邊陽陽，申淑鋒

(河北科技大學(xué)化學(xué)與制藥工程學(xué)院，河北石家莊 050018)

1008-1542(2017)05-0460-09

10.7535/hbkd.2017yx05008

相變吸收劑捕集二氧化碳的研究進(jìn)展

邊陽陽，申淑鋒

(河北科技大學(xué)化學(xué)與制藥工程學(xué)院，河北石家莊 050018)

人類工業(yè)活動排放的大量CO2氣體是導(dǎo)致全球變暖的主要因素，CO2捕集、封存與利用(CCUS)是實(shí)現(xiàn)碳減排和應(yīng)對全球變暖最有效的技術(shù)方向。常用的CO2捕集技術(shù)中，采用有機(jī)胺類化學(xué)吸收劑的水溶液捕集CO2面臨的主要技術(shù)難題是再生能耗高，如何降低能耗將直接關(guān)系到CCUS技術(shù)的未來走向。相變吸收劑在吸收CO2時具有優(yōu)異的吸收特性，而且可分離為液-液或液-固兩相，其中一相富集CO2，在降低能耗方面呈現(xiàn)出較大優(yōu)勢。通過對傳統(tǒng)有機(jī)胺水溶液脫除CO2工藝的能耗結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，綜述了CO2相變吸收體系在碳捕集方面的研究現(xiàn)狀，并對相變吸收劑的研究動向和技術(shù)發(fā)展前景進(jìn)行了展望：探索相變吸收劑的相變機(jī)理，解決其組成和工藝穩(wěn)定性問題；開展微膠囊、極性擺動等新型吸收劑和耐熱酶、固體酸等催化再生技術(shù)方面的研究。

吸收；二氧化碳；相變吸收劑；二氧化碳捕集；再生能耗

全球氣溫升高以及氣候變化是當(dāng)今非常嚴(yán)重且受關(guān)注的環(huán)境問題，科學(xué)界普遍認(rèn)為人類工業(yè)活動排放的大量CO2氣體是導(dǎo)致全球變暖的主要因素[1-2]。2015年，全球化石燃料及工業(yè)CO2排放總量約363億t，燃燒化石燃料碳排放占總量的40%～45%，其中中國排放104億t，約占全球總量的29%。中國作為主要的CO2排放國之一，限制CO2排放行動刻不容緩。CO2捕集、封存與利用(CCUS)是實(shí)現(xiàn)碳減排和應(yīng)對全球變暖最有效的技術(shù)方向。燃燒后化學(xué)溶劑捕獲是分離燃煤電廠煙道氣CO2常用且較成熟的技術(shù)之一，也是目前CCUS項(xiàng)目示范運(yùn)行的熱點(diǎn)方向[3-4]。目前有機(jī)胺或醇胺水溶液捕集CO2工藝再生能耗為3.7～4.0 GJ/t，再生過程中的能耗成本占總捕集成本的60%～80%[5]，高能量需求制約了CO2捕集項(xiàng)目的規(guī)?；l(fā)展與應(yīng)用。近年來具有大幅降低再生能耗潛力的相變吸收劑受到了廣泛關(guān)注與研究[6-8]。本文分析了傳統(tǒng)化學(xué)溶劑吸收工藝脫除CO2過程的能耗結(jié)構(gòu)，綜述了近年來CO2相變吸收劑的研究現(xiàn)狀，同時對相變吸收劑的研究方向和技術(shù)前景進(jìn)行了展望。

1 傳統(tǒng)化學(xué)溶劑脫除CO2工藝

圖1 有機(jī)胺水溶液脫除CO2工藝流程Fig.1 Process of removal CO2 using aqueous amine-based solution

