一种用于二氧化碳捕集的相行为可控吸收剂、其制备方法和应用与流程

本发明属于气体分离，具体涉及一种用于二氧化碳捕集的相行为可控吸收剂、其制备方法和应用。

背景技术：

1、全球气候变暖问题加剧，各国承诺共同努力将全球变暖控制在工业化前水平的1.5℃以内。为实现以上温控目标，到2050年全球二氧化碳减排必须达到80％以上。碳捕集、封存与利用(ccus)是实现这一目标的必要手段，预计到2050年ccus将抵消当前全球碳排放量的10％-20％。目前，采用化学吸收法捕集co2是工业应用最成熟的技术，但co2捕集成本高限制了化学吸收法大范围应用。

2、为降低化学吸收法co2捕集能耗，研究者开发一系列具有相分离特性的化学吸收剂，以期实现低能耗碳捕集。现有技术中较为常用的co2吸收剂为具有相分离特性的化学吸收剂，其吸收co2前为均相，吸收co2后，形成液-液或液-固两相，仅co2富集相进入再生单元，减少再生单元的处理量，进而降低co2捕集能耗。以上这类吸收剂因吸收co2存在相分离现在，需要设置相分离器，增加了流程和相应设备，无法在现有装置上直接应用。中国专利申请“一种有机胺相变吸收剂及其应用”(申请号202311180531.9，公开日2023年12月1日)提出一种有机胺相变吸收剂，所述有机胺相变吸收剂包括有机胺混合液、分相诱导剂、阻氧剂以及水。所述有机胺混合液包括n,n-二乙基乙醇胺和二乙烯三胺的混合液。中国专利申请“一种用于捕获二氧化碳的无水液-液相变吸收剂”(申请号202210697935.4，公开日2023年12月29日)提出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、正丙醇胺或丁醇胺。叔胺为五甲基二乙烯三胺、四甲基丙二胺或四甲基乙二胺，有机溶剂为丙三醇、1,4-丁二醇、1,3-丙二醇或乙二醇。

3、另一类具有相分离特性的化学吸收剂，其吸收co2前和后都是均相，只在解吸过程中由于温度升高形成两相，上液相的胺起到萃取作用，促进吸收剂解吸，从而降低能耗。基于热致相变理论开发了一系列由亲脂性胺构成的相变吸收剂，亲脂性胺粘度一般较大，对co2吸收速率影响较大，典型的亲脂性胺有dmca和二丙胺(zhang,j.,y.qiao,andd.w.agar,intensification of low temperature thermomorphic biphasic aminesolvent regeneration for co2 capture.chemical engineering research anddesign,2012.90(6):p.743-749.)。

4、但上述吸收剂存在吸收二氧化碳速率不高的问题，并且因为吸收co2后会形成液-液或液-固两相，在吸收剂再生前，需要专门的液液或液固分离设备进行分离，增加工艺流程，一次性设备投资大。因此提供一种吸收剂，具有较高的吸收速率，并且设备投资小，在原来设备的基础上就可直接应用，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的之一在于，提供一种用于二氧化碳捕集的相行为可控吸收剂，该吸收剂在吸收co2前均相，吸收co2过程中形成液液两相，吸收co2饱和后恢复均相。利用该吸收剂吸收co2过程中均相-液液两相-均相的相行为特征，提高吸收剂吸收co2速率，从而提高其吸收性能和降低co2捕集能耗，降低设备一次性投资。

2、本发明的目的之二在于，提供该相行为可控吸收剂的制备方法。

3、本发明的目的之三在于，提供该相行为可控吸收剂的应用。

4、本发明的目的之四在于，提供采用该相行为可控吸收剂捕集二氧化碳的方法。

5、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

6、本发明公开的一种用于二氧化碳捕集的相行为可控吸收剂，所述相行为可控吸收剂吸收co2前为均相，吸收co2过程中形成液-液两相，吸收co2至饱和恢复均相；

7、所述相行为可控吸收剂按质量100％计，包含主剂二乙烯三胺20～35％，分相调控剂15～35％，余量为水；

8、其中分相调控剂为二乙氨基乙醇和五甲基二亚乙基三胺，其质量比为1:4～4:1。

9、本发明的部分实施方案中，所述相行为可控吸收剂按质量100％计，包含主剂二乙烯三胺20～30％，分相调控剂20～35％，余量为水。

10、本发明的部分实施方案中，所述相行为可控吸收剂吸收co2前为均相，吸收co2过程中co2负载在0.8～2.5mol/kg开始形成液-液两相，继续吸收co2，co2负载至4.0～5.0mol/kg恢复均相。

