[发明专利]一种二氧化碳捕集溶剂的低温催化再生方法

说明书

本发明公开了一种二氧化碳捕集溶剂的低温催化再生方法，向再生塔和/或再沸器中添加固体酸催化剂，通过催化剂的催化作用，降低二氧化碳再生反应的活化能，提高富二氧化碳溶剂的再生反应速率。使用本发明公开的方法，二氧化碳再生能耗较传统的MEA溶剂可降低30%以上，再生温度为60~95℃，可使用余热废水作为热量来源，从而避免蒸汽的使用，二氧化碳再生速率快，所得贫吸收剂的贫度高，再生效率高。

技术领域

本发明属于二氧化碳捕集技术领域，具体地说，是涉及一种二氧化碳捕集溶剂的再生方法，该方法通过向再生塔中添加固体催化剂，降低二氧化碳再生反应的活化能，提高再生反应速率，降低再生反应温度，从而降低再生所需的能耗。

背景技术

二氧化碳是最重要的温室气体之一，随着人类对能源需求的不断加大，大量二氧化碳被排放到大气中，导致地球气候和生态系统平衡严重破坏。因此，二氧化碳减排已引起普遍关注。二氧化碳捕集是减少二氧化碳排放的重要途径，也是二氧化碳资源化利用的首要步骤。开发先进的二氧化碳捕集技术，已成为碳减排领域的研究热点。

目前，正在大力开发的二氧化碳捕集技术主要有3种，即燃烧后脱碳、燃烧前脱碳和富氧燃烧技术。其中燃烧前捕捉技术只能用于新建发电厂，而另两种技术则可同时应用于新建和既有发电厂。无论是采用燃烧前还是燃烧后捕集系统，其关键技术都是CO₂的分离，即将CO₂同其他物质进行分离，以便后续工艺处理。根据分离的原理、动力和载体等进行分类，CO₂分离技术主要包括：吸收法分离、吸附法分离、膜分离、深冷法分离等。

从目前的技术进展来看，吸收法是最成熟、应用最广的CO₂分离技术。以乙醇胺（MEA）为代表的化学吸收法工艺已经非常成熟，能够回收高纯度的CO₂，投资相对较低，目前已经用于燃烧后脱碳和燃烧前脱碳。醇胺法是其利用醇胺分子与二氧化碳的化学反应，使原料气中的二氧化碳得以分离，然后通过加热的方式使反应逆向进行，从而使二氧化碳从溶解中分离出来，醇胺溶液得到再生以循环利用。能耗是限制醇胺法二氧化碳捕集技术推广的主要因素之一，开发先进的醇胺法二氧化碳捕集技术，关键在于降低工艺能耗。

在醇胺法二氧化碳捕集技术中，再生过程所需要的热量是整个工艺过程能耗最重要的部分。降低能耗的措施有以下三种途径：一是开发新型溶剂，利用溶剂的空间位阻效应或活化效应降低再生反应所需的活化能，或利用溶剂的相变效应减少所需再生的溶液量；二是通过热量耦合以优化工艺的热交换网络，提高整个工艺过程的能量利用效率；三是对利用各种手段对再生过程进行强化，如电化学、超声、节流膨胀等。

专利CN102049173中公开了一种从气体混合物中深度脱除二氧化碳的方法，该方法采用一种复合胺水溶液作为吸收剂，吸收剂中总胺的浓度按重量百分比计为20%~50%；复合胺包括：主吸收剂为MDEA，含量占总胺浓度的70%~90%；助吸收剂为HEP、DMA2P、DMAE中的两种，助吸收剂占总胺浓度的10%~30%。实施例表明，使用该专利公开的吸收剂，其吸收性能与MEA相当，但再生能耗下降25%。

专利CN102553396中公开了一种高效低能耗捕集电站烟气中二氧化碳的方法及其设备，其步骤如下：1）以有机胺和功能化离子液体组成的复合吸收剂水溶液作为CO₂吸收剂；2）经过静止澄清形成不同液体层；3）将分离出来富含A·CO₂和B·CO₂的液体进行加热解析处理，再生获得高浓度CO₂气体和复合吸收剂吸收剂水溶液；4）将步骤3）所得复合吸收剂水溶液继续循环使用；5）对高浓度CO₂气体进行冷却处理，使其中含有的热水蒸汽产生凝结；6）对步骤5）冷却处理的高浓度CO₂气体进行气液分离处理，获得纯度≥99%的CO₂气体；7）高纯度CO₂气体变成液态，制成高浓度工业级液态二氧化碳成品。实施例表明，使用该专利公开的方法，再生能耗较传统MEA工艺可下降30%。