二乙醇胺溶液吸收CO₂过程

摘要：二乙醇胺（DEA）作为典型的二级烷醇胺，因兼具良好的水溶性、反应活性及再生性能，是工业上捕集 CO₂的常用化学吸收剂，广泛应用于燃煤电厂烟气处理、天然气净化等领域。本文系统阐述 DEA 溶液吸收 CO₂的反应机理、吸收过程特性，分析关键操作参数对吸收性能的影响，总结该吸收过程的优势与现存问题，为工业 CO₂捕集工艺的优化提供理论与实践参考。

1 吸收反应机理

DEA 溶液吸收 CO₂属于化学吸收过程，核心是 DEA 分子中的仲氨基与 CO₂发生可逆加成反应，反应遵循两性离子机理，分为两步进行：第一步，CO₂与 DEA 分子发生亲核加成，生成不稳定的两性离子中间体；第二步，两性离子在另一分子 DEA 作用下发生去质子化，最终生成氨基甲酸根阴离子与质子化二乙醇胺阳离子。

总反应方程式：2HN(CH2CH2OH)2+CO2⇌(HOCH2CH2)2NCOO−+(HOCH2CH2)2NH2+

该反应具有显著可逆性：常温常压下正向进行，实现 CO₂高效捕获；升温至 110～120℃时反应逆向进行，富液释放高纯度 CO₂，DEA 实现再生循环。DEA 分子中的羟基可通过氢键作用增强分子间相互作用，进一步提高反应速率与吸收效率。

2 吸收过程特性

DEA 溶液吸收 CO₂可分为气膜传质、气液界面反应、液相传质三个阶段，整体过程受液相传质与化学反应共同控制。CO₂从气相主体扩散至气液界面，进入液相后在液膜内与 DEA 快速反应；生成的离子产物扩散进入液相主体，完成吸收。

评价吸收性能的核心指标为CO₂摩尔负荷与总传质系数。总传质系数越大，吸收速率越快；CO₂摩尔负荷越高，单位体积吸收剂的捕获容量越大，有利于降低吸收剂循环量与运行能耗。

3 关键影响因素

DEA 浓度：工业常用质量分数为 10%～30%。浓度过低，活性位点不足，吸收容量与速率偏低；浓度过高会显著提高溶液黏度，抑制 CO₂扩散与传质，同时加剧设备腐蚀与再生能耗。

操作温度：吸收为放热反应，低温有利于提高平衡吸收率，但过低会降低反应速率。工业吸收温度通常控制在40～60℃，以平衡反应推动力与动力学速率。

液气比：液气比增大可提高气液接触量与 CO₂脱除率，但过高会增加泵能耗与运行成本。适宜液气比需根据气源浓度、塔型与脱除要求确定，无固定通用值。

其他参数：CO₂分压升高，吸收推动力增大，有利于提高吸收率；液体流速提高可增强湍动、改善传质，但流速过大会产生壁流、降低有效传质面积；惰性气体组分与流速对吸收过程影响较小。

4 优势与现存问题

DEA 溶液吸收 CO₂的优势在于反应速率快、脱除效率高（可达 90% 以上），热稳定性较好，再生能耗低于单乙醇胺（MEA），工艺成熟可靠，适用于低浓度 CO₂烟气与天然气净化。

主要不足：吸收容量有限，吸收剂循环量大；长期运行易发生氧化与热降解，生成腐蚀性物质；再生仍需消耗一定热量，运行成本偏高。通过与甲基二乙醇胺（MDEA）等复配，可提升容量、降低腐蚀与能耗。

5 结论

二乙醇胺溶液吸收 CO₂是基于可逆化学反应的成熟化学捕集过程，吸收性能受 DEA 浓度、温度、液气比等参数显著影响。该工艺反应速率快、再生性好、适用场景广，在燃煤电厂、天然气净化等 CO₂减排工程中应用广泛。通过操作参数优化与复配改性，可进一步提升吸收容量与经济性，为工业低碳排放提供稳定可靠的技术支撑。