CN102065982B - 用于从气流除去co2的改善的醇胺 - Google Patents
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Abstract
本申请披露了从气流捕获CO2的方法,其包括使含CO2的气流与醇胺水溶液接触,其中所述醇胺选自:3-哌啶甲醇、N-[三(羟甲基)甲基]甘氨酸、3-奎核醇、3-哌啶子基-1,2-丙二醇和它们的盐。
Description
技术领域
本发明涉及用于从气流捕获二氧化碳的醇胺(alkanolamine)水溶液。所述醇胺呈现出与预料的基于它们的pKa的CO2吸收容量相比较大的CO2吸收容量,同时还在它们的CO2捕获速率和它们的CO2吸收容量方面具有理想的性能。
背景技术
对于温室气体的固定制造者而言,显著减少他们的大气排放的压力正在变得越来越大。特别令人关心的是二氧化碳(CO2)向大气的排放。减少大气CO2排放的一个方法是通过捕获二氧化碳,然后将其贮存在地质或者深海储层(reservoir)中。
将从发电站或者燃烧设备烟道气捕获CO2的工艺称为燃烧后捕获。在燃烧后捕获中,首先在吸收器中使用适合的溶剂将氮气和残留氧气与烟道气中的CO2分离。然后在称为解吸(stripping)(或者再生)的工艺中从溶剂除去CO2,因此允许溶剂重复使用。然后通过压缩和冷却将解吸的CO2液化,并且还具有适当的干燥步骤以防止水合物形成。这种形式的燃烧后捕获适用于多种固定CO2源,包括发电站、钢铁厂、水泥窑、煅烧炉和熔炉。
作为在燃烧后CO2捕获中的溶剂,已经研究了醇胺水溶液。所述捕获过程涉及在水、醇胺和二氧化碳之间发生的一系列的化学反应。醇胺是弱碱,可以进行酸-碱反应。一旦溶解到醇胺溶液中,根据下述公认方程,水合CO2与水和醇胺的中性形式反应生成碳酸(H2CO3)、水合碳酸氢根(HCO3 -)离子和水合碳酸根(CO3 2-)离子:
如果醇胺含有伯胺(R1R2NH,R2=H)或者仲胺(R1R2NH,R2≠H),则另外的反应途径变得可行,其中二氧化碳和伯醇胺或者仲醇胺反应生成氨基甲酸根(R1R2NCOO-)。然后根据下述的公认反应,所述氨基甲酸根也可以参与到酸-碱化学反应中。叔醇胺(R1R2R3N,Ri,R2,R3≠H)不能形成氨基甲酸根。
(方程8)
公认的是,醇胺水溶液的摩尔吸收容量(通过在溶液中每摩尔胺官能团(functionality)吸收的CO2的摩尔数测量)取决于在醇胺溶液中起作用的pH平衡。CO2吸收容量随溶液pH降低而降低。而且,尽管当CO2被吸收到醇胺溶液中时起作用的水合平衡的相互关系很复杂,但是普遍接受的是,在醇胺水溶液中起作用的pH平衡在很大程度上取决于醇胺的胺官能团的pKa,和醇胺形成氨基甲酸根的倾向。当醇胺的胺的pKa增加时,其水溶液变得相对更加碱性,导致较大的总CO2吸收容量。
相反,由伯醇胺和仲醇胺形成氨基甲酸根限制醇胺水溶液的摩尔CO2吸收容量。因为对于每摩尔CO2,氨基甲酸根的形成消耗了两摩尔胺官能团,所以导致低摩尔吸收容量。一摩尔需要与二氧化碳反应生成氨基甲酸根,然后一摩尔必须充当碱来捕获从生成的氨基甲酸根羧酸官能团释放的质子。这将摩尔吸收容量nCO2/n胺限制为0.5的值。低摩尔吸收容量对于将醇胺水溶液应用于工业CO2捕获是有问题的,这是因为它们需要更多的材料来吸收必要量的CO2、更高的溶剂流速和更大的解吸能量需求。目前在工业CO2捕获中使用的单乙醇胺(MEA,HO-CH2-CH2-NH2)具有约0.5的不理想的摩尔吸收容量。
总之,在摩尔吸收容量(无论胺官能团是伯胺、仲胺还是叔胺)和胺pKa之间存在限制关系。
用于工业CO2捕获的、与MEA相比实现较大CO2吸收容量的胺具有差的CO2吸收速率。慢的CO2吸收速率是不理想的,这是因为为了实现必要的CO2吸收,需要较长的气-液接触时间,这意味着较大的吸收塔和较高的资金成本。因此,通过提高容量得到的益处被降低速率相关的缺点抵消了。
