氨水溶液吸收CO2

书书书 第 卷 第期 化 工 学 报 年月 檭檭檭檭檭檭檭 檭檭 檭檭檭檭檭檭檭 檭檭 殐 殐 殐 殐 综述与专论电厂烟气氨法脱碳技术研究进展 刘 芳，王淑娟，陈昌和，徐旭常 （ 清华大学热科学与动力工程教育部重点实验室，北京 ） 摘要：随着 “ 后京都时代”的到来，电厂烟气氨法脱碳技术成为近年来新兴的 减排方法研究热点之一。本 文对国内外有关氨法脱碳的机理、主要工艺和参数等的相关研究给予了详细的总结与分析，并对存在的问题和 技术未来发展等方面进行了阐述。现有试验及系统模拟结果表明，氨法脱碳技术可实现 以上的 脱除效 率，氨水溶液具有 以上的吸收能力；其中， 脱除效率、吸收能力及速率等参数主要受 氨水浓度、吸收反应温度、吸收剂再生条件等因素影响。经济性研究显示，氨法联合脱除技术有望将 捕获 带来的电价增长控制在 以内。 关键词：电厂；烟气；二氧化碳脱除；氨吸收法 中图分类号： 文献标识码：文章编号： （ ） 犚 犲 狊 犲 犪 狉 犮 犺狆 狉 狅 犵 狉 犲 狊 狊狅 犳犆 犗犮 犪 狆 狋 狌 狉 犲犫 狔狌 狊 犻 狀 犵 犪 犿犿 狅 狀 犻 犪犳 狉 狅 犿犳 犾 狌 犲犵 犪 狊狅 犳狆 狅 狑 犲 狉狆 犾 犪 狀 狋 犔 犐 犝犉 犪 狀 犵，犠犃 犖 犌犛 犺 狌 犼 狌 犪 狀，犆 犎 犈 犖犆 犺 犪 狀 犵 犺 犲 ，犡 犝犡 狌 犮 犺 犪 狀 犵 （犓 犲 狔犔 犪 犫 狅 狉 犪 狋 狅 狉 狔犳 狅 狉犜 犺 犲 狉 犿 犪 犾犛 犮 犻 犲 狀 犮 犲犪 狀 犱犘 狅 狑 犲 狉犈 狀 犵 犻 狀 犲 犲 狉 犻 狀 犵，犕 犻 狀 犻 狊 狋 狉 狔狅 犳犈 犱 狌 犮 犪 狋 犻 狅 狀， 犜 狊 犻 狀 犵 犺 狌 犪犝 狀 犻 狏 犲 狉 狊 犻 狋 狔，犅 犲 犻 犼 犻 狀 犵 ，犆 犺 犻 狀 犪） 犃 犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋： ， ， ， ， ， ， ， （ ） 犓 犲 狔狑 狅 狉 犱 狊： ； ； ； 收到初稿， 收到修改稿。 联系人：王 淑 娟。第 一 作 者：刘 芳 （ ） ，女，博 士 研 究生。 引 言 世界上约 的 排放来自化石燃料燃烧， 其中，煤炭是一种高 排放燃料，单位热量燃 煤引起的 排放较石油和天然气分别高出 犚 犲 犮 犲 犻 狏 犲 犱犱 犪 狋 犲： 犆 狅 狉 狉 犲 狊 狆 狅 狀 犵 犱 犻 狀 犵犪 狌 狋 犺 狅 狉： 犈犿 犪 犻 犾： 和 。据经济合作发展组织 （ ）和国际 能源署 （ ）数据显示 ，现有电厂 年排放 量约 亿吨，占全世界排放总量的 ，其 中燃煤电厂 亿吨，占发电行业排放量的 。 到 年，全 球 每 年 将 有 亿 吨 来 自 于 年 已 投 运 的 电 厂。由 于我国能源储备 具 有 “ 多煤、贫油、少气”的特点，煤炭占一次能源生 产和消费的 以上 ，火电厂 排放量稳定 在总排放的 左右 。因此，采用捕集、储存 或利用电厂烟气中 的方法被认为是近期内减 缓 排放较为可行的措施 。 现有电厂烟气中 燃烧后捕集技术主要有 吸收法、吸附法、膜法、低温法等。考虑到电厂烟 气中 的分压低和技术工艺的成熟性，比较而 言，化学吸收法是目前较好的选择 。化学吸收法 脱除合成气中 的技术在合成氨、尿素等化工 产品生产中早已得到广泛应用，但在电厂烟气 捕集方面鲜有工业应用，主要原因是电厂烟气流量 大、压力接近常压、 体积分数低、使用常规 工艺经济性较差。