CN105561734A - 热敏性胺基二氧化碳吸收剂 - Google Patents

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Abstract

本发明属于金属防腐、气体分离或净化等领域，具体涉及从燃煤烟气、天然气、合成气等气源中，捕集二氧化碳所采用的吸收剂，该吸收剂为氨基酸与有机胺的混合物，其中有机胺包括至少一种伯胺或仲胺以及包括一种叔胺。该吸收剂体系的伯（仲）胺基与叔胺基之间是相互转化，通过调节不同的温度来实现。本发明通过氨基酸与有机胺的相互作用，得到一种热敏性的吸收剂体系，实现在较低温度下解析二氧化碳。

Description

热敏性胺基二氧化碳吸收剂
技术领域
本发明属于气体分离或净化等领域，具体涉及从燃煤烟气、天然气、合成气等气源中，捕集二氧化碳所采用的脱碳溶剂，特别涉及一种热敏型胺基吸收剂。
背景技术
大量化石燃料的燃烧使用所排放出的二氧化碳目前已经引起了温室效应等环境问题，温室效应所导致的环境气候变化使得世界各国不得不采取相应的二氧化碳减排措施。目前，工业应用上仍主要采用化学吸收法为主的二氧化碳捕集技术。而化学吸收法还是以寻找一种稳定、高效、低能耗的吸收剂为研究的主要方向。其中MEA法、热钾碱法、氨基酸盐法等吸收剂往往都存在能耗较高的缺点。
专利CN101190397B所公布的氨基酸盐与胺混合溶液作为吸收剂，取得吸收速率快，容量大的优点，但由于吸收二氧化碳之后所生成的化合物较为稳定，本质上仍然没有解决解析二氧化碳时需要较高的温度这一问题；中国专利CN102658019中公开一种用于脱除烟气中二氧化碳的复合活化钾碱溶液，复合活化剂由碱性氨基酸盐和无机酸盐组成，碱性氨基酸盐组分0.5～10%。在该发明中氨基酸盐仅仅作为活化剂而已，明显与本专利的发明思路不同。西门子专利CN102245278中，采用的二氧化碳吸收剂包含游离氨基酸和氨基酸盐的混合物，其中基于摩尔浓度，游离氨基酸过量。该发明中氨基酸也具有调节吸收剂pH值的作用，但并没有类似本发明中提到的氨基酸能够起到催化作用实现伯（仲）胺与（仲）叔胺之间的相互转化，吸收剂中也不包括有机胺组分。
发明内容
本发明目的在于提出一种二氧化碳吸收剂，通过氨基酸与有机胺的相互作用，得到一种热敏性的吸收剂体系，实现在较低温度下解析二氧化碳。
本发明基于以下思路：吸收体系包括有机胺和氨基酸和去离子水，其中有机胺为（伯）仲胺和叔胺的混合胺，在与氨基酸同存的体系下，通过温度的调节而使质子转移，从而能够实现伯（仲）与（仲）叔胺之间的转化。即在较高的温度下，该体系主要以叔（仲）胺形式存在，而同一结构的叔（仲）胺与二氧化碳的结合力比（仲）伯胺要弱的多，故大大降低了与二氧化碳结合的键能，使得二氧化碳较容易从体系中解析出来；当温度降低时，叔（仲）胺向（仲）伯胺转化，从而促使该吸收剂对二氧化碳的吸收速率大大增加。其中所加入的氨基酸主要起以下三方面作用1.与有机胺形成氨基酸盐2调节体系pH值3.并促使伯（仲）与（仲）叔胺之间的转换，起类似催化剂的作用。
本发明的吸收剂通过加入氨基酸以及有机胺反应混合而成；所使用的化合物为常见物质，但是通过反应后得到的组成体系，在氨基酸催化的作用下所能实现的伯（仲）胺与（仲）叔胺的相互转换的作用特点尚未见其他专利报道。
本发明的是一种二氧化碳吸收剂，包括氨基酸，有机胺以及去离子水。
其中氨基酸为混合物，一种或以上氨基酸，分子结构式如下：
其中取代基R1、R2、R3、R4分别选自氢、烷基、羟烷基中的一种，C原子不超过3个。
有机胺为（伯）仲胺和叔胺的混合物，其中（伯）仲胺为一乙醇胺、二乙醇胺、甲基单乙醇胺、2-氨基-2甲基-1丙醇、羟乙基乙二胺、哌嗪、3-甲胺基丙胺、叔丁胺基乙氧基乙醇、吗啉中的一种或多种组成；
有机胺的另一组分为叔胺，分子结构式如下：
其中，所有取代基中C原子数1~3个，R1、R2为烷基，R3为羟烷基或羟基；
其中，氨基酸用量占吸收剂总量的10%~35%，有机胺用量占吸收剂总量的5%~35%，其中按有机胺与氨基酸反应的摩尔质量比，氨基酸过量，有机胺与氨基酸的摩尔比为1：1~3，进一步优选为1：1~2，更进一步优选为1.1：1.8；吸收剂的其余为去离子水。
具体实施方式
下面通过实例进一步说明本发明的特点，但本专利的保护范围并不受实施例的限制。
对照例
取20wt%MEA溶液200ml，放入带搅拌（150rpm）、温度计的四口烧瓶中，在油浴加热下保持烧瓶内溶液温度为40oC条件，以120ml/min的流速将浓度为99.9%的CO2通入溶液底部，用湿式防腐流量计进行连续的测定，由此计算二氧化碳的吸收量。待完成吸收试验后，将上述吸收有CO2的溶液加热并保持在100oC条件下进行再生试验，搅拌速率为150rpm。用湿式防腐流量计进行连续的测定，由此计算二氧化碳的再生率。结果见表1、表2。
实施例1
取氨基丙酸25g，N-甲基二乙醇胺10g，2-氨基-2甲基-1-丙醇5g，溶于150ml去离子水中。将上述混合溶液放入带搅拌（150rpm）、温度计的四口烧瓶中，在油浴加热下保持烧瓶内溶液温度为40oC条件，以120ml/min的流速将浓度为99.9%的CO2通入溶液底部，用湿式防腐流量计进行连续的测定，由此计算二氧化碳的吸收量。待完成吸收试验后，将上述吸收有CO2的溶液加热并保持在100oC条件下进行再生试验，搅拌速率为150rpm。用湿式防腐流量计进行连续的测定，由此计算二氧化碳的再生率。结果见表1、表2。
实施例2
取氨基乙酸25g，N-甲基二乙醇胺10g，单乙醇胺5g，溶于150ml去离子水中。将上述混合溶液放入带搅拌（150rpm）、温度计的四口烧瓶中，在油浴加热下保持烧瓶内溶液温度为40oC条件，以120ml/min的流速将浓度为99.9%的CO2通入溶液底部，用湿式防腐流量计进行连续的测定，由此计算二氧化碳的吸收量。待完成吸收试验后，将上述吸收有CO2的溶液加热并保持在100oC条件下进行再生试验，搅拌速率为150rpm。用湿式防腐流量计进行连续的测定，由此计算二氧化碳的再生率。
结果见表1、表2。
实施例3
取丝氨酸25g，N-甲基二乙醇胺10g，单乙醇胺5g，溶于150ml去离子水中。将上述混合溶液放入带搅拌（150rpm）、温度计的四口烧瓶中，在油浴加热下保持烧瓶内溶液温度为40oC条件，以120ml/min的流速将浓度为99.9%的CO2通入溶液底部，用湿式防腐流量计进行连续的测定，由此计算二氧化碳的吸收量。待完成吸收试验后，将上述吸收有CO2的溶液加热并保持在100oC条件下进行再生试验，搅拌速率为150rpm。用湿式防腐流量计进行连续的测定，由此计算二氧化碳的再生率。结果见表1、表2。
实施例4
取氨基乙酸25g，N-甲基二乙醇胺10g，3-甲胺基丙胺5g，溶于150ml去离子水中。将上述混合溶液放入带搅拌（150rpm）、温度计的四口烧瓶中，在油浴加热下保持烧瓶内溶液温度为40oC条件，以120ml/min的流速将浓度为99.9%的CO2通入溶液底部，用湿式防腐流量计进行连续的测定，由此计算二氧化碳的吸收量等。待完成吸收试验后，将上述吸收有CO2的溶液加热并保持在100oC条件下进行再生试验，搅拌速率为150rpm。用湿式防腐流量计进行连续的测定，由此计算二氧化碳的再生率。结果见表1、表2。
实施例5
丝氨酸25g，N-甲基二乙醇胺8g，叔丁胺基乙氧基乙醇7g，溶于150ml去离子水中。将上述混合溶液放入带搅拌（150rpm）、温度计的四口烧瓶中，在油浴加热下保持烧瓶内溶液温度为40oC条件，以120ml/min的流速将浓度为99.9%的CO2通入溶液底部，用湿式防腐流量计进行连续的测定，由此计算二氧化碳的吸收量等。待完成吸收试验后，将上述吸收有CO2的溶液加热并保持在100oC条件下进行再生试验，搅拌速率为150rpm。用湿式防腐流量计进行连续的测定，由此计算二氧化碳的再生率。结果见表1、表2。
表1不同溶剂对CO2的吸收情况
表2不同溶剂对CO2的再生情况

