CN101804286B - 一种捕集或分离二氧化碳的混合吸收剂 - Google Patents

一种捕集或分离二氧化碳的混合吸收剂 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种从气体混合物中捕集或分离二氧化碳的混合吸收剂,其主要包括以下重量百分数的组分:3-二甲基氨基-1-丙醇:10wt%~50wt%;伯胺和/或仲胺:5wt%~10wt%;水:余量。本发明所述的吸收剂对低压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;由于3-二甲基氨基-1-丙醇是一种叔胺,沸点高,分子的稳定性比伯胺和仲胺好,可大幅度减少在使用过程中溶剂的降解损耗,且捕集效果好,可用于捕集或分离各种气体混合物如烟道气、炼厂气、天然气、合成气、变换气和制氢气等中的二氧化碳。

Description

一种捕集或分离二氧化碳的混合吸收剂
技术领域
[0001] 本发明涉及化工材料和气体分离技术领域,具体涉及一种从气体混合物中捕集或分离二氧化碳(CO2)的混合吸收剂。
背景技术
[0002] 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(X)2的气体混合物中,捕集或分离(X)2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、合成气、变换气和制氢气等等。这些气体混合物中一般含有5%〜50%的CO2,其它主要气体组成包括N2、02、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(X)2组分。
[0003] 目前国内外工业上较为成熟的化学吸收法捕集分离(X)2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。
[0004] 为了进一步降低能耗,由于其对(X)2溶解度高、解吸效果较好,吸收解吸的循环负荷较高,2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP)位阻胺法也得到了一些应用。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。
[0005] 因此,有必要提出一种吸收效果优良的捕集或分离二氧化碳的吸收剂。
发明内容
[0006] 本发明的目的是提供一种从气体混合物中捕集或分离二氧化碳的混合吸收剂。
[0007] 本发明的另一目的是提供上述吸收剂的使用方法。
[0008] 本发明所述的吸收剂包括以下重量百分数的组分:
[0009] 3-二甲基氨基-1-丙醇(简称为DMAP) :10wt%〜 50wt% ;
[0010] 伯胺和/或仲胺:5wt%〜 IOwt % ;
[0011] 水:余量。
[0012] 其中,所述伯胺为单乙醇胺(MEA)和正丙醇胺中的一种或两种;
[0013] 所述仲胺为甲基乙醇胺、乙基乙醇胺、二乙醇胺和哌嗪(PZ)中的一种或多种。
[0014] 另外,本发明所述吸收剂还可以包括物理溶剂、无机盐、助剂中的一种或多种,其重量百分比为2wt%〜 30wt%。
[0015] 所述物理溶剂为环丁砜、二甲亚砜、N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种。
[0016] 所述无机盐为K2C03、Na2CO3中的一种或两种。
[0017] 所述助剂为腐蚀抑制剂、抗氧化剂和消泡剂中的一种或多种。
[0018] 所述腐蚀抑制剂、抗氧化剂和消泡剂可选择水处理领域常用的药剂,如腐蚀抑制剂可选择五氧化二矾等;抗氧化剂可选择亚硫酸钠等;消泡剂可选择有机硅烷等;[0019] 将上述成分直接混合,就可以得到本发明所述的吸收剂。
[0020] 本发明还提供上述吸收剂的使用方法。
[0021] 本发明所述吸收剂可用于捕集或分离各种气体混合物,包括烟道气、炼厂气、天然气、合成气、变换气和制氢气等等中的CO2,可将使用所述吸收剂水剂的吸收塔设置于常规的吸收、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。
[0022] 实验证明,利用本发明所述吸收剂捕集或分离(X)2的工艺条件为:吸收剂水剂进吸收塔的温度为30〜80°C ;再生塔底贫液的温度为80〜150°C ;再生塔底的压力为50〜 500kPao
[0023] 本发明利用3- 二甲基氨基-1-丙醇以及伯胺和/或仲胺作为有效成分,对低压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。同时由于3- 二甲基氨基-1-丙醇是一种叔胺,分子的稳定性较好,可大幅度减少在使用过程中溶剂的降解损耗。
具体实施方式
[0024] 以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
[0025] 实施例1
[0026] 取三份3- 二甲基氨基-1-丙醇(DMAP)含量为10wt%、伯胺单乙醇胺(MEA)含量为5. 1衬%的水溶液(即84. 9%的水),温度为40°C,将气相CO2分压力为9. 8kPa、46kPa、 90kPa的含有(X)2和队的混合气体分别输入三份所述溶剂,气液两相达到平衡后,吸收剂中 CO2和胺的摩尔比以及吸收剂中(X)2的溶解度参见表1。
[0027] 表1 40°C、10wt% 3-二甲基氨基-1-丙醇+5. 单乙醇胺的水溶液的实验结
[0028]
Figure CN101804286BD00041
[0029] 实施例2
[0030] 取三份3-二甲基氨基-1-丙醇含量为IOwt %、单乙醇胺含量为5. Iwt %的水溶液 (即84. 9%的水),温度为120°C,将气相CO2分压力为25kPa、55kPa、IOOkPa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和胺的摩尔比以及吸收溶剂中(X)2的溶解度参见表2。
[0031] 表2 120°C、10wt% 3-二甲基氨基-1-丙醇+5. 单乙醇胺的水溶液的实验
结果
[0032]
Figure CN101804286BD00051
[0033] 实施例3
[0034] 取三份3-二甲基氨基-1-丙醇含量为50wt%、单乙醇胺含量为9.9wt%的水溶液 (即40. 的水),温度为40°C,将气相CO2分压力为15kPa、30kPa、80kPa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(X)2和胺的摩尔比以及吸收溶剂中(X)2的溶解度参见表3。
[0035] 表3 400C 50wt% 3_ 二甲基氨基丙醇+9. 9wt%单乙醇胺的水溶液的实验结果
[0036]
Figure CN101804286BD00052
[0037] 实施例4
