一种补获烟气中CO₂的吸附剂及其制备方法

专利名称：一种补获烟气中CO₂的吸附剂及其制备方法
技术领域：
本发明属于烟气净化技术领域，特别涉及一种分离烟气中CO2的吸附剂及其制备方法。
背景技术：
二氧化碳是主要的温室气体，是造成全球气侯变暧的主要原因之一。我国的能源
供应目前仍以燃煤为主，其中80%用于火电、冶金、建材等行业。随着“京都议定书”和“后京都议定书”出台，我国积极应对气侯变化和温室气体减排问题，在“十一五”期间把温室气体控制排放作为国家目标，2007年发布了《中国应对气侯变化国家方案》，明确提出了控制二氧化碳等温室气体排放的任务。目前主要的CO2捕集分离方法主要有吸收/吸附法、膜分离法、烟气循环燃烧法、改变煤气化联合循环法等几类，工业上采用较多的是胺基化学吸收剂，如一乙醇胺(MEA)，二乙醇胺(DEA)，三乙醇胺(TEA)，甲基二乙醇胺(MEDA)等，其中一乙醇胺MEA被认为最合适燃煤烟气CO2分离，其优势为“分子量小、吸收酸性气体能力强”对捕集燃烧后烟气中低浓度的CO2最具优势；其缺点为CO2负荷能力低，设备腐蚀率高，胺类会被其他烟气成分降解、吸收剂再生时能耗高，这样造成CO2分离成本高。目前采用干式回收CO2的方法、即专用的吸附剂进行变压吸附回收烟气中的0)2研究比较多，相应的吸附剂也有专利报道，如CN101543762A公开了一种二氧化碳吸附剂，包括100重量份的活性炭和10-60重量份的胺类物质，该吸附剂对干态CO2吸附量为16. 8 49. 5mg/gt)CN101909743A公开了包括固体材料、提供胺源、使所述固体材料与所述胺源接触以所述固体材料的表面上吸附胺分子，以使吸附胺分子与CO2流接触，形成胺官能团，并增加可用于俘获CO2的胺部份。CN101559348A公开了一种用于从含014和/或队的气体中分离CO2的吸附剂，取凹凸棒石粘土原料，粉碎，加入酸溶液，60-90°C恒温改性处理，洗涤至PH值为7，干燥焙烧而得。CN102343254A公开了一种常温CO2固态胺吸附剂，为经液态有机胺改性的碳纳米管，其中碳纳米管的重要百分含量为50% 70%，有机胺的重量百分含量为30% 50%，CO2的吸附容量达到2. 45mmol/g以上。

发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种可再生的吸附剂。吸附剂依靠自身多孔性和孔表面的碱土金属-胺络合物吸附CO2,并在低压条件下将吸附的CO2解吸出来。本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种吸附剂。该吸附剂可以有效地、选择性地吸附燃气流中的CO2,吸附的CO2质量占吸附剂质量的10 30%，并能吸附少量的硫化物和氮氧化合物。本发明所要解决的第三个技术问题是提供一种吸附剂。该吸附剂具有亲水性，是一种以中孔为主的大比表面吸附剂。本发明所要解决的第四个技术问题是提供一种吸附剂。该吸附剂制备过程简单，生产成本低，吸附剂性能稳定。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是一种补获烟气中CO2的吸附剂，包括载体、活性组份和助剂，载体为焦炭、活性炭、炭纤维(CM S )、木炭、含碳固体材料中的一种或多种，活性组分为一乙醇胺、二乙醇胺、四亚乙基五胺、五亚乙基六胺中的一种或多种，助剂SK2CO3和碳纳米管(CNTs)中的一种或多种，该吸附剂中各组分及其质量百分比为载体80. I 88. 