甲基二乙醇胺-二元胺混合体系烟气CO2吸收再生性能研究

doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.23108

发电技术 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (3): 468-477.DOI: 10.12096/j.2096-4528.pgt.23108

甲基二乙醇胺-二元胺混合体系烟气CO₂吸收再生性能研究

孙宇航¹, 李超¹, 王争荣², 孙路长², 王凯亮², 胡昔鸣³, 方梦祥¹, 张锋⁴

^1.能源高效清洁利用全国重点实验室(浙江大学), 浙江省杭州市 310027
^2.中国华电科工集团有限公司, 北京市丰台区 100160
^3.浙江大学青山湖能源研究基地, 浙江省杭州市 311300
^4.国网浙江省电力有限公司建设分公司, 浙江省杭州市 310008

收稿日期:2023-11-07 修回日期:2023-12-15 出版日期:2024-06-30 发布日期:2024-07-01
通讯作者: 方梦祥
作者简介:孙宇航(1998)，男，硕士研究生，主要从事碳捕集化学吸收剂配方研究，syh19981203@163.com；
王争荣(1984)，男，硕士，高级工程师，主要从事燃煤电厂节能减排、碳捕集与利用技术等研究，wangzr@chec.com.cn；
方梦祥(1965)，男，博士，教授，主要从事煤和生物质流化床热解、气化、燃烧，CO2化学吸收技术等研究，本文通信作者，mxfang@zju.edu.cn。
基金资助:
浙江省尖兵计划项目(2022C03040);中国华电集团公司“揭榜挂帅”项目(CHDKJ21-01-109);中央高校基本科研业务费专项资金(2022ZFJH004)

Study on CO₂ Absorption and Regeneration Property of Flue Gas From Methyldiethanolamine-Amine Mixture System

Yuhang SUN¹, Chao LI¹, Zhengrong WANG², Luchang SUN², Kailiang WANG², Ximing HU³, Mengxiang FANG¹, Feng ZHANG⁴

^1.National Key Laboratory of Energy Efficiency and Clean Utilization (Zhejiang University), Hangzhou 310027, Zhejiang Province, China
^2.China Huadian Engineering Co. , Ltd. , Fengtai District, Beijing 100160, China
^3.Qingshan Lake Energy Research Base, Zhejiang University, Hangzhou 311300, Zhejiang Province, China
^4.State Grid Zhejiang Electric Power Co. , Ltd. Construction Branch, Hangzhou 310008, Zhejiang Province, China

Received:2023-11-07 Revised:2023-12-15 Published:2024-06-30 Online:2024-07-01
Contact: Mengxiang FANG
Supported by:
Zhejiang Province Spearhead Plan Project(2022C03040);China Huadian Group Co., Ltd. “Reveal The List” System Project(CHDKJ21-01-109);Special Funds for Basic Scientific Research Operations of Central Universities(2022ZFJH004)

摘要/Abstract

摘要：

目的研究甲基二乙醇胺(MDEA)与不同二元胺混合后配方的吸收再生性能。方法在体积分数12%的CO₂和88%的N₂模拟烟气环境下，以MDEA为主剂，分别添加乙二胺(EDA)、1,3-丙二胺(DAP)、3-甲氨基丙胺(MAPA)、羟乙基乙二胺(AEEA)、N,N-二甲基乙二胺(DMEDA)和N,N-二甲基-1,3-丙二胺(DMPDA)作为活化剂。在总胺质量分数为40%的条件下，以主剂与活化剂的质量比1∶1、2∶1、3∶1配置化学吸收剂。通过比较鼓泡吸收和油浴再生实验，得到不同吸收剂的吸收速率、再生速率和循环容量，筛选出性能优良的吸收剂配方。结果 MDEA-EDA体系在MDEA与EDA的质量比1∶1时吸收性能最佳；MDEA-DMEDA体系在MDEA与DMEDA的质量比2∶1时再生性能最佳，循环容量达到1.7 mol/kg；MDEA-AEEA体系在MDEA与AEEA的质量比1∶1时整体性能达到最优，循环容量可以达到1.49 mol/kg。结论研究结果可为工业上混合胺液的配方优选提供理论依据。

