CN113813747B - 一种二氧化碳的无水悬浊吸收剂及其吸收方法 - Google Patents

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Abstract

本发明特别涉及一种二氧化碳的无水悬浊吸收剂及其吸收方法，属于二氧化碳捕集技术领域，吸收剂包括：四甲基铵甘氨酸和砜；以功能型离子液体——四甲基铵甘氨酸([N1111][Gly])为主吸收剂，以砜为溶剂，制成悬浊状态的吸收剂；离子液体[N1111][Gly]与砜不能完全互溶，在砜中形成悬浊液，增大了[N1111][Gly]液滴的比表面积，而砜的粘度比离子液体要低，CO2在砜中更易扩散，总体上相比纯离子液体，本混合吸收剂增强CO2的传质效率，具有更快的CO2吸收速率和更高吸收量。

Description

一种二氧化碳的无水悬浊吸收剂及其吸收方法
技术领域
本发明属于二氧化碳捕集技术领域，特别涉及一种二氧化碳的无水悬浊吸收剂及其吸收方法。
背景技术
近年来，随着温室效应日益突出，温室气体尤其是二氧化碳的捕集、利用和封存受到了科学界和各国政府的高度关注。温室效应加剧导致全球气候变暖，随之引发一系列生态环境问题，并将加重区域性自然灾害，对人类的生存和发展也将造成不可忽视的影响。
二氧化碳主要来源于化石燃料的燃烧，集中在工业、电力和交通运输等行业。碳捕集被认为是有效降低大气中二氧化碳含量的重要方法。目前二氧化碳的捕集主要有吸收法、吸附法和膜分离法等。其中溶剂吸收应用最为普遍。
在溶剂吸收捕集二氧化碳过程中，根据二氧化碳是否与溶剂发生化学反应可以分为物理吸收法和化学吸收法。物理法是基于吸收剂对二氧化碳和其他气体组分的溶解度差异，加压下从混合气中吸收二氧化碳，再通过减压闪蒸和汽提释放出吸收的二氧化碳，使二氧化碳与其余气体分离，同时二氧化碳也得到提浓。化学法是通过吸收剂与二氧化碳能够发生化学反应，生成富含二氧化碳的富液，该富液在加热作用下能够解吸出二氧化碳，二氧化碳和其他气体组分得到分离，解吸出二氧化碳的吸收剂可以再次用于二氧化碳的吸收过程，吸收和解吸过程交替进行，从而实现二氧化碳与其他气体的分离和提浓。
目前碳捕集吸收剂中常用的吸收剂是醇胺类吸收剂。传统吸收容量低、吸收速率慢、溶剂损失大以及现有含水吸收剂后续处理水污染。
发明内容
本申请的目的在于提供一种二氧化碳的无水悬浊吸收剂及其吸收方法，以解决传统有机胺水溶液吸收容量低、吸收速率慢、溶剂损失大以及现有含水吸收剂后续处理水污染的缺陷。
本发明实施例提供了一种二氧化碳的无水悬浊吸收剂，所述吸收剂包括：四甲基铵甘氨酸和砜。
可选的，所述四甲基铵甘氨酸和所述砜的质量比为1：10-1：20。
可选的，所述四甲基铵甘氨酸和所述砜的质量比为1：13-1：17。
可选的，所述四甲基铵甘氨酸的质量分数为4.76％-9.09％。
可选的，所述砜包括环丁砜和二甲基亚砜中的至少一种。
可选的，所述砜的质量分数为90.91％-95.24％。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种二氧化碳的吸收方法，所述方法包括：将含有二氧化碳的气体和如上所述的二氧化碳的无水悬浊吸收剂进行接触吸收，获得带沉淀的吸收剂。
可选的，所述接触吸收的温度为30℃-60℃。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明实施例提供的二氧化碳的无水悬浊吸收剂，吸收剂包括：四甲基铵甘氨酸和砜；以功能型离子液体——四甲基铵甘氨酸([N1111][Gly])为主吸收剂，以砜为溶剂，制成悬浊状态的吸收剂；离子液体[N1111][Gly]与砜不能完全互溶，在砜中形成悬浊液，增大了[N1111][Gly]液滴的比表面积，而砜的粘度比离子液体要低，CO2在砜中更易扩散，总体上相比纯离子液体，本混合吸收剂增强CO2的传质效率，具有更快的CO2吸收速率和更高吸收量。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明各实施例和对比例提供的吸收剂的吸收性能图。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
