CN109758871A - 一种新型少水吸收co2三元复配有机胺药剂的配制方法 - Google Patents
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Abstract
一种新型少水吸收CO2三元复配有机胺药剂的配制方法,配制的方法及配比为:DETA(二乙烯三胺)、TETA(三乙烯四胺)或TEPA(四乙烯五胺)与MDEA(N‑甲基二乙醇胺)或PZ(哌嗪),按摩尔配比20:1‑20:6的比例在总胺浓度为0.8mol/L溶液中混合配制而成,配制条件为温度293K、压力101.325Kpa,混合条件为常温常压下每两项配制溶液均匀混合;优点是:吸收量大、溶液自身稳定性能好、能耗低,烟气净化程度较高,吸收负荷大,吸收剂再生能耗低,解吸速率快、解吸负荷大,溶液氧化降解、热降解程度低,对设备腐蚀较小的烟气CO2吸收剂。
Description
技术领域
本发明涉及一种高分子药剂的配制方法,尤其是一种新型少水吸收CO2三元复配有机胺药剂的配制方法。
背景技术
在面临着全球气温升高 2℃的严峻局面、可替代化石燃料的清洁能源由易开发转化为难开发的不利局面、碳排放总减排成本不断提高的形式下;碳捕集、利用与封存技术(Carbon Capture, Utilization and Storage,即CCUS)是目前唯一具有商业化前景的碳减排项目、具有良好的生态效益、经济效益和社会效益。为世界减少碳排放量做出了突出贡献。国际能源署(IEA)通过研究表明:碳捕集、利用与封存技术可以使单位发电碳排放量减少85%-90%。预计到 2050年使用碳捕集、利用与封存技术(CCUS)在实现温度控制的目标下将比不使用该技术降低 70%的总减排成本。
化学吸收法是目前国际上认证过的在上述几种方法中,工艺流程最简能耗最低、吸收效果最为明显的CO2捕集手段,而在化学吸收法中,有机胺溶液吸收CO2已经是工业化、商业化中效益最好的的技术之一。关于有机胺溶液吸收CO2的研究已经拥有70多年的历史,目前已经有很多种有机胺溶液因其自身的优势实现商业化量产。醇胺溶液吸收剂因有较强的水化性、低饱和吸收蒸汽压推举为较为广泛的有机胺溶剂。 TEA(三乙醇胺)作为三级链烷醇胺是第一种被用于CO2吸收剂的单胺吸收溶液,但 TEA(三乙醇胺)其自身吸收CO2速率较慢、解吸时稳定性较差,效率值低等缺点,研发人员又通过试验,推广出一级仲胺:MEA(单乙醇胺)、二级仲胺:DEA(二乙醇胺)、三级叔胺:MDEA(N-甲基二乙醇胺)这三种链烷醇胺。同时这三种醇胺溶液由于制备技术成熟、价格便宜是目前利用最广泛的单胺溶液。但 MEA和DEA的(单胺、复配)溶液吸收CO2都因溶剂的腐蚀性较强,对设备造成腐蚀、工艺上管道输送造成困难,同时又因为解吸时生成的降解物质较为稳定,导致解吸能耗较大。TEA(三乙醇胺)、MDEA(N-甲基二乙醇胺)作为三级单胺溶液解吸能耗较低,但由于属于叔胺,与 MEA相比较,其吸收速率较低。有机胺溶液吸收CO2的能力根据有机胺分子中含有的氮原子个数来决定。有机胺分子通过其在水溶液中键位上的胺根离子水解,致溶液呈弱碱性,达到吸收、捕集CO2的目的。相较之下,烯胺溶液TETA(三乙烯四胺)因含有两个及两个以上的伯胺基与仲胺基,吸收CO2速率、吸收CO2量都要比醇胺溶液高。TETA含有两个以上伯胺基的烯胺溶液虽然在吸收量和吸收速率、吸收负荷、解析量上都要优于传统的 MEA、DEA、MDEA等链烷醇胺,但烯胺溶液的解析速率相对醇胺溶剂较低,解析时间相较而言长,工业上这无疑会增加运营成本。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术的不足,一种新型少水吸收CO2三元复配有机胺药剂的配制方法。
