CN101804287B - 一种捕集或分离二氧化碳的吸收剂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种从气体混合物中捕集或分离二氧化碳的吸收剂，主要包括以下重量百分数的组分：N-乙基乙醇胺：10wt％～50wt％；环丁砜：10wt％～40wt％；水：余量。本发明所述吸收剂使用N-乙基乙醇胺作为有效成分，由于N-乙基乙醇胺对低压二氧化碳的溶解度大，解吸效果好，同时吸收反应的反应热较低，对捕集分离二氧化碳来说能耗较低；同时环丁砜具有提高解吸效果和降低水的挥发量的作用，可进一步降低解吸能耗。本发明所述的吸收剂可用于捕集或分离各种气体混合物，包括烟道气、炼厂气、天然气、合成气、变换气和制氢气等等中的CO2。
Description
技术领域
本发明涉及化工材料和气体分离技术领域，具体涉及一种从气体混合物中捕集或分离二氧化碳(CO2)的吸收剂。
背景技术
CO2等温室气体的排放是造成气候变化的一个主要因素，如何从富含CO2的气体混合物中，捕集或分离CO2就显得极为重要。这些气体混合物包括烟道气、炼厂气、天然气、合成气、变换气和制氢气等等。这些气体混合物中一般含有5％～50％的CO2，其它主要气体组成包括N2、O2、CO、H2、CH4、C2H6、SO2、H2S以及有机硫CH3S、COS等；气体的压力变化范围大(50～9000kPa)，适合采用化学吸收或化学物理复合吸收法捕集分离CO2组分。
目前国内外工业上较为成熟的化学吸收法捕集分离CO2的工艺有单乙醇胺法(MEA)、二乙醇胺法(DEA)、二异丙醇胺法(DIPA)和甲基二乙醇胺法(MDEA)。为了提高吸收溶液对CO2的吸收速度，所以针对二异丙醇胺(DIPA)、甲基二乙醇胺(MDEA)等吸收速度较慢的溶剂，加入吸收速度较快的溶剂如单乙醇胺(MEA)和哌嗪(PZ)等，形成一些改良型的吸收分离方法。
为了进一步降低能耗，由于其对CO2溶解度高、解吸效果较好，吸收解吸的循环负荷较高，2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP)位阻胺法也得到了一些应用。但由于这些位阻胺的特殊结构，导致在使用过程中的降解比较多，使用成本仍较高。
因此，有必要提出一种吸收效果优良的捕集或分离二氧化碳的吸收剂。
发明内容
本发明的目的是提供一种从气体混合物中捕集或分离二氧化碳的吸收剂。
本发明的另一目的是提供上述吸收剂的使用方法。
所述吸收剂包括以下重量百分数的组分：
N-乙基乙醇胺(也称为2-乙基氨基乙醇、乙基羟乙胺、2-乙胺乙醇，简写为EMEA)：10wt％～50wt％；
环丁砜(简写为TMS)：10wt％～40wt％；
水：余量。
上述组分为本发明所述吸收剂的必要成分，N-乙基乙醇胺对低压二氧化碳的溶解度大，解吸效果好，同时吸收反应的反应热较低，对捕集分离二氧化碳来说能耗较低；而环丁砜具有提高解吸效果和降低水的挥发量的作用，可进一步降低解吸能耗；
另外，所述吸收剂还可以包括单乙醇胺、甲基乙醇胺、哌嗪、除环丁砜以外的物理溶剂、无机盐或助剂中的一种或多种，其重量百分比为2wt％～30wt％；
特别优选的是，所述吸收剂中，单乙醇胺、甲基乙醇胺、哌嗪、无机盐和助剂的的重量百分数之和不超过10wt％。
其中，所述其他物理溶剂(除环丁砜以外)为二甲亚砜、N-甲基吡咯烷酮中的一种或两种；优选的其重量百分数不超过20wt％。
所述无机盐为K2CO3、Na2CO3或它们的混合物。
所述助剂为腐蚀抑制剂、抗氧化剂和消泡剂中的一种或多种。
所述腐蚀抑制剂、抗氧化剂和消泡剂可选择水处理领域常用的药剂，如腐蚀抑制剂可选择五氧化二矾等；抗氧化剂可选择亚硫酸钠等；消泡剂可选择有机硅烷等；
将上述成分直接混合，就可以得到本发明所述的吸收剂。
本发明还提供上述吸收剂的使用方法。
