CN111437710A - 一种醇-胺-水系二氧化碳捕集液及二氧化碳的捕集方法 - Google Patents

一种醇-胺-水系二氧化碳捕集液及二氧化碳的捕集方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种醇‑胺‑水系二氧化碳捕集液及二氧化碳的捕集方法，属于二氧化碳捕集技术领域。本发明提供的醇‑胺‑水系二氧化碳捕集液，包括低级醇、醇胺和水。本发明提供的二氧化碳捕集液中，醇胺与CO2反应形成稳定的氨基甲酸盐和碳酸氢盐，随着对CO2吸收量的增加，捕集液的OH‑含量逐渐降低，碱性降低；低级醇不仅可与CO2反应形成难分解的CxH2x+1O‑，从而提了对CO2捕集效率；而且其还可以降低水的介电常数，从而降低捕集液的碱度，有利于捕集液吸附的酸性CO2在较低的温度下解吸。本发明提供的醇‑胺‑水系二氧化碳捕集液对CO2的捕集率高，解吸CO2所需温度低，耗能低且对设备无腐蚀。

Description

一种醇-胺-水系二氧化碳捕集液及二氧化碳的捕集方法
技术领域
本发明涉及二氧化碳捕集技术领域，具体涉及一种醇-胺-水系二氧化碳捕集液及二氧化碳的捕集方法。
背景技术
大气中二氧化碳浓度不断增加是造成全球气候变化的主要原因，因此减少二氧化碳的排放，应对全球气候问题，维持人类社会可持续发展显得非常迫切和必要。CO2捕集方法有化学吸收法、物理吸收法和膜分离法，其中，化学法应用最为广泛。化学吸收法中的胺吸收法具有吸捕集率快、吸收容量大、吸收效果好、回收产品纯度高等特点，已成为应用广泛的CO2捕集主流技术。胺吸收法是有机胺类吸收剂在低温下吸收二氧化碳，高温下解吸吸收液，实现了对CO2的捕集。目前，有机胺类吸收剂主要有单乙醇胺的水溶液、二乙醇胺的水溶液以及三乙醇胺的水溶液。然而上述有机胺类吸收剂对CO2的捕集率低，且解吸需要在高温条件下进行，而高温解吸会导致有机胺发生水解，生成物对设备造成一定的腐蚀。
发明内容
鉴于此，本发明的目的在于提供一种醇-胺-水系二氧化碳捕集液及二氧化碳的捕集方法。本发明提供的捕集液对CO2的捕集效率高，解吸温度低。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种醇-胺-水系二氧化碳捕集液，包括低级醇、醇胺和水；所述低级醇、醇胺和水的质量比为1：(0.5～2)：(0.5～3)。
优选的，所述低级醇包括乙醇、异丙醇和丁醇中的一种或几种。
优选的，所述醇胺为醇胺，包括乙醇胺、二乙醇胺和甲基二乙醇胺中的一种或几种。
本发明还提供了一种二氧化碳的捕集方法，包括以下步骤：
以上述技术方案所述醇-胺-水系二氧化碳捕集液作为二氧化碳的捕获工质，吸收二氧化碳，得到吸收溶液；
对所述吸收溶液进行解吸，得到二氧化碳；
所述解吸的温度为70～85℃。
优选的，所述吸收的温度为5～40℃，时间为1～2h。
优选的，所述解吸的时间为0.2～1h。
优选的，所述解吸还得到再生醇-胺-水系二氧化碳捕集液，回用于所述吸收二氧化碳中。
