具有醇和胺的碳捕获溶剂以及使用这种溶剂的方法与流程

相关申请数据的交叉参考本申请要求美国临时专利申请序列号62/040,911的优先权，其在此处并入为参考文献。本申请通常地涉及，并且更特别地涉及碳捕获。
背景技术：
：在食品生产、天然气脱硫和其它工艺中，从气流分离co2已经商业化几十年了。目前认为基于含水单乙醇胺(mea)的溶剂捕获是从废气分离co2的最好的商业可用技术，并且是估计该领域将来发展将依据的基准点。不幸地，没有设计基于胺的系统用于处理粉煤发电厂产生的大量烟气。估计按照比例调整基于胺的co2捕获系统到这种工厂所需要的规模会引起来自于这种工厂的电的总成本的83％增加。由此，一直存在对改进的溶剂的需要。技术实现要素：此处所描述的实施方式包括，例如化合物和组合物，和制备方法以及使用化合物和组合物的方法。也可以提供使用这些化合物和组合物以及涉及方法的系统和设备。为了示例，本公开涉及碳捕获溶剂(术语为“apbs”的例子)，以及使用这种溶剂处理工业废气的方法。此处所公开的溶剂以比mea更有效的速率移除co2，并且以低于其它溶剂(例如，mea)的速率降解。在一个实施方式中，可以在各种类型的工业工厂，例如，包括发电厂实施此处所公开的组合物和方法。在一个实施例中，溶剂可以包含2-氨基-2-甲基丙醇、2-哌嗪-1-乙胺、二亚乙基三胺、2-甲基氨基-2-甲基-1-丙醇和碳酸钾缓冲盐的含水混合物。组合物也可以含有小于约75％重量的溶解介质(例如水)，并且可以具有单一液相。在另一个实施例中，溶剂可以包含氨基位阻乙醇、具有三个或多个氨基的多胺以及碳酸盐缓冲盐的含水混合物。当考虑示例了用于实施本公开的最佳方式的下面详细描述时，本公开的附加特征将变得对本领域技术人员而言显而易见。附图说明在意指示例性，并且非限制性的附图的图中示例了设备、系统和方法的实施方式，其中相似的附图标记用于指相似或相应的部件，并且其中：图1示例了在40c和120c的apbs汽液平衡数据，以确定co2装载(mol/l)对co2的部分压力(kpa)。图2示例了根据本公开与mea比较的apbs溶剂汽液平衡数据。图3示例了根据本公开的碳捕获试验的流程图。图4示例了根据本公开的腐蚀/溶剂金属含量mea(30wt.％)和apbs。图5示例了根据本公开的试验工厂活动期间氨排放。图6示例了根据本公开的气溶胶颗粒尺寸分布。图7示例了根据本公开的l/g比率对再生效率的影响。图8示例了根据本公开的汽提塔压力对再生效率的影响。以及图9示例了根据本公开的使用溶剂的甲烷回收。定义如此处所用的术语“溶剂”可以指单一溶剂或者溶剂混合物，并且可以与术语“组合物”可交换地使用。具体实施方式此处阐述的本公开详细描述的方面参考了附图和图片，其通过示例表示各种实施方式。尽管以足够详细以使本领域技术人员能够实践本公开描述这些各种实施方式，应该理解可以实现其它实施方式，并且可以进行逻辑和机械改变，而不背离本公开的精神和范围。因此，此处呈现的详细描述只是用于示例目的，而不是限制目的。例如，可以通过任何顺序，并且不限于所呈现的顺序实施任何方法或工艺说明书中所述的步骤。而且，提到的单个实施方式可以包括多个实施方式，并且提到一个以上构件可以包括单个实施方式。通常地，该公开提供了使用组合物从例如，燃烧固体燃料的燃煤发电厂的工艺蒸汽减少或排除co2排放的组合物和方法。此处所公开的溶剂和方法从烟气捕获/螯合co2。可以通过燃油燃气锅炉、联合循环发电厂、煤气化以及氢和生物气工厂产生烟气。在一个实施方式中，溶剂包含具有在25c小于0.1kpa蒸汽压的氨基位阻醇以及具有在25c小于0.009kpa蒸汽压的带有三个或多个氨基的多胺，以及缓冲溶剂ph大于8(例如，ph约8，约10或约13)的碳酸盐缓冲液。溶剂可以具有在25c小于1.85kpa的蒸气压。在另一个实施方式中，具有在25c小于0.009kpa蒸气压的多胺(例如，为2-哌嗪-1-乙基胺或二亚乙基三胺)由于非常低的压力，产生对气溶胶相排放的弹性，这可以是氨基甲酸酯与co2反应的结果。由于碳酸盐/重碳酸盐与co2反应，具有在25c小于0.1kpa蒸汽压的氨基位阻醇将形成气溶胶相排放。在特定的实施方式中，具有低蒸气压(0.009)的带多胺的位阻醇产生小于32mg/nm3气溶胶形式。在特定的实施方式中，具有低蒸气压(0.009)的带多胺的位阻醇产生小于28mg/nm3气溶胶形式。