[发明专利]一种用于二氧化碳捕集的三元非水相吸收体系及其应用

说明书

本发明公开了一种用于二氧化碳捕集的三元非水相吸收体系的应用，该吸收体系由2‑氨基‑2‑甲基‑1‑丙醇(AMP)、羟乙基乙二胺(AAEA)以及n‑甲基吡咯烷酮(NMP)三者混合而成。本三元体系使用的高沸点有机溶剂具有较低的比热容和蒸发焓，能有效降低再生能耗，将具有较大的节能潜力；且本三元体系因引入AMP的位阻效应降低了体系的粘度，从而使体系吸收CO₂前后保持均一透明液体状，且因多级胺含有多个氨基，体系具有超高的CO₂吸收负荷与吸收速率。总而言之，本申请的三元体系不仅保留了非水相吸收剂低再生能耗的优势，同时还具有高CO₂吸收速率和吸收负荷以及低溶剂损失率的优点，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于二氧化碳减排去控制技术领域，具体涉及一种用于二氧化碳捕集的三元非水相吸收体系及其应用。

背景技术

随着工业的发展，大量的人为二氧化碳(CO₂)排放导致大气中CO₂浓度持续升高，由此引发的全球气候变暖已成为当今世界所面临的重大环境问题之一。遏制全球气候变暖，关键在于CO₂的控制和减排。基于有机胺的化学吸收法是目前发展较为成熟的CO₂捕集方法，但传统有机胺吸收法再生能耗高，以质量分数30％的一乙醇胺溶液(30wt％MEA)为例，其热解吸能耗高达3.7GJ/ton CO₂。过高的再生能耗将大幅增加碳捕集成本，这也是有机胺吸收法目前发展的瓶颈。同水相比，有机溶剂具有较低的比热容和蒸发焓，在显热和潜热方面有较大的节能优势。因此，为了降低CO₂捕集的再生能耗，研究者们试图用有机试剂代替水作为溶剂以构建非水相有机胺体系用于CO₂捕集。

目前已有的非水相体系的研究，一方面采用低沸点的醇因蒸汽压高，易挥发损失，使用过程中需安装回收装置，增加了操作复杂性同时增加了设备成本，不利于工业化应用；另一方面，已有的有机胺/醇非水相体系中的胺大多为单级胺(含1个氨基)，较低的CO₂吸收负荷限制了吸收剂的CO₂循环吸收容量，不利于最大幅度降低再生能耗。因此，如何保留非水相吸收剂低再生能耗的优势，同时提高其CO₂吸收负荷并克服溶剂易挥发损失的问题，是该类吸收剂推广和应用的关键所在。

由上述可知，非水相吸收剂用于CO₂捕集有利于降低吸收剂再生时的显热和潜热，在节省再生能耗方面有显著的优势。但已有的体系存在基于单级胺和醇构建，这些体系存在溶剂易挥发且CO₂负荷较低的缺陷，不利于最大幅度降低再生能耗。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种用于二氧化碳捕集的三元非水相吸收体系及其应用，解决了上述背景技术中单级胺/醇体系吸收后高粘度的问题，还解决了吸收过程中低效、高耗能的问题。

本发明以高沸点、低蒸气压的有机试剂作为溶剂，并借助多级胺调控，构建基于多级胺的新型低能耗非水相吸收体系，以突破现有单级胺/醇体系所面临的困境。本发明具有较大的节能潜力，可为高效低能耗的CO₂捕集技术的开发提供新思路，且通过本发明也可为非水相吸收剂的工业化推广和应用提供理论基础和关键数据。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种用于二氧化碳捕集的三元非水相吸收体系，为由2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP)、羟乙基乙二胺(AAEA)以及n-甲基吡咯烷酮(NMP)组成的三元体系，用于吸收纯CO₂或混合气体中体积分数为5～20％的CO₂；所述三元体系中，2-氨基-2-甲基-1-丙醇与羟乙基乙二胺的摩尔比(mol/kg)为4～6:1，余量为n-甲基吡咯烷酮，且2-氨基-2-甲基-1-丙醇的浓度为1～3mol/L。