CN115999345A - 有机胺组合物及其在二氧化碳捕集过程中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种有机胺组合物及其二氧化碳捕集过程中的应用。有机胺组合物包括第一吸收剂和第二吸收剂，其中，第一吸收剂选自分子式(Ⅰ)的有机物、分子式(Ⅱ)的有机物和分子式(Ⅲ)的有机物组成的组中的一种或多种；第二吸收剂为烯胺类有机物、醇胺类有机物、哌嗪类有机物、咪唑类有机物和吗啉类有机物中的一种或多种。上述有机胺组合物具有对二氧化碳吸收量大、吸收率快，且挥发性低等优点。

Description

有机胺组合物及其在二氧化碳捕集过程中的应用

技术领域

本发明涉及二氧化碳捕集领域，具体而言，涉及一种有机胺组合物及其二氧化碳捕集过程中的应用。

背景技术

有机胺作为二氧化碳吸收剂已被验证可大规模吸收捕集二氧化碳。但有机胺作为二氧化碳吸收剂在应用过程中也暴露出了存在挥发性、二氧化碳吸收速率和吸收量偏低的问题。为解决有机胺的挥发性问题，现有文献(CN106944004B)公开了一种有机胺改性海泡石吸附剂，将有机胺负载到固体海泡石上作为二氧化碳吸收填料使用。将有机胺与固体载体复合可以有效解决有机胺的挥发问题，但对于二氧化碳的吸收速率将明显降低、吸收量也很难提高，同时吸收二氧化碳后的固体填料存在环境污染性。

为解决有机胺对二氧化碳吸收速率和吸收量偏低的问题，现有文献(CN104645782A)提供了一种二氧化碳吸收剂组合物，采用聚乙烯亚胺为第一吸收剂，第一吸收剂分子中同时有伯胺、仲胺和叔胺三种胺基，具有较高的胺密度。该技术方案可以保证吸收剂具有较高的二氧化碳吸收量，同时又保证了较快的吸收速率。但是聚乙烯亚胺为低聚为，分子量在300-500之间，较难溶解，粘度较大，不利于二氧化碳的吸收。

鉴于上述问题的存在，需要提供一种同时满足不产生挥发性气体和二氧化碳吸收率高的二氧化碳吸收剂。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种有机胺组合物及其二氧化碳捕集过程中的应用，以解决现有二氧化碳吸收剂在二氧化碳捕集过程中存在无法同时满足不产生挥发性气体和二氧化碳吸收率高的问题。

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种有机胺组合物，包括第一吸收剂和第二吸收剂，其中，第一吸收剂选自分子式(Ⅰ)的有机物、分子式(Ⅱ)的有机物和分子式(Ⅲ)的有机物组成的组中的一种或多种；第二吸收剂为烯胺类有机物、醇胺类有机物、哌嗪类有机物、咪唑类有机物和吗啉类有机物中的一种或多种；

进一步地，烯胺类有机物选自四乙烯五胺和/或二乙烯三胺；醇胺类有机物选自乙醇胺、二乙醇胺和N-甲基二乙醇胺组成的组中的一种或多种；哌嗪类有机物选自对二氮己环、2-甲基哌嗪和N-乙基哌嗪组成的组中的一种或多种；咪唑类有机物选自二甲基咪唑、二苯基咪唑和二乙基四甲基咪唑组成的组中的一种或多种；吗啉类有机物选自N-甲基吗啡啉和/或N-乙基吗啉。

进一步地，有机胺组合物还包括助剂，助剂为溶剂和以及以下化合物中的一种或多种：亚硫酸钠、亚硫酸钾、铬酸钠、钼酸钠和钼酸铵。

进一步地，溶剂为水和有机醇的混合溶液，其中有机醇选自甲醇和/或乙醇。

进一步地，第一吸收剂和第二吸收剂的重量比为(5～50):(5～25)。

进一步地，第一吸收剂和第二吸收剂的重量比为(35～50):(5～20)。

进一步地，第一吸收剂为分子式(Ⅰ)所示的有机物、分子式(Ⅱ)所示的有机物和分子式(Ⅲ)所示的有机物的混合物，且重量比为(25～30):(55～65):(5～10)。

