淺談有機(jī)胺DEAE法脫碳技術(shù)

殷暢

【摘 要】近年研究表明，叔胺DEAE（N，N-二乙基乙醇胺，C6H15NO）用于吸收CO2，具有吸收效果好、再生能耗相對較低、可由可再生資源制備等優(yōu)點(diǎn)。本文介紹了DEAE法脫碳技術(shù)的特點(diǎn)，并對脫碳過程的反應(yīng)機(jī)理等進(jìn)行了討論。

【關(guān)鍵詞】DEAE；活化劑；反應(yīng)機(jī)理

中圖分類號： TQ028 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）02-0080-002

【Abstract】In recent years，studies have shown that the use of tertiary amine DEAE （N，N-diethylethanolamine， C6H15NO） for the absorption of CO2 has the advantages of good absorption effect，relatively low energy consumption for regeneration and preparation from renewable resources.This paper introduces the characteristics of DEAE decarburization technology，and discusses the reaction mechanism of decarburization.

【Key words】DEAE；Activator；Reaction mechanism

由于火力發(fā)電廠等高耗能行業(yè)大量燃燒化石燃料，造成溫室氣體CO2的大量排放。對煙氣進(jìn)行脫碳處理，是控制溫室氣體排放、防止氣候變化危害的一種有效措施。煙氣脫碳技術(shù)多種多樣，其中有機(jī)胺法是應(yīng)用較廣泛的一種技術(shù)[1]。

1 有機(jī)胺法脫碳簡介

有機(jī)胺法脫碳多選用醇胺吸收液。醇胺分子中至少含有一個羥基和一個氨基，羥基可降低化合物的蒸氣壓并增加其水溶性，胺基則為吸收液提供一定的堿度，以促進(jìn)其對酸性氣體的吸收[2]。有機(jī)胺分子中的氮原子連接兩個氫原子時稱為伯胺，連接一個氫原子時稱為仲胺，無氫原子連接時稱為叔胺，工業(yè)脫碳中較為常用的伯胺是一乙醇胺（MEA），仲胺是二乙醇胺（DEA），叔胺是甲基二乙醇胺（MDEA）。其中伯胺和仲胺與CO2反應(yīng)相對較快，生成的氨基甲酸鹽化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定，解吸時能耗較高，最大酸氣負(fù)荷為0.5mol/mol，而叔胺與CO2反應(yīng)相對較慢，生成的碳酸氫鹽在解吸時能耗較低，最大酸氣負(fù)荷為1mol/mol[3]。

2 DEAE法脫碳技術(shù)

為滿足脫碳的需求，人們不斷尋找吸收能力更大、吸收速率更快、循環(huán)周期更長、性質(zhì)更穩(wěn)定、毒性和腐蝕性較小或者沒有、解吸能耗更低的胺。叔醇胺DEAE是無色液體，微有氨味，可溶于乙醇和水中。以乙醇為原料可以制取二乙胺，乙烯氧化可以制取環(huán)氧乙烷，二乙胺和環(huán)氧乙烷反應(yīng)即可制取DEAE，乙烯則可由乙醇脫水制備，因此用乙醇為主要原料即可制備DEAE，而乙醇可從農(nóng)產(chǎn)品或殘渣中制取，即DEAE的制取較為綠色[3]。Chowdhury等[4]認(rèn)為以往的大部分研究都集中于MEA、DEA、MDEA、TEA（三乙醇胺）等單一胺或者其混合胺上，卻忽略了新型胺，因此選取了21種商業(yè)叔胺（包括MDEA）和3種合成叔胺與MDEA進(jìn)行綜合對比，從中篩選出了七種具備較高吸收率和循環(huán)能力、較低或者相當(dāng)?shù)姆磻?yīng)熱的叔胺，DEAE即是其中之一。高紅霞[5]等對六種不同的胺在吸收負(fù)載、吸收速率、解吸速率、循環(huán)容量、相對再生能耗等方面進(jìn)行綜合對比，發(fā)現(xiàn)DEAE性能較為優(yōu)越。

因DEAE屬于叔胺，其本身與CO2反應(yīng)相對較慢，在叔胺吸收液中加入活化劑不僅能提高與CO2的反應(yīng)速率，也可降低解吸時的能耗[4]。哌嗪（PZ）是近年來較為常用的活化劑，Vaidya等[3]研究了PZ對DEAE的活化效果，發(fā)現(xiàn)即使在DEAE吸收液中加入很少量的PZ，也可以較大幅度地提高其吸收CO2的速度。

關(guān)于叔胺吸收CO2的機(jī)理，目前大部分學(xué)者比較認(rèn)同的是叔胺與CO2的反應(yīng)是基于Donaldson等[6]提出的堿催化水合機(jī)理，即叔胺的氮原子上無氫原子，不能向伯胺和仲胺一樣與CO2直接反應(yīng)生成氨基甲酸鹽，而是催化水分子解離，使水分子失去質(zhì)子，然后與CO2發(fā)生反應(yīng)。Vaidya[3]等認(rèn)為PZ活化DEAE的反應(yīng)機(jī)理是DEAE與CO2和PZ與CO2之間的平衡反應(yīng)，在DEAE與CO2屬于擬一級快速反應(yīng)的條件下，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計算出303K時該反應(yīng)的二級速率常數(shù)平均值為173m3/（kmol·s）。但是Kierzkowska-Pawlak[7]發(fā)現(xiàn)Vaidya等與Littel等[8]的研究結(jié)果相差較大，因此再次對此問題進(jìn)行研究，按照其測量的數(shù)據(jù)所計算出的動力學(xué)數(shù)據(jù)可以很好的符合堿催化水合機(jī)理，計算出的二級速率常數(shù)與Littel等[8]研究結(jié)果比較接近，而與Vaidya等[3]的研究結(jié)果相差較大。

3 結(jié)語（下轉(zhuǎn)第99頁）

（上接第80頁）

我國是能源消耗大國，目前及未來較長的時間內(nèi)能源結(jié)構(gòu)以煤為主，溫室氣體CO2的排放成為一大問題，因此研究新型有效的脫碳技術(shù)來減少碳排放具有重要的意義。

【參考文獻(xiàn)】

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[7]Kierzkowska-Pawlak H. Kinetics of CO2 absorption in aqueous N， N-diethylethanolamine and its blend with N-（2-aminoethyl） ethanolamine using a stirred cell reactor[J]. International Journal of Greenhouse Gas Control， 2015，37：76-84.

[8]Littel R J， Van Swaaij W P M， Versteeg G F. Kinetics of carbon dioxide with tertiary amines in aqueous solution[J]. AIChE journal， 1990，36（11）：1633-1640.