專利名稱：：用于膜接觸器捕集CO₂氣體的活化溶液的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及膜分離
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別是一種用于捕集CO2氣體的活化溶液。
背景技術(shù)：
：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，降低大氣中二氧化碳濃度，實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)，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捕集CO2技術(shù)受到各國(guó)的高度重視。各種高性能捕集CO2吸收劑的開發(fā)是此領(lǐng)域研究的主題之一，近幾年來，活化溶液由于其獨(dú)特的性能已成為捕集CO2研究領(lǐng)域的熱門課題?；罨芤菏菑?fù)合溶液中的一種，兼容了單一溶液的優(yōu)良性能，在捕集CO2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。因此活化溶液具有更高的優(yōu)良性能。目前作為捕集CO2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提出在空間位阻胺和位阻氨基酸形成的復(fù)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提出一種復(fù)合胺溶劑由MEA(單乙醇胺)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CO2。膜接觸器技術(shù)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)氣體的分離無選擇性，吸收劑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。目前，用于膜接觸器捕集CO2活化溶液較少，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與有機(jī)膜具有良好的兼容性，吸收CO2氣體能力強(qiáng)，并能在膜接觸器中穩(wěn)定運(yùn)行的用于膜接觸器捕集CO2氣體的活化溶液。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案為—種用于膜接觸器捕集CO2氣體的活化溶液，是含有氨基酸鹽和環(huán)狀雙氨基有機(jī)胺的水溶液。本發(fā)明用于膜接觸器捕集CO2氣體的活化溶液，氨基酸鹽和環(huán)狀雙氨基有機(jī)胺水溶液的總濃度為0.15.Omol/L，氨基酸鹽和環(huán)狀雙氨基有機(jī)胺的摩爾比為10.11.2。本發(fā)明用于膜接觸器捕集CO2氣體的活化溶液，氨基酸鹽的結(jié)構(gòu)式為H2N-R-CO2-M+其中R為含有13碳原子的烷基，M+=K+或Na+。所述氨基酸鹽為氨基乙酸鹽，a-氨基丙酸鹽，0-氨基丙酸鹽，a-氨基丁酸鹽，^-氨基丁酸鹽，甲基-a-氨基丙酸鹽，甲基_0_氨基丙酸鹽。本發(fā)明用于膜接觸器捕集C02氣體的活化溶液，環(huán)狀雙氨基有機(jī)胺化合物的結(jié)構(gòu)式為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>其中禮為含有23碳原子的烷基，R2為含有12碳原子的烷基，所述環(huán)狀雙氨基有機(jī)胺化合物為哌嗪，N-甲基哌嗪，N-乙基哌嗪，2-甲基哌嗪，2-乙基哌嗪，2，5-二甲基哌嗪。本發(fā)明用于膜接觸器捕集C02氣體的活化溶液，所述氨基酸鹽和環(huán)狀雙氨基有機(jī)胺水溶液總濃度優(yōu)選為0.53.Omol/L。本發(fā)明用于膜接觸器捕集C02氣體的活化溶液，所述氨基酸鹽和環(huán)狀雙氨基有機(jī)胺的摩爾比優(yōu)選為10.21。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提出的活化溶液捕集C02性能優(yōu)于現(xiàn)有的C02吸收劑如MEA(單乙醇胺)等組分，同時(shí)優(yōu)于單一的氨基酸鹽；具有高傳質(zhì)系數(shù)，不濕潤(rùn)聚丙烯膜和聚偏氟乙烯膜，在膜接觸器中長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。