CN114507860A - 用于co2化学吸收装置的新型缓蚀剂、制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于CO2化学吸收装置的新型缓蚀剂，包括：主缓蚀剂、辅助缓蚀剂和水，其中主缓蚀剂为碳酸氢盐，辅助缓蚀剂为钒酸盐和钼酸盐中的至少一种；以质量分数计，主缓蚀剂含量为7％～11％，辅助缓蚀剂含量为0.01％～1％，水含量为82～92％；碳酸氢盐为碳酸氢钠和碳酸氢钾中的至少一种；钒酸盐为偏钒酸钠，钼酸盐为钼酸钠。本发明的有益效果是：本发明的新型缓蚀剂，采用碳酸氢盐作为主缓蚀剂组分，价格便宜、毒性低(环境友好)，且无机型缓蚀剂不会和二氧化碳吸收剂进行交叉反应，导致吸收剂降解，从而导致吸收剂损失增大。并且应用方法简单，操作方便，缓蚀剂可重复使用。
Description
技术领域
本发明属于CO2捕集领域，尤其涉及一种用于CO2化学吸收装置的新型缓蚀剂，还提供了该缓蚀剂的制备方法及应用。
背景技术
化石燃料如煤、天然气等燃烧产生的二氧化碳被认为是温室效应的一大成因。“多煤贫油少气”的能源结构使得我国成为世界CO2排放第一大国，目前我国每年排放总量达90亿吨，其中燃煤烟气CO2排放约65亿吨。我国将于2030年左右使CO2排放达到峰值并争取尽早实现。因此如何有效捕集燃煤电厂等排放的二氧化碳变得尤为重要。
而在燃烧后捕集二氧化碳技术中，化学吸收法作为现今最为成熟、工业应用前景最佳的技术受到广泛关注。然而其中值得关注的一点就是整个塔釜的腐蚀问题。有研究报道负载CO2的烷醇胺类吸收剂富液会对碳钢甚至不锈钢都造成严重腐蚀从而导致吸收剂损失增大、设备寿命减短、成本增加甚至造成严重生命安全问题。而烷醇胺类吸收剂如乙醇胺(MEA)是当今最具工业化应用潜力的吸收剂之一，被应用于国内外多个示范项目。因此对减缓金属腐蚀技术的研究势在必行。
现有的缓蚀剂可分为有机型和无机型缓蚀剂。有机型缓蚀剂主要以羧酸类、亚砜类以及长链脂肪胺类有机化合物，其中羧酸类缓蚀剂表现最佳。中国专利CN104762627B公开了一种用于闭式循环冷冻水系统的缓蚀剂，其由有机酸类如肌氨酸盐和葡萄糖酸盐等组成。然而引入有机类缓蚀剂使体系变得更为复杂，从而会有进一步加剧吸收剂降解反应的可能。同时，有机型缓蚀剂相较无机型缓蚀剂，其缓释效果较弱，最高抑制效果为约为92％。无机型缓蚀剂主要以氧化膜型缓蚀剂为主，通过在碳钢和不锈钢表面形成平整致密的膜，抑制腐蚀。常见缓蚀剂效果如下：偏钒酸钠>铬酸钾>重铬酸钾>亚硝酸钠>硝酸钠>磷酸钠>亚硫酸钠(缓蚀剂质量浓度：0.01％～5％)。此方法在CO2捕集领域应用较为广泛，中国专利CN104645782A中用于燃烧后捕集的二氧化碳吸收剂即使用了无机酸类缓蚀剂(钼酸钠、铬酸钠等)。
中国专利CN104190210A所涉及的复合有机胺类吸收剂采用了有机型和无机型缓蚀剂相结合的方法，选取了钒酸盐等无机酸盐以及含一个氨基且碳原子个数在6～20的直链烷烃作为缓蚀剂配方。然而该类无机缓蚀剂价格较为昂贵，且毒性较大，后续处理麻烦，容易造成环境污染，甚至对人体产生危害。因此开发一种即可兼具缓蚀效果又环境友好的新型缓蚀剂具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种用于CO2化学吸收装置的新型缓蚀剂、制备方法及应用。
这种用于CO2化学吸收装置的新型缓蚀剂，包括：主缓蚀剂、辅助缓蚀剂和水，其中主缓蚀剂为碳酸氢盐，辅助缓蚀剂为钒酸盐和钼酸盐中的至少一种；以质量分数计，主缓蚀剂含量为7％～11％，辅助缓蚀剂含量为0.01％～1％，水含量为82～92％。
作为优选，碳酸氢盐为碳酸氢钠和碳酸氢钾中的至少一种。
作为优选，钒酸盐为偏钒酸钠，钼酸盐为钼酸钠。
这种用于CO2化学吸收装置的新型缓蚀剂的制备方法：将主缓蚀剂、辅助缓蚀剂和水按设定质量分数加入至容器中，搅拌混合均匀，得到新型缓蚀剂。
作为优选，将主缓蚀剂、辅助缓蚀剂和水按设定质量分数加入至容器中，搅拌1分钟，得到新型缓蚀剂。
这种用于CO2化学吸收装置的新型缓蚀剂的应用方法：将新型缓蚀剂在常压下倒入容器中，将已通过砂纸打磨光滑的钢材缓慢放置于容器中，旋紧密封；在设定温度下静置设定时长，然后自然冷却至室温；因为反应过后的碳钢片等钢材表面会残留胺溶液等杂质，不对其进行清洗会造成后续分析误差，因此取出碳钢片，使用去离子水和乙醇溶液清洗，并用氮气吹扫，在钢材表面形成致密保护膜，从而减缓吸收剂对设备的腐蚀，延长设备寿命。
作为优选，静置温度为40～85℃。
作为优选，静置时长为0.5～2天。
作为优选，容器为PPL材质的反应釜；钢材为碳钢片或不锈钢。
作为优选，在碳钢片表面形成的致密保护膜材质为FeCO3。