因此需要识别醇胺,所述醇胺的水溶液对于在CO2捕获技术中的应用 具有改善的性质。
发明内容
本发明寻求解决上述问题中的至少一个。
本发明提供了从气流捕获CO2的方法,包括使含CO2的气流与醇胺水溶液接触,其中所述溶液含有选自以下的醇胺:3-哌啶甲醇;N-[三(羟甲基)甲基]甘氨酸(Tricine);3-奎核醇(3-quinuclidinol);3-哌啶子基-1,2-丙二醇,和它们的盐。
在发明人将摩尔吸收容量和初始吸收速率与醇胺结构和pKa联系起来的研究期间,测量了大量胺的吸收容量和初始吸收速率。令发明人预料不到的是,上述醇胺呈现出的吸收容量超过了基于它们的pKa和所接受的在CO2和胺之间发生的反应所预测的吸收容量。另外,所述醇胺在显示改善的吸收容量的同时未伴有初始吸收速率的不可接受的降低。
可以看出的是,根据本发明的醇胺的吸收性质使得它们特别适于从气流除去二氧化碳。这些性质与本领域普通技术人员通常从这些醇胺所预料的吸收性质相反。而且,所述醇胺在具有理想的摩尔吸收容量性能的同时还未显示出具有改善的吸收容量的醇胺所通常显示出的吸收速率损失。这一预料不到的性质组合从工业角度来看非常理想,这是因为它允许显著降低液体流速和解吸能量需求,同时不增加主要设备的尺寸。而且,发明人所确认的醇胺预计适于工业应用,因为本发明的胺要么是杂环化合物,要么是氨基酸。同样,它们很可能更加耐受CO2捕获应用中的氧化和热降解。
根据本发明的一个方面,所述醇胺为3-哌啶甲醇。
在另一方面,所述醇胺为N-[三(羟甲基)甲基]甘氨酸(Tricine)。
在另一方面,所述醇胺为3-奎核醇。
在另一方面,所述醇胺为3-哌啶子基-1,2-丙二醇。
上述醇胺的水溶液所具有的摩尔吸收容量大于根据在胺pKa和摩尔吸收容量之间的公认的关系预计的摩尔吸收容量,以及具有的摩尔吸收容量nCO2/n胺等于或者超过0.7,同时还显示出可接受的初始CO2吸收速率。
当所述醇胺含有伯胺或者仲胺时,将可接受的吸收速率限定为初始吸收速率等于或者超过7×10-5s-1。
当所述醇胺含有叔胺时,将可接受的吸收速率限定为初始吸收速率等 于或者超过2.5×10-5s-1。根据下面的优选实施方式和附图和实施例的描述,本发明的其它目的、特征和优点将变得显而易见。
附图说明
图1示出可在本发明的一个实施方式的工艺中使用的CO2捕获设备的流程图实例。
图2示出特定的胺和MEA的实验测量的CO2吸收容量与pKa的关系。
图3示出特定的胺和MEA的CO2初始吸收速率与胺pKa的关系。
图4示出测试的胺的吸收容量与初始吸收速率的关系图。
图5示出单乙醇胺(◆)、2-氨基-2-甲基-1,3-丙二醇(■)、3-哌啶甲醇(A1;▲)和N,N-二甲基乙醇胺(A2;·)的吸收容量与CO2分压的关系图。
具体实施方式
在发明人将摩尔吸收容量和初始吸收速率与醇胺结构和pKa联系起来的研究期间,测量了大量胺的吸收容量和初始吸收速率。令发明人预料不到的是,几种醇胺呈现出的吸收容量超过了基于它们的pKa和所接受的在CO2和胺之间发生的反应所预测的吸收容量。
可以看出的是,根据本发明的醇胺的性质预料不到地使得它们特别适于从气流除去二氧化碳。这些性质与本领域普通技术人员通常从这些醇胺所预料的吸收性质相反。
根据以下发明的方法提供了使用醇胺水溶液捕获CO2的方法。根据本发明选择的醇胺显示出的摩尔吸收容量大于根据在胺pKa和摩尔吸收容量之间的公认关系所预计的摩尔吸收容量。
它们在显示出改善的吸收容量的同时还未伴有初始吸收速率的不可接受的降低。
本发明提供了从气流捕获CO2的方法,包括使含CO2的气流与醇胺水溶液接触,其中所述溶液含有选自以下的醇胺:3-哌啶甲醇;N-[三(羟甲基)甲基]甘氨酸(Tricine);3-奎核醇;3-哌啶子基-1,2-丙二醇,和它们的盐。
在一种实施方式中,所述醇胺为3-哌啶甲醇。
