一种具有良好循环解吸稳定性、低腐蚀性的相变吸收剂的制备与应用

1.本发明涉及一种具有良好循环解吸稳定性、低腐蚀性的相变吸收剂的制备与应用，属于二氧化碳减排与回收技术领域。


背景技术：

2.气候变化是当今世界面临的严峻挑战，全球平均气温上升，南北极冰川大面积融化、海平面上升都与全球变暖现象有直接的联系。二氧化碳作为主要的温室气体，是导致气候变化的主要原因。因此迫切需要开发高效、经济的二氧化碳捕集技术。
3.化学吸收法是目前商业应用最普遍的方法。胺基吸收剂是化学吸收法中应用最广泛的吸收剂，乙醇胺水溶液(30wt％mea)已在工业中获得商业化应用。然而，由于其具有较高的腐蚀性、较差的循环解吸稳定性，这将对可持续发展构成障碍。
4.近年来，液-液相变吸收剂由于溶剂吸收和再生的条件相对容易满足，受到越来越多的关注。使用有机胺作为吸收剂受到了人们的广泛研究。然而，在实际应用中，每种胺类都受到其固有缺点的限制，例如伯胺的吸收速度快但吸收容量小，叔胺的吸收容量大但吸收速度慢，部分含有伯胺和仲胺的多元胺还存在循环解吸稳定性差、抗氧化降解能力差的问题。因此，本发明提出了一种新型的液-液相变吸收剂。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题，本发明提出了一种具有良好循环解吸稳定性、低腐蚀性的相变吸收剂的制备与应用，该相变吸收剂可用于二氧化碳的捕集，具有良好的循环解吸稳定性，极低的腐蚀性，以及优异的抗氧化降解能力。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
7.本发明提出了一种具有良好循环解吸稳定性、低腐蚀性的相变吸收剂，按重量份数计，包括以下原料：叔胺20份、活化剂10份、环丁砜0～50份和水20～70份；其中环丁砜的用量不为0。
8.进一步地，按重量份数计，包括以下原料：叔胺20份、活化剂10份、环丁砜50份和水20份。
9.进一步地，所述叔胺包括n,n-二甲基乙醇胺、二乙氨基乙醇或n-甲基二乙醇胺中的一种或多种。
10.进一步地，所述活化剂种类主要是伯仲胺，包括乙醇胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇或无水哌嗪中的一种或多种。
11.本发明还提供了一种上述具有良好循环解吸稳定性、低腐蚀性的相变吸收剂的制备方法，包括以下步骤：
12.按所述重量份数称取各原料，将所述叔胺、活化剂、环丁砜和水混合后进行超声处理，即可得到所述具有良好循环解吸稳定性、低腐蚀性的相变吸收剂。
13.进一步地，所述超声处理的时间为5min，常温下进行，超声的目的仅是为了使吸收剂混合的更加均匀，成为更加均一的吸收液。
14.本发明还提供了上述具有良好循环解吸稳定性、低腐蚀性的相变吸收剂在捕集二氧化碳中的应用。
15.本发明公开了以下技术效果：
16.本发明首次提出了以叔胺为主吸收剂的相变吸收体系，活化剂所用到的伯仲胺为吸收促进剂，用于提高吸收速率及富相co2负载，环丁砜为分相剂诱导液-液分相，水为溶剂以降低溶液的粘度，并且水也直接参与二氧化碳和叔胺的反应。本发明的相变吸收剂具有良好的循环解吸稳定性和抗氧化降解能力，腐蚀性远远低于30wt％mea水溶液，从而减少设备对仪器腐蚀，使得更加有利于工业上的应用，从而促进ccus(应对全球气候变化)技术的大幅度推广，减少co2排放。
17.本发明提出了一种新型的液-液相变吸收剂，有效解决了伯胺、仲胺或者含有伯胺和仲胺的多元胺的循环解吸稳定性以及抗氧化降解能力较差的问题。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为实施例1(a/b＝2:1)制备得到的相变吸收剂吸收性能结果图，其中(a)为co2的负载量，(b)为上相、下相的体积百分比；
20.图2为实施例1的相变吸收剂的循环解吸性能测定结果图，其中(a)为每次循环的解吸效率，(b)为每次循环富相的co2负载量；
21.图3为实施例1(a/b＝2:1)和对比例1(30wt％mea)制备得到的相变吸收剂的腐蚀性能测定结果图；
22.图4为实施例1(a/b＝2:1)和对比例1(30wt％mea)制备得到的相变吸收剂的抗氧化降解能力测定结果图，其中(a)为7天内的碱度变化，(b)为7天内的抗氧化降解率。
具体实施方式
23.现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
24.应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
25.除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所
有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
26.在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。
27.关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
28.本发明提出了一种具有良好循环解吸稳定性、低腐蚀性的相变吸收剂，按重量份数计，包括以下原料：叔胺(a)20份、活化剂(b)10份、环丁砜0～50份和水20～70份；其中环丁砜的用量不为0。
29.进一步地，按重量份数计，包括以下原料：叔胺20份、活化剂10份、环丁砜50份和水20份。
30.进一步地，所述叔胺包括n,n-二甲基乙醇胺、二乙氨基乙醇或n-甲基二乙醇胺中的一种或多种。
31.进一步地，所述活化剂种类主要是伯仲胺，包括乙醇胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇或无水哌嗪中的一种或多种。
