CN104190210A - 一种复合有机醇胺二氧化碳吸收剂 - Google Patents

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邓辉
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Abstract

本发明涉及一种复合有机醇胺二氧化碳吸收剂，属于化工材料技术领域。以所述吸收剂总体质量为100％计，各组成成分及其质量百分数如下：主吸收剂80～99.97％，辅助吸收剂0～19％，抗氧化剂0.01～1％，缓蚀剂0.01～1％，增强吸收剂0～1％，络合剂0.01～1％，消泡剂0％～0.1％，表面活性剂0～1％。所述吸收剂在常压下使用时，吸收二氧化碳的温度为-20～70℃，解吸二氧化碳温度为70～120℃。所述吸收剂的再生能耗降低、溶液损耗减少、吸收效率高，在电厂等烟道气上使用具备更大的可行性。

Description

一种复合有机醇胺二氧化碳吸收剂
技术领域
本发明涉及一种复合有机醇胺二氧化碳吸收剂，属于化工材料技术领域。
背景技术
目前，能源的燃烧释放大量的二氧化碳，形成温室效应，造成地球变暖，并带来水灾和干旱等极端气候。中国政府承诺到2020年以前单位国民生产总值二氧化碳排放减少40％～45％，而目前二氧化碳的回收成本还比较高。二氧化碳吸收溶液的改进是降低成本的一个关键因素。
目前的二氧化碳液体吸收剂以单一的组份为主，主要组分多为一乙醇胺(MEA)，添加五氧化二钒等缓蚀剂，存在的问题是再生能耗大、溶液损耗量高，对系统设备的腐蚀也比较严重，目前处于逐步被替代的状态。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种复合有机醇胺二氧化碳吸收剂，所述吸收剂由主吸收剂、抗氧化剂、缓蚀剂和络合剂等成份复合而成，再生能耗降低、溶液损耗减少、吸收效率高，使得所述吸收剂在电厂等烟道气上使用具备更大的可行性。
本发明的目的是采用以下技术方案实现的：
一种复合有机醇胺二氧化碳吸收剂，以所述吸收剂的总体质量为100％计，其中，各组成成分及其质量百分数如下：
其中，所述主吸收剂为一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、羟乙基乙二胺、N-甲基二乙醇胺、甲基乙醇胺、二异丙醇胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、二乙烯三胺、三乙烯四胺和四乙烯五胺中的一种以上，所述主吸收剂的作用为对二氧化碳起主要吸收作用。
所述辅助吸收剂为哌嗪和咪唑啉中的一种以上，所述辅助吸收剂的作用为对二氧化碳起辅助吸收作用。
所述抗氧化剂为亚硫酸钠、亚硫酸钾、亚硫酸铵或亚硝酸铵，所述抗氧化剂的作用为减缓所述吸收剂氧化降解的速度。
所述缓蚀剂为氧化型缓蚀剂和表面吸附型缓蚀剂中的一种以上，所述氧化型缓蚀剂为钼酸盐、钒酸盐和锰酸盐中的一种以上，可以氧化使用所述吸收剂的设备，形成一层氧化保护膜；表面吸附型缓蚀剂为含一个氨基且碳原子数在6～20的直链烷烃，优选为十二胺或十八胺，可以吸附到使用所述吸收剂的金属设备的表面，形成一层保护膜；所述缓蚀剂的作用是减缓所述吸收剂对使用设备的腐蚀速度，延长设备的使用年限。
所述吸收增强剂为有机吸收增强剂和无机吸收增强剂中的一种以上，所述有机吸收增强剂为乙醇、乙二醇或丙三醇，无机吸收增强剂为含有OH-的无机碱，优选为氢氧化钠；所述吸收增强剂的作用为调节所述吸收剂粘稠度，增强所述吸收剂的吸收能力。
所述络合剂为乙二胺四乙酸二钠盐、乙二胺四乙酸四钠盐和二羟乙基甘氨酸中的一种以上，所述络合剂的作用为提高所述吸收剂的使用寿命。
所述消泡剂为二甲基硅油或XIAMETER AFE-1410(美国道康宁公司生产)，由于所述吸收剂在长期使用过程中，会发粘，乃至发泡，容易导致使用所述吸收剂的二氧化碳吸收设备液泛，影响设备运行，消泡剂的作用为减少和消除泡沫，提高所述设备运行的稳定性；消泡剂一般在所述吸收液有气泡迹象的时候添加，也可以在所述吸收液使用初期一起添加。
所述表面活性剂为含有苯磺酸基团的碳原子数在10～20之间的直链烷烃，所述表面活性剂的作用为改变所述吸收剂的表面活性，提高所述吸收剂对二氧化碳的吸收再生能力，减少所述吸收剂的损耗。
一种本发明所述复合有机醇胺二氧化碳吸收剂的应用，所述吸收剂在常压下使用时，吸收二氧化碳的温度为-20℃～70℃，解吸二氧化碳温度为70℃～120℃。
所述吸收剂为无色或者乳白色，长期放置会呈淡绿色，使用过程中，设备的金属离子会进入所述吸收剂，并起到催化分解作用，所述吸收剂会逐步变红
