一種用于捕集低濃度二氧化碳的捕集溶劑的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于氣體中二氧化碳捕集【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種捕集低濃度二氧化碳?xì)庠粗械亩趸嫉奈談┘胺椒?。捕集溶劑由同時(shí)含有氨基和醚氧基的化合物及水組成，同時(shí)含有氨基和醚氧基的化合物結(jié)構(gòu)式為NH2-R1-(CH2-O-CH2)x-R2，其中，R1和R2各自獨(dú)立的選自烷基、或含有羥基取代的烷基、或含有氨基取代的烷基、或同時(shí)含有氨基和羥基取代的烷基，x=1~6。在溫度為10℃~80℃，本發(fā)明吸收劑可用于捕集電廠燃煤鍋爐排放氣、水泥及石灰窯氣、高爐氣、煉廠FCC裝置催化劑再生排放氣等各種低濃度二氧化碳排放源排放的二氧化碳。本發(fā)明吸收劑具有吸收容量大、吸收速率快、再生速率、穩(wěn)定性高等優(yōu)勢(shì)，因此在大規(guī)模二氧化碳捕集領(lǐng)域具有很好的前景。
【專利說(shuō)明】一種用于捕集低濃度二氧化碳的捕集溶劑

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于氣體中二氧化碳捕集【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種捕集低濃度二氧化碳?xì)庠粗械亩趸嫉奈談┘胺椒ā?br>
【背景技術(shù)】
[0002]0)2的大量排放導(dǎo)致全球氣候變暖、加劇了溫室效應(yīng)，極端天氣頻發(fā)世界各國(guó)越來(lái)越重視二氧化碳的排放控制。隨著《京都議定書》的簽訂和哥本哈根全球氣候峰會(huì)的召開，世界各國(guó)更加重視二氧化碳減排技術(shù)的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化，二氧化碳的捕集已成為全球關(guān)注的“熱點(diǎn)”問(wèn)題。
[0003]二氧化碳的捕集技術(shù)包括溶劑吸收法、吸附法、低溫分離法、膜分離法等。物理溶劑如聚乙二醇二甲醚對(duì)二氧化碳的再生能耗低，但對(duì)二氧化碳的吸收力差，無(wú)法滿足煙氣等0)2分壓較低工況下的捕集要求。由于煙氣中二氧化碳的分壓低，目前，適合于煙氣二氧化碳捕集的方法主要為化學(xué)吸收法?；瘜W(xué)吸收法是利用二氧化碳為酸性氣體的性質(zhì)，以弱堿性物質(zhì)進(jìn)行吸收，然后加熱使其解吸，從而達(dá)到脫除co2的目的。典型的化學(xué)吸收劑為有機(jī)胺溶液。有機(jī)胺法主要包括一乙醇胺(MEA)法、N-甲基二乙醇胺(MDEA)法、空間位阻胺法、混合胺法等，其主要優(yōu)點(diǎn)是吸收速度快、凈化度高，二氧化碳回收率高，吸收壓力對(duì)吸收能力的影響不大，因此適合于煙氣、石灰窯排放氣等低分壓二氧化碳的捕集。
[0004]美國(guó)專利US20080159937A1公開了一種用含有乙烯胺促進(jìn)劑的叔醇胺溶液作為二氧化碳吸收液，從混合氣體中分離二氧化碳的方法。US20090320682A1公開了含叔氨基的氨基酸鹽水溶液為主吸收劑，伯胺如4-氨基丁醇等為活化劑的新型燃燒廢氣C02捕集溶齊IJ。專利200810113147.3采用正丙醇胺溶液作為二氧化碳的吸收劑。由于正丙醇胺的氨基與羥基之間的原子數(shù)為3，在正丙醇胺及其質(zhì)子化的分子結(jié)構(gòu)中，N原子與0原子上的Η原子，或0原子與Ν原子上的Η原子形成氫鍵，可以形成由六個(gè)原子組成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，Ν原子和兩個(gè)支鏈連接，其中一個(gè)借助于氫鍵的連接，這樣的分子結(jié)構(gòu)與仲胺類似，可減少氨基碳酸鹽的形成，繼而提高二氧化碳的溶解度和解吸度。同時(shí)由于六元環(huán)狀分子結(jié)構(gòu)的形成，提高了分子的穩(wěn)定性，可減少溶劑在使用過(guò)程中的降解損耗。
[0005]但以上技術(shù)仍然存在捕集溶劑再生能耗大、溶劑在循環(huán)過(guò)程中對(duì)二氧化碳吸收效率不聞等關(guān)鍵問(wèn)題亟待解決。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提出一種用于捕集氣體混合物中尤其是煙氣中二氧化碳的新型吸收劑和方法。
