CN102741205A - 将co2转化成醇 - Google Patents
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Abstract
通常,在一个方面中,本发明涉及将二氧化碳(CO2)转化成醇的方法。所述方法包括:使来自燃烧过程的包含CO2的烟道气流与水雾接触以产生液体碳酸(H2CO3)和废水的混合物。所述方法还包括:从所述混合物中提取液体H2CO3并将液体H2CO3加压以产生加压的液体H2CO3。所述方法还包括:将加压的液体H2CO3与第一液体试剂在第一水解室中结合,以从加压的液体H2CO3与第一液体试剂结合而产生醇。
Description
相关申请的交叉引用
该申请根据35U.S.C.§119(e)要求美国临时专利申请号61/243,836(代理人案号17528/002001)的优先权,所述美国临时专利申请的名称为“将CO2转化成替代燃料”,于2009年9月18日以Wayne S.Littleford的名义提出,将其公开内容通过引用以其全部内容结合在本文中。
背景技术
控制和减少二氧化碳(CO2)是增长的环境关注。一些专家相信,CO2释放到大气中促进被称为“全球变暖”的现象或“温室效应”,其中CO2在地球大气中产生隔热效果,从而将一些太阳日光辐射反射回地球并且缓慢升高全球温度。随着全球温度升高,一些专家相信地球环境可能经历动态的和潜在灾难性的改变。因此,全世界范围内包括美国内的国家和地方政府已经制定法律和/或法规以控制CO2的产生和/或消费。另外,许多企业和个人正在采取步骤而在自愿基础上减少他们自己的“碳足迹”。
CO2源自多种来源,所述来源中的许多涉及有机燃料诸如煤、天然气、汽油、燃料油和甲烷的燃烧。具体而言,用于产生电和/或热的燃烧过程是CO2的显著来源。这些燃烧过程中的许多过程需要和/或具有排放控制能力的形式。这种排放控制能力可以减少由燃烧过程产生的一种或多种污染物。设法控制的一些污染物包括但不限于二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和汞。
发明概述
通常,在一个方面中,本发明涉及一种将二氧化碳(CO2)转化成醇的方法。所述方法包括:使来自燃烧过程的包含CO2的烟道气流与水雾接触以产生液体碳酸(H2CO3)和废水的混合物。所述方法还包括:从混合物提取液体H2CO3并且加压液体H2CO3以产生加压的液体H2CO3。所述方法还包括:将加压的液体H2CO3与第一液体试剂在第一水解室中结合,从而从加压的液体H2CO3与第一液体试剂结合而产生醇。
通常,在一个方面中,本发明涉及一种用于将二氧化碳(CO2)转化成醇的系统。所述系统包括:接收系统,所述接收系统包括加压水喷雾阵列并且配置成:使来自燃烧过程的包含CO2的烟道气流与水雾接触以产生液体碳酸(H2CO3)和废水的混合物。所述系统还包括:酸分离系统,所述酸分离系统配置成从所述混合物中分离液体H2CO3并且纯化液体H2CO3以产生纯化的液体H2CO3。所述系统还包括:酸转化系统,所述酸转化系统包括多个雾化泵、试剂储槽和多个水解室。酸转化系统配置成:使用多个雾化泵中的第一个将纯化液体H2CO3加压以产生加压的液体H2CO3并且将加压的液体H2CO3与从试剂储槽提取的第一液体试剂在多个水解室的第一室中结合。酸转化系统进一步配置成从加压的液体H2CO3与第一液体试剂结合而产生第一伯醇。
附图简述
图1显示根据本发明一个或多个实施方案的系统。
图2显示根据本发明的一个或多个实施方案将CO2转化成醇的方法的流程图。
图3显示根据本发明的一个或多个实施方案用于从燃烧过程产生含有CO2的烟道气流的实例系统的单线图。
图4显示根据本发明的一个或多个实施方案用于接收来自燃烧过程的烟道气流并且将来自烟道气的CO2转化成酸的实例系统的单线图。
图5显示根据本发明的一个或多个实施方案的用于从废水分离酸并且纯化所述酸的实例系统的单线图。
图6显示根据本发明的一个或多个实施方案的用于将纯化的酸转化成醇的实例系统的单线图。
发明详述
现在将参考附图详细地描述本发明的具体实施方案。为了一致性,多个附图中的相同要素由相同的附图标记表示。
在本发明实施方案的下列详述中,为了提供本发明的更充分理解而陈述许多具体细节。然而,对于本领域普通技术人员将是显而易见的是,可以在没有这些具体细节的情况下实施本发明。在其它情况下,没有详细描述众所周知的特征以避免不必要地将所述描述变复杂。
通常,本发明的实施方案提供用于将CO2转化成醇。更具体而言,本发明的一个或多个实施方案提供用于从CO2流产生碳酸(H2CO3)并且将所述H2CO3与试剂结合而产生醇。本发明可以进一步提供用于从CO2流产生其它酸,包括但不限于硫酸(H2SO4)和硝酸(HNO3)并且将那些其它酸与一种或多种试剂结合以产生一种或多种醇。全部管道和相关配件、泵、阀门及其它设备是由耐化学品的材料制成的,所述化学品在那些材料内输送、转换、加压、产生或以其它方式处理。如本文中所用,并且一种或多种“酸”可以指碳酸、硫酸和/或硝酸。
本发明的实施方案可以用于为许多市场部门的加工和制造,包括但不限于食品加工和包装、纸浆和纸张、印刷、化学品和有关产品、橡胶、塑料、医院、大学、金属工业、药物制造、废水和污水处理、饮料、公用事业、焚化、钢铁、美容、织物生产、电子学和石油精炼。
图1显示根据本发明一个或多个实施方案的CO2转化系统(100)。CO2转化系统(100)包括接收系统(110)、酸分离系统(120)和酸转化系统(170)。酸分离系统(120)包括酸槽(122)、滴滤池(124)、多袋过滤器系统(126)、多个换热器(例如,换热器1(130)、换热器X(134))、多个蒸汽分离器(例如,蒸汽分离器1(140)、蒸汽分离器Y(144))、多个蒸馏器(例如,蒸馏器1(150)、蒸馏器Z(154))、冷凝器(160)和一个或多个酸容纳槽(162)。酸转化系统(170)包括一个或多个雾化泵(172)、一个或多个水解室(174)、一个或多个醇储槽(176)和一个或多个试剂储槽(178)。关于下面的图1描述这些组件的每一个。本领域普通技术人员将理解,本发明的实施方案不局限于图1中所示的构造。
对于图1中显示的每个组件,以及图1中暗示和描述但是没有显示的任何其它组件,可以配置成接收来自CO2转化系统(100)的一个组件(即,上游组件)的材料并且将材料(与接收的材料或以一些方式改变了的材料相同)发送到CO2转化系统(100)的另一个组件(即,下游组件)。在全部情况下,从上游组件接收的材料可以通过一系列管、泵、阀门和/或其它装置递送以控制与接收的材料有关的因素诸如接收的材料进入所述组件时的流速、温度和压力。另外,可以使用不同系列的管、泵、阀门和/或其它装置将液体酸递送到下游组件,以控制与发送的材料有关的因素诸如发送材料离开所述组件时的流速、温度和压力。
在本发明的一个或多个实施方案中,CO2转化系统(100)的接收系统(110)配置成接收含有CO2的烟道气流。可以从使用化石燃料的燃烧过程获得烟道气流,所述化石燃料包括但不限于煤、燃料油、天然气、汽油和丙烷。在本发明的一个或多个实施方案中,在使用一种或多种化石燃料的情况下,使用锅炉加热水而产生热量和/或动力的过程中产生烟道气流。可以将烟道气流在由接收系统(110)接收以前调节。例如,可以将化学品加入到烟道气流或可以以一些方式调节烟道气流的温度。可以使用为了这样一种目的而设计的单独系统进行烟道气流的调节。关于图3,在下面描述用于调节烟道气流的接收系统(110)的实例。
众所周知发电厂和大型工业装置应用中使用的污染消除装置用于从用煤燃烧的、油燃烧的、天然气燃烧的和化学过程锅炉产生的废气流除去例如氮氧化物(NOx)、硫氧化物(SOx)、氯化氢(HCl)、汞(Hg)、部分CO2和颗粒物质(例如,PM2.5、PM10)。不仅从废气回收热量而且除去污染物的这样一种污染消除装置的实例公开在美国专利号6,344,177中,将其通过参考结合于此。美国专利号6,344,177中描述的污染消除方法和污染消除装置(“COMPLY”)使用喷雾技术与冷却和冷凝盘管一起实现目标污染物除去。(COMPLY 2000是美国马萨诸塞州昆西的Eco PowerSolutions(美国)公司的注册商标。)
具体而言,关于COMPLY 2000,烟道气可以从燃烧过程接收并且可以与蒸汽或雾的加压云进行接触,所述蒸汽或雾的加压云对着烟道气的定向流(directional flow)直接喷雾,从而引起两个流动之间的压差。可以用蒸汽歧管或通常已知的喷雾装置产生蒸汽或雾。所述接触还可以将烟道气的湿度增加到约90%或95%相对湿度,而在同时保持高烟道气温度。该高RH(相对湿度)、高温和压差可以导致烟道气POC(燃烧产物)被吸收到细的水滴(直径5至10微米)中,从而保持高温值同时还将POC转化成湿的酸组合物。
然后烟道气可以与热量回收(即,冷却)盘管进行接触,其中热的烟道气水滴与冷却剂在冷却盘管内交换热量以冷却所述热的湿润烟道气。烟道气可以经过冷却盘管并且以类似于蒸汽或雾的第一云的方式与蒸汽或雾的第二云进行接触。可以仅使用冷水用喷雾装置阵列产生所述雾。烟道气在与雾的第二云进行接触以后可以达到总饱和,从而甚至进一步冷却烟道气。烟道气然后可以与冷凝盘管进行接触,从而引起酸滴的湿膜被收集在盘管表面上。随着越来越多的液滴收集,可以形成流,从而向下流动到排水盘,在此收集的液体从COMPLY 2000单元中引导出到废水容纳设施。根据要实现的不同除去类型,烟道气过程可以改变。例如,为了除去NOX,事件顺序可以不同于除去SOX所需要的那些。下面关于实施例2更完全地描述COMPLY 2000。
