一种三元非水固-液相变吸收体系及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种三元非水固‑液相变吸收体系及其应用，由2‑氨基‑2‑甲基‑1‑丙醇、二丙二醇二甲醚和哌嗪组成的三元混合体系，该体系吸收CO2前为均一透明液体溶液，吸收CO2后变为固‑液两相，且CO2富集在固相中，仅仅只需将固相分离后再生即可，可极大降低再生的富液量，从而降低技术的再生能耗。该固‑液相变三元吸收体系，最大的优势是饱和后的富液固相为颗粒晶体，与传统已有的固‑液相变体系固相粘稠状富液相比，易分离操作；且该相变体系再生温度远低于传统固‑液相变体系，因此具有更好的应用前景。

A ternary non-aqueous solid-liquid phase transition absorption system and its application

【技术实现步骤摘要】
一种三元非水固-液相变吸收体系及其应用
本专利技术属于二氧化碳捕集
，具体涉及一种三元非水固-液相变吸收体系及其应用。
技术介绍
二氧化碳(CO2)作为最主要的温室气体，其控制与减排是近年来各国关注的热点。碳减排主要是针对能源系统，如火力发电厂等CO2集中排放源，其关键是对烟气中CO2的捕集分离。但传统的有机胺水溶液吸收法存在再生能耗高的问题。以30wt％乙醇胺(MEA)为例，其饱和溶液的热解吸能耗高达3.7GJ/tCO2，大量的能量消耗于溶剂水的加热和蒸发过程。相变吸收剂作为一种新型吸收剂，近年来受到研究者们的广泛关注。这种新型吸收剂，在吸收CO2前为均相溶液，吸收CO2后通过一定手段调节可使吸收剂发生液-液或者固-液分相，CO2主要富集于其中一相，只需将CO2富相送至再生塔内解吸，从而大幅减少吸收剂的再生体积，进而减少该体系的再生能耗。目前，已有的相变吸收剂中，主要集中在液-液相变吸收体系，但实际上，该体系的研究仍然尚未成熟，诸如液-液两相分离不便、富液粘度较大等问题仍需通过进一步研究和探索加以解决。除了液-液分相，固-液分相体系的研发能在一定程度上克服液-液分相体系所面临的问题。由于CO2吸收产物不断以固体的形式从溶液中沉淀出来，有利于产物的快速分离。已有的关于固-液相变吸收剂的研究，基于有机胺的基于聚胺非水固-液相变体系，形成的固相产物为粘稠状物体，不利于分离；而基(polyamine)的非水固-液相变体系，其能使CO2吸收产物从溶剂中完全沉淀出来，具有更好的分相效果，但过高的再生温度易加速胺的氧化降解及设备的腐蚀。因此，如何构建新型的固液相变吸收剂是一个关键的问题。由上述可知，相变吸收剂，因CO2主要富集于其中一相，只需将CO2富相送至再生塔内解吸，从而大幅减少吸收剂的再生体积，因而具有巨大的节能潜力。其中，固液相变吸收剂与液液相变吸收剂相比，产物相对易分离，更有利于实际操作，但相关研究较少，如何构建新型固液相变体系仍然是一个难题。本专利技术提出一种三元非水固-液相变吸收体系及其捕集二氧化碳应用，将克服已有相变吸收剂富液粘稠难以分离或者再生温度高的缺陷，为二氧化碳捕集提供新的思路。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种三元非水固-液相变吸收体系及其应用，解决了上述
技术介绍
中二氧化碳捕集效率低、吸收剂再生困难等问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种三元非水固-液相变吸收体系，由2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP)、二丙二醇二甲醚(DME)和哌嗪(PZ)组成的三元混合体系，其中2-氨基-2-甲基-1-丙醇和哌嗪的的摩尔配比为7:3-9:1，二者总浓度为1-2mol/L，二丙二醇二甲醚为溶剂。其中，AMP(式Ⅰ)作为主吸收剂，因其空间位阻效应，保证体系优异的再生性能；基于AMP的非水液固分相体系吸收CO2后，产物以少量固体的形式生成，需再生的吸收剂体积量大幅减少，且在较低温度下即可高效再生，节能潜力巨大；DME(式II)作为分相试剂，确保吸收剂吸收CO2后易发生固-液相变，因其高沸点、低蒸气压特性，再生时溶剂不易挥发；Pz(式III)作为CO2吸收反应的去质子活化剂，亲核性有机碱去质子活化剂Pz的添加则能显著改善体系对CO2的吸收性能，可弥补AMP吸收CO2在吸收速率和吸收负荷方面的不足。在本专利技术一较佳实施例中，所述三元混合体系用于吸收纯二氧化碳或混合气体中体积比为5-20％的二氧化碳。在本专利技术一较佳实施例中，所述三元混合体系的二氧化碳吸收温度为30-60℃，吸收负荷为0.5-1.0molCO2/mol吸收剂。在本专利技术一较佳实施例中，所述三元混合体系具备分相性能。单独的AMP或Pz溶于DME组成的二元体系吸收CO2前后均无分相能力，但AMP+PZ+DME组成的三元体系吸收CO2前为均一透明液体溶液，吸收CO2后变为固-液两相。在本专利技术一较佳实施例中，所述三元混合体系在吸收CO2前为均相溶液，吸收CO2后变为固-液两相，其中固相为颗粒晶体，且CO2富集在固相中，仅仅只需将固相分离后再生即可，可极大降低再生的富液量，从而降低技术的再生能耗。所述固-液两相的富液体积占总体积的20-50％，所需再生的富液量减少，进一步有效降低了再生能耗。在本专利技术一较佳实施例中，所述固-液两相的固相通过热解吸方式再生。在本专利技术一较佳实施例中，再生温度为90-120℃，再生时间为50-100min，再生效率为40％-95％。本专利技术还提供了上述的一种三元非水固-液相变吸收体系在捕集二氧化碳中的应用。在本专利技术一较佳实施例中，以2-氨基-2-甲基-1-丙醇作为主吸收剂、二丙二醇二甲醚作为分相试剂、哌嗪作为CO2吸收反应的去质子活化剂，三者组成三元混合体系，吸收纯二氧化碳或混合气体中体积比为5-20％的二氧化碳，吸收温度为30-60℃，吸收负荷为0.5-1.0molCO2/mol吸收剂。在本专利技术一较佳实施例中，将吸收CO2后变为固-液两相的体系中的固相过滤分离后，通过热解吸方式再生，再生温度为90-120℃，再生时间为50-100min，再生效率为40％-95％。本技术方案与
技术介绍
相比，它具有如下优点：1.本方案有效利用各组分优点，得到1+1+1＞3的效果，以AMP作为主吸收剂，因其空间位阻效应，保证体系优异的再生性能；DME作为分相试剂，确保吸收剂吸收CO2后易发生固-液相变，因其高沸点、低蒸气压特性，再生时溶剂不易挥发；Pz作为CO2吸收反应的去质子活化剂，可大幅提升该体系CO2吸收性能，其CO2捕集性能为0.5-1.0molCO2/mol吸收剂；2.通过CO2负荷的调控，可以实现体系相变的特性，简便快捷；3.饱和后的富液固相为颗粒晶体，与传统已有的固-液相变体系固相粘稠状富液相比，易分离操作，且再生温度远低于传统固-液相变体系，克服已有相变吸收剂富液粘稠难以分离或者再生温度高的缺陷。附图说明图1为AMP与Pz的摩尔配比为7:3时捕集CO2前后的相变效果图，其中，a-吸收前，b-吸收后，c-固相富液；图2为不同比例AMP-PZ-DME三元固液相变体系CO2的吸收能力对比；图3为不同再生温度下AMP-PZ-DME三元固液相变体系再生性能。具体实施方式实施例1本实施例的一种三元非水固-液相变吸收体系，以2-氨基-2-甲基-1-丙醇作为主吸收剂、二丙二醇二甲醚作为分相试剂、哌嗪作为CO2吸收反应的去质子活化剂，三者组成三元混合体系，其中，2-氨基-2-甲基-1-丙醇和哌嗪的的摩尔配比为7:3-9:1，二者总浓度为1-2mol/L，二丙二醇二甲醚为溶剂。用于吸收纯二氧化碳或混合气体中体积比为5-20％的二氧化碳；本实施例采用二氧化碳与氮气混合气体中的比例为0～20％，吸收温度为30～60℃。该AMP-PZ-DME组成的三元体系吸收CO2前为均一透明液体溶液，吸收CO2后变为固-液两相，且固相为颗粒状晶体。将吸收CO2后变为固-液两相的体系中的固相过滤分离后，通过热解吸方式再生，再生温度为90-120℃，再生时间为50-100min，再生效率为40％-95％。对比例1～3分别采用1mol/L、1.5mol/L、2mol/LAMP水溶液和DME溶液制备二元混合体系作为对比例。一、吸收本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三元非水固‑液相变吸收体系，其特征在于：为由2‑氨基‑2‑甲基‑1‑丙醇、二丙二醇二甲醚和哌嗪组成的三元混合体系，其中2‑氨基‑2‑甲基‑1‑丙醇和哌嗪的的摩尔配比为7:3‑9:1，二者总浓度为1‑2mol/L，二丙二醇二甲醚为溶剂。