化學(xué)溶劑吸收法是最常用且較成熟的分離富集CO2的方法，其實(shí)質(zhì)是利用堿性溶液與CO2氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行吸收，通過高溫解吸實(shí)現(xiàn)CO2富集以及溶劑的再生。目前，工業(yè)上常用的化學(xué)吸收劑是有機(jī)胺或醇胺水溶液，典型的吸收劑是單乙醇胺(MEA)[5,9]?；瘜W(xué)溶劑捕集CO2工藝流程如圖1所示?；痣姀S煙道氣經(jīng)過預(yù)處理后進(jìn)入吸收塔底部，吸收劑從塔頂噴淋而下，與煙道氣逆向接觸吸收，吸收溫度約為40 ℃，吸收后的煙道氣從塔頂排出，將CO2富液從吸收塔塔底輸送至解吸塔進(jìn)行高溫(約120 ℃)解吸，脫除CO2后的貧液降溫后被輸送至吸收塔塔頂進(jìn)行循環(huán)使用。在解吸階段，大量汽化水分與CO2一起在解吸塔頂冷凝進(jìn)而分離純化CO2，需要消耗大量的熱量和冷量，再生能耗較高[6,9-10]。目前國內(nèi)外燃煤電廠及大型示范性項(xiàng)目，如中國華能集團(tuán)上海石洞口電廠、加拿大SaskPower BD3、全球最大的美國德克薩斯州WA Parish火電站“Petra Nova”碳捕集項(xiàng)目等，均采用有機(jī)胺法脫除CO2。醇胺溶液脫除CO2工藝再生能耗普遍約為3.7 GJ/t，中國華能集團(tuán)優(yōu)化的捕集CO2工藝可把能量消耗降低到3.4～3.6 GJ/t[5,11]。

通過對吸收劑水溶液負(fù)載CO2后再生能耗(QR)的分析可知，能量主要用于3個方面(見式1)：1)CO2吸收反應(yīng)熱；2)溶液升溫到解吸溫度所需要的顯熱；3)蒸發(fā)大量水分所需要的汽化潛熱，其中50%～70%的能量用于加熱溶液的顯熱和蒸發(fā)水分需要的潛熱。在化學(xué)吸收劑揮發(fā)性較大時，還需考慮再生溫度下蒸發(fā)化學(xué)吸收劑所需要的潛熱。

(1)

目前化學(xué)溶劑脫除CO2工藝中吸收劑的水分含量為60%～70%，解吸塔(溫度120 ℃)水氣分壓較高，汽化水分會消耗大量的熱量，再生能耗高。為了降低碳捕集能耗，研究人員對選擇不同結(jié)構(gòu)的化學(xué)吸收劑來降低吸收熱、提高吸收劑濃度等方法進(jìn)行了大量研究，但其對降低碳捕集的能耗也是相當(dāng)有限的。

2 相變吸收劑CO2捕集及研究現(xiàn)狀

圖2 相變吸收劑脫除CO2工藝流程Fig.2 Process of removal CO2 using phase change absorbents

近年來，相變吸收劑吸收CO2技術(shù)受到了廣大研究者的關(guān)注與青睞。相比于傳統(tǒng)的有機(jī)胺或醇胺水溶液，相變吸收劑的優(yōu)勢在于吸收劑負(fù)載了CO2后可形成明顯特征的兩相，即CO2富相和CO2貧相，因此僅需解吸CO2富相便可實(shí)現(xiàn)溶劑的再生循環(huán)。相變吸收劑捕集CO2工藝流程如圖2所示。氣液逆流吸收，負(fù)載CO2的溶液被輸送至分離器進(jìn)行分離后，僅CO2富相進(jìn)入解吸塔進(jìn)行高溫再生，隨后與CO2貧相混合，循環(huán)使用。該工藝避免了蒸發(fā)大量溶劑，減少了溶液循環(huán)用量以及再生過程中溶劑的汽化量[6-7,12-13]。相變吸收劑主要分為液-固相變和液-液相變2個體系，以下對近幾年國內(nèi)外研究的不同類型的相變吸收劑進(jìn)行分類評述，并對具有代表性的相變吸收劑進(jìn)行簡單介紹。

2.1 液-固相變吸收劑

這類體系常見于均相溶液吸收一定量的CO2后能夠產(chǎn)生固相沉淀，其中固相富集大部分的CO2。研究表明，富含CO2的固相的產(chǎn)生可以增加CO2的負(fù)載容量，加快吸收速率以及降低溶劑循環(huán)量等。目前，液-固相變吸收劑主要包含氨基酸鹽溶液、碳酸鉀溶液、冷氨溶液等水性溶液以及一些基于非水溶劑的胺類溶液，主要特性見表1[14-39]。

