[發(fā)明專利]一種回收混合氣體中二氧化碳的吸收劑

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310109736.8
• 申請日: 2013-04-01
• 公開（公告）號: CN103157369A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 池國鎮(zhèn);倪建軍;張建文;張艷偉
• 申請（專利權(quán)）人: 上海鍋爐廠有限公司
• 主分類號: B01D53/78
• 分類號: B01D53/78;B01D53/62
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于氣體分離技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種從含有二氧化碳的氣體混合物中回收二氧化碳的復(fù)合胺溶液。

背景技術(shù)

二氧化碳是一種溫室氣體。隨著世界各國對地球溫室效應(yīng)的關(guān)注，二氧化碳的排放引起了全世界的重視。已知的從混合氣體中回收二氧化碳的技術(shù)有化學吸收技術(shù)、物理吸收技術(shù)、膜分離技術(shù)、吸附分離技術(shù)和深冷分離技術(shù)。然而，當在常壓、氣流量非常大、氣體成分復(fù)雜的情況下(如電站鍋爐)回收低分壓的二氧化碳時，這些技術(shù)都將消耗大量的能量，甚至變得不可行。

化學吸收法是回收二氧化碳的常用方法。早期用于分離二氧化碳的化學吸收法是熱鉀堿法和醇胺法。然而，由于單一組分的熱鉀堿吸收速率較慢，本領(lǐng)域的技術(shù)人員開發(fā)出了改良的熱鉀堿法，如專利(CN85103423)采用二乙醇胺和氨基乙酸活化的熱鉀堿技術(shù)；專利(CN90109635.0)采用釩酸鹽改良的熱鉀堿技術(shù)；專利(CN200480011471.7)采用哌嗪活化的熱鉀堿技術(shù)?；罨蛘吒牧嫉臒徕泬A技術(shù)的吸收速率和吸收容量都有了較大的提高，被廣泛應(yīng)用于高壓的條件下如合成氣和天然氣的凈化過程。醇胺吸收劑主要采用的胺化合物包括伯胺、仲胺、叔胺、空間位阻胺和多元胺。伯胺具有與二氧化碳反應(yīng)速率非常快的特點，但吸收容量較低；仲胺與二氧化碳的反應(yīng)速率次之，吸收容量與伯胺一樣；叔胺與二氧化碳的反應(yīng)速率最慢，但其理論吸收容量是伯胺的兩倍；空間位阻胺也是一種伯胺，但由于空間位阻效應(yīng)的存在，使其與二氧化碳的反應(yīng)速率低于伯胺；多元胺則視其結(jié)構(gòu)中包含的氨基而同時具有其所包含的氨基的性質(zhì)。

醇胺與二氧化碳反應(yīng)有兩種反應(yīng)機理。叔胺與二氧化碳的反應(yīng)時，二氧化碳水解形成碳酸：

碳酸進而解離為氫離子和碳酸氫根：

碳酸氫根可以進一步解離為另一氫離子和碳酸根：

氫離子隨后與叔胺進行酸堿反應(yīng)：

總反應(yīng)為：

二氧化碳的水解反應(yīng)(式(1))是慢反應(yīng)，其余反應(yīng)是快反應(yīng)，特別是氫離子與叔胺分子的酸堿反應(yīng)(式(4))是瞬時的。

二氧化碳與伯胺或仲胺進行反應(yīng)時，二氧化碳首先與一個伯胺或一個仲胺分子反應(yīng)形成氨基甲酸中間體：

該氨基甲酸中間體隨后與第二個胺分子反應(yīng)形成胺鹽：

總反應(yīng)為：

伯胺或仲胺能與二氧化碳快速反應(yīng)生成穩(wěn)定的氨基甲酸鹽，該氨基甲酸鹽經(jīng)歷部分水解形成碳酸氫根和游離胺及氫離子：

MEA是一種伯胺，被證實是分離低分壓二氧化碳的可行技術(shù)。但是，MEA法吸收二氧化碳的過程需要消耗大量的能量再生富液以循環(huán)使用，且MEA的吸收容量較低。再生消耗大量能量的原因是MEA與二氧化碳生成了穩(wěn)定的氨基甲酸鹽，這一穩(wěn)定的氨基甲酸鹽需要大量的熱量才能將其分解。當將富液加熱到較高的溫度時，除了需要消耗大量的能量外，還會造成MEA本身的分解，導(dǎo)致吸收劑的主要成分損失。為了減少再生所需的能量和提高吸收容量，本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員開采用了以下辦法：

(1)采用快反應(yīng)速率胺和慢反應(yīng)速率胺的混合胺，如專利(CN00118089.4)提出的快反應(yīng)速率胺(MEA)和慢反應(yīng)速率胺(DEA/MDEA)的混合胺吸收劑；專利(CN01134103.3)提出的一乙醇胺(MEA)和空間位阻胺(AMP)的混合胺吸收劑；

(2)采用空間位阻胺，如專利(CN94112801.6)提出的以空間位阻胺2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP)為主要吸收組分的混合胺吸收劑，AMP是一種空間位阻胺，同時也是一種伯胺；

(3)采用活化的叔胺，如專利(CN201010161302.9)提出的以叔胺(MDEA)為主要吸收組分，以N-羥乙基嗎啉、AMP、PZ為活化劑的混合胺吸收劑；

(4)采用多元胺，如專利(CN200710011329.8)提出的以羥乙基乙二胺(AEEA)為主要吸收組分的混合胺吸收劑，AEEA同時具有伯胺和仲胺的性質(zhì)。

以上技術(shù)雖然在一定程度上降低了解吸能耗，但由于在與二氧化碳反應(yīng)速率快的胺中加入了與二氧化碳反應(yīng)速率慢的胺，或采用與二氧化碳反應(yīng)慢的胺為主要吸收組分，降低了吸收劑與二氧化碳的吸收速率，且空間位阻胺容易降解。