CN104640622B - 用于除去二氧化碳的可再生的吸收剂 - Google Patents

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Abstract

提供一种适合于用作用于从气体流中除去二氧化碳的吸收剂的混合盐组合物，该组合物呈固体形式并且包含氧化镁、碱金属碳酸盐和碱金属硝酸盐，其中该组合物具有以至少约3:1的Mg:X原子比为特征的摩尔过量的镁，其中X是碱金属。还提供一种用于制备该混合盐的工艺，该工艺包括：使镁盐与包含碱金属离子、碳酸根离子和硝酸根离子的溶液混合以形成包含固体混合盐的浆体或胶体，该固体混合盐包含碳酸镁；从浆体或胶体中分离该固体混合盐以形成湿饼；干燥该湿饼以形成包含该固体混合盐的干饼；和煅烧该干饼以形成混合盐吸收剂。

Description

用于除去二氧化碳的可再生的吸收剂
发明领域
本发明涉及一种适于从气体流中、特别是以相对高的温度和相对低的CO2分压为特征的废气流中捕获CO2的可再生的固体吸收剂材料，以及使用此类吸收剂的工艺和系统以及制造此类吸收剂的方法。
发明背景
据报道，化石燃料的燃烧是大气中二氧化碳(CO2)的增加的浓度的主要原因。虽然正在进行研究以改进能源效率并且替代低碳燃料以对抗这个问题，这些方法将可能不足以将大气的CO2浓度的增长限制到可接受的水平。因此，对开发用于防止CO2释放到大气中的方法即碳捕获和存储(CCS)技术存在极大的兴趣。
大量技术可用于从气体流中除去CO2，包括用溶剂(例如，使用胺类，比如单乙醇胺或二乙醇胺)的湿法化学吸收、膜分离、低温分馏和使用分子筛的吸附。用于从气体流中除去CO2的另一种方法包括干法涤气，这意指用通过化学吸收/吸附除去CO2的干燥的可再生的吸收剂处理工艺气体。
用于从气体流中捕获CO2的现有技术遭受大量的缺点。能源部门已报道当在大型发电厂的情况下考虑时现有的CO2捕获技术不是节约成本的。当实施多种这些CO2捕获技术时，从现有工厂产生的净电力将显著减少，因为由工厂产生的电力中的高百分比将必须用于捕获并压缩CO2。此外，在多种应用中必须除去CO2的工艺条件致使现有技术不可用。例如，包括汽车尾气、水泥窑烟道气、轧钢厂烟道气、柴油发电机废气、和多种其他工业和工艺气体流的废气流对常规的燃烧后CO2捕获技术而言简直太热(多达600℃)。还此外，这些气体流的CO2分压对于使天然气脱硫或合成气CO2捕获技术有效来说太低，通常少于14.7psiaCO2。高温和低CO2分压的组合使得开发能够从这些气体流中有效地除去CO2的材料成为重大的挑战。
美国专利第5,480,625号和第5,681,503号涉及用于从可居住的封闭空间除去二氧化碳的吸收剂，所述吸收剂包括作为活性剂的金属氧化物(例如，氧化银)和碱金属碳酸盐。然而，给定的仅有的示例性的吸收剂再生温度范围是160℃-220℃，这太低而不能用于大部分废气应用。
美国专利第6,280,503号描述用于在300℃至500℃的范围内的温度下从气体流中除去CO2的优选地用碱金属碳酸盐或碱金属碳酸氢盐促进的包含氧化镁的固体吸收剂。
美国专利第6,387,337号描述利用以碱金属化合物或碱土金属化合物的形式的吸收剂并且据称在200°F至2000°F的温度范围内操作的CO2捕获系统。
美国专利第6,387,845号涉及任选地通过添加碱金属碳酸盐促进并且能够在超过约500℃的温度下操作的包含硅酸锂的吸收CO2的吸收剂。
