专利名称：用于二氧化碳回收的溶剂组合物的制作方法
技术领域：
本披露涉及一种用于从气体混合物中回收二氧化碳的溶剂组合物。更具体地说，本发明涉及改进的溶剂配方，该配方利用较少的能量并提高了碳捕获效率。本披露还优于现有二氧化碳捕获溶剂而解决了高CO2承载能力和能源的需求。背景二氧化碳(CO2)是造成全球变暖的主要温室气体，因此，正大力发展从工艺气体流(例如烟道气、天然气、焦炉煤气和炼油厂尾气)中捕获CO2的技术。大型固定污染源排放出大量二氧化碳。二氧化碳最大的单一来源是常规燃煤发电厂。此来源的技术开发也应适用于从燃气和燃油锅炉、联合循环发电厂、煤的气化以及制氢工厂中捕获co2。吸收/汽提主要是尾端技术，因此适用于现有的和新的锅炉。使用吸收和汽提过程从气体混合物中回收二氧化碳是本领域中已知的。常规的碳捕获工艺包括吸收塔、汽提塔和压缩单元。气体混合物进入吸收器，在这里与溶剂接触。离开吸收器的富流束将二氧化碳捕获在溶剂组合物中。捕获的二氧化碳借助于由再沸器提供的蒸汽能量在汽提塔内被汽提。来自汽提塔的塔顶馏出流被冷凝，冷凝液回流至汽提塔，同时富含二氧化碳的气体流束被压缩并送至合适的应用。常规碳捕获系统的主要缺点是需要高能量来从富溶剂中汽提二氧化碳。需要更高压力的蒸汽来汽提二氧化碳，从而汽提塔再沸器和压缩器导致工业单元的较大降低。此外，许多不同的CO2分离技术是可用的，使用化学溶剂进行吸收代表了最可行的选择。在此类操作中，基于烷醇胺的吸收剂及其混合物被广泛应用。用于除去CO2的工业上重要的烷醇胺是伯胺、仲胺和叔胺。本发明优于现有二氧化碳捕获溶剂而解决了高CO2承载能力和能源的要求。常规溶剂的缺点是该系统需要更多的能量。常规溶剂处理气体混合物具有几个缺点，如化学降解、热降解和腐蚀性。鉴于前述讨论，有必要开发一种用于从气体混合物中回收二氧化碳而消耗较少能量的系统。并且还提供改进的溶剂配方，以寻求克服与常规溶剂系统相关的障碍、并减少在整个捕获过程中的能量需求。本披露的概要本披露的一个实施例涉及一种用于从气体混合物中回收二氧化碳的溶剂组合物，该溶剂组合物包含二乙醇胺、哌嗪或其衍生物、碱金属盐、任选的碳酸铜。在本披露的一个实施例中，胺是选自下组，该组包括: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)、二亚乙基三胺(DETA)、三亚乙基四胺(TETA)、四亚乙基五胺(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)、二异丙醇胺(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-环己基氛基丙烧(ACHP)> 二甘醇胺(DGA)、1-氛基-2-丙醇(MIPA)、2-甲基-甲醇胺(MMEA)、或其任何组合，优选N-甲基二乙醇胺，浓度范围是从约10wt%至约50wt%。在本披露的一个实施例中，哌嗪衍生物是选自下组，该组包括:N-氨乙基哌嗪(AEP)、N-甲基哌嗪、2-甲基哌嗪、1-乙基哌嗪、1-(2-羟乙基)哌嗪、1,4-二甲基哌嗪、或其任何组合，优选哌嗪，浓度范围是从约0.5wt%至约50wt%，或N-甲基哌嗪，其浓度范围从约 0.5wt% 至约 50wt%。在本披露的一个实施例中，碱金属盐是选自下组，该组包括:碳酸钾、碳酸钠盐、碳酸锂、碳酸氢盐、二硫化物盐、氢氧化物盐、或其任何组合，优选碳酸钾和碳酸氢盐，浓度范围是从约2wt%至约25wt%。在本披露的一个实施例中，碳酸铜的浓度范围是从约50ppm至300ppm。附图简要说明为了使本披露可以容易地得到理解并投入实际，现在将参考示例性实施例，如参照附图所示。数字连同下面的详细说明一起被并入本说明中并构成本说明的一部分，用于进一步根据本披露来阐释这些实施例并解释各种原理和优点，其中:
图1示出了搅拌槽反应器的实验装置。图2示出了气液平衡的实验装置。图3示出了在不同温度下20wt% K2CO3水溶液上CO2平衡分压的实验结果与模型预测。图4示出了在不同温度下30wt% K2CO3水溶液上CO2平衡分压的实验结果与模型预测。图5示出了(MDEA+PZ)的混合溶液上的CO2平衡分压。图6 示出了在(313 至 333) K 的温度范围内(4.081m MDEA+0.653mK2C03+0.147mKHCO3+0.408m PZ)上ENRTL模型预测的平衡C02分压。图7 示出了在 313K 下在负荷有 CO2 的(4.081m MDEA+0.653m K2C03+0.147mKHCO3+0.408m PZ)液相溶剂中，ENRTL模型预测的物种的活度系数。图8 示出了在 323K 下负荷有 CO2 的(4.081m MDEA+0.653m K2C03+0.147mKHCO3+0.408m PZ)溶剂的不同物种的、ENRTL模型预测的平衡液相浓度。