專利名稱：一種CO₂吸收分離裝置及其熱鉀堿法吸收分離CO₂的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于沼氣分離凈化技術領域，具體涉及一種CO2吸收分離裝置及其熱鉀堿法吸收分離CO2的方法。
背景技術：
能源是世界上各個國家可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略資源，是社會生產力的動力源泉。隨著石油，煤炭等不可再生能源的日益消耗，尋求綠色環(huán)保，可再生的新能源變得尤為重要，沼氣作為一種新型的可再生清潔能源，具有原料來源豐富、廉價，燃燒熱值高，低排放，抗爆安全性能高等特點。 沼氣的成分比較復雜，其最主要的成分甲烷(CH4)含量通常約為60%_70%，二氧化碳(C02 ) 30%-40%，此外還有少量的硫化氫(H2S)氣體等。另外，純甲烷的熱值為35. 9MJ/m3,沼氣的熱值20-25MJ/m3，由于二氧化碳等雜質氣體的存在，沼氣的燃燒值明顯降低降低，因此，分離除去沼氣中的二氧化碳，提高燃燒值尤為重要。同時，對節(jié)約利用可再生的清潔生物質能源，降低碳排放，改善生態(tài)環(huán)境具有重要意義。目前，國內外工業(yè)上分離二氧化碳的主要方法有溶劑吸收法，常用的吸收劑有碳酸鉀，醇胺溶液等。碳酸鉀溶液吸收被稱之為傳統(tǒng)熱鉀堿法，即用一定含量的碳酸鉀溶液作為吸收劑在吸收塔中進行吸收分離。由于傳統(tǒng)的吸收設備笨重，單純的碳酸鉀溶液作為吸收劑吸收速度較慢，設備腐蝕嚴重；醇胺溶液作為吸收劑，造價較高，同時對設備也會造成損害。目前，人們通常選取合適的活化劑和緩蝕劑加入到碳酸鉀溶液中，降低設備腐蝕，且增加吸收量，提高吸收效率。在碳酸鉀溶液中加入活化劑(即催化劑)和緩蝕劑能夠提高吸收速率，并減少對設備的腐蝕。意大利專利545908報道了將三氧化二砷或氨基乙酸作為催化劑加入到碳酸鉀溶液中，但是由于三氧化二砷溶液具有很高的毒性和致癌作用，在應用方面受到了很大的限制，同時，作為催化劑的氨基乙酸吸收速率慢，溶液不穩(wěn)定使得此工藝很難實際應用。美國專利US2886045采用了在碳酸鉀溶液中加入二乙醇胺做活化劑，但是此方法溶液吸收率低，吸收及再生能耗都較高。中國發(fā)明專利CN1006041B報道了一種改良的熱鉀堿法吸收二氧化碳的新工藝，將羥乙基哌嗪和硼酸作為活化劑，與碳酸鉀一起進行二氧化碳的吸收，在能耗方面有所降低，但吸收效果仍不盡如人意?？傊?，在目前已有的熱鉀堿法專利中，所采用的改進方法雖然對C02吸收有一定的改善，但綜合效果還不盡人意，存在諸如生產過程不穩(wěn)定、或能耗較大、或工藝操作復雜、或成本較高、或對環(huán)境有污染等等不同程度的缺陷。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種CO2吸收分離裝置。本發(fā)明的目的還在于一種利用上述CO2吸收分離裝置熱鉀堿法吸收分離CO2的方法。一種CO2吸收分離裝置，該裝置組成為C02鋼瓶I通過管道與儲氣罐3相連，其管道上有第一針型閥8 ;儲氣罐3置于恒溫水浴鍋2中，儲氣罐3上有數(shù)字精密壓力表10 ;儲氣罐3通過管道分別與吸收瓶5和真空泵6相連，其中管道上分別有第二針型閥7、第三針型閥9 ;吸收瓶5位于恒溫磁力攪拌器4中。一種利用上述裝置熱鉀堿法吸收分離CO2的方法，該方法按以下步驟進行I)配制吸收液以水為溶劑加入吸收劑、活化劑和緩蝕劑配制吸收液，其中吸收液中各物質的質量百分數(shù)為吸收劑為59^50% ;活化劑為0. 59^10% ;緩蝕劑為0. 29Tl%。2)在吸收瓶5中加入步驟I)配制的吸收液，加入恒溫磁力攪拌器4的轉子，然后密封； 3)攪拌吸收瓶5中的吸收液，設置恒溫水浴鍋2的溫度為283IT365K。