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Abstract

本发明属于气体中CO2捕集技术领域，涉及采用新型离子液体用于CO2捕集。所采用的离子液体由同时含有氨基和醚氧基的阳离子及阴离子组成。本发明CO2捕集体系可用于捕集天然气、炼厂气、液化气、炼厂FCC装置催化剂再生排放气等气体中的CO2。本发明通过采用同时含有氨基和醚氧基的离子液体，显著提高了吸收速率、吸收容量及再生能耗，因此在大规模CO2捕集领域具有很好的前景。

Description

一种用于捕集二氧化碳的离子液体
技术领域
本发明属于气体中二氧化碳捕集技术领域，涉及一种用于CO2捕集的离子液体。
技术背景
二氧化碳的捕集已成为全球关注的“热点”问题。二氧化碳的捕集技术包括溶剂吸收法、吸附法、低温分离法、膜分离法等。传统的醇胺法已广泛应用于CO2的捕集。但是存在过程能耗高、设备腐蚀严重、胺的变质速度快、吸收液具有较强的挥发性，造成环境污染及吸收剂损失等技术难题。因此，新型高效低能耗低消耗的二氧化碳捕集方法和技术如离子液体法、膜分离法等的开发，将会大幅降低现有技术的能耗，从而达到降低捕集分离成本、提高技术市场竞争力的效果。
离子液体是由特定的有机阳离子和有机或无机阴离子组成的在室温或近室温下呈液态的熔盐体系，是新型的结构可设计的绿色环保溶剂。离子液体的不挥发性、不易氧化降解、腐蚀性低，结构和性质的可设计性、热稳定性是传统有机吸收剂不可比拟的优势。
目前采用离子液体法捕集分离CO2的研究仍主要集中在实验室阶段，目前的研究主要包括以下几方面：常规离子液体物理吸收CO2重点在于离子液体高压吸收CO2的热力学研究以及作用机理的探讨。羧酸根离子液体捕集CO2：美国Chevron公司以及DuPont公司分别开发了含有羧酸根官能团的离子液体捕集气体混合物中CO2的方法，对CO2的饱和吸收量为4.6 wt%，反应热仅为-40 kJ/mol，与MEA法相比能降低过程的能耗。含氨基官能团的离子液体捕集CO2，采用多种含氨基功能基团的离子液体用于捕集CO2，并从吸收能力及再生热耗等角度研究分析离子液体捕集CO2的可行性。离子液体与醇胺、水、聚乙二醇等分子溶剂混合，提高捕集性能，降低粘度。例如中科院过程所张锁江课题组采用离子液体[C2OHmim][DCA]、[Bmim][DCA]与30wt%MEA水溶液混合形成离子液体与醇胺混合水溶液用于捕集CO2。他们测定了CO2在溶液中的溶解度及粘度，研究结果表明，加入离子液体能够减少再生塔中由于溶液中水的气化造成的能量消耗，从而降低再生能耗，通过模拟计算得到的能耗较MEA降低27%，同时减少MEA的挥发性损失。离子液体用于捕集CO2如烟道气CO2的文献专利报道很多，但工业用于鲜有报道。关键问题在于离子液体捕集CO2的捕集效率需进一步提高，再生能耗需进一步降低，从而降低捕集过程的运行成本。
发明内容
本发明的目的是提出新型的用于CO2捕集的离子液体。
本发明所采用的离子液体由同时含有氨基和醚氧基的阳离子及阴离子组成。
所述含有氨基和醚氧基的离子液体其结构式为，其中，R1、R2和R3各自独立的选自烷基、或含有羟基取代的烷基、或含有氨基取代的烷基、或同时含有氨基和羟基取代的烷基，氨基取代基为伯胺、仲胺或叔胺基团，烷基取代基为直链或者支链，x=1~6；Y-为离子液体阴离子，主要包括BF4 -、CH3COO-、PF6 -、Cl-、Br-、I-、CF3SO3 -或者(CH3SO2)2N阴离子。
所述氨基取代基为伯胺、仲胺或叔胺基团。
所述烷基取代基为直链。
所述烷基取代基为支链。
本发明在吸收温度为10℃~80℃，再生温度70~180℃条件下，离子液体通过与气流接触而除去其中的CO2。
本发明CO2捕集体系可用于捕集天然气、炼厂气、液化气、沼气、电厂燃煤锅炉排放气、水泥及石灰窑气、高炉气、炼厂FCC装置催化剂再生排放气等气体中的CO2。
本发明通过采用同时含有氨基和醚氧基的离子液体，显著提高了吸收速率、吸收容量及再生能耗，因此在大规模CO2捕集领域具有很好的前景。
附图说明
图1 为本发明实施例CO2捕集工艺流程简图。
图中，1-洗涤液贮槽、2-引风机、3-尾气洗涤泵、4-洗涤液冷却器、5-吸收塔、6-富液泵、7-贫液泵、8-贫液冷却器、9-贫富液换热器、10-再生塔、11-溶液煮沸器、12-再生气冷却器、13-再生气分离器、14-补液泵、15-地下槽。
具体实施方式
以下实施例的工艺流程简图如图1所示。
气源组成（mol%）为：CO2 13.28%，O2 6.25%，N2 80.47%，SO2~150mg/m3。
其流程为：将捕集溶液置于溶液储槽中，通过补液泵打入捕集系统中。待循环稳定后开启再生塔低溶液煮沸器。待各温度点达到控制温度后，将烟道气通过罗茨鼓风机送入试验装置，由流量计计量后进入吸收塔。
原料气进入吸收塔，其中一部分CO2被捕集溶液吸收，尾气由塔顶排入大气。吸收CO2后的富液由塔底经贫富液换热器，回收热量后送入再生塔。解吸出的CO2连同水蒸气冷却后分离除去水分，得到纯度大于99.0%的产品CO2气。
再生气中被冷凝分离出来的冷凝水进入再生塔。富液从再生塔上部进入，通过汽提解吸部分CO2，然后进入再沸器，使其中的CO2进一步解吸。解吸CO2后的贫液由再生塔底流出，经贫富液换热器换热后，用泵送至水冷器，冷却后进入吸收塔。溶剂往返循环构成连续吸收和解吸CO2的工艺过程。
实施例1
以为捕集溶液。进系统烟气量5Nm3/h，溶液循环量12L/h，吸收温度40℃，再生温度105℃。净化气CO2含量0.6mol%，吸收速率0.69mmolCO2/(m2.s)，再生能耗1291.4kcal/Nm3 CO2。
实施例2
以为捕集溶液。进系统烟气量5Nm3/h，溶液循环量12L/h，吸收温度40℃，再生温度105℃。净化气CO2含量0.9mol%，吸收速率0.66mmolCO2/(m2.s)，再生能耗1331.7kcal/ Nm3 CO2。
实施例3
以为捕集溶液。进系统烟气量5Nm3/h，溶液循环量12L/h，吸收温度40℃，再生温度105℃。净化气CO2含量1.4mol%，吸收速率0.64mmolCO2/(m2.s)，再生能耗1386.3kcal/ Nm3 CO2。
实施例4
以为捕集溶液。进系统烟气量5Nm3/h，溶液循环量12L/h，吸收温度40℃，再生温度105℃。净化气CO2含量1.1mol%，吸收速率0.65mmolCO2/(m2.s)，再生能耗1353.0kcal/ Nm3 CO2。
实施例5
以为捕集溶液。进系统烟气量5Nm3/h，溶液循环量12L/h，吸收温度40℃，再生温度105℃。净化气CO2含量1.7mol%，吸收速率0.62mmolCO2/(m2.s)，再生能耗1421.6kcal/ Nm3 CO2。
实施例6
以为捕集溶液。进系统烟气量5Nm3/h，溶液循环量12L/h，吸收温度40℃，再生温度105℃。净化气CO2含量1.5mol%，吸收速率0.63mmolCO2/(m2.s)，再生能耗1397.9kcal/ Nm3 CO2。
对比实施例：
以MEA为捕集溶液。进系统烟气量5Nm3/h，溶液循环量12L/h，吸收温度40℃，再生温度105℃。净化气CO2含量2.5mol%，吸收速率0.59mmolCO2/(m2.s)，再生能耗1526.3kcal/Nm3 CO2。
由以上实施例和对比实施例的结果可见，采用本发明的新型离子液体作为CO2捕集溶剂，对二氧化碳的捕集效率、吸收速率较传统的MEA法均提高，再生能耗显著降低。

