CN104548903A

CN104548903A - 一种用于捕集二氧化碳的有机胺溶剂

Info

Publication number: CN104548903A
Application number: CN201310465942.2A
Authority: CN
Inventors: 毛松柏; 汪东; 黄钟斌
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Research Institute of Nanjing Chemical Industry Group Co Ltd
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Research Institute of Sinopec Nanjing Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 2013-10-09
Filing date: 2013-10-09
Publication date: 2015-04-29

Abstract

本发明提供一种用于捕集低分压二氧化碳的有机胺溶液，属于气体分离技术领域。溶剂包括10%-40%主吸收组份，5-20%助吸收组份，0.05%-1.0%缓蚀剂，0.05%-1.0%抗氧化剂及30%-90%混合溶剂。主吸收组分为甘氨酸盐、聚醚胺、吗啉及其衍生物、聚乙二醇二甲醚中的一种或多种；助吸收组分二乙氨基乙醇、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、N-甲基二乙醇胺、羟乙基乙二胺中的一种或多种。本发明溶液具有运行损耗少，抗氧化性强，再生能耗低等特点。本发明的效果和益处是主要用于捕集各种气源中的二氧化碳，如化石燃料尾气，化工反应尾气，天然气等。具有很好的社会效益和经济效益。

Description

一种用于捕集二氧化碳的有机胺溶剂

技术领域

本发明属于气体分离领域，涉及一种气体的捕集方法，特别涉及从混合气中捕集回收二氧化碳的方法。

背景技术

二氧化碳作为一种主要的温室气体，其大量的排放已经给全世界带来了巨大的环境和气候问题。我国作为化石能源消耗大国，具有极大的二氧化碳减排潜力；另一方面，二氧化碳也是一种极为有用的基础资源，广泛用于精细化工、三次采油、食品、医药等行业领域。基于以上两点，捕集二氧化碳并应用于相关领域既能有效缓解气候问题，又能创造较好的经济价值。

目前，有机胺法捕集回收二氧化碳是工业上应用最主要、最成功的方法之一。开发更为高效的有机胺吸收溶液也成为了众多研究者所关注的重点。

2007年，中国专利(CN 101053751)中涉及一种用于回收废气中二氧化碳用复合脱碳溶液。采用复合胺水溶液20-60%，其中含有较低浓度的一种或多种快反应速率胺(MEA、DEA、PZ)和较高浓度的一种或多种慢反应速率胺(AMP、MDEA、TEA)；聚醇醚5-10%；防氧化剂1-5%；缓蚀剂1-5%；其余为水。

2009年，中国专利(CN 101612509A)公开了一种捕集二氧化碳的复合溶液，主吸收剂为MEA、AEE，助吸收剂为AHPD、AMP、TEA、MDEA中的一种或多种，活性组分为PZ、HEPZ、AEP、DEA中的一种或多种，混合溶剂为NMP、聚乙二醇和碳酸丙二醇酯以及水组成。

2011年，中国专利(CN 102284227A)公开一种用复合脱碳溶液捕集混合气体中二氧化碳的方法。采用MEA为主吸收剂，助吸收成份为EDA，EDTA和TETA中的一种或一种以上，活性组分为PZ和2,3-丁二酮中的一种或一种以上。混合溶剂为苯甲(乙)醇，N-甲基吡咯烷酮等单独或混合使用。该脱碳溶液特点在于不含水，再生热量损失少、能耗低以及吸收能力强

综上所述，目前主要使用MEA、AEEA等为主吸收剂，以MEDA、AMP等叔胺为助吸收剂。配合其他各种功能型组分以及混合溶剂组成脱碳溶液，尽管实践也证明了这一系列配方能够发挥较好的脱碳能力，但是胺溶液易降解，设备腐蚀，运行损耗大，能耗高等问题还是较为突出，难以同时被妥善解决。所以需要进一步的完善溶液配方。

发明内容

本发明要解决的技术问题是通过完善脱碳的溶液配方和工艺设备，来实现目前脱碳溶液再生能耗高，易氧化降解，腐蚀设备，运行损耗大灯问题，并且不以牺牲脱碳整体能力为代价。

本发明用于捕集二氧化碳的有机胺溶剂，其特征是有机胺溶剂包括质量含量10%-40%主吸收组份，5-20%助吸收组份，0.05%-1.0%缓蚀剂，0.05%-1.0%抗氧化剂及30%-90%混合溶剂。

