一种用于捕获二氧化碳的无水液-液相变吸收剂

本发明涉及气体净化和分离领域，特别是二氧化碳捕集，是一种用于捕获二氧化碳的无水液-液相变吸收剂。

背景技术：

1、由于温室气体的排放造成全球变暖等问题，人类生存和发展面临极大的挑战，co2捕获与利用技术（ccus）是二氧化碳减排和应对全球变暖的主要途径，根据ipcc评估报告，ccus是现阶段不可缺少的技术路线，并将是未来可持续发展的必要技术。目前，常见的二氧化碳捕获方法，包括：燃烧前捕获，富集燃烧捕获，和燃烧后捕获。其中，燃烧后捕获技术由于适应性强，成本低，操作相对简单，成为主要的研究方向。

2、二氧化碳目前的捕集方法，主要有化学吸收、物理吸附、膜分离等等，化学吸收法是应用最为广泛的，但其具有占比面积较大，有机胺容易降解和腐蚀，再生能耗高等缺点，以30%乙醇胺（mea）水溶液为例，其解吸能耗高达3.7gj/ton co2，但解吸能耗中的溶液解吸显热以及水的气化潜热，可以通过一定的方法，得到有效降低。

3、相变吸收剂具有显著降低解吸能耗的潜能，因此提出了一种无水液液相变吸收剂，这类两相吸收剂在吸收前为均相，吸收二氧化碳后，由于二氧化碳产物的生成逐渐分相，使得二氧化碳浓缩在其中一相，减少再生塔的解吸量，此外无水吸收剂不受水潜热的影响，结合两种优点，可以极大的降低再生能耗。解吸后的下相吸收剂与上相贫液重新组成均相吸收剂，用于二氧化碳捕集。

技术实现思路

1、本发明是一种可以用于吸收二氧化碳的无水液-液相变吸收剂，其具有明显的分相，解吸能耗低，易回收，且腐蚀性低。解决了目前吸收剂中普遍存在的高能耗以及腐蚀性强的问题。

2、为了解决上述问题，公开一种吸收剂的技术方案：本发明提供了一种吸收二氧化碳的无水相变吸收剂，包含以下组分：用于吸收二氧化碳的伯胺，起到分相作用的叔胺，以及降低富相粘度，起到稀释作用的有机溶剂。其中，伯胺具有伯氨基，能有效与二氧化碳发生反应，生成氨基甲酸盐等产物，保证较高的吸收速率。叔胺在无水的情况下不与二氧化碳反应，因为极性效应，二氧化碳产物不溶解在叔胺中，吸收饱和后的吸收剂出现分相，上相为叔胺，下相为富集二氧化碳的无水液相。由于吸收后的二氧化碳浓缩在其中一相，导致富相黏度较高，难以实现工业生产，在吸收剂中添加有机溶剂，能有效较低富相粘度。此新型无水液-液相变吸收剂具有解吸体积分数小，富相比热容较低等优点，能极大降低再生能耗。

3、优选地，所述用于吸收二氧化碳的伯胺为二甘醇胺（dga）、正丙醇胺（3ap）或丁醇胺（4ab）。

4、优选地，所述用于分相的叔胺为五甲基二乙烯三胺（pmdeta）、四甲基丙二胺（tmpda）或四甲基乙二胺（tmeea）。

5、优选地，所述有机溶剂为丙三醇、1,4-丁二醇、1,3-丙二醇或乙二醇。

6、进一步地，伯胺的质量比在20%~80%之间，叔胺的质量比在20%~80%之间，稀释剂的质量比是0~10%不等。

7、进一步地，吸收剂分相，上相为co2贫相，主要组成为叔胺，下相为富相，主要组成为稀释剂和伯胺吸收二氧化碳后的产物。

8、进一步地，吸收后的富相占总体积比20%~80%，吸收后富相的co2负载量占总体的97%以上。

9、进一步地，吸收的纯co2或者co2体积分数在12.5%左右，吸收温度为30℃~60℃。

10、进一步地，利用高温加热的方法解吸富相co2。

11、更进一步地，解吸co2的工艺为，解吸温度90℃~120℃，解吸时间在30min~60min，解吸后co2循环率为85%。

12、本发明的另一个目的是，无水液-液相变吸收剂用于捕集二氧化碳的应用，包括以下步骤。

13、s1，按照质量百分比称取各个组分，20~80%的伯胺、20~80%的叔胺、0~10%的有机溶剂，将各组分按照一定地比例混合均匀，得到均一澄清液相，即为无水液-液相变吸收剂。

