专利名称：一种二氧化碳的吸收分离方法
技术领域：
本发明涉及气体的吸收方法，特别是涉及二氧化碳的吸收分离方法。
背景技术：
由二氧化碳排放引发的地球温室效应问题已经引起各国的广泛关注，其减排也日 益受到重视。同时，二氧化碳作为一种重要的工业资源，可以应用于食品加工及工业生产等 多种领域，因此，高效、经济地实现二氧化碳的富集，具有很好的实践价值。
近几年来，二氧化碳的吸收发展极为迅速，可以分为化学溶剂法、物理溶剂法、薄 膜分离法、低温分离法等几大类。物理溶剂法、薄膜分离法和低温分离法的经济成本过高， 不适用于工业应用。目前，化学溶剂法中常使用的为胺溶液法，应用较为成熟的是一乙醇胺 (MEA)溶液法和二乙醇胺(DEA)溶液法。这两个方法的特点是吸收速度快，但由于其再生 温度较高，易造成设备腐蚀，同时再生耗能也较大。所以寻找新的溶剂来取代水，发展低能 耗、高效率同时对设备腐蚀小的，并利用有机胺吸收剂来实现二氧化碳富集的方法具有重 要的实践意义。 综上所述，需要提供一种低能耗、高效率同时对设备腐蚀小的吸收剂，以实现快速 吸收二氧化碳的需要。
发明内容
为解决上述至少一个技术问题，本发明提供了一种二氧化碳的吸收分离方法，该 方法吸收二氧化碳的速度快，且对设备腐蚀小。 为了实现上述发明目的，本发明提供了一种二氧化碳的吸收分离方法，具体包括 以下步骤a.以醇胺类化合物作为溶质，碳原子小于10的甘醇类化合物作为溶剂，混合配 制得到吸收剂；b.将吸收剂和待吸收气相接触，得到液相产物；c.将液相产物进行解吸，分 离得到二氧化碳。 本发明所提供的方法，以醇胺类化合物作为溶质，并用甘醇类这类低饱和蒸汽压 高沸点化合物作为溶剂，配制成溶液。当温度相对较低时，醇胺类化合物结构中包含的氨 基呈碱性，可与二氧化碳产生较强的化学结合作用，从而促进了对二氧化碳从气相到液相 的吸收，即在相对较低的温度条件下实现二氧化碳的高效吸收；然后，将所得液相温度升高 后，醇胺类化合物与二氧化碳的化学结合作用减弱，可以实现二氧化碳从液相到气相的传 质，即二氧化碳的快速解吸。此过程中，由于甘醇类溶剂的引入，能克服惯常用水作为溶剂 时易汽化的问题。此时，在温度升高到解吸温度时，尚未达到甘醇类溶剂的沸点，不会造成 溶剂的大量汽化，这样可以实现二氧化碳的有效富集和吸收剂的循环使用，并减少对设备 的腐蚀。 根据本发明的实施方式之一，步骤a所述吸收剂中醇胺类化合物的浓度为O. 1 10mol/L。吸收过程、吸收速率会受到溶解度系数、液相的分子扩散系数以及溶质浓度影响， 在上述浓度范围内，吸收剂吸收二氧化碳的效率较高。
根据本发明的实施方式之一，步骤a中所述醇胺类化合物包括一乙醇胺或/和二 乙醇胺。 根据本发明的实施方式之一，步骤a中所述甘醇类化合物，包括乙二醇、二甘醇、 三甘醇、四甘醇中的至少一种。 根据本发明的实施方式之一，步骤b中的操作压力不低于4kPa，操作温度为10 80°C。 根据操作温度及设备的耐压程度，可适当调节压力，以便于更好地吸收二氧化碳。
根据本发明的实施方式之一，步骤c中的操作压力为O. 2 200kPa，所述操作温度 为50 ll(TC。 在操作时，该压力和温度条件可使二氧化碳快速完成解吸，同时也不会使得溶剂 大量汽化，从而利于提高二氧化碳的解吸效率。 本发明通过上述方法进行二氧化碳的吸收分离，在以下方面均取得进步 首先，本发明所提供的方法，其二氧化碳吸收体系反应条件较低，对二氧化碳的吸
收率较高，且解吸迅速，并使其再生已达到富集目的，反应成本低且反应时间短。 其次，引入甘醇类化合物作为溶剂，在二氧化碳解吸时升温并调节压力时，不会引
起溶剂的大量汽化，利于提高再生二氧化碳的纯度，同时减少吸收剂的损失量，实现吸收剂
的有效回收和循环利用。 第三，溶剂不易汽化，可避免对设备的腐蚀，延长使用寿命。
具体实施例方式
