Page 11 - 《精细化工》2023年第1期
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第 1 期                        赵然磊，等:  二氧化碳捕集化学吸收剂的研究进展                                     ·3·


            84.93%和 53.42%，具有较好的工业应用价值。                        液的发展方向。
                 为解决解吸过程能耗高的问题，KANG 等                   [21]
            提出通过使用高沸点溶剂或者离子液体代替水与                              2   碳酸钾吸收剂
            有机胺混合形成复配溶液，从而降低了解吸能耗。                                 碳酸钾水溶液是用于热钾碱溶液法捕集 CO 2 的
            YANG 等   [22] 对[Bmim][BF 4 ]+MEA+H 2 O 体系进行模
                                                               吸收剂，经过长时间的发展，该类吸收剂已被广泛
            拟，结果表明，该混合离子液体溶液用于吸收剂再
                                                               应用到天然气、制氢等行业的脱碳工艺中                   [25] 。碳酸
            生的能耗比 MEA 水溶液低 37.2%，混合溶液每吨捕
                                                               钾吸收剂捕集 CO 2 原理是碳酸钾吸收剂在 90~110  ℃
            获 CO 2 的 MEA 损失为 1.16 kg，远低于醇胺水溶液                  及加压条件下吸收 CO 2 生成碳酸氢钾溶液，之后在
            的 3.55 kg。ZHANG 等      [23] 开展了 MDEA 中加入
                                                               高温加热并减压的条件下，使碳酸氢钾溶液解吸
            [C 2 OHmim][Gly]离子液体的研究，结果表明，在再                    CO 2 进行捕集。
            生温度 373.15 K 下，既降低了解吸能耗，又使 MDEA                        主要反应式为：K 2 CO 3 +CO 2 +H 2 O↔2KHCO 3
            水溶液再生循环中热稳定性得到显著提高。但由于                                 碳酸钾吸收剂较醇胺吸收剂具有成本低、低毒
            离子液体有黏性，会出现替代溶液黏度影响 CO 2 脱                         性和无降解等优点，但受其吸收速率相对较慢等因
            除速率的问题。为此，赵毅等              [24] 提出在混合体系中           素的影响，该类吸收剂在处理低浓度 CO 2 烟气中优
            加入一定量的降黏剂，使得吸收和解吸达到相对平                             势较小   [26] 。为了克服其缺点，许多改良的方法应运
            衡的状态，从而提高 CO 2 的脱除效率。与传统醇胺                         而生，改良的热碱钾溶液法在溶液配方上未作较大
            类吸收剂相比，离子液体价格较高是其无法大规模                             变化，只是在碳酸钾中加入不同的活化剂，从而提
            应用的主要原因，改进离子液体的合成步骤，体系                             高吸收剂的性能，各种改良热钾碱溶液法常用活化
            中引入低成本原料，将是未来离子液体-醇胺复配溶                            剂优缺点对比如表 2 所示。

                                              表 2   热钾碱溶液法常用活化剂对比
                            Table 2    Comparison of common activators by hot potassium-alkali solution method
                  改良方法                活化剂                    优点                       缺点             参考文献
             苯菲尔法              二乙醇胺                 成本较低；挥发性较低              再生热耗高；生成物有强腐蚀性             [27]
             砷碱法               三氧化二砷                难挥发；较稳定                 生成物有毒                      [28]
             改良砷碱法             氨基乙酸、三氧化二砷           无毒；难挥发；较稳定              吸收效率低                      [29]
             双活化催化热钾碱法         氨基乙酸、二乙醇胺、硼酸 成本较低；挥发性较低                      吸收能力一般；易降解                 [30]
             二亚乙基三胺热钾碱法  二亚乙基三胺                     吸收速率快；有较高的吸收容 再生能耗大；成本较高                           [28]
                                                    量；腐蚀性低；无毒
             卡特卡朋法             烷基醇胺硼酸盐              CO 2 吸收容量大；不易降解；挥 吸收速率低；成本较高                       [31]
                                                    发性较低；无腐蚀性

                 20 世纪 60 年代初期，官知义          [32] 在碳酸钾溶液        减小。出现结晶后，温度和碳酸钾质量分数的影响增
            中添加三氧化二砷作为活化剂和缓蚀剂吸收 CO 2 的                         大，同时由于结晶热效应的作用，导致吸收热变大。
            方法。通过将碳酸钾溶液进行活化，从而提高溶液                                 张羽  [34] 提出将碳酸钾吸收剂负载在膨润土表
            的传质速率、吸收能力和解吸速率，降低再生能耗。                            面，经过负载后膨润土表面呈疏松多孔的特征，有
            但由于砷有剧毒，容易使操作人员中毒并造成环境                             利于 CO 2 气体与吸收剂接触反应。负载 K 2 CO 3 前后
            污染，因此，在推广使用过程中受到一定程度的限制。                           膨润土 SEM 图如图 2 所示。
                 为了克服 砷有剧毒 的缺点， 澳大利亚的
            Commonwealth Scientific  and Industrial Research
            Organization 机 构和美 国的 UCB （ University of
            California，Berkeley）大学尝试开发新型的稠浆型
            碳酸钾吸收工艺，稠浆型碳酸钾溶液利用 K 2 CO 3 和
            KHCO 3 溶解度的差异，通过结晶手段沉淀 KHCO 3 ，

            之后将高浓度的 KHCO 3 浆液再生来降低再生能耗                 [33] 。   图 2   负载 K 2 CO 3 前（a）后（b）膨润土的 SEM 图      [34]
            徐志明等     [26] 采用真实热流法对不同质量分数（30%、                  Fig. 2    SEM images of bentonite before (a) and after (b)
                                                                     K 2 CO 3  loading [34]
            40%和 50%）、不同温度（40 和 70  ℃）下的稠浆型

            碳酸钾溶液吸收 CO 2 的反应热进行了测量。结果显                             结果表明，在 1 个标准大气压下，60~80  ℃内，
            示，在没有结晶出现的情况下，反应温度和碳酸钾                             膨润土负载碳酸钾后形成的吸收剂中碳酸钾的质量
            质量分数的影响较小，吸收热随 CO 2  负载的增加而                        分数为 43.8%时，碳酸钾吸收剂对 CO 2 吸收容量最大，
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