水溶性离子液体中气体水合物生成特性及CO2双重捕获机理研究

根据当前国内外能源领域中二氧化碳气体分离和捕获新技术的发展趋势，提出利用水溶性离子液体对CO2的选择性吸收能力和较高的溶解度和在此体系中进行快速有效的CO2水合物生成反应实现对CO2形成双重捕获的技术方法。本项目重点对在离子液体的水溶液中二氧化碳气体水合物生成特性和机理进行深入的实验和理论研究，选择较稳定的并对CO2具有较好选择性吸收能力水溶性离子液体，建立相应的实验测试系统对不同浓度的离子液体水溶液中CO2水合物生成的热力学特性及相平衡条件进行系列化实验测定，获得并积累相关机理认识和实验数据，并建立的溶液相平衡理论和热力学特性计算模型，对各种离子液体水溶液/气体水合物复合CO2分离和捕获工艺过程进行计算和分析，优化工艺流程和参数，为水溶性离子液体/气体水合物这一复合型CO2高效捕获新技术提供相应的科学基础和依据、关键实验数据、相关计算预测方法和研究经验。

本项目研究对CO2具有选择性吸收能力的水溶性离子液体及其水溶液的热物理、CO2吸收相平衡和气体水合物生成特性，使其在特定的压力和温度条件下有效吸收CO2同时快速生成CO2水合物，实现对CO2的双重捕获。重点是强亲水性离子液体水溶液特有的物理化学性质、溶液系统相平衡以及离子液体溶液吸收二氧化碳时气体水合物生成机理的实验和理论研究。首先筛选出6种对CO2具有较好选择性的功能性离子液体，研究测定其热稳定性，并完成对其中三类代表性离子液体及其水溶液的热力学和物化特性（水溶液密度、比热及混合热/焓、酸碱度等）的试验测定，获得相应的计算分析方法。建立了离子液体水溶液相平衡蒸汽压测试实验台，测定了强亲水性离子液体水溶液蒸汽压和活度系数，发展了离子液体缔合特性的水溶液理论和活度系数计算模型。利用专门可视化的离子液体水溶液CO2吸收和水合物生成实验系统，对胺基功能型离子液体1-胺丙基-3-甲基咪唑溴（[APMIM]Br）水溶液的CO2吸收/溶解度特性和溶液中生成气体水合物特性及其相平衡条件进行了系列化实验测定，获得并积累了相关机理认识和大量实验数据，建立了离子液体水溶液气体水合物相平衡理论和热力学特性计算模型。在此研究获得的实验数据基础上，提出了离子液体水溶液/气体水合物复合CO2分离和捕获工艺流程（ISGH溶浆CO2脱除工艺）,进行了性能计算和参数分析并确定了该工艺的适用范围。本项目为实现水溶性离子液体/气体水合物复合型CO2捕获新技术提供了关键实验数据、相关计算预测方法和实践经验。