專利名稱：添加有空間位阻環(huán)胺的基于堿金屬碳酸鹽的二氧化碳吸收劑及利用其的二氧化碳去除方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種ニ氧化碳吸收劑，更具體地，本發(fā)明涉及ー種添加有空間位阻環(huán)胺的基于堿金屬碳酸鹽的ニ氧化碳吸收劑及利用其去除ニ氧化碳的方法，通過在堿金屬碳酸鹽物質(zhì)中添加空間位阻(hindered)環(huán)胺，使得提高ニ氧化碳吸收速度，降低再生能耗，及防止鹽生成和相分離。
背景技術(shù)：
作為導(dǎo)致全球變暖的6種溫室氣體之一，ニ氧化碳是由過多的固定源大量排放的酸性氣體。為了分離且去除能源產(chǎn)業(yè)中排放的ニ氧化碳，長期以來一直研究各種方法中最 經(jīng)濟的液體吸收法。這種液體吸收法中最常用的方法是烷醇胺法(例如，單こ醇胺、ニこ醇胺、三こ醇胺等)和利用碳酸鉀的本菲爾德法。烷醇胺法使用將用于吸收ニ氧化碳的各種烷醇胺和水混合制成的20wt% 30wt%的溶液，由于迅速的ニ氧化碳吸收能力，從70年代起已被商業(yè)化。然而，這種方法具有如下很多問題在再生過程中消耗4. 0至4. 2GJ/ton CO2 (例如，在單こ醇胺(MEA)的情況下)范圍的過多的能量，由燃燒廢氣中存在的污染物(02、S02、及NOx)引起氧化反應(yīng)，并且腐蝕由碳鋼制成的設(shè)施。其中最迫切的問題就是較高的再生熱耗。為了降低再生熱耗，已開發(fā)ー種吸收劑，該吸收劑欲通過在烷醇胺的氮原子周圍附接甲基和こ基引起空間位阻，來降低氨基甲酸酯鍵強度，其中，所述氮原子通過直接與ニ氧化碳進行氨基甲酸酯鍵結(jié)合來去除ニ氧化碳。代表性示例為2-氨基-2-甲基-I-丙醇(AMP)。這種吸收劑的ニ氧化碳吸收能力不如MEA那么快，但是具有再生能耗相當?shù)偷膬?yōu)點。類似地，以將空間位阻胺作為主要成分使用而為人所知的三菱重工業(yè)株式會社(Mitsubishi Heavy Industries, Ltd.)的吸收劑 KS-I 顯不使用 2. 8GJ/ton 至 3. 2GJ/tonCO2的非常低的再生能耗。然而，這些胺大部分是I級胺周圍具有空間位阻基的烷醇胺類。已提出了使用空間位阻胺的先進的碳捕獲技術(shù)。例如，關(guān)西電力株式會社(KansaiElectric Power Co. , Inc.)和 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd 申請.的專利號為JP1994-242915的日本專利申請公開了一種用于去除燃燒廢氣中的ニ氧化碳的方法。此專利申請中提出一種將下列化學(xué)式的物質(zhì)作為主要成分的吸收劑，用于提高每單位摩爾的吸收劑和每單位體積的吸收劑的CO2吸收量，提高吸收速度，并且降低再生能耗。在下列化學(xué)式中，Rl是低級烷基，以及R2是氫或低級烷基。所述專利申請在2001年6月8日以JP3197173注冊，該專利申請要求保護ー種系統(tǒng)，該系統(tǒng)混合水溶液和空間位阻哌嗪衍生物并使用。即，提出下列物質(zhì)在水中的混合比例是15wt% (重量百分比)至65wt%。
權(quán)利要求
1.ー種添加有空間位阻環(huán)胺的基于堿金屬碳酸鹽的ニ氧化碳吸收劑，其特征在于，所述ニ氧化碳吸收劑包括 16%重量百分比以下的堿金屬碳酸鹽；以及 10%重量百分比以下的空間位阻環(huán)胺。
2.如權(quán)利要求I所述的添加有空間位阻環(huán)胺的基于堿金屬碳酸鹽的ニ氧化碳吸收劑，其特征在于，所述堿金屬碳酸鹽為選自碳酸鉀(K2CO3)、碳酸鈉(Na2CO3)、氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鉀(KOH)、碳酸氫鉀(KHCO3)、碳酸氫鈉(NaHCO3)中的至少ー種。