尽管如此，由于其在化工行业运 行历史久、脱除效率高、技术稳定、价格相对低 廉，研究者仍致力于将此类化工技术转化成电厂烟 气 捕集技术的研究，现已有商业示范项目。 其原理是利用碱性吸收溶液与烟气中的 接触 并发生化学反应，形成不稳定盐类，其中，吸收剂 吸收能力受化学反应平衡的限制，在一定的条件下 可逆向分解释放出 ，从而将 从烟气中分 离并富集，进行再利用或后处理，同时使吸收剂 担载能力得到再生。常用的吸收剂有醇胺溶 液、强碱溶液、热苛性钾溶液等。 目前，受关注最多的是醇胺类，该技术利用带 有羟基和胺基的碱性水溶液作为吸收剂，利用吸收 塔和再生塔组成系统对 进行捕集，一般需消 耗 吸收剂 。其中，一乙醇胺 （ ）分子量小，吸收酸性气体能力强，对捕集 燃烧后烟气中低浓度的 最具优势，是被研究 和运用的最主要技术。醇胺法脱碳的主要问题是循 环过程中 吸收效率不高。由于氧化、热降解、 发生不可逆反应和蒸发等原因，导致吸收剂吸收能力 损失；富 吸收液 （ 简称富液）中降解产物造成系 统腐蚀、再生能耗大、初投资和运作成本偏高等 。 因此，化学吸收法在电厂烟气 捕集中若 要广泛应用，尚需通过尝试开发新吸收剂、新处理 装置或改进现有脱除工艺等途径解决上述关键问 题。在吸收剂的研究上，主要侧重于寻找新吸收 剂，目标是吸收能力在 溶剂以上，能 同时满足 “ 高脱碳效率、高吸收能力和低再生能 耗”及 “ 低蒸气压、抗氧化和低腐蚀性”特点的吸 收剂；在吸收工艺改进研究方面，主要有低吸收剂 损耗和热联合工艺等应用研究。 近年来，有研究者提出使用氨水脱碳作为传统 溶液吸收法的替换技术 。随后，众多研究 者和研究机构对氨水脱除烟气中 的技术、经 济可行性进行了探索研究，指出利用氨法对电厂烟 气中污染物联合脱除有望实现较低程度降低电厂效 率，并将电价上涨控制在 以内 。美国 公司已开发出 技术，在利用氨水作 吸收剂脱除烟气中 、狓 的电催化氧化技术 的基础上，利用氨基溶液吸收 并对富液进行 再生利用，从而实现酸性气体联合脱除 ； 公司开发的冷冻氨法，设计利用碳酸铵和碳酸 氢铵混合浆液作为循环利用的 吸收剂，实现 脱 碳 率，并 高 效 脱 除 烟 气 中 残 留 的 、 、 等成分 。 本文对化工行业氨水脱除 技术的应用、 氨与 反应机理及近年来氨法脱除电厂烟气中 的研究进展等进行了总结与分析。 碳化法合成氨流程制碳酸氢铵 利用氨水脱除烟气中 的技术概念并不是 首次被提出，早在 年，侯德榜等 便提出了 碳化法合成氨流程制碳酸氢铵的设想，利用合成氨 车间生产的氨制成氨水代替水，吸收 ，在净化 合成气的同时生成碳酸氢铵，使脱碳工序与氨加工 车间合二为一。通过示范厂的设计、施工、试验和 改进，该工艺于 年开发成功，使碳酸氢铵成 为我国独有的氮肥品种。 在此工艺中，进入碳化阶段的变换气中 浓度约为 ，其他气体主要为、 及少量的 、，氨水浓度一般采用 ，碳化塔压力常为 或 ， 碳化 温 度 在 ， 出 口 浓 度 低 于 。而常规电厂烟气中 浓度约为 ，含有大量惰性气体，并伴有、 、 狓、重金属、颗粒物等，气体流量大、烟气温度 较高。因此， 脱除工艺、装置与碳酸氢铵生 产有较大差异，需针对电厂烟气特点进行氨法脱碳 化 工 学 报 第 卷 技术的研究。 反应机理及动力学 反应机理 氨水溶液吸收 属于伴有可逆化学反应的 过程，在双膜理论中，起主要作用的是液膜 。 首先进行的是氨基甲酸铵的生成与水解过程 ， ， 包括 幑幐 幑幐 幑幐 （） 幑幐 其中，氨基甲酸铵生成是迅速的、不可逆的二级反 应 ，主要发生在液膜之内，在氨与 反应 初期，控制 吸收速率，此时若增加汽液接触 面积和传质系数有利于 吸收 。