CN102000474A - 一种捕集或分离二氧化碳的混合吸收剂 - Google Patents

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刘延鑫
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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混合吸收剂，其主要包括以下重量百分数的组分：二乙基乙醇胺：21～45wt％；含一个氮原子的伯胺和/或含一个氮原子的仲胺：5.0～9.9wt％；水：余量。本发明所述的吸收剂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，对捕集分离低压二氧化碳来说能耗较低；由于二乙基乙醇胺是一种叔胺，沸点高，分子的稳定性比伯胺和仲胺好，可大幅度减少在使用过程中溶剂的降解损耗。可用于捕集或分离各种常压气体混合物如燃煤电厂、钢铁水泥、石油化工等企业排放的烟道气中的二氧化碳。

Description

一种捕集或分离二氧化碳的混合吸收剂
技术领域
本发明涉及化工材料和气体分离技术领域，具体涉及一种捕集或分离二氧化碳(CO2)的混合吸收剂。
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燃煤电厂、钢铁水泥、石油化工等企业排放的烟道气。这些气体混合物中一般含有5％～30％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，有必要提出吸收效果优良、能耗较低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混合吸收剂。
本发明的另一目的是提供上述吸收剂的使用方法。
本发明所述的吸收剂包括以下重量百分数的组分：
二乙基乙醇胺(简称为DEEA)：21～45wt％；
含一个氮原子的伯胺和/或含一个氮原子的仲胺：5.0～9.9wt％；
水：余量。
其中，伯胺和仲胺的含量均可在0～9.9wt％范围内，但其合并含量应在5.0～9.9wt％之间。
所述含一个氮原子的伯胺为单乙醇胺(MEA)和正丙醇胺中的一种或两种；
所述含一个氮原子的仲胺为甲基乙醇胺、乙基乙醇胺和二乙醇胺中的一种或多种。
另外，本发明所述吸收剂还可以包括物理溶剂、无机盐、助剂中的一种或多种，其重量百分比为2～30wt％。
所述物理溶剂为二甲亚砜和N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种。
所述无机盐为K2CO3、Na2CO3中的一种或两种。
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，包括燃煤电厂、钢铁水泥、石油化工等企业排放的烟道气中的CO2，可将使用所述吸收剂水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，或是用于吸收分离二氧化硫和羰基硫等含硫化合物的工艺中同时捕集或分离气体混合物中的CO2。
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：吸收剂溶液进吸收塔的温度为30～70℃；再生塔底贫液的温度为80～150℃；再生塔底的压力为50～500kPa。
本发明利用二乙基乙醇胺加伯胺和/或仲胺作为有效成分，对中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。实验表明，如果伯胺和仲胺的总浓度超过10％，CO2的捕集分离能耗会上升，所以本发明对于伯胺和仲胺的总浓度限制在小于10％。同时由于二乙基乙醇胺是一种叔胺，分子的稳定性较好，可大幅度减少在使用过程中溶剂的降解损耗。
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。
如非特别说明，实施例中所用原料均为市购获得。
实施例1
取重量比为4.2∶1的二乙基乙醇胺(DEEA)、单乙醇胺(MEA)直接混合，制备吸收剂原料。
应用时，按吸收剂原料按二乙基乙醇胺、单乙醇胺的重量分别为：21wt％；5.0wt％，在重量百分数为75wt％的水中溶解，得到吸收剂。
在40℃下烟道气中CO2分压为9.8kPa时进行吸收，在120℃下CO2分压为55kPa时进行解吸，1升21wt％DEEA+5.0wt％MEA的水溶液可以吸收分离CO2的量为79-21＝58克；
实施例2
取重量比为4.5∶0.99的二乙基乙醇胺(DEEA)、伯胺单乙醇胺(MEA)直接混合，制备吸收剂原料。
应用时，按吸收剂原料按二乙基乙醇胺、单乙醇胺的重量分别为：45wt％；9.9wt％，在重量百分数为45.1wt％的水中溶解，得到吸收剂。
在40℃下烟道气中CO2分压为15kPa时进行吸收，在120℃下CO2分压为80kPa时进行解吸，1升45wt％DEEA+9.9wt％MEA的水溶液可以吸收分离CO2的量为128-35＝93克；
实施例3
取重量比为5∶1的二乙基乙醇胺(DEEA)、乙基乙醇胺(EAE)直接混合，制备吸收剂原料。
应用时，按吸收剂原料按二乙基乙醇胺、乙基乙醇胺的重量分别为：25wt％；5.0wt％，在重量百分数为70wt％的水中溶解，得到吸收剂。
在40℃下烟道气中CO2分压为15kPa时进行吸收，在120℃下CO2分压为80kPa时进行解吸，1升25wt％DEEA+5wt％EAE的水溶液可以吸收分离CO2的量为85-20＝65克；
实施例4
取重量比为5∶1的二乙基乙醇胺(DEEA)、乙基乙醇胺(EAE)直接混合，制备吸收剂原料。
应用时，按吸收剂原料按二乙基乙醇胺、乙基乙醇胺的重量分别为：40wt％；8.0wt％，在重量百分数为52wt％的水中溶解，得到吸收剂。
在40℃下烟道气中CO2分压为15kPa时进行吸收，在120℃下CO2分压为80kPa时进行解吸，1升40wt％DEEA+8.0wt％EAE的水溶液可以吸收分离CO2的量为110-20＝90克；
实施例5
取重量比为5∶1∶1的二乙基乙醇胺、正丙醇胺和甲基乙醇胺直接混合，制备吸收剂原料。
应用时，按吸收剂原料按二乙基乙醇胺、正丙醇胺和甲基乙醇胺的重量分别为：20wt％；4wt％；4wt％，在重量百分数为72wt％的水中溶解，得到吸收剂。
用于捕集制氢气中的CO2，在40℃下CO2分压为20kPa时进行吸收，在120℃下CO2分压为100kPa时进行解吸，1升吸收剂可以捕集分离CO2的量为80-27＝57克。
实施例6
取重量比为6∶0.8∶1.0的二乙基乙醇胺、正丙醇胺和二乙醇胺直接混合，制备吸收剂原料。
应用时，按吸收剂原料按二乙基乙醇胺、正丙醇胺和二乙醇胺的重量分别为：30wt％、4wt％、5.0wt％，与重量百分数分别为46wt％的水和10％二甲亚砜混合，然后混合3％wt的K2CO3和2％wt的腐蚀抑制剂(五氧化二矾)，搅拌均匀，得到吸收剂。
用于捕集炼厂气中的CO2，在40℃下CO2分压为25kPa时进行吸收，在120℃下CO2分压为150kPa时进行解吸，1升吸收剂水剂可以捕集分离CO2的量为96-23＝73克。

