專利名稱：一種固體胺二氧化碳捕獲劑的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種捕獲劑的制備方法，具體涉及一種固體胺二氧化碳捕獲劑的制備方法。
背景技術：
隨著工業(yè)化進程的不斷發(fā)展，由于大氣中二氧化碳的濃度的增加而導致了全球變暖的問題，空氣中二氧化碳濃度增加的主要原因是在能源工業(yè)中使用的礦物燃料燃燒，如煤、石油和天然氣。從19世紀早期工業(yè)化開始至今，溫室氣體如二氧化碳、甲烷等在空氣中的濃度一直在增加，并從20世紀中期開始其濃度開始顯著地增加。由于全球變暖的不斷加速，對這些溫室氣體的排放和處理的管理一直也很嚴格。對于我國來說，燃煤電廠的二氧化碳排放是溫室氣體的最主要排放源，為達到二氧化碳減排要求及我國 燃煤發(fā)電的可持續(xù)發(fā)展，捕獲和固定燃煤電廠排放的二氧化碳是一項刻不容緩的重任。目前，有化學吸收、物理吸附及膜分離等多種方法被用于從煙道氣中捕獲二氧化碳。其中，工業(yè)規(guī)模上使用最廣泛的方法是化學吸收法?；瘜W吸收法使用的化學吸收劑主要是有機胺水溶液，如單乙醇胺、N-甲基二乙醇胺、二乙醇胺及三乙醇胺等。有機胺水溶液吸收劑存在一些缺點，如成本較高；再生過程中用來破壞吸收劑與二氧化碳之間化學結(jié)合鍵的高溫會導致有機胺發(fā)生不可逆的分解，分解產(chǎn)物對吸收設備有一定的腐蝕性；有機胺在高溫下易揮發(fā)，揮發(fā)的有機胺會對設備造成一定的腐蝕，同時對環(huán)境和人體產(chǎn)生危害；大量的分散介質(zhì)水導致再生過程能耗很高。因此，有必要開發(fā)新型二氧化碳吸收劑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種固體胺二氧化碳捕獲劑的制備方法，所述固體胺二氧化碳捕獲劑具有吸收量高、穩(wěn)定性高及再生能耗低等特點，特別適合用于吸收煙道氣或天然氣中的二氧化碳。為此本發(fā)明同時提供這種捕獲劑的制備方法。為解決上述技術問題，本發(fā)明所采取的技術方案是:
本發(fā)明提供一種固體胺二氧化碳捕獲劑，其具體步驟如下:將1.0 mol聚甲基丙烯酸2000溶解于2.0 L四氫呋喃中，配制成0.5 mol/L的溶液；將上述全部聚甲基丙烯酸2000的四氫呋喃溶液滴入盛有28.0 mol三亞乙基四胺和20.0 L無水乙醚的50 L玻璃反應釜中，滴加速度控制在0.1 L/tT0.2 L/h，控制反應釜內(nèi)溫度在10°C以下，滴加完畢后，在25°C下攪拌反應1(T12 h;將50 L玻璃反應釜內(nèi)混合物抽濾，得固體粗產(chǎn)物，用10.(Tl5.0 L丙酮洗滌固體粗產(chǎn)物，除去未反應的三亞乙基四胺，進一步在50°C真空干燥48 h，即得所述的固體胺二氧化碳捕獲劑。所述固體胺二氧化碳捕獲劑的制備步驟中，聚甲基丙烯酸2000是指數(shù)均分子量為2000 g/mol的聚甲基丙烯酸。所述固體胺二氧化碳捕獲劑的制備步驟中，無水乙醚的含水量低于0.01%。所述固體胺二氧化碳捕獲劑的制備步驟中，聚甲基丙烯酸在四氫呋喃中溶解速度較慢，需要適當升高溫度并輔以攪拌，加速溶解。所述固體胺二氧化碳捕獲劑的制備步驟中，聚甲基丙烯酸的四氫呋喃溶液的濃度須等于或低于0.5 mol/L,濃度過高出現(xiàn)析出。本發(fā)明提供的固體胺二氧化碳捕獲劑可以在溫度1(T30°C、壓力0.1 MPa的條件下直接用于捕獲干燥的煙道氣或天然氣中的二氧化碳，在20°C和0.1 MPa條件下捕獲量可以達到0.42 gC02/g捕獲劑。本發(fā)明提供的固體胺二氧 化碳捕獲劑可以在飽和捕獲后通過加熱的方式進行解吸，從而再生。本發(fā)明提供的固體胺二氧化碳捕獲劑直接使用，不需要分散介質(zhì)或載體，再生能耗全部用于破壞捕獲劑與二氧化碳之間化學結(jié)合鍵，與有機胺水溶液相比較，再生能耗較低。解吸再生的溫度為6(T70°C，壓力為0.1 MPa，解吸率高于73%。本發(fā)明提供的固體胺二氧化碳捕獲劑與現(xiàn)有技術相比具有以下顯著效果:
