一種用于膜接觸器捕集CO₂氣體的復合吸收劑的制作方法

專利名稱：一種用于膜接觸器捕集CO₂氣體的復合吸收劑的制作方法
技術領域：
本發明涉及膜分離技術領域，特別是一種用于捕集CO2氣體的復合吸收劑。

背景技術：
全球氣候變暖已受到全球的高度關注，二氧化碳因具有溫室效應被普遍認為是導致全球氣候變暖的重要原因之一。減少二氧化碳排放，實現低碳經濟，降低大氣中二氧化碳濃度，是人類面臨的共同難題和挑戰。各種高效低能耗可行的分離和捕集CO2技術受到各國的高度重視。各種高性能捕集CO2吸收劑的開發是此領域研究的主題之一，近幾年來，復合吸收劑由于其獨特的性能已成為捕集CO2吸收劑的研究與開發的熱門課題。
復合吸收劑兼容了單一吸收劑的優良性能，在捕集CO2過程中可提供更高的傳質推動力、更高的吸收容量、更高的吸收速率和再生速率。因此復合吸收劑具有更高的優良性能。目前用于吸收CO2氣體各種吸收劑在工業上已得到了廣泛應用。如US4,892,674提出在醇胺溶劑中添加位阻胺鹽或位阻氨基酸形成復合溶劑；US4,895,670提出的空間位阻胺和位阻氨基酸形成的復合溶劑。CN1356157A提出一種混合溶劑由MDEA(N-甲基二乙醇胺)和一種空間位阻胺組成。CN1354036A公開一種復合胺溶劑由MEA(一乙醇胺)和一種活性胺組成。這些專利涉及的復合溶劑主要用于選擇性脫除混合氣中的酸性氣體H2S及CO2。
膜氣體吸收技術(簡稱膜吸收)作為膜分離與溶劑吸收氣體技術相結合的新型氣體分離過程，其具有穩定的傳質界面、高比表面積、高傳質效率，能耗低，裝置體積小，操作穩定和彈性大等優勢；膜接觸器中的微孔膜僅僅是氣液兩相之間的屏障，對氣體的分離無選擇性，吸收劑在分離過程中提供了高選擇性和高驅動力。因此開發與膜材質相兼容的高性能吸收劑具有特別重要的意義。CN1895738公開了由氨基酸鹽和活化組分組成的復合溶液，具有優良的吸收和再生性能，并優于單一組分。目前，用于膜接觸器捕集CO2復合吸收劑較少，吸收性能尚需要進一步提高，而且存在溶劑不易獲得，價格昂貴，再生熱較高，以及溶劑侵蝕膜材質等缺點。

發明內容
本發明的目的在于提供一種能在膜接觸器中穩定運行的用于膜接觸器捕集CO2氣體的高效復合吸收劑。
本發明的技術方案為一種用于膜接觸器捕集CO2氣體的復合吸收劑，由氨基烷烴基磺酸鹽和多氨基有機胺兩組分組成。氨基烷烴基磺酸鹽和多氨基有機胺兩組分在復合吸收劑中的總濃度為0.1～4.0mol/L，氨基烷烴基磺酸鹽和多氨基有機胺的摩爾比為1.0∶0.1～1.2。
氨基烷烴基磺酸鹽和多氨基有機胺兩組分的復合吸收劑總濃度更優選的值為0.5～3.0mol/L。氨基烷烴基磺酸鹽和多氨基有機胺的摩爾比更優選值為1.0∶0.5～1.0。
其中，氨基烷烴基磺酸鹽的結構式為 H2N-R-SO3-M+ 其中R為含有1～3碳原子的烷基，M+＝K+或Na+。優選為氨基甲磺酸鹽，2-氨基乙磺酸鹽，1-氨基乙磺酸鹽，1-氨基丙磺酸鹽，2-氨基丙磺酸鹽，3-氨基丙磺酸鹽。
多氨基有機胺化合物的結構式為
其中n值為0-5，優選為乙二胺，二乙烯三胺，三乙烯四胺，四乙烯五胺。
有益效果 本發明提出的復合吸收劑捕集CO2性能優于現有的CO2吸收劑如MEA(一乙醇胺)等組分，同時優于單一的氨基烷烴基磺酸鹽；具有高傳質系數，能在膜接觸器中穩定運行。
四

