一种相变时间节点可控的固-液相变二氧化碳吸收剂及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种相变时间节点可控的固

【技术实现步骤摘要】
一种相变时间节点可控的固
‑
液相变二氧化碳吸收剂及其应用


[0001]本专利技术属于二氧化碳减排与回收
，具体涉及一种相变时间节点可控的固
‑
液相变二氧化碳吸收剂及其应用。

技术介绍

[0002]全球气候变暖已成为当今世界所面临的重要环境问题之一。大量的人为二氧化碳（CO2）排放是造成全球变暖的主要原因，减少CO2排放量是解决全球变暖问题的必由之路。化石燃料燃烧尤其是煤炭燃烧是CO2过度排放的主要原因。目前我国能源结构仍以煤炭为主导，且短期内难以根本改变。因此要实现“双碳”目标，关键在于减少能源系统的CO2排放。基于乙醇胺（MEA）吸收剂的化学吸收法具有CO2吸收迅速、选择性好的优点，在CO2捕集领域得到广泛研究。但传统MEA吸收剂中水的占比高达70%，再生时大量能量消耗与水的加热和蒸发，导致吸收剂再生能耗高达3.2~4.0 GJ/ton CO2，高能耗限制了MEA吸收剂的推广和应用。因此，开发高效低能耗的吸收剂刻不容缓。
[0003]近年来，研究者们发现固
‑
液相变吸收剂在降低再生能耗方面具有显著潜力。该类吸收剂在吸收CO2前为均相溶液，吸收CO2后会形成固
‑
液两相，CO2主要富集在固相中，因此仅需将固相进行再生，即可大幅降低吸收剂的再生体积，进而降低再生能耗。然而，已有的固
‑
液相变吸收剂普遍存在相变时间不可控的瓶颈问题，即通入CO2后立即生成固体产物。固相在极低的CO2负荷下产生，极易造成喷淋设备和管道堵塞。因此，若能调节固
‑
液相变时间节点，使吸收剂在接近CO2饱和并输送至沉淀池中产生固体沉淀，则可有效避免喷淋设备和管道堵塞等问题。基于此思路，构建一种相变时间节点可控的固
‑
液相变吸收剂可望为高效低耗的碳捕集技术的研究提供新思路。目前还没有一种相变时间节点可控的非水固
‑
液相变CO2吸收剂。

