CN113797713A - 一种捕集二氧化碳的有机胺吸收剂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种捕集二氧化碳的有机胺吸收剂，该吸收剂以质量百分数计，由10~60%主吸收剂、0~10%助吸收剂、10~80%有机溶剂，5~70%水，0.01~5%抗氧化剂、0.01~5%抗腐蚀剂混合均匀制得。本发明具有吸收能力强、再生能耗低、粘度低、循环吸收性能稳定，可广泛用于天然气、合成气和燃煤电厂烟道气中二氧化碳的捕集纯化。

Description

一种捕集二氧化碳的有机胺吸收剂
技术领域
本发明涉及捕集二氧化碳的吸收剂开发领域，尤其涉及一种捕集二氧化碳的有机胺吸收剂。
背景技术
随着全球气候不断变暖，温室气体二氧化碳的排放已受到世界各国重点关注。二氧化碳捕集技术是主要途径，化学吸收法是捕集二氧化碳的有效方法之一，而化学吸收脱碳工艺是目前最成熟，应用最广泛的技术之一，其核心是开发出高效稳定的二氧化碳吸收剂。
传统的有机胺MEA吸收剂是目前比较成熟的一类吸收剂，其具有二氧化碳吸收速率快、选择性好等特点，但是该吸收剂中水含量过高，解吸能耗高，工业应用推广受阻。传统有机胺吸收剂能耗过高主要是由于水的比热容大，解吸大部分能耗被水消耗。和水相比，有机溶剂比热容小，沸点高，在降低二氧化碳吸收剂能耗方面具有一定的优势。因此，用有机溶剂代替水构建无水或少水二氧化碳吸收剂体系是降低二氧化碳捕集能耗的重要有效方法，少量水的加入可以溶解有机胺和二氧化碳反应生成的氨基甲酸盐，使吸收剂始终保持液相，并且可以降低吸收剂粘度。因此，少水有机胺吸收剂在工业化应用方面具有一定的优势。
胺液能够吸收二氧化碳主要是由于胺分子中的氨基和二氧化碳发生了化学反应生成了氨基甲酸盐，胺分子中的氨基数越多，其吸收二氧化碳的能力越强。据研究证明，有机胺分子中含有羟基有利于吸收剂的解吸。因此，能够高效捕集二氧化碳的吸收剂分子中必须含有较多氨基及少数羟基，同时构建的吸收剂体系中应该含少量水，从而降低吸收剂粘度。而烟道气中的少量氧气会使有机胺吸收剂氧化降解，导致有机胺吸收剂吸收能力大幅降低，同时随着运行时间的延长，有机胺吸收剂对设备腐蚀严重。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高效稳定的捕集二氧化碳的有机胺吸收剂。
为解决上述问题，本发明所述的一种捕集二氧化碳的有机胺吸收剂，其特征在于：该吸收剂以质量百分数计，由10~60%主吸收剂、0~10%助吸收剂、10~80%有机溶剂，5~70%水，0.01~5%抗氧化剂、0.01~5%抗腐蚀剂混合均匀制得。
所述主吸收剂是一种分子中包含1个含N六元杂环，且包含1个及1个以上的S或亚砜（
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE001
）基团的有机胺；其分子结构如下所示：
Figure 942774DEST_PATH_IMAGE002
；其中，R1为S或亚砜基（
Figure 141675DEST_PATH_IMAGE001
）或O，R2为C原子数1~4的烷基或含有1个及1个以上的S或亚砜（
Figure 113349DEST_PATH_IMAGE001
）基团的烷基。
所述助吸收剂是指二乙烯三胺DETA、哌嗪PZ、N-(2-羟乙基)乙二胺AEEA、三乙烯四胺TETA中的一种或几种混合。
所述有机溶剂是指二甲基亚砜DMSO、N,N-二甲基甲酰胺DMF、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮DMI、六甲基磷酰三胺HMPA、N,N-二甲基乙酰胺DMAC、N-甲基吡咯烷酮NMP中的一种或几种混合。
所述抗氧化剂是指异山梨醇二甲基醚、抗坏血酸、抗氧化剂1076、抗氧化剂1010、2,2'-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、硫代二丙酸双十二烷酯、亚硝酸钠中的一种或几种混合。
所述抗腐蚀剂是指三偏磷酸钠、钼酸钾、钼酸钠中的一种或几种混合。
如上所述的一种捕集二氧化碳的有机胺吸收剂应用于天然气、合成气和燃煤电厂烟道气中二氧化碳的捕集纯化，其特征在于：该吸收剂吸收温度为25~45℃，解吸温度为100~120℃，压力为101.325kPa。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、吸收剂吸收能力强。
本发明吸收剂分子中含有氨基和亚砜基，吸收剂吸收容量大，吸收率高，吸收速率快。
2、吸收剂再生能耗低。
