[發明專利]一種用于碳捕集的低能耗多元胺類液-液相變吸收劑

有效

• 申請號: 202111486038.0
• 申請日: 2021-12-07
• 公開（公告）號: CN114011207B
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 汪黎東;王茹潔;趙華君;齊彩嬈;孔帥
• 申請（專利權）人: 華北電力大學（保定）
• 主分類號: B01D53/14
• 分類號: B01D53/14
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 陳波

本發明提供一種捕集二氧化碳的低能耗相變吸收劑及其捕集二氧化碳的方法。本發明是基于三級胺的相變吸收體系，以N,N?二甲基乙醇胺(DMEA)為主吸收劑，正丁醇(n?BuOH)為分相劑，無水哌嗪PZ為吸收促進劑。在吸收劑吸收CO₂飽和后，溶液分為上下兩相，上相為貧CO₂相，下相為富CO₂相。此外，相比于30wt％MEA吸收劑，本發明吸收劑大大降低了富相的體積占比，富相CO₂分布達90％以上，具有較高的富相負載以及較優的解吸性能，解吸能耗僅為1.61GJ/t。

技術領域

本發明屬于工業鍋爐及電廠CO₂捕集技術領域，具體涉及一種用于碳捕集的低能耗多元胺類液-液相變吸收劑。

背景技術

氣候變化是當今世界面臨的嚴峻挑戰，全球平均氣溫上升，南北極冰川大面積融化、海平面上升都與全球變暖現象有密不可分的聯系。二氧化碳作為主要的溫室氣體，是導致氣候變化的主要原因。因此迫切需要開發高效、經濟的二氧化碳捕集技術。化學吸收法是目前商業應用最普遍的方法。胺基吸收劑是化學吸收法中應用最廣泛的吸收劑，乙醇胺水溶液已在工業中獲得商業化應用。然而，其較高的再生能耗會導致電力成本的增加，這對可持續發展構成了障礙。

為了降低吸收劑的再生能耗，提出了相變吸收劑這一概念。當CO₂負載或者是溫度變化時，溶劑分成富CO₂相和貧CO₂相。目前根據反應產物化學形態的不同，可以將相變溶劑分為液-液相變和固-液相變兩種。液-液相變溶劑是指相變溶劑吸收二氧化碳后因密度、黏度等原因形成互不相容的兩相，其中一相富含二氧化碳，被稱為富相，而另一相溶液則為貧相。固-液相變溶劑是指溶劑吸收CO₂后生成的產物為固體，并從混合溶液中析出，形成固-液兩相，其中固相中富集大部分的CO₂。再生時只需將富集CO₂的固相進行再生。然而，由于固體流動性差，在化學吸收工藝中，造成嚴重的管道、泵、換熱器堵塞，因此固-液相變吸收劑不適用于常規化學吸收工藝。

液-液相變吸收劑由于溶劑吸收和再生的條件相對容易滿足，受到越來越多的關注。為了獲得更好的吸收效果，近年來，胺基共混物，即伯胺或仲胺和叔胺，受到了廣泛的關注，因此大量的研究集中在以胺基共混物為主的液-液相變吸收劑上。然而，胺基共混雙相溶劑在高CO₂負載量下富相體積增大，限制了富CO₂相的CO₂容量和再生效率。

發明內容

本發明提出了以叔胺為主吸收劑的相變吸收體系，該吸收劑以叔胺A為主吸收劑，PZ為吸收促進劑提高吸收速率及富相CO₂負載，醇類分相劑B誘導液-液分相，水為溶劑以降低溶液的粘度，并且水也直接參與二氧化碳和叔胺的反應。此吸收劑的富相負載較高，二氧化碳大部分集中在富相，并且富相體積占比較小。該體系同時也具有較低的粘度、腐蝕速率，較高的循環負載和解吸率，并且再生能耗遠遠小于30wt％MEA(乙醇胺吸收劑)。

本發明提出了一種新型的液-液雙相吸收劑(A/PZ/B/H₂O)，可以解決液-固相變吸收劑由于富相是固體，固體的流動性差，導致嚴重的管道、泵、換熱器堵塞的問題，以及混合胺型液-液相變吸收劑中在高CO₂容量下由于富相體積增大導致的CO₂富相負載受限，且粘度較高和再生效率較低的問題。具體技術方案如下。

一種用于碳捕集的低能耗多元胺類液-液相變吸收劑，包括以下質量份數組分：

叔胺主吸收劑A：N,N-二甲基乙醇胺3(DMEA)

醇類分相劑B：正丁醇2-5(n-BuOH)

溶劑H₂O：5-2，以及

可選擇使用的促進劑無水哌嗪PZ：0-0.7。