采用離子液體作為膜吸收捕集二氧化碳的捕集溶劑的方法
【專利摘要】本發(fā)明屬氣體分離【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種采用離子液體作為膜吸收法捕集CO2的捕集溶劑的方法，離子液體捕集溶劑除具有良好的穩(wěn)定性、不易揮發(fā)、毒性低、結(jié)構(gòu)可設(shè)計等優(yōu)勢外，對CO2具有很好的吸收和再生能力，不容易濕潤疏水性微孔膜，并具有和膜材料相匹配、相兼容的特性，對CO2具有很好的捕集效果和再生性能，因此在膜吸收捕集煙氣CO2領(lǐng)域具有很好的前景。
【專利說明】采用離子液體作為膜吸收捕集二氧化碳的捕集溶劑的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬氣體分離【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種從含CO2的煙道氣中分離捕集CO2的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]全球氣候變暖已經(jīng)越來越嚴重，工業(yè)排放的CO2被認為是導(dǎo)致氣候變暖的主要原因。對主要CO2排放源排出的CO2進行分離捕集、封存及利用，是實現(xiàn)CO2減排的一項重要措施。因此，CO2捕集技術(shù)的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化是目前世界各國高度重視的熱點問題。
[0003]CO2的捕集方法主要有吸收分離法、吸附法、膜分離法、膜吸收法和低溫蒸餾法等。國際能源署和英國溫室氣體研究與發(fā)展組織對上述幾種脫CO2方法的調(diào)查研究表明，對煙道氣CO2捕集最有前途的是膜吸收法和化學(xué)吸收法。
[0004]膜吸收法是將膜和普通吸收相結(jié)合而出現(xiàn)的一種新型吸收過程。膜吸收法采用的主要設(shè)備為中空纖維膜(HFM, Hollow Fiber Membrane)接觸器。在膜吸收法中，所處理的混合氣體和吸收液不直接接觸，二者分別在膜兩側(cè)流動，膜本身對氣體沒有選擇性，只是起到隔離混合氣體和吸收液的作用，微孔膜上的微孔足夠大，理論上可以允許膜一側(cè)被分離的氣體分子不需要很高的壓力就可以穿過微孔膜到膜另一側(cè)，該過程主要依靠膜另一側(cè)吸收液的選擇性吸收達到分離混合氣體中某一組分的目的。膜吸收法由于其在傳質(zhì)性能、操作、能耗等方面具有的優(yōu)點，使得該技術(shù)具有很好的應(yīng)用前景。
[0005]在膜吸收法捕集煙氣CO2過程中，高性能CO2捕集溶劑及其與膜材料之間的配伍性是此領(lǐng)域研究的重點方向之一。膜吸收脫CO2常用吸收液有:無機鹽類，強堿如NaOH具有吸收速度快，但不可解析；傳統(tǒng)的醇胺溶液如MDEA、MEA、AMP、PZ及其復(fù)配脫碳溶液等是研究的重點；另外學(xué)者也研究新式高效的脫碳劑如氨基酸鹽、多胺類等。理想的用于膜吸收過程的CO2捕集溶劑不僅要對CO2具有較好的吸收能力，還要具有較大的表面張力，不易于潤濕膜孔，從而達到更好的捕集效率；同時要求對CO2具有較好的再生性能，以降低捕集過程的能耗。
[0006]氨基酸鹽水溶液被作為CO2的吸收劑已引起研究者的注意和興趣，荷蘭TNO環(huán)境與能源中心針對氨基酸鹽的水溶液進行了研究，開發(fā)了將氨基酸鹽溶液(商業(yè)名稱CORAL)應(yīng)用于膜吸收工藝中。研究表明，氨基酸鹽溶液是良好的膜基吸收酸性氣體的吸收劑，具有穩(wěn)定的物理性質(zhì)，不容易濕潤聚丙烯微孔膜。但是傳統(tǒng)的氨基酸鹽對二氧化碳的再生能耗偏高，導(dǎo)致捕集過程的經(jīng)濟性下降。
