CN104645780A - 一种捕集二氧化碳的变温浓缩吸收剂及其使用方法 - Google Patents

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一种捕集二氧化碳的变温浓缩吸收剂及其使用方法，吸收剂各组分按质量百分含量记为：变温浓缩胺10～80％，pH调节剂5～25％，助剂0～10％，水余量，使用方法为吸收塔中吸收剂溶液与含有二氧化碳的气体反应形成一次富液，一次富液经冷却，通过固液分离器收集固体，分离的液体送回到贫液储罐中，浓缩固体由再生塔产生的热贫液进行加热而变为液态，即二次富液，送往再生塔进行热解产出二氧化碳和再生后的一次贫液，一次贫液首先对固液分离器产生的浓缩固体进行预热，而后在贫液罐中与固液分离器产生的液体进行混合形成二次贫液，用于吸收塔中二氧化碳捕集，吸收剂具有再生能耗低、吸收速率快的特点。

Description

一种捕集二氧化碳的变温浓缩吸收剂及其使用方法
技术领域
本发明涉及气体吸收和分离工程技术领域，具体涉及一种捕集二氧化碳的变温浓缩吸收剂及其使用方法。
背景技术
目前，从燃煤电厂、炼化厂、钢铁厂等大型二氧化碳排放源中，特别是中低浓度的排放源中捕集二氧化碳一般选用化学吸收法。工艺中使用碱性醇胺类物质作为吸收剂，在吸收塔中与酸性气体二氧化碳反应形成化合物，使其从气相中分离出来，随富液离开吸收塔。在再生塔中对富液进行加热，二氧化碳与醇胺形成的化合物发生分解释放二氧化碳并实现醇胺再生。这类醇胺类吸收剂以一乙醇胺(MEA)为代表，尽管吸收过程中气体净化度较高，而再生过程中热解需要消耗大量的饱和蒸汽，相关研究表明这部分热耗占捕集(含压缩)总能耗的60％以上，这也是这类碳捕集技术成本高的最主要原因之一。
根据测算，再生能耗中二氧化碳吸收产物热解离直接相关的再生热只占总热耗的50％左右，其余的50％主要由溶液中的水、吸收剂、二氧化碳等组分在加热过程中的显热以及水沸腾的潜热构成。基于这种能耗构成，从吸收剂角度解决捕集能耗高的措施主要有：1、选用再生能耗较低的醇胺类物质(仲胺、叔胺、位阻胺等)部分或全部代替一乙醇胺，这是目前所采用的最为主要的方法；2、提高溶液浓度，减少水的比例，避免水参与所导致的热耗；3、选用氨基酸盐、离子液体等新型非醇胺类吸收剂，减少水的比例并提高吸收剂的稳定性；4、选用醇、砜等溶剂代替水，提升吸收容量，降低热耗。
以上的措施在应用中也面临诸多局限：1、再生能耗较低的吸收剂，由于与二氧化碳结合作用较弱，因此反应速度也较低，需要与加速剂配合使用促进反应，通过权衡再生能耗和反应速度调整组分浓度以后，整体的捕集能耗下降十分有限；2、醇胺类物质浓度变高时，由于粘度和表面张力的变化，吸收过程会发生起泡、传质受阻等问题，而高浓度的醇胺溶液更容易发生降解，使有效组分快速下降；3、非醇胺类的新型吸收剂目前还在探索阶段，从原料来源和价格上难于满足现实需要；4、非水吸收溶液由于吸收传质特性差异而导致工艺设计困难较大，而非水溶剂组分的参与加大了溶液净化、回收的难度，提高了环保风险。综上，目前二氧化碳捕集过程能耗较高的问题仍待解决。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺点，本发明的目的在于提供一种捕集二氧化碳的变温浓缩吸收剂及其使用方法，吸收剂具有再生能耗低、吸收速率快的特点。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种捕集二氧化碳的变温浓缩吸收剂，各组分按质量百分含量记为：
变温浓缩胺：10～80％
pH调节剂：5～25％
助剂：0～10％
水：余量。
其中，所述变温浓缩胺为一类物质，其结构式为：
结构式中，R1、R2、R3、R4为氢原子、直链烷基或烷氧基，R5、R6为直链烷基或支链烷基，X1、X2、X3、X4、X5为氢原子、卤素基团(氟、氯、溴、碘)、烷基、羧基或羟基，具体包括苄胺、甲基苄胺、N,N-二甲基苄胺、苯乙胺、苄基乙二胺或4-氯苄胺。
所述pH调节剂为碳酸钾、碳酸钠、氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸氢钾或碳酸氢钠。
所述助剂为一种或多种消泡剂、抗氧化剂或缓蚀剂，消泡剂为有机硅氧烷、酰胺或脂肪醇；抗氧化剂为酒石酸钾、酒石酸钠、酒石酸锑钾或硫代硫酸钠；缓蚀剂为铬酸盐、硝酸盐或钼酸盐。