图9 示出了 在不同温度下负荷有 CO2 的(4.081m MDEA+0.653m K2C03+0.147mKHCO3+0.408m PZ)溶剂的、ENRTL模型预测的pH。图10 示出了 在不同温度下负荷有 CO2 的(4.081m MDEA+0.653mK2C03+0.147mKHCO3+0.408m PZ)溶剂的、ENRTL模型预测的平衡胺分压(胺挥发性)。图11 示出了 在不同温度下负荷有 CO2 的(4.081m MDEA+0.653mK2C03+0.147mKHCO3+0.408m PZ)溶剂混合物的、ENRTL模型预测的比热。图12 示出了在 323K 下负荷有 C02 的(4.081m MDEA+0.653m K2C03+0.147mKHCO3+0.408m PZ)溶剂的不同种类的、ENRTL模型预测的平衡液相浓度(mol/kg水)。图13示出了 APBSl溶剂的微分吸收热(_ΛHabs)相对于负荷。图14示出了 APBSl溶剂的微分吸收热(-AHabs)相对于负荷(在0.2至0.6之间)。图15示出了温度为25。C时Mdea-MPZ-K2CO3-KHCO3-H2O混合物上的平衡CO2分压。图16 示出了文献中(C02+MDEA)和(C02+MDEA-MPZ-K2C03_KHC03)的对比。
图17示出了常规碳捕获系统的工艺流程图。本披露的详细说明所提出的溶剂混合物提供了更快的CO2吸收速率和更大的CO2容量并表现出更低的CO2解吸热。更低的CO2解吸热降低了再沸器的蒸汽需求。更快的吸收动力学在相同的吸收器资本成本下产生了更浓的溶液。提出的溶剂混合物组合物具有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%的碱金属盐和任选的碳酸铜。在本披露中，研究了 CO2与MDEA+哌嗪(PZ)+K2C03+KHC03+H20的混合物的反应动力学。此外，PZ被替换为另一种促进剂，即N-甲基哌嗪(MPZ)，研究了使用该配制的水溶液即MDEA+MPZ+K2C03+KHC03+H20的反应动力学。由于其叔胺特性，MDEA具有较高的CO2去除能力。虽然碳酸钾与CO2的反应性低，但其具有低的再生成本。PZ和MPZ (为环二胺)被用作促进剂。在本披露的一个实施例中，本申请的技术借助于下列实例来进一步阐述。然而，这些实例不应该被理解为限制本披露的范围。所用的缩写
权利要求
1.一种用于从气体混合物中回收二氧化碳的溶剂组合物，包含二乙醇胺、哌嗪或其衍生物、碱金属盐，和任选的碳酸铜。
2.根据权利要求1所述的溶剂组合物，其中该胺是选自下组，该组包括: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)、二亚乙基三胺(DETA)、三亚乙基四胺(TETA)、四亚乙基五胺(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)、二异丙醇胺(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_环己基氨基丙烷(ACHP)、二甘醇胺(DGA)、1-氨基-2-丙醇(MIPA)、2-甲基-甲醇胺(MMEA)、或其任何组合，优选N-甲基二乙醇胺，其中浓度范围是从约10wt%至约50wt%。
3.根据权利要求1所述的溶剂组合物，其中该哌嗪衍生物是选自下组，该组包括:N-氨乙基哌嗪(AEP)、N-甲基哌嗪、2-甲基哌嗪、1-乙基哌嗪、1-(2-羟乙基)哌嗪、1,4-二甲基哌嗪或其任何组合，优选哌嗪，其中浓度范围是从约0.5wt%至约50wt%，或N-甲基哌嗪，其浓度范围从约0.5wt%至约50wt%。
4.根据权利要求1所述的溶剂组合物，其中该碱金属盐是选自下组，该组包括:碳酸钾、碳酸钠盐、碳酸锂、碳酸氢盐、二硫化物盐、氢氧化物盐、或其任何组合，优选为碳酸钾和碳酸氢盐，其中浓度范围是从约2wt%至约25wt%。
5.根据权利要求1所述的溶剂组合物，其中该碳酸铜的浓度范围是从约50ppm至300ppmo
全文摘要
本披露提供了一种用于从气体混合物回收二氧化碳的溶剂组合物，该溶剂组合物包含二乙醇胺、哌嗪或其衍生物、碱金属盐，和任选的碳酸铜。本披露涉及改进的溶剂配方，该配方利用较少的能量并提高了碳捕获效率。本披露还优于现有二氧化碳捕获溶剂而解决了高CO2承载能力和能源的需求。
文档编号B01D53/14GK103153433SQ201180044975
公开日2013年6月12日 申请日期2011年9月16日 优先权日2010年9月20日
发明者普拉蒂克·普卜 申请人:普拉蒂克·普卜