一种捕集二氧化碳的混合吸收液的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及化工材料和气体分离技术领域，具体涉及一种捕集二氧化碳的混合吸 收剂。
【背景技术】
[0002] 由二氧化碳引起的全球气候变暖是目前全人类广泛关注的环境问题。根据2014 年出版的BP世界能源统计年鉴，2013年全球二氧化碳排放量已经达到358亿吨，全球大气 二氧化碳浓度已达到400ppm，二氧化碳减排形势严峻。此外，二氧化碳作为一种宝贵的碳资 源，可以广泛应用于化工、食品、医药、农业等领域。因此二氧化碳的捕集与分离具有重要的 战略意义。
[0003] 二氧化碳的捕集方法主要有：化学吸收法、物理吸附法、膜分离法以及低温蒸馏法 等。其中，化学吸收法是指使用可与二氧化碳反应的吸收剂回收二氧化碳，并利用其逆反应 进行吸收剂的再生。
[0004] 在合成氨、制氢、天然气等领域中，已广泛应用单乙醇胺（MEA)作为主吸收剂、哌嗪 作为吸收助剂的化学吸收法。MEA吸收速率快、价格便宜，但存在吸收容量小、对设备的腐蚀 性大、运行过程中溶剂损失大、易氧化降解和热降解、再生能耗高等缺点，限制了其在大规 模〇) 2捕集方面的工业化应用。为了进一步提高二氧化碳吸收剂的吸收性能，降低溶剂对 设备的腐蚀，减少因挥发和降解造成的溶剂损耗以及再生过程中的能耗，开发新型高效的 二氧化碳吸收剂一直是国内外学者研究的重点。目前，综合两种及以上吸收剂优点的混合 吸收剂是当前研究的热点。
[0005][0006][0007][0008] 然而，以上的以混合醇胺类吸收剂为主体的混合吸收剂虽有其各自的优点，但其 总体脱碳性能较差，在二氧化碳吸收容量、吸收速率、解吸性能、再生能耗、稳定性等方面仍 有较大的优化空间。
【发明内容】
[0009] 本发明所要解决的技术问题，就是提供一种捕集二氧化碳的混合吸收液，其具有 较高的吸收速率、吸收容量和再生速率，能够实现二氧化碳的高效脱除。
[0010] 解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下： 一种捕集二氧化碳的混合吸收液，其特征在于由主吸收剂、吸收助剂以及去离子水组 成；其中，所述的主吸收剂和吸收助剂的总含量为25~50wt%，余量为去离子水；所述主吸收 剂和吸收助剂的质量比为1〇:1~1〇 ; 所述的主吸收剂为选自N-甲基二乙醇胺、L-脯氨酸钾、羟乙基乙二胺、三乙烯二胺的 至少两种化合物； 所述的吸收助剂为一种或多种六元含氮杂环化合物。
[0011] 优选地，所述的吸收助剂为哌嗪。
[0012] N-甲基二乙醇胺（MDEA)可与CO2反应，且不易形成稳定的氨基甲酸盐，因此再生 能耗较低；L-脯氨酸钾具有良好的抗氧化降解、热降解能力以及良好的环境友好性；羟乙 基乙二胺（AEEA)和三乙烯二胺（TEDA)作为多元胺，相较于乙醇胺具有更高的吸收容量，且 TEDA的两个胺基均为叔胺，再生能耗低。本发明的混合吸收液的主吸收剂选用这四种物质 中的至少两种，并以任意比例混合，使吸收液同时具有较高的吸收速率、吸收容量和再生速 率。
[0013] 选用一种或多种六元含氮杂环化合物作为吸收剂。六元含氮杂环化合物具有高吸 收速率、高吸收容量，能够有效地提高混合吸收剂的总体吸收速率。因此，上述捕集二氧化 碳的混合吸收剂与传统的乙醇胺吸收剂相比，具有较高的〇) 2吸收速率，较大的吸收容量以 及较大的节能潜力，能够有效降低二氧化碳吸收剂的经济成本。
[0014] 本发明的二氧化碳混合吸收剂的吸收温度为20~60°C，操作压力为0~0· 2MPa ;再 生温度为80~110°C，操作压力为0~0· 5MPa。
