基于能量与?优化的第二代PZ/AMP胺技术突破及其碳捕集性能提升机制研究

本文系统探讨了通过能量与?（exergy）分析优化第二代胺溶剂PZ/AMP（piperazine/2-amino-2-methyl-1-propanol）的CO2捕集工艺。研究结合吸收器中间冷却（intercooling）、多富液分流（rich-split）与废热回收（waste heat recovery）策略，显著降低再生能耗至2.1?GJ/t?CO2（降幅30%），并减少解吸过程?损（exergy destruction）达40%。该成果为胺法碳捕集技术的工业化应用提供了关键理论与技术支撑。

　　

Highlight

本研究通过?（exergy）分析与传质优化，显著提升了第二代PZ/AMP胺溶剂的CO₂捕集性能。多富液分流（rich-split）配置有效平滑了解吸塔内传质过程，降低?损（exergy destruction）并提升能量效率。集成吸收器中间冷却（intercooling）、多级富液分流与废热回收（waste heat recovery）的先进工艺，将解吸?损从0.60?GJ/t?CO₂降至0.35?GJ/t?CO₂（降幅40%），再生能耗降至2.1?GJ/t?CO₂（较传统工艺降低30%）。

Baseline Process

基准PZ/AMP工艺的再沸器热负荷为3.06?GJ/t?CO₂，与中试数据一致。辅助设备电耗为0.52?GJ/t?CO₂（144?kWh/t?CO₂），涵盖风机、泵与压缩机。再沸器负荷（Q_reb）占总能耗主导，是优化重点。

Parametric Optimization

关键参数（液气比L/G、解吸塔压力、中间冷却器位置、富液分流比）的优化表明：L/G在1.66–1.80时再沸器能耗最低（2.18?GJ/t?CO₂）；解吸塔压力升至210?kPa可提升热泵效率但增加压缩能耗；中间冷却器位于吸收塔中部时传质强化效果最优；富液分流比为0.6时?损最小。

Conclusion

本研究通过能量与?分析工具，优化了第二代PZ/AMP系统的CO₂捕集性能与过程可逆性。模拟表明：中间冷却通过提升吸收器传质与富液负载，降低再沸器负荷0.23?GJ/t?CO₂；富液分流配置通过回收潜热与强化气液传质，进一步减少能耗与?损。