表1 液-固相變吸收劑

2.1.1 基于水體系的液-固相變吸收劑

圖3 ?；撬徕洺恋淼腄ECAB Plus過程Fig.3 DECAB Plus based on precipitation potassium taurate

氨基酸鹽綠色無污染，具有和醇胺相同的氨基官能團(tuán)，其反應(yīng)活性以及熱穩(wěn)定性高、難揮發(fā)等優(yōu)點(diǎn)受到了廣大研究者的青眛[14-19]。近年來研究發(fā)現(xiàn)，部分氨基酸鹽溶液吸收CO2后會產(chǎn)生富集CO2的固相沉淀，給氨基酸鹽工藝降低再生能耗研究提供了新思路。WANG等[20]發(fā)現(xiàn)了丙氨酸水溶液吸收CO2后的液固分相現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)約90%的CO2以碳酸氫鹽的形式富集于固相沉淀中，對分離出的固相進(jìn)行解吸循環(huán)，負(fù)載量可達(dá)0.62(mol CO2/mol Ala)。FERNANDEZ[21-24]等提出了4.0 mol/L?；撬徕淃}水溶液的DECAB Plus沉淀工藝，如圖3所示。同時研究發(fā)現(xiàn)，牛磺酸鉀溶液吸收CO2的過程中固相沉淀的產(chǎn)生有利于溶液負(fù)載量的增加，解吸能耗從醇胺溶液(MEA)3.7 GJ/t降低到了2.4 GJ/t。此外，研究表明，高濃度的肌氨酸鉀和脯氨酸鉀水溶液吸收CO2后也存在富集CO2沉淀的現(xiàn)象[25-26]。

碳酸鉀溶液具有低毒、吸收熱低、熱穩(wěn)定性好以及成本低等優(yōu)勢，因而在高溫高壓的吸收體系中得到了長足發(fā)展。近年來，墨爾本大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)致力于將高濃度碳酸鉀體系應(yīng)用于燃燒后CO2捕集的研究，提出了基于碳酸鉀溶液的沉淀工藝——UNO MK3, 該系統(tǒng)的CO2處理量可達(dá)1 t/d。碳酸鉀溶液吸收CO2后經(jīng)過冷卻降溫使碳酸氫鉀沉淀出來，后序再進(jìn)行固液分離，繼而高溫分解碳酸氫鉀釋放出CO2，生成的碳酸鉀循環(huán)使用。UNO MK3工藝減少了再生過程的水分汽化量，再生能耗從無沉淀工藝的3.0 GJ/t降低到約2.5 GJ/t[27-28]。

冷氨水溶液捕集CO2的過程最早由GAL提出。與傳統(tǒng)的吸收劑單乙醇胺(MEA)相比，冷氨水溶液具有難氧化、能量利用率高、吸收熱低以及溶劑損失小等優(yōu)點(diǎn)。冷氨溶液捕集過程與傳統(tǒng)工藝相似，氣液逆流吸收，負(fù)載CO2的低溫(2～10 ℃)氨水溶液在塔底形成沉淀，沉淀富液被輸送至解吸塔高溫(110～150 ℃)解吸[29]。GAZZANI等[30]的研究結(jié)果表明，具有沉淀特性的冷氨水溶液工藝比無沉淀的氨水工藝總能耗降低10%。DARDE等[31]進(jìn)一步研究了冷氨溶液吸收CO2的工藝，結(jié)果表明氨水溶液吸收熱低，解吸塔的熱量需求約2 GJ/t。

