专利名称：一种CO<sub>2</sub>吸收分离装置及其热钾碱法吸收分离CO<sub>2</sub>的方法
技术领域：
本发明属于沼气分离净化技术领域，具体涉及一种CO2吸收分离装置及其热钾碱法吸收分离CO2的方法。
背景技术：
能源是世界上各个国家可持续发展的重要战略资源，是社会生产力的动力源泉。随着石油，煤炭等不可再生能源的日益消耗，寻求绿色环保，可再生的新能源变得尤为重要，沼气作为一种新型的可再生清洁能源，具有原料来源丰富、廉价，燃烧热值高，低排放，抗爆安全性能高等特点。 沼气的成分比较复杂，其最主要的成分甲烷(CH4)含量通常约为60%_70%，二氧化碳(C02 ) 30%-40%，此外还有少量的硫化氢(H2S)气体等。另外，纯甲烷的热值为35. 9MJ/m3,沼气的热值20-25MJ/m3，由于二氧化碳等杂质气体的存在，沼气的燃烧值明显降低降低，因此，分离除去沼气中的二氧化碳，提高燃烧值尤为重要。同时，对节约利用可再生的清洁生物质能源，降低碳排放，改善生态环境具有重要意义。目前，国内外工业上分离二氧化碳的主要方法有溶剂吸收法，常用的吸收剂有碳酸钾，醇胺溶液等。碳酸钾溶液吸收被称之为传统热钾碱法，即用一定含量的碳酸钾溶液作为吸收剂在吸收塔中进行吸收分离。由于传统的吸收设备笨重，单纯的碳酸钾溶液作为吸收剂吸收速度较慢，设备腐蚀严重；醇胺溶液作为吸收剂，造价较高，同时对设备也会造成损害。目前，人们通常选取合适的活化剂和缓蚀剂加入到碳酸钾溶液中，降低设备腐蚀，且增加吸收量，提高吸收效率。在碳酸钾溶液中加入活化剂(即催化剂)和缓蚀剂能够提高吸收速率，并减少对设备的腐蚀。意大利专利545908报道了将三氧化二砷或氨基乙酸作为催化剂加入到碳酸钾溶液中，但是由于三氧化二砷溶液具有很高的毒性和致癌作用，在应用方面受到了很大的限制，同时，作为催化剂的氨基乙酸吸收速率慢，溶液不稳定使得此工艺很难实际应用。美国专利US2886045采用了在碳酸钾溶液中加入二乙醇胺做活化剂，但是此方法溶液吸收率低，吸收及再生能耗都较高。中国发明专利CN1006041B报道了一种改良的热钾碱法吸收二氧化碳的新工艺，将羟乙基哌嗪和硼酸作为活化剂，与碳酸钾一起进行二氧化碳的吸收，在能耗方面有所降低，但吸收效果仍不尽如人意。总之，在目前已有的热钾碱法专利中，所采用的改进方法虽然对C02吸收有一定的改善，但综合效果还不尽人意，存在诸如生产过程不稳定、或能耗较大、或工艺操作复杂、或成本较高、或对环境有污染等等不同程度的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种CO2吸收分离装置。本发明的目的还在于一种利用上述CO2吸收分离装置热钾碱法吸收分离CO2的方法。一种CO2吸收分离装置，该装置组成为C02钢瓶I通过管道与储气罐3相连，其管道上有第一针型阀8 ;储气罐3置于恒温水浴锅2中，储气罐3上有数字精密压力表10 ;储气罐3通过管道分别与吸收瓶5和真空泵6相连，其中管道上分别有第二针型阀7、第三针型阀9 ;吸收瓶5位于恒温磁力搅拌器4中。一种利用上述装置热钾碱法吸收分离CO2的方法，该方法按以下步骤进行I)配制吸收液以水为溶剂加入吸收剂、活化剂和缓蚀剂配制吸收液，其中吸收液中各物质的质量百分数为吸收剂为59^50% ;活化剂为0. 59^10% ;缓蚀剂为0. 29Tl%。2)在吸收瓶5中加入步骤I)配制的吸收液，加入恒温磁力搅拌器4的转子，然后密封； 3)搅拌吸收瓶5中的吸收液，设置恒温水浴锅2的温度为283IT365K。4)开启CO2钢瓶1，向储气罐3中储气到压强为IOOKPa 200KPa。