[发明专利]一种三元非水固-液相变吸收体系及其应用

说明书

本发明公开了一种三元非水固‑液相变吸收体系及其应用，由2‑氨基‑2‑甲基‑1‑丙醇、二丙二醇二甲醚和哌嗪组成的三元混合体系，该体系吸收CO₂前为均一透明液体溶液，吸收CO₂后变为固‑液两相，且CO₂富集在固相中，仅仅只需将固相分离后再生即可，可极大降低再生的富液量，从而降低技术的再生能耗。该固‑液相变三元吸收体系，最大的优势是饱和后的富液固相为颗粒晶体，与传统已有的固‑液相变体系固相粘稠状富液相比，易分离操作；且该相变体系再生温度远低于传统固‑液相变体系，因此具有更好的应用前景。

技术领域

本发明属于二氧化碳捕集技术领域，具体涉及一种三元非水固-液相变吸收体系及其应用。

背景技术

二氧化碳(CO₂)作为最主要的温室气体，其控制与减排是近年来各国关注的热点。碳减排主要是针对能源系统，如火力发电厂等CO₂集中排放源，其关键是对烟气中CO₂的捕集分离。但传统的有机胺水溶液吸收法存在再生能耗高的问题。以30wt％乙醇胺(MEA)为例，其饱和溶液的热解吸能耗高达3.7GJ/t CO₂，大量的能量消耗于溶剂水的加热和蒸发过程。

相变吸收剂作为一种新型吸收剂，近年来受到研究者们的广泛关注。这种新型吸收剂，在吸收CO₂前为均相溶液，吸收CO₂后通过一定手段调节可使吸收剂发生液-液或者固-液分相，CO₂主要富集于其中一相，只需将CO₂富相送至再生塔内解吸，从而大幅减少吸收剂的再生体积，进而减少该体系的再生能耗。目前，已有的相变吸收剂中，主要集中在液-液相变吸收体系，但实际上，该体系的研究仍然尚未成熟，诸如液-液两相分离不便、富液粘度较大等问题仍需通过进一步研究和探索加以解决。除了液-液分相，固-液分相体系的研发能在一定程度上克服液-液分相体系所面临的问题。由于CO₂吸收产物不断以固体的形式从溶液中沉淀出来，有利于产物的快速分离。已有的关于固-液相变吸收剂的研究，基于有机胺的基于聚胺非水固-液相变体系，形成的固相产物为粘稠状物体，不利于分离；而基(polyamine)的非水固-液相变体系，其能使CO₂吸收产物从溶剂中完全沉淀出来，具有更好的分相效果，但过高的再生温度易加速胺的氧化降解及设备的腐蚀。因此，如何构建新型的固液相变吸收剂是一个关键的问题。

由上述可知，相变吸收剂，因CO₂主要富集于其中一相，只需将CO₂富相送至再生塔内解吸，从而大幅减少吸收剂的再生体积，因而具有巨大的节能潜力。其中，固液相变吸收剂与液液相变吸收剂相比，产物相对易分离，更有利于实际操作，但相关研究较少，如何构建新型固液相变体系仍然是一个难题。本发明提出一种三元非水固-液相变吸收体系及其捕集二氧化碳应用，将克服已有相变吸收剂富液粘稠难以分离或者再生温度高的缺陷，为二氧化碳捕集提供新的思路。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种三元非水固-液相变吸收体系及其应用，解决了上述背景技术中二氧化碳捕集效率低、吸收剂再生困难等问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种三元非水固-液相变吸收体系，由2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP)、二丙二醇二甲醚(DME)和哌嗪(PZ)组成的三元混合体系，其中2-氨基-2-甲基-1-丙醇和哌嗪的的摩尔配比为7:3-9:1，二者总浓度为1-2mol/L，二丙二醇二甲醚为溶剂。

其中，AMP(式Ⅰ)作为主吸收剂，因其空间位阻效应，保证体系优异的再生性能；基于AMP的非水液固分相体系吸收CO₂后，产物以少量固体的形式生成，需再生的吸收剂体积量大幅减少，且在较低温度下即可高效再生，节能潜力巨大；

DME(式II)作为分相试剂，确保吸收剂吸收CO₂后易发生固-液相变，因其高沸点、低蒸气压特性，再生时溶剂不易挥发；