验，在 100  ℃时，通过醇作为溶剂促进了 CO 2 的解
                 为满足吸收剂吸收速率快、吸收容量大等需求，                         吸，MEA-正丙醇与 MEA-苯甲醇的 CO 2 溶解度远小于
            郭超等    [16] 提出采用多种不同溶剂混合来吸收 CO 2 ，                 MEA-水吸收剂，结果表明，其循环处理量分别为 0.405
            如 MEA-醇无水吸收剂，在 MEA 水溶液的基础上用                        和 0.336 mol/mol，较 MEA-水吸收剂分别提高了
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