在另一种实施方式中,所述醇胺为N-[三(羟甲基)甲基]甘氨酸(Tricine)。
在另一种实施方式中,所述醇胺为3-奎核醇。
在另一种实施方式中,所述醇胺为3-哌啶子基-1,2-丙二醇。
在上述醇胺中,3-哌啶甲醇为优选实施方式。
本申请使用的″醇胺水溶液″意在表示包含醇胺和水的溶液。该定义不意在排除包含其它溶剂(例如醇)或者其它添加剂(例如腐蚀和氧化抑制剂)。通常,所说溶液可以含有90-约50%(w/w)的水。
所述醇胺化合物是已知的,可以以工业规模得自几个化学品供应商(包括例如Sigma-Aldrich Pty.Ltd)。
应该理解的是,由于存在于所有醇胺中的胺官能团的碱性,这些化合物可以以质子化形式作为盐存在。例如,根据本发明的醇胺可以作为盐酸盐或者氢溴酸盐利用或者存在。而且,应该理解的是,由于在N-[三(羟甲基)甲基]甘氨酸的结构中存在酸性基团,该化合物可以作为盐存在。通常,N-[三(羟甲基)甲基]甘氨酸将作为钠盐、钾盐或者锂盐利用,然而不意在限制这些抗衡离子实例。意在将根据本发明使用盐形式的醇胺从气流捕获CO2包含在本发明范围内。
在醇胺的胺官能团的pKa和其水溶液的CO2吸收容量之间存在公认的定性关系。在一种实施方式中,本发明的醇胺显示出的摩尔吸收容量大于根据在胺pKa和摩尔吸收容量之间的公认关系所预计的摩尔吸收容量。
也已经发展了理论方法,其允许预计在摩尔吸收容量和醇胺水溶液的pKa之间的定量关系。参见例如McCann,N.;Maeder,M.;Attalla,M.;Simulation of Enthalpy and Capacity of CO2 Absorption by Aqueous Amine Systems Ind.Eng.Chem.Res.;47,2008;2002-2009。在另一种实施方式中,本发明的醇胺显示出的摩尔吸收容量大于根据在胺pKa和摩尔吸收容量之间的被接受的理论关系所预计的摩尔吸收容量。
CO2吸收容量随胺pKa发生变化的理论计算值通过计算由方程1-8定义的化学平衡的物种形成(speciation)求出。物种形成可通过使用方程1-8的已知的化学平衡常数值确定,其中平衡常数K根据方程9定义。
可将所述平衡常数布置到非线性联立方程体系中。如果给出了CO2分压和胺浓度,则可以使用求根法(root finding methods)如Newton-Raphson法针对每一化学物种的浓度解这些方程。一旦得到了浓度,可以容易地求出CO2吸收容量。对于一些平衡常数值未知的胺,可使它们的值在整个实际范 围内改变,以在特定pKa处确定CO2吸收容量界限。
本申请所述的醇胺还显示出可接受的初始CO2吸收速率。对于含有伯胺或者仲胺的醇胺,上述醇胺显示出的初始吸收速率等于或者超过7×10-5s-1;优选等于或者超过1.13×10-4s-1;并且最优选等于或者超过2.26×10-4s-1。对于含有叔胺的醇胺,上述醇胺显示出的初始吸收速率等于或者超过2.5×10-5s-1;优选等于或者超过1.13×10-4s-1;并且最优选等于或者超过2.26×10-4s-1。
本领域普通技术人员使用各种公开物中所述的方法能够容易地确定上述醇胺溶液的CO2吸收的初始速率,例如S.Ma′mum,H.F.Svendsen,K.A.Hoff和O.Juliusson,Selection of new absorbents for carbon dioxide capture,Energ.Convers.Manage.,48,2007,251-258。
本领域技术人员可容易地基于优选实施方式选择速率和容量的关系,该关系将取决于施用本发明方法的具体条件。
上面定义的醇胺中的至少一种以从气流有效除去CO2的量存在于本发明水溶液中。
当上面定义的醇胺中的一种根据以下发明使用时,它的存在量通常为约5-30重量%,优选为约10-30重量%,更优选为约20-30重量%,基于所述水溶液的总重量。
