CN109603425A - 回收混合气体中二氧化碳的添加碳纳米管的复合脱碳溶液 - Google Patents

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Abstract

本发明属于气体分离技术领域，提供了回收混合气体中二氧化碳的添加碳纳米管的复合脱碳溶液，在CN 101091864A公开的AEEA混合脱碳溶液中添加其质量百分数为0.01％～0.05％的固体催化剂。在AEEA复合脱碳溶液解吸原理的基础上，通过不同类型的碳纳米管作催化剂，强化AEEA溶液的解吸过程，在脱碳过程中显著降低能耗。本发明的复合脱碳溶液通过添加固体催化剂，降低了AEEA水溶液中CO2的解吸能耗，主要体现在两个方面，一是开始解吸的时间提前5分钟，二是解吸速率提高了20％～30％。

Description

回收混合气体中二氧化碳的添加碳纳米管的复合脱碳溶液
技术领域
本发明属于气体分离技术领域，涉及从有机胺溶液中解吸CO2过程强化的研究，特别涉及N-(2-羟乙基)乙二胺混合脱碳溶液以及几种类型的固体催化剂。
背景技术
近年来，温室效应带来的环境问题愈演愈烈。众所周知，二氧化碳是构成温室气体的主要组成，由此，二氧化碳的排放问题引起全世界的重视。关于CO2的捕集、转化、使用和储存也成为科研工作者致力研究的领域。目前，从混合气体中脱除二氧化碳的方法主要有：物理吸收法、化学吸收法、膜分离法和生物法。目前主要应用的是前两种方法。其中物理吸收法需要在高压下进行，因此这种方法主要适用于二氧化碳含量较高的气源；而化学吸收法可以在常压或者较低的压力下进行，因此这种方法更适合于处理二氧化碳含量较低的气源。
化学吸收法具有吸收速率快、吸收量大的特点，但是也存在再生温度高、解吸能耗大和腐蚀性大等缺点。为了克服化学吸收法再生能耗高的缺点，各国科研工作者致力于更改溶液配方以及加入催化剂等方法提高解吸速率、降低解吸能耗。
2007年中国专利(CN 101091864A)公开了一种混合脱碳溶液，该脱碳液具有吸收容量大、净化度高、解吸率大、再生能耗低等优点。
2014年中国专利(CN 104437002A)公开了一种热稳定性碳酸酐酶，能在不同的较低的解吸温度下，有效地促进CO2的解吸速率，减少解吸能耗，节约能源。热稳定性碳酸酐酶酶液的酶活浓度为32000U/mL，解吸温度为60-80℃。
2017年中国专利(CN 107596919A)公开了一种膜法解吸醇胺溶液吸收剂富液中CO2的方法，解吸器采用聚丙烯中空纤维膜接触器，解吸温度为30-60℃。
综上所述，有机胺法、生物酶法和膜法都可以降低解吸能耗，但是提高解吸速率方面仍有更大的提升空间。
发明内容
本发明的目的是要解决现存有机胺溶液中脱碳能耗高的问题，通过加入固体催化剂提高AEEA混合脱碳溶液的解吸速率。
本发明的技术方案：
回收混合气体中二氧化碳的添加碳纳米管的复合脱碳溶液，在原有AEEA混合脱碳溶液(CN 101091864A)中添加其质量百分数为0.01％～0.05％的固体催化剂。
所述的固体催化剂分为以下四大类物质：
(1)单壁碳纳米管；
(2)双壁碳纳米管；
(3)多壁碳纳米管；
(4)改性多壁碳纳米管，如MWCNT-COOH、MWCNT-OH。
回收混合气体中二氧化碳的添加碳纳米管的复合脱碳溶液的配置方法，AEEA混合脱碳溶液中，加入不同形态(粉末、颗粒)的固体催化剂，在40℃吸收70分钟，升温至120℃解吸90分钟，计算前30分钟平均速率，通过比较前30分钟平均速率判断催化剂的性能。
本发明的有益效果，本发明的复合脱碳溶液通过添加固体催化剂，降低了AEEA水溶液中CO2的解吸能耗，主要体现在两个方面，一是开始解吸的时间提前5分钟，二是解吸速率提高了20％～40％。
附图说明
图1是添加不同质量分数MWCNT-COOH后的吸收担载量。
图2是添加不同质量分数MWCNT-COOH后的解吸速率。
图3是添加不同质量分数MWCNT-COOH后的平均解吸速率。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
实施例1
在250mL三口中加入100mLAEEA的混合溶液，分别加入质量分数(0％、0.01％、0.02％、0.03％以及0.04％)的MWCNT-COOH，通入CO2的气速为0.168L/min，在40℃时吸收70分钟，升温至120℃解吸90分钟，计算吸收解吸速率，通过比较开始解吸时间以及前30分钟平均速率判断催化剂的性能。
由图1可以看出不同质量分数的MWCNT-COOH对溶液的吸收CO2并无抑制作用；由图2和图3可以看出，无MWCNT-COOH的溶液15分钟后才开始解吸，滞后5分钟，加入MWCNT-COOH的AEEA溶液解吸速率明显提高，质量分数为0.03％的溶液前30分钟的平均解吸速率提高33％。
实施例2
在250mL三口中加入100mL AEEA的混合脱碳溶液，分别加入质量分数(0％、0.01％、0.02％、0.03％以及0.04％)的单壁碳纳米管，通入CO2的气速为0.168L/min，在40℃时吸收70分钟，升温至120℃解吸90分钟，计算吸收解吸速率以及前30分钟平均速率。
由统计结果可知，添加单壁碳纳米管的质量分数为0.02％左右时，前30分钟平均解吸速率最快，达到0.7～0.8L/min，平均解吸速率提升了20％～30％。
实施例3
在250mL三口中加入100mL AEEA混合脱碳溶液，分别加入质量分数0.1％的粉末状和颗粒状碳纳米管，通入CO2的气速为0.168L/min，在40℃时吸收70分钟，升温至120℃解吸90分钟，计算吸收解吸速率以及前30分钟平均速率。
同样的方法计算平均解吸速率，结果发现质量分数为0.1％的颗粒状的催化剂解吸效果更好，粉末状的催化剂效果较差。

Claims (6)

1.一种回收混合气体中二氧化碳的添加碳纳米管的复合脱碳溶液，其特征在于，在原有AEEA混合脱碳溶液中添加固体催化剂。
2.根据权利要求1所述的复合脱碳溶液，其特征在于，所述的固体催化剂包括以下四大类物质：
(1)单壁碳纳米管；
(2)双壁碳纳米管；
(3)多壁碳纳米管；
(4)改性多壁碳纳米管。
3.根据权利要求1所述的复合脱碳溶液，其特征在于，所述的固体催化剂为改性多壁碳纳米管。
4.根据权利要求1-3任一所述的复合脱碳溶液，其特征在于，所述的固体催化剂添加量为AEEA混合脱碳溶液的质量百分数的0.01％～0.1％。
5.根据权利要求1-3任一所述的复合脱碳溶液，其特征在于，所述的固体催化剂为颗粒状或粉末状。
6.根据权利要求4所述的复合脱碳溶液，其特征在于，所述的固体催化剂为颗粒状或粉末状。
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