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在过去几年中,人类大量排放的温室气体已成为全球最严重的环境问题之一。这激发了对二氧化碳捕集技术的深入研究,其中的关键是开发低能耗吸收剂和更前沿的方法。从技术,经济和环境角度考虑,醇胺溶液由于具有突出的性能而被广泛应用于工业过程中CO2的吸收。该方法通常用于天然气脱硫过程中的酸性气体（CO2,H2S）脱除,以及从化石燃料电厂或其他重要行业（如化工和石化企业,钢铁,铝和水泥生产过程）中捕集CO2。本文第一章主要介绍CO2化学吸收工艺流程,包括二氧化碳,吸附剂胺溶液的种类,传质和反应过程,以及用于CO2吸收过程中的传统和新设备。第二章评估了所选胺溶液的吸收效率。首先采用Aspen HYSYS对多种单一和混合胺液在传统塔器中吸收高压气体中的CO2进行了模拟,以估算出口CO2浓度,吸收效率和CO2负载量,并根据反应活性和CO2去除效率选择最合适的混合胺液吸收剂。采用与本文中胺液的物性相吻合的Aspen HYSYS的“酸性气体-化学溶剂”物性包,基于非随机双流体电解质（E-NRTL）模型对电解质热力学,以及Peng-Robinson状态方程对气态和液态烃的性质进行了模拟。在模拟的操作条件下,在所有研究的单一和混合胺液中,哌嗪和哌嗪与单乙醇胺的混合溶液由于具有高的反应活性而被确定为CO2最有效的吸收剂。第三章研究了单一胺吸收剂和混合PZ溶液的吸收和再生效率。采用ASPEN HYSYS对多种单一胺吸收剂和哌嗪活化的吸收剂在传统塔器中吸收高压尾气中的CO2进行了模拟,以估算出口CO2浓度,CO2负载量,再沸器动力消耗和再生热负荷,并依据CO2去除率和所需热负荷确定了最有效的吸收剂。采用了与上述E-NRTL模型和Peng-Robinson状态方程相同的物性包,以及具有较低哌嗪浓度（5 wt%和10 wt%）的混合胺液以降低工艺成本。模拟结果表明,就出口气体中的CO2含量,富液CO2负载量和再生热负荷而言,特定浓度的哌嗪和甲基二乙醇胺（PZ+MDEA）混合溶液被认为是最合适的吸收剂。在下一章对PZ+MDEA混合溶液的动力学,热力学以及物理和传输特性进行进一步研究,以及对不同浓度的该混合吸收剂吸收CO2过程采用不同的状态方程进行了建模和仿真。本文第四章在ASPEN PLUS中基于速率模型对PZ+MDEA溶液吸收CO2过程进行了模拟。该模拟针对一个具有吸收/解吸封闭循环过程的中试装置,并考虑了所有设计和操作参数,如吸收器和汽提塔的水力参数和入口烟气条件。基于FLEXIPAC 250Y金属填料在ASPEN PLUS模型中计算了传质系数,液泛和压降。为了模拟该过程,采用E-NRTL模型和摄动链统计缔合流体理论（PC-SAFT）状态方程分别估算活度和逸度系数,开发了一个新的物性包。该模型与CO2吸收率和CO2负载量等实验数据进行了比较,显示出与它们的良好一致性。本文第五章采用E-NRTL和Peng-Robinson模型,利用ASPEN PLUS模拟了伊朗南帕尔斯天然气综合体19段蒸馏乙烷气流中CO2的高压吸收过程,根据技术和操作数据评估了PZ+MDEA溶液在工业气体处理单元中的性能。该工厂在传统塔中使用40 wt%的二乙醇胺（DEA）溶液作为吸收剂。模拟过程针对潜在的单一和混合吸收剂,如MDEA,PZ+MDEA和DEA+MDEA等,估算出口CO2和硫化合物浓度,CO2负载量,再沸器动力消耗和再生热负荷,并确定了DEA最有效的替代品。本文最后第六章进行了旋转填充床（RPB）中PZ+MDEA混合胺液吸收CO2过程的模拟研究。通过将MATLAB与ASPEN PLUS关联模拟了RPB中不同摩尔浓度比的PZ+MDEA混合胺液吸收CO2的效果。RPB中所需的关系式,以及质量和能量平衡均在MATLAB中编写,而所需的物理和传输特性则从ASPEN PLUS中提取。与报道的实验中相似的操作条件和组成被用于以基于两性离子机制稳态传质的双膜理论运行模型,考察了五个不同操作参数,即转速,PZ浓度,MDEA浓度,液体流速和液体温度对CO2吸收率的影响以验证模型。模型计算结果与实验数据吻合较好,平均绝对偏差小于7.0%。过程分析表明,转速和哌嗪浓度对CO2吸收率的影响最为显著。本研究首次使用混合胺液对RPB中的CO2吸收过程进行了模型化研究,此外,在使用ASPEN PLUS中的PC-SAFT和E-NRTL状态方程建模的过程中也首次使用了集成MATLAB和ASPEN PLUS的新方法。