天然气电厂新型多元胺基CO2吸收剂试验与应用研究

doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.23157

发电技术 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (2): 304-313.DOI: 10.12096/j.2096-4528.pgt.23157

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天然气电厂新型多元胺基CO₂吸收剂试验与应用研究

黄忠源¹, 金绪良¹, 孟凡钦¹, 殷爱鸣¹, 张丽¹, 陈绍云²

^1.中国大唐集团科学技术研究总院有限公司华北电力试验研究院，北京市石景山区 100040
^2.精细化工全国重点实验室(大连理工大学化工学院)，辽宁省大连市 116081

收稿日期:2024-03-02 修回日期:2024-07-01 出版日期:2025-04-30 发布日期:2025-04-23
作者简介:黄忠源(1986)，男，博士，高级工程师，主要从事火力发电企业二氧化碳减排技术研究，huangzhongyuan@cdt-kxjs.com；
陈绍云(1981)，男，博士，高级工程师，主要从事碳捕集、提纯、综合利用以及运输安全等相关科研与工程项目的研究，chensy@dlut.edu.cn。
基金资助:
新疆维吾尔自治区重点研发计划项目(2022A01002-1)

Experimental and Application Research of Novel Polyamine-Based CO₂ Absorbents in Gas-Fired Power Plants

Zhongyuan HUANG¹, Xuliang JIN¹, Fanqin MENG¹, Aiming YIN¹, Li ZHANG¹, Shaoyun CHEN²

^1.North China Electric Power Test and Research Institute, China Datang Corporation Science and Technology General Research Institute Ltd. , Shijingshan District, Beijing 100040, China
^2.State Key Laboratory of Fine Chemical Engineering (School of Chemical Engineering, Dalian University of Technology), Dalian 116081, Liaoning Province, China

Received:2024-03-02 Revised:2024-07-01 Published:2025-04-30 Online:2025-04-23
Supported by:
Key Research and Development Program in Xinjiang Uygur Autonomous Region(2022A01002-1)

摘要/Abstract

摘要：

目的燃烧后化学吸收CO₂捕集技术因运行能耗和总成本较高，其在燃气电厂规模化脱碳工程应用仍较少。为降低其能耗，特别是再生能耗，有必要进行试验研究以提高化学吸收剂的性能。方法通过组成设计、实验室小型试验装置测试研究和工程测试验证，开发了2种新型多元胺吸收剂。结果与乙醇胺(MEA)相比，19%二乙氨基乙醇+9%哌嗪+2%乙醇胺(DT01-5)和20% 1, 4-丁二胺+5%甲基二乙醇胺+5% 2-氨基-2甲基-1-丙醇(DT02-3)这2种多元胺的吸收负荷、吸收速率、解吸速率、循环容量性能明显提升，理化性质接近工业装置常用的30% MEA。通过2 m³/h小型试验装置测试，2种吸收剂的能耗与MEA相比分别降低了15.84%和9.32%。3 000 m³/h工业测试结果表明：与MEA相比，2种吸收剂的再生热耗分别降低了32.89%和39.52%，捕集电耗分别降低了9.83%和16.14%，其他性能指标均有不同程度的提升，运行总成本分别下降了25.95%、34.14%。结论所开发的2种新型多元胺吸收剂均有较好商业应用潜力。

关键词: 燃气电厂, 碳捕集、利用与封存(CCUS), 热耗, 电耗, 吸收剂, 多元胺, 化学吸收

Abstract:

Objectives Currently, chemical absorption CO₂ capture technology used in post-combustion is rarely applied in large-scale decarbonization projects in gas-fired power plants due to its high operational energy consumption and total costs. In order to reduce the energy consumption, particularly the regeneration energy consumption, it is necessary to carry out experimental research to improve the performance of chemical absorbents. Methods Two novel polyamine-based absorbents are developed through composition design, laboratory testing with small-scale experimental setups, and engineering validation. Results Compared to monoethanolamine (MEA), the two polyamine absorbents—19% diethylaminoethanol + 9% piperazine + 2% MEA (DT01-5) and 20% 1,4-butanediamine + 5% methyldie-thanolamine+5% 2-amino-2-methyl-1-propanol (DT02-3)—significantly improve absorption loading, absorption rate, desorption rate, and cyclic capacity. Their physicochemical properties are close to those of the 30% MEA commonly used in industrial plants. Through testing on a 2 m³/h small-scale experimental setup, the energy consumption of the two absorbents is reduced by 15.84% and 9.32%, respectively, compared to that of MEA. The 3 000 m³/h industrial test results show that the regeneration heat consumption of the two absorbents decreases by 32.89% and 39.52%, respectively, compared to MEA, while the capture power consumption decreases by 9.83% and 16.14%, respectively. Additionally, other performance indicators improve to varying degrees, resulting in total operating cost reductions of 25.95% and 34.14%, respectively. Conclusions The two novel polyamine absorbents demonstrate strong potential for commercial applications.

