專(zhuān)利名稱(chēng)：用于二氧化碳回收的溶劑組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本披露涉及一種用于從氣體混合物中回收二氧化碳的溶劑組合物。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及改進(jìn)的溶劑配方，該配方利用較少的能量并提高了碳捕獲效率。本披露還優(yōu)于現(xiàn)有二氧化碳捕獲溶劑而解決了高CO2承載能力和能源的需求。背景二氧化碳(CO2)是造成全球變暖的主要溫室氣體，因此，正大力發(fā)展從工藝氣體流(例如煙道氣、天然氣、焦?fàn)t煤氣和煉油廠尾氣)中捕獲CO2的技術(shù)。大型固定污染源排放出大量二氧化碳。二氧化碳最大的單一來(lái)源是常規(guī)燃煤發(fā)電廠。此來(lái)源的技術(shù)開(kāi)發(fā)也應(yīng)適用于從燃?xì)夂腿加湾仩t、聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠、煤的氣化以及制氫工廠中捕獲co2。吸收/汽提主要是尾端技術(shù)，因此適用于現(xiàn)有的和新的鍋爐。使用吸收和汽提過(guò)程從氣體混合物中回收二氧化碳是本領(lǐng)域中已知的。常規(guī)的碳捕獲工藝包括吸收塔、汽提塔和壓縮單元。氣體混合物進(jìn)入吸收器，在這里與溶劑接觸。離開(kāi)吸收器的富流束將二氧化碳捕獲在溶劑組合物中。捕獲的二氧化碳借助于由再沸器提供的蒸汽能量在汽提塔內(nèi)被汽提。來(lái)自汽提塔的塔頂餾出流被冷凝，冷凝液回流至汽提塔，同時(shí)富含二氧化碳的氣體流束被壓縮并送至合適的應(yīng)用。常規(guī)碳捕獲系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是需要高能量來(lái)從富溶劑中汽提二氧化碳。需要更高壓力的蒸汽來(lái)汽提二氧化碳，從而汽提塔再沸器和壓縮器導(dǎo)致工業(yè)單元的較大降低。此外，許多不同的CO2分離技術(shù)是可用的，使用化學(xué)溶劑進(jìn)行吸收代表了最可行的選擇。在此類(lèi)操作中，基于烷醇胺的吸收劑及其混合物被廣泛應(yīng)用。用于除去CO2的工業(yè)上重要的烷醇胺是伯胺、仲胺和叔胺。本發(fā)明優(yōu)于現(xiàn)有二氧化碳捕獲溶劑而解決了高CO2承載能力和能源的要求。常規(guī)溶劑的缺點(diǎn)是該系統(tǒng)需要更多的能量。常規(guī)溶劑處理氣體混合物具有幾個(gè)缺點(diǎn)，如化學(xué)降解、熱降解和腐蝕性。鑒于前述討論，有必要開(kāi)發(fā)一種用于從氣體混合物中回收二氧化碳而消耗較少能量的系統(tǒng)。并且還提供改進(jìn)的溶劑配方，以尋求克服與常規(guī)溶劑系統(tǒng)相關(guān)的障礙、并減少在整個(gè)捕獲過(guò)程中的能量需求。本披露的概要本披露的一個(gè)實(shí)施例涉及一種用于從氣體混合物中回收二氧化碳的溶劑組合物，該溶劑組合物包含二乙醇胺、哌嗪或其衍生物、堿金屬鹽、任選的碳酸銅。在本披露的一個(gè)實(shí)施例中，胺是選自下組，該組包括:一乙醇胺(MEA )、二乙醇胺(DEA)、三乙醇胺(TEA)、二甲基乙醇胺(DMEA)、N-甲基二乙醇胺(MDEA)、一甲基乙醇胺(MMEA)、2-(2-氨基乙氧基)乙醇、氨乙基乙醇胺(AEEA)、乙二胺(EDA)、二亞乙基三胺(DETA)、三亞乙基四胺(TETA)、四亞乙基五胺(TEPA)、2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP)、
2-(乙氨基)_乙醇(EAE)、2-(甲基氨基)-乙醇(MAE)、2-( 二乙基氨基)-乙醇(DEAE)、二乙醇胺(DEA)、二異丙醇胺(DIPA)、甲氨基丙胺(MAPA)、3-氨基丙醇(AP)、2，2-二甲基-1, 3_丙二胺(DMPDA)、3_氛基-1-環(huán)己基氛基丙燒(ACHP)> 二甘醇胺(DGA)、1-氛基-2-丙醇(MIPA)、2-甲基-甲醇胺(MMEA)、或其任何組合，優(yōu)選N-甲基二乙醇胺，濃度范圍是從約10wt%至約50wt%。