CN102423620B - 一种脱除沼气中二氧化碳的复配型脱碳溶剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种脱除沼气中二氧化碳的复配型脱碳溶剂，由下述质量百分比的成分构成：软水为70～80%；碳酸钾为15～25%；缓蚀剂为0.6～0.9％；活化剂为2.5～7.5％；消泡剂为0.05～0.2%。本发明的碳酸钾与二氧化碳的反应速率更高，溶液吸收能力更强，增大吸附量；对二氧化碳吸收容量大、净化度高，减小了脱碳溶液的循环量，降低能耗；同时，提高了脱碳溶液的抗腐蚀性能和抗发泡性能。
Description
技术领域
本发明涉及脱碳溶剂，特别涉及一种脱除沼气中二氧化碳的复配型脱碳溶剂。
背景技术
总所周知，从含有二氧化碳的气体中脱除二氧化碳是一种工业上广泛应用的技术，例如在天然气、石油气、城市煤气和沼气处理过程中，都需要脱除二氧化碳，此外，二氧化碳本身也是一种重要的工业原料，可用于制造尿素和有机合成原料。
随着国内外对可再生能源的需求，农村沼气利用研究的推进，以及城市餐厨垃圾制沼气工程的迅速发展，沼气净化提纯技术显得更为重要。用于混合气体净化提纯的技术主要有：变压吸附分离技术（PSA）、化学吸收、水洗、膜分离等。这些技术作为气体分离的有效手段，在化学工业上有较多的应用，但在沼气的净化提纯方面的应用实例并不多见。
现有的脱碳溶剂在使用过程中存在以下缺点：现有的脱碳溶剂在吸收二氧化碳、氧气和沼气中的其它酸性杂质后，将对脱碳系统设备和管道产生均匀腐蚀、电化学腐蚀、缝隙腐蚀、选择性腐蚀、冲蚀和气蚀等腐蚀。同时，脱碳溶液中产生的副产物、悬浮的固体颗粒、原料气中携带来的游离烃等，都将引起脱碳溶液起泡，造成脱碳效果降低、溶液损失增大等缺点，甚至造成脱碳系统停工。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺点，提供一种脱除沼气中二氧化碳的复配型脱碳溶剂，其有效的提高了与沼气中二氧化碳的反应速度，增大吸附量，对二氧化碳的吸收容量大、净化度高，减小了脱碳溶液的循环量，降低了能耗；同时，也提高了脱碳溶液的抗腐蚀性能和抗发泡性能。
为达上述目的，本发明提供的一种脱除沼气中二氧化碳的复配型脱碳溶剂，采用以下的技术方案：一种脱除沼气中二氧化碳的复配型脱碳溶剂，由下述质量百分比的成分构成：
软水： 70～80%
碳酸钾： 15～25%
缓蚀剂： 0.6%～0.9％
活化剂： 2.5～7.5％
消泡剂： 0.05～0.2%
以上各个成分含量的百分数之和为100% 。
进一步地，所述缓蚀剂选自偏钒酸钾 
或五氧化二钒
中的一种。
进一步地，所述活化剂为二乙醇胺、N-羟乙基吗啉和哌嗪中的一种、两种或三种的混合物；当配方中选择二乙醇胺
、N-羟乙基吗啉或哌嗪按比例组合使用时，质量百分比为：二乙醇胺：哌嗪：N-羟乙基吗啉=1～80%： 1～80% ： 1～50%，或三种选择其中两种按比例组合使用时，其质量百分比为：二乙醇胺
：哌嗪=1～80%：1～80%。
进一步地，所述的消泡剂选自硅酮类、聚醚类或高级醇类中的一种。
进一步地，通过对含有不同组分的活化剂的脱碳溶剂对二氧化碳吸收能力实验所得，以二乙醇胺、N-羟乙基吗啉和哌嗪三种组分的混合物所制得的活化剂的活性远高于二乙醇胺、N-羟乙基吗啉和哌嗪中的一种或者两种的混合物构成的二元活化剂。以二乙醇胺、N-羟乙基吗啉和哌嗪的混合物所制得最优活化剂，其中复配型脱碳溶剂中原料的质量百分比为：软水为70%~75%、碳酸钾为15%~25%、二乙醇胺为2%~2.5%、N-羟乙基吗啉为1%~1.5%、哌嗪为2%~2.5%、五氧化二钒缓蚀剂为0.6%~0.9%、硅酮类消泡剂为0.05%~0.2%。