在其它实施方式中，具有低蒸气压(0.009)的带多胺的位阻醇产生小于32mg/nm3的多于一半的气溶胶。在另一个实施方式中，具有低蒸气压(0.009)的带多胺的位阻醇产生小于28mg/nm3的多于一半的气溶胶。在一个实施例中，溶剂可以包含2-氨基-2-甲基丙醇、2-哌嗪-1-乙胺、二亚乙基三胺、2-甲基氨基-2-甲基-1-丙醇和碳酸钾的含水溶液。溶剂和方法具有有利的溶剂再生(即，输入能量的量是低的)、化学稳定性、蒸汽压、总的耗热量、净循环容量和反应动力学。该溶剂和方法也引起气溶胶和亚硝胺的低排放，以及基本上没有发泡。在一个实施例中，溶剂包含具有在25c小于0.1kpa蒸汽压的氨基位阻醇、具有在25c小于0.009kpa蒸汽压的带有三个或多个氨基的多胺以及碳酸盐缓冲液。溶剂具有在25c小于1.85kpa的蒸汽压。多胺可以是一起的2-哌嗪-1-乙胺和二亚乙基三胺，并且氨基位阻醇可以是一起的2-甲基氨基-2-甲基-1-丙醇和2-氨基-2-甲基丙醇。为了示例，2-氨基-2-甲基丙醇和2-甲基氨基-2-甲基-1-丙醇是空间位阻醇，其具有低吸收热、高化学稳定性和相对低的反应性。哌嗪-1-乙胺和二亚乙基三胺具有非常高、快速的动力学，并且在此处所公开的条件下是化学稳定的。哌嗪-1-乙胺和二亚乙基三胺具有非常低的挥发性，这减少了所公开溶剂的环境关注。哌嗪-1-乙胺和二亚乙基三胺可以作为2-氨基-2-甲基丙醇和2-甲基氨基-2-甲基-1-丙醇的促进剂，以提供高吸附活性和快速反应动力学。co2溶剂可以包含碳酸盐缓冲液。碳酸盐缓冲液的ph范围可以在约8.0和约13之间。碳酸盐缓冲液的存在可以增加溶剂的ph。约8.0到约9.0的ph允许重碳酸盐形式的增加的co2捕获。当加热溶剂时，可以再生碳酸盐缓冲液。例如，可以利用过碳酸盐。也可以使用碳酸盐缓冲盐。所用的碳酸盐缓冲盐的量应该足以升高唾液ph到约7.8或更高，约8.5或更高或者约9或更高(例如，约9到约11)，与起始ph无关。因此，溶剂中所用的碳酸盐缓冲盐的量将取决于实施条件。在实施例中，碳酸盐缓冲盐可以是碳酸钠、碳酸钾、碳酸钙、碳酸铵或碳酸镁。也可以使用重碳酸盐。示例性的重碳酸盐包括例如，重碳酸钠、重碳酸钾、重碳酸钙、重碳酸铵和重碳酸镁。可以另外地利用二元缓冲液组合物。示例性的二元缓冲液组合物包含碳酸钠和重碳酸钠的联合。在实施例中，溶剂的重碳酸钠可以是干燥剂包被的重碳酸钠。溶剂中碳酸盐缓冲液和胺促进剂的量可以受水中两种成分的溶解度限制，导致对于水溶液的固体溶解度限制。例如，在25c，在co2丰富溶液中碳酸钾缓冲液的溶解度是3.6m。由于固体溶解度限制，所得到的较低浓度可以引起慢反应速率和低溶解能力。通过联合例如，哌嗪-1-乙胺、二亚乙基三胺和碳酸盐缓冲液，所获得的溶解度增加。当促进剂吸附的胺，诸如哌嗪-1-乙胺和二亚乙基三胺与co2反应时，出现了平衡反应，以形成氨基甲酸酯和二氨基甲酸酯以及一些自由和结合的促进剂胺。因为碳酸盐缓冲盐的添加，其与自由和结合的促进剂胺反应，驱动平衡反应完成，因此产生更多的co2吸附。在实施例中，溶剂含有约10wt％到约32wt％，约11wt％到约28wt％量，并且优选地约13wt％到约25wt％量的2-氨基-2-甲基丙醇。当在烟气co2捕获系统的入口处试验约12vol％co2时，可以期望约19.5wt％2-氨基-2-甲基丙醇。当在烟气co2捕获系统的入口处试验约4vol％co2时，可以期望约13.3wt％2-氨基-2-甲基丙醇。当在生物气co2捕获系统的入口处试验约40vol％co2时，可以期望约24.2wt％2-氨基-2-甲基丙醇。在另一个实施例中，溶剂含有约10wt％到约35wt％，约12wt％到约30wt％量，并且优选地约14wt％到约28wt％量的2-哌嗪-1-乙胺。当在烟气co2捕获系统的入口处试验约12vol％co2时，可以期望约22.4wt％2-哌嗪-1-乙胺。当在烟气co2捕获系统的入口处试验约4vol％co2时，可以期望约27.6wt％2-哌嗪-1-乙胺。当在生物气co2捕获系统的入口处试验约40vol％co2时，可以期望约15.15wt％2-哌嗪-1-乙胺。在进一步的实施例中，溶剂含有约0.1wt％到约4wt％，约0.1wt％到约3wt％量，并且优选地约0.1wt％到约0.35wt％量的二亚乙基三胺。