CN111672277A - 一种物理化学复合co2吸收体系 - Google Patents

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Abstract

一种物理化学复合CO2吸收体系，属于CO2吸收体系技术领域。现有技术中CO2复合吸收体系往往存在着不同吸收剂之间传质效率低的问题，导致吸收后进入解吸塔的富液中掺杂大量尚未吸收饱和的贫液，本发明利用合理的物理吸收剂与化学吸收剂配比，使吸收体系能够自发分层，提高整个体系的负载量；用活化剂与纳米颗粒互相配合提高传质效率，并且发现了添加适量的抗氧化剂能够有效的增加体系的循环稳定性和负载量。减少了进入吸收塔的液量，节约解析过程能源消耗。

Description

一种物理化学复合CO2吸收体系
技术领域
一种物理化学复合CO2吸收体系，属于CO2吸收体系技术领域。
背景技术
目前低分压烟气捕集CO2的方法有化学吸收、物理吸附和膜分离等方法，化学吸收法是通过吸收剂选择性地与混合烟气中的CO2发生化学反应来实现CO2与其他气体的分离。
目前限制化学吸收法大规模应用的最主要的瓶颈就是其耗能较大，成本较高, 总体而言，目前吸收剂的研究呈现出以下两个趋势:第一，不同胺（氨）的混合；第二，新型吸收剂。其中，有机胺类吸收剂存在着解析能耗较大的缺点，而新型吸收剂则存在着物理吸收剂吸收容量大，而化学吸收剂吸收速率大，往往体系中的吸收剂不能同时吸收饱和即进入解吸环节，也就意味着解吸塔要对大量不需解吸的吸收剂加热解吸，造成体系CO2负载量低和能源浪费的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种能耗低且负载量高的物理化学复合CO2吸收体系。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种物理化学复合CO2吸收体系，其特征在于：包括溶剂与吸收剂；
其中，吸收剂包括按重量份比例：15～20：5～10：5～10：0.01～0.05：0.02~0.05的化学吸收剂、物理吸收剂、活化剂、纳米颗粒和抗氧化剂，抗氧化剂为甲乙铜肟；
溶剂为总重量分数65~75%的水。
化学吸收剂为主吸收剂，保证吸收体系的吸收负载和吸收速率；物理系手机为分相促进剂，促进吸收剂吸收CO2后分层，下层浓相去解吸，上层稀相返回吸收塔吸收，从而降低能耗；相比有机类吸收促进剂，密度更低、比热更小，可进一步降低吸收剂升温显热消耗；物理吸收剂吸收容量大，而化学吸收剂吸收速率大，活化剂的作用是增强物理吸收剂与化学吸收剂之间的交互作用，从而提升传质速率，增大吸收容量，使两种吸收剂能够在最接近的时间达到吸收饱和状态，得以同步进入解吸环节时两种吸收剂都不会有空余吸附量，进而减少进入解吸塔的液量，节约能耗；纳米颗粒则是与活化剂协同增效，在两种吸收剂间活跃传质，提高传质反应速率；抗氧化剂用以降低吸收剂有效成分的热降解和氧化降解，保证吸收体系的稳定性。
优选的，所述的化学吸收剂为二甘醇胺（DGA）、四乙烯五胺（TEPA）和N,N二甲基环己胺（N,N-DECE）中的一种或几种任意比例的混合物。
优选的，所述的物理吸收剂为碳酸二丙酯（DPC）、碳酸乙烯酯（EC）、碳酸丙烯酯（PC）、N-甲基吡咯烷酮（NMP）和聚乙二醇二甲醚（NHD）中的一种或几种任意比例的混合物。
优选的，所述的活化剂为N-甲基乙醇胺(N-MEAE)和二乙基乙醇胺（DEAE）中的一种或两者任意比例的混合物。
优选的，所述的纳米颗粒为氧化镁（MgO）和氧化铁（Fe2O3）中的一种或两者任意比例的混合物。
优选的，还包括总重量份数0.02%～0.05%的缓蚀剂。
优选的，缓蚀剂为酒石酸钾钠。缓蚀剂的加入可以有效降低吸收体系对钢材（反应器、换热设备、各类储罐、管道等）的腐蚀性。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：本发明所述的物理化学复合CO2吸收体系在吸收CO2后，负载饱和的吸收体系由均相转变为两相，上层为稀相，CO2负载量低，留在吸收塔；下层为浓相，CO2负载量高（90%以上CO2吸收量在此项相），去再生塔加热再生。利用了适量的活化剂与纳米颗粒的组合，协同增效，大大提高了物理与化学吸收剂之间的传质速率，CO2负载量更均匀，减少了去往再生塔的贫液，降低再生负荷，节约能耗。并且本发明还发现了抗氧化剂甲乙铜肟的加入能够有效提高吸收体系的CO2负载量，提高了CO2吸收效率。
