專利名稱：溶劑處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及胺以及它們在從氣流中捕集ニ氧化碳中的用途。
背景技術(shù)：
對于溫室氣體的固定生產(chǎn)者存在著不斷增長的壓カ來顯著降低它們的大氣排放。特別關(guān)注的是ニ氧化碳(CO2)到大氣中的排放。減少大氣CO2排放的ー種方法是通過在一個(gè)點(diǎn)源將其捕集并且隨后儲(chǔ)存在地質(zhì)的或其他儲(chǔ)存器中。用于從發(fā)電站以及其他燃燒煙氣的裝置中捕集CO2的方法被稱為燃燒后捕集(PCC)。在當(dāng)前提出的燃燒后捕集方法中，首先使用一種在吸附劑中適合的溶劑將煙氣中的CO2從氮?dú)夂蜌堄嘌鯕庵蟹蛛x出。該溶劑通常是ー種包含多種組分的、經(jīng)受與該酸性氣體如CO2的ー種化學(xué)反應(yīng)的水性堿性混合物。它可以包含胺類(例如，烷醇胺、氨、烷基胺)和/或 無機(jī)鹽(例如，碳酸鹽或磷酸鹽)。隨后以ー種稱為汽提(或者再生)的方法將CO2從該溶劑中除去，由此允許該溶劑得到再使用。將經(jīng)汽提的CO2通過壓縮和冷卻進(jìn)行液化，使用適當(dāng)?shù)母稍锊襟E以防止水合物的形成。這種形式中的PCC適合于多種的固定的CO2源，包括發(fā)電站、鋼鐵廠、水泥窯、焙燒爐以及冶煉爐。當(dāng)將CO2吸入ー種含有機(jī)胺的水溶液中時(shí)，可以發(fā)生多個(gè)反應(yīng)。以下平衡式被認(rèn)為是對于基于溶液的CO2捕集通用的
(1) R1R2NH/ + H2O R1R2NH + H3O+
(2) 2 R1R2NH + CO2 ==*= R1R2NCO2- + R1R2NH/
(3) R1R2NCO2' # H2O HCOs* + R1R1NH
(4) R1R2NH + H2O + CO2 -HCO3- + R1R2NH2*
(5) R,R,_ + HCO3- CO/' + R1R2NH2*在此，R1R2NH是ー種典型的其天然形式的捕集胺，R1R2NH2+是該胺的質(zhì)子化形式，R1R2NHCO2^是該胺的氨基甲酸酯的衍生物(胺與CO2該發(fā)生反應(yīng)的直接產(chǎn)物)，并且HC03_和CO/—對應(yīng)地是重碳酸鹽和碳酸根離子(胺催化的CO2捕集的直接產(chǎn)物)。上面等式(5)的左手側(cè)是非常受到親睞的，這樣碳酸根離子在有機(jī)胺的捕集化學(xué)作用中僅起到了極小的作用。在CO2與OH—離子之間的直接反應(yīng)形成重碳酸鹽是緩慢的，但是這個(gè)CO2捕集的路線對于叔胺而言是重要的，叔胺不會(huì)與該CO2分子形成ー個(gè)直接的鍵。2-氨基こ醇(一こ醇胺或者’ MEA’)被廣泛地認(rèn)為是用于エ業(yè)CO2捕集的最有效的胺，但具有多種限制，包括由于氧化溶劑的降解，以及脫附該CO2并且將該MEA分子再生用于再次使用所需要的高能量要求。胺用作CO2捕集中的吸附劑可能受到熱降解和胺氧化的限制，這樣大多數(shù)國際研究集中于新穎的用于CO2捕集的胺溶劑的發(fā)展。
