[發明專利]一種高粘度醇胺溶液吸收CO2工藝方法

有效

• 申請號: 201210232722.0
• 申請日: 2012-07-06
• 公開（公告）號: CN103182241A
• 公開（公告）日: 2013-07-03
• 發明（設計）人: 于建國;胡劍光;劉佳特;戴干策
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: B01D53/78
• 分類號: B01D53/78;B01D53/62
• 代理公司: 上海三和萬國知識產權代理事務所 31230
• 代理人: 朱小晶

【技術領域】

本發明涉及化工工藝技術領域，具體地說，是一種高粘度醇胺溶液吸收CO₂工藝方法。

【背景技術】

近年來，CO₂減排問題越來越受到國際國內社會的廣泛關注，如何有效減少CO₂排放，是人類社會亟待解決的共同難題。在眾多的減排方法中，以醇胺類溶液為吸收劑的化學吸收法是目前公認的最易于實現大規模工業化的減排手段之一。然而現有的吸收技術普遍存在著能耗高，操作成本居高不下這一現實性難題。有報道認為，以一家發電廠為例，即使采用現階段最先進的CO₂捕集工藝，所需要的能耗將使其發電量損失30％，單位電價上漲80％。因此，探索新的CO₂吸收工藝，意義重大。

在現有的吸收-解吸一體化工藝中，解吸溫度通常在120℃左右，解吸能耗通常占到總能耗的80％以上。究其原因，一般醇胺類吸收劑中水的含量通常在50％以上，有的甚至高達80％，由于水的比熱容較大，導致解吸過程需要消耗大量的能量。醇胺溶液吸收CO₂本質上是一個化學反應過程。一般而言，吸收劑強化的一個重要途徑就是提高其濃度，這樣一方面可使反應速率加快，另一方面可使單位體積吸收劑的吸收容量加大，用量減少，表1為CO₂溶解度及吸收速率隨N-甲基二乙醇胺(MDEA)濃度及粘度的變化關系。此外，由于有機溶液的熱容通常僅為水的50％，若提高吸收液中有機物含量，其熱容將明顯下降，以單乙醇胺(MEA)及二乙醇胺(DEA)水溶液為例，在38℃時，當醇胺質量分數由15％提高到50％時，溶液比熱容可下降15％，因而其后續解吸過程中的能耗也將顯著下降。然而，對于CO₂吸收反應，又有著其自身的特殊性，目前使用的吸收劑，普遍粘度較大，表2為幾種常用的醇胺類吸收劑在常溫下的粘度值，且由表1可知，當吸收劑的濃度增大時，必然會使得其粘度相應增大。

然而一般認為低粘是對吸收劑的基本要求，為保證吸收的順利進行，目前CO₂吸收工藝所使用的吸收劑普遍為低粘吸收劑，中國專利申請號200910235421.1公開的“一種三相循環流化床氨法捕獲煙氣中的CO₂的方法及裝置”所采用的吸收劑為10％～30％的氨水，反應裝置為三相循環流化床。中國專利申請號200920159721.1公開的“低溫甲醇凈化粗合成氣體系統”所采用的CO₂吸收劑為甲醇。此外，對于醇胺類吸收劑的改性，目前普遍采用添加活性劑或改良劑的方法來提高原有溶劑的吸收性能，以美國專利號US2011/0168496公開的“一種可再生/非再生酸性氣體吸收劑”為例，通過醇胺溶液與可溶性糖漿濃縮物(Soluble?Molasses?Condensate，SMC)按一定比例互配成可再生或非再生吸收劑來提高吸收性能。對于可再生吸收劑的配制，僅在原有醇胺溶液的基礎上添加5％左右的SMC，使得溶液中的含水量依舊較高，其后續解吸能耗無法有效下降。為了提高CO₂吸收工藝對吸收液粘度的適應性，本發明以二乙醇胺(DEA)吸收CO₂為例，提出一種新的提高吸收液粘(濃)度的吸收工藝，而提高其傳質效率，進而實現整個解吸-吸收一體化工藝的節能降耗。

表1?CO₂溶解度與吸收速率與MDEA溶解度之間的關系

表2?幾種常用醇胺類吸收劑常溫下的粘度

【發明內容】

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種高粘度醇胺溶液吸收CO₂工藝方法。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

本發明的原理為：吸收液粘度增加的同時濃度也隨之增加。對于化學吸收，反應物濃度的增加有利于提高化學吸收速率，即提高增強因子β，另一方面隨著粘度的增加k_L相應地減小，由于液相傳質系數K_L＝βk_L。在一定的溶液粘度范圍內，隨著醇胺濃度的增加，增強因子β增加的幅度大于k_L的降幅，此時在宏觀上表現為傳質系數K_L隨溶液粘度的增加反而有所加大。由于有機物含量明顯增加，相應的解吸能耗大大減少。