CN111603893B - 一种co2复合吸收液及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于气体吸收液制备技术领域，具体涉及一种CO₂复合吸收液及其制备方法和应用。该吸收液包括亚乙基胺和空间位阻胺；所述空间位阻胺包括孟烷二胺和/或2‑哌啶乙醇。该CO₂复合吸收液的吸收速率高、吸收量大且再生速度快，重复利用性高；这是因为空间位阻胺与胺基相连的碳源是带有支链的取代基，能够产生明显的空间位阻效应，吸收二氧化碳后，同其他吸收二氧化碳的物质相比，本发明提供的CO₂复合吸收液与二氧化碳间的作用力较弱，有助于二氧化碳从吸收液中解吸出来，使二氧化碳吸收液具有较好的再生效率、重复利用性和易解吸性，有助于降低CO₂复合吸收液的解吸能耗，加快CO₂复合吸收液的解吸。

Description

一种CO2复合吸收液及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于气体吸收液制备技术领域，具体涉及一种CO₂复合吸收液及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，温室效应导致的全球变暖对人类生活产生了不可忽视的影响，如海平面升高、阶段性极热天气频发、区域性干旱等。2018年，联合国政府间气候变化专门委员会发布《全球升温1.5℃》特别报告，指出人类活动造成的温室气体排放是全球变暖的根源。而温室气体中CO₂占比高达60％，因此实现CO₂减排是控制温室效应最有效的手段。CO₂捕集、利用和封存(CCUS)是实现CO₂减排的主要途径。

化学吸收法是CO₂燃烧后捕集最成熟的工艺之一，已经在烟气碳捕集领域得到大规模应用。碳酸钾水溶液、醇胺水溶液、氨水等是化学吸收法常用的吸收剂。其中，钾碱法是通过利用K₂CO₃水溶液吸收CO₂，该工艺对碳钢设备具有强烈的腐蚀作用，其腐蚀速率岁碳酸氢盐浓度的增加而增加；氨水具有吸收速率低，易挥发的缺点；单乙醇胺(MEA)是最常用的吸收液，但单一的MEA作为吸收液有着明显的缺点，如溶剂损失大、再生能耗高、腐蚀容器等。因此，开发新一代吸收液成为CO₂吸收领域的研究重点。

中国专利文献CN107106967A，公开了一种具有醇和胺的碳捕获溶剂，该溶剂包括氨基位阻醇、多胺和碳酸盐缓冲液；其中氨基位阻醇包括2-甲基氨基-2-甲基-1-丙醇和2-氨基-2-甲基丙醇，但是该溶剂的CO₂捕获速率仍较慢，在实际应用不能满足要求，同时CO₂吸收量仍较小。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中CO₂吸收液的吸收速率低、吸收量小、再生速率慢等缺陷，从而提供一种CO₂复合吸收液及其制备方法和应用。

