MDEA/正丁醇/水相变吸收剂的CO2吸收性能及动力学特性

N-甲基二乙醇胺(MDEA)/正丁醇/水相变吸收剂具有良好的相分离性能，具有大幅降低再生能耗的潜力。由于正丁醇取代了相变吸收剂中的部分水，且相变吸收剂在吸收过程中会发生分相，会对溶液的CO₂吸收性能和反应机理造成一定影响，且贫、富相间物质的转移也会对其动力学性能产生一定的影响。为此，研究了MDEA/正丁醇/水相变吸收剂的吸收性能，并通过¹³C NMR表征测试了不同CO₂负荷下溶液的物质组成，分析了MDEA/正丁醇/水相变吸收剂的传质-反应机理，在此基础上探究了其动力学特性。结果表明，溶液中正丁醇的加入，提高了溶液前9 min的初始CO₂吸收速率，随着正丁醇含量的升高，溶液的CO₂吸收速率出现先增高后降低的趋势，CO₂吸收负荷逐渐降低。物理溶剂正丁醇不参与反应，相变吸收剂中MDEA与CO₂的反应遵循碱催化水和反应机理；分相后贫相溶液主要为MDEA、正丁醇和水，富相溶液主要为MDEA与CO₂的反应产物。在CO     

适用于烟气CO2捕集的相变吸收剂研究进展

有机胺化学吸收法具有CO₂脱除率高、选择性好等优点，成为当前应用最为广泛的碳捕集技术。然而传统有机胺化学吸收法也存在再生能耗高、吸收性能不足等问题，因此再生能耗低、吸收性能良好的碳捕集技术的开发成为国内外研究关注的热点。相变吸收剂具有吸收CO₂后可相变分层的特性，相变吸收剂通过减少吸收液再生体积达到降低能耗的目的，成为新一代有机胺化学吸收体系研究的核心。介绍了传统相变吸收剂(液固相变吸收剂与液液相变吸收剂)和新型相变吸收剂(离子液体相变吸收剂与纳米流体相变吸收剂)的研究进展。通过对比分析发现，相较于单乙醇胺溶液，相变吸收剂体系的CO₂吸收容量和循环容量有较大提高，并且再生能耗更低。通过对研究进展的深入分析，指出了相变吸收剂未来的重点研究方向。     

FCC再生烟气胺液吸收法CO2捕集技术研究

介绍了流化催化裂化(FCC)再生烟气特点以及超重力技术对胺液吸收法CO₂脱除率的影响。与其他有机胺液吸收剂相比，N-甲基二乙醇胺(MDEA)实际应用较多，选择MDEA法所得到的CO₂脱除率等相关数据更具有代表性。对MDEA法的模拟计算结果显示：MDEA法CO₂脱除率约为70.45%;引进超重力技术后，在不同的CO₂初始浓度下CO₂脱除率均可达到90%;随着离心加速度的提高，CO₂脱除率在达到峰值后基本保持不变。对FCC再生烟气胺液吸收法碳捕集技术发展方向进行了展望。     

水对无水相变吸收剂捕集CO2性能的影响

二氧化碳(CO₂)化学吸收法成熟度高,是有效的工业碳捕集技术。无水相变吸收剂具有高吸收速率和低解吸能耗。然而,在工业CO₂吸收过程中,气源中的水会被无水相变吸收剂吸收,影响后续的吸收效果。研究了典型的无水混合胺相变吸收剂(二甘醇胺-五甲基二乙烯三胺-乙二醇,P-T-EG)捕集模拟含水烟气CO₂过程中的性能变化;探讨了水分的引入对富相比(体积比)、CO₂负载量,以及分相后贫相和富相水分含量(质量分数,下同)的影响。结果表明,水分的引入有利于降低富相黏度,增大富相比;随着循环次数的增加,富相比增大,贫相水分含量比富相低;水分的引入对解吸平衡的影响微弱。使用Aspen Plus,计算了不同水分含量P-T-EG吸收富相的解吸过程,发现解吸塔再沸器温度100℃、冷凝温度35℃时,P-T-EG+10%H₂O(10%为水分含量)可以达到吸收水分和解吸水分进出平衡,此时解吸塔中胺的质量损失为1.05×10^-10(质量比)。     