本发明提供的一种二氧化碳的吸收分离方法，是吸收气体中二氧化碳，并使其再 生的方法，包括将所述二氧化碳在一定温度下的吸收和解吸。其中，具体包括以下步骤首 先，将醇胺类化合物和碳原子小于10的甘醇类化合物混合配制成溶液，得到吸收剂。其中， 醇胺类化合物包括一乙醇胺或/和二乙醇胺；甘醇类化合物，包括乙二醇、二甘醇、三甘醇、 四甘醇中的至少一种，通常采用二甘醇或/和三甘醇效果较好。此外，由于吸收过程、吸收 速率会受到溶解度系数、液相的分子扩散系数以及溶质浓度影响，因此吸收剂吸收二氧化 碳时，醇胺类化合物的浓度为0. lmol/L 10mol/L时二氧化碳吸收效率较高。然后，在常 规的气体分离设备或者气液传质设备中，使吸收剂和待吸收气相充分接触，操作压力不低 于4kPa，操作温度为10 80°C ，得到液相产物。最后，将液相产物在压力为0. 2 200kPa、 温度为50 ll(TC的条件下进行解吸，从而实现二氧化碳的再生，同时回收吸收剂，使其循 环利用。经检测得二氧化碳的吸收率大于90%，即被吸收的二氧化碳占混合气体中总二氧 化碳量的比例大于90%。 在温度相对较低时，醇胺类化合物结构中包含的氨基呈碱性，可与二氧化碳产生 较强的化学结合作用，从而促进了对二氧化碳从气相到液相的吸收；将所得液相温度升高 后，醇胺类化合物与二氧化碳的化学结合作用减弱，可以实现二氧化碳从液相到气相的传 质。本发明将低饱和蒸汽压高沸点的甘醇类化合物作为溶剂，在二氧化碳解吸过程中，当温 度升高到解吸温度时，不会达到溶剂的沸点，因此不会造成溶剂的大量汽化，这样可以实现 二氧化碳的有效富集和吸收剂的循环使用，并减少对设备的腐蚀。整个过程中，吸收剂可循 环利用构成连续吸收和再生二氧化碳。
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下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限
定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
实施例1 首先，将一乙醇胺作为溶质，三甘醇作为溶剂，混合配制溶液1L，得到吸收剂，其 中，一乙醇胺的浓度为0. lmol/L。然后，在温度为5(TC，压力为200kPa的条件下，使吸收 剂与二氧化碳和氮气混合气在气液传质设备中充分接触7分钟，其中二氧化碳和氮气混合 气总量为0.5mol，二氧化碳气体体积分数为5%。最后，将得到的液相产物在5(TC，压力 0. 2kPa下进行解吸，实现二氧化碳的再生，同时回收吸收剂，使其循环利用。
经检测得二氧化碳的吸收率大于90% 。
实施例2 首先，将二乙醇胺作为溶质，二甘醇作为溶剂，混合配制溶液1L，得到吸收剂，其 中，二乙醇胺的浓度为1. 5mol/L。然后，在温度为25t:，压力为4kPa的条件下，使吸收剂与 二氧化碳和氮气混合气在气体分离设备中充分接触3分钟，其中二氧化碳和氮气混合气总 量为0. Olmol， 二氧化碳气体体积分数为60% 。最后，将得到的液相产物在80°C ，压力2kPa 下进行解吸，实现二氧化碳的再生，同时回收吸收剂，使其循环利用。
经检测得二氧化碳的吸收率大于90% 。
实施例3 首先，将二乙醇胺作为溶质，三甘醇作为溶剂，混合配制溶液1L，得到吸收剂，其 中，二乙醇胺的浓度为2mol/L。然后，在温度为35°C ，压力为500kPa的条件下，使吸收剂与 二氧化碳和氮气混合气在气体分离设备中充分接触5分钟，其中二氧化碳和氮气混合气总 量为lmol，二氧化碳气体体积分数为30%。最后，将得到的液相产物在ll(TC，压力200kPa 下进行解吸，实现二氧化碳的再生，同时回收吸收剂，使其循环利用。
经检测得二氧化碳的吸收率大于90% 。
实施例4 首先，将一乙醇胺作为溶质，三甘醇作为溶剂，混合配制溶液2L，得到吸收剂，其 中， 一乙醇胺的浓度为10mol/L。然后，在温度为80°C ，压力为500kPa的条件下，使吸收剂与 二氧化碳和氮气混合气在气液传质设备中充分接触6分钟，其中二氧化碳和氮气混合气总 量为10mol，二氧化碳气体体积分数为60%。最后，将得到的液相产物在ll(TC，压力20kPa 下进行解吸，实现二氧化碳的再生，同时回收吸收剂，使其循环利用。
