二氧化碳捕集塔内熔融共混亲水改性聚丙烯规整填料性能研究

doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.23144

发电技术 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (2): 296-303.DOI: 10.12096/j.2096-4528.pgt.23144

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二氧化碳捕集塔内熔融共混亲水改性聚丙烯规整填料性能研究

胡昔鸣¹, 董文峰², 王争荣³, 孙路长³, 王凯亮³, 李超², 方梦祥², 李治甫⁴

^1.浙江大学青山湖能源研究基地，浙江省杭州市 311300
^2.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
^3.中国华电科工集团有限公司，北京市丰台区 100160
^4.中国电力企业联合会，北京市西城区 100032

收稿日期:2024-02-13 修回日期:2024-05-02 出版日期:2025-04-30 发布日期:2025-04-23
作者简介:胡昔鸣(1993)，男，硕士，工程师，主要研究方向为CO2化学吸收技术，ximinghu@zju.edu.cn；
王争荣(1984)，男，硕士，副高级工程师，主要从事燃煤电厂节能减排、碳捕集与利用技术等方面研究，wangzr@chec.com.cn；
孙路长(1976)，女，硕士，正高级工程师，研究方向为二氧化碳捕集利用及封存技术，sunlc@chec.com；
王凯亮(1975)，男，硕士，正高级工程师，主要从事大气污染物控制、燃煤电厂脱硫脱硝除尘技术研究和工程设计与管理方面的工作，wangkl@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、气化和燃烧，CO2化学吸收技术等方面研究，本文通信作者，mxfang@zju.edu.cn。
基金资助:
国家重点研发计划项目(2023YFE0199300);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 Properties of Hydrophilic Modified Polypropylene Regular Filler by Melt Blending in Carbon Dioxide Capture Tower

Ximing HU¹, Wenfeng DONG², Zhengrong WANG³, Luchang SUN³, Kailiang WANG³, Chao LI², Mengxiang FANG², Zhifu LI⁴

^1.Qingshanhu Energy Research Center, Zhejiang University, Hangzhou 311300, Zhejiang Province, China
^2.State Key Laboratory of Clean Energy Utilization (Zhejiang University), Hangzhou 310027, Zhejiang Province, China
^3.China Huadian Engineering Co. , Ltd. , Fengtai District, Beijing 100160, China
^4.China Electricity Council, Xicheng District, Beijing 100032, China

Received:2024-02-13 Revised:2024-05-02 Published:2025-04-30 Online:2025-04-23
Supported by:
National Key R&D Program of China(2023YFE0199300);Enlisting and Leading Project of China Huadian Coroperation Ltd(CHDKJ21-01-109);Special Funds for Basic Scientific Research Operations of Central Universities(2022ZFJH004)

摘要/Abstract

摘要：

目的目前胺法捕集烟气CO₂工艺系统中大多采用不锈钢填料塔，为了大幅度降低填料塔成本，提出采用聚丙烯材质规整填料替代高成本的不锈钢结构填料，从而降低燃烧后CO₂捕集系统中吸收塔的投资成本。方法采用塑料填料来代替不锈钢填料，将选用的聚丙烯材料和质量分数为30%的聚丙烯接枝马来酸酐(polypropylene grafted maleic anhydride，PP-g-MAH)颗粒料进行混合后，采用熔融共混方法将其制成规整填料。在搭建的填料流体力学性能和传质性能测试平台上，对不同填料性能进行测试。结果聚丙烯和PP-g-MAH熔融共混改性的规整填料410Y和350Y干塔压降与不锈钢填料500Y干塔压降接近。在相同公称比表面积规格条件下，改性聚丙烯填料350Y的有效比表面积接近不锈钢填料350Y。在CO₂-胺反应的吸收塔内的液相负荷条件下，聚丙烯填料350Y的有效比表面积约为不锈钢填料350Y的90%左右。结论改性聚丙烯填料与不锈钢填料性能接近，实际应用中可替代不锈钢填料，并大幅降低CO₂捕集系统中吸收塔的投资成本。