天然气胺法脱碳吸收反应热实验研究

采用自主设计的绝热反应量热仪测定了N-甲基二乙醇胺(MDEA)、哌嗪(PZ)以及2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP)在不同条件下吸收CO₂的反应热,考察了CO₂负载量、总胺质量分数、温度、压力及混合溶液的配比等对吸收反应热的影响。结果表明：MDEA溶液的反应热明显低于PZ和AMP,其反应热范围为50～55 kJ/(mol CO₂),而PZ和AMP的反应热范围为65～70 kJ/(mol CO₂);各影响因素对反应热变化规律影响程度不同,其中醇胺种类影响最大,其次为CO₂负载量。在MDEA溶液中添加PZ或AMP构成的二元复配胺液,其反应热相比于MDEA溶液分别提高了5～10、10～12 kJ/(mol CO₂)。在二元复配胺液38%MDEA+2%PZ基础上,分别加入AMP、乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)以及三乙胺(TEA)构成的三元复配胺液中,加入MEA和DEA后反应热升高较为明显,分别达到了78和73 kJ/(mol CO₂)...     

填料塔中混合胺钛基纳米流体对高浓度CO2的捕集试验研究

模拟了石油化工废气排放过程中高浓度CO₂(50%，体积分数)尾气处理场景。对伯胺和叔胺溶液进行复配，建立了兼具快速反应性能和高吸收容量的混合胺钛基纳米流体。自主设计并搭建10 t/a规模填料塔CO₂吸收-解吸循环试验系统，考察了纳米流体吸收剂在填料塔中的CO₂吸收-解吸综合强化机制。研究发现，相较混合胺而言，纳米流体吸收剂最大可提升40%的吸收-解吸循环容量。提高贫液中的CO₂负载会削弱纳米颗粒对吸收剂捕集CO₂性能的促进作用。当CO₂负载达到0.4 mol/mol(1 mol胺负载0.4 mol CO₂)时，纳米流体吸收剂的体积总传质系数和混合胺吸收剂基本一致。体系中纳米颗粒之间的相互作用增强，使液相内部形成微对流，可提升捕集体系的CO₂吸收性能。但当纳米颗粒质量分数超过0.12%时，液相中的微对流和固体穿梭效应会因粒子团聚而削弱。因此，需要在循环过程中采取有效措施对团聚的纳米颗粒进行分散。如何通过耦合外部扰动...     

低共熔溶剂用于CO2捕集的研究进展

低共熔溶剂(DESs)具有原料廉价易得、化学稳定性好、可设计、合成工艺简单、可循环使用和绿色环保等优点,在CO₂捕集领域受到广泛关注。重点综述了近年来DESs用于CO₂捕集的研究进展,总结了DESs捕集CO₂的能力,分析了DESs捕集CO₂的影响因素和DESs的循环使用性能,归纳了DESs捕集CO₂的机理(包括物理吸收、化学吸收和物理化学协同吸收),并总结了CO₂在DESs中的溶解度计算模型。分析发现,DESs捕集CO₂的影响因素中,温度、压力和水含量(质量分数)均对CO₂的捕集有影响,且DESs的结构是重要的影响因素;大部分DESs可循环使用;CO₂在DESs中溶解度计算模型的建立有效推动了DESs捕集CO₂的进一步发展。最后,指出了DESs捕集分离CO₂所面临的主要问题并对进一步的研究工作进行了分析讨论。     

哌嗪类有机胺溶液捕集CO2性能研究

目的 开发合适的有机胺脱碳溶液。方法 分别以PZ、1MPZ、HEP和AEP为吸收剂,考查了哌嗪类有机胺溶液的CO₂吸收/解吸性能。结果 PZ溶液和AEP溶液的CO₂吸收性能明显优于1MPZ溶液和HEP溶液,但二者的解吸率相对较低,不利于有机胺溶液的循环使用。1MPZ溶液解吸率虽大于85.00%,但其易挥发性导致CO₂循环吸收容量大幅降低,从而使其工业应用受限。而HEP溶液的解吸率约90.00%,且经4次循环吸收/解吸实验后,其CO₂吸收容量和解吸率变化幅度低于1%。结论 HEP溶液性能稳定,更适用于工业CO₂捕集过程,具有良好的应用前景。     

