氨法脱除燃煤烟气中CO2的实验研究.pdf

第23卷第2期热能动力工程Vo1．23．No．2
2008年3月JOURNALOFENGINEERINGFORTHERMALENERGYANDPOWERMar．，2008

文章编号：1001—2O6O(2OO8)O2—0191—04
氨法脱除燃煤烟气中CO2的实验研究

张茂，赛俊聪，吴少华，李振中
(1．哈尔滨X-业大学能源科学与X-程学院，黑龙江哈尔滨150001；2．国家电站燃烧S-程技术研究中心，辽宁沈阳110034)

摘要：利用氨水喷淋脱除燃煤烟气中的c0)温室气体是一生的实际烟气中喷淋氨水吸收CO2及其产物分析的
种新的c02捕集方法。为研究氨水浓度、c02浓度及温度等试验研究I1o3；DiaoYongfa等人在筛板塔内采用氨水
参数对co2脱除率的影v向，以稀氨水为吸收剂，采用co2连逆流，常压吸收模拟烟气中的CO2[；张君等人采
续在线检测，在阶梯环填料塔内进行了不同参数下的喷淋实
用碟片式旋转超重力场强化氨水常压吸收烟道气中
验研究。结果表明，稀氨水同样具有较高的脱除率，随着氨
低浓度C0，I。
水浓度的增加，反应达到平衡状态所需的时间和平衡状态时
的c02脱除率也逐渐增大；随着烟气中c02初始浓度的增目前，采用填料塔作为氨法脱碳反应器的研究
大，c02脱除率将随之减小；在22～50℃的温度区间内，CO2还比较少，因此，本文采用CO2连续在线检测，研究
脱除率受反应温度的影响显著，波动比较明显，并在4JD℃附了在填料塔中喷淋稀氨水时氨水浓度、c0’初始浓
近达到最大值。度及反应温度等因素对c07脱除率的影响，并利用
关键词：co2温室气体1氨水喷淋；填料塔；碳酸氢铵傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)对反应产物成分进行

中图分类号：X773文献标识码：A了分析。

引言1基本原理

由温室效应导致的气候变暖已成为全球性的环在烟气中喷淋氨水吸收c02形成碳酸氢铵是一
境问题。由于c02的总量巨大、生命周期长l，因此个复杂的气一液化学反应[8,133，其总的化学反应过
CO，对温室效应的贡献最大。2003年全球CO排放程为：
总量为2．5028×10mt[23．其中火电厂的排放量占NH3+H2O+CO2=NH4HCO3(1)
30％左右，由此可见，脱除火电厂烟气中的CO对于实际反应过程比较复杂，要经过一系列中间阶
控制和减缓全球温室效应有重要意义。c02捕集方段。其反应过程大致为：
法有吸收法、吸附法、膜分离法和低温蒸馏法2NH3+C02=NH2COONH4(2)
等[]，但目前世界上所有商业化应用的方法都是
NH2COONH4进一步水解：
以单乙醇胺(MEA)溶剂为基础的化学吸收法，化学
NH2COONH4+H2O=NH4HCO3+NH3(3)
吸收法也被认为是目前最有效的捕集技术_6J。但
同时，NH3和H20反应生成NO-4OH：
是，MEA法也有许多不足之处_7]，有必要开发一种
NH3+H20=NH4OH(4)
新的、更加理想的吸收剂。
HsunlingBai和AnChinYeh于1997年提出采用水解产生的NH4HCO3与NH4OH反应生成
氨水喷淋来脱除c0’的想法[5,83，采用直接鼓泡法(NH4)2CO3：
吸收模拟烟气中c0’并生成碳酸氢铵，同时还得出NH4HCO3+NH4OH：(NH4)2CO3+H2O(5)
了氨水在脱除率、吸收容量等方面均优于MEA溶液(NH4)2c03吸收c02形成碳酸氢铵：
的结论。XiaonianLi等人将氨气和带水蒸气的模拟(NH4)2CO3+H2O+CO2=2NHaHCO3(6)
烟气混合直接喷人模拟烟道气中与c0，反应_9；国以上反应均为可逆。
家电站燃烧工程技术研究中心(NPCC)和美国国家随着吸收不断进行，水解生成的NH4HCO3浓度
能源技术研究院(NETL)合作进行了在煤粉燃烧产不断增大，当超过它在氨水中的饱和溶解度时，就会

收稿日期：2007—05—29；修订日期：2007—07—16
作者简介：张茂(1982一)，男，重庆人，哈尔滨工业大学硕士研究生

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结晶析出，从而获得副产品碳酸氢铵。入红外气体分析仪进行在线分析，同时每隔30s记
录一次C02浓度。
2实验系统及实验方法
3实验结果及分析
2．1实验台系统
实验系统如图1所示，其主体为填料吸收塔，塔3．1氨水浓度对二氧化碳脱除率的影响
体为有机玻璃材料，内径190mm，高692mm，其中填设定反应温度为30℃，模拟烟气中CO2浓度为
料层高度为300mm，选用中l6聚丙烯阶梯环填12．0％，烟气流量为4L／m-in；氨水质量浓度分别为
料[14l。0．02％、0．05％、0．075％和0．1％，泵人流量为
5L／min。根据红外气体分析仪