当在烟气co2捕获系统的入口处试验约12vol％co2时，可以期望约0.2wt％二亚乙基三胺。当在烟气co2捕获系统的入口处试验约4vol％co2时，可以期望约0.35wt％二亚乙基三胺。当在生物气co2捕获系统的入口处试验约40vol％co2时，可以期望约0.1wt％二亚乙基三胺。在还是另一个实施例中，溶剂含有约0.8wt％到约5wt％，约1wt％到约2.8wt％量，并且优选地约1.2wt％到约1.8wt％量的2-甲基氨基-2-甲基-1-丙醇。当在烟气co2捕获系统的入口处试验约12vol％co2时，可以期望约1.5wt％2-甲基氨基-2-甲基-1-丙醇。当在烟气co2捕获系统的入口处试验约4vol％co2时，可以期望约1.2wt％2-甲基氨基-2-甲基-1-丙醇。当在生物气co2捕获系统的入口处试验约40vol％co2时，可以期望约1.8wt％2-甲基氨基-2-甲基-1-丙醇。在另外的实施例中，溶剂含有约0.1wt％到约6wt％，约0.2wt％到约3wt％量，并且优选地约0.5wt％到约1.0wt％量的缓冲液(例如，碳酸钾)。当在烟气co2捕获系统的入口处试验约12vol％co2时，可以期望约0.5wt％碳酸钾。当在烟气co2捕获系统的入口处试验约4vol％co2时，可以期望约0.7wt％碳酸钾。当在生物气co2捕获系统的入口处试验约40vol％co2时，可以期望约0.4wt％碳酸钾。溶剂的特征在决定设备尺寸和工艺能量需求方面起主要作用。在一些情况下，当选择溶剂时，可以考虑下面因素：·再生能量：因为吸附器中发生的放热反应通过在再沸器中添加热被逆转，期望具有低或较低热吸附的溶剂；·循环容量(离开吸附器和离开再沸器的溶剂中co2浓度之间的差异)：期望具有高或较高循环容量的溶剂，因为较高的循环容量引起较低的再沸器负载，泵中减少的电损耗以及可能的设备尺寸缩小，这导致较低的投资成本。·蒸发损失：溶剂具有高的蒸发损失，在吸附器顶部需要水洗段。因此，期望具有低蒸发损失的溶剂，由此排除水洗段的需要。·水中溶解度：具有大体积非极性部分的胺在水中显示了有限的溶解度。因此，期望溶剂具有在水中可溶的胺。·化学稳定性：期望不易受到氧化降解的溶剂。mea的问题是当暴露于废气时其趋向氧化降解的脆弱性。·腐蚀性：溶剂以及其可能的降解产物应该显示有限的腐蚀性。·发泡：如果不受控制，发泡可以通向气体净化和导致吸附塔中液体流的分布不均，因此降低其性能。相应地，期望显示最低无发泡的溶剂。·毒性和环境影响：期望显示最低无毒和环境影响的溶剂。以及·气溶胶和亚硝胺排放：因为气溶胶和亚硝胺是挥发性的，期望显示最低不产生气溶胶和亚硝胺的溶剂。一些示例性溶剂具有与目前可接受工业标准的其它溶剂比较(例如，mea)关于上述标准的特征。通过涉及mea作为参照溶剂的下面详细的实验举例这些特征。此处所公开的一些溶剂具有低能量需求和良好的化学稳定性。使用此处所公开溶剂的方法利用了溶剂的特性，产生了带有最小环境影响的具有低能量损耗的方法。鉴于此处阐述的描述，所公开溶剂和方法的其它益处将变得显而易见。如本领域已知的各种容器、吸附器或塔装置可以用于接触步骤。例如，可以改变尺寸和形状。容器可以具有一个或多个输入口以及一个或多个输出口。例如，可以在吸附柱中进行接触步骤。在接触步骤中，气体，诸如第一组合物可以通过液体组合物，诸如第二组合物。人们可以改变参数以获得期望的二氧化碳捕获的百分数，诸如，例如至少70％、或至少80％，或至少90％二氧化碳捕获。可以进行回收，在回收中溶剂循环回反应器中用于进一步处理。在一个实施方式中，在接触步骤后，第二组合物带有其溶解的二氧化碳经过一个或多个二氧化碳移除步骤，以形成第三组合物，该第三组合物进一步与包含二氧化碳的第一组合物接触。可以进行其它已知的处理步骤。例如，可以进行过滤。如本领域已知，可以使用泵、冷却器和加热器。接触步骤可以是更大的工艺流程的一部分，该工艺流程具有在接触步骤之前或之后的其它步骤。例如，也可以进行膜分离步骤，作为更大工艺的一部分。例如，可以使用pbi膜。接触步骤也可以是移除成分的更大工艺的一部分。在一些优选的实施方式中，接触步骤是碳捕获工艺的一部分。例如，文献中描述了igcc工厂和碳捕获。如本领域已知，可以进行预燃烧捕获工艺和压缩循环。可以进行连续的或分批的处理。