T∕CI 1348-2026 化学吸收法二氧化碳吸收剂性能评价规范

化学吸收法二氧化碳吸收剂性能评价规范Specificationforperformanceevaluationofcarbondchemicalabsorptio2026-01-09发布2026-01-09实施中国国际科技促进会发布 1范围 2规范性引用文件 13术语和定义 14吸收剂性能参数计算方法 25性能评价标准 5 6 78参数计算与测试 89物性参数评价标准 工Ⅲ本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国国际科技促进会提出并归口。本文件起草单位：国能(北京)低碳科技有限责任公司、南方电网电力科技股份有限公司、中国大唐集团科学技术研究总院有限公司华北电力试验研究院、国电电力发展股份有限公司、国能锦界能源有限责任公司、长沙博能科技股份有限公司、国网能源研究院有限公司、量电研能低碳节能科技(北京)有限公司。1本文件规定了燃烧后化学吸收法二氧化碳吸收剂性能、性能评价标准、运行评价、试验流程和参数计算与测试。本文件适用于燃烧后化学吸收法二氧化碳吸收剂性能评价。2规范性引用文件本文件没有规范性引用文件。3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。燃烧后烟气中的二氧化碳与吸收剂在吸收塔内进行化学反应，形成的化合物经处理后重新释放出二氧化碳，从而捕集二氧化碳的方法。利用工业级二氧化碳、氮气空气混合配制试验气体，二氧化碳和氧气百分比含量模拟烟气成分。经过碳捕集试验装置处理后，排入环境的尾气。再生气regenerationgas再生塔顶部排出的含有水蒸气、二氧化碳和吸收剂溶质的混合气体。再生气分离器排出的高浓度二氧化碳气体。单位体积(或质量、摩尔胺含量)的吸收剂中二氧化碳、碳酸氢根、碳酸根氨基甲酸盐等含碳原子产物物质的量(或总质量)。在单位时间内单位体积(或质量)吸收剂中二氧化碳、碳酸氢根、碳酸根、氨基甲酸盐等含碳原子产2物物质的量(或总质量)增加量。解吸速率desorptionrate单位时间内单位体积(或质量)吸收剂中二氧化碳、碳酸氢根、碳酸根-、氨基甲酸盐等含碳原子产物物质的量(或总质量)减少量。吸收剂再生率regenerationrateofabsorbent再生前后吸收剂负荷差与初始吸收剂负荷的百分比。发泡性foamability吸收剂在设备内部转移传递过程中产生泡沫的性质。挥发性volatility在一定温度、压力和二氧化碳负载下，醇胺组分从吸收剂逃逸的能力。腐蚀性corrosive衡量不同温度和不同二氧化碳负载下吸收剂对碳捕集系统设备常用金属材料的腐蚀能力。降解性degradability吸收剂降解用于衡量吸收剂主要组分损失速度的大小，在相同试验条件下通过测试吸收剂二氧化碳负载量衰减速度进行表征。捕集效率captureefficiency小试试验系统处理前后模拟烟气中二氧化碳的质量差值与未经处理烟气中二氧化碳的质量分数。单位捕集能耗energyconsumptionperunitofcapture捕集单位质量二氧化碳再沸器的热能消耗。4吸收剂性能参数计算方法4.1吸收-解吸性能参数4.1.1筛选试验采用小型间歇式吸收-解吸装置，如图1所示。3图1二氧化碳吸收解吸试验装置示意图主要设备包括：主容器250mL三口烧瓶，恒温油浴锅，配套冷凝系统，进气计量-质量流量计控制器，出气计量-湿式流量计(自动计数)。吸收-解吸试验气体：二氧化碳纯度99.99%～99.995%,N₂纯度4.1.2吸收剂性能试验数据处理要求如下。a)试验过程中，需记录的数据包括：进气量(质量流量计控制),出气量(湿式流量计读取),吸收液温度变化(测温电偶检测)。