3.如權(quán)利要求I或2所述的添加有空間位阻環(huán)胺的基于堿金屬碳酸鹽的ニ氧化碳吸收劑，其特征在于，所述空間位阻環(huán)胺是選自I-氨基-4-甲基哌嗪、1-(2-氨こ基)-4-甲基哌嗪、I- (2-羥こ基)-4-甲基哌嗪、I- (2-氨こ基)-哌嗪、I- (2-羥こ基)-哌嗪、2-氨こ基-哌嗪、I-こ基-哌嗪、2，5- ニ甲基-哌嗪、順式2，6- ニ甲基-哌嗪、1，4- ニ甲基-哌嗪、反式2，5_ ニ甲基-哌嗪、I-甲基哌嗪、2-甲基哌嗪、I-こ基哌嗪、2-哌啶こ醇、3-哌啶こ醇、4-哌啶こ醇、2-氨こ基-I-哌啶及高哌嗪中的至少ー種。
4.如權(quán)利要求3所述的添加有空間位阻環(huán)胺的基于堿金屬碳酸鹽的ニ氧化碳吸收劑，其特征在于，所述ニ氧化碳吸收劑還包括防腐劑、助凝劑、抗氧化劑、消泡劑或它們的混合物。
5.如權(quán)利要求4所述的添加有空間位阻環(huán)胺的基于堿金屬碳酸鹽的ニ氧化碳吸收劑，其特征在于，所述防腐剤、所述助凝劑、所述抗氧化劑、所述消泡劑或它們的混合物的濃度是1%重量百分比以下。
6.如權(quán)利要求3所述的添加有空間位阻環(huán)胺的基于堿金屬碳酸鹽的ニ氧化碳吸收齊U，其特征在于，所述空間位阻環(huán)胺的沸點是145°c以上，并且在25°C下在水中的溶解度是500g/l 以上。
7.—種ニ氧化碳去除方法，其特征在于，所述方法包括 使添加有空間位阻環(huán)胺的基于堿金屬碳酸鹽的ニ氧化碳吸收劑與包括ニ氧化碳的氣體接觸的氣體接觸步驟； 從所述氣體吸收ニ氧化碳的ニ氧化碳吸收步驟；以及 再生所述ニ氧化碳吸收劑的吸收劑再生步驟。
8.如權(quán)利要求7所述的ニ氧化碳去除方法，其特征在于，所述ニ氧化碳吸收劑包括 16%重量百分比以下的堿金屬碳酸鹽；以及 10%重量百分比以下的空間位阻環(huán)胺。
9.如權(quán)利要求8所述的ニ氧化碳去除方法，其特征在干，所述堿金屬碳酸鹽為選自碳酸鉀(K2CO3)、碳酸鈉(Na2CO3)、氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鉀(KOH)、碳酸氫鉀(KHCO3)、碳酸氫鈉(NaHCO3)中的至少ー種。
10.如權(quán)利要求8或9所述的ニ氧化碳去除方法，其特征在于，所述空間位阻環(huán)胺是選自I-氨基-4-甲基哌嗪、I-(2-氨こ基)-4-甲基哌嗪、I-(2-羥こ基)-4-甲基哌嗪、1-(2-氨こ基)-哌嗪、I-(2-羥こ基)-哌嗪、2-氨こ基-哌嗪、I-こ基-哌嗪、2，5- ニ甲基-哌嗪、順式2，6- ニ甲基-哌嗪、1，4- ニ甲基-哌嗪、反式2，5- ニ甲基-哌嗪、I-甲基哌嗪、2-甲基哌嗪、I-こ基哌嗪、2-哌啶こ醇、3-哌啶こ醇、4-哌啶こ醇、2-氨こ基-I-哌啶及高哌嗪中的至少ー種。
11.如權(quán)利要求10所述的ニ氧化碳去除方法，其特征在于，所述ニ氧化碳吸收劑還包括防腐剤、助凝劑、抗氧化劑、消泡劑或它們的混合物。
12.如權(quán)利要求10所述的ニ氧化碳去除方法，其特征在于，所述ニ氧化碳吸收步驟在I個標準大氣壓至30個標準大氣壓的壓カ范圍及20°C至90°C的溫度范圍內(nèi)進行。
13.如權(quán)利要求10所述的ニ氧化碳去除方法，其特征在于，所述吸收劑再生步驟在I個標準大氣壓至10個標準大氣壓的壓カ范圍及105°C至120°C的溫度范圍內(nèi)進行。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種二氧化碳吸收劑，尤其涉及一種添加有空間位阻環(huán)胺的基于堿金屬碳酸鹽的二氧化碳吸收劑，及一種利用所述二氧化碳吸收劑去除二氧化碳的方法。通過將空間位阻環(huán)胺添加到堿金屬碳酸鹽物質(zhì)，提高二氧化碳的吸收速度，減少再生能耗，且不會發(fā)生鹽生成和相分離。
文檔編號B01D53/14GK102762293SQ200980163451
公開日2012年10月31日 申請日期2009年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月28日
發(fā)明者南盛贊, 尹汝一, 樸尚道, 白一鉉, 金榮恩 申請人:韓國技術(shù)研究院