接触步骤引起第二组合物中第一组合物的二氧化碳的至少部分溶解。实施例和实验下面的实施例示例了根据本发明的方法和实施方式。筛选在一些实施例，使用小型汽液平衡(“vle”)设备试验示例的溶剂。小型vle设备包括平行的6台装置。该6台装置能够在不同温度下运转。在40c和120c筛选不同的溶剂成分和浓度的组合。所筛选的这些溶剂成分是2-氨基-2-甲基丙醇、2-哌嗪-1-乙胺、二亚乙基三胺、2-甲基氨基-2-甲基-1-丙醇、碳酸钾、哌嗪、2-甲基哌嗪、n-乙基乙醇胺和n-甲基二乙醇胺。使用高压釜的vle测量vle测量证明在不同温度下汽相中co2的部分压力和溶剂中co2的装载(即，浓度)之间的关系。描述用于进行vle试验的高压釜装置。该高压釜包括玻璃容器，搅拌器、ph传感器和压力传感器。容器体积是1升。在开始实验前，使用真空泵将压力降低到-970毫巴。向容器添加0.5l溶剂，并且加热溶剂到在溶剂的恒定温度可以确定平衡的这种程度。在几个co2部分压力和温度确定vle。在实验开始，进行co2脉冲。只要满足下面两个条件就进行随后的脉冲：(1)两个脉冲之间的时间是至少45分钟；和(2)5分钟数据的平均压力值没有偏离15分钟之前点的其它5分钟数据的平均值超过1毫巴。后面条件确保只有当稳定压力时才给出随后脉冲。从co2脉冲后测量的压力减去在t＝0s时容器中测量的压力。在较高温度，从测量的压力减去(在分开的实验中测量的)溶剂的蒸汽压力。图4和图6表示前述vle试验的结果。对于溶剂中给定的co2装载，汽相中co2的部分压力随着温度而增加。对于基于co2捕获工艺的溶剂的感兴趣点是在“丰富”和“贫瘠”溶剂条件下观察到的co2装载。“贫瘠”溶剂是进入吸附器的新鲜溶剂，并且理想地无co2。“丰富”溶剂是离开吸附器已经吸附尽可能多co2的溶剂。溶剂的影响其吸附性能的两个主要参数是(a)净循环容量(即，丰富和贫瘠装载的差异)；和(b)由于贫瘠溶剂和烟气的温度改变引起的动力学。如在图3中所示，在40c和120c试验apbs溶剂，以确定apbs溶剂的汽平衡数据(即，co2装载(mol/l))对co2的部分压力(kpa)。基于在所得到的烟气，诸如煤(12vol％co2)/气(4vol％co2)燃烧烟气和生物气(40vol％co2)中入口处的co2vol％，筛选和最佳化apbs溶剂。溶剂的co2装载随着co2的部分压力增加而增加。然而，温度在co2装载对co2部分压力的量级中起作用。图5表示在不同温度(即，40c和120c)，此处所公开的溶剂对mea的汽液平衡数据(apbs12vol％co2)的比较；在吸附器和汽提塔条件下。对于基于co2捕获工艺的溶剂的感兴趣点是在“丰富”和“贫瘠”溶剂条件下观察到的co2装载。“贫瘠”溶剂是进入吸附器的新鲜溶剂，并且理想地无co2。“丰富”溶剂是离开吸附器已经吸附尽可能多co2的溶剂。对于典型的燃煤工厂(12vol％co2)，废气流中co2的部分压力是约12kpa。对于基于逆流的吸附系统，丰富溶剂在入口处接触该烟气，并且被定义为丰富装载。通常地，取丰富溶剂的温度为40c。这导致对于90％co2捕获的3.3mol/l的丰富装载。co2部分压力不应该超过1kpa，并且因此贫瘠装载不应该超过相应值。基于vle测量，在1kpa的co2部分压力，apbs溶剂的贫瘠装载是0.74mol/l。商业上，该数据非常重要，因为丰富和贫瘠装载的差异是捕获的co2的量。对于apbs溶剂，该差异是现在所用的基准点溶剂mea的两倍，导致溶剂循环速率50％减少。较低的溶剂循环速率导致较少的溶剂循环周期，降低总能量、降解和腐蚀。水溶剂中co2反应的动力学测量参考图7，描述了用于确定co2与含水apbs反应的动力学的装置。该装置包括玻璃搅拌的细胞反应器，其具有平面和用于获得吸附速率测量的水平气液界面。通过叶轮分开地搅拌气体和液体。设备提供有两个容器(配有热交换器)，一个用于气相，并且一个用于液相。在下面的表1中表示使用图7的装置，在不同温度下，根据co2部分压力的吸附速率。表1：在不同温度下，根据co2部分压力的吸附速率对于mea和apbs/溶剂，能量和再沸器负载比较对于从液相传递到气相的co2，需要基于部分压力的驱动力。蒸汽提供了这种驱动力，导致增强了从液相到气相的co2的质量传递。这也具有与它相关的能量，这有助于总体的再沸器负载。