一种用于烟道气二氧化碳脱除的有机硅类溶剂及工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种用于烟道气二氧化碳脱除的有机硅类溶剂及工艺。该有机硅类溶剂具有低压下的高CO2吸收能力、高热稳定性、高化学稳定性、低原料成本、低粘度、低挥发性、低再生能耗、对设备低腐蚀性等等。完全具备用于大规模烟道气脱碳溶剂性能的高要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于烟道气二氧化碳脱除的有机硅类溶剂及工艺，具体涉及一种氨基硅氧烷类化合物及工艺。
技术介绍
CO2脱除技术在食品加工、天然气脱硫等领域已经商业化应用数十年。水溶性醇胺技术一直是烟道气CO2脱除领域最好的的商业可行性的技术，但醇胺技术对于大规模烟道气净化成本过高，相应比例放大的醇胺脱碳装置总成本比以小型装置预估的成本要高出80%以上，因此在大规模烟道气脱除领域一般不会考虑醇胺脱碳技术。对于能用于大规模烟道气脱碳的溶剂性能要求比较高，如低压下的高CO2吸收能力、高热稳定性、高化学稳定性、低原料成本、低粘度、低挥发性、低再生能耗、对设备低腐蚀性等等。但许多上述的性能之间是相互联系的，甚至是矛盾存在的。例如为了得到低挥发性，脱碳溶剂一般都会有相对较高的分子量，而高分子量则会导致溶剂粘度升高，为了在低压条件下得到高CO2吸收能力，则吸收CO2的总反应热相应升高,这样势必会增大再生能耗。因此，优异的CO2捕集溶剂应该尽可能全面地囊括上述性能，同时又要保证各性能之间不会相互干扰，另外，为实现商业化应用，该技术还必须成本较低。
技术实现思路
本专利技术在提供一种能适合大规模烟道气脱碳的新型有机硅系列脱碳溶剂及工艺。为实现上述专利技术目的，本专利技术用于烟道气二氧化碳脱除的有机硅类溶剂，其特征在于所述溶剂为结构式1和/或结构式2的氨基硅氧烷类化合物，结构式1：其中，n≥1，R为C1~C5的烷基或芳基；结构式2：其中，n≥1，R为C1~C5的烷基或芳基。一般地，所述有机硅类溶剂为结构式1或2中的一种或几种。所述有机硅类溶剂按比例与水配成脱碳吸收液，溶剂含量为55~85%。本专利技术所述氨基硅氧烷脱碳溶剂由于其N元素存在未共用电子对，可与质子结合而呈碱性，其具有特殊气味，不溶于水，且密度小于水，另外其沸点远大于100℃。所述氨烃基硅烷系列脱碳溶剂能迅速吸收CO2，并且得到粘稠状氨基甲酸盐，其生成的氨基甲酸盐能溶于水，其吸收CO2后容易以盐的形态结晶，显示其较高的CO2吸收能力。为实现上述专利技术目的，本专利技术所述有机硅类溶剂，其制备工艺包括如下步骤：(1)端基含有烯基的烷基硅氧烷溶于CHCl3中，在0℃保温，之后缓慢滴加间氯过氧苯甲酸的CHCl3溶液，搅拌反应过夜，然后用5%Na2CO3萃取，有机层用无水MgSO4干燥，抽滤，减压浓缩滤液，加入己烷，滤去残留的间氯过氧苯甲酸，滤液低温冷却得到端基为环氧乙烷基的烷基硅氧烷；(2)端基为环氧乙烷基的烷基硅氧烷溶于无水四氢呋喃，滴加乙二胺的无水四氢呋喃溶液，反应溶液于70℃保温反应一夜，冷却至室温，减压浓缩得到结构式为1或2的目标产品。