本发明吸收剂中有机溶剂质量百分数控制在10%~80%，有机溶剂的加入能有效降低吸收剂的比热容，有利于降低吸收剂再生能耗。
3、吸收剂粘度低。
本发明吸收剂中水的质量百分数控制在5~70%，水的加入有利于溶解生成的氨基甲酸盐，使吸收剂始终保持液相，并且可以降低吸收剂粘度。
4、吸收剂循环吸收性能稳定。
本发明吸收剂经循环5次，吸收剂的吸收率仍然保持在0.3以上。
5、本发明吸收剂可广泛用于天然气、合成气和燃煤电厂烟道气中二氧化碳的捕集纯化。
具体实施方式
一种捕集二氧化碳的有机胺吸收剂：该吸收剂以质量百分数计，由10~60%主吸收剂、0~10%助吸收剂、10~80%有机溶剂，5~70%水，0.01~5%抗氧化剂、0.01~5%抗腐蚀剂混合均匀制得。
其中：主吸收剂是一种分子中包含1个含N六元杂环，且包含1个及1个以上的S或亚砜（
Figure 106712DEST_PATH_IMAGE001
）基团的有机胺；其分子结构如下所示：
Figure 923359DEST_PATH_IMAGE002
；其中，R1为S或亚砜基（
Figure 660371DEST_PATH_IMAGE001
）或O，R2为C原子数1~4的烷基或含有1个及1个以上的S或亚砜（
Figure 996805DEST_PATH_IMAGE001
）基团的烷基。
其中比较典型的主吸收剂分子结构式代表如下所示：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
Figure 488966DEST_PATH_IMAGE004
Figure DEST_PATH_IMAGE005
Figure 730592DEST_PATH_IMAGE006
Figure DEST_PATH_IMAGE007
Figure 317300DEST_PATH_IMAGE008
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Figure 23088DEST_PATH_IMAGE010
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Figure 171303DEST_PATH_IMAGE012
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Figure 962542DEST_PATH_IMAGE014
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Figure 355870DEST_PATH_IMAGE016
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Figure 916165DEST_PATH_IMAGE018
Figure DEST_PATH_IMAGE019
Figure 500861DEST_PATH_IMAGE020
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Figure 513816DEST_PATH_IMAGE022
Figure DEST_PATH_IMAGE023
Figure 707906DEST_PATH_IMAGE024
Figure DEST_PATH_IMAGE025
Figure 122707DEST_PATH_IMAGE026
Figure DEST_PATH_IMAGE027
Figure 878305DEST_PATH_IMAGE028
Figure DEST_PATH_IMAGE029
助吸收剂是指二乙烯三胺DETA、哌嗪PZ、N-(2-羟乙基)乙二胺AEEA、三乙烯四胺TETA中的一种或几种混合。
有机溶剂是指二甲基亚砜DMSO、N,N-二甲基甲酰胺DMF、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮DMI、六甲基磷酰三胺HMPA、N,N-二甲基乙酰胺DMAC、N-甲基吡咯烷酮NMP中的一种或几种混合。
抗氧化剂是指异山梨醇二甲基醚、抗坏血酸、抗氧化剂1076、抗氧化剂1010、2,2'-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、硫代二丙酸双十二烷酯、亚硝酸钠中的一种或几种混合。
抗腐蚀剂是指三偏磷酸钠、钼酸钾、钼酸钠中的一种或几种混合。
水为纯净水或蒸馏水或自来水。水的加入有利于溶解生成的氨基甲酸盐，使吸收剂始终保持液相，并且可以降低吸收剂粘度。