在本发明的一个或多个实施方案中,接收系统(110)配置成使用水雾阵列(112)将水雾施用到烟道气流(其包含CO2)以产生碳酸(H2CO3)和废水的混合物。混合物还可以包括其它酸,包括但不限于硫酸(H2SO4)和硝酸(HNO3)。混合物中的每一种酸可以处于液体形式。用水雾阵列(112)施用到烟道气流的水雾可以被加压并且分配在细液滴中。在这样一种情况下,可以发生反应,因为水雾阵列(112)中的分子具有“正确的”碰撞几何学和由对着烟道气流引导的高压喷雾器产生的充分能量,以产生显著的压差和同时在水滴和烟道气之间显著的温度差。因此,烟道气流中一些百分比(在COMPLY 2000的情况下至少十个百分比)的CO2可以经历下列反应:
CO2+H2O→H2CO3→HCO3+H+
在本发明的一个或多个实施方案中,接收系统(110)也是热量回收系统,其中捕获的热量可以用于与燃烧过程有关的其它目的。例如,在接收系统(110)中加热到高温的流体可以在换热器(如下所述)中使用以提高在不同过程诸如由酸分离系统(120)进行的过程中使用的不同流体的温度。
在本发明的一个或多个实施方案中,酸分离系统(120)使用许多组件(如下所述)而从混合物中分离酸并且纯化所述酸(即,除去污染物),之后将酸发送到酸转化系统(170)而转化成醇。例如,可以将酸分离系统(120)配置成从接收自接收系统(110)的酸和废水的混合物中分离液体碳酸并且纯化液体碳酸以产生纯化的液体碳酸。本领域技术人员将理解,纯化所述酸可以需要基本上除去杂质,而不是完全除去杂质。
在本发明的一个或多个实施方案中,酸分离系统(120)的滴滤池(124)用于将混合物中的液体酸和废水相分离。滴滤池(124)可以由介质的固定床组成,所述介质包括但不限于岩石、砾石、矿渣、聚氨酯泡沫、泥炭藓泥煤苔和塑料。在本发明的一个或多个实施方案中,混合物进入滴滤池(124)并且向下流动经过介质的固定床,从而引起微生物粘液的层或膜生长。微生物粘液可以覆盖介质床。可以通过搅拌滴滤池(124)中的环境而在滴滤池(124)中保持需氧条件。可以通过使用例如喷洒、扩散、强制通风或自然对流(例如,如果过滤器介质是多孔的)搅拌滴滤池(124)中的环境。
在本发明的一个或多个实施方案中,使用滴滤池(124)从混合物除去液体酸包括由微生物粘液层将有机化合物同时吸收并且吸附在混合物内。混合物在介质上的扩散可以产生含有氧的溶解空气,所述粘液层需要所述氧用于有机化合物的生物化学氧化。在本发明的一个或多个实施方案中,生物化学氧化释放二氧化碳气、水和其它氧化终产物。随着粘液层变厚,空气渗透粘液层可以变得更加困难,其可以导致内部厌氧层形成。粘液层可以继续构造直到它最终丢弃,从而中断进入到处理的流出物中的更久生长,作为需要随后除去和处置的污泥。
使用滴滤池(124)处理包括废水和酸的混合物是本领域众所周知的技术。也可以将滴滤池(124)描述为粗滤器、间歇过滤器、填充介质床过滤器、备选化粪系统(septic systems)、渗滤器、附着生长工艺和固定膜工艺。
在本发明的一个或多个实施方案中,酸分离系统(120)的多袋过滤器系统(126)通过使用容纳在容器中的褶式滤筒(pleated cartridge)的袋从物质中除去油及其它颗粒而纯化所述物质(例如,一种或多种液体酸)。所述物质可以是由含有液体酸的滴滤池(124)产生的污泥。其它固体可以是来自工业废水流的悬浮固体。在本发明的一个或多个实施方案中,多袋过滤器系统(126)提供常规的或分级的混合介质过滤器的双倍通过量效率。在正常操作条件下,过滤器可以在不使用另外化学品的情况下除去高达99%的悬浮固体和高达99%的不溶性烃。当捕获污染物并且流动受到限制时,真空压力可以建立并达到指定的设定点,在所述压力,自动触发压力再生循环。在所述再生循环中,可以清洁所述介质并且可以移动污染物。可以使用位于多袋过滤器系统(126)上的窥镜通过肉眼检查介质床而证实再生循环的完成。在本发明的一个或多个实施方案中,泵引导捕获的污染物通过回洗端口离开多袋过滤器系统(126)。
在本发明的一个或多个实施方案中,酸分离系统(120)的一个或多个酸容纳槽(162)用于在用酸分离系统(120)进行的过程期间收集并容纳一种或多种酸。例如,酸容纳槽(162)可以用于接收来自多袋过滤器系统(126)的混合物。另外,酸容纳槽(162)可以用于接收来自冷凝器(160)的液体酸,如下所述。在本发明的一个或多个实施方案中,单一的酸接收自每个冷凝器(160)并且储存在它自身的容纳槽(162)中。一个或多个不同的酸容纳槽(162)可以用于所述过程中的不同步骤。
在本发明的一个或多个实施方案中,每个酸容纳槽(162)由耐它所储存的化学品的材料制成。每个酸容纳槽(162)还可以设计成在所述应用的机械参数(压力和温度,侵蚀性的及腐蚀性的)内运行,化学品(即,酸)将在所述机械参数下使用。每个酸容纳槽(162)可以受许多因素影响,所述因素包括但不限于热、冷、真空、压力和待储存的化学品的攻击性(酸性的/苛性的)。存在与用于酸容纳槽(162)的恰当材料的工程学和规格有关的短期和长期目标。虽然经济考虑可以是一种因素,但是酸容纳槽(162)的设计和它可以如何影响环境是决定性的。在本发明的一个或多个实施方案中,存在化学概貌和信息报告,其称作“MSDS”(材料安全性数据单表),其由化学品制造商或销售商提供。可以认为MSDS为设计酸容纳槽(162)的起始点。可以连同待储存在酸容纳槽(162)中的化学品的制造商一起设计酸容纳槽(162),其中制造商可以提供关于与所述化学品相容的槽材料的一些经验。
在本发明的一个或多个实施方案中,酸分离系统(120)的一个或多个换热器(例如,换热器1(130)、换热器X(134))用于将液体酸加热到高于液体酸沸点的温度。一个或多个所述换热器还可以设定低于水的沸点的温度。碳酸、硝酸和硫酸各自在170°F和185°F之间沸腾,其比水沸腾的212°F低得多。换言之,所述一个或多个换热器的每一个将流过它的液体酸的温度保持在大于185°F和小于212°F。在本发明的一个或多个实施方案中,一个或多个换热器可以使用由来自不同工艺中的流体的热量以加热液体酸。
换热器(例如,换热器1(130),换热器X(134))可以是用于从一种流体有效传热到另一种流体而建立的装置。在本发明的一个或多个实施方案中,所述流体的一种是液体酸,并且另一种流体是水。在换热器中,由实心壁分离两种流体以便所述两种流体不混合。为了效率,可以将换热器设计成将两种流体之间的实心壁的表面积最大化,同时使通过换热器两侧的流体流动的阻力最小化。还可以通过如下方法而影响换热器的性能:在实心壁的一侧或两侧增加翅片或皱折,这增加表面积并且可以引导流体流动或诱导湍流。一种类型的换热器可以是板式换热器,所述板式换热器由多个薄的稍微分开的板组成,其具有用于传热的非常大的表面积和流体流动通路。
在本发明的一个或多个实施方案中,酸分离系统(120)的一个或多个蒸汽分离器(例如,蒸汽分离器1(140)、蒸汽分离器Y(144))用于将蒸气形式的酸(即,气体形式的酸)与保持液体形式的酸分离。进入一个或多个蒸汽分离器的加热酸(来自换热器,温度高于212°F)可以引起加热酸的闪蒸,从而形成气体形式和液体形式的酸的混合物。在本发明的一个或多个实施方案中,将蒸汽分离器具体设计成使用喷嘴有效除去与液体混合的相对少量的蒸气,所述喷嘴排放物质(或者液体或者气体)以涡旋蒸汽分离器的容器内部的液体混合物。得到的压缩,与蒸汽分离器的内部挡板一起,分离蒸汽(气体形式的酸),其可以升高到蒸汽分离器的上部室。从上部室,可以将气体形式的酸发送到蒸馏器(例如,蒸馏器1(150)、蒸馏器Z(154))。可以将保持在液体形式的酸再引导到换热器(例如,换热器1(130)、换热器X(134))。蒸汽分离器还可以称为水分分离器。
在本发明的一个或多个实施方案中,酸分离系统(120)的一个或多个蒸馏器(例如,蒸馏器1(150)、蒸馏器Z(154))用于分离每种蒸气形式的酸并独立蒸馏不同酸(例如,HNO3、H2SO4和H2CO3)的每一种。蒸气形式的酸可以接收自蒸汽分离器。每个蒸馏器可以是一个具有多个隔室的大容器,其中每个隔室容纳从酸蒸气分离的酸中的一种。蒸馏器还可以是一系列分开的蒸馏容器。在本发明的一个或多个实施方案中,蒸馏器确保已经从每一种蒸气形式的酸除去全部水,同时也分离任何液体并将这些液体返回到酸容纳槽(162)。蒸馏器可以利用基于沸腾液体混合物中每种酸的挥发性差异而分离蒸气形式的酸的方法。
使用蒸馏器的蒸馏可以是单元操作,或物理分离过程,并且不是化学反应。通常的误解是,对于在给定压力的液体混合物,混合物的每种成分都在对应于给定压力的沸点沸腾,并且每种组分的蒸气将分开并且纯地收集。然而,该误解未能适用,甚至在理想体系中也未能适用。蒸馏的理想化模型基本上由拉乌尔(Raoult)定律和道尔顿(Dalton)定律支配,并且假定获得气液平衡。拉乌尔定律假定,组分对总蒸气压有贡献,与它在混合物中的百分比和当它是纯的时的蒸气压成比例。换言之,分压等于摩尔分数乘以纯时的蒸气压。如果一个组分改变另一个组分的蒸气压,或如果组分的挥发性取决于它在混合物中的百分比,所述定律将失效。
