【摘 要】
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二氧化碳捕集、利用与封存(CCUS)技术是目前减少二氧化碳(CO2)排放最有效的技术之一,其中有机胺吸收法是工业中吸收CO2应用最为广泛的技术。二乙烯三胺(DETA),其CO2载荷量大(大于1 mol CO2/mol DETA),明显高于基准吸收剂单乙醇胺(MEA)的CO2吸收量(0.5 mol CO2/mol MEA),且有更高的循环容量和低的吸收热,有希望代替常用的MEA。在CO2捕集工艺中,
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二氧化碳捕集、利用与封存(CCUS)技术是目前减少二氧化碳(CO2)排放最有效的技术之一,其中有机胺吸收法是工业中吸收CO2应用最为广泛的技术。二乙烯三胺(DETA),其CO2载荷量大(大于1 mol CO2/mol DETA),明显高于基准吸收剂单乙醇胺(MEA)的CO2吸收量(0.5 mol CO2/mol MEA),且有更高的循环容量和低的吸收热,有希望代替常用的MEA。在CO2捕集工艺中,吸收剂的降解和吸收剂对设备的腐蚀是不容忽视的问题。本课题研究了CO2基准吸收剂MEA在含有NO3-离子条件下的降解机理以及A106钢在新鲜和脏溶液中的腐蚀行为与机理,研究了DETA在吸收CO2过程中的降解机理,并对比研究了A106钢在DETA溶液、DETA/2-氨基-2甲基-1-丙醇(AMP)/N-甲基二乙醇胺(MDEA)混合溶液吸收CO2过程中的腐蚀行为与机理。本文在玻璃反应釜中模拟胺溶液吸收CO2的过程,采用溶液分析法对溶液的降解机理进行研究,使用失重法、表面分析技术和电化学法研究了A106钢的腐蚀行为与机理。其中,利用失重法计算平均腐蚀速率,采用电化学方法研究腐蚀机理,借助离子色谱(IC)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、核磁共振氢谱(~1HNMR)研究降解产物组成,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱分析(XPS)等技术观察腐蚀产物的形貌特征并分析其成分组成。在新鲜和脏Na NO3-MEA-CO2-O2体系中,研究发现当溶液中添加Na NO3时在初始阶段对A106钢的腐蚀速率高,而后期腐蚀速率低。A106钢在脏溶液中腐蚀速率低于0.01 mm/y,其原因可能是MEA的降解产物在脏溶液中吸附在碳钢表面所致。对DETA-CO2-O2体系的氧化降解研究显示,降解产物主要有哌嗪(PZ)、乙二胺(EDA)和多种热稳定性盐HSSs。通过对A106钢在单一DETA体系和DETA/MDEA/AMP混合胺体系腐蚀行为的对比研究发现,A106钢在不同浓度下的DETA体系中的腐蚀大于2 mm/y。失重法显示,A106钢在DETA-AMP体系中的腐蚀速率小于1 mm/y。在2.5 mol/L AMP+0.5 mol/L DETA-CO2-O2体系下,A106钢的腐蚀速率随周期增加而降低。腐蚀360 h后,A106钢表面除了存在Fe2O3和Fe3O4腐蚀产物膜,还检测到吸附的乙二胺(EDA)膜,两者的协同作用对基体金属产生了保护作用。
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