一種膜吸收CO₂氣體的復(fù)合溶液的制作方法

專利名稱：：一種膜吸收CO₂氣體的復(fù)合溶液的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及膜分離
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別是一種膜吸收co2氣體的復(fù)合溶液。
背景技術(shù)：
：全球氣候變暖已受到全球的高度關(guān)注，二氧化碳因具有溫室效應(yīng)被普遍認(rèn)為是導(dǎo)致全球氣候變暖的重要原因之一。減少二氧化碳排放，實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)，降低大氣中二氧化碳濃度，是人類面臨的共同難題和挑戰(zhàn)。各種高效低能耗可行的分離和吸收0)2技術(shù)受到各國(guó)的高度重視。各種高性能吸收(A溶液的開發(fā)是此領(lǐng)域研究的主題之一，近幾年來(lái)，復(fù)合溶液由于其獨(dú)特的性能已成為膜吸收co2溶液的研究的熱門課題。復(fù)合溶液兼容了單一溶液的優(yōu)良性能，在膜吸收C02過程中可提供更高的傳質(zhì)推動(dòng)力、更高的吸收容量、更高的吸收速率和再生速率。因此復(fù)合溶液具有更高的優(yōu)良性能。目前作為吸收C02氣體各種復(fù)合溶液在工業(yè)上已得到了廣泛應(yīng)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(fù)合溶劑；US4，895，670公開了空間位阻胺和位阻氨基酸形成的復(fù)合溶劑。0肌356157八提出一種混合溶劑由1￡八(^甲基二乙醇胺)和一種空間位阻胺組成。CN1354036A提出一種復(fù)合胺溶劑由MEA(—乙醇胺)和一種活性胺組成。這些專利涉及的復(fù)合溶劑主要用于選擇性脫除混合氣中H2S及C02。膜氣體吸收技術(shù)(簡(jiǎn)稱膜吸收)作為膜分離與溶劑吸收氣體技術(shù)相結(jié)合的新型氣體分離過程，其具有穩(wěn)定的傳質(zhì)界面、高比表面積、高傳質(zhì)效率，能耗低，裝置體積小，操作穩(wěn)定和彈性大等優(yōu)勢(shì)；膜接觸器中的微孔膜僅僅是氣液兩相之間的屏障，對(duì)氣體的分離無(wú)選擇性，溶液在分離過程中提供了高選擇性和高驅(qū)動(dòng)力。因此開發(fā)與膜材質(zhì)相兼容的高性能溶液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(fù)合溶液，具有優(yōu)良的吸收和再生性能，并優(yōu)于單一組分。目前，用于膜吸收(A復(fù)合溶液較少，吸收性能尚需要進(jìn)一步提高，而且存在溶劑不易獲得，價(jià)格昂貴，再生熱較高，以及溶劑侵蝕膜材質(zhì)等缺點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種能在膜接觸器中穩(wěn)定運(yùn)行的膜吸收C02氣體的復(fù)合溶液。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種膜吸收(A氣體的復(fù)合溶液，由氨基烷烴基磺酸鹽和多氨基有機(jī)醇兩組分組成。氨基烷烴基磺酸鹽和多氨基有機(jī)醇兩組分在水溶液中的總濃度為0.15.0mol/L，氨基烷烴基磺酸鹽和多氨基有機(jī)醇的摩爾比為1.0:0.51.2。氨基烷烴基磺酸鹽和多氨基有機(jī)醇兩組分的水溶液總濃度更優(yōu)選的值為0.53.Omol/L。氨基烷烴基磺酸鹽和多氨基有機(jī)醇的摩爾比更優(yōu)選值為1.0:0.51.0。其中，氨基烷烴基磺酸鹽的結(jié)構(gòu)式為H2N-R-S03—M+式中R為含有13個(gè)碳原子的烷基，1+=K+或Na+。優(yōu)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-氨基丙磺酸鹽中的任意一種。多氨基有機(jī)醇化合物的結(jié)構(gòu)式為式中n值為05，優(yōu)選為一乙醇胺，N-(2-羥乙基)乙二胺，N-(2-羥乙基)二乙烯三胺，N-(2-羥乙基)三乙烯四胺，N-(2-羥乙基)四乙烯五胺。有益效果本發(fā)明提出的復(fù)合溶液吸收C02性能優(yōu)于現(xiàn)有的C02吸收劑如MEA(—乙醇胺)等組分，同時(shí)優(yōu)于單一的氨基烷烴基磺酸鹽；具有高傳質(zhì)系數(shù)，能在膜接觸器中穩(wěn)定運(yùn)行。