根据本发明一种典型的实施方式，提供了一种二氧化碳的无水悬浊吸收剂，所述吸收剂包括：四甲基铵甘氨酸和砜。本领域技术人员可以理解的是：无水并非指绝对无水，而是尽可能的避免在吸收剂中混入水。
四甲基铵甘氨酸的结构式为：
Figure BDA0003223071990000031
同时，四甲基铵甘氨酸也可以采用酸碱中和反应一步合成法制得。
作为一种可选的实施方式，四甲基铵甘氨酸和所述砜的质量比为1：10-1：20。
控制四甲基铵甘氨酸和所述砜的质量比为1：10-1：20，该质量比取值过小的不利影响是本申请实施例中提供的比例已能提供较好的吸收效果，而本吸收剂中主吸收剂为离子液体，故没有必要增加砜的用量，换而言之，该质量比取值过小没有较大意义，过大的不利影响是砜太少对粘度降低效果不显著，且难以溶解离子液体。
作为一种可选的实施方式，四甲基铵甘氨酸和所述砜的质量比为1：13-1：17。
关于吸收剂的粘度：应该尽可能降低吸收剂粘度，原因是砜的粘度比纯离子液体低，因此二者混合可以获得比纯离子液体粘度低的吸收剂，低粘度利于吸收传质过程，增大传质速度，吸收速率更快，另外低粘度可减少吸收剂在管道内的损失。
作为一种可选的实施方式，砜包括环丁砜和二甲基亚砜中的至少一种。
离子液体[N1111][Gly]与砜不能完全互溶，在砜中形成悬浊液，增大了[N1111][Gly]液滴的比表面积，而砜的粘度比离子液体要低，CO2在砜中更易扩散。
根据本发明另一种典型的实施方式，提供了一种二氧化碳的吸收方法，所述方法包括：将含有二氧化碳的气体和如上所述的二氧化碳的无水悬浊吸收剂进行接触吸收，获得带沉淀的吸收剂。
作为一种可选的实施方式，接触吸收的温度为30℃-60℃。
下面将结合实施例、对照例及实验数据对本申请的二氧化碳的无水相变吸收剂及其吸收和再生方法进行详细说明。
需要说明的是，以下实施例和对比例所采用的四甲基铵甘氨酸为市场购得，具体型号为四甲基铵甘氨酸盐，分子量：148.21，纯度：98％，CAS号：55378-67-1，生产厂商：中国科学院兰州化学物理研究所。
以下实施例和对比例所采用的砜的型号如下：环丁砜，分子量：120.17，纯度：98％，CAS号：126-33-0，生产厂商：国药集团化学试剂有限公司；
二甲基亚砜，分子量：78.13，纯度：99.7％，CAS号：67-68-5，生产厂商：萨恩化学技术(上海)有限公司。
实施例1
一种二氧化碳的无水悬浊吸收剂，所述吸收剂包括：四甲基铵甘氨酸和环丁砜；四甲基铵甘氨酸和环丁砜的质量比为1：10。
实施例2
一种二氧化碳的无水悬浊吸收剂，所述吸收剂包括：四甲基铵甘氨酸和环丁砜；四甲基铵甘氨酸和环丁砜的质量比为1：20。
实施例3
一种二氧化碳的无水悬浊吸收剂，所述吸收剂包括：四甲基铵甘氨酸和二甲亚砜；四甲基铵甘氨酸和二甲亚砜的质量比为1：13。
实施例4
一种二氧化碳的无水悬浊吸收剂，所述吸收剂包括：四甲基铵甘氨酸和二甲亚砜；四甲基铵甘氨酸和二甲亚砜的质量比为1：20。
对比例1
一种二氧化碳的吸收剂，所述吸收剂包括：四甲基铵甘氨酸。
对比例2
一种二氧化碳的吸收剂，所述吸收剂包括：四甲基铵甘氨酸、环丁砜和水；四甲基铵甘氨酸、环丁砜和水的质量比为1：2：2。
对比例3
一种二氧化碳的吸收剂，所述吸收剂包括：四甲基铵甘氨酸、环丁砜和水；四甲基铵甘氨酸、环丁砜和水的质量比为1：20：5。
对比例4
市场购得的有机胺水溶液。具体为乙醇胺，分子量61.08，纯度：分析纯，CAS号：141-43-5，生产厂商：国药集团化学试剂有限公司。
对比例5
一种二氧化碳的吸收剂，所述吸收剂包括：四甲基铵甘氨酸、二甲亚砜和水；四甲基铵甘氨酸、二甲亚砜和水的质量比为1：20：5。