根据本发明的醇胺的最佳量将取决于气流组成、排出流体需要和循环速率。本领域普通技术人员将容易地确定选自上面定义的醇胺的醇胺的量。
本发明方法可在通过反应性化学吸收从气流除去二氧化碳的任何常规设备中实施,具体操作为本领域普通技术人员所公知。参见例如图1流程图或者S.A.Newman,Acid and Sour Gas Treating Processes,Gulf Publishing Company,Texas,1995。
在图1所示的实施方式中,所述设备包含吸收塔2、热交换器5、解吸塔6和再沸器9。使烟道气(其通常包含1-15%CO2,优选5-15%CO2并且更优选10-15%CO2)任选通过预洗涤器,然后通过管道1到达填充吸收塔2,在此处它与本发明醇胺水溶液接触。在吸收塔2中的压力和温度条件通常为1atm和约40-60摄氏度。贫CO2的烟道气从吸收器顶部通过管道3放出。将富CO2的醇胺溶液经过热交换器5通过导管4导至解吸塔6。在解吸塔6中,加热富CO2的醇胺溶液以逆转吸收反应。在解吸塔中的典型压力 和温度条件为1-2atm和100-150摄氏度。CO2和湿气从解吸塔顶部通过管道7收集。解吸塔借助于再沸器9加热,所述再沸器9通过管道8和10与解吸塔连接。再沸器的热源优选为温度为105-135℃的低压水蒸汽。然后将贫CO2的醇胺溶液经过热交换器5通过导管11导至吸收器2。在热交换器5中,使用来自于贫醇胺溶液的显热来加热来自于吸收器的富CO2溶液。
本发明的方法可在任何适宜吸收器中方便地实施。用于气体纯化操作的大量的吸收器包括填充塔、板式塔或者喷淋塔。这些吸收器在很大程度上可互换使用,但某些具体条件可能与其它吸收器相比更适合某一种吸收器。除了常规的填充塔、板式塔或者喷淋塔之外,已经发展了专门的吸收塔以满足特定工艺需要。这些特定塔的实例包括冲击挡板式洗涤器和湍动接触式洗涤器。
本发明方法可以在填充塔、板式塔或者喷淋塔中实施,或者在为满足特定工艺需要而发展的专门塔中实施,并且为了最佳工艺操作视需要可以含有其它周边设备。该周边设备可以包括但不限于入口气体分离器(inlet gas separator)、处理气体聚结器(treated gas coalescor)、溶剂闪蒸罐(solvent flash tank)、微粒过滤器(particulate filter)和碳床纯化器(carbon bed purifier)。入口气体流速根据设备尺寸改变,但是通常为5000-25000立方米/秒。溶剂循环速率通常为每吨CO2 10-40立方米。吸收器的操作压力通常为1atm。
在本发明的方法中,在环境温度或者高于环境温度的温度,优选在30℃-60℃,并且更优选在35℃-45℃,将压力为大气压力或者高于大气压力的含二氧化碳的气流与含有上面定义的醇胺中的任何醇胺的水溶剂体系接触,以实现从气流中吸收CO2。任选地,可以使用防腐剂、防垢剂、消泡剂和本领域技术人员已知的可以帮助本发明CO2捕获方法的其它添加剂。
提供以下实施例以说明(但不限制)本发明。
实施例1和对比例C-1:
使用质量流量控制器(Bronkhurst High-Tech El-Flow)递送13%CO2(99.5%纯度,BOC Australia)和87%N2(>99.99%纯度,BOC Australia)的混合物。使气体通过混合室,湿化,然后在环境压力经烧结玻璃熔料(sintered glass frit)喷射通过玻璃反应容器中的30%w/w胺溶液。取决于可利用的胺的量,分别使用1.7L min-1和300ml或者1.0L min-1和20mL的气体流速和 溶液体积。使用Horiba VS-3001通用气体进样单元和Horiba VA-3000 NDIR多气体分析器分析气体流出物的CO2含量。使用在流入CO2浓度和流出CO2浓度之间的差确定吸收的CO2量。通过浸入控温水浴(Techne)将增湿器和胺溶液恒温至40℃。