b)吸收量按公式(1)计算：Qhs=0.15(tn—tn-1)—0.001φ⁻¹(Cn-Cn-1)……………式中：Qnbs——第n个计数点时的二氧化碳吸收量，单位为升(L);Cn——第n个计数点时的三口烧瓶尾气流量，单位为毫升(mL);φ——湿式流量计系数。c)累积吸收量按公式(2)计算：式中：Qtos——第n个计数点的吸收剂累积吸收量，单位为升(L);d)吸收负荷按公式(3)计算： (3)式中：4e)吸收速率按公式(4)计算： (4)rabs——第n个计数点时的单位体积吸收剂△t——每个计数点的时间间隔，单位为分(min)。f)解吸量按公式(5)计算：Qles=0.001φ⁻¹(dn—dm-1)…………(式中：Qdes——第n个计数点时的二氧化碳解吸量，单位为升(L);d——第n个计数点时的三口烧瓶尾气流量，单位为毫升(mL);φ——湿式流量计系数。g)累积解吸量按公式(6)计算：Qdes——第n个计数点的吸收剂累积解吸量，单位为升(L)。h)解吸速率按公式(7)计算：rdes=Qdes/22.4Vdes△t…………(7)rdes——单位体积吸收剂解吸速率，单位为摩尔每升分[mol/(L·min)];Qdes——第n个计数点时的二氧化碳解吸量，单位为升(L);△t——每个计数点的时间间隔，单位为分(min)。i)再生率按公式(8)计算：w=Qdes/Qb×100%…………(8)Qtbs——解吸试验开始前，吸收剂的二氧化碳吸收量，单位为升(L);Qte——第n个计数点时的二氧化碳解吸量，单位为升(L)。4.2解吸能耗解吸能耗计算方法：油浴质量为M,比热容为Cp,油浴温度降低后的温差为△T,即油浴降低后的温差△T=T饱和胺一T未吸收胺，则油浴损失的热量为Q=CpM△T,单位：kJ。由于测定二氧化碳的解吸量为Va(L),则单位解吸量为m=[(Va/(21+273.15)]×273.15/22.4)×44,单位：g;其中44是二氧化碳的摩尔质量。4.3气液平衡4.3.1气液平衡试验装置如图2所示。5标引序号说明：1——截止阀；6——气体储存罐(VGB,1290mL);2——转子流量计；7——反应器(VGR,1105mL);3——单向阀；4——数显压力表；5——数显温度计；10——转子。图2气液平衡试验装置流程图4.3.2气液平衡试验标准流程及数据处理要求如下。a)氮气吹扫试验装置，排除装置中残余的空气，并用气相色谱检测尾气，直至吹扫干净。b)用真空泵对储气罐和反应罐进行抽真空处理。气液平衡关系曲线，利用该曲线查找相应数据，可指导工程设计。5性能评价标准6a)纯二氧化碳吸收反应进行100min,每100g新型吸收剂的二氧化碳负载量不低于4.0L;b)在二氧化碳2负载量同样达到理论最大值的50%时，新型吸收剂的吸收率应达到于30%MEA吸收速率的80%以上；c)相同解吸条件下，新型吸收剂的最大解吸速率应比30%MEA高10%以上；d)相同解吸条件下，新型吸收剂的再生率应比30%MEA高10%以上；e)在二氧化碳负载量达到理论最大值的75%时，新型吸收剂反应热应小于86kJ/molCO₂;f)在二氧化碳负载量达到理论最大值的50%时，二氧化碳平衡分压应低于0.4kPa。小试装置标准工艺流程如图3所示。醇胺法捕集二氧化碳运行装置主要包括吸收和解吸过程，主要由配气系统、二氧化碳分离系统、冷却水循环系统、数据采集与控制系统、导热油加热系统组成。其中二氧化碳质量流量计储气罐水洗塔吸收塔再生培二氧化碳一空气一图3小试装置标准工艺流程6.2小试装置性能计算标准要求如下。a)捕集量：小试装置捕集量由再生塔出口产品气质量流量计读取；b)捕集效率：按公式(11)计算：7捕集效率——以百分比(%)表示的二氧化碳回收效率；产品气二氧化碳质量流量——从系统产品气出口输出的、被捕集的二氧化碳的质量流量，单位为千克每分(kg/min);原料气二氧化碳质量流量——从系统原料气入口输入的、待处理的二氧化碳的质量流量，单位式中：捕集能耗——捕集单位质量(1kg)二氧化碳所消耗的能量，是衡量碳捕集系统能量经济性的核心指标，单位为兆焦每千克二氧化碳(MJ/kgCO₂);3.6——能量单位换算系数；导热油加热耗电量——在特定计算周期内(如一次试验、一个运行班次或24h),捕集系统中用于驱动导热油电加热器的总耗电量。