[發(fā)明專利]連續(xù)分離二氧化碳的原位循環(huán)水合物促進(jìn)劑、裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710252582.6
• 申請日: 2017-04-18
• 公開（公告）號: CN106914121B
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 尹小林
• 申請（專利權(quán)）人: 長沙紫宸科技開發(fā)有限公司
• 主分類號: B01D53/79
• 分類號: B01D53/79;B01D53/62;B01D53/96
• 代理公司: 長沙星耀專利事務(wù)所(普通合伙) 43205
• 代理人: 陸僖;寧星耀

連續(xù)分離二氧化碳的原位循環(huán)水合物促進(jìn)劑、裝置及方法，所述水合物促進(jìn)劑包含雜環(huán)化合物、四級銨鹽、有機(jī)硅表面活性劑和碳酸酯化合物。所述裝置為結(jié)構(gòu)相同的雙塔或多塔式循環(huán)捕集塔；所述捕集塔由下至上均依次設(shè)有進(jìn)布?xì)馀c排液裝置、冷/熱交換裝置、絲網(wǎng)大空間捕集?離釋床、霧化噴淋裝置、液氣分離裝置，捕集塔頂部均設(shè)有富N₂、CO₂排出管路和溫壓感應(yīng)裝置。所述方法，先將促進(jìn)劑制成水溶液；在0.1013～1.0MPa，0～20℃下，捕集CO₂；在≤0.1013MPa，50～100℃下，脫除CO₂。本發(fā)明CO₂的捕集率可高達(dá)91.3%，分離的CO₂純度可高達(dá)98.7%；本發(fā)明方法新穎而簡單，適于工業(yè)化生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種連續(xù)分離二氧化碳的原位循環(huán)水合物促進(jìn)劑、裝置及方法，具體涉及一種適應(yīng)于工業(yè)窯爐大流量煙氣連續(xù)分離二氧化碳的原位循環(huán)水合物促進(jìn)劑、裝置及方法。

背景技術(shù)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，溫室效應(yīng)日趨嚴(yán)重，迫使越來越多的國家和國際機(jī)構(gòu)對CCS技術(shù)表現(xiàn)出了極大的關(guān)切。我國是燃煤大國，實現(xiàn)CO₂減排目標(biāo)，分離并捕獲工業(yè)窯爐煙氣排放的CO₂尤顯關(guān)鍵。傳統(tǒng)的CO₂分離方法有低溫分餾法、化學(xué)吸收法、物理吸收法以及膜分離法。但在工業(yè)應(yīng)用中，這些方法存在重污染、大能耗、高成本以及分離容量小等弊端。因此，開發(fā)有別于傳統(tǒng)方法的全新、高效且經(jīng)濟(jì)實用的分離技術(shù)尤顯重要，水合物法即是一種新興的分離CO₂的技術(shù)。

水合物法分離氣體的基本原理是根據(jù)氣體在水合物相和氣相中的組分濃度的差異而進(jìn)行氣體分離。水合物是一種非化學(xué)當(dāng)量的晶體結(jié)構(gòu)化合物，其中，水分子在氫鍵的作用下形成固定結(jié)構(gòu)的主體晶格，而氣體分子作為客體分子被包裹在這些晶格中而穩(wěn)定存在，在不同的條件下一般會形成Ⅰ型、Ⅱ型和H 型結(jié)構(gòu)的水合物。而水合物法分離CO₂的技術(shù)價值的重點(diǎn)在于：其一，水合物形成速度要快，以滿足工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)的需要；其二，水合物的儲氣量要大，分離效率要高，能實現(xiàn)高效率、大容量地分離CO₂；其三，水合物要能在較低的壓力和較溫和的溫度條件下生成，水合物法分離CO₂的工藝要有經(jīng)濟(jì)性。因此，選擇恰當(dāng)?shù)乃衔锊都瘎⒁韵噙m宜的應(yīng)用方法，對降低水合物形成條件、提高水合物生成速度和分離效率至為關(guān)鍵。

水合物法分離捕集CO₂技術(shù)相對于物理和化學(xué)吸附法及其它方法具有明顯的綠色環(huán)保特性，且經(jīng)濟(jì)成本要低。但目前，二氧化碳水合物技術(shù)的應(yīng)用尚未普及，其根本原因就在于其生成條件，二氧化碳水合物的生成需要在低溫高壓下進(jìn)行，工業(yè)化生產(chǎn)受到限制。一般來說，在沒有其它外力的條件下（對壓力、溫度而言），氣體水合物的形成條件并不是很“溫和”，生成水合物的性能較差。因此，需要一些條件來促進(jìn)水合物的生成，影響其誘導(dǎo)時間及反應(yīng)速率。

當(dāng)前，國內(nèi)外常用的促進(jìn)二氧化碳水合物生成的方法，主要包括機(jī)械強(qiáng)化和化學(xué)強(qiáng)化。

機(jī)械強(qiáng)化如攪拌，攪拌是目前實驗研究中發(fā)展最為成熟、應(yīng)用最為廣泛的一種方法，為了確保反應(yīng)器的密封性，多數(shù)都是于密閉的高壓反應(yīng)釜內(nèi)采用磁旋轉(zhuǎn)攪拌器。但是，投資大、能耗高、處理量小，且不能連續(xù)處理。

化學(xué)強(qiáng)化主要是加入化學(xué)添加劑來改變?nèi)芤旱囊恍┗拘再|(zhì)，國內(nèi)外眾多研究者們在水合物分離CO₂ 的工藝中選取了不同種類的添加劑或捕集劑來提高水合物形成速度，以降低水合物形成相平衡壓力，提高分離效率。目前，利用水合物法分離CO₂ 應(yīng)用的添加劑或捕集劑主要為十二烷基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、四氫呋喃、四丁基溴化銨、四丁基氟化銨、環(huán)戊烷、丙烷、十二烷基-三甲基氯化銨、離子溶液等。這些水合物捕集劑可在壓力1.5～30 MPa范圍、溫度272～282 K范圍、在密閉的高壓反應(yīng)釜內(nèi)反應(yīng)時間為0.5～8h生成水合物。但是，這種高壓、密閉且長時間的水合反應(yīng)，投資大、運(yùn)行能耗高、處理量小，且不能連續(xù)處理。