一種工業(yè)化二氧化碳捕獲劑的快速篩選方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種工業(yè)化二氧化碳捕獲劑的快速篩選方法，屬于二氧化碳捕獲技術(shù) 領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，溫室效應(yīng)導(dǎo)致的全球氣候變化問題日益威脅人類的生存和發(fā)展，而二氧 化碳則是公認(rèn)最主要的溫室氣體之一。
[0003] 目前主要存在燃燒前捕獲、富氧燃燒捕獲和燃燒后捕獲運(yùn)=種碳捕獲技術(shù)，燃燒 后捕獲技術(shù)是符合當(dāng)前經(jīng)濟(jì)發(fā)展可行的最成熟的技術(shù)，燃燒后煙道氣脫碳技術(shù)主要包括化 學(xué)吸收法、物理吸附法和膜分離法等。
[0004] 化學(xué)溶劑吸收法中，有機(jī)胺溶劑因其快吸收速率，大吸收容量和可再生等特性被 廣泛應(yīng)用于工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)過程中。
[0005] 目前主要存在的有機(jī)胺溶劑主要有：單乙醇胺，2-氨基-2-甲基-1-丙醇，二乙醇 胺，N-甲基二乙醇胺，=乙醇胺，贓嗦等，同時一大批潛在的吸收劑正在被研究，如二乙胺基 乙醇，4-二乙胺基-2-下醇，二乙締=胺，氨乙基乙醇胺，3-甲氨基丙胺等。
[0006] 通過研究不同胺溶劑的溶解度、動力學(xué)常數(shù)、解吸能耗、傳質(zhì)性能和降解腐蝕性能 等來對比篩選更高效性能的溶劑體系有一些缺點，如需要耗費大量的時間和材料，導(dǎo)致高 成本;研究的溶劑常常只是具有某種優(yōu)異性能，不能判斷該溶劑捕獲二氧化碳的整體性能 是否高效;因此，開發(fā)一種二氧化碳高效捕獲劑的快速篩選方法具有極其重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的主要目的在于:提供一種工業(yè)化應(yīng)用二氧化碳高效捕獲劑的快速篩選方 法，該方法基于傳統(tǒng)二氧化碳捕獲劑的篩選方法，結(jié)合工業(yè)化應(yīng)用溶液再生循環(huán)和塔設(shè)備 規(guī)模，通過設(shè)定貧胺溶液負(fù)載和吸收解吸流程時間，快速的得到相同條件下不同捕獲劑體 系的碳捕獲循環(huán)容量來篩選出高效捕獲劑，篩選成本大大降低，篩選時間短，且能夠在 Aspen中進(jìn)行中試規(guī)模放大。
[000引本發(fā)明的技術(shù)方案是，提供一種工業(yè)化二氧化碳捕獲劑的快速篩選方法，包括W 下步驟：
[0009] (1)先用二氧化碳捕獲劑吸收二氧化碳，再使二氧化碳被解吸，得到預(yù)處理的二氧 化碳捕獲劑，所述二氧化碳捕獲劑為有機(jī)胺溶劑；
[0010] (2)將預(yù)處理的二氧化碳捕獲劑的溫度調(diào)至10-50°C，通入模擬煙道氣并攬拌0.5- 化使模擬煙道氣中的二氧化碳被吸收，得到富液;將富液的溫度調(diào)至75-100°C，通入并氮氣 并攬拌0.5-化使富液中的二氧化碳被解吸，得到貧液;分別測定富液和貧液中的負(fù)載;所述 負(fù)載是指二氧化碳的摩爾數(shù)與二氧化碳捕獲劑的摩爾數(shù)之比；
[0011] (3)通過比較循環(huán)容量的大小來判斷二氧化碳捕獲劑的優(yōu)劣;所述循環(huán)容量是指 富液和貧液中的負(fù)載的差值與二氧化碳捕獲劑濃度的乘積。
[0012] 進(jìn)一步地，所述步驟(1)中，先用溫度為10-50°C的二氧化碳捕獲劑吸收二氧化碳； 再使二氧化碳捕獲劑的溫度升高至75-100°C并通入氮氣使二氧化碳被解吸，得到預(yù)處理的 二氧化碳捕獲劑。
[0013] 進(jìn)一步地，所述步驟(1)中，二氧化碳捕獲劑吸收二氧化碳至飽和的40-80 %時，再 使二氧化碳被解吸。因為吸收至接近飽和時，吸收的速率會很慢。飽和是指二氧化碳在二氧 化碳捕獲劑中的吸收達(dá)到當(dāng)時條件下的平衡，可理解為吸收為100%，為節(jié)省時間，也為接 近工業(yè)化的處理情況，不可能等到吸收至飽和才去進(jìn)行解吸過程。
[0014] 進(jìn)一步地，所述步驟(2)中，預(yù)處理的二氧化碳捕獲劑吸收二氧化碳至飽和的40-80%時，得到富液。
