CN102989295A - 一种捕集烟道气或合成气中二氧化碳的吸收剂 - Google Patents

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Abstract

一种捕集烟道气或合成气中二氧化碳的吸收剂，其主要包括以下重量百分比的组分：2-（甲氨基）乙醇：5～25wt%；伯胺、仲胺或者叔胺：5～25wt%；水：60%～90%；由于2-（甲氨基）乙醇是一种仲胺，相对于其他仲胺来说具有较高的沸点，溶剂的降解损耗小，本发明所述的吸收剂可以用于捕集各种常压气体混合物如燃煤电厂、石油化工等企业排放的烟道气或合成气中的二氧化碳，对低分压下的二氧化碳的吸收容量大，再生效果好，单位二氧化碳捕集量能耗低。

Description

一种捕集烟道气或合成气中二氧化碳的吸收剂
技术领域
本发明涉及气体吸收及分离工程技术领域，具体涉及一种捕集烟道气或合成气中二氧化碳的吸收剂。
背景技术
CO2是温室气体中的一种，是造成全球温室效应，导致气候变化的主要因素。CO2捕集技术是目前世界公认的缓解温室效应、应对气候变化的有效途径之一。从混合气体中捕集CO2就是其中一种很重要的方法，这些混合气体包括燃煤电厂、炼油厂、化工厂等企业排放的烟道气、合成气等，这些混合气体中一般含有3%～55%的CO2，其它气体成分根据工艺的不同而有所不同，主要有N2、CO2、O2、CO、H2、CH4、SO2、H2S等。
化学吸收法适合于烟道气CO2分压较低、净化度要求高的情况。目前比较常用的化学吸收剂主要有：一乙醇胺（MEA）、及N-甲基二乙醇胺（MDEA）、二乙醇胺（DEA）等溶剂或其混合物，但这些溶剂再生热能耗较大、易降解。为了降低能耗，减少吸收溶剂的降解，出现了不少改进的醇胺溶剂，采用在有机胺溶液及加入活化剂等措施来提高醇胺吸收能力。20世纪70年代德国巴斯夫（BASF）公司在一乙醇胺（MEA）中加入N-甲基二乙醇胺（MDEA），开发了一种相对具有较好吸收性能和解吸性能的溶液，但没有解决再生能耗高和胺降解及对设备腐蚀性强的问题。
国内00126925.9、CN1546207等专利公开了以N-甲基二乙醇胺（MDEA）或一乙醇胺（MEA）为主要成分，在其中添加二乙醇胺（DMEA）、哌嗪（PZ）、空间位阻胺或两种或两种以上混合物等活化剂，主要应用于捕集或脱除天然气或煤气混合物中的二氧化碳。这类以N-甲基二乙醇胺（MDEA）或一乙醇胺（MEA）为主要成分的吸收剂在用于烟捕集道气或合成气等低分压气体中捕集二氧化碳时，存在能耗高、吸收剂易降解等缺点。
因此开发适合烟道气或合成气的二氧化碳捕集的高吸收容量、低能耗的吸收剂具有特别重要的意义。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种捕集烟道气或合成气中二氧化碳的吸收剂，具有高吸收容量、低能耗、低溶剂消耗的特点。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案：
一种捕集烟道气或合成气中二氧化碳的吸收剂，包括以下质量百分数的组分：2-（甲氨基）乙醇：5～25wt%；胺：5～25wt%；水：60%～90%，其中上述组分以吸收剂的总量计，其中所述胺选自伯胺、仲胺或叔胺中的一种或多种，为混合物时，比例任意。
伯胺选自一乙醇胺（MEA）和2-氨基-2-甲基-1-丙醇（AMP）中的一种或多种，为混合物时，比例任意。
所述仲胺选自二乙醇胺（DEA）和哌嗪（PZ）中的一种或多种，为混合物时，比例任意。
所述叔胺选自N-甲基二乙醇胺（MDEA）和N,N-二甲基乙醇胺（DMEA）中的一种或多种，为混合物时，比例任意。
所述胺优选为一乙醇胺（MEA）、哌嗪（PZ）、或N-甲基二乙醇胺（MDEA）。
所述2-（甲氨基）乙醇的用量优选为8～20wt%，更优选为10～15wt%。
所述胺的用量优选为8～20wt%，更优选为10～15wt%。
本发明最优选的吸收剂选自如下组合：