其水解过程 相对较慢，可视作一级反应 ，在液相本体进行， 在氨水脱碳过程中，随着碳化度 （ 即氨水中 的浓度与氨的浓度之比）增大， 吸收速率逐 渐由此水解速率控制 。 同时，可能平行或伴随发生如下反应 幑幐 幑幐 不过，碳酸是弱酸，形成速率较氨基甲酸铵生 成慢得多 ，且稳定性差。 综上，在氨水脱碳过程中，溶液中可能存在的 成分有 、 等分子 及 、 、 、 、 、 等离子 ， 。其中， 的含量 始终比 、 低得多 。生成产物 随溶液浓度和碳化度不同而变化。在稀氨水中主要 形成碳酸盐或碳酸氢盐，而浓溶液中主要是氨基甲 酸盐 。在碳酸氢铵生产碳化过程中，当碳化度 小于 时，反应主要生成氨基甲酸铵；当碳化度 大于 时，氨基甲酸铵水解，碳酸氢铵结晶大量 形成 。 反应动力学 在氨与 反应动力学方面，一些研究者对 吸收过程主要反应进行了研究。为便于比较，本文 对各反应速率常数表达式内参数单位进行了统一。 在圆盘塔中测定了部分碳化氨水吸 收 的速率，得到溶液中氨与 的二级反应 速率常数 犽 犜。 等 用快 速热方法测定了 无限稀溶液，得到氨与 反 应 生 成 氨 基 甲 酸 的 反 应 速 率 常 数 犽 犜，活化能为 ；并通 过研究添加 、 和 的氨水溶液，得 到离子强度对犽的影响。钦淑均等 在前人研究 基础上，同时考虑 在氨水中溶解度的变化和 氨水浓度提高引起的非理想性，利用改良湿壁塔试 验，得出在 间，氨与 反应生成氨基 甲酸铵的二级反应速率常数 犽 犜， 活化能为 ；若考虑离子强度的影 响，则修正为 犽 犐 犜。 等 利用筛板塔对 区间氨水洗涤 反应速率常数进行测量，得到 犽 犜，活化能为 。许家豪 在 搅拌釜内对 与氨水在 范围内反应进 行研 究，得 到 犽 犜，活 化 能 为 。 另外，高伟等 对氨基甲酸铵水解进行研究， 得到一级水解反应速率常数 犽 犜 犐，反应活化能为 。此前报 道 该 反 应 平 衡 常 数 犓 犜 。 等 指出，在水解分步反应中， 水化 即 碳 酸 氢 根 生 成 反 应 是 控 速 步 骤。 等 ， 报道该反应速率常数 犽 犜，是氨基甲酸生成速率的 倍，反应活化能是 。 通常，对于碳化度较高的氨盐水，其反应在液 流主体进行，是缓慢的化学吸收过程，反应速率由 液相空间反应速率决定，增加传质面积和加强湍流 对增强吸收影响不大；对于低碳化度氨盐水，吸收 反应由传质和反应过程共同控制；对于 值更高 的初始氨盐水吸收，扩散过程起决定作用 。 一些研究者 ， 利用电解质水溶液综合气液 固相动力学、热力学状态方程等，通过化学平衡、 相平衡、物质守恒、电荷平衡等条件建立 系统热力学模型，对平衡后气相分压、 液相组成等进行模拟计算。因涉及的适用范围、参 数处理方法等内容较多，此处不做详细描述。 研究现状 年， 等 提出利用氨水从电厂烟气中 捕获 ，并在半连续鼓泡吸收装置中对影响氨水 第期 刘芳等：电厂烟气氨法脱碳技术研究进展 溶液 脱除效率和吸收能力的因素展开研究 。 此后，各研究机构相继利用鼓泡吸收反应器 、 搅拌釜 、填料塔 、筛板塔 、超重床 等 对氨溶液脱除模拟电厂烟气中 开展试验研究， 考察氨水浓度、烟气中 浓度、气液接触程度 （ 通过气体流率、吸收塔结构等反映） 、吸收反应温 度、烟气中其他气体及重金属、再生方式等因素对 氨水脱除 效率、吸收能力、吸收速率、主要 产物、吸 收 剂 循 环 利 用 等 各 方 面 的 影 响；使 用 等商用软件对电厂烟气氨水脱碳系统 进行模拟，探讨其技术、经济可行性 ， ；在电 厂烟气氨水脱碳系统生命周期碳排放评价 等方 面亦有研究报道。 