14、s2，将s1的吸收剂用于吸收纯co2或co2体积分数为12%~13%的烟道气，吸收后液-液分相，上相为叔胺，下相为伯胺吸收二氧化碳的产物氨基甲酸盐和有机溶剂。

15、 s3，无水液-液相变吸收剂经过s2后，发生分相，将下相与上相分离，并送入再生工艺中，解吸后的吸收剂与s2上相贫液混合，可重新得到新的无水液-液相变吸收剂，进而可实现重复利用。

16、与现在的工艺相比，本发明的优势在：本发明的无水液-液相变吸收剂，分相时间短，无需通过其他方式促进分相，分相后，二氧化碳富集在其中一相，可以降低进入再生塔的体积，并且富液中不含水，无潜热影响，大幅度地降低解吸能耗和捕集成本。

技术特征：

1.一种用于捕获二氧化碳的无水液-液相变吸收剂，其特征在于，由伯胺、叔胺、有机溶剂构成：所述伯胺指二甘醇胺（dga）、正丙醇胺（3ap）或丁醇胺（4ab），所述叔胺为五甲基二乙烯三胺（pmdeta）、四甲基丙二胺（tmpda）或四甲基乙二胺（tmeea），所述的有机溶剂主要是丙三醇、1,4-丁二醇、1,3-丙二醇或乙二醇。

2.根据权利要求1所述的一种用于捕获二氧化碳的无水液-液相变吸收剂，其特征在于，所述伯胺的质量分数为20%~80%不等，所述叔胺质量分数为20%~80%不等，所述有机溶剂质量分数在0~10%不等。

3.根据权利要求1所述的一种用于捕获二氧化碳的无水液-液相变吸收剂，其特征在于，在吸收二氧化碳前吸收剂为均相，吸收饱和后溶剂自动分层，上相为co2贫相，下相富集二氧化碳，其中富相占总体积比20%~80%不等。

4.根据权利要求书1所述的一种用于捕获二氧化碳的无水液-液相变吸收剂，其特征在于，所述吸收剂吸收co2气体分数为5%~13%，吸收温度为30℃~60℃，富相吸收负载为3.11molco2/kg~4.73molco2/kg。

5.根据权利要求书1所述的一种用于捕获二氧化碳的无水液-液相变吸收剂，其特征在于，所述吸收剂，吸收后出现液-液分相，下相富集二氧化碳，将下相解吸再生，再生方式为高温加热，氮气吹扫。

6.根据权利要求书1所述的一种用于捕获二氧化碳的无水液-液相变吸收剂，其特征在于，解吸时得工艺条件为：再生温度90℃~120℃，再生时间为30min~60min。

7.一种根据权利要求1～6中任一项所述的用于捕获二氧化碳的无水液-液相变吸收剂在二氧化碳捕集领域的应用。

8.根据权利要求7所述的捕获二氧化碳的无水液-液相变吸收剂在co2捕集领域的应用，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种用于吸收烟气中的二氧化碳的无水液‑液相变吸收剂，吸收剂由伯胺、叔胺以及有机溶剂构成，伯胺指二甘醇胺（DGA）、正丙醇胺（3AP）或丁醇胺（4AB）。叔胺为五甲基二乙烯三胺（PMDETA）、四甲基丙二胺（TMPDA）或四甲基乙二胺（TMEEA），有机溶剂为丙三醇、1,4‑丁二醇、1,3‑丙二醇或乙二醇。本发明中的吸收剂在吸收二氧化碳前均为单相，吸收后自动分层，富液相在下层。富液可以通过加热的方式再生，从而实现吸收剂循环，本发明中的吸收剂吸收后分相迅速，吸收性能好，再生温度较低。与传统的CO2吸收剂相比，降低了解吸能耗，具有广泛的应用前景。

技术研发人员：唐思扬,沈紫薇,梁斌,钟山,宋磊,鲁厚芳
受保护的技术使用者：四川大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15