[发明专利]从气体混合物中分离二氧化碳

说明书

本发明涉及一种从气体混合物中分离二氧化碳的改进溶液。

从气体混合物中分离CO₂有两个目的，一是净化气体以满足对它们的加工和使用要求，一是回收利用CO₂于许多工业部门。

用一种溶液在吸收阶段从气体混合物中吸收CO₂，吸收了CO₂的溶液于再生阶段将CO₂解吸出来，溶液就在吸收和再生两阶段之间循环，这是普遍采用的工艺过程。

碱金属碳酸盐（U.S.PatentNo2，886，405）是熟知的较早采用的一种溶液。为了加快碳酸盐通常是碳酸钾溶液的吸收和解吸CO₂的速率，一些年后相继发明了许多种方法，一些方法是在碳酸钾溶液中加入不同的无机活化剂，例如：加三氧化二砷AS₂O₃（U.S.PatentNo.3，037，844）;加亚碲酸或亚硒酸（BritishPatentNo.791，150）;加硼酸盐及钒酸盐（BritishPatentNo.819，215及U.S.Patent3，907，969）。另一些方法是在碳酸钾溶液中加入有机类活化剂，例如：加醇胺类（一乙醇胺MEA或二乙醇胺DEA或三乙醇胺TEA，RritishPatentNo.1，084，526）;加氨基酸（BritishPatentNo.786，669）;加氨基乙酸（FrancePatent2，272，720）;加硼酸胺（BritishPatentNo.1，063，517及U.S.PatentNo.3，851，041）;近年来还发明了在碳酸钾溶液中加入胺和三氧化二砷双活化剂的方法（BritishPatent2，037，723）;加空间位阻胺的方法（U.S.Patent4，112，050）。以上发明中的许多重要活化剂已在工业上应用。

但是上述的加AS₂O₃的钾碱法因溶液剧毒而趋向淘汰;加胺的钾碱法则胺易氧化降解，使适用范围不广，且CO₂的解吸能耗仍较高，吸收容量较低。

本发明的目的在于，采用一种新型的溶液，它与传统的吸收溶液比较，CO₂的吸收容量更大，吸收和解吸的速率更快，溶液的再生能耗更低，活化剂不易氧化降解，可用于含氧气体脱除CO₂，因而本发明的方法更经济，适用性更广。

鉴于上述目的，本发明提出的新型溶液具有如下特点：

1.以碱金属的碳酸盐和硼酸盐为CO₂的主要吸收剂。

2.溶液中含有适当浓度的钒酸盐，当溶液吸收或解吸CO₂时，其pH值的变化范围是8至13，在此pH值范围内，钒酸盐的存在形式以钾盐为例将是K₃VO₄、K₄V₂O₇及K₃V₃O₉或K₄V₄O₁₂等，且它们之间存在着多种聚合平衡。这就使焦钒酸盐和多钒酸盐成为溶液吸收CO₂或解吸CO₂时的良好活化剂。

3.以较少量的胺（如二乙醇胺DEA，氨基乙酸Glycine，二乙撑三胺DETA等）为另一种活化剂，这些胺能以很高的速度吸收CO₂，生成氨基甲酸盐，氨基甲酸盐水解生成重碳酸盐并还原出胺，使胺作为CO₂的载体，在气液界面和液相主体之间来回穿梭。特别是当有钒酸盐、硼酸盐存在时，胺的活化作用得到了加强，因而胺的浓度与过去的方法比较可成倍地降低。从而避免了胺活化剂带来的一些缺点（如易氧化降解，降低了再生推动力等）。

4.本发明的溶液中，硼酸盐、钒酸盐及胺的量应保持最佳摩尔比，溶液在吸收CO₂及解吸CO₂过程中，硼酸盐、钒酸盐等这些单体与多种同多酸盐和硼钒杂多酸盐间，存在着聚合平衡的移动，因此它们对CO₂的吸收和解吸起着复合活化作用，这就进一步地改进了溶液的性能。

5.本发明的溶液还有另一显著特点，即化学稳定性好，不受氧化降解，适用于从含氧气体混合物中分离CO₂，甚至可用热空气气提再生溶液。