目前，研究者对电厂烟气氨法脱碳技术发展主 要有两条建议路线：一是将烟气脱碳与化肥生产相 结合，利用氨水与 反应生产氮肥 ；二是 对脱碳反应后的富液进行再生，循环利用，方法有 常规的热再生过程 ， ， ， ， 和离子交换树脂再生 方法 。典型的热再生氨法脱碳流程示意如图 。经除尘、污染物脱除等处理后的电厂烟气经初 步冷却和增压后，从下部进入吸收塔，在塔内与自 塔顶喷射的氨吸收溶液逆向接触。烟气中的 与吸收剂发生化学反应形成弱联结化合物，而脱除 了 的烟气从吸收塔上部排出。吸收了 的 富液经富液泵抽离吸收塔，在贫、富液热交换器中 与贫 吸收液 （ 简称贫液）换热，进入再生塔， 在热的作用下解吸 ，得到吸收能力的再生。释 放出的主要成分为 的气流经过冷凝和干燥后 进行后处理，可工业利用或经压缩、输送后储存。 再生塔底的贫液在贫液泵作用下，经过热交换后， 冷却至吸收反应最佳温度，从吸收塔顶部喷入，进 行下一次吸收再生循环。 现就各研究者在氨法脱碳技术研究中发现的各 因素对吸收剂 脱除效率、吸收速率与能力等 方面的影响进行总结。由于试验台基本条件不同， 各脱碳相关参数数值不具有绝对可比性；在单一因 素影响比较时，参数变化趋势可能受其他因素影响 程度不同而表现不一，详见各节分析。 氨水浓度 由化学反应动力学可知，反应物浓度增加将促 进反应正向移动。不同浓度范围氨水脱碳试验结果 表明，氨水吸收能力可达约 ， 实现 以上连续的 脱除效率。随着氨水浓 图 典型的电厂烟气热再生氨法脱碳系统图 度的 增 加， 脱 除 效 率 提 高 ， ， ， ， ， 但上升速率逐渐下降 ， ， ；降低吸收反应温度， 相 同 氨 水 浓 度 的 提 高 引 起 脱 除 效 率 的 增 幅 加 大 ，如图所示，数据点标识后分别注明反应 器类型、操作温度等其他主要影响因素和参考文 献。对于半 连 续 装 置 ， 和吸收剂储存循环使 用 ，氨水浓度提高可延长 高效脱除持续时间。 图 氨水浓度对 脱除效率的影响 同时，随着氨水浓度的增加，单位质量氨吸收 的能力有所下降。 等 试验发现，氨水 浓度从升高至 ，其吸收能 力 从 下降为 ； 等 则报道了 氨水的 吸收能力为 ，此数值差异可能是 由试验装置和吸收反应温度等操作条件引起的，需 进一步验证。 等 在 搅 拌 釜 中 利 用 浓度氨水进行 吸收试验发现，在溶液碳 化度小于 时，化学因素占优， 吸收速率随 氨浓度增加而增大；当大于 后，扩散因素占 化 工 学 报 第 卷 优， 吸收速率不再随浓度增加而增大，出现 极值。分析认为这主要是由于氨浓度增高引起的 溶解度下降及溶液黏度、气相 分压增高， 而不同的变量对吸收速率的影响比重不同，故总体 表现不同。许家豪 通过搅拌釜试验证实了在其 设定条件下， 在氨水溶液中的反应速率分别 与 浓度的零次方和氨溶液浓度的二次方呈正 比，氨水浓度越大， 吸收速率越大。 从反应历程来看，氨水吸收 随初始浓度 升高由主要生成氨基甲酸铵转变为形成碳酸氢铵晶 体。 等 还 发 现， 以 上 浓 度 的 氨 水 与 反应是吸放热过程，与在此浓度以下时为纯 放热过程不同。在同工况下，氨水脱碳反应时吸收 液所达到的最高温度较 法低，说明不同浓度 氨水与 反应所经历的步骤确有不同，而氨法 脱碳所需的再生能耗较 法低。 