本申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了當(dāng)使CO2與多種胺并且特別是與伯胺和仲胺相接觸時(shí)，在PCC過程中形成了多種化合物，諸如硝酰胺、N-為中心的有機(jī)氧化物、亞硝胺、以及有機(jī)硝酸鹽。這些化合物在該煙氣與捕集溶劑相接觸的過程中形成，并且它們在CO2捕集溶劑再次使用時(shí)在其中累積。另外，在該含CO2的氣體流與液相溶劑之間相接觸的過程中，溶劑以及在CO2與溶劑之間反應(yīng)的揮發(fā)性副產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到該氣體流中并且由該氣體流攜帯并且如果剩下的未處理的話，則排放到大氣中。在本發(fā)明的背景中，提及CO2捕集溶劑包括該液相的溶剤、任一種氣相溶劑以及任何吸收的、吸附的、或者以其他方式與該氣相溶劑分子化學(xué)結(jié)合或與其相締合的化合物。本發(fā)明的ー個(gè)目的是克服或者至少減輕與這些化合物的形成相關(guān)聯(lián)的這些問題中的ー個(gè)或多個(gè)。在該說明書中提及任何現(xiàn)有技術(shù)不被并且應(yīng)該不被認(rèn)為是一種承認(rèn)或者任何形式的建議，即該現(xiàn)有技術(shù)形成了在澳大利亞或任何其他司法管轄區(qū)域中公共常識(shí)的一部分，或者該現(xiàn)有技術(shù)可以被本領(lǐng)域內(nèi)普通技術(shù)人員合理預(yù)期進(jìn)行確定、理解、并且視為相 關(guān)。發(fā)明概述因此，在一方面，本發(fā)明提供了一種用于在捕集溶劑已經(jīng)接觸了ー種含CO2的氣體流后處理基于胺的CO2捕集溶劑的方法，該方法包括以下步驟將該基于胺的CO2捕集溶劑用具有的傳輸頻帶波長是在190_450nm范圍上的光來照射。在本發(fā)明的優(yōu)選形式中，該照射光具有的傳輸頻帶波長是在320_380nm和220-280nm 范圍內(nèi)。在一個(gè)替代的優(yōu)選形式中，該照射光具有的傳輸頻帶波長是在330_360nm和230-250nm 范圍內(nèi)。在另外ー個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，該照射光具有的傳輸頻帶波長是在220_380nm范圍上。在還另外一個(gè)優(yōu)選地包括ー個(gè)或多個(gè)前面的實(shí)施方案的實(shí)施方案中，該頻帶波長的傳輸超過該190-450nm范圍的至少50%、優(yōu)選至少70%、甚至更優(yōu)選至少85%、并且最優(yōu)選
100% ο在以上實(shí)施方案中，該光具有在連續(xù)模式操作中大于lX10_6W/cm2 ;優(yōu)選至少5X 10_6W/cm2 ;并且最優(yōu)選是5-50X 10_6W/cm2的平均UV中心光譜輻照度或者在脈沖的或閃爍操作中優(yōu)選大于100X10_6W/Cm2的中心光譜輻照度?？梢允褂枚喾N類型的燈，每個(gè)具有覆蓋不同波長(例如，2、3、4、5或更大)的最大中心輻照度。這具有以下優(yōu)點(diǎn)，即，確保了對UV光敏感的有害化合物的最大可能的降解。在最優(yōu)選的實(shí)施方案中，該最大中心光譜輻照度優(yōu)選是在220_260nm之間的波長下發(fā)生的；還可以使用ー個(gè)第二光源，其中最大中心光譜輻照度在320-370nm波長之間發(fā)生。在另ー個(gè)實(shí)施方案中，該照射光是ー種単色光源，該光源具有的傳輸頻帶波長是在220-270nm和/或320_370nm的范圍內(nèi)，具有在連續(xù)亦或脈沖操作中大于50X l(T6W/cm2，優(yōu)選至少100X l(T6W/cm2，最優(yōu)選100-1000X I(T6W/cm2的UV中心光譜輻照度。