附图说明
图1为本发明实验流程图。
其中，1吸收塔，2旋流分离器，3贫富液换热器，4吸收式热泵系统，5再生塔，6水冷器，7气液分离器，8闪蒸罐。
具体实施方式
实施例12是本发明的最佳实施例，下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实验流程
烟气经过预处理后从吸收塔1底部进入，经吸收塔1底部的气体分布器后均匀分布上升，吸收体系吸收CO2后称为富液。脱除CO2后的剩余气体经吸收塔顶部进入旋流分离器2，实现气相与液相分离；气体由旋流分离器顶部排出。富液通过富液泵经贫富液换热器3进入吸收式热泵系统4加热。加热后从再生塔5的中部以及上部分别到达再生塔5，富液在塔内开始再生。再生后的气体从塔顶经水冷器6降温后到达气液分离器7分离后从顶部排出，而后再经脱水处理后引入CO2储罐。再生塔5内再生后得到的底部贫液被送至闪蒸罐8闪蒸，得到的蒸汽返回至再生塔5底部，为塔内溶液再生过程提供热量；闪蒸出的贫液从闪蒸罐8底部排出，经贫富液换热器3后送达吸收式热泵系统4，然后降温后的贫液返回至吸收塔1顶部，至此吸收溶剂实现循环再生，如图1。
以下实施例采用模拟实验装置运行，吸收塔1和再生塔5的参数如表1所示，模拟烟气参数如表2所示，实验运行参数如表3所示。吸收塔1和再生塔5均采用不锈钢材质和不锈钢波纹规整填料，塔和管道外部均包裹有保温材料。再生热量来自再生塔5底部的电加热器，采用调节电压控制系统的再生温度。所有吸收体系混合均匀后以填料形式加入吸收塔与再生塔开始循环。
表1 塔参数
Figure DEST_PATH_IMAGE001
表2 进气（模拟烟气）组成
Figure 415966DEST_PATH_IMAGE002
表3运行参数范围
Figure DEST_PATH_IMAGE003
实施例1
吸收体系组成按照重量份百分比为：
DGA：TEPA：DPC：EC：N-MEAE：MgO：PST：BO=15%：5%：2%：3%：5%：0.03%：0.025%：0.025%，余量为水。
实施例2
吸收体系组成按照重量份百分比为：
DGA：N,N-DECE：DPC：EC：DEAE：Fe2O3：PST：BO =14%：4%：2%：4%：6%：0.04%：0.035%：0.035%，余量为水。
实施例3
吸收体系组成按照重量份百分比为：
TEPA：N,N-DECE：DPC：EC：N-MEAE：MgO：PST：BO =12%：6%：3%：3%：6%：0.05%：0.035%：0.035%，余量为水。
实施例4
吸收体系组成按照重量份百分比为：
DGA：N,N-DECE：DPC：EC：N-MEAE：MgO：PST：BO =12%：3%：3%：3%：9%：0.05%：0.035%：0.035%，余量为水。
实施例5
吸收体系组成按照重量份百分比为：
TEPA：DGA：DPC：EC：N-MEAE：MgO：PST：BO =13%：4%：4%：1%：8%：0.05%：0.04%：0.04%，余量为水。
实施例6
吸收体系组成按照重量份百分比为：
DGA：TEPA：DPC：EC：N-MEAE：Fe2O3：PST：BO=12%：5%：3%：3%：7%：0.04%：0.045%：0.045%，余量为水。
实施例7
吸收体系组成按照重量份百分比为：
N,N-DECE：DGA：DPC：EC：DEAE：MgO：PST：BO=16%：2%：3%：3%：6%：0.04%：0.045%：0.045%，余量为水。
实施例8
吸收体系组成按照重量份百分比为：
TEPA：DGA：DPC：EC：DEAE：Fe2O3：PST：BO =11%：3%：4%：2%：10%：0.05%：0.035%：0.035%，余量为水。
实施例9
吸收体系组成按照重量份百分比为：
N,N-DECE：TEPA：DPC：EC：DEAE：Fe2O3：PST：BO =16%：3%：3%：3%：5%：0.03%：0.035%：0.035%，余量为水。
