一种用于捕集混合气体中二氧化碳的非水脱碳溶液及其应用的利记博彩app
【专利摘要】本发明提供了一种捕集混合气体中二氧化碳的非水脱碳溶液，属于二氧化碳气体捕集【技术领域】。本发明涉及到一种非水脱碳溶液，主吸收组分为N-乙基乙醇胺，溶剂为N,N-二乙基乙醇胺。由于该非水脱碳液沸点高，粘度低，用可参与吸收CO2的叔胺作为溶剂，同时用吸收速率快、吸收量大、易再生的仲胺作为主吸收溶剂，既提高了对二氧化碳的吸收容量、净化度和解吸速率、扩大了反应温度范围，也减少了再生塔的体积、大大降低再生能耗，减少设备投资和操作成本。本发明主要用于捕集多种化工反应尾气、炼钢厂和水泥厂尾气、矿石分解气、燃烧烟道气、天然气、城市煤气、沼气中的二氧化碳，具有广阔的应用前景。
【专利说明】一种用于捕集混合气体中二氧化碳的非水脱碳溶液及其应 用
【技术领域】
[0001] 本发明属于气体分离【技术领域】，涉及一种用于捕集混合气体中二氧化碳的非水脱 碳溶液及其应用。
【背景技术】
[0002] 众所周知，人类活动所产生的〇)2中，有近1/3来源于化石燃料的燃烧。不同的 工业生产行业排放出大量的CO2，比如：炼油厂、水泥厂、炼铁厂、发电厂、石灰厂、镁砂厂等。 〇) 2的排放量过高将会引起大气中CO2的浓度达到较高的水平，这会带来一系列的环境问 题，这一现象引起了普遍的公众和政治关注。可以通过捕集和储存CO2的方法以减少大气 中CO2的含量。
[0003] 现有的二氧化碳的分离回收技术包括：物理法，化学法，生物法。物理法中包含物 理溶剂吸收法和物理吸附法。化学法中又包含多种技术，如：化学固定技术，化学吸收法，化 学吸附法，薄膜分离法，二氧化碳重组法。其中以化学吸收法研宄得最多，也被认为是最经 济的分离吸收方法。与物理法相比化学反应使得化学吸收的传质速率及吸收能力均较大。 化学吸收方法经历了从热钾碱法、苯菲尔法到有机胺法的发展历程。溶液吸收效果好、净化 度高、再生气纯度高、吸收剂成本低廉是热钾碱法的优点，其缺点是再生热耗过高。在热钾 碱溶剂基础上添加活化剂（例如二乙醇胺）即"苯菲尔法"来促进吸收剂与二氧化碳反应 的方法也很常见。有机胺法出现于30年代，与其他方法相比具有吸收量大、吸收效果好、成 本低、吸收剂可循环使用并能回收到高浓度产品的特点而得到广泛的使用。为了进一步提 高吸收剂的吸收能力、降低腐蚀性、减少因挥发而造成的损耗及再生时的能耗，人们一直致 力于开发高效的化学溶液吸收剂，经过多年的研宄，已经从开始的单组分高能耗的吸收剂 发展为现在的复合组分低能耗的吸收剂，而吸收剂的组成组分和含量问题仍为学者们研宄 的重点。
[0004] 1985年中国专利（CN103855A)公开了一种从气体混合物中除去二氧化碳的方 法，其吸收剂为碳酸钾15-30%，二乙醇胺10-30克/升，氨基乙酸10-20克/升，硼酸15-30 克/升，总钒（以KVO3计）5-10克/升。其溶液吸收CO2的能力为21-26Nm3CO2Ai3溶液。
[0005] 1999年，美国专利（US09, 329, 259)公开了一种从原料气中吸收二氧化碳的方法， 将来自原料气中的二氧化碳吸收在复合溶液中，优选的复合溶剂含有较小浓度的一种或者 多种快反应速率胺（乙醇胺（MEA)或二乙醇胺（DEA)质量分数为5%?35% )和较高浓度 的一种或者多种慢反应速率胺（N-甲基二乙醇胺（MDEA)质量分数为5%?50% )。
[0006] 2001年，美国专利（US6,290,754B1)公开了一种从混合气体中脱除二氧化碳的 方法，其吸收剂为在MDEA胺溶液中加入活性组分。其中MDEA浓度为l-6mol/L。活性组分 为H2N-CnH2n-NH-CH2-CH2OH, (1彡η彡4)，其浓度为总胺的摩尔浓度的0· 01到0· 5之间。
