CN101480556A - 从气体混合物或液化气中捕集或分离二氧化碳的吸收溶剂 - Google Patents

从气体混合物或液化气中捕集或分离二氧化碳的吸收溶剂 Download PDF

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董立户
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Abstract

本发明属于化工材料领域，具体涉及一种从气体混合物或液化气中捕集或分离二氧化碳的吸收溶剂。所述溶剂包括含量范围为15～60wt％的1－二甲基氨基－2－丙醇(简写为DMA2P)，以及总含量范围为40～85wt％的其他组分；其他组分包括：单乙醇胺、正丙醇胺、羟乙基哌嗪、2－甲基哌嗪、水、物理溶剂、无机盐或助剂中的一种或多种。1－二甲基氨基－2－丙醇对二氧化碳的溶解度大，解吸效果好，同时吸收反应的反应热较低，对捕集分离二氧化碳来说能耗较低。同时1－二甲基氨基－2－丙醇是一种叔胺，分子的稳定性较好，可减少在使用过程中溶剂的降解损耗。

Description

从气体混合物或液化气中捕集或分离二氧化碳的吸收溶剂
技术领域
本发明属于化工材料领域，具体涉及一种从气体混合物或液化气中捕集或分离二氧化碳的吸收溶剂。
背景技术
CO2等温室气体的排放是造成气候变化的一个主要因素，如何从富含CO2的气体混合物或液化气中，捕集或分离CO2就显得极为重要。这些气体混合物包括烟道气、炼厂气、天然气、液化气、合成气、变换气和制氢气等等。气体混合物中含有5％～80％的CO2，其它主要气体组成包括N2、O2、CO、H2、CH4、C2H6、SO2、H2S以及有机硫CH3S、COS等；气体的压力变化范围大(50～9000kPa)，适合采用化学吸收或化学物理复合吸收法捕集分离CO2组分。
目前国内外工业上较为成熟的化学吸收法捕集分离CO2的工艺有单乙醇胺法(MEA)、二乙醇胺法(DEA)、二异丙醇胺法(DIPA)和甲基二乙醇胺法(MDEA)。为了提高吸收溶液对CO2的吸收速度，所以针对二异丙醇胺(DIPA)、甲基二乙醇胺(MDEA)等吸收速度较慢的溶剂，加入吸收速度较快的溶剂如单乙醇胺(MEA)和哌嗪(PZ)等，形成一些改良型的吸收分离方法。上述溶剂都是以乙醇胺为基础的，其中氨基和羟基之间的碳原子数为2个(包括DIPA)。为了进一步降低能耗，2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP)位阻胺法，由于其对CO2溶解度高、解吸效果较好，吸收解吸的循环负荷较高，得到了一些应用。其氨基和羟基之间的碳原子数也是2个，也是乙醇胺的衍生物。但由于这些位阻胺的特殊结构，导致在使用过程中的降解比较多，使用成本仍较高。
发明内容
本发明针对现有的捕集或分离二氧化碳吸收溶剂的缺点，提供了一种新的从气体混合物或液化气中捕集或分离二氧化碳的吸收溶剂，其特征在于，所述溶剂包括含量范围为15～60wt％的1-二甲基氨基-2-丙醇，以及总含量范围为40～85wt％的其他组分。
所述其他组分包括：单乙醇胺、正丙醇胺、羟乙基哌嗪、2-甲基哌嗪、水、物理溶剂、无机盐或助剂中的一种或多种。
所述物理溶剂的主要组成为环丁砜、二甲亚砜、N-甲基吡咯烷酮、甲醇、乙醇中的一种或多种。
所述无机盐的主要组成为K2CO3、Na2CO3或它们的混合物。
所述助剂的主要组成为腐蚀抑制剂、消泡剂、阻垢剂中的一种或多种。
所述吸收溶剂用于捕集或分离CO2的工艺包括：常规的吸收、闪蒸、换热、解吸的脱碳工艺，或是从解吸塔中段采出半贫液经换热后进入吸收塔中段的工艺，或是多段吸收多段解吸的工艺，或是用于同时吸收分离二氧化硫、硫化氢以及羰基硫和甲硫醇等有机硫的工艺。
所述吸收溶剂用于捕集或分离CO2的工艺条件包括：吸收溶剂进吸收塔的温度为10～80℃；再生塔底贫液的温度为80～150℃；再生塔底的压力为50～500kPa。
本发明的有益效果为：N，N-二甲基氨基-1-丙醇对二氧化碳的溶解度大，解吸效果好，同时吸收反应的反应热较低，对捕集分离二氧化碳来说能耗较低。同时N，N-二甲基氨基-1-丙醇是一种叔胺，分子的稳定性较好，可减少在使用过程中溶剂的降解损耗。
具体实施方式
本发明提供了一种从气体混合物或液化气中捕集或分离二氧化碳的吸收溶剂，下面通过具体实施方式对本发明做进一步说明。