一种捕集二氧化碳的变温浓缩吸收剂的使用方法，具体步骤为：
吸收塔中吸收剂溶液与含有二氧化碳的气体反应形成一次富液，吸收温度：30～50℃，吸收压力：0.1～5Mpa，被吸收的二氧化碳物质的量与溶液总胺物质的量之比为0.2以上，一次富液离开吸收塔后经冷却降低到30℃以下，然后通过固液分离器收集富含二氧化碳产物的固体，分离的液体送回到贫液储罐中，浓缩固体由再生塔产生的热贫液进行加热而变为液态，即二次富液，送往再生塔进行热解产出二氧化碳和再生后的一次贫液，一次贫液首先对固液分离器产生的浓缩固体进行预热，而后在贫液罐中与固液分离器产生的液体进行混合形成二次贫液，用于吸收塔中二氧化碳捕集，完成整个吸收-再生-吸收循环。
所述的含有二氧化碳的气体包括烟道气、合成气或天然气的工业气体。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
由于变温浓缩胺与二氧化碳形成的氨基甲酸盐溶解度较小，可以通过控制二氧化碳吸收量(二氧化碳负荷)以及温度使其发生沉淀，沉淀完成固液分离后，只需对固体部分进行热解即可完成再生，从而降低能耗。而且沉淀经过简单预热后就可以再次变为液态，这也使得物质流动不受阻碍。由于贫液和浓缩富液均为液态，采用常规的吸收塔和再生塔就可以完成捕集循环。这样，除小型变温浓缩设备外，系统其他部件无需增加成本，由于吸收速度与一乙醇胺相当，且溶液浓度较高，可以采用较小的吸收塔，因此固定设备总投资甚至可以得到缩减，而由于系统能耗得到显著降低，因而使捕集总成本得到削减。
具体实施方式
下面结合实例对本发明进行详细说明。
实施例1，一种捕集二氧化碳的变温浓缩吸收剂，各组分按质量百分含量记为：变温浓缩胺35％，pH调节剂5％，助剂0.01％，水：余量，变温浓缩胺为苄胺，pH调节剂为碳酸钾，助剂为有机硅氧烷消泡剂。
其使用方法为：吸收塔中吸收剂溶液与含有二氧化碳的气体反应形成一次富液，吸收温度：40～50℃，吸收压力：1Mpa，被吸收的二氧化碳物质的量与苄胺物质的量之比为0.4以上，一次富液离开吸收塔后经冷却降低到25℃，然后通过固液分离器收集富含二氧化碳产物的固体，分离的液体送回到贫液储罐中，浓缩固体由再生塔产生的热贫液进行加热到55℃变为液态，即二次富液，送往再生塔110℃温度下热解产出二氧化碳和再生后的一次贫液，一次贫液首先对固液分离器产生的浓缩固体进行预热，而后在贫液罐中与固液分离器产生的液体进行混合形成二次贫液，用于吸收塔中二氧化碳捕集，完成整个吸收-再生-吸收循环。
实施例2，一种捕集二氧化碳的变温浓缩吸收剂，各组分按质量百分含量记为：变温浓缩胺30％，pH调节剂5％，水：余量，变温浓缩胺为苄胺，pH调节剂为氢氧化钾。
其使用方法为：吸收塔中吸收剂溶液与含有二氧化碳的气体反应形成一次富液，吸收温度：40～50℃，吸收压力：1-1.1bar，被吸收的二氧化碳物质的量与苄胺物质的量之比为0.35以上，一次富液离开吸收塔后经冷却降低到30℃，然后通过固液分离器收集富含二氧化碳产物的固体，分离的液体送回到贫液储罐中，浓缩固体由再生塔产生的热贫液进行加热到60℃变为液态，即二次富液，送往再生塔110℃温度下热解产出二氧化碳和再生后的一次贫液，一次贫液首先对固液分离器产生的浓缩固体进行预热，而后在贫液罐中与固液分离器产生的液体进行混合形成二次贫液，用于吸收塔中二氧化碳捕集，完成整个吸收-再生-吸收循环。
实施例3，一种捕集二氧化碳的变温浓缩吸收剂，各组分按质量百分含量记为：变温浓缩胺25％，pH调节剂5％，助剂：0.02％，水：余量，变温浓缩胺为苄基乙二胺，pH调节剂为碳酸氢钠，助剂为有机硅氧烷消泡剂。
其使用方法为：吸收塔中吸收剂溶液与含有二氧化碳的气体反应形成一次富液，吸收温度：40～50℃，吸收压力：1-1.1bar，被吸收的二氧化碳物质的量与苄基乙二胺物质的量之比为0.2以上，一次富液离开吸收塔后经冷却降低到25℃，然后通过固液分离器收集富含二氧化碳产物的固体，分离的液体送回到贫液储罐中，浓缩固体由再生塔产生的热贫液进行加热到60℃变为液态，即二次富液，送往再生塔110℃温度下热解产出二氧化碳和再生后的一次贫液，一次贫液首先对固液分离器产生的浓缩固体进行预热，而后在贫液罐中与固液分离器产生的液体进行混合形成二次贫液，用于吸收塔中二氧化碳捕集，完成整个吸收-再生-吸收循环。

