一种基于1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐[Bmim][Oac]二氧化碳吸收剂的粘度控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐[Bmim][Oac]二氧化碳吸收剂的粘度控制方法，所述控制方法为向纯1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐[Bmim][Oac]离子液体中添加粘度调节剂，所述粘度调节剂为水和/或N-甲基环己胺MCA。该粘度控制方法以向离子液体内添加水或特定有机胺活化剂为主要手段，控制吸收剂粘度在合理范围，在提高离子液体二氧化碳脱除效率同时，还能有效降低吸收剂粘度，从而促进离子液体的推广应用并降低成本。
【专利说明】—种基于1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐[Bmim] [Oac] 二氧化碳吸收剂的粘度控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于二氧化碳捕集与分离领域，具体涉及一种用于捕集或分离二氧化碳的1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐[Bmim] [Oac]离子液体二氧化碳吸收剂的粘度控制方法。
【背景技术】
[0002]CO2捕集、利用及储存(CXUS)技术是应对全球温室效应和极端气候现象的有效手段。根据我国国情，燃煤电厂是CO2排放的重点固定排放源。针对燃煤电厂具有烟气流量大、CO2分压低、烟气成分复杂的特点，对比技术方法的成熟性、经济性和适用性，化学吸收法是一种比较好的选择。为了解决现阶段化学吸收工艺能耗过高的问题，需要进一步展开新型吸收剂的开发工作。
[0003]离子液体具有CO2溶解度高、挥发性低、液态范围宽、腐蚀性低等优势，是有望取代有机胺吸收剂的一种新型绿色吸收剂。相关研究表明，1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐[Bmim][Oac]基准的CO2吸收剂在同等实验工况下，其CO2吸收性能与30%乙醇胺MEA水溶液相近，而再生能耗仅为30%乙醇胺MEA水溶液的三分之一。尽管已报道的若干离子液体基准吸收剂在吸收再生性能方面的优越性得到广泛的认可，吸收剂的高粘度仍增加了研究者及工业管理者的疑虑，从而一定程度上阻碍了吸收剂的推广应用。合理控制吸收剂粘度是推动离子液体基准吸收剂发展应用的根本要求。
[0004]粘度是影响CO2捕集工艺流程设计的一项重要热物理属性，它对工艺过程中的搅拌、喷淋、泵输、相变层界定等操作均有影响，尤其会对传质传热设备内吸收剂的流动及传质形成影响，从而导致若干伴随问题的产生。不同的CO2捕集工艺过程、同一工艺过程中的不同操作阶段，对粘度范围的要求不同。一般而言，吸收塔设备中，离子液体基准吸收剂粘度值接近于有机液胺粘度值时被认为是合理的。然而，对支撑性离子液体膜吸收而言，离子液体基准吸收剂的高粘度则是可利用的突出优势。对于传统化学吸收碳捕集工艺过程而言，吸收剂存在常温储存、低温输运、塔内低温流动传质、中温萃取和高温再生等阶段，不同阶段的温度和粘度要求均不同。可见，离子液体基准吸收剂的优化粘度取决于不同的碳捕集工艺以及同一碳捕集工艺中的不同状态阶段。
[0005]目前，已开展的离子液体基准吸收剂粘度控制研究数量较少，深度上也存在一定欠缺。尚未检索到相关的国内专利，尤其对基于[Bmim] [Oac]的二氧化碳吸收剂的粘度控制也未发现相关报道。日本东北大学Daisuke Tomida等报道了温度20?80°C、压力IOMPa实验条件下，1-丁基-3-甲基咪唑六氟硼酸盐[Bmim] [PF6]、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐[Bmim] [BF4]、1-已基-3-甲基咪唑六氟硼酸盐[Hmim] [PF6]和1-辛基-3-甲基咪唑六氟硼酸盐[Omim] [PF6]四种离子液体在不同CO2负荷下的粘度变化；美国堪萨斯大学的AzitaAhosseini等研究了 25°C、50°C和70°C三种温度下1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺盐[Emim] [Tf2N]、1-己基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺盐[Hmim] [Tf2N]和1，3- 二甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺盐[Dmim] [Tf2N]三种离子液体在不同压力和CO2负荷下的粘度变化；葡萄牙里斯本大学的Mohammad Tariq测试了温度5~120°C实验条件下，1_链烷基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺盐[Cnmim] [Tf2N]系列离子液体粘度随碳链长度的变化情况；浙江大学Qiwei Yang等实验研究了 1_ 丁基-甲基咪唑氯酸盐[C4mim]Cl离子液体与分子液体水、甲醇、乙醇、乙腈和二甲基甲酰胺DMF等二元混合体系在20°C、30°C和35°C下的粘度变化；马来西亚马来亚大学的Afshin Ahmady等研究了 N2O在N-甲基二乙醇胺MDEA和1-丁基-3-甲基四硼氟酸盐[Bmim] [BF4] 二元混合体系中的粘度、密度、物理溶解和扩散性等方面的热物理特性用以关联预测碳捕集过程的物性数据。