[0007]本發(fā)明所述高效捕集溶劑由同時(shí)含有氨基和醚氧基的化合物及水組成。
[0008]氨基與二氧化碳化學(xué)結(jié)合可以加快捕集二氧化碳的速率，醚氧基與二氧化碳之間的物理相互作用極大的促進(jìn)了二氧化碳再生性能，降低再生能耗。這兩種基團(tuán)的結(jié)合，可以使本捕集溶劑的吸收性能及再生能力與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有顯著的提高。
[0009]一般地，所述的捕集溶劑由同時(shí)含有氨基和醚氧基的化合物及水組成，含有氨基和醚氧基的化合物的質(zhì)量濃度為15?90wt%，水的質(zhì)量濃度為l(T85wt%。
[0010]含有氨基和醚氧基的化合物結(jié)構(gòu)式為 nh2-r「(ch2-o-ch2) x-r2
其中，Ri和R2各自獨(dú)立的選自燒基、或含有輕基取代的燒基、或含有氣基取代的燒基、或同時(shí)含有氨基和羥基取代的烷基，χ=Γ60
[0011]所述氨基取代基為伯胺、仲胺或叔胺基團(tuán)。
[0012]所述烷基取代基可以為直鏈，也可以為支鏈。
[0013]所述的捕集溶劑以單獨(dú)使用，也可以與其他溶劑復(fù)配使用。
[0014]在溫度為10°C?80°C，本發(fā)明吸收劑可用于捕集電廠燃煤鍋爐排放氣、水泥及石灰窯氣、高爐氣、煉廠FCC裝置催化劑再生排放氣等各種低濃度二氧化碳排放源排放的二氧化碳。
[0015]使氣流中的二氧化碳通過(guò)與本發(fā)明的含有氨基和醚氧基的吸收劑接觸而被除去，本領(lǐng)域任何公知的設(shè)備都可以用于吸收、再生和其它的步驟。
[0016]本發(fā)明吸收劑具有吸收容量大、吸收速率快、再生速率、穩(wěn)定性高等優(yōu)勢(shì)，因此在大規(guī)模二氧化碳捕集領(lǐng)域具有很好的前景。

【具體實(shí)施方式】
[0017]本發(fā)明用以下實(shí)例說(shuō)明，但本發(fā)明并不限于下述實(shí)施例。在不脫離前后所述宗旨的范圍下，變化實(shí)施都包含在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。
[0018]實(shí)施例1
將37.0g H2N-CH2-(CH2-0-CH2)2_CH2NH2以去離子水定容至100mL。量取吸收劑10mL至于一吸收瓶中，吸收瓶至于40°C恒溫水浴中，以10mL/min的速度向吸收瓶中通入C02氣體，每隔一段時(shí)間稱量吸收瓶重量，吸收瓶重量不再變化可視為吸收達(dá)到平衡。最終所吸收的C02為1.46g。將吸收后的體系于100°C下再生60min，再生率為67.07%。
[0019]實(shí)施例2
將 67.0g H2N-CH0H- (CH2-0-CH2) 4-CH0HNH2,以去離子水定容至 100mL。量取吸收劑 10mL至于一吸收瓶中，吸收瓶至于30°C恒溫水浴中，以10mL/min的速度向吸收瓶中通入C02氣體，每隔一段時(shí)間稱量吸收瓶重量，吸收瓶重量不再變化可視為吸收達(dá)到平衡。最終所吸收的C02為1.52g。將吸收后的體系于100°C下再生，再生率為71.43%。
[0020]實(shí)施例3
將 55.0g H2N-CH(CH3)-(CH2-0-CH2)3_CH(CH3)NH2，將體系采用去離子水定容至 100 mL。量取吸收劑10mL至于一吸收瓶中，吸收瓶至于30°C恒溫水浴中，以10mL/min的速度向吸收瓶中通入C02氣體，每隔一段時(shí)間稱量吸收瓶重量，吸收瓶重量不再變化可視為吸收達(dá)到平衡。最終所吸收的C02為1.89g。將吸收后的體系于100°C下再生，再生率為82.10%。
[0021]實(shí)施例4
將15.0g H2N-CH2- (CH2-0-CH2) 2-CH2NH2以去離子水定容至100mL。量取吸收劑10mL至于一吸收瓶中，吸收瓶至于40°C恒溫水浴中，以10mL/min的速度向吸收瓶中通入C02氣體，每隔一段時(shí)間稱量吸收瓶重量，吸收瓶重量不再變化可視為吸收達(dá)到平衡。最終所吸收的C02為0.72g。將吸收后的體系于100°C下再生60min，再生率為69.07%。
[0022]實(shí)施例5
將 89.0g H2N-CH0H- (CH2-0-CH2) 6-CH0HNH2,以去離子水定容至 100mL。量取吸收劑 10mL至于一吸收瓶中，吸收瓶至于30°C恒溫水浴中，以10mL/min的速度向吸收瓶中通入C02氣體，每隔一段時(shí)間稱量吸收瓶重量，吸收瓶重量不再變化可視為吸收達(dá)到平衡。最終所吸收的C02為1.47g。將吸收后的體系于100°C下再生，再生率為66.11%。