2.1.2 基于非水溶劑的液-固相變吸收劑

近年來，研究人員嘗試采用一些非水溶劑來代替水溶液進(jìn)行捕集CO2的研究。利用有機(jī)溶劑代替水溶液具有如下優(yōu)點(diǎn)：1)減少設(shè)備腐蝕性；2)加快反應(yīng)速率，如CO2在乙醇中的溶解度高于水中；3)降低解吸溫度。非水溶劑環(huán)境下反應(yīng)產(chǎn)物以氨基甲酸鹽為主，且氨基甲酸鹽的分解溫度較低。BARZAGLI等[32]研究了NH3在乙醇、1-丙醇和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)等有機(jī)溶劑中吸收CO2的過程，結(jié)果發(fā)現(xiàn)固相中氨基甲酸鹽的含量可達(dá)54%。PERRY等[33]考察了1,3-雙(3-氨基丙基)-1,1,3,3-四硅氧烷(GAP-0)吸收CO2的過程，結(jié)果發(fā)現(xiàn)GAP-0吸收劑負(fù)載CO2后，由一個低黏度的液體變成了富集大量CO2的固體，并且初步工藝模型顯示該工藝把能耗從MEA工藝的30%降低到了18%。RAHMAN等[34]為了實(shí)現(xiàn)捕集CO2的高效性，將醇胺吸收速率快以及室溫離子液體的熱穩(wěn)定性好、沸點(diǎn)高等優(yōu)勢相結(jié)合，探索了二乙醇胺(DEA)和2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP)以室溫離子液體作溶劑的新型相變吸收劑，溶液吸收CO2后生成了易分離的液固兩相。分析表明，沉淀物主要為DEA-氨基甲酸和AMP-氨基甲酸，解吸溫度分別為55 ℃和75 ℃，在降低解吸能耗方面表現(xiàn)出了巨大優(yōu)勢。ZHANG等[35]研究了功能性離子液體[N1111][Gly]和DMEE混合吸收劑，結(jié)果表明上清液以DMEE類為主，固相主要為吸收了CO2的甘氨酸四甲基胺，DMEE的加入降低了吸收劑的黏度，加快了吸收速率并且增大了負(fù)載容量，353 K下的解吸效率高達(dá)97%，具有良好的循環(huán)使用性能。ZHENG等[36]在三乙烯四胺(TETA)-乙醇體系吸收CO2的研究上做了大量工作，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)TETA-乙醇體系吸收CO2后，生成的固相富含了吸收CO2量的81.8%，沉淀物為TETA-氨基甲酸，分解溫度約為90 ℃；同時，TETA-乙醇體系吸收速率是TETA-水體系的2倍以上，但是過程中對于大量溶劑的損失仍需進(jìn)一步加以研究解決。張政[37]進(jìn)行了有機(jī)胺非水體系相變吸收CO2的研究，研究發(fā)現(xiàn)DETA，TETA和TEPA在乙醇、二乙二醇二甲醚、N-甲基吡咯烷酮等有機(jī)溶劑中吸收CO2后均實(shí)現(xiàn)了液固分相，并且吸收速率快、負(fù)載容量大，經(jīng)進(jìn)一步分析固體產(chǎn)物確定為相應(yīng)的氨基甲酸鹽，且固體產(chǎn)物的分解溫度都低于相應(yīng)胺的揮發(fā)溫度，有望達(dá)到降低能耗的目的。針對氨基酸鹽水溶液沉淀體系較窄的操作條件，申淑鋒[38-39]等研究了脯氨酸鉀鹽乙醇溶液吸收CO2的特性，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)脯氨酸鉀乙醇溶液在低CO2分壓、低濃度下可產(chǎn)生液固分相，固相以氨基甲酸和碳酸氫鹽形式富集了約60%的CO2，固相的產(chǎn)生大大增加了溶液的負(fù)載量，并且該吸收劑吸收速率快，具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性。氨基酸鹽溶液環(huán)境友好、穩(wěn)定性高、無毒兼具吸收容量大和吸收速率快等特點(diǎn)，其沉淀體系在降低能耗方面展現(xiàn)了巨大潛力。典型的相變吸收劑液固分離特征見圖4。

圖4 典型的液-固相變吸收劑Fig.4 Typical liquid-solid phase-change absorbents

2.2 液-液相變吸收劑

近年來，液-液相變體系得到大量研究和報(bào)道。溶液吸收CO2后形成兩層特征明顯的液相，其中一相包含吸收產(chǎn)物富集CO2。目前已報(bào)道的液-液相變吸收劑主要包含混合胺、溫控親脂性胺以及DMX-1TM等水體系吸收劑以及少量非水體系的液-液相變吸收劑，各吸收劑的主要特性見表2。