本发明所述吸收剂可用于捕集或分离各种气体混合物，包括烟道气、炼厂气、天然气、合成气、变换气和制氢气等等中的CO2，可将使用所述吸收剂的吸收塔设置于常规的吸收、闪蒸、换热、解吸的脱碳工艺，或是从解吸塔中段采出半贫液经换热后进入吸收塔中段的工艺，或是多段吸收多段解吸的工艺，或是用于同时吸收分离二氧化硫、硫化氢以及羰基硫和甲硫醇等有机硫的工艺。
实验证明，利用本发明所述吸收剂捕集或分离CO2的工艺条件为：吸收溶剂进吸收塔的温度为30～80℃；再生塔底贫液的温度为80～150℃；再生塔底的压力为50～500kPa。
本发明的吸收剂中使用N-乙基乙醇胺作为有效成分，由于N-乙基乙醇胺对低压二氧化碳的溶解度大，解吸效果好，同时吸收反应的反应热较低，对捕集分离二氧化碳来说能耗较低；同时N-乙基乙醇胺是一种仲胺，碳链是直链，分子的稳定性较乙醇胺好，可大幅度减少在使用过程中溶剂的降解损耗；而且环丁砜的加入可以提高二氧化碳的解吸效果，降低水的挥发量，从而进一步降低解吸能耗。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
取三份N-乙基乙醇胺(EMEA)含量为10wt％、环丁砜(TMS)含量为10wt％的水溶液(即80％的水)，将温度为40℃，气相CO2分压力为10kPa、45kPa、100kPa的含有CO2和N2的混合气体分别输入三份所述溶剂，气液两相达到平衡后，吸收溶剂中CO2和N-乙基乙醇胺的摩尔比以及吸收溶剂中CO2的溶解度参见表1。
表1 40℃、10wt％N-乙基乙醇胺+10wt％环丁砜的水溶液的实验结果
实施例2
取三份N-乙基乙醇胺含量为10wt％、环丁砜含量为10wt％的水溶液(即80％的水)，将温度为120℃，气相CO2分压力为20kPa、60kPa、100kPa的含有CO2和N2的混合气体分别输入三份所述溶剂，气液两相达到平衡后，吸收溶剂中CO2和N-乙基乙醇胺的摩尔比以及吸收溶剂中CO2的溶解度参见表2。
表2 120℃、10wt％N-乙基乙醇胺+10wt％环丁砜的水溶液的实验结果
实施例3
取三份N-乙基乙醇胺含量为22wt％和环丁砜含量为30wt％的水溶液(即48％的水)，将温度为40℃，气相CO2分压力为8.6kPa、18kPa、63kPa的含有CO2和N2的混合气体分别输入三份所述溶剂，气液两相达到平衡后，吸收溶剂中CO2和N-乙基乙醇胺的摩尔比以及吸收溶剂中CO2的溶解度参见表3。
表3 40℃、22wt％N-乙基乙醇胺+30wt％环丁砜的水溶液的实验结果
实施例4
取三份N-乙基乙醇胺含量为22wt％和环丁砜含量为30wt％的水溶液(即48％的水)，将温度为120℃，气相CO2分压力为22kPa、58kPa、106kPa的含有CO2和N2的混合气体分别输入三份所述溶剂，气液两相达到平衡后，吸收溶剂中CO2和N-乙基乙醇胺的摩尔比以及吸收溶剂中CO2的溶解度参见表4。
表4 120℃、22wt％N-乙基乙醇胺+30wt％环丁砜的水溶液的实验结果
实施例5
取三份N-乙基乙醇胺为50wt％和环丁砜含量为40wt％的水溶液(即10％的水)，将温度为40℃，气相CO2分压力为9kPa、40kPa、100kPa的含有CO2和N2的混合气体分别输入三份所述溶剂，气液两相达到平衡后，吸收溶剂中CO2和N-乙基乙醇胺的摩尔比以及吸收溶剂中CO2的溶解度参见表5。
表5 40℃、50wt％N-乙基乙醇胺+40wt％环丁砜的水溶液的实验结果
实施例6
取三份N-乙基乙醇胺为50wt％和环丁砜含量为40wt％的水溶液(即10％的水)，将温度为120℃，气相CO2分压力为25kPa、50kPa、1054kPa的含有CO2和N2的混合气体分别输入三份所述溶剂，气液两相达到平衡后，吸收溶剂中CO2和N-乙基乙醇胺的摩尔比以及吸收溶剂中CO2的溶解度参见表6。
表6 120℃、50wt％N-乙基乙醇胺+40wt％环丁砜的水溶液的实验结果
从实施例1和实施例2可以看出，在40℃下CO2分压为45kPa时进行吸收，在120℃下CO2分压为60kPa时进行解吸，1升10wt％EEA+10wt％TMS的水溶液可以吸收分离CO2的量为46-18＝28克；
