一种基于吸收剂热力学性质的复配溶剂筛选方法

技术领域

本发明涉及CO

背景技术

自全球工业革命以来，大气环境中的二氧化碳含量急剧增加，大量的二氧化碳排放到空气中，会逐渐使地球表面温度升高，引起灾难性气候变化和海平面上升等问题，制约了国民经济的发展，而燃煤电厂是目前最大最集中的二氧化碳排放源，占全球碳排放37％，燃煤电厂二氧化碳捕集成为最具潜力实施二氧化碳捕集的行业。对其开展二氧化碳捕集工作刻不容缓。

现有的二氧化碳吸收方法主要包括溶剂吸收法、膜分离法、变压吸附法等。目前工业中应用最多、最成熟的方法是采用醇胺类有机溶剂水溶液作为吸收剂来对燃煤电厂烟气中的二氧化碳进行吸收捕集，醇胺溶液对二氧化碳的吸收量大、选择性高，即使在烟气中二氧化碳分压较低的情况下也可以达到很好的吸收效果。但是其易挥发，设备腐蚀程度高，能消耗大的缺点成了目前制约工业发展的最大瓶颈。

低共熔溶剂(DES)是由氢键供体(HBD)和氢键受体(HBA)组成的新型绿色溶剂，它具有极低的蒸汽压和较强的耐腐蚀性，同时其原料廉价易得、合成简单，因此近年来在CO

发明内容

本发明从醇胺类低共熔溶剂自身的热力学性质入手，研究其三维溶解度参数并筛选合适的有机溶剂复配来降低体系吸收前后的粘度，一方面保留了低共熔溶剂饱和蒸气压低、性质稳定的优点，另一方面在降粘的同时避免了加水降粘导致的反应热过高带来的能耗大问题。制备了多种二氧化碳吸收量大、能耗较低的新型吸收剂，用于二氧化碳吸收领域中弥补上述不足。

为此，本发明提供了以下技术方案：

本发明涉及在CO

下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：

所述醇胺类低共熔溶剂包括摩尔比为1:(5-10)的氯化胆碱(ChCl)和醇胺类化合物。所述醇胺类化合物为乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、和N-甲基二乙醇胺(MDEA)中的至少一种。制备方法包括将氯化胆碱和醇胺化合物混合，在70-90℃下混合均匀，冷却后不发生相变，得到低共熔溶剂。

将醇胺类低共熔溶剂在有机溶剂中的真实溶解情况进行对比，进而选出低共熔溶剂的良溶剂；此外，在数据模拟库找出二氧化碳以及49种有机溶剂的HSP，绘制出三角形网状图，通过计算二氧化碳与醇胺类低共熔溶解良有机溶剂之间的空间位置距离，以及有机溶剂自身的极性、沸点等性质，优选出了二氧化碳空间距离较近、极性强、沸点高的良溶剂。通过低共熔溶剂与优选出的有机溶剂进行混合形成新的吸收剂，对二氧化碳吸收能力进行验证。

本发明利用所述高效吸收CO

本发明技术方案，具有如下优点：

本发明通过建立的低共熔溶剂和待选溶剂的三维溶解度参数能够快速准确的确定不同低共熔溶剂再生的复配有机溶剂，本发明较传统方法大大缩短了筛选周期，降低了工作量，同时节省了实验材料的消耗，具有筛选溶剂广、实用性和通用性强的特点，提高了工作效率，降低了操作成本，对生产实践具有指导作用。此外本发明根据筛选结果制备了基于低共熔溶剂的CO

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明试验例中进行吸收/解吸测试的装置；

图2为ChCl/MEA/DMSO复配吸收剂不同温度和CO

具体实施方式

提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例1：

本实施例提供了一种基于低共熔溶剂的CO

上述低共熔溶剂的制备方法，包括以下步骤：

将氯化胆碱和乙醇胺按照一定的摩尔比混合，在80℃下持续搅拌直至形成均一透明的溶液，冷却至室温后不发生相态变化，得到低共熔溶剂。

实施例2：

在容量为50mL的吸收瓶中，加入约10g本发明实施例1制备的低共熔溶剂ChCl-MEA(1:8)，然后加入10g二甲基亚砜，搅拌一小时充分混匀。缓慢通入二氧化碳气体，二氧化碳流量控制为50mL/min，控制温度为30℃，吸收过程中通过电子分析天平进行称重，间隔10分钟称量吸收瓶的质量直至不再变化。计算得出每克溶剂吸收二氧化碳的吸收容量为0.1775g。