技术实现思路

[0004]为了达到上述目的，本专利技术提供一种相变时间节点可控的非水固
‑
液相变CO2吸收剂，该吸收剂吸收CO2的性能好，耗能低，且相变时间节点可灵活调控，固相方便分离，解决了现有固
‑
液相变吸收剂固相沉淀析出不可控，产物易造成喷淋设备和管道堵塞的问题。
[0005]该新型非水固
‑
液相变吸收剂以由羟乙基乙二胺（AEEA）作为活化剂调节固相产生时间，避免产物在低CO2负荷下沉淀析出而导致设备堵塞；2
‑
氨基
‑2‑
甲基
‑1‑
丙醇（AMP）作为主吸收反应剂，保证吸收剂的高吸收容量和再生性能；高沸点低蒸气压的N
‑
甲基吡咯烷酮（NMP）作为溶剂，保证吸收剂的使用稳定性。该新型吸收剂在吸收CO2前为均相溶液，基于AEEA调控，吸收剂能在接近CO2饱和时产生固体沉淀，而现有固
‑
液相变吸收剂在极低的CO2负荷下即产生固体。相比之下，本专利技术的非水固
‑
液相变吸收剂能够灵活调控相变时间节点，使吸收剂在接近CO2饱和并输送至沉淀池中产生固体沉淀，则可有效避免喷淋设备和管道堵塞等问题。
[0006]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案之一是：提供一种相变时间节点可控的固
‑
液相变二氧化碳吸收剂，由相变时间节点调控剂、主吸收反应剂和有机溶剂组成，其中，相变时间节点调控剂为羟乙基乙二胺（AEEA），主吸收反应剂为2
‑
氨基
‑2‑
甲基
‑1‑
丙醇（AMP），有机溶剂为N
‑
甲基吡咯烷酮（NMP）。调控剂AEEA的浓度为0.05~0.20 mol/L，主吸收反应剂AMP的浓度为3 mol/L。
[0007]本专利技术的AEEA
‑
AMP
‑
NMP非水固
‑
液相变吸收剂用于CO2吸收过程中，AEEA调控相变时间节点的原理是：AEEA吸收CO2后产生AEEA
‑
氨基甲酸盐产物，AEEA
‑
氨基甲酸盐产物与AMP
‑
氨基甲酸盐、质子化AMP之间通过静电吸引和范德华力结合形成AEEAH
+
COO
‑
/AMPCOO
‑
和AEEAH
+
COO
‑
/AMPH
+
离子对，新生成的离子对较原有的AMPCOO
‑
/AMPH
+
离子对在低负荷下具有更弱的氢键作用，因而低负荷下产物不易聚集析出；而在高负荷（接近饱和）下氢键作用变强，因此产物聚集从溶液中析出。利用AEEA对相变时间节点的调控，使AEEA
‑
AMP
‑
NMP非水固
‑
液相变吸收剂在接近CO2饱和并输送至沉淀池中产生固体产物，可有效避免喷淋设备和管道堵塞等问题。
[0008]进一步的，所述非水固
‑
液相变吸收剂在吸收CO2前为均相溶液，吸收CO2至接近饱和时，吸收剂发生固
‑
液分相，液相为CO2贫相，固相为CO2富相。
[0009]进一步的，所述非水固
‑
液相变吸收剂吸收CO2饱和后形成的两相中，CO2富相质量占吸收剂总质量的30~40%，其CO2含量占总吸收量的90~95%。
[0010]进一步的，所述非水固
‑
液相变吸收剂用于吸收纯CO2或混合气体中体积分数为5～20%的CO2，吸收温度为30~60℃时，吸收容量为1.2~1.9 mol CO2/（kg吸收剂）。
[0011]进一步的，所述非水固
‑
液相变吸收剂吸收CO2后，得到的CO2富相可通过微波加热方式再生。
[0012]更进一步地，再生的工艺条件为：微波加热功率100~400 W，再生时间5 min，再生效率为69%~85%，解吸出的高纯度CO2可进行后续利用。
[0013]本专利技术的另一专利技术目的，在于提供上述一种用于CO2捕集的非水固
‑
液相变吸收剂在CO2捕集领域的应用。
[0014]进一步的，包括以下步骤：
[0015]（1）以AMP作为主吸收反应剂，AEEA作为相变时间节点调控剂，NMP作为有机溶剂，按照AEEA浓度为0.05~0.20 mol/L，AMP的浓度为3 mol/L，将AEEA和AMP溶于NMP中配制非水固
‑
液相变吸收剂。
[0016]（2）利用步骤（1）中的非水固
‑
液相变吸收剂吸收纯CO2或混合气体中体积分数为5~20%的CO2，吸收温度为30~60℃，吸收负荷为1.2~1.9 mol CO2/（kg吸收剂），吸收剂吸收CO2后发生固
‑
液分相，液相为CO2贫相，固相为CO本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种相变时间节点可控的固
‑
液相变二氧化碳吸收剂，其特征在于，由羟乙基乙二胺（AEEA）、2
‑
氨基
‑2‑
甲基
‑1‑
丙醇（AMP）和有机溶剂N
‑
甲基吡咯烷酮（NMP）构成；所述非水固
‑
液相变吸收剂，AEEA的浓度为0.05~0.20 mol/L，AMP的浓度为3 mol/L；所述非水固
‑
液相变吸收剂，通过改变AEEA的浓度可以调控相变时间节点，使固
‑
液相变在接近吸收饱和时发生；固
‑
液分相后，液相为CO2贫相，固相为CO2富相；所述CO2富相质量占吸收剂总质量的30~40%，其CO2含量占吸收总量的90~95%。2.根据权利要求1所述的一种相变时间节点可控的固
‑
液相变二氧化碳吸收剂，其特征在于，所述非水固
‑
液相变吸收剂用于吸收纯CO2或混合气体中体积分数为5～20%的CO2，吸收温度为30~60 ℃时，吸收容量为1.2~1.9 mol CO2/（kg吸收剂）。3.根据权利要求1所述的一种相变时间节点可控的固
‑
液相变二氧化碳吸收剂，其特征在于，所述非水固
‑<...

【专利技术属性】
技术研发人员：周小斌，涂智芳，朱宗强，白少元，樊银明，张亚楠，莫胜鹏，魏建文，廖雷，
申请(专利权)人：桂林理工大学，
类型：发明
国别省市：