从实施例3和实施例4可以看出，在40℃下CO2分压为18kPa时进行吸收，在120℃下CO2分压为58kPa时进行解吸，1升22wt％EEA+30wt％TMS的水溶液可以吸收分离CO2的量为80-17＝53克；
从实施例5和实施例6可以看出，在40℃下CO2分压为40kPa时进行吸收，在120℃下CO2分压为50kPa时进行解吸，1升50％EEA+40wt％TMS的水溶液可以吸收分离CO2的量为123-16＝107克。
实施例7
取重量比为5∶1∶0.5的N-乙基乙醇胺、环丁砜和单乙醇胺直接混合，制备成吸收剂原料。
用于捕集炼厂气中的CO2，应用时，将吸收剂原料按N-乙基乙醇胺、环丁砜和单乙醇胺的重量分别为：50wt％、10wt％，5wt％，在重量百分数为35wt％的水中溶解，得到吸收剂。
在40℃下CO2分压为10kPa时进行吸收，在120℃下CO2分压为50kPa时进行解吸，1升吸收剂可以捕集分离CO2的量为110-25＝85克。
实施例8
取重量比为1∶4的N-乙基乙醇胺、环丁砜直接混合，按N-乙基乙醇胺、环丁砜的重量百分数分别为：10wt％、40wt％，加入重量百分数分别为10wt％、40wt％的二甲亚砜和水中制备成吸收剂。
用于捕集变换气中的CO2，在40℃下CO2分压为450kPa时进行吸收，在120℃下CO2分压为50kPa时进行解吸，1升吸收剂可以捕集分离CO2的量为50-10＝40克。
实施例9
取重量比为1∶2的N-乙基乙醇胺、环丁砜，按N-乙基乙醇胺的重量百分数为10％，加入2wt％的Na2CO3，分别为3wt％、3wt％的甲基乙醇胺和哌嗪直接混合(即N-乙基乙醇胺、环丁砜、Na2CO3、甲基乙醇胺和哌嗪的重量比为10∶20∶2∶3∶3)，制备成吸收剂原料。
应用时，将吸收剂原料按N-乙基乙醇胺的重量百分数为10wt％，与重量百分数分别为48wt％、12％的水和N-甲基吡咯烷酮混合，然后再混入2％的腐蚀抑制剂和消泡剂，搅拌均匀，得到吸收剂水剂。
用于捕集制氢气中的CO2，在40℃下CO2分压为450kPa时进行吸收，在120℃下CO2分压为50kPa时进行解吸，1升吸收剂可以捕集分离CO2的量为85-15＝70克。
实施例10
取重量比为2.5∶1的N-乙基乙醇胺、环丁砜直接混合，制备成吸收剂原料。
应用时，将溶剂原料按N-乙基乙醇胺、环丁砜的重量百分数分别为25％、10％，加入单乙醇胺、哌嗪、K2CO3、Na2CO3的重量百分数分别为：2wt％，3wt％，2wt％和2wt％，在重量百分数为55wt％的水中溶解，最后加入重量百分数为1wt％的防腐剂，得到吸收剂水剂。
用于捕集烟道气中的CO2，在40℃下CO2分压为10kPa时进行吸收，在120℃下CO2分压为50kPa时进行解吸，1升吸收剂可以捕集分离CO2的量为90-20＝70克。
Claims (4)
1.一种从气体混合物中捕集或分离二氧化碳的吸收剂，由以下重量百分数的组分组成：
N-乙基乙醇胺：10wt％～50wt％；
环丁砜：10wt％～40wt％；
水：余量。
2.权利要求1所述的吸收剂的应用，其特征在于，所述吸收剂用于捕集或分离气体混合物中的CO2，所述气体混合物包括烟道气、炼厂气、天然气、合成气、变换气或制氢气。
3.如权利要求2所述的应用，其特征在于，将使用所述吸收剂的吸收塔设置于常规的吸收、闪蒸、换热、解吸的脱碳工艺，或是从解吸塔中段采出半贫液经换热后进入吸收塔中段的工艺，或是多段吸收多段解吸的工艺，或是用于同时吸收分离二氧化硫、硫化氢以及羰基硫和甲硫醇的工艺，用于捕集或分离气体混合物中的CO2。
4.如权利要求3所述的应用，其特征在于，所述吸收剂捕集或分离CO2的工艺条件为：吸收剂进吸收塔的温度为30～80℃；再生塔底贫液的温度为80～150℃；再生塔底的压力为50～500kPa。
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