四圖1是膜接觸器捕集C02氣體的活化溶液吸收性能評(píng)價(jià)裝置，其中1-混合氣鋼瓶，2-氣體流量計(jì)，3-膜接觸器，4-吸收劑儲(chǔ)槽，5-蠕動(dòng)計(jì)量泵，P-壓力計(jì)，A-取樣點(diǎn)；圖2表示膜接觸器捕集C02氣體的活化溶液的吸收性能評(píng)價(jià)曲線圖。_分析不同活化溶液組分對(duì)總體積傳質(zhì)系數(shù)的影響；圖3表示膜接觸器捕集C02氣體的活化液的吸收性能評(píng)價(jià)曲線圖。-分析總濃度和摩爾比對(duì)總體積傳質(zhì)系數(shù)的影響。五具體實(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。本發(fā)明用于膜接觸器捕集C02氣體的活化溶液，是含有氨基酸鹽和環(huán)狀雙氨基有機(jī)胺的水溶液，其中氨基酸鹽是主成分，環(huán)狀雙氨基有機(jī)胺是活化劑。該活化溶液中，氨基酸鹽和環(huán)狀雙氨基有機(jī)胺總濃度為0.15.Omol/L，最好為0.53.Omol/L；氨基酸鹽和環(huán)狀雙氨基有機(jī)胺的摩爾比優(yōu)選為10.11.2，最好為10.21。其中，氨基酸鹽可以為氨基乙酸、a-氨基丙酸、氨基丙酸、氨基丁酸、甲基-a-氨基丙酸、a-氨基丁酸或甲基氨基丙酸等的鉀鹽或鈉鹽；環(huán)狀雙氨基有機(jī)胺可以為哌嗪、N-甲基哌嗪、N-乙基哌嗪、2-甲基哌嗪、2-乙基哌嗪或2，5-二甲基哌嗪等。本發(fā)明用于膜接觸器捕集C02氣體的活化溶液的吸收性能評(píng)價(jià)體系(圖1)為室溫下，含5-10%CO2混合氣由混合氣鋼瓶1經(jīng)減壓閥減壓至操作壓力(接近常壓)，氣流經(jīng)氣體流量計(jì)2進(jìn)入膜接觸器3中，混合氣中CO2通過膜孔擴(kuò)散至膜另一側(cè)，被活化溶液吸收，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。一個(gè)吸收劑儲(chǔ)槽4中的活化溶液由蠕動(dòng)計(jì)量泵5抽出送入膜接觸器3中，吸收擴(kuò)散過來的CO2,離開膜接觸器3的吸收劑進(jìn)入另一吸收劑儲(chǔ)槽4。氣相進(jìn)出口組成由氣體分析儀測(cè)定，吸收劑總堿由酸堿滴定測(cè)定，液相CO2采用化學(xué)分析法測(cè)定。吸收性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)總體積傳質(zhì)系數(shù)KGa=GHC,/C^GAL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CO2濃度。評(píng)價(jià)結(jié)果如下一)圖2為各種活化溶液組分的吸收性能比較，各種組分的活化溶液分別用下列圖標(biāo)表示，其中活化溶液總濃度均為lmol/L，前三種為單一組份，后六種為采用本發(fā)明組份的活化溶液，采用本發(fā)明活化溶液的氨基酸鹽和環(huán)狀雙氨基有機(jī)胺的摩爾比均為10.8，其中氨基酸鹽為鉀鹽。〇表示MEA(單乙醇胺)，▼表示α-氨基丙酸鹽，■表示氨基乙酸鹽，表示甲基_α-氨基丙酸鹽和2-甲基哌嗪，<表示氨基乙酸鹽和2，5-二甲基哌嗪，表示氨基乙酸鹽和哌嗪，表示α_氨基丙酸鹽和哌嗪，口表示氨基乙酸鹽和N-甲基哌嗪，▲表示氨基乙酸鹽和2-甲基哌嗪。圖2結(jié)果表明各種活化溶液的總體積傳質(zhì)系數(shù)遠(yuǎn)高于單一組分吸收劑(如ΜΕΑ、氨基乙酸鹽等)的總體積傳質(zhì)系數(shù)，活化溶液的總體積傳質(zhì)系數(shù)是單一組分吸收劑的1.62.5倍，本發(fā)明的活化溶液是一類優(yōu)良的CO2捕集吸收劑。二)圖3為活化溶液總濃度和摩爾比濃度對(duì)吸收性能影響評(píng)價(jià)結(jié)果，其中選擇了本發(fā)明活化溶液中具有代表性的三種組分氨基乙酸鹽和哌嗪、α-氨基丙酸鹽和N-甲基哌嗪、甲基_α-氨基丙酸鹽和2-甲基哌嗪。其中氨基酸鹽為鉀鹽。圖3中當(dāng)氨基酸鹽和環(huán)狀雙氨基有機(jī)胺的摩爾比為10.5時(shí)，圖標(biāo)▲表示α-氨基丙酸鹽和N-甲基哌嗪，表示氨基乙酸鹽和哌嗪，■表示甲基-α-氨基丙酸鹽和2-甲基哌嗪；圖3中當(dāng)氨基酸鹽和環(huán)狀雙氨基有機(jī)胺的摩爾比為11時(shí)，圖標(biāo)▼表示甲基-α-氨基丙酸鹽和2-甲基哌嗪，表示氨基乙酸鹽和哌嗪，4表示α-氨基丙酸鹽和N-甲基哌嗪。