[发明专利]一种用于分离烟气中二氧化碳的双液相吸收剂

说明书

本发明公开了一种用于分离烟气中二氧化碳的双液相吸收剂，所述的双液相吸收剂为三亚乙基四胺与三级胺的混合水溶液，所述的三亚乙基四胺的质量分数为10％‑40％，所述的三级胺的质量分数为30％‑50％，水的质量分数为30％‑50％。本发明的双液相吸收剂的二氧化碳负载水平是传统吸收剂乙醇胺的1.4‑1.7倍，下液相粘度为20‑55毫帕·秒，近92‑99％的CO₂都富集在下液相，解吸后CO₂分压更高，从而降低了再生过程中的潜热和压缩工作所需的能耗。

技术领域

本发明属于气体分离技术领域，具体涉及一种用于分离烟气中二氧化碳的双液相吸收剂。

背景技术

随着人类工业活动的加剧，其排放的二氧化碳超过火山爆发排放量130倍以上。二氧化碳含量猛增，导致温室效应、全球气候变暖、冰川融化、海平面升高等一系列气候灾害，二氧化碳的排放控制已经成为全球性的问题。

当下，CO₂捕集被认为是最有效的能控制从工业锅炉中产生的二氧化碳排放量的方式。在一般情况下，CO₂捕集可以分为三个路径，包括燃烧前捕集，燃烧后捕集和富氧燃烧。燃烧后捕集(PCC)即在燃烧排放的烟气中捕集CO₂，由于其对现有设施的改造要求最小(Science，2009，325，1652-1654)，故此方式被认为是在短期内减少二氧化碳排放量的最好选择。从分离方面的角度来看，当前遇到的挑战主要是因为常规化石燃料燃烧产生的烟气往往具有相对较低的CO₂浓度(燃煤锅炉的浓度为10％-15％，天然气联合循环锅炉的浓度为4-7％)和较低的总压力(接近大气压力)，在吸收过程中常常会面临CO₂分压过低以及处理气体的量过大等问题。因此，PCC需要消耗大量的能源，同时还需要较为庞大的处理设备和较高的处理成本。

单乙醇胺(MEA)的吸收过程是目前PCC的一种工业基准。但是配备乙醇胺吸收工艺的粉煤发电厂的PCC过程将增加约80％的电力成本。在这个增加的电力成本中，大部分是由于寄生功率损耗，占60％左右；其次是资本成本，约30％；然后是操作和维护的成本，为10％。很明显，这个工艺的高能耗和高成本对大规模的部署PCC形成了巨大的挑战。

最近，双相吸收剂吸引了越来越多的兴趣，因为与单乙醇胺相比，它们能显著降低能源消耗和CO₂分离及后期压缩CO₂的设备成本。双相吸收剂在吸收了CO₂或发生了温度波动之后，两相系统(一个CO₂富相和一个CO₂贫相)形成。CO₂富相可以是液相，也可以是固相(固液分相的吸收剂工艺需要设置特殊的分离装置，并且较容易阻塞管路)。双相吸收剂不仅可以减少溶剂再生过程中的能耗(再生热)，同时因为CO₂富相拥有更高的CO₂负载，因此解吸后可以得到更高分压的CO₂，降低压缩工作的能耗。

由于只有CO₂富相用于溶剂再生，所以减少了所需再生的循环溶剂量，同时用来加热溶剂的热量(显热)也减少了。根据相平衡原理，在CO₂富相中的高CO₂负荷会产生较高的CO₂分压，从而在解吸塔塔顶气流中产生一个较高的CO₂/H₂O分压比，减少水汽化的热量(潜热)。再者，当同时保持所需的溶剂性能时，双相吸收剂与单乙醇胺相比，所需的反应热更低。此外，解吸塔中更高的CO₂分压也会产生更高的总剥离压力，减少CO₂机械压缩所需的能耗(压缩能耗)。另一方面，由于CO₂解吸的溶剂量较少并且之后机械压缩CO₂的量较少，因此相关的设备体积可以减小，其设备成本也可以降低。