[0015] 進(jìn)一步地，所述步驟（1)中，二氧化碳被解吸時，通入流量為0.7-1.化/min的氮氣， 當(dāng)從二氧化碳捕獲劑逸出的氣體中二氧化碳的濃度為模擬煙道氣中二氧化碳濃度的5-20%時，得到預(yù)處理的二氧化碳捕獲劑。對于解析過程也是一樣，解吸至接近平衡時，解吸 的速率也會很慢。
[0016] 進(jìn)一步地，所述步驟(2)中，二氧化碳被解吸時，通入流量為0.7-1.化/min的氮氣， 當(dāng)從富液逸出的氣體中二氧化碳的濃度為模擬煙道氣中二氧化碳濃度的5-20%時，得到貧 液。
[0017] 進(jìn)一步地，所述有機(jī)胺溶劑為單乙醇胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、二乙醇胺、N-甲 基二乙醇胺、=乙醇胺、贓嗦、二乙胺基乙醇、4-二乙胺基-2-下醇、二乙締=胺、氨乙基乙醇 胺、3-甲氨基丙胺。有機(jī)胺溶劑可W為單一的一種有機(jī)胺溶劑，也可W為多種有機(jī)胺溶劑的 混合。此篩選方法可W有效應(yīng)用于篩選多種有機(jī)胺溶劑或者說多種二氧化碳捕獲劑的有效 組合。
[0018] 進(jìn)一步地，所述模擬煙道氣中的二氧化碳濃度為1-50%。
[0019] 進(jìn)一步地，所述步驟（1)中，用二氧化碳捕獲劑吸收流量為0.2-0.化/min的二氧化 碳。
[0020] 進(jìn)一步地，所述步驟（1)中，二氧化碳捕獲劑吸收二氧化碳的時間為0.5-化，二氧 化碳被解吸的時間為0.5-化。
[0021] 本發(fā)明中使用的模擬煙道氣是指模擬實際條件下煙道內(nèi)的氣體成分，為簡化實驗 條件，可用氮氣和二氧化碳代替。本發(fā)明中的氮氣是為了與二氧化碳相區(qū)別，用空氣或接近 空氣的氣體均可，進(jìn)一步地，可W認(rèn)為與二氧化碳高效捕獲劑不反應(yīng)，且溶解度接近空氣的 其他均可應(yīng)用。
[0022] 本發(fā)明的步驟(1)即為預(yù)處理步驟，是為了使在步驟(2)前得到一種已經(jīng)含有部分 二氧化碳的溶劑，使其更加接近實際情況。當(dāng)然，步驟(1)的預(yù)處理過程可W進(jìn)行多次。為了 使吸收和解吸過程中二氧化碳的傳質(zhì)較為均勻，攬拌的速度應(yīng)不低于lOOOr/min。
[0023] 本發(fā)明提出一種工業(yè)化應(yīng)用二氧化碳高效捕獲劑的快速篩選方法，由于碳捕獲工 業(yè)化流程中胺溶液的循環(huán)再生特性和再沸器能耗所帶來的成本考慮，碳捕獲篩選過程的貧 液負(fù)載參數(shù)更接近工業(yè)應(yīng)用；同時，預(yù)處理過程能夠消除新配胺溶液所帶來的不確定誤差 因素，如溶液穩(wěn)定性，濃度分布不均勻等。吸收解吸過程設(shè)定的吸收溫度，模擬煙道氣濃度， 氣相流量等都和工業(yè)化應(yīng)用條件相近。而吸收解吸過程的時間則根據(jù)工業(yè)化應(yīng)用的塔設(shè)備 規(guī)模來進(jìn)行具體設(shè)定，時間是根據(jù)塔設(shè)備基于速率模型進(jìn)行計算的。
[0024] 本發(fā)明整合傳統(tǒng)溶劑篩選特性參數(shù)測定方法和工業(yè)化應(yīng)用胺溶液循環(huán)特性參數(shù) 的優(yōu)勢，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有W下優(yōu)勢:本發(fā)明的方法通過結(jié)合二氧化碳捕獲工業(yè)化應(yīng)用 流程的循環(huán)特性和塔設(shè)備規(guī)模設(shè)定吸收解吸過程時間參數(shù)，能夠快速準(zhǔn)確的篩選出具有高 效捕獲性能的二氧化碳捕獲劑，與傳統(tǒng)的溶研究劑特性參數(shù)測定方法對比，該方法可極大 地節(jié)約了的時間和材料的消耗，過程簡單，穩(wěn)定和重復(fù)性高，操作成本極低，結(jié)果更可靠;該 篩選方法可W篩選單一的有機(jī)胺溶劑，也可W篩選多種有機(jī)胺溶劑的最佳組合配比。
【附圖說明】
[0025] 圖1為本發(fā)明的快速篩選實驗的裝置示意圖；
[00%]其中，1是氮氣鋼瓶，2是二氧化碳鋼瓶，3是截止閥，4是質(zhì)量流量巧制器，5是氣體 混合器，6是恒溫水浴槽，7是溫度控制器，8是反應(yīng)器，9是氣體分布器，10是攬拌子，11是冷 凝管，12