二氧化碳捕捉剂及其制备方法和二氧化碳的捕捉方法与流程

20％、吸收催化剂3％-7％、分散剂0.1％-1％，余量为水。
14.在可选的实施方式中，按质量分数计，包括主吸收剂30％、助吸收剂15％、吸收催化剂5％、分散剂0.3％-0.8％，余量为水。
15.在可选的实施方式中，金属铝酸盐选自铝酸钠、铝酸铋、铝酸铟、铝酸银和铝酸锂中的至少一种。
16.在可选的实施方式中，金属铝酸盐为铝酸锂。
17.在可选的实施方式中，分散剂选自聚异丁烯多丁二酰亚胺、聚丙烯酸酯、聚乙烯酸酯和聚丙烯醇中的至少一种。
18.在可选的实施方式中，分散剂为聚异丁烯多丁二酰亚胺。
19.第二方面，本发明提供一种前述实施方式中任一项二氧化碳捕捉剂的制备方法，按配比将主吸收剂、助吸收剂、吸收催化剂、分散剂和水混合。
20.第三方面，本发明提供一种二氧化碳的捕捉方法，利用前述实施方式中任一项二氧化碳捕捉剂与含二氧化碳的待处理气体逆流接触，以吸收待处理气体中的二氧化碳；
21.优选地，控制吸收温度为30℃-45℃。
22.在可选的实施方式中，还包括：将吸收得到的富液进行解吸，解吸温度为100℃-110℃，解吸时间为20min-40min。
23.本发明具有以下有益效果：本发明以n-氨乙基哌嗪为主吸收剂，以n-(2-羟基丙基)乙二胺为助吸收剂，以金属铝酸盐为吸收催化剂，利用n-氨乙基哌嗪、n-(2-羟基丙基)乙二胺和金属铝酸盐的协同作用，金属铝酸盐对有机混合胺与二氧化碳的酸碱中和反应有催化作用，能够提高吸收率、吸收量和降低再生能耗。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
25.图1为实施例中模拟烟气co2化学吸收与解吸系统工艺流程图；
26.图2为实施例所用到固相吸收催化剂铝酸锂的扫描电镜图；
27.图3为实施例所用到固相吸收催化剂铝酸锂的xrd图；
28.图4为实施例所用到固相吸收催化剂铝酸锂对捕捉剂的吸收速率关系图。
29.图标：111-吸收塔；112-解吸塔；113-水洗塔；114-酸洗塔；115-喷淋塔；121-二氧化碳储罐；122-储液罐；123-再生气分离罐；131-吸收塔进口阀；132-吸收塔出口阀；133-吸收塔进气阀；134-水洗塔进气阀；135-水洗塔出口阀；136-水洗塔进口阀；137-酸洗塔进口阀；138-酸洗塔出口阀；139-喷淋塔进气阀；1391-解吸塔进口阀；1392-解吸塔出口阀；1393-解吸塔排污阀；1394-喷淋塔进口阀；1395-喷淋塔出口阀；1396-冷凝水阀；141-空压机；142-回流泵；143-富液泵；144-贫液泵；145-酸洗泵；151-贫液冷却器；152-再生气冷却器；153-富液加热器；161-釜式再沸器。
具体实施方式
30.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
31.为了解决溶剂吸收法的吸收率低、吸收量低、解吸能耗高等问题和常见固体吸附剂在高温条件下吸附能力下降的问题，发明人做了大量研究，最终发现混合有机胺与金属铝酸盐混合溶液，在固液两相的互相协同条件下，能够解决上述问题。
32.本发明实施例提供一种二氧化碳捕捉剂，按质量分数计，包括主吸收剂10％-40％、助吸收剂5％-20％、吸收催化剂1％-10％、分散剂0.1％-1％，余量为水；其中，主吸收剂为n-氨乙基哌嗪；助吸收剂为n-(2-羟基丙基)乙二胺；吸收催化剂为金属铝酸盐。本发明实施例利用n-氨乙基哌嗪、n-(2-羟基丙基)乙二胺和金属铝酸盐的协同作用，能够在相同温度、能耗情况下提高二氧化碳的吸收率。