Key words: gas-fired power plants, carbon capture, utilization and storage (CCUS), heat consumption, power consumption, absorbents, polyamines, chemical absorption

中图分类号:

TK 09

黄忠源, 金绪良, 孟凡钦, 殷爱鸣, 张丽, 陈绍云. 天然气电厂新型多元胺基CO₂吸收剂试验与应用研究[J]. 发电技术, 2025, 46(2): 304-313.

Zhongyuan HUANG, Xuliang JIN, Fanqin MENG, Aiming YIN, Li ZHANG, Shaoyun CHEN. Experimental and Application Research of Novel Polyamine-Based CO₂ Absorbents in Gas-Fired Power Plants[J]. Power Generation Technology, 2025, 46(2): 304-313.

图/表 12

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成分配比	命名
27% DEEA+1% PZ+2% MEA	DT01-1
25% DEEA+3% PZ+2% MEA	DT01-2
23% DEEA+5% PZ+2% MEA	DT01-3
21% DEEA+7% PZ+2% MEA	DT01-4
19% DEEA+9% PZ+2% MEA	DT01-5
24% BDA+1% MDEA+5% AMP	DT02-1
22% BDA+3% MDEA+5% AMP	DT02-2
20% BDA+5% MDEA+5% AMP	DT02-3
18% BDA+7% MDEA+5% AMP	DT02-4
16% BDA+9% MDEA+5% AMP	DT02-5

成分配比	命名
27% DEEA+1% PZ+2% MEA	DT01-1
25% DEEA+3% PZ+2% MEA	DT01-2
23% DEEA+5% PZ+2% MEA	DT01-3
21% DEEA+7% PZ+2% MEA	DT01-4
19% DEEA+9% PZ+2% MEA	DT01-5
24% BDA+1% MDEA+5% AMP	DT02-1
22% BDA+3% MDEA+5% AMP	DT02-2
20% BDA+5% MDEA+5% AMP	DT02-3
18% BDA+7% MDEA+5% AMP	DT02-4
16% BDA+9% MDEA+5% AMP	DT02-5

参数	DT01-5	DT02-3
烟气流量/(m³/h)	2 500	2 890
洗涤塔入口烟气CO₂体积分数/%	4.42	4.45
洗涤塔入口烟气温度/℃	<110.0	<110.0
洗涤塔入口烟气压力/kPa	3.0~5.0	3.0~5.0
吸收塔入口烟气温度/℃	40±2	40±2
吸收塔出口烟气温度/℃	50±2	50±2
再沸器低压蒸汽流量/(kg/h)	350	362
再沸器低压蒸汽压力/MPa	0.4	0.4
再沸器低压蒸汽温度/℃	150	150
吸收剂质量分数/%	30	30
吸收剂循环流量/(m³/h)	5.0	4.0
再生塔操作压力/kPa	10	10
再生塔底温度/℃	103	104

参数	DT01-5	DT02-3
烟气流量/(m³/h)	2 500	2 890
洗涤塔入口烟气CO₂体积分数/%	4.42	4.45
洗涤塔入口烟气温度/℃	<110.0	<110.0
洗涤塔入口烟气压力/kPa	3.0~5.0	3.0~5.0
吸收塔入口烟气温度/℃	40±2	40±2
吸收塔出口烟气温度/℃	50±2	50±2
再沸器低压蒸汽流量/(kg/h)	350	362
再沸器低压蒸汽压力/MPa	0.4	0.4
再沸器低压蒸汽温度/℃	150	150
吸收剂质量分数/%	30	30
吸收剂循环流量/(m³/h)	5.0	4.0
再生塔操作压力/kPa	10	10
再生塔底温度/℃	103	104

参数	DT01-5	DT02-3	MEA
捕集率/%	91.42	90.60	90.10
捕集量/(kg/h)	185.18	221.10	218.90
蒸汽消耗/[kg/kg CO₂)]	1.78	1.61	2.65
再生热耗/[GJ/(t CO₂)]	3.65	3.29	5.44
电耗/[kW∙h/(t CO₂)]	88.14	81.97	97.75
除盐水耗/[t/(t CO₂)]	0.320	0.334	0.510
吸收剂消耗/[kg/(t CO₂)]	1.21	0.95	1.93
冷却水用量/[t/(t CO₂)]	198	210	247

天然气电厂新型多元胺基CO₂吸收剂试验与应用研究

Experimental and Application Research of Novel Polyamine-Based CO₂ Absorbents in Gas-Fired Power Plants

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图/表 12

参考文献 35

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编辑推荐

Metrics

项目	单位成本	运行成本/元
项目	单位成本	DT01-5	DT02-3	MEA
合计		327.77	291.52	442.65
蒸汽	107.58元/t	191.49	173.20	285.09
电力	0.604元/(kW∙h)	53.24	49.51	59.03
除盐水	23.68元/t	7.58	7.91	12.08
循环冷却水	0.10元/t	19.81	21.01	24.69
吸收剂	DT01-5：4.6万元/t DT02-3：4.2万元/t MEA：3.2万元/t	55.66	39.9	61.76

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