[发明专利]金属改性凹凸棒土催化剂在催化有机胺溶液解吸CO2

说明书

本发明公开了一种金属改性凹凸棒土催化剂在催化有机胺溶液解吸CO₂中的应用，金属改性凹凸棒土催化剂的制备方法包括以下几个步骤：将可溶性金属盐溶于水中，再加入凹凸棒土粉末，得到混合液A；对于混合液A进行超声处理0.5h以上得到混合物B；加入碱性物质提高混合液B的pH值，使金属盐沉淀，然后陈化得到混合液C；对混合液C进行固液分离，干燥和煅烧得到金属改性凹凸棒土催化剂。与现有技术相比，本发明的催化剂制备过程工艺简便，原料便宜易得；催化解吸性能优于凹凸棒土催化剂及单一的金属氧化物催化剂；催化剂易于分离，稳定性好可重复循环利用；对于有机胺溶液吸收CO₂性能影响小。

技术领域

本发明属于燃煤电厂CO₂捕集技术领域，尤其涉及金属改性凹凸棒土催化剂在催化有机胺溶液解吸CO₂中的应用。

背景技术

化石能源是当今主要的能源来源，但化石能源的大量使用会排放出大量的CO₂，并导致温室效应及极端气候等问题。作为CO₂最大排放源，电力生产的CO₂占总源头的60％以上，因此，从控制CO₂排放角度来看，首先必须控制电力生产过程中排放的CO₂。常用的燃煤电厂CO₂捕获技术包括：燃烧后捕集，燃烧前捕集和富氧燃烧。燃烧后CO₂捕集技术因具备对现有燃煤电厂设备适应性好的优点，而成为目前最具潜力的气体减排手段。诸多CO₂捕获方法中，有机胺溶液化学吸收法因具备吸收速率快、吸收容量大及溶剂可循环使用等优点，成为目前最成熟和应用最广泛的CO₂捕集方法。然而，该方法目前存在最大的瓶颈是，利用传统的热解吸方法再生富CO₂胺溶液时，因解吸温度过高，导致解吸过程热能消耗过高，会将设备的投资和运行成本提高60-70％。因此，有效降低CO₂捕集工艺中的热能能耗，有利于有机胺溶液CO₂吸收法在燃煤电厂的大规模应用。

现有研究工作大量集中在开发新型胺溶剂、相变溶剂和混合胺溶剂，及优化CO₂吸收- 解吸工艺流程，以此来降低CO₂捕集过程中的CO₂解吸速率低和再生能耗高的问题。但由于传统的CO₂解吸温度在120～140℃，在该温度范围内水的大量气化是主要的能量消耗，因此，在较低温度(100℃)下进行有机胺溶液解吸CO₂并保证较快的CO₂解吸速率可显著降低溶剂再生能耗，提高有机胺法CO₂捕集技术的经济实用性。针对富CO₂胺溶液再生能耗高的问题， Umair H.Bhatti等人将蒙脱石应用在5M MEA溶液CO₂再生反应中，使得能耗最多降低32.4％。(Umair H.Bhatti et al.Green Chemistry,2018,20(9):1929-1961.)为了进一步降低能耗， Umair等人将Cr₂O₃、F₂O₃、CoO负载在蒙脱石上，可降低再生能耗20.9％-40％。(Umair H.Bhatti et al.Ind.Eng.Chem.Res.,2021,60(36):13318-13325.)。为进一步降低富CO₂胺溶液再生能耗，进而降低CO₂捕获成本，提高胺法捕获CO₂的实用性。开发设计新型高效的固体酸催化剂应用于富CO₂胺溶液再生过程，具有重大的实际意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，通过合成性能优异的的固体酸催化剂，并用于催化降低富 CO2有机胺溶液的再生能耗。从而降低有机胺法捕获CO2的成本。

本发明的技术方案是，提供一种金属改性凹凸棒土催化剂在催化CO2解吸中的应用，所述金属改性凹凸棒土催化剂由氧化物和凹凸棒土组成，所述氧化物为酸性氧化物或两性氧化物；