美国专利第7,314,847号涉及用于CO2捕获的可再生的吸收剂，所述吸收剂包括与选自以下的一种或更多种活性组分组合的粘合剂：碱金属氧化物、碱金属氢氧化物、碱土金属氧化物、碱土金属氢氧化物、碱性钛酸盐、碱性锆酸盐和碱性硅酸盐。吸收剂被描述为能够在25℃至600℃的温度范围内操作。
美国专利第8,110,523号描述用于CO2捕获的吸收剂，所述吸收剂包含与高表面积载体和粘合剂组合的碱金属碳酸盐或碱金属碳酸氢盐。专利提出吸收剂可以在40℃-200℃的温度范围内操作。
在本领域中，存在对开发能够从气体流中、特别是以相对高的温度和相对低的CO2分压为特征的废气流中有效地除去CO2的吸收剂材料的持续需求。
发明概述
本发明提供混合盐组合物，所述混合盐组合物适合于用作用于从气体流中除去二氧化碳的吸收剂，组合物呈固体形式并且包含：i)氧化镁；ii)碱金属碳酸盐；和iii)碱金属硝酸盐，其中组合物具有以至少约1.1:1的Mg:X原子比为特征的摩尔过量的镁，其中X是碱金属。吸收剂适合于从宽范围的含有CO2的气体流中除去二氧化碳，并且特别地非常适合于以低的CO2分压和适度高的温度为特征的废气的CO2涤气。在一个实施方案中，本发明的吸收剂的小球具有如通过壳方法(Shell method)测定的至少约0.3MPa的压碎强度。
在某些实施方案中，碱金属包括钠。Mg:X原子比可以变化，但将常常是至少约4:1或至少约6:1。碱金属硝酸盐通常以基于混合盐组合物的总的干重的按重量计至少约1％的量存在。示例性的吸收剂混合物是MgO:Na2CO3:NaNO3。
本发明还提供用于从气体流中除去二氧化碳的方法，所述方法包括使含有二氧化碳的气体流与包含本发明的混合盐组合物的吸收剂材料接触。在某些实施方案中，接触步骤在约100℃至约450℃的温度(例如，约250℃至约375℃)和约1psia至约300psia的在气体流中的二氧化碳分压下发生。在一个实施方案中，气体流具有低的二氧化碳分压，比如少于约20psia(例如，少于约14psia、少于约10psia、少于约5psia、或少于约3psia)。在一个实施方案中，吸收剂材料在约250℃至约350℃的吸收温度下呈现出至少约10重量百分比CO2的CO2负载。
容纳本发明的吸收剂的吸收器的类型不特别地受限制，并且可以包括例如固定床吸收器或流化床吸收器。吸收剂是可再生的，这意指吸收剂可以被处理以引起二氧化碳的解吸并且被再使用。再生步骤可以变化，并且示例性的再生工艺包括变压吸附、变温吸附、或其组合。再生步骤将常常包括，与接触步骤期间的温度和压力相比，升高吸收剂材料的温度或降低应用于吸收剂材料的压力。在变压吸附的情况下，总压力可以保持恒定或接近恒定，然而CO2的分压被降低，比如通过用蒸气清洗。
在另一个方面中，本发明提供用于制备本发明的混合盐组合物的工艺，所述工艺包括：使镁盐与包含碱金属离子、碳酸根离子和任选的硝酸根离子的溶液混合以形成包含固体混合盐的浆体或胶体，所述固体混合盐包含碳酸镁；从浆体或胶体中分离固体混合盐以形成固体混合盐的湿饼；干燥湿饼以形成包含固体混合盐的干饼；和煅烧干饼以形成根据本发明的混合盐组合物。
混合步骤可以包括使含有溶解的碱金属碳酸盐和任选的溶解的碱金属硝酸盐的第一溶液与含有溶解的镁盐的第二溶液混合以形成作为共沉淀物的固体混合盐。在有利的实施方案中，共沉淀工艺中使用的镁盐是高度水溶性的，比如在25℃和一个大气压下具有至少约10g每100ml或至少约40g每100ml的水溶解度的镁盐。示例性的水溶性镁盐包括硝酸镁、乙酸镁和氯化镁。溶液中的碳酸根离子通常源自被添加至溶液的包含碳酸根离子的沉淀盐(precipitating salt)(例如，碱金属碳酸盐或碳酸铵)。
