CN100421768C

CN100421768C - 用于膜接触器吸收酸性气体的复合溶液

Info

Publication number: CN100421768C
Application number: CNB2005100409940A
Authority: CN
Inventors: 王连军; 陆建刚; 孙秀云; 李健生; 刘晓东
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2005-07-12
Filing date: 2005-07-12
Publication date: 2008-10-01
Anticipated expiration: 2025-07-12
Also published as: CN1895738A

Abstract

本发明公开了一种用于膜接触器吸收酸性气体的复合溶液。该复合溶液由氨基酸盐和活化剂两组分组成，氨基酸盐和活化剂两组分的水溶液总浓度为0.5～7.0mol/L，氨基酸盐与活化剂的摩尔比为1∶0.1～0.8。与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：本发明提出的复合溶液吸收性能和再生性能均优于单一组分；具有高表面张力，不湿润聚丙烯膜和聚偏氟乙烯膜，在膜接触器中长期稳定运行；而且溶剂容易获得，价格适中，再生热低。

Description

用于膜接触器吸收酸性气体的复合溶液

一、技术领域

本发明涉及膜分离技术，特别是一种用于膜接触器吸收酸性气体的复合溶液。

二、背景技术

膜基气体吸收(简称膜吸收或膜接触器技术)是膜分离与溶剂吸收气体技术相结合的新型气体分离过程，其具有稳定的传质界面、高比表面积、高传质效率，能耗低，装置体积小，操作稳定和弹性大等优势；膜接触器中的微孔膜仅仅是气液两相之间的屏障，对气体的分离无选择性，溶液在分离过程中提供了高选择性和高驱动力。因此开发与膜材质相兼容的高性能溶液具有特别重要的意义。

复合溶液兼容了单一溶液的优良性能，在分离过程中可提供更高的传质推动力、更高的吸收容量、更高的吸收速率和再生速率。因此复合溶液具有更高的优良性能。目前作为吸收酸性气体各种复合溶液在工业上已得到了广泛应用。如US4,892,674提出在醇胺溶剂中添加位阻胺盐或位阻氨基酸形成复合溶剂；CN1354036A提出一种复合胺溶剂由MEA(一乙醇胺)和一种活性胺组成。这些专利涉及的复合溶剂主要用于选择性脱除混合气中H₂S及CO₂，并应用于填料塔反应器中。但是，上述复合溶液存在溶剂不易获得，价格昂贵，再生热较高，以及与有机膜不兼容(即溶剂侵蚀膜材质)等缺点。

三、发明内容

本发明的目的在于提供一种与有机膜具有良好的兼容性，并能在膜接触器中长期稳定运行的用于膜接触器吸收酸性气体的复合溶液。

实现本发明目的的技术方案为：一种用于膜接触器吸收酸性气体的复合溶液，由氨基酸盐和活化剂两组分组成，该氨基酸盐和活化剂两组分的水溶液总浓度为0.5～7.0mol/L，氨基酸盐与活化剂的摩尔比为1∶0.1～0.8；其中氨基酸盐为氨基乙酸、α-氨基丙酸或者β-氨基丙酸的钾盐，活化剂为高活性有机醇胺化合物、多氨基有机化合物、硼酸盐或者磷酸盐或者它们的混合物。

本发明用于膜接触器吸收酸性气体的复合溶液，氨基酸盐与活化剂两组分的水溶液总浓度为0.5～3.0mol/L。

本发明用于膜接触器吸收酸性气体的复合溶液，氨基酸盐与活化剂的摩尔比为1∶0.2～0.68。

本发明用于膜接触器吸收酸性气体的复合溶液，高活性有机醇胺化合物为：

或

其中R₁、R₂、R₃为H或含有1～2碳原子的烷基。

本发明用于膜接触器吸收酸性气体的复合溶液，多氨基有机化合物为：

或/和H₂N-R₄-NH-R₅-NH-R₆

其中R为含有2～3碳原子的烷基，R₄和R₅含有1～2碳原子的烷基，R₆为H或H₂NR₇，R₇为含有1～2碳原子的烷基。

本发明用于膜接触器吸收酸性气体的复合溶液，硼酸盐为硼酸钾。

本发明用于膜接触器吸收酸性气体的复合溶液，磷酸盐为磷酸钾或磷酸氢二钾。

与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：本发明提出的复合溶液吸收性能和再生性能均优于单一组分；具有高表面张力，不湿润聚丙烯膜和聚偏氟乙烯膜，在膜接触器中长期稳定运行；而且溶剂容易获得，价格适中，再生热低。