张茂等 指出，尽管提高氨水质量分数有利 于 脱除，但浓度过高将导致氨损失增加，特 别地，当浓度超过 时，在吸收塔正常操作 温度下会生成 （） 复盐结晶，稳定性差，易增加氨损失，导致氨水不 平衡等。张君等 在错流碟片式旋转超重床上使 用 氨水试验，结果表明随着氨水浓度的 增加，初始尾气中逸出氨百分比由 上升至 。 等 用 模拟加压氨水 脱碳系统，考虑到氨损失、再生效率提高和氨与 分离效果等，选择氨水作为研究对 象，当实 现 脱 碳 率 时，吸 收 塔 出 口 烟 气 中 浓度在 。 考虑到 脱除效率和脱碳过程中吸放热反 应可节约热再生能耗， 等 推荐 氨水作 为 吸收剂；张君等 和 等 从降低成本 和减少二次污染角度，推荐 氨水； 等 则从 加 压 脱 碳 技 术 的 工 业 应 用 提 出 为 最 优点。 从现有试验结果来看，只要吸收器设计合理， 极稀氨水即可实现 脱除效率，因此，在 实际应用中要综合考虑 脱除效率、吸收塔设 计、吸收剂喷淋系统能耗、逸出氨百分数、吸收剂 补充成本、吸收剂利用方式、产物需求等多方面因 素，根据电厂的实际情况选择合理的吸收剂浓度。 烟气中犆 犗浓度 虽然烟气中 浓度增加使其分压增大，提 高氨水溶液对 的吸收速率 ，理论上有利于 与氨水溶液气液反应的正向移动，但试验表 明，在连续脱碳过程中，当入口 满足一 定化 学 计 量 比 时，其 对 稳 态 脱 碳 效 率 的 影 响 可 忽略 ， ， 。 吸收反应温度 与氨可以在不同温度、压力条件下进行 反应。通常，温度升高，化学反应速率加快。不 过，在氨法脱碳过程中，多数反应是可逆的，在室 温下正向进行，在 间逆向反应发生 。 因此，在不同反应器中，吸收反应温度对 脱 除效率的影响总体表现不同。温度对氨法脱碳效率 的影响主要表现为随温度上升而上升或下降，其 中，部分试验中出现了最佳脱碳温度窗口 ， ， ， 如图所示，数据点标识后分别注明反应器类型、 氨水浓度和参考文献。 图 温度对 脱除效率的影响 同时，氨溶液 吸收能力随温度上升而下 降，有报道 称温度由 升高至 ，该值从 降为 。 许家豪 利 用 氨 水 在 间 进 行 与氨水反应速率常数测量，发现在 前， 其随温度升高而增大，此后有缓慢下降趋势。而 等 研究表明，在吸收初始阶段，吸 收速率随温度增加而升高；在吸收最终阶段，温度 升高会导致吸收速率下降，这说明温度在不同产物 形成阶段影响不同。 此外，吸收反应温度不同，氨与 反应经 历的化学反应历程不完全相同。 等 试验表 明，在设定的反应条件下，即在半连续鼓泡吸收器 入口 浓度为 、氨水浓度为 时， 与氨在 操作温度下为放热反应，而在 第期 刘芳等：电厂烟气氨法脱碳技术研究进展 区间为吸放热过程。 通常，温度将改变反应历程、反应速率常数、 溶液黏度、 溶解度、气相分压与平衡压力差 等，因此，在实际应用中需根据吸收塔形式选择适 宜温度范围，并综合考虑脱碳前烟气、吸收剂降温 及脱碳后烟气排空所需升温成本和电厂可提供的热 交换量等。 吸收反应压力 目前，电厂氨法脱碳技术尚处于实验室、试验 阶段研究，对各影响因素的考察均在常压下进行。 考虑到在实际应用中可能涉及氨损失、加压再生和 加压输运等需求，有研究者 对半闭式燃气 轮机联合循环系统 （ ）烟气加压氨法脱 碳系统进行了模拟。结果表明，随着吸收塔压力增 加，出口氨损失、吸收剂质量流率下降，对系统热 负荷等有直接影响。但随着压力的进一步增加，下 降趋势放缓。综合考虑压缩能耗等因素，建议选择 约个大气压作为吸收塔操作压力。不过，由于电 厂烟气量巨大，且主要成分为惰性气体 ，通常 研究者建议进行常压氨法脱碳 。 