1.本發(fā)明提供的是一種新型的二氧化碳捕獲劑，開發(fā)了二氧化碳捕獲劑的新品種。2.本發(fā)明提供的固體胺二氧化碳捕獲劑為固體，不揮發(fā)，多次再生后也不分解，具有較高的穩(wěn)定性。3.本發(fā)明提供的固體胺二氧化碳捕獲劑具有較高的吸收量。4.本發(fā)明提供的固體胺二氧化碳捕獲劑再生能耗較低。


圖1示出了本發(fā)明測量固體胺二氧化碳捕獲劑的二氧化碳捕獲/再生能力的裝置的示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明通過以下實施例說明，但本發(fā)明并不限于下述實施例，在不脫離前后所述宗旨的范圍下，變化實施都包含在本發(fā)明的技術范圍內(nèi)。實施例1
將1.0 mol聚甲基丙烯酸2000溶解于2.0 L四氫呋喃中，配制成0.5 mol/L的溶液；將上述全部聚甲基丙烯酸2000的四氫呋喃溶液滴入盛有28.0 mol三亞乙基四胺和20.0L無水乙醚的50 L玻璃反應釜中，滴加速度控制在0.1 L/h，控制反應釜內(nèi)溫度在I (TC以下，滴加完畢后，以5°C /min的速度升溫至25°C，在25°C下攪拌反應12 h，停止反應；將50L玻璃反應釜內(nèi)混合物抽濾，得固體粗產(chǎn)物，用15.0 L丙酮分3次，每次5.0 L，洗滌固體粗產(chǎn)物，除去未反應的三亞乙基四胺，進一步在50°C真空干燥48 h，即得所述的固體胺二氧化碳捕獲劑，產(chǎn)率95%。實施例2
將1.0 mol聚甲基丙烯酸2000溶解于2.0 L四氫呋喃中，配制成0.5 mol/L的溶液；將上述全部聚甲基丙烯酸2000的四氫呋喃溶液滴入盛有28.0 mol三亞乙基四胺和20.0L無水乙醚的50 L玻璃反應釜中，滴加速度控制在0.2 L/h，控制反應釜內(nèi)溫度在I (TC以下，滴加完畢后，以5°C /min的速度升溫至25°C，在25°C下攪拌反應10 h ;將50 L玻璃反應釜內(nèi)混合物抽濾，得固體粗產(chǎn)物，用15.0 L丙酮洗滌固體粗產(chǎn)物，除去未反應的三亞乙基四胺，進一步在50°C真空干燥48 h，即得所述的固體胺二氧化碳捕獲劑，產(chǎn)率92%。測試實施例1
圖1示意性地示出了用于測量捕獲劑的二氧化碳捕獲/再生能力的裝置。上述裝置包括:高壓二氧化碳儲氣罐1-1 (純度大于99.9% )、高壓氮氣儲氣罐1-2 (純度為99.0 %)、三通閥2-1、質(zhì)量流量控制器2-2、混氣罐2-3、干燥劑(濃硫酸)3、轉(zhuǎn)子流量控制計4、閥門5_1至5-6、保溫爐6 (Jeiotech公司0F-23型，保溫范圍(TlOO°C，精度0.1°C)、二氧化碳排氣口(經(jīng)氫氧化鈉溶液吸收)7ο通過如下方式對捕獲劑的形態(tài)進行統(tǒng)一化加工，并測試二氧化碳捕獲/再生能力:
采用上海盟申公司的分體式造粒機分別對實施例1和實施例2提供的固體胺二氧化碳捕獲劑進行造粒(造粒條件:擠出溫度130°C，空氣冷卻)，得到直徑I mm、長度2.0 mm的圓柱形粒料。利用圖1所示裝置測試實施例1和實施例2提供的固體胺二氧化碳捕獲劑的二氧化碳捕獲/再生能力。對于捕獲劑的二氧化碳捕獲能力測試:將一定質(zhì)量的圓柱形粒料吸收劑加入U形玻璃管中(高100 mm，直徑15 mm)。關閉閥門5-1，5-2，5-3和5-6，打開閥門5-4和5-5，在加熱到預定的捕獲溫度之前，對捕獲劑排空氣并在70°C真空干燥5 h。然后關閉閥門5-4和5-5，打開閥門5-6，向U形管內(nèi)通氮氣。當?shù)獨鈮毫_到0.1 MPa時，關閉閥門5-6，打開閥門2和5-1，通入二氧化碳和 氮氣的混合氣體(二氧化碳的體積比例為10%)。當混合氣體流速趨于穩(wěn)定時(約100 mL/min)，關閉閥門5_1，打開閥門5_2和5_3，此時，混合氣體以穩(wěn)定流速進入U形管。