《一种用于去除烟气中COSUB2/SUB的基于碳酸钾溶液的催化体系.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种用于去除烟气中COSUB2/SUB的基于碳酸钾溶液的催化体系.pdf（7页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、10申请公布号CN102350368A43申请公布日20120215CN102350368ACN102350368A21申请号201110168514422申请日20110622B01J27/232200601B01J35/12200601B01D53/14200601B01D53/62200601B01D53/8620060171申请人河北科技大学地址050018河北省石家庄市裕华东路70号72发明人申淑锋陈爱兵顾春雷徐志策于奕峰54发明名称一种用于去除烟气中CO2的基于碳酸钾溶液的催化体系57摘要本发明属化工分离技术领域，具体涉及一种用于去除烟气中CO2的基于碳酸钾溶液的催化体系，按重量百。
2、分数它由以下组分组成碳酸钾组分1550、硅酸或硅酸盐组分018、硼酸盐组分06、水3685，本发明可用于去除燃煤电厂烟气中的二氧化碳。本发明采用成本低廉、无降解、环境友好的硅酸或硅酸盐，或硅酸盐和硼酸盐组成的复合催化剂与碳酸钾溶液形成的体系，与其它的催化体系相比，克服了致癌性、化学和热降解、成本较高等不利因素，具有吸收CO2速度快、溶液稳定、环境友好和成本低等特点。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书5页CN102350371A1/1页21一种用于去除烟气中CO2的基于碳酸钾溶液的催化体系，其特征是，按重量百分数它由以下组分组成碳酸钾组分1550；。
3、硅酸或硅酸盐组分018；硼酸盐组分06；水3685。2如权利要求1所述的一种用于去除烟气中CO2的基于碳酸钾溶液的催化体系，其特征是，按重量百分数它由以下组分组成碳酸钾组分2540；硅酸或硅酸盐组分35；硼酸盐组分13；水5271。3如权利要求1所述的一种用于去除烟气中CO2的基于碳酸钾溶液的催化体系，其特征是，所述碳酸钾组分为碳酸钾，或者碳酸氢钾和碳酸钾的混合物，所述混合物的加入量以折算成相应的碳酸钾的重量百分数来计算。4如权利要求1所述的一种用于去除烟气中CO2的基于碳酸钾溶液的催化体系，其特征是，所述硅酸盐组分为硅酸和氢氧化钾的混合物、硅酸或偏硅酸的碱金属盐中的一种，其加入量以硅酸钾K2。
4、SIO3为计算标准。5如权利要求1所述的一种用于去除烟气中CO2的基于碳酸钾溶液的催化体系，其特征是，所述硼酸盐组分为硼酸和氢氧化钾的混合物、四硼酸钾、硼酸或偏硼酸的碱金属盐中的一种，其加入量以偏硼酸钾KBO2为计算标准。6如权利要求1所述的一种用于去除烟气中CO2的基于碳酸钾溶液的催化体系，其特征是，其催化体系在去除烟气中CO2时，吸收溶液的温度范围为3080，而在压力50BAR条件下吸收溶液的适宜温度范围为60100。权利要求书CN102350368ACN102350371A1/5页3一种用于去除烟气中CO2的基于碳酸钾溶液的催化体系技术领域0001本发明涉及一种用于去除烟气中CO2的基于。
5、碳酸钾溶液的催化体系，属于化工分离技术领域。背景技术0002以温室气体排放引起的全球气候变化问题日益严重，成为当今国际社会关注的热点。据国际能源署报道，约60的温室效应由CO2产生，2008年全球的CO2总排放量达到294亿吨，燃烧化石燃料排放的CO2约占全世界总量的4045。燃煤电厂烟气排放具有稳定集中、处理量大等特点，联合国气候变化委员会IPCC已将燃煤电厂CO2捕获和封存作为2050年温室气体减排目标最重要的技术方向。0003化学溶剂吸收法是近期燃煤电厂有望实现CO2捕获的有效途径之一，其中吸收溶剂也是影响吸收效果和工艺成本的主要因素。在常用的吸收剂如有机胺或醇胺溶液、氨水溶液、碳酸盐溶。
6、液、氨基酸盐溶液中，采用碳酸钾溶液体系吸收CO2与其它化学吸收溶剂体系相比较，在很多方面具有明显的优势1具有低吸收热，比有机胺体系要低50以上，因而溶剂再生能量消耗低。采用碳酸钾溶液CO2吸收热约为609KJ/KG，而伯胺和仲胺体系如MEA约为1900KJ/KG，；2溶剂对CO2负载能力较高；3溶剂成本低；4耐氧化及SOX、NOX杂质能力强；5无毒、无化学降解、无挥发性、容易处理等。一般是采用碳酸钾溶液与CO2在吸收塔中接触反应进行吸收，吸收后溶液进入再生塔然后利用反应可逆性输入能量实现CO2解吸和溶剂的再生循环。但是在室温条件下采用等摩尔碳酸盐和碳酸氢盐的溶液吸收CO2的速率近似于物理吸收。。