32.本发明还提供了一种上述具有良好循环解吸稳定性、低腐蚀性的相变吸收剂的制备方法，包括以下步骤：
33.按所述重量份数称取各原料，将所述叔胺、活化剂、环丁砜和水混合后进行超声处理，即可得到所述具有良好循环解吸稳定性、低腐蚀性的相变吸收剂。
34.进一步地，所述超声处理的时间为5min，常温下进行，超声的目的仅是为了使吸收剂混合的更加均匀，成为更加均一的吸收液。
35.本发明还提供了上述具有良好循环解吸稳定性、低腐蚀性的相变吸收剂在捕集二氧化碳中的应用。
36.本发明实施例中“wt％”若无特殊说明均为“质量百分比浓度”。
37.本发明实施例中术语“等量”指的是等质量，制备过程均在常温下进行。
38.本发明实施例所用各原料均为通过市售购买得到。
39.以下通过实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
40.实施例1
41.称取叔胺(n,n-二甲基乙醇胺)10g、无水哌嗪5g、环丁砜25g和水10g，混合后超声5min，即可得到50g相变吸收剂(a/b＝2:1)。
42.实施例2
43.称取叔胺(二乙氨基乙醇)10g、无水哌嗪5g、环丁砜25g和水10g，混合后超声5min，即可得到50g相变吸收剂。
44.实施例3
45.称取叔胺(n-甲基二乙醇胺)10g、无水哌嗪5g、环丁砜25g和水10g，混合后超声5min，即可得到50g相变吸收剂。
46.实施例4
47.称取叔胺(n,n-二甲基乙醇胺)10g、乙醇胺5g、环丁砜25g和水10g，混合后超声
5min，即可得到50g相变吸收剂。
48.实施例5
49.称取叔胺(二乙氨基乙醇)10g、乙醇胺5g、环丁砜25g和水10g，混合后超声5min，即可得到50g相变吸收剂。
50.实施例6
51.称取叔胺(n-甲基二乙醇胺)10g、乙醇胺5g、环丁砜25g和水10g，混合后超声5min，即可得到50g相变吸收剂。
52.实施例7
53.称取叔胺(n,n-二甲基乙醇胺)10g、2-氨基2-甲基-1-丙醇5g、环丁砜25g和水10g，混合后超声5min，即可得到50g相变吸收剂。
54.实施例8
55.称取叔胺(二乙氨基乙醇)10g、2-氨基2-甲基-1-丙醇5g、环丁砜25g和水10g，混合后超声5min，即可得到50g相变吸收剂。
56.实施例9
57.称取叔胺(n-甲基二乙醇胺)10g、2-氨基2-甲基-1-丙醇5g、环丁砜25g和水10g，混合后超声5min，即可得到50g相变吸收剂。
58.对比例1
59.30wt％的乙醇胺溶液(30wt％mea)。
60.性能测试
61.一、相变吸收剂的吸收性能测试
62.测定实施例1(a/b＝2:1)制备得到的相变吸收剂上相和下相的体积百分比，并于30℃的吸收温度下采用二氧化碳分析仪，在模拟烟气的条件下，分别通入12％的co2直至溶液吸收饱和，当检测到分析仪的出口气体流量没有变化且分析仪示数为12％时，表明吸收过程完成，并测定上相、下相以及co2的总负载量，结果见图1，其中(a)为co2的负载量，(b)为上相、下相的体积百分比。由图1可以看出，实施例1的相变吸收剂(a/b＝2:1)具有较高的总负载，较低的富相(上相)体积占比，较高的富相负载，达到最佳吸收效果。
63.二、相变吸收剂的循环解吸性能测定
64.将实施例1制备的相变吸收剂的上下相分离，取上相(富co2相)在120℃的油浴中进行解吸，并磁力搅拌，得到解吸后的再生溶剂，将其与下相(贫co2相)混合，重复上述相变吸收剂的吸收性能测试中的方法进行co2的负载量测试，测定5次循环吸收/解吸性能，解吸效率＝(解吸前的富相负载-解吸后的富相负载)/解吸前的富相负载，结果见图2，其中(a)为每次循环的解吸效率，(b)为每次循环富相的co2负载量。由图2可以看出，实施例1制备的相变吸收剂的co2循环负载随着吸收-解吸次数的增加，基本没有变化，维持在3.4mol/l左右，且每次解吸的解吸效率均可高达88％以上，这意味着吸收剂具有良好的稳定性，以及优异的解吸性能，并且具有稳定的可再生性。
65.三、相变吸收剂的腐蚀性能测定
66.将温度设置为50℃，取实施例1制备的相变吸剂的上相(富co2相)40ml，和对比例1的30wt％mea溶液40ml，分别与20#碳钢(具有良好的韧性、可塑性和可焊性，是一种低成本的设备材料，常用于二氧化碳捕获设施)一同放入烧杯内，进行腐蚀性的测定，结果见图3。
由图3可以看出，本发明实施例1的相变吸收及的腐蚀性远远低于30wt％的mea(55mil/a)，腐蚀速率仅为0.076mil/a，几乎不具有腐蚀性。
67.四、相变吸收剂的抗氧化降解能力的测定
68.使用相变吸收剂的碱度来衡量吸收剂的抗氧化降解能力。由于抗氧化降解实验的周期(7天)较长，因此按照实施例1的方法以及配比配制150g相变吸收剂记作a/b＝2:1，将水浴锅的温度设定为40℃，然后将100ml/min的氧气通入到配制好的相变吸收剂中，一直连续通入七天，其中每天需要在规定时间(第一天通入氧气的时间为每天取样测量碱度的时间)内，使用硫酸滴定法来测定溶液的碱度，从而衡量吸收剂的抗氧化降解能力，对比例1的30wt％mea溶液采用同样方法进行测定，结果见图4，其中(a)为7天内的碱度变化，(b)为7天内的抗氧化降解率。由图4可以看出，随着实验天数的增加，30wt％mea的碱度以及降解率直线上升，而按照本发明实施例1的方法制备的相变吸收剂基本没有太大的改变，这表明该相变吸收剂具有优异的抗氧化降解能力。
69.以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。