[发明专利]一种捕集回收二氧化碳的新型化学吸收剂

说明书

技术领域

本发明属于资源环境、化工技术领域，具体地说涉及用于二氧化碳捕集回收的新型高效化学吸收剂。

背景技术

二氧化碳是最主要的温室气体。过去20年中，排放到大气中CO₂的3/4是由化石燃料燃烧造成的。目前，大气中CO₂含量高达27500亿吨，每年在碳循环中的CO₂约6600亿吨，但每年因人类活动和森林退化额外产生257亿吨CO₂，这些未平衡的CO₂约占碳循环的3.9％。随着全球工业化进程的加快，在没有大规模利用不产生CO₂的新能源之前，化石燃料依然是人类现代社会的主要能源，因此，CO₂产生量将越来越大。另一方面，CO₂是地球上最廉价和最丰富的碳资源，可以用作化工原料、致冷剂、油田增产剂、惰性介质、溶剂和压力源等。可是，目前全世界每年只有1.1亿吨CO₂被化学固定，用途和用量分别为：尿素合成7000万吨、无机碳酸盐制造3000万吨、一氧化碳合成600万吨、水杨酸合成2万吨，碳酸丙烯酯合成数千吨。很显然，CO₂的化学固定量不到CO2排放量的1％。当前，如何减少CO₂排放，降低大气中CO₂的浓度，是人类现在面临的最迫切需要解决的共同难题。

不管是资源化CO₂，还是封存CO₂，都涉及到捕集和分离CO₂等问题，世界各国已经十分重视开发相应的CO₂回收以及净化和再利用技术。对于移动式的CO₂排放源如汽车尾气，要实现CO₂的捕集是不现实的。但是，对于CO₂集中排放源(如火力发电厂、水泥厂、炼钢厂、炼厂等)进行CO₂捕集分离是可能的，也是可行的。已有大量文献报道了CO₂的捕集分离方法，例如吸收分离法、吸附法、膜分离法、低温蒸馏法、水合物法，等等。在这些方法中，吸收分离法是当前仅有的已进入工业规模试验的技术路线，采用的主吸收剂为一乙醇胺(MEA法)，迄今为止还没有可以取代它的方法。

尽管MEA法具有吸收速度快、吸收能力强、设备尺寸小等特点。但是，该法也存在很多问题，如蒸汽消耗量大，溶液腐蚀性强，MEA易与烟道气中氧气发生不可逆副反应(以下简称胺降解，氧化生成氨基乙酸、乙醛酸和草酸等副产物)。这些副反应造成了胺的大量损耗，同时生成的副产物又加剧了设备的腐蚀，由此形成恶性循环，影响了生产的正常进行。为了解决这些问题，国内外许多研究者探讨了一系列方法，取得了一些成效。这些方法集中于采用有机混合胺溶剂代替单一的MEA。例如，巴斯夫公司开发了在MEA溶液中加入N-甲基二乙醇胺(MDEA)，改善了吸收剂的吸收合解析特性，可是没有解决胺降解及腐蚀问题。我国南化集团研究院在烟道气等低分压CO₂回收领域进行多年研究，开发了以一乙醇胺为主溶剂，添加几种具有空间位阻的活性胺、抗氧化剂和缓蚀剂组成了适用于回收低分压CO₂的优良复合吸收剂。该复合吸收剂保持了一乙醇胺法的优点，而且溶液吸收CO₂能力提高，再生能耗下降，基本消除一乙醇胺与氧气的降解副反应。但是，MEA法的解析温度高、能耗较高等问题依然未得到彻底解决。目前，国际上采用MEA法回收和储存CO₂的费用约为每吨30美元。由于费用较高，该法没有大面积推广。[参考文献：J Environ Sci 20(2008)14；Chem Eng Process45(2006)1047；Ind Eng Chem Res 44(2005)3702；Ind Eng Chem Res 44(2005)3099；Energy 31(2006)1520；Catal Today 115(2006)2；Energy 27(2002)607；Chem Ind EngProcess 25(2006)918；现代化工21(2001)53；现代化工24(2002)47；环境污染与防治25(2003)206；CN1403185；CN1354036；CN1546206；CN1546207；CN1660470；天然气化工29(2004)10；天然气化工28(2003)1；应用科技28(2001)40；CN1076183；CN1657156；CN1895771；高分子材料科学与工程16(2000)5；Energy 31(2006)2556.]。