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近年来,二氧化碳(carbon dioxide,CO2)的过量排放所导致的全球性气候问题严重影响了生态和经济的可持续发展。火力发电行业是我国最大的CO2排放源,烟气中低分压CO2的捕集已引起广泛关注。基于钾碱溶液的化学吸收法因工艺简单、成本较低以及吸收能力强等优点,在CO2捕集领域具有良好的应用潜力,但吸收速率低、设备腐蚀强和高能耗是制约该工艺推广应用的主要瓶颈。面向火电厂烟气中CO2捕集,需考虑CO2的低分压特性,构建新型高效吸收系统,降低富液再生和贫液冷却过程的能耗及吸收液对设备的酸腐蚀。本文以碳酸钾(potassium carbonate,K2CO3)为吸收主体,引入四甲基铵甘氨酸盐(tetramethylammonium glycinate,[N1111][Gly])、1-丁基-3-甲基咪唑甘氨酸盐(1-butyl-3-methylimidazolium glycinate,[Bmim][Gly])和 1-丁基-3 甲基咪唑赖氨酸盐(l-butyl-3-methyl-imidazolium lysinate,[Bmim][Lys])3 种氨基酸离子液体(amino acid ionic liquids,AAILs)为促进剂,对K2CO3吸收剂进行改性,构建新型吸收系统。为验证新型吸收系统对CO2的吸收能力,本文在自制的CO2吸收实验系统中测量了系列温度、浓度时,CO2 在 K2CO3-[N1111][Gly]、K2CO3-[Bmim][Gly]和K2CO3-[Bmim][Lys]水溶液中的吸收量-时间关系,确定了平衡吸收量和载荷,阐明了 K2CO3浓度、AAILs种类/浓度及温度等操作条件对吸收能力的影响。同时,由于火电厂烟气中C02的分压较低,本文测定了 3种新型K2CO3-AAILs吸收剂对模拟烟气中低分压CO2(10-90kPa)的吸收特性,阐明了 CO2分压对吸收性能的影响。为验证AAILs对吸收速率的促进效果,本文基于吸收量-时间关系,确定了 K2CO3-AAILs吸收剂对C02的表观吸收速率,阐明了温度、K2CO3浓度、AAILs浓度及CO2分压对表观吸收速率的影响规律;测量了系列温度、K2CO3/AAILs浓度时,3种具有不同CO2载荷的K2CO3-AAILs水溶液的粘度,并用精确的粘度模型对粘度数据进行了关联和预测,阐明了温度、浓度和C02载荷对吸收体系粘度的影响规律;结合粘度和表观吸收速率变化规律,阐明了K2C03/AAILs浓度和体系粘度对表观吸收速率的竞争影响机制。为验证负载CO2的吸收液对设备的腐蚀行为,本文在自制的电化学实验系统中测量了系列温度、CO2载荷、K2CO3浓度以及AAILs种类/浓度条件下,K2CO3-[N1111][Gly]、K2CO3-[Bmim][Gly]和 K2CO3-[Bmim][Lys]吸收液的 pH 值和碳钢在吸收液中的腐蚀极化曲线,分析了腐蚀电压和腐蚀电流的变化规律。基于腐蚀极化曲线,确定了腐蚀速率,阐明了温度、K2CO3浓度、AAILs浓度/种类、CO2载荷、吸收液pH值及H+浓度对腐蚀速率的影响规律;分析了碳钢在吸收液中的腐蚀机制,阐明了 AAILs分子结构中的杂原子与HCO3-/H+浓度对腐蚀速率的竞争影响机制。在吸收容量、表观吸收速率、体系粘度和碳钢腐蚀速率研究的基础上,遴选了最佳吸收剂,并在自制的板式塔内验证了吸收剂对CO2的脱除效率,阐明了进气流量、进液流量和塔板数对CO2脱除效果的影响规律。与传统K2CO3吸收剂和K2CO3-DEA(二乙醇胺,Diethanolamine)吸收剂相比,本文构建的新型K2CO3-AAILs吸收剂具有更大的CO2的吸收量,更快的吸收速率和更低的设备腐蚀性,并且在板式塔中对CO2脱除效率更高。因此,新型吸收剂在提高CO2捕集效率、降低成本和耗能方面有很好的应用潜力。