本发明的技术方案是:一种新型少水吸收CO2三元复配有机胺药剂的配制方法,配制的方法及配比为:DETA(二乙烯三胺)、TETA(三乙烯四胺)或TEPA(四乙烯五胺)与MDEA(N-甲基二乙醇胺)或PZ(哌嗪),按摩尔配比20:1-20:6的比例在总胺浓度为0.8mol/L溶液中混合配制而成,配制条件为温度293K、压力101.325Kpa,混合条件为常温常压下每两项配制溶液均匀混合。
所述的配制方法为DETA与MDEA按摩尔配比20:1的比例在总胺浓度为0.8mol/L、配置溶液体积500ml的条件下,选取35.9ml DETA、5.7ml MDEA与去离子水进行配制。
所述的配制方法为DETA与PZ按摩尔配比20:4的比例在总胺浓度为0.8mol/L、配置溶液体积500ml的条件下,选取35.9ml DETA、3.9 mg PZ与去离子水进行配制。
所述的配制方法为TETA与MDEA按摩尔配比20:5的比例在总胺浓度为0.8mol/L、配置溶液体积500ml的条件下,选取47.7ml TETA、5.5ml MDEA与去离子水进行配制。
所述的配制方法TETA与PZ按摩尔配比20:1的比例在总胺浓度为0.8mol/L、配置溶液体积500ml的条件下,选取49.64ml TETA、3.9 mg PZ与去离子水进行配制。
所述的配制方法TEPA与MDEA按摩尔配比20:3的比例在总胺浓度为0.8mol/L、配置溶液体积500ml的条件下,选取63.2ml TEPA、5.7ml MDEA与去离子水进行配制。
所述的配制方法为TEPA与PZ按摩尔配比20:4的比例在总胺浓度为0.8mol/L、配置溶液体积500ml的条件下,选取63.2ml TETA、3.9 mg PZ与去离子水进行配制。
其化学原理为:
(1)伯胺、仲胺吸收CO2反应机理
CO2与有机胺吸收剂的反应机制:
生成氨基甲酸盐的反应式:
生成碳酸氢盐的反应式:
随着两性离子在溶液中会与物质A(该物质可能是OH-、H2O或含胺基团)发生质子化反应,生成氨基甲酸盐和质子化物质,如式所示:
(2)生成的氨基甲酸盐在水溶液会水解再次生成伯/仲胺
叔胺与CO2发生中和反应。
(3)有机胺复配吸收机理
其中,R1为-NH2,R2为-C2H4,R3为-NHCH2,R4为-CH3,R4、R5均为-C2H4OH。在DETA与 MDEA混合溶液中,DETA、MDEA分别与CO2反应,DETA与CO2反应显弱碱性,MDEA与CO2反应显弱酸性。
本发明的烟气CO2吸收剂在用于燃煤电厂烟气脱碳时,脱碳溶液中总胺含量在0.8mol/L,吸收温度为313K-333K,再生温度为378K-403K。
所述的脱碳溶液最佳吸收温度维持在313K-318K,最佳再生温度383K-393K。
本发明的优点是:吸收量大、溶液自身稳定性能好、能耗低,烟气净化程度较高,吸收负荷大,吸收剂再生能耗低,解吸速率快、解吸负荷大,溶液氧化降解、热降解程度低,对设备腐蚀较小的烟气CO2吸收剂。
附图说明
图1为循环吸收实验装置示意图;
图2为循环解吸实验装置示意图;
图3为降解实验流程图;
图4为20:1-20:6 DETA+MDEA初次吸收负荷对比图;
图5为20:1 DETA+MDEA六次循环吸收负荷对比图;
图6为20:1 DETA+MDEA六次循环解吸速率对比图;
图7为20:1-20:6 DETA+PZ初次吸收负荷对比图;
图8为20:4 DETA+PZ六次循环吸收负荷对比图;
图9为20:4 DETA+PZ六次循环解吸速率对比图;
