具有氢离子自调节特性的低能耗二氧化碳捕集组合物、捕集方法和应用技术

本发明专利技术提供了具有氢离子自调节特性的低能耗二氧化碳捕集组合物、捕集方法和应用。所述二氧化碳捕集组合物包括二氧化碳捕集溶液和酸。所述二氧化碳捕集溶液由化学吸收剂、物理溶剂和水组成。其中化学吸收剂用于捕获二氧化碳，物理溶剂用于增加二氧化碳吸收速率和促进有机酸分解，所述酸用于二氧化碳解吸。通过该组合物进行二氧化碳捕集过程中，酸能自发分解为低沸点化合物，实现捕集体系中氢离子的可逆释放与回收，解决了目前加酸解吸碳捕集技术中存在氢离子在解吸结束后不能回收，损害化学吸收剂的二氧化碳吸收性能，导致其难以循环使用的瓶颈问题。此外，该组合物具有制备简便，捕集能耗低、可重复使用等优点，可应用于工业废气的二氧化碳捕集。气的二氧化碳捕集。气的二氧化碳捕集。

【技术实现步骤摘要】
具有氢离子自调节特性的低能耗二氧化碳捕集组合物、捕集方法和应用


[0001]本专利技术属于碳中和领域，具体涉及一种具有氢离子自调节特性的低能耗二氧化碳捕集组合物的构建、捕集方法的开发及其应用。

技术介绍

[0002]在众多二氧化碳(CO2)减排技术中，化学吸收法是最具应用前景的CO2捕集方式。该方法利用碱性化学吸收剂(如有机醇胺、碳酸钾、氨水)在低温环境下与CO2发生反应，生成不稳定的盐(碳酸盐、碳酸氢盐、氨基甲酸盐等)，以实现CO2的捕获；随后，通过高温加热使不稳定的盐类发生分解，完成CO2解吸纯化和吸收剂的再生(张凯,陈掌星,兰海帆,马浩铭,姜亮亮,薛振乾,张育铭,程世轩.碳捕集、利用与封存技术的现状及前景.特种油气藏,2023,1
‑
12)。但这一通过加热升温的方式实现CO2解吸的技术特征决定了此类方法需要消耗大量能量。以目前应用最广泛的一乙醇胺(monoethanolamine，MEA)化学吸收法为例，其解吸CO2的温度通常在110
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140℃，高温导致其捕集CO2的能耗高达2.4
‑
4.0GJ/t CO2，捕集成本在200
‑
400元/t CO2，严重阻碍此类技术的商业化、规模化应用。
[0003]为了降低CO2的捕集能耗，Emier等人(Eimer,D.；Sjovoll,M.；Eldrup,N.；Heyn,R.；Swang,O.New thinking in CO
2 removal.3rd Nordic Symposium.Trondheim 2003.)提出加酸解吸的碳捕集技术思路，即在醇胺吸收剂的CO2解吸过程加入酸液，酸解离的氢离子(H
+
)可以与氨基甲酸盐结合，使其N原子失去一对电子，减弱了N
‑
C键的强度，降低了氨基甲酸酯活化能，因而能在常温下分解释放出CO2，达到降低能耗的效果(Lai,Q.；Toan,S.；Assiri,M.A.；Cheng,H.；Russell,A.G.；Adidharma,H.；Radosz,M.；Fan,M.Catalyst
‑
TiO(OH)2could drastically reduce the energy consumption of CO
2 capture.Nat Commun.2018,9,2672
‑
2679)。昆士兰大学Feng等人(Feng,B.；Du,M.；Dennis,T.J.；Anthony,K.；Perumal,M.J.Reduction of energy requirement of CO
2 desorption by adding acid into CO2‑
loaded solvent.Energy Fuels 2010,24,213
‑
219)证实将6g的邻苯二甲酸添加至2M的MEA
‑
CO2富液，可使CO2在25℃迅速解吸，CO2的峰浓度值最高可达到5500ppm，较未加酸的MEA的CO2富液增加了450％，相应的MEA再生能耗降低至0.53MJ/mol CO2，仅为传统的MEA解吸能耗(8.39MJ/mol CO2)的1/15。
[0004]然而，Feng等人(Du,M.；Feng,B.；An,H.；Liu,W.；Zhang,L.Effect of addition of weak acids on CO
2 desorption from rich amine solvents.Korean J.Chem.Eng.2011,29,362
‑
