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用氨洗涤法去除二氧化碳温室气体 环境工程学院，台湾交通大学，新竹，台湾30039，中国 本文分析了氨洗涤脱除烟气中二氧化碳的初步新研究结果。实验结果表明NH3洗涤法还原CO2的潜力是巨大的。在适当的操作条件下，总的CO2的脱除效率可以达到95%以上。NH3的吸收容量约为1公斤NH3试剂用于0.9公斤CO2的脱除。这应该是高于MEA（乙醇胺）脱除CO2的方法。反应产物通过X射线衍射、扫描电子显微镜图片和pH值的测量来分析确定。所有的测量结果表明，碳酸氢铵溶液和其结晶固体是反应的主要产品。 引言 二氧化碳是主要的温室气体的排放必须减少。虽然包括美国在内的大多数国家都没有规定电力公司二氧化碳排放量，然而，由于温室效应的恶化，通过“气候变化公约”有望在2000年CO2排放量保持在1990年的排放水平。因此，CO2在电站锅炉的减排在不久的将来是很有必要的。很多种技术可以用于烟气流中CO2的分离。这些方法包括化学溶剂法，物理吸附法、低温方法、膜系统法、生物固定法和O2／CO2燃烧过程法。化学溶剂法被公认为是目前最有效的技术。在传统CO2的化学去除工艺中，单乙醇胺（MEA）工艺被全面的研究而且成功地应用于CO2回收化工厂。 尽管单乙醇胺（MEA）对大多数企业的CO2排放控制是一种很有前途的工艺系统，但是该工艺成本很高，脱除一吨CO2的分离成本达到40-70美元。此外，它有几个主要问题，包括缓慢的吸收率，小的溶解度等。为了改善上述发现，Wolsky等1994年提出在未来的研究中新溶剂有待发掘。这种溶剂应该对环境安全并且在中等温度和压力下有高的吸收容量。1公斤溶剂吸收1公斤CO2/的容量是一个理想的目标。 NH3-CO2的反应原理 一种新的方法，它可以提供由氨试剂减少发电厂CO2排放量的另一个途径。在发电厂，喷入氨气或氨水对从烟气中NOx的脱除是一个非常普遍的工艺（选择性催化还原或热力脱硝）。故而，由于用NH3脱除CO2需要较小的空间和设备，该工艺可能更经济。氨和CO2之间的可能的反应如下： CO2(g)+2NH3(g) NH2COONH4(s) (1) NH2COONH4(s)+H2O(g) (NH4)2CO3(s) (2) CO2(g)+2NH3(g) CO(NH2)2(s)+H2O(g) (3) CO2(g)+2NH3(aq)→NH4+(aq)+NH2COO-(aq) (4) 2NH3(g)+CO2(g)+H2O(g) (NH4)2CO3(s) (5) NH3(g)+ CO2(g)+H2O(g) NH4HCO3(s) (6) 2NH3(l)+CO2(g)+H2O(l) (NH4)2CO3(s) (7) NH3(l)+CO2(g)+H2O(l) NH4HCO3(s) (8) 上述反应在不同的温度和操作条件进行。氨基甲酸铵（NH 2-COONH 4）是在室温一个大气压的干燥条件下由二氧化碳和氨反应生成，且极易溶于水。因此，在室温潮湿的空气中氨基甲酸铵的水化产物碳酸铵（（NH4）2CO3）将生成。在高压和温度超过140°C时，CO2-NH3反应将直接生成尿素（CO（NH2）2）。 在室温和大气压力下，反应式（4）-（8）也可能发生。铵根离子（NH 4 +）和氨基甲酸酯（NH2COO-）离子的形成是非常快的而且反应方程式式（4）是不可逆的。另一方面，反应式（5）-（8）是可逆的，碳酸铵（（NH4）2CO3）或碳酸氢铵（NH4HCO3）是其反应产物。在室温条件下正反应占主导地位，逆反应发生在温度大约为38-60°C时发生。固态碳酸铵和碳酸氢盐可以是干粉或以晶体存在于水溶液中。 由于烟气中CO2的浓度高达16％（V/V），反应方程式（1）可用来减少烟气中CO2的排放，但是大量的NH3气被需要，以有效地减少CO2排放量。如果设计不当，这可能导致需要关注一个关于干燥NH3-CO2反应的爆炸性问题。NH3气的爆炸极限为15-28％（V/V）。因此，为了安全和简明起见，本研究应用湿式法（例如，使用氨洗涤代替氨喷入）。在本研究中，反应式（7）和（8）最可能是通过NH3洗涤脱除CO2的原理。 实验部分 用于研究CO2和氨水溶液之间的反应实验系