專利名稱：蒸氣抑制添加劑的制作方法
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)0用于PCC的最成熟的市售技術(shù)是基于溶劑的CO2吸收/釋放。當(dāng)實(shí)踐廣泛推廣的PCC技術(shù)時(shí)，將會(huì)要求大量的溶劑，如氨和胺。從另ー個(gè)角度來看，一個(gè)燃燒粉碎的黑煤的典 型2. 4GW發(fā)電機(jī)產(chǎn)生了約30-50噸CO2/分鐘，或680kmol/分鐘。清楚的是，將在這個(gè)等級(jí)的PCCエ廠中循環(huán)使用的溶劑量是空前的。溶劑和溶劑降解產(chǎn)物(通過氧化和熱過程生產(chǎn)的)的潛在環(huán)境影響需要考慮，尤其是當(dāng)通過溶劑滑脫(slippage)以這個(gè)規(guī)模而釋放到局部環(huán)境中時(shí)可能是不可避免的時(shí)候。用于CO2捕集的最有吸引力的物理溶劑是具有以下特性的那些，諸如高熱穩(wěn)定性、極低的蒸氣壓力、不可燃性、以及無毒性。此類材料具有以在氣體流中極小的溶劑損失來捕集CO2的潛力。使用氨溶液從煙氣流中去除CO2從化學(xué)的觀點(diǎn)來看是有吸引人的，具有相對于從氣體混合物中回收CO2長久已知的使用一こ醇胺(MEA)或其他胺作為溶劑的的系統(tǒng)而言多個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)包括I. SOjP NOx可以得到吸收，其可能性是將用過的溶劑溶液作為肥料(SOjP NOx降解胺溶劑)而有利地出售。2.在廣泛的商業(yè)應(yīng)用中，氨是ー種低成本的化學(xué)品。3.對于此種方法所要求的總能量設(shè)計(jì)是對于MEA系統(tǒng)所要求的約40%。關(guān)于這種氨法，該溶劑溶液由銨、碳酸氫鹽離子以及到一個(gè)較小程度的碳酸鹽組成，該碳酸鹽與溶解的氨(水性)、以及溶解的CO2 (水性)相平衡。在該吸收塔中，水和氨與CO2 (水性)發(fā)生反應(yīng)以便形成碳酸氫鹽離子或者氨基甲酸銨離子，其中該反應(yīng)在汽提塔中通過施加能量而發(fā)生逆變。這些相關(guān)聯(lián)的水相反應(yīng)可以通過以下總體的方程來概述
toon] CQt + HtO + NHs HCO3' + IMH/ (方程 I)CO2 2NH3 料 NH2CCXT+ NH/ (方程 2)HCO3" + NH3 ο CO32' + NH/ (方程3)
_4] CO32- + H2O + CO2 料 2HC03"(方程 4)氨是ー種輕質(zhì)分子(分子量=17道爾頓)，它在高于-30攝氏度的溫度(在大氣溫度)以上是氣體，并且容易溶解在水中。將水性銨溶液用氣體流(如在ー種后燃燒捕集過程中)鼓泡將會(huì)導(dǎo)致氨離開該溶液并且進(jìn)入到氣相中。離開該吸收塔的氣相游離氨的量值是與水性氨的量值成比例的，這通過溶液化學(xué)作用和熱力學(xué)因素(如溫度)來控制更高的溫度使得氣相氨的量值增加。對氨法的主要關(guān)注已經(jīng)是與該吸收塔和汽提塔相關(guān)聯(lián)的氨損失(或“滑移”)。用來緩解從捕集設(shè)備中的氨滑移的ー種可能的途徑是使用添加劑以提高氨水的沸騰溫度，因此通過鹽-或共沸的作用來降低氨損失。本發(fā)明的ー個(gè)目的是克服或者至少減輕與使用氨作為CO2捕集溶劑相關(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，在ー個(gè)方面，本發(fā)明提供了ー種用于從含CO2的氣體流中去除CO2的方法，包括以下步驟使該含CO2的氣體流與ー種CO2捕集溶劑相接觸；C02捕集溶劑包含或組成為ー種水性銨溶液以及ー種可溶鹽；該水性銨溶液含O. l%wt到40%wt的氨并且該可溶鹽的濃度范圍是O. 