CN110813058B - 胺基功能化聚乙二醇双子离子液体及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了胺基功能化聚乙二醇双子离子液体及其捕集二氧化碳的方法。该胺基功能化聚乙二醇双子离子液体的结构通式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，其中R1为烷基；R2、R3为H、CH3或C2H5；n为整数，2≤n≤20。在吸收温度为20℃~80℃，再生温度70~180℃条件下，该胺基功能化聚乙二醇双子离子液体可用于捕集烟道气、天然气变换气和合成气中的二氧化碳，具有高吸收速率、高吸收容量、低粘度以及吸收选择性好的优点，因此在大规模捕集二氧化碳领域具有很好的应用前景。

Description

胺基功能化聚乙二醇双子离子液体及其应用
技术领域
本发明属于二氧化碳捕集技术领域，涉及一种采用胺基功能化聚乙二醇双子离子液体捕集二氧化碳的方法，实现二氧化碳的高容量、低能耗、可循环的捕集。
背景技术
二氧化碳的过量排放给全球气候环境造成了严重的负面影响。二氧化碳的排放控制直接关系着工业生产、气候、人类健康和能源利居等方面，因此对二氧化碳捕集技术的研究显得尤为重要和迫切。
目前，利用醇胺水溶液等传统工艺捕集二氧化碳气体具有成本低、捕集速度快、捕集量大等优点，但是此类捕集溶剂存在溶剂易挥发、腐蚀性强、捕集溶剂不易再生等问题，不符合可持续发展的原则。
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，具有稳定性好、挥发性低、二氧化碳溶解能力强、可设计性等优点，在二氧化碳捕集方面具有很大的应用潜力。 但常规的离子液体吸收二氧化碳属于物理吸收，吸收速率较慢，影响二氧化碳的捕集效果。此外常规离子液体的粘度大，二氧化碳在离子液体中的溶解和扩散速率慢，不利于二氧化碳的捕集，虽然可以通过将离子液体配制成水溶液来降低粘度，但是含有卤素阴离子的离子液体在有水存在的情况下会产生严重的腐蚀问题，阻碍了其在二氧化碳捕集中的工业应用。
发明内容
本发明提供了一种胺基功能化聚乙二醇双子离子液体及其捕集二氧化碳的方法，首先胺基功能化聚乙二醇双子离子液体含有不少于2个胺基，多胺基的引入使得该功能化离子液体具有同有机胺一样的高吸收速率、高吸收容量的特点；其次聚醚结构的引入能够增大了分子间自由体积，有利于相邻分子间的传质，降低离子液体的粘度，使得捕集体系不用加水稀释来降低粘度，从而避免了含有卤素阴离子的离子液体因为水的引入而产生的腐蚀问题；第三，聚醚结构的引入使离子液体的极性更强，减弱离子液体对N2、CH4等气体的溶解作用，显著增大其对二氧化碳气体的吸收选择性。
本发明的上述目的通过以下技术方案实现：胺基功能化聚乙二醇双子离子液体，其特征在于：所述的胺基功能化聚乙二醇双子离子液体的结构通式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，其中R1为烷基；R2、R3为H、CH3或C2H5；n为整数，2≤n≤20。
所述的胺基功能化聚乙二醇双子离子液体含有不少于2个胺基。
所述的胺基为伯胺、仲胺或叔胺基团。
所述的胺基功能化聚乙二醇双子离子液体的阴离子选自Cl-、Br-、I-、BF4 -、BF6 -、NO3 -、ClO4 -、HSO3 -、HSO4 -、H2PO4 -、CH3COO-、SCN-、SbF6 -、AsF6 -、CF3 -、CF3COO-、CH3 SO4 -、C2H6 SO4 -、C8H17 SO4 -、C4F9 SO3 -、十二烷基磺酸根、苯磺酸根、对甲苯磺酸根。
本发明还提供了采用所述胺基功能化聚乙二醇双子离子液体捕集二氧化碳的方法，其特征在于：利用所述胺基功能化聚乙二醇双子离子液体作为捕集溶剂捕集二氧化碳。
所述的胺基功能化聚乙二醇双子离子液体用于捕集低分压二氧化碳。
所述的胺基功能化聚乙二醇双子离子液体用于捕集烟道气、天然气变换气和合成气中的二氧化碳。
所述的胺基功能化聚乙二醇双子离子液体适用的吸收温度为20-80℃。
所述的胺基功能化聚乙二醇双子离子液体适用的再生温度为70-120℃。
本发明提供的采用胺基功能化聚乙二醇双子离子液体捕集二氧化碳的方法，该胺基功能化聚乙二醇双子离子液体除具有良好的稳定性、不挥发的特点外，还具有高吸收速率、高吸收容量、低粘度以及吸收选择性好的优点，因此在大规模捕集二氧化碳领域具有很好的应用前景。
附图说明
图1 为本发明实施例中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
下面结合实施例和附图对本发明加以详细描述。
实施例中的气源组成（mol%）为：CO2 13.28%，O2 6.25%，N2 80.47%，SO2~150mg/m3。
参考附图1，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
Figure DEST_PATH_IMAGE004
为捕集溶液。进系统烟气量5Nm3/h，溶液循环量12L/h，吸收温度20℃，再生温度70℃。净化气CO2含量0.6mol%，吸收速率0.69mmolCO2/(m2.s)，再生能耗1291.4kcal/Nm3CO2。
实施例2
以
Figure DEST_PATH_IMAGE006
为捕集溶液。进系统烟气量5Nm3/h，溶液循环量12L/h，吸收温度80℃，再生温度120℃。净化气CO2含量0.9mol%，吸收速率0.66mmolCO2/(m2.s)，再生能耗1331.7kcal/ Nm3CO2。
实施例3
以
Figure DEST_PATH_IMAGE008
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/ Nm3CO2。
实施例4
以
Figure DEST_PATH_IMAGE010
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/ Nm3CO2。
实施例5
以
Figure DEST_PATH_IMAGE012
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/ Nm3CO2。
实施例6
以
Figure DEST_PATH_IMAGE014
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/ Nm3CO2。
实施例7
以
Figure DEST_PATH_IMAGE016
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/ Nm3CO2。
实施例8
以
Figure DEST_PATH_IMAGE018
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/ Nm3CO2。
对比例1
以
Figure DEST_PATH_IMAGE020
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/ Nm3CO2。
对比例2
以
Figure DEST_PATH_IMAGE022
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/ Nm3CO2。

