一种CO2吸收液的制作方法

文档序号:11100081阅读:596来源:国知局

本发明涉及一种CO2吸收液,属于节能减排及气体净化领域。



背景技术:

全球变暖是本世纪人类面临的最大挑战,它不仅是环境问题,也是经济、政治、人类发展等问题。由此引发的冰川融化、干旱、生态灾难已经严重威胁了人类的生存与发展。过去的150年,由于人类活动导致气温迅速上升,北冰洋的冰川覆盖面积量减少了20%。科学界普遍认为导致全球变暖的主要因素是CO2等温室气体的过量排放,而以煤等化石燃料为基础的电力系统产生的CO2约占人类活动排放的50%以上。我国2004年CO2的排放占世界的18%左右,到2030年有可能成为世界累积排放第三多的国家。EIA预测,到2030年,煤利用仍将在电力生产和工业生产中占据主导地位,因此控制CO2的排放重点在于燃煤烟气中CO2的排放。燃煤电厂中CO2分离回收技术,主要有燃烧后捕集、燃烧前捕集以及富氧燃烧等方式。在煤燃烧后,对烟中的CO2分离回收技术主要包括化学吸收法、物理吸附法、膜吸收分离法、低温分馏法等。由于烟气温度高、成分复杂、烟气流量大而CO2含量低,因此采用吸附法、膜分离法、低温分馏法等势必会造成能耗过高。目前相对较成熟的是化学吸收法,常用的化学吸收剂主要包括一乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)和活化甲基二乙醇胺(MDEA)等有机胺及其混合物的水溶液,这些吸收剂已进入工业示范阶段,在国内外的CCS示范电站中作为CO2吸收剂投入使用。

传统有机胺溶液吸收CO2后解吸时需要将整个吸收体系加热到解吸温度,再生能耗高,且吸收剂在循环过程中对CO2吸收效率不高。因此,很多研究者开展了对新型吸收剂的探索和研究,主要有氨水、离子液体、高效混合胺、氨基酸盐等吸收剂。氨水吸收剂具有良好的反应速度、低再生能耗、高吸收容量、不存在设备腐蚀和氧化降解问题,但存在高挥发性、再生后氨与CO2分离困难、运行成本较高等困难;离子液体蒸气压低、挥发性小、反应过程中不会产生有害气体,但其粘度高、制备成本高、遇水易产生有毒物质;高效混合胺溶液具有高反应速率、低再生能耗,但很难兼具高反应速率、高吸收容量、低再生能耗;氨基酸盐吸收剂具有低挥发性、有良好的抗氧化降解能力,但形成的氨基甲酸盐更稳定,因此再生能耗高。为了调节溶液的吸收解吸性能,有效降低吸收解吸能耗,有研究者提出了液液相变吸收CO2,即在吸收CO2后分成上下两个负载量相差较大的液相,几乎所有的CO2集中在下层,因此解吸时只需将下层送入解吸塔,上层直接返回吸收塔继续循环吸收CO2。与传统的有机胺吸收法相比,相同的脱除量下该工艺可以减少进入解吸塔的液量从而降低解吸能耗。基于以上思路,本课题组选用多种低粘度、低CO2亨利系数及高沸点的有机溶剂与吸收剂端氨基聚醚互配形成吸收液,吸收液吸收CO2后分为液液两相,上相只含有机溶剂,下相为富集CO2的溶液。再生时只需将下相富含CO2的富液送入再生塔,减少了解吸时溶液的处理量,从而降低解吸能耗,上相中的有机溶剂回收可以循环吸收CO2。这类端氨基聚醚主链为聚醚结构,末端为活性官能团胺基,通过在脂肪胺的烷基链中引入醚键,不仅具有热致分相的特点,而且能有效降低蒸气压,因此是一种性能优良的相变吸收剂。这种液液相变吸收液吸收CO2,具有分相速度快,再生能耗低,且不存在降解和腐蚀等问题,因此具有巨大的节能潜力,适宜于作为燃煤烟气中CO2捕集的化学吸收剂。



技术实现要素:

本发明基于传统烷醇胺类吸收剂热降解能力差、解吸能耗高等缺点,提出一种CO2吸收液,以端氨基聚醚作为吸收剂与多种有机溶剂互配吸收CO2达到液液分相的效果。旨在降低有机胺再生解吸能耗,以期找到适宜于燃煤烟气CO2捕集的化学吸收剂。