道尔顿定律指出,总蒸气压是混合物中每个单独组分的蒸气压之和。当加热多组分液体时,每个组分的蒸气压将升高,因而引起液体的总蒸气压升高。当总蒸气压达到液体周围的压力时,沸腾发生,并且液体在全部液体主体中转变成气体。这意味着,当组分相互可溶时,具有给定组成的混合物在给定压力具有一个沸点。该理论的推论是,较轻的组分决不纯净地“首先沸腾”。在沸点处,全部挥发性组分沸腾,但是对于单一组分,它在蒸气中的百分比与它的总蒸气压的百分比相同。较轻的组分具有较高的分压,并且因此在蒸气中浓缩。然而,较重的挥发性组分也具有(较小的)分压并且必然蒸发,即使所述挥发性组分在蒸气中较少地浓缩。
实际上,通过改变混合物的组成,实现分批蒸馏和分馏。在分批蒸馏中,所述批蒸发,其改变混合物的组成。在分馏中,分馏柱中的液体越高含有轻质物越多并且在越低的温度沸腾。不可能通过蒸馏完全纯化组分的混合物,因为这将需要混合物中的每个组分都具有零分压。如果超纯产品是目标,则必须应用另外的化学分离。当双成分混合物蒸发并且另一个组分(例如,盐)基本上具有零分压时,所述过程被简化并在工程上称作蒸发。
一旦每种酸在蒸馏器(例如,蒸馏器1(150)、蒸馏器Z(154))中蒸馏,则可以将每种酸送到公用集管,所述酸在此再混合。从所述公用集管,可以将酸混合物送到冷凝器(160)。在本发明的一个或多个实施方案中,不存在公用集管,并且每种酸保持分开并且被送到它自身的单独冷凝器(160)。冷凝器(160)可以是一系列换热器,其在低于大气压的压力下将化学品从它的气态转变成它的液态。冷凝器(160),有时也称为水冷却的冷凝器,可以由安装在钢壳体内部的连续管盘管组成。在本发明的一个或多个实施方案中,激冷的水流过冷凝器(160)的盘管,并且酸混合物在钢壳体内部排放而在盘管的外部冷凝。
与冷凝器(160)关联的可以是激冷器(未显示)和冷却塔(未显示)以保证将充分的冷却提供给冷凝器,以便将酸气体转变成液体。激冷器是经由蒸气-压缩循环将热量从液体除去的机械。蒸气压缩水激冷器包括蒸气-压缩制冷循环的四个主要组件(压缩器、蒸发器、冷凝器和一些形式的计量)。将激冷的水泵送通过一种过程,诸如上述冷凝器(160),在此然后将激冷的水引导回到激冷器。冷却塔是用于将工艺废热转移到大气的热量除去装置。冷却塔可以使用水的蒸发以除去工艺热量并且将工作流体冷却到接近湿球空气温度的温度。水冷却的激冷器(例如,激冷器)通常可以比空气冷却激冷器(例如,冷却塔)更加能量有效,原因在于,热量消耗到处于或接近湿球空气温度的温度的装置(例如,塔)和水。从冷凝器(160),可以将液体酸送到酸容纳槽(162)或到酸转化系统(170)中的一个或多个酸储槽(176),取决于液体酸是否需要进一步精炼。如果将酸送到一个或多个酸储槽(176),则可以将每种酸从单独的冷凝器(160)送到单独的酸储槽(176)。
在本发明的一个或多个实施方案中,CO2转化系统(100)的酸转化系统(170)将一种或多种液体酸转变成一种或多种醇。具体而言,酸转化系统(170)将试剂与液体酸在适当条件下混合以引起产生醇的化学反应。
在本发明的一个或多个实施方案中,酸转化系统(170)的一个或多个雾化泵(172)用于将液体酸转化成一种或多种醇。单一雾化泵(172)可以用于单一液体酸。每个雾化泵(172)可以接收来自酸分离系统(120)的酸容纳槽(162)的液体酸并且将酸的压力增加到150磅/平方英寸(psi)。一旦达到压力,则雾化泵(172)可以将酸发送到水解室(174)。在一个或多个实施方案中,使用控制阀门(未显示)调节雾化泵(172)和水解室(174)之间的酸的压力和流动,以保持酸在水解室(174)中的均匀分布。
在本发明的一个或多个实施方案中,酸转化系统(170)的一个或多个水解室(174)用于将液体酸转化成一种或多种醇。具体地,液体酸可以与液体试剂在水解室(174)中碰撞以产生醇。单一水解室可以用于单一液体酸。可以将碳酸均匀引导到水解室(174)中容纳的高压雾化喷嘴的阵列中。同样地,可以将液体试剂均匀引导到水解室(174)中容纳的不同的高压雾化喷嘴的阵列中。在本发明的一个或多个实施方案中,用于液体酸的高压雾化喷嘴的阵列和用于液体试剂的高压雾化喷嘴的阵列相互对着定向,以致当加压的流体从每个阵列释放时,将有加压的液体相互对着接触碰撞。细液滴在150psi相互进行接触,并且通过碰撞产生高破裂能,引起水解反应。在本发明的一个或多个实施方案中,水解反应结果是醇滴,其落到水解室底部并被送到醇储槽(176)。
水解是化学过程,其中通过引入另外的分子而将某一分子分裂成两个部分。酸-碱-催化的水解是本领域已知的。酸-碱-催化的水解的一个实例是酰胺或酯的水解,其在亲核体(寻核剂(nucleus-seeking agent)诸如水或羟基离子)攻击酯或酰胺的羰基的碳时发生。在含水碱中,羟基离子是比偶极子诸如水更好的亲核体。在酸中,羰基变成质子化的,其导致容易得多的亲核攻击。两种水解的产物都是具有羧酸基团的化合物。
使用多种材料诸如聚丙烯、A686、C276或其它贵金属制造水解室。(Inconel是美国西弗吉尼亚州亨廷顿的亨廷顿合金公司(Huntington Alloys Corporation)的注册商标。Hastelloy是美国印地安那州科科莫的海恩斯国际公司(Haynes International,Inc.)的注册商标)。如上所述,水解室中容纳的是高压雾化喷嘴的两个阵列。每个阵列可以具有任意数目的喷嘴,并且每个喷嘴可以分配某一尺寸或尺寸范围的细液滴流。理想地,将每个液滴定尺寸以允许大的用于发生反应的表面积。在本发明的一个或多个实施方案中,阵列具有高达10个喷嘴,并且将所述阵列的每个喷嘴设计成分配直径约为10微米的液滴。水解室也可以具有连接网络,从而容许将完工的液体引导到收集槽或一些其它过程。可以根据从水解室所用于的设施出现的具体应用将水解室定尺寸并制造。
用于与液体酸碰撞的液体试剂可以储存在一个或多个试剂储槽(178)中。可以独立于本文中描述的过程提供液体试剂。从试剂储槽(178),液体试剂可以引导通过高压泵(未显示),将所述高压泵用于将液体试剂压力增加到150psi并且发送加压的液体试剂通过控制阀门(未显示)。控制阀门可以调节液体试剂的压力和流动,以保持液体试剂在水解室(174)中的均匀分布。
图2显示根据本发明的一个或多个实施方案将CO2转化成醇的方法的流程图。虽然顺序地介绍并描述了该流程图中的多个步骤,但是普通技术人员将理解,所述步骤的一些或全部可以以不同顺序执行,可以组合或省略,并且所述步骤的一些或全部可以平行地执行。另外,在本发明的一个或多个实施方案中,可以省略、重复和/或以不同顺序进行如下所述的一个或多个步骤。另外,本领域普通技术人员将理解,可以在进行该方法中包括图2中省略的另外步骤。因此,图2中所示步骤的具体安排不应该被解释为限制本发明的范围。
参考图2,在步骤202中,包括CO2并且在燃烧过程期间产生的烟道气流与水雾进行接触以产生碳酸(H2CO3)和废水的混合物。混合物也可以包括其它酸,包括但不限于硫酸和硝酸。混合物也可以包括其它化学品和/或材料。在本发明的一个或多个实施方案中,碳酸及其它酸是以液体形式产生的。
在步骤204中,从所述混合物中提取液体碳酸。也可以从所述混合物中提取其它酸(例如,硫酸和硝酸)。在本发明的一个或多个实施方案中,使用滴滤池从混合物提取碳酸及其它酸(“酸混合物”)。具体地,可以在具有介质的滴滤池中接收含有酸混合物的混合物,所述混合物在需氧条件下流动到所述介质上。混合物在需氧条件下在介质上流动可以导致微生物膜的层形成在所述介质上。另外,使用微生物膜的层,可以在滴滤池中从混合物除去包括酸混合物的污泥。
在本发明的一个或多个实施方案中,将污泥接收在具有许多袋的多袋过滤器系统,其中每个袋包括容纳在容器中的褶式滤筒并且配置成从酸混合物除去油和粒子。可以在用滴滤池接收以后,由多袋过滤器系统接收污泥。备选地,可以由多袋过滤器系统接收混合物,以便从混合物中分离酸混合物。
在本发明的一个或多个实施方案中,也可以将酸混合物接收在换热器中,所述换热器将酸混合物加热到高于酸混合物中的每一种酸的沸点(例如,用于碳酸的170°F)的温度,但是低于水的沸点(即,212°F)。当在高于它的沸点加热时,酸混合物中的每一种酸可以从液态转变成气态。可以首先由滴滤池和/或多袋过滤器系统接收由换热器接收的酸混合物。在本发明的一个或多个实施方案中,将可以包括废水、一种或多种液体形式的酸和一种或多种气体形式的酸的酸混合物从换热器送到蒸汽分离器。蒸汽分离器可以从废水和一种或多种液体形式的酸中除去所述一种或多种气体形式的酸。
在本发明的一个或多个实施方案中,由蒸汽分离器从混合物除去的一种或多种气体形式的酸可以被送到蒸馏器,所述蒸馏器通过除去由蒸汽分离器没有从所述一种或多种气体形式的酸除去的任何残留的废水而纯化所述一种或多种气体形式的酸。蒸馏器可以将所述一种或多种气体形式的酸送到冷凝器,所述冷凝器将所述一种或多种气体形式的酸冷却到低于所述一种或多种气体形式的酸的每一种的沸点的温度。冷却所述一种或多种气体形式的酸可以将所述一种或多种气体形式的酸的每一种都转变成液体形式。在本发明的一种或多种实施方案,激冷器也将所述一种或多种气体形式的酸的每一种相互分离。蒸馏器也可以将所述一种或多种气体形式的酸的每一种单独地送到它自身的冷凝器,而不是将全部气体形式的酸的组合送到单一冷凝器。