本申请的另一方面还提供了一种本申请提供的有机胺组合物在二氧化碳捕集过程中的应用。

应用本发明的技术方案，上述有机胺组合物同时包括伯胺、仲胺和叔胺中的一种或多种，这使得其能够同时增加二氧化碳吸收速率和/或吸收量。同时由于上述有机胺组合物中各组分均为小分子物质，具有易溶解和粘度低等优点，因而其对二氧化碳的吸收量较大。此外，上述有机胺组合物中各组分中均含有羟基，因而其还具有较低的挥发性。在此基础上，上述有机胺组合物具有对二氧化碳吸收量大、吸收率快，且挥发性低等优点。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。

正如背景技术所描述的，现有的二氧化碳吸收剂无法同时满足不产生挥发性气体和二氧化碳吸收率高的问题。为了解决上述技术问题，本申请提供了一种有机胺组合物，包括第一吸收剂和第二吸收剂，其中，第一吸收剂分子式(Ⅰ)所述的有机物、分子式(Ⅱ)所述的有机物和分子式(Ⅲ)所述的有机物组成的组中的一种或多种；第二吸收剂为烯胺类有机物、醇胺类有机物、哌嗪类有机物、咪唑类有机物和吗啉类有机物中的一种或多种；

上述有机胺组合物同时包括伯胺、仲胺和叔胺中的一种或多种，这使得其能够增加二氧化碳吸收速率和/或吸收量。同时由于上述有机胺组合物中各组分均为小分子物质，具有易溶解和粘度低等优点，因而其对二氧化碳的吸收量较大。此外，上述有机胺组合物的第一吸收剂中含有羟基，因而其还具有较低的挥发性。在此基础上，上述有机胺组合物具有对二氧化碳吸收量大、吸收率快，且挥发性低等优点。

优选地，上述第一吸收剂可以通过以下方法制得：取10～15重量份二乙烯三胺、1～5重量份环氧丙烷，50～210℃，氮气保护下反应釜中混合，反应时间控制在0.5～1h，反应压力控制在0.1～1MPa。反应结束后，30～50℃真空条件下脱除未反应的环氧丙烷，得到目标有机胺组合物。

第二吸收剂可以采用本领域常用的有机胺。优选地，烯胺类有机物包括但不限于四乙烯五胺和/或二乙烯三胺；醇胺类有机物包括但不限于乙醇胺、二乙醇胺和N-甲基二乙醇胺中的一种或多种。哌嗪类有机物包括但不限于对二氮己环、2-甲基哌嗪和N-乙基哌嗪组成的组中的一种或多种；咪唑类有机物包括但不限于二甲基咪唑、二苯基咪唑和二乙基四甲基咪唑组成的组中的一种或多种；吗啉类有机物包括但不限于N-甲基吗啡啉和/或N-乙基吗啉。

为了进一步提高应用过程中有机胺组合物的溶解性以及对二氧化碳的吸收量和吸收率，优选地，有机胺组合物还包括助剂，助剂为溶剂以及以下化合物中的一种或多种：亚硫酸钠、亚硫酸钾、铬酸钠、钼酸钠和钼酸铵中的一种或多种。

在一种优选的实施例中，溶剂为水和有机醇的混合溶液；有机醇包括但不限于甲醇和/或乙醇。

优选地，第一吸收剂和第二吸收剂的重量比为(5～50)：(5～25)。第一吸收剂和第二吸收剂的重量比包括但不限于上述范围，而将其限定在上述范围内有利于进一步提高二氧化碳的吸收率。第一吸收剂和第二吸收剂的重量比可选为5:25、5:20、5:15、5:10、5:5、10:5、40:15、45:10、30:5、35:5、40:5、45:5、50:5和50:20，更优选为(35～50):(5～20)。

