CN105879583A - 一种用于捕集co2的溶剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了属于环保、碳减排技术领域的一种用于捕集CO2的溶剂及其制备方法。所述溶剂的分子量为190‑370，粘度为0.9‑6mPa.s，密度为0.9‑1.2g/cm3。以酯类化合物和脂肪二醇类化合物为原料，在温度为50‑300℃、压力为10kPa‑1000kPa以及催化剂的催化下，反应10s‑10h，获得所述的用于捕集CO2的溶剂。获得的溶剂对CO2的吸收容量大，CO2在其中的溶解度达到50‑100gCO2/g溶剂；且该溶剂的合成方法简单易行，在环保、碳减排技术领域具有广泛的应用前景。

Description

一种用于捕集CO2的溶剂及其制备方法
技术领域
本发明属于环保、碳减排技术领域，具体涉及一种用于捕集CO2的溶剂及其制备方法。
背景技术
由于CO2排放过多引起的全球气候温室效应引起了世界的广泛关注，碳减排刻不容缓。CO2的捕集、封存以及再利用技术(CCS/CCUS)被认为是最快捷有效的碳减排途径。目前CO2的捕集分离方法有燃烧前捕集、燃烧后捕集和富氧燃烧等，其中燃烧前捕集以气体中CO2含量高、捕集能耗低而具有较大的优势。随着整体煤气化联合循环发电技术(IGCC)的进展，IGCC和燃烧前CO2捕集技术相结合，有望实现CO2近零排放，被认为是未来清洁发电的重要模式，因此燃烧前捕集技术开发越来越受到关注。
燃烧前捕集方法中的吸收法具有较好的选择性，大量用于炼油、合成氨、制氢、天然气净化等工业过程，相对比较成熟，有大量经验可以借鉴。吸收法通常采用物理吸收剂进行吸收，如甲醇(低温甲醇吸收生产二氧化碳的技术，CN101863471A)、聚乙二醇二甲醚(一种聚乙二醇二甲醚脱硫脱碳合一吸收工艺，CN101492616)、碳酸丙烯酯、N-甲基吡咯烷酮等。相应的工艺有低温甲醇法(Rectisol)、聚乙二醇二甲醚法(Selexol/DEPG/NHD)、碳酸丙烯酯工艺(Flour/PC)、N-甲基吡咯烷酮工艺(Purisol/NMP)等。
但是上述溶剂仍存在一定的不足，如甲醇运行温度很低(-40℃～-60℃)，设备投资和能耗较高；聚乙二醇二甲醚损耗较大，腐蚀问题也较为突出；碳酸丙烯酯吸收容量小，溶剂循环量大，运行成本高；N-甲基吡咯烷酮价格相对较高等。
针对上述情况，专利CN101254388中采用绿色吸收剂碳酸二甲酯(DMC)作为吸收剂，并开发了相应流程，有望取代甲醇、聚乙二醇二甲醚等现有工业传统吸收剂。尽管与传统吸收剂相比，DMC吸收捕集工艺的能耗可降低10-20％以上，但是仍然暴露了一些弱点；如DMC的沸点较低、容易挥发，DMC循环量较大，解吸能耗依然较高等。为了进一步降低CO2的捕集能耗，需要进一步开发挥发性小、吸收容量大的吸收剂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于捕集CO2的溶剂及其制备方法，采取的技术方案如下：
一种用于捕集CO2的溶剂，所述溶剂的分子量为190-370，粘度为0.9-6mPa.s，密度为0.9-1.2g/cm3。
CO2在所述溶剂中的溶解度为50-100gCO2/g溶剂。
所述用于捕集CO2的溶剂的制备方法，以酯类化合物和脂肪二醇类化合物为原料，在温度为50-300℃、压力为10kPa-1000kPa以及催化剂的催化下，反应10s-10h，获得所述的用于捕集CO2的溶剂。
所述的酯类化合物为碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、琥珀酸二甲酯和琥珀酸二乙酯中的一种或一种以上；所述的脂肪二醇类化合物为乙二醇和丁二醇中的一种或两种。
所述酯类化合物和脂肪二醇类化合物的摩尔比为：(1-2):1；酯类化合物中的碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、琥珀酸二甲酯、琥珀酸二乙酯以任意配比加入；脂肪二醇类化合物中的乙二醇和丁二醇以任意配比加入。
所述的催化剂为钠的碳酸盐、钠的氧化物、钠的醇化物、钠的氢氧化物、钾的碳酸盐、钾的氧化物、钾的醇化物、钾的氢氧化物、铝的碳酸盐、铝的氧化物、铝的醇化物、铝的氢氧化物、锌的氧化物、含钛化合物、金属螯合物、有机锡化合物中的一种或一种以上；或叔胺盐、季胺盐、吡啶盐中的一种或一种以上。
所述催化剂的用量为酯类化合物重量的0.001-0.2％。
本发明的有益效果为：本发明所述用于捕集CO2的溶剂，由酯类化合物和脂肪二醇类化合物可控低聚合成，获得的溶剂对CO2的吸收容量大，CO2在其中的溶解度达到50-100gCO2/g溶剂；且该溶剂的合成方法简单易行，在环保、碳减排技术领域具有广泛的应用前景。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述，但本发明的保护范围不限于此。实施例1
取碳酸二甲酯108g、碳酸二乙酯94g，然后加入43g乙二醇、27g丁二醇，再加入0.2g二氧化钛(TiO2)，在120kPa、110℃下搅拌反应3h，脱去甲醇，获得用于吸收CO2的溶剂。
对获得的溶剂进行测定，测得的分子量为266，粘度为5.33mPa.s，密度为1.12g/cm3。用该溶剂在25℃、0.5MPa下吸收CO2，CO2在其中的溶解度为55.6gCO2/g溶剂。
实施例2
取碳酸甲乙酯86g、碳酸丙烯酯122g，然后加入40g乙二醇、32g丁二醇，再加入0.1g三氧化二铝(Al2O3)和0.2g氧化锌(ZnO)，在110kPa、130℃下搅拌反应3h，脱去甲醇，获得用于吸收CO2的溶剂。
对获得的溶剂进行测定，测得的分子量为289，粘度为6.24mPa.s，密度为1.18g/cm3。用该溶剂在25℃、0.5MPa下吸收CO2，CO2在其中的溶解度为64.3gCO2/g溶剂。
实施例3
取琥珀酸二甲酯58g、碳酸二甲酯144g，然后加入45g乙二醇、35g丁二醇，再加入0.1g四丁基溴化铵(C16H36BrN)和0.1g十六烷基三甲基溴化铵季铵盐(C19H42BrN)，在125kPa、155℃下搅拌反应3h，脱去甲醇，获得用于吸收CO2的溶剂。
对获得的溶剂进行测定，测得的分子量为308，粘度为6.24mPa.s，密度为1.18g/cm3。用该溶剂在25℃、0.5MPa下吸收CO2，CO2在其中的溶解度为71.3gCO2/g溶剂。
实施例4
取琥珀酸二甲酯58g、碳酸二乙酯126g，然后加入40g乙二醇、33g丁二醇，再加入0.2g吡啶盐酸盐(C5H5N·HCl)，在110kPa、135℃下搅拌反应3h，脱去甲醇，用于吸收CO2的溶剂。
对获得的溶剂进行测定，测得的分子量为293，粘度为6.16mPa.s，密度为1.05g/cm3。用该溶剂在25℃、0.5MPa下吸收CO2，CO2在其中的溶解度为59.8gCO2/g溶剂。
实施例5
取碳酸二甲酯108g、碳酸二乙酯94g，然后加入43g乙二醇、27g丁二醇，再加入0.26g氢氧化钾(KOH)，在120kPa、110℃下搅拌反应3h，脱去甲醇，获得用于吸收CO2的溶剂。
对获得的溶剂进行测定，测得的分子量为267，粘度为5.34mPa.s，密度为1.12g/cm3。用该溶剂在25℃、0.5MPa下吸收CO2，CO2在其中的溶解度为55.8gCO2/g溶剂。
实施例6
取碳酸甲乙酯86g、碳酸丙烯酯122g，然后加入40g乙二醇、32g丁二醇，再加入0.32g乙醇钠(CH3CH2ONa)，在110kPa、130℃下搅拌反应3h，脱去甲醇，获得用于吸收CO2的溶剂。
对获得的溶剂进行测定，测得的分子量为291，粘度为6.334mPa.s，密度为1.19g/cm3。用该溶剂在25℃、0.5MPa下吸收CO2，CO2在其中的溶解度为64.8gCO2/g溶剂。
实施例7
取琥珀酸二甲酯58g、碳酸二甲酯144g，然后加入45g乙二醇、35g丁二醇，再加入0.33g碱式碳酸镁(Mg(OH)2·MgCO3)，在125kPa、155℃下搅拌反应3h，脱去甲醇，获得用于吸收CO2的溶剂。
对获得的溶剂进行测定，测得的分子量为311，粘度为6.27mPa.s，密度为1.19g/cm3。用该溶剂在25℃、0.5MPa下吸收CO2，CO2在其中的溶解度为71.7gCO2/g溶剂。