本专利技术有机硅类溶剂用于烟道气二氧化碳脱除的装置结构如下：吸收塔的底部为溶液收集槽，吸收塔的顶部入口与再生反应釜之间设置循环泵和换热器，溶液收集槽底部出口与再生反应釜相连，溶液收集槽上部连接循环泵，循环泵将上层脱碳溶液送至所述吸收塔顶部向下喷淋，所述再生反应釜为加压再生釜。上述一种典型的脱除工艺：氨基硅氧烷类化合物和水先加入溶液收集槽内，循环泵将上层脱碳溶剂送至吸收塔顶部向下喷淋，吸收剂均匀洒下，烟气由吸收塔底部进入，与脱碳溶剂逆流接触，脱碳溶剂吸收CO2后会瞬间成为固体形态，净化气由吸收塔顶部排出，在启动循环泵的同时，下层水经再生反应釜，由循环泵经换热器送至吸收塔顶部向下喷淋，脱碳溶剂吸收CO2后生成的氨基甲酸盐粉末固体迅速溶于水相，水溶液进入溶液收集槽与未反应的脱碳溶剂迅速分层，水相在下层，下层水相进入再生反应釜，再生反应釜由夹套加热再生脱碳溶剂，再生之后，由循环泵送到换热器中降温到40~50℃，之后再进入吸收塔继续反应，当脱碳溶剂在系统内完成循环之后，循环泵关闭。所述再生反应釜为加压再生釜，再生压力为0.2~0.5Mpa(绝对压力)。所述适合的氨法碳捕集温度为15~55℃，解析温度为65~95℃。本专利技术的氨基硅氧烷系列产品在150℃下连续加热90天，热失重损失率低于20%。鼓泡实验，CO2吸收率高于90%。本专利技术的有益效果：所述有机硅类脱碳溶剂具有低压下的高CO2吸收能力、高热稳定性、高化学稳定性、低原料成本、低粘度、低挥发性、低再生能耗、对设备低腐蚀性等等各项优点。该脱碳溶剂可用于大规模烟道气CO2捕集。附图说明图1本专利技术实施例氨基硅氧烷类化合物在150℃下保温1个月的热失重图。图2实施例溶剂用于烟道气二氧化碳脱除的工艺流程简图。图中，1-吸收塔、2-溶液收集槽、3-循环泵、4-再生反应釜、5-循环泵、6-换热器。具体实施方式以下结合实施例和附图对本专利技术加以详细描述。实施例1端二乙烯基四甲基硅氧烷(50g)溶于200mLCHCl3，加入装有磁力搅拌子的三口烧瓶中。反应瓶放入冰水中，0℃保温，间氯过氧苯甲酸(150g)溶于1LCHCl3过滤，滤液缓慢滴加入反应瓶，滴加时间1.5h，反应溶液搅拌过夜。反应液用2L5%Na2CO3萃取，有机层用无水MgSO4干燥，之后过滤，减压浓缩。加入己烷，滤去残留的间氯过氧苯甲酸，滤液低温冷却得到端基为双环氧乙烷基的四甲基硅氧烷。端环氧乙烷基四甲基硅氧烷(10g)溶于100mL无水四氢呋喃，滴加乙二胺(20g)的100mL无水四氢呋喃溶液，滴加时间1h，反应溶液于70℃回流保温反应一夜，冷却至室温，减压浓缩得到目标产品：NH2-CH2-CH2­­-NH-CH2-CH(OH)-Si(Me)2-O-Si(Me)2-CH(OH)-CH2-NH-CH2-CH2­­-NH2。实施例2端乙烯基四甲基硅氧烷(25g)溶于50mLCHCl3，加入装有磁力搅拌子的三口烧瓶中。反应瓶放入冰水中，0℃保温，间氯过氧苯甲酸(过量10%)溶于500mLCHCl3过滤，滤液缓慢滴加入反应瓶，滴加时间1h，反应溶液搅拌过夜。反应液用2L5%Na2CO3萃取，有机层用无水MgSO4干燥，之后过滤，减压浓缩。加入己烷，滤去残留的间氯过氧苯甲酸，滤液低温冷却得到端基为环氧乙烷基的四甲基硅氧烷。