01%-10%wt,該可溶鹽具有一種或多種選自下組的陽離子，該組由以下各項(xiàng)組成第ΙΑ、IIA、IIIAjP IVA族金屬的陽離子，連同一種或多種選自下組的抗衡陰離子，該組由以下各項(xiàng)組成 第VIIA元素的陰離子、以及NO3' SO42' OH—、PO43'以及HC03_以及其他水可溶的抗衡陰離子；并且將CO2該含CO2的氣體流中吸收到該CO2捕集溶劑中。在本發(fā)明的另一方面，提供了ー種CO2捕集溶剤，該溶劑包括或構(gòu)成為ー種具有的氨濃度是O. l%wt 一直到40%的水性銨溶液，以及ー種濃度范圍是O. 01%wt-10%wt的可溶鹽，該可溶鹽具有一種或多種選自下組的陽離子，該組由以下各項(xiàng)組成第IA、IIA、IIIA、和IVA族金屬，連同一種或多種選自下組的抗衡陰離子，該組由以下各項(xiàng)組成第VIIA元素的陰離子、以及N03_、SO廣、0H_、PO43'以及HCO3-或其他水可溶的抗衡陰離子。在本發(fā)明的以上方面的一個(gè)優(yōu)選形式中，該可溶鹽的陽離子是選自下組中的ー種或多種元素的陽離子，該組由以下各項(xiàng)組成Li、Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra,并且這些陰離子是選自下組中的一種或多種陰離子，該組由以下各項(xiàng)組成元素F、Cl、Br、I、At的陰離子，以及NO3' SO42' OH—、PO43'以及HCO3-或其他水可溶的抗衡陰離子。該添加劑可以是多種鹽的ー種溶液、ー種純固體、或幾種鹽的一種多相固體混合物、或者多種水性鹽(溶解在水中的鹽)的ー種混合物。該添加劑在添加時(shí)可以是結(jié)晶的、粉狀的、熔融的、或者任何其他狀態(tài)。該鹽還可以作為ー種水合結(jié)晶固體來添加，即，該鹽是ー種含結(jié)晶水的固體。這些鹽還可以作為ー種混合的固體鹽來添加，例如Na00K(H)CK這些鹽可以溶解在一種與水易混合的溶劑中用于添加到大量的水性銨溶液中。在本發(fā)明的優(yōu)選形式中，這些水可溶鹽所添加的濃度是O. lwt-5%wt并且最優(yōu)選是lwt-3%wt。用于CO2捕集的水性銨溶液的濃度的范圍是在從O. l%wt 一直到40%wt的濃度。這種添加劑的唯一目的是減少溶解的氨的量值，在吸收發(fā)電站煙氣中包含的CO2時(shí)該溶解的氨被轉(zhuǎn)移到氣相中。該氨可以是唯一的CO2捕集溶劑或者它可以與其他溶劑一起共混。這些其他溶劑可以包括任何CO2捕集胺，其處于小于氨在該共混溶劑中的濃度的任何溶度。一些常見的適合的捕集溶劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)在以下呈現(xiàn)
權(quán)利要求
1.ー種CO2捕集溶劑包括 ー種具有的氨濃度為O. l%w/w到40%w/v的水性銨溶液； 以及ー種基于該CO2捕集溶劑的、濃度范圍是O. 01%wt-10%wt的可溶鹽，該水可溶鹽具有的陽離子是選自的第IA、IIA、IIIA和IVA族的金屬的組，以及抗衡陰離子是選自第VIIA族元素的陰離子、N03_、SO42' OH-、P043_以及HC03_的組。
2.如權(quán)利要求I所述的捕集試劑，其中，該可溶鹽的陽離子是選自下組，該組由以下各項(xiàng)組成Li、Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra的陽離子，并且這些陰離子是選自下組，該組由以下各項(xiàng)組成元素F、CI、Br、I、At的陰離子，以及N03_、S042_、0H_、Ρθ/_、以及HC03_。
3.如權(quán)利要求2所述的捕集試劑，其中，該陽離子是選自鋇、銫、或銣的陽離子。
4.如權(quán)利要求2所述的捕集試劑，其中，該陰離子是氯離子、硝酸根、或PO4'