步骤I)中所述吸收剂为碳酸钾、碳酸钠、碳酸镁、碳酸锂中的一种或一种以上。步骤I)中所述活化剂为偏硼酸钠、偏硼酸钾、偏硼酸锂中的一种或一种以上。步骤I)中所述缓蚀剂为偏钒酸钠、偏钒酸钾、偏钒酸锂、偏钒酸铵中的一种或一种以上。本发明的有益效果为克服了现有的催化剂在开启CO2吸收过程中损失多和成本较高，对环境污染的问题，解决了吸收溶剂在产业化过程中存在的不足和缺陷，从而提供一种新型、高效、来源广泛、成本廉价且无疆界、环境友好的催化剂形成的基于碳酸钾溶液的催化体系，该方法可用于沼气中CO2的吸收分离。
图I为CO2吸收分离装置；其中各标号为1-C02钢瓶；2_恒温水浴锅；3_储气罐；4_恒温磁力搅拌器；5_吸收瓶；6_真空泵；7，8，9_针型阀；10_数字精密压力表。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步说明，以下实施例不对本发明产生限制。如图I所示的CO2吸收分离装置，CO2钢瓶I通过管道与储气罐3相连，其管道上有第一针型阀8 ;储气罐3置于恒温水浴锅2中，储气罐3上有数字精密压力表10 ;储气罐3通过管道分别与吸收瓶5和真空泵6相连，其中管道上分别有第二针型阀7、第三针型阀9 ;吸收瓶5位于恒温磁力搅拌器4中。操作时，在吸收瓶5中加入吸收液，加入恒温磁力搅拌器4的转子，然后密封；搅拌吸收瓶5中的吸收液，设置恒温水浴锅2的温度。开启CO2钢瓶1，向储气罐3中储气到一定压强，开始吸收实验。实施例I (对比例)称取2. 5g碳酸钾,Og偏硼酸钠,Og偏钒酸钠,配成50g吸收液,其中碳酸钾浓度为5 wt%，加入到吸收瓶中，吸收瓶中加入恒温磁力搅拌器的转子，密封吸收瓶，向储气罐中储气到150KPa，设置水浴锅温度为293K，开始吸收实验，其中CO2的吸收速率和吸收量见表I。实施例2
称取5g碳酸钾，0. 5g偏硼酸钠，0. 25g偏钒酸钠，配成50g吸收液，其中碳酸钠的浓度为10 wt%，加入到吸收瓶中，吸收瓶中加入恒温磁力搅拌器的转子，密封吸收瓶，向储气罐中储气到lOOKPa，设置水浴锅温度为303K，开始吸收实验，其中CO2的吸收速率和吸收量见表I。实施例3称取7. 5g碳酸钠，Ig偏钒酸钠，0. 3g偏钒酸钠，配成50g吸收液，其中碳酸钠的浓度为15 wt%，加入到吸收瓶中，吸收瓶中加入恒温磁力搅拌器的转子，密封吸收瓶，向储气罐中储气到130KPa，设置水浴锅温度为365K，开始吸收实验，其中CO2的吸收速率和吸收量见表I。实施例4
称取IOg碳酸钾，I. 5g偏硼酸钾，0.4g偏钒酸钾，配成50g吸收液，其中碳酸钾的浓度为20 wt%，加入到吸收瓶中，吸收瓶中加入恒温磁力搅拌器的转子，密封吸收瓶，向储气罐中储气到120KPa，设置水浴锅温度为353K，开始吸收实验，其中CO2的吸收速率和吸收量见表I。实施例5称取12. 5g碳酸镁，2. 5偏硼酸钠，0. 45g偏钒酸钠，配成50g吸收液，其中碳酸镁的浓度25 wt%，加入到吸收瓶中，吸收瓶中加入恒温磁力搅拌器的转子，密封吸收瓶，向储气罐中储气到160KPa，设置水浴锅温度为333K，开始吸收实验，其中CO2的吸收速率和吸收量见表I。实施例6称取15g碳酸钾，2g偏硼酸锂，0. 2g偏钒酸钾，配成50g吸收液，其中碳酸钾的浓度为30 wt%W入到吸收瓶中，吸收瓶中加入恒温磁力搅拌器的转子，密封吸收瓶，向储气罐中储气到170KPa，设置水浴锅温度为343K，开始吸收实验，其中CO2的吸收速率和吸收量见表I。实施例7称取17. 5g碳酸锂，0. 25g偏硼酸钠，0. 