CN1386566A - 用于从混合气体中吸收分离二氧化碳的溶液 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于从混合气体中吸收分离二氧化碳的溶液,为含有碳酸钾、醇胺类化合物成分、钒类化合物成分、硼酸以及多氨基或多氮类化合物成分的水溶液。其中:碳酸钾为50－250克/升,醇胺类化合物成分为5－250克/升,多氨基或多氮类化合物成分为0.5－25克/升,钒类化合物成分为6－12克/升,硼酸为0－20克/升。其中的钒类化合物成分还可以用铜类化合物成分取代。本发明的溶液尤其适用于从高含氧量并同时含有硫和氮氧化合物杂质的气体中高效率地吸收分离其中所含的二氧化碳。

Description

用于从混合气体中吸收分离二氧化碳的溶液
技术领域
本发明涉及的是一种用于从含有二氧化碳的混合气体中吸收分离二氧化碳的溶液，尤其是用于从高含氧量且同时还含有硫和氮氧化合物等杂质的混合气体中高效率地吸收分离其中所含的二氧化碳的溶液。
背景技术
二氧化碳作为一种酸性气体，任何有机及无机碱类溶液均可对其有化学吸收作用。到目前为止，针对较高压力且具有较高二氧化碳分压的混合气体的分离已有许多较为成熟有效的方法，但针对常压混合气体中低分压的二氧化碳也能进行高效率分离的技术尚较少。
在用于吸收分离二氧化碳的溶液中，含有碳酸钾的溶液作为一种无机碱类吸收剂具有稳定性好和不怕氧、硫化合物污染毒化等特点，但碳酸钾溶液吸收速度慢、热耗高、溶液吸收能力小。因此，国内、外不少都采用在碳酸钾溶液中添加各种催化剂或活化剂，以克服上述存在的缺陷。例如，美国专利文献US 4112050和US 4217237分别介绍了在碳酸钾溶液中加入一种空间位阻胺活化剂，以提高溶液的传质速度及吸收能力。公开号为CN 1076380A的中国专利文献也公开了一种在碳酸钾、二乙醇胺、硼酸、偏钒酸钾溶液中增加2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP)成分，以提高溶液对二氧化碳的吸收活性。试验结果显示，这些溶液在用于常压混合气体中对二氧化碳分离回收的效率较低，经济上也不可行。美国DOW化学公司开发的FT技术，采用的是在含有30％一乙醇胺(MEA)的溶液中加入700mg/L铜缓蚀剂的溶液，可用于从烟道气中回收二氧化碳。
此外，公开号为CN 1261545A的中国专利文献介绍的从混合气体中分离二氧化碳的方法中，采用了组成为烷醇胺类混合物8-30％(W)，铜类缓蚀剂600-1200ppm的吸收溶液，可适用于从常压混合气体中分离回收二氧化碳。此两种方法在对常压混合气体，尤其是对烟道气中的二氧化碳进行回收时，均利用了MEA的碱性强、对二氧化碳吸收容量较大的特点。但由于MEA易被氧化降解，氧含量过高时会加其速降解过程，并且在有CS2、COS及NOx等具有污染和毒化作用的化合物成分存在时，MEA可与CS2、COS等物质发生反应，导致其难以被再生。因此，该两种方法所用的吸收溶液对混合气体中的氧含量和/或再含有硫化合物和氮氧化合物等污染毒化性的杂质均有严格的要求，即：被处理的混合气体的氧含量一般应≤8％，且不能含有如CS2、COS及NOx等有毒杂质。
发明内容
针对上述情况，本发明将提供一种改进的用于从含有二氧化碳的混合气体中吸收和分离二氧化碳的溶液，其中特别可适用于从高含氧量和/或还含有如CS2、COS等NOx等污染毒化性杂质的常压和/或低压(如压力为0.1～0.2Mpa)的混合气体中吸收分离二氧化碳的溶液，使其对这类混合气体中的二氧化碳具有满意的吸收分离效率，且性能稳定，不易降解，并具有能耗低等技术优点，因而能广泛适用于更多的应用领域。
本发明用于从混合气体中吸收分离二氧化碳的溶液，是在含有碳酸钾、醇胺类化合物成分、钒类化合物成分和硼酸等的水溶液中，还含有多氨基或多氮类化合物成分。该水溶液中各成分的含量为：
碳酸钾  50-250克/升，        醇胺类化合物  5-250克/升，
多氨基或多氮类化合物  0.5-25克/升，
钒类化合物  6-12克/升，        硼酸  0-20克/升。
在上述用于从气体中吸收分离二氧化碳的溶液中，所说的钒类化合物成分一般可以采用在文献中已有报导和较常使用的五氧化二钒。此外，在上述的溶液组成中，对于该钒类化合物成分，还可以用目前同样也有报导和使用的碱式碳酸铜等铜类化合物成分进行取代。使用碱式碳酸铜等铜类化合物成分时，其在溶液中的含量可以为0.7-0.9克/升。
在上述用于从气体中吸收分离二氧化碳的溶液中，所说的醇胺类化合物成分，除可以采用目前已有报导使用的2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP)外，还可以为2-(二乙氨基)-乙醇(DEAE)；实际使用时，这些化合物成分既可以仅采用其中的一种，也可以采用两种成分同时混合使用的方式。
上述用于从气体中吸收分离二氧化碳溶液中所说的含有多氨基或多氮类化合物成分，一般可以为二亚乙基三胺、三亚乙基四胺(TEAE)、四亚乙基五胺(TEPA)、或N-(2-氨基乙基)哌嗪(AEP)；实际使用时，这些化合物成分同样也是既可以仅采用其中的一种，也可以采用两种或多种成分同时混合使用的方式。
采用本发明上述组成形式的溶液吸收分离混合气体中二氧化碳时，具体的操作方式和工艺条件，一般可以参照上述已有文献报导的方式进行，也可以采用其它同样可行的方式进行。
试验结果显示，采用本发明上述的含有醇胺类化合物成分、多氨基或多氮类化合物成分、硼酸以及钒类或铜类化合物成分的水溶液后，可显著增加溶液对二氧化碳吸收时的传质速度及吸收能力，对常压混合气体中二氧化碳的吸收能力明显超过采用上述文献报导的同类溶液时的吸收分离效果。本发明这种溶液不仅具有醇胺类溶液(尤其是一乙醇胺溶液)对常压混合气体中二氧化碳优良的吸收效率，而且溶液的性质稳定不易降解，尤其适用于对氧含量超过8％(V)并同时还含有CS2、COS及NOX等有毒杂质成分的常压及低压混合气体中二氧化碳的脱除与回收，同时能耗较低，具有更广泛的应用领域。采用本发明上述组成的吸收溶液与采用与上述CN 1076380A文献所报导的同样吸收溶液，对混合气体中二氧化碳进行的平行吸收分离试验的有关技术经济指标的对比，可参见下表1。
表1  脱除二氧化碳平行试验的有关技术经济指标对比
试验溶液 工作压力(MPa)(绝)   二氧化碳回收率(％) 溶液吸收能力(CO2/溶液)(Nm3/m3)   蒸汽消耗(吨/1000Nm3 CO2)   溶液中活性组分消耗(kg/1000Nm3CO2)   回收CO2纯度(％)(v)
  文献报导     0.1-0.2     ≥50     8-12     5-7     0.5-1.5     ≥99.5
  本发明     0.1-0.2     ≥80     16-22     3-4.0     0.5-1.0     ≥99.5
以下结合实施例形式的具体实施方式对本发明的上述内容作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于下述的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。
具体实施方式
各实施例的二氧化碳吸收液组成以及处理操作的工艺条件及相关的技术指标参数等内容如表2所示，对混合气体进行吸收分离二氧化碳的工艺操作流程，参照前述的相关文献方式进行。
表2  各实施例的相关参数和条件
                  项    目   实施例1   实施例2   实施例3
吸收溶液组成     碳酸钾(g/L)     100     100     100
    DEAE(g/L)     200     -     200
    AMP(g/L)     -     200     -
    AEP(g/L)     5     -     4
    TEPA(g/L)     -     5     5
    五氧化二钒(g/L)     7     -     7
    碱式碳酸铜(g/L)     -     0.8     -
    硼酸(g/L)     6     -     5
混合气体组成                  CO2 20％，O2 12％，COS 100mg/Nm3，CS2 20mg/Nm3，NOx 20-50mg/Nm3，H2S 200mg/Nm3
工艺参数     温度(℃)     40     40     40
    压力(MPa)(绝)     0.1006     0.1006     0.1006
    气体流量(Nm3/h)     ～4000     ～4000     ～4000
技术指标     溶液吸收能力(Nm3 CO2/m3)     19     17     20
    产品二氧化碳纯度(％)     ≥99.5     ≥99.5     ≥99.5
    二氧化碳回收率(％)     ≥85     ≥80     ≥85
    蒸汽消耗(吨/1000Nm3 CO2)     3.4     3.5     3.2
    电耗(KWh/1000Nm3 CO2)     45     48     45
    冷却水消耗(吨/1000Nm3 CO2)     180     190     160
    溶剂消耗(Kg/1000Nm3 CO2)     0.6     0.6     0.6
(注：表中的DEAE为2-(二乙氨基)-乙醇，AMP为2-氨基-2-甲基-1-丙醇，
       AEP为N-(2-氨基乙基)哌嗪，TEPA为四亚乙基五胺。)