[0015] 有益效果： 本发明的捕集二氧化碳的混合吸收液具有较高的吸收速率、吸收容量和再生速率，能 够在实现二氧化碳的高效脱除的同时有效地降低二氧化碳吸收剂的经济成本，适合在工业 中使用。
【具体实施方式】
[0016] 通过以下的实施例和比较例，对本发明作更为全面的描述。
[0017] 在下述的实施例中，所使用的单乙醇胺优选为百灵威科技有限公司生产的99. 5% 乙醇胺；所使用的N-甲基二乙醇胺优选为百灵威科技有限公司生产的95%N_甲基二乙醇 胺；所使用的羟乙基乙二胺优选为百灵威科技有限公司生产的99. 5%N-(2_羟乙基）乙二 胺；所使用的哌嗪优选为百灵威科技有限公司生产的99. 5%哌嗪；所使用的三乙烯二胺优 选为百灵威科技有限公司生产的三乙烯二胺(产品编号：NG-15959-1G);所使用的L-脯氨 酸钾由等物质的量的L-脯氨酸和氢氧化钾配制而成，所使用的L-脯氨酸优选为Aladdin 公司生产的99%L-脯氨酸，所使用的氢氧化钾优选为国药集团化学试剂有限公司生产的 85. 0%氢氧化钾；所使用的吡啶优选为百灵威科技有限公司生产的99%吡啶；所使用的CO2 流量计优选为购自杭州米科传感技术有限公司的MIK-LUGB涡街流量计；所使用的CO2分析 仪优选为美国Los Gatos Research公司生产的便携式温室气体分析仪。除上述列举的之 外，本领域技术人员根据常规选择，也可以选择其它具有与本发明列举的上述产品具有相 似性能的产品，均可以实现本发明的目的。
[0018] 0)2平抝吸收谏率和吸收液吸收容量的测量 在鼓泡连续吸收实验系统上测量吸收剂在一定温度下的〇)2平均吸收速率和吸收容 量。在进行实验前，首先使用滴定法，测量吸收液中的二氧化碳负荷。按一定比例混合队与 CO2，以得到CO2浓度为12% (体积百分比）的混合气体。将该混合气引入预置有IOOmL的吸 收液的玻璃反应器中，使用OV流量计1检测和记录玻璃反应器入口处的CO 2流量。该玻璃 反应器置于水浴缸中，水浴缸的温度设置为吸收温度。将混合气体通入吸收液，使吸收液与 混合气体充分反应。将反应后的气体引出玻璃反应器，并引入干燥瓶中，经干燥瓶脱除水分 后进入OV流量计2和CO 2分析仪，以测量和记录反应后气体的CO 2流量以及CO 2浓度。当 反应后气体的CO2浓度接近于进气浓度（12%)时，认为吸收过程达到饱和，结束实验。使用 滴定法，测量实验结束时吸收液中的二氧化碳负荷。
[0019] 0)2吸收速率的计算式如下：
其中： %。2^为某时刻CO2流量计1所记录的CO2流量（L/min); Vc〇2,_为某时刻CO 2流量计2所记录的CO 2流量（L/min); V。为玻璃反应器中的吸收液体积（L )。
[0020] 在本实验中，设定两台OV流量计的采样时间间隔为5s。采样测量计算得到的CO2 吸收速率的平均值即为吸收液的〇)2平均吸收速率。
[0021] 吸收容量的计算式如下： 吸收容量=β。_ β τ β。为吸收液在实验前的CO 2负荷，即在进行实验前时每摩尔的吸收液中的CO 2摩尔含 量； β τ为吸收液在实验结束时的CO 2负荷，即在实验结束时每摩尔的吸收富液中的CO 2摩 尔含量。
[0022] 吸收剂再牛稈度的测量和计筧 在进行实验前，首先使用滴定法，测量吸收富液(即包含有一定含量的〇)2的吸收液)中 的二氧化碳负荷。使用油浴，加热并使吸收富液保持在再生温度，使CO2由吸收液中析出。 气流先经过冷凝管，以冷凝挥发出的吸收剂和水。剩余气体经OV流量计测量再生出的CO 2 流量，最后进入排气处理装置。当测得OV流量小于lOml/mim时停止实验，使用滴定法，测 量实验结束时吸收富液的CO 2负荷。
[0023] 其中： α。为吸收富液在初始时刻的CO 2负荷，即在进行实验前时每摩尔的吸收富液中的CO 2 含量；