本发明的有益效果是：本发明的新型缓蚀剂，采用碳酸氢盐作为主缓蚀剂组分，价格便宜、毒性低(环境友好)，且无机型缓蚀剂不会和二氧化碳吸收剂进行交叉反应，导致吸收剂降解，从而导致吸收剂损失增大。并且应用方法简单，操作方便，缓蚀剂可重复使用。
附图说明
图1为进行缓蚀实验反应前和反应1天后碳钢片对比图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
实施例1
一种用于CO2捕集装置的新型缓蚀剂配方：碳酸氢钠10％，偏钒酸钠0.01％，钼酸钠0.01％，去离子水89.98％。制备100g新型缓蚀剂，制备过程：将10g碳酸氢钠加入至容器中，然后放入0.01g偏钒酸钠、0.01g钼酸钠和89.98g去离子水，混合均匀即得缓蚀剂。
实施例2
一种用于CO2捕集装置的新型缓蚀剂配方：碳酸氢钾10％，偏钒酸钠0.1％，钼酸钠0.2％，去离子水89.7％。制备100g新型缓蚀剂，制备过程：将10g碳酸氢钾加入至容器中，然后放入0.1g偏钒酸钠、0.2g钼酸钠和89.7g去离子水，混合均匀即得缓蚀剂。
实施例3
一种用于CO2捕集装置的新型缓蚀剂配方：碳酸氢钠5％，碳酸氢钾5％，偏钒酸钠0.1％，去离子水89.9％。制备100g新型缓蚀剂，制备过程：将5g碳酸氢钠和5g碳酸氢钾加入至容器中，然后放入0.1g偏钒酸钠和89.9g去离子水，混合均匀即得缓蚀剂。
实施例4
一种用于CO2捕集装置的新型缓蚀剂配方：碳酸氢钠2％，碳酸氢钾6％，钼酸钠0.2％，去离子水91.8％。制备100g新型缓蚀剂，制备过程：将2g碳酸氢钠和6g碳酸氢钾加入至容器中，然后放入0.2g钼酸钠和91.8g去离子水，混合均匀即得缓蚀剂。
下面通过试验说明本发明的新型缓蚀剂对碳钢材质的缓蚀效果。
将实施例1中的缓蚀剂5ml倒入黑色PPL材质反应釜中，将已通过砂纸打磨光滑的碳钢片缓慢放置于反应釜中，旋紧密封。放置于温度设定为80℃的烘箱中，反应1天。
反应一天后，将反应釜从烘箱中拿出，自然冷却至室温，取出碳钢片使用去离子水和乙醇溶液清洗三遍，用氮气吹扫后进行后续测试。如图1所示，碳钢片表面生成了一层致密保护膜，根据X射线衍射仪(XRD)检测得出该保护膜为FeCO3(如下表1所示)，由此得出缓蚀保护膜已生成。
表1生成致密保护膜的碳钢片XRD结果表
| 组分名 | 分子式 | 空间群 | 占比 |
| 铁 | Fe | Im-3m(229) | 主要产物 |
| 菱铁矿 | FeCO<sub>3</sub> | R-3c(167) | 主要产物 |
| 陨碳铁 | Fe<sub>3</sub>C | Pnma(62) | 主要产物 |
Claims (10)
1.一种用于CO2化学吸收装置的新型缓蚀剂，其特征在于，包括：主缓蚀剂、辅助缓蚀剂和水，其中主缓蚀剂为碳酸氢盐，辅助缓蚀剂为钒酸盐和钼酸盐中的至少一种；以质量分数计，主缓蚀剂含量为7％～11％，辅助缓蚀剂含量为0.01％～1％，水含量为82～92％。
2.根据权利要求1所述用于CO2化学吸收装置的新型缓蚀剂，其特征在于：碳酸氢盐为碳酸氢钠和碳酸氢钾中的至少一种。
3.根据权利要求1所述用于CO2化学吸收装置的新型缓蚀剂，其特征在于：钒酸盐为偏钒酸钠，钼酸盐为钼酸钠。
4.一种如权利要求1至3任一项所述用于CO2化学吸收装置的新型缓蚀剂的制备方法，其特征在于：将主缓蚀剂、辅助缓蚀剂和水按设定质量分数加入至容器中，搅拌混合均匀，得到新型缓蚀剂。
5.根据权利要求4所述，其特征在于：将主缓蚀剂、辅助缓蚀剂和水按设定质量分数加入至容器中，搅拌1分钟，得到新型缓蚀剂。
6.一种如权利要求1至3任一项所述用于CO2化学吸收装置的新型缓蚀剂的应用方法，其特征在于：将新型缓蚀剂在常压下倒入容器中，将已通过砂纸打磨光滑的钢材缓慢放置于容器中，旋紧密封；在设定温度下静置设定时长，然后自然冷却至室温；取出钢材，使用去离子水和乙醇溶液清洗，并用氮气吹扫，在碳钢片表面形成致密保护膜。
7.根据权利要求6所述用于CO2化学吸收装置的新型缓蚀剂的应用方法，其特征在于：静置温度为40～85℃。
8.根据权利要求7所述用于CO2化学吸收装置的新型缓蚀剂的应用方法，其特征在于：静置时长为0.5～2天。
9.根据权利要求6所述用于CO2化学吸收装置的新型缓蚀剂的应用方法，其特征在于：容器为PPL材质的反应釜；钢材为碳钢片或不锈钢。
10.根据权利要求6所述用于CO2化学吸收装置的新型缓蚀剂的应用方法，其特征在于：在碳钢片表面形成的致密保护膜材质为FeCO3。
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