（1）一种捕集烟道气或合成气中二氧化碳的吸收剂，组分为：2-（甲氨基）乙醇，N-甲基二乙醇胺，哌嗪和水；其中组分及含量优选为2-（甲氨基）乙醇20wt%，N-甲基二乙醇胺8.33wt%，哌嗪1.67wt%，水70wt%。
（2）一种捕集烟道气或合成气中二氧化碳的吸收剂，组分为：2-（甲氨基）乙醇，N-甲基二乙醇胺，哌嗪和水；优选的组分及含量为2-（甲氨基）乙醇15wt%，N-甲基二乙醇胺12.5wt%，哌嗪2.5wt%，水70wt%。
（3）一种捕集烟道气或合成气中二氧化碳的吸收剂，组分为：2-（甲氨基）乙醇，一乙醇胺，N-甲基二乙醇胺，二乙醇胺和水；优选的组分及含量为2-（甲氨基）乙醇5wt%，一乙醇胺15wt%，N-甲基二乙醇胺5wt%，二乙醇胺5wt%，水70%。
（4）一种捕集烟道气或合成气中二氧化碳的吸收剂，组分为：2-（甲氨基）乙醇，一乙醇胺，N-甲基二乙醇胺，哌嗪和水；优选的组分及含量为2-(甲氨基)乙醇10wt%，一乙醇胺11wt%，N-甲基二乙醇胺6wt%，哌嗪3wt%，水70wt%；或者2-（甲氨基）乙醇5wt%，一乙醇胺15wt%，N-甲基二乙醇胺5wt%，哌嗪5wt%，水70wt%。
本发明所述吸收剂的制备方法，将5～25wt%的2-（甲氨基）乙醇、60%～90%的水和5～25wt%的胺各组分直接混合而成。
本发明所述吸收剂的应用，可用于捕集多种气体混合物中的CO2，包括各种常压气体混合物如燃煤电厂、石油化工等企业排放的烟道气或合成气中的二氧化碳。
本发明所述吸收剂捕集CO2的工艺条件为：操作压力为常压；吸收剂进塔温度为25～60℃；再生塔低温度为100～120℃。
与现有吸收剂不同，本发明利用2-（甲氨基）乙醇作为主要成分，同时添加伯胺、仲胺或者叔胺，对低压和常压下烟道气或合成气中的CO2吸收容量大好，在吸收剂浓度30%时，净吸收容量在1.0～2.0LCO2/L胺之间；同时吸收剂的再生能耗低，同等工艺条件（如烟气条件、吸收再生温度、压力等）下，与现有吸收剂相比，单位CO2产量所需蒸汽和电能的消耗大幅降低；同时由于2-（甲氨基）乙醇相对于其他仲胺具有较高的沸点，从而降低了二氧化碳捕集过程中的溶剂损耗，从而降低了CO2捕集装置的运行成本。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但本领域技术人员理解，所有实施例都不得作为对本发明的限制。任何在本发明的范围内做出的改进或变化都在本发明的保护范围之内。
实施例1
取20g 2-（甲氨基）乙醇（NMEA），8.33g N-甲基二乙醇胺（MDEA），1.67g哌嗪（PZ），70g水，配置成30%的混合吸收剂，其中2-（甲氨基）乙醇占20wt%，N-甲基二乙醇胺占8.33%，哌嗪占1.67%，水占70wt%。
混合气体流量为2L/min，组成为15vt%CO2以及85vt%N2。将混合气体在常压、40℃下通入上述混合吸收剂内进行吸收，气液两相达到平衡后，将吸收完成液置于120℃，背压为0.1MPa的条件下再生。其体积吸收容量和净吸收容量如表3所示：
表1 2-（甲氨基）乙醇20wt%+N-甲基二乙醇胺8.33wt%+哌嗪1.67wt%
Figure BDA00002459133900051
实施例2
取15g 2-（甲氨基）乙醇（NMEA），12.5g N-甲基二乙醇胺（MDEA），2.5g哌嗪（PZ），70g水，配置成30%的混合吸收剂，其中2-（甲氨基）乙醇占15wt%，N-甲基二乙醇胺占12.5%，哌嗪占2.5%，水占70%。
混合气体流量为2L/min，组成为15vt%CO2以及85vt%N2。将混合气体在常压、40℃下通入上述混合吸收剂内进行吸收，气液两相达到平衡后，将吸收完成液置于120℃，背压为0.1MPa的条件下再生。其体积吸收容量和净吸收容量如表1所示：
表2 2-（甲氨基）乙醇15wt%+N-甲基二乙醇胺12.5wt%+哌嗪2.5wt%
Figure BDA00002459133900061
实施例3