Claims (8)

1.一种用于捕集二氧化碳的离子液体，其特征在于所述离子液体由含有氨基和醚氧基的阳离子及阴离子组成。
2.根据权利要求1所述的一种用于捕集二氧化碳的离子液体，其特征是含有氨基和醚氧基的离子液体的结构式为，其中，R1、R2和R3各自独立的选自烷基、或含有羟基取代的烷基、或含有氨基取代的烷基、或同时含有氨基和羟基取代的烷基，x=1~6；Y-为离子液体阴离子，主要为BF4 -、CH3COO-、PF6 -、Cl-、Br-、I-、CF3SO3 -、或者(CH3SO2)2N-阴离子。
3.根据权利要求2所述的一种用于捕集二氧化碳的离子液体，其特征是所述氨基取代基为伯胺、仲胺或叔胺基团。
4.根据权利要求2所述的一种用于捕集二氧化碳的离子液体，其特征是所述烷基取代基为直链。
5.根据权利要求2所述的一种用于捕集二氧化碳的离子液体，其特征是所述烷基取代基为支链。
6.根据权利要求1所述的用于捕集二氧化碳的离子液体的应用方法，其特征在于捕集二氧化碳的温度为10℃~80℃。
7.根据权利要求1所述的用于捕集二氧化碳的离子液体的应用方法，其特征是捕集气体混合物源中的CO2，包括天然气、炼厂气、液化气、沼气、电厂燃煤锅炉排放气、水泥及石灰窑气、高炉气、炼厂FCC装置催化剂再生排放气。
8.根据权利要求1所述的用于捕集二氧化碳的离子液体的应用方法，其特征是离子液体通过与气流接触而除去其中的CO2。
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