CN108722116A - 一种无机盐型二氧化碳吸收剂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无机盐型二氧化碳吸收剂，属气体分离或净化领域。吸收剂组成包括氨基酸盐、离子液体、氨水、稳定剂。所述氨基酸盐为氨基酸的钾盐或钠盐，离子液体熔点>‑15℃，体系粘度（40℃）<20厘泊，质量含量为10%‑45%。利用无机盐吸收剂极低的蒸气压，从而降低其运行中的挥发损耗，大大降低运行成本。此外该吸收剂环境友好，不易发生降解、大大延长使用寿命，适合多种气源，即便是对氧气含量较高的二氧化碳气源同样有效。

Description

一种无机盐型二氧化碳吸收剂
技术领域
本发明涉及一种无机盐型二氧化碳吸收剂，属气体分离或净化领域。该吸收剂主要包括氨基酸盐、离子液体、氨水、稳定剂等。本吸收剂不易降解、运行挥发损耗小、环境友好等优点，且同时具有较好的二氧化碳捕集性能适用于多种二氧化碳气源的工业捕集装置。
背景技术
随着人类社会的进一步发展，全球范围内CO2的大量排放导致温室效应及极端天气频发，已引起各国政府的高度重视。2015年我国的CO2排放量近80亿吨，占全球排放总量的25%，已居世界第1位。针对中国石化燃料使用的持续增长与CO2减排要求两者的矛盾，在中国政府的引导之下，除了制定多种CO2减排的、政策法律法规之外，先进的减排技术的开发应用也是迫在眉睫。
目前，有机胺法捕集回收二氧化碳是工业上应用最主要、最成功的方法之一。
如中国专利ZL 01134103.3—回收低分压二氧化碳的复合胺溶剂，公开一种以MEA为主的有机胺吸收剂。并认为该吸收剂对CO2吸收能力大，吸收、解吸速度快，再生能耗低，溶剂对设备基本不腐蚀，胺降解甚微。在此前后的20多年间，各种以醇胺为主的吸收剂相继被研究和开发，有效吸收组分也基本为MEA、MEDA、AMP、AEEA、PZ等。
但对于有机胺在氧和热作用下仍存在易降解、蒸汽损耗、环境不友好等问题存在。因此开发一种不易降解、环境友好的吸收剂也成为了众多研究者所关注的重点。
其中氨基酸盐二氧化碳吸收剂是一类新型绿色的二氧化碳吸收剂，与醇胺吸收剂相比，具有抗氧化性强、非挥发性、环境危害小等特点。具有极大潜力进行工业化应用。目前国际上仅有西门子掌握了该技术的工业化应用， 2009年，在专利 CN102245278A 和CN102089062 A 中分别公开吸收剂以及回收二氧化碳的装置。而其中所公开的吸收剂包括游离氨基酸存在从而起到降低再生能耗的作用。但实际上，该方法同时存在着吸收剂容易结晶以及溶解度小的问题。
发明内容
本发明目的在于，提出一种无机盐型二氧化碳吸收剂。解决传统有机胺吸收剂易降解、运行损耗大、环境不友好等问题，此外本吸收剂成本较低，适合含有CO2的各种气源。本发明要解决的技术问题在于提出一种无机盐型二氧化碳吸收剂，来实现解决传统有机胺吸收剂易降解、运行损耗大、环境不友好等问题。
本发明解决的技术问题所采用的方案是：吸收剂组成包括氨基酸盐、离子液体、氨水、稳定剂。
所述氨基酸盐为氨基酸的钾盐或钠盐，其中氨基酸组成为丙氨酸、肌氨酸、2-甲基丙氨酸、氨基乙磺酸中的一种或以上，质量含量为10%-40%，该组分在吸收剂中起到主吸收CO2的作用，且抗降解能力强，此外盐溶液蒸气压几乎为零，其运行损耗也极小。
所述离子液体熔点>-15℃，体系粘度（40℃）<20厘泊，质量含量为10%-45%，该组份主要起到溶剂的作用，能显著降低CO2再生过程中的溶剂的汽化潜热损失，适合的离子液体例如1-丁基-3-甲基咪唑四氟化硼盐、1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐等一种或以上。
所述氨水质量含量0.8%-8%，该组分起到辅助吸收CO2的作用，且提升吸收剂的再生能力。
所述稳定剂质量含量0.05%-5%，该组分起到减少氨水挥发的作用。
本发明效果和益处是，所提出一种无机盐型二氧化碳吸收剂。利用无机盐吸收剂极低的蒸气压，从而降低其运行中的挥发损耗，大大降低运行成本。此外该吸收剂环境友好，不易发生降解、大大延长使用寿命，适合多种气源，即便是对氧气含量较高的二氧化碳气源同样有效。
具体实施方式
下面通过实例进一步说明本发明的无机盐型吸收剂在运行损耗、捕集能力等方面上的特点，但本专利的保护范围并不受实施例的限制。
以下实施例为二氧化碳捕集装置的典型流程：含有CO2的烟气（原料气）进入吸收塔，其中一部分CO2被溶剂吸收，净化气由塔顶排入大气（在这个净化气排出的过程中，吸收剂也会被以蒸汽或小液滴的形式带出）。吸收CO2后的富液由塔底经贫富液换热器，回收热量后送入再生塔。解吸出的CO2连同水蒸气冷却后分离除去水分，得到高纯度的产品CO2气。
再生气中被冷凝分离出来的冷凝水进入再生塔。富液从再生塔上部进入，通过汽提解吸部分CO2，然后进入再沸器，使其中的CO2进一步解吸。解吸CO2后的贫液由再生塔底流出，经贫富液换热器换热后，用泵送至水冷器，冷却后进入吸收塔。溶剂往返循环构成连续吸收和解吸CO2的工艺过程。
