一种用于捕集和分离纯化二氧化碳的复合吸收剂
阅读说明：本技术 一种用于捕集和分离纯化二氧化碳的复合吸收剂 (Composite absorbent for capturing, separating and purifying carbon dioxide ) 是由 李跃辉 高小龙 范岩 王忠科 孙亚军 孙玉霞 于 2021-10-14 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于捕集和分离纯化二氧化碳的复合吸收剂,该吸收剂由具有通式Ⅰ或通式Ⅱ或通式Ⅲ结构的胺类化合物与常规吸收剂按1:1～5的质量比混合均匀制得；通式Ⅰ：；通式Ⅱ：；通式Ⅲ：；式中：R为烷基、烃基、芳基中的一种；R-(1)或R-(2)为氢、烷基、烃基、芳基中的一种。本发明在保持CO-(2)吸收效率的同时,也具有良好的解吸性能和抗氧化性,适用于天然气、烟道气、煤气等混合气体中CO-(2)的捕集和分离纯化。(The invention relates to a composite absorbent for capturing, separating and purifying carbon dioxide, which is prepared by uniformly mixing an amine compound with a structure of a general formula I or a general formula II or a general formula III with a conventional absorbent according to a mass ratio of 1: 1-5; general formula I: (ii) a General formula II: (ii) a General formula III: (ii) a In the formula: r is one of alkyl, alkyl and aryl; r 1 Or R 2 Is one of hydrogen, alkyl and aryl. The invention is keeping CO 2 Has good desorption performance and oxidation resistance while absorbing efficiency, and is suitable for CO in mixed gas such as natural gas, flue gas, coal gas and the like 2 The capture, separation and purification.)
技术领域
本发明涉及气体捕集和分离纯化技术领域，尤其涉及一种用于捕集和分离纯化二氧化碳的复合吸收剂。
背景技术
近年来随着工业化的飞速发展，CO2排放日渐增多，CO2作为主要的温室气体，对全球气候变化及生态环境变化都产生了巨大的影响，因此捕集和转化利用CO2变得愈加重要。
2002年，南化集团研究院毛松柏等人申请的专利CN1354036 A介绍了一种含有一乙醇胺与活性胺组合的复合胺吸收剂用于CO2的吸收，其优势在于再生能耗低，对设备腐蚀性小且降解率低。2005年，南化集团研究院毛松柏等人申请的专利CN1660469 A介绍了一种防止一乙醇胺回收CO2装置腐蚀的方法，即采用一种具有空间位阻效应的胺与一乙醇胺混合使用，同时使用一种氧化膜型腐蚀抑制剂，可高效降低传统一乙醇胺水溶液的腐蚀性。2016年华侨大学荆国华等人申请的专利CN106039936 A介绍了一种用于捕集CO2的两相胺吸收剂及其应用，该专利中采用二乙烯三胺、五甲基二乙烯三胺和水组合的三元吸收体系，其在吸收CO2之前为均一相溶液，吸收CO2饱和后分为两相，CO2富集于水相，相分离后只需将富含CO2的水相进行加热解吸，能够有效降低吸收液再生能耗。
尽管上述专利在一定程度上可以解决设备腐蚀或解吸能耗高的问题，但是吸收液自身的吸收和解吸效率还有待进一步提高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高效的用于捕集和分离纯化二氧化碳的复合吸收剂。
为解决上述问题，本发明所述的一种用于捕集和分离纯化二氧化碳的复合吸收剂，其特征在于：该吸收剂由具有通式Ⅰ或通式Ⅱ或通式Ⅲ结构的胺类化合物与常规吸收剂按1:1~5的质量比混合均匀制得；
通式Ⅰ：；通式Ⅱ：；通式Ⅲ：；
式中：R为烷基、烃基、芳基中的一种；R1或R2为氢、烷基、烃基、芳基中的一种。