填料塔中有机胺溶液脱除CO2性能研究

在鲍尔环填料塔中，以有机胺溶液为吸收剂，脱除模拟烟气中的CO₂。考察了有机胺溶液质量分数、溶液pH、烟气流量、溶液喷淋量、入口CO₂体积分数、液气比、吸收温度及填料层高度等关键参数对CO₂脱除率的影响。结果表明，CO₂脱除率随有机胺溶液质量分数、溶液pH、溶液喷淋量、液气比及填料层高度的增加而增大，随烟气流量和入口CO₂体积分数的增大而减小，随吸收温度的升高先增大后减小。在有机胺溶液质量分数为20%，溶液pH为11.0，烟气流量为2.5 m³/h，溶液喷淋量为9 L/h，入口CO₂体积分数为8%，液气比为3.6～4.8 L/m³，吸收温度为30℃，填料高度为1.70 m的条件下，CO₂脱除率超过90%。本研究成果可为有机胺溶液脱除CO₂的工业应用提供数据支撑。     

二氧化碳捕集技术研究进展及其在驱油中的应用

控制二氧化碳(CO₂)排放对保护环境至关重要。综述了目前主流的CO₂捕集技术,包括吸收法和吸附法。介绍了膜分离、离子液体和超重力等化工过程强化技术分别结合吸收法和吸附法在CO₂捕集中的研究进展。CO₂驱油(CO₂-EOR)是CO₂捕集后重要的封存及利用方式,介绍了化学吸收法CO₂捕集应用于CO₂-EOR项目的典型案例。指出需要进一步降低目前CO₂捕集技术的能耗和成本、提高CO₂-EOR注入气源的质量和纯度,并对未来CO₂捕集、利用和封存技术的发展进行了展望。     

MEA二元复合胺溶液对CO2吸收的研究进展

全球温室效应日益加剧,CO₂减排刻不容缓,乙醇胺(MEA)法作为目前工业上应用最广泛、技术最成熟的烟气CO₂吸收方法,具有吸收速率快、成本低的优点,但是其能耗大、吸收量小和易损耗的缺点也很明显。针对目前常见的MEA二元复合胺溶液展开对比分析,阐述了MEA二元复合胺溶液的研究进展,总结了MEA吸收溶液中加入其他醇胺溶液形成二元复合胺溶液后在吸收速率、吸收量和再生能耗等方面对CO₂吸收效果不同程度的改善情况。基于总结与分析,提出了吸收剂开发需要从吸收机理、溶解度、吸收负荷、解吸速率、解吸操作条件以及再生能耗等方面进行综合比选的思路,可为新型吸收剂的开发提供一定的指导。     

国内大规模MDEA脱碳技术在中海油成功应用——以中海油东方天然气处理厂为例

中国海洋石油总公司（以下简称中海油）近年来为开发在南中国海发现的一批高含CO₂的天然气田,通过与国内相关单位联合攻关并消化吸收国外MDEA溶液脱除CO₂技术,依靠自身及国内力量,在海南省东方市建成了国内大规模的MDEA脱除CO₂装置。具有MDEA贫液、半贫液二段吸收,减压、汽提二次解吸再生特点的CO₂脱除工艺流程不仅降低了装置投资,而且具有高CO₂净化度、低能耗和溶剂损失少等优势,该装置年平均稳定完好运行达350天,净化气质CO₂含量小于1.5%,完全满足下游用户对气质的要求。经多年实际运行证明,该技术应用于大规模CO₂脱除装置是合理和可行的,近年来在中海油已得到广泛应用。     