11、本发明的一个实施例中，所述相行为可控吸收剂吸收co2前为均相，吸收co2过程中co2负载在0.95mol/kg开始形成液-液两相，继续吸收co2，co2负载至4.59mol/kg恢复均相。

12、本发明的一个实施例中，所述相行为可控吸收剂吸收co2前为均相，吸收co2过程中co2负载在1.41mol/kg开始形成液-液两相，继续吸收co2，co2负载至4.37mol/kg恢复均相。

13、本发明的一个实施例中，所述相行为可控吸收剂吸收co2前为均相，吸收co2过程中co2负载在2.24mol/kg开始形成液-液两相，继续吸收co2，co2负载至4.25mol/kg恢复均相。本发明的部分实施方案中，相行为可控吸收剂吸收co2前均相，co2分压升至2～5kpa开始形成液-液两相，继续增大co2分压至7～13kpa恢复均相。

14、本发明的一个实施例中，相行为可控吸收剂吸收co2前均相，co2分压升至2.6kpa开始形成液-液两相，继续增大co2分压至12.5kpa恢复均相。

15、本发明的一个实施例中，相行为可控吸收剂吸收co2前均相，co2分压升至3.2kpa开始形成液-液两相，继续增大co2分压至8.7kpa恢复均相。

16、本发明的一个实施例中，相行为可控吸收剂吸收co2前均相，co2分压升至4.7kpa开始形成液-液两相，继续增大co2分压至7.1kpa恢复均相。

17、本发明公开的上述二氧化碳捕集的相行为可控吸收剂的制备方法，包括如下步骤：按比例准备各原料，混合均匀，即得所述相行为可控吸收剂。

18、本发明公开的上述二氧化碳捕集的相行为可控吸收剂的应用，所述应用为在处理含二氧化碳气体中的应用。

19、本发明的部分实施方案中，所述含二氧化碳气体中二氧化碳体积分数为7％～20％。

20、本发明公开的一种二氧化碳捕集方法，采用上述的相行为可控吸收剂吸收含二氧化碳气体。

21、本发明的部分实施方案中，所述相行为可控吸收剂吸收co2至饱和恢复均相后，进行加热解吸co2，解吸再生后的相行为可控吸收剂返回吸收工序循环用于co2吸收。

22、本发明相行为可控吸收剂中，主剂二乙烯三胺和分相调控剂油水分配系数差异较大。主剂是多胺相对亲水，co2分压低时主要吸收co2，产生氨基碳酸盐；分相调控剂相对疏水是三级胺，与co2反应慢且低分压时与co2反应的少。分相过程如下：低浓度co2时，主剂吸收co2，生成的氨基碳酸盐盐析效应把相对疏水的分相调控剂析出，形成液液两相；随着co2分压的升高，尽管主剂继续吸收co2，但分相调控剂与co2反应的更多，使原本被析出的分相调控剂减少，形成均相。

23、压力的变化没有直接影响物质的溶解度，而是物质与co2反应，形成更易溶于水的盐。

24、co2分压不变或减少，均相的吸收剂会重新形成两相。比如，吸收剂吸收15％ co2饱和后均相；用n2吹扫，均相的吸收剂会出现液液两相。

25、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

26、本发明的吸收剂具有分相可控的特性，通过调节二氧化碳捕集过程中co2负载和co2分压，吸收剂相行为表现为均相-液液分相-均相，实现相行为可控。

27、本发明的相行为可控吸收剂在吸收co2过程中表现均相-液液两相-均相的相行为特征，在液液两相阶段实现气-液-液三相传质强化，提高吸收co2速率，进而提高其吸收性能和降低co2捕集能耗。

28、本发明的相行为可控吸收剂可直接在原来的吸收解吸设备上进行即可，无需另行配置单独的液液或液固分离设备。相比于其他相行为可控吸收剂的工业应用，一次性设备投资少。