[发明专利]吡咯烷的新用途

说明书

本发明首次将吡咯烷应用于水合物法分离沼气中CO₂的研究，极大的提高了CO₂的分离效率，剩余气相中CH₄的浓度，并有效降低了CO₂分离过程中CH₄的损失率。吡咯烷存在条件下水合物法分离沼气中CO₂的过程中，剩余气相中CH₄的最高浓度可达到90.2 mol%，CH₄损失率最低可降至0.6%。且水合物生成完成后吡咯烷作为水合物促进剂可以循环使用，具有良好的经济适用性。

技术领域

本发明具体涉及吡咯烷的新用途。

背景技术

现阶段我国能源生产供应结构不合理、总体缺口较大。我国在G20峰会和巴黎峰会做出 承诺，到2030年非化石能源占一次能源消费比重提高到20％左右。据统计，全国每年可用于 沼气生产的农业废弃物资源总量约14.04亿吨，可产生物天然气736亿立方米，可替代约8760 万吨标准煤。因此，发展农村沼气，可降低煤炭消费比重、填补天然气缺口，进一步优化能 源供应结构。

沼气是一种清洁、可再生能源，是由生物质转化形成的一种可燃性气体，其主要成分是 甲烷(CH₄，55％～65％)，其次是二氧化碳(CO₂，30～40％)，并含有少量的氧气、氢气、氮气、硫化氢等。沼气的能量来源于CH₄，而过多的CO₂降低了沼气的能量密度和热值，致 使单位能量的运输和储存成本增加。另外CO₂是酸性气体，和水蒸气结合成碳酸，容易腐蚀 设备，这些缺点都影响着沼气的工业化发展。而由于CO₂浓度过高等因素造成的成本过高导致沼气工程还不能顺利的进入市场实现产业化，因此脱除沼气中的CO₂，提高沼气的能量密度和热值，降低CH₄储运成本是沼气工业化过程中亟需解决的问题。

目前，沼气脱碳过程中常用的CO₂分离技术主要包括低温分离法、膜分离法、吸收法和 吸附法等，这些方法都存在设备投资高、CO₂分离效率低等技术难题。水合物法气体分离技 术，作为一种新型的CO₂捕集分离技术近年来引起了人们极大的关注。其基本原理是不同气 体组分形成水合物所需的温度和压力相差很大，当气体混合物形成水合物时，通过控制水合 物生成过程中的温度和压力，使容易形成水合物的气体组分在水合物相富集，难于形成水合 物的气体组分会在气相富集，从而达到分离的目的。相对传统的沼气脱碳方法，水合物法气 体分离技术具有装置简单、能耗低等优点。但由于水合物法气体分离技术在使用过程中存在 CO₂分离效率低、储气量不足等问题，极大限制了其在工业大规模生产中的应用。

为了提高CO₂的捕集效率、增大CO₂储气量，国内外研究者尝试了多种方法。文献“臧小亚，梁德青，吴能友.不同浓度TBAB半笼型水合物法分离沼气中CO₂过程的研究[J].高 校化学工程学报,2016,30(6):1241-1248.”提出了以四丁基溴化铵(TBAB)半笼型水合物 法分离沼气中的CO₂，反应结束后剩余气相中CH₄的摩尔分数提升为73.2％。文献“李淇.水 合物法分离沼气中二氧化碳研究[D].广州：华南理工大学,2017.”提出在TBAB溶液中添加 1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐用来水合分离沼气中的CO₂，反应结束后剩余气相中CH₄的浓度可以提升至84.0mol％。然而，这些方法对于沼气中CO₂的捕集效率的提升有限，对于其工业化应用依然不够。

发明内容

本发明的目的在于提供吡咯烷的新用途，解决水合物法气体分离技术在分离沼气中的 CO₂过程中甲烷气体的损失率过高、CO₂分离效率低等问题。