本发明提供了一种醇-胺-水系二氧化碳捕集液，包括低级醇、醇胺和水；所述低级醇、醇胺和水的质量比优选为1：(0.5～2)：(0.5～3)。本发明提供的二氧化碳捕集液中，醇胺中的胺基与CO2反应形成稳定的氨基甲酸盐，醇胺在水溶液中存在较多的OH-，OH-与CO2反应形成HCO3 -，随着对CO2吸收量的增加，捕集液的OH-含量逐渐降低，碱性降低；低级醇不仅可与CO2反应形成难分解的CxH2x+1O-，从而提高了对CO2捕集效率，而且其还可以降低水的介电常数，从而降低醇-胺-水系二氧化碳捕集液的碱度，有利于醇-胺-水系二氧化碳捕集液吸附的酸性CO2在较低的温度下解吸。本发明提供的醇-胺-水系二氧化碳捕集液对CO2的捕集率高。本发明实施例结果表明，本发明提供的醇-胺-水系二氧化碳捕集液对CO2捕集率可达90～93％。
本发明提供的二氧化碳的捕集方法，以醇-胺-水系二氧化碳捕集液作为二氧化碳的捕获工质，在低温度(70～85℃)条件下即可高效率的解吸CO2，从而实现二氧化碳高效率的捕捉与封存，无需额外消耗能源，降低成本，实现了节能减排；而且在低温条件下解吸有利于防止醇-胺-水系二氧化碳捕集液中的醇胺水解，避免对设备造成腐蚀，同时减轻胺对环境的污染，有利于环境保护。
附图说明
图1为实施例捕集二氧化碳采用的装置的结构图，其中，1为泵；2为冷却塔，2-1进气口，2-2出气口；3为吸收塔，3-1为进气口，3-2为下出气口，3-3为上出气口，3-4为捕集液入口；4为废气回收罐；5为泵；6为解吸塔，6-1为进气口，6-2为出气口，6-3为出液口，6-4为热气入口；7为冷凝装置；8为储液罐，8-1为捕集液入口，8-2为捕集液出口。
具体实施方式
本发明提供了一种醇-胺-水系二氧化碳捕集液，包括低级醇、醇胺和水所述低级醇、醇胺和水的质量比优选为1：(0.5～2)：(0.5～3)。
在本发明中，若无特殊说明，所有的原料组分均为本领域技术人员熟知的市售商品。
在本发明中，所述低级醇优选包括乙醇、异丙醇和丁醇中的一种或几种，更优选包括乙醇、异丙醇或丁醇，最优选为乙醇。
在本发明中，所述醇胺优选包括乙醇胺、二乙醇胺和甲基二乙醇胺中的一种或几种，更优选包括乙醇胺、二乙醇胺或甲基二乙醇胺，最优选为二乙醇胺。
本发明对于所述水没有特殊限定，采用本领域熟知的水即可，具体如蒸馏水或去离子水。
在本发明中，所述低级醇、醇胺和水的质量比优选为1：(0.8～1.8)：(0.5～2.8)，更优选为1：(0.5～1.5)：(1～2.5)。
本发明提供的二氧化碳捕集液中，醇胺中的胺基与CO2反应形成稳定的氨基甲酸盐，醇胺在水溶液中存在较多的OH-，OH-与CO2反应形成HCO3 -，随着对CO2吸收量的增加，捕集液的OH-含量逐渐降低，碱性降低；低级醇不仅可与CO2反应形成难分解的CxH2x+1O-，从而提了对CO2捕集效率；而且其还可以降低水的介电常数，从而降低醇-胺-水系二氧化碳捕集液的碱度，有利于醇-胺-水系二氧化碳捕集液吸附的酸性CO2在较低的温度下解吸。本发明提供的醇-胺-水系二氧化碳捕集液对CO2的捕集率高。
本发明对所述二氧化碳捕集液的制备方法没有特殊的限制，将所述低级醇、醇胺和水混合即可。
本发明还提供了一种二氧化碳的捕集方法，包括以下步骤：
以上述技术方案所述醇-胺-水系二氧化碳捕集液作为二氧化碳的捕获工质，吸收二氧化碳，得到吸收溶液；
对所述吸收溶液进行解吸，得到二氧化碳；
所述解吸的温度为70～85℃。
本发明以醇-胺-水系二氧化碳捕集液作为二氧化碳的捕获工质，吸收二氧化碳，得到吸收溶液；所述醇-胺-水系二氧化碳捕集液上述技术方案所述的醇-胺-水系二氧化碳捕集液。