在本发明的一个或多个实施方案中,由滴滤池、多袋过滤器系统、冷凝器、蒸汽分离器、蒸馏器和/或换热器以任何顺序接收混合物和/或酸混合物。另外,可以由滴滤池、多袋过滤器系统、冷凝器、蒸汽分离器、蒸馏器和换热器的任何或全部多次接收混合物和/或酸混合物。
在步骤206中,将液体碳酸加压以产生加压的液体碳酸。在一个或多个实施方案中,将液体碳酸加压至150psi。可以使用泵加压液体碳酸。也可以加压其它酸,诸如硫酸和硝酸。
在步骤208中,将加压的液体碳酸与液体试剂在水解室中结合。在本发明的一个或多个实施方案中,与加压的液体碳酸结合使用的液体试剂是氢化铝锂(LiAlH4)。氢化铝锂也可以在与碳酸结合时加压。其它液体试剂可以与加压的液体碳酸和/或与其它加压的液体酸(例如硝酸、硫酸)结合使用。在水解室中结合的酸和试剂可以各自首先发送通过控制阀门,所述控制阀门调节酸和/或试剂的压力和流动,以保持酸和/或试剂在水解室中的均匀分布。
多种其它液体试剂可以与加压的液体酸结合使用。例如,乙醇是多用途溶剂,与水和许多有机溶剂可混溶,所述有机溶剂诸如乙酸、丙酮、苯、四氯化碳、氯仿、二乙醚、乙二醇、甘油,硝基甲烷、吡啶和甲苯。乙醇还与轻质脂肪族烃诸如戊烷和己烷以及与脂肪族氯化物诸如三氯乙烷和四氯乙烯可混溶。乙醇的与水的混溶性与长链醇(即,五个以上碳原子)的与水的混溶性形成对照,长链醇的水混溶性随着碳数增加而急剧减小。乙醇与烷烃的混溶性限于直到十一烷的烷烃。含有十二烷和更高级烷的混合物低于某一温度(对于十二烷,约为13℃)显示混溶性区。混溶性区趋于随着更高级烷而变得更宽,并且用于完全混溶性的温度增加。
在步骤210中,由加压的液体碳酸和液体试剂结合而产生醇。在本发明的一个或多个实施方案中,所述醇是伯醇。所述醇也可以是仲醇或叔醇。产生的醇的类型可以取决于使用的加压的液体酸和液体试剂。当加压的液体碳酸与液体氢化铝锂结合时产生伯醇。具体地,所述反应产生下列伯醇:
HOCH2----(CH2)8------CH2OH
作为另一个实例,当加压的液体酸是硫酸并且液体试剂是烯烃时,可以产生仲醇(例如,RR′CHOH)和叔(例如,RR′R″COH)醇。作为另一个实例,当加压的液体酸是硝酸并且液体试剂是R-O-H(醇)时,反应产生下列硝酸酯:
ROH+3HNO3----RO---NO2。
醇可以是其中羟基官能团(-OH)结合到连接到另一个碳或氢原子的碳原子的任何有机化合物。其中,简单醇是无环醇,其通式是CnH2n+1OH。在无环醇中普通的是乙醇(C2H5OH),其是通常使用的醇并且是在醇饮料中存在的醇类型。通常用清晰的形容词描述其它醇,如以异丙醇(丙-2-醇)或木醇(甲基醇,或甲醇)。由国际纯粹和应用化学联合会(IUPAC)将后缀-醇指定为全部醇的化学名。
乙醇是清澈的易燃液体,其在78.4℃沸腾。乙醇可以用作工业溶剂、汽车燃料和化学工业中的原料。在美国和其它国家,由于对酒精消费的法律和税收限制,预定用于其它用途的乙醇经常含有使它味道差(诸如Bitrex)或有毒(诸如甲醇)的添加剂。该形式的乙醇一般已知为变性醇;当使用甲醇时,它可以称为甲基化酒精(“Meths”)或“消毒用酒精”。
最简单的醇是甲醇,CH3OH,其以前是由木材蒸馏获得的并且因此称作“木醇”。甲醇是在气味和性质上类似于乙醇的清澈液体,具有稍微较低的沸点(64.7℃)。甲醇主要用作溶剂、燃料和原料。不像乙醇,甲醇是非常毒性的。人类吮吸一口(少至10ml)甲醇可以通过破坏视神经而导致永久失明,并且30ml(一流体盎司)可以是潜在致命的。
两种其它常用醇是丙醇和丁醇。类似乙醇,可以使用发酵工艺生产丙醇和丁醇。在丙醇和丁醇的情况下,但是,发酵剂是在纤维素上饲养的细菌(丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum))。对于乙醇,发酵剂(即,酵母)在糖上饲养如酵母。
在IUPAC体系中烷烃链的名称去掉末端“e”并且添加“ol”(例如,“甲醇”和“乙醇”)。必要时,羟基的位置可以由烷烃名称和“醇”之间的数指示。例如,丙-1-醇是用于CH3CH2CH2OH的名称,并且丙-2-醇是用于CH3CH(OH)CH3的名称。有时,位置数可以写在IUPAC名称前,诸如1-丙醇和2-丙醇。如果更高优先的基团存在(诸如醛、酮或羧酸),则可以需要使用前缀“羟基”诸如用于CH3COCH2OH的1-羟基-2-丙酮。
IUPAC命名法可以用在科学出版物中和物质的精确鉴别可以是重要的地方。在其它不太正式的上下文中,经常用相应的烷基名称接着措辞“醇”来称呼醇(例如,甲基醇、乙基醇)。丙醇可以称作正丙醇或异丙醇,取决于羟基是否结合到丙烷链上的第一或第二碳。
基于连接到带有羟基的碳原子的碳原子数,将醇分类为伯醇、仲醇和叔醇。每一种分类的醇可以具有通式。例如,伯醇的通式是RCH2OH;仲醇的通式是RR′CHOH;并且叔醇的通式是RR′R″COH,其中R、R′和R″表示不同的烷基。乙醇和正丙醇是伯醇。异丙醇是仲醇。前缀仲-(或s-)和叔-(或t-)常规地显示为斜体并且可以在烷基名称前使用以将仲醇和叔醇分别与伯醇区别。例如,异丙醇有时称作仲-丙醇,并且叔醇(CH3)3COH(或在IUPAC命名法中2-甲基丙-2-醇)通常被称为叔-丁基醇或叔-丁醇。下列是常用醇的表。
常用的醇
羟基一般使醇分子具有极性。那些基团可以相互形成氢键并且对于其它化合物形成氢键。该氢键键合指的是醇可以用作质子溶剂。在醇中两种相反的溶解度趋势是:极性OH促进水中溶解度的趋势,和碳链抵抗它的趋势。因而,甲醇、乙醇和丙醇在水中可混溶,因为羟基相对短碳链而胜出。具有四碳链的丁醇是中等可溶的,原因在于两种趋势之间的平衡。五个以上碳的醇不有效地溶于水,原因在于烃链的优势。全部简单的醇可混溶在有机溶剂中。
由于氢键键合,醇趋向于比可比较的烃和醚具有更高沸点。醇乙醇的沸点是78.29℃,与之相比的是烃己烷的69℃和二乙醚的34.6℃。醇,类似水,可以在O-H基团显示酸性或碱性。具有约为16-19的pKa,醇一般是比水稍微更弱的酸,但是醇仍然能够与强碱(例如,氢化钠)或活泼金属(例如,钠)反应。当在反应中使用醇得到的盐称作醇盐,具有通式RO-M+。同时,氧原子具有孤对的非结合的电子,其在强酸诸如硫酸存在下赋予它弱碱性。
醇可以经历氧化以转变成醛、酮或羧酸。也可以将醇脱水以转化成烯烃。醇可以进一步反应以形成酯化合物。醇可以更进一步经历取代反应。羟基的氧上的孤对电子也使醇为亲核体。
将伯醇、仲醇和叔醇与相同的化学骨架比较,氢键强度、沸点和酸度从伯醇移动到叔醇典型地降低。一些醇,主要是乙醇和甲醇,可以用作醇燃料。在涡轮增压器或增压器已经将空气加压以后,通过将醇注入到空气入口中,可以在强制感应内燃机中增加燃料性能。注入醇将加压空气冷却,从而提供更密集的空气装入,其容许更多的燃料,并且因此更多的动力。
醇在工业和科学中具有作为试剂或溶剂的应用。由于它的低毒性和溶解非极性物质的能力,乙醇可以用作在医学药物、香料和植物香精诸如香草精中的溶剂。在有机合成中,醇用作多用途的中间体。乙醇也可以在提供注射以前用作消毒剂以消毒皮肤,经常与碘一起使用。基于乙醇的皂在餐馆中变得常见并且是方便的,因为它们由于化合物的挥发性而不需要干燥。醇也用作实验室样品的防腐剂。
在亲核脂肪族取代中,伯烷基卤与含水NaOH或KOH反应主要得到伯醇。(仲烷基卤并且特别是叔烷基卤将替代地产生消除(烯烃)产物)。格氏试剂与羰基反应成仲醇和叔醇。相关反应是巴比(Barbier)反应和Nozaki-Hiyama反应。用硼氢化钠或氢化铝锂还原醛或酮。另一种用异丙醇铝的还原是米尔文-庞多夫-汶尔莱(Meerwein-Ponndorf-Verley)还原。Noyori不对称氢化是β-酮-酯的不对称还原。
烯烃参与酸催化的水合反应,使用浓硫酸作为催化剂,其通常产生仲醇或叔醇。烯烃的硼氢化-氧化和羟汞化-还原在有机合成中是更可靠的。在卤代醇形成反应中,烯烃与NBS和水反应。胺可以转化成重氮盐,然后将其水解。
醇可以表现为弱酸,经历脱质子化。用强碱诸如氢化钠或正丁基锂,或与钠或钾金属也进行产生醇盐的脱质子化反应。
2R-OH+2NaH→2R-O-Na++2H2↑
2R-OH+2Na→2R-O-Na+H2
举例来说,2CH3CH2-OH+2Na→2CH3-CH2-O-Na+H2
水在pKa方面类似于许多醇,因此在氢氧化钠的情况下,建立平衡,其通常停留到左侧:
R-OH+NaOH<=>R-O-Na++H2O(平衡到左侧)
然而,应当注意,用于将醇脱质子化的碱本身是强的。使用的碱和产生的醇盐两者都是高度水分敏感的化学试剂。
醇的酸度也可以受醇盐离子的总体稳定性的影响。附着于含有羟基的碳的吸电子基团可以用来在醇盐形成时稳定醇盐,因而得到更大的酸度。另一方面,给电子基团的存在可以导致形成不太稳定的醇盐离子。因此,形成的不稳定醇盐离子可以趋向于接收质子以重整最初的醇。
用烷基卤,在威廉逊醚合成中醇盐产生醚。OH基团在亲核取代反应中可能不是好的离去基团,因此在这些反应中,中性醇趋向于不反应。然而,如果首先将氧质子化以产生R-OH2 +,则离去基团(水)更加稳定,并且可以发生亲核取代。例如,叔醇与盐酸反应以产生叔烷基卤,其中通过单分子亲核取代用氯原子置换羟基。如果伯醇或仲醇将与盐酸反应,则需要激活剂诸如氯化锌。
使用氢溴酸或三溴化磷,同样可以将醇转化成烷基溴。例如:
