一种适用于水泥窑炉烟气CO2捕集的复合吸收剂及其制备方法技术

一种适用于水泥窑炉烟气CO2捕集的复合吸收剂及其制备方法。涉及水泥行业碳捕集技术领域。包括以下组分：有机胺1

【技术实现步骤摘要】
一种适用于水泥窑炉烟气CO2捕集的复合吸收剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及水泥行业碳捕集
，特别涉及适用于水泥窑炉烟气的CO2捕集吸收剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]水泥工业是重要的基础原材料工业，是世界各国经济发展及基础设施建设不可缺少的基础材料。水泥工业不是CO2排放大户。由于水泥生产过程中原料碳酸盐矿物的分解和燃料燃烧，每生产1吨水泥熟料约产生800千克直接CO2排放。近几年来中国水泥熟料产量一直保持在15亿吨左右，由此产生的CO2约13亿吨。在碳中和目标愿景下，水泥工业CO2减排对于行业发展和整体目标的实现有着十分重要的意义。在众多碳减排技术中，碳捕集与碳封存被认为是唯一大规模碳减排可行技术，也是未来实现碳中和的重要技术手段。
[0003]在CCUS（碳捕获、利用与封存）体系中，化学吸收法是研究和应用最多的碳捕集方式，其中吸收剂是化学吸收法的核心和关键。早期捕集技术研究主要集中在燃煤电力行业，比如加拿大在2014年建成世界首例年捕集量100万吨CO2的工程，美国于2017年建成设计规模140万吨/年燃烧后CO2捕集工程。非电领域研究比较滞后，水泥行业碳捕集工作还处于起步阶段。目前适用于燃煤锅炉烟气CO2捕集的吸收剂已经较为成熟，与燃煤锅炉烟气相比，水泥窑炉烟气在以下三方面存在显著差异：一是水泥窑炉烟气中CO2浓度更高（约20%），这尽管有助于提高CO2捕集吸收效率，但同时由于吸收过程为放热反应，更集中的放热可能不利于吸收剂对CO2的吸收；二是水泥窑炉烟气中颗粒物的成分更加复杂、粒度更细，这在一定程度上会促进吸收剂的降解；三是在CO2吸收过程中水泥窑炉烟气更倾向于产生胺雾，会增大吸收剂的损耗。
[0004]综上所述，目前本行业存在的技术现状是：水泥窑尾气中CO2浓度较高，在CO2捕集过程中容易放出大量热并诱发吸收剂的氧化反应。另外，烟气中的重金属组分会使吸收剂中毒，降低其捕集CO2的能力，烟气中的碱土金属组分也会增加CO2吸收剂溶液中沉淀物的含量，影响CO2捕集过程。因此，根据水泥窑炉烟气特性和工况情况开发适应于水泥行业CO2捕集的高效吸收剂具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于，提供一种能够调节烟气的吸收、解吸性能，增加吸收负荷并减小解吸能耗，使其适用于水泥窑炉烟气成分和工况条件的适用于水泥窑炉烟气CO2捕集的复合吸收剂及其制备方法。
[0006]本专利技术的技术方案是：包括以下组分：有机胺1
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5M，消泡剂0.001
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1M，抗氧化剂0.001
‑
1M，
缓蚀剂0.001
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1M，纳米粒子助剂0.001
‑
1M，重金属抑制剂0.002
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1M，和碱土金属络合剂0.002
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1M；溶剂为去离子水。
[0007]进一步地，所述有机胺为伯胺和叔胺，所述叔胺的摩尔数为所述伯胺、叔胺总摩尔数的10%~40%。
[0008]进一步地，所述伯胺为为单乙醇胺，纯度≥90%；所述叔胺为二乙氨基乙醇，纯度≥90%。
[0009]进一步地，所述消泡剂为有机硅氧烷、酰胺、脂肪醇类物质中的一种或多种。
[0010]进一步地，所述抗氧化剂为酒石酸盐或硫代硫酸盐类物质中的一种或多种。
[0011]进一步地，所述缓蚀剂为硝酸盐、钼酸盐、铬酸盐类物质中的一种或多种。
[0012]进一步地，所述纳米粒子助剂为氧化锌纳米粒子、氧化铝纳米粒子、氧化亚锡纳米粒子中的一种或多种；所述的纳米粒子助剂中纳米粒子的粒径为1
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100nm。
[0013]进一步地，所述重金属抑制剂为2
‑
巯基乙醇、2,3
‑
二巯基丙醇中的一种及依地酸钙钠。
[0014]进一步地，所述碱土金属络合剂为乙二胺四乙酸二钠及乙二醇双(2
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氨基乙基醚)四乙酸四钾。
[0015]本专利技术适用于水泥窑炉烟气CO2捕集的复合吸收剂的制备方法，按设定组分将所述有机胺溶液、消泡剂、抗氧化剂、缓蚀剂、纳米粒子助剂、重金属抑制剂和碱土金属络合剂，投入到去离子水中，在0