本发明对于所述二氧化碳的来源没有特殊限定，选择本领域常规的含二氧化碳的进料气即可，具体如纯二氧化碳或含二氧化碳混合气体。本发明对于所述进料气的具体组成没有特殊限定，含有二氧化碳即可；在本发明的实施例中，所述进料气优选包括烟道气或锅炉烟气。本发明对于所述含二氧化碳混合气体中二氧化碳的体积分数没有特殊限定，任意体积分数均可。在本发明的实施例中，所述进料气中的二氧化碳的体积分数优选为10～20％。在本发明中，所述进料气的进气量优选为200～300L/min，更优选为220～280L/min，最优选为250～270L/min。
在本发明中，所述醇-胺-水系二氧化碳捕集液优选以喷淋方式吸收二氧化碳，所述醇-胺-水系二氧化碳捕集液的喷淋速度优选为20～25kg/h。
在本发明中，所述吸收的温度优选为5～40℃；在本发明的实施例中，所述吸收优选在室温条件下进行；所述吸收的压力优选为常压(1.01MPa)；所述吸收的时间优选为1～2h，更优选为1.2～1.8h。在本发明中，所述吸收过程中，醇-胺-水系二氧化碳捕集液中醇胺与CO2反应形成氨基甲酸盐、碳酸氢盐；低级醇与CO2反应形成在5～40℃难分解的CxH2x+1O-，从而提了对CO2捕集效率；而且其还可以降低水的介电常数，从而降低醇-胺-水系二氧化碳捕集液的碱度，有利于降低后续的吸收溶液中的CO2被解吸处出来的温度。
得到吸收溶液后，本发明对所述吸收溶液进行解吸，得到二氧化碳。
在本发明中，所述解吸的温度优选为70～80℃，更优选为75℃；所述解吸的时间优选为0.2～1h，更优选为0.4～0.8h。在本发明中，所述解吸过程中，吸收溶液中的CxH2x+1O-分解，得到CO2和再生醇-胺-水系二氧化碳捕集液。在本发明中，所述解吸出来的CO2经冷凝后收集，收集后进行封存或资源化利用。本发明对于所述冷凝的方式、温度和时间没有特殊限定，采用本领域熟知的冷凝方式、温度和时间即可。
在本发明中，所述解吸优选还得到再生醇-胺-水系二氧化碳捕集液，所述再生醇-胺-水系二氧化碳捕集液优选回用于所述吸收过程中。本发明利用的醇-胺-水系二氧化碳捕集液的重复利用率高，降低了CO2的捕集成本。
本发明在低温度(70～85℃)条件下即可高效率的解吸CO2，从而实现二氧化碳高效率的捕捉与封存，无需额外消耗能源，降低成本，实现了节能减排；而且醇-胺-水系二氧化碳捕集液中醇胺的浓度低，在低温条件下解吸有利于防止胺降解，避免对设备造成腐蚀，同时减轻胺对环境的污染，有利于环境保护。
在本发明的实施例中，所述二氧化碳捕集装置中进行；所述二氧化碳捕集装置的结构如图1所示，其中，1为泵，2为冷却塔，3为吸收塔，4为废气回收罐，5为泵，6为解吸塔，7为冷凝装置，8为储液罐。
在本发明中，所述二氧化碳捕集装置包括泵1。
在本发明中，所述二氧化碳捕集装置包括冷却塔2，所述冷却塔2设置有进气口2-1和出气口2-2，所述泵1与冷却塔2的进气口2-1相连；所述出气口2-2与所述吸收塔3的进气口3-1相连。
在本发明中，所述二氧化碳捕集装置包括吸收塔3，所述吸收塔3设置有进气口3-1、下出气口3-2和上出气口3-3，所述进气口3-1与所述冷却塔2的出气口2-2相连，所述下出气口3-2通过泵5与所述解吸塔6的进气口6-1相连，所述上出气口3-3与所述废气回收罐4相连；所述吸收塔3还设置有捕集液入口3-4，所述捕集液入口3-4与所述储液罐8的捕集液出口8-2相连。