7、因而面临着一个吸收反应速率慢的主要难题。0004在碳酸钾体系中加入催化剂改变反应途径可以提高吸收和解吸反应速度。美国专利US3037844和意大利专利545908分别报道了在碳酸钾溶液中加入三氧化二砷、三氧化二砷或氨基乙酸作催化剂，但是加入三氧化二砷的溶液具有高毒性和致癌作用，在应用中受到了限制，氨基乙酸作催化剂的吸收速度慢，溶液不稳定等。美国专利US2886045在碳酸钾溶液中采用二乙醇胺作催化剂，此方法再生时热耗较大，溶液吸收能力低。美国专利US2007/0044658A1也报道了哌嗪对碳酸钾溶液吸收CO2的催化作用。中国发明专利CN1006041B报道了一种复合催化碳酸钾溶液，该复合剂由。
8、氨基乙酸、二乙醇胺和硼酸组成，较纯碳酸钾溶液吸收有明显的提高。中国发明专利CN1006041B报道了一种改进碳酸钾捕集CO2的新工艺，采用由碳酸钾、羟乙基哌嗪和硼酸组成的吸收剂，在综合能耗方面有所降低。在已有的专利报道中采用有机胺溶剂可以加速吸收反应，但同时也具有易挥发、发生热降解和氧化降解、易形成热稳定性盐及其它副产物等特点，使吸收过程中催化剂消耗和成本有明显的增加，需要进一步处理增加工艺操作的复杂性等。发明内容0005本发明要解决的技术问题是提供一种用于去除烟气中CO2的基于碳酸钾溶液的催化体系，它具有去除CO2的速度快、能耗低、体系稳定和环境友好等特点。说明书CN102350368ACN。
9、102350371A2/5页40006为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现0007本发明一种用于去除烟气中CO2的基于碳酸钾溶液的催化体系，按重量百分数WT它由以下组分组成0008碳酸钾组分1550；0009硅酸或硅酸盐组分018；0010硼酸盐组分06；0011水3685。0012优选的，所述的一种用于去除烟气中CO2的基于碳酸钾溶液的催化体系，按重量百分数WT它由以下组分组成0013碳酸钾组分2540；0014硅酸或硅酸盐组分35；0015硼酸盐组分13；0016水5271。0017所述的一种用于去除烟气中CO2的基于碳酸钾溶液的催化体系，所述碳酸钾组分为碳酸钾，或者碳酸氢钾。
10、和碳酸钾的混合物，所述混合物的加入量以折算成相应的碳酸钾的重量百分数来计算。0018所述的一种用于去除烟气中CO2的基于碳酸钾溶液的催化体系，所述硅酸盐组分为硅酸和氢氧化钾的混合物、硅酸或偏硅酸的碱金属盐中的一种，其加入量以硅酸钾K2SIO3为计算标准。0019所述的一种用于去除烟气中CO2的基于碳酸钾溶液的催化体系，所述硼酸盐组分为硼酸和氢氧化钾的混合物、四硼酸钾、硼酸或偏硼酸的碱金属盐中的一种，其加入量以偏硼酸钾KBO2为计算标准。0020所述的一种用于去除烟气中CO2的基于碳酸钾溶液的催化体系，其催化体系在去除烟气中CO2时，吸收溶液的温度范围为3080，而在压力50BAR条件下吸收溶液。
11、的适宜温度范围为60100。0021本发明针对现有促进碳酸钾溶液吸收CO2的催化剂具有较强毒性或有机胺类易降解、溶液不稳定性等存在的不足和缺陷，提出了一种采用硅酸盐作为单一催化剂或与硼酸盐一起作为复合催化剂而形成改良的碳酸钾溶液催化体系，可以促进在电厂烟气条件下CO2吸收反应的过程，提高去除效果。0022本发明与现有技术相比具有的有益效果为0023本发明克服了现有的催化剂在吸收过程中损失多和成本较高、对环境的污染问题、溶液不稳定等特点，解决了吸收溶剂在产业化过程中存在的不足和缺陷，从而提供一种新型、更有效的，同时来源广泛成本低廉，具有低毒、无降解、环境友好等优点的催化剂形成的基于碳酸钾溶液的催。
12、化体系，并用于提高燃煤电厂烟气中的二氧化碳的吸收速度。与目前已有的其它碳酸钾的催化体系相比，具有去除CO2的速度快，能耗低、体系稳定和环境友好等特点。与其它的催化体系相比较具有明显的优势，具体体现在以下几个方面00241催化剂具有低毒和环境友好的特点，对人类健康和环境生物没有危害；00252来源丰富，成本较低；00263与纯碳酸钾溶液相比，吸收速度有明显提高，既可以在高温高压条件下进行吸说明书CN102350368ACN102350371A3/5页5收，也可以在常压和较高温度下使用；00274催化剂在过程中不发生高温降解和化学降解，无副产物生成等。具体实施方式0028下面对本发明作进一步的详细。
