[发明专利]专用于CO2气体吸收分离的由功能化离子液体活化的MDEA配方溶液

说明书

技术领域

本发明涉及一种能可逆吸收CO₂的配方溶液，具体地说，是一种功能化离子液体的 配方溶液。

技术背景

随着工业社会的发展，大气污染问题受到人们的广泛关注，其中，二氧化碳(CO₂) 作为导致温室效应的最主要的气体，在《京都议定书》中，控制其排放量已经成为各签 约国具有法律效力的义务。另一方面，化学工业生产中，天然气的脱碳是其应用前十分 重要的一个环节，各种合成气、氢能源制备气等混合气体中也含有各种不同浓度且对过 程有害的CO₂，将其脱除是一道必不可少的生产工序。总的来说，CO₂的脱除在环境保 护、工业生产等方面有着极其重要的意义。

目前，最常用的脱碳方法是有机胺水溶液吸收法，一般是将乙醇胺(MEA)、二乙 醇胺(DEA)、二异丙醇胺(DIPA)，以及甲基二乙醇胺(MDEA)与水配成混合溶液使 用。该法虽然CO₂吸收效果良好，但是具有很多的缺陷。

(1)有机胺特别是MEA、DEA这些伯胺和仲胺由于活性较强，与CO₂作用力强， 吸收后较难解吸，且相对容易降解变质，使得吸收剂稳定性下降，循环使用周期变短。 另外，伯胺和仲胺由于碱性较强，再生时腐蚀设备，因此使得对设备材质的要求高，增 加了生产成本。

(2)MDEA沸点高(247℃)、稳定性高、对设备腐蚀性小，能有效弥补伯胺、仲 胺的缺陷，目前在烟气净化装置中应用最为广泛。然而，由于MDEA是叔胺，没有活 性氢，其吸收CO₂的速率很慢，一般需加入少量的活化剂或促进剂如哌嗪、MEA、DEA、 DIPA、咪唑、二乙烯三胺等一种或多种成分以构成配方溶液。不过这些活化剂或促进剂 本身有一定的蒸汽压，在CO₂吸收和解析的过程中会挥发损失，既损耗物料和吸收能力， 也导致环境污染。

(3)传统吸收剂由于具有一定的粘度，经常使用大量的水(质量含量约为40-50％) 来稀释，吸收过程中所带出的水汽不仅腐蚀设备，而且需要额外的除水步骤从而增加操 作费用；高温(100-150℃)解吸过程中由于水的蒸发而带走大量的潜热，导致过程能 耗居高不下。

所有这些或其他缺点，决定了有机胺水溶液吸收法不是一个环境友好、资源和能源 节约的绿色过程工艺，将会被其它更绿色的绿色过程工艺取代或淘汰。

作为一种新型的绿色溶剂，离子液体是指在室温及相邻温度下完全由离子组成的有 机液体物质，其最大的特点是几乎没有蒸汽压，挥发性低，热稳定性好，而且相对于其 它气体(如N₂、O₂、CO、CH₄、H₂、C₂H₆、C₂H₄等)而言，其对CO₂的溶解度大且分 离选择性高。因此，采用离子液体脱碳可以有效地消除水汽以及有机胺的挥发损失，既 节省能耗和资源，也有效地保护了环境。目前，已有一些研究者在这一方面进行了一定 的探索，E.D.Bates等人(J.Am.Chem.Soc.，2002，124(6)，926-927)合成的[1-丁基-3-(1- 胺基烷基)咪唑]氟硼酸根，K.Fukumoto等人(J.Am.Chem.Soc.，2005，127，2398-2399) 和张锁江等人(Chem.Eur.J.2006，12，4021-4026)合成的氨基酸类离子液体在室温常压 下，其吸收二氧化碳的量可达近0.5mol CO₂/mol离子液体，吸收能力与传统有机胺吸 收剂的吸收能力相当，而且对设备没有腐蚀性，在反复吸收-解吸二氧化碳的过程中吸 收剂不变性也无挥发损失。不过这类离子液体一般具有较高的粘度(通常比水的粘度高 几百到上千倍)，极大地限制了CO₂可逆吸收时传质过程的进行，而且其生产价格及其 原料成本也比现有的有机胺高几十至上百倍，直接作为吸收剂应用既不现实，也不具经 济性，因此至今尚无工业应用的报道。