图10为20:1-20:6 TETA+MDEA初次吸收负荷对比图;
图11为20:5 TETA+MDEA六次循环吸收负荷对比图;
图12为20:5 TETA+MDEA六次循环解吸速率对比图;
图13为20:1-20:6 TETA+PZ初次吸收负荷对比图;
图14为20:1 TETA+PZ六次循环吸收负荷对比图;
图15为20:1 TETA+PZ六次循环解吸速率对比图;
图16为20:1-20:6 TEPA+MDEA初次吸收负荷对比图;
图17为20:3 TEPA+MDEA六次循环吸收负荷对比图;
图18为20:3 TEPA+MDEA六次循环解吸速率对比图;
图19为20:1-20:6 TEPA+PZ 初次吸收负荷对比图;
图20为20:4 TEPA+PZ六次循环吸收负荷对比图;
图21为20:4 TEPA+PZ六次循环解吸速率对比图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更为清楚,下面将结合本发明的附图,对本发明的技术方案做更完整、清楚地描述。
一种新型少水吸收CO2三元复配有机胺药剂的配制方法,配制的方法及配比为:DETA(二乙烯三胺)、TETA(三乙烯四胺)或TEPA(四乙烯五胺)与MDEA(N-甲基二乙醇胺)或PZ(哌嗪),按摩尔配比20:1-20:6的比例在总胺浓度为0.8mol/L溶液中混合配制而成,配制条件为温度293K、压力101.325Kpa,混合条件为常温常压下每两项配制溶液均匀混合。
所述的配制方法为DETA与MDEA按摩尔配比20:1的比例在总胺浓度为0.8mol/L、配置溶液体积500ml的条件下,选取35.9ml DETA、5.7ml MDEA与去离子水进行配制。
所述的配制方法为DETA与PZ按摩尔配比20:4的比例在总胺浓度为0.8mol/L、配置溶液体积500ml的条件下,选取35.9ml DETA、3.9 mg PZ与去离子水进行配制。
所述的配制方法为TETA与MDEA按摩尔配比20:5的比例在总胺浓度为0.8mol/L、配置溶液体积500ml的条件下,选取47.7ml TETA、5.5ml MDEA与去离子水进行配制。
所述的配制方法TETA与PZ按摩尔配比20:1的比例在总胺浓度为0.8mol/L、配置溶液体积500ml的条件下,选取49.64ml TETA、3.9 mg PZ与去离子水进行配制。
所述的配制方法TEPA与MDEA按摩尔配比20:3的比例在总胺浓度为0.8mol/L、配置溶液体积500ml的条件下,选取63.2ml TEPA、5.7ml MDEA与去离子水进行配制。
所述的配制方法为TEPA与PZ按摩尔配比20:4的比例在总胺浓度为0.8mol/L、配置溶液体积500ml的条件下,选取63.2ml TETA、3.9 mg PZ与去离子水进行配制。
其化学原理为:
(1)伯胺、仲胺吸收CO2反应机理
CO2与有机胺吸收剂的反应机制:
生成氨基甲酸盐的反应式:
生成碳酸氢盐的反应式:
随着两性离子在溶液中会与物质A(该物质可能是OH-、H2O或含胺基团)发生质子化反应,生成氨基甲酸盐和质子化物质,如式所示:
(2)生成的氨基甲酸盐在水溶液会水解再次生成伯/仲胺
叔胺与CO2发生中和反应。
(3)有机胺复配吸收机理
其中,R1为-NH2,R2为-C2H4,R3为-NHCH2,R4为-CH3,R4、R5均为-C2H4OH。在DETA与 MDEA混合溶液中,DETA、MDEA分别与CO2反应,DETA与CO2反应显弱碱性,MDEA与CO2反应显弱酸性。
本发明的烟气CO2吸收剂在用于燃煤电厂烟气脱碳时,脱碳溶液中总胺含量在0.8mol/L,吸收温度为313K-333K,再生温度为378K-403K。