CO2泡沫压裂井筒气-液-固三相流动模型

CO₂泡沫压裂技术具有低伤害、易返排、节约水资源等优点,已被广泛应用于非常规油气开采,但目前CO₂泡沫压裂液井筒流动模型大多只考虑气、液两相,忽略了支撑剂固相对CO₂泡沫压裂液流动性的影响。通过体积平均法将支撑剂固相与CO₂泡沫耦合建立气-液-固三相CO₂泡沫压裂液井筒流动计算模型,并与现场压裂井实测温度数据对比,温度平均误差仅为2.7%,验证了模型的正确性。实例计算表明:支撑剂固相会使CO₂泡沫压裂液井筒压力升高,井筒内温度和压力随支撑剂体积浓度的增加而增大,体积分数从0增加到0.3,井底压力增大9.0 MPa;泡沫质量增加会明显增大井筒内CO₂泡沫压裂液温度;增大质量流量会导致温度和压力降低,质量流量增加10 kg/s,井底压力降低5 MPa、温度降低0.4℃。研究成果可以实现CO₂泡沫压裂井筒气-液-固三相流动温度和压力等参数耦合计算。     

催化裂化再生器二氧化碳原位富集工艺研究

催化裂化装置的碳排放占炼油厂全部碳排放的30%～50%,再生烟气作为二氧化碳(CO₂)的主要来源,具有烟气流量大、CO₂浓度低的特点,导致传统的再生燃烧后捕集工艺操作成本高。为高效低成本捕集CO₂,结合再生烟气处理流程特点,提出了再生器CO₂原位富集工艺。采用计算流体力学模拟和流程模拟对该工艺的可行性进行了详细分析,并讨论了新工艺对原有设备的潜在影响。研究结果表明,CO₂原位富集工艺可以保证再生器内气固两相的正常流化,并将再生烟气中CO₂体积分数富集到85%以上,理论干烟气CO₂体积分数可达到93%以上。再生烟气组分浓度的改变对后续余热锅炉、烟机、省煤器、脱硫脱硝塔等关键设备影响较小,无需更换现有设备。该研究将为再生烟气CO₂富集和捕集提供新的工艺思路。     

超临界CO2管道输送流动保障分析要点探讨

近年来,随着碳捕集与封存的需求不断提高,CO₂管道成为关键支撑,大规模发展趋势明显。CO₂管道可采用气相、超临界相或密相输送的方式。相比气相输送,长距离CO₂管道采用超临界输送模式具有更好的经济性。与常规油品输送相比,超临界CO₂在输送过程中存在水击超压、热膨胀超压、降压相变、相变低温等问题,受超临界CO₂物性特点、输送工艺等影响,超临界CO₂流动保障值得系统性探讨。基于超临界CO₂输送工艺与运行特点,识别了超临界CO₂管道输送流动保障分析要点,探讨了超临界CO₂与常规油品的水击超压、热膨胀超压问题,具体开展了超临界CO₂计划性放空管体相态与温度分布研究。研究表明：超临界CO₂管道水击超压影响相对较小,但存在水击点下游降压相变风险;超临界CO₂管道停输后存在热膨胀超压风险;受地形影响,超临界CO₂管道计划...     

PZ活化MDEA乙烷深度脱碳工艺研究

目的 解决醇胺法乙烷脱碳工艺造成的乙烷损失量较大和装置能耗较高等问题。方法 用Aspen HYSYS软件对某乙烷回收流程的粗乙烷产品进行胺法脱碳模拟,在控制乙烷损失物质的量比小于0.3%的情况下对胺液中的PZ和MDEA质量分数进行了优选,同时对乙烷脱碳流程进行能耗优化。结果 与天然气脱碳工艺不同,乙烷脱碳工艺的MDEA质量分数太高会损失大量乙烷。在达到脱碳效果的前提下,较低的MDEA质量分数可避免损失大量乙烷,最佳MDEA质量分数为20%～28%。在此MDEA质量分数的条件下,可保证乙烷损失比仅为0.3%,往胺液中加入少量哌嗪(PZ)就可显著提高胺液对CO₂的吸收效果,最佳PZ质量分数为2.5%～5.5%。乙烷脱碳装置的主要能耗为胺液再生能耗,优化后装置的总能耗显著降低。结论 在工业条件下,应用较低质量分数的胺液可显著降低乙烷损失,可合理提高富胺液入再生塔温度或适当降低脱碳溶液循环量,以降低装置能耗。     