33.需要说明的是，金属铝酸盐对有机混合胺与二氧化碳的酸碱中和反应有催化作用，能够提高吸收率、吸收量和降低再生能耗。金属铝酸盐本身为笼式多孔结构，有物理吸附作用和吸附质分子与固体表面的分子或原子会发生电子的转移、交换或形成共有电子对，最终形成有利于发生吸附作用的化学键。由于固体表面存在不规律的力场，其表面上的原子通常还可以另外形成化学键，当气体分子碰撞到固体表面上时便与表面原子间发生电子的交换、转移或形成共有电子对，最后形成化学吸附作用。
34.具体地，主吸收剂的质量分数可以为10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％等，助吸收剂的质量分数可以为5％、15％、20％等，吸收催化剂的质量分数可以为1％、3％、5％、7％、10％等，分散剂的质量分数可以为0.1％、0.3％、0.5％、0.8％、1.0％等。
35.具体地，n-氨乙基哌嗪和n-(2-羟基丙基)乙二胺为市购原料，n-氨乙基哌嗪的化学结构为：
[0036][0037]
采用n-氨乙基哌嗪，该有机胺为环状多氨基结构，在应用效果上有以下优点：(1)环状结构比较稳定，长时间使用不易氧化分解；(2)多氨基官能团能增加二氧化碳的捕获量，增大溶剂的吸收容量。以n-氨乙基哌嗪为主吸收剂吸收二氧化碳的反应方程式如下：
[0038][0039]
在优选的实施方式中，按质量分数计，包括主吸收剂25％-35％、助吸收剂10％-20％、吸收催化剂3％-7％、分散剂0.1％-1％，余量为水。更优选地，按质量分数计，包括主吸收剂30％、助吸收剂15％、吸收催化剂5％、分散剂0.3％-0.8％，余量为水。通过对各组分的用量进行优化，以进一步提高对二氧化碳的吸收效果，同时减少再生过程中的能量消耗。
[0040]
在一些实施例中，金属铝酸盐选自铝酸钠、铝酸铋、铝酸铟、铝酸银和铝酸锂中的至少一种，可以为以上任意一种或几种。优选地，金属铝酸盐为铝酸锂，以进一步提升吸收
二氧化碳的效果，能有效捕捉混合气体中的二氧化碳质量含量为0％-90％。
[0041]
在一些实施例中，分散剂选自聚异丁烯多丁二酰亚胺、聚丙烯酸酯、聚乙烯酸酯和聚丙烯醇中的至少一种，可以为以上任意一种或几种，优选为聚异丁烯多丁二酰亚胺。固液两相二氧化碳吸收剂，其中有机胺溶剂在吸收过中液体溶剂有冷却作用，能够有效降低吸收温度避免了温度过高导致固体吸附剂在高温情况下吸附量降低。
[0042]
需要补充的是，本发明实施例采用纯水作为溶剂，相比于传统的采用水和有机溶剂混合使用的方式，能够减少使用过程中有机溶剂挥发对环境的污染和使用成本，更符合经济效益和环保要求。
[0043]
本发明实施例还提供一种二氧化碳捕捉剂的制备方法，按配比将主吸收剂、助吸收剂、吸收催化剂、分散剂和水混合，具体的混合方式不限，能够使原料混合均匀即可。
[0044]
本发明实施例还提供一种二氧化碳的捕捉方法，利用上述二氧化碳捕捉剂与含二氧化碳的待处理气体逆流接触，以吸收待处理气体中的二氧化碳。一般而言，可以采用现有的吸收塔进行操作，气体从底部通入，二氧化碳捕捉剂从顶部加入，气固进行逆流接触，实现二氧化碳的吸收。
[0045]
在一些实施例中，控制吸收温度为30℃-45℃，如可以为30℃、35℃、40℃、45℃等；吸收时间根据情况而定，可以为6h-10h，如可以为8h。
[0046]
在一些实施例中，还包括：将吸收得到的富液进行解吸，解吸温度为100℃-110℃，解吸时间为20min-40min。解吸之后得到的二氧化碳气体可以再利用，如用于增强光合作用、用于制备二氧化碳相关产品等；解吸之后得到的捕捉剂可以返回吸收阶段重复利用。
[0047]
需要说明的是，本发明实施例提供的二氧化碳捕捉剂，在3.6nm3/h，且在103℃时开始解吸，30min时完全解吸，而传统二氧化碳捕捉剂需要90min左右的解吸时间。
[0048]
需要说明的是，本发明实施例所提供的二氧化碳捕捉剂相比于传统的混合胺吸收剂的吸收容量提高40％-60％，吸收率提高10％-30％。在相同解吸条件下，本发明实施例提供的低能耗二氧化碳捕捉剂相比传统有机混合胺吸收剂的解吸能耗降低30％-50％。大大降低再生时候能耗，降低使用成本。