本发明中，对比脱碳溶液中碳酸钾的质量百分比为25%，活化剂的质量百分比为5%，溶液的吸收温度为50~60℃，吸收时间为30分钟，对比不同组分活化剂的脱碳溶液对二氧化碳的吸收能力。下表格是不同组分的活化剂对二氧化碳吸收能力结果表：
| 活化剂 | 脱碳溶剂对二氧化碳酸气负荷（Nm3CO2/m3） |
| 二乙醇胺 | 15.2 |
| 二乙醇胺和N-羟乙基吗啉 | 16.1 |
| 二乙醇胺和哌嗪 | 17.0 |
| 二乙醇胺、N-羟乙基吗啉和哌嗪 | 18.5 |
本发明的有益效果是：本发明以碳酸钾溶液作为化学吸收剂，其价廉易得，低腐蚀，且有一定的碱度，促进对酸性气体的吸收。碳酸钾溶液与沼气中的二氧化碳反应生成碳酸氢钾，碳酸氢钾经解析成碳酸钾，可以循环使用。
本发明在碳酸钾溶液中加入活化剂，能有效激活碳酸钾吸收二氧化碳的性能，使碳酸钾与二氧化碳的反应速率更高，溶液吸收能力更强，净化度高，从而减少了溶液循环量，降低能耗。同时，可以适当降低碳酸钾的浓度，有效避免其浓度过高而生成结晶体，阻塞系统管道及填料塔。
本脱碳溶剂中添加有缓蚀剂和消泡剂，所述缓蚀剂减少了溶液中腐蚀性物质与设备和管道表面的接触，降低溶液对设备和管道的腐蚀；所述消泡剂防止脱碳溶液中产生的副产物、悬浮的固体颗粒、原料气中携带来的游离烃等引起脱碳溶液起泡，降低溶液损失，确保脱碳性能和装置平稳运行。
附图说明
图1所示为本发明工艺流程图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，解析本发明的优点与精神，藉由以下结合附图与具体实施方式对本发明的详述得到进一步的了解。
本发明所述复配型脱碳溶剂，由下述质量百分比的成分构成：软水为70～80%；碳酸钾为15～25%；缓蚀剂为0.6%～0.9％；活化剂为2.5～7.5％；消泡剂为0.05～0.2%，以上各个成分含量的百分数之和为100% 。其中所述缓蚀剂选自偏钒酸钾
或五氧化二钒
中的一种；所述活化剂为二乙醇胺
、N-羟乙基吗啉和哌嗪中的一种、两种或三种的混合物；当配方中选择二乙醇胺
、N-羟乙基吗啉或哌嗪按比例组合使用时，质量百分比为：二乙醇胺
：哌嗪：N-羟乙基吗啉=1～80%： 1～80% ： 1～50%，或三种选择其中两种按比例组合使用时，其质量百分比为：二乙醇胺
：哌嗪=1～80%：1～80%。所述的消泡剂选自硅酮类、聚醚类或高级醇类中的一种。
本发明的成分配比是在反应的实验中得出的，在碳酸钾溶液中加入活化剂（二乙醇胺、N-羟乙基吗啉和哌嗪中的一种、两种或者三种组成的混合物）能有效激活碳酸钾吸收二氧化碳的性能，使碳酸钾与二氧化碳的反应速率更高，所述脱碳溶剂的吸收能力更强，从而减少溶液循环量，降低脱碳系统的能耗。此外，加入活化剂，可以适当降低碳酸钾的浓度，有效避免其浓度过高而生成结晶体，阻塞系统管道及填料塔。
脱碳溶剂中的缓蚀剂可在设备和管道表面形成薄膜，减少溶液中腐蚀性物质与设备和管道表面的接触，防止溶解在溶液中的二氧化碳等酸性物质对系统设备和管道腐蚀，由实验探索得出合适的缓蚀剂为偏钒酸钾或五氧化二钒中的一种。
所述消泡剂能及时消除溶液中产生的副产物、悬浮的固体颗粒、原料沼气中携带来的游离烃等引起脱碳溶液起泡，降低溶液损失，确保脱碳性能和装置平稳运行，由实验探索得出合适的消泡剂为消泡剂硅酮类、聚醚类或高级醇类中的一种。
所述脱除沼气中二氧化碳的复配型脱碳溶剂的制备方法为：
⑴、将碳酸钾按上述质量百分比溶解在软水中，加入尚属质量百分比的活化剂、消泡剂和缓蚀剂；
⑵、在常温常压下进行混合，搅拌均匀后形成脱除沼气中二氧化碳的复配型高效脱碳溶剂。