本发明通过以下技术方案实现:

本发明将端氨基聚醚溶于有机溶剂(醇、醚、酮、酯),混合均匀形成吸收液,其中端氨基聚醚的质量分数为 20%-30%(W/W)。

所述的端氨基聚醚为D230、D400、T403中的一种。

所述的醇为乙醇、丙醇、庚醇、辛醇中的一种。

所述的醚为乙醚、二乙二醇单甲醚、二乙二醇二甲醚中的一种。

所述的酮为N-甲基吡咯烷酮。

所述的酯为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯中的一种。

所述吸收液以端氨基聚醚作为吸收剂,并溶于有机溶剂中可降低吸收液的粘度,从而促进CO2吸收的传质过程。

本发明的原理:

(1)CO2捕集的反应机理:端氨基聚醚上的一个氨基亲核进攻CO2形成C-N键同时失去一个质子,该质子被另一分子端氨基聚醚上的一个氨基夺取生成氨基甲酸盐,分子链可以在继续吸收的CO2过程中得以扩展形成氨基甲酸胺链状结构。反应原理如下:

(2)液液分相原理:由于端氨基聚醚吸收CO2形成氨基甲酸盐,其为极性非常高的两性离子,并以液体形式存在,有机溶剂要比其极性小得多,于是氨基甲酸盐不溶于有机溶剂,形成了互不相溶的两相液体,达到液-液分相的目的。

本发明的优点如下:

(1)端氨基聚醚等摩尔吸收CO2,具有较高的吸收负载量和吸收速率,且液液分相速度快,与等质量分数的MEA比较,其吸收负载量和吸收速率分别提高约11.2%、6.3%;

(2)所选用的有机溶剂具有相对较高的沸点和较低的粘度,且醚和酮中分别含有醚基和羰基,这类基团能促进其与CO2发生的路易斯酸/碱作用,从而提高了CO2在其中的溶解度;

(3)所述吸收液吸收CO2后能很好地实现液液相变,分相后的富液(即吸收了CO2的端氨基聚醚)送入再生塔再生解吸,贫液(即有机溶剂)返回吸收塔循环吸收CO2,此过程减少了处理量,从而有效的降低了解吸能耗;

(4)端氨基聚醚分子结构中含有醚键,不仅具有脂肪胺热致分相的特点,又有效的降低了蒸气压,减少了溶剂的损失,因此解吸后的吸收液可以循环吸收CO2

具体实施方式

以端氨基聚醚做为吸收剂溶于有机溶剂吸收CO2具体操作如下,所述内容不限于以下实施方式,可在不脱离本发明的思路与条件下做出合理的改变。

实施例1

常温常压下,配制D230/乙醇混合溶液置于60mL孟氏吸收瓶中,其中D230的质量分数为30%,CO2通过气体质量流量控制器控制通入吸收瓶中,反应30min,离心分离。本实施例中所形成的液液两相富液中CO2的质量分数可达到96.5%,相对于再生能耗为3.7×109焦耳/吨的30% MEA,其再生能耗可降低37.8%。

实施例2

常温常压下,配制D400/丙醇混合溶液置于60mL孟氏吸收瓶中,其中D400的质量分数为25%,CO2通过气体质量流量控制器控制通入吸收瓶中,反应30min,离心分离。本实施例中所形成的液液两相富液中CO2的质量分数可达到95.4%,相对于再生能耗为3.5×109焦耳/吨的25% MEA,其再生能耗可降低38.2%。

实施例3

常温常压下,配制T403/庚醇混合溶液置于60mL孟氏吸收瓶中,其中T403的质量分数为20%,CO2通过气体质量流量控制器控制通入吸收瓶中,反应30min,离心分离。本实施例中所形成的液液两相富液中CO2的质量分数可达到95.1%,相对于再生能耗为3.3×109焦耳/吨的20% MEA,其再生能耗可降低38.0%。

实施例4

常温常压下,配制D230/辛醇混合溶液置于60mL孟氏吸收瓶中,其中D230的质量分数为30%,CO2通过气体质量流量控制器控制通入吸收瓶中,反应30min,离心分离。本实施例中所形成的液液两相富液中CO2的质量分数可达到96.7%,相对于再生能耗为3.7×109焦耳/吨的30% MEA,其再生能耗可降低38.2%。

