CN117839380A - 一种二氧化碳捕捉剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及二氧化碳捕捉技术领域，公开了一种二氧化碳捕捉剂及其制备方法，其中二氧化碳捕捉剂，包括主吸收剂10％‑40％、助吸收剂5％‑20％、吸收催化剂1％‑10％、分散剂0.1％‑1％，余量为水，其中，所述主吸收剂为复合凝胶，所述助吸收剂为有机酸溶液，所述吸收催化剂为金属盐溶液。该二氧化碳捕捉剂，通过以复合凝胶为主吸收剂，以有机酸溶液为助吸收剂，以金属盐溶液为吸收催化剂，利用复合凝胶、有机酸溶液和金属盐溶液的协同作用，金属盐溶液对有机混合胺与二氧化碳的酸碱中和反应有催化作用，能够提高吸收率、吸收量和降低再生能耗。

Description

一种二氧化碳捕捉剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及二氧化碳捕捉技术领域，尤其涉及一种二氧化碳捕捉剂及其制备方法。

背景技术

气候变化是当今世界面临的严峻挑战，大规模控制温室气体二氧化碳(CO2)排放迫在眉睫，CO2捕捉、利用与封存技术(CCUS)是现阶段能大幅度减少化石能源CO2排放的技术，在众多的CO2捕捉技术中，化学吸收法是目前控制燃煤电站控制CO2排放的有效方法，其不需要对现有电站进行大规模改造，适应范围广、工艺发展成熟，具有广阔的工业应用前景，吸收剂是化学吸收法的核心，吸收剂的再生能耗、吸收速率、吸收容量、降解特性、腐蚀性等多种因素都会对化学吸收系统的建设运行维护造成巨大影响，因此，吸收剂的性能对于吸收剂的工业应用具有重要意义。

目前，二氧化碳捕捉技术主流大致可分为三大类：溶剂吸收法、膜分离法和固体吸附剂吸附法，溶剂吸收法和固体吸附剂吸附法是目前研究较多的两种方法，但是这两种方法均存在各自的问题：

目前，溶剂吸收法主要是采用传统的有机胺吸收二氧化碳，原理为弱酸与弱碱反应生成水溶性盐类的可逆反应，但是，上述正向反应是一个放热过程，所以吸收塔需要降温保证吸收液的吸收反应能够快速进行，而逆向反应是一个吸热过程，所以解吸塔需要加热进行解吸，这两方面对工业应用上的吸收解吸时间、工艺、设备、操作等热能利用要求非常高，导致传统有机胺在工业应用上面的吸收率低、吸收量低、再生能耗高等问题。

目前，传统的单相固体吸附剂，主要是活性炭与沸石等惰性物质，其有两个缺点：

1)这些材料在高温条件下有着较低的吸附能力，甚至当超过一定温度时，其吸附容量几乎可以忽略不计；

2)这些都是惰性物质，与二氧化碳无法形成电子对，只有物理吸附，缺失化学吸附作用导致吸收量偏低。

发明内容

鉴于上述现有传统的单相固体吸附剂，主要是活性炭与沸石等惰性物质，这些材料在高温条件下有着较低的吸附能力，这些都是惰性物质，与二氧化碳无法形成电子对，只有物理吸附，缺失化学吸附作用导致吸收量偏低，的问题，提出了本发明。

因此，本发明目的是提供一种二氧化碳捕捉剂，其目的在于：利用复合凝胶、有机酸溶液和金属盐溶液的协同作用，金属盐溶液对有机混合胺与二氧化碳的酸碱中和反应有催化作用，能够提高吸收率、吸收量和降低再生能耗。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种二氧化碳捕捉剂，按质量分数计，包括主吸收剂10％-40％、助吸收剂5％-20％、吸收催化剂1％-10％、分散剂0.1％-1％，余量为水；

其中，所述主吸收剂为复合凝胶，所述助吸收剂为有机酸溶液，所述吸收催化剂为金属盐溶液。

作为本发明所述二氧化碳捕捉剂的一种优选方案，其中：按质量分数计，包括主吸收剂25％-35％、助吸收剂10％-20％、吸收催化剂3％-7％、分散剂0.1％-1％，余量为水。

