一种用于天然气发电厂燃烧后二氧化碳捕集的高效吸收剂及其应用的制作方法

本发明属于吸收剂及其应用，具体地涉及一种用于天然气发电厂燃烧后二氧化碳捕集的高效吸收剂及应用。

背景技术：

1、采用大规模的零碳或负碳技术削减火力发电企业的碳排放是应对气候变化的重要措施。在众多碳减排技术中，基于化学吸收法的燃烧后碳捕集工艺是目前技术条件最为成熟、最接近实现大规模商业运行的技术。其技术原理是在低温条件下利用碱性吸收剂将co2从工业废气中分离，在高温条件下对吸收co2后的溶液进行解吸；解吸后的溶液经降温后可重新吸收co2，解吸生成的高浓度co2经进一步降温、纯化、脱水后制成工业级、食品级等不同纯度的co2用于其它行业，或经加压处理后进行地质封存。

2、现有技术中单一胺类吸收剂各有优劣，无法全面满足工业应用需求。伯胺和仲胺如mea、dea等吸收速率高，价格合理，但对设备的腐蚀性较大，且溶剂易降解挥发，再生能耗大。叔胺如mdea、deae等再生能耗低、化学稳定性高，但吸收速率慢。位阻胺如amp，氨基相邻的碳原子上有两个甲基支链，使得吸收co2后生成的氨基甲酸盐稳定性低，容易分解生成碳酸氢盐或碳酸盐。因此通过调节各组分的比例和配方，可以实现co2更高的吸收速率、更好的选择性以及更快的解吸速率、更低的能耗。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于天然气发电厂燃烧后二氧化碳捕集的高效吸收剂的制备及其应用。

2、本发明要解决的技术问题：单一胺类吸收剂性能及基础碳捕集工艺无法全面满足二氧化碳捕集系统对捕集效率及能耗的需求。

3、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

4、一种用于天然气发电厂燃烧后二氧化碳捕集的高效吸收剂制备及其应用，其中吸收剂按照以下质量分数的成分组成：主吸收剂10％-40％、助吸收剂3％-15％、活化剂3％-15％、抗氧化剂0.5％-1.5％、缓蚀剂0.5％-1.5％和水50％-70％。

5、所述主吸收剂组分包括amp、bdea、deae和ampd中的一种或两种。

6、所述助吸收剂组分包括mdea、aepd和aeea中的一种或两种。

7、所述活化剂组分包括mea、deta和pz中的一种或两种。

8、二氧化碳捕集工艺流程如图1所示，在碳捕集的基础工艺上，增加富液回注工艺和再生气余热回收工艺。

9、所述富液回注工艺指将吸收塔部分富液回注至吸收塔贫液入口管道。

10、所述再生气余热回收工艺指将吸收塔部分富液经换热器与再生气进行热交换后再经贫富液换热器与贫液进行热交换。

11、进一步地，主吸收剂组分中叔胺类吸收剂吸收容量大，再生能耗低，对设备腐蚀性低。叔胺没有活泼的氢原子，化学性质更加稳定，在运行过程中不易降解和被氧化。由于叔胺没有活泼氢原子，不能直接与co2反应生成氨基甲酸酯，但可以促进co2与水反应生成碳酸氢盐。反应机理为：

12、co2+h2o＝h++hco3-

13、rr’r”n+h+＝rr’r”nh+。

14、进一步地，主吸收剂组分中，amp分子中与氮原子相邻的阿尔法碳原子上带有一个取代基，具有空间位阻效应，因此amp既具有伯胺和仲胺类似的较快的反应速率，又具有叔胺类似的较高的吸收容量。反应机理为：

15、co2+2amp＝ampcoo-+amph+

16、ampcoo-+h2o＝amp+hco3-。

17、进一步地，主吸收剂组分中，伯胺和仲胺类吸收剂会与co2反应生成氨基甲酸酯，反应速率快，反应机理为：

18、co2+rr’nh＝rr’nh+coo-

19、rr’nh+coo-+rr’nhrr’nh++rr’ncoo-。

20、进一步地，pz属于仲胺，有两个氨基，理论co2吸收容量大，吸收富液解吸难度低，但其环状结构会导致pz浓度高时黏度升高且易产生结晶，这限制了高浓度pz的应用。因此，一般选择低浓度的pz与其他胺混合，作为吸收过程的活化剂，提升混合胺吸收剂的吸收效率。反应机理为：

21、co2+pz+b＝pzcoo-+b+

22、co2+pzcoo-+b＝pz(coo-)2+b+

23、其中，碱b可以是pz、pzcoo-、pzh+、h2o和oh-。

24、pz与co2反应生成不稳定的中间酸碱络合物pz(coo)2，pz(coo)2在碳酸水溶液中传递co2，起到类似催化剂的作用，加快混合吸收剂吸收co2的反应速率。