单位为千瓦时(kWh);二氧化碳捕集量——在与耗电量统计完全相同的周期内，整个捕集系统成功捕集并输出的二氧化碳总质量，单位为千克二氧化碳(kgCO₂)。d)单位捕集电耗：按公式(13)计算：捕集电耗——捕集单位质量(1kg)二氧化碳，在扣除特定工艺辅助能耗后，由核心工艺设备所消耗的净电量，单位为千瓦时每千克二氧化碳(kWh/kg系统总耗电量——在特定统计周期内(如一个完整的测试循环或一个运行日),整个划定的碳捕集系统边界内所有耗电设备的总用电量，单位为千瓦时(kWh)。这包括所有泵、风机、压缩机、控制系统、照明及本公式中提及的导热油加热和制冷机等全部电力负荷；导热油加热耗电量——在同一统计周期内，专用于为导热油电加热器供电的用电量，单位为千瓦时(kWh);制冷机耗电量——在同一统计周期内，专用于驱动工艺制冷机组(通常用于冷却吸收液，以提升其CO₂吸收能力)的用电量，单位为千瓦时(kWh);二氧化碳捕集量——在与总耗电量统计完全相同的周期内，该系统实际捕集并获得的二氧化碳总质量，单位为千克二氧化碳(kgCO₂)。7试验流程7.1.吸收剂吸收-解吸性能试验流程如下：a)配制好的吸收液100g装入250mL烧瓶，放入油浴锅，插入进气管线、冷凝管(带排气连接)、测温热电偶，油浴锅开搅拌控温40℃(烧瓶内吸收液温度40℃),接通冷却水；8b)通入计量的二氧化碳混合气体进行吸收试验，进气量150mg/min;d)试验进行到100min时，关闭二氧化碳进气，升温油浴锅至液体沸腾，保持油浴锅温度120℃进行解吸试验，解吸试验进行100min;e)试验记录过程完成后，降温过程需要用N₂做为保护气，防止系统内残留二氧化碳倒吸影响二次试验。b)迅速将#1油浴锅中的烧瓶放入#2油浴锅，进行解吸试验，记录当前室温，每隔2min记录一次油浴锅温度，烧瓶内液体温度以及二氧化碳解吸量，记录20min。整个过程中，油浴和吸收烧瓶内都保持强烈搅拌，确保传热尽可能均匀。c)记录油浴锅的温度变化，油浴锅温度变化包括这四部分：油浴锅散热(忽略)、烧瓶自身温度变化(忽略)、烧瓶溶液升温(测温电偶)、解吸热(计算)。d)首先通过油的质量、比热容、温差，计算油的热量变化；接着测定二氧化碳的解吸量，并根据室温、标况变换，得到标况气体量/L,再乘以二氧化碳摩尔质量，计算得到单位解吸量/g;最终根据油的热量变化除以单位解吸量，得到二氧化碳的解吸单耗。a)采用质量平均方法估算吸收剂比热容，计算公式见公式(14):b)使用热分析仪测量比热容，具体方法参考ISO11357。密度测试可采用数字密度计测试和玻璃管比重计测试等方法，具体参考GB/T29617和GB/T611。推荐采用玻璃管比重计进行测量。标准测试步骤如下。b)使用时，将待测样品倒入500mL量筒中至500mL刻线处(不应少于450mL),充分搅拌液c)读数时，眼睛平视弯月面，以弯月面下部刻线为准。如发现分度值位置移动、玻璃裂痕、表面有9污秽物附着而无法去除时，该密度计应立即停止使用。采用乌氏黏度计，可测量范围为2mm²/s～500mm²/s,其测试步骤如下：a)试验开始前，调节恒温水浴槽至待测温度并保持温度恒定；b)取吸收液(不应少于7mL)沿洁净、干燥乌氏黏度计的管内壁注入，将黏度计垂直固定于恒温水浴，并使水浴的液面高于乌氏黏度计气体球，放置15minc)将管口1、管口3各接一乳胶管，夹住管口1的胶管，自管口3处抽气，使供试品溶液的液面缓缓升高至球C的中部，先开放管口3,再开放管口1,使供试品溶液在管内自然下落，用秒表准确记录液面自测定线m₁下降至测定线m2处的流出时间；d)重复测定两次，两次测定值相差不得超过0.1s,取两次的平均值为供试液的流出时间(T);e)通过计算公式计算吸收液黏度：液体黏度=仪器常数×液体通过仪器所需时间采用吊片法测量，使用全自动表面张力仪，其测试步骤如下。