为此，本发明提供了以下技术方案。

本发明提供了一种CO₂复合吸收液，包括亚乙基胺和空间位阻胺；

所述空间位阻胺包括孟烷二胺和/或2-哌啶乙醇。

所述空间位阻胺还包括2-氨基-2-甲基-1-丙醇。

空间位阻胺是具有空间位阻效应的胺类物质的总称。

所述2-氨基-2-甲基-1-丙醇和所述孟烷二胺的质量比为(1-3)：1；和/或，

所述2-氨基-2-甲基-1-丙醇和所述2-哌啶乙醇的质量比为(1-3)：1。

所述亚乙基胺和空间位阻胺的总量在所述CO₂复合吸收液中的含量为5-30wt％。

所述亚乙基胺和空间位阻胺的质量比为(1-5)：1。

所述CO₂复合吸收液还包括抗氧化剂。

所述抗氧化剂在所述CO₂复合吸收液中的含量为1-5wt％。

所述抗氧化剂可以是但不限于四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、丁酮肟、乙醛肟和丙酮肟。

所述亚乙基胺为二亚乙基三胺、三亚乙基四胺和四亚乙基五胺中的至少一种。

本发明还提供了一种制备上述CO₂复合吸收液的方法，包括，将各个组分混合均匀后得到CO₂复合吸收液。

此外，本发明还提供了一种上述CO₂复合吸收液或上述方法制备得到的CO₂复合吸收液在捕集燃煤电厂排放气体中的CO₂中的应用。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的CO₂复合吸收液，包括亚乙基胺和空间位阻胺；所述空间位阻胺包括孟烷二胺和/或2-哌啶乙醇。该CO₂复合吸收液的吸收速率高、吸收量大且再生速度快，重复利用性高；这是因为空间位阻胺与胺基相连的碳源是带有支链的取代基，能够产生明显的空间位阻效应，吸收二氧化碳后，同其他吸收二氧化碳的物质相比，本发明提供的CO₂复合吸收液与二氧化碳间的作用力较弱，有助于二氧化碳从吸收液中解吸出来，使CO₂复合吸收液具有较好的再生效率、重复利用性和易解吸性，有助于降低CO₂复合吸收液的解吸能耗，加快CO₂复合吸收液的解吸；该二CO₂复合吸收液中的亚乙基胺为多聚胺类物质，具有多个胺基官能团，为CO₂的吸收提供了多个潜在的吸收功能位点，有助于提高CO₂复合吸收液的吸收容量。空间位阻胺和亚乙基胺协同作用可以同时提高CO₂复合吸收液的吸收速率、吸收能力以及再生利用率。

该CO₂复合吸收液可以捕集燃煤电厂排放气体中的CO₂。

2.本发明提供的CO₂复合吸收液，该吸收液中的空间位阻胺还包括2-氨基-2-甲基-1-丙醇，2-氨基-2-甲基-1-丙醇吸收CO₂后与CO₂间作用力较弱，但是对CO₂可以达到1:1吸收，将其添加到CO₂复合吸收液中，有利于二氧化碳从吸收液中解吸出来，提高了CO₂复合吸收液的再生速度和吸收容量。

通过控制亚乙基胺和空间位阻胺的质量比以及亚乙基胺和空间位阻胺在吸收液中的含量，可以同时实现高吸收量和低解吸能耗。

3.本发明提供的CO₂复合吸收液，在该吸收液中加入抗氧化剂，可以防止吸收液中的胺被氧气，减缓吸收性能损耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明试验例中进行吸收/解吸测试的装置；

附图标记：

1-缓冲瓶；2-吸收瓶；3-恒温水浴槽；4-气体流通管路。

具体实施方式

提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。

实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。

实施例1

本实施例提供了一种CO₂复合吸收液，该CO₂复合吸收液包括10g二亚乙基三胺、10g孟烷二胺、1g四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和79g水；

上述CO₂复合吸收液的制备方法包括，将各个原料混合均匀后得到CO₂复合吸收液。

实施例2

本实施例提供了一种CO₂复合吸收液，该CO₂复合吸收液包括15g三亚乙基四胺、5g孟烷二胺、1g四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和79g水；

上述CO₂复合吸收液的制备方法包括，将各个原料混合均匀后得到CO₂复合吸收液。

实施例3

本实施例提供了一种CO₂复合吸收液，该CO₂复合吸收液包括5g四亚乙基五胺、1g孟烷二胺、1g四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和93g水；

上述CO₂复合吸收液的制备方法包括，将各个原料混合均匀后得到CO₂复合吸收液。

实施例4

本实施例提供了一种CO₂复合吸收液，该CO₂复合吸收液包括10g二亚乙基三胺、10g2-哌啶乙醇、1g四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和79g水；

上述CO₂复合吸收液的制备方法包括，将各个原料混合均匀后得到CO₂复合吸收液。

实施例5

本实施例提供了一种CO₂复合吸收液，该CO₂复合吸收液包括10g三亚乙基四胺、10g2-哌啶乙醇、1g四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和79g水；

上述CO₂复合吸收液的制备方法包括，将各个原料混合均匀后得到CO₂复合吸收液。

实施例6

本实施例提供了一种CO₂复合吸收液，该CO₂复合吸收液包括10g四亚乙基五胺、10g2-哌啶乙醇、1g四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和79g水；

上述CO₂复合吸收液的制备方法包括，将各个原料混合均匀后得到CO₂复合吸收液。

实施例7

本实施例提供了一种CO₂复合吸收液，该CO₂复合吸收液包括15g二亚乙基三胺、15g孟烷二胺、3g四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和67g水；

上述CO₂复合吸收液的制备方法包括，将各个原料混合均匀后得到CO₂复合吸收液。

实施例8

本实施例提供了一种CO₂复合吸收液，该CO₂复合吸收液包括10g二亚乙基三胺、20g2-哌啶乙醇、5g四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和65g水；

上述CO₂复合吸收液的制备方法包括，将各个原料混合均匀后得到CO₂复合吸收液。

实施例9

本实施例提供了一种CO₂复合吸收液，该CO₂复合吸收液包括10g二亚乙基三胺、5g孟烷二胺、8g 2-哌啶乙醇、3g四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和74g水；

