專利名稱：：一種捕集或分離二氧化碳的吸收劑的制作方法
技術(shù)領域：
：本發(fā)明涉及化工材料和氣體分離
技術(shù)領域：
，具體涉及一種從氣體混合物中捕集或分離二氧化碳(CO2)的吸收劑。
背景技術(shù)：
：CO2等溫室氣體的排放是造成氣候變化的一個主要因素，如何從富含CO2的氣體混合物中，捕集或分離CO2就顯得極為重要。這些氣體混合物包括煙道氣、煉廠氣、天然氣、合成氣、變換氣和制氫氣等等。這些氣體混合物中一般含有5%50%的CO2,其它主要氣體組成包括N2、02、CO、H2、CH4,C2H6,SO2,H2S以及有機硫CH3S、COS等；氣體的壓力變化范圍大(509000kPa)，適合采用化學吸收或化學物理復合吸收法捕集分離CO2組分。目前國內(nèi)外工業(yè)上較為成熟的化學吸收法捕集分離CO2的工藝有單乙醇胺法(MEA)、二乙醇胺法(DEA)、二異丙醇胺法(DIPA)和甲基二乙醇胺法(MDEA)。為了提高吸收溶液對CO2的吸收速度，所以針對二異丙醇胺(DIPA)、甲基二乙醇胺(MDEA)等吸收速度較慢的溶劑，加入吸收速度較快的溶劑如單乙醇胺(MEA)和哌嗪(PZ)等，形成一些改良型的吸收分離方法。為了進一步降低能耗，由于其對CO2溶解度高、解吸效果較好，吸收解吸的循環(huán)負荷較高，2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP)位阻胺法也得到了一些應用。但由于這些位阻胺的特殊結(jié)構(gòu)，導致在使用過程中的降解比較多，使用成本仍較高。因此，有必要提出一種吸收效果優(yōu)良的捕集或分離二氧化碳的吸收劑。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種從氣體混合物中捕集或分離二氧化碳的吸收劑。本發(fā)明的另一目的是提供上述吸收劑的使用方法。所述吸收劑包括以下重量百分數(shù)的組分N-乙基乙醇胺(也稱為2-乙基氨基乙醇、乙基羥乙胺、2-乙胺乙醇，簡寫為EMEA):10wt%~50wt%；環(huán)丁砜(簡寫為TMS):10wt%40wt%；水余量。上述組分為本發(fā)明所述吸收劑的必要成分，N-乙基乙醇胺對低壓二氧化碳的溶解度大，解吸效果好，同時吸收反應的反應熱較低，對捕集分離二氧化碳來說能耗較低；而環(huán)丁砜具有提高解吸效果和降低水的揮發(fā)量的作用，可進一步降低解吸能耗；另外，所述吸收劑還可以包括單乙醇胺、甲基乙醇胺、哌嗪、除環(huán)丁砜以外的物理溶劑、無機鹽或助劑中的一種或多種，其重量百分比為2wt%30wt%；特別優(yōu)選的是，所述吸收劑中，單乙醇胺、甲基乙醇胺、哌嗪、無機鹽和助劑的的重量百分數(shù)之和不超過IOwt%。其中，所述其他物理溶劑(除環(huán)丁砜以外)為二甲亞砜、N-甲基吡咯烷酮中的一種或兩種；優(yōu)選的其重量百分數(shù)不超過20wt%。所述無機鹽為K2C03、Na2CO3或它們的混合物。所述助劑為腐蝕抑制劑、抗氧化劑和消泡劑中的一種或多種。所述腐蝕抑制劑、抗氧化劑和消泡劑可選擇水處理領域常用的藥劑，如腐蝕抑制劑可選擇五氧化二礬等；抗氧化劑可選擇亞硫酸鈉等；消泡劑可選擇有機硅烷等；將上述成分直接混合，就可以得到本發(fā)明所述的吸收劑。本發(fā)明還提供上述吸收劑的使用方法。本發(fā)明所述吸收劑可用于捕集或分離各種氣體混合物，包括煙道氣、煉廠氣、天然氣、合成氣、變換氣和制氫氣等等中的CO2，可將使用所述吸收劑的吸收塔設置于常規(guī)的吸收、閃蒸、換熱、解吸的脫碳工藝，或是從解吸塔中段采出半貧液經(jīng)換熱后進入吸收塔中段的工藝，或是多段吸收多段解吸的工藝，或是用于同時吸收分離二氧化硫、硫化氫以及羰基硫和甲硫醇等有機硫的工藝。