一种基于离子液体的二氧化碳深度捕集系统及方法

本发明创造属于吸附，主要涉及一种基于离子液体的二氧化碳深度捕集系统及方法。

背景技术：

1、化学吸收法是一项相对成熟的工艺，也得到了广泛的应用。它主要是利用co2的酸性，用碱性溶液通过酸碱中和反应来进行吸收。在技术工艺成型的情况下，选择合适的吸收液是提高效率、节约成本的关键因素之一。当前应用最广泛的吸收液为胺类吸收液，如单乙醇胺(mea)、二乙醇胺(dea)、三乙醇胺(tea)和甲基二乙醇胺(mdea)等。由于该方法主要利用co2和有机胺类的化学反应，因此可以有效缓解由于co2浓度低带来的吸收困难。虽然胺类的使用是目前主流的选择，但该方法也存在一些问题，比如胺降解会形成腐蚀性的副产物，再生过程需要大量能量以及胺的挥发带来的环境污染等。

2、离子液体(ionic liquid，il)是由特定阴、阳离子组成的，在室温或接近于室温下呈液态的盐类。近些年，离子液体因具有结构可调节、饱和蒸气压低、化学稳定性和热稳定性高以及对co2吸收选择性强等优点，被认为是比较具有应用前景的新型绿色吸收剂。离子液体通常可分为传统离子液体(又可称为常规离子液体)和功能化离子液体。然而传统离子液体捕集co2通常以物理吸收为主，存在吸收速率慢和吸收负荷低等缺点，无法适用于气流量大且co2分压低的燃煤烟气中co2的捕集工艺。

技术实现思路

1、本发明创造的目的就是针对上述现有技术存在的问题，本发明提供如下方案：

2、本发明目的之一是提供一种基于离子液体的二氧化碳深度捕集系统。

3、本发明创造的目的是这样实现的，一种基于离子液体的二氧化碳深度捕集系统由含碳气体进气口(1)、进气流量调节阀(3)、含碳气体流量计(4)、湿法碳捕集装置(5)、吸收剂再生装置(9)、降温回流装置(8)、出口气体检测装置(11)和二氧化碳集气口(12)、进气导引管路(2)、吸收剂再生管路(6)、吸收剂回流管路(7)和尾气回收管路(10)组成。

4、所述含碳气体进气口(1)通过进气导引管路(2)与湿法碳捕集装置(5)连通，所述进气导引管路(2)上依次安装有进气流量调节阀(3)和含碳气体流量计(4)；所述湿法碳捕集装置(5)通过吸收剂再生管路(6)和吸收剂回流管路(7)与吸收剂再生装置(9)连通，所述吸收剂回流管路(7)上安装有降温回流装置(8)；所述吸收剂再生装置(9)通过尾气回收管路(10)与二氧化碳集气口(12)连接，所述尾气回收管路(10)上安装有出口气体检测装置(11)。

5、优选地，所述降温回流装置(8)能够将吸收剂再生装置(9)中脱碳后的离子液体吸收剂泵入湿法碳捕集装置(5)中，并将所述脱碳后的离子液体吸收剂从120℃降温至20-80℃。

6、本发明的目的之二是提供一种基于离子液体的二氧化碳深度捕集系统的方法，包括如下步骤：

7、s1：取适量离子液体吸收剂，装入湿法碳捕集装置(5)中，在特定温度下进行预热；

8、s2：将一定浓度的含二氧化碳气体通过连接含碳气体进气口(1)通入气路中，至气路稳定；

9、s3：控制湿法碳捕集装置(5)处于在吸收温度和常压条件下，调节进气流量调节阀(3)，将含有二氧化碳的混合气体按控制流量通入盛有合成的离子液体的湿法脱硫装置(5)中；

10、s4：控制吸收剂再生装置(9)的反应温度和搅拌速度；调控降温回流装置(8)流速，控制饱和离子液体吸收剂在吸收剂再生装置(9)中的水力停留时间；

11、s5：在二氧化碳集气口(12)收集纯二氧化碳气体。

12、优选地，s1中所述离子液体吸收剂为脂肪胺氮杂环型无卤素离子液体。

13、优选地，所述离子液体吸收剂包括：3-二甲基氨基丙胺-1，2，3-三氮唑盐；3-二乙基氨基丙胺-1，2，3-三氮唑盐；3-二甲基氨基丙胺-1，2，4-三氮唑盐；3-二乙基氨基丙胺-1，2，4-三氮唑盐；3-二甲基氨基丙胺-2-甲基咪唑盐；3-二乙基氨基丙胺-2-甲基咪唑盐；3-二甲基氨基丙胺-2-乙基咪唑盐；3-二乙基氨基丙胺-2-乙基咪唑盐；3-二甲基氨基丙胺四氮唑盐；3-二乙基氨基丙胺四氮唑盐。