[0049]
此外，本发明实施例所提供的二氧化碳捕捉剂成分沸点高使用过程中不易挥发，不需要频繁添加新的吸收液，更加节能环保，可用于捕捉多种化工设备尾气、焚烧烟道气和天然混合气体中的二氧化碳，也可用于净化城市煤气、天然气等中的二氧化碳，具有社会效益和经济效益。
[0050]
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
[0051]
需要说明的是，以下实施例和对比例的吸收和解吸的装置，如图1所示：
[0052]
(1)空气经过空压机141加压后与来自二氧化碳储罐121的二氧化碳混合，经过喷淋塔进气阀139之后进入喷淋塔115(dn60mm，高0.92m)，喷淋塔115底部储槽中的水经过回流泵142后经喷淋塔进口阀1394之后从喷淋塔115的顶部进入，对底部通入的气体进行喷淋，液体经喷淋塔出口阀1395之后进入下方储槽，气体从喷淋塔115的顶部输出，经过吸收塔进气阀133之后进入吸收塔111底部，控制烟气温度为25℃，烟气量为4nm3/h速度，模拟烟气组成如表1所示。
[0053]
表1模拟烟气的组成
[0054]
组分co2n2o2h2oso
x
含尘
百分比12.0％64.5％16％7.5％0％痕量
[0055]
(2)吸收剂通过吸收塔进口阀131从吸收塔111的塔顶进入，在吸收塔111内填装有填料，以使吸收剂和烟气充分接触。吸收塔111内的填料为dn60mmθ环散装填料，高0.24m
×
5段，总高1.96m。吸收剂为本实施例中的吸收剂，贫液负荷为0.25mol/mol(每摩尔吸收剂中含有0.25摩尔二氧化碳)，温度约40℃。
[0056]
(3)吸收剂吸收烟气中的二氧化碳之后，从吸收塔111的塔底输出，经吸收塔出口阀132之后进入储液罐122暂储，可以在储液罐122根据情况进行吸收剂补充。储液罐122存放的富液经富液泵143之后，进入富液加热器153升温，经解吸塔进口阀1391之后进入解吸塔112，利用釜式再沸器161进行加热再生。解吸塔112中装有dn50mmθ环散装填料，高0.4m
×
3段，总高1.57m。经解吸之后的气体主要含二氧化碳，从解吸塔112的塔顶经再生气冷却器152之后进入再生气分离罐123分离，产品气从顶部输出，冷凝水从底部的冷凝水阀1396输出。经解吸之后的吸收剂从解吸塔112的塔底输出，大致温度为114℃，经解吸塔出口阀1392之后再经贫液泵144进入贫液冷却器151冷却至约40℃，再进入吸收塔111。解吸塔112底部还设置解吸塔排污阀1393。
[0057]
(4)烟气经吸收塔111吸收之后，从塔顶经水洗塔进气阀134进入水洗塔113进行水洗，水洗用水经水洗塔进口阀136从水洗塔113的塔顶进入，与塔釜进入的烟气逆流接触，液态物料经过水洗塔出口阀135排出，气体物料从塔顶输出从酸洗塔114的塔釜进入，与顶部酸洗塔进口阀137进入的酸洗液(5％磷酸溶液)进行逆流接触，酸洗后的气体从塔顶排出，酸洗后的洗液经过酸洗塔出口阀138输出后经酸洗泵145之后，再由酸洗塔进口阀137进入酸洗塔114。水洗塔113装有dn60mmθ环散装填料，高0.4m；酸洗塔114装有dn60mm塑料散装填料，高0.4m。
[0058]
注：图1中省去了压力检测、温度检测等设备的图标，以使附图显示清楚。
[0059]
需要说明的是，本发明实施例所用到的固相吸收催化剂铝酸锂的扫描电镜图如图2所示，xrd图如图3所示。可以看出铝酸锂为多孔结构，对二氧化碳吸收有吸附作用和增强有机胺与二氧化碳的酸碱反应。
[0060]
实施例1
[0061]