實驗證明，利用本發(fā)明所述吸收劑捕集或分離CO2的工藝條件為吸收溶劑進吸收塔的溫度為3080°C；再生塔底貧液的溫度為80150°C；再生塔底的壓力為50500kPao本發(fā)明的吸收劑中使用N-乙基乙醇胺作為有效成分，由于N-乙基乙醇胺對低壓二氧化碳的溶解度大，解吸效果好，同時吸收反應的反應熱較低，對捕集分離二氧化碳來說能耗較低；同時N-乙基乙醇胺是一種仲胺，碳鏈是直鏈，分子的穩(wěn)定性較乙醇胺好，可大幅度減少在使用過程中溶劑的降解損耗；而且環(huán)丁砜的加入可以提高二氧化碳的解吸效果，降低水的揮發(fā)量，從而進一步降低解吸能耗。具體實施例方式以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。實施例1取三份N-乙基乙醇胺(EMEA)含量為IOwt%、環(huán)丁砜(TMS)含量為IOwt%的水溶液(即80%的水)，將溫度為40°C，氣相CO2分壓力為10kPa、45kPa、IOOkPa的含有CO2和N2的混合氣體分別輸入三份所述溶劑，氣液兩相達到平衡后，吸收溶劑中CO2和N-乙基乙醇胺的摩爾比以及吸收溶劑中CO2的溶解度參見表1。表140°C、10wt%N-乙基乙醇胺+IOwt%環(huán)丁砜的水溶液的實驗結(jié)果^^^氣相CO2分壓(kPa)溶液中CCVEMEA摩爾比溶液中CO2的溶解度(g/L)實驗1100.8040實驗2450.9446實驗31000.9949實施例2取三份N-乙基乙醇胺含量為IOwt%、環(huán)丁砜含量為IOwt%的水溶液(即80%的水)，將溫度為120°C，氣相CO2分壓力為20kPa、60kPa、IOOkPa的含有CO2和N2的混合氣體分別輸入三份所述溶劑，氣液兩相達到平衡后，吸收溶劑中CO2和N-乙基乙醇胺的摩爾比以及吸收溶劑中CO2的溶解度參見表2。表2120°CU0wt%N-乙基乙醇胺+IOwt%環(huán)丁砜的水溶液的實驗結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>實施例3取三份N-乙基乙醇胺含量為22襯％和環(huán)丁砜含量為30襯％的水溶液(即48%的水)，將溫度為40°C，氣相CO2分壓力為8.6kPa、18kPa、63kPa的含有CO2和N2的混合氣體分別輸入三份所述溶劑，氣液兩相達到平衡后，吸收溶劑中CO2和N-乙基乙醇胺的摩爾比以及吸收溶劑中CO2的溶解度參見表3。表340°C>22wt%N-乙基乙醇胺+30wt%環(huán)丁砜的水溶液的實驗結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>實施例4取三份N-乙基乙醇胺含量為22襯％和環(huán)丁砜含量為30襯％的水溶液(即48%的水)，將溫度為120°C，氣相CO2分壓力為22kPa、58kPa、106kPa的含有CO2和N2的混合氣體分別輸入三份所述溶劑，氣液兩相達到平衡后，吸收溶劑中CO2和N-乙基乙醇胺的摩爾比以及吸收溶劑中CO2的溶解度參見表4。表4120°C>22wt%N-乙基乙醇胺+30wt%環(huán)丁砜的水溶液的實驗結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>實施例5取三份N-乙基乙醇胺為50襯％和環(huán)丁砜含量為40襯％的水溶液(即10%的水)，將溫度為40°C，氣相CO2分壓力為9kPa、40kPa、IOOkPa的含有CO2和N2的混合氣體分別輸入三份所述溶劑，氣液兩相達到平衡后，吸收溶劑中CO2和N-乙基乙醇胺的摩爾比以及吸收溶劑中CO2的溶解度參見表5。