基于CESAR1溶剂系统的气溶胶生长与排放模型研究：RWE Niederaussem中试装置的CO2捕集验证

为解决燃煤电厂CO2捕集过程中气溶胶导致的胺类溶剂逃逸问题，研究人员开发了基于AMP/PZ混合溶剂（CESAR1）的类分级气溶胶模型，通过RWE Niederaussem中试装置验证表明，该模型可精准预测液滴生长动态、水洗系统稳态胺浓度及排放特征，为碳捕集系统胺排放控制提供了关键理论工具。

　　

全球变暖背景下，燃煤电厂碳捕集与封存（CCUS）技术中，胺法吸收因气溶胶导致的溶剂逃逸成为制约其大规模应用的关键瓶颈。传统模型多针对单一溶剂（如MEA），且忽略液滴尺寸分布差异对排放的影响。挪威科技大学团队在《International Journal of Greenhouse Gas Control》发表研究，首次建立了AMP（2-氨基-2-甲基-1-丙醇）与PZ（哌嗪）混合溶剂（CESAR1）的类分级气溶胶模型，通过德国RWE Niederaussem电厂中试数据验证，揭示了气溶胶动态生长与胺排放的复杂机制。

研究采用四大关键技术：1）基于e-NRTL热力学模型构建AMP/PZ-CO₂-H₂O体系相平衡；2）开发离散化液滴反应-扩散模型解析多组分传质；3）结合ELPI+实测数据建立14级液滴尺寸分类；4）通过RWE中试装置（含18m吸收塔与3m水洗段）获取验证数据，特别关注湿式静电除尘器（WESP）对颗粒数浓度（PNC）的调控效应。

【模型验证与气溶胶行为】

通过对比无WESP（PNC=2·10¹⁰ droplets/m³）与WESP启用（PNC=1.4·10¹² droplets/m³）两种工况，发现低PNC时所有液滴最终尺寸趋近（约16μm），而高PNC下出口尺寸强烈依赖初始粒径（0.5-8μm）。6nm超细颗粒始终未生长，13.6nm颗粒仅在吸收塔顶部因温度骤降激活生长，揭示气溶胶活化存在临界尺寸效应。

【胺分布特征】

液滴内PZ浓度增速显著高于AMP，因其低挥发性与快速羧化反应。吸收塔中部冷却段（4.5m）出现胺浓度"脉冲峰"，PZ峰值达1.2mol/L，源于温度骤降促使离子态PZ（PZCOO^-）生成。出口液滴中AMP/PZ比值随PNC升高而增大，反映PZ更易受气溶胶介导的相间传质控制。

【水洗系统贡献】

气溶胶携带贡献了水洗液78-92%的PZ和18-30%的AMP，传统忽略气溶胶的模型会高估水洗效率12-60%。模型预测与RWE实测的滴落液胺浓度误差<0.3g/100g，验证了类分级方法对选择性除沫过程的精准刻画能力。

【排放控制启示】

通过调节除沫器比表面积（68-115m²/m³），模型成功复现出口PZ排放（9-18.9mg/Nm³），证实气溶胶是PZ逃逸绝对主导因素（占比>99%）。相较而言，AMP排放主要来自气相（占比70-85%），这为开发分级控制技术提供了理论依据。

该研究突破性地将类分级模型应用于混合胺体系，首次量化了气溶胶对水洗系统的胺补给机制，被同行评价为"碳捕集胺排放控制领域的里程碑"。未来可通过耦合群体平衡模型进一步优化超细颗粒捕集效率，推动CCUS技术的环境友好型发展。