一种分离燃气电厂烟气中二氧化碳的方法与流程

1.本发明涉及一种分离燃气电厂烟气中二氧化碳的方法，属于二氧化碳回收利用技术领域。


背景技术：

2.双碳目标下，整个能源行业带来的巨大的变革，天然气作为最清洁的化石能源将发挥越来越重要的作用，而天然气发电作为现阶段最适宜的电力调峰方式将越来越受到行业的重视，同时天然气发电的co2排放量虽是燃煤电厂co2排放量的50％左右，但仍面临着co2回收利用问题。
3.传统的co2回收利用方法包括深冷分离、化学吸附和理化吸附方法，但存在分离效率低、能耗高的特点。中国科学院广州能源研究所公开了一种水合物法联合化学吸收法分离co2的方法，将水合物法和传统的醇胺化学吸收法相结合，通过鼓泡塔的形式将部分co2进行分离，但不能解决co2水合物堵塞的问题。尹小林等公开了一种适用于连续捕集烟气中co2的方法，但水合物的反应体系仍为纯水体系，也无法解决co2水合物堵塞，难以长时间、大范围稳定平稳操作的问题。李文昭等人公开了一种水合物与过滤膜结合分离烟气中二氧化碳的方法，该方法采用水合物法与二氧化碳选择过滤膜相结合，能够初步分离co2的初步分离，但生产的水合物仍是固态形式，co2水合物的聚集和堵塞问题仍无法有效解决。
4.综上分析，需要提供一种能够实现烟气中co2的高效、连续和稳定运行，且保证在水合物生产、分解和运输过程中连续平稳操作的方法。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种分离燃气电厂烟气中二氧化碳的方法，主要针对水合物法分离烟气时，由于水合物容易聚集，造成管线堵塞，进而影响整套装置安全、平稳运行的问题。
6.本发明方法为一种高效、可连续运行的烟气中分离co2气体的方法，可实现烟气中co2的高效分离。
7.本发明首先提供一种能够吸收二氧化碳的油水混合液，由油相、水相和添加剂组成；
8.所述油相为c5～c20的烷烃；
9.所述添加剂为失水山梨醇单月桂酸脂、壬基酚聚氧乙烯醚(op10)、四氢呋喃与十二烷基硫酸钠的混合物；
10.所述油水混合液中，所述添加剂的质量百分含量为4～6％。
11.上述的油水混合液中，所述油相优选c10～c12烷烃，更优选为十二烷烃。
12.上述的油水混合液中，所述油相与所述水相的体积比为5～7：1。
13.上述的油水混合液中，所述添加剂中，所述失水山梨醇单月桂酸脂、所述壬基酚聚氧乙烯醚、所述四氢呋喃与所述十二烷基硫酸钠的质量比为1：0.2～3：0.5～5：0.3～5，优
选1：1～1.5：1～2：1.1～1.5、1：1：1：1：1.1或1：1.5：2：1.5。
14.本发明提供的油水混合液具有很好的乳化效果、水合物分散性能及流动性，适用于分离燃气电厂烟气中的二氧化碳。
15.在所述油水混合液的基础上，本发明还进一步提供了分离燃气电厂烟气中二氧化碳的方法，包括如下步骤：
16.将燃气电厂烟气通入至所述油水混合液中，所述燃气电厂烟气中的二氧化碳在所述油水混合液中生成二氧化碳水合物，即实现对所述燃气电厂烟气中二氧化碳的分离。
17.优选地，所述燃气电厂烟气与所述油水混合液的体积比为20～300：1，优选50～200：1。
18.优选地，所述油水混合液置于固定式反应器中。
19.优选地，在如下条件下生成所述二氧化碳水合物：
20.压力为1.5mpag～8mpag，温度为1～6℃。
21.本发明方法中生成的二氧化碳水合物的分解温度为10～30℃。
22.本发明在油水体系中生成二氧化碳水合物，实现对烟气中二氧化碳的分离和提浓。
23.本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
24.本发明充分利用水合物法可在温和的条件下实现co2气体的分离，降低整个系统的能量效率。
25.本发明有效解决了co2水合物容易堵塞的问题，使水合物的分离可以安全、平稳的运行；
26.本发明对于乳液体系进行系统研究，提供了适合co2水合物体系的添加剂，即为失水山梨醇单月桂酸脂、壬基酚聚氧乙烯醚(op10)、四氢呋喃和十二烷基硫酸钠的混合物。
附图说明
27.图1为本发明实施例1制备的油水乳油中形成的二氧化碳水合物的流体形态图。
28.图2为本发明实施例2制备的油水乳油中形成的二氧化碳水合物的流体形态图。
29.图3为本发明对比例1制备的油水乳油中形成的二氧化碳水合物的流体形态图。
30.图4为本发明对比例2制备的油水乳油中形成的二氧化碳水合物的流体形态图。
31.图5为本发明对比例3制备的油水乳油中形成的二氧化碳水合物的流体形态图。
32.图6为本发明对比例4制备的油水乳油中形成的二氧化碳水合物的流体形态图。
33.图7为本发明对比例5制备的油水乳油中形成的二氧化碳水合物的流体形态图。
34.图8为本发明对比例6制备的油水乳油中形成的二氧化碳水合物的流体形态图。
35.图9为本发明对比例7制备的油水乳油中形成的二氧化碳水合物的流体形态图。
36.图10为本发明对比例8制备的油水乳油中形成的二氧化碳水合物的流体形态图。
具体实施方式
