1、 华中农业大学本科毕业论文（或设计）外文翻译 1 通过加酸来降低富 CO2 溶液的 CO2 再生能量需求 原文来源 ： Bo Feng， * Min Du， Timothy James Dennis， Kim Anthony， and Marc Jarrod Perumal Energy Fuels 2010, 24, 213219 : DOI:10.1021/ef900564x 摘 要 ： 本研究通过实验调查了富 CO2 吸收剂溶液中添加弱酸后对 CO2 再生能量需求的影响。用于商业吸收 CO2 的乙醇胺（ MEA）吸收剂被用于吸收不同量的 CO2，从而形成不同 CO2 负荷的富 CO2 溶
2、液 。随后，辛二酸、邻苯二甲酸和草酸等弱酸加入到溶剂中来研究酸的量对 CO2 释放率的影响。结果发现，当其他再生条件保持不变时，加入弱酸能使 CO2 更快更多的释放。 CO2的释放量与酸的加入量成正比。加酸具有降低吸收剂 CO2 再生能耗的潜力。 1.引言 现有的 CO2 捕获方法可以分成三类：预燃 前分离、燃烧后分离 和 富 氧燃烧，这些方法还处于不同的发展阶段 。 截至目前为止，商业化可行的唯一科技方法就是归于 燃烧后一类 的溶剂科学法。溶剂科学法，已经进行了广泛的调查，简而言之， CO2最先被捕捉到一个装有物理或化学溶剂的吸 收器（ 40-60 ）里；紧接着，在 100-150时，饱和
3、CO2 溶剂被抽到吸收塔中 解吸 CO2 并再生溶剂，新鲜的溶剂然后被送回吸收塔中循环利用 （详见图 1） 。尽管这 是 一项成熟的技术，但是溶剂科学法面临 着 3种主要的限制性问题。 1.1 吸收剂降解 在溶剂吸收系统的操作中一个严重的现实问题是溶剂由于 降解 而减少。有氨基的溶剂化以三种典型的方式出现。烟道中气流一般含有 5-10%的 O2，这诱发了溶剂和 O2 之间的一系列的氧化反应，导致一些不必要的产物的生成。氧化 降解 发生在金属离子如铁或铜离子的出现的情况下。这些金属离子对反应 过程起催化的作用，溶剂的氧化反应产生有机酸和 NH3， 在吸收器底部的吸收剂富液中该反应剧烈 。另一种溶
4、剂 降解 的方式是由于 CO2 分子和溶剂中的氨基甲酸聚酯发生反应造成的。最后一种是由于热量损失造成当温度远高于 200 时化学成分的改变而造成。 1.2 腐蚀 常见的溶剂吸收系统被包含在碳化钢的容器中，这很容易导致 容器被 腐蚀。钢中铁发生标准氧化会使材料表面磨损，从而发生腐蚀。腐蚀的发生很普遍，然而腐蚀的速率会随着浓度、酸性气体的高密度、高的操作温度和高的 PH 值而增加。研究表明，不是胺卤氮化合物而是其 本身 释放的 其他 自由酸性 增加了腐蚀的速率。 1.3 高的再生能源 华中农业大学本科毕业论文（或设计）外文翻译 2 一些限制过程和操作的因素阻碍了化学吸收过程 的效率 ，主要的限制性
5、因素是需要用一种高反应热的溶剂来抽出烟道气流中较低浓度的 CO2。这种方法不可避免的负面就是操作中需要花费巨大的成本将相同数量的能量送回再生系统中。再生系统所需能量远超过总操作 花 费的 70-80%，只要可能，大量的低放热通过再生蒸汽循环用于这一系统，余下的能量用于热量转换。这个过程的实际操作常常受制于能够很容易提供数以体积计的低级热量的设备，如电力车间。对于 广泛使用 化学吸收法捕获 CO2 而来说，高的再生能源需求和 高的相关操作成本是唯一最大的障碍。 为研究上述限制性因素，一些工作为此展开，如为减少 降解 和腐蚀的一些新方法正在探索中。 PH 值不定值法，这种新方法已被提议到减少再生能
6、源的需求中。这项工作需要估计 PH 不定值法在节省能源的效用。 与普通方法相比， PH 不定值过程中主要特征就是为减少能源需求而增加 PH 控制媒介 ， 或加酸到系统中以降低在身的溶剂 PH 值。一体化的 PH 不定值过程对于普通溶剂的吸收系统 （如图 1 所示） 包含了增加 PH 控制媒介到饱和 CO2 溶剂，两者混合后在再生吸收系统底部 优先 发生转变。我们所期望的的 PH 控制媒介会随着 温度的升高而不断溶解直至热能转化贯穿整个吸收系统中。降低温度和溶度 会使 PH控制媒介消除，但会造成其在返回吸收器之前在溶剂表面结晶。通过降低 PH 来再生 CO2 捕获溶剂，从而减少能源需 求的思想是