作为本发明所述二氧化碳捕捉剂的一种优选方案，其中：按质量分数计，包括主吸收剂30％、助吸收剂15％、吸收催化剂5％、分散剂0.3％-0.8％，余量为水。

作为本发明所述二氧化碳捕捉剂的一种优选方案，其中：所述金属盐溶液选自铝酸钠、铝酸铋、铝酸铟、铝酸银和铝酸锂中的至少一种。

作为本发明所述二氧化碳捕捉剂的一种优选方案，其中：所述金属盐溶液为铝酸锂。

作为本发明所述二氧化碳捕捉剂的一种优选方案，其中：所述分散剂选自聚异丁烯多丁二酰亚胺、聚丙烯酸酯、聚乙烯酸酯和聚丙烯醇中的至少一种。

作为本发明所述二氧化碳捕捉剂的一种优选方案，其中：所述分散剂为聚异丁烯多丁二酰亚胺。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种二氧化碳捕捉剂的制备方法，包括如下步骤：

按配比将主吸收剂、助吸收剂、吸收催化剂和分散剂分别准备好备用；

然后将水倒入到混合装置内，之后加入主吸收剂并启动混合装置，接着倒入助吸收剂，搅拌混合10min；

随后往混合装置内倒入吸收催化剂，期间不用停止混合装置，当再次搅拌混合5min；

最后往混合装置内倒入分散剂，之后再次搅拌混合15min，然后制备成二氧化碳捕捉剂。

本发明的有益效果：通过以复合凝胶为主吸收剂，以有机酸溶液为助吸收剂，以金属盐溶液为吸收催化剂，利用复合凝胶、有机酸溶液和金属盐溶液的协同作用，金属盐溶液对有机混合胺与二氧化碳的酸碱中和反应有催化作用，能够提高吸收率、吸收量和降低再生能耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

其中：

图1为本发明实施例中模拟烟气CO2化学吸收与解吸系统工艺流程图。

附图标记说明：

111、吸收塔；112、解吸塔；113、水洗塔；114、酸洗塔；115、喷淋塔；121、二氧化碳储罐；122、储液罐；123、再生气分离罐；131、吸收塔进口阀；132、吸收塔出口阀；133、吸收塔进气阀；134、水洗塔进气阀；135、水洗塔出口阀；136、水洗塔进口阀；137、酸洗塔进口阀；138、酸洗塔出口阀；139、喷淋塔进气阀；1391、解吸塔进口阀；1392、解吸塔出口阀；1393、解吸塔排污阀；1394、喷淋塔进口阀；1395、喷淋塔出口阀；1396、冷凝水阀；141、空压机；142、回流泵；143、富液泵；144、贫液泵；145、酸洗泵；151、贫液冷却器；152、再生气冷却器；153、富液加热器；161、釜式再沸器。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

按质量分数计，包括主吸收剂10％-40％、助吸收剂5％-20％、吸收催化剂1％-10％、分散剂0.1％-1％，余量为水；

其中，、主吸收剂为复合凝胶，、助吸收剂为有机酸溶液，、吸收催化剂为金属盐溶液，复合凝胶和有机酸溶液为市购原料，复合凝胶的化学结构为：

采用复合凝胶，该有机胺为环状多氨基结构，在应用效果上有以下优点：(1)环状结构比较稳定，长时间使用不易氧化分解；(2)多氨基官能团能增加二氧化碳的捕获量，增大溶剂的吸收容量。以复合凝胶为主吸收剂吸收二氧化碳的反应方程式如下：