表2 液-液相變吸收劑

2.2.1 基于水體系的液-液相變吸收劑

用混合胺溶液進(jìn)行CO2吸收時，溶液的吸收速率以及循環(huán)負(fù)載量顯著增加。CIFTJA等[40]研究了DEEA-CO2-H2O，MAPA-CO2-H2O和DEEA-MAPA-CO2-H2O混合胺溶液，結(jié)果表明5 mol/L DEEA-2 mol/L MAPA水溶液吸收CO2后形成了2種液相，下相富含MAPA-氨基甲酸及碳酸氫鹽，上相主要為DEEA及少量CO2。PINTO等[41-43]進(jìn)一步研究了該體系的再生能耗，模擬數(shù)據(jù)顯示再生過程中的能量消耗為2.4 GJ/t，低于30% MEA水溶液的3.7 GJ/t。XU等[44]篩選了不同濃度的BDA和DEEA混合吸收性能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)2 mol/L BDA和4 mol/L DEEA混合水溶液循環(huán)負(fù)載量比MEA水溶液高48%，由于BDA與CO2的快速反應(yīng)以及DEEA在反應(yīng)產(chǎn)物中有限的溶解度，溶液形成了液液兩相，上相主要為DEEA，下相以BDA-氨基甲酸和碳酸氫鹽形式富集大部分CO2，進(jìn)一步研究表明在總負(fù)載0.46 mol/mol條件下，下相中BDA，BDA-氨基甲酸和碳酸氫鹽的比例分別為16.8%，55.8%和27.4%。YE等[45]結(jié)合單胺或多胺吸收速率快以及DMCA或DEEA促進(jìn)解吸效率的優(yōu)勢，研究了50種混合胺水溶液30 ℃下的吸收和80 ℃下的解吸行為，篩選出了吸收CO2后具有液液相分離特性的TEEA+DEEA吸收劑，其中5 mol/kg TEEA+DEEA最高負(fù)載容量可達(dá)0.92 mol/mol，循環(huán)負(fù)載提高了40%，吸收熱降低了15%，蒸發(fā)熱降低了30%。LUO等[46]開展了DETA+環(huán)丁砜+水體系捕集CO2的研究，結(jié)果表明吸收CO2后，上相為水相，富含DETA和CO2，下相主要為環(huán)丁砜，同時考察了兩相溶劑的循環(huán)過程，以20%DETA+40%環(huán)丁砜+40%水作為吸收劑，吸收后液液分相，占總量60%的上相(30%DETA+10%環(huán)丁砜+60%水)進(jìn)行解吸，該過程溶液循環(huán)用量可減少40%，循環(huán)負(fù)載比30%的MEA溶液高35%。ZHOU等[47]探索了PMDETA-DETA液液相變?nèi)軇?，結(jié)果表明該吸收劑CO2負(fù)載量高達(dá)0.623 mol/mol，上相主要為PMDETA，下相占總體積的57%，以氨基甲酸以及碳酸氫鹽的形式富含了99.7%的CO2；同時研究結(jié)果還表明在較低的溫度(30～60 ℃)下，相變行為良好。