所述吸收剂在使用的时候，可以根据现场的要求，和水以任意比例互相溶解使用。
有益效果
本发明提供了一种复合有机醇胺二氧化碳吸收剂，所述吸收剂由主吸收剂、抗氧化剂、缓蚀剂和络合剂等成份复合而成，再生能耗降低、溶液损耗减少、吸收效率高，使得所述吸收剂在电厂等烟道气上使用具备更大的可行性。
附图说明
图1为实施例5中所述二氧化碳吸收装置的结构及吸收原理示意图。
其中，1—富液泵，2—贫液泵，3—吸收塔，4—脱吸塔，5—换热器。
具体实施方式
以下实施例中所述XIAMETER AFE-1410为美国道康宁公司生产。
实施例1
一种复合有机醇胺二氧化碳吸收剂，以所述吸收剂的总体质量为100％计，其中，各组成成分及其质量百分数如下：
主吸收剂：一乙醇胺50.97％，三乙醇胺49％，抗氧化剂：亚硫酸钠0.01％，缓蚀剂：钒酸钠0.01％和络合剂：乙二胺四乙酸二钠盐0.01％。
实施例2
一种复合有机醇胺二氧化碳吸收剂，以所述吸收剂的总体质量为100％计，其中，各组成成分及其质量百分数如下：
主吸收剂：一乙醇胺67％，二乙醇胺30％，抗氧化剂：亚硫酸钠1％，缓蚀剂：钼酸钠1％，吸收增强剂：丙三醇0.5％，络合剂：乙二胺四乙酸二钠盐0.3％，消泡剂：二甲基硅油0.1％和表面活性剂：十二烷基苯磺酸钠0.1％。
实施例3
一种复合有机醇胺二氧化碳吸收剂，以所述吸收剂的总体质量为100％计，其中，各组成成分及其质量百分数如下：
主吸收剂：N-甲基二乙醇胺80％，辅助吸收剂：哌嗪17.2％，抗氧化剂：亚硫酸钾1％，缓蚀剂：钒酸钠1％，吸收增强剂：氢氧化钾0.5％，丙三醇0.1％，络合剂：乙二胺四乙酸四钠盐0.1％和消泡剂：XIAMETER AFE-14100.1％。
实施例4
一种复合有机醇胺二氧化碳吸收剂，以所述吸收剂的总体质量为100％计，其中，各组成成分及其质量百分数如下：
主吸收剂：一乙醇胺67％，N-甲基二乙醇胺32％，抗氧化剂：亚硫酸钠0.01％，缓蚀剂：钼酸钠0.01％，吸收增强剂：乙醇0.5％，络合剂：二羟乙基甘氨酸0.01％，消泡剂：XIAMETER AFE-14100.4％，表面活性剂：十二烷基苯磺酸钠0.07％。
实施例5
将一乙醇胺、二乙醇胺和实施例1～4制得的复合有机醇胺二氧化碳吸收剂分别与水以质量比为1:4进行混合，制得待测样品依次为1#、2#、3#、4#、5#和6#，在本领域常规使用的不锈钢二氧化碳吸收装置上测试所述样品对二氧化碳的吸收效率、对所述不锈钢二氧化碳吸收装置的腐蚀速度、再生能耗和所述样品的溶液损耗，测试条件如下：气液比为300，吸收温度为25℃，再生温度为104℃。
所述二氧化碳吸收装置主要由富液泵1、贫液泵2、吸收塔3、脱吸塔4和换热器5组成，富液泵1一侧与吸收塔3底端连通，另一侧通过换热器5与脱吸塔4顶端连通，贫液泵2一侧与脱吸塔4底端连通，另一侧通过换热器5与吸收塔3顶端连通，换热器5位于吸收塔3和脱吸塔4之间，脱吸塔4中设有再沸器。
将含有体积百分数为12％的二氧化碳的空气从吸收塔3底端通入，顶端排出，吸收塔3中所述吸收剂在常压、25℃下对空气中的二氧化碳进行逆流吸收，吸收二氧化碳后的吸收剂为富液，通过换热器5进入脱吸塔4，通过脱吸塔4中的再沸器加热，在常压、104℃下进行解吸，脱除二氧化碳后再生为吸收剂，即贫液，脱除的二氧化碳从脱吸塔4的顶端排出，贫液再通过换热器5进入吸收塔3对空气中的二氧化碳进行逆流吸收。所述二氧化碳吸收装置为连续运行，用红外线二氧化碳浓度分析仪测量所述吸收塔3底端通入和顶端排出的空气中的二氧化碳浓度，可以计算出所述样品的吸收效率，计算公式为：
吸收效率＝(进口CO2浓度–出口CO2浓度)/进口CO2浓度。
在再生塔4顶端出口处，检测CO2的产量，并在再生塔4的底部用流量计和温度传感器检测蒸汽的流量和温度，这样可以得到单位CO2产量的蒸汽能耗.
在富液流经的管路采用挂片法，悬挂与所述设备材质相同的钢片，定期检测钢片的失重，得所述样品的腐蚀速度，用mm/年来表示。
根据单位CO2产量所消耗的溶液量，测得所述样品的溶液损耗，溶液损耗量可以通过每天对溶液取样，进行酸碱滴定溶液碱度的变化得到，计算公式为
溶液损耗＝(C2-C1)×V×M÷N；C2为计量开始时溶液碱度，C1为计量结束时溶液碱度，V为溶液的体积，M为吸收剂平均分子量。N为CO2的产量单位，为1000m3CO2。
溶液损耗还有一个简易的方法，就是每天添加固定数量的溶液，维持溶液当量浓度不变，然后记录每一天CO2的总产量，用添加溶液量除以CO2的总产量，就可以得到溶液的损耗。
测试结果见下表1。
表1