四圖1膜吸收C02氣體的復(fù)合溶液吸收性能評(píng)價(jià)裝置。1-混合氣鋼瓶，2-氣體流量計(jì)，3-膜接觸器，4-第一溶液儲(chǔ)槽，5-蠕動(dòng)計(jì)量泵，6-第二溶液儲(chǔ)槽，P-壓力計(jì)，A-取樣點(diǎn)。圖2膜吸收C02氣體的復(fù)合溶液的吸收性能評(píng)價(jià)結(jié)果_復(fù)合溶液組分比較。其中OMEA，V氨基甲磺酸鹽，B氨基乙磺酸鹽，4氨基乙磺酸鹽+N-(2-羥乙基)四乙烯五胺+氨基乙磺酸鹽+N-(2-羥乙基)三乙烯四胺，參氨基甲磺酸鹽+N-(2-羥乙基)二乙烯三胺，A氨基乙磺酸鹽+N-(2-羥乙基)乙二胺，復(fù)合溶液總濃度為lmol/L，氨基烷烴基磺酸鹽和多氨基有機(jī)醇的摩爾比為1:0.7。圖3膜吸收C02氣體的復(fù)合溶液的吸收性能評(píng)價(jià)結(jié)果_溶質(zhì)總濃度和溶質(zhì)摩爾比的影響。圖中當(dāng)氨基烷烴基磺酸鹽和多氨基有機(jī)醇的摩爾比為1:0.5時(shí)，曲線為A氨基甲磺酸鹽+N-(2-羥乙基)二乙烯三胺，參氨基乙磺酸鹽+N-(2-羥乙基)三乙烯四胺，B氨基丙磺酸鹽+N-(2-羥乙基)四乙烯五胺；當(dāng)氨基烷烴基磺酸鹽和多氨基有機(jī)醇的摩爾比為1:l時(shí)，曲線為T氨基丙磺酸鹽+N-(2-羥乙基)四乙烯五胺，^氨基乙磺酸鹽+N-(2-羥乙基)三乙烯四胺，4氨基甲磺酸鹽+N-(2-羥乙基)二乙烯三胺。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。如圖1所示，本發(fā)明膜吸收C02氣體的復(fù)合溶液的吸收性能評(píng)價(jià)流程為室溫下，含10%(體積百分?jǐn)?shù))的C02混合氣由混合鋼瓶1經(jīng)減壓閥減壓至0.1050.llMPa的操作壓力，氣流經(jīng)氣體流量計(jì)2進(jìn)入膜接觸器3中，混合氣中C02通過膜孔擴(kuò)散至膜另一側(cè)，被復(fù)合溶液吸收，進(jìn)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(chǔ)槽4中的復(fù)合溶液由蠕動(dòng)計(jì)量泵5抽出送入膜接觸器3中，吸收擴(kuò)散過來(lái)的C02后離開膜接觸器3的溶液進(jìn)入第二溶液儲(chǔ)槽6。氣相進(jìn)出口組成由氣體分析儀測(cè)定，溶液總堿由酸堿滴定測(cè)定，液相C02采用化學(xué)分析法測(cè)定。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)總體積傳質(zhì)系數(shù)Kea:《Ga=Gln(C/Cj丄式中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(zhǎng)度，Cg,in和Cg,。ut分別為氣相進(jìn)出口(A濃度。實(shí)施例1—種膜吸收C02氣體的復(fù)合溶液，由氨基烷烴基磺酸鹽和多氨基有機(jī)醇兩組分組成。氨基烷烴基磺酸鹽和多氨基有機(jī)醇兩組分在水溶液中的總濃度為0.5mol/L，氨基烷烴基磺酸鹽和多氨基有機(jī)醇的摩爾比為1.0:0.7。具體組成如下表所示氨基甲磺2-氨基？」1-氨基乙1-氨基丙3-氨基丙2-氨基丙酸鹽磺酸鹽磺酸鹽磺酸鹽磺酸鹽磺酸鹽一乙醇胺0.0820.0920.0870扁0.0910.089N-(2-羥乙基)乙二胺0.0910.1050.1000.1020.1030.101N-(2-羥乙基)二乙烯0.1020.1190.1130.1150.1210.118三胺N-(2-羥乙基)三乙烯0.1250.1300.1270.1280.1320.130四胺N-(2-羥乙基)四乙烯0.1360.1390.1390.1400.1440.141五胺實(shí)施例2—種膜吸收C02氣體的復(fù)合溶液，由氨基烷烴基磺酸鹽和多氨基有機(jī)醇兩組分組成。氨基烷烴基磺酸鹽和多氨基有機(jī)醇兩組分在水溶液中的總濃度為3mol/L，氨基烷烴基磺酸鹽和多氨基有機(jī)醇的摩爾比為1.0:1.2。具體組成如下表所示<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>實(shí)施例3—種膜吸收C02氣體的復(fù)合溶液，由氨基烷烴基磺酸鹽和多氨基有機(jī)醇兩組分組成。氨基烷烴基磺酸鹽和多氨基有機(jī)醇兩組分在水溶液中的總濃度為5mol/L，氨基烷烴基磺酸鹽和多氨基有機(jī)醇的摩爾比為1.0:0.5。