CN116870664A - 一种用于烟气二氧化碳捕集离子液体复合吸收液 - Google Patents
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Abstract
本发明属于二氧化碳吸收技术领域，尤其涉及到一种用于烟气二氧化碳捕集离子液体复合吸收液，其创新性的设计并合成了二级胺功能化的Lewis碱性离子液体复合溶液，稳定性好，强化对CO2气体的吸收和解吸能力，实现在温和条件下的碳捕集，对设备投入要求低；包含二级胺、离子液体及脱盐水，其中二级胺质量含量为5%‑40%，离子液体质量含量为5%‑40%，脱盐水质量含量为20%‑90%。当二级胺为哌嗪质量含量20%，离子液体为[C3H7NH2‑Bmin][Tf2N]质量含量10%，脱氧水质量含量70%，达到最优烟气二氧化碳捕集效果。
Description
技术领域
本发明属于二氧化碳吸收技术领域，尤其涉及到一种用于烟气二氧化碳捕集离子液体复合吸收液。
背景技术
随着全球工业化进程的加快，二氧化碳的大量排放导致气候变暖。如何有效解决碳排放问题已成为全球的研究热点，二氧化碳捕集、利用与封存技术的应用可有效改善碳排放问题。将烟气中CO2捕集并集约化利用是实现“双碳”目标的主要途径，不仅可对现有多种工业过程进行强化，以提高过程效率、增加产出，而且在减缓气候变化与缓解化石燃料消耗中发挥巨大作用。然而，目前通过捕集和封存1t CO2的成本较高，且存在泄漏的风险。虽然目前关于CO2捕集手段研究很多，但如何以促进碳中性为目标，实现低能耗、高效率、高经济性CO2捕集的研究还比较少。
CO2可通过吸收、吸附、膜分离、冷冻等多种方式进行捕集，若按过程特点进行分类，可分为燃烧后捕集、富氧燃烧和燃烧前捕集三大类。燃烧后捕集法即将CO2从燃料燃烧后的尾气中分离，进而进行捕集及储存的方法。此类方法流程简单，通常可在燃烧供能装置后增加CO2分离设备，对现有流程的影响较小。此外，由于其具有吸收效率高，处理能力大的特点，是最适合各行业大规模碳捕集的技术，可广泛用于水泥制造、钢铁生产以及化石燃料发电厂等工业过程的碳捕集。中国发明专利CN 115554814 A提供一种利用超强碱类离子液体与有机物形成的三元溶剂体系捕集CO2的方法，然而，其再生温度较高且捕集容量有待提高。中国发明专利CN 113491934 A公开了一种离子液体二氧化碳吸收剂，其与一乙醇胺复配，易出现有机胺分解。中国发明专利CN104415642A公开了一种用于二氧化碳捕集的双氨基离子液体-MDEA复合溶剂，其吸收速率快、吸收量大、解析温度低，但离子液的稳定性有待提高。上述报道表明吸收法捕集CO2目前仍存在一些局限于有待解决：1、所使用的有机胺溶液稳定性差，尤其容易在氧气或其他杂质存在时发生分解。2、吸收溶剂易于燃烧尾气中硫氧化物、碳氧化物发生化学反应而迅速变质。3、吸收溶剂具有一定腐蚀性，对设备投入具有一定要求。
发明内容
为了解决现有二氧化碳捕集方法存在的缺陷，本发明提供了一种用于烟气二氧化碳捕集离子液体复合吸收液，创新性的设计并合成了二级胺功能化的Lewis碱性离子液体复合溶液，稳定性好，强化对CO2气体的吸收和解吸能力，实现在温和条件下的碳捕集，对设备投入要求低。
本发明的技术方案：
一种用于烟气二氧化碳捕集离子液体复合吸收液，包含二级胺、离子液体及脱盐水，其中二级胺质量含量为5%-40%，离子液体质量含量为5%-40%，脱盐水质量含量为20%-90%。当二级胺为哌嗪质量含量20%，离子液体为[C3H7NH2-Bmin][Tf2N]质量含量10%，脱氧水质量含量70%，达到最优烟气二氧化碳捕集效果。
用于烟气二氧化碳捕集离子液体复合吸收液，为了提高防腐蚀等作用，还可以加入少量的缓蚀剂和抗氧剂，其用法和用量是本领域技术人员所公知的，一般不超吸收液总量的2%。
进一步的，所述的二级胺为二乙醇胺、二异丙胺、2-丁氨基乙醇、2-甲氨基乙醇、2-乙氨基乙醇、哌嗪中的一种；
所述的离子液体为咪唑型离子液体，其中阳离子为[Bmin]、[Emin]、[Cmin]、[C3H7NH2-Bmin]、[NH2p-min]中的一种，阴离子为[BF4]、[PF4]、[Br]、[Cl]、[Tf2N]、[dca]、[OTf]中的一种；
所述的烟气二氧化碳捕集离子液体复合吸收液可用于电厂烟气CO2捕集，在吸收温度25-40oC，再生温度在90-110oC下，实现离子液总消耗量<0.1 kg/tCO2，蒸汽消耗量<1.5t/tCO2，CO2捕集电耗<95 kwh/tCO2，再生气CO2纯度>99%。