如说明书附图所示，本发明所述的复合型脱碳溶剂用于沼气脱除二氧化碳，其工艺流程采用两段吸收塔、闪蒸塔、解析塔和再生塔组成，原料沼气从吸收塔下段T1的底部进入，先与脱碳溶液半贫液和来自吸收塔上段T2的脱碳溶液贫液接触进行吸收，再进入吸收塔上段T2与脱碳溶液贫液进行接触吸收，脱除二氧化碳的净化沼气经冷却器E1冷却和气液分离器V1分离出冷凝液后，得到净化沼气，分离出的冷凝液进入地槽D1中；吸收了二氧化碳的脱碳溶液富液进入闪蒸塔T3。在0.6MPa的压力下进行闪蒸，闪蒸气从闪蒸塔T3顶部出去后汇入原料沼气中；闪蒸后的脱碳溶液富液经富液泵P3送入换热器E4，与脱碳溶液贫液换热后进入解析塔T4；脱碳溶液富液在解析塔T4中进行解析后，一部分成为脱碳溶液半贫液，其经冷却器E3冷却后，由半贫液泵P2送入吸收塔下段T2，对原料沼气进行接触吸收；另一部分进入再生塔T5，经汽提再生后成为脱碳液贫液，然后进入贫富液换热器E4，与脱碳液富液换热后，经冷却器E2冷却，由贫液泵P1送入吸收塔上段，对原料气进行接触吸收。由解析塔T4顶部出来的解析气，经冷却器E5冷却，进入气液分离器V2分离冷凝后，得到二氧化碳，分离出的冷凝液进入地槽D1。再生塔由再沸器E6提供热能；地槽D1内的冷凝液由常压泵P4进入解析塔T4。净化气中的二氧化碳可脱除到0.1%以下。（其中主要工艺条件为：吸收塔的操作压力为为：0.6～2MPa，吸收塔的贫液温度为45～60℃，吸收塔的半贫液温度为：60～80℃，再生塔的塔釜温度为95～110℃。）
实施例1：将本复合型脱碳溶剂用质量百分比为25%的碳酸钾配制而成，用于沼气提纯的装置，原料沼气的流量为10Nm3/hr，温度为40℃，二氧化碳的含量为40%，根据上述制备方法可得。
下表是其它各组分在脱碳溶剂中的质量百分比和脱碳结果：
实施例2：将本复合型脱碳溶剂用质量百分比为20%的碳酸钾配制而成，用于沼气提纯的装置，原料沼气的流量为10Nm3/hr，温度为43℃，二氧化碳的含量为45%，根据上述制备方法可得。
下表是其它各组分在脱碳溶剂中的质量百分比和脱碳结果：
实施例3：将本复合型脱碳溶剂用质量百分比为15%的碳酸钾配制而成，用于沼气提纯的装置，原料沼气的流量为10Nm3/hr，温度为42℃，二氧化碳的含量为50%，根据上述制备方法可得。
下表是其它各组分在脱碳溶剂中的质量百分比和脱碳结果：
根据上述实施例1、2、3中的脱碳结果可以得出，当活化剂为二乙醇胺、N-羟乙基吗啉和哌嗪三种组分的混合物时，所形成的活化剂能耗低，二氧化碳溶剂吸收能力强，净化气中二氧化碳的含量低，并可以适当降低碳酸钾的浓度。
综上所述，本发明以碳酸钾溶液作为化学吸收剂，其价廉易得，低腐蚀，且有一定的碱度，促进对酸性气体的吸收。碳酸钾溶液与沼气中的二氧化碳反应生成碳酸氢钾，碳酸氢钾经解析成碳酸钾，可以循环使用。该脱碳溶剂中添加有缓蚀剂和消泡剂，所述缓蚀剂减少了溶液中腐蚀性物质与设备和管道表面的接触，降低溶液对设备和管道的腐蚀；所述消泡剂防止脱碳溶液中产生的副产物、悬浮的固体颗粒、原料气中携带来的游离烃等引起脱碳溶液起泡，降低溶液损失，确保脱碳性能和装置平稳运行。
以上所述实施例仅表达了本发明的部分实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (1)
1.一种脱除沼气中二氧化碳的复配型脱碳溶剂，其特征在于，由下述质量百分比的成分构成：
软水为70%~75%、碳酸钾为15%~25%、二乙醇胺为2%~2.5%、N-羟乙基吗啉为1%~1.5%、哌嗪为2%~2.5%、五氧化二钒缓蚀剂为0.6%~0.9%、硅酮类消泡剂为0.05%~0.2%；
以上各个成分含量的百分数之和为100%。
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