[0023]實(shí)施例6
將 51.3g CH3-HN-CH (CH3) - (CH2-0-CH2) 3-CH (CH3) -NH_CH3，將體系采用去離子水定容至100 mL。量取吸收劑10mL至于一吸收瓶中，吸收瓶至于30°C恒溫水浴中，以10mL/min的速度向吸收瓶中通入C02氣體，每隔一段時(shí)間稱量吸收瓶重量，吸收瓶重量不再變化可視為吸收達(dá)到平衡。最終所吸收的0)2為1.74g。將吸收后的體系于100°C下再生，再生率為75.03%。
[0024]實(shí)施例7
將51.0g (CH3)2-N-CH2-(CH2-0-CH2)2-CH2N-(CH3)2，將體系采用去離子水定容至 100 mL。量取吸收劑10mL至于一吸收瓶中，吸收瓶至于30°C恒溫水浴中，以10mL/min的速度向吸收瓶中通入C02氣體，每隔一段時(shí)間稱量吸收瓶重量，吸收瓶重量不再變化可視為吸收達(dá)到平衡。最終所吸收的C02為1.33g。將吸收后的體系于100°C下再生，再生率為84.18%。
[0025]對(duì)比實(shí)施例
將15.3g MEA采用去離子水定容至100 mL。量取吸收劑10mL至于一吸收瓶中，吸收瓶至于30°C恒溫水浴中，以10mL/min的速度向吸收瓶中通入C02氣體，每隔一段時(shí)間稱量吸收瓶重量，吸收瓶重量不再變化可視為吸收達(dá)到平衡。最終所吸收的C02為0.65g。將吸收后的體系于100°C下再生，再生率為64.41%。
[0026]由以上實(shí)施例和對(duì)比實(shí)施例的結(jié)果可見，采用本發(fā)明的新型捕集溶劑，對(duì)二氧化碳的吸收量、吸收速率以及再生率較傳統(tǒng)的MEA法均大幅度提高。
【權(quán)利要求】
1.一種用于捕集低濃度二氧化碳的捕集溶劑，其特征是捕集溶劑由同時(shí)含有氨基和醚氧基的化合物及水組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溶劑，其特征是含有氨基和醚氧基的化合物的質(zhì)量濃度為15?90wt%，水的質(zhì)量濃度為10?85wt%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溶劑，其特征是含有氨基和醚氧基的化合物的結(jié)構(gòu)式為NH2-R1-(CH2-O-CH2) X_R2，其中，R1和R2各自獨(dú)立的選自烷基、或含有羥基取代的烷基、或含有氣基取代的燒基、或同時(shí)含有氣基和輕基取代的燒基，x=l 6。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的溶劑，其特征是所述氨基取代基為伯胺、仲胺或叔胺基團(tuán)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的溶劑，其特征是所述烷基取代基為直鏈。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的溶劑，其特征是所述烷基取代基為支鏈。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的捕集溶劑的應(yīng)用方法，其特征在于捕集二氧化碳的溫度為 10°C ?80°C。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的捕集溶劑的應(yīng)用方法，其特征是捕集排放源中低濃度的CO2，包括電廠燃煤鍋爐排放氣、水泥及石灰窯氣、高爐氣、煉廠FCC裝置催化劑再生排放氣。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的捕集溶劑的應(yīng)用方法，其特征是捕集溶劑通過(guò)與氣流接觸而除去其中的CO2。
【文檔編號(hào)】B01D53/62GK104415653SQ201310396871
【公開日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2013年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月4日
【發(fā)明者】毛松柏, 江洋洋, 鄭園園, 陳曦, 黃鐘斌, 汪東 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工股份有限公司, 南化集團(tuán)研究院