取15g一乙醇胺（MEA），5g2-（甲氨基）乙醇（NMEA），5g N-甲基二乙醇胺（MDEA），5g二乙醇胺（DEA），70g水，配置成30%的混合吸收剂，其中一乙醇胺占15wt%，2-（甲氨基）乙醇占5wt%，N-甲基二乙醇胺占5wt%，二乙醇胺占wt5%，水占70wt%。
混合气体流量为2L/min，组成为15vt%CO2以及85vt%N2。将混合气体在常压、40℃下通入上述混合吸收剂内进行吸收，气液两相达到平衡后，将吸收完成液置于120℃，背压为0.1MPa的条件下再生。其体积吸收容量和净吸收容量如表3所示：
表3 30%一乙醇胺15wt%+2-（甲氨基）乙醇5wt%+N-甲基二乙醇胺5wt%+二乙醇胺5wt%
Figure BDA00002459133900062
从实施例1、实施例2可以看出，主体浓度均为30%的两种不同比例的2-（甲氨基）乙醇+N-甲基二乙醇胺+哌嗪复合吸收剂在40℃，常压下吸收，在110℃，背压为0.1MPa的条件下再生，1升2-（甲氨基）乙醇15wt%+N-甲基二乙醇胺12.5wt%+哌嗪2.5wt%的吸收剂可以吸收CO2的量为2.244升，同时净吸收容量（吸收平衡时的体积容量-再生平衡时的体积吸收容量）为1.351（L CO2/L amine）。1升2-（甲氨基）乙醇15wt%+N-甲基二乙醇胺7.5wt%+哌嗪7.5wt%吸收剂可以吸收CO2的量为2.417升，同时净吸收容量为1.542（L CO2/Lamine）。从实施例3可以看出，在实施例1和实施例2的条件下，主体浓度为30%的1升一乙醇胺15wt%+2-（甲氨基）乙醇5wt%+N-甲基二乙醇胺5wt%+二乙醇胺5wt%吸收剂可以吸收CO2的量为2.489升，同时净吸收容量为1.221（L CO2/L amine）。
实施例4
取10g2-（甲氨基）乙醇（NMEA），11g一乙醇胺（MEA），6g N-甲基二乙醇胺（MDEA），3g哌嗪（PZ），70g水，配置成30%的混合吸收剂，其中一乙醇胺占12wt%，2-（甲氨基）乙醇占9wt%，N-甲基二乙醇胺占3%，哌嗪占3%，水占70%。
混合气体流量为2L/min，组成为15vt%CO2以及85vt%N2。将混合气体在常压、40℃下通入上述混合吸收剂内进行吸收，气液两相达到平衡后，将吸收完成液置于120℃，背压为0.1MPa的条件下再生。其体积吸收容量和净吸收容量如表4所示：
表4 2-(甲氨基)乙醇10wt%+一乙醇胺11wt%+N-甲基二乙醇胺6wt%+哌嗪3wt%
Figure BDA00002459133900071
实施例5
取5g 2-（甲氨基）乙醇（NMEA），15g一乙醇胺（MEA），5g N-甲基二乙醇胺（MDEA），5g哌嗪（PZ），70g水，配置成30%的混合吸收剂，其中一乙醇胺占15wt%，2-（甲氨基）乙醇占5wt%，N-甲基二乙醇胺占5%，哌嗪占5%，水占70%。
混合气体流量为2L/min，组成为15vt%CO2以及85vt%N2。将混合气体在常压、40℃下通入上述混合吸收剂内进行吸收，气液两相达到平衡后，将吸收完成液置于120℃，背压为0.1MPa的条件下再生。其体积吸收容量和净吸收容量如表5所示：
表5 2-（甲氨基）乙醇5wt%+一乙醇胺15wt%+N-甲基二乙醇胺5wt%+哌嗪5wt%
Figure BDA00002459133900081
从实施例4、实施例5可以看出，主体浓度均为30%的三种不同比例的一乙醇胺+2-（甲氨基）乙醇+N-甲基二乙醇胺+哌嗪吸收剂在40℃，常压下吸收，在110℃，背压为0.1MPa的条件下再生，1升一乙醇胺15wt%+2-（甲氨基）乙醇5wt%+N-甲基二乙醇胺5wt%+哌嗪5wt%的吸收剂可以吸收CO2的量为2.941升，同时净吸收容量（吸收平衡时的体积容量-再生平衡时的体积吸收容量）为1.405（L CO2/L amine）。1升一乙醇胺12wt%+2-（甲氨基）乙醇9wt%+N-甲基二乙醇胺6wt%+哌嗪3wt%吸收剂可以吸收CO2的量为2.724升，同时净吸收容量为1.385（L CO2/L amine）。
实施例6