4)開啟CO2鋼瓶1，向儲氣罐3中儲氣到壓強為IOOKPa 200KPa。步驟I)中所述吸收劑為碳酸鉀、碳酸鈉、碳酸鎂、碳酸鋰中的一種或一種以上。步驟I)中所述活化劑為偏硼酸鈉、偏硼酸鉀、偏硼酸鋰中的一種或一種以上。步驟I)中所述緩蝕劑為偏釩酸鈉、偏釩酸鉀、偏釩酸鋰、偏釩酸銨中的一種或一種以上。本發(fā)明的有益效果為克服了現(xiàn)有的催化劑在開啟CO2吸收過程中損失多和成本較高，對環(huán)境污染的問題，解決了吸收溶劑在產業(yè)化過程中存在的不足和缺陷，從而提供一種新型、高效、來源廣泛、成本廉價且無疆界、環(huán)境友好的催化劑形成的基于碳酸鉀溶液的催化體系，該方法可用于沼氣中CO2的吸收分離。


圖I為CO2吸收分離裝置；其中各標號為1-C02鋼瓶；2_恒溫水浴鍋；3_儲氣罐；4_恒溫磁力攪拌器；5_吸收瓶；6_真空泵；7，8，9_針型閥；10_數(shù)字精密壓力表。
具體實施例方式下面結合實施例對本發(fā)明的技術方案做進一步說明，以下實施例不對本發(fā)明產生限制。如圖I所示的CO2吸收分離裝置，CO2鋼瓶I通過管道與儲氣罐3相連，其管道上有第一針型閥8 ;儲氣罐3置于恒溫水浴鍋2中，儲氣罐3上有數(shù)字精密壓力表10 ;儲氣罐3通過管道分別與吸收瓶5和真空泵6相連，其中管道上分別有第二針型閥7、第三針型閥9 ;吸收瓶5位于恒溫磁力攪拌器4中。操作時，在吸收瓶5中加入吸收液，加入恒溫磁力攪拌器4的轉子，然后密封；攪拌吸收瓶5中的吸收液，設置恒溫水浴鍋2的溫度。開啟CO2鋼瓶1，向儲氣罐3中儲氣到一定壓強，開始吸收實驗。實施例I (對比例)稱取2. 5g碳酸鉀,Og偏硼酸鈉,Og偏釩酸鈉,配成50g吸收液,其中碳酸鉀濃度為5 wt%，加入到吸收瓶中，吸收瓶中加入恒溫磁力攪拌器的轉子，密封吸收瓶，向儲氣罐中儲氣到150KPa，設置水浴鍋溫度為293K，開始吸收實驗，其中CO2的吸收速率和吸收量見表I。實施例2
稱取5g碳酸鉀，0. 5g偏硼酸鈉，0. 25g偏釩酸鈉，配成50g吸收液，其中碳酸鈉的濃度為10 wt%，加入到吸收瓶中，吸收瓶中加入恒溫磁力攪拌器的轉子，密封吸收瓶，向儲氣罐中儲氣到lOOKPa，設置水浴鍋溫度為303K，開始吸收實驗，其中CO2的吸收速率和吸收量見表I。實施例3稱取7. 5g碳酸鈉，Ig偏釩酸鈉，0. 3g偏釩酸鈉，配成50g吸收液，其中碳酸鈉的濃度為15 wt%，加入到吸收瓶中，吸收瓶中加入恒溫磁力攪拌器的轉子，密封吸收瓶，向儲氣罐中儲氣到130KPa，設置水浴鍋溫度為365K，開始吸收實驗，其中CO2的吸收速率和吸收量見表I。實施例4
稱取IOg碳酸鉀，I. 5g偏硼酸鉀，0.4g偏釩酸鉀，配成50g吸收液，其中碳酸鉀的濃度為20 wt%，加入到吸收瓶中，吸收瓶中加入恒溫磁力攪拌器的轉子，密封吸收瓶，向儲氣罐中儲氣到120KPa，設置水浴鍋溫度為353K，開始吸收實驗，其中CO2的吸收速率和吸收量見表I。實施例5稱取12. 5g碳酸鎂，2. 5偏硼酸鈉，0. 45g偏釩酸鈉，配成50g吸收液，其中碳酸鎂的濃度25 wt%，加入到吸收瓶中，吸收瓶中加入恒溫磁力攪拌器的轉子，密封吸收瓶，向儲氣罐中儲氣到160KPa，設置水浴鍋溫度為333K，開始吸收實驗，其中CO2的吸收速率和吸收量見表I。實施例6稱取15g碳酸鉀，2g偏硼酸鋰，0. 2g偏釩酸鉀，配成50g吸收液，其中碳酸鉀的濃度為30 wt%W入到吸收瓶中，吸收瓶中加入恒溫磁力攪拌器的轉子，密封吸收瓶，向儲氣罐中儲氣到170KPa，設置水浴鍋溫度為343K，開始吸收實驗，其中CO2的吸收速率和吸收量見表I。實施例7稱取17. 5g碳酸鋰，0. 25g偏硼酸鈉，0. 