[发明专利]一种羟烷基哌嗪基复合型有机胺碳捕集剂

说明书

本发明公开了一种羟烷基哌嗪基复合型有机胺碳捕集剂。所述碳捕集剂由主吸收剂、次吸收剂、助解吸剂和添加剂复合而成。其中主吸收剂由具有空间位阻效应的单羟烷基哌嗪基有机胺和氨烷基哌嗪组成，次吸收剂为伯胺、仲胺基结构的醇胺和脂肪胺，助解吸剂为含有双叔胺基结构的脂环胺，添加剂包括助溶剂、缓蚀剂、抗氧化剂、消泡剂和水。该碳捕集剂的制备操作步骤为：制备添加剂，在添加剂中依次加入主吸收剂、次吸收剂和助解吸剂，混合均匀后即得到碳捕集剂。本发明所述的碳捕集剂具有不同伯、仲、叔氨基官能团比例及空间位阻效应，吸收‑解吸CO₂过程中产生性能互补的原理，通过协同作用提高吸收与解吸CO₂的综合性能。

技术领域

本发明涉及有机胺捕集CO₂领域，尤其涉及一种羟烷基哌嗪基复合型有机胺碳捕集剂。

背景技术

随着温室效应的不断加剧，对CO₂的捕获、利用和封存技术已逐渐成为实现“碳中和”的热点问题。在诸多行业之中，发电、供热、钢铁和水泥等行业在生产过程中产生的富CO₂烟气是导致温室效应最主要的原因。而可再生有机胺化学吸收法捕集CO₂由于具有高吸收容量、高吸收速率、可循环利用及有机胺结构多样，可设计性强等特点，被认为是从燃煤或天然气发电厂捕获CO₂的最有效技术之一。

目前，有机胺捕集CO₂技术的发展和应用尚存在不少关键技术问题，如如何协同提高有机胺对CO₂的吸收和解吸能力，如何解决碳捕集过程中有机胺降解、对设备管路腐蚀等问题，均需要尽快解决。

CA200710011508.1一种回收废气中CO₂用复合脱碳溶液，以快反应速率胺和慢反应速率胺进行复配，并向其中加入聚醇醚增强脱碳溶液对CO₂的选择性吸收，以钒酸钠为缓蚀剂，以醋酸钠和醋酸铜为抗氧化剂，CO₂吸收-解吸综合性能较好。

CN107261766 A一种烟气脱碳组合物、其制备方法及烟气脱碳方法，以二氮杂二环辛烷作为主吸剂，以二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺及三乙烯二胺中的一种或几种作为活化剂并结合抗氧化剂和缓蚀剂复配得到烟气脱碳组合物，具有较好的CO₂脱除效果，但循环性能欠佳。

有鉴于此，本发明针对现有技术问题，提供一种综合吸收/解吸优、应用前景好的羟烷基哌嗪基碳捕集剂。

发明内容

为解决单一有机胺在使用过程中易产生的结晶、降解、发泡和解吸能耗巨大等问题，本发明提供一种羟烷基哌嗪基复合型有机胺碳捕集剂，利用伯、仲、叔氨基结构和功能上的互补，及各种吸收助剂对运行过程的促进作用，协同促进碳捕集剂对CO₂的综合捕集性能。

本发明所述羟烷基哌嗪基复合型有机胺碳捕集剂的制备方法为：在室温搅拌条件下，首先制备添加剂，后向添加剂中依次缓慢加入主吸收剂、次吸收剂和助解吸剂，混合均匀后制得羟烷基哌嗪基复合型有机胺碳捕集剂。所述主吸收剂、次吸收剂、助解吸剂和添加剂的配方如下表所示：

优选的配方：

所述主吸收剂是具有单羟烷基、氨烷基取代基的哌嗪及其衍生物，由单羟烷基哌嗪基有机胺和氨烷基哌嗪中的一种或一种以上组成，其结构式如化合物A所示：

其中，R¹和R³为H质子或且R¹和R³中至少有一个为H质子；R²为亚甲基、亚乙基、亚丙基、亚丁基；R⁴为H质子或C1～C3烷基；