助剂的用量可以根据需要进行调整。优选地，第一吸收剂和第二吸收剂的总重量与助剂之间的比例为(60～85):(15～40)。

为了更进一步提高二氧化碳的吸收量和吸收率，优选地，第一吸收剂为分子式(Ⅰ)所示有机物、分子式(Ⅱ)所示有机物和分子式(Ⅲ)所示有机物的混合物，且重量比为(25～30):(55～65):(5～10)。其中分子式(Ⅰ)所示有机物、分子式(Ⅱ)所示有机物和分子式(Ⅲ)所示有机物的重量比为60:20:20，25:45:30，15:50:35，10:55:35。

本申请的另一方面还提供了一种上述有机胺组合物在二氧化碳捕集过程中的应用。

由于上述有机胺组合物具有对二氧化碳吸收量大、吸收率快，且挥发性低等优点，因而将其应用于二氧化碳的捕集过程具有较为优异的效果。

以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。

实施例1

取10重量份二乙烯三胺、5重量份环氧丙烷，140℃，氮气保护下反应釜中混合，反应时间控制在0.5h，反应压力控制在0.3MPa。反应结束后，50℃真空条件下脱除未反应的环氧丙烷，得到第一吸收剂。第一吸收剂分子含有如下结构：

取45wt％的第一吸收剂、10wt％的二乙烯三胺、0.5wt％亚硫酸钠、0.5wt％钼酸钠、20wt％水、24wt％乙醇，配置成有机胺组合物。

称取25mL上述有机胺组合物，倒入吸收瓶中，放置于50℃的水浴中保温至恒温后开始吸收测试。向吸收瓶内通入纯二氧化碳气体(35mL/min)，开始计时，吸收实验开始。利用皂膜流量计测试进出口气体流量，当进出口流量相等时，则认为溶液饱和，吸收实验结束。CO₂吸收量1.9mol/mol有机胺组合物。

实施例2

取15重量份二乙烯三胺、3重量份环氧丙烷，140℃，氮气保护下反应釜中混合，反应时间控制在0.5h，反应压力控制在0.3MPa。反应结束后，50℃真空条件下脱除未反应的环氧丙烷，得到第一吸收剂。第一吸收剂分子含有如下结构：

取40wt％的第一吸收剂、15wt％的二乙烯三胺、0.5wt％亚硫酸铵、0.5wt％钼酸铵、20wt％水、24wt％乙醇，配置成有机胺组合物。

称取25mL上述有机胺组合物，倒入吸收瓶中，放置于50℃的水浴中保温至恒温后开始吸收测试。向吸收瓶内通入纯二氧化碳气体(35mL/min)，开始计时，吸收实验开始。利用皂膜流量计测试进出口气体流量，当进出口流量相等时，则认为溶液饱和，吸收实验结束。CO₂吸收量1.4mol/mol有机胺组合物。

实施例3

取10重量份二乙烯三胺、1重量份环氧丙烷，140℃，氮气保护下反应釜中混合，反应时间控制在0.5h，反应压力控制在0.3MPa。反应结束后，50℃真空条件下脱除未反应的环氧丙烷，得到第一吸收剂。第一吸收剂分子含有如下结构：

取45wt％的第一吸收剂、10wt％的二乙烯三胺、0.5wt％亚硫酸钠、0.5wt％钼酸钠、20wt％水、24wt％乙醇，配置成有机胺组合物。

称取25mL上述有机胺组合物，倒入吸收瓶中，放置于50℃的水浴中保温至恒温后开始吸收测试。向吸收瓶内通入纯二氧化碳气体(35mL/min)，开始计时，吸收实验开始。利用皂膜流量计测试进出口气体流量，当进出口流量相等时，则认为溶液饱和，吸收实验结束。CO₂吸收量为1.1mol/mol有机胺组合物。