15g偏釩酸鋰，配成50g吸收液，其中碳酸鋰的濃度為35 wt%，加入到吸收瓶中，吸收瓶中加入恒溫磁力攪拌器的轉子，密封吸收瓶，向儲氣罐中儲氣到180KPa，設置水浴鍋溫度為313K，開始吸收實驗，其中CO2的吸收速率和吸收量見表I。實施例8稱取20g碳酸鉀，3g偏硼酸鈉，0. 25g偏釩酸銨，配成50g吸收液，其中碳酸鉀的濃度為40 wt%，加入到吸收瓶中，吸收瓶中加入恒溫磁力攪拌器的轉子，密封吸收瓶，向儲氣罐中儲氣到170KPa，設置水浴鍋溫度為333K，開始吸收實驗，其中CO2的吸收速率和吸收量見表I。實施例9稱取22. 5g碳酸鉀，4g偏硼酸鋰，0. 5g偏釩酸鈉，配成50g吸收液，其中碳酸鉀的濃度為45 wt%，加入到吸收瓶中，吸收瓶中加入恒溫磁力攪拌器的轉子，密封吸收瓶，向儲氣罐中儲氣到190KPa，設置水浴鍋溫度為323K，開始吸收實驗，其中CO2的吸收速率和吸收量見表I。
實施例10稱取25g碳酸鈉，5g偏硼酸鈉，0. Ig偏釩酸鈉，配成50g吸收液，其中碳酸鈉的濃度為50 wt%，加入到吸收瓶中，吸收瓶中加入恒溫磁力攪拌器的轉子，密封吸收瓶，向儲氣罐中儲氣到200KPa，設置水浴鍋溫度為360K，開始吸收實驗，其中CO2的吸收速率和吸收量見表I。表I吸收CO2的吸收速率和吸收量比較
權利要求
1.一種CO2吸收分離裝置，其特征在于，該裝置組成為C02鋼瓶(I)通過管道與儲氣罐(3)相連，其管道上有第一針型閥(8);儲氣罐(3)置于恒溫水浴鍋(2)中，儲氣罐(3)上有數(shù)字精密壓力表(10 );儲氣罐(3 )通過管道分別與吸收瓶(5 )和真空泵(6 )相連，其中管道上分別有第二針型閥(7)、第三針型閥(9);吸收瓶(5)位于恒溫磁力攪拌器(4)中。
2.一種利用權利要求I所述裝置熱鉀堿法吸收分離CO2的方法，其特征在于，該方法按以下步驟進行 1)配制吸收液以水為溶劑加入吸收劑、活化劑和緩蝕劑配制吸收液，其中吸收液中各物質的質量百分數(shù)為吸收劑為59^50% ;活化劑為0. 59^10% ;緩蝕劑為0. 29Tl%。
2)在吸收瓶(5)中加入步驟I)配制的吸收液，加入恒溫磁力攪拌器(4)的轉子，然后密封； 3)攪拌吸收瓶(5)中的吸收液，設置恒溫水浴鍋(2)的溫度為283IT365K。
4)開啟CO2鋼瓶(1)，向儲氣罐(3)中儲氣到壓強為IOOKPa 200KPa。
3.根據(jù)權利要求2所述的熱鉀堿法吸收分離CO2的方法，其特征在于，步驟I)中所述吸收劑為碳酸鉀、碳酸鈉、碳酸鎂、碳酸鋰中的一種或一種以上。
4.根據(jù)權利要求2所述的熱鉀堿法吸收分離CO2的方法，其特征在于，步驟I)中所述活化劑為偏硼酸鈉、偏硼酸鉀、偏硼酸鋰中的一種或一種以上。
5.根據(jù)權利要求2所述的熱鉀堿法吸收分離CO2的方法，其特征在于，步驟I)中所述緩蝕劑為偏釩酸鈉、偏釩酸鉀、偏釩酸鋰、偏釩酸銨中的一種或一種以上。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于沼氣分離凈化技術領域的一種CO2吸收分離裝置及其熱鉀堿法吸收分離CO2的方法。本發(fā)明使用碳酸鹽作為吸收劑，偏硼酸鹽為活化劑，偏釩酸鹽作為緩蝕劑配制吸收液，利用CO2吸收分離裝置，對CO2進行吸收分離。本發(fā)明選擇的碳酸鹽吸收劑原料來源廣泛、成本低廉且環(huán)境友好；偏硼酸鹽的加入提高了吸收速率，CO2吸收量明顯增大，偏釩酸鹽的加入使得對設備的腐蝕程度降低，亦能加快吸收速率。本發(fā)明對能源化工領域特別是沼氣凈化分離技術的發(fā)展起到重要的促進作用。
文檔編號B01D53/78GK102764578SQ20121024660
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月16日 優(yōu)先權日2012年7月16日
發(fā)明者李十中, 蒲薇華, 陳郴 申請人:清華大學