具體組成如下表所示<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>由以上實(shí)施例可以看出本發(fā)明的復(fù)合溶液具有高傳質(zhì)系數(shù)。由圖2各種復(fù)合溶液的吸收性能比較，也能看出各種復(fù)合溶液的總體積傳質(zhì)系數(shù)遠(yuǎn)高于單一組分溶液(如MEA、氨基甲磺酸鹽和氨基乙磺酸鹽)的總體積傳質(zhì)系數(shù)，復(fù)合溶液的總體積傳質(zhì)系數(shù)是單一組分溶液的1.52.5倍，同時(shí)表明，隨著多氨基有機(jī)醇化合物中氨基基團(tuán)的增加，總體積傳質(zhì)系數(shù)增加，對(duì)(A吸收更好。圖3為復(fù)合溶液總濃度和摩爾比對(duì)捕集性能影響評(píng)價(jià)結(jié)果，選擇了具有代表性的三種組分氨基丙磺酸鹽+N-(2-羥乙基)四乙烯五胺、氨基乙磺酸鹽+N-(2-羥乙基)三乙烯四胺和氨基甲磺酸鹽+N-(2-羥乙基)二乙烯三胺。圖中當(dāng)氨基烷烴基磺酸鹽和多氨基有機(jī)醇的摩爾比為1:0.5時(shí)，曲線為A氨基甲磺酸鹽+N-(2-羥乙基)二乙烯三胺，參氨基乙磺酸鹽+N-(2-羥乙基)三乙烯四胺，B氨基丙磺酸鹽+N-(2-羥乙基)四乙烯五胺；當(dāng)氨基烷烴基磺酸鹽和多氨基有機(jī)醇的摩爾比為l:l時(shí)，曲線為T氨基丙磺酸鹽+N-(2-羥乙基)四乙烯五胺，^氨基乙磺酸鹽+N-(2-羥乙基)三乙烯四胺，4氨基甲磺酸鹽+N-(2-羥乙基)二乙烯三胺。結(jié)果表明總濃度增加時(shí)總體積傳質(zhì)系數(shù)增加，多氨基有機(jī)醇在復(fù)合溶液中摩爾比例增加時(shí)，總體積傳質(zhì)系數(shù)增加，效果也就更好。權(quán)利要求一種膜吸收CO2氣體的復(fù)合溶液，其特征在于，由氨基烷烴基磺酸鹽和多氨基有機(jī)醇組成；氨基烷烴基磺酸鹽的結(jié)構(gòu)式為H2N-R-SO3-M+，其中R為含有1～3個(gè)碳原子的烷基，M+＝K+或Na+，多氨基有機(jī)醇化合物的結(jié)構(gòu)式為其中n值為0～5。FSA00000046470000011.tif2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜吸收C02氣體的復(fù)合溶液，其特征在于，氨基烷烴基磺酸鹽和多氨基有機(jī)醇兩組分在水溶液中的總濃度為0.15.Omol/L，其中，氨基烷烴基磺酸鹽和多氨基有機(jī)醇的摩爾比為1:0.51.2。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的膜吸收C02氣體的復(fù)合溶液，其特征在于，氨基烷烴基磺酸鹽和多氨基有機(jī)醇兩組分在水溶液中的總濃度為0.53.Omol/L。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的膜吸收C02氣體的復(fù)合溶液，其特征在于，氨基烷烴基磺酸鹽和多氨基有機(jī)醇的摩爾比為1:0.51。5.根據(jù)權(quán)利要求14任一所述的膜吸收C02氣體的復(fù)合溶液，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(jù)權(quán)利要求5所述的膜吸收C02氣體的復(fù)合溶液，其特征在于，所述的多氨基有機(jī)醇化合物為一乙醇胺，N-(2-羥乙基)乙二胺，N-(2-羥乙基)二乙烯三胺，N-(2-羥乙基)三乙烯四胺，N-(2-羥乙基)四乙烯五胺。全文摘要本發(fā)明公開了一種膜吸收CO2氣體的復(fù)合溶液，該復(fù)合溶液由氨基烷烴基磺酸鹽和多氨基有機(jī)醇組成，氨基烷烴基磺酸鹽和多氨基有機(jī)醇兩組分在水溶液中的總濃度為0.1～5.0mol/L，氨基烷烴基磺酸鹽和多氨基有機(jī)醇的摩爾比為1∶0.5～1.5。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提出的復(fù)合溶液用于膜吸收CO2性能優(yōu)于現(xiàn)有的CO2吸收劑如MEA(一乙醇胺)等組分，同時(shí)優(yōu)于單一的氨基烷烴基磺酸鹽；具有高傳質(zhì)系數(shù)，能在膜接觸器中穩(wěn)定運(yùn)行。文檔編號(hào)B01D53/62GK101785954SQ201010121990公開日2010年7月28日申請(qǐng)日期2010年3月11日優(yōu)先權(quán)日2010年3月11日發(fā)明者張慧,方華,王讓會(huì),陸建剛,陳敏東申請(qǐng)人:南京信息工程大學(xué)