本实施例提供一种二氧化碳捕捉剂，按质量分数计，包括n-氨乙基哌嗪10％，n-(2-羟基丙基)乙二胺5％，铝酸锂1％，分散剂为聚异丁烯多丁二酰亚胺0.1％，其余为溶剂去二氧化碳水。
[0062]
本实施例还提供一种二氧化碳的捕捉方法，利用本实施例中的二氧化碳捕捉剂与含二氧化碳的待处理气体逆流接触，具体步骤如下：
[0063]
将30kg二氧化碳捕捉剂从吸收塔顶部通入，在温度为40℃条件下，以3.6nm3/h速度通入12％二氧化碳湿饱和模拟烟气，吸收8h。吸收了co2的捕捉剂(简称富液)由富液泵抽离吸收塔，经电加热器预热至108℃后送入再生塔中解吸再生。富液在再生塔受热发生逆反应释放co2，co2再生气流经过冷凝、干燥和计量后排空。再生塔底再生完成的吸收剂(简称贫液)在贫液泵作用下，经过贫液冷却器冷却到所需的温度，从吸收塔顶喷入，进行下一次的吸收。
[0064]
计算出捕捉剂二氧化碳吸收率：吸收完成后，用气体分析仪分析吸收塔前后二氧化碳比例，计算出捕捉剂二氧化碳吸收率。
[0065]
计算二氧化碳吸收量：解吸8h后贫液和富液用硫酸滴定二氧化碳产生量之差，实时分析出二氧化碳捕捉剂二氧化碳吸收量。
[0066]
计算二氧化碳再生能耗：在解吸塔二氧化碳出口用湿式防腐流量计进行连续测定，解吸塔再生的二氧化碳总量，通过再生塔输入的能量总量，由此计算出二氧化碳再生能耗。
[0067]
实施例2
[0068]
本实施例提供一种二氧化碳捕捉剂，按质量分数计，包括n-氨乙基哌嗪20％，n-(2-羟基丙基)乙二胺10％，铝酸锂3％，聚异丁烯多丁二酰亚胺0.3％，其余为溶剂去二氧化碳水。
[0069]
本实施例还提供一种二氧化碳的捕捉方法，利用本实施例中的二氧化碳捕捉剂与含二氧化碳的待处理气体逆流接触，具体步骤参照实施例1。
[0070]
实施例3
[0071]
本实施例提供一种二氧化碳捕捉剂，按质量分数计，包括n-氨乙基哌嗪30％，n-(2-羟基丙基)乙二胺15％，铝酸锂5％，聚异丁烯多丁二酰亚胺0.5％，其余为溶剂去二氧化碳水。
[0072]
本实施例还提供一种二氧化碳的捕捉方法，利用本实施例中的二氧化碳捕捉剂与含二氧化碳的待处理气体逆流接触，具体步骤参照实施例1。
[0073]
实施例4
[0074]
本实施例提供一种二氧化碳捕捉剂，按质量分数计，包括n-氨乙基哌嗪40％，n-(2-羟基丙基)乙二胺20％，铝酸锂10％，聚异丁烯多丁二酰亚胺0.8％，其余为溶剂去二氧化碳水。
[0075]
本实施例还提供一种二氧化碳的捕捉方法，利用本实施例中的二氧化碳捕捉剂与含二氧化碳的待处理气体逆流接触，具体步骤参照实施例1。
[0076]
对比例1
[0077]
本对比例提供一种二氧化碳捕捉剂，按质量分数计，包括：乙醇胺(主吸收剂)30％，n-甲基二乙醇胺(助吸收剂)15％，其余为溶剂去二氧化碳水。
[0078]
本对比例还提供一种二氧化碳的捕捉方法，利用本对比例中的二氧化碳捕捉剂与含二氧化碳的待处理气体逆流接触，具体步骤参照实施例1。
[0079]
对比例2
[0080]
本对比例提供一种二氧化碳捕捉剂，按质量分数计，包括：乙醇胺(主吸收剂)30％，n-(2-羟基丙基)乙二胺(助吸收剂)15％，铝酸锂(吸收催化剂)5％，聚异丁烯多丁二酰亚胺(分散剂)0.5％，其余为溶剂去二氧化碳水。
[0081]
本对比例还提供一种二氧化碳的捕捉方法，利用本对比例中的二氧化碳捕捉剂与含二氧化碳的待处理气体逆流接触，具体步骤参照实施例1。
[0082]
注：对比例2与实施例3的区别仅在于：将主吸收剂n-氨乙基哌嗪替换为乙醇胺。
[0083]
对比例3
[0084]
本对比例提供一种二氧化碳捕捉剂，按质量分数计，包括：n-氨乙基哌嗪(主吸收剂)30％，n-甲基二乙醇胺(助吸收剂)15％，铝酸锂(吸收催化剂)5％，聚异丁烯多丁二酰亚胺(分散剂)0.5％，其余为溶剂去二氧化碳水。
[0085]
