混合胺溶液与CO2反应过程中不同组分的协同竞争关系及约束反应动力学建模的研究

The aqueous blend of MEA and MDEA combined with the advantages of high capacity of MDEA and high reaction rate of MEA has gotten over the deficiency of single alcohol amines solution and has wide application prospect in CCS field. However, due to lacking research of absorption reaction mechanism and kinetics, blends amine has not been widely used. On basis of different characteristics of diverse amine reaction with CO2, the project focus on research of the coordinate and completion relationship of the different components of blended amines solutions reaction with CO2 and reaction mechanism by NMR to make a in-depth exploration of reaction of blends amines with CO2 . besides, in order to build the kinetics model, Stopped-flow technology will be used to discuss reaction kinetics. The critical loading of CO2 while the coordinate competition relationship alters will be used to build a staged kinetics model of blended amine reaction with CO2 under different CO2 loadings. the results of program will make an enormous contribution to research of reaction mechanism and building of kinetics models.

单乙醇胺（MEA）和N-甲基二乙醇胺（MDEA）的混合吸收溶液结合了N-甲基二乙醇胺的高处理量和单乙醇胺的高反应速率，克服了单一的醇胺溶液的自身的不足；使其在二氧化碳捕获领域具有广泛的应用前景。然而其吸收二氧化碳反应机理及其深层次的反应动力学模型，成为限制其工业化的重要因素。本项目拟从不同类型胺溶液结合二氧化碳的能力强弱的不同着手，通过核磁共振技术对混合胺溶液当中不同组分与二氧化碳反应时的协调竞争关系研究，探讨混合胺溶液与二氧化碳反应的机理，进而深入研究其吸收二氧化碳过程的科学规律。同时还采用电化学快速停留技术揭示该反应过程的动力学规律，并建立其基础反应动力学模型；将得到的协同竞争关系变化时的二氧化碳临界负载用于建立基于二氧化碳负载条件下混合胺溶液吸收二氧化碳的约束反应动力学模型。研究结果将为进一步揭示和研究混合胺吸收溶剂吸收二氧化碳的反应机理和构建相关反应动力学模型提供科学依据。

在本项目研究过程中，共发表高水平论文35篇，其中SCI收录的有35篇；已申请发明专利6件，其中已授权专利3件；共培养毕业博士研究生2名，毕业硕士研究生3名，在读博士研究生2名，在读硕士研究生2名，训练毕业博士后1名。本项目研究以混合胺吸收CO2为基础，单乙醇胺（MEA）和N-甲基二乙醇胺（MDEA）的混合吸收溶液结合了MEA的高反应速率和MDEA的高处理量；而单乙醇胺（MEA）和二乙醇胺（DEA）的混合吸收溶液结合了MEA的高反应速率、强CO2吸收能力和DEA的弱腐蚀性、良好解吸性能。这两种混合醇胺溶液克服了单一的醇胺溶液的自身的不足，使其在二氧化碳捕获领域具有广泛的应用前景。然而其吸收二氧化碳反应机理及其深层次的反应动力学模型，成为限制其工业化的重要因素。本项目通过从不同类型胺溶液结合二氧化碳的能力强弱的不同着手，通过核磁共振（13C NMR）技术对混合胺溶液当中不同组分与二氧化碳反应时的协调竞争关系研究，探讨混合胺溶液与二氧化碳反应的机理，进而深入研究其吸收二氧化碳过程的科学规律。同时还采用电化学快速停留技术揭示该反应过程的动力学规律，并建立其基础反应动力学模型。研究结果表明混合胺MEA-DEA溶液吸收CO2的过程很复杂，大致可以分为三个阶段。在每个反应阶段，混合胺MEA-DEA与CO2反应体系中进行着不同的反应。通过对同种离子在不同体系中比较的研究结果表明，MEA-DEA和MEA-MDEA混合醇胺溶液在吸收CO2过程中，在吸收速率、吸收容量、以及解吸性能方面具有显著的竞争协同关系。研究结果将为伯胺+叔胺、伯胺+仲胺混合胺溶液吸收的CO2进一步研究提供理论和实验基础。此外，本项目主要研究成果正在湖南大学开展进一步的中试应用研究。