本发明的有益效果：
（1） 使用本发明所述的离子液体复合吸收液，离子液蒸汽压极低，溶剂损耗小，没有氧化降解问题，稳定性好，CO2捕集效率高。
（2） 使用本发明所述的离子液体复合吸收液，抗SO2、NOX、Cl-等干扰，烟气适应范围广。
进一步的，后期CO2的再生处理方便，无需高温，减少能源消耗，不会存在二次污染。
附图说明
图1 烟气二氧化碳捕集离子液体复合吸收液的红外谱图。
图2烟气二氧化碳捕集工艺流程图。
具体实施方式
下面将通过实施例来详述本发明，但本发明并不局限于这些实施例。
实施例1
将50 g二乙醇胺和100 g[Bmin][BF4]离子液体溶于850 g脱盐水中，在室温下搅拌反应12 h，获得烟气二氧化碳捕集离子液体复合吸收液。其红外谱图如图1所示。
实施例2
将300 g哌嗪和100 g[C3H7NH2-Bmin][PF4]离子液体溶于600 g脱盐水中，在室温下搅拌反应12 h，获得烟气二氧化碳捕集离子液体复合吸收液。
实施例3
将50 g2-丁氨基乙醇和300 g[NH2p-min][Tf2N]离子液体溶于650 g脱盐水中，在室温下搅拌反应12 h，获得烟气二氧化碳捕集离子液体复合吸收液。
实施例4
将100 g2-乙氨基乙醇和200 g[Cmin][Cl]离子液体溶于700 g脱盐水中，在室温下搅拌反应12 h，获得烟气二氧化碳捕集离子液体复合吸收液。
实施例5
在如图2装置上测试所获得的离子液体复合吸收液的二氧化碳吸附性能，将含有CO2的原料气从吸收塔下部进入，在吸收塔中与从塔上部喷淋而下的吸收剂逆向接触，通过与实施例1离子液体复合吸收液在40oC下反应，净化气从吸收塔顶部经冷凝后排出，经检测CO2的捕集率>91%；吸收液吸收CO2后成为富液，经过富液泵与贫液在换热器中进行热交换，然后进入再生塔上部，在再生塔内90oC下完成CO2的解吸和吸收剂的再生过程。解吸所得CO2从再生塔顶部排出系统，经检测CO2纯度大于99%。再生后得到的贫液由贫液泵输送至换热器，与富液进行热交换后重新进入吸收塔后循环使用。对离子液总消耗量进行监测发现为0.08 kg/tCO2，蒸汽消耗量为1.48 t/tCO2，CO2捕集电耗为90 kwh/tCO2。
实施例6
在如图2装置上测试所获得的离子液体复合吸收液的二氧化碳吸附性能，将含有CO2的原料气从吸收塔下部进入，在吸收塔中与从塔上部喷淋而下的吸收剂逆向接触，通过与实施例2离子液体复合吸收液在25oC下反应，净化气从吸收塔顶部经冷凝后排出，经检测CO2的捕集率>93%；吸收液吸收CO2后成为富液，经过富液泵与贫液在换热器中进行热交换，然后进入再生塔上部，在再生塔内110oC下完成CO2的解吸和吸收剂的再生过程。解吸所得CO2从再生塔顶部排出系统，经检测CO2纯度大于99%。再生后得到的贫液由贫液泵输送至换热器，与富液进行热交换后重新进入吸收塔后循环使用。对离子液总消耗量进行监测发现为0.08 kg/tCO2，蒸汽消耗量为1.48 t/tCO2，CO2捕集电耗为90 kwh/tCO2。
实施例7
在如图2装置上测试所获得的离子液体复合吸收液的二氧化碳吸附性能，将含有CO2的原料气从吸收塔下部进入，在吸收塔中与从塔上部喷淋而下的吸收剂逆向接触，通过与实施例3离子液体复合吸收液在40oC下反应，净化气从吸收塔顶部经冷凝后排出，经检测CO2的捕集率>91%；吸收液吸收CO2后成为富液，经过富液泵与贫液在换热器中进行热交换，然后进入再生塔上部，在再生塔内110oC下完成CO2的解吸和吸收剂的再生过程。解吸所得CO2从再生塔顶部排出系统，经检测CO2纯度大于99%。再生后得到的贫液由贫液泵输送至换热器，与富液进行热交换后重新进入吸收塔后循环使用。对离子液总消耗量进行监测发现为0.09 kg/tCO2，蒸汽消耗量为1.49 t/tCO2，CO2捕集电耗为94kwh/tCO2。
实施例8
在如图2装置上测试所获得的离子液体复合吸收液的二氧化碳吸附性能，将含有CO2的原料气从吸收塔下部进入，在吸收塔中与从塔上部喷淋而下的吸收剂逆向接触，通过与实施例4离子液体复合吸收液在40oC下反应，净化气从吸收塔顶部经冷凝后排出，经检测CO2的捕集率>94%；吸收液吸收CO2后成为富液，经过富液泵与贫液在换热器中进行热交换，然后进入再生塔上部，在再生塔内110oC下完成CO2的解吸和吸收剂的再生过程。解吸所得CO2从再生塔顶部排出系统，经检测CO2纯度大于99%。再生后得到的贫液由贫液泵输送至换热器，与富液进行热交换后重新进入吸收塔后循环使用。对离子液总消耗量进行监测发现为0.07 kg/tCO2，蒸汽消耗量为1.42 t/tCO2，CO2捕集电耗为90 kwh/tCO2。