经检测得二氧化碳的吸收率大于90% 。
实施例5 首先，将一乙醇胺和二乙醇胺作为溶质，二甘醇作为溶剂，混合配制溶液2L，得到 吸收剂，其中，溶质一乙醇胺的浓度为1.5mol/L，二乙醇胺的浓度为1.5mol/L。然后，在温 度为4(TC，压力为350kPa的条件下，使吸收剂与二氧化碳和氮气混合气在气液传质设备中 充分接触3分钟，其中二氧化碳和氮气混合气总量为6mo1， 二氧化碳气体体积分数为40% 。 最后，将得到的液相产物在8(TC，压力40kPa下进行解吸，实现二氧化碳的再生，同时回收 吸收剂，使其循环利用。 经检测得二氧化碳的吸收率大于90% 。
实施例6
5为溶剂，混合配制溶液2L，得到 吸收剂，其中，溶质一乙醇胺的浓度为0. 5mol/L，二乙醇胺的浓度为1. 5mol/L。然后，在温 度为l(TC，压力为300kPa的条件下，使吸收剂与二氧化碳和氮气混合气在气液传质设备中 充分接触5分钟，其中二氧化碳和氮气混合气总量为5mo1， 二氧化碳气体体积分数为50% 。 最后，将得到的液相产物在10(TC，压力30kPa下进行解吸，实现二氧化碳的再生，同时回收 吸收剂，使其循环利用。 经检测得二氧化碳的吸收率大于90% 。
实施例7 首先，将一乙醇胺和二乙醇胺作为溶质，二甘醇和三甘醇的混合物作为溶剂，混合 配制溶液2L，得到吸收剂，其中，溶剂二甘醇和三甘醇的质量比为1 : l，溶质一乙醇胺的浓 度为2mol/L，二乙醇胺的浓度为2mol/L。然后，在温度为55"C，压力为400kPa的条件下，使 吸收剂与二氧化碳和氮气混合气在气液传质设备中充分接触6分钟，其中二氧化碳和氮气 混合气总量为5mo1， 二氧化碳气体体积分数为80% 。最后，将得到的液相产物在90°C ，压力 50kPa下进行解吸，实现二氧化碳的再生，同时回收吸收剂，使其循环利用。
经检测得二氧化碳的吸收率大于90% 。 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以 理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换 和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
权利要求
一种二氧化碳的吸收分离方法，包括以下步骤(a)以醇胺类化合物作为溶质，碳原子小于10的甘醇类化合物作为溶剂，混合配制得到吸收剂；(b)将吸收剂和待吸收气相接触，得到液相产物；(c)将液相产物进行解吸，分离得到二氧化碳。
2. 如权利要求l所述的方法，其中，步骤(a)所述吸收剂中醇胺类化合物的浓度为 0. 1 10mol/L。
3. 如权利要求l所述的方法，其中，步骤(a)中所述醇胺类化合物包括一乙醇胺或/和 二乙醇胺。
4. 如权利要求l所述的方法，其中，步骤(a)中所述甘醇类化合物，包括乙二醇、二甘 醇、三甘醇、四甘醇中的至少一种。
5. 如权利要求l所述的方法，其中，所述步骤(b)的操作压力不低于4kPa。
6. 如权利要求1所述的方法，其中，所述步骤(b)的操作温度为10 80°C。
7. 如权利要求1所述的方法，其中，所述步骤(c)的操作压力为0. 2 200kPa。
8. 如权利要求1所述的方法，其中，所述步骤(c)操作的温度为50 ll(TC。
全文摘要
本发明公开了一种二氧化碳的吸收分离方法，包括将所述二氧化碳在一定温度下的吸收和解吸，具体包括以下步骤将醇胺类化合物和甘醇类化合物混合配制成溶液，得到吸收剂；将吸收剂和待吸收气相在气液传质设备中接触，得到液相产物；将液相产物进行解吸，分离得到二氧化碳，实现二氧化碳的再生。该方法采用的吸收剂能够高效吸收二氧化碳，并对设备腐蚀小，可实现二氧化碳的再生以及吸收剂的循环利用。
文档编号C01B31/00GK101734658SQ20091024419
公开日2010年6月16日 申请日期2009年12月30日 优先权日2009年12月30日
发明者王凯, 谭璟, 骆广生 申请人:清华大学