37.下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
38.下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
39.实施例1、
40.按照癸烷烃和水的比例为5：1，失水山梨醇单月桂酸脂、壬基酚聚氧乙烯醚(op10)、四氢呋喃和十二烷基硫酸钠的混合物的总质量占油水体系总质量的4.1wt％，其中，失水山梨醇单月桂酸脂、壬基酚聚氧乙烯醚(op10)、四氢呋喃和十二烷基硫酸钠的质量浓度分别为1％、1％、1％和1.1％，配制油水乳油。
41.将制备的油水乳油加入至固定式反应器中。将燃气电厂烟气通入至油水乳油中，在反应温度为2℃、反应压力为2.5mpag时，在油气体积比为50：1的情况下，co2的浓度可从3％(常温常压条件下的浓度)可提高到82％。
42.本实施例制备的油水乳油中形成的二氧化碳水合物的流体形态图如图1所示。其中失水山梨醇单月桂酸脂、壬基酚聚氧乙烯醚(op10)起到油水乳化作用，四氢呋喃和十二烷基硫酸钠起到水合物快速生产的作用，研究体系中生产的二氧化碳水合物的流体形态均匀，流动性较好。
43.实施例2、
44.按照十二烷烃和水的比例为6：1，失水山梨醇单月桂酸脂、壬基酚聚氧乙烯醚(op10)、四氢呋喃和十二烷基硫酸钠的混合物的总质量占油水体系总质量的6wt％，其中，失水山梨醇单月桂酸脂、壬基酚聚氧乙烯醚(op10)、四氢呋喃和十二烷基硫酸钠的质量浓度分别为1％、1.5％、2％和1.5％，配制油水乳油。
45.将制备的油水乳油加入至固定式反应器中。将燃气电厂烟气通入至油水乳油中，在反应温度为3℃、反应压力为4mpag时，在油气体积比为200：1的情况下，co2的浓度可从3％可提高到95％。
46.本实施例制备的油水乳油中形成的二氧化碳水合物的流体形态图如图2所示，系中生产的二氧化碳水合物的流体形态均匀，流动性较好。
47.对比例1、
48.与实施例2的组成基本相同，不同之处在于：只添加了四氢呋喃一种添加剂(添加量为油水体系总质量的6wt％)，没有增加失水山梨醇单月桂酸脂、壬基酚聚氧乙烯醚(op10)。
49.本对比例制备的油水乳油中形成的二氧化碳水合物的流体形态图如图3所示，水合物形成固体，堵塞，无法流动。
50.对比例2、
51.与实施例2的组成基本相同，不同之处在于：只添加了十二烷基硫酸钠一种添加剂(添加量为油水体系总质量的6wt％)，没有增加失水山梨醇单月桂酸脂、壬基酚聚氧乙烯醚(op10)和十二烷基硫酸钠。
52.本对比例制备的油水乳油中形成的二氧化碳水合物的流体形态图如图4所示，水合物形成固体，堵塞，无法流动。
53.对比例3、
54.与实施例2的组成基本相同，不同之处在于：添加了壬基酚聚氧乙烯醚(op10)、四氢呋喃和十二烷基硫酸钠(添加量为油水体系总质量的6wt％，其中，壬基酚聚氧乙烯醚(op10)、四氢呋喃和十二烷基硫酸钠的质量浓度分别为2.5％、2％和1.5％)，没有增加失水山梨醇单月桂酸脂。
55.本对比例制备的油水乳油中形成的二氧化碳水合物的流体形态图如图5所示，水
合物形成固体，堵塞，无法流动。
56.对比例4、
57.与实施例2的组成基本相同，不同之处在于：添加了失水山梨醇单月桂酸脂、四氢呋喃和十二烷基硫酸钠(总质量占油水体系总质量的6wt％，其中，失水山梨醇单月桂酸脂、四氢呋喃和十二烷基硫酸钠的质量浓度分别为2.5％、2％和1.5％)，没有增加壬基酚聚氧乙烯醚(op10)。
58.本对比例制备的油水乳油中形成的二氧化碳水合物的流体形态图如图6所示，水合物形成固体，堵塞，无法流动。
59.对比例5、
60.与实施例2的组成基本相同，不同之处在于：将油相十二烷烃变为甲苯。
61.本对比例制备的油水乳油中形成的二氧化碳水合物的流体形态图如图7所示，水合物形成固体，堵塞，无法流动。
62.对比例6、
63.与实施例2的组成基本相同，不同之处在于：十二烷烃与水的体积比4：1。
64.本实施例制备的油水乳油中形成的二氧化碳水合物的流体形态图如图8所示，生产的二氧化碳水合物形成固体，堵塞，无法流动。
65.对比例7、
66.与实施例2的组成基本相同，不同之处在于：十二烷烃与水的体积比8：1。
67.本实施例制备的油水乳油中形成的二氧化碳水合物的流体形态图如图9所示，生产的二氧化碳水合物分层并堵塞，无法流动。
68.对比例8、
69.与实施例2的组成基本相同，不同之处在于：失水山梨醇单月桂酸脂、壬基酚聚氧乙烯醚(op10)、四氢呋喃和十二烷基硫酸钠的混合物的总质量占油水体系总质量的3wt％，其中，失水山梨醇单月桂酸脂、壬基酚聚氧乙烯醚(op10)、四氢呋喃和十二烷基硫酸钠的质量浓度分别为0.5％、1％、1％和0.5％。
70.本实施例制备的油水乳油中形成的二氧化碳水合物的流体形态图如图10所示，生产的二氧化碳水合物分层并堵塞，无法流动。
71.对比图1-图10，表明了本发明采用的添加剂(四氢呋喃 十二烷基硫酸钠 失水山梨醇单月桂酸脂 壬基酚聚氧乙烯醚)、油相采用十二烷烃和癸烷烃的有益效果，所形成的水合物浆液稳定、流动性好。