所述胺类化合物是指氰胺、双氰胺、氨基乙腈、3-氨基丙腈、3-甲氨基丙腈、1-环丙基哌嗪-2-甲腈、二甲基氰胺、2-氰基-1,3-二甲基胍中的一种。
所述常规吸收剂是指一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、二乙胺、N-甲基二乙醇胺、N-(2-羟乙基)乙二胺、2-甲氨基乙醇、N,N-二甲基乙醇胺、3-氨基丙醇、二异丙醇胺、杂氮二环、二甘醇胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、哌嗪、吗啉、正丙胺、异丙胺、二环己胺、叔丁胺、哌啶、3-甲基哌啶的一种。
如上所述的一种用于捕集和分离纯化二氧化碳的复合吸收剂的应用，其特征在于：该复合吸收剂与水混合形成混合水溶液后进行解吸，且该混合水溶液中胺的质量分数为20%~60%。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明采用一些具有特殊结构的胺与一乙醇胺（MEA）、二乙烯三胺（DETA）等常规吸收剂组成混合吸收剂，在保持CO2吸收效率的同时，也具有良好的解吸性能和抗氧化性。
2、本发明中具有特殊结构胺的加入，对吸收剂性能改造具有一定的促进作用。
3、本发明适用于天然气、烟道气、煤气等混合气体中CO2的捕集和分离纯化；采用本发明复合吸收剂，可实现二氧化碳的高效吸收和解吸过程。
具体实施方式
一种用于捕集和分离纯化二氧化碳的复合吸收剂，该吸收剂由具有通式Ⅰ或通式Ⅱ或通式Ⅲ结构的胺类化合物与常规吸收剂按1:1~5的质量比混合均匀制得；
通式Ⅰ：；通式Ⅱ：；通式Ⅲ：；
式中：R为烷基、烃基、芳基中的一种；R1或R2为氢、烷基、烃基、芳基中的一种。
胺类化合物优选氰胺、双氰胺、氨基乙腈、3-氨基丙腈、3-甲氨基丙腈、1-环丙基哌嗪-2-甲腈、二甲基氰胺、2-氰基-1,3-二甲基胍中的一种。
常规吸收剂是指一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、二乙胺、N-甲基二乙醇胺、N-(2-羟乙基)乙二胺、2-甲氨基乙醇、N,N-二甲基乙醇胺、3-氨基丙醇、二异丙醇胺、杂氮二环、二甘醇胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、哌嗪、吗啉、正丙胺、异丙胺、二环己胺、叔丁胺、哌啶、3-甲基哌啶的一种。
该用于捕集和分离纯化二氧化碳的复合吸收剂的应用：该复合吸收剂与水混合形成混合水溶液后进行解吸，且该混合水溶液中胺的质量分数为20%~60%。
实施例1 一种用于捕集和分离纯化二氧化碳的复合吸收剂，该吸收剂由20%一乙醇胺和10%氰胺混合均匀制得。
实施例2 一种用于捕集和分离纯化二氧化碳的复合吸收剂，该吸收剂由20%二乙烯三胺和10%氰胺混合均匀制得。
实施例3 一种用于捕集和分离纯化二氧化碳的复合吸收剂，该吸收剂由20%哌嗪和10%氰胺混合均匀制得。
实施例4 一种用于捕集和分离纯化二氧化碳的复合吸收剂，该吸收剂由20%2-甲氨基乙醇和10%氰胺混合均匀制得。
实施例5 一种用于捕集和分离纯化二氧化碳的复合吸收剂，该吸收剂由10%一乙醇胺和10%3-氨基丙腈混合均匀制得。
实施例6 一种用于捕集和分离纯化二氧化碳的复合吸收剂，该吸收剂由25% N-甲基二乙醇胺和5% 1,6-双氰基胍基己烷混合均匀制得。
实施例7 一种用于捕集和分离纯化二氧化碳的复合吸收剂，该吸收剂由20%哌嗪和10%氨基乙腈混合均匀制得。
实施例8 一种用于捕集和分离纯化二氧化碳的复合吸收剂，该吸收剂由30% N-(2-羟乙基)乙二胺和10%二甲基氰胺混合均匀制得。
实施例9 一种用于捕集和分离纯化二氧化碳的复合吸收剂，该吸收剂由20%吗啉和20%3-氨基丙腈混合均匀制得。
实施例10 一种用于捕集和分离纯化二氧化碳的复合吸收剂，该吸收剂由40% N-(2-羟乙基)乙二胺和20%双氰胺混合均匀制得。
在反应瓶中加入实施例1~10所得的吸收剂，再按表1中的用量加入水，配成一定浓度的吸收液；然后将反应瓶放入水浴锅中，通入CO2气体30 min，待反应体系恢复至室温后计量CO2吸收量。随后将该反应瓶放入120 ℃油浴中加热解吸30 min，待反应体系恢复至室温后计量解吸出的CO2质量。
表1 吸收剂的初次吸收率和解吸率
由实施例1~10可知，本发明所提供的复合吸收剂吸收率最高可达67%，解吸率最高可达80%；复合吸收解吸效率最高可达47%左右（实施例10），具有较好的市场应用前景。
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