[发明专利]一种用于捕集CO2

说明书

本发明公开了一种用于捕集CO₂的双相吸收剂及其应用。该双相吸收剂为由氨乙基哌嗪、环丁砜和水组成的三元体系，所述氨乙基哌嗪的含量占总体积的20％，所述环丁砜与水的体积比为1:3～3:1；所述三元体系在吸收CO₂前为均相溶液，吸收CO₂后分为上相和下相，所述上相为富集有CO₂的富相，所述下相为贫相。应用中，只需将富含CO₂的一相转移至再生塔进行再生，故大大减少了再生液的体积，从而降低了能耗。本体系粘度较低，利于分离，减少了设备损耗，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于二氧化碳捕集技术领域，具体涉及一种用于捕集CO₂的双相吸收剂及其应用。

背景技术

全球变暖是世界环境变化最重要的问题之一，已引起广泛关注。长期以来，温室气体的排放，特别是二氧化碳的排放，一直被认为是导致全球变暖的主要原因。因此，研究人员正在开发各种技术来减少CO₂的排放。其中，化学吸收法由于其灵活性和易于在现有电厂中实施而成为最有前途的技术之一。

链烷醇胺水溶液，例如单乙醇胺(MEA)，作为一种伯胺，具有反应速度快和吸收能力强的特点，因此已经得到了广泛的研究并成功的应用于部分火电厂对燃烧后CO₂的捕集。然而，MEA再生过程的高能量损失阻碍了其大规模使用。研究人员正在通过筛选各种胺来寻找性能更好的吸收剂。然而传统的胺醇法，其质量浓度一般不超过30％，剩下的溶剂均为水，而水的潜热值高，在解吸过程中大量的水蒸发，增大了能量的损耗。在种种限制下，研究人员需要寻求新的思路，以实现可持续发展为目标，降低能耗。

减少能量消耗的另一种方法是使用液-液双相吸收剂，这种吸收剂吸收前溶液为单一的均相，而吸收了一定量的CO₂后，会分离为两相。相分离后，仅富CO₂相被送至解吸塔进行再生，另一相被直接送回吸收塔，这大大减少了再生溶液的体积和能量损失。研究人员已经筛选出一些可能发生相分离的有机胺溶剂。尽管这些双相溶剂的循环容量比30wt％MEA要好，但是富含CO₂的相往往粘度较高，这会减慢吸收和解吸的速度，并使汽提塔中胺浓度过高从而导致严重的胺降解问题。目前缺乏一种吸收剂，既能保证一定的吸收负荷，并且体系粘度较低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种用于捕集CO₂的双相吸收剂及其应用，解决了上述背景技术中富含CO₂的相粘度高、吸收和解吸的速度慢的问题，进一步解决了胺降解问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一是：提供了一种用于捕集CO₂的双相吸收剂，为由为式Ⅰ所示的氨乙基哌嗪(AEP)、式Ⅱ所示的环丁砜(sulfolane)、水组成的三元体系，所述氨乙基哌嗪的含量占总体积的20％，所述环丁砜与水的体积比为1:3～3:1；所述三元体系在吸收CO₂前为均相溶液，吸收CO₂后分为上相和下相，所述上相为富集有CO₂的富相，所述下相为贫相。

氨乙基哌嗪含有伯氨(-NH₂)和仲氨基团(-NH-)以及叔氨基团(-N-)，能保证吸收剂具有快速吸收CO₂的能力，且具有一定的吸收负荷；同时叔氨基团(-N-)可以催化CO₂的水合反应，进一步吸收CO₂，增加吸收速率和吸收容量；少量的水与环丁砜共同起到促进分相的作用，并且能有效降低吸收剂体系的粘度。该两相胺吸收剂在吸收CO₂前，三种组分互不反应，且为均相的三元混合水溶液体系，在吸收了一定的CO₂后分为两相，当吸收饱和后CO₂富集于上相。因此只需对富集CO₂的那一相进行再生，极大降低了再生溶液的体积，从而降低再生能耗。