对比例1
在如图2装置上测试二级胺的二氧化碳吸附性能，将含有CO2的原料气从吸收塔下部进入，在吸收塔中与从塔上部喷淋而下的吸收剂逆向接触，通过与30%哌嗪水溶液吸收剂在40oC下反应，净化气从吸收塔顶部经冷凝后排出，经检测CO2的捕集率为80%；吸收液吸收CO2后成为富液，经过富液泵与贫液在换热器中进行热交换，然后进入再生塔上部，在再生塔内120oC下完成CO2的解吸和吸收剂的再生过程。解吸所得CO2从再生塔顶部排出系统，经检测CO2纯度大于97%。再生后得到的贫液由贫液泵输送至换热器，与富液进行热交换后重新进入吸收塔后循环使用。对哌嗪总消耗量进行监测发现为0.15 kg/tCO2，蒸汽消耗量为1.7 t/tCO2，CO2捕集电耗为98kwh/tCO2。
对比例2
在如图2装置上测试离子液的二氧化碳吸附性能，将含有CO2的原料气从吸收塔下部进入，在吸收塔中与从塔上部喷淋而下的吸收剂逆向接触，通过与30%[C3H7NH2-Bmin][Tf2N]水溶液吸收剂在40oC下反应，净化气从吸收塔顶部经冷凝后排出，经检测CO2的捕集率为85%；吸收液吸收CO2后成为富液，经过富液泵与贫液在换热器中进行热交换，然后进入再生塔上部，在再生塔内120oC下完成CO2的解吸和吸收剂的再生过程。解吸所得CO2从再生塔顶部排出系统，经检测CO2纯度大于96%。再生后得到的贫液由贫液泵输送至换热器，与富液进行热交换后重新进入吸收塔后循环使用。对离子液总消耗量进行监测发现为0.14 kg/tCO2，蒸汽消耗量为1.8 t/tCO2，CO2捕集电耗为100kwh/tCO2。
Claims (4)
1.一种用于烟气二氧化碳捕集离子液体复合吸收液，其特征在于，其包含二级胺、离子液体、脱盐水，其中二级胺质量含量为5%-30%，离子液体质量含量为5%-30%，脱盐水质量含量为20%-90%。
2.根据权利要求1所述的用于烟气二氧化碳捕集离子液体复合吸收液，其特征在于，所述的二级胺为二乙醇胺、二异丙胺、2-丁氨基乙醇、2-甲氨基乙醇、2-乙氨基乙醇、哌嗪中的一种。
3.根据权利要求1或2所述的离子液体复合吸收液，其特征在于，所述的离子液体为咪唑型离子液体，其中阳离子为[Bmin]、[Emin]、[Cmin]、[C3H7NH2-Bmin]、[NH2p-min]中的一种，阴离子为[BF4]、[PF4]、[Br]、[Cl]、[Tf2N]、[dca]、[OTf]中的一种。
4.根据权利要求1或2所述的离子液体复合吸收液，其特征在于，所述的烟气二氧化碳捕集离子液体复合吸收液用于烟气CO2捕集，在吸收温度25-40 oC，再生温度在90-110 oC下，实现离子液总消耗量<0.1 kg/tCO2，蒸汽消耗量<1.5 t/tCO2，CO2捕集电耗<95 kwh/tCO2，再生气CO2纯度>99%。
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| CN202311085532.5A Pending CN116870664A (zh) | 2023-08-28 | 2023-08-28 | 一种用于烟气二氧化碳捕集离子液体复合吸收液 |
Country Status (1)
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117695830A (zh) * | 2024-02-04 | 2024-03-15 | 四川益能康生环保科技有限公司 | 一种二氧化碳低温捕集吸收液及其吸收方法 |
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2023
- 2023-08-28 CN CN202311085532.5A patent/CN116870664A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117695830A (zh) * | 2024-02-04 | 2024-03-15 | 四川益能康生环保科技有限公司 | 一种二氧化碳低温捕集吸收液及其吸收方法 |
| CN117695830B (zh) * | 2024-02-04 | 2024-05-28 | 四川益能康生环保科技有限公司 | 一种二氧化碳低温捕集吸收液及其吸收方法 |
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