一种物理-化学耦合吸收脱除二氧化碳工艺及相变吸收剂的制作方法

本发明涉及二氧化碳吸收脱除，具体是一种物理-化学耦合吸收脱除二氧化碳工艺及相变吸收剂。

背景技术：

1、化石燃料释放了大量的二氧化碳(co2)，被认为是全球变暖的主要原因，急需对工业尾气中的co2进行捕集、封存及转化利用。在工业排放的尾气中，有不同的分离方法可从尾气中分离出co2，燃烧后捕集是将燃烧后排放的烟气中的co2与其它气体分离并储存，主要是分离co2与n2，可用化学吸收法和物理吸收法等方法实现。

2、物理吸收法是利用不同条件下co2在吸收剂中的溶解性差异来实现分离的。通常，降温增压有利于气体吸收，升温减压有利于气体解吸。对于物理吸收不同的混合气体系，难点在于寻找性能优良的吸收剂。但物理吸收法不与co2发生化学反应，与co2的结合能力弱，因此不适合应用于浓度较低的尾气。

3、化学吸收法是利用特定吸收剂在一定条件下与co2反应，生成的富液经加热解吸出co2，从而得到高纯度co2的分离方法。化学吸收法中最常用的是有机醇胺法，通过呈现弱碱性的胺类溶液与co2反应，反应生成的物质稳定，适用于低浓度、低co2分压的气源。由于富液再生能耗大、综合成本高，限制了其工业大规模应用，特别在电力生产、冶金领域尾气中co2排放量大、浓度高，该类吸收剂难以满足要求。

4、综上所述，针对工业排放的尾气具有流量大、浓度高的特点，选择单一的分离方法难以高效、低成本地处理尾气。

技术实现思路

1、发明目的：针对工业排放的尾气具有流量大、浓度高的特点，选择单一的分离方法难以高效、低成本地处理尾气的问题，提供一种物理-化学耦合吸收脱除二氧化碳工艺及相变吸收剂，本发明采用物理吸收工艺和化学吸收工艺进行耦合脱除工业排放尾气中的二氧化碳，在达到目标脱除率的条件下，捕集二氧化碳的能耗更低。

2、技术方案：一种物理-化学耦合吸收脱除二氧化碳工艺，包括物理吸收塔、化学吸收塔、解吸塔、分相罐和贫富液换热器；

3、物理吸收塔：含有co2的尾气经预处理后，首先进入物理吸收塔与离子液体逆流接触，之后从物理吸收塔顶部排出，进入化学吸收塔；

4、化学吸收塔：进入化学吸收塔的尾气与胺类吸收剂进行反应，净化后的尾气从化学吸收塔顶部排出；

5、分相罐：物理吸收塔中吸收co2后的离子液体富液与化学吸收塔中吸收co2后的胺类吸收剂富液进入分相罐中；在分相罐中，离子液体富液中的co2转移至胺类吸收剂富液中，离子液体与胺类吸收剂发生分层现象，分层后的离子液体贫液回到物理吸收塔中重新利用，胺类吸收剂富液经过贫富液换热器进入解吸塔；

6、解吸塔：胺类吸收剂富液在解吸塔加热解吸，解吸出的co2从解吸塔顶部排出，胺类吸收剂贫液经贫富液换热器进入化学吸收塔进行新的吸收；

7、贫富液换热器：解吸塔出来的胺类吸收剂贫液与分相罐出来胺类吸收剂富液在贫富液换热器进行热交换。

8、进一步的，物理吸收塔内的离子液体为[bmim][bf4]；化学吸收塔内的胺类吸收剂为mdea-pz-h2o溶液。

9、进一步的，物理吸收塔内的离子液体和化学吸收塔内的胺类吸收剂各组分的质量为，[bmim][bf4]：mdea：pz：h2o＝18-22％：18-22％：10％：50％。

10、进一步的，所述物理吸收塔为填料塔；物理吸收塔中，吸收压力为2-7mpa，吸收温度为30-50℃。

11、进一步的，所述化学吸收塔为填料塔；化学吸收塔中，吸收压力为0.1-0.2mpa，吸收温度为30-60℃。

12、进一步的，解吸塔中，解吸压力为0.1mpa，解吸温度为100-120℃。

13、本发明还提供了一种用于物理-化学耦合吸收脱除二氧化碳的相变吸收剂，其特征在于，包括物理吸收剂和化学吸收剂，所述物理吸收剂为[bmim][bf4](1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐)，所述化学吸收剂为mdea(n-甲基二乙醇胺)-pz(哌嗪)-h2o(水)溶液，相变吸收剂各组分的质量比为，[bmim][bf4]：mdea：pz：h2o＝18-22％：18-22％：10％：50％。

14、有益效果：本发明提出的物理-化学耦合吸收脱除二氧化碳工艺及相变吸收剂，相较于单独物理吸收、化学吸收以及物理-化学组合吸收工艺，降低了捕集二氧化碳的成本，经济性更好。