所述的脱碳溶液最佳吸收温度维持在313K-318K,最佳再生温度383K-393K。
Claims (10)
1.一种新型少水吸收三元复配有机胺药剂的配制方法,其特征在于:配制的方法及配比为:DETA(二乙烯三胺)、TETA(三乙烯四胺)或TEPA(四乙烯五胺)与MDEA(N-甲基二乙醇胺)或PZ(哌嗪),按摩尔配比20:1-20:6的比例在总胺浓度为0.8mol/L溶液中混合配制而成,配制条件为温度293K、压力101.325Kpa,混合条件为常温常压下每两项配制溶液均匀混合。
2.根据权利要求1所述的一种新型少水吸收三元复配有机胺药剂的配制方法,其特征在于:所述的配制方法为DETA与MDEA按摩尔配比20:1的比例在总胺浓度为0.8mol/L、配置溶液体积500ml的条件下,选取35.9ml DETA、5.7ml MDEA与去离子水进行配制。
3.根据权利要求1所述的一种新型少水吸收三元复配有机胺药剂的配制方法,其特征在于:所述的配制方法为DETA与PZ按摩尔配比20:4的比例在总胺浓度为0.8mol/L、配置溶液体积500ml的条件下,选取35.9ml DETA、3.9 mg PZ与去离子水进行配制。
4.根据权利要求1所述的一种新型少水吸收三元复配有机胺药剂的配制方法,其特征在于:所述的配制方法为TETA与MDEA按摩尔配比20:5的比例在总胺浓度为0.8mol/L、配置溶液体积500ml的条件下,选取47.7ml TETA、5.5ml MDEA与去离子水进行配制。
5.根据权利要求1所述的一种新型少水吸收三元复配有机胺药剂的配制方法,其特征在于:所述的配制方法TETA与PZ按摩尔配比20:1的比例在总胺浓度为0.8mol/L、配置溶液体积500ml的条件下,选取49.64ml TETA、3.9 mg PZ与去离子水进行配制。
6.根据权利要求1所述的一种新型少水吸收三元复配有机胺药剂的配制方法,其特征在于:所述的配制方法TEPA与MDEA按摩尔配比20:3的比例在总胺浓度为0.8mol/L、配置溶液体积500ml的条件下,选取63.2ml TEPA、5.7ml MDEA与去离子水进行配制。
7.根据权利要求1所述的一种新型少水吸收三元复配有机胺药剂的配制方法,其特征在于:所述的配制方法为TEPA与PZ按摩尔配比20:4的比例在总胺浓度为0.8mol/L、配置溶液体积500ml的条件下,选取63.2ml TETA、3.9 mg PZ与去离子水进行配制。
8.根据权利要求1所述的一种新型少水吸收三元复配有机胺药剂的配制方法,其特征在于:其化学原理为:
(1)伯胺、仲胺吸收反应机理
与有机胺吸收剂的反应机制:
生成氨基甲酸盐的反应式:
生成碳酸氢盐的反应式:
随着两性离子在溶液中会与物质A(该物质可能是OH-、H2O或含胺基团)发生质子化反应,生成氨基甲酸盐和质子化物质,如式所示:
(2)生成的氨基甲酸盐在水溶液会水解再次生成伯/仲胺
叔胺与发生中和反应。
(3)有机胺复配吸收机理
。。
9.根据权利要求1所述的一种新型少水吸收三元复配有机胺药剂的配制方法,其特征在于:本发明的烟气吸收剂在用于燃煤电厂烟气脱碳时,脱碳溶液中总胺含量在0.8mol/L,吸收温度为313K-333K,再生温度为378K-403K。
10.根据权利要求1或9所述的一种新型少水吸收三元复配有机胺药剂的配制方法,其特征在于:所述的脱碳溶液最佳吸收温度维持在313K-318K,最佳再生温度383K-393K。
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