3R-OH+PBr3→3RBr+H3PO3
在Barton-McCombie脱氧作用中,在自由基取代反应中用氢化三丁基锡或三甲基硼烷-水配合物将醇脱氧成烷烃。醇本身是亲核的,因此R-OH2+可以在脱水反应中与ROH反应以产生醚和水,虽然该反应在除了制造二乙醚之外很少使用。更有用的是醇的E1消除反应以产生烯烃。醇的E1消除反应一般遵循札伊采夫(Zaitsev’s)规则,其指出形成最稳定的(通常是最多取代的)烯烃。叔醇容易在刚刚高于室温消除,但是伯醇需要更高的温度。更加受控的消除反应是采用二硫化碳和碘代甲烷的秋加耶夫(Chugaev)消除法。
为了从醇和羧酸形成酯,被称为费歇尔酯化的反应通常在回流下采用浓硫酸催化剂进行。
R-OH+R′-COOH→R′-COOR+H2O
为了将平衡驱动到右侧并且产生良好收率的酯,通常用过量的H2SO4或通过使用迪安-斯达克装置除去水。还可以通过在碱诸如吡啶存在下醇与酰氯的反应制备酯。可以类似地制备其它类型的酯。例如,由醇与对-甲苯磺酰氯在吡啶中的反应制造甲苯磺酰酯(甲苯磺酸酯)。
可以将伯醇(R-CH2-OH)氧化成醛(R-CHO)或羧酸(R-CO2H),同时仲醇(R1R2CH-OH)的氧化通常在酮(R1R2C=O)阶段终止。叔醇(R1R2R3C-OH)是耐氧化的。伯醇直接氧化成羧酸一般经由相应的醛而进行,所述醛是经由醛水合物(R-CH(OH)2)通过与水的反应而转化的,之后可以将它进一步氧化成羧酸。
可用于将伯醇转化成醛的试剂通常也可以适合于将仲醇氧化成酮。这些试剂包括柯林斯(Collins)试剂和戴斯-马丁氧化剂(Dess-Martinperiodinane)。可以使用高锰酸钾和琼斯(Jones)试剂进行伯醇到羧酸的直接氧化。
下列描述根据本发明的一个或多个实施方案的实施例。实施例仅是为了说明的用途并且不意欲限制本发明的范围。图1和2中使用的术语可以在实施例中使用,不用另外参考图1和2。
实施例1-燃烧过程
考虑图3中所示的下列实施例,其描述产生烟道气流的燃烧过程,将所述烟道气流按照上述一个或多个实施方案使用。具体而言,图3说明为了供化石燃料锅炉使用的许多应用而设计的热量回收和污染消除装置,所述化石燃料锅炉诸如在燃煤发电设施和工业加工厂内应用的那些。在一个或多个实施方案中,锅炉(301)是能够每小时生产数百万BTU蒸汽用于发电的火管或水管锅炉。锅炉(301)可以利用常规设计,其包括接收受控量的燃烧空气(303)和燃料(304)(例如,煤、天然气)的燃烧器(302)。
锅炉排出气可以流过高温省热器(307),其在排出气离开锅炉以后从排出气除去热量。省热器(307)可以是强制流动的,一次通过转化热传递装置,通常由钢管组成,以高于蒸汽发生部压力的压力和以对应于锅炉设备蒸汽输出的速率向其提供进料水。可以以许多不同的方式分类省热器(307)。例如,省热器可以根据它的几何排列而分类为水平的或垂直的管型。省热器(307)也可以根据相对于省热器(307)的管的气流方向分类为纵向流或横向流。省热器可以进一步表征为并流或逆流,相对于气体和水流动的相对方向。省热器(307)可以根据热性能更进一步表征为蒸热的或非蒸热的。省热器分类的其它实例包括回弯的或连续的管(根据设计细节)和基础管或延伸表面(根据热量吸收表面的类型)。可以在省热器中使用交错的或嵌入式的管排列。省热器(307)中管的排列影响许多因素,包括但不限于经过管排的气流、通风损失、传热特征和清洁容易性。
锅炉中损失成蒸汽的水(通常称为“锅炉补给”或“锅炉进料水”)可以用泵(310)从水源经过冷凝省热器供给到脱气(D/A)槽(311)。从脱气槽(311),锅炉进料水可以用锅炉进料泵(310)经过常开阀门(309)进料到省热器(307)。在一个或多个实施方案中,由省热器(307)将锅炉进料水的温度从约220°F增加到约280°F。在高温时的锅炉进料水可以从省热器(307)经过常开阀门(308)进料到锅炉进料阀门(305)。可以用液位控制器(306)调节锅炉进料阀门(305)以在锅炉(301)中保持预先选择的锅炉进料水体积。
在一个或多个实施方案中,离开省热器(307)的排放气(即,烟道气)在约320°F的温度并且引导经过吸气器(315)。在一个或多个实施方案中,将来自氧储槽(312)的氧提供给臭氧发生器(313),其中产生O3(臭氧)并且随后引导经过控制阀门(314),以将臭氧气体调节到与来自省热器的烟道气混合所需要的具体要求。从控制阀门(314),臭氧气体可以进入吸气器(315)以作为试剂。
在一个或多个实施方案中,吸气器(315)是流通喷嘴装置,其中在绝热过程中增加物质的动能。该动能增加包括:压力减小并且伴随有流动面积的改变。吸气器(315)可以是经过喷嘴将臭氧引入到烟道气流中的机械装置,在喷嘴中臭氧与烟道气流混合,使用臭氧作为氧化剂将一氧化氮(NO)转化成二氧化氮(NO2)。在一个或多个实施方案中,将臭氧以1.1化学计量浓度引入到烟道气中。臭氧气体引入到烟道气流中引起下列反应发生:
NO+O3→NO2+O2
需要该反应,因为需要N02而不是NO将NOX转化成硝酸用于从烟道气流除去。然后烟道气可以经过管道(316)送到接收体系(例如,COMPLY2000设备,如下实施例2中所述)。
实施例2-接收系统
考虑图4中所示的实施例,其描述根据上述一个或多个实施方案的接收烟道气流的接收系统。具体地,图4中的接收系统表示以上介绍的COMPLY 2000。本领域技术人员将理解,可以存在其它系统以接收烟道气流并且产生碳酸(以及,在一些情况下,硫酸、硝酸和/或其它酸)和废水的混合物。
在一个或多个实施方案中,来自如上关于图3所述的吸气器的烟道气流经过一系列金属烟道(416)引导到COMPLY 2000设备(417)。COMPLY2000设备(417)包括具有雾化阵列1(418)和冷却盘管1(419)的第一阶段,以及还具有雾化阵列2(420)和冷却盘管2(421)的第二阶段。烟道气进入COMPLY 2000设备(417)的第一阶段并且与雾化阵列1(418)进行接触。雾化阵列1(418)喷雾对着烟道气流引导的液体溶液,从而产生水解反应。雾化阵列1(418)中的每一个雾化器可以配置成释放液滴形式的高压液体溶液,所述液滴很小(直径约为10微米)并且覆盖大的表面积,其使COMPLY2000设备(417)能够与来自烟道气的CO2反应而产生液体碳酸,所述液体碳酸用来自所述过程的废水除去。
在一个或多个实施方案中,液体溶液来源于RO(反渗透)系统(440)产生的RO水,将其与处于2%浓度的过氧化氢(441)混合,之后进入雾化泵1(436)。雾化泵1(436)可以增加RO水和过氧化氢(441)的混合物的压力。可以用控制阀门(442)调节并且控制过氧化氢(441)以确保与RO水的适当混合。RO系统(440)可以是过滤系统,所述过滤系统配置成当液体溶液在RO系统(440)内的选择性膜的一侧时,通过将压力施加到液体溶液而从所述液体溶液除去大的分子和离子。因此,溶质(即,大的分子或离子)可以保留在选择性膜的加压侧,并且可以容许纯溶剂(即,液体溶液)通过选择性膜中的孔到达选择性膜的加压较小的另一侧。
在工业上,RO系统(440)可以用于在发电厂从锅炉进料水除去无机物。因为锅炉进料水是反复沸腾和冷凝的,因此锅炉进料水需要尽可能纯以致锅炉进料水不在机器上留下无机物或其它沉积物或不导致腐蚀。锅炉管内部或外部的这些沉积物可以导致锅炉系统的性能低下,这可以降低锅炉系统效率并且导致不良的蒸汽生产,其反过来可以导致在涡轮处不良的动力生产和/或涡轮叶片的劣化。
在一个或多个实施方案中,雾化泵1(436)抽取RO水和过氧化氢(441)的混合物并且将混合物引导至控制阀门1(438)。控制阀门1(438)在COMPLY 2000设备(417)的第一阶段调节混合物并且将均匀的混合物流分配给雾化阵列1(418)。由雾化阵列1(418)喷雾的液体溶液可以在压力下喷雾。可以由雾化阵列1(418)喷雾液体溶液时的实例压力为大约1000psi。在一个或多个实施方案中,将液体溶液对着烟道气流的流动喷雾。在一个或多个实施方案中,当液体溶液的液滴与烟道气中的污染物(例如,碳酸)进行接触时,液体溶液(即,混合物)的液滴吸收污染物。例如,H2O(水)和H2O2(过氧化氢(441))的液体溶液引入到烟道气可以引起下列反应发生:
3NO2+H20→2HNO3+NO
SO2+H2O2&H2SO4
CO2+H2O→H2CO3→HCO3+H+
在一个或多个实施方案中,在经过COMPLY 2000设备(417)的第一阶段中的雾化阵列1(418)以后,烟道气然后在也位于COMPLY 2000设备(417)的第一阶段中的冷却盘管1(419)上经过。当烟道气在冷却盘管1(419)上经过时,从烟道气除去一定量的热。当冷却烟道气时,水膜可以在冷却盘管1(419)上发展。在一个或多个实施方案中,该水膜用于捕获HNO3、H2SO4和H2CO3,每一种目前都是液体形式。可以从冷却盘管1(419)将水膜(即,废水)和液体酸(例如,HNO3、H2SO4和H2CO3)的混合物除去到平衡槽(450)。平衡槽(450)可以是COMPLY 2000设备(417)的一部分,或平衡槽(450)可以是分开的废水容纳设施的一部分。