[0038] 取三份3-二甲基氨基-1-丙醇含量为50wt%、单乙醇胺含量为9.9wt%的水溶液 (即84. 9%的水),温度为120°C,将气相CO2分压力为40kPa、71kPa、105kPa的含有CO2禾口 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和胺的摩尔比以及吸收溶剂中(X)2的溶解度参见表4。
[0039] 表4 120°C50wt%3-二甲基氨基-1-丙醇+9.9wt%单乙醇胺的水溶液的实验结果
[0040]
Figure CN101804286BD00053
[0041] 实施例5
[0042] 取三份3-二甲基氨基-1-丙醇(DMAP)含量为IOwt %、仲胺哌嗪(PZ)含量为 5. Iwt%的水溶液(即84. 9%的水),温度为40°C,将气相CO2分压力为8kPa、30kPa、75kPa 的含有(X)2和队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(X)2 和胺的摩尔比以及吸收溶剂中(X)2的溶解度参见表5。[0043] 表5 400C UOwt % 3- 二甲基氨基丙醇+5. Iwt %哌嗪的水溶液的实验结果
[0044]
Figure CN101804286BD00061
[0045] 实施例6
[0046] 取三份3-二甲基氨基-1-丙醇含量为IOwt %、哌嗪含量为5. Iwt %的水溶液(即 84. 9%的水),温度为120°C,将气相CO2分压力为24kPa、40kPa、70kPa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(X)2和胺的摩尔比以及吸收溶剂中(X)2的溶解度参见表6。
[0047] 表6 120°C、IOwt% 3-二甲基氨基-1-丙醇+5. Iwt%哌嗪的水溶液的实验结果
[0048]
Figure CN101804286BD00062
[0049] 实施例7
[0050] 取三份3-二甲基氨基-1-丙醇含量为50wt%、哌嗪含量为9. 9wt%的水溶液(即 40. 的水),温度为40°C,将气相CO2分压力为21kPa、55kPa、IlOkPa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(X)2和胺的摩尔比以及吸收溶剂中ω2的溶解度参见表5。
[0051] 表7 40°C、50wt% 3-二甲基氨基-1-丙醇+9.9wt%哌嗪的水溶液的实验结果
[0052]
Figure CN101804286BD00063
[0053] 实施例8
[0054] 取三份3-二甲基氨基-1-丙醇含量为50wt%、哌嗪含量为9. 9wt%的水溶液(即 40. 的水),温度为120°C,将气相CO2分压力为29kPa、60kPa、90kPa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(X)2和胺的摩尔比以及吸收溶剂中ω2的溶解度参见表6。
[0055] 表8 120°C、50wt% 3-二甲基氨基-1-丙醇+9.9wt%哌嗪的水溶液的实验结果
[0056]
Figure CN101804286BD00071
[0057] 从实施例1和实施例2可以看出,在40°C下(X)2分压为9. 8kPa时进行吸收,在 120°C下CO2分压为55kPa时进行解吸,1升10wt% DMAP+5. Iwt% MEA的水溶液可以吸收分离(X)2的量为50-25 = 25克;
[0058] 从实施例3和实施例4可以看出,在40°C下(X)2分压为30kPa时进行吸收,在120°C 下ω2分压为71kPa时进行解吸,1升50wt% DMAP+9. 9wt% MEA的水溶液可以吸收分离(X)2 的量为134-48 = 86克;
[0059] 从实施例5和实施例6可以看出,在40°C下(X)2分压为30kPa时进行吸收,在120°C 下0)2分压为40kPa时进行解吸,1升IOwt % DMAP+5. Iwt % PZ的水溶液可以吸收分离(X)2 的量为60-22 = 38克。
[0060] 从实施例7和实施例8可以看出,在40°C下(X)2分压为21kPa时进行吸收,在120°C 下0)2分压为60kPa时进行解吸,1升50wt% DMAP+9. 9wt% PZ的水溶液可以吸收分离(X)2 的量为128-40 = 88克。
[0061] 实施例9
[0062] 取重量比为2 : 1 : 1的3-二甲基氨基-1-丙醇、正丙醇胺和甲基乙醇胺直接混合,制备吸收剂原料。
[0063] 应用时,按吸收剂原料按3- 二甲基氨基-1-丙醇、正丙醇胺和甲基乙醇胺的重量分别为:10Wt% ;5wt% ;5wt%,在重量百分数为80wt%的水中溶解,得到吸收剂。
[0064] 用于捕集制氢气中的CO2,在40°C下(X)2分压为600kPa时进行吸收,在120°C下(X)2 分压为50kPa时进行解吸,1升吸收剂可以捕集分离(X)2的量为103-45 = 58克。
[0065] 实施例10
[0066] 取重量比为4 : 1的3-二甲基氨基-1-丙醇和甲基乙醇胺直接混合,制备成吸收剂原料。
[0067] 应用时,按吸收剂原料按3- 二甲基氨基-1-丙醇和甲基乙醇胺的重量分别为: 20wt%、5wt%,与重量百分数分别为70衬%和5%的水和环丁砜混合,得到吸收剂。
[0068] 用于合成气中的CO2,在40°C下(X)2分压为500kPa时进行吸收,在120°C下(X)2分压为50kPa时进行解吸,1升吸收剂可以捕集分离(X)2的量为115-30 = 85克。
[0069] 实施例11
[0070] 取重量比为6 : 1 : 0.5 : 0.5的3-二甲基氨基-1-丙醇、正丙醇胺、二乙醇胺和哌嗪直接混合,制备吸收剂原料。[0071] 应用时,按吸收剂原料按3-二甲基氨基-1-丙醇、正丙醇胺、二乙醇胺和哌嗪的重量分别为:30wt%、5wt%、2. 5wt%,2. 5wt %,与重量百分数分别为30wt%、10%的水和 N-甲基吡咯烷酮混合,然后混合8%的K2CO3, 2%的腐蚀抑制剂(五氧化二矾)和消泡剂 (有机硅烷),搅拌均勻,得到吸收剂。
[0072] 用于捕集炼厂气中的CO2,在40°C下(X)2分压为15kPa时进行吸收,在120°C下(X)2 分压为50kPa时进行解吸,1升吸收剂水剂可以捕集分离(X)2的量为101-46 = 55克。
[0073] 实施例12
[0074] 取重量比为10 : 1的3-二甲基氨基-1-丙醇、二乙醇胺直接混合,制备吸收剂原料。
[0075] 应用时,按吸收剂原料按3-二甲基氨基-1-丙醇、二乙醇胺的重量分别为: 50wt% ;5wt%,在重量百分数为45wt%的水中溶解,得到吸收剂。
[0076] 用于捕集烟道气中的CO2,在40°C下(X)2分压为15kPa时进行吸收,在120°C下(X)2 分压为50kPa时进行解吸,1升吸收剂水剂可以捕集分离(X)2的量为120-50 = 70克。