368.)在后续研究中发现解吸后残余酸难以从MEA溶液中分离，导致MEA始终处于质子化状态，严重损害了MEA的CO2吸收能力，阻碍了MEA的循环使用。因此，如何在降低吸收剂解吸能耗并保持其循环负载不变的前提下，实现溶液中氢离子的可控释放与回收是加酸解吸碳捕集技术亟需攻克的瓶颈问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于针对目前加酸解吸碳捕集技术中存在解吸结束后氢离子不能回收，损害化学吸收剂的CO2吸收性能，导致吸收剂难以循环使用的瓶颈问题，提供一种具有氢离子自调节特性的CO2捕集组合物、捕集方法及其应用，该组合物解吸CO2的速率快、温度低，能显著降低CO2捕集过程中的能量消耗；并且在完成解吸后，体系中的酸能自发分解为易挥发的低沸点有机溶剂和气体，实现组合物中氢离子的回收，因而不会对组合物中化学吸收剂的CO2吸收能力产生负面影响，满足化学吸收剂的循环使用需求。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术的技术方案如下。
[0007]本专利技术提供了具有氢离子自调节特性的低能耗CO2捕集组合物，包括CO2捕集溶液和酸，所述酸包括但不限于三氯乙酸、三溴乙酸、硝基乙酸、2
‑
氰基丙酸中的至少一种。
[0008]上述组合物，进一步地，所述CO2捕集溶液由化学吸收剂、物理溶剂和水组成。优选地，所述化学吸收剂包括但不限于一乙醇胺、二乙醇胺、N
‑
甲基二乙醇胺、2
‑
氨基
‑2‑
甲基
‑1‑
丙醇、乙二胺、三乙胺、哌嗪、氨水和碳酸钾中的至少一种。所述物理溶剂是指在CO2捕集中不参与反应的非水溶剂。
[0009]上述组合物，进一步地，所述酸的物质的量是CO2捕集溶液中化学吸收剂的物质的量的0.5～3.0倍。
[0010]上述组合物，进一步地，还包括溶解酸的水，所述酸溶于水中形成酸液，酸液用于解吸CO2。
[0011]本专利技术还提供了基于上述具有氢离子自调节特性的低能耗CO2捕集组合物的CO2捕集方法，包括以下步骤：
[0012]步骤一：用预先配制好的CO2捕集溶液吸收CO2，形成CO2富液(CO2负载量高的溶液)。
[0013]步骤二：将酸溶于水中形成酸液，室温环境下将酸液加入步骤一的CO2富液中解吸CO2，或将酸直接加入步骤一的CO2富液中解吸CO2，3～30分钟即可完成解吸。所述酸包括但不限于三氯乙酸、三溴乙酸、硝基乙酸、2
‑
氰基丙酸中的至少一种；解吸完成后得到CO2贫液(CO2负载低的溶液)。
[0014]步骤三：将步骤二所得的CO2贫液加热至预定温度，促进残余酸的分解，完成化学吸收剂的再生，便于化学吸收剂的循环利用。
[0015]上述方法中，进一步地，所述的物理溶剂为二甲基亚砜、乙腈、N,N
‑
二甲基酰胺、环丁砜和二乙二醇二甲醚中的一种或几种。
[0016]上述方法中，进一步地，所述的化学吸收剂包括但不限于一乙醇胺、二乙醇胺、N
‑
甲基二乙醇胺、2
‑
氨基
‑2‑
甲基
‑1‑
丙醇、乙二胺、三乙胺、哌嗪、氨水和碳酸钾中的一种或几种。
[0017]上述方法中，进一步地，所述CO2捕集本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.具有氢离子自调节特性的低能耗二氧化碳捕集组合物，其特征在于，包括二氧化碳捕集溶液和酸，所述酸为三氯乙酸、三溴乙酸、硝基乙酸、2
‑
氰基丙酸中的至少一种。2.根据权利要求1所述具有氢离子自调节特性的低能耗二氧化碳捕集组合物，其特征在于，所述二氧化碳捕集溶液由化学吸收剂、物理溶剂和水组成，所述化学吸收剂包括但不限于一乙醇胺、二乙醇胺、N
‑
甲基二乙醇胺、2
‑
氨基
‑2‑
甲基
‑1‑
丙醇、乙二胺、三乙胺、哌嗪、氨水和碳酸钾中的至少一种。3.根据权利要求2所述具有氢离子自调节特性的二氧化碳捕集组合物，其特征在于，所述酸的物质的量是二氧化碳捕集溶液中化学吸收剂的物质的量的0.5～3倍。4.基于权利要求1所述具有氢离子自调节特性的二氧化碳捕集组合物的低能耗二氧化碳捕集方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：用二氧化碳捕集溶液吸收二氧化碳，形成二氧化碳富液；步骤二：将酸溶于水中形成酸液，室温环境下将酸液加入步骤一的二氧化碳富液中解吸二氧化碳，或将酸直接加入步骤一的二氧化碳富液中，解吸二氧化碳，3～30分钟即可完成解吸；所述酸为三氯乙酸、三溴乙酸、硝基乙酸、2
‑
氰基丙酸中的至少一种；解吸完成后得到二氧化碳贫液；步骤三：将步骤二所得二氧化碳贫液加热促进残余酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢和平，刘涛，王骥，
申请(专利权)人：天府永兴实验室，
类型：发明
国别省市：