7、一个相当新的理论。因为在之前的研究中没有特别的可利用 信息。现有的 PH 不定值研究状况下 最具相关性的链接就是用柠檬酸钠盐从气流中抽出 SO2 和 CO2 的方式。 图 1 常规吸收剂吸收系统中的变 pH 工艺 柠檬酸钠盐的工作过程就像一个普通的系统中具有选择 性 吸收 SO2 的 替换烟道 ，气体 与似水的溶剂接触，是水蒸气再生溶剂并释放 SO2 产生的 能量 。 SO2 从蒸汽中抽出并和冷凝的水蒸气分离得到准备储存的纯 SO2，这个过程对工业烟道脱硫提供了许多有利条件，这在减少 SO2 形成酸雨中是一项重要的环保要求。柠檬酸钠盐的工作过程提供一些有利体积，包括一个高的气体饱和体积和低的溶
8、剂氧化损失，然而这些属性被需要用来产生蒸汽的 高的能量需求所阻碍，大量能量需求使之成为 华中农业大学本科毕业论文（或设计）外文翻译 3 在柠檬酸钠盐法中的一项 消耗。 柠檬酸钠盐工作过程能够通过引进乙二酸到系统中而大大减少能量的消耗。 与乙酸钠操作过程一样，但是增加了 己二酸 到 富 SO2 溶液再生 蒸汽。除了柠檬酸钠盐的工作进程本身含有的优点外，溶 液中 PH 的降低造成在蒸汽再生需求能量中不小的节省。 己二酸 的低成本和从减少的蒸汽需求中节省能量实际意味着这种更改具有经济效益。 显然，为评估 PH 不定值法对 CO2 捕获的可能性，需要解决下面的问题 ： 是不是任何一中酸都能减少能源再生
9、？ 这些酸能不能回收？ 溶液中残留的酸会不会极大的影响吸收效率？ 作为 PH 不定值法的第一步，这项研究 试图 回答第一个问题，即我们是否能找到能够减少 CO2 再生能源需求的酸，一些弱酸被挑选出来实验普通的 CO2 溶剂对再生能源需求的影响。 2.实验部分 实验步骤如下：首先需要准备 不同浓度 具有代表 性的溶剂，其次这些溶剂易于吸收 CO2，然后 ， 把 一些酸加入溶剂中得到溶剂 解吸 CO2 所需消耗的能量值与不加任何酸的情况经行比较。 2.1 溶剂选择 订购的商业性可利用的化学溶剂是烷醇类物质： MEA， DEA 和 MDEA。在美国 3 大电站和 6 个其他重工业区现有的溶剂吸收设备
10、都将 MEA 作为化学溶剂。很显然， MEA 是工业标准，并且是作为实验的最合适溶剂。有很多研究作品对 MEA和其他溶剂相比之下的特性做了描述，因此将 MEA 作为本次实验的溶剂。 MEA 作为一种 适合 溶剂被使用也 是 因为它的高吸收效果和高再生能源需求。这些特性考虑到了最 有效吸收并且用于 节省 再生能源的 需求 。 2.2 PH 控制媒介 这项实验中被挑选出来的弱酸是 辛二酸 、 邻苯二甲酸 和 草酸 。挑选的标准是基于 己二酸 的性质，尤其是管饭的 PH 缓冲能力、高溶度和经济成本。选择这三种酸的是因为他们在化学结构上和 己二酸 相似。 二羧基酸的基本结构是 HOOC-R-COOH，
11、其中 R 包含一个不同长度的烃链 ， 在溶剂中酸成为羧基离子团而不是最终以分子的形式存在。 这个过程为 HOOC-R-COOHHOOC -R-COO-+H+，第二个所集团离子的出现不及第一个容易。对于 PH 浮动过程陡峭的溶度曲线是一个关键需 求，以至于温度降低 时酸能够有效结晶。在溶剂吸收过程中通过操作温度能够到这三种酸的 理论溶度。在高温下这些酸会溶解 在更多 溶液中。然而 会 随 着温度的降低溶解 度陡降，所以在低温时酸会溶解得少些并 析出 成为晶体。 站在商业化角度下的最后一个标准是价格和酸的可用性，这三种酸相对来说并不贵并且可以 少量 订购使用，但是大量使用的详细成本分析还需确认一个工业区的经济实力。 2.3 吸收阶段