在一个或多个实施方案中,在经过COMPLY 2000设备(417)的第一阶段中的冷却盘管1(419)以后,烟道气经过COMPLY 2000设备(417)的第二阶段,所述第二阶段基本上类似于COMPLY 2000设备(417)的第一阶段配置。换言之,COMPLY 2000设备(417)的第二阶段可以包括雾化阵列2(420)和冷却盘管2(421)。COMPLY 2000设备(417)的第二阶段(以及每一个另外的阶段,如果有的话)可以用于捕获没有在第一阶段捕获的烟道气污染物。在具有雾化阵列2(420)和冷却盘管2(421)的第二阶段中,重复以上关于包括雾化阵列1(418)和冷却盘管1(419)的第一阶段描述的过程。
在一个或多个实施方案中,在COMPLY 2000设备(417)的第二阶段中,可以将RO水和过氧化氢(441)的混合物喷雾到烟道气中。所述混合物可以是上述第一阶段中使用的相同混合物。还可以使用雾化泵2(437)加压所述混合物。可以用控制阀门2(439)调节混合物的流动。在一个或多个实施方案中,将废水和液体酸引导到以上关于第一阶段所述的相同平衡槽(450)。备选地,不同的平衡槽(未显示)可以用于收集第二阶段中产生的废水和液体酸。
在一个或多个实施方案中,烟道气,在经过COMPLY 2000设备(417)的最终阶段以后,与它进入第一阶段时相比处于较低的温度并且降低量的CO2。然后可以将烟道气经过工业排气扇(422)和排气风门(423)接着是排气烟囱(424)引导到大气。在一个或多个实施方案中,当生成烟道气的锅炉(例如,以上关于图3描述的锅炉(301))和Comply 2000设备(417)在操作时,排气风门(423)是开的。排气风门(423)在锅炉和/或关联设备关机期间可以是关闭的。
如上所述,随着烟道气引导经过每一雾化阵列(例如,雾化阵列1(418)、雾化阵列2(420)),每一阶段中的冷却盘管(例如,冷却盘管1(419)和冷却盘管2(421))可以降低烟道气的温度。进入Comply 2000设备(417)的第一阶段的烟道气温度可以是约320°F。在第一阶段中,随着雾化阵列1(418)增加湿度而没有使烟道气饱和,烟道气温度可以降低到大约到280°F。在烟道气引导经过第一阶段中的冷却盘管1(419)以后,烟道气温度可以降低到大约160°F,在此所述烟道气进入第二阶段。第二阶段中的雾化阵列2(420)再次可以增加烟道气湿度到接近饱和,从而进一步降低烟道气的温度。当烟道气经过第二阶段中的冷却盘管2(421)时,烟道气的温度可以变成低到100°F。
在一个或多个实施方案中,将每个冷却盘管(例如,冷却盘管1(419)、冷却盘管2(421))设计用于高温和腐蚀性潮湿条件。可以由ARI(目前称为空气调节、加热和制冷研究所)或类似的权威认证每种冷却盘管。另外,可以根据ARI 410认证程序验证每种冷却盘管。在一个或多个实施方案中,冷却盘管是有翅片的铜管,其中管翅片表面独立地缠绕到每一个管,从而使冷却盘管能够膨胀和收缩,而不用对翅片/管联接物施加应力。冷却盘管的每一管可以焊银到集管和回管上,以允许高工作压力能力。
可以将中间的管支架焊接到每一个具有超过40″的标准管长度的冷却盘管上的外壳上,以减少大盘管共有的中垂。可以将全部冷却盘管浸在保护涂料中。(Heresite是威斯康星州马尼托沃克的Heresite保护涂料公司的注册商标)。在用于侧面取回的轨道上,将冷却盘管安装的COMPLY 2000设备(417)中。冷却盘管的集管可以由大厚度(heavy gage)钢构成。用于冷却盘管的外壳可以由大厚度钢构成并焊接以确保可以在没有支架的情况下堆叠冷却盘管。
在一个或多个实施方案中,具体地对于具有两个阶段的COMPLY2000设备(417),将进料冷却盘管(即,冷却盘管(419)和冷却盘管(421))的水从冷却塔(428)经过冷却泵(429)抽取。可以首先将水从冷却塔(428)经过一系列管道(430)和控制阀门(431)递送到第二阶段的冷却盘管2(421)。递送到第二阶段的冷却盘管2(421)的水的温度可以是约70°F。当水离开用于递送到第一阶段的冷却盘管1(419)的第二阶段的冷却盘管2(421)时,可以将它的温度加热直到大约至110°F。第一和第二阶段的冷却盘管可以串联连接以使从烟道气提取的热量最大化。在流经第一阶段的冷却盘管1(419)以后,水温可以增加到大约220°F。
在一个或多个实施方案中,一旦离开第一阶段的冷却盘管1(419),则将水引导到控制阀门(426)和连接到换热器1(432)的管道(425)网络。在本发明的一个或多个实施方案中,换热器1(432)中使用的另一种流体是来自下面关于实施例3所述的酸分离系统的一种或多种液体酸。换热器1(432)中使用的另一种流体可以由管道(434)网络和调节另一种流体进入到换热器1(432)的流量的控制阀门(433)递送到换热器1(432)。在一个或多个实施方案中,在被加热以后,另一种流体经过管道(435)网络离开换热器1(432)。
在一个或多个实施方案中,在水流过其中水温被降低的换热器1(432)以后,将水引导经过一系列管道(427)到冷却塔(428)。在冷却塔(428)中,可以将水进一步冷却,之后将其送回到第二阶段中的冷却盘管2(421)以重复所述过程。
返回到上述平衡槽(450),平衡槽(450)容纳在COMPLY 2000设备(417)的第一和第二阶段中从烟道气除去的全部液体污染物(即,酸和微粒)。将液体酸从平衡槽(450)抽取并引导经过泵(451)到酸分离系统,所述酸分离系统例如如下面在实施例3中描述。在一个或多个实施方案中,在平衡槽(450)的底部,通过从烟道气除去微粒而产生的污泥沉降并收集。泵(454)可以用于引导污泥到pH控制槽(455),在此将污泥稀释并且中和。
在一个或多个实施方案中,锅炉进料水可以由一系列调节器和控制阀门(443)经过泵(445)经过D/A控制阀门(446)分配到D/A槽。例如,D/A槽可以是如上关于实施例1和图3所述的脱气槽(311)。
在一个或多个实施方案中,锅炉进料水可以由一系列调节器和控制阀门(443)经过泵(447)分配到pH控制槽(455)。化学品储槽(458)可以含有用来中和pH控制槽(455)中的酸的试剂。化学品储槽中的试剂可以经过化学品泵(459)引导到pH控制槽(455),在此将试剂加入到污泥并由混合器(457)混合。可以在混合过程期间使用位于pH控制槽(455)中的pH指示器(456)监控污泥和试剂的混合物的pH水平。可以添加试剂直到已经达到混合物的pH水平并且已经产生中和的溶液。从pH控制槽(455),中和的溶液可以经过泵(460)引导到废水压滤机(461)。
在一个或多个实施方案中,废水压滤机(461)是高度有效的、紧凑的脱水装置,用于从液体料浆以压缩滤饼的形式分离固体。废水压滤机(461)包括结构化框架、过滤室(由在凹板系统中的凹进部分形成,或由板和框系统中的框形成)和滤布。在一个或多个实施方案中,废水压滤机(461)是用于固体或液体分离的分离装置,其在进料压力或挤压压力上工作以减少过程或废料浆中的液体含量或减少产品中的固体含量。废水压滤机(461)可以由一系列水平安置的垂直滤板组成,每一个滤板都用材料诸如纸、毡或合成的编织材料覆盖。称为骨架的机械结构可以用于支撑滤板,并且闭合机构可以在所述板的密封面上提供所需的力,以抵消施加的过滤力(挤压)。从废水压滤机(461)挤压的水可以引导经过泵(448)到控制阀门(449),在此将水调节并经过RO控制阀门(444)再引入到RO系统(440)。
本领域技术人员将理解,接收系统诸如COMPLY 2000设备(417)也可以配置成除了除去CO2、NOX和SO2之外还除去其它污染物。这些其它污染物可以包括但不限于,汞(Hg)和颗粒物质(例如,PM2.5、PM10)。
实施例3-酸分离系统
考虑图5中显示的实施例,其描述酸分离系统。具体地,酸分离系统可以配置成从包括废水的混合物中分离酸并纯化所述酸。在所述酸分离系统中,从接收系统接收液体形式的混合物,例如,如上关于实施例2所述。在一个或多个实施方案中,混合物是从接收系统接收的并储存在酸槽(552)中。泵(553)将混合物从酸槽(552)发送到酸分离系统的滴滤池(562)。
如上关于图1所述,滴滤池(562)使用空气(525)以从混合物分离包括酸的杂质而产生废水。从滴滤池(562)中流出的废水可以在不同的过程中再利用。在该实施例3中,使用泵(565)和一系列管道(566)将来自滴滤池(562)的废水送到反渗透(RO)系统。例如,RO系统可以是以上关于实施例2所述的接收系统中的RO系统(440)。大混合物中分离的杂质形成污泥。至于由滴滤池(562)产生的污泥(包括酸),另一系列管道(563)将来自滴滤池(562)的污泥引导经过化学品泵(464)到多袋过滤器系统(567)。多袋过滤器系统(567)使用容器中容纳的褶式滤筒的袋从污泥除去油和其它粒子。多袋过滤器系统(567)释放液体酸与具有许多杂质。从多袋过滤器系统(567),使用管道(568)将液体酸引导经过化学品泵(569)到酸容纳槽1(570)。
从酸容纳槽1(570),将液体酸引导经过化学品泵(571)和一系列管道(572)到换热器2(573)。在换热器2(73)中,将液体酸加热到高于液体酸沸点(例如,在170°F和185°F之间)但是低于水的沸点(即,212°F)的温度。在本发明的一个或多个实施方案中,液体酸是如上关于实施例2的接收系统中的换热器所述的“其它流体”。将换热器2(573)中为了提高液体酸温度而使用的流体经过一系列管道(535)发送,从而使用控制阀门(520)控制流体的流量和体积,之后进入换热器2(573)。在离开换热器2(573)后,使用泵(523)将用于加热液体酸的流体经过另一系列的管(534)送回到接收系统。
