用于燃烧后捕集的二氧化碳吸收剂

摘要

本发明涉及用于燃烧后捕集的二氧化碳吸收剂，其特征由主吸收剂聚乙烯亚胺（PEI），助吸收剂TEPA、MEA、MDEA、DEA和PZ，抗氧化剂亚硫酸钠、亚硫酸钾或亚硝酸铵，缓蚀剂钼酸钠、铬酸钠、钒酸钠或钼酸铵和水组成。所述聚乙烯亚胺（PEI）分子量为300-500，分枝状构型，分子中同时有伯胺、仲胺和叔胺三种胺基，相比于其它类型的有机胺具有较高的胺密度。复合吸收溶液具有较高的二氧化碳吸收量、较快的吸收速率、低再生能耗和高稳定性，这些优点使得本发明吸收剂在燃烧后二氧化碳捕集方面具有很大的应用潜力。

说明书

技术领域

本发明属于气体分离和化工材料技术领域，具体地讲是涉及到一种适用于燃 烧后二氧化碳捕集的复合有机胺溶液。

背景技术

近年来，二氧化碳大量排放引起的“温室效应”引起人们的广泛关注，减少 二氧化碳的排放迫在眉睫。目前，化石燃料仍然是人类的最主要能源，在找到其 它替代能源之前，化石燃料的燃烧仍是人类最主要的二氧化碳排放源。二氧化碳 捕集被认为是减少二氧化碳排放最有效的途径，这其中燃烧后捕集是最成熟的捕 集手段。二氧化碳吸收剂是整个捕集工艺中的核心，对提高效率和降低成本起到 关键作用。研究人员在开发二氧化碳吸收剂方面做了大量工作，从最开始的单组 分吸收剂发展到现在的复合组分吸收剂，而吸收剂的组成和含量仍将是研究重 点。

中国专利(CN1354036A)采用MEA与氮原子上具有空间位阻效应的非线 性碳链醇胺化合物组成的复合水溶液作为二氧化碳吸收剂，较传统的MEA溶液 相比，吸收能力提高40％。中国专利(CN 102218254A)公开了一种捕集二氧化 碳气体的复合胺及复合胺吸收剂，具体由一乙醇胺溶液和含有两个或者两个以上 的氨基/亚氨基的多胺组成，具有成本低、吸收量大、解吸量高的特点。美国专 利(US6，290，754B1)公开了一种脱除二氧化碳的方法，吸收剂为N-甲基二 乙醇胺(MDEA)和少量活性组分(伯胺和仲胺)。中国专利(CN101091864A) 公开了一种回收混合气体中二氧化碳的复合脱碳溶液，其主吸收组分为羟乙基乙 二胺(AEE)，并添加助吸收组分和活化组分，该脱碳液具有大的吸收容量和低 的再生能耗等优点。

从文献和专利来看，多数化学吸收剂是由吸收速率快的伯、仲胺和吸收量大 的叔胺，配合抗氧化剂和缓蚀剂等组成。这些吸收剂较之前的单组份吸收剂有了 很大的改善，但在吸收量、吸收速率和能耗方面仍存在一些问题，仍有需要改进 的地方。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于燃烧后捕集的二氧化碳吸收剂，实现高效、 低成本地捕集二氧化碳。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种新型二氧化碳吸收剂，其 特征在于，包括主吸收剂、助吸收剂、抗氧化剂、缓蚀剂和水。

优选地，所述吸收剂的各组分质量分数为：主吸收剂5-45％；助吸收剂 5-30％；抗氧化剂0.02-0.1％；缓蚀剂0.02-0.1％；其余为水。其中有机胺的总 质量分数为35-50％。

优选地，所述主吸收剂为聚乙烯亚胺(PEI)。

优选地，所述聚乙烯亚胺的分子量为300-500，构型为分枝状型，其分子结 构为：

优选地，所述聚乙烯亚胺分子中伯胺：仲胺：叔胺的含量比例为(25-40)： (25-40)：(20-35)。

优选地，所述助吸收剂为四乙烯五胺(TEPA)、乙醇胺(MEA)、N-甲基 二乙醇胺(MDEA)、二乙醇胺(DEA)以及哌嗪(PZ)中的一种或几种。

优选地，所述抗氧化剂为亚硫酸钠、亚硫酸钾或亚硝酸铵。

优选地，所述缓蚀剂为钼酸钠、铬酸钠、钒酸钠或钼酸铵。

与现有的技术相比，本发明具有以下优点：主吸收剂分子中同时有伯胺、仲 胺和叔胺三种胺基，相比于其它类型的有机胺又具有较高的胺密度，因此，复合 吸收溶液具有较高的二氧化碳吸收量，同时又保证了较快的吸收速率；大量叔胺 存在导致低反应热，降低再生能耗；复合溶液具有较高的稳定性，配合抗氧化剂 和缓蚀剂，降低循环过程中的溶液损耗。这些优点使得本发明的二氧化碳复合吸 收剂在燃烧后二氧化碳捕集方面具有很大的应用潜力。

附图说明

图1为小型二氧化碳捕集实验装置流程图。

附图说明：1.气体钢瓶1，2.减压阀，3.流量计，4.三通转接头，5.针形阀，6 和7.六通阀，8.定量环，9.干燥管，10.水浴装置，11.集热式磁力搅拌器， 12.气相色谱-热导池，13.计算机-信号记录。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

实施例1

样品A的组分与质量分数为：聚乙烯亚胺15％，分子量为350，四乙烯五胺 5％，乙醇胺5％，亚硫酸钠0.02％，钼酸钠0.02％，其余为水；样品B的组分与 质量分数为：聚乙烯亚胺20％，分子量为350，N‐甲基二乙醇胺5％，乙醇胺5％， 亚硫酸钠0.02％，钼酸钠0.02％，其余为水；样品C的组分与质量分数为：聚乙 烯亚胺25％，分子量为350，二乙醇胺5％，乙醇胺5％，亚硫酸钠0.02％，钼 酸钠0.02％，其余为水；通过小型试验平台检测复合吸收剂的吸收量和吸收速率， 试验装置如图1所示，在置于45℃恒温水浴中的玻璃反应器里，加入100mL吸收 剂溶液，在1个大气压下以1L/min的流速通入体积组成为14％CO₂、86％N₂的 混合气，同时该吸收液在45℃的恒温下缓慢搅拌。每隔一段2min切换六通阀7， 将定量环中的气体进样到色谱，然后经过色谱柱分离N₂和CO₂后进入到TCD检测 器，通过计算可以得到流出吸收反应器的CO₂浓度，以此对时间作图即得穿透曲 线，从穿透曲线上可以反映出吸收剂的吸收量和吸收速度(表1)。

表1不同样品的穿透吸收量和饱和吸收量。

实施例2

选样品B作为吸收液，在某2000吨/年的二氧化碳捕集中试平台上进行试验， 引某3MW热态试验平台的一部分烟气进入捕集系统，试验台进入稳定运行阶段 后，对3MW锅炉产生的烟气、捕集试验台的脱硫水洗塔顶、吸收塔顶和再生气 液分离器出口进行取样分析。3MW锅炉烟气由烟气分析仪分析，捕集试验台气 样由气相色谱仪分析。烟气的成分及捕集试验台气样分析结果见表2。从表2中可 以看出，烟气中二氧化碳的浓度为11.92％，经过吸收塔吸收后，烟气中的CO₂降 低到了0.5％，吸收塔的脱除率超过95％。再生气经过气液分离后气相中的CO₂纯 度达到了99％(干基)。

表2烟气成分和捕集试验台的气样分析。