对比例6
一种二氧化碳的吸收剂，所述吸收剂包括：四甲基铵甘氨酸、环丁砜和水；四甲基铵甘氨酸、环丁砜和水的质量比为1：20：5。
实验例：
将实施例1-4和对比例1-6提供的吸收剂进行吸收性能测试，
性能测试的参数如下：吸收温度为30℃，压力为0.1MPa，二氧化碳浓度为99.99％、吸收剂用量为：离子液体[N1111][Gly]的质量固定为1g，砜的用量根据比例。
测试结果如图1所示，需要说的是图中IL是指离子液体，本实施例中离子溶液采用的是四甲基铵甘氨酸。
由图可得，通过比较对比例1和实施例数据可得，砜的加入能够显著提高吸收剂对二氧化碳的吸收速率和吸收量，对比例2中四甲基铵甘氨酸、砜和水完全互溶，而对比例3中只加了少量水，并没有完全互溶，通过两者的比较可知，不完全互溶的吸收剂无论在吸收速率还是吸收量方面都优于完全互溶的吸收剂，申请人分析其原因可能为：不互溶而形成分散的悬浊液，这样液滴与CO2接受面更大，吸收速率快；通过比较对比例4和实施例数据可得，相比于传统的有机胺水，本申请提供的吸收剂具有更高的CO2负载量和吸收速率，通过对比例5、6和实施例数据对比可得，无水的吸收剂的吸收速率和吸收效果均优于有水存在的吸收剂，申请人分析其原因为：无水的吸收剂为悬浊状态；离子液体[N1111][Gly]与砜不能完全互溶，在砜中形成悬浊液，增大了[N1111][Gly]液滴的比表面积，而砜的粘度比离子液体要低，CO2在砜中更易扩散，本混合吸收剂增强CO2的传质效率，具有更快的CO2吸收速率和更高吸收量。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少还具有如下技术效果或优点：
(1)本发明实施例提供的吸收剂以功能型离子液体——四甲基铵甘氨酸([N1111][Gly])为主吸收剂，以砜为溶剂离子液体[N1111][Gly]与砜不能完全互溶，在砜中形成悬浊液，增大了[N1111][Gly]液滴的比表面积，而砜的粘度比离子液体要低，CO2在砜中更易扩散；
(2)本发明实施例提供的吸收剂相比纯离子液体，通过增强CO2的传质效率，具有更快的CO2吸收速率和更高吸收量；
(3)本发明实施例提供的吸收剂具有吸收速率快、吸收容量高的优势，克服了传统有机胺水溶液吸收容量低、吸收速率慢、溶剂损失大以及现有含水吸收剂后续处理水污染的缺陷，有利于工业应用。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (2)

1.一种二氧化碳的无水悬浊吸收剂，其特征在于，所述吸收剂包括：四甲基铵甘氨酸和砜；
所述四甲基铵甘氨酸和所述砜的质量比为1：13-1：17；
所述四甲基铵甘氨酸的质量分数为4.76％-9.09％；
所述砜包括环丁砜和二甲基亚砜中的至少一种；
所述砜的质量分数为90.91％-95.24％。
2.一种二氧化碳的吸收方法，其特征在于，所述方法包括：将含有二氧化碳的气体和如权利要求1所述的二氧化碳的无水悬浊吸收剂进行接触吸收，获得带沉淀的吸收剂；
所述接触吸收的温度为30℃-60℃。
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CN102481513B (zh) * 2009-06-25 2015-11-25 Vtu控股有限责任公司 用于气体吸着的离子液体和装置的使用方法
MX2016015269A (es) * 2016-11-22 2018-05-21 Mexicano Inst Petrol Sistema combinado de absorcion de dioxido de carbono basado en mezclas de liquidos ionicos y aminoacidos.

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