25、所述抗氧化剂包含碳酸肼、亚硫酸铵中的一种或两种；缓蚀剂包含钼酸钠、钨酸钠中的一种或两种。

26、进一步地，二氧化碳捕集工艺包括以下步骤：

27、从烟道来的烟气经洗涤塔降温后进入吸收塔下部，在吸收塔内与从吸收塔上部进入的吸收剂贫液逆流接触，烟气中的co2与吸收剂反应被吸收。吸收co2后的富液一部分直接进入贫富液换热器，与从再生塔出来的贫液换热后进入再生塔解吸；一部分回注至吸收塔贫液入口管道，与解吸后的贫液一同送入吸收塔上部重新吸收co2；一部分经换热器与再生塔解吸出的再生气co2进行热交换后再进入贫富液换热器。

28、进一步地，烟气流量为1500～3000nm3/h；吸收塔入口烟气温度为32℃～46℃；吸收剂循环流量为4～6m3/h；再生塔操作压力为5～50kpa；再沸器中蒸汽压力为0.3～0.5mpa，蒸汽温度为135～155℃，蒸汽流量为200～400kg/h。

29、本发明的有益效果：

30、1、本发明技术方案中，保证吸收剂在长期运行的稳定性，降低主吸收剂和助吸收剂在富氧运行环境下的分解，降低分解产物对设备的腐蚀，在吸收剂中添加了抗氧化剂，其中包含碳酸肼、亚硫酸铵中的一种或多种，其质量含量为0.5％-1.5％。

31、2、本发明技术方案中，保证吸收剂在低co2环境下具有良好的吸收效率85％-92％，在富氧环境下可以稳定运行2年以上，年平均性能衰减速率≤2％(以吸收效率计)，此外本发明吸收剂也适用于燃煤电厂烟气、天然气处理、石灰窑烟气、高炉煤气、焦炉煤气等工业烟气、尾气的二氧化碳捕集。

技术特征：

1.一种用于天然气发电厂燃烧后二氧化碳捕集的高效吸收剂，其特征在于，按照以下质量分数的成分组成：主吸收剂10％-40％、助吸收剂3％-15％、活化剂3％-15％、抗氧化剂0.5％-1.5％、缓蚀剂0.5％-1.5％和水50％-70％。

2.根据权利要求1所述的一种用于天然气发电厂燃烧后二氧化碳捕集的高效吸收剂，其特征在于，主吸收剂组分包括amp、bdea、deae和ampd中的一种或两种。

3.根据权利要求1所述的一种用于天然气发电厂燃烧后二氧化碳捕集的高效吸收剂，其特征在于，助吸收剂组分包括mdea、aepd和aeea中的一种或两种。

4.根据权利要求1所述的一种用于天然气发电厂燃烧后二氧化碳捕集的高效吸收剂，其特征在于，活化剂组分包括mea、deta和pz中的一种或两种。

5.根据权利要求2所述的一种用于天然气发电厂燃烧后二氧化碳捕集的高效吸收剂，其特征在于，主吸收剂组分中反应机理为：

6.根据权利要求2所述的一种用于天然气发电厂燃烧后二氧化碳捕集的高效吸收剂，其特征在于，主吸收剂组分中反应机理为：

7.根据权利要求2所述的一种用于天然气发电厂燃烧后二氧化碳捕集的高效吸收剂，其特征在于，主吸收剂组分中反应机理为：

8.根据权利要求4所述的一种用于天然气发电厂燃烧后二氧化碳捕集的高效吸收剂，其特征在于，pz反应机理为：

9.根据权利要求1所述的一种用于天然气发电厂燃烧后二氧化碳捕集的高效吸收剂，其特征在于，抗氧化剂包含碳酸肼、亚硫酸铵中的一种或两种；缓蚀剂包含钼酸钠、钨酸钠中的一种或两种。

10.根据权利要求1所述的一种用于天然气发电厂燃烧后二氧化碳捕集的高效吸收剂，其特征在于，在吸收塔内的应用包括以下步骤：

技术总结
本发明属于吸收剂制备及其应用技术领域，具体地涉及一种用于天然气发电厂燃烧后二氧化碳捕集的高效吸收剂及其应用。吸收剂按照以下质量分数的成分组成：主吸收剂10％‑40％、助吸收剂3％‑15％、活化剂3％‑15％、抗氧化剂0.5％‑1.5％、缓蚀剂0.5％‑1.5％和水50％‑70％。吸收剂的应用过程在碳捕集的基础工艺上，增加富液回注工艺和再生气余热回收工艺，提高吸收剂的吸收效率，降低解吸能耗。为保证吸收剂在长期运行的稳定性，降低主吸收剂和助吸收剂在富氧运行环境下的分解，降低分解产物对设备的腐蚀，在吸收剂中添加了抗氧化剂。保证吸收剂在低CO2环境下具有良好的吸收效率85％‑92％，在富氧环境下可以稳定运行2年以上，年平均性能衰减速率≤2％。

技术研发人员：王云阳,张丽,金绪良,王海刚,黄忠源,张真,杨钧晗,贾嘉,殷爱鸣,董磊,殷东,孟凡钦
受保护的技术使用者：中国大唐集团科学技术研究总院有限公司华北电力试验研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1