[发明专利]从气体混合物中脱除二氧化碳

说明书

本发明是从气体混合物中脱除二氧化碳（CO₂）的方法。

通常，工业上采用碳酸钾溶液脱除气体混合物中CO₂（以下简称脱碳），由于脱除效率低，人们开发了改变碳酸钾溶液系统的CO₂平衡分压，加快吸收和解析CO₂速度的各种活化剂，其中包括各种无机化合物或有机化合物。

有机化合物中使用比较多的是有机胺化合物，如美国专利号4，112，050的空间位阻胺以及英国专利号2，037，723所述的氨基乙酸和二乙醇胺双活化剂等等。目前，国内外大型合成氨厂的脱碳方法，大多是采用以二乙醇胺为活化剂的苯菲尔得法（Benfield）。采用有机胺活化剂的突出问题是有机胺的氧化或受热降解，溶液有泡沫，药品损耗多，污染溶液，影响脱碳效果。

各种无机化合物为活化剂，不存在氧化或受热降解，如意大利GV公司提出的AS₂O₃活化剂是最早投入工业化应用的，并且具有缓蚀性，但是由于砷的剧毒性，已逐渐被其它活化剂所取代。英国专利号819215提出的硼酸、钒酸、亚砷酸、亚酸和有机胺以及美国专利号3，932，582提出的硼酸胺，是将有机胺和无机化合物一起作为活化剂使用的。西德专利号2，344，499提出的在碳酸钾溶液中添加适量偏硼酸钾和V₂O₅具有较好的吸收效果，但是，其中V₂O₅也只是作为活化剂使用的，并且得出在硼钒配比中V₂O₅含量高，脱碳效果不好的结论。1986年，“华东化工学院学报”，Vol₁₂，No₅;543～552页介绍几种催化剂在热钾碱液吸收CO₂的催化机理，认为[V₂O₅]≤0.15M有良好催化性能，但是，当[V₂O₅]＞1.5M时，V₂O₅的催化吸收不再符合拟一级反应机理，因而认为V₂O₅与二乙烯三胺混合物的催化性能最佳。

以上文献中的V₂O₅都是作为缓蚀剂或活化剂或催化剂使用的，这与本发明直接以高浓度V₂O₅的钒酸钾为吸收一再生溶液是完全不同的。

碳酸钾溶液吸收CO₂，首先是气相中CO₂经气液界面进入液相，发生下列化学反应：

如果溶液中的化学物质能够结合H⁺离子，则吸收CO₂的反应可以进行下去。通常认为溶液吸收CO₂的速度取决于溶液中的OH^-离子浓度，溶液中碳酸钾水解产生的OH^-离子浓度仅为10^-3～10^-5摩尔/升，以致吸收速度缓慢。GV法脱碳溶液中的亚砷酸盐对式（1）有催化作用，一些有机胺是有机碱，相当于脱碳溶液中增加了OH^-离子浓度。近来，埃斯莱里特（G·Astaita）等人从Lewis酸碱的化学理论观点出发，认为只要活化剂的阴离子上具有未共享电子对，就可以和CO₂形成络合物，如果活化剂的碱性不太强，则生成的络合物又容易被水解，反应式为：

水解生成的“B”又重新络合CO₂，从而起到传递CO₂，加快吸收和解析的作用。

从以上反应看，都需要除去H⁺离子，才能使吸收CO₂的反应持续进行下去。理论上每个摩尔碳酸钾只能结合1个H⁺离子，即相当于1个摩尔CO₂。

作为活化剂的有机胺，每摩尔只能结合1/2摩尔CO₂。

如果胺基甲酸酯水解完全，也只能结合1摩尔CO₂。