可选择地，混合步骤可以包括将固体镁盐(例如，碱式碳酸镁)与上述溶液合并以形成作为胶体的固体混合盐。在一个实施方案中，将固体镁盐与含有溶解的碱金属碳酸盐和溶解的碱金属硝酸盐的溶液合并以形成作为胶体的固体混合盐。
附图简述
在已经如此大体描述本发明后，现在将参考不一定按比例绘制的附图，并且其中：
图1是示出用于使用本发明的吸收剂以从气体流中除去CO2的工艺的流程图；
图2是示出期望的MgO:Na2CO3:NaNO3组成的根据本发明制备的吸收剂的X射线粉末衍射(XRD)图；
图3图示地示出对于在实施例1中制备的吸收剂，使用低CO2分压的原料气的在不同的温度下的CO2负载特性；
图4图示地示出对于在实施例2中制备的吸收剂，使用低CO2分压的原料气的在不同的温度下的CO2负载特性；
图5图示地示出对于在实施例1中制备的吸收剂，使用变化的CO2分压的原料气的在两个温度下的CO2负载特性；
图6图示地示出碱金属选择对根据本发明的吸收剂的CO2负载特性的影响；
图7图示地示出镁盐选择对根据本发明的吸收剂的CO2负载特性的影响；
图8图示地示出试剂混合物中Mg:Na原子比对根据本发明的吸收剂的CO2负载特性的影响；
图9图示地示出沉淀溶液浓度对根据本发明的吸收剂的CO2负载特性的影响；
图10图示地示出沉淀剂选择对根据本发明的吸收剂的CO2负载特性的影响；
图11图示地示出生产方法对根据本发明的吸收剂的CO2负载特性的影响；
图12图示地示出在凝胶化生产方法中的氧化镁来源对根据本发明的吸收剂的CO2负载特性的影响；和
图13图示地示出干燥工艺选择对根据本发明的吸收剂的CO2负载特性的影响。
发明详述
现在，在下文中将参照其中示出本发明的某些但非所有的实施方案的附图更充分地描述本发明。实际上，这些发明可以按多种不同的形式被实施并且不应当被理解成受限于本文中陈述的实施方案，提供这些实施方案以便本公开内容将满足可适用的法律要求。同样的数字是指的是同样的元件。除非上下文另有明确规定，否则如在本说明书和所附权利要求中使用的单数形式“一个(a)”、“一个(an)”、“所述(the)”包括复数指示物。
本发明提供混合盐组合物，所述混合盐组合物适合于用作用于从气体流中除去二氧化碳的吸收剂，组合物呈固体形式并且包含氧化镁、碱金属碳酸盐、和碱金属硝酸盐，其中组合物具有以至少约1.1:1的Mg:X原子比为特征的摩尔过量的镁，其中X是碱金属。Mg:X原子比的示例性范围包括至少约2:1、至少约3:1、至少约4:1、至少约5:1、至少约6:1、至少约7:1和至少约8:1。注意到，吸收剂中的两种碱金属盐将通常包含相同的碱金属(例如，钠)，然而可以使用不同的碱金属的混合物而不脱离本发明。本发明的吸收剂的一个实施方案是混合物MgO:Na2CO3:NaNO3。虽然不受操作理论的束缚，但相信的是，本发明的吸收剂以碳酸镁(MgCO3)的形式负载CO2，而吸收剂的碱金属组分促进CO2通过其被吸收剂捕获的反应。使用本发明的吸收剂还可以除去工艺气体流中的其他酸性气体组分，比如H2S、COS、SO2、ΝΟX物质、及类似物。在某些情况下，这些酸性气体可能被不可逆地吸收。