关键词: 碳捕集、利用与封存(CCUS), 吸收性能, 再生性能, 甲基二乙醇胺(MDEA), 二元胺

Abstract:

Objectives The absorption and regeneration properties of different formulations of methyldiethanolamine (MDEA) mixed with different diamines were studied. Methods In the simulated flue gas environment with 12% CO₂ and 88% N₂, MDEA was used as the main agent, while ethylenediamine (EDA), 1,3-diaminopropane (DAP), N-methyl-1,3-propanediamine (MAPA), aminoethylethano-lamine (AEEA), N,N-dimethylethylenediamine (DMEDA) and 3-dimethylaminopropylamine (DMPDA) were added as activators, respectively. Under a total amine concentration of 40%, the chemical absorbent was configured with mass ratios of main agent to activator of 1∶1, 2∶1 and 3∶1, respectively. The absorption rate, regeneration rate and circulation capacity of different absorbers were determined by comparing bubble absorption and oil bath regeneration experiments. Results MDEA-EDA system has the best absorption property when the mass ratio of MDEA to EDA is 1∶1. The MDEA-DMEDA system has the best regeneration property when the mass ratio of MDEA to DMEDA is 2∶1, with a circulation capacity reaching 1.7 mol/kg. The overall properties of MDEA-AEEA system are optimized when the mass ratio of MDEA to AEEA is 1∶1, with a cycle capacity reaching 1.49 mol/kg. Conclusions The research results can provide a theoretical basis for the formulation optimization of mixed amine solutions in industry.

Key words: carbon capture, utilization and storage (CCUS), absorption property, regeneration property, methyldiethanolamine (MDEA), diamine

中图分类号:

TK 09

孙宇航, 李超, 王争荣, 孙路长, 王凯亮, 胡昔鸣, 方梦祥, 张锋. 甲基二乙醇胺-二元胺混合体系烟气CO₂吸收再生性能研究[J]. 发电技术, 2024, 45(3): 468-477.

Yuhang SUN, Chao LI, Zhengrong WANG, Luchang SUN, Kailiang WANG, Ximing HU, Mengxiang FANG, Feng ZHANG. Study on CO₂ Absorption and Regeneration Property of Flue Gas From Methyldiethanolamine-Amine Mixture System[J]. Power Generation Technology, 2024, 45(3): 468-477.

图/表 10

表1 实验涉及的化学试剂

Tab. 1 Chemical reagents involved in the experiment

化学试剂	英文名称	分子结构
甲基二乙醇胺	MDEA
乙二胺	EDA
1,3-丙二胺	DAP
3-甲氨基丙胺	MAPA
羟乙基乙二胺	AEEA
N,N-二甲基乙二胺	DMEDA
N,N-二甲基-1,3-丙二胺	DMPDA

图1 吸收实验装置图

Fig. 1 Absorption experimental device diagram

图2 再生实验装置图

Fig. 2 Regeneration experimental device diagram

图3 MDEA-EDA体系反应动力学特性

Fig. 3 Reaction kinetics characteristics of MDEA-EDA system

图4 MDEA-DAP体系反应动力学特性

Fig. 4 Reaction kinetics characteristics of MDEA-DAP system

图5 MDEA-MAPA体系反应动力学特性

Fig. 5 Reaction kinetics characteristics of MDEA-MAPA system

图6 MDEA-AEEA体系反应动力学特性

Fig. 6 Reaction kinetics characteristics of MDEA-AEEA system

图7 MDEA-DMEDA体系反应动力学特性

Fig. 7 Reaction kinetics characteristics of MDEA-DMEDA system

图8 MDEA-DMPDA体系反应动力学特性

Fig. 8 Reaction kinetics characteristics of MDEA-DMPDA system

图9 各体系最优配方反应动力学特性

Fig. 9 Optimal formulation reaction kinetics characteristics of each system

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甲基二乙醇胺-二元胺混合体系烟气CO₂吸收再生性能研究

Study on CO₂ Absorption and Regeneration Property of Flue Gas From Methyldiethanolamine-Amine Mixture System

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