[0007] 2002年，中国专利（CN1340374Α)公开了一种脱除气体中二氧化碳的复合脱碳溶 液，其胺重量百分比由以下原料组成：Α. 30?50%的MDEA，B.O. 1?1.5%的二甲基乙醇 胺，C. 0.5?I. 5%的甲基乙醇胺，D. 1?2%的二氮己环，E.其余为水。其溶液吸收0)2的 能力为22-26Nm3C02/m3溶液。
[0008] 2007年，中国专利（CN101053751A)公开了一种回收废气中二氧化碳的复合脱碳 溶液，此种复合溶液的成分和质量百分比如下：复合氨水溶液20?60%，其中含有浓度较 低的一种或者多种的快反应速率胺和较高浓度的一种或者多种慢反应速率胺；聚醇醚5? 10% ;防氧化剂1?5% ;缓蚀剂1?5% ;其余为水。
[0009] 2007年，韩国专利（KR10,2007,0097560)公开了用于分离二氧化碳的混合吸收 剂，吸收剂包含100重量份的式1化合物和1?60质量份的在环上至少1个氨基的式2杂 环化合物，其中1式所述的化合物分子上含有一个羟基和伯胺基，在临近所述的氨基α碳 位上无取代基，并且烷基取代基和醇羟基取代基位于β碳上。
[0010] 2007年中国专利（CN101091864)公开了一种回收气体中二氧化碳的复合脱碳溶 液，其由主吸收组分、助吸收组分、活化组分、缓蚀剂、抗氧化剂和水组成。其中主吸收组分 为羟乙基乙二胺ΑΕΕΑ，助吸收组分为2-氨基-2-甲基-1-丙醇AMP、MDEA和三乙醇胺TEA， 活化组分为MEA、DEA和哌嗪PZ，缓蚀剂为矾酸钠，抗氧化剂为亚硫酸钠和醋酸铜。该脱碳 液具有吸收容量大、净化度高、解吸率大、再生能耗低等优点。
[0011] 2012年中国专利（CN102527192A)公开了一种含有离子液体的二氧化碳吸收剂， 该吸收剂中离子液体的含量为5-50wt%，醇胺5-50wt%，水的含量为0-90wt% ;阴离子为 具有氨基酸结构的阴离子；阳离子为有机胺盐阳离子、有机醇胺类阳离子；醇胺为一乙醇 胺、二乙醇胺、三乙醇胺、N-甲基二乙醇胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇；也可加入缓蚀剂和抗 氧剂。
[0012] 综上所述，目前主要应用MEA、DEA、AEEA等为主吸收剂，以MDEA等为助吸收，配合 多种吸收能力强的活性组分及防腐剂、缓蚀剂等等组成的脱碳水溶液，虽有其各自的优点， 但其综合的脱碳能力普遍较低，再生能耗高，溶剂循环量大，设备腐蚀性强。由于这些溶剂 的活性组分一般在30%范围内，其余近70%的溶剂是水，因吸收了CO2的溶液（通称富液） 在再生过程中需要被加热到100-120°C，在这个温度下随着吸收中间体的分解，还会有大量 的水随着蒸发，而导致再生能耗过高；而蒸发的水还需要在再生塔顶被冷凝来保持系统内 水的平衡，冷凝过程中所需要的冷凝水使用量大，所以有水脱碳溶液的使用成本一直居高 不下，不能使经济效益达到最优化，因此还有完善的余地。
[0013] 为此，我们课题组致力于非水溶剂的开发，2011年申请了关于非水溶剂捕集二氧 化碳的专利（申请号：2011102305706)，采用苯甲醇、苯乙醇、N-甲基吡咯烷酮及其混合物 作为溶剂，有较高的吸收量和解吸量，但本专利并没有打破传统的非水溶剂的研宄思路，采 用醇、酮混合物做为溶剂，并没有取得突破性进展。而本专利的
【发明内容】
，打破传统研宄思 路，采用一种新型溶剂，使其作为溶剂的同时也能作为反应剂参与反应，提高吸收量的同 时，也加大解吸量和解吸速率。
【发明内容】
[0014] 本发明目的在于，研制捕集混合气体中二氧化碳的非水脱碳溶液，来解决以上有 水脱碳溶液脱碳能力低、再生能耗高等问题，并且能在较低的压力条件下有较好的〇)2回收 效率。