15、(1)本发明的物理-化学耦合吸收脱除二氧化碳工艺，采用物理吸收工艺和化学吸收工艺进行耦合脱除工业排放尾气，在达到目标脱除率的条件下，捕集二氧化碳的能耗更低，降低了整体经济性。

16、常见的物理吸收和化学吸收两套系统进行组合脱除的二氧化碳工艺中，物理吸收剂富液和化学吸收剂富液都需要进行解吸，而本发明工艺中通过装置及相变吸收剂的设置，物理吸收剂富液不需要进行解吸，进而减少了物理吸收剂富液解吸装置的投资，降低了解吸能耗。

17、(2)本发明提供了一种相变吸收剂，将离子液体和胺类吸收剂按照一定的比例进行复配，形成新的相变吸收剂，在本发明的配比下，分相明显，大大降低了脱除co2过程中的再生能耗。

18、本发明的相变吸收剂为两相吸收剂，由物理和化学吸收剂复配而成，在吸收co2后产生分相现象，其中一相是富集co2的，在使用两相吸收剂捕集co2的过程中，只需要使富集co2的一相进行解吸，由于进入解吸塔的溶液体积减少，使再生过程中溶液的显热和潜热大幅降低，从而实现低能耗再生。

19、(3)本发明提出的物理-化学耦合吸收脱除二氧化碳工艺，更适应流量大、浓度高的工业排放尾气。

20、(4)本发明物理吸收的离子液体富液和化学吸收的胺类吸收剂富液，在分相罐中发生分相的现象，分相后不用解吸离子液体富液，只需解吸醇胺-氨基甲酸盐，降低了解吸能耗。

21、(5)本发明物理吸收剂为[bmim][bf4]，表面电荷均匀，熔点低、粘度小，有利于吸收循环且吸收效果好。

技术特征：

1.一种物理-化学耦合吸收脱除二氧化碳工艺，其特征在于，包括物理吸收塔、化学吸收塔、解吸塔、分相罐和贫富液换热器；

2.根据权利要求1所述的一种物理-化学耦合吸收脱除二氧化碳工艺，其特征在于，物理吸收塔内的离子液体为[bmim][bf4]；化学吸收塔内的胺类吸收剂为mdea-pz-h2o溶液。

3.根据权利要求2所述的一种物理-化学耦合吸收脱除二氧化碳工艺，其特征在于，物理吸收塔内的离子液体和化学吸收塔内的胺类吸收剂各组分的质量为，

4.根据权利要求3所述的一种物理-化学耦合吸收脱除二氧化碳工艺，其特征在于，所述物理吸收塔为填料塔；物理吸收塔中，吸收压力为2-7mpa，吸收温度为30-50℃。

5.根据权利要求4所述的一种物理-化学耦合吸收脱除二氧化碳工艺，其特征在于，所述化学吸收塔为填料塔；化学吸收塔中，吸收压力为0.1-0.2mpa，吸收温度为30-50℃。

6.根据权利要求5所述的一种物理-化学耦合吸收脱除二氧化碳工艺，其特征在于，解吸塔中，解吸压力为0.1mpa，解吸温度为100-120℃。

7.一种用于物理-化学耦合吸收脱除二氧化碳的相变吸收剂，其特征在于，包括物理吸收剂和化学吸收剂，所述物理吸收剂为[bmim][bf4]，所述化学吸收剂为mdea-pz-h2o溶液，相变吸收剂各组分的质量比为，[bmim][bf4]：mdea：pz：

技术总结
本发明公开一种物理‑化学耦合吸收脱除二氧化碳工艺和相变吸收剂，包括物理吸收塔、化学吸收塔、解吸塔、分相罐和贫富液换热器；含有CO<subgt;2</subgt;的尾气经预处理后，首先进入物理吸收塔与离子液体接触，之后进入化学吸收塔；进入化学吸收塔的尾气与胺类吸收剂进行反应，净化后的尾气从化学吸收塔顶部排出；吸收CO<subgt;2</subgt;后的离子液体富液与化学吸收塔中吸收CO<subgt;2</subgt;后的胺类吸收剂富液进入分相罐中；在分相罐中，离子液体富液中的CO<subgt;2</subgt;转移至胺类吸收剂富液中，离子液体贫液回到物理吸收塔中重新利用，胺类吸收剂富液经过贫富液换热器进入解吸塔；胺类吸收剂富液在解吸塔加热解吸，解吸出的CO<subgt;2</subgt;从解吸塔顶部排出，胺类吸收剂贫液经贫富液换热器进入化学吸收塔进行新的吸收。

技术研发人员：李珏,朱盛华,李琮,丁学翀,周腾,陈海军,朱跃钊
受保护的技术使用者：中集安瑞科工程科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19