从换热器2(573),使用管道(574)将目前是液体和气体两种形式的酸都引导到蒸汽分离器1(575)中。蒸气形式的酸经过管道(576)离开蒸汽分离器1(575)而被蒸馏器1(579)接收。使用泵(577),液体形式的酸离开蒸汽分离器1(575)经过管道(572)被送回到换热器2(573)。蒸馏器1(579)接收来自蒸汽分离器1(575)的蒸气形式的酸并独立蒸馏不同的酸(例如,HNO3、H2SO4和H2CO3)中的每一种。在该实施例3中,蒸馏器1(579)是一个具有多个隔室的大容器,每一种蒸气形式的酸一个隔室。蒸馏器1(579)从每一种气体形式的酸除去水。蒸馏器1(579)也收集液体并将收集的液体经由一系列管道(578)送回到酸容纳槽1(570)。蒸馏器1(579)可以利用分离蒸气形式的酸的方法,所述的方法基于所述的酸在沸腾液体混合物中挥发性的差异。一旦每一种酸在蒸馏器1(579)中蒸馏,则将每一种酸经过管道(例如,管道(580)、(581)、(582))独立地送到公用集管(526),在此将酸再混合在一起。
从公用集管(526),将酸蒸气送到冷凝器1(583),在此将酸蒸气暴露于低于大气压力的压力并且冷却以液化所述酸。与冷凝器1(583)关联的是激冷器(584)、冷却塔(589),管(585)、(586)、(591)的网络,和将激冷的水和冷凝器水分配到冷凝器1(583)、激冷器(584)和冷却塔(589)的泵(590)。在本发明的一个或多个实施方案中,冷却塔(589)是以上关于实施例2和图4所描述接收系统中的相同冷却塔(428)。使用该网络分配激冷的水和冷凝器水对于保证将充分的冷却提供给冷凝器1(583)以便将酸性气体转变成液体是必须的。从冷凝器1(583),然后将液体酸引导经过化学品泵(592)和一系列管道(593)到酸容纳槽2(594)。在该实施例3中,酸容纳槽2(594)是与酸容纳槽1(570)不同的酸容纳槽。
从酸容纳槽2(594),将混合的液体酸经过化学品泵(595)经由一系列管道(596)引导到换热器3(597)。将液体酸引导经过换热器3(597),在此如在换热器2(573)中,将液体酸加热到高于液体酸沸点(例如,在170°F和185°F之间)但是低于水的沸点(即,212°F)的温度。在本发明的一个或多个实施方案中,液体酸是如上关于实施例2的接收系统中的换热器所述的“其它流体”。将换热器中用来提高液体酸温度而使用的流体发送经过一系列管道(535),从而使用控制阀门(520)控制流体的流量和体积,之后进入换热器3(597)。在离开换热器3(597)后,使用泵(523)将用于加热液体酸的流体经过另一系列的管(534)送回到接收系统。
从换热器3(597),使用管道(598)将目前是液体和气体两种形式的酸引导到蒸汽分离器2(599)中。蒸气形式的酸经过管道(501)离开蒸汽分离器2(599)而被蒸馏器2(503)接收。液体形式的酸离开蒸汽分离器2(599),使用泵(527)经过管道(596)被送回到换热器3(597)。蒸馏器2(503)接收来自蒸汽分离器2(599)的蒸气形式的酸并独立蒸馏不同的酸(例如,HNO3、H2SO4和H2CO3)中的每一种。在该实施例3中,如关于蒸馏器1(579)的情况,蒸馏器2(503)是一个具有多个隔室的大容器,每一种蒸气形式的酸一个隔室。蒸馏器2(503)从每一种气体形式的酸除去水。蒸馏器2(503)也收集液体并将收集的液体经由一系列管道(528)送回到酸容纳槽2(594)。蒸馏器2(503)可以利用分离酸的方法,所述的方法基于所述的酸在沸腾液体混合物中挥发性的差异。一旦每一种酸在蒸馏器2(503)中蒸馏,则将每一种酸经过管道(例如,管道(504)、(505)、(506))独立地送到分离冷凝器(例如,冷凝器2(507)、冷凝器3(509)、冷凝器4(511))。具体地,分离的第一种酸是碳酸,因为它在最低温度沸腾并且经由管道(506)引导出蒸馏器2(503)并被送到冷凝器4(511)。分离的第二种酸是硝酸并经由管道(505)引导出蒸馏器2(503)并被送到冷凝器3(509)。分离过程中的最后的酸是硫酸并经由管道(504)从蒸馏器2(503)引导出并被送到冷凝器2(507)。
在冷凝器2(507)、冷凝器3(509)和冷凝器4(511)的每一个中,分开的酸蒸气暴露于低于大气压力的压力并冷却以液化所述酸。与冷凝器1(583)一样,与冷凝器2(507)、冷凝器3(509)和冷凝器4(511)关联的是激冷器(584),冷却塔(589),管(585)、(586)、(591)的网络和将激冷的水和冷凝器水分配到冷凝器2(507)、冷凝器3(509)、冷凝器4(511)、激冷器(584)和冷却塔(589)的泵(587)、(588)、(590)。使用该网络分配激冷的水和冷凝器水对于确保将充分冷却提供给冷凝器2(507)、冷凝器3(509)和冷凝器4(511)以便将每一种气体形式酸转变成液体是必须的。从冷凝器2(507)、冷凝器3(509)和冷凝器4(511),然后使用分开的管道(508)、(510)和(512)将液体酸引导到酸转化系统,所述酸转化系统如下关于实施例4所描述。具体地,将碳酸用冷凝器4(511)冷却下来,然后经由管道(512)送到酸转化系统的酸收集槽3(605)。将硝酸用冷凝器3(509)冷却下来,然后经由管道(510)送到酸转化系统的酸收集槽2(604)。将硫酸用冷凝器2(507)冷却下来,然后经由管道(508)送到酸转化系统的酸收集槽1(603)。
实施例4-酸分离系统
考虑图6中显示的实施例,其描述酸转化系统。具体,可以将酸转化系统配置成分离酸并将酸转化成伯醇、仲醇和/或叔醇,其每一种可以用作替代燃料或用于许多其它应用,包括但不限于,与燃煤发电设施和工业加工厂有关的方法。在酸转化系统中,独立接收每一种酸(即,不与其它酸或化学品混合)。将来自酸分离系统(例如,如上关于实施例3所述)的每一种酸以液体形式接收在分开的收集槽(例如,收集槽1(603)、收集槽2(604)和收集槽3(605))中。
从收集槽3(605),将碳酸引导经过雾化泵3(617),在此将碳酸压力增加到约150psi。从雾化泵3(617),高压碳酸流过控制阀门3(608),所述控制阀门调节碳酸压力和流量以保持碳酸的均匀分布。将高压碳酸从控制阀门3(608)送到水解室3(620)。将碳酸均匀引导到水解室3(620)中容纳的第一高压雾化喷嘴阵列中。同时,使用高压泵3(626)从试剂储槽3(629)抽取试剂,所述高压泵将试剂压力增加到约150psi。在该实施例4中,所述试剂是氢化铝锂(LiAlH4)。从高压泵3(626),高压氢化铝锂流过控制阀门6(623),所述控制阀门调节氢化铝锂的压力和流量以保持氢化铝锂的均匀分布。将高压氢化铝锂从控制阀门6(623)送到水解室3(620)。将氢化铝锂均匀引导到水解室3(620)中容纳的第二高压雾化喷嘴阵列中。
用于碳酸和氢化铝锂的第一和第二高压雾化喷嘴阵列相互对着定向,因此将存在碳酸和氢化铝锂的接触碰撞。细的碳酸和氢化铝锂液滴在约150psi相互进行接触,从而产生引起水解反应的高破裂能。随着水解反应完成,得到的醇滴到水解室3(620)的底部并且经由排液管道(634)送到醇储槽3(635)。
从收集槽2(604),将硝酸引导经过雾化泵2(616),在此将硝酸压力增加到约150psi。从雾化泵2(616),高压硝酸流过控制阀门2(607),所述控制阀门调节硝酸的压力和流量以保持硝酸的均匀分布。将高压硝酸从控制阀门2(607)送到水解室2(619)。将硝酸均匀引导到水解室2(619)中容纳的第一高压雾化喷嘴阵列中。同时,使用高压泵2(625)从试剂储槽2(628)抽取试剂,所述高压泵将试剂压力增加到约150psi。在该实施例4中,试剂是ROH。从高压泵2(625),高压试剂流过控制阀门5(622),所述控制阀门调节试剂的压力和流量以保持试剂的均匀分布。将高压试剂从控制阀门5(622)送到水解室2(619)。将试剂均匀引导到水解室2(619)中容纳的第二高压雾化喷嘴阵列中。
用于硝酸和试剂的第一和第二高压雾化喷嘴阵列相互对着定向,因此将存在硝酸和试剂相互对着接触碰撞。细的硝酸和试剂液滴在约150psi相互进行接触,从而产生引起水解反应的高破裂能。随着水解反应完成,得到的醇(在该实施例中,硝酸酯(RO-NO2))滴到水解室2(619)的底部并经由排液管道(632)送到醇储槽2(633)。
从收集槽1(603),将硫酸引导经过雾化泵1(615),在此将硝酸压力增加到约150psi。从雾化泵1(615),高压硫酸流过控制阀门1(606),所述控制阀门调节硫酸的压力和流量以保持硫酸的均匀分布。将高压硫酸从控制阀门1(606)送到水解室1(618)。将硫酸均匀引导到水解室1(618)中容纳的第一高压雾化喷嘴阵列中。同时,使用高压泵1(624)从试剂储槽1(627)抽取试剂,所述高压泵将试剂压力增加到约150psi。在该实施例4中,所述试剂是烯烃(CH2=CH2)。从高压泵1(624),高压试剂流过控制阀门4(621),所述控制阀门调节试剂的压力和流量以保持试剂的均匀分布。将高压试剂从控制阀门4(621)送到水解室1(618)。将试剂均匀引导到水解室1(618)中容纳的第二高压雾化喷嘴阵列中。
