本發(fā)明屬于氣體分離，具體涉及一種用于二氧化碳捕集的相行為可控吸收劑、其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、全球氣候變暖問(wèn)題加劇，各國(guó)承諾共同努力將全球變暖控制在工業(yè)化前水平的1.5℃以內(nèi)。為實(shí)現(xiàn)以上溫控目標(biāo)，到2050年全球二氧化碳減排必須達(dá)到80％以上。碳捕集、封存與利用(ccus)是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的必要手段，預(yù)計(jì)到2050年ccus將抵消當(dāng)前全球碳排放量的10％-20％。目前，采用化學(xué)吸收法捕集co2是工業(yè)應(yīng)用最成熟的技術(shù)，但co2捕集成本高限制了化學(xué)吸收法大范圍應(yīng)用。

2、為降低化學(xué)吸收法co2捕集能耗，研究者開(kāi)發(fā)一系列具有相分離特性的化學(xué)吸收劑，以期實(shí)現(xiàn)低能耗碳捕集?，F(xiàn)有技術(shù)中較為常用的co2吸收劑為具有相分離特性的化學(xué)吸收劑，其吸收co2前為均相，吸收co2后，形成液-液或液-固兩相，僅co2富集相進(jìn)入再生單元，減少再生單元的處理量，進(jìn)而降低co2捕集能耗。以上這類(lèi)吸收劑因吸收co2存在相分離現(xiàn)在，需要設(shè)置相分離器，增加了流程和相應(yīng)設(shè)備，無(wú)法在現(xiàn)有裝置上直接應(yīng)用。中國(guó)專利申請(qǐng)“一種有機(jī)胺相變吸收劑及其應(yīng)用”(申請(qǐng)?zhí)?02311180531.9，公開(kāi)日2023年12月1日)提出一種有機(jī)胺相變吸收劑，所述有機(jī)胺相變吸收劑包括有機(jī)胺混合液、分相誘導(dǎo)劑、阻氧劑以及水。所述有機(jī)胺混合液包括n,n-二乙基乙醇胺和二乙烯三胺的混合液。中國(guó)專利申請(qǐng)“一種用于捕獲二氧化碳的無(wú)水液-液相變吸收劑”(申請(qǐng)?zhí)?02210697935.4，公開(kāi)日2023年12月29日)提出一種用于吸收煙氣中的二氧化碳的無(wú)水液-液相變吸收劑，吸收劑由伯胺、叔胺以及有機(jī)溶劑構(gòu)成，伯胺指二甘醇胺、正丙醇胺或丁醇胺。叔胺為五甲基二乙烯三胺、四甲基丙二胺或四甲基乙二胺，有機(jī)溶劑為丙三醇、1,4-丁二醇、1,3-丙二醇或乙二醇。

3、另一類(lèi)具有相分離特性的化學(xué)吸收劑，其吸收co2前和后都是均相，只在解吸過(guò)程中由于溫度升高形成兩相，上液相的胺起到萃取作用，促進(jìn)吸收劑解吸，從而降低能耗?；跓嶂孪嘧兝碚撻_(kāi)發(fā)了一系列由親脂性胺構(gòu)成的相變吸收劑，親脂性胺粘度一般較大，對(duì)co2吸收速率影響較大，典型的親脂性胺有dmca和二丙胺(zhang,j.,y.qiao,andd.w.agar,intensification?of?low?temperature?thermomorphic?biphasic?aminesolvent?regeneration?for?co2?capture.chemical?engineering?research?anddesign,2012.90(6):p.743-749.)。

4、但上述吸收劑存在吸收二氧化碳速率不高的問(wèn)題，并且因?yàn)槲誧o2后會(huì)形成液-液或液-固兩相，在吸收劑再生前，需要專門(mén)的液液或液固分離設(shè)備進(jìn)行分離，增加工藝流程，一次性設(shè)備投資大。因此提供一種吸收劑，具有較高的吸收速率，并且設(shè)備投資小，在原來(lái)設(shè)備的基礎(chǔ)上就可直接應(yīng)用，成為了本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的之一在于，提供一種用于二氧化碳捕集的相行為可控吸收劑，該吸收劑在吸收co2前均相，吸收co2過(guò)程中形成液液兩相，吸收co2飽和后恢復(fù)均相。利用該吸收劑吸收co2過(guò)程中均相-液液兩相-均相的相行為特征，提高吸收劑吸收co2速率，從而提高其吸收性能和降低co2捕集能耗，降低設(shè)備一次性投資。

2、本發(fā)明的目的之二在于，提供該相行為可控吸收劑的制備方法。

3、本發(fā)明的目的之三在于，提供該相行為可控吸收劑的應(yīng)用。

4、本發(fā)明的目的之四在于，提供采用該相行為可控吸收劑捕集二氧化碳的方法。

5、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

6、本發(fā)明公開(kāi)的一種用于二氧化碳捕集的相行為可控吸收劑，所述相行為可控吸收劑吸收co2前為均相，吸收co2過(guò)程中形成液-液兩相，吸收co2至飽和恢復(fù)均相；

7、所述相行為可控吸收劑按質(zhì)量100％計(jì)，包含主劑二乙烯三胺20～35％，分相調(diào)控劑15～35％，余量為水；

8、其中分相調(diào)控劑為二乙氨基乙醇和五甲基二亞乙基三胺，其質(zhì)量比為1:4～4:1。

9、本發(fā)明的部分實(shí)施方案中，所述相行為可控吸收劑按質(zhì)量100％計(jì)，包含主劑二乙烯三胺20～30％，分相調(diào)控劑20～35％，余量為水。