在本披露的一個(gè)實(shí)施例中，哌嗪衍生物是選自下組，該組包括:N-氨乙基哌嗪(AEP)、N-甲基哌嗪、2-甲基哌嗪、1-乙基哌嗪、1-(2-羥乙基)哌嗪、1,4-二甲基哌嗪、或其任何組合，優(yōu)選哌嗪，濃度范圍是從約0.5wt%至約50wt%，或N-甲基哌嗪，其濃度范圍從約 0.5wt% 至約 50wt%。在本披露的一個(gè)實(shí)施例中，堿金屬鹽是選自下組，該組包括:碳酸鉀、碳酸鈉鹽、碳酸鋰、碳酸氫鹽、二硫化物鹽、氫氧化物鹽、或其任何組合，優(yōu)選碳酸鉀和碳酸氫鹽，濃度范圍是從約2wt%至約25wt%。在本披露的一個(gè)實(shí)施例中，碳酸銅的濃度范圍是從約50ppm至300ppm。附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明為了使本披露可以容易地得到理解并投入實(shí)際，現(xiàn)在將參考示例性實(shí)施例，如參照附圖所示。數(shù)字連同下面的詳細(xì)說(shuō)明一起被并入本說(shuō)明中并構(gòu)成本說(shuō)明的一部分，用于進(jìn)一步根據(jù)本披露來(lái)闡釋這些實(shí)施例并解釋各種原理和優(yōu)點(diǎn)，其中:

圖1示出了攪拌槽反應(yīng)器的實(shí)驗(yàn)裝置。圖2示出了氣液平衡的實(shí)驗(yàn)裝置。圖3示出了在不同溫度下20wt% K2CO3水溶液上CO2平衡分壓的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模型預(yù)測(cè)。圖4示出了在不同溫度下30wt% K2CO3水溶液上CO2平衡分壓的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模型預(yù)測(cè)。圖5示出了(MDEA+PZ)的混合溶液上的CO2平衡分壓。圖6 示出了在(313 至 333) K 的溫度范圍內(nèi)(4.081m MDEA+0.653mK2C03+0.147mKHCO3+0.408m PZ)上ENRTL模型預(yù)測(cè)的平衡C02分壓。圖7 示出了在 313K 下在負(fù)荷有 CO2 的(4.081m MDEA+0.653m K2C03+0.147mKHCO3+0.408m PZ)液相溶劑中，ENRTL模型預(yù)測(cè)的物種的活度系數(shù)。圖8 示出了在 323K 下負(fù)荷有 CO2 的(4.081m MDEA+0.653m K2C03+0.147mKHCO3+0.408m PZ)溶劑的不同物種的、ENRTL模型預(yù)測(cè)的平衡液相濃度。圖9 示出了 在不同溫度下負(fù)荷有 CO2 的(4.081m MDEA+0.653m K2C03+0.147mKHCO3+0.408m PZ)溶劑的、ENRTL模型預(yù)測(cè)的pH。圖10 示出了 在不同溫度下負(fù)荷有 CO2 的(4.081m MDEA+0.653mK2C03+0.147mKHCO3+0.408m PZ)溶劑的、ENRTL模型預(yù)測(cè)的平衡胺分壓(胺揮發(fā)性)。圖11 示出了 在不同溫度下負(fù)荷有 CO2 的(4.081m MDEA+0.653mK2C03+0.147mKHCO3+0.408m PZ)溶劑混合物的、ENRTL模型預(yù)測(cè)的比熱。圖12 示出了在 323K 下負(fù)荷有 C02 的(4.081m MDEA+0.653m K2C03+0.147mKHCO3+0.408m PZ)溶劑的不同種類(lèi)的、ENRTL模型預(yù)測(cè)的平衡液相濃度(mol/kg水)。圖13示出了 APBSl溶劑的微分吸收熱(_ΛHabs)相對(duì)于負(fù)荷。圖14示出了 APBSl溶劑的微分吸收熱(-AHabs)相對(duì)于負(fù)荷(在0.2至0.6之間)。圖15示出了溫度為25。C時(shí)Mdea-MPZ-K2CO3-KHCO3-H2O混合物上的平衡CO2分壓。圖16 示出了文獻(xiàn)中(C02+MDEA)和(C02+MDEA-MPZ-K2C03_KHC03)的對(duì)比。