Claims (4)

1.一种复合有机醇胺二氧化碳吸收剂，其特征在于：以所述吸收剂的总体质量为100％计，各组成成分及其质量百分数如下：
主吸收剂为一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、羟乙基乙二胺、N-甲基二乙醇胺、甲基乙醇胺、二异丙醇胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、二乙烯三胺、三乙烯四胺和四乙烯五胺中的一种以上；
辅助吸收剂为哌嗪和咪唑啉中的一种以上；
抗氧化剂为亚硫酸钠、亚硫酸钾、亚硫酸铵或亚硝酸铵；
缓蚀剂为氧化型缓蚀剂和表面吸附型缓蚀剂中的一种以上，氧化型缓蚀剂为钼酸盐、钒酸盐和锰酸盐中的一种以上，表面吸附型缓蚀剂为含一个氨基且碳原子数在6～20的直链烷烃；
吸收增强剂为有机吸收增强剂和无机吸收增强剂中的一种以上，有机吸收增强剂为乙醇、乙二醇或丙三醇，无机吸收增强剂为含有OH-的无机碱；
络合剂为乙二胺四乙酸二钠盐、乙二胺四乙酸四钠盐和二羟乙基甘氨酸中的一种以上；
消泡剂为二甲基硅油或XIAMETER AFE-1410；
表面活性剂为含有苯磺酸基团的碳原子数在10～20之间的直链烷烃。
2.根据权利要求1所述的一种复合有机醇胺二氧化碳吸收剂，其特征在于：表面吸附型缓蚀剂为十二胺或十八胺。
3.根据权利要求1所述的一种复合有机醇胺二氧化碳吸收剂，其特征在于：无机吸收增强剂为氢氧化钠。
4.一种如权利要求1～3任一项所述的复合有机醇胺二氧化碳吸收剂的应用，其特征在于：所述吸收剂在常压下使用时，吸收二氧化碳的温度为-20℃～70℃，解吸二氧化碳温度为70℃～120℃。
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