在本發(fā)明的背景中，可以落入在第2頁第17-18行中說明的有毒化學(xué)品種類中的CO2捕集溶劑和其降解產(chǎn)物可以是處于氣相或液相的形式。CO2捕集溶劑的液相包括在PCC過程中循環(huán)的和/或在該、設(shè)備的任何其他零件中存在的溶剤，如用于回收胺的洗滌水。在這些UV光頻帶寬度和中心光譜輻照度下對溶劑進(jìn)行照射以確保在第2頁第17-18行中說明的有毒化學(xué)品的銷毀，然而，穿過任何溶液的輻照路徑長度對于適當(dāng)?shù)匿N毀而言必須是足夠短的，另外對于多個(gè)路徑將需要多個(gè)鏡子或者反射表面。在以上過程中，優(yōu)選的是基于胺的CO2捕集溶劑是ー種水性伯胺、仲胺、或叔胺并且最優(yōu)選是ー種仲胺。因?yàn)樗械娜軇?伯胺、仲胺、以及叔胺)當(dāng)暴露于含CO2的煙氣中隨時(shí)間降解，并且許多這些降解產(chǎn)物被證實(shí)為仲胺(例如，不同的噁唑烷酮，雙(2-羥こ基)服)，所以該方法不限于僅天然或者非降解的溶劑的輻照，而是延伸到所有潛在有害胺降解CO2捕集副產(chǎn)物的輻照，這些副產(chǎn)物是在該溶劑的壽命時(shí)間上出現(xiàn)的并且包括用于CO2捕集的化學(xué)品混合物。優(yōu)選地，該處理被應(yīng)用到已經(jīng)與CO2接觸最少7小時(shí)的胺上。為了確保這些副產(chǎn) 物已經(jīng)降解為環(huán)境無害的化合物，優(yōu)選的是將氣態(tài)流(包括含溶劑液滴的那些)暴露于自以上指定的波長范圍內(nèi)連續(xù)源的UV光中持續(xù)大于3秒的一段時(shí)間、優(yōu)選4-25秒，這取決于該煙氣的煙囪高度以及該UV光源的光譜輻照度，并且最有選地是大于6秒。優(yōu)選的是將含溶劑的液流暴露于自連續(xù)源的UV光中持續(xù)大于20秒的一段時(shí)間，優(yōu)選21秒到10分鐘并且最優(yōu)選大于I分鐘。在處理的過程中，該溶劑的PH優(yōu)選是堿性的(8或以上)。在基于胺的CO2捕集溶劑與煙氣之間的接觸導(dǎo)致了選自下組的分子的產(chǎn)生含C、N、O原子的分子，其中-NO、-NNO, NNO2或-NO3基團(tuán)直接共價(jià)地鍵合到碳原子上。優(yōu)選地這些分子是硝胺，N-為中心的有機(jī)氧化物，亞硝胺，或者伯胺、仲胺、或叔胺的有機(jī)硝酸鹽衍生物，用作該CO2捕集溶剤。在本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明還提供了ー種用于從含CO2的氣體流中捕集CO2的方法，包括以下步驟(i)使ー種含CO2的氣體流與ー種基于胺的CO2捕集溶劑相接觸；(ii)將該基于胺的CO2捕集溶劑用具有的傳輸頻帶波長是在190_450nm范圍上的光照射。在本發(fā)明的這個(gè)方面的優(yōu)選形式中，該照射光具有的傳輸波長是與本發(fā)明的第一方面的優(yōu)選實(shí)施方案一致的。以上方法還可以包括與PCC過程相關(guān)聯(lián)的方法步驟，如溶劑的再生、以及對含CO2的氣體流的預(yù)處理以便去除氮?dú)夂蜌堄嘌鯕狻Ｔ摵珻O2的氣體流可以在接觸容器中(諸如吸收柱或者其他液/氣接觸容器)與該基于胺的CO2捕集溶劑相接觸。照射該基于胺的CO2捕集溶劑的步驟可以在該接觸容器中進(jìn)行，或者在含CO2的氣體流和基于胺的CO2捕集溶劑已經(jīng)相接觸之后的對應(yīng)的氣態(tài)或液體流中進(jìn)行。