在本发明中，所述二氧化碳捕集装置包括废气回收罐4，所述废气回收罐4与所述吸收塔3的上出气口3-3相连。
在本发明中，所述二氧化碳捕集装置包括解吸塔6，所述解吸塔6设置有进气口6-1和出气口6-2，所述进气口6-1通过泵5于所述吸收塔3的下出气口3-2相连，所述出气口6-2于所述冷凝装置7相连；所述解吸塔6还设置有出液口6-3，所述出液口6-3与所述储液罐8的捕集液入口8-1相连；所述解吸塔6还设置有热气入口6-4，余热热源通过所述热气入口6-4进入到解吸塔6中，使得解吸塔6保持解吸所需温度，实现了热量的重复使用，降低了能耗。
在本发明中，所述二氧化碳捕集装置包括冷凝装置7，所述冷凝装置7与所述解吸塔6的出气口6-2相连，用于回收捕集的二氧化碳。
在本发明中，所述二氧化碳捕集装置包括储液罐8，所述储液罐8设置有捕集液入口8-1和捕集液出口8-2，所述捕集液入口8-1与所述解吸塔6的出液口6-3相连，所述捕集液出口8-2与所述吸吸塔3的捕集液入口3-4相连。
在本发明中，在二氧化碳捕集装置中利用醇-胺-水系二氧化碳捕集液捕集二氧化碳，优选包括以下步骤：进料气体经泵1泵入至冷却塔2中进行冷却，得到冷却进料气；所得冷却进料气进入至吸收塔3中与位于储液罐8经捕集液出口8-2通过捕集液入口3-4进入吸收塔3的自上而下喷淋的醇-胺-水系二氧化碳捕集液逆流接触，其中的二氧化碳被吸收形成吸收溶液，进料气得以充分净化，净化后的进料气进入气罐4中，所得吸收溶液依次经下出气口3-2、泵5和进气口6-1进入至解吸塔6中进行解吸，通过热气入口6-4进入的热气进行加热使二氧化碳从吸收溶液中脱附，通过出气口6-2进入至冷凝装置7中进行冷凝回收，即得到二氧化碳气体，解吸后所得再生醇-胺-水系二氧化碳捕集液通过捕集液入口6-5经捕集液入口8-1进入储液罐8中，捕集液通过捕集液出口8-2经捕集液入口3-4进入吸收塔3中回用于二氧化碳的吸收过程。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
CO2体积分数为10％的烟道气(进气量为250L/min)经泵1泵入至冷却塔2中冷却至25℃，得到冷却烟道气；
所述冷却烟道气进入至吸收塔3(室温、常压)中与自上而下喷淋的醇-胺-水系二氧化碳捕集液(乙醇、二乙醇胺和水的质量比＝2:3:5，捕集液喷淋速度为20～25kg/h)逆流接触吸收1.5h，其中的二氧化碳被吸收，得到吸收溶液；所得净化后的烟道气进入至气罐4中；
吸收溶液经泵5进入至解吸塔6中在75℃条件下解吸0.5h，通过加热使二氧化碳从吸收溶液中脱附，进入至冷凝装置7中冷凝，得到CO2，解吸后所得再生醇-胺-水系二氧化碳捕集液进入储液罐8中，经捕集液出口8-2经捕集液入口3-4进入吸收塔3中回用于二氧化碳吸收过程。
经过解吸计算后得到，CO2的捕集率为93％。
实施例2
CO2体积分数为20％的烟道气(进气量为300L/min)经泵1泵入至冷却塔2中冷却至25℃，得到冷却烟道气；
所述冷却烟道气进入至吸收塔3(室温、常压)中与自上而下喷淋的醇-胺-水系二氧化碳捕集液(乙醇、二乙醇胺和水的质量比＝3:4:3，捕集液喷淋速度为25～30kg/h)逆流接触吸收1.8h，其中的二氧化碳被吸收，得到吸收溶液；所得净化后的烟道气进入至气罐4中；