乙二胺(15g)溶于100mL异丙醇以及5mL的水，滴加端环氧乙烷基四甲基硅氧烷的100mL异丙醇溶液，反应溶液于70℃回流保温反应一夜，冷却至室温，减压浓缩得到目标产品：Si(Me)3-O-Si(Me)2-CH(OH)-CH2-NH-CH2-CH2­­-NH2。实施例3鼓泡吸收CO2实验，溶剂增重比例见表1。表1溶剂吸收CO2增重比例--干：CO2在与胺反应之前经过干燥器--湿：CO2在与胺反应之前经过水饱和器实施例4将合成的新型氨基硅氧烷类化合物与MEA在150℃下保温1个月，考察溶剂的失重率。热失重实验，结果见附图1。应用例将上述实施例制备的有机硅类溶剂按比例与水配成脱碳吸收液，溶剂含量为55~85%。参考附图2，氨基硅氧烷类化合物和水先加入溶液收集槽2内，循环泵3将上层脱碳溶剂送至吸收塔1顶部向下喷淋，吸收剂均匀洒下，烟气由吸收塔1底部进入，与脱碳溶剂逆流接触，脱碳溶剂吸收CO2后会瞬间成为固体形态，净化气由吸收塔顶部排出，在启动循环泵3的同时，下层水经再生反应釜4，由循环泵5经换热器6送至吸收塔1顶部向下喷淋，脱碳溶剂吸收CO2后生成的氨基甲酸盐粉末固体迅速溶于水相，水溶液进入溶液收集槽2与未反应的脱碳溶剂迅速分层，水相在下层，下层水相进入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于烟道气二氧化碳脱除的有机硅类溶剂，其特征在于所述溶剂为结构式1和/或结构式2的氨基硅氧烷类化合物，结构式1： 其中，n≥1，R为C1~C5的烷基或芳基；结构式2：   其中，n≥1，R为C1~C5的烷基或芳基。

【技术特征摘要】
1.一种用于烟道气二氧化碳脱除的有机硅类溶剂，其特征在于所述溶剂为结构式1和/或结构式2的氨基硅氧烷类化合物，结构式1：其中，n≥1，R为C1~C5的烷基或芳基；结构式2：其中，n≥1，R为C1~C5的烷基或芳基。2.根据权利要求1所述的用于烟道气二氧化碳脱除的有机硅类溶剂，其特征在于所述溶剂为结构式1或2中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的用于烟道气二氧化碳脱除的有机硅类溶剂，其特征在于所述溶剂按比例与水配成脱碳吸收液，溶剂含量为55~85%。4.根据权利要求1所述用于烟道气二氧化碳脱除的有机硅类溶剂的制备工艺，其特征在于包括如下步骤：(1)端基含有烯基的烷基硅氧烷溶于CHCl3中，在0℃保温，之后缓慢滴加间氯过氧苯甲酸的CHCl3溶液，搅拌反应过夜，然后用5%Na2CO3萃取，有机层用无水MgSO4干燥，抽滤，减压浓缩滤液，加入己烷，滤去残留的间氯过氧苯甲酸，滤液低温冷却得到端基为环氧乙烷基的烷基硅氧烷；(2)端基为环氧乙烷基的烷基硅氧烷溶于无水四氢呋喃，滴加乙二胺的无水四氢呋喃溶液，反应溶液于70℃保温反应一夜，冷却至室温，减压浓缩得到结构式为1或2的目标产品。5.根据权利要求3所述用于烟道气二氧化碳脱除的有机硅类溶剂，其特征在于脱除烟道气二氧化碳的装置结构如下：吸收塔的底部...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛松柏，刘鹏，汪东，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，南化集团研究院，
类型：发明
国别省市：江苏;32