一種二氧化碳的吸收分離方法
2023-05-29 17:10:11 1
專利名稱：一種二氧化碳的吸收分離方法
技術領域：
本發明涉及氣體的吸收方法，特別是涉及二氧化碳的吸收分離方法。
背景技術：
由二氧化碳排放引發的地球溫室效應問題已經引起各國的廣泛關注，其減排也日 益受到重視。同時，二氧化碳作為一種重要的工業資源，可以應用於食品加工及工業生產等 多種領域，因此，高效、經濟地實現二氧化碳的富集，具有很好的實踐價值。
近幾年來，二氧化碳的吸收發展極為迅速，可以分為化學溶劑法、物理溶劑法、薄 膜分離法、低溫分離法等幾大類。物理溶劑法、薄膜分離法和低溫分離法的經濟成本過高， 不適用於工業應用。目前，化學溶劑法中常使用的為胺溶液法，應用較為成熟的是一乙醇胺 (MEA)溶液法和二乙醇胺(DEA)溶液法。這兩個方法的特點是吸收速度快，但由於其再生 溫度較高，易造成設備腐蝕，同時再生耗能也較大。所以尋找新的溶劑來取代水，發展低能 耗、高效率同時對設備腐蝕小的，並利用有機胺吸收劑來實現二氧化碳富集的方法具有重 要的實踐意義。 綜上所述，需要提供一種低能耗、高效率同時對設備腐蝕小的吸收劑，以實現快速 吸收二氧化碳的需要。
發明內容
為解決上述至少一個技術問題，本發明提供了一種二氧化碳的吸收分離方法，該 方法吸收二氧化碳的速度快，且對設備腐蝕小。 為了實現上述發明目的，本發明提供了一種二氧化碳的吸收分離方法，具體包括 以下步驟a.以醇胺類化合物作為溶質，碳原子小於10的甘醇類化合物作為溶劑，混合配 製得到吸收劑；b.將吸收劑和待吸收氣相接觸，得到液相產物；c.將液相產物進行解吸，分 離得到二氧化碳。 本發明所提供的方法，以醇胺類化合物作為溶質，並用甘醇類這類低飽和蒸汽壓 高沸點化合物作為溶劑，配製成溶液。當溫度相對較低時，醇胺類化合物結構中包含的氨 基呈鹼性，可與二氧化碳產生較強的化學結合作用，從而促進了對二氧化碳從氣相到液相 的吸收，即在相對較低的溫度條件下實現二氧化碳的高效吸收；然後，將所得液相溫度升高 後，醇胺類化合物與二氧化碳的化學結合作用減弱，可以實現二氧化碳從液相到氣相的傳 質，即二氧化碳的快速解吸。此過程中，由於甘醇類溶劑的引入，能克服慣常用水作為溶劑 時易汽化的問題。此時，在溫度升高到解吸溫度時，尚未達到甘醇類溶劑的沸點，不會造成 溶劑的大量汽化，這樣可以實現二氧化碳的有效富集和吸收劑的循環使用，並減少對設備 的腐蝕。 根據本發明的實施方式之一，步驟a所述吸收劑中醇胺類化合物的濃度為O. 1 10mol/L。吸收過程、吸收速率會受到溶解度係數、液相的分子擴散係數以及溶質濃度影響， 在上述濃度範圍內，吸收劑吸收二氧化碳的效率較高。
根據本發明的實施方式之一，步驟a中所述醇胺類化合物包括一乙醇胺或/和二 乙醇胺。 根據本發明的實施方式之一，步驟a中所述甘醇類化合物，包括乙二醇、二甘醇、 三甘醇、四甘醇中的至少一種。 根據本發明的實施方式之一，步驟b中的操作壓力不低於4kPa，操作溫度為10 80°C。 根據操作溫度及設備的耐壓程度，可適當調節壓力，以便於更好地吸收二氧化碳。
根據本發明的實施方式之一，步驟c中的操作壓力為O. 2 200kPa，所述操作溫度 為50 ll(TC。 在操作時，該壓力和溫度條件可使二氧化碳快速完成解吸，同時也不會使得溶劑 大量汽化，從而利於提高二氧化碳的解吸效率。 本發明通過上述方法進行二氧化碳的吸收分離，在以下方面均取得進步 首先，本發明所提供的方法，其二氧化碳吸收體系反應條件較低，對二氧化碳的吸
收率較高，且解吸迅速，並使其再生已達到富集目的，反應成本低且反應時間短。 其次，引入甘醇類化合物作為溶劑，在二氧化碳解吸時升溫並調節壓力時，不會引
起溶劑的大量汽化，利於提高再生二氧化碳的純度，同時減少吸收劑的損失量，實現吸收劑
的有效回收和循環利用。 第三，溶劑不易汽化，可避免對設備的腐蝕，延長使用壽命。
具體實施例方式