14、优选地，所述离子液体吸收剂由脂肪胺和氮杂环化合物进行质子交换反应所合成，其中，合成原料纯度应大于99％；所生成的离子液体含水量应小于0.1％；

15、优选地，s1中所述的特定温度为20-80℃。

16、优选地，s3中所述的吸收温度设置为20-80℃，控制流量设置为30-150ml/min。

17、优选地，s4中所述的反应温度为120℃，搅拌速度为80-120r/min。

18、优选地，s4中所述的饱和离子液体吸收剂在吸收剂再生装置中的水力停留时间为1-2h。

19、本发明公开了以下技术效果：(1)具有高效的二氧化碳捕集能力：本发明可以将二氧化碳浓度自5-80％降低至10ppm以下，满足二氧化碳深度捕集的要求；(2)具有较低的捕集成本：本发明中的离子液体是通过较为廉价的有机胺和氮杂环类化合物进行简单的质子交换反应制备而成，具有较好的再生和循环使用性能，此外，捕集过程所需的反应热低，能源消耗少；(3)系统运行稳定安全：本发明具有更高的化学稳定性，不易挥发且腐蚀性更弱；(4)可连续动态脱除：离子液体具有流动性优势与灵活性优势，装置无需以间歇运行的方式对饱和吸附剂进行更换或再生，可以在连续运行的状态下对催化剂进行再生操作，设备运转效率较高，设备建设灵活，满足工业生产尾气进行大批量连续脱除的需求。

技术特征：

1.一种基于离子液体的二氧化碳深度捕集系统，其特征在于，所述一种基于离子液体的二氧化碳深度捕集系统由含碳气体进气口(1)、进气流量调节阀(3)、含碳气体流量计(4)、湿法碳捕集装置(5)、吸收剂再生装置(9)、降温回流装置(8)、出口气体检测装置(11)和二氧化碳集气口(12)、进气导引管路(2)、吸收剂再生管路(6)、吸收剂回流管路(7)和尾气回收管路(10)组成；

2.根据权利要求1所述的一种基于离子液体的二氧化碳深度捕集系统，其特征在于，所述降温回流装置(8)能够将吸收剂再生装置(9)中脱碳后的离子液体吸收剂泵入湿法碳捕集装置(5)中，并将所述脱碳后的离子液体吸收剂从120℃降温至20-80℃。

3.根据权利要求1所述的一种基于离子液体的二氧化碳深度捕集系统，其特征在于，s1中所述离子液体吸收剂为脂肪胺氮杂环型无卤素离子液体。

4.根据权利要求1所述的一种基于离子液体的二氧化碳深度捕集系统，其特征在于，所述离子液体吸收剂包括：3-二甲基氨基丙胺-1，2，3-三氮唑盐；3-二乙基氨基丙胺-1，2，3-三氮唑盐；3-二甲基氨基丙胺-1，2，4-三氮唑盐；3-二乙基氨基丙胺-1，2，4-三氮唑盐；3-二甲基氨基丙胺-2-甲基咪唑盐；3-二乙基氨基丙胺-2-甲基咪唑盐；3-二甲基氨基丙胺-2-乙基咪唑盐；3-二乙基氨基丙胺-2-乙基咪唑盐；3-二甲基氨基丙胺四氮唑盐；3-二乙基氨基丙胺四氮唑盐。

5.根据权利要求1所述的一种基于离子液体的二氧化碳深度捕集系统，其特征在于，所述离子液体吸收剂由脂肪胺和氮杂环化合物进行质子交换反应所合成，其中，合成原料纯度应大于99％；所生成的离子液体含水量应小于0.1％。

6.根据权利要求1所述的一种基于离子液体的二氧化碳深度捕集系统，其特征在于，s1中所述的特定温度为20-80℃。

7.根据权利要求1所述的一种基于离子液体的二氧化碳深度捕集系统，其特征在于，s3中所述的吸收温度设置为20-80℃，控制流量设置为30-150ml/min。

8.根据权利要求1所述的一种基于离子液体的二氧化碳深度捕集系统，其特征在于，s4中所述的反应温度为120℃，搅拌速度为80-120r/min。

9.根据权利要求1所述的一种基于离子液体的二氧化碳深度捕集系统，其特征在于，s4中所述的饱和离子液体吸收剂在吸收剂再生装置中的水力停留时间为1-2h。

技术总结
一种基于离子液体的二氧化碳深度捕集系统及方法，属于吸附技术领域。本发明含碳气体进气口通过进气导引管路与湿法碳捕集装置连通，所述进气导引管路上依次安装有进气流量调节阀和含碳气体流量计；所述湿法碳捕集装置通过吸收剂再生管路和吸收剂回流管路与吸收剂再生装置连通，所述吸收剂回流管路上安装有降温回流装置；所述吸收剂再生装置通过尾气回收管路与二氧化碳集气口连接，所述尾气回收管路上安装有出口气体检测装置。本发明具有高效的二氧化碳捕集能力和较低的捕集成本，有更高的化学稳定性，可以在连续运行的状态下对催化剂进行再生操作，设备运转效率较高，设备建设灵活，满足工业生产尾气进行大批量连续脱除的需求。

技术研发人员：贠延滨,毛家明,李萌,柳文莉,仇智,李祖钰
受保护的技术使用者：北京林业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12