Claims (8)

1.一种热敏性胺基二氧化碳吸收剂，其特征在于吸收剂包括有机胺和氨基酸和去离子水，其中有机胺为（伯）仲胺和叔胺的混合胺，在与氨基酸同存的体系下，通过温度的调节而使质子转移，从而能够实现伯（仲）与（仲）叔胺之间的转化。
2.根据权利要求1所述的吸收剂，其特征在于所述的（伯）仲胺为一乙醇胺、二乙醇胺、甲基单乙醇胺、2-氨基-2甲基-1丙醇、羟乙基乙二胺、3-甲胺基丙胺、叔丁胺基乙氧基乙醇、哌嗪、吗啉中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的吸收剂，其特征在于所述的叔胺分子结构式如下：
其中，所有取代基中C原子数1~3个，R1、R2为烷基，R3为羟烷基或羟基。
4.根据权利要求1所述的吸收剂，其特征在于所用氨基酸为混合物，一种或多种氨基酸，分子结构式如下：
其中取代基R1、R2、R3、R4分别选自氢、烷基、羟烷基中的一种，C原子不超过3个。
5.根据权利要求1所述的吸收剂，其特征在于氨基酸用量占吸收剂总量的10%~35%，有机胺用量占吸收剂总量的5%~35%，其中按有机胺与氨基酸反应的摩尔质量比，氨基酸过量；吸收剂的其余为去离子水。
6.根据权利要求1或5所述的吸收剂，其特征在于氨基酸过量指反应摩尔过量，有机胺与氨基酸的摩尔比为1：1~3。
7.根据权利要求1或5所述的吸收剂，其特征在于氨基酸过量指反应摩尔过量，有机胺与氨基酸的摩尔比为1：1~2。
8.根据权利要求1或5所述的吸收剂，其特征在于氨基酸过量指反应摩尔过量，有机胺与氨基酸的摩尔比为1.1：1.8。
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