b)用去离子水冲洗铂金板，并用酒精灯烧铂金板，直至变红为止，凉至室温后待用。c)用移液管将待测量液体加入到测量皿中，为保证所测数据的有效性，测量皿应提前清洗烘干。e)铂金板接触液面，当受力平衡时停测试步骤如下。a)取待测吸收剂溶液，恒温待用。b)试验开始前，设置恒温水浴至测定温度，取适量待测吸收剂溶液并放置于电解槽中，恒温c)当待测吸收剂溶液温度达到测定温度时，固定三电极体系(工作电极-碳钢电极、参比电极-甘汞电极、辅助电极-铂电极),将三个电极与电化学工作站的接线相连，并密封电解槽。d)测量工作电极在吸收液中的开路电位，等待至少30min直至开路电位稳定。e)选取开路电位的±0.2V为扫描区间，扫描速率为0.0002V/s,扫描时间为2000s,测量碳钢在吸收液中的塔菲尔曲线，并通过数据采集软件进行记录。f)根据腐蚀速率的计算公式计算金属在待测吸收剂溶液中的腐蚀速率，见公式(15):v.=39.4×3.27×10⁻³×A×icorr/np………………(15)A——金属的原子量；n——电子转移数；p——金属密度，单位为克每立方厘米(g/cm³);39.4×3.27×10-³=换算系数。8.6发泡性测试方法测试步骤如下：a)配制待测吸收剂溶液；b)打开恒温水浴，控制水浴温度在50℃;c)将待测溶液在恒温水浴槽中加热10min至预设温度，倒入发泡管中至液面高度10cm;d)将N₂流量控制在250mL/min,气速稳定后通入发泡管并开始计时，待气泡高度稳定后，记录此时的泡沫高度；e)停止通气，记录泡沫刚刚破灭直到清液时的时间，即消泡时间，得到发泡高度和消泡时间两个性能指标来评价胺液配方发泡特性。发泡高度指脱碳胺液通气稳定后的起泡高度，表征胺液发泡的难易程度，发泡高度越低，胺液越难产生泡沫，胺液发泡特性越好。消泡时间指停止通气后，溶液泡沫消失的时间，表征形成泡沫的稳定性8.7挥发性测试方法通过测量饱和蒸气压(某温度下饱和分压),来计算某温度下气体中溶液的挥发性含量。使用高温高压合成釜，配绝压传感器进行测量。具体参考GB/T22052。8.8pH测试方法使用pH计测试待测溶液的pH值。具体方法参考HJ1147。8.9降解性测试方法通过仪器或台架试验分析溶液的降解性。仪器分析法。b)试验步骤：1)按照质量分数10%,12%,14%,16%,18%配制MEA溶液，取样后经GC-MS检测后绘制标准曲线(斜率0.999以上);2)将吸收二氧化碳达到饱和的30%MEA水溶液装入高压反应釜中，通入气体(体积分数12%CO₂+88%N₂)使压力达0.5MPa,温度为343.15K;3)15d采集样品，用气相色谱检测样品中主吸收剂MEA含量。试验分析法。a)主要设备：质量流量计；湿式防b)测试步骤：1)搭设降解实验台架，以吸收至饱和状态的吸收剂溶液为待测溶液；2)待测溶液装入高压釜，置于加热装置中，150℃恒温100h(升温过程不计算在内，通常选仪器内到达150℃,2h～4h后开始计算时间);3)自然降温后取出吸收液，进行吸收-解吸试验，用吸收量、解吸量数据与未老化之前数据做对比来判断吸收液是否降解。9物性参数评价标准以30%MEA作为吸收剂基础性能评价的参照，对比物性参数评价标准如表1所示。表1吸收剂物性参数评价标准30%MEA(常温常压)比热≤3.60(低于30%MEA)≤3.40(显著低于30%MEA)密度且≥990kg/m³)970-990(显著低于MEA且≥970kg/m³)黏度≤2.0(低于MEA的80%)≤1.5(低于MEA的60%)表面张力0