论文部分内容阅读
目前温室气体减排被认为是缓解全球变暖对环境潜在影响的必要条件,燃烧后二氧化碳捕获和封存（CCS）是实现燃煤电厂二氧化碳分离回收的关键技术。化学吸收法特别是胺法捕集回收二氧化碳是最成熟、应用最广泛的燃烧后二氧化碳捕获技术（PCC）,但胺溶液存在再生能耗高和化学稳定性差等难题,制约其进一步大规模工业化应用。因此,为实现高效率和低能耗地捕集二氧化碳,本研究通过快速筛选实验和Gaussian模拟计算测试了一系列不同分子结构的胺与CO2吸收-解吸性能之间的构效规律,本论文的主要工作和重点如下:（1）采用了溶剂快速筛选实验法研究了乙醇胺（MEA）和十一种二胺的化学结构与CO2捕获性能间的构效关系,主要考察了二胺分子结构中的甲基、乙基、羟基取代和N原子间碳链长度对CO2吸收-解吸性能的影响。实验结果表明,N原子上适量的甲基和乙基可以提高吸收速率和CO2循环容量;N原子上有羟基取代H原子实际上能降低氨基甲酸酯的稳定性,减少溶剂再生能耗,并且分子结构中具有羟基的二胺更有利于在再生过程中保持良好的稳定性,解决了二胺溶剂应用过程中溶剂易损失的问题;二胺分子结构中的链长增长会导致氨基甲酸酯的稳定性较差,其CO2循环容量得到提升。（2）利用Gaussian软件模拟计算了不同结构的二胺的相对Gibbs自由能,主要考察分析了不同取代基和N原子间碳链长度对相对Gibbs自由能的影响。由结果可知,相对Gibbs自由能越大其反应产物氨基甲酸酯越不稳定,越有利于CO2的吸收过程;同时进行了对相对Gibbs自由能与CO2循环容量之间关系的探讨,发现两者的变化规律一致,表明了模拟与筛选实验结果一致性。（3）基于溶剂快速筛选实验法,探究了不同分子结构的叔胺的CO2吸收-解吸性能,考察了叔胺吸收剂主链链长、羟基取代数量、羟乙基取代数量、甲基侧链及N原子上烷基取代对CO2吸收-解吸性能的影响。实验结果发现,叔胺主链增长会导致其CO2吸收、解吸效果下降,伴随CO2循环容量降低;N原子上两个甲基取代的叔胺的CO2循环性能相比于N原子上有两个乙基取代的叔胺更好;多羟基结构会降低其CO2吸收速率,且其CO2循环容量也略低于单羟基取代的叔胺;随着叔胺分子结构中N原子上羟乙基取代数量的增加,其吸收速率和CO2循环容量逐渐下降。（4）利用Gaussian软件模拟计算不同结构叔胺的反应焓变,拥有较大反应焓变的叔胺可以表现出较好的解吸性能。计算分析了叔胺不同链长、甲基侧链、羟基取代数量、及N原子上羟乙基取代对反应焓变的影响,并研究了反应焓变与快速筛选实验中的叔胺的平均解吸速率（相对解吸能耗）之间的规律。模拟结果发现,反应焓变与实验测定的平均解吸速率具有一样的增减趋势,验证了模拟结果的可靠性。