CN113599973B - 一种从混合气体中吸收co2的复合吸收剂及其装置和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种从混合气体中吸收CO2的复合吸收剂及其装置和应用，属于吸收剂技术领域，按质量百分比，包括如下组分：21～56％主吸收剂、1～10％活化剂、0.1～10％缓冲剂、0.1～10％缓蚀剂、0.05～0.5％抗氧化剂、40～70％水。本发明提出了一种新型复合吸收剂来捕集回收化工尾气、电厂燃气尾气、水泥焙烧烟气等混合气体中的CO2，并可直接提高CO2压力，相比于传统CO2吸收剂，该新型吸收剂具有吸收量大，净化效果好，腐蚀性低，再生能耗低等优点。该吸收过程和设备在化工、水泥、钢铁、天然气和煤电等工业领域的碳捕集和二氧化碳的热提压过程中可显著降低设备投资及运行成本。

Description

一种从混合气体中吸收CO2的复合吸收剂及其装置和应用
技术领域
本发明涉及吸收剂技术领域，尤其涉及一种从混合气体中吸收CO2的复合吸收剂及其装置和应用。
背景技术
CO2有机胺化学吸收法具有较高的工业应用价值，是最为成熟的方法，在工业上广泛应用。但有机胺化学吸收法仍存在一定的不足，工业上普遍使用的 MEA、DEA等醇胺溶液普遍存在腐蚀性强、易降解变质、易发泡、再生能耗高等问题，传统的MDEA脱碳溶液具有吸收容量大，再生能耗低，腐蚀性低的优点，但反应速率慢。因此为降低成本，研发吸收量大，净化效果好，腐蚀性低，再生能耗低的新型有机胺具有重要意义。
发明内容
本发明的目的就在于上述问题，提供一种从混合气体中吸收CO2的复合吸收剂。
本发明采用以下技术方案来实现：
一种从混合气体中吸收CO2的复合吸收剂，按质量百分比，按质量百分比，包括如下组分：21～56％主吸收剂、1～10％活化剂、0.1～10％缓冲剂、0.1～10％缓蚀剂、0.05～0.5％抗氧化剂、40～70％水。
作为本发明的进一步优化方案，所述主吸收剂，按质量百分比，包括以下组分：5-40％N-甲基二乙醇胺、5-20％苄胺、5-20％N-甲基环己胺、3-15％羟乙基乙二胺、3-15％二乙烯三胺。
作为本发明的进一步优化方案，所述活化剂为1-二甲氨基-2-丙醇、2-氨基-2- 甲基-丙醇中一种或两种。
作为本发明的进一步优化方案，所述缓冲剂为按质量比1：1的硼酸与柠檬酸钠混合物。
作为本发明的进一步优化方案，所述缓蚀剂为环烷基咪唑啉、乙醇胺磷酸酯、乌洛脱品、钼酸盐中的一种。
作为本发明的进一步优化方案，所述抗氧化剂为亚硫酸钠、乙醛肟、二甲基酮肟中的一种。
作为本发明的进一步优化方案，按质量百分比，还包括0.02～1％表面活性剂，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠SDBS、烷基二甲基胺己内酯、硫酸钠中的一种。
上述复合吸收剂，用于回收二氧化碳装置中，所述装置包括吸收塔和解吸塔，所述吸收塔用于混合气体中CO2和所述复合吸收剂接触，使CO2吸收至所述复合吸收剂中，将CO2从混合气体中除去，获得吸收CO2的复合吸收剂，所述解吸塔用于使CO2从吸收CO2的复合吸收剂中脱离，将复合吸收剂再生。
作为本发明的进一步优化方案，还包括净化气分离器、解吸气分离器、解吸气冷却器、贫液冷却器、贫富液换热器、再沸器和溶液泵，所述吸收塔靠近底端位置处设有混合气体入口，所述混合气体在吸收塔中与顶端下来的所述复合吸收剂接触，形成吸收CO2的复合吸收剂从底端通过溶液泵进入贫富液换热器中，经过所述贫富液换热器加热后送至解吸塔，吸收CO2的复合吸收剂从解吸塔的上部移动到下部期间，释放出CO2，复合吸收剂得到再生后从解吸塔底端依次经过贫富液换热器和贫液冷却器进入吸收塔中，解吸塔中被分离的CO2从解吸塔的上端经过解吸气冷却器中回流水冷却后进入净化气分离器，CO2气体进入回收工序， CO2分离后的回流水送至解吸塔。
