新型DBA-DMEA混合溶剂在填料塔中的CO2吸收与再生性能研究及其在工业碳捕集中的应用

本文针对传统胺基溶剂（如MEA）在CO2捕集中能耗高、腐蚀性强等问题，开发了DBA（二正丁胺）与DMEA（N,N-二甲基乙醇胺）混合溶剂体系。通过填料塔实验系统研究了其传质系数（KGav）与再生热耗（Qreb），提出高精度预测模型，证实该体系兼具高效吸收与低能耗再生优势，为工业碳捕集提供了创新解决方案。

　　

随着全球气候变化加剧，碳捕集与封存（CCS）技术成为应对温室效应的重要手段。然而，传统胺基溶剂如单乙醇胺（MEA）虽能高效捕集CO₂，却面临再生能耗高（达3.7 GJ/t CO₂）、溶剂降解和设备腐蚀等瓶颈。如何开发兼具高传质效率与低能耗的新型溶剂，成为工业碳捕集领域的关键挑战。

针对这一问题，来自中国的研究团队在《Separation and Purification Technology》发表研究，创新性地将二正丁胺（DBA，一种空间位阻效应显著的仲胺）与N,N-二甲基乙醇胺（DMEA，低反应热的三级胺）复合，构建了DBA-DMEA-H₂O混合溶剂体系。通过实验室规模填料塔（高1.3米，直径27毫米，填充Dixon环）的系统实验，结合气液平衡（VLE）测试与密封反应器验证，发现该体系在CO₂吸收速率、再生能耗等指标上均显著优于传统MEA溶剂。

关键技术方法
研究采用动态吸收/解吸实验测定体积总传质系数（K_Ga_v），通过改变CO₂分压（5–100 kPa）、液流速率等5个关键参数优化操作条件；利用热重分析量化再生热耗（Q_reb），并与MEA体系对比；基于实验数据建立预测模型，精度达工业应用标准。

研究结果

1. 气液平衡特性：DBA-DMEA体系在313.15 K下CO₂溶解度随分压升高而增加，且DMEA的加入显著提升吸收容量（较纯DBA提高48%）。
2. 传质性能：在填料塔中，K_Ga_v值随液流速率和温度升高而增大，最高达MEA体系的1.8倍，归因于DBA的快速反应动力学与DMEA的高溶解度协同效应。
3. 再生能耗：DBA-DMEA的Q_reb最低为2.3 GJ/t CO₂，较MEA节省38%，主要得益于DMEA降低水蒸发焓及DBA-carbamate易水解的特性。
4. 预测模型：提出的K_Ga_v经验公式误差<5%，可指导工业装置设计。

结论与意义
该研究首次证实DBA-DMEA混合溶剂在传质效率（K_Ga_v≥0.45 mol CO₂/mol胺）与再生能耗（Q_reb降低38%）上的双重优势，其"高吸收-易解吸"特性源于DBA的空间位阻效应与DMEA的催化水解作用。这一成果不仅为燃煤电厂等工业源的碳捕集提供了经济可行的溶剂方案，更为混合胺体系设计提供了理论范式。未来研究可进一步探索溶剂降解机制与规模化工艺优化，推动CCS技术商业化应用。

（注：全文数据与结论均基于原文实验，未添加外部引用；专业术语如carbamate（氨基甲酸盐）、Q_reb（再沸器热负荷）等均按原文格式标注。）