按质量分数计，包括主吸收剂25％-35％、助吸收剂10％-20％、吸收催化剂3％-7％、分散剂0.1％-1％，余量为水；

按质量分数计，包括主吸收剂30％、助吸收剂15％、吸收催化剂5％、分散剂0.3％-0.8％，余量为水；

、金属盐溶液选自铝酸钠、铝酸铋、铝酸铟、铝酸银和铝酸锂中的至少一种，、金属盐溶液为铝酸锂，、分散剂选自聚异丁烯多丁二酰亚胺、聚丙烯酸酯、聚乙烯酸酯和聚丙烯醇中的至少一种，、分散剂为聚异丁烯多丁二酰亚胺，需要说明的是，金属盐溶液对有机混合胺与二氧化碳的酸碱中和反应有催化作用，能够提高吸收率、吸收量和降低再生能耗，金属盐溶液本身为笼式多孔结构，有物理吸附作用和吸附质分子与固体表面的分子或原子会发生电子的转移、交换或形成共有电子对，最终形成有利于发生吸附作用的化学键。由于固体表面存在不规律的力场，其表面上的原子通常还可以另外形成化学键，当气体分子碰撞到固体表面上时便与表面原子间发生电子的交换、转移或形成共有电子对，最后形成化学吸附作用；

此外，本发明实施例所提供的二氧化碳捕捉剂成分沸点高使用过程中不易挥发，不需要频繁添加新的吸收液，更加节能环保，可用于捕捉多种化工设备尾气、焚烧烟道气和天然混合气体中的二氧化碳，也可用于净化城市煤气、天然气等中的二氧化碳，具有社会效益和经济效益。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

需要说明的是，以下实施例和对比例的吸收和解吸的装置，如图1所示：

(1)空气经过空压机141加压后与来自二氧化碳储罐121的二氧化碳混合，经过喷淋塔进气阀139之后进入喷淋塔115(DN60mm，高0.92m)，喷淋塔115底部储槽中的水经过回流泵142后经喷淋塔进口阀1394之后从喷淋塔115的顶部进入，对底部通入的气体进行喷淋，液体经喷淋塔出口阀1395之后进入下方储槽，气体从喷淋塔115的顶部输出，经过吸收塔进气阀133之后进入吸收塔111底部，控制烟气温度为25℃，烟气量为4Nm3/h速度，模拟烟气组成如表1所示。

表1模拟烟气的组成

组分

CO2

N2

O2

H2O

SOX

含尘

百分比

12.0％

64.5％

16％

7.5％

0％

痕量

(2)吸收剂通过吸收塔进口阀131从吸收塔111的塔顶进入，在吸收塔111内填装有填料，以使吸收剂和烟气充分接触。吸收塔111内的填料为DN60mmθ环散装填料，高0.24m×5段，总高1.96m。吸收剂为本实施例中的吸收剂，贫液负荷为0.25mo l/mo l(每摩尔吸收剂中含有0.25摩尔二氧化碳)，温度约40℃。

(3)吸收剂吸收烟气中的二氧化碳之后，从吸收塔111的塔底输出，经吸收塔出口阀132之后进入储液罐122暂储，可以在储液罐122根据情况进行吸收剂补充。储液罐122存放的富液经富液泵143之后，进入富液加热器153升温，经解吸塔进口阀1391之后进入解吸塔112，利用釜式再沸器161进行加热再生。解吸塔112中装有DN50mmθ环散装填料，高0.4m×3段，总高1.57m。经解吸之后的气体主要含二氧化碳，从解吸塔112的塔顶经再生气冷却器152之后进入再生气分离罐123分离，产品气从顶部输出，冷凝水从底部的冷凝水阀1396输出。经解吸之后的吸收剂从解吸塔112的塔底输出，大致温度为114℃，经解吸塔出口阀1392之后再经贫液泵144进入贫液冷却器151冷却至约40℃，再进入吸收塔111。解吸塔112底部还设置解吸塔排污阀1393。

(4)烟气经吸收塔111吸收之后，从塔顶经水洗塔进气阀134进入水洗塔113进行水洗，水洗用水经水洗塔进口阀136从水洗塔113的塔顶进入，与塔釜进入的烟气逆流接触，液态物料经过水洗塔出口阀135排出，气体物料从塔顶输出从酸洗塔114的塔釜进入，与顶部酸洗塔进口阀137进入的酸洗液(5％磷酸溶液)进行逆流接触，酸洗后的气体从塔顶排出，酸洗后的洗液经过酸洗塔出口阀138输出后经酸洗泵145之后，再由酸洗塔进口阀137进入酸洗塔114，水洗塔113装有DN60mmθ环散装填料，高0.4m；酸洗塔114装有DN60mm塑料散装填料，高0.4m。