8%，活性组份10. I 17. 6%，助剂:1. 0 4. 5%。一种补获烟气中CO2的吸附剂及其制备方法包括下述步骤(I)选择载本称取8.0 10. Og活性炭，要求活性碳烧失率50 70%，比表面积> 800m2/g,以中孔为主； (2)配制溶液用IOOOml的量筒量取600 800ml的去离子水倒入2000ml的烧杯中，加入200 300ml 一乙醇胺，然后称取K2CO3 :35. 2 39. 2g、CNTs :3. 8 7. 6g，一起加入到烧杯中，并将烧杯放入恒温水浴中，控制温度为65 75°C ；(3)浸溃过程待烧杯中的温度达到70°C时，将⑴中称取的载体加入到烧杯中，间隔手动搅拌即可，浸溃时间为I 2小时；(4)过滤干燥将浸溃后的活性炭经滤去溶液后，放入氢气氛围条件下于110 130°C条件下干燥4 6小时，即得产品吸附剂；


图I是实施例中所选载体对CO2吸附数据；图2是实施例I 3吸附剂对CO2吸附曲线，其中Portl为实施例I吸附剂对CO2的吸附曲线，Port2为实施例2吸附剂对CO2的吸附曲线，Port3为实施例3吸附剂对CO2的吸附曲线；图3是实施例I 3吸附剂对N2吸附曲线，其中Port I为实施例I吸附剂对N2的吸附曲线，Port2为实施例2吸附剂对N2的吸附曲线，Port3为实施例3吸附剂对N2的吸附曲线。
具体实施例方式下面结合具体实施方式
对本发明作进一步的详细描述，但本发明的实施方式不仅限于下述实施例。实施例I称取8. Og活性炭AC302，放置于干燥皿中，用IOOOml的量筒量取600ml的去离子水倒入2000ml的烧杯中，然后将烧杯放入水浴锅中，水浴温度控制75 °C，45分钟过后，测试烧杯中去离子水温度，当去离子水温度达到65°C以上时，加入量筒取好的一乙醇胺300ml，用少许去离子水清洗量筒中的残余一乙醇胺，例入烧杯中；称取K2CO3 35. 2g、CNTs :3. 8g，一起加入到烧杯中，控制烧杯中的液体温度为65 75°C ;每隔15 20分钟用玻璃棒轻轻搅拌烧杯底部的载体；1. 5小时后，分离烧杯中的载体与溶液，将分离出来的载体装入带加电加热器控温的反应管中，反应管温度控制在120°C，从反应管上端通入99. 99% (Vol)的氢气，氢气量为120ml/min，6小时侯将反应管温度降至常温，取出反应管中的活性碳即得产品吸附剂；本实施例制备的吸附剂中各组分及其质量百分比为活性碳80. 1%，活性组份(胺基络合物)17. 6%，助剂(CNT和碱土金属氧化物)2. 3%。实施例2称取8. Ig活性炭AC302，放置于干燥皿中，用IOOOml的量筒量取800ml的去离子水倒入2000ml的烧杯中，然后将烧杯放入水浴锅中，水浴温度控制70°C，45分钟过后，测试烧杯中去离子水温度，当去离子水温度达到65°C以上时，加入量筒取好的一乙醇胺200ml，用少许去离子水清洗量筒中的残余一乙醇胺，例入烧杯中；称取K2CO3 46. 4g、CNTs :5. 6g， 一起加入到烧杯中，控制烧杯中的液体温度为65 70°C ;每隔15 20分钟用玻璃棒轻轻搅拌烧杯底部的载体；1. 5小时后，分离烧杯中的载体与溶液，将分离出来的载体装入带加电加热器控温的反应管中，反应管温度控制在110°C，从反应管上端通入99. 99% (Vol)的氢气，氢气量为120ml/min，6小时侯将反应管温度降至常温，取出反应管中的活性碳即得产品吸附剂；本实施例制备的吸附剂中各组分及其质量百分比为活性碳85. 