通过发现所产生的与纯co2蒸汽相关的水的量(该能量是需要由再沸器提供的水损失的形式)，可以确定与从液相到气相的co2质量传递相关的能量的量。通过方程式8表示从液相到气相传递co2所需的能量/热的总量。吸附器中装载有co2的溶剂可以被加热到用于co2再生的汽提塔的温度。可以在贫瘠-丰富交叉的热交换器中预热溶剂流，然后另外的热可以用于维持汽提塔中溶剂的温度(通过方程式9表示)。对感热起作用的因素是溶剂流量、溶剂的比热容量和温度增加。因此，可以变化的参数是一个溶剂流量，其进一步取决于一种溶剂的浓度和一种溶剂的装载。这可以通过循环更少的溶剂和维持相同的co2生产率被降低。通过比较溶剂的净容量来检查这个，该净容量被定义为在吸附和脱附条件下装载的差值。需要再生可逆地结合溶剂的co2。脱附的热(qdes)等于吸附的热。用方程式10表示汽提热。是水的蒸发热，并且是在平衡时co2的部分压力，平衡时丰富溶液在吸附器底部。下面表2表示在基于5mmea和apbs12vol％co2溶剂的典型co2捕获工厂中，再沸器负载的比较。对于apbs溶剂，再沸器负载方面的总热需求是2.3gj/吨co2，其低于mea总热需求(即，3.31gj/吨co2)是约30.5％。表2：基于5mmea和apbs12vol％co2溶剂的典型co2捕获工厂中再沸器负载的比较试验工厂的试验-e.onco2捕获试验-荷兰(6吨/天co2捕获)在荷兰马斯夫拉克特(maasvlakte)，在e.onco2捕获工厂进行apbs12vol％溶剂试验活动。co2捕获工厂接收来自于e.on煤发电站的第2单元的烟气。捕获工厂可以捕获1210nm3/h烟气。在图8中描述了示意性表示的捕获工厂。下面的表3是图3示意图的图例，并且表4提供了e.onco2捕获工厂的柱的主要参数。c-01so2洗涤器e-01再沸器p-01贫瘠溶剂泵c-02吸附器e-02冷凝器p-02丰富溶剂泵c-03汽提塔e-03贫瘠-丰富hxp-03冷凝泵f-01过滤器单元e-04贫瘠溶剂冷却器p-04洗涤器泵v-01冷凝液罐e-05冲洗段冷却器p-05冲洗段泵e-06洗涤器冷却器k-05烟气风扇表3：图8co2捕获工厂示意图的图例so2洗涤器吸附器汽提塔填充高度(m)3(1床)8(4x2m)8(2x4m)直径(m)0.70.650.45冲洗段(m)-21.1填充imtp50imtp50imtp50除雾器-约克筛孔172约克筛孔172表4：e.on捕获工厂柱的主要参数由apbs溶剂引起的降解和腐蚀或者由于热地或者由于烟气中的氧化，常常发生溶剂的降解。来自于典型燃煤发电厂的烟气的氧含量是约6％到约7％体积。热溶剂降解通常地发生在诸如汽提塔中热的区域。然而，热降解的程度低于氧化降解的程度。溶剂的降解导致活性成分浓度的损失、形成的降解产物对设备的腐蚀以及氨排放。如图9中所示，可以看得见地观察到降解，其包含在随着持续1000操作小时活动的持续时间过去的mea和apbs溶剂的图片。降解的mea溶液的颜色几乎是黑色的，而降解的apbs的颜色看起来从试验活动开始到结束大多数没有改变。这表明apbs对降解比mea具有更高的抗性。并且，apbs溶剂显示了零发泡趋向和对烟气中so2的高抗性。如上提到的，溶剂的降解导致co2捕获系统的设备的腐蚀。通常地，与溶剂接触的大多数设备是不锈钢。因此，基于溶剂中溶解的金属，诸如fe、cr、ni和mn的量，可以估计内部工厂腐蚀的程度。图4表示试验工厂活动期间apbs和mea的金属含量。即使在1000操作小时后，apbs的金属含量保持在1mg/l以下。通过比较，在相同试验工厂的之前mea活动期间，在600操作小时内，mea的金属含量是约80mg/l。因为溶剂的金属含量与溶剂引起的设备腐蚀的量相关，这种apbs和mea的比较证明apbs比mea引起更少的设备腐蚀(本领域技术人员已知mea降解很快，导致严重腐蚀)。氨(nh3)是co2捕获溶剂的降解产物。氨，因为它是挥发性的，仅仅可以与无烟气的co2以小量排放到大气中。因此，氨排放水平的监控和最小化是必需的。图5示例了在e.onco2捕获工厂，在试验/活动期间测量的mea和apbs的氨排放水平。对于大多数活动，apbs溶剂的氨排放水平是10mg/nm3。这与mea溶剂的氨排放水平形成鲜明对比，其范围从约10mg/nm3到约80mg/nm3。