实施例4

与实施例1的区别为：按重量百分含量计，第一吸收剂包括：

CO₂吸收量为0.7mol/mol有机胺组合物。

实施例5

与实施例1的区别为：有机胺组合物中，第一吸收剂的含量为9.2wt％，第二吸收剂的含量为45.8wt％，二者的重量比为：5:25。CO₂吸收量为0.75mol/mol有机胺组合物。

实施例6

与实施例1的区别为：有机胺组合物中，第一吸收剂的含量为50wt％，第二吸收剂的含量为5wt％，二者的重量比为：50:5。CO₂吸收量为1.95mol/mol有机胺组合物。

实施例7

与实施例1的区别为：有机胺组合物中，第一吸收剂的含量为5wt％，第二吸收剂的含量为50wt％，二者的重量比为：1:10。CO₂吸收量为0.45mol/mol有机胺组合物。

实施例8

与实施例1的区别为：第二吸收剂为乙醇胺。CO₂吸收量为1.7mol/mol有机胺组合物。

实施例9

与实施例1的区别为：第二吸收剂为2-甲基哌嗪。CO₂吸收量为1.5mol/mol有机胺组合物。

实施例10

与实施例1的区别为：第二吸收剂为二甲基咪唑。CO₂吸收量为1.4mol/mol有机胺组合物。

实施例11

与实施例1的区别为：第二吸收剂为N-甲基吗啡啉。CO₂吸收量为1.45mol/mol有机胺组合物。

对比例1

与实施例1的区别为：不加入第一吸收剂。CO₂吸收量为0.3mol/mol有机胺组合物。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：相比于现有的二氧化碳吸收剂，本申请制得的二氧化碳吸收剂的挥发性小，且具有更好高效的二氧化碳吸收能力。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里描述的那些以外的顺序实施。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种有机胺组合物，其特征在于，包括第一吸收剂和第二吸收剂，其中，所述第一吸收剂选自分子式(Ⅰ)所述的有机物、分子式(Ⅱ)所述的有机物和分子式(Ⅲ)所述的有机物组成的组中的一种或多种；

所述第二吸收剂为烯胺类有机物、醇胺类有机物、哌嗪类有机物、咪唑类有机物和吗啉类有机物中的一种或多种；

2.根据权利要求1所述的有机胺组合物，其特征在于，所述烯胺类有机物选自四乙烯五胺和/或二乙烯三胺；

所述醇胺类有机物选自乙醇胺、二乙醇胺和N-甲基二乙醇胺组成的组中的一种或多种；

所述哌嗪类有机物选自对二氮己环、2-甲基哌嗪和N-乙基哌嗪组成的组中的一种或多种；

所述咪唑类有机物选自二甲基咪唑、二苯基咪唑和二乙基四甲基咪唑组成的组中的一种或多种；

所述吗啉类有机物选自N-甲基吗啡啉和/或N-乙基吗啉。

3.根据权利要求1或2所述的有机胺组合物，其特征在于，所述有机胺组合物还包括助剂，所述助剂为溶剂和以及以下化合物中的一种或多种：亚硫酸钠、亚硫酸钾、铬酸钠、钼酸钠和钼酸铵。

4.根据权利要求3所述的有机胺组合物，其特征在于，所述溶剂为水和有机醇的混合溶液，其中所述有机醇选自甲醇和/或乙醇。

5.根据权利要求3或4所述的有机胺组合物，其特征在于，所述第一吸收剂和所述第二吸收剂的重量比为(5～50)：(5～25)。

6.根据权利要求5所述的有机胺组合物，其特征在于，所述第一吸收剂和所述第二吸收剂的重量比为(35～50):(5～20)。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的有机胺组合物，其特征在于，所述第一吸收剂为分子式(Ⅰ)所示的有机物、分子式(Ⅱ)所示的有机物和分子式(Ⅲ)所示的有机物的混合物，且重量比为(25～30):(55～65):(5～10)。

8.一种权利要求1至7中任一项所述的有机胺组合物在二氧化碳捕集过程中的应用。