[0007]離子液體是由特定的有機陽離子和有機或無機陰離子組成的在室溫或近室溫下呈液態(tài)的熔鹽體系，具有良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性、蒸汽壓極低，不易揮發(fā)、毒性很低、結(jié)構(gòu)可設(shè)計等優(yōu)勢，是一類新型的綠色介質(zhì)。近年來，采用離子液體捕集酸性氣體的研究越來越受到人們的重視。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]本發(fā)明目的是提出一種采用離子液體作為膜吸收捕集二氧化碳的捕集溶劑的方法。
[0009]本發(fā)明是采用膜吸收-再生耦合工藝過程捕集CO2,其主要特點是采用對CO2捕集效率高的離子液體作為捕集溶劑，從含有CO2的氣流中脫除co2。
[0010]所述的膜吸收-再生耦合工藝為捕集溶劑通過疏水性中空纖維膜組件捕集吸收氣體中的二氧化碳；并通過解析塔再生系統(tǒng)再生后進行循環(huán)吸收。
[0011]所述離子液體捕集溶劑包含陽離子5?40wt%，陰離子含量為5?40wt%，水20?90wt%。
[0012]所述的陰離子為具有氨基酸結(jié)構(gòu)的陰離子；陽離子為有機胺鹽陽離子、有機醇胺類陽離子；而且陰陽離子都不限于上述幾種，可以是其中的任意一種或多種。
[0013]所述的有機胺鹽陽離子可以為伯胺、仲胺或叔胺。
[0014]本發(fā)明尤其適用于從煙道氣中脫除CO2，但氣源對本發(fā)明來說不是關(guān)鍵的，任何含有CO2的氣流都適用于本發(fā)明的氣源，包括例如天然氣、合成氣和各種煉廠氣。典型地，這些氣源中，CO2的含量大約在2%?50% (mol)。
[0015]本發(fā)明采用離子液體作為膜吸收捕集煙氣CO2過程的吸收劑，對CO2具有更好的捕集效率，同時有效減少再生過程能耗。
[0016]本發(fā)明采用離子液體作為膜吸收捕集煙氣CO2過程的捕集溶劑，離子液體吸收劑除具有良好的穩(wěn)定性、不易揮發(fā)、毒性低、結(jié)構(gòu)可設(shè)計等優(yōu)勢外，對CO2具有較好的吸收和再生能力，能夠在保證CO2高吸收能力的同時有效減少再生過程能耗，另外該離子液體吸收劑不容易濕潤聚丙烯微孔膜，并具有和聚丙烯膜材料相匹配、相兼容的特性，因此在膜吸收捕集煙氣CO2領(lǐng)域具有很好的前景。
[0017]【專利附圖】

【附圖說明】
附圖1為本發(fā)明實施例胺溶液膜吸收法捕集氣體中二氧化碳工藝流程簡圖。
[0018]圖中:1-膜吸收器，2-富液泵，3-貧液冷卻器，4-貧液泵，5-溶液換熱器，6_再生塔，7-再沸器，8-再生氣冷卻器。
[0019]圖2為膜吸收器I的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0020]以下通過實施實例對本發(fā)明作進一步說明，但其并不限制本發(fā)明的保護范圍。實施例
[0021]本實施例方法如附圖1所示，原料氣經(jīng)除塵冷卻系統(tǒng)、由風機引入系統(tǒng)進入膜吸收器I的中空纖維膜組件的殼程(圖2B區(qū))；捕集溶劑經(jīng)溶液過濾系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)3，由溶液泵2進入中空纖維膜組件管程(圖2A區(qū))進行二氧化碳吸收；氣體中的二氧化碳通過中空纖維膜的表面微孔與捕集溶劑發(fā)生反應(yīng)，使二氧化碳被吸收；吸收后的捕集溶劑從膜吸收器I出，經(jīng)貧富液換熱器5回收能量后由再生塔6頂部進入再生塔進行再生，再生塔6底部采用煮沸器7進行加熱解析，解析出來的二氧化碳經(jīng)冷凝分離器8分離水分后獲得二氧化碳產(chǎn)品氣。