13、说明。0029实施例10030为了在相同的基准条件下比较不同催化体系的吸收效果，吸收速率对比实验均使用30WT碳酸钾溶液，其中包含不同重量百分数的催化剂组分。硅酸或硅酸盐组分是通过加入硅酸钾K2SIO3，硼酸盐组分通过采用硼酸和氢氧化钾反应生成的硼酸钾加入的。对比实验是在相同的体系温度4001、绝对压力1087KPA、168CO2和832N2体积分数的条件下在常用的恒面积气液逆流方式的动力学测定装置湿壁塔WETTEDWALLCOLUMN中进行9组CO2吸收实验AI，吸收后CO2的浓度采用红外二氧化碳分析仪测定。其中实验A为30WT纯碳酸钾溶液吸收CO2的实验，作为吸收效果对比基准。实验BG组是。
14、在本发明催化体系的不同组成条件下的实验结果。实验H和I组分别为氨基乙酸和硼酸组成的复合催化剂、单乙醇胺催化剂与碳酸钾溶液组合在本实验AG组相同的实验条件下进行的吸收CO2的实验，以便与本发明实验做效果对比。0031以E组实验为例，168V/VCO2和氮气混合气为模拟烟气组成，以240升/小时流量通过40恒温水饱和器后经气体分布器从底部进入恒温至相同温度的湿壁塔中向上流动；40恒温储罐中的30WT碳酸钾、25WT硅酸钾和10WT硼酸钾组成的催化溶液体系以365升/小时流量从不锈钢管内部流入通过溢流的方式自上而下沿着恒定面积的外壁与上升的气体逆流接触传质，吸收CO2后的溶液由泵自底部出口排入一个液。
15、体储罐中，而吸收后的混合气体经过冷凝器冷却到5以下后进入红外气体分析仪测定CO2浓度。0032表1基于碳酸钾溶液的不同催化体系吸收CO2的速率比较说明书CN102350368ACN102350371A4/5页60033吸收速率大小KNMT以归一化传质系数即单位时间单位传质面积单位CO2分压驱动力差上的CO2吸收摩尔数，MOLS1M2PA1。CO2吸收相对速率是以30WT纯碳酸钾溶液吸收速率为基础，通过比较其它催化体系的快速拟一级反应吸收速率来体现。实验结果对比见表1所示。从表中可以看出采用本发明的基于碳酸钾溶液的催化体系具有较快的吸收速度。硅酸钾和硼酸钾对于吸收过程均有一定的促进作用，而且组合。
16、加入后具有较好的效果。采用5WT硅酸钾、30WT硼酸钾和30WT碳酸钾作为吸收液时，吸收速率可提高为相同浓度纯碳酸钾溶液的45倍左右。0034实施例20035同实例1中以同样的方式操作，125V/VCO2和氮气混合气为模拟烟气组成，以240升/小时流量经过50水饱和器后进入湿壁塔中，与来自同样温度的40WT碳酸钾溶液，流量为360升/小时，在塔内逆流接触传质，吸收后的气体经过深冷器冷却到5以下进入气体分析仪测定浓度。湿壁塔温度恒定在50，压力为50KPA表压。然后采用2WT硅酸和3WT硼酸钾组合作为添加剂配制的40WT碳酸钾溶液进行吸收对比实验。实验结果表明加入此使用量的硅酸和硼酸钾吸收时，吸。
17、收速率可提高到约为原来的19倍。0036实施例30037一燃煤电厂燃烧后烟气冷却后的组成见表2。在烟气处理量为8000公斤/小时的工业吸收装置中，吸收塔底部的表压力和顶部吸收液温度分别为65KPA和485。烟气与吸收液在填料吸收塔中逆流接触吸收。采用40吨/小时的25WT碳酸钾溶液吸收CO2时，CO2在吸收塔尾气中的含量降低到810。采用本发明添加硅酸钾和硼酸钾的碳酸钾溶液，说明书CN102350368ACN102350371A5/5页7其组成为25WT碳酸钾、5WT硅酸钾、15WT硼酸钾和685WT水，吸收后尾气中CO2的含量降低到531。0038表2燃煤电厂烟气的组成0039实施例40040一燃煤电厂燃烧前70烟气的组成见表3。在烟气处理量为200公斤/小时的工业吸收装置中，吸收塔底部的表压力和顶部吸收液温度分别为700KPA和95。烟气与吸收液在填料吸收塔中逆流接触吸收。采用2000公斤/小时的20WT纯碳酸钾溶液吸收CO2时，从吸收塔顶部净化气中的CO2含量降低到950。采用本发明硅酸钾催化的碳酸钾溶液，其组成为20WT碳酸钾、5WT硅酸钾和75WT水，净化烟气中CO2的含量降低到670。0041表3燃煤电厂烟气的组成说明书CN102350368A。