有機(jī)胺溶液的臨界溶解溫度與其結(jié)構(gòu)中的疏水性烷基和親水性氨基基團(tuán)的水溶性相關(guān)，而基團(tuán)的水溶性作用和溫度也密切相關(guān)?？刂茰囟茸兓?，使基團(tuán)間的自聚集作用增強(qiáng)有利于不同性質(zhì)的兩液相形成溫控相變過程。溫控親脂性胺溶液(TBS)過程的典型溶液是DPA/DMCA水溶液。ZHANG等[48-50]對DPA/DMCA水溶液吸收CO2的過程進(jìn)行了研究，溶劑吸收CO2后升溫形成液液兩相，上層為有機(jī)相，下層為水相，有機(jī)相中主要為胺類，水相中主要為氨基甲酸、碳酸氫鹽以及質(zhì)子化的胺，解吸溫度約80 ℃，解吸能耗可降低到約2.0 GJ/t。汪明喜等[51-52]利用親脂性胺相變促進(jìn)再生以及混合胺原理，開展了以親脂性胺N,N-二甲基環(huán)已胺(DMCA)二仲丁胺(DSBA)為基礎(chǔ)試劑、MCA和PZ為活化劑的混合胺實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，活化后的DMCA和DSBA胺類試劑能夠在80 ℃下進(jìn)行有效再生，且再生過程中相分層行為促進(jìn)了再生的進(jìn)行，同時添加的MCA以及PZ能夠有效地改善吸收液的性能，提高循環(huán)凈負(fù)荷。在與30% MEA對比實(shí)驗(yàn)中，15% DMCA+15% MCA溶液具有與之相當(dāng)?shù)奈账俾?，且循環(huán)凈負(fù)荷高出約1.46倍，具有較大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

2011年，IFP能源信息中心提出了一種基于液-液相變分離的CO2捕集技術(shù)。RAYNAL等[53]研究了1，3-二丙基-甲基黃嘌呤(DMX-1)溶劑，結(jié)果發(fā)現(xiàn)DMX-1溶劑擁有CO2吸收負(fù)載較高、熱穩(wěn)定性高以及兩相分離快等優(yōu)點(diǎn)，產(chǎn)生液液相變后，下相是富集CO2的水相，上相為有機(jī)相，具有液液分離特性的DMX-1吸收體系減少了解吸過程的溶液用量，經(jīng)模擬能量消耗降低到了2.1 GJ/t。典型的液-液相變吸收劑吸收特征見圖5。

圖5 典型的液-液相變吸收劑Fig.5 Typical liquid-liquid phase-change absorbents

2.2.2 基于非水溶劑的液-液相變吸收劑

一些胺在醇類或醚類等非水溶劑中吸收CO2后也可呈現(xiàn)液液兩相分離行為。KIM等[54]考察了醇胺(單乙醇胺MEA、二乙醇胺DEA)在醇類溶劑(1-庚醇、1-辛醇、異辛醇)中吸收CO2的行為，結(jié)果表明負(fù)載CO2后產(chǎn)生液液兩相分離，上相為醇類等非水溶劑，下相為負(fù)載CO2的氨基甲酸和質(zhì)子化的胺，并且DEA的非水溶劑體系CO2負(fù)載量隨胺濃度的增加而增加。BARZAGLI等[55]對胺在非水溶劑中的吸收行為進(jìn)行了篩選，發(fā)現(xiàn)MMEA/DEGDEE，EMEA/DEGDEE，MMEA/DEGDME這3種溶液吸收CO2后具有液液分相特性。經(jīng)過對EMEA/DEGDEE溶液的進(jìn)一步研究，結(jié)果表明上相為DEGDEE有機(jī)相，下相為氨基甲酸和質(zhì)子化的胺，CO2富集在下相，下相解吸溫度為110 ℃；同時EMEA/DEGDEE非水溶劑CO2負(fù)載量為0.52～0.54，吸收效率高達(dá)97.6%；與30% MEA水溶液相比，兩相分離行為減少了溶液解吸用量，在降低能耗方面具有很大潛力。

3 結(jié)論與展望

化學(xué)吸收劑的再生性能是評價(jià)吸收劑的主要指標(biāo)之一。再生能耗高是目前制約有機(jī)胺水溶液捕集CO2大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵問題，如何降低能耗將直接關(guān)系到CCUS技術(shù)的未來走向。盡管CO2相變吸收劑處于試驗(yàn)研究和開發(fā)階段，但利用吸收過程中形成的兩相性質(zhì)不同，特別是CO2在相間分配的差異性，仍有望大幅降低碳捕集能耗，為推進(jìn)低能耗吸收劑的研究提供一種新型的方案和思路。

與現(xiàn)有成熟的醇胺吸收劑工藝相比，液-液或固-液相變吸收劑的優(yōu)勢突出，但要付于實(shí)踐應(yīng)用，今后相變吸收劑的研究仍需要解決或考慮以下問題。