实施例10
吸收体系组成按照重量份百分比为：
DGA：TEPA：NHD：NMP：N-MEAE：Fe2O3：PST：BO=14%：4%：4%：2%：6%：0.05%：0.025%：0.025%，余量为水。
实施例11
吸收体系组成按照重量份百分比为：
DGA：N,N-DECE：NHD：PC：N-MEAE：MgO：PST：BO =12%：3%：3%：3%：9%：0.05%：0.04%：0.04%，余量为水。
实施例12
吸收体系组成按照重量份百分比为：
TEPA：N,N-DECE：NHD：NMP：N-MEAE：MgO：PST：BO =14%：2%：3%：3%：8%：0.05%：0.045%：0.045%，余量为水。
对比例1
将实施例1吸收体系组成设置为DGA：TEPA：DPC：EC=15%：5%：4%：6%，余量为水，不添加活化剂、纳米颗粒和抗氧化剂，其他成分、组成和条件与实施例1相同。
对比例2
将实施例2吸收体系组成设置为DGA：N,N-DECE ：DPC：EC=16%：4%：4%：6%，余量为水，不添加活化剂、纳米颗粒和抗氧化剂，其他成分、组成和条件与实施例2相同。
对比例3
将实施例1吸收体系组成设置为仅不添加抗氧化剂，其他成分、组成和条件与实施例1相同。
对比例4
将实施例12吸收体系组成设置为：
TEPA：N,N-DECE：NHD：NMP：N-MEAE：MgO：PST：BO =14%：2%：3%：3%：8%：0.05%：0.045%：0.07%，余量为水。其他成分、组成和条件与实施例12相同。
对比例5
将实施例1吸收体系组成设置为：
DGA：TEPA：DPC：EC：N-MEAE：MgO：PST：BO=15%：6%：2%：2%：5%：0.03%：0.025%：0.025%，余量为水。其他成分、组成和条件与实施例1相同。
性能测试
实施例与对比例的性能测试结果见4。其中，CO2负载量测试方法为：采用0.9 mol/L稀H2SO4溶液将试剂吸收的CO2置换出来用连通器测量CO2体积，其中，连通器用丙三醇填充。
表4 测试结果
Figure 739631DEST_PATH_IMAGE004
根据对比例与相应实施例的对比可以看出，如果缺少了抗氧化剂，虽然活化剂与纳米颗粒依然可以增加传质效率，但是整体的CO2负载量依然会大幅下降；如果抗氧化剂用量过多，则适得其反，影响纳米颗粒与活化剂的传质作用，使整体负载量下降；如果物理吸收剂过少，则会导致体系贫富液分层慢，贫液负载量上升；过多则降低整个体系的负载量。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种物理化学复合CO2吸收体系，其特征在于：包括溶剂与吸收剂；
其中，吸收剂包括按重量份比例：15～20：5～10：5～10：0.01～0.05：0.02~0.05的化学吸收剂、物理吸收剂、活化剂、纳米颗粒和抗氧化剂，抗氧化剂为甲乙铜肟；
溶剂为水，占总重量分数的65~75%。
2.根据权利要求1所述的物理化学复合CO2吸收体系，其特征在于：所述的化学吸收剂为二甘醇胺、四乙烯五胺和N,N二甲基环己胺中的一种或几种任意比例混合物。
3.根据权利要求1所述的物理化学复合CO2吸收体系，其特征在于：所述的物理吸收剂为碳酸二丙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、N-甲基吡咯烷酮和聚乙二醇二甲醚中的一种或几种任意比例混合物。
4.根据权利要求1所述的物理化学复合CO2吸收体系，其特征在于：所述的活化剂为N-甲基乙醇胺和二乙基乙醇胺中的一种或两者任意比例混合物。
5.根据权利要求1所述的物理化学复合CO2吸收体系，其特征在于：所述的纳米颗粒为氧化镁和氧化铁中的一种或两者任意比例混合物。
6.根据权利要求1所述的物理化学复合CO2吸收体系，其特征在于：还包括总重量份数0.02%～0.05%的缓蚀剂。
7.根据权利要求6所述的物理化学复合CO2吸收体系，其特征在于：所述的缓蚀剂为酒石酸钾钠。
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