圖3結(jié)果表明總濃度增加時(shí)總體積傳質(zhì)系數(shù)增加，活化劑在活化溶液中摩爾比例增加時(shí)，總體積傳質(zhì)系數(shù)增加，本發(fā)明的活化溶液具有高傳質(zhì)系數(shù)。三)下表為本發(fā)明用于膜接觸器捕集CO2氣體的活化溶液三種代表性組分在各種總濃度和摩爾比下的總傳質(zhì)系數(shù)測(cè)定值，測(cè)定值見表1，結(jié)果表明，本發(fā)明提出的活化溶液在高濃度和高摩爾比下具有高的傳質(zhì)系數(shù)值。表1高效吸收劑在各種總濃度和摩爾比下的總傳質(zhì)系數(shù)測(cè)定值(Kea)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>由于氨基酸鹽和環(huán)狀雙氨基有機(jī)胺很多，所以本實(shí)施例中，僅列舉了一些代表性的氨基酸鹽和環(huán)狀雙氨基有機(jī)胺組成的活化溶液，但是并不意味著其他的氨基酸鹽和環(huán)狀雙氨基有機(jī)胺不能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。權(quán)利要求一種用于膜接觸器捕集CO2氣體的活化溶液，是含有氨基酸鹽和環(huán)狀雙氨基有機(jī)胺的水溶液；所述氨基酸鹽和環(huán)狀雙氨基有機(jī)胺的總濃度為0.1～5.0mol/L，所述氨基酸鹽與環(huán)狀雙氨基有機(jī)胺的摩爾比為1∶0.1～1.2。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于膜接觸器捕集CO2氣體的活化溶液，其中，所述氨基酸鹽的結(jié)構(gòu)式為<image>imageseeoriginaldocumentpage2</image>其中R為含有13碳原子的烷基，M+=K+或Na+。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于膜接觸器捕集CO2氣體的活化溶液，其中，所述氨基酸鹽為氨基乙酸鹽、α-氨基丙酸鹽、β-氨基丙酸鹽、α-氨基丁酸鹽、β-氨基丁酸鹽、甲基_α-氨基丙酸鹽或甲基_β_氨基丙酸鹽。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于膜接觸器捕集CO2氣體的活化溶液，其中，所述環(huán)狀雙氨基有機(jī)胺化合物的結(jié)構(gòu)式為<image>imageseeoriginaldocumentpage2</image>其中R1為含有23碳原子的烷基，R2為含有12碳原子的烷基。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于膜接觸器捕集CO2氣體的活化溶液，其中，所述環(huán)狀雙氨基有機(jī)胺化合物選用哌嗪、N-甲基哌嗪、N-乙基哌嗪、2-甲基哌嗪、2-乙基哌嗪或2，5-二甲基哌嗪。6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的用于膜接觸器捕集CO2氣體的活化溶液，其中，所述氨基酸鹽和環(huán)狀雙氨基有機(jī)胺的總濃度為0.53.Omol/L。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于膜接觸器捕集CO2氣體的活化溶液，其中，所述氨基酸鹽與活化劑環(huán)狀雙氨基有機(jī)胺的摩爾比為10.21。全文摘要本發(fā)明提供一種與有機(jī)膜具有良好的兼容性，吸收CO2氣體能力強(qiáng)，并能在膜接觸器中穩(wěn)定運(yùn)行的用于膜接觸器捕集CO2氣體的活化溶液。該活化溶液是含有氨基酸鹽和環(huán)狀雙氨基有機(jī)胺的水溶液，其中氨基酸鹽和環(huán)狀雙氨基有機(jī)胺水溶液的總濃度為0.1～5.0mol/L，氨基酸鹽和環(huán)狀雙氨基有機(jī)胺的摩爾比為1∶0.1～1.2。文檔編號(hào)C01B31/20GK101804285SQ20101013744公開日2010年8月18日申請(qǐng)日期2010年4月1日優(yōu)先權(quán)日2010年4月1日發(fā)明者張慧,王讓會(huì),趙曉莉,陸建剛,陳敏東申請(qǐng)人:南京信息工程大學(xué)