注：图1中省去了压力检测、温度检测等设备的图标，以使附图显示清楚。

一种二氧化碳捕捉剂的制备方法，包括如下步骤：

S1,按配比将主吸收剂、助吸收剂、吸收催化剂和分散剂分别准备好备用；

S2,然后将水倒入到混合装置内，之后加入主吸收剂并启动混合装置，接着倒入助吸收剂，搅拌混合10min；

S3,随后往混合装置内倒入吸收催化剂，期间不用停止混合装置，当再次搅拌混合5min；

S4,最后往混合装置内倒入分散剂，之后再次搅拌混合15min，然后制备成二氧化碳捕捉剂。

实施例1

本实施例提供一种二氧化碳捕捉剂，按质量分数计，包括复合凝胶10％，有机酸溶液5％，铝酸锂1％，分散剂为聚异丁烯多丁二酰亚胺0.1％，其余为溶剂去二氧化碳水。

实施例2

本实施例提供一种二氧化碳捕捉剂，按质量分数计，包括复合凝胶20％，有机酸溶液10％，铝酸锂3％，聚异丁烯多丁二酰亚胺0.3％，其余为溶剂去二氧化碳水。

实施例3

本实施例提供一种二氧化碳捕捉剂，按质量分数计，包括复合凝胶30％，有机酸溶液15％，铝酸锂5％，聚异丁烯多丁二酰亚胺0.5％，其余为溶剂去二氧化碳水。

实施例4

本实施例提供一种二氧化碳捕捉剂，按质量分数计，包括复合凝胶40％，有机酸溶液20％，铝酸锂10％，聚异丁烯多丁二酰亚胺0.8％，其余为溶剂去二氧化碳水。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种二氧化碳捕捉剂，其特征在于：按质量分数计，包括主吸收剂10％-40％、助吸收剂5％-20％、吸收催化剂1％-10％、分散剂0.1％-1％，余量为水；

其中，所述主吸收剂为复合凝胶，所述助吸收剂为有机酸溶液，所述吸收催化剂为金属盐溶液。

2.根据权利要求1所述的二氧化碳捕捉剂，其特征在于：按质量分数计，包括主吸收剂25％-35％、助吸收剂10％-20％、吸收催化剂3％-7％、分散剂0.1％-1％，余量为水。

3.根据权利要求2所述的二氧化碳捕捉剂，其特征在于：按质量分数计，包括主吸收剂30％、助吸收剂15％、吸收催化剂5％、分散剂0.3％-0.8％，余量为水。

4.根据权利要求1-3任一所述的二氧化碳捕捉剂，其特征在于：所述金属盐溶液选自铝酸钠、铝酸铋、铝酸铟、铝酸银和铝酸锂中的至少一种。

5.根据权利要求4所述的二氧化碳捕捉剂，其特征在于：所述金属盐溶液为铝酸锂。

6.根据权利要求5所述的二氧化碳捕捉剂，其特征在于：所述分散剂选自聚异丁烯多丁二酰亚胺、聚丙烯酸酯、聚乙烯酸酯和聚丙烯醇中的至少一种。

7.根据权利要求6所述的二氧化碳捕捉剂，其特征在于：所述分散剂为聚异丁烯多丁二酰亚胺。

8.一种二氧化碳捕捉剂的制备方法，其应用于权利要求7中所述的二氧化碳捕捉剂，其特征在于：包括如下步骤；

按配比将主吸收剂、助吸收剂、吸收催化剂和分散剂分别准备好备用；

然后将水倒入到混合装置内，之后加入主吸收剂并启动混合装置，接着倒入助吸收剂，搅拌混合10min；

随后往混合装置内倒入吸收催化剂，期间不用停止混合装置，当再次搅拌混合5min；

最后往混合装置内倒入分散剂，之后再次搅拌混合15min，然后制备成二氧化碳捕捉剂。