‑
100℃温度、0
‑
10标准大气压下，充分搅拌、混合20min~6h，再静置4
‑
48h；制得。
[0016]本专利技术结合水泥窑炉的特性，创新性地提出了用于水泥窑炉烟气CO2捕集的复合吸收剂，通过在伯胺主体溶液中添加适量叔胺类物质调节其吸收、解吸性能，增加吸收负荷并减小解吸能耗，使其适用于水泥窑炉烟气成分和工况条件。消泡剂、抗氧化剂、缓蚀剂的引入缓解了捕集过程中的起泡现象、烟气组分对于胺组分的氧化及胺组分对反应器的腐蚀作用。另外，通过引入碱性金属氧化物纳米粒子优化了溶液中的传热过程，缓解了溶液中的局部过热现象及烟气组分对于胺组分的氧化，使吸收剂的损耗得到降低。通过引入重金属抑制剂可以有效降低烟气中重金属组分对于吸收剂的毒化作用，降低吸收剂的损耗。通过引入碱土金属络合剂可以有效降低烟气杂质中碱土金属离子对于吸收液稳定程度的降低作用。
[0017]依据本专利技术方法得到的CO2捕集吸收剂相较于单乙醇胺吸收剂，吸收负荷提高了5.4%
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22.8%，解吸能耗降低了4.5%
‑
17.7%。
具体实施方式
[0018]本专利技术的技术方案是：包括以下组分：有机胺1
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5M，消泡剂0.001
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1M，抗氧化剂0.001
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1M，
缓蚀剂0.001
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1M，纳米粒子助剂0.001
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1M，重金属抑制剂0.002
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1M，和碱土金属络合剂0.002
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1M；溶剂为去离子水。
[0019]进一步地，有机胺为伯胺和叔胺，叔胺的摩尔数为伯胺、叔胺总摩尔数的10%~40%。其中，伯胺为为单乙醇胺，纯度≥90%；叔胺为二乙氨基乙醇，纯度≥90%。两者均起到捕集二氧化碳的作用，叔胺由于具有空间位阻较大的叔胺基，所以只能接收溶液中的氢离子而不能与二氧化碳组分直接结合，所以能够增加吸收剂的循环容量；伯胺由于其胺基上有两个活性氢原子，利于与二氧化碳结合，所以能增加吸收剂的吸收速率。
[0020]进一步地，消泡剂为有机硅氧烷、酰胺、脂肪醇类物质中的一种或多种。消除溶液中的气泡，并能够增加吸收速率。
[0021]进一步地，抗氧化剂为酒石酸盐或硫代硫酸盐类物质中的一种或多种。能有效防止有机胺在工作过程中发生氧化，以提升其使用效能。
[0022]进一步地，缓蚀剂为硝酸盐、钼酸盐、铬酸盐类物质中的一种或多种。防止容器腐蚀，延长容器使用寿命。
[0023]进一步地，纳米粒子助剂为氧化锌纳米粒子、氧化铝纳米粒子、氧化亚锡纳米粒子中的一种或多种；的纳米粒子助剂中纳米粒子的粒径为1...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于水泥窑炉烟气CO2捕集的复合吸收剂溶液，其特征在于，包括以下组分：有机胺1
‑
5M，消泡剂0.001
‑
1M，抗氧化剂0.001
‑
1M，缓蚀剂0.001
‑
1M，纳米粒子助剂0.001
‑
1M，重金属抑制剂0.002
‑
1M，和碱土金属络合剂0.002
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1M；溶剂为去离子水。2.根据权利要求1所述的一种适用于水泥窑炉烟气CO2捕集的复合吸收剂，其特征在于，所述有机胺为伯胺和叔胺，所述叔胺的添加量为所述有机胺总质量的10%~40%。3.根据权利要求2所述的一种适用于水泥窑炉烟气CO2捕集的复合吸收剂，其特征在于，所述伯胺为为单乙醇胺，纯度≥90%；所述叔胺为二乙氨基乙醇，纯度≥90%。4.根据权利要求1所述的一种适用于水泥窑炉烟气CO2捕集的复合吸收剂，其特征在于，所述消泡剂为有机硅氧烷、酰胺、脂肪醇类物质中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的一种适用于水泥窑炉烟气CO2捕集的复合吸收剂，其特征在于，所述抗氧化剂为酒石酸盐或硫代硫酸盐类物质中的一种或多种。6.根据权利要求1所述的一种适用于水泥窑...

【专利技术属性】
技术研发人员：张帅，房晶瑞，郅晓，石然，马腾坤，曲齐齐，陈阁，石信超，
申请(专利权)人：中国建筑材料科学研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：