相应地，关于由于降解引起的氨的生产和排放，apbs是比mea更安全的溶剂。使用冲击采样器(impactor)和撞击采样器(impinger)的apbs溶剂的气溶胶在试验工厂的水洗段上的采样点已经安装气溶胶盒子。从初步的试验，已经决定升高气溶胶盒子中温度在吸附塔中和在测量位置处监控的温度之上1.5c。因为气溶胶盒子的内部温度非常快，为了调节anderson串级冲击采样器，对于试验工厂中的条件，要花费一些时间稳定。第一次测量的持续时间是63分钟。第二次测量是几乎相同的持续时间(66分钟)。在66分钟结束时，继续撞击采样器采样。在第一次测量中，在样品位置的温度在39.94和41.05c之间变化，而气溶胶测量盒中温度在40.8和42.2c之间变化。在第二次测量中，在样品位置的温度在39.7和41.4c之间变化，而气溶胶盒温度在40.7和42.2c之间变化。从28.3l/min流量通过冲击采样器级捕获来自于气溶胶的样品，并且通过向小瓶添加5ml水收集该样品，该每个小瓶带有过滤纸。在振荡小瓶后，添加8个液体体积用于通过lc-ms的进一步分析。表10表示来自于冲击采样器(气溶胶)小滴和撞击采样器(蒸汽)的来自于溶剂成分多胺和氨基位阻醇的结果。如同实验1的结果，从冲击采样器发现大多数胺。2-哌嗪-1-乙基胺的绝对量如所期望的。而且，2-氨基-2-甲基丙醇和2-哌嗪-1-乙基胺的比率如所期望的。从实验2的结果表明在撞击采样器比冲击采样器中存在更多量的胺。这是由于第二小时采样包括基于气溶胶和蒸汽的排放的事实。因此，在撞击采样器中大多数起作用的是由于气溶胶成分。通过冲击采样器收集的小滴中胺的浓度是约3wt.％。因此，小滴的大部分含量是水。这与mea气溶胶比较是相当低的，来自于使用相似方法在试验工厂所进行的试验，在小滴中mea气溶胶浓度是大于50wt.％。表5：关于气溶胶溶剂排放，与mea比较的apbs的弹性。气溶胶盒将颗粒分成具有从0.43mm到11mm的颗粒分布的一种八级。第一级包含最大颗粒，第8级包含最小颗粒。在第一次测量中，在具有5.8mm到9mm附近最大值的头三个级别上收集大多数气溶胶颗粒。在第二次测量中，在具有4.7mm到5.8mm附近最大值的头四个级别上收集大多数气溶胶颗粒。对于第一和第二实验，从所有级别收集的总重分别地是421mg和690mg。对于第一和第二次测量，相应的气溶胶浓度分别地是271mg/nm3和423mg/nm3。在图6中给出了对于两次测量的八级的气溶胶颗粒尺寸分布。总体上，这证明了对于气溶胶产生/形成，apbs比mea更有弹性。使用冲击采样器和撞击采样器的apbs溶剂的亚硝胺排放已知亚硝胺是致癌的。然而，亚硝胺也存在于环境中。因此，定量溶剂中积累以及排放到大气的亚硝胺的程度是重要的。伯胺、仲胺与来自于烟气的溶剂中积累的no3-反应形成亚硝胺。然而，列出所有特定亚硝胺是非常冗长的任务。因此，只有官能团“nno”形式的总亚硝胺。表8，第一撞击采样器的亚硝胺含量在测量阈值以下，即，<15ug/kg，第二撞击采样器的含量是15ug/kg。在实验的66+60分钟的持续时间中，<15ug/kg*0.1kg+15ug/kg*0.1kg的总和小于3ug总亚硝胺。在采样位置，蒸汽相中所得到的亚硝胺浓度是<4.4ug/nm3。表6：来自于顺序放置的两个撞击采样器的样品中的亚硝胺含量小规模试验-us-doe的国家碳捕获中心(nccc)-4vol％co2烟气在亚拉巴马州(alabama)的南部公司的us-doencccco2捕获试验工厂进行apbs4％vol％溶剂试验活动。特别地研发apbs溶剂以从基于发电的烟气排放气体捕获3-6vol％co2。apbs试验：4vol％co2ncccco2捕获试验工厂对于使用现有技术mea溶剂的详细参数试验和基线，从2014年3月到2014年4月以及从2015年2月到2015年3月进行apbs试验。下面的表7详述了从nccc小规模试验收集的试验数据的概述。所有试验涉及下列条件：(1)apbs溶剂；(2)冲洗水流量＝10,000lb/hr；(3)冲洗水段排气口温度＝110f；(4)三级填充(用2个床填充j19)；(5)非级间的冷却；以及(6)在35psi和268f的蒸汽(焓＝927btu/1b)表7：在nccc来自于pstu的试验数据的概述(具有湿4.3％co2的所有操作)l/g比率的影响对于操作j3到j5，保持汽提塔压力恒定在10psig。