表540°C>50wt%N-乙基乙醇胺+40wt%環(huán)丁砜的水溶液的實驗結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>實施例6取三份N-乙基乙醇胺為50襯％和環(huán)丁砜含量為40襯％的水溶液(即10%的水)，將溫度為120°C，氣相CO2分壓力為25kPa、50kPa、1054kPa的含有CO2和N2的混合氣體分別輸入三份所述溶劑，氣液兩相達到平衡后，吸收溶劑中CO2和N-乙基乙醇胺的摩爾比以及吸收溶劑中CO2的溶解度參見表6。表6120°C>50wt%N-乙基乙醇胺+40wt%環(huán)丁砜的水溶液的實驗結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>從實施例1和實施例2可以看出，在40°C下CO2分壓為45kPa時進行吸收，在120°C下CO2分壓為60kPa時進行解吸，1升IOwt%EEA+1Owt%TMS的水溶液可以吸收分離CO2的量為46-18=28克；從實施例3和實施例4可以看出，在40°C下CO2分壓為18kPa時進行吸收，在120°C下CO2分壓為58kPa時進行解吸，1升22wt%EEA+30wt%TMS的水溶液可以吸收分離CO2的量為80-17=53克；從實施例5和實施例6可以看出，在40°C下CO2分壓為40kPa時進行吸收，在120°C下CO2分壓為50kPa時進行解吸，1升50%EEA+40wt%TMS的水溶液可以吸收分離CO2的量為123-16=107克。實施例7取重量比為510.5的N-乙基乙醇胺、環(huán)丁砜和單乙醇胺直接混合，制備成吸收劑原料。用于捕集煉廠氣中的CO2，應用時，將吸收劑原料按N-乙基乙醇胺、環(huán)丁砜和單乙醇胺的重量分別為50wt%、IOwt%,5wt%,在重量百分數(shù)為35wt%的水中溶解，得到吸收劑。在40°C下CO2分壓為IOkPa時進行吸收，在120°C下CO2分壓為50kPa時進行解吸，1升吸收劑可以捕集分離CO2的量為110-25=85克。實施例8取重量比為14的N-乙基乙醇胺、環(huán)丁砜直接混合，按N-乙基乙醇胺、環(huán)丁砜的重量百分數(shù)分別為10wt%、40wt%，加入重量百分數(shù)分別為10wt%、40wt%的二甲亞砜和水中制備成吸收劑。用于捕集變換氣中的CO2,在40°C下CO2分壓為450kPa時進行吸收，在120°C下CO2分壓為50kPa時進行解吸，1升吸收劑可以捕集分離CO2的量為50-10=40克。實施例9取重量比為12的N-乙基乙醇胺、環(huán)丁砜，按N-乙基乙醇胺的重量百分數(shù)為10%，加入2襯％的Na2CO3,分別為3襯％、3襯％的甲基乙醇胺和哌嗪直接混合(即N-乙基乙醇胺、環(huán)丁砜、Na2CO3、甲基乙醇胺和哌嗪的重量比為1020233)，制備成吸收劑原料。應用時，將吸收劑原料按N-乙基乙醇胺的重量百分數(shù)為10wt%，與重量百分數(shù)分別為48wt%U2%的水和N-甲基吡咯烷酮混合，然后再混入2%的腐蝕抑制劑和消泡劑，攪拌均勻，得到吸收劑水劑。用于捕集制氫氣中的CO2,在40°C下CO2分壓為450kPa時進行吸收，在120°C下CO2分壓為50kPa時進行解吸，1升吸收劑可以捕集分離CO2的量為85-15=70克。