Claims (6)

1.一种捕集二氧化碳的变温浓缩吸收剂，其特征在于：各组分按质量百分含量记为：
变温浓缩胺：10～80％
pH调节剂：5～25％
助剂：0～10％
水：余量。
2.根据权利要求1所述的一种捕集二氧化碳的变温浓缩吸收剂，其特征在于：所述变温浓缩胺为一类物质，其结构式为：
结构式中，R1、R2、R3、R4为氢原子、直链烷基或烷氧基，R5、R6为直链烷基或支链烷基，X1、X2、X3、X4、X5为氢原子、卤素基团(氟、氯、溴、碘)、烷基、羧基或羟基，具体包括苄胺、甲基苄胺、N,N-二甲基苄胺、苯乙胺、苄基乙二胺或4-氯苄胺。
3.根据权利要求1所述的一种捕集二氧化碳的变温浓缩吸收剂，其特征在于：所述pH调节剂为碳酸钾、碳酸钠、氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸氢钾或碳酸氢钠。
4.根据权利要求1所述的一种捕集二氧化碳的变温浓缩吸收剂，其特征在于：所述助剂为一种或多种消泡剂、抗氧化剂或缓蚀剂，消泡剂为有机硅氧烷、酰胺或脂肪醇；抗氧化剂为酒石酸钾、酒石酸钠、酒石酸锑钾或硫代硫酸钠；缓蚀剂为铬酸盐、硝酸盐或钼酸盐。
5.根据权利要求1所述的一种捕集二氧化碳的变温浓缩吸收剂的使用方法，其特征在于，具体步骤为：
吸收塔中吸收剂溶液与含有二氧化碳的气体反应形成一次富液，吸收温度：30～50℃，吸收压力：0.1～5Mpa，被吸收的二氧化碳物质的量与溶液总胺物质的量之比为0.2以上，一次富液离开吸收塔后经冷却降低到30℃以下，然后通过固液分离器收集富含二氧化碳产物的固体，分离的液体送回到贫液储罐中，浓缩固体由再生塔产生的热贫液进行加热而变为液态，即二次富液，送往再生塔进行热解产出二氧化碳和再生后的一次贫液，一次贫液首先对固液分离器产生的浓缩固体进行预热，而后在贫液罐中与固液分离器产生的液体进行混合形成二次贫液，用于吸收塔中二氧化碳捕集，完成整个吸收-再生-吸收循环。
6.根据权利要求5所述的使用方法，其特征在于：所述的含有二氧化碳的气体包括烟道气、合成气或天然气的工业气体。
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