由于火力發(fā)電廠等高耗能行業(yè)大量燃燒化石燃料，造成溫室氣體CO2的大量排放。對煙氣進(jìn)行脫碳處理，是控制溫室氣體排放、防止氣候變化危害的一種有效措施。煙氣脫碳技術(shù)多種多樣，其中有機(jī)胺法是應(yīng)用較廣泛的一種技術(shù)[1]。

1 有機(jī)胺法脫碳簡介

有機(jī)胺法脫碳多選用醇胺吸收液。醇胺分子中至少含有一個羥基和一個氨基，羥基可降低化合物的蒸氣壓并增加其水溶性，胺基則為吸收液提供一定的堿度，以促進(jìn)其對酸性氣體的吸收[2]。有機(jī)胺分子中的氮原子連接兩個氫原子時稱為伯胺，連接一個氫原子時稱為仲胺，無氫原子連接時稱為叔胺，工業(yè)脫碳中較為常用的伯胺是一乙醇胺（MEA），仲胺是二乙醇胺（DEA），叔胺是甲基二乙醇胺（MDEA）。其中伯胺和仲胺與CO2反應(yīng)相對較快，生成的氨基甲酸鹽化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定，解吸時能耗較高，最大酸氣負(fù)荷為0.5mol/mol，而叔胺與CO2反應(yīng)相對較慢，生成的碳酸氫鹽在解吸時能耗較低，最大酸氣負(fù)荷為1mol/mol[3]。

2 DEAE法脫碳技術(shù)

為滿足脫碳的需求，人們不斷尋找吸收能力更大、吸收速率更快、循環(huán)周期更長、性質(zhì)更穩(wěn)定、毒性和腐蝕性較小或者沒有、解吸能耗更低的胺。叔醇胺DEAE是無色液體，微有氨味，可溶于乙醇和水中。以乙醇為原料可以制取二乙胺，乙烯氧化可以制取環(huán)氧乙烷，二乙胺和環(huán)氧乙烷反應(yīng)即可制取DEAE，乙烯則可由乙醇脫水制備，因此用乙醇為主要原料即可制備DEAE，而乙醇可從農(nóng)產(chǎn)品或殘渣中制取，即DEAE的制取較為綠色[3]。Chowdhury等[4]認(rèn)為以往的大部分研究都集中于MEA、DEA、MDEA、TEA（三乙醇胺）等單一胺或者其混合胺上，卻忽略了新型胺，因此選取了21種商業(yè)叔胺（包括MDEA）和3種合成叔胺與MDEA進(jìn)行綜合對比，從中篩選出了七種具備較高吸收率和循環(huán)能力、較低或者相當(dāng)?shù)姆磻?yīng)熱的叔胺，DEAE即是其中之一。高紅霞[5]等對六種不同的胺在吸收負(fù)載、吸收速率、解吸速率、循環(huán)容量、相對再生能耗等方面進(jìn)行綜合對比，發(fā)現(xiàn)DEAE性能較為優(yōu)越。

因DEAE屬于叔胺，其本身與CO2反應(yīng)相對較慢，在叔胺吸收液中加入活化劑不僅能提高與CO2的反應(yīng)速率，也可降低解吸時的能耗[4]。哌嗪（PZ）是近年來較為常用的活化劑，Vaidya等[3]研究了PZ對DEAE的活化效果，發(fā)現(xiàn)即使在DEAE吸收液中加入很少量的PZ，也可以?^大幅度地提高其吸收CO2的速度。

關(guān)于叔胺吸收CO2的機(jī)理，目前大部分學(xué)者比較認(rèn)同的是叔胺與CO2的反應(yīng)是基于Donaldson等[6]提出的堿催化水合機(jī)理，即叔胺的氮原子上無氫原子，不能向伯胺和仲胺一樣與CO2直接反應(yīng)生成氨基甲酸鹽，而是催化水分子解離，使水分子失去質(zhì)子，然后與CO2發(fā)生反應(yīng)。Vaidya[3]等認(rèn)為PZ活化DEAE的反應(yīng)機(jī)理是DEAE與CO2和PZ與CO2之間的平衡反應(yīng)，在DEAE與CO2屬于擬一級快速反應(yīng)的條件下，通過實驗數(shù)據(jù)計算出303K時該反應(yīng)的二級速率常數(shù)平均值為173m3/（kmol?s）。但是Kierzkowska-Pawlak[7]發(fā)現(xiàn)Vaidya等與Littel等[8]的研究結(jié)果相差較大，因此再次對此問題進(jìn)行研究，按照其測量的數(shù)據(jù)所計算出的動力學(xué)數(shù)據(jù)可以很好的符合堿催化水合機(jī)理，計算出的二級速率常數(shù)與Littel等[8]研究結(jié)果比較接近，而與Vaidya等[3]的研究結(jié)果相差較大。