【技术特征摘要】
1.一种三元非水固-液相变吸收体系，其特征在于：为由2-氨基-2-甲基-1-丙醇、二丙二醇二甲醚和哌嗪组成的三元混合体系，其中2-氨基-2-甲基-1-丙醇和哌嗪的的摩尔配比为7:3-9:1，二者总浓度为1-2mol/L，二丙二醇二甲醚为溶剂。2.根据权利要求1所述的一种三元非水固-液相变吸收体系，其特征在于：所述三元混合体系用于吸收纯二氧化碳或混合气体中体积比为5-20％的二氧化碳。3.根据权利要求2所述的一种三元非水固-液相变吸收体系，其特征在于：所述三元混合体系的二氧化碳吸收温度为30-60℃，吸收负荷为0.5-1.0molCO2/mol吸收剂。4.根据权利要求1所述的一种三元非水固-液相变吸收体系，其特征在于：所述三元混合体系具备分相性能，在吸收CO2前为均相溶液，吸收CO2后变为固-液两相，其中固相为颗粒晶体，且CO2富集在固相中。5.根据权利要求4所述的一种三元非水固-液相变吸收体系，其特征在于：所述固-液两相的富液体积占总体积的20-...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕碧洪，荆国华，陈志标，周作明，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：发明
国别省市：福建,35