一种用于同步捕集CO2与COS的粘度可控深共晶溶液及其制备方法和应用与流程

本发明属于高分子化合物的组合物利用，具体涉及一种用于同步捕集co2与cos的粘度可控深共晶溶液及其制备方法和应用。

背景技术：

1、目前，工业气体（高炉煤气、煤化工气）中co2与cos（羰基硫）脱除技术主要分为四类：

2、（1）化学吸收法：以单乙醇胺（mea）、n-甲基二乙醇胺（mdea）等醇胺水溶液为吸收剂，仅能通过氨基与co2发生羧化反应实现捕集；cos需先经水解催化剂转化为h2s，再通过脱硫剂分步脱除，无法同步脱除。

3、（2）物理吸收法：以低温甲醇、聚乙二醇二甲醚为溶剂，在低温高压下物理溶解气体，对低浓度cos溶解能力极差，无法实现深度脱除。

4、（3）吸附法：以分子筛、活性炭、金属氧化物为吸附剂，依靠物理/化学吸附脱除杂质，吸附容量低、易饱和中毒，对低浓度cos无选择性捕集能力。

5、（4）传统深共晶溶液法：以氯化胆碱等季铵盐为氢键受体、多元醇为氢键供体，仅用于单一co2捕集，无cos捕集活性；且溶液粘度高、再生后氢键重构导致粘度大幅升高，气液传质效率急剧下降。

6、现有技术存在的核心问题与缺点：

7、（1）低浓度cos脱除工艺繁琐、能耗高

8、高炉煤气中cos为0.1%~0.5%的低浓度有机硫，现有技术需分步完成“co2捕集→cos高温水解→h2s脱除”，设备串联多、需额外添加水解催化剂，运行能耗与设备成本高。

9、（2）无原位水解催化能力，适配性差

10、传统吸收剂与深共晶溶液均不具备有机碱催化活性，无法在常温低压下实现cos原位水解，无法适配高炉煤气连续化净化工况。

11、（3）深共晶溶液粘度不可控、再生后增稠严重

12、传统深共晶溶液初始粘度达50~100mpa·s，吸收-再生循环后因过度氢键交联，粘度持续升高，气液传质阻力大幅增加，净化效率快速衰减。

13、与现有技术中的自分层深共晶溶液不同，本发明通过添加聚乙二醇二甲醚作为粘度调控剂，重点解决深共晶溶液粘度高、再生后增稠的技术问题，不依赖自分层机制，适用于对溶液流动性要求更高的工业场景。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的工艺繁琐、能耗高、无法同步脱除、粘度不可控、循环稳定性差等问题，本发明提供一种用于同步捕集co2与cos的粘度可控深共晶溶液及其制备方法和应用。

2、为实现上述目的，本发明首先提供了一种用于同步捕集co2与cos的粘度可控深共晶溶液，包含以下组分：氢键受体、氢键供体和粘度调控剂；

3、所述氢键受体与所述氢键供体的摩尔比为1:3~1:5；

4、所述粘度调控剂的质量为所述氢键受体与所述氢键供体总质量的1.5%~2.0%。

5、进一步地，所述氢键受体为三乙烯二胺、1,4-二甲基哌嗪、五甲基二乙烯三胺中的至少一种。

6、进一步地，所述氢键供体为n-甲基吡咯烷酮、n-乙基吡咯烷酮、γ-丁内酯中的至少一种。

7、进一步地，所述粘度调控剂为聚乙二醇二甲醚、聚丙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚中的至少一种。