首先使增湿器和含胺溶液的反应器热平衡进行实验。在此期间用N2吹洗系统和完成CO2分析器的校准。首先确立适当的气体混合物,使气流通过饱和器,但是绕过反应器和直接通向CO2分析器。然后将气流切换成通过反应器以开始实验。进行每个实验,直到测量的流出物中的CO2浓度返回至初始值为止。
数据在图2中示出。图上的杂乱区域是基于被接受的水相反应和胺pKa所预计的容量将落入的区域。使用前述理论方法计算随胺pKa变化的CO2吸收,从而确定杂乱区域。为产生该区域,使方程7中给出的氨基甲酸根形成的平衡常数在大值(使得氨基甲酸根形成占绝对优势)和小值(使得氨基甲酸根形成不发生)之间改变。然后,这提供了对于给定的pKa CO2吸收容量存在的界限。
该数据显示,实施例醇胺均呈现出超过0.7的摩尔吸收容量,nCO2/n胺。而且,所有醇胺显示出的吸收容量均超过基于它们的pKa预计的吸收容量。相反,MEA的吸收容量落在0.7以下,并且落在基于胺pKa预计的值的范围内。
实施例2:
在40℃以等温模式使用Setaram TG-DTA/DSC热重分析仪(Setaram),以监测当在环境压力暴露于15体积%CO2和85体积%N2的大气时胺水溶液的质量增加。选择该CO2浓度是因为它近似代表烧煤发电站烟道气的CO2浓度。实施两个单独的等温重量分析(IGA)实验,以确定胺试验溶液的总的CO2吸收。第一个实验运行确定蒸发导致的质量损失,第二个确定当历时相同的时长暴露于CO2时测试溶液的质量增加。在100μl氧化铝坩埚(Setaram)中的试验溶液的100μl新鲜等分试样上实施每一实验。将试验溶液制成在去离子水中的30%w/w胺浓度,除非溶解度限制不允许这样做。所有化学品购自Sigma-Aldrich并且不经进一步纯化就使用。所使用的所有胺的纯度为95-99.5%,总是选择可利用的最高纯度。
IGA仪器设有两个气流入口,一个提供15%CO2和85%N2的β混合物(beta mix)(99.9%纯度,BOC Australia),另一个提供N2(>99.99%纯度,BOCAustralia)。使用质量流量控制器(Bronkhurst High-Tech El-Flow)控制两个气流,对于所有实验,使用30ml min-1的总气体流量。为计算吸收容量,将在时间t时来自于吸收运行的质量减去在时间t时来自于蒸发运行的质量从。然后,吸收曲线可通过以下方法绘出:将此数据转化成在溶液中每摩尔胺的CO2摩尔数与时间的关系。然后,将在吸收曲线上的最大点确定为CO2吸收容量。
将初始吸收速率计算为所测量的CO2吸收容量与时间的关系曲线的初始线性区域的斜率。
数据在图3中示出。所述的仲胺的初始吸收速率比MEA至多小40%(除了N-[三(羟甲基)甲基]甘氨酸,其具有最小的速率)。叔胺的初始吸收速率比MEA至多小70%。
实施例3和对比例C-3
图4示出经测试获得了可靠结果的所有胺的吸收容量与初始吸收速率的关系图。灰色阴影区域代表覆盖了摩尔吸收容量为0.7或者更高的胺的图像区域。在阴影区域中留下的胺的容量高于0.7以及初始吸收速率高于7×10-5s-1。然而,它们的容量通常落在基于它们的pKa理论预计的区域内。从图4可以看出,代表本发明一种实施方式的醇胺水溶液具有高摩尔吸收容量和可接受的初始CO2吸收速率的理想组合。
实施例4和对比例C-4
在不同的CO2分压测试了几种醇胺的CO2摩尔吸收容量。测试的胺为:2-氨基-2-甲基-1,3-丙二醇(AMPD)-一种空间位阻伯醇胺;3-哌啶甲醇-一种杂环仲醇胺;N,N-二甲基乙醇胺-一种短链叔醇胺;和MEA。
发展了一种装置,该装置使用搅拌玻璃间歇式反应器在一定的温度和压力范围测量气液平衡(VLE)数据。所述装置由与温度控制和气体递送系统连接的160mL带有搅拌和夹套的玻璃反应容器组成。