再生能量在l/g＝0.75w/w经过最小值(或者对于8,000lb/hr气体流量，6,000lb/hr液体流量)。“平滑曲线”最小值是在约0.76(w/w)和约1,416btu/lb的l/g比率。下面的表8详细表示了图7中绘制的数据。表8：图7中绘制的数据汽提塔压力的影响图8中示出了汽提塔压力对再生效率的影响。l/g比率保持恒定在0.75w/w。在接近15psig的汽提塔压力，再生能量经过明显的最小值。“平滑曲线”最小值是在约14psig和1,325btu/lbco2的汽提塔压力。下面的表9详细表示了图8中绘制的数据。表9：图8中绘制的数据最佳的l/g比率和汽提塔压力对于操作j15(在表8中示例的)，co2吸附效率是92.5％，其具有最小的再生能量。这表明对于操作j15条件的再生能量，但是对于90％的co2移除效率，将已经是约1,290btu/lbco2(或3.0gj/吨co2)。从图7和图8的绘图，应该获得1,250btu/lb(2.9gj/吨co2)以下的总最小值，以在nccc获得90％co2捕获，具有g＝8,000lb/hr，0.76的l/g比率(或l＝6,080lb/hr)，和14.5psig的汽提塔压力。中间冷却的影响在相同的条件下进行操作j16和j17，除了用中间冷却实施操作j17外。使用中间冷却，再生能量仅仅轻微地减少(小于0.3％)到1,434.4btu/lbco2，表明中间冷却在减少用于4vol％co2烟气的再生能量方面不是有效的。填充床的数量的影响在相同的条件下进行操作j16和j19，除了用两个床实施操作j19外。使用两个床，再生能量增加到1,515.1btu/lbco2，但是co2移除效率是稍微高的，在90.4％(与操作j16的89.5％比较)。这表明与3个填充床需要的溶剂比较，本公开的apbs溶剂能够用约5％以上再生能量，用两个填充床(ptsu中6米或20’填充)移除90％co2。期望的最小能量消耗使用本公开的溶剂对于90％co2捕获(1,290btu/lbco2或3.0gj/吨co2)的计划再生能量是35％到40％，低于用于燃气锅炉烟气的mea报道的值。然而，对于apbs溶剂，这不是最低可获得的值。设计pstu，用于使用30％mea进行操作，具有容纳其它溶剂的灵活性，但是没有设计nccc贫瘠/丰富热交换器，用于相对于30％mea的更高粘度的apbs溶剂。因此，在apbs溶剂试验期间测量的近似温度高于用于mea的导致没有达到最佳的热回收的近似温度。用g-proms的模拟实验已经预测使用最佳的贫瘠/丰富热交换器和高级汽提塔设计，在下列条件下，对于90％的co2移除，可以获得1,200btu/lbco2(2.8gj/吨co2)：(1)具有4.3vol％co2和16vol％o2的烟气(在pstu，g＝8,000lb/hr)；(2)吸附器气体速度＝9ft/sec(pstu吸附器直径＝2’，面积＝3.142ft2)；(3)0.76w/w的l/g比率(或在pstu，l＝6,080lb/hr)；以及(4)汽提塔压力＝14.5psig。氧的影响：氨排放(16％vol％o2)表10示例了对于具有4.3vol％co2和16vol％o2的烟气(模拟燃天然气锅炉)，在nccc，在pstu中冲洗水出口处蒸汽流中测量的氨(nh3)排放。如可以推断的，平均氨排放是3.22ppm。当用mea作为溶剂处理(来自于燃煤锅炉的)具有11.4vol％co2和8vol％o2的烟气时，在pstu测量的nh3排放是53.7ppm。这几乎比apbs溶剂的平均值(3.22ppm)高17倍，用烟气中几乎2倍量的o2测量该平均值。冲洗水出口蒸汽1蒸汽2蒸汽3nh3排放，ppm2.843.073.75表10:用apbs溶剂(4.3vol％co2，16vol％o2)的氨排放溶解的金属浓度在试验期间，在试验操作开始时采集新鲜试剂的样品，并且在试验操作结束时从用过溶剂采集样品。在2013年对于mea操作进行相似的试验。在表11中描述了apbs溶剂和mea试验的结果比较。表11：试验操作前和后的溶剂中金属浓度(ppbwt)如可以看到的，在两个月试验后，mea的铬水平比apbs溶剂中的铬水平多22倍。