一種從含CO2的氣體流中捕集CO2的裝置，包括(i) 一個(gè)用于使ー種含CO2的氣體流與ー種基于胺的CO2捕集溶劑相接觸的液氣接觸容器，該容器具有一個(gè)用于經(jīng)處理的含CO2的氣體流的氣體流出ロ以及ー個(gè)溶劑流出ロ，以及(ii) ー個(gè)光源，該光源被配置為照射在該接觸容器、氣體流出ロ、或溶劑流出ロ的至少ー個(gè)中的溶劑，該光源具有的傳輸頻帶是在l90-450nm的范圍上。來自ー種適合光源的照射光入射到該接觸容器、一個(gè)或多個(gè)溶劑流出ロ、或離開該接觸容器的PCC排放氣體流中的燃燒后CO2捕集溶劑上。該裝置可以包括UV光引導(dǎo)件，諸如鏡子(當(dāng)要求吋)并且如果要求的話，這些光引導(dǎo)件可以被安排為提供穿過該溶劑的幾個(gè)光通路。因此，本方法可以要求使光穿過該溶劑兩次或更多次。該光源可以是但不限于激光、放電燈、或者白熾燈。該光源傳輸?shù)墓馐窃?90-450nm的范圍上以便通過光-離解硝胺、N-為中心的有機(jī)氧化物，亞硝胺，或者伯胺、或仲胺的有機(jī)硝酸鹽衍生物(用作該CO2捕集溶剤)而毀滅，但是優(yōu)選是在220-450nm的范圍上，并且其任何或所有光譜輻照度功率(W/cm2)是在連續(xù)模式操作中大于1X10_6W/cm2 ;優(yōu)選5父l(T6W/cm2 ;并且最優(yōu)選5_50 X l(T6W/cm2 ;優(yōu)選在脈沖或閃爍模式操作下是大于100X10_6W/cm2。優(yōu)選的傳輸頻帶是220-280nm。當(dāng)這些流是溶劑而存在時(shí)，將具有自這些 胺溶劑的降解產(chǎn)物的組合，該光源在該傳輸頻帶范圍上輻照該對應(yīng)的流。為了實(shí)現(xiàn)這幾種可以使用的光源，由此每個(gè)光源具有ー個(gè)特定的傳輸頻帶寬度，該組合的傳輸頻帶寬度優(yōu)選重疊和覆蓋了整個(gè)優(yōu)選范圍。本發(fā)明的這個(gè)方面的優(yōu)選形式包括一個(gè)在如關(guān)于該第一和第二方面的優(yōu)選范圍指明范圍上的光的光源。本發(fā)明的方法目前在使用中是適合干與所有的伯胺、仲胺、和叔胺一起使用的，并且特別地包括MEA (—こ醇胺)、DEA、ニこ醇胺、AMP (2-氨基-2-甲基丙醇)、MDEA (甲基ニこ醇胺)以及PZ (哌嗪)、甲基ニこ醇胺(MDEA)、ニ甘醇胺(DGA)、以及ニ -異丙醇胺(DIPA)、以及以上任何兩種或更多種的共混物，包括MEA-哌嗪共混物、MDEA-哌嗪共混物、N-甲基ニこ醇胺和三こ烯四胺的共混物、以及多種伯胺的混合物，這些伯胺在MEA降解為DEA和MOR時(shí)，已被部分地降解為ニ胺)。最常用的胺的化學(xué)結(jié)構(gòu)是如下所示的
權(quán)利要求
1.一種用于在捕集試劑已經(jīng)接觸了含CO2的氣體流之后處理基于胺的CO2捕集溶劑的方法，該方法包括以下步驟 將該基于胺的CO2捕集溶劑使用具有的傳輸頻帶波長是在190-450nm范圍上的光來照射。
2.一種用于從含CO2的氣體流中捕集CO2的方法，包括以下步驟 使一種含CO2的氣體流與一種基于胺的CO2捕集溶劑相接觸，并且 將該基于胺的CO2捕集溶劑使用具有的傳輸頻帶波長是在190-450nm范圍上的光來照射。
3.如權(quán)利要求I或2所述的方法，其中，該CO2捕集溶劑是處于氣相或液相狀態(tài)的。
4.如權(quán)利要求I或2所述的方法，其中，該光具有的傳輸頻帶波長是在220-450nm的范圍上。
5.如權(quán)利要求I或2所述的方法，其中，該光是以220-380的頻帶波長來傳輸?shù)摹?br> 6.如權(quán)利要求I或2所述的方法，其中，該照射光具有的傳輸頻帶波長是在320-380nm和220-280nm的范圍內(nèi)。