本发明还提供了一种上述从混合气体中吸收CO2的复合吸收剂在回收和清除化工尾气、电厂燃气尾气、水泥焙烧烟气内CO2并提压的应用。
本发明的有益效果是：本发明提出了一种新型吸收剂来捕集回收化工尾气、电厂燃气尾气、水泥焙烧烟气等混合气体中的CO2，并可直接用于CO2提压，相比于传统CO2吸收剂，该新型吸收剂具有吸收量大，净化效果好，腐蚀性低，再生能耗低等优点。
附图说明
图1为一种用于回收二氧化碳的装置流程图。
图中：1、风机；2、吸收塔；3、溶液泵；4、贫富液换热器、5、解吸塔；6、解吸气冷却器；7、解吸气分离器；8、再沸器；9、贫液冷却器，10、净化气分离器。
具体实施方式
下面对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。
一种从混合气体中吸收CO2的复合吸收剂，按质量百分比，包括如下组分： 21～56％主吸收剂、1～10％活化剂、0.1～10％缓冲剂、0.1～10％缓蚀剂、0.05～0.5％抗氧化剂、40～70％水。
主吸收剂，按质量百分比，包括以下组分：5-40％N-甲基二乙醇胺MDEA、 5-20％苄胺BZA、5-20％N-甲基环己胺MCA、3-15％羟乙基乙二胺AEEA、3-15％二乙烯三胺DETA。
其中，还包括0.02～1％表面活性剂，表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠SDBS、烷基二甲基胺己内酯、硫酸钠中一种或多种；活化剂为1DMA2P、AMP中的一种或两种；缓冲剂由按质量比1：1的硼酸与柠檬酸钠复合而成；缓蚀剂为环烷基咪唑啉、乙醇胺磷酸酯、乌洛脱品、钼酸盐中的一种；所述抗氧化剂为亚硫酸钠、乙醛肟、二甲基酮肟中的一种。
一、为了进一步验证本发明的效果，提供以下几种具体的一种从混合气体中吸收CO2的复合吸收剂，复合吸收剂的组成如下表所示：
表1实施例1-6复合吸收剂组成表
Figure BDA0003267154110000031
Figure BDA0003267154110000041
表2对比例1-6复合吸收剂组成表
Figure BDA0003267154110000042
其中，硼酸和柠檬酸钠总质量分数1％；缓蚀剂为乙醇胺磷酸酯，抗氧化剂为亚硫酸钠，余量为水。
二、试验
原料气6Nm3/h，混合气流中气体组成为CO2：20％，H2O：2％，N2：74％， O2：4％。在气体流量一定，操作条件一定，分别使用实施例和对比例中的复合吸收剂。回收二氧化碳的装置如图1所示，装置包括吸收塔和解吸塔，以及风机、净化气分离器、解吸气分离器、解吸气冷却器、贫液冷却器、贫富液换热器、再沸器和溶液泵，吸收塔操作温度为25-40℃，解吸塔操作温度为60-100℃，吸收塔靠近底端位置处设有混合气体入口，混合气体经风机进入吸收塔底部，在吸收塔中与顶端下来的复合吸收剂接触，脱除CO2的净化气经净化气分离器后排出，吸收CO2的复合吸收剂从底端通过溶液泵进入贫富液换热器中，经过贫富液换热器加热后送至解吸塔，吸收CO2的复合吸收剂从解吸塔的上部移动到下部期间，与塔底再沸器加热产生的气相接触换热后，释放出CO2，塔底上升气相物料与塔顶下来的低温液体接触换热，其中大部分水分被冷却下来，复合吸收剂得到再生后从解吸塔底端依次经过贫富液换热器和贫液冷却器进入吸收塔中，解吸塔中被分离的CO2从解吸塔的上端经过解吸气冷却器中回流水冷却后进入解吸气分离器，CO2气体进入回收工序，CO2分离后的回流水送至解吸塔。