圖1膜接觸器捕集CO2氣體的復合吸收劑吸收性能評價裝置。1-混合氣鋼瓶，2-氣體流量計，3-膜接觸器，4-

收劑儲槽，5-蠕動計量泵，6-

液儲槽，P-壓力計，A-取樣點。
圖2膜接觸器捕集CO2氣體的復合吸收劑的吸收性能評價結果-復合吸收劑組分比較。
其中●MEA，▼氨基甲磺酸鹽，■氨基乙磺酸鹽，◆氨基乙磺酸鹽+四乙烯五胺，

氨基乙磺酸鹽+三乙烯四胺，

氨基甲磺酸鹽+二乙烯三胺，▲氨基乙磺酸鹽+乙二胺，復合吸收劑總濃度為1mol/L，氨基烷烴基磺酸鹽和多氨基有機胺的摩爾比為1∶0.6。
圖3膜接觸器捕集CO2氣體的復合吸收劑的吸收性能評價結果-溶質總濃度和溶質摩爾比的影響。
圖中當氨基烷烴基磺酸鹽和多氨基有機胺的摩爾比為1∶0.5時，曲線為▲氨基丙磺酸鹽+二乙烯三胺，●氨基甲磺酸鹽+三乙烯四胺，■氨基乙磺酸鹽+四乙烯五胺；當氨基烷烴基磺酸鹽和多氨基有機胺的摩爾比為1∶1時，曲線為