圖17示出了常規(guī)碳捕獲系統(tǒng)的工藝流程圖。本披露的詳細(xì)說(shuō)明所提出的溶劑混合物提供了更快的CO2吸收速率和更大的CO2容量并表現(xiàn)出更低的CO2解吸熱。更低的CO2解吸熱降低了再沸器的蒸汽需求。更快的吸收動(dòng)力學(xué)在相同的吸收器資本成本下產(chǎn)生了更濃的溶液。提出的溶劑混合物組合物具有10wt%至50wt%的N-甲基二乙醇胺、0.5wt%至50wt%的哌嗪或其衍生物、2wt%至25wt%的堿金屬鹽和任選的碳酸銅。在本披露中，研究了 CO2與MDEA+哌嗪(PZ)+K2C03+KHC03+H20的混合物的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。此外，PZ被替換為另一種促進(jìn)劑，即N-甲基哌嗪(MPZ)，研究了使用該配制的水溶液即MDEA+MPZ+K2C03+KHC03+H20的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。由于其叔胺特性，MDEA具有較高的CO2去除能力。雖然碳酸鉀與CO2的反應(yīng)性低，但其具有低的再生成本。PZ和MPZ (為環(huán)二胺)被用作促進(jìn)劑。在本披露的一個(gè)實(shí)施例中，本申請(qǐng)的技術(shù)借助于下列實(shí)例來(lái)進(jìn)一步闡述。然而，這些實(shí)例不應(yīng)該被理解為限制本披露的范圍。所用的縮寫(xiě)
權(quán)利要求
1.一種用于從氣體混合物中回收二氧化碳的溶劑組合物，包含二乙醇胺、哌嗪或其衍生物、堿金屬鹽，和任選的碳酸銅。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溶劑組合物，其中該胺是選自下組，該組包括:一乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、三乙醇胺(TEA)、二甲基乙醇胺(DMEA)、N-甲基二乙醇胺(MDEA)、一甲基乙醇胺(MMEA)、2-(2-氨基乙氧基)乙醇、氨乙基乙醇胺(AEEA)、乙二胺(EDA)、二亞乙基三胺(DETA)、三亞乙基四胺(TETA)、四亞乙基五胺(TEPA)、2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP)、2-(乙氨基)-乙醇(EAE)、2-(甲基氨基)_乙醇(MAE)、2_( 二乙基氨基)-乙醇(DEAE)、二乙醇胺(DEA)、二異丙醇胺(DIPA)、甲氨基丙胺(MAPA)、3-氨基丙醇(AP)、2，2- 二甲基-1，3-丙二胺(DMPDA)、3-氨基_1_環(huán)己基氨基丙烷(ACHP)、二甘醇胺(DGA)、1-氨基-2-丙醇(MIPA)、2-甲基-甲醇胺(MMEA)、或其任何組合，優(yōu)選N-甲基二乙醇胺，其中濃度范圍是從約10wt%至約50wt%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溶劑組合物，其中該哌嗪衍生物是選自下組，該組包括:N-氨乙基哌嗪(AEP)、N-甲基哌嗪、2-甲基哌嗪、1-乙基哌嗪、1-(2-羥乙基)哌嗪、1,4-二甲基哌嗪或其任何組合，優(yōu)選哌嗪，其中濃度范圍是從約0.5wt%至約50wt%，或N-甲基哌嗪，其濃度范圍從約0.5wt%至約50wt%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溶劑組合物，其中該堿金屬鹽是選自下組，該組包括:碳酸鉀、碳酸鈉鹽、碳酸鋰、碳酸氫鹽、二硫化物鹽、氫氧化物鹽、或其任何組合，優(yōu)選為碳酸鉀和碳酸氫鹽，其中濃度范圍是從約2wt%至約25wt%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溶劑組合物，其中該碳酸銅的濃度范圍是從約50ppm至300ppmo
全文摘要
本披露提供了一種用于從氣體混合物回收二氧化碳的溶劑組合物，該溶劑組合物包含二乙醇胺、哌嗪或其衍生物、堿金屬鹽，和任選的碳酸銅。本披露涉及改進(jìn)的溶劑配方，該配方利用較少的能量并提高了碳捕獲效率。本披露還優(yōu)于現(xiàn)有二氧化碳捕獲溶劑而解決了高CO2承載能力和能源的需求。
文檔編號(hào)B01D53/14GK103153433SQ201180044975
公開(kāi)日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2011年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月20日
發(fā)明者普拉蒂克·普卜 申請(qǐng)人:普拉蒂克·普卜