Claims (9)

1.一种胺基功能化聚乙二醇双子离子液体，其特征在于：所述的胺基功能化聚乙二醇双子离子液体的结构通式如下：
Figure FDA0003243716820000011
其中R1为烷基；R2、R3为H、CH3或C2H5；n为整数，2≤n≤20。
2.如权利要求1所述胺基功能化聚乙二醇双子离子液体，其特征在于：所述的胺基功能化聚乙二醇双子离子液体含有不少于2个胺基。
3.如权利要求1或2所述胺基功能化聚乙二醇双子离子液体，其特征在于：所述的胺基为伯胺、仲胺或叔胺基团。
4.如权利要求1所述胺基功能化聚乙二醇双子离子液体，其特征在于：所述的胺基功能化聚乙二醇双子离子液体的阴离子选自C1-、Br-、I-、BF4 -、BF6 -、NO3 -、C1O4 -、HSO3 -、HSO4 -、H2PO4 -、CH3COO-、SCN-、SbF6 -、ASF6 -、CF3 -、CF3COO-、CH3SO4 -、C2H6SO4 -、C8H17SO4 -、C4F9SO3 -、十二烷基磺酸根、苯磺酸根、对甲苯磺酸根。
5.一种采用如权利要求1所述胺基功能化聚乙二醇双子离子液体捕集二氧化碳的方法，其特征在于：利用所述胺基功能化聚乙二醇双子离子液体作为捕集溶剂捕集二氧化碳。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述的胺基功能化聚乙二醇双子离子液体用于捕集低分压二氧化碳。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述的胺基功能化聚乙二醇双子离子液体用于捕集烟道气、天然气变换气和合成气中的二氧化碳。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述的胺基功能化聚乙二醇双子离子液体适用的吸收温度为20-80℃。
9.如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述的胺基功能化聚乙二醇双子离子液体适用的再生温度为70-120℃。
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