实施例1
取三份1-二甲基氨基-2-丙醇水溶液，其中，1-二甲基氨基-2-丙醇的含量为15wt％，其余为由单乙醇胺、二甲亚砜、K2CO3、腐蚀抑制剂和水组成的溶剂。将温度为40℃，气相CO2分压力为9kPa、45kPa、120kPa的含有CO2和N2的混合气体分别输入三份所述溶剂，气液两相达到平衡后，吸收溶剂中CO2和1-二甲基氨基-2-丙醇(DMA2P)的摩尔比以及吸收溶剂中CO2的溶解度参见表1。
表1  40℃、15wt％的1-二甲基氨基-2-丙醇水溶液实验结果
Figure A200910076606D00061
实施例2
取三份1-二甲基氨基-2-丙醇水溶液，其中，1-二甲基氨基-2-丙醇的含量为15wt％，其余为由单乙醇胺、二甲亚砜、K2CO3、腐蚀抑制剂和水组成的溶剂。将温度为120℃，气相CO2分压力为21kPa、70kPa、135kPa的含有CO2和N2的混合气体分别输入三份所述溶剂，气液两相达到平衡后，吸收溶剂中CO2和1-二甲基氨基-2-丙醇(DMA2P)的摩尔比以及吸收溶剂中CO2的溶解度参见表2。
表2  120℃、15wt％的1-二甲基氨基-2-丙醇水溶液实验结果
Figure A200910076606D00062
实施例3
取三份1-二甲基氨基-2-丙醇水溶液，其中，1-二甲基氨基-2-丙醇的含量为25wt％，其余为由正丙醇胺、环丁砜、Na2CO3、腐蚀抑制剂和水组成的溶剂。将温度为40℃，气相CO2分压力为6kPa、22kPa、84kPa的含有CO2和N2的混合气体分别输入三份所述溶剂，气液两相达到平衡后，吸收溶剂中CO2和1-二甲基氨基-2-丙醇(DMA2P)的摩尔比以及吸收溶剂中CO2的溶解度参见表3。
表3　　40℃、25wt％的1-二甲基氨基-2-丙醇水溶液实验结果
Figure A200910076606D00071
实施例4
取三份1-二甲基氨基-2-丙醇水溶液，其中，1-二甲基氨基-2-丙醇的含量为25wt％，其余为由正丙醇胺、环丁砜、Na2CO3、腐蚀抑制剂和水组成的溶剂。将温度为120℃，气相CO2分压力为49kPa、97kPa、163kPa的含有CO2和N2的混合气体分别输入三份所述溶剂，气液两相达到平衡后，吸收溶剂中CO2和1-二甲基氨基-2-丙醇(DMA2P)的摩尔比以及吸收溶剂中CO2的溶解度参见表4。
表4  120℃、25wt％的1-二甲基氨基-2-丙醇水溶液实验结果
Figure A200910076606D00072
实施例5
取三份1-二甲基氨基-2-丙醇水溶液，其中，1-二甲基氨基-2-丙醇的含量为60wt％，其余为由羟乙基哌嗪、环丁砜、Na2CO3、阻垢剂和水组成的溶剂。将温度为40℃，气相CO2分压力为6kPa、36kPa、134kPa的含有CO2和N2的混合气体分别输入三份所述溶剂，气液两相达到平衡后，吸收溶剂中CO2和1-二甲基氨基-2-丙醇(DMA2P)的摩尔比以及吸收溶剂中CO2的溶解度参见表5。
表5  40℃、60wt％的1-二甲基氨基-2-丙醇水溶液实验结果
实施例6
取三份1-二甲基氨基-2-丙醇水溶液，其中，1-二甲基氨基-2-丙醇的含量为60wt％，其余为由羟乙基哌嗪、环丁砜、Na2CO3、阻垢剂和水组成的溶剂。将温度为120℃，气相CO2分压力为37kPa、60kPa、140kPa的含有CO2和N2的混合气体分别输入三份所述溶剂，气液两相达到平衡后，吸收溶剂中CO2和1-二甲基氨基-2-丙醇(DMA2P)的摩尔比以及吸收溶剂中CO2的溶解度参见表6。
表6  120℃、60wt％的1-二甲基氨基-2-丙醇水溶液实验结果
Figure A200910076606D00082
从实施例1和实施例2可以看出，在40℃下CO2分压为45kPa时进行吸收，在120℃下CO2分压为70kPa时进行解吸，1升5％DMA2P的水溶液可以吸收分离CO2的量为55-13＝42克；
从实施例3和实施例4可以看出，在40℃下CO2分压为22kPa时进行吸收，在120℃下CO2分压为97kPa时进行解吸，1升25％DMA2P的水溶液可以吸收分离CO2的量为80-21＝59克；
从实施例5和实施例6可以看出，在40℃下CO2分压为36kPa时进行吸收，在120℃下CO2分压为60kPa时进行解吸，1升60％DMA2P的水溶液可以吸收分离CO2的量为192-28＝164克。

