[发明专利]复合活化剂脱除混合气体中的二氧化碳

说明书

本发明属作业分离类，涉及化学吸收分离气体技术领域。本发明是用一种含空间位阻胺的复合活化碳酸钾溶液从含酸性混合气体中脱除二氧化碳的方法及溶液。

碳酸钾溶液广泛地应用于合成氨和制氢原料气、城市煤气、天然气等混合气中脱除二氧化碳。一般碳酸钾溶液与气体混合物接触，CO₂被溶液吸收，尔后溶液进入再生塔，用蒸汽汽提使CO₂从碳酸钾溶液中解吸出来。用单纯的碳酸钾溶液吸收和解吸CO₂，速度慢，热耗高，CO₂净化度低。因此，国内、外均采用在碳酸钾溶液中添加各种催化剂或活化剂，以克服上述存在的缺陷。CL545908报导了添加As₂O₃或氨基乙酸作催化剂的G-V法和无毒G-V法，但As₂O₃有毒，氨基乙酸吸收速率慢，溶液不稳定；US2886405添加二乙醇胺作催化剂，此法再生热耗大。CN85103855.7是用一种复合催化碳酸钾溶液脱除混合气中CO₂的方法。在碳酸钾溶液中添加了氨基乙酸、二乙醇胺和硼酸等作催化剂。该专利的溶液吸收和解吸速度快、热耗低，溶液稳定，已在国内二十多家大、中、小型氨厂推广应用，获得满意效果。

本发明在此基础上进一步改进了复合催化剂的组成，用一种空间位阻胺如2-氨基-2-甲基-1-丙醇来代替氨基乙酸组成新的复合活化剂，它具有更快的吸收和解吸CO₂的速率，溶液吸收CO₂的能力也更高。

美国埃克森(Exxon’s)研究与工程公司开发了一系列关于空间位阻胺活化热碳酸钾溶液脱碳技术，并申请了一系列专利，在US4112050(1978)和US4217237(1980)中提出的空间位阻胺活化剂有：4，4，5，5-四甲基二乙烯三胺；2-氨基-2-甲基-1-丙醇；N-环己基-1，3-丙烷二胺；N-1，8-萜烷二胺等。但都是在碳酸钾溶液中单独加入一种空间位阻胺，以提高溶液吸收CO₂的能力与传质速度系数。

本发明除了在碳酸钾溶液中加入一种空间位阻胺(2-氨基-2-甲基-1-丙醇)外，还加入非位阻胺活化剂二乙醇胺和硼酸，组成一种新的复合活化剂，各组份在碳酸钾溶液中起的作用如下：

1、空间位阻胺：空间位阻胺是涉及数百种具有空间位阻效应的有机胺合化物，在这类化合物中，至少有一种伯氨基与一叔碳原子连接，同时还有在仲氨基与碳原子相连接的支链，本发明所选用的空间位阻胺为2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP)，其分子结构式为：

因位阻胺中与碳原子相连的氨原子是一带有支链的取代基，从而产生了非常明显的空间位阻效应，通过此效应，使胺从不同位置与CO₂形成伯氨基和仲氨基的络合物基团，大大加快了吸收CO₂的速度，其总反应式如下：

从上式可以看出，AMP能吸收CO₂的最大容量为1mol CO₂/mol胺；吸收能力远大于非空间位阻胺。由于空间位阻胺全部以质子化的化学计量吸收CO₂，所以形成了络合物基团，使其空间的支链结构有巨大的张力作用。在受压时，这种张力特别明显，并有利于吸收。当压力迅速解除后，因张力作用，由位阻胺生成的氨基甲醇盐不稳定，较易失去COO^-，易于再生，因此，位阻胺对于吸收和解吸CO₂在热力学与动力学二方面都有促进作用。

2、二乙醇胺(DEA)：它与AMP一起加入到溶液中，试验证明，这两种活化剂的并存，不但不会抵消它们在热钾碱溶液中的活化作用，还起到相互促进的效果，采用DEA+AMP这一组合的活化剂比单一活化剂吸收速度高30％左右。还可解决单一使用AMP位阻胺时因蒸汽压高而损耗大的实际应用问题。

3、硼酸：在溶液中加入硼酸可与胺生成硼酸盐，它对溶液的解吸起很大促进作用，提高解吸速度，使溶液再生更完全，提高溶液的吸收容量，而且可明显降低再生热耗。

因此，上述三种组份组成一复合活化系统，对CO₂吸收与解吸起促进作用。