3%，活性组份(胺基络合物)10. 2%，助剂(CNT和碱土金属氧化物)4. 5%。实施例3称取9. 9g活性炭AC302，放置于干燥皿中，用IOOOml的量筒量取800ml的去离子水倒入2000ml的烧杯中，然后将烧杯放入水浴锅中，水浴温度控制67 V，45分钟过后，测试烧杯中去离子水温度，当去离子水温度达到65°C以上时，加入量筒取好的一乙醇胺220ml，用少许去离子水清洗量筒中的残余一乙醇胺，例入烧杯中；称取K2CO3 39. 2g、CNTs :7. 6g，一起加入到烧杯中，控制烧杯中的液体温度为65 67V ;每隔15 20分钟用玻璃棒轻轻搅拌烧杯底部的载体；1. 5小时后，分离烧杯中的载体与溶液，将分离出来的载体装入带加电加热器控温的反应管中，反应管温度控制在110°C，从反应管上端通入99. 99% (Vol)的氢气，氢气量为120ml/min，6小时侯将反应管温度降至常温，取出反应管中的活性碳即得产品吸附剂；本实施例制备的吸附剂中各组分及其质量百分比为活性碳88. 8%，活性组份(胺基络合物)10. 1%，助剂(CNT和碱土金属氧化物)1. I %。
权利要求
1.一种补获烟气中CO2的吸附剂，包括载体、活性组份和助剂，其特征在于所述载体为焦炭、活性炭、炭纤维(CMS)、木炭、含碳固体材料中的ー种或多种，活性组分为一こ醇胺、ニこ醇胺、四亚こ基五胺、五亚こ基六胺中的ー种或多种，助剂为K2CO3和碳纳米管(CNTs)中的ー种或多种，该吸附剂中各组分及其质量百分比为载体80. I 88. 8%，活性组份10. I 17. 6%，助剂1. O 4. 5%。
2.根据权利要求I所述的载体，优先选用活性炭、炭纤维。
3.根据权利要求I所述的活性组份，优先选用ーこ醇胺、ニこ醇胺。
4.一种补获烟气中CO2的吸附剂及其制备方法包括下述步骤 (1)选择载本称取8.O 10. Og活性炭，要求活性碳烧失率50 70%，比表面积>800m2/g,以中孔为王； (2)配制溶液用IOOOml的量筒量取600 800ml的去离子水倒入2000ml的烧杯中，加入200 300ml 一こ醇胺，然后称取K2CO3 35. 2 39. 2g、CNTs :3. 8 7. 6g，一起加入到烧杯中，并将烧杯放入恒温水浴中，控制温度为65 75°C ； (3)浸溃过程待烧杯中的温度达到70°C吋，将(I)中称取的载体加入到烧杯中，间隔手动搅拌即可，浸溃时间为I 2小时； (4)过滤干燥将浸溃后的活性炭经滤去溶液后，放入氢气氛围条件下于110 130°C条件下干燥4 6小吋，即得产品吸附剂。
全文摘要
本发明属于烟气净化技术领域，特别涉及一种分离烟气中CO2的吸附剂及其制备方法。该催化剂包括载体、活性组份和助剂，所载体为焦炭、活性炭、炭纤维(CMS)、木炭、含碳固体材料中的一种或多种，活性组分为一乙醇胺、二乙醇胺、四亚乙基五胺、五亚乙基六胺中的一种或多种，助剂为K2CO3和碳纳米管(CNTs)中的一种或多种。该吸附剂制备方法包括浸渍、过滤、氢气环境中干燥等步骤。该吸附剂具有亲水性、低压条件下对CO2吸附容量大、氮气吸附容量小、易解吸、制备工艺简单、生产成本低等特点。
文档编号B01J20/20GK102658085SQ20121016784
公开日2012年9月12日 申请日期2012年5月28日 优先权日2012年5月28日
发明者曾启明, 蔡跃明, 钟娅令, 钟雨明, 陈天洪 申请人:四川亚连科技有限责任公司