这表明mea比apbs溶剂具有更多腐蚀性。nccc已经得出结论，硒的主要来源可以是烟气。用apbs溶剂试验的输入烟气没有采样硒或其它金属。然而，因为在gaston发电厂所用的煤来自于相同的来源，来自于2013年中mea试验的烟气中的金属水平与2014年中apbs的烟气中的金属水平还没有明显地改变。在操作结束时，mea样品中硒的水平是3倍高，并且该水平(1,950ppbwt)几乎是1,000mg/l限值的rcra(其与具有1.0比重的液体的ppbwt相同)的2倍。co2纯度分析冷凝器后的co2流，并且发现一致地高于97vol％co2，以及2.5vol％水蒸气和210ppmn2。apbs排放试验进行离开水冲洗的气体中胺和降解产物的分析。在下面表12和表13中概述了结果。表12：在洗涤塔出口处非冷凝蒸汽的分析(2015年5月)表13：表11中数据分析的化合物的详细情况(2015年5月)apbs亚硝胺试验进行详细的亚硝胺apbs溶剂试验。在试验的所有三个样品中(ccs-wto-7,ccs-wto-8和ccs-wto-10)，n-亚硝基-二乙醇胺以及一系列亚硝胺的值在所用的两种方法的检测限值以下。在下面的表14和15中概述了结果：表14：通过修改的osha方法31，对于亚硝基二乙醇胺的试验(2015年4月)样品id分析物检测限值(ug/管)(ug/管)ccs-wto-7,-9和-10n-亚硝基二甲胺0.02<0.02ccs-wto-7,-9和-10n-亚硝基甲乙胺0.02<0.02ccs-wto-7,-9和-10n-亚硝基二乙胺0.02<0.02ccs-wto-7,-9和-10n-亚硝基二-正丙胺0.02<0.02ccs-wto-7,-9和-10n-亚硝基二-正丁胺0.02<0.02ccs-wto-7,-9和-10n-亚硝基哌啶0.02<0.02ccs-wto-7,-9和-10n-亚硝基吡咯烷0.02<0.02ccs-wto-7,-9和-10n-亚硝基吗啉0.02<0.02表15：通过修改的niosh2522，对于亚硝胺的结果(2015年4月)试验-mt生物甲烷生物气升级的co2捕获试验工厂-40vol％co2生物气在德国泽温(zeven)的mt生物甲烷生物气升级的co2捕获试验工厂进行apbs40vol％溶剂试验活动。特别地研发apbs溶剂，以从生物气捕获40vol％co2。mt生物甲烷设备具有200到225nm3/hr的生物气升级的容量。使用消化池，农业废物用于生产生物气。由热水提供溶剂再生需要的热。apbs试验：40vol％co2捕获试验工厂从2014年7月到2015年6月，对于详细的参数和基线，用amdea溶剂进行apbs试验。工厂使用apbs后，释放通过吸附器顶部的co2是可忽略的。从吸附器顶部离开的甲烷丰富的流含有2％molco2，因此进行所有最佳化试验，以满足这个要求。净装载容量已经观察到apbs溶剂对于co2具有高于amdea1.5倍的净装载容量。图15示例了amdea和apbs的容量比较的结果。如容易地看到的，apbs对co2具有比amdea更高的容量。溶剂对co2更高的容量导致溶剂的循环速率的减小，因此所需要设备尺寸的减小。从生物气回收甲烷图9示例了使用apbs溶剂的甲烷回收。因为apbs对甲烷是惰性的，从生物气的回收是>99.9％。发泡amdea遇到的主要操作问题之一是一周一次的发泡，这导致工厂运转的不适当停止以及生物气处理的损失，以及由此收益损失。相反，apbs的使用不会在吸附器中引起任何发泡。能量图17示例了apbs的热和电能量性能。apbs的平均热能是原始生物气的约0.55kwh/nm3。电能是原始生物气的0.1kwh/nm3。补给化学品过了一个周期时间，由于蒸汽压和降解，amdea的性能开始降低。因此，使用amdea，需要规律的化学品补给，以获得需要的性能。在apbs情况下，已经观察到不需要补给化学品。图18示例了对于正在进行的操作所需要的amdea和apbs补给化学品的比较。mt生物甲烷生物气升级的co2捕获试验工厂试验apbs的使用导致热和电能的节约分别地高达约20％和约40％。因为apbs不导致一次发泡出现，apbs可以增加生物气处理的生产率。由于更高的溶剂使用寿命和非常低的腐蚀速率，通过使用apbs可以降低工厂使用寿命期间的总投资。当前第1页12