Page 12 - 《精细化工》2023年第1期

·4· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 40 卷

可达 115.3 mg/g，达到理论吸收容量的 96.8%，并且 物质组成混合吸收剂来促进 CO 2 吸收和抑制氨的逃
吸收剂循环使用多次（7~8 次），吸收性能不发生明显 逸，以期降低系统能耗。YU 等 [45] 研究了在氨水溶
衰减。 液中加入 MEA、哌嗪（PZ）、1-甲基哌嗪（1-PZ）、
LU 等 [35] 和 KHODAYARI [36] 在 K 2 CO 3 溶液工艺 4-氨基哌啶（4-PD）、甘氨酸、牛磺酸以及肌氨酸 7
研究中均发现，在 25 ℃时添加碳酸酐酶（CA）于 种化合物，通过增大混合吸收剂总气相传质速率，
K 2CO 3 溶液中能将 K 2CO 3 溶液的 CO 2 吸收速率提高 来提高氨水与 CO 2 的反应速率，促进 CO 2 的吸收。
5~20 倍，但 CA 在 CO 2 吸收过程中的热稳定性和活性 其中，PZ 与 CO 2 的反应速率较高，NH 3 •H 2 O/PZ 混
持久性等问题需进一步解决。因此，探索经济、高
合吸收剂具有较高的传质速率。
效的活化剂是碳酸钾吸收剂捕集 CO 2 的重点和难点。 [46] [47]
BAI 等 和 YEH 等 采用氨水吸收法对 CO 2
3 氨水吸收剂 的脱除效果进行研究，并与 MEA 法脱除 CO 2 进行了
对比。结果发现，氨水吸收剂对 CO 2 的脱除率可达
1905 年，FRITZ HABER 发明传统工业合成氨 99%，吸收能力可达 1.20 kg CO 2/kg NH 3，而 MEA 吸
技术 [37] ，为氨水捕集二氧化碳奠定了基础。钦淑均等 [38] 收剂的脱除率和吸收能力分别为 94%和 0.40 kg
和张成芳等 [39] 进行氨水吸收和解吸二氧化碳的研 CO 2/kg MEA。LI 等 [48] 将氨气注入带有水蒸气的模拟
究，验证了氨水再生捕集 CO 2 的可行性。氨水吸收 烟气中，直接与 CO 2 反应，反应产物经过固体核磁共
剂捕集 CO 2 的原理是氨水与二氧化碳在一定温度下 振技术分析证实为 NH 4HCO 3 晶体。该实验中 CO 2 脱
反应生成碳酸铵，当有过量的 CO 2 存在时，会继续 除率可达 50%。中国国家电站燃烧工程技术研究中心
反应生成碳酸氢铵 [40] ，反应过程如图 3 所示。主要 （NPCC） 针对煤粉燃烧产生的实际烟气开展喷淋
[49]
反应式为： 氨水脱除 CO 2 实验，结果发现，NH 3 与 CO 2 的物质
2NH 3 +CO 2 +H 2 O↔(NH 4 ) 2 CO 3 的量比为 4∶1，氨水质量分数为 30%时，CO 2 脱除
(NH 4 ) 2 CO 3 +CO 2 +H 2 O→2NH 4 HCO 3
率为 95%。
刁永发等 [50] 进行了筛板塔中氨法吸收 CO 2 脱除
实验，结果发现，CO 2 脱除率可保持在 95%~99%，
其吸收 CO 2 的再生能耗为 26.73 kJ/mol，低于 MEA
的再生能耗。张君等 [51] 采用碟片式旋转超重力场强
化氨水常压吸收烟气中低浓度 CO 2 ，研究了氨水质
量分数、CO 2 浓度与 CO 2 脱除率和氨气溢出量的关
系。结果表明，超重力场强化作用比传统鼓泡吸收

法更有利于 CO 2 的吸收反应，提高氨水质量分数有

图 3 氨水吸收 CO 2 过程的物质传递示意图 [41] 利于 CO 2 脱除，但氨气的溢出量随氨水质量分数的
Fig. 3 Schematic diagram of material transport during CO 2 增加而增大，氨水质量分数为 10%左右为宜。马双忱
absorption by ammonia [41] [40]
等 利用鼓泡反应器研究了温度、氨水质量分数、
氨水吸收剂相比于醇胺吸收剂有如下优点：（1） CO 2 浓度等因素对 CO 2 脱除率的影响。结果表明，
吸收速率快，其吸收速率远远高于 MEA 溶剂；（2） 氨水吸收剂的最佳脱除温度为 45 ℃；提高氨水质
吸收容量大，在 0 ℃、101.325 kPa 条件下，500 mL 量分数和 pH 均可增大 CO 2 脱除率；但增大 CO 2 的
[42] ；（3）
氨水（浓度为 1 mol/L）可吸收 11.2 L CO 2 体积分数和入口气体流量后脱除率明显降低。
再生能耗低，35 ℃下，氨水吸收 CO 2 吸收热为 60 RESNIK 等 [52] 利用质量分数分别为 7%、14%和
kJ/mol，低于 MEA 的吸收热 85 kJ/mol，说明其在降 21%的氨水在 60、80 和 100 ℉下，对体积分数为
低能耗方面具有一定的优势 [43] 。 15% CO 2 和 85% N 2 混合气体进行吸收实验，结果表
虽然氨水吸收剂有如上优点，但氨水吸收剂易 明，有 60%的 CO 2 可实现循环再生，且与标准 MEA
挥发的特性使捕集过程中氨水再生环节极易损失。 溶液相比再生能耗可减少 64%。
为此，部分专家学者提出了冷冻氨法 [44] ，其吸收剂 李永华等 [53] 研究了氨法回收烟道气中 CO 2，以碳
为氨水，吸收过程中将温度控制在 0~10 ℃进行碳 酸铵和碳酸氢铵溶液返回尿素装置与尿素生产联合的
酸铵-碳酸氢铵的转化。冷冻氨法与传统氨水法相 新工艺。结果发现，该工艺流程简化，免去再生环节，
比，其 CO 2 捕集过程中的氨挥发量和解吸能耗都显 技术上完全可行。CO 2 回收工段蒸汽消耗明显降低，
著降低。此外，研究者提出通过往氨水中添加其他 从而降低总体消耗，且成本明显降低，经济可行。