关键词: 碳捕集, 化学吸收, 聚丙烯填料, 聚丙烯接枝马来酸酐(PP-g-MAH), 填料性能, 不锈钢填料, 有效比表面积

Abstract:

Objectives At present, most amine based CO₂ capture systems for flue gas use stainless steel filled towers. In order to significantly reduce the cost of filled towers, this paper proposes the use of polypropylene structured filler instead of high cost stainless steel structured filler, thereby reducing the investment cost of absorption towers in CO₂ capture systems after combustion. Methods Using plastic fillers instead of stainless steel fillers, the selected polypropylene material and 30% mass fraction of polypropylene grafted maleic anhydride (PP-g-MAH) particles are mixed, and then they are melt blended to form regular fillers. On the constructed testing platform for fluid dynamics and mass transfer performance of fillers, different filler properties are tested. Results The dry tower pressure drop of regular fillers of 410Y and 350Y modified by melt blending of polypropylene and polypropylene grafted maleic anhydride is similar to that of stainless steel 500Y. The effective specific surface area of modified polypropylene filler 350Y is close to that of stainless steel filler 350Y with the same nominal specific surface area. Under liquid-phase loading conditions in the CO₂ amine reaction absorption tower, the effective specific surface area of polypropylene filler of 350Y is about 90% of that of stainless steel filler of 350Y. Conclusions The modified polypropylene filler has similar performance to stainless steel filler and can replace stainless steel filler in practical applications, significantly reducing the investment cost of absorption towers in CO₂ capture systems.

Key words: carbon capture, chemical absorption, polypropylene filler, polypropylene grafted maleic anhydride (PP-g-MAH), filler performance, stainless steel filler, effective specific surface area

中图分类号:

TK 09

胡昔鸣, 董文峰, 王争荣, 孙路长, 王凯亮, 李超, 方梦祥, 李治甫. 二氧化碳捕集塔内熔融共混亲水改性聚丙烯规整填料性能研究[J]. 发电技术, 2025, 46(2): 296-303.

Ximing HU, Wenfeng DONG, Zhengrong WANG, Luchang SUN, Kailiang WANG, Chao LI, Mengxiang FANG, Zhifu LI. Study on Properties of Hydrophilic Modified Polypropylene Regular Filler by Melt Blending in Carbon Dioxide Capture Tower[J]. Power Generation Technology, 2025, 46(2): 296-303.

图/表 9

图1 聚丙烯填料生产装置

Fig. 1 Polypropylene filler production plant

表1 聚丙烯规整填料410Y和350Y参数

Tab. 1 Parameters of polypropylene regular fillers of 410Y and 350Y

填料型号	比表面积/(m²/m³)	波纹波距/mm	波纹波峰/mm	波纹边长/mm	板片厚度/mm
410Y PP	410	8.00	6.25	10.1	0.8
350Y PP	350	7.66	8.59	11.5	1.0

图2 填料流体力学及传质性能测试平台

Fig. 2 Filler fluid mechanics and mass transfer performance testing platform

图3 聚丙烯填料与不锈钢填料的干塔压降对比

Fig. 3 Comparison of dry tower pressure drop between polypropylene fillers and stainless steel fillers

图4 聚丙烯填料与不锈钢填料的湿塔压降对比

Fig. 4 Comparison of wet tower pressure drop between polypropylene fillers and stainless steel fillers

图5 试验用聚丙烯填料的持液率

Fig. 5 Liquid holding capacity of experimental polypropylene fillers

图6 聚丙烯填料与不锈钢填料比表面积利用率对比

Fig. 6 Comparison of specific surface area utilization between polypropylene fillers and stainless steel fillers

图7 聚丙烯规整填料的有效比表面积修正系数

Fig. 7 Effective specific surface area correction factor of polypropylene regular fillers

图8 吸收剂浸泡下聚丙烯平板质量变化

Fig. 8 Mass change of polypropylene flat plate soaked in absorbent

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二氧化碳捕集塔内熔融共混亲水改性聚丙烯规整填料性能研究

Study on Properties of Hydrophilic Modified Polypropylene Regular Filler by Melt Blending in Carbon Dioxide Capture Tower

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