所述主吸收组分为甘氨酸盐、聚醚胺、吗啉及其衍生物、聚乙二醇二甲醚中的一种或多种。

所述助吸收组分为二乙氨基乙醇、2-氨基-2-甲基-1-丙醇，N-甲基二乙醇胺、羟乙基乙二胺的一种或多种。

所述聚乙二醇二甲醚分子结构式：

其中n=3-6。

所述聚醚胺分子结构式：

其中n=1-4。

所述吗啉及其衍生物分子结构式为：

其中R是氢原子、碳原子数为1-6的一元醇或二元醇，以及这些醇之间脱水后形成的醚。

所述缓蚀剂为偏钒酸钠、铬酸钠、六亚甲基四胺中的一种或多种。

所述抗氧化剂为亚硫酸钠、酒石酸钾钠、酒石酸锑钠的一种或多种。

所述混合溶剂为去离子水和甲基吡咯烷酮、碳酸丙二醇酯中的一种或多种。

由于不含MEA，并且使用了适当的缓蚀剂，溶剂腐蚀性显著降低，氨基酸盐和聚醚胺和其他吸收助剂的使用使得溶剂的再生能耗和运行消耗大幅降低，抗氧化剂的使用，有效地中止了由于溶剂中溶解氧造成的自由基氧化反应。该脱碳溶液具有运行损耗少，抗氧化性强，再生能耗低等特点。本发明的效果和益处是主要用于捕集各种气源中的二氧化碳，如化石燃料尾气，化工反应尾气，天然气等。具有很好的社会效益和经济效益。

具体实施方式

下面通过实例进一步说明本发明的配方在降低再生能耗和氧化抑制方面上的特点，但本专利的保护范围并不受实施例的限制。

实施例1

一个采用新的工艺的烟气捕集CO₂装置，处理烟气量（干基）550600Nm³/h，二氧化碳含量14.45%，烟气温度45℃，胺溶液中，有机胺的总浓度为20重量%，其中，聚醚胺的含量为8重量%，羟乙基吗啉为的含量为4重量%，活化剂为2-氨基-2-甲基-1-浓度为7重量%，二乙氨基乙醇重量1%，缓蚀剂偏钒酸钠含量为重量0.1% 抗氧剂羟基乙叉二膦酸重量0.1% 其余为水，胺溶液的流量为3200Nm³/h。采用144℃，0.3MPa低压蒸汽进行热再生。

经过脱碳处理后，二氧化碳捕集率82%，二氧化碳捕集单位能耗1.27吨蒸汽/吨二氧化碳，胺溶剂消耗0.8Kg/吨二氧化碳。

对比例1

烟气条件和工艺方法与实施例1相同，溶液采用MEA重量20%，其余为水，胺液流量3200Nm³/h。采用144℃，0.3MPa低压蒸汽进行热再生。

经脱碳处理后，二氧化碳捕集率80%，二氧化碳捕集单位能耗1.79吨蒸汽/吨二氧化碳，胺溶剂消耗,2.5Kg/吨二氧化碳。在捕集率接近的情况下，再生能耗比采用配方溶液和新工艺高了41%，溶剂消耗减少了68%。

实施例 2

将200g有机胺溶液，包括：甘氨酸钠16g，聚醚胺24g，2-氨基-2-甲基-1-丙醇15g，吗啉5g,去离子水作溶剂，亚硫酸钠0.1g，酒石酸钾钠0.1g，酒石酸锑钠0.1g，加入500ml高压反应釜中，然后迅速充入0.6Mpa CO₂，并搅拌使之完全被溶液吸收，再充入0.8MPa O₂，加热待反应温度120^oC，开动搅拌，转速400rad/min。当氧气压力开始下降时，表明胺液开始发生氧化降解，并记录该时间即为初始降解时间。结果见表1：

