[发明专利]一种用于富二氧化碳胺溶液再生的离子液体催化剂

说明书

本发明公开了一种用于富二氧化碳胺溶液再生的离子液体催化剂。在富胺溶液反应过程中，酸性离子液体催化剂加入到反应体系中，且所述富胺溶液解吸反应中的离子液体催化剂的阳离子为咪唑阳离子，阴离子为酸性阴离子。本发明方案在氨基甲酸酯解吸二氧化碳反应过程中，添加均相离子液体催化剂，不仅实现了二氧化碳的快速解吸，还可以有效降低解吸反应所需温度；同时该方法操作简单，能耗小，成本低，具有很强的工业实用性。

技术领域

本发明涉及一种用于富二氧化碳胺溶液再生的离子液体催化剂，属于资源与环境技术领域。

背景技术

随着大量化石燃料的燃烧和人类活动的增加，导致温室效应和全球变暖。目前，我国还是以燃煤发电和火力发电为主，燃煤机组是CO₂的集中排放源，如果不采取有效措施加以控制，其持续排放的CO₂将给我国带来能源及气候变化等方面的压力。碳捕集与封存(CCS)技术成为减少CO₂排放的潜在选择，可实现CO₂的零排放或几乎不排放。其中，单乙醇胺(MEA)溶液具有CO₂反应速率快，价格低廉等优点，是目前应用最为广泛、技术最为成熟的捕获剂之一。但其再生能耗高，解吸操作费用约占总操作费用的70％-80％。胺溶剂再生能耗居高不下是目前胺法CO₂捕获技术所面临的最大问题，它极大地阻碍了该技术的工业化应用。因此，促进富胺溶剂的再生过程，降低其再生能耗具有重要的研究意义。

为了降低胺溶剂捕集CO₂工艺的再生能耗，研究学者提出添加固体酸催化剂来促进胺溶剂的再生过程，降低其再生能耗。Shi等人研究了催化剂HZSM-5 和γ-Al₂O₃对MEA及MEA-DEAB(4-(二乙胺)-2-丁醇))体系的CO₂解吸性能的影响，结果表明，固体酸催化剂可以降低富MEA的再生能耗，而催化剂和混合胺的耦合则能够进一步的降低CO₂的解吸能耗(Shiet al.International Journal of Greenhouse Gas Control.2014,26:39–50)。Prasongthum等人研究了超强固体酸催化剂Ce(SO₄)₂/ZrO₂的催化胺溶液再生性能，结果表明因其突出的 Bronsted酸性位点(B酸)而表现出较好的催化解吸性能(Prasongthum etal. Energy Fuels.2019,33:1334-1343)。Wang等人研究了SiO₂、Al₂O₃和TiO₂三种纳米颗粒对MEA溶液再生过程的影响，结果显示相对空白解吸，TiO₂的添加可以节省42％的解吸时间(Wang et al.Ind.Eng.Chem.Res.2016,55:7830-7838)。

离子液体具有明显的“绿色”环保性质，在催化反应过程中，可以替代有毒、污染严重的传统非环保型催化剂，实现良好的社会和经济效应。同时具有液体酸的高密度反应活性和固体酸的不挥发性，以及均相催化效率高的优点，在催化领域备受关注。因此，利用离子液体的酸性及表面活性促进富胺溶液低能耗解吸，代替常规酸催化剂，对CCUS技术而言具有重大的应用潜力和工业需求。

发明内容

本发明解决的技术问题是，通过添加酸性离子液体催化剂，进一步提高胺溶液解吸速率，降低富二氧化碳胺溶液再生能耗，从而降低有机胺法捕获CO₂运行成本，实现能源的多效利用，达到节能减排的目的。

本发明的技术方案是，提供一种用于富二氧化碳胺溶液再生的离子液体催化剂。该方法可以提高二氧化碳解吸速率，降低胺溶液再生的能耗。

本发明提供的一种用于富二氧化碳胺溶液再生的离子液体催化剂，应用于有机胺法捕获二氧化碳工艺过程中，其特征在于，所述胺溶液为单乙醇胺。

优选地，单乙醇胺浓度为5M。