7.如權(quán)利要求I或2所述的方法，其中，該照射光具有的傳輸頻帶波長是在330-360nm和230-250nm范圍內(nèi)的。
8.如權(quán)利要求I或2所述的方法，其中，最大中心輻照度發(fā)生的波長是在220-260nm和320-370nm 之間。
9.如權(quán)利要求6、7、或8所述的方法，其中，該照射光是從兩個(gè)在不同的傳輸頻帶寬度上傳輸光的光源提供的。
10.如權(quán)利要求I或2所述的方法，其中，該光具有以連續(xù)的模式操作的大于IX 10_6W/cm2的UV中心光譜照射，或者以脈沖或者閃爍模式操作的優(yōu)選是大于100X10-6W/cm2的中心光譜照射。
11.如權(quán)利要求I或2所述的方法，其中，該溶劑具有的pH是8或以上。
12.>如權(quán)利要求I或2所述的方法，其中，該溶劑是選自下組中的至少一種MEA(—乙醇胺)、DEA、二乙醇胺、AMP (2-氨基-2-’甲基丙醇)、MDEA (甲基二乙醇胺)以及PIPA (哌嗪)、甲基二乙醇胺(MDEA)、二甘醇胺(DGA)、以及二-異丙醇胺(DIPA)、以及它們的共混物。
13.如權(quán)利要求I或2所述的方法，在該基于胺的CO2捕集溶劑與CO2之間的接觸導(dǎo)致了選自下組的分子的產(chǎn)生含C、N、O原子的分子，其中-NO、-NNO, NNO2或-NO3基團(tuán)直接共價(jià)地鍵合到碳原子上。
14.如權(quán)利要求I或2所述的方法，其中這些分子是硝胺，N-為中心的有機(jī)氧化物，亞硝胺，或者伯胺、仲胺、或叔胺的有機(jī)硝酸鹽衍生物，用作該CO2捕集溶劑。
15.一種用于從含CO2的氣體流中捕集CO2的裝置，包括 一個(gè)用于使一種含CO2的氣體流與一種基于胺的CO2捕集溶劑相接觸的液氣接觸容器，該容器具有一個(gè)用于經(jīng)處理的含CO2的氣體流的氣體流出口和一個(gè)溶劑流出口，以及 一個(gè)光源，該光源被配置為照射在該接觸容器、氣體流出口、或溶劑流出口的至少一個(gè)中的溶劑，該光源具有的傳輸頻帶是在190-450nm的范圍上。
16.如權(quán)利要求15所述的裝置，其中，該光具有的傳輸頻帶波長是在220-450nm的范圍上。
17.如權(quán)利要求15所述的裝置，其中，來自該光源的照射光入射到該接觸容器、一個(gè)或多個(gè)溶劑流出口、或離開該接觸容器的PCC排放氣體流中的燃燒后CO2捕集溶劑上。
18.如權(quán)利要求15所述的裝置，進(jìn)一步包括紫外線引導(dǎo)件以便提供多于一個(gè)穿過該溶劑的光通道。
19.如權(quán)利要求15所述的裝置，其中，該光源被配置為傳輸在220-380nm頻帶波長的光。
20.如權(quán)利要求15所述的裝置，其中，該溶劑具有的pH是8或以上。
全文摘要
在此披露了一種用于在捕集試劑已經(jīng)接觸了含CO2的氣體流之后處理基于胺的CO2捕集溶劑的方法。這種CO2捕集溶劑無論是處于氣相或液相均使用具有的傳輸頻帶波長是在190-450nm范圍上的光來照射。
文檔編號(hào)B01D53/62GK102834162SQ201180009719
公開日2012年12月19日 申請日期2011年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月19日
發(fā)明者菲爾·杰克森, 莫塔茲·伊布拉伊姆·阿塔拉 申請人:聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織