Claims (7)

1.从气体混合物或液化气中捕集或分离二氧化碳的吸收溶剂，其特征在于，所述溶剂包括含量范围为15～60wt％的1-二甲基氨基-2-丙醇，以及总含量范围为40～85wt％的其他组分。
2.根据权利要求1所述的从气体混合物或液化气中捕集或分离二氧化碳的吸收溶剂，其特征在于，所述其他组分包括：单乙醇胺、正丙醇胺、羟乙基哌嗪、2-甲基哌嗪、水、物理溶剂、无机盐或助剂中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的从气体混合物或液化气中捕集或分离二氧化碳的吸收溶剂，其特征在于，所述物理溶剂包括：环丁砜、二甲亚砜、N-甲基吡咯烷酮、甲醇、乙醇中的一种或多种。
4.根据权利要求2所述的从气体混合物或液化气中捕集或分离二氧化碳的吸收溶剂，其特征在于，所述无机盐包括：K2CO3、Na2CO3或它们的混合物。
5.根据权利要求2所述的从气体混合物或液化气中捕集或分离二氧化碳的吸收溶剂，其特征在于，所述助剂包括：腐蚀抑制剂、消泡剂、阻垢剂中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的从气体混合物或液化气中捕集或分离二氧化碳的吸收溶剂，其特征在于，所述吸收溶剂用于捕集或分离CO2的工艺包括：常规的吸收、闪蒸、换热、解吸的脱碳工艺，或是从解吸塔中段采出半贫液经换热后进入吸收塔中段的工艺，或是多段吸收多段解吸的工艺，或是用于同时吸收分离二氧化硫、硫化氢以及羰基硫和甲硫醇等有机硫的工艺。
7.根据权利要求6所述的从气体混合物或液化气中捕集或分离二氧化碳的吸收溶剂，其特征在于，所述吸收溶剂用于捕集或分离CO2的工艺条件包括：吸收溶剂进吸收塔的温度为10～80℃；再生塔底贫液的温度为80～150℃；再生塔底的压力为50～500kPa。
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