[发明专利]用于膜接触器捕集CO2气体的活化溶液

说明书

一、技术领域

本发明涉及膜分离技术领域，特别是一种用于捕集CO₂气体的活化溶液。

二、背景技术

气候变暖已受到全球的高度关注，二氧化碳因具有温室效应被普遍认为是导致全球气候变暖的重要原因之一。减少二氧化碳排放，降低大气中二氧化碳浓度，实现低碳经济，是人类面临的共同难题和挑战。各种高效低能耗可行的分离和捕集CO₂技术受到各国的高度重视。各种高性能捕集CO₂吸收剂的开发是此领域研究的主题之一，近几年来，活化溶液由于其独特的性能已成为捕集CO₂研究领域的热门课题。

活化溶液是复合溶液中的一种，兼容了单一溶液的优良性能，在捕集CO₂过程中可提供更高的传质推动力、更高的吸收容量、更高的吸收速率和再生速率。因此活化溶液具有更高的优良性能。目前作为捕集CO₂气体各种复合溶液在工业上已得到了广泛应用。如US4,892,674提出在醇胺溶剂中添加位阻胺盐或位阻氨基酸形成复合溶剂；US4,895,670提出在空间位阻胺和位阻氨基酸形成的复合溶剂。CN1356157A提出一种混合溶剂由MDEA(N-甲基二乙醇胺)和一种空间位阻胺组成。CN1354036A提出一种复合胺溶剂由MEA(单乙醇胺)和一种活性胺组成。这些专利涉及的复合溶剂主要用于选择性脱除混合气中H₂S及CO₂。

膜接触器技术作为膜分离与溶剂吸收气体技术相结合的新型气体分离过程，其具有稳定的传质界面、高比表面积、高传质效率，能耗低，装置体积小，操作稳定和弹性大等优势；膜接触器中的微孔膜仅仅是气液两相之间的屏障，对气体的分离无选择性，吸收剂在分离过程中提供了高选择性和高驱动力。因此开发与膜材质相兼容的高性能溶液具有特别重要的意义。目前，用于膜接触器捕集CO₂活化溶液较少，吸收性能尚需要进一步提高，而且存在溶剂不易获得，价格昂贵，再生热较高，以及溶剂侵蚀膜材质等缺点。

三、发明内容

本发明的目的在于提供一种与有机膜具有良好的兼容性，吸收CO₂气体能力强，并能在膜接触器中稳定运行的用于膜接触器捕集CO₂气体的活化溶液。

实现本发明目的的技术方案为：

一种用于膜接触器捕集CO₂气体的活化溶液，是含有氨基酸盐和环状双氨基有机胺的水溶液。

本发明用于膜接触器捕集CO₂气体的活化溶液，氨基酸盐和环状双氨基有机胺水溶液的总浓度为0.1～5.0mol/L，氨基酸盐和环状双氨基有机胺的摩尔比为1∶0.1～1.2。

本发明用于膜接触器捕集CO₂气体的活化溶液，氨基酸盐的结构式为：

H₂N-R-CO₂-M⁺

其中R为含有1～3碳原子的烷基，M⁺＝K⁺或Na⁺。所述氨基酸盐为：

氨基乙酸盐，α-氨基丙酸盐，β-氨基丙酸盐，α-氨基丁酸盐，β-氨基丁酸盐，甲基-α-氨基丙酸盐，甲基-β-氨基丙酸盐。

本发明用于膜接触器捕集CO₂气体的活化溶液，环状双氨基有机胺化合物的结构式为：

其中R₁为含有2～3碳原子的烷基，R₂为含有1～2碳原子的烷基，所述环状双氨基有机胺化合物为

哌嗪，N-甲基哌嗪，N-乙基哌嗪，2-甲基哌嗪，2-乙基哌嗪，2，5-二甲基哌嗪。

本发明用于膜接触器捕集CO₂气体的活化溶液，所述氨基酸盐和环状双氨基有机胺水溶液总浓度优选为0.5～3.0mol/L。

本发明用于膜接触器捕集CO₂气体的活化溶液，所述氨基酸盐和环状双氨基有机胺的摩尔比优选为1∶0.2～1。

与现有技术相比，本发明提出的活化溶液捕集CO₂性能优于现有的CO₂吸收剂如MEA(单乙醇胺)等组分，同时优于单一的氨基酸盐；具有高传质系数，不湿润聚丙烯膜和聚偏氟乙烯膜，在膜接触器中长期稳定运行。

四、附图说明