本發明提供的一種二氧化碳的吸收分離方法，是吸收氣體中二氧化碳，並使其再 生的方法，包括將所述二氧化碳在一定溫度下的吸收和解吸。其中，具體包括以下步驟首 先，將醇胺類化合物和碳原子小於10的甘醇類化合物混合配製成溶液，得到吸收劑。其中， 醇胺類化合物包括一乙醇胺或/和二乙醇胺；甘醇類化合物，包括乙二醇、二甘醇、三甘醇、 四甘醇中的至少一種，通常採用二甘醇或/和三甘醇效果較好。此外，由於吸收過程、吸收 速率會受到溶解度係數、液相的分子擴散係數以及溶質濃度影響，因此吸收劑吸收二氧化 碳時，醇胺類化合物的濃度為0. lmol/L 10mol/L時二氧化碳吸收效率較高。然後，在常 規的氣體分離設備或者氣液傳質設備中，使吸收劑和待吸收氣相充分接觸，操作壓力不低 於4kPa，操作溫度為10 80°C ，得到液相產物。最後，將液相產物在壓力為0. 2 200kPa、 溫度為50 ll(TC的條件下進行解吸，從而實現二氧化碳的再生，同時回收吸收劑，使其循 環利用。經檢測得二氧化碳的吸收率大於90%，即被吸收的二氧化碳佔混合氣體中總二氧 化碳量的比例大於90%。 在溫度相對較低時，醇胺類化合物結構中包含的氨基呈鹼性，可與二氧化碳產生 較強的化學結合作用，從而促進了對二氧化碳從氣相到液相的吸收；將所得液相溫度升高 後，醇胺類化合物與二氧化碳的化學結合作用減弱，可以實現二氧化碳從液相到氣相的傳 質。本發明將低飽和蒸汽壓高沸點的甘醇類化合物作為溶劑，在二氧化碳解吸過程中，當溫 度升高到解吸溫度時，不會達到溶劑的沸點，因此不會造成溶劑的大量汽化，這樣可以實現 二氧化碳的有效富集和吸收劑的循環使用，並減少對設備的腐蝕。整個過程中，吸收劑可循 環利用構成連續吸收和再生二氧化碳。
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下面通過具體實施例對本發明作進一步詳述，以下實施例只是描述性的，不是限
定性的，不能以此限定本發明的保護範圍。
實施例1 首先，將一乙醇胺作為溶質，三甘醇作為溶劑，混合配製溶液1L，得到吸收劑，其 中，一乙醇胺的濃度為0. lmol/L。然後，在溫度為5(TC，壓力為200kPa的條件下，使吸收 劑與二氧化碳和氮氣混合氣在氣液傳質設備中充分接觸7分鐘，其中二氧化碳和氮氣混合 氣總量為0.5mol，二氧化碳氣體體積分數為5%。最後，將得到的液相產物在5(TC，壓力 0. 2kPa下進行解吸，實現二氧化碳的再生，同時回收吸收劑，使其循環利用。
經檢測得二氧化碳的吸收率大於90% 。
實施例2 首先，將二乙醇胺作為溶質，二甘醇作為溶劑，混合配製溶液1L，得到吸收劑，其 中，二乙醇胺的濃度為1. 5mol/L。然後，在溫度為25t:，壓力為4kPa的條件下，使吸收劑與 二氧化碳和氮氣混合氣在氣體分離設備中充分接觸3分鐘，其中二氧化碳和氮氣混合氣總 量為0. Olmol， 二氧化碳氣體體積分數為60% 。最後，將得到的液相產物在80°C ，壓力2kPa 下進行解吸，實現二氧化碳的再生，同時回收吸收劑，使其循環利用。
經檢測得二氧化碳的吸收率大於90% 。
實施例3 首先，將二乙醇胺作為溶質，三甘醇作為溶劑，混合配製溶液1L，得到吸收劑，其 中，二乙醇胺的濃度為2mol/L。然後，在溫度為35°C ，壓力為500kPa的條件下，使吸收劑與 二氧化碳和氮氣混合氣在氣體分離設備中充分接觸5分鐘，其中二氧化碳和氮氣混合氣總 量為lmol，二氧化碳氣體體積分數為30%。最後，將得到的液相產物在ll(TC，壓力200kPa 下進行解吸，實現二氧化碳的再生，同時回收吸收劑，使其循環利用。
經檢測得二氧化碳的吸收率大於90% 。
實施例4 首先，將一乙醇胺作為溶質，三甘醇作為溶劑，混合配製溶液2L，得到吸收劑，其 中， 一乙醇胺的濃度為10mol/L。然後，在溫度為80°C ，壓力為500kPa的條件下，使吸收劑與 二氧化碳和氮氣混合氣在氣液傳質設備中充分接觸6分鐘，其中二氧化碳和氮氣混合氣總 量為10mol，二氧化碳氣體體積分數為60%。最後，將得到的液相產物在ll(TC，壓力20kPa 下進行解吸，實現二氧化碳的再生，同時回收吸收劑，使其循環利用。