Claims (7)

1. 一种从气体混合物中捕集或分离二氧化碳的混合吸收剂,其由以下重量百分数的组分组成:3-二甲基氨基-1-丙醇:10wt%〜 50wt% ;伯胺:5wt%〜 IOwt% ;水:余量。
2. 一种从气体混合物中捕集或分离二氧化碳的混合吸附剂,其由以下重量百分数的组分组成:3-二甲基氨基-1-丙醇:10wt%〜 50wt% ;伯胺和仲胺:5wt%~ IOwt% ;水:余量。
3.如权利要求1或2所述的吸收剂,其特征在于,所述伯胺为单乙醇胺和正丙醇胺中的一种或两种。
4.如权利要求2所述的吸收剂,其特征在于,所述仲胺为甲基乙醇胺、乙基乙醇胺、二乙醇胺和哌嗪中的一种或多种。
5.权利要求1-4任一所述的吸收剂的应用,其特征在于,所述吸收剂用于捕集或分离气体混合物,包括烟道气、炼厂气、天然气、合成气、变换气或制氢气中的CO2。
6.如权利要求5所述的应用,其特征在于,将使用所述吸收剂的吸收塔设置于常规的吸收、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有机硫的工艺中,用于捕集或分离气体混合物中的co2。
7.如权利要求6所述的应用,其特征在于,所述吸收剂捕集或分离(X)2的工艺条件为: 吸收剂进吸收塔的温度为30〜80°C;再生塔底贫液的温度为80〜150°C;再生塔底的压力为 50 〜500kPa。
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