5.如權(quán)利要求I或3所述的捕集試劑，其中，這些水可溶鹽所添加的濃度是O. l%wt-5%wto
6.如權(quán)利要求I或3所述的捕集試劑，其中，這些水可溶鹽所添加的濃度是l%wt-3%wto
7.如權(quán)利要求I或3所述的捕集試劑，進(jìn)一歩包括選自下組的ー種或多種另外的溶劑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)以及其共混物，以便形成一種共混的溶劑，其中這種或這些另外的溶劑的濃度是小于在該共混的溶劑中的氨的濃度。
8.ー種用于從含CO2的氣體流中去除CO2的方法，包括以下步驟 使該含CO2的氣體流與ー種CO2捕集溶劑溶液相接觸；C02捕集溶劑包含的水性銨溶液含O. l%w/v, v/v/w/w到40%w/v的氨；并且包含的可溶鹽的濃度范圍是基于該CO2捕集溶劑O.01%-10%wt或v/v或w/v,該可溶鹽具有ー種或多種選自下組的陽離子，該組由以下各項(xiàng)組成第IA、IIA、IIIA、和IVA族金屬，連同一種或多種選自下組的抗衡陰離子，該組由以下各項(xiàng)組成第VIIA元素的陰離子、以及NO3' SO42' OH—、PO43'以及HC03_ ;并且 將CO2從該含CO2的氣體流中吸收到該氨溶液中。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，該可溶鹽的陽離子是選自下組中的ー種或多種元素的陽離子，該組由以下各項(xiàng)組成Li、Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra,并且這些陰離子是選自下組中的一種或多種陰離子，該組由以下各項(xiàng)組成元素F、Cl、Br、I、At的陰離子，以及 NO3' SO42' OH' PO43' 以及 HCO3'
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，該陽離子是選自下組，該組由以下各項(xiàng)組成鋇、銫、以及銣的陽離子。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，該陰離子是氯離子、硝酸根、或PO/-。
12.如權(quán)利要求8或10所述的方法，其中，該水可溶鹽所添加的濃度是O.l%wt-5%wt0
13.如權(quán)利要求8或10所述的方法，其中，這些水可溶鹽所添加的濃度是l%wt-3%wt。
14.如權(quán)利要求8或10所述的方法，進(jìn)ー步包括選自下組的ー種另外的溶劑: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)以及其共混物，以便形成一種共混的溶劑，其中這種或這些另外的溶劑的濃度是小于氨在該共混的溶劑中的濃度。
全文摘要
在此披露了一種用于從含CO2的氣體流中去除CO2的方法，其中將該含CO2的氣體流與一種水性銨溶液相接觸。該水性銨溶液包括0.1%-40%w/v、v/v/w/w的氨、以及一種濃度范圍為0.01%-10%wt或v/v或w/v的可溶鹽，該可溶鹽具有的陽離子是選自第IA、IIA、IIIA以及IVA族金屬的組，連同抗衡陰離子是選自第VIIA族元素的陰離子、NO3-、SO42-、OH-、PO43-以及HCO3-的組。本發(fā)明還擴(kuò)展到一種包括水性銨溶液和以上可溶鹽的CO2捕集溶劑。
文檔編號(hào)B01D53/14GK102869425SQ201180009720
公開日2013年1月9日 申請日期2011年2月21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, 本杰明·杰克·巴林杰 申請人:聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織