上述CO₂复合吸收液的制备方法包括，将各个原料混合均匀后得到CO₂复合吸收液。

实施例10

本实施例提供了一种CO₂复合吸收液，该CO₂复合吸收液包括10g二亚乙基三胺、4g孟烷二胺、4g 2-哌啶乙醇、4g 2-氨基-2-甲基-1-丙醇、1g四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和77g水；

上述CO₂复合吸收液的制备方法包括，将各个原料混合均匀后得到CO₂复合吸收液。

对比例1

本对比例提供了一种CO₂复合吸收液，该CO₂复合吸收液包括20g单乙醇胺、1g四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和79g水；

上述CO₂复合吸收液的制备方法包括，将各个原料混合均匀后得到CO₂吸收液。

对比例2

本对比例提供了一种CO₂复合吸收液，该CO₂复合吸收液包括20g 2-氨基-2-甲基-1-丙醇、1g四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和79g水；

上述CO₂复合吸收液的制备方法包括，将各个原料混合均匀后得到CO₂吸收液。

对比例3

本对比例提供了一种CO₂复合吸收液，该CO₂复合吸收液包括6g单乙醇胺、1g四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和93g水；

上述CO₂复合吸收液的制备方法包括，将各个原料混合均匀后得到CO₂吸收液。

试验例

本试验例提供了实施例1-10和对比例1-3提供的CO₂复合吸收液对CO₂吸收的性能测试，测试方法如下，

采用鼓泡法对各个吸收液进行吸收/解吸测试，测试装置如图1所示，包括缓冲瓶1、吸收瓶2、气体流通管路4和恒温水浴槽3，将缓冲瓶和吸收瓶置于恒温水浴槽中，保证吸收温度恒定；二氧化碳和氮气的混合气体先通入缓冲瓶中混合均匀，然后将混合后的气体通入吸收瓶中，吸收瓶中的吸收液为待测试的CO₂复合吸收液；吸收过程中的混合气体是体积分数为12％的CO₂和88％的N₂的混合气体；待吸收液达到饱和吸收量后进行解吸，解吸过程的气体为N ₂，解吸温度为80℃，解吸过程为吸收液的再生测试实验；其中，饱和吸收量为吸收液中的CO₂的含量，单位为mg/g，每克吸收液中CO₂的含量，是通过测试装置增加的质量得到的；达到饱和所需时间为吸收液达到饱和的时间，再生过程吸收液载荷量变化是随着时间变化吸收液中CO₂的含量，再生15min后吸收液载荷量/饱和吸收量以表征吸收液的解吸速度，比值越小，说明解吸越快，再生利用率高。

表1各个实施例和对比例提供的吸收液的性能测试结果

从表1中可以看出，实施例1和对比例相比，说明本发明提供的CO₂复合吸收液的吸收量高、吸收速率快、再生利用率高；对比例2中在解吸过程中出现了结晶，不能实现再生利用。实施例3和对比例3相比，说明本发明提供的CO₂复合吸收液的吸收速率快，吸收量高、再生利用率高。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种CO₂复合吸收液，其特征在于，包括亚乙基胺和空间位阻胺；

所述空间位阻胺包括孟烷二胺和/或2-哌啶乙醇；

所述亚乙基胺和空间位阻胺的质量比为(1-3)：1。

2.根据权利要求1所述的CO₂复合吸收液，其特征在于，所述空间位阻胺还包括2-氨基-2-甲基-1-丙醇。

3.根据权利要求2所述的CO₂复合吸收液，其特征在于，所述2-氨基-2-甲基-1-丙醇和所述孟烷二胺的质量比为(1-3)：1；和/或，

所述2-氨基-2-甲基-1-丙醇和所述2-哌啶乙醇的质量比为(1-3)：1。

4.根据权利要求1-3任一项所述的CO₂复合吸收液，其特征在于，所述亚乙基胺和空间位阻胺的总量在所述CO₂复合吸收液中的含量为5-30wt％。

5.根据权利要求1-4任一项所述的CO₂复合吸收液，其特征在于，还包括抗氧化剂。

6.根据权利要求5所述的CO₂复合吸收液，其特征在于，所述抗氧化剂在所述CO₂复合吸收液中的含量为1-5wt％。

7.根据权利要求1-6任一项所述的CO₂复合吸收液，其特征在于，所述亚乙基胺为二亚乙基三胺、三亚乙基四胺和四亚乙基五胺中的至少一种。

8.一种制备权利要求1-7任一项所述CO₂复合吸收液的方法，其特征在于，包括，将各个组分混合均匀后得到CO₂复合吸收液。

9.权利要求1-7任一项所述的CO₂复合吸收液或权利要求8所述方法制备得到的CO₂复合吸收液在捕集燃煤电厂排放气体中的CO₂的应用。

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