每隔一定時間，打開閥門5-1，關閉閥門5-2和5-3，將U形管從系統(tǒng)中移出，立即密封，用電子天平(精度0.1 mg)確定捕獲二氧化碳的質(zhì)量。將U形管重新接入系統(tǒng)，重復上述操作，直到U形管質(zhì)量恒定。對于捕獲劑的二氧化碳再生能力測試:將裝有已捕獲二氧化碳的圓柱形粒料吸收劑的U形管接入系統(tǒng)，關閉所有閥門。將U形管加熱到解吸溫度，打開閥門5-4和5-5，開始解吸。每隔一定時間，關閉閥門5-4和5-5，打開閥門5-6，使U形管充滿氮氣。將U形管從系統(tǒng)中移出，立即密封，用電子天平確定解吸二氧化碳的質(zhì)量。將U形管重新接入系統(tǒng)，重復上述操作，直到U形管質(zhì)量恒定。捕獲能力測試條件:捕獲劑用量30.0 g，吸收壓力0.1 MPa，捕獲溫度分別為10°〇、201:及301:，混合氣體流速100 mL/min。再生能力測試條件:解吸壓力0.1 MPa,解吸溫度為60°C和70°C。上述測試中，捕獲時間定義為從開始向U形管中通入混合氣體至U形管質(zhì)量恒定所用時間；解吸時間定義為從將U形管加熱到解吸溫度開始至U形管質(zhì)量恒定所用時間；解吸率定義為捕獲劑捕獲的總二氧化碳量與解吸后殘留的二氧化碳量的差值與捕獲劑捕獲的總二氧化碳量之比；捕獲時間及解吸時間使用SEIKO精工公司S143型秒表記錄，精度
0.01秒。測試結(jié)果記錄于表I中。表I
權利要求
1.一種固體胺二氧化碳捕獲劑的制備方法，其特征是具體步驟如下:將1.0 mol聚甲基丙烯酸2000溶解于2.0 L四氫呋喃中，配制成0.5 mol/L的溶液；將上述全部聚甲基丙烯酸2000的四氫呋喃溶液滴入盛有28.0 mol三亞乙基四胺和20.0 L無水乙醚的50 L玻璃反應釜中，滴加速度控制在0.1 L/tT0.2 L/h，控制反應釜內(nèi)溫度在10°C以下，滴加完畢后，在25°C下攪拌反應1(T12 h ;將50 L玻璃反應釜內(nèi)混合物抽濾，得固體粗產(chǎn)物，用10.(Γ15.0L丙酮洗滌固體粗產(chǎn)物，除去未反應的三亞乙基四胺，進一步在50°C真空干燥48 h，即得所述的固體胺二氧化碳捕獲劑。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種固體胺二氧化碳捕獲劑的制備方法，其特征是所述固體胺二氧化碳捕獲劑的制備步驟中，聚甲基丙烯酸2000是指數(shù)均分子量為2000 g/mol的聚甲基丙烯酸。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種固體胺二氧化碳捕獲劑的制備方法，其特征是所述固體胺二氧化碳捕獲劑的制備步驟中，無水乙醚的含水量低于0.01%。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種固體胺二氧化碳捕獲劑的制備方法，其特征是所述固體胺二氧化碳捕獲劑的制備步驟中，聚甲基丙烯酸的四氫呋喃溶液的濃度須等于或低于0.5mol/L,濃度過高出 現(xiàn)析出。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種固體胺二氧化碳捕獲劑的制備方法，屬于化工材料領域。所述固體胺二氧化碳捕獲劑的制備方法為1.將聚甲基丙烯酸溶解于四氫呋喃，配制成0.5mol/L的溶液；2.將聚甲基丙烯酸的四氫呋喃溶液滴入盛有三亞乙基四胺和無水乙醚的反應釜中，使聚甲基丙烯酸與三亞乙基四胺完全反應；3.將反應混合物抽濾，得固體粗產(chǎn)物，用丙酮洗滌固體粗產(chǎn)物并真空干燥，即得固體胺二氧化碳捕獲劑。本發(fā)明提供的固體胺二氧化碳捕獲劑具有吸收量高、穩(wěn)定性高及再生能耗低等特點，可用于天然氣或煙道氣脫碳。
文檔編號C08F8/44GK103214607SQ20131015746
公開日2013年7月24日 申請日期2013年5月2日 優(yōu)先權日2013年5月2日
發(fā)明者徐海濤, 李清華, 廖建華 申請人:南昌航空大學