烟气中其他成分 氨是碱性物质，理论上可与电厂烟气中存在的 一切酸性物质发生反应，如 、狓 等 ，而 烟气中的 、重金属、颗粒物等成分亦可能影响 脱除效率、吸收剂吸收能力、脱碳副产品或 吸收剂再生等，因此，对烟气中其他组分影响的研 究不可忽视。 王阳等 指出，由于烟气中 的含量远远 小于 ，其对氨水吸收 的反应没有实质上 的影响，但与氨的反应优先于 ，会对 吸 收产物 纯 度 带 来 影 响，建 议 将 两 者 分 开 脱 除。 等 通过计算 、 （） 和 的标准 自由能推测氨水与酸性气 体发 生 反 应 的 顺 序 为 狓，这 与 等 在干式氨法下得到的 、狓优先于 与氨反应的判断不同。另据文献 报道， 氨法烟气脱硫工艺中间产物可与 狓反应，从而 达到一定的脱硝效果。马双忱等 在湿法脱硫的 基础上，以 、 离子为催化剂，采用液相催化 氧化 和狓，进行氨吸收试验，发现氨中和 液相催化氧化法可实现 和 狓 脱除率。这些为氨法脱碳联合脱硫、脱硝提供了技 术上的可能性。 等 对净输出为 的电厂进行 捕获技术经济性评价，指出氨水 洗涤法投资为电厂初投资的 ，成本为每吨 美元，将引起电价上涨 ，使电厂效率 下降。若能实现联合脱除 、狓、 等， 可将电价增幅控制在 以下，经济性更加可观。 此外，烟气中的 对氨法脱碳中吸收速率和 氨损失影响不明显 ， ，而 将导致 法吸 收剂降级。在重金属影响方面，王阳等 经试验 发现，氨吸 收 液 对 、 、 、 、 、 、 等各种金属具有一定的吸收能力，但氨对金属 离子有竞争吸附影响，浓氨水对金属去除不利，其 作用机理尚不明确。同时，由于我国燃煤电厂烟气 中粉尘含量较高，即使经过除尘，尾部烟气中颗粒 物对氨法脱碳系统仍可能造成一定影响，但此方面 的研究未见报道。 吸收剂再生方式 与氨法脱碳联产化肥工艺相比，对富液再生循 环利用更具技术和经济可行性。一般来讲，化学吸 收法依靠加热或降压等方式使吸收剂能力得到再 生。据试验研究 ， ，电厂模拟烟气氨法脱碳主 要产物是碳酸氢铵，因此，富液再生的工作主要针 对碳酸氢铵、碳酸铵溶液进行。由于氨具有挥发 性，且再生释放出的 通常需要进行加压处理， 故对氨法来说，降压方式不宜采用。目前，吸收剂 的再生 方 法 主 要 有 热 再 生 和 离 子 交 换 树 脂 再 生 两种。 对碳酸氢铵和碳酸铵标准溶液的半连续加热试 验 ， ， 结果表明，随着碳酸氢根浓度和再生温 度的增加， 更易从溶液中释放。 等 ， 在半连续吸收剂循环利用试验 中发现，初次循环后吸收剂吸收能力迅速下降，氨 蒸发现象明显，而此后再生吸收剂吸收能力基本不 变。以 氨 水 为 例， 在 循 环 利 用 中 损 失 的 的氨成分中有 是第一次吸收时出现 的，再生后的吸收能力约为初始溶液的 ， 说明初始吸收剂无法实现 再生。由于氨损失 比例随氨水浓度增大而增加，且新鲜氨水在吸收过 程中即会引起大量的氨损失，建议将新鲜氨水仅作 为连续循环过程中的补充液使用。为避免工业应用 中塔壁结垢或管道堵塞，推荐在结晶生成前进行热 再生。 等 指出，通过再生使吸收剂转化 为氨 水 溶 液 并 不 必 要， 将 热 再 生 温 度 控 制 在 以下，可控制吸收剂在碳酸氢盐与碳酸盐间 化 工 学 报 第 卷 转化。填料塔热再生循环试验结果表明，当再生温 度从 增加到 ，连续循环系统中 脱除效率和 担载能力增加，此后略有下降， 而氨损失随温度升高呈线性增加。 