实施例5

常温常压下,配制D230/乙醚混合溶液置于60mL孟氏吸收瓶中,其中D230的质量分数为30%,CO2通过气体质量流量控制器控制通入吸收瓶中,反应30min,离心分离。本实施例中所形成的液液两相富液中CO2的质量分数可达到95.8%,相对于再生能耗为3.7×109焦耳/吨的30% MEA,其再生能耗可降低36.2%。

实施例6

常温常压下,配制D400/二乙二醇单甲醚混合溶液置于60mL孟氏吸收瓶中,其中D400的质量分数为25%,CO2通过气体质量流量控制器控制通入吸收瓶中,反应30min,离心分离。本实施例中所形成的液液两相富液中CO2的质量分数可达到96.9%,相对于再生能耗为3.5×109焦耳/吨的25% MEA,其再生能耗可降低36.9%。

实施例7

常温常压下,配制T403/二乙二醇二甲醚混合溶液置于60mL孟氏吸收瓶中,其中T403的质量分数为20%,CO2通过气体质量流量控制器控制通入吸收瓶中,反应30min,离心分离。本实施例中所形成的液液两相富液中CO2的质量分数可达到97.0%,相对于再生能耗为3.3×109焦耳/吨的20% MEA,其再生能耗可降低38.8%。

实施例8

常温常压下,配制D230/N-甲基吡咯烷酮混合溶液置于60mL孟氏吸收瓶中,其中D230的质量分数为30%,CO2通过气体质量流量控制器控制通入吸收瓶中,反应30min,离心分离。本实施例中所形成的液液两相富液中CO2的质量分数可达到96.2%,相对于再生能耗为3.7×109焦耳/吨的30% MEA,其再生能耗可降低37.3%。

实施例9

常温常压下,配制D400/N-甲基吡咯烷酮混合溶液置于60mL孟氏吸收瓶中,其中D400的质量分数为30%,CO2通过气体质量流量控制器控制通入吸收瓶中,反应30min,离心分离。本实施例中所形成的液液两相富液中CO2的质量分数可达到96.0%,相对于再生能耗为3.7×109焦耳/吨的30% MEA,其再生能耗可降低37.0%。

实施例10

常温常压下,配制T403/N-甲基吡咯烷酮混合溶液置于60mL孟氏吸收瓶中,其中T403的质量分数为30%,CO2通过气体质量流量控制器控制通入吸收瓶中,反应30min,离心分离。本实施例中所形成的液液两相富液中CO2的质量分数可达到97.2%,相对于再生能耗为3.7×109焦耳/吨的30% MEA,其再生能耗可降低37.6%。

实施例11

常温常压下,配制D230/碳酸二甲酯混合溶液置于60mL孟氏吸收瓶中,其中D230的质量分数为30%,CO2通过气体质量流量控制器控制通入吸收瓶中,反应30min,离心分离。本实施例中所形成的液液两相富液中CO2的质量分数可达到97.3%,相对于再生能耗为3.7×109焦耳/吨的30% MEA,其再生能耗可降低38.5%。

实施例12

常温常压下,配制D400/碳酸二乙酯混合溶液置于60mL孟氏吸收瓶中,其中D230的质量分数为25%,CO2通过气体质量流量控制器控制通入吸收瓶中,反应30min,离心分离。本实施例中所形成的液液两相富液中CO2的质量分数可达到96.0%,相对于再生能耗为3.5×109焦耳/吨的25% MEA,其再生能耗可降低37.5%。

实施例13

常温常压下,配制T403/碳酸乙烯酯混合溶液置于60mL孟氏吸收瓶中,其中T403的质量分数为20%,CO2通过气体质量流量控制器控制通入吸收瓶中,反应30min,离心分离。本实施例中所形成的液液两相富液中CO2的质量分数可达到95.8%,相对于再生能耗为3.3×109焦耳/吨的20% MEA,其再生能耗可降低37.4%。

实施例14

常温常压下,配制D230/碳酸丙烯酯混合溶液置于60mL孟氏吸收瓶中,其中D230的质量分数为30%,CO2通过气体质量流量控制器控制通入吸收瓶中,反应30min,离心分离。本实施例中所形成的液液两相富液中CO2的质量分数可达到97.6%,相对于再生能耗为3.7×109焦耳/吨的30% MEA,其再生能耗可降低39.2%。

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