本对比例还提供一种二氧化碳的捕捉方法，利用本对比例中的二氧化碳捕捉剂与含二氧化碳的待处理气体逆流接触，具体步骤参照实施例1。
[0086]
注：对比例2与实施例3的区别仅在于：将助吸收剂n-(2-羟基丙基)乙二胺替换为n-甲基二乙醇胺。
[0087]
对比例4
[0088]
本对比例提供一种二氧化碳捕捉剂，按质量分数计，包括：n-氨乙基哌嗪(主吸收剂)30％，n-(2-羟基丙基)乙二胺(助吸收剂)15％，其余为溶剂去二氧化碳水。
[0089]
本对比例还提供一种二氧化碳的捕捉方法，利用本对比例中的二氧化碳捕捉剂与含二氧化碳的待处理气体逆流接触，具体步骤参照实施例1。
[0090]
注：对比例2与实施例3的区别仅在于：不引入吸收催化剂和分散剂。
[0091]
试验例1
[0092]
实施例和对比例的方法测试得到的吸收率、吸收量和解吸能耗见表2，吸收速率关系图见图4所示。
[0093]
表2为实施例1-4与对比实施例1-4的性能测定结果
[0094][0095][0096]
注：吸收率为烟气经过吸收塔前二氧化碳含量与吸收塔后二氧化碳含量比值；吸收量为在吸收解吸循环稳定后，吸收塔后富液中二氧化碳含量。
[0097]
从表1可以看出，本发明实施例的吸收率和吸收量明显更高，同时解吸能耗更低。
[0098]
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种二氧化碳捕捉剂，其特征在于，按质量分数计，包括主吸收剂10％-40％、助吸收剂5％-20％、吸收催化剂1％-10％、分散剂0.1％-1％，余量为水；其中，所述主吸收剂为n-氨乙基哌嗪；所述助吸收剂为n-(2-羟基丙基)乙二胺；所述吸收催化剂为金属铝酸盐。2.根据权利要求1所述的二氧化碳捕捉剂，其特征在于，按质量分数计，包括主吸收剂25％-35％、助吸收剂10％-20％、吸收催化剂3％-7％、分散剂0.1％-1％，余量为水。3.根据权利要求2所述的二氧化碳捕捉剂，其特征在于，按质量分数计，包括主吸收剂30％、助吸收剂15％、吸收催化剂5％、分散剂0.3％-0.8％，余量为水。4.根据权利要求1-3中任一项所述的二氧化碳捕捉剂，其特征在于，所述金属铝酸盐选自铝酸钠、铝酸铋、铝酸铟、铝酸银和铝酸锂中的至少一种。5.根据权利要求4所述的二氧化碳捕捉剂，其特征在于，所述金属铝酸盐为铝酸锂。6.根据权利要求1-3中任一项所述的二氧化碳捕捉剂，其特征在于，所述分散剂选自聚异丁烯多丁二酰亚胺、聚丙烯酸酯、聚乙烯酸酯和聚丙烯醇中的至少一种。7.根据权利要求6所述的二氧化碳捕捉剂，其特征在于，所述分散剂为聚异丁烯多丁二酰亚胺。8.一种权利要求1-7中任一项所述二氧化碳捕捉剂的制备方法，其特征在于，按配比将所述主吸收剂、所述助吸收剂、所述吸收催化剂、所述分散剂和水混合。9.一种二氧化碳的捕捉方法，其特征在于，利用权利要求1-7中任一项所述二氧化碳捕捉剂与含二氧化碳的待处理气体逆流接触，以吸收所述待处理气体中的二氧化碳；优选地，控制吸收温度为30℃-45℃。10.根据权利要求9所述的捕捉方法，其特征在于，还包括：将吸收得到的富液进行解吸，解吸温度为100℃-110℃，解吸时间为20min-40min。

技术总结
本发明公开了二氧化碳捕捉剂及其制备方法和二氧化碳的捕捉方法，涉及二氧化碳捕捉技术领域。本发明以N-氨乙基哌嗪为主吸收剂，以N-(2-羟基丙基)乙二胺为助吸收剂，以金属铝酸盐为吸收催化剂，利用N-氨乙基哌嗪、N-(2-羟基丙基)乙二胺和金属铝酸盐的协同作用，金属铝酸盐对有机混合胺与二氧化碳的酸碱中和反应有催化作用，能够提高吸收率、吸收量和降低再生能耗。生能耗。生能耗。


技术研发人员：谭振宗 张念椿 沈京华 戎丽欣 阳后桂
受保护的技术使用者：达高工业技术研究院（广州）有限公司
技术研发日：2023.08.10
技术公布日：2023/10/5