經檢測得二氧化碳的吸收率大於90% 。
實施例5 首先，將一乙醇胺和二乙醇胺作為溶質，二甘醇作為溶劑，混合配製溶液2L，得到 吸收劑，其中，溶質一乙醇胺的濃度為1.5mol/L，二乙醇胺的濃度為1.5mol/L。然後，在溫 度為4(TC，壓力為350kPa的條件下，使吸收劑與二氧化碳和氮氣混合氣在氣液傳質設備中 充分接觸3分鐘，其中二氧化碳和氮氣混合氣總量為6mo1， 二氧化碳氣體體積分數為40% 。 最後，將得到的液相產物在8(TC，壓力40kPa下進行解吸，實現二氧化碳的再生，同時回收 吸收劑，使其循環利用。 經檢測得二氧化碳的吸收率大於90% 。
實施例6
5為溶劑，混合配製溶液2L，得到 吸收劑，其中，溶質一乙醇胺的濃度為0. 5mol/L，二乙醇胺的濃度為1. 5mol/L。然後，在溫 度為l(TC，壓力為300kPa的條件下，使吸收劑與二氧化碳和氮氣混合氣在氣液傳質設備中 充分接觸5分鐘，其中二氧化碳和氮氣混合氣總量為5mo1， 二氧化碳氣體體積分數為50% 。 最後，將得到的液相產物在10(TC，壓力30kPa下進行解吸，實現二氧化碳的再生，同時回收 吸收劑，使其循環利用。 經檢測得二氧化碳的吸收率大於90% 。
實施例7 首先，將一乙醇胺和二乙醇胺作為溶質，二甘醇和三甘醇的混合物作為溶劑，混合 配製溶液2L，得到吸收劑，其中，溶劑二甘醇和三甘醇的質量比為1 : l，溶質一乙醇胺的濃 度為2mol/L，二乙醇胺的濃度為2mol/L。然後，在溫度為55"C，壓力為400kPa的條件下，使 吸收劑與二氧化碳和氮氣混合氣在氣液傳質設備中充分接觸6分鐘，其中二氧化碳和氮氣 混合氣總量為5mo1， 二氧化碳氣體體積分數為80% 。最後，將得到的液相產物在90°C ，壓力 50kPa下進行解吸，實現二氧化碳的再生，同時回收吸收劑，使其循環利用。
經檢測得二氧化碳的吸收率大於90% 。 儘管已經示出和描述了本發明的實施例，對於本領域的普通技術人員而言，可以 理解在不脫離本發明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換 和變型，本發明的範圍由所附權利要求及其等同物限定。
權利要求
一種二氧化碳的吸收分離方法，包括以下步驟(a)以醇胺類化合物作為溶質，碳原子小於10的甘醇類化合物作為溶劑，混合配製得到吸收劑；(b)將吸收劑和待吸收氣相接觸，得到液相產物；(c)將液相產物進行解吸，分離得到二氧化碳。
2. 如權利要求l所述的方法，其中，步驟(a)所述吸收劑中醇胺類化合物的濃度為 0. 1 10mol/L。
3. 如權利要求l所述的方法，其中，步驟(a)中所述醇胺類化合物包括一乙醇胺或/和 二乙醇胺。
4. 如權利要求l所述的方法，其中，步驟(a)中所述甘醇類化合物，包括乙二醇、二甘 醇、三甘醇、四甘醇中的至少一種。
5. 如權利要求l所述的方法，其中，所述步驟(b)的操作壓力不低於4kPa。
6. 如權利要求1所述的方法，其中，所述步驟(b)的操作溫度為10 80°C。
7. 如權利要求1所述的方法，其中，所述步驟(c)的操作壓力為0. 2 200kPa。
8. 如權利要求1所述的方法，其中，所述步驟(c)操作的溫度為50 ll(TC。
全文摘要
本發明公開了一種二氧化碳的吸收分離方法，包括將所述二氧化碳在一定溫度下的吸收和解吸，具體包括以下步驟將醇胺類化合物和甘醇類化合物混合配製成溶液，得到吸收劑；將吸收劑和待吸收氣相在氣液傳質設備中接觸，得到液相產物；將液相產物進行解吸，分離得到二氧化碳，實現二氧化碳的再生。該方法採用的吸收劑能夠高效吸收二氧化碳，並對設備腐蝕小，可實現二氧化碳的再生以及吸收劑的循環利用。
文檔編號C01B31/00GK101734658SQ20091024419
公開日2010年6月16日 申請日期2009年12月30日 優先權日2009年12月30日
發明者王凱, 譚璟, 駱廣生 申請人:清華大學