对于除了MEA之外的三种胺,CO2吸收容量数据在以下条件下收集:温度为40℃,压力范围为~0.3-900kPa,1M水溶液。所述方法通过以下 方法证实:将水的CO2吸收测量值与文献数据比较和滴定胺样品以确定CO2载量(loading)。
使用以下操作进行实验:
●使反应器装有150mL胺的水溶液并达到40℃的恒定温度。
●在脱气后,将CO2从高压气体储器引入到反应器中。添加CO2直至达到平衡。
●通过高压储器的质量损失确定进入反应器的气体的量。使用维里状态方程计算液面上部空间中的气体量,假设剩余的气体在溶液中。
用于计算液面上部空间中的气体量的维里状态方程描述在下面:
PV=znRT
其中:z=1+B/Vm;
B=137.6-87.7e325.7/T;
Vm=n/V;
P=绝对压力;
V=体积;和
n=摩尔数
该实验的结果示于图5。
在整个压力范围内,3-哌啶甲醇与MEA相比维持较大的载量并且与所有其它胺相比维持相等或者较大的载量。在1-10kPa的压力范围内,MEA与AMPD和N,N-二甲基乙醇胺相比具有较大载量。在10kPa以上,N,N-二甲基乙醇胺与MEA和AMPD相比具有较大载量。在15-25kPa之间,MEA和AMPD相似。
在25-900kPa范围内,AMPD、3-哌啶甲醇和N,N-二甲基乙醇胺与MEA相比均显示出较大的吸收容量。在100kPa以上,所发生的吸收可归因于在水中的CO2溶解度随压力增加而增加。
3-哌啶甲醇容量较大的原因可能是由于它的碱性较大,以及它是仲胺和与MEA相比形成氨基甲酸根的倾向较小。在低分压时MEA的大容量可能是由于它优先迅速形成稳定的氨基甲酸根。它消耗较高的CO2分压,因此溶解CO2浓度较大,从而推动CO2-MEA-H2O体系形成碳酸氢根,但是在CO2分压较高时,几乎没有游离MEA剩余。其它的胺可能倾向于形成碳酸氢根,当压力增加时继续吸收CO2。
应该理解的是,在本说明书中披露和限定的本发明扩展至所述的或者从上下文或者附图明显看出的单独特征中的两种或者更多种的所有可选择的组合。所有这些不同的组合构成本发明的各种可选择的方面。
当用于本申请中时,除非上下文另外要求,否则术语″包括″(和它的语法变型)不意在排除其它的添加剂、组分、整数(integers)或者步骤。
在说明书中提及任何现有技术不是,并且不应该被视为,承认或者以任何形式暗示该现有技术在澳大利亚或者任何其它辖区形成普通常识的一部分或者该现有技术能够合理地预期被本领域技术人员确定、理解和认为是恰当的。
Claims (5)
1.一种从气流捕获CO2的方法,其包括使含CO2的气流与醇胺水溶液接触,其中所述醇胺选自:3-哌啶甲醇、N-[三(羟甲基)甲基]甘氨酸、3-奎核醇、3-哌啶子基-1,2-丙二醇,和它们的盐。
2.权利要求1的方法,其中所述醇胺为3-哌啶甲醇。
3.权利要求1的方法,其中所述醇胺为N-[三(羟甲基)甲基]甘氨酸。
4.权利要求1的方法,其中所述醇胺为3-奎核醇。
5.权利要求1的方法,其中所述醇胺为3-哌啶子基-1,2-丙二醇。
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Citations (3)
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---|---|---|---|---|
US4240923A (en) * | 1978-05-30 | 1980-12-23 | Exxon Research & Engineering Co. | Process and amine-solvent absorbent for removing acidic gases from gaseous mixtures |
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