氨基乙磺酸鹽+四乙烯五胺，

氨基甲磺酸鹽+三乙烯四胺，

氨基丙磺酸鹽+二乙烯三胺。
五具體實施例方式 下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。
如圖1所示，本發明用于膜接觸器捕集CO2氣體的復合吸收劑的捕集性能評價流程為室溫下，含10％(體積百分數)的CO2混合氣由混合鋼瓶1經減壓閥減壓至0.105～0.11MPa的操作壓力，氣流經氣體流量計2進入膜接觸器3中，混合氣中CO2通過膜孔擴散至膜另一側，被復合吸收劑捕集，進入液相，吸收后的氣相從膜接觸器3另一端氣體出口放出。第一溶液儲槽4中的復合吸收劑由蠕動計量泵5抽出送入膜接觸器3中，捕集擴散過來的CO2后離開膜接觸器3的溶液進入第二溶液儲槽6。氣相進出口組成由氣體分析儀測定，溶液總堿由酸堿滴定測定，液相CO2采用化學分析法測定。
評價標準總體積傳質系數KGa 式中G、A和L分別為氣相體積流速、膜組件橫截面積和膜組件長度，Cg，in和Cg，out分別為氣相進出口CO2濃度。
實施例1
一種用于膜接觸器捕集CO2氣體的復合吸收劑，由氨基烷烴基磺酸鹽和多氨基有機胺兩組分組成。氨基烷烴基磺酸鹽和多氨基有機胺兩組分在復合吸收劑中的總濃度為0.5mol/L，氨基烷烴基磺酸鹽和多氨基有機胺的摩爾比為1.0∶0.6。具體組成如上表所示。
實施例2 一種用于膜接觸器捕集CO2氣體的復合吸收劑，由氨基烷烴基磺酸鹽和多氨基有機胺兩組分組成。氨基烷烴基磺酸鹽和多氨基有機胺兩組分在復合吸收劑中的總濃度為2mol/L，氨基烷烴基磺酸鹽和多氨基有機胺的摩爾比為1.0∶1.2。具體組成如下表所示
實施例3 一種用于膜接觸器捕集CO2氣體的復合吸收劑，由氨基烷烴基磺酸鹽和多氨基有機胺兩組分組成。氨基烷烴基磺酸鹽和多氨基有機胺兩組分在復合吸收劑中的總濃度為4mol/L，氨基烷烴基磺酸鹽和多氨基有機胺的摩爾比為1.0∶0.5。具體組成如下表所示
由實施例可以明顯看出本發明的復合溶液對二氧化碳有較好的吸收效果。
圖2為各種復合吸收劑的吸收性能比較，各種復合吸收劑的總體積傳質系數遠高于單一組分吸收劑(如MEA、氨基甲磺酸鹽和氨基乙磺酸鹽)的總體積傳質系數，復合吸收劑的總體積傳質系數是單一組分吸收劑的1.25～2.3倍，同時表明，隨著多氨基有機胺化合物中氨基基團的增加，總體積傳質系數增加，本發明的復合吸收劑是一類優良的CO2吸收劑。圖3為復合吸收劑總濃度和摩爾比濃度對吸收性能影響評價結果，選擇了具有代表性的三種組分氨基乙磺酸鹽+四乙烯五胺、氨基甲乙磺酸鹽+三乙烯四胺和氨基丙磺酸鹽+二乙烯三胺。圖中當氨基烷烴基磺酸鹽和多氨基有機胺的摩爾比為1∶0.5時，曲線為▲氨基丙磺酸鹽+二乙烯三胺，●氨基甲磺酸鹽+三乙烯四胺，■氨基乙磺酸鹽+四乙烯五胺；當氨基烷烴基磺酸鹽和多氨基有機胺的摩爾比為1∶1時，曲線為氨基乙磺酸鹽+四乙烯五胺，□氨基甲磺酸鹽+三乙烯四胺，□氨基丙磺酸鹽+二乙烯三胺。結果表明總濃度增加時總體積傳質系數增加，多氨基有機胺在復合吸收劑中摩爾比例增加時，總體積傳質系數增加，本發明的復合吸收劑具有高傳質系數。
權利要求
1.一種用于膜接觸器捕集CO2氣體的復合吸收劑，其特征在于，由氨基烷烴基磺酸鹽和多氨基有機胺組成；
氨基烷烴基磺酸鹽的結構式為H2N-R-SO3-M+，其中R為含有1～3個碳原子的烷基，M+＝K+或Na+，
多氨基有機胺化合物的結構式為
其中n值為0～5。
2.根據權利要求1所述的用于膜接觸器捕集CO2氣體的復合吸收劑，其特征在于，氨基烷烴基磺酸鹽和多氨基有機胺兩組分在復合吸收劑中的總濃度為0.1～4.0mol/L，其中，氨基烷烴基磺酸鹽和多氨基有機胺的摩爾比為1∶0.1～1.2。
3.根據權利要求2所述的用于膜接觸器捕集CO2氣體的復合吸收劑，其特征在于，氨基烷烴基磺酸鹽和多氨基有機胺兩組分在復合吸收劑中的總濃度為0.5～3.0mol/L。
4.根據權利要求2所述的用于膜接觸器捕集CO2氣體的復合吸收劑，其特征在于，氨基烷烴基磺酸鹽和多氨基有機胺的摩爾比為1∶0.5～1。
5.根據權利要求1～4任一所述的用于膜接觸器捕集CO2氣體的復合吸收劑，其特征在于，所述的氨基烷烴基磺酸鹽為氨基甲磺酸鹽，2-氨基乙磺酸鹽，1-氨基乙磺酸鹽，1-氨基丙磺酸鹽，2-氨基丙磺酸鹽，3-氨基丙磺酸鹽中的任意一種。
6.根據權利要求5所述的用于膜接觸器捕集CO2氣體的復合吸收劑，其特征在于，所述的多氨基有機胺化合物為乙二胺，二乙烯三胺，三乙烯四胺，四乙烯五胺中的任意一種。
全文摘要
本發明公開了一種用于膜接觸器捕集CO2氣體的復合吸收劑，該復合吸收劑由氨基烷烴基磺酸鹽和多氨基有機胺組成，氨基烷烴基磺酸鹽和多氨基有機胺兩組分在復合吸收劑中的總濃度為0.1～4.0mol/L，氨基烷烴基磺酸鹽和多氨基有機胺的摩爾比為1∶0.5～1.2。與現有技術相比，本發明提出的復合吸收劑捕集CO2性能優于現有的CO2吸收劑如MEA(一乙醇胺)等組分，同時優于單一的氨基烷烴基磺酸鹽；具有高傳質系數，能在膜接觸器中穩定運行。
文檔編號B01D53/14GK101766947SQ201010121980
公開日2010年7月7日 申請日期2010年3月11日 優先權日2010年3月11日
發明者陸建剛, 陳敏東, 王讓會, 張慧, 黎飛虎 申請人:南京信息工程大學