对比例 2

将200g有机胺溶液，包括：一乙醇胺60g，去离子水作溶剂，亚硫酸钠0.1g，酒石酸钾钠0.1g，酒石酸锑钠0.1g，加入500ml高压反应釜中，然后迅速充入0.6Mpa CO₂，并搅拌使之完全被溶液吸收，再充入0.8MPa O₂，加热待反应温度120^oC，开动搅拌，转速400rad/min。当氧气压力开始下降时，表明胺液开始发生氧化降解，并记录该时间即为初始降解时间。结果见表1：

对比例 3

将200g有机胺溶液，包括：羟乙基乙二胺60g，去离子水作溶剂，亚硫酸钠0.1g，酒石酸钾钠0.1g，酒石酸锑钠0.1g，加入500ml高压反应釜中，然后迅速充入0.6Mpa CO₂，并搅拌使之完全被溶液吸收，再充入0.8MPa O₂，加热待反应温度120^oC，开动搅拌，转速400rad/min。当氧气压力开始下降时，表明胺液开始发生氧化降解，并记录该时间即为初始降解时间。结果见表1：

对比例 4

将200g有机胺溶液，包括：羟乙基乙二胺30g，一乙醇胺30g，甲基吡咯烷酮20g，亚硫酸钠0.1g，酒石酸钾钠0.1g，酒石酸锑钠0.1g，其余为去离子水，加入500ml高压反应釜中，然后迅速充入0.6Mpa CO₂，并搅拌使之完全被溶液吸收，再充入0.8MPa O₂，加热待反应温度120^oC，开动搅拌，转速400rad/min。当氧气压力开始下降时，表明胺液开始发生氧化降解，并记录该时间即为初始降解时间。结果见表1：

对比例5

将200g有机胺溶液，包括：2-氨基-2-甲基-1-丙醇30g，一乙醇胺30g，乙二醇40g，亚硫酸钠0.1g，酒石酸钾钠0.1g，酒石酸锑钠0.1g，其余为去离子水，加入500ml高压反应釜中，然后迅速充入0.6Mpa CO₂，并搅拌使之完全被溶液吸收，再充入0.8MPa O₂，加热待反应温度120^oC，开动搅拌，转速400rad/min。当氧气压力开始下降时，表明胺液开始发生氧化降解，并记录该时间即为初始降解时间。结果见表1：

表1 不用脱碳溶液强化氧化降解实验结果

实例	实施例2	对比例2	对比例3	对比例4	对比例5
						初始降解时间/min	226	65	48	31	55

从表1中可以看出，实例1的初始降解时间最长，达到了226min，这说明实例的脱碳溶液配方具有最好的抗氧化降解能力，远远高于对比例，初始降解时间延长了4-7倍。

Claims

1.一种用于捕集二氧化碳的有机胺溶剂，其特征是有机胺溶剂包括质量含量10%-40%主吸收组份，5-20%助吸收组份，0.05%-1.0%缓蚀剂，0.05%-1.0%抗氧化剂及30%-84%混合溶剂。

2.如权利要求1所述的有机胺溶剂，其特征在于主吸收组分为甘氨酸盐、聚醚胺、吗啉及其衍生物、聚乙二醇二甲醚中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的有机胺溶剂，其特征在于助吸收组分为二乙氨基乙醇、2-氨基-2-甲基-1-丙醇，N-甲基二乙醇胺、羟乙基乙二胺的一种或多种。

4.根据权利要求2所述的有机胺溶剂，其特征在于聚乙二醇二甲醚分子结构式：其中n=3-6。

5.根据权利要求2所述的有机胺溶剂，其特征在于聚醚胺分子结构式：

其中n=1-4。

6.根据权利要求2所述的有机胺溶剂，其特征在于吗啉及其衍生物分子结构式为：

7.根据权利要求2所述的有机胺溶剂，其特征在于所用缓蚀剂为偏钒酸钠、铬酸钠、六亚甲基四胺中的一种或多种。

8.根据权利要求2所述的有机胺溶剂，其特征在于抗氧化剂为亚硫酸钠、酒石酸钾钠、酒石酸锑钠的一种或多种。

9.根据权利要求2所述的有机胺溶剂，其特征在于混合溶剂为去离子水和甲基吡咯烷酮、碳酸丙二醇酯中的一种或多种。