實施例10取重量比為2.51的N-乙基乙醇胺、環(huán)丁砜直接混合，制備成吸收劑原料。應用時，將溶劑原料按N-乙基乙醇胺、環(huán)丁砜的重量百分數(shù)分別為25%、10%，力口入單乙醇胺、哌嗪、K2C03、Na2C03的重量百分數(shù)分別為2襯％，3襯％，2襯％和2wt%，在重量百分數(shù)為55襯％的水中溶解，最后加入重量百分數(shù)為1襯％的防腐劑，得到吸收劑水劑。用于捕集煙道氣中的CO2，在40°C下CO2分壓為IOkPa時進行吸收，在120°C下CO2分壓為50kPa時進行解吸，1升吸收劑可以捕集分離CO2的量為90-20=70克。權(quán)利要求一種從氣體混合物中捕集或分離二氧化碳的吸收劑，包括以下重量百分數(shù)的組分N-乙基乙醇胺10wt％～50wt％；環(huán)丁砜10wt％～40wt％；水余量。2.如權(quán)利要求1所述的吸收劑，其特征在于，所述吸收劑還包括單乙醇胺、甲基乙醇胺、哌嗪、除環(huán)丁砜以外的其它物理溶劑、無機鹽和助劑中的一種或多種，其重量百分比為3wt%30wt%。3.如權(quán)利要求2所述的吸收劑，其特征在于，所述吸收劑中，單乙醇胺、甲基乙醇胺、哌嗪、無機鹽和助劑的重量百分數(shù)之和不超過10wt%。4.如權(quán)利要求2所述的吸收劑，其特征在于，所述其他物理溶劑為二甲亞砜、N-甲基吡咯烷酮中的一種或兩種。5.如權(quán)利要求4所述的吸收劑，其特征在于，所述二甲亞砜和/或N-甲基吡咯烷酮的重量百分數(shù)不超過20wt%。6.如權(quán)利要求2或3所述的吸收劑，其特征在于，所述無機鹽為K2C03、Na2C03中的一種或兩種。7.如權(quán)利要求2或3所述的吸收劑，其特征在于，所述助劑為腐蝕抑制劑、抗氧化劑和消泡劑中的一種或多種。8.如權(quán)利要求1-7任一所述的吸收劑的應用，其特征在于，所述吸收劑可用于捕集或分離各種氣體混合物，包括煙道氣、煉廠氣、天然氣、合成氣、變換氣或制氫氣中的C02。9.如權(quán)利要求8所述的應用，其特征在于，將使用所述吸收劑的吸收塔設置于常規(guī)的吸收、閃蒸、換熱、解吸的脫碳工藝，或是從解吸塔中段采出半貧液經(jīng)換熱后進入吸收塔中段的工藝，或是多段吸收多段解吸的工藝，或是用于同時吸收分離二氧化硫、硫化氫以及羰基硫和甲硫醇等有機硫的工藝，用于捕集或分離氣體混合物中的C02。10.如權(quán)利要求9所述的應用，其特征在于，所述吸收劑捕集或分離CO2的工藝條件為吸收溶劑進吸收塔的溫度為3080°C;再生塔底貧液的溫度為80150°C;再生塔底的壓力為50500kPa。全文摘要本發(fā)明涉及一種從氣體混合物中捕集或分離二氧化碳的吸收劑，主要包括以下重量百分數(shù)的組分N-乙基乙醇胺10wt％～50wt％；環(huán)丁砜10wt％～40wt％；水余量。本發(fā)明所述吸收劑使用N-乙基乙醇胺作為有效成分，由于N-乙基乙醇胺對低壓二氧化碳的溶解度大，解吸效果好，同時吸收反應的反應熱較低，對捕集分離二氧化碳來說能耗較低；同時環(huán)丁砜具有提高解吸效果和降低水的揮發(fā)量的作用，可進一步降低解吸能耗。本發(fā)明所述的吸收劑可用于捕集或分離各種氣體混合物，包括煙道氣、煉廠氣、天然氣、合成氣、變換氣和制氫氣等等中的CO2。文檔編號B01D53/14GK101804287SQ20101015294公開日2010年8月18日申請日期2010年4月21日優(yōu)先權(quán)日2010年2月10日發(fā)明者費維揚,郭東方,陳健,駱廣生申請人:清華大學