取10g 2-（甲氨基）乙醇（NMEA），4g N-甲基二乙醇胺（MDEA），1g哌嗪（PZ），85g水，配置成15%的混合吸收剂，其中2-（甲氨基）乙醇占10wt%，N-甲基二乙醇胺占4%，哌嗪占1%，水占85wt%。
混合气体流量为2L/min，组成为15vt% CO2以及85vt%N2。将混合气体在常压、40℃下通入上述混合吸收剂内进行吸收，气液两相达到平衡后，将吸收完成液置于120℃，背压为0.1MPa的条件下再生。其体积吸收容量和净吸收容量如表6所示：
表6 2-（甲氨基）乙醇10wt%+N-甲基二乙醇胺4wt%+哌嗪1wt%
Figure BDA00002459133900091
实施例7
取15g2-（甲氨基）乙醇（NMEA），15g一乙醇胺（MEA），5g N-甲基二乙醇胺（MDEA），5g二乙醇胺（DEA），60g水，配置成40%的混合吸收剂，其中2-（甲氨基）乙醇占15wt%，一乙醇胺占15wt%，N-甲基二乙醇胺占5wt%，二乙醇胺占wt5%，水占60wt%。
混合气体流量为2L/min，组成为15vt%CO2以及85vt%N2。将混合气体在常压、40℃下通入上述混合吸收剂内进行吸收，气液两相达到平衡后，将吸收完成液置于120℃，背压为0.1MPa的条件下再生。其体积吸收容量和净吸收容量如表7所示：
表7 30%2-（甲氨基）乙醇15wt%+一乙醇胺15wt%+N-甲基二乙醇胺5wt%+二乙醇胺5wt%
Figure BDA00002459133900092
从实施例6、实施例7可以看出，主体浓度为15%（2-（甲氨基）乙醇10wt%+N-甲基二乙醇胺4wt%+哌嗪1wt%）和40%的（30%2-（甲氨基）乙醇15wt%+一乙醇胺15wt%+N-甲基二乙醇胺5wt%+二乙醇胺5wt%）两种吸收剂在40℃，常压下吸收，在110℃，背压为0.1MPa的条件下再生，1升2-（甲氨基）乙醇10wt%+N-甲基二乙醇胺4wt%+哌嗪1wt%的吸收剂可以吸收CO2的量为2.632升，同时净吸收容量（吸收平衡时的体积容量-再生平衡时的体积吸收容量）为1.624（L CO2/L amine）。1升30%2-（甲氨基）乙醇15wt%+一乙醇胺15wt%+N-甲基二乙醇胺5wt%+二乙醇胺5wt%吸收剂可以吸收CO2的量为2.392升，同时净吸收容量为1.205（L CO2/L amine）。

Claims (10)

1.一种捕集烟道气或合成气中二氧化碳的吸收剂，其特征在于，所述吸收剂包括：2-（甲氨基）乙醇：5～25wt%；胺：5～25wt%；水：60%～90%，其中上述组分以吸收剂的总量计，其中所述胺选自伯胺、仲胺或叔胺中的一种或多种，为混合物时，比例任意。
2.根据权利要求1所述的吸收剂，所述胺为一乙醇胺（MEA）、哌嗪（PZ）、或N-甲基二乙醇胺（MDEA）。
3.根据权利要求1所述的吸收剂，所述2-（甲氨基）乙醇的用量优选为8-20wt%，更优选为10-15wt%，为混合物时，比例任意。
4.根据权利要求1所述的吸收剂，所述胺的用量优选为8-20wt%，更优选为10-15wt%。
5.根据权利要求1所述的吸收剂，所述伯胺选自一乙醇胺（MEA）和2-氨基-2-甲基-1-丙醇（AMP）中的一种或多种,为混合物时，比例任意。
6.根据权利要求1所述的吸收剂，所述仲胺选自二乙醇胺（DEA）和哌嗪（PZ）中的一种或多种。
7.根据权利要求1-3任一项所述的吸收剂，所述叔胺选自N-甲基二乙醇胺（MDEA）和N,N-二甲基乙醇胺（DMEA）中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的吸收剂，所述胺为一乙醇胺（MEA）、哌嗪（PZ）、或N-甲基二乙醇胺（MDEA）。
9.根据权利要求1所述的吸收剂，所述2-（甲氨基）乙醇的用量为10-15wt%。
10.根据权利要求1所述的吸收剂，所述胺的用量为10-15wt%。
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