[0022]應(yīng)用實施1:采用3mol/L的四甲基銨丙氨酸離子液體作為捕集溶劑，采用實施例所述的裝置及流程捕集CO2,原料氣組成:(V%) N2 87.5%，CO2 12.5%，原料氣流量0.8mVh0中空纖維膜組件選用聚丙烯中空纖維膜，其微孔徑為0.02、.1 μ m,空隙率在~40%，膜裝填率~45%。凈化氣CO2 0.1%，產(chǎn)品氣(即再生氣)CO2≥99.5% (干基)，再生能耗2.95 X 103kcal/Nm3C02。
[0023]應(yīng)用實施例2:
采用3mol/L的正丁胺甘氨酸離子液體作為捕集溶劑，采用實施例所述的裝置及流程捕集CO2,原料氣組成:(V%) N2 87.5%，CO2 12.5%，原料氣流量0.8mVh0中空纖維膜組件選用聚丙烯中空纖維膜，其微孔徑為0.02、.1 μ m,空隙率在~40%，膜裝填率~45%。凈化氣CO2 0.2%，產(chǎn)品氣(即再生氣)CO2 ^ 99.5% (干基)，再生能耗 2.83X 103kcal/Nm3C02。
[0024]對比實施例1
采用3mol/L的MEA水溶液作為捕集溶劑，采用實施例所述的裝置及流程捕集CO2,原料氣組成:(V%) N2 87.5%，CO2 12.5%，原料氣流量0.8m3/h。中空纖維膜組件選用聚丙烯中空纖維膜，其微孔徑為0.02、.1 μ m,空隙率在~40%，膜裝填率~45%。凈化氣CO2 1.7%，產(chǎn)品氣(即再生氣)CO2 ^ 99.5% (干基)，再生能耗 3.24X 103kcal/Nm3C02。
[0025]對比實施例2
采用3mol/L的甘氨酸鈉水溶液作為捕集溶劑，采用實施例所述的裝置及流程捕集CO2,原料氣組成:(V%) N2 87.5%，CO2 12.5%，原料氣流量0.8m3/h。中空纖維膜組件選用聚丙烯中空纖維膜，其微孔徑為0.02^0.1 μ m,空隙率在~40%，膜裝填率~45%。凈化氣CO2 0.1%，產(chǎn)品氣(即再生氣)CO2≥99.5% (干基)，再生能耗3.57X 103kcal/Nm3C02。
【權(quán)利要求】
1.一種采用離子液體作為膜吸收捕集CO2的捕集溶劑的方法，其特征是采用膜吸收-再生耦合工藝過程，以離子液體作為捕集溶劑，從含有CO2的氣流中捕集co2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是膜吸收-再生耦合工藝是離子液體捕集溶劑通過疏水性中空纖維膜組件捕集吸收氣體中的CO2,并通過解析塔再生系統(tǒng)再生后進行循環(huán)吸收。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的離子液體捕集溶劑包含陽離子5?40wt%，陰離子含量為5?40wt%，水20?90wt%。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征是所述的陰離子為具有氨基酸結(jié)構(gòu)的陰離子；陽離子為有機胺鹽陽離子、有機醇胺類陽離子中的任意一種或多種。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征是所述的有機胺鹽及有機醇胺類陽離子為伯胺、仲胺或叔胺。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是CO2的氣流包括煙道氣、天然氣、合成氣和各種煉廠氣。
【文檔編號】C01B31/20GK103721530SQ201210380477
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2012年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月10日
【發(fā)明者】毛松柏, 江洋洋, 汪東, 丁雅萍, 黃曉燕 申請人:中國石油化工股份有限公司, 南化集團研究院