1) 高反應(yīng)活性環(huán)境友好吸收劑的選擇仍是重要指標(biāo)，要構(gòu)建良好相變特性的吸收體系，使吸收相變?nèi)菀?、操作窗口寬，同時保持較高的CO2吸收速率和容量。另外非水相變體系還要考慮溶劑的揮發(fā)性問題。

2) 相比傳統(tǒng)工藝，相變捕集技術(shù)將增加工藝操作步驟(如相分離和CO2富相再生后的混合過程等)，保持工藝的穩(wěn)定性和連續(xù)性問題將更加突出，應(yīng)合理選擇吸收塔和解吸塔的類型，特別是對于固-液相變過程。

3) 充分考慮相變吸收劑處理CO2應(yīng)用領(lǐng)域的差異性，如處理生物氣和燃燒前的合成氣等可采用非水相變體系；但對于燃煤電廠燃燒后煙氣水含量較多時，則要考慮使用非水相變體系的可行性，或水含量對吸收相變過程的影響等因素。

在降低再生能耗方面，除了采用相變吸收技術(shù)，一些新型吸收劑和再生技術(shù)在未來研究中也應(yīng)該給予重視。對于功能化離子液體、溶劑核-高滲透性能殼結(jié)構(gòu)的微膠囊溶劑、極性擺動輔助功能溶劑等研究不僅要著眼于溶劑體系組成的優(yōu)化，同時要考慮如何克服或降低這些體系在實(shí)際應(yīng)用中面臨的缺點(diǎn)或不利因素，如黏度高、溶劑成本高和雜質(zhì)對微膠囊殼孔堵塞等。催化技術(shù)的應(yīng)用，特別是耐熱酶、固體酸等催化劑在提高再生速率的同時還可以降低再生活化能、再生溫度等，也是化學(xué)溶劑法碳捕集工藝的重要技術(shù)方向。

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Research progress in carbon dioxide capture using phase-change absorbents

BIAN Yangyang, SHEN Shufeng

(School of Chemical and Pharmaceutical Engineering, Hebei University of Science and Technology, Shijiazhuang, Hebei 050018, China)

The emission of CO2gas by human industrial activity is the main factor that contributes to global warming, while the CO2capture, storage and utilization (CCUS) are the most effective technical direction to achieve carbon reduction and fight against global warming. In commonly used CO2capture technologies, the main technical difficulty in the use of aqueous solutions of organic amine absorbent for CO2capture is that the renewable energy consumption is high. How to reduce the energy consumption has the direct bearing on the CCUS technology's future development. Phase-change absorbents have excellent absorption characteristics in absorbing CO2, and can be separated into liquid-liquid or liquid-solid two-phase. One of the two-phase is enriched by CO2, which presents a significant advantage in reducing energy consumption. Through analysis of the structure of energy consumption of CO2removal process using the traditional organic amine solutions, the research status of CO2phase change absorption system on carbon capture is reviewed. The phase transformation research trends and development prospects of the absorbents are provided, which is to explore the phase transformation mechanism of phase change absorbents, and to solve the problems of the composition and process stability; to research catalytic regenerative technologies of new type absorbents, heat resistant enzyme and solid acid such as microcapsules and polar oscillations.

absorption; carbon dioxide; phase-change absorbent; CO2capture; heat duty for regeneration

TQ028.1

A

2017-06-02；

2017-07-19；責(zé)任編輯：張士瑩

河北省自然科學(xué)基金(B2015208067)；河北省高等學(xué)校科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目(QN2015070)

邊陽陽(1992—)，男，河北衡水人，碩士研究生，主要從事燃煤煙氣CO2捕集方面的研究。

申淑鋒教授。E-mail: sfshen@hebust.edu.cn

邊陽陽，申淑鋒.相變吸收劑捕集二氧化碳的研究進(jìn)展 [J].河北科技大學(xué)學(xué)報(bào),2017,38(5):460-468.

BIAN Yangyang, SHEN Shufeng.Research progress in carbon dioxide capture using phase-change absorbents[J].Journal of Hebei University of Science and Technology,2017,38(5):460-468.