Claims (6)

1.用于从混合气体中吸收分离二氧化碳的溶液，为含有碳酸钾、醇胺类化合物成分、钒类化合物成分和硼酸的水溶液，其特征是溶液中还含有多氨基或多氮类化合物成分，各成分在溶液中的含量为：
碳酸钾  50-250克/升，        醇胺类化合物  5-250克/升，
多氨基或多氮类化合物  0.5-25克/升，
钒类化合物  6-12克/升，      硼酸  0-20克/升。
2.如权利要求1所述的用于从混合气体中吸收分离二氧化碳的溶液，其特征是所说的钒类化合物成分为五氧化二钒。
3.如权利要求1所述的用于从混合气体中吸收分离二氧化碳的溶液，其特征是所说的钒类化合物成分可以用铜类化合物成分取代，其在溶液中的含量为0.7-0.9克/升。
4.如权利要求3所述的用于从混合气体中吸收分离二氧化碳的溶液，其特征是所说的铜类化合物成分为碱式碳酸铜。
5.如权利要求1至4之一所述的用于从混合气体中吸收分离二氧化碳的溶液，其特征是所说的醇胺类化合物成分为2-(二乙氨基)-乙醇或2-氨基-2-甲基-1-丙醇中的至少一种。
6.如权利要求1至4之一所述的用于从混合气体中吸收分离二氧化碳的溶液，其特征是所说的含有多氨基或多氮类化合物的成分为二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、四亚乙基五胺、或N-(2-氨基乙基)哌嗪中的至少一种。
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