Claims (8)

1.一种用于捕集CO2的溶剂，其特征在于，所述溶剂的分子量为190-370，粘度为0.9-6mPa.s，密度为0.9-1.2g/cm3。
2.根据权利要求1所述的一种用于捕集CO2的溶剂，其特征在于，CO2在所述溶剂中的溶解度为50-100gCO2/g溶剂。
3.权利要求1-2任一项所述用于捕集CO2的溶剂的制备方法，其特征在于，以酯类化合物和脂肪二醇类化合物为原料，在温度为50-300℃、压力为10kPa-1000kPa以及催化剂的催化下，进行反应，获得所述的用于捕集CO2的溶剂。
4.根据权利要求3所述的一种用于捕集CO2的溶剂的制备方法，其特征在于，所述的酯类化合物为碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、琥珀酸二甲酯和琥珀酸二乙酯中的一种或一种以上；所述的脂肪二醇类化合物为乙二醇和丁二醇中的一种或两种。
5.根据权利要求3所述的一种用于捕集CO2的溶剂的制备方法，其特征在于，所述酯类化合物和脂肪二醇类化合物的摩尔比为(1-2):1。
6.根据权利要求3所述的一种用于捕集CO2的溶剂的制备方法，其特征在于，所述的催化剂为钠的碳酸盐、钠的氧化物、钠的醇化物、钠的氢氧化物、钾的碳酸盐、钾的氧化物、钾的醇化物、钾的氢氧化物、铝的碳酸盐、铝的氧化物、铝的醇化物、铝的氢氧化物、锌的氧化物、含钛化合物、金属螯合物、有机锡化合物中的一种或一种以上；或叔胺盐、季胺盐、吡啶盐中的一种或一种以上。
7.根据权利要求3所述的一种用于捕集CO2的溶剂的制备方法，其特征在于，所述催化剂的重量为酯类化合物重量的0.001-0.2％。
8.根据权利要求3所述的一种用于捕集CO2的溶剂的制备方法，其特征在于，所述的反应时间为10s-10h。
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