该捕集二氧化碳的有机胺吸收剂应用于天然气、合成气和燃煤电厂烟道气中二氧化碳的捕集纯化中，吸收温度为25~45℃，解吸温度为100~120℃，压力为101.325kPa。
实施例1
将主吸收剂N-(3-氨丙基)硫代吗啉7g(质量百分数10%)，助吸收剂二乙烯三胺7g（质量百分数10%），有机溶剂二甲基亚砜39.2g(质量百分数56%)，水14.7g(质量百分数21%)，抗氧化剂异山梨醇二甲基醚1.05g(质量百分数1.5%)，抗腐蚀剂钼酸钾1.05g(质量百分数1.5%)在烧杯中混合均匀配成吸收剂，将配成的吸收剂加入到吸收瓶中，水浴40℃加热，同时按流速50mL/min通入纯的二氧化碳气体，通过通入气体量和排出气体量计算二氧化碳吸收质量，吸收30min停止。将吸收了二氧化碳的吸收剂放入120℃的油浴中加热解吸，通过排出气体量计算二氧化碳解吸质量，解吸30min停止，待吸收剂温度降到室温时进行吸收实验。循环吸收解吸实验按如上所述的方法重复进行。吸收剂的初次吸收率和解吸率见表1，吸收剂的循环吸收率见表2。
实施例2
将主吸收剂N-(3-氨丙基)硫代吗啉9.8g(质量百分数14%)，助吸收剂二乙烯三胺5.6g（质量百分数8%），有机溶剂二甲基亚砜39.2g(质量百分数56%)，水14.7g(质量百分数21%)，抗氧化剂异山梨醇二甲基醚0.35g(质量百分数0.5%)，抗腐蚀剂钼酸钾0.35g(质量百分数0.5%)在烧杯中混合均匀配成吸收剂，将配成的吸收剂加入到吸收瓶中，水浴40℃加热，同时按流速50mL/min通入纯的二氧化碳气体，通过通入气体量和排出气体量计算二氧化碳吸收质量，吸收30min停止。将吸收了二氧化碳的吸收剂放入120℃的油浴中加热解吸，通过排出气体量计算二氧化碳解吸质量，解吸30min停止，待吸收剂温度降到室温时进行吸收实验。循环吸收解吸实验按如上所述的方法重复进行。吸收剂的初次吸收率和解吸率见表1，吸收剂的循环吸收率见表2。
实施例3
将主吸收剂N-(3-氨丙基)硫代吗啉42g(质量百分数60%)，有机溶剂二甲基亚砜21g(质量百分数30%)，水6.3g(质量百分数9%)，抗氧化剂异山梨醇二甲基醚0.35g(质量百分数0.5%)，抗腐蚀剂钼酸钾0.35g(质量百分数0.5%)在烧杯中混合均匀配成吸收剂，将配成的吸收剂加入到吸收瓶中，水浴40℃加热，同时按流速50mL/min通入纯的二氧化碳气体，通过通入气体量和排出气体量计算二氧化碳吸收质量，吸收30min停止。将吸收了二氧化碳的吸收剂放入120℃的油浴中加热解吸，通过排出气体量计算二氧化碳解吸质量，解吸30min停止，待吸收剂温度降到室温时进行吸收实验。循环吸收解吸实验按如上所述的方法重复进行。吸收剂的初次吸收率和解吸率见表1，吸收剂的循环吸收率见表2。
实施例4
将主吸收剂4-(3-氨基丙基）硫代吗啉-1,1-二氧化物10.486g(质量百分数14.98%)，有机溶剂二甲基亚砜56g(质量百分数80%)，水3.5g(质量百分数5%)，抗氧化剂异山梨醇二甲基醚0.007g(质量百分数0.01%)，抗腐蚀剂钼酸钾0.007g(质量百分数0.01%)在烧杯中混合均匀配成吸收剂，将配成的吸收剂加入到吸收瓶中，水浴40℃加热，同时按流速50mL/min通入纯的二氧化碳气体，通过通入气体量和排出气体量计算二氧化碳吸收质量，吸收30min停止。将吸收了二氧化碳的吸收剂放入120℃的油浴中加热解吸，通过排出气体量计算二氧化碳解吸质量，解吸30min停止，待吸收剂温度降到室温时进行吸收实验。循环吸收解吸实验按如上所述的方法重复进行。吸收剂的初次吸收率和解吸率见表1，吸收剂的循环吸收率见表2。
实施例5
将主吸收剂N-(3-氨丙基)吗啉9.8g(质量百分数14%)，助吸收剂二乙烯三胺3.5g（质量百分数5%），有机溶剂二甲基亚砜7g(质量百分数10%)，水49g(质量百分数70%)，抗氧化剂异山梨醇二甲基醚0.35g(质量百分数0.5%)，抗腐蚀剂钼酸钾0.35g(质量百分数0.5%)在烧杯中混合均匀配成吸收剂，将配成的吸收剂加入到吸收瓶中，水浴40℃加热，同时按流速50mL/min通入纯的二氧化碳气体，通过通入气体量和排出气体量计算二氧化碳吸收质量，吸收30min停止。将吸收了二氧化碳的吸收剂放入120℃的油浴中加热解吸，通过排出气体量计算二氧化碳解吸质量，解吸30min停止，待吸收剂温度降到室温时进行吸收实验。循环吸收解吸实验按如上所述的方法重复进行。吸收剂的初次吸收率和解吸率见表1，吸收剂的循环吸收率见表2。
实施例6