等 对热 再生塔温度和压力进行模拟，指出随着再生塔操作 压力增加，出口氨逸出量减少，氨再生比例、 与氨分离率和 纯度均有所增加，但 解吸 效率略有下降。 通常，热再生能耗与吸收剂吸收能力、吸收塔 与再生塔间温差、再生反应热、再生所需蒸汽等有 关，而化学吸收法 脱除效果好却很难推广的 主要原因是吸收剂再生时能耗大。现有理论分析与 系统模拟研究 ， ， 指出，与 法相比，氨法 可降低约 的再生能耗，若通过热综合利用能 够进一步节约近 的能耗。此外，为减少热再 生中溶剂水所消耗的热量，有研究者 指出用比 热容小的有机溶剂替换吸收剂中部分水来实现。 等 对氨水乙醇稀释液吸收 研究发现， 利用乙醇替换水作为氨水稀释溶剂后，初始 脱除效率随乙醇比例增大而提高，但由于乙醇具有 挥发性，氨损失增加； 等 推荐在加压工况 下考虑采用此技术减少能耗。 尽管如此，现有热再生研究表明，再生后吸收 剂吸收能力并不理想，没有达到 脱除效率和 氨损失优化的要求 ，因此，对吸收剂再生方法 的研究格外重要。 等 发现，一类带有胺 基官能团的弱碱性阴离子交换树脂可与碳酸氢铵发 生反应，将其转化成碳酸铵，从而使富液吸收能力 得到再生。以初始 值为 的氨水为例，丧失 吸收能力的富液在 下与 树脂充分 接触，经离子交换后可具有原新鲜液吸收能力的 。反应后的树脂混水加热至 以上，其离 子交换能力得到再生，同时释放 。此法优点在 于将有效氨再生与 释放过程分离，解决了热 再生过程中氨挥发造成的吸收剂损失问题。初步理 论分析认为，与 法相比，可节约近 再生 能耗。但 等 用 树脂对 氨水进行 了再生循环利用，效果并不理想，一次再生后的吸 收能力仅为新鲜液的 。 等 对 碳酸氢铵溶液进行 下热再生和离子交换再 生比较，发现热再生时从溶液中释放出的 比 例仅为 ，而 从 离 子 交 换后树脂中释放 出 的 比例为 。但其同时指出，由于树脂与富 液接触会吸附部分溶液，且树脂加热后所释放的 须由气体携带，因此该方法尚需进一步考察， 确认是否具有技术优势。同时，离子交换反应机 理、吸收剂高效再生树脂、离子交换效率和树脂再 生后交换能力提高方法等仍有待进一步研究。 现有问题与研究方向 尽管有研究者 提出氨法脱碳需以降低 脱除效率为代价减少氨损失，而其再生能耗并不优 于 法。但初步研究表明，氨水可具有 以上的吸收能力，实现近 的脱 碳效率，其中，氨水浓度、吸收反应温度、烟气中 其他组分及再生方式等均会对脱碳系统运行造成直 接影响。 脱除效率和 吸收速率随氨水浓度增 加而增 大，而 吸 收 能 力 随 之 减 小。烟 气 中 浓度增加可提高脱碳反应速率，对脱碳效率 影响不大。吸收器内反应温度升高对正向脱碳反应 具有促进与抑制的双重效应，存在最佳脱碳温度窗 口；吸收器内压力对气液反应有促进作用，同时可 降低氨损失，但压缩能耗和成本较高，如考虑后续 输运或埋存要求，可适当提高。烟气中对 脱碳效率等参数影响不大； 、狓等酸性气体 对脱碳副产物纯度或吸收剂再生有影响，可通过富 液浓缩、结晶、干燥制成氮肥副产品，实现酸性气 体污染物联合脱除，并副产化肥。氨水浓度增加对 烟气中重金属浓度降低有抑制作用，推测氨与重金 属存在竞争吸附，机理不详。对于烟气中粉尘特别 是细颗粒对脱碳过程的影响尚无研究报道。另外， 与生产碳酸氢铵相比，吸收剂再生利用更可行，理 论分析认为常压热再生可比 法节能 以 上，但再生后吸收剂吸收能力下降严重，而离子交 换树脂再生后吸收剂吸收能力同样不够理想。 综合考虑电厂脱碳和碳酸氢铵市场需求，再生 氨法脱碳技术是未来主要的开发方向。目前，针对 氨水吸收剂再生循环利用研究