[发明专利]一种物理-化学耦合选择性吸收CO2

说明书

本发明涉及一种物理‑化学耦合选择性吸收CO₂的功能离子溶剂，属于气体分离与净化技术领域。所述的功能离子溶剂是由季铵类氮杂环离子液体与高沸点有机溶剂组成的二元无水体系，由于离子液体阴离子上电负性位点与CO₂之间较强的化学作用，以及高沸点有机溶剂与CO₂之间的物理作用，可实现CO₂高容量吸收和选择性分离，同时高沸点溶剂的加入还可降低离子液体体系粘度，加快CO₂吸收过程，实现CO₂高效、选择性和快速分离。而且离子液体与高沸点溶剂的组成比例和物理‑化学吸收作用可调，适用于不同CO₂浓度体系，是一种极具应用前景的碳捕集分离方法。

技术领域

本发明属于石油、燃煤、化工气体分离和净化领域，具体涉及一种化学吸收的季铵类氮杂环离子液体与物理吸收的高沸点有机溶剂组成二元无水体系，离子液体阴离子上电负性位点与CO₂之间较强的化学作用，以及高沸点有机溶剂与CO₂之间的物理作用，可实现CO₂高容量吸收和选择性分离，同时高沸点溶剂的加入还可降低离子液体体系粘度，加快CO₂吸收过程，实现CO₂高效、选择性快速分离。

背景技术

天然气是一种优质高效的低碳能源，它热值高、燃烧无污染，被认为是21世纪最具潜力、可替代煤炭和石油的新型洁净能源之一。预计到2030年，天然气在一次能源消费结构中的占比将达15％左右，同时天然气的年需求量将增至5500亿立方米。天然气的成分随着来源不同而有所差异，主要成分是甲烷和CO₂，此外还含有少量的水蒸气、硫化氢、小分子烷烃等。CO₂是天然气中含量最高的杂质气体(约10-55％)，它的存在不仅会降低天然气的热值和燃烧势，还会腐蚀天然气管道，国际上通常规定管网天然气和车用燃气中CO₂含量应低于3％。因此，天然气在送入管网输送或作为车用燃气使用前必须脱碳纯化处理，高效低能耗的天然气脱碳技术是其大规模高效利用的关键。

现有CO₂/CH₄分离主要采用深冷分离、变压/温吸附分离、溶剂吸收-解吸分离、膜分离及联合工艺实现，这些工艺的适用生产规模、投资和技术要求各不相同。深冷分离投资费用高，能耗大；变压/温吸附分离需要定期更换吸附剂且变压吸附不是封闭系统，会造成泄露；膜分离法处理气体量少，能耗高；醇胺溶液吸收法是应用最为广泛和成熟的技术，主要利用伯、仲或叔胺等碱性基团与CO₂的强化学作用达到高吸收量和选择性的效果，但同时也存在再生能耗高，醇胺易挥发逃逸、高温易氧化降解造成吸收剂损失严重的问题，导致CO₂捕集技术成本大幅增加。高效低能耗的CO₂捕集分离新技术成为发展趋势和研究热点。