10、本發(fā)明的部分實(shí)施方案中，所述相行為可控吸收劑吸收co2前為均相，吸收co2過(guò)程中co2負(fù)載在0.8～2.5mol/kg開(kāi)始形成液-液兩相，繼續(xù)吸收co2，co2負(fù)載至4.0～5.0mol/kg恢復(fù)均相。

11、本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述相行為可控吸收劑吸收co2前為均相，吸收co2過(guò)程中co2負(fù)載在0.95mol/kg開(kāi)始形成液-液兩相，繼續(xù)吸收co2，co2負(fù)載至4.59mol/kg恢復(fù)均相。

12、本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述相行為可控吸收劑吸收co2前為均相，吸收co2過(guò)程中co2負(fù)載在1.41mol/kg開(kāi)始形成液-液兩相，繼續(xù)吸收co2，co2負(fù)載至4.37mol/kg恢復(fù)均相。

13、本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述相行為可控吸收劑吸收co2前為均相，吸收co2過(guò)程中co2負(fù)載在2.24mol/kg開(kāi)始形成液-液兩相，繼續(xù)吸收co2，co2負(fù)載至4.25mol/kg恢復(fù)均相。本發(fā)明的部分實(shí)施方案中，相行為可控吸收劑吸收co2前均相，co2分壓升至2～5kpa開(kāi)始形成液-液兩相，繼續(xù)增大co2分壓至7～13kpa恢復(fù)均相。

14、本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，相行為可控吸收劑吸收co2前均相，co2分壓升至2.6kpa開(kāi)始形成液-液兩相，繼續(xù)增大co2分壓至12.5kpa恢復(fù)均相。

15、本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，相行為可控吸收劑吸收co2前均相，co2分壓升至3.2kpa開(kāi)始形成液-液兩相，繼續(xù)增大co2分壓至8.7kpa恢復(fù)均相。

16、本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，相行為可控吸收劑吸收co2前均相，co2分壓升至4.7kpa開(kāi)始形成液-液兩相，繼續(xù)增大co2分壓至7.1kpa恢復(fù)均相。

17、本發(fā)明公開(kāi)的上述二氧化碳捕集的相行為可控吸收劑的制備方法，包括如下步驟：按比例準(zhǔn)備各原料，混合均勻，即得所述相行為可控吸收劑。

18、本發(fā)明公開(kāi)的上述二氧化碳捕集的相行為可控吸收劑的應(yīng)用，所述應(yīng)用為在處理含二氧化碳?xì)怏w中的應(yīng)用。

19、本發(fā)明的部分實(shí)施方案中，所述含二氧化碳?xì)怏w中二氧化碳體積分?jǐn)?shù)為7％～20％。

20、本發(fā)明公開(kāi)的一種二氧化碳捕集方法，采用上述的相行為可控吸收劑吸收含二氧化碳?xì)怏w。

21、本發(fā)明的部分實(shí)施方案中，所述相行為可控吸收劑吸收co2至飽和恢復(fù)均相后，進(jìn)行加熱解吸c(diǎn)o2，解吸再生后的相行為可控吸收劑返回吸收工序循環(huán)用于co2吸收。

22、本發(fā)明相行為可控吸收劑中，主劑二乙烯三胺和分相調(diào)控劑油水分配系數(shù)差異較大。主劑是多胺相對(duì)親水，co2分壓低時(shí)主要吸收co2，產(chǎn)生氨基碳酸鹽；分相調(diào)控劑相對(duì)疏水是三級(jí)胺，與co2反應(yīng)慢且低分壓時(shí)與co2反應(yīng)的少。分相過(guò)程如下：低濃度co2時(shí)，主劑吸收co2，生成的氨基碳酸鹽鹽析效應(yīng)把相對(duì)疏水的分相調(diào)控劑析出，形成液液兩相；隨著co2分壓的升高，盡管主劑繼續(xù)吸收co2，但分相調(diào)控劑與co2反應(yīng)的更多，使原本被析出的分相調(diào)控劑減少，形成均相。

23、壓力的變化沒(méi)有直接影響物質(zhì)的溶解度，而是物質(zhì)與co2反應(yīng)，形成更易溶于水的鹽。

24、co2分壓不變或減少，均相的吸收劑會(huì)重新形成兩相。比如，吸收劑吸收15％?co2飽和后均相；用n2吹掃，均相的吸收劑會(huì)出現(xiàn)液液兩相。

25、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

26、本發(fā)明的吸收劑具有分相可控的特性，通過(guò)調(diào)節(jié)二氧化碳捕集過(guò)程中co2負(fù)載和co2分壓，吸收劑相行為表現(xiàn)為均相-液液分相-均相，實(shí)現(xiàn)相行為可控。

27、本發(fā)明的相行為可控吸收劑在吸收co2過(guò)程中表現(xiàn)均相-液液兩相-均相的相行為特征，在液液兩相階段實(shí)現(xiàn)氣-液-液三相傳質(zhì)強(qiáng)化，提高吸收co2速率，進(jìn)而提高其吸收性能和降低co2捕集能耗。

28、本發(fā)明的相行為可控吸收劑可直接在原來(lái)的吸收解吸設(shè)備上進(jìn)行即可，無(wú)需另行配置單獨(dú)的液液或液固分離設(shè)備。相比于其他相行為可控吸收劑的工業(yè)應(yīng)用，一次性設(shè)備投資少。