将主吸收剂吗啉-4-硫代甲酰胺10.486g(质量百分数14.98%)，助吸收剂二乙烯三胺5.6g（质量百分数8%），有机溶剂二甲基亚砜39.2g(质量百分数56%)，水14.7g(质量百分数21%)，抗氧化剂异山梨醇二甲基醚0.007g(质量百分数0.01%)，抗腐蚀剂钼酸钾0.007g(质量百分数0.01%)在烧杯中混合均匀配成吸收剂，将配成的吸收剂加入到吸收瓶中，水浴40℃加热，同时按流速50mL/min通入纯的二氧化碳气体，通过通入气体量和排出气体量计算二氧化碳吸收质量，吸收30min停止。将吸收了二氧化碳的吸收剂放入120℃的油浴中加热解吸，通过排出气体量计算二氧化碳解吸质量，解吸30min停止，待吸收剂降到室温时进行吸收实验。循环吸收解吸实验按如上所述的方法重复进行。吸收剂的初次吸收率和解吸率见表1，吸收剂的循环吸收率见表2。
实施例7
将主吸收剂吗啉-4-硫代甲酰胺9.8g(质量百分数14%)，助吸收剂二乙烯三胺5.6g（质量百分数8%），有机溶剂二甲基亚砜33.6g(质量百分数48%)，水14g(质量百分数20%)，抗氧化剂异山梨醇二甲基醚3.5g(质量百分数5%)，抗腐蚀剂钼酸钾3.5g(质量百分数5%)在烧杯中混合均匀配成吸收剂，将配成的吸收剂加入到吸收瓶中，水浴40℃加热，同时按流速50mL/min通入纯的二氧化碳气体，通过通入气体量和排出气体量计算二氧化碳吸收质量，吸收30min停止。将吸收了二氧化碳的吸收剂放入120℃的油浴中加热解吸，通过排出气体量计算二氧化碳解吸质量，解吸30min停止，待吸收剂降到室温时进行吸收实验。循环吸收解吸实验按如上所述的方法重复进行。吸收剂的初次吸收率和解吸率见表1，吸收剂的循环吸收率见表2。
表1 吸收剂的初次吸收率和解吸率
Figure 378556DEST_PATH_IMAGE030
注：吸收率=吸收剂吸收二氧化碳的质量/主吸收剂的质量，解吸率=吸收剂解吸二氧化碳质量/吸收剂吸收二氧化碳的质量。
表2 吸收剂的循环吸收率
Figure DEST_PATH_IMAGE031
注：吸收率=吸收剂吸收二氧化碳的质量/主吸收剂的质量。
由实施例1~7可知，本发明所提供的二氧化碳有机胺吸收剂吸收率明显高于传统吸收剂30%MEA的吸收率，并且循环5次，吸收剂的吸收率仍然保持在0.3以上。
上述实施例为本发明的较佳实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制。

Claims (7)

1.一种捕集二氧化碳的有机胺吸收剂，其特征在于：该吸收剂以质量百分数计，由10~60%主吸收剂、0~10%助吸收剂、10~80%有机溶剂，5~70%水，0.01~5%抗氧化剂、0.01~5%抗腐蚀剂混合均匀制得。
2.如权利要求1所述的一种捕集二氧化碳的有机胺吸收剂，其特征在于：所述主吸收剂是一种分子中包含1个含N六元杂环，且包含1个及1个以上的S或亚砜基团的有机胺；其分子结构如下所示：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
；其中，R1为S或亚砜基或O，R2为C原子数1~4的烷基或含有1个及1个以上的S或亚砜基团的烷基。
3.如权利要求1所述的一种捕集二氧化碳的有机胺吸收剂，其特征在于：所述助吸收剂是指二乙烯三胺、哌嗪、N-(2-羟乙基)乙二胺、三乙烯四胺中的一种或几种混合。
4.如权利要求1所述的一种捕集二氧化碳的有机胺吸收剂，其特征在于：所述有机溶剂是指二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮、六甲基磷酰三胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一种或几种混合。
5.如权利要求1所述的一种捕集二氧化碳的有机胺吸收剂，其特征在于：所述抗氧化剂是指异山梨醇二甲基醚、抗坏血酸、抗氧化剂1076、抗氧化剂1010、2,2'-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、硫代二丙酸双十二烷酯、亚硝酸钠中的一种或几种混合。
6.如权利要求1所述的一种捕集二氧化碳的有机胺吸收剂，其特征在于：所述抗腐蚀剂是指三偏磷酸钠、钼酸钾、钼酸钠中的一种或几种混合。
7.如权利要求1所述的一种捕集二氧化碳的有机胺吸收剂应用于天然气、合成气和燃煤电厂烟道气中二氧化碳的捕集纯化，其特征在于：该吸收剂吸收温度为25~45℃，解吸温度为100~120℃，压力为101.325kPa。
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