[0015] 本发明所采用的技术方案是：一种用于捕集混合气体中二氧化碳的非水脱碳溶 液，该非水脱碳溶液包括溶质和溶剂；溶质为仲胺：N-乙基乙醇胺（EMEA)，所占非水脱碳溶 液的质量百分比为20-80wt% ;溶剂为叔胺：N，N-二乙基乙醇胺（DEMEA)，所占非水脱碳溶 液的质量百分比为20-80wt%。
[0016] 所述的非水脱碳溶液的应用，该非水脱碳溶液应用于发电厂烟道气、炼油厂、炼钢 厂、水泥厂、化工厂尾气、水煤气、沼气、天然气或碳酸盐矿石分解气的含二氧化碳的工业废 气中，捕集生产过程产生的二氧化碳气体，具有广阔的应用前景。
[0017] 该非水脱碳溶液的使用条件：压力为0?I. 2MPa，温度为10?140°C。
[0018] 以N-乙基乙醇胺EMEA作为溶质，其优点有：
[0019] DEMEA为仲胺，具有一定的空间位阻效应，对CO2的负载量高，在313K，常压条件 下，30-40wt% 的EMEA水溶液对CO2的负载量为 0· 71-0. 72molCO2/molamine。
[0020] 2)EMEA水溶液吸收CO2的速率较快，40wt%的EMEA水溶液吸收CO2的平均反应 速率为74Nm3C02/m3amine/h，其反应速率高于传统的仲胺二乙醇胺（DEA)，二异丙醇胺 (DIPA)·
[0021] 3)高浓度EMEA溶液的耐腐蚀性高于传统MEA溶液。
[0022] 4)EMEA不易挥发，其挥发性明显低于MEA。
[0023] 5)EMEA的再生能耗低。
[0024] 6)EMEA可以由可再生资源制取，真正做到绿色化生产和使用。
[0025] 以N，N-二乙基乙醇胺DEMEA作为溶剂，其原因包括：
[0026] DDEMEA在常压下的沸点为163°C，不易挥发；25°C时，粘度为4. 05mPas，60°C时， 粘度为I. 50mPas，粘度小，使吸收过程传质快，加快吸收速率。
[0027] 2)DEMEA为叔胺，在EMEA捕集CO2的过程中，DEMEA可以作为吸收剂参与反应，提 高〇)2的负载量和吸收速率，CO2与DEMEA的反应速率高于传统的叔胺N-甲基二乙醇胺 (MDEA)〇
[0028] 3)DEMEA具有高的物理稳定性和化学稳定性。
[0029] 4)DEMEA可以由可再生资源制取，真正做到绿色化生产和使用。
[0030] 采用核磁共振（碳核磁）表征方法，跟踪混合原液、吸收饱和后溶液、再生完全后 溶液中碳元素变化（见图4)，吸收完全后，在位移δ= 163. 52ppm处出现了一个新峰，该 峰为EMEA吸收饱和后对应的氨基甲酸盐的峰，同时可以发现EMEA和DEMEA分别对应的四 个峰均发生了位移变化，说明有质子铵盐生成；完全解吸后，位移S= 163. 52ppm处对应的 氨基甲酸盐的峰变得非常微小，说明〇)2近乎于全部解吸。由此得出使用EMEA作为溶质， DEMEA作为溶剂捕集二氧化碳时的反应机理为：
【权利要求】
1. 一种用于捕集混合气体中二氧化碳的非水脱碳溶液，其特征在于，该非水脱碳溶液 包括溶质和溶剂，溶质为N-乙基乙醇胺；溶剂为N，N-二乙基乙醇胺。
2. 根据权利要求1所述的非水脱碳溶液，其特征在于，所述的溶质占非水脱碳溶液的 质量百分比为20-80wt %，其余为溶剂。
3. 权利要求1或2所述的非水脱碳溶液的应用，其特征在于：该非水脱碳溶液应用于 发电厂烟道气、炼油厂、炼钢厂、水泥厂、化工厂尾气、水煤气、沼气、天然气或碳酸盐矿石分 解气的含二氧化碳的工业废气中，捕集生产过程产生的二氧化碳气体；该非水脱碳溶液的 使用条件：压力为〇?1. 2MPa，温度为10?140°C。
【文档编号】B01D53/14GK104492226SQ201410777169
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月12日 优先权日:2014年12月12日
【发明者】张永春, 陈思铭, 陈绍云, 秦梁 申请人:大连理工大学