高压气体循环池捕集氨溶液中CO₂

石未凡编译

（法国塞塔拉姆仪器公司北京办事处，北京100081)

摘 要: 氢以其储量大、零污染、能量密度高等优点成为未来能源结构中最 具发展潜力的能量载体，而能否找到高效率、低成本的储氢材料则是氢能应用的关键。实现对储氢材料吸、放氢性能的准确测试则为探索新的储氢材料提供了依据，目前的表征手段主要有重量法及体积法，本文对这两种分析方法进行了比较，分析了各自的优势所在，并介绍了一款基于体积法原理的siverts型气体吸、脱附分析仪PCTPro-2000，对该仪器的基本原理、结构、功能进行了阐述，与其他商品化吸附测试仪相比该仪器具有更强大的功能与更广泛的应用，可在非常宽的温度及压力范围内对各种材料进行表征，并且可对超小样品量试样进行精确测试。各种储氢材料性能测试结果表明这一气体吸附分析仪为储氢材料的研发提供了一系列无限制、高准确度的表征方法。

关  键  词: 氢能；储氢材料；PCT测量；Siverts

1  简介

CO₂捕集及封存（Carbon Capture and Sequestration，CCS）过程的第 一步就是捕集或分离CO₂，包括从发电厂的燃料源中，炼油厂的燃料源中，工业化生产大工厂（如钢铁工业，水泥工业）的燃料源中等。捕集则是捕集或分离CO₂捕集及封存步骤中成本最 高、耗能最 大的步骤。

使用化学吸附剂是当今最常用的燃烧后过程中CO₂捕集吸附技术。在这些工业化过程中，氨溶液被认为是吸收塔顶端的物质，而燃尽的包含CO₂的燃料被认为是吸收塔底部的物质。当在吸收塔内密切接触后，氨溶液从混合气体中化学性地吸附CO₂，这个过程涉及两种热动力学参数：气体溶解性及吸收焓。根据吸附气体的总量以及相应的溶液热容对离开吸附柱的液体温度进行推断。

气体循环量热法是测量这种吸收焓的一种理想技术，为了满足高压的测试环境，适用于Setaram C80微量热仪的精密高压气体循环池应运而生，其具体构造如下图所示。

图1 高压气体循环池示意图

图2 高压气体循环池

图3 高压气体循环池内部

2． 高压气体循环池

气体循环池由带螺纹的不锈钢管构成，为圆柱形容器，密闭的与柱形有热接触的管长约为240cm。液体（二氧化碳和氨溶液）被引至测试池上部两个垂直的同心管里。液体先预加热到量热仪中测试池的温度，然后注入量热区域，这是为了避免由于液体热容变化引起的热扰动。

当管子的较窄部分接触到测试池底部时，混合（如溶解、反应）开始，最终的混合物能通过导出管从测试池中取出。

热量与反应有关，并且恒温模式下可通过测试池壁，在气体导入导出管和量热块之间转变。

3 技术优势

高压气体循环池的适用范围是从室温到200℃，液体压力从0.1 MPa到20 MPa，液体流速可从50微升/min到1500微升/min，可以满足大多数混合物的测试要求。

4 应用举例

高压气体循环量热测试池主要适用于探测液体吸附剂对于CO₂的吸收，尤其是氨溶液。此外还可以应用于常压或高压下的液液流动混合和液气流动混合。

一个具体应用实例是AMP溶液中的二氧化碳溶解焓测定。二氧化碳的载入量与溶解焓的具体数据如图所示，实验温度322.5K，AMP溶液浓度15wt%。

图4  0.21MPa二氧化碳吸附量

图4  5.20MPa二氧化碳吸附量

图中数据，红点代表每摩尔气体的溶解焓，绿点代表每摩尔氨溶液的溶解焓。从溶解焓（-Hs）与CO₂载入量（α）的曲线可以看出：溶解焓（-Hs）随着CO₂在AMP水溶液中的溶解而增大，直至AMP溶液的饱和。并且在达到饱和点后，溶解焓（-Hs）与CO₂载入量（α）呈现出非线性关系。

由此可见，量热数据可以作为一个间接测定AMP水溶液中二氧化碳溶解度的方法。以此为据，在掌握了溶解动力学后，便于研究者们开发出更为有效的捕集吸收CO₂的醇胺溶液体系。

参考文献:

[1]       H.Arcis, L.Rodier, J-Y.Coxam, J.Chem.Thermodynacics 39 (2007) 878-887.