本装置通过溶液泵升压，取代传统使用压缩机对CO2进行提压，可节约电耗90％以上，而且本发明中的复合吸收剂防腐蚀、净化效果好，在吸收塔和贫富液换热器之间使用溶液泵增压，可以降低整体能耗。
表3复合吸收剂的性能
Figure BDA0003267154110000051
通过上表可看出，通过实施例1、2、3、4、5、6对比可看出，传统的MDEA 脱碳溶液的使用量并不是占比越高越好，在大大减小MDEA用量的同时，增加BZA、MCA、AEEA、DETA可以降低二氧化碳循环量，增加吸收速率，降低解吸温度，从而到达减小能耗的目的；通过对比例1-3的数据发现，可看出二氧化碳吸收速率明显降低，结合实施例看，是由于AEEA、DETA影响复合吸收剂用量和反应速率的原因；
通过实施例1和对比例1对比可看出，本发明的吸收剂比传统的脱碳剂性能要好，通过苄胺、N-甲基环己胺、AEEA、DETA多种吸收剂复合，代替传统的 MDEA和MEA复配，使其拥有更低的解吸能耗、解吸温度低、提高解吸压力、反应速率及吸收容量，获得较好的解吸率，结合适当的解吸温度实现CO2的增压，通过实施例1-6的对比，选出最优的组合实施例5作为复合吸收剂最佳组成。
通过添加表面活性剂、抗氧化剂、缓蚀剂等添加剂的加入可以显著提高吸收解吸的稳定性，以及防腐蚀，结合实施例和对比例5和6可看出，使用表面活性剂SDBS后的复合吸收剂降低二氧化碳循环量、增加吸收速率的效果均要优于未使用表面活性剂，结合对比例5和对比例6中，二氧化碳循环量和吸收速率存在些许落差，可能是因为抗氧化剂亚硫酸钠生成硫酸钠，可以增强表面活性剂 SDBS的润湿性，提高亲水性，促进CO2在吸收剂中溶解。该吸收过程和设备在化工、水泥、钢铁、天然气和煤电等工业领域的碳捕集和二氧化碳的热提压过程中可显著降低设备投资及运行成本。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种从混合气体中吸收CO2的复合吸收剂，其特征在于，按质量百分比，包括如下组分：21~56%主吸收剂、1~10%活化剂、0.1~10%缓冲剂、0.1~10%缓蚀剂、0.05~0.5%抗氧化剂、0.02~1%表面活性剂、40~70%水；
其中，所述主吸收剂，按质量百分比，由以下组分构成：5-40%N-甲基二乙醇胺、5-20%苄胺、5-20%N-甲基环己胺、3-15%羟乙基乙二胺、3-15%二乙烯三胺；
所述缓冲剂为按质量比1：1的硼酸与柠檬酸钠混合物；
所述抗氧化剂为亚硫酸钠，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠SDBS；
所述活化剂为1-二甲氨基-2-丙醇、2-氨基-2-甲基-丙醇中一种或两种；
所述缓蚀剂为环烷基咪唑啉、乙醇胺磷酸酯、乌洛脱品、钼酸盐中的一种。
2.根据权利要求1所述的一种从混合气体中吸收CO2的复合吸收剂，其特征在于，按质量百分比，包括如下组分：56%主吸收剂、1%活化剂、1%缓冲剂、5%缓蚀剂、0.5%抗氧化剂、1%表面活性剂，余量为水，所述主吸收剂由以下组分构成：28%N-甲基二乙醇胺MDEA、8%苄胺BZA、5%N-甲基环己胺MCA、10%羟乙基乙二胺AEEA、5%二乙烯三胺DETA。
3.一种如权利要求1-2任一所述的从混合气体中吸收CO2的复合吸收剂在回收和清除化工尾气、电厂燃气尾气、水泥焙烧烟气内CO2中的应用。
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