实施例3：

在容量为50mL的吸收瓶中，分别加入约10g本发明实施例1制备的低共熔溶剂和10g乙二醇，搅拌一小时充分混匀。然后缓慢通入二氧化碳气体，流量为50mL/min，控制温度为30℃，吸收过程中通过电子分析天平进行称重，间隔十分钟称量玻璃试管的质量直至不再变化。计算得出每克溶剂吸收二氧化碳的吸收容量为0.155g。

实施例4：

在容量为50mL的吸收瓶中，分别加入约10g本发明实施例1制备的低共熔溶剂和10g丙三醇，搅拌一小时充分混匀。然后缓慢通入二氧化碳气体，流量为50mL/min，控制温度为30℃，吸收过程中通过电子分析天平进行称重，间隔十分钟称量玻璃试管的质量直至不再变化。计算得出每克溶剂吸收二氧化碳的吸收容量为0.162g。

实施例5：

在容量为50mL的吸收瓶中，分别加入约10g本发明实施例1制备的低共熔溶剂和10g正丁醇，搅拌一小时充分混匀。然后缓慢通入二氧化碳气体，流量为50mL/min，控制温度为30℃，吸收过程中通过电子分析天平进行称重，间隔十分钟称量玻璃试管的质量直至不再变化。计算得出每克溶剂吸收二氧化碳的吸收容量为0.133g。

应用实施例1：

吸收剂的粘度对二氧化碳在溶剂中的质量传递有着十分显著的影响，为考察复配之后的吸收剂与复配前低共熔溶剂的降粘效果，采用旋转粘度计测定了两种溶剂吸收后粘度的变化。以实施例1所述低共熔溶剂为例，达到饱和吸收之后体系粘度为1130mPa·s。实施例2所述复配吸收剂达到饱和吸收之后体系粘度为693mPa·s。体系粘度降低了40％左右，具有更低的粘度和更好传质效果。

应用实施例2：

在实际烟气中二氧化碳的捕获过程中，由于实际脱硫脱硝后的烟气以氮气为主，二氧化碳分压较低，通常在二氧化碳含量在15％～30％之间。因此，本发明考察了二氧化碳不同分压和温度下的吸收效果。在容量为50mL的吸收瓶中，加入约20g本发明实施例2中所制备的吸收剂，然后通入一定量的CO

应用实施例3：

根据实施例6得到的结果，采用吉布斯-杜亥姆方程计算了实施例2中所制备的吸收剂在吸收过程的反应热，并将吸收效果和反应热与传统工业中最常用的醇胺溶液进行了对比，结果如表1所示。从表1中可以看出，与传统的MEA水溶液相比，实施例2中所制备的吸收剂吸收率提高48％，反应热降低约64％。说明本发明所制得吸收剂对比工业中最普遍的吸收剂具有更好的吸收效果和更低的反应能耗。

表1实例2吸收剂与工业醇胺溶剂的二氧化碳反应热和吸收量

将ChCl/MEA溶解于49种有机溶剂中，观察溶解情况，甲醇、乙醇、丁醇、乙二醇等醇类和甲酸甲酯、二甲基亚砜、二氯甲烷、碳酸二甲酯为低共熔溶剂的良溶剂，烷烃、烯烃、苯类化合物以及乙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、噻吩、丁酮、戊酮等为低共熔溶剂的不良溶剂，输入到HSPiP软件模拟得到低共熔溶剂的三维溶解度参数δ

取ChCl/MEA良溶剂，根据HSPiP软件中溶剂的三维溶解度参数挑选极性(δ

表2溶剂三维溶解度参数及与CO

四种复配溶剂的最终吸收效果小到大的顺序为：丁醇、乙二醇、丙三醇、二甲基亚砜。而这四种溶剂极性溶解度参数从小到大的顺序为：丁醇、乙二醇、丙三醇、二甲基亚砜；四种溶剂与二氧化碳空间距离从小到大的顺序为：二甲基亚砜、正丁醇、乙二醇、丙三醇。其中正丁醇、乙二醇、丙三醇与二氧化碳空间距离差距不大，影响作用小于极性对吸收效果的影响。结果表明：待选溶剂中需要有较强的极性以及与二氧化碳之间的空间距离更小，最终与低共熔溶剂组成的吸收剂吸收效果越好。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。