[0006]总体来看，以上对离子液体基准CO2吸收剂粘度的研究，侧重于关注离子液体种类、阳离子、碳链长度等因素对吸收剂粘度的影响。分子液体对分子-离子二元混合体系开展了初步的探索，尚未形成对粘度控制手段的系统思考。对于[Bmim] [Oac]基准吸收剂的粘度测试及控制也没有涉及。
[0007]因此，针对一种基于[Bmim] [Oac]的新型CO2吸收剂，提出一种对应控制过程中混合吸收剂粘度的控制方法，从而可以通过有效强化吸收剂传质过程、改善吸收剂流动特性等手段来减少脱碳设备初投资、降低运行维护能耗和增大烟气处理量，是目前研究的方向。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于提供一种基于1- 丁基-3-甲基咪唑醋酸盐[Bmim] [Oac] 二氧化碳吸收剂的粘度控制方法，该粘度控制方法以向离子液体内添加水或特定有机胺活化剂为主要手段，控制吸收剂粘度在合理范围，在提高离子液体二氧化碳脱除效率同时，还能有效降低吸收剂粘度，从而促进离子液体的推广应用并降低成本。
[0009]本发明的上述目的是通过如下技术措施来实现的:一种基于1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐[Bmim] [Oac] 二氧化碳吸收剂的粘度控制方法，所述控制方法为向纯1_ 丁基_3_甲基咪唑醋酸盐[Bmim] [Oac]离子液体中添加粘度调节剂，所述粘度调节剂为水和/或N-甲基环己胺MCA。
`[0010]本发明利用粘度较低的水或N-甲基环己胺MCA作为二氧化碳吸收剂中的离子液体的粘度调节剂，以保证吸收剂溶液在维持高CO2吸收速率和大CO2吸收容量时，同时使得粘度在特定碳捕集工艺、特定阶段均保持恰当粘度，从而适用于大流量、低CO2分压的气体分离场合。
[0011]本发明所述的1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐[Bmim] [Oac]离子液体中1_ 丁基-3-甲基咪唑醋酸盐([Bmim] [OAc])，其CAS登记号为284049-75-8，分子结构为
【权利要求】
1.一种基于1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐[Bmim] [Oac] 二氧化碳吸收剂的粘度控制方法，其特征是:所述控制方法为向纯1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐[Bmim] [Oac]离子液体中添加粘度调节剂，所述粘度调节剂为水和/或N-甲基环己胺MCA。
2.根据权利要求1所述的基于1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐[Bmim] [Oac] 二氧化碳吸收剂的粘度控制方法，其特征是:所述粘度调节剂为水，水的用量占其和纯1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐[Bmim] [Oac]离子液体总质量的10%?40%。
3.根据权利要求2所述的基于1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐[Bmim] [Oac] 二氧化碳吸收剂的粘度控制方法，其特征是:所述粘度调节剂为水，水的用量占其和纯1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐[Bmim] [Oac]离子液体总质量的25%?40%。
4.根据权利要求1所述的基于1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐[Bmim] [Oac] 二氧化碳吸收剂的粘度控制方法，其特征是:所述粘度调节剂为N-甲基环己胺MCA，N-甲基环己胺MCA的用量占其和纯1- 丁基-3-甲基咪唑醋酸盐[Bmim] [Oac]离子液体总质量的10%?40%。
5.根据权利要求4所述的基于1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐[Bmim] [Oac] 二氧化碳吸收剂的粘度控制方法，其特征是:所述粘度调节剂为N-甲基环己胺MCA，N-甲基环己胺MCA的用量占其和纯1- 丁基-3-甲基咪唑醋酸盐[Bmim] [Oac]离子液体总质量的25%?40%。
6.根据权利要求1所述的基于1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐[Bmim] [Oac] 二氧化碳吸收剂的粘度控制方法，其特征是:所述的粘度调节剂为水和N-甲基环己胺MCA，水和N-甲基环己胺MCA的用量占其和纯1- 丁基-3-甲基咪唑醋酸盐[Bmim] [Oac]离子液体总质量的 20% ?40%ο
7.根据权利要求6所述的基于1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐[Bmim] [Oac] 二氧化碳吸收剂的粘度控制方法，其特征是:所述的粘度调节剂为水和N-甲基环己胺MCA，水和N-甲基环己胺MCA的用量占其和纯1- 丁基-3-甲基咪唑醋酸盐[Bmim] [Oac]离子液体总质量的 25% ?40%ο
【文档编号】B01D53/62GK103736382SQ201310746383
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年12月27日 优先权日:2013年12月27日
【发明者】朱德臣, 徐齐胜, 方梦祥, 廖宏楷, 湛志钢 申请人:广东电网公司电力科学研究院