吸收溶液经泵5进入至解吸塔6中在70℃条件下解吸0.8h，通过加热使二氧化碳从吸收溶液中脱附，进入至冷凝装置7中冷凝，得到CO2，解吸后所得再生醇-胺-水系二氧化碳捕集液进入储液罐8中，经捕集液出口8-2经捕集液入口3-4进入吸收塔3中回用于二氧化碳吸收过程。
经过解吸计算后得到，CO2的捕集率为90％。
实施例3
CO2体积分数为18％的锅炉烟气(进气量为200L/min)经泵1泵入至冷却塔2中冷却至25℃，得到冷却锅炉烟气；
所述冷却锅炉烟气进入至吸收塔3(室温、常压)中与自上而下喷淋的醇-胺-水系二氧化碳捕集液(乙醇、二乙醇胺和水的质量比＝2:2:1，捕集液喷淋速度为15～20kg/h)逆流接触吸收1.2h，其中的二氧化碳被吸收，得到吸收溶液；所得净化后的锅炉烟气进入至气罐4中；
吸收溶液经泵5进入至解吸塔6中在80℃条件下解吸0.4h，通过加热使二氧化碳从吸收溶液中脱附，进入至冷凝装置7中冷凝，得到CO2，解吸后所得再生醇-胺-水系二氧化碳捕集液进入储液罐8中，经捕集液出口8-2经捕集液入口3-4进入吸收塔3中回用于二氧化碳吸收过程。
经过解吸计算后得到，CO2的捕集率为92％。
对比例1
CO2体积分数为18％的锅炉烟气(进气量为200L/min)经泵1泵入至冷却塔2中冷却至25℃，得到冷却锅炉烟气；
所述冷却锅炉烟气进入至吸收塔3(室温、常压)中与自上而下喷淋的胺-水吸收剂(二乙醇胺和水的质量比＝2:3，捕集液喷淋速度为10～15kg/h))逆流接触吸收2.1h，其中的二氧化碳被吸收，得到吸收溶液；所得净化后的锅炉烟气进入至气罐4中；
吸收溶液经泵5进入至解吸塔6中在110℃条件下解吸1.2h，通过加热使二氧化碳从吸收溶液中脱附，进入至冷凝装置7中冷凝，得到CO2，解吸后所得再生醇-胺-水系二氧化碳捕集液进入储液罐8中，经捕集液出口8-2经捕集液入口3-4进入吸收塔3中回用于二氧化碳吸收过程。
经过解吸计算后得到，CO2的捕集率为82％。
综上所述，相对于胺-水吸收剂来说，本发明以醇-胺-水系二氧化碳捕集液作为CO2的的捕获工质，对CO2的捕集率高，同时能够降低吸收时间以及解吸的温度和时间。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种醇-胺-水系二氧化碳捕集液，包括低级醇、醇胺和水；所述低级醇、醇胺和水的质量比为1：(0.5～2)：(0.5～3)。
2.根据权利要求1所述的二氧化碳捕集液，其特征在于，所述低级醇包括乙醇、异丙醇和丁醇中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的二氧化碳捕集液，其特征在于，所述醇胺为醇胺，包括乙醇胺、二乙醇胺和甲基二乙醇胺中的一种或几种。
4.一种二氧化碳的捕集方法，其特征在于，包括以下步骤：
以权利要求1～3任一项所述醇-胺-水系二氧化碳捕集液作为二氧化碳的捕获工质，吸收二氧化碳，得到吸收溶液；
对所述吸收溶液进行解吸，得到二氧化碳；
所述解吸的温度为70～85℃。
5.根据权利要求4所述的捕集方法，其特征在于，所述吸收的温度为5～40℃，时间为1～2h。
6.根据权利要求4所述的捕集方法，其特征在于，所述解吸的时间为0.2～1h。
7.根据权利要求4所述的捕集方法，其特征在于，所述解吸还得到再生醇-胺-水系二氧化碳捕集液，回用于所述吸收二氧化碳中。
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