8、本发明进一步提供一种用于同步捕集co2与cos的粘度可控深共晶溶液的制备方法，包括以下步骤：

9、预处理：将氢键受体与氢键供体分别进行干燥处理，去除水分；

10、主体构建：将预处理后的氢键受体与氢键供体按摩尔比1:3~1:5混合，得到混合液；

11、粘度调控：向所述混合液中加入占氢键受体与氢键供体总质量1.5%~2.0%的粘度调控剂，搅拌均匀，得混合物；

12、恒温成液：将所得混合物在40~60℃下搅拌均匀，形成均一透明的液态体系；

13、脱气处理：将所述液态体系静置脱泡，得到所述粘度可控深共晶溶液。

14、进一步地，所述预处理步骤中，干燥处理的温度为50~70℃，时间为2~4h，预处理后体系中水分含量≤0.1wt%。

15、优选地，所述恒温成液步骤中，搅拌转速为300~500rpm，搅拌时间为2~6h。

16、本发明还提供一种用于同步捕集co2与cos的粘度可控深共晶溶液的应用，包括以下步骤：

17、使含有co2和cos的待处理气体与所述深共晶溶液接触，进行吸收反应；

18、吸收饱和后，将吸收反应所得体系进行加热再生，释放出co2和h2s气体，再生后的深共晶溶液循环使用。

19、进一步地，所述吸收反应的条件为：温度20~60℃，压力0.1~1.0mpa。

20、进一步地，所述加热再生的条件为：温度75~90℃，压力为常压，在惰性气体吹扫下进行30~60分钟。

21、本发明提供的一种用于同步捕集co2与cos的粘度可控深共晶溶液，与现有技术相比，具有以下显著有益效果：

22、（1）本发明所述深共晶溶液中的氢键受体（如三乙烯二胺）具有有机碱催化活性，能够在常温、常压条件下实现cos的原位催化水解，将其转化为易于吸收的h2s；同时氢键供体（如n-甲基吡咯烷酮）对co2具有良好的物理溶解能力。二者协同作用，可在单塔内一步完成co2捕集与cos水解脱除，无需分步进行“co2捕集→cos高温水解→h2s脱除”的多道工序，无需额外添加水解催化剂，显著简化了工艺流程，降低了设备投资成本。

23、（2）本发明通过添加聚乙二醇二甲醚等粘度调控剂，利用其分子插入氢键网络、弱化过度交联的作用机理，将深共晶溶液的初始粘度控制在25~35mpa·s的低粘度范围，大幅提升了气液传质效率。该粘度调控剂在75~90℃的再生条件下不分解、不挥发、不流失，有效解决了传统深共晶溶液吸收再生循环后因氢键重构导致的粘度飙升问题。实验数据表明，经20次循环后，co2脱除率衰减小于10%，粘度上升仅2.2mpa·s，无明显增稠现象，展现出优异的长期循环稳定性。

24、（3）本发明所述深共晶溶液的再生温度仅为75~90℃，相较于传统单乙醇胺（mea）或n-甲基二乙醇胺（mdea）水溶液通常需要的110~120℃，降低了25~35℃，大幅降低了运行能耗。同时，本发明原料成本相较于氯化胆碱基深共晶溶液显著降低，具有良好的经济性。

25、（4）本发明所述深共晶溶液低挥发、可回收循环使用，制备过程常温常压、无需有毒试剂参与，环境友好。该溶液可直接应用于现有高炉煤气净化装置，适配固定床吸收塔、鼓泡吸收装置等常用设备，无需对现有工艺进行大规模改造，具有极高的工业化推广价值和市场应用前景。

26、为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并结合附图，作详细说明如下。

1.一种用于同步捕集co2与cos的粘度可控深共晶溶液，其特征在于：所述深共晶溶液包含以下组分：

2.根据权利要求1所述的用于同步捕集co2与cos的粘度可控深共晶溶液，其特征在于，所述氢键受体为三乙烯二胺、1,4-二甲基哌嗪、五甲基二乙烯三胺中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的用于同步捕集co2与cos的粘度可控深共晶溶液，其特征在于，所述氢键供体为n-甲基吡咯烷酮、n-乙基吡咯烷酮、γ-丁内酯中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的用于同步捕集co2与cos的粘度可控深共晶溶液，其特征在于，所述粘度调控剂为聚乙二醇二甲醚、聚丙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚中的至少一种。

5.一种根据权利要求1~4任一项所述的用于同步捕集co2与cos的粘度可控深共晶溶液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的用于同步捕集co2与cos的粘度可控深共晶溶液的制备方法，其特征在于，所述预处理步骤中，干燥处理的温度为50~70℃，时间为2~4h，干燥后的氢键受体和氢键供体中各自的水分含量均≤0.1wt%。

7.根据权利要求5所述的用于同步捕集co2与cos的粘度可控深共晶溶液的制备方法，其特征在于，所述恒温成液步骤中，搅拌转速为300~500rpm，搅拌时间为2~6h。

8.一种用于同步捕集co2与cos的粘度可控深共晶溶液的应用，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的用于同步捕集co2与cos的粘度可控深共晶溶液的应用，其特征在于，所述吸收反应的条件为：温度20~60℃，压力0.1~1.0mpa。

10.根据权利要求8所述的用于同步捕集co2与cos的粘度可控深共晶溶液的应用，其特征在于，所述加热再生的条件为：温度75~90℃，压力为常压，在惰性气体吹扫下进行30~60分钟。