用于硫酸和试剂的第一和第二高压雾化喷嘴阵列相互对着定向,因此将存在硫酸和试剂相互对着接触碰撞。细的硫酸和试剂液滴在约150psi相互进行接触,产生引起水解反应的高破裂能。随着水解反应完成,得到的醇(在该实施例中,硫酸氢烷基酯(CH3CH2OSO2OH))滴到水解室1(618)的底部并经由排液管道(630)送到醇储槽1(631)。
将本发明,连同COMPLY 2000技术应用到140MW燃煤发电设施,实现下列结果:2,245.2磅/小时的SOX(约96%除去),541.9磅/小时的NOX(约98%除去)和25,531磅/小时CO2(约10%除去)。
本发明的一个或多个实施方案消除了从燃烧过程产生的烟道气中至少百分之十(10%)的二氧化碳。消除二氧化碳减少温室气体排放,从而改善空气质量,并且在管制地区中,改善设施对于二氧化碳排放和/或其它一些排放规则可以具有的法规符合性要求。本发明的一个或多个实施方案可以通过容许具有法规符合性要求的设施在超过它的排放限度以前运行更多小时而提高能量安全性。
在本发明的一个或多个实施方案中,生产伯醇、仲醇和/或叔醇。这些醇可以具有多种用途,包括但不限于替代燃料、用于化学品或产品的成分和在涉及化学品的过程中的催化剂。通过容许运行在燃烧过程中使用的设备所需要的辅助动力用完本发明的方法生产的醇而不是外部购买,可能来自外来来源,产生可以用作燃料的醇还增强能量安全性。
通过使用现有废热回收,诸如在换热器和蒸馏器中,本发明的一个或多个实施方案降低操作成本并增加效率。本发明的一个或多个实施方案通过从废水流分离每一种单独的酸而减少或除去与中和一种或多种酸有关的成本。
虽然已经相对于有限数量的实施方案描述了本发明,但是受益于该公开内容的本领域技术人员将理解,可以设计不背离本文中公开的本发明范围的其它实施方案。因此,本发明的范围应当仅受限于后附权利要求。
Claims (20)
1.一种将二氧化碳(CO2)转化成醇的方法,所述方法包括:
使来自燃烧过程的包含CO2的烟道气流与水雾接触以产生液体碳酸(H2CO3)和废水的混合物;
从所述混合物中提取液体H2CO3;
将所述液体H2CO3加压以产生加压的液体H2CO3;
将所述加压的液体H2CO3与第一液体试剂在第一水解室中结合;和
从所述加压的液体H2CO3与所述第一液体试剂结合而产生所述醇。
2.权利要求1的方法,所述方法还包括:
从所述水解室提取所述醇;和
使用所述醇作为燃料以在设施处产生动力。
3.权利要求1的方法,其中所述第一液体试剂是氢化铝锂(LiAlH4)。
4.权利要求1的方法,其中所述醇是伯醇。
5.权利要求1的方法,其中从所述混合物中提取所述液体H2CO3包括:
将所述混合物接收在包含介质的滴滤池中,所述混合物在需氧条件下流动到所述介质上,导致微生物膜的层形成在所述介质上;和
使用所述微生物膜的层,从所述混合物中除去微生物杂质。
6.权利要求5的方法,其中从所述混合物中提取所述液体H2CO3还包括:
将所述混合物接收在包括多个袋的多袋过滤器系统中,每个袋包括容纳在容器中的褶式滤筒并且配置成从所述混合物除去油和粒子。
7.权利要求6的方法,其中从所述混合物中提取所述液体H2CO3还包括:
将所述混合物接收在换热器中;
将所述换热器中的混合物加热到第一和第二温度之间,其中第一温度是H2CO3的沸点并且其中所述第二温度是所述废水的沸点;
将液体H2CO3转化成蒸气H2CO3;
将来自所述换热器的混合物接收在蒸汽分离器中;
使用所述蒸汽分离器,从所述混合物中除去蒸气H2CO3;
将来自所述蒸汽分离器的蒸气H2CO3接收在蒸馏器中;和
使用所述蒸馏器,从所述蒸气H2CO3中除去所述废水。
8.权利要求7的方法,其中从所述混合物中提取所述蒸气H2CO3还包括:
使用冷凝器,接收来自所述蒸馏器的蒸气H2CO3;
将蒸气H2CO3冷却到低于所述第一温度的第三温度;和
将所述蒸气H2CO3转化成液体H2CO3。
9.权利要求1的方法,其中所述混合物还包含液体硫酸(H2SO4)和液体硝酸(HNO3)。
10.权利要求9的方法,所述方法还包括:
从所述混合物中将所述液体H2SO4和所述液体HNO3连同所述液体H2CO3一起提取;
使用换热器,加热所述液体H2CO3、所述液体H2SO4和所述液体HNO3;
将所述液体H2CO3转化成蒸气H2CO3,将所述液体H2SO4转化成蒸气H2SO4,并且将所述液体HNO3转化成蒸气HNO3;
在蒸馏器中分离所述蒸气H2CO3、所述蒸气H2SO4和所述蒸气HNO3;
将所述蒸气H2CO3,所述蒸气H2SO4和所述蒸气HNO3中的每一种分开冷凝以分别再产生液体H2CO3、所述液体H2SO4和所述液体HNO3;
分开加压所述液体H2CO3、所述液体H2SO4和所述液体HNO3中的每一种;
将加压的液体H2SO4与第二液体试剂在第二水解室中结合;
从所述加压的液体H2SO4与所述第二液体试剂结合而产生仲醇;
将加压的液体HNO3与第三液体试剂在第三水解室中结合;和
从所述加压的液体HNO3与所述第三液体试剂结合而产生叔醇。
11.一种将二氧化碳(CO2)转化成醇的系统,所述系统包括:
接收系统,所述接收系统包括加压水喷雾阵列并且配置成:
使来自燃烧过程的包含CO2的烟道气流与水雾接触以产生液体碳酸(H2CO3)和废水的混合物;
酸分离系统,所述酸分离系统配置成:
从所述混合物中分离所述液体H2CO3;并且
纯化所述液体H2CO3以产生纯化的液体H2CO3;和酸转化系统,所述酸转化系统包括多个雾化泵、试剂储槽和多个水解室,所述酸转化系统配置成:
使用所述多个雾化泵中的第一个将所述纯化的液体H2CO3加压以产生加压的液体H2CO3;
将所述加压的液体H2CO3与从所述试剂储槽提取的第一液体试剂在所述多个水解室的第一个室中结合;并且
从所述加压的液体H2CO3与所述第一液体试剂结合而产生第一伯醇。
12.权利要求11的系统,其中所述酸转化系统还包括醇储槽,以储存所述第一伯醇作为燃料使用,以在设施处产生动力。
13.权利要求11的系统,其中所述混合物还包括液体硫酸(H2SO4)和液体硝酸(HNO3)。
14.权利要求13的系统,其中所述酸分离系统进一步配置成:
从所述混合物中分离所述液体H2SO4和所述液体HNO3;
纯化所述液体H2SO4和所述液体HNO3;和
将所述液体H2CO3、所述液体H2SO4和所述液体HNO3储存在分开的酸槽中。
15.权利要求14的系统,其中所述酸转化系统进一步配置成:
使用所述多个雾化泵中的第二个加压所述纯化的液体H2SO4以产生加压的液体H2SO4;
将所述加压的液体H2SO4与第二液体试剂在所述多个水解室中的第二个中结合;
从所述加压的液体H2SO4与所述第二液体试剂结合而产生醇,其中所述醇是由仲醇和叔醇组成的组的一种;
使用所述多个雾化泵中的第三个加压所述纯化的液体HNO3以产生加压的液体HNO3;
将所述加压的液体HNO3与第三液体试剂在所述多个水解室中的第三个中结合;并且
从所述加压的液体HNO3与所述第三液体试剂结合而产生第二伯醇。
16.权利要求11的系统,其中所述酸分离系统还包括:
滴滤池,所述滴滤池配置成接收来自所述接收系统的所述混合物并且从所述混合物中除去微生物杂质,其中所述滴滤池包含介质,所述混合物在需氧条件下流动到所述介质上,导致微生物膜的层形成在所述介质上。
17.权利要求16的系统,其中所述酸分离系统还包括:
多袋过滤器系统,所述多袋过滤器系统配置成接收来自所述滴滤池的所述混合物并且包括多个袋,每个袋包括容纳在容器中的褶式滤筒并且配置成从所述混合物中除去油和粒子。
18.权利要求17的系统,其中所述酸分离系统还包括:
第一换热器,所述第一换热器配置成:
接收来自所述多袋过滤器系统的所述混合物;
将所述混合物加热到第一和第二温度之间,其中所述第一温度是所述液体H2CO3的沸点并且其中所述第二温度是所述废水的沸点;并且
将所述液体H2CO3转化成蒸气H2CO3;
第一蒸汽分离器,所述第一蒸汽分离器配置成:
接收来自所述第一换热器的所述混合物;并且
除去所述蒸气H2CO3;和
第一蒸馏器,所述第一蒸馏器配置成:
接收来自所述第一蒸汽分离器的所述蒸气H2CO3;并且
从所述蒸气H2CO3中除去所述废水。
19.权利要求18的系统,其中所述酸分离系统还包括:
冷凝器,所述冷凝器配置成:
接收来自所述第一蒸馏器的所述蒸气H2CO3;并且
通过将蒸气H2CO3冷却到低于所述第一温度的第三温度而将所
述蒸气H2CO3转化成液体H2CO3。
20.权利要求19的系统,其中所述酸分离系统还包括:
第二换热器,所述第二换热器配置成:
接收来自所述冷凝器的所述液体H2CO3;
将所述液体H2CO3加热到所述第一和第二温度之间;并且
将所述液体H2CO3转化成蒸气H2CO3;
第二蒸汽分离器,所述第二蒸汽分离器配置成:
接收来自所述第二换热器的所述混合物;并且
从所述混合物中除去所述蒸气H2CO3;和
第二蒸馏器,所述第二蒸馏器配置成:
接收来自所述第二蒸汽分离器的所述蒸气H2CO3;并且
从所述蒸气H2CO3中除去所述废水。
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