15g偏钒酸锂，配成50g吸收液，其中碳酸锂的浓度为35 wt%，加入到吸收瓶中，吸收瓶中加入恒温磁力搅拌器的转子，密封吸收瓶，向储气罐中储气到180KPa，设置水浴锅温度为313K，开始吸收实验，其中CO2的吸收速率和吸收量见表I。实施例8称取20g碳酸钾，3g偏硼酸钠，0. 25g偏钒酸铵，配成50g吸收液，其中碳酸钾的浓度为40 wt%，加入到吸收瓶中，吸收瓶中加入恒温磁力搅拌器的转子，密封吸收瓶，向储气罐中储气到170KPa，设置水浴锅温度为333K，开始吸收实验，其中CO2的吸收速率和吸收量见表I。实施例9称取22. 5g碳酸钾，4g偏硼酸锂，0. 5g偏钒酸钠，配成50g吸收液，其中碳酸钾的浓度为45 wt%，加入到吸收瓶中，吸收瓶中加入恒温磁力搅拌器的转子，密封吸收瓶，向储气罐中储气到190KPa，设置水浴锅温度为323K，开始吸收实验，其中CO2的吸收速率和吸收量见表I。
实施例10称取25g碳酸钠，5g偏硼酸钠，0. Ig偏钒酸钠，配成50g吸收液，其中碳酸钠的浓度为50 wt%，加入到吸收瓶中，吸收瓶中加入恒温磁力搅拌器的转子，密封吸收瓶，向储气罐中储气到200KPa，设置水浴锅温度为360K，开始吸收实验，其中CO2的吸收速率和吸收量见表I。表I吸收CO2的吸收速率和吸收量比较
权利要求
1.一种CO2吸收分离装置，其特征在于，该装置组成为C02钢瓶(I)通过管道与储气罐(3)相连，其管道上有第一针型阀(8);储气罐(3)置于恒温水浴锅(2)中，储气罐(3)上有数字精密压力表(10 );储气罐(3 )通过管道分别与吸收瓶(5 )和真空泵(6 )相连，其中管道上分别有第二针型阀(7)、第三针型阀(9);吸收瓶(5)位于恒温磁力搅拌器(4)中。
2.一种利用权利要求I所述装置热钾碱法吸收分离CO2的方法，其特征在于，该方法按以下步骤进行 1)配制吸收液以水为溶剂加入吸收剂、活化剂和缓蚀剂配制吸收液，其中吸收液中各物质的质量百分数为吸收剂为59^50% ;活化剂为0. 59^10% ;缓蚀剂为0. 29Tl%。
2)在吸收瓶(5)中加入步骤I)配制的吸收液，加入恒温磁力搅拌器(4)的转子，然后密封； 3)搅拌吸收瓶(5)中的吸收液，设置恒温水浴锅(2)的温度为283IT365K。
4)开启CO2钢瓶(1)，向储气罐(3)中储气到压强为IOOKPa 200KPa。
3.根据权利要求2所述的热钾碱法吸收分离CO2的方法，其特征在于，步骤I)中所述吸收剂为碳酸钾、碳酸钠、碳酸镁、碳酸锂中的一种或一种以上。
4.根据权利要求2所述的热钾碱法吸收分离CO2的方法，其特征在于，步骤I)中所述活化剂为偏硼酸钠、偏硼酸钾、偏硼酸锂中的一种或一种以上。
5.根据权利要求2所述的热钾碱法吸收分离CO2的方法，其特征在于，步骤I)中所述缓蚀剂为偏钒酸钠、偏钒酸钾、偏钒酸锂、偏钒酸铵中的一种或一种以上。
全文摘要
本发明公开了属于沼气分离净化技术领域的一种CO2吸收分离装置及其热钾碱法吸收分离CO2的方法。本发明使用碳酸盐作为吸收剂，偏硼酸盐为活化剂，偏钒酸盐作为缓蚀剂配制吸收液，利用CO2吸收分离装置，对CO2进行吸收分离。本发明选择的碳酸盐吸收剂原料来源广泛、成本低廉且环境友好；偏硼酸盐的加入提高了吸收速率，CO2吸收量明显增大，偏钒酸盐的加入使得对设备的腐蚀程度降低，亦能加快吸收速率。本发明对能源化工领域特别是沼气净化分离技术的发展起到重要的促进作用。
文档编号B01D53/78GK102764578SQ20121024660
公开日2012年11月7日 申请日期2012年7月16日 优先权日2012年7月16日
发明者李十中, 蒲薇华, 陈郴 申请人:清华大学