Claims (10)

1.一种捕集或分离二氧化碳的混合吸收剂，包括以下重量百分数的组分：
二乙基乙醇胺：21～45wt％；
含一个氮原子的伯胺和/或含一个氮原子的仲胺：5.0～9.9wt％；
水：余量。
2.如权利要求1所述的吸收剂，其特征在于，所述含一个氮原子的伯胺选自单乙醇胺和正丙醇胺中的一种或两种。
3.如权利要求1所述的吸收剂，其特征在于，所述含一个氮原子的仲胺选自甲基乙醇胺、乙基乙醇胺和二乙醇胺中的一种或多种。
4.如权利要求1-3任一所述的吸收剂，其特征在于，所述吸收剂还包括物理溶剂、无机盐、助剂中的一种或多种，其重量百分数为2～30wt％。
5.如权利要求4所述的吸收剂，其特征在于，所述物理溶剂选自二甲亚砜和N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种。
6.如权利要求4所述的吸收剂，其特征在于，所述无机盐选自K2CO3、Na2CO3中的一种或两种。
7.如权利要求4所述的吸收剂，其特征在于，所述助剂选自腐蚀抑制剂、抗氧化剂和消泡剂中的一种或多种。
8.如权利要求1-7任一项所述的吸收剂的应用，其特征在于，所述吸收剂可用于捕集或分离气体混合物，包括燃煤电厂、钢铁水泥、石油化工等企业排放的烟道气中的CO2。
9.如权利要求8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，或是用于吸收分离二氧化硫和羰基硫等含硫化合物的工艺中，同时捕集或分离气体混合物中的CO2。
10.如权利要求9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30～70℃；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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