超临界CO2中烷基聚醚的溶解规律研究

通过浊点压力实验考察了温度、聚合度、烷基链长度以及烷基聚醚含量对烷基聚醚在超临界CO₂中溶解度的影响，采用分子动力学模拟计算分析了烷基聚醚分子间相互作用、烷基聚醚和CO₂之间的相互作用，并探索了烷基聚醚与CO₂的微观相溶规律。实验结果表明，温度升高，烷基聚醚在超临界CO₂中的溶解度减小，烷基聚醚与CO₂之间的亲和性降低；在分子中引入聚氧丙烯基团有利于提高烷基聚醚在超临界CO₂中的溶解度，但存在最佳聚合度范围。十二烷基聚氧丙烯醚比十二烷基聚氧乙烯醚的溶解度参数小，分子间相互作用更弱，且在超临界CO₂中更分散，与CO₂的相互作用能更大，使其与CO₂亲和性更强，浊点压力更低，溶解度更好。     

CO2分离捕集技术的现状与进展

捕集来自煤、石油、天然气及其他燃料燃烧而产生的CO₂,用于提高油田采收率的方法（EOR）,既可以缓解资源短缺问题,同时可以缓解由温室效应引起的环境问题。为此,比较了吸附法、胺吸收法、离子液吸收法、CO₂水合物分离法、膜分离法和膜基吸收法等CO₂捕集方法,认为膜基吸收法由于其可操作性强、工业放大性好、吸收液再生循环效率高等优点,将是未来CO₂捕集的主要方法。同时指出应借鉴国外发展经验,进行自主技术创新,研究CO₂分离、富集、输送过程的技术难题,进一步克服技术障碍、降低CO₂捕集成本,尽早实现CO₂分离捕集的工业化,逐步建立适合中国国情的碳捕集技术体系。     

气藏中CO2封存过程气水互溶特性实验研究

利用PVT装置开展了不同CO₂ 含量下CO₂ —烃—水体系在不同条件下气水互溶特性实验,研究气藏注CO₂ 封存过程中CO₂ —烃—水体系互溶规律。结果表明,相同温度压力下,随CO₂ 的不断注入,气相中CO₂ 含量和水蒸汽含量不断增加,液相中CO₂  在水中的溶解度越大,CH₄ 溶解度越小,地层条件下CO 含量为68％物质的量的气样比CO₂ 含量为23％物质的量的气样的CO₂ 溶解度增加1.116％物质的量,而CH₄ 的溶解度减小0.13％ 物质的量。CO₂ 和CH₄ 在水中的溶解度均随压力升高而增大,随温度升高而减小;在CO₂  临界点附近,CO₂ 在水中的溶解度变化显著,40℃下CO₂ 含量为23％物质的量的气样的CO₂ 溶解度6～9MPa增加了0．138％ 物质的量,而9—12 MPa仅增加0.092％ 物质的量,且压力越大增加量越小。高温低压时受水蒸发作用影响,气相中CO₂  及CH₄ 含量随温度升高急剧降低,随压力升高缓慢上升,当压力高18MPa后,气相中CO₂及CH₄ 含量基本保持不变。     

基于VOF方法的超临界二氧化碳——水两相流动孔隙尺度数值模拟

二氧化碳(CO₂)捕集与封存技术有利于减少CO₂的排放量，近年来针对CO₂地质封存形成了从纳米尺度到油气藏尺度的大量研究成果，大多数研究只针对单一维度多孔介质中流动行为开展研究，且物理实验方法受许多不确定性因素影响，十分耗费时间和成本。为了从微观角度深入理解CO₂地质封存过程中的渗流行为，提高CO₂地质埋存量，基于追踪两相界面动态变化的VOF(Volume of Fluid)方法，分别建立了2D和3D模型，开展了超临界CO₂-水两相流动数值模拟研究，对比了不同润湿性、毛细管数、黏度比条件下的CO₂团簇分布特征、CO₂饱和度变化规律，揭示了孔隙尺度CO₂埋存的内在机理。研究结果表明：①随着岩石对CO₂润湿性增加，CO₂波及范围扩大，同时CO₂团簇的卡断频率减少，CO₂埋存量增加；②随着毛细管数的增加，驱替模...