实施例 1
原料气进气量为3.5Nm3，循环量12L/h，再生加热量30%或者35%，吸收剂包括肌氨酸钾2.3mol/L，氨水0.2mol/L，六水合硝酸钴2g/L，1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐1.6mol/L，其余为水。根据实际经验，其中运行损耗主要为吸收剂随净化气排出过程中所被带走的那部分的量。故测定净化气冷凝液中碱度（mol/L），记为M净，捕集能力以相同条件下的捕集率来记。
结果见下表1。
对比例
原料气进气量为3.5 Nm3，循环量12L/h，再生加热量30%或者35%，吸收剂包括一乙醇胺2.5mol/L，测定净化气冷凝液中碱度（mol/L），记为M净，捕集能力以相同条件下的捕集率来记。
结果见下表1。
实施例 2
原料气进气量为3.5 Nm3，循环量12L/h，再生加热量30%或者35%，吸收剂包括甘氨酸钾2.2mol/L，氨水0.3mol/L，六水合硝酸钴2.5g/L，1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐1.6mol/L，其余为水。根据实际经验，其中运行损耗主要为吸收剂随净化气排出过程中所被带走的那部分的量。故测定净化气冷凝液中碱度（mol/L），记为M净，捕集能力以相同条件下的捕集率来记。结果见下表1：
实施例 3
原料气进气量为3.5 Nm3，循环量12L/h，再生加热量30%或者35%，吸收剂包括甘氨酸钾1.8mol/L，2-甲基丙氨酸钾0.5mol/L，氨水0.2mol/L，六水合硝酸钴2g/L，1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐2mol/L，其余为水。根据实际经验，其中运行损耗主要为吸收剂随净化气排出过程中所被带走的那部分的量。故测定净化气冷凝液中碱度（mol/L），记为M净，捕集能力以相同条件下的捕集率来记。结果见下表1。
实施例 4
原料气进气量为3.5 Nm3，循环量12L/h，再生加热量30%或者35%，吸收剂包括肌氨酸钾1.8mol/L，2-甲基丙氨酸钾0.4mol/L，氨水0.3mol/L，六水合硝酸钴2.5g/L，1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐2mol/L，其余为水。根据实际经验，其中运行损耗主要为吸收剂随净化气排出过程中所被带走的那部分的量。故测定净化气冷凝液中碱度（mol/L），记为M净，捕集能力以相同条件下的捕集率来记。结果见下表1。
实施例 5
原料气进气量为3.5 Nm3，循环量12L/h，再生加热量30%或者35%，吸收剂包括肌氨酸钾2.5mol/L，1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐2mol/L，其余为水。根据实际经验，其中运行损耗主要为吸收剂随净化气排出过程中所被带走的那部分的量。故测定净化气冷凝液中碱度（mol/L），记为M净，捕集能力以相同条件下的捕集率来记。结果见下表1。
表1 脱碳溶剂效果
从上表中得出，实施例1、2、3、4与对比例1比较，本发明的吸收剂在相同条件下，捕集率较MEA略好。从净化气冷凝液的碱度（M净）看，本发明的吸收剂比MEA降低一半以上，大大降低了吸收剂的运行损耗；此外从实施例5可以看出，当本发明中不含有氨水时，吸收剂的运行损耗有些更显著的下降，仅为MEA的1/15~1/20。同时这也说明，实施例1-4中的胺损耗主要是氨水，而氨水又是相对较为便宜的。故本发明中无机盐型吸收剂可以显著降低运行的损耗，更大大的降低了吸收剂损耗成本。

Claims (8)

1.一种无机盐型二氧化碳吸收剂，其特征在于吸收剂组成包括氨基酸盐、离子液体、氨水、稳定剂。
2.根据权利要求1所述的吸收剂，其特征在于所述氨基酸盐为氨基酸的钾盐或钠盐，其中氨基酸组成为丙氨酸、肌氨酸、2-甲基丙氨酸、氨基乙磺酸中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的吸收剂，其特征在于所述离子液体熔点>-15℃，40℃时体系粘度<20厘泊。
4.根据权利要求1所述的吸收剂，其特征在于所述离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑四氟化硼盐、1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的吸收剂，其特征在于所述氨水质量含量0.8%-8%。
6.根据权利要求1所述的吸收剂，其特征在于所述稳定剂质量含量0.05%-5%。
7.根据权利要求1或2所述的吸收剂，其特征在于所述氨基酸盐质量含量为10%-40%。
8.根据权利要求1、3或4所述的吸收剂，其特征在于所述离子液体质量含量为10%-45%。
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