[發明專利]一種捕集二氧化碳的變溫濃縮吸收劑及其使用方法

有效

• 申請號: 201510056848.0
• 申請日: 2015-02-04
• 公開（公告）號: CN104645780A
• 公開（公告）日: 2015-05-27
• 發明（設計）人: 王金意;郜時旺;郭東方;劉練波;牛紅偉
• 申請（專利權）人: 中國華能集團清潔能源技術研究院有限公司
• 主分類號: B01D53/14
• 分類號: B01D53/14
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賈玉健

技術領域

本發明涉及氣體吸收和分離工程技術領域，具體涉及一種捕集二氧化碳的變溫濃縮吸收劑及其使用方法。

背景技術

目前，從燃煤電廠、煉化廠、鋼鐵廠等大型二氧化碳排放源中，特別是中低濃度的排放源中捕集二氧化碳一般選用化學吸收法。工藝中使用堿性醇胺類物質作為吸收劑，在吸收塔中與酸性氣體二氧化碳反應形成化合物，使其從氣相中分離出來，隨富液離開吸收塔。在再生塔中對富液進行加熱，二氧化碳與醇胺形成的化合物發生分解釋放二氧化碳并實現醇胺再生。這類醇胺類吸收劑以一乙醇胺(MEA)為代表，盡管吸收過程中氣體凈化度較高，而再生過程中熱解需要消耗大量的飽和蒸汽，相關研究表明這部分熱耗占捕集(含壓縮)總能耗的60％以上，這也是這類碳捕集技術成本高的最主要原因之一。

根據測算，再生能耗中二氧化碳吸收產物熱解離直接相關的再生熱只占總熱耗的50％左右，其余的50％主要由溶液中的水、吸收劑、二氧化碳等組分在加熱過程中的顯熱以及水沸騰的潛熱構成。基于這種能耗構成，從吸收劑角度解決捕集能耗高的措施主要有：1、選用再生能耗較低的醇胺類物質(仲胺、叔胺、位阻胺等)部分或全部代替一乙醇胺，這是目前所采用的最為主要的方法；2、提高溶液濃度，減少水的比例，避免水參與所導致的熱耗；3、選用氨基酸鹽、離子液體等新型非醇胺類吸收劑，減少水的比例并提高吸收劑的穩定性；4、選用醇、砜等溶劑代替水，提升吸收容量，降低熱耗。

以上的措施在應用中也面臨諸多局限：1、再生能耗較低的吸收劑，由于與二氧化碳結合作用較弱，因此反應速度也較低，需要與加速劑配合使用促進反應，通過權衡再生能耗和反應速度調整組分濃度以后，整體的捕集能耗下降十分有限；2、醇胺類物質濃度變高時，由于粘度和表面張力的變化，吸收過程會發生起泡、傳質受阻等問題，而高濃度的醇胺溶液更容易發生降解，使有效組分快速下降；3、非醇胺類的新型吸收劑目前還在探索階段，從原料來源和價格上難于滿足現實需要；4、非水吸收溶液由于吸收傳質特性差異而導致工藝設計困難較大，而非水溶劑組分的參與加大了溶液凈化、回收的難度，提高了環保風險。綜上，目前二氧化碳捕集過程能耗較高的問題仍待解決。

發明內容

為了克服現有技術存在的缺點，本發明的目的在于提供一種捕集二氧化碳的變溫濃縮吸收劑及其使用方法，吸收劑具有再生能耗低、吸收速率快的特點。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種捕集二氧化碳的變溫濃縮吸收劑，各組分按質量百分含量記為：

變溫濃縮胺：10～80％

pH調節劑：5～25％

助劑：0～10％

水：余量。

其中，所述變溫濃縮胺為一類物質，其結構式為：

結構式中，R1、R2、R3、R4為氫原子、直鏈烷基或烷氧基，R5、R6為直鏈烷基或支鏈烷基，X1、X2、X3、X4、X5為氫原子、鹵素基團(氟、氯、溴、碘)、烷基、羧基或羥基，具體包括芐胺、甲基芐胺、N,N-二甲基芐胺、苯乙胺、芐基乙二胺或4-氯芐胺。

所述pH調節劑為碳酸鉀、碳酸鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈉、碳酸氫鉀或碳酸氫鈉。

所述助劑為一種或多種消泡劑、抗氧化劑或緩蝕劑，消泡劑為有機硅氧烷、酰胺或脂肪醇；抗氧化劑為酒石酸鉀、酒石酸鈉、酒石酸銻鉀或硫代硫酸鈉；緩蝕劑為鉻酸鹽、硝酸鹽或鉬酸鹽。

一種捕集二氧化碳的變溫濃縮吸收劑的使用方法，具體步驟為：

吸收塔中吸收劑溶液與含有二氧化碳的氣體反應形成一次富液，吸收溫度：30～50℃，吸收壓力：0.1～5Mpa，被吸收的二氧化碳物質的量與溶液總胺物質的量之比為0.2以上，一次富液離開吸收塔后經冷卻降低到30℃以下，然后通過固液分離器收集富含二氧化碳產物的固體，分離的液體送回到貧液儲罐中，濃縮固體由再生塔產生的熱貧液進行加熱而變為液態，即二次富液，送往再生塔進行熱解產出二氧化碳和再生后的一次貧液，一次貧液首先對固液分離器產生的濃縮固體進行預熱，而后在貧液罐中與固液分離器產生的液體進行混合形成二次貧液，用于吸收塔中二氧化碳捕集，完成整個吸收-再生-吸收循環。

所述的含有二氧化碳的氣體包括煙道氣、合成氣或天然氣的工業氣體。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：