四、附图说明

图1是本发明用于膜接触器吸收酸性气体的复合溶液吸收性能评价装置。

图2是本发明用于膜接触器吸收酸性气体的复合溶液的再生性能评价装置。

图3是本发明用于膜接触器吸收酸性气体的复合溶液的吸收性能评价结果。

图4是本发明用于膜接触器吸收酸性气体的复合溶液的再生性能评价结果。

五、具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

本发明用于膜接触器吸收酸性气体的复合溶液，由氨基酸盐和活化剂两组分组成。氨基酸盐和活化剂两组分的水溶液总浓度为0.5～7.0mol/L，最好为0.5～3.0mol/L；氨基酸盐与活化剂的摩尔比为1∶0.1～0.8，最好为1∶0.2～0.68。其中，氨基酸盐可以为氨基乙酸、α-氨基丙酸或者β-氨基丙酸的钾盐；活化剂可以为高活性有机醇胺化合物、多氨基有机化合物、硼酸盐或者磷酸盐或者它们的混合物。而硼酸盐为硼酸钾，磷酸盐为磷酸钾或磷酸氢二钾。高活性有机醇胺化合物为：

或

其中R₁、R₂、R₃为H或含有1～2碳原子的烷基，其典型代表为

2-amino-2-methyl-1-propanol，2-amino-1-propanol，

2-amino-2-propanol， 3-amino-3-methyl-1-butylanol等。

多氨基有机化合物为：

或/和H₂N-R₄-NH-R₅-NH-R₆

其中R为含有2～3碳原子的烷基，R₄和R₅含有1～2碳原子的烷基，R₆为H或H₂NR₇，R₇为含有1～2碳原子的烷基，其典型代表为

piperazine， diethylenetriamine，

triethylenetetramine， tetraethylenepentamine等。

结合图1、图3，本发明用于膜接触器吸收酸性气体的复合溶液的吸收性能评价流程为：室温下，含5～20％CO₂混合气由混合钢瓶1经减压阀减压至实验操作压力(接近常压)，气流经气体流量计2进入膜接触器3中，混合气中CO₂通过膜孔扩散至膜另一侧，被复合溶液吸收，进入液相；吸收后的气相从膜接触器3另一端气体出口放出。一个溶液储槽4中的复合溶液由蠕动泵5抽出经液相流量计2送入膜接触器3中，吸收扩散过来的CO₂，离开膜接触器3的溶液进入另一溶液储槽4。气相进出口组成由气相色谱仪6测定，溶液总碱由酸碱滴定测定，液相CO₂采用化学分析法测定。

评价标准：总体积传质系数：

K_{G} a = \frac{G \ln (C_{g, in} / C_{g, out})}{AL}

式中G、A和L分别为气相体积流速、气液传质面积和纤维膜丝长度，C_g，in和C_g，out分别为气相进出口CO₂浓度。评价结果为图3。结果表明复合溶液的总体积传质系数远高于单一组分溶液的总体积传质系数，复合溶液的总体积传质系数是单一组分溶液的1.5～2.0倍。

结合图2、图4，本发明用于膜接触器吸收酸性气体的复合溶液的再生性能评价流程为：CO₂高负载复合溶液装入再生反应器7，电加热升温，由温度控制仪10控制再生温度，再生气经冷却器8冷却，由气液分离器9分离，冷凝液回流再生器，再生气CO₂放空，再生反应器7底部液阀用于取样。以解吸负载为指标考察再生性能。评价结果为图4。结果表明复合溶液的再生性能高于单一组分溶液，复合溶液的解吸速率是单一组分溶液的2～4倍。

Claims

1. 一种用于膜接触器吸收酸性气体的复合溶液，其特征在于由氨基酸盐和活化剂两组分组成，该氨基酸盐和活化剂两组分的水溶液总浓度为0.5～7.0mol/L，氨基酸盐与活化剂的摩尔比为1∶0.1～0.8；其中氨基酸盐为氨基乙酸、α-氨基丙酸或者β-氨基丙酸的钾盐，活化剂为高活性有机醇胺化合物、多氨基有机化合物、硼酸盐或者磷酸盐或者它们的混合物。

2. 根据权利要求1所述的用于膜接触器吸收酸性气体的复合溶液，其特征在于氨基酸盐与活化剂两组分的水溶液总浓度为0.5～3.0mol/L。

3. 根据权利要求1所述的用于膜接触器吸收酸性气体的复合溶液，其特征在于氨基酸盐与活化剂的摩尔比为1∶0.2～0.68。

4. 根据权利要求1所述的用于膜接触器吸收酸性气体的复合溶液，其特征在于高活性有机醇胺化合物为：

或

其中R₁、R₂、R₃为H或含有1～2碳原子的烷基。

5. 根据权利要求1所述的用于膜接触器吸收酸性气体的复合溶液，其特征在于多氨基有机化合物为：

或/和H₂N-R₄-NH-R₅-NH-R₆

6. 根据权利要求1所述的用于膜接触器吸收酸性气体的复合溶液，其特征在于硼酸盐为硼酸钾。

7. 根据权利要求1所述的用于膜接触器吸收酸性气体的复合溶液，其特征在于磷酸盐为磷酸钾或磷酸氢二钾。