Mg和碱金属的相对量可以依据质量来表征。在某些实施方案中，混合盐吸收剂包含按重量计至少约60％的氧化镁(基于混合盐组合物的总的干重)、更通常按重量计至少约70％、至少约75％或至少约80％的氧化镁(例如，约70％至约90％的MgO重量范围)。在某些实施方案中，混合盐吸收剂包含基于混合盐组合物的总的干重的按重量计至少约8％的碱金属碳酸盐(例如，碳酸钠)，比如按重量计至少约10％、按重量计至少约12％或按重量计至少约14％(例如，约8％至约18％的碱金属碳酸盐重量范围)。在某些实施方案中，混合盐吸收剂包含基于混合盐组合物的总的干重的按重量计至少约1％的碱金属硝酸盐(例如，硝酸钠)，比如按重量计至少约2％、按重量计至少约3％或按重量计至少约5％(例如，约1％至约10％的碱金属硝酸盐重量范围)。
如本文中所使用，“镁盐”指的是包含作为阳离子的镁的离子化合物。“碱金属盐”指的是包含作为阳离子的碱金属的离子化合物。碱金属(即，第1族元素，以前称作第IA族元素)可以变化，并且明确地包括锂、钠、钾、铷、铯和钫。与镁盐或碱金属盐相连的阴离子可以变化，并且特定的实例包括碳酸根、乙酸根、氯化物、氢氧根、氧化物和硝酸根。
本发明的混合盐吸收剂可以通过CO2负载能力来表征。本发明的吸收剂的某些实施方案能够实现至少约10重量百分比CO2、至少约15重量百分比CO2、至少约20重量百分比CO2或至少约25重量百分比CO2(例如约10至约30重量百分比CO2)的CO2负载。虽然吸收剂的组成可以影响峰值吸收温度，在一个实施方案中，在约250℃至约350℃范围内的吸收温度下实现上文提到的CO2负载水平。
吸收剂组合物通常以具有约150目-425目的粒径的颗粒形式使用，然而可以使用其他的粒径范围而不脱离本发明。在某些实施方案中，吸收剂组合物可以包含另外的组分。例如，吸收剂可以包括一种或更多种惰性粘合剂用于多个目的，比如以利于粒化或挤压、改进处理、增强颗粒强度、或减少穿过填充的吸收剂床的压降。示例性的粘合剂包括碱性硅酸盐、无机粘土、勃姆石和有机粘合剂(例如，淀粉、纤维素聚合物例如甲基纤维素、聚乙酸乙烯酯和木素磺酸盐)。在吸收剂的操作温度(例如，约100℃至约450℃)下，本发明中使用的粘合剂应当是化学稳定的。在某些情况下，某些粘合剂对吸收剂的性能是有害的。例如，已确定的是，勃姆石的使用通常是不利的，因为可推测地由于吸收剂的碱金属促进剂和勃姆石之间的相互作用，勃姆石的存在减少CO2负载性能。
某些粘合剂比如甲基纤维素可以赋予最终的吸收剂组合物多孔性。在煅烧步骤期间除去这种类型的有机粘合剂，在吸收剂挤出物内留下孔隙网络。
虽然某些粘合剂材料还可以增强吸收剂的颗粒强度，但已确定的是，本发明的吸收剂可以不需要粘合剂来增强颗粒强度，因为发现在没有粘合剂的情况下制成的本发明的吸收剂的压碎强度近似地等于包含勃姆石粘合剂的本发明的吸收剂组合物。如通过壳方法测定的本发明的吸收剂的小球(即挤出物)的压碎强度通常是至少约0.3MPa、至少约0.4MPa或至少约0.5MPa(例如，约0.3MPa至约1MPa的压碎强度范围)。
本发明的吸收剂组合物还可以包含作为用于混合盐组合物的载体的多孔材料。示例性的多孔载体包括铝矾土、活性炭、粘土(例如，无定形的、结晶的或混合层的粘土)、金属氧化物(例如，氧化铁、氧化铝、氧化镁和氧化锆)、硅酸镁、分子筛、硅胶和沸石。
虽然本发明的吸收剂具有超过碱金属的大的摩尔过量的Mg，用于产生最终产物的初始试剂混合物将通常呈现出摩尔过量的碱金属。因为碱金属在水中是更可溶的，在导致形成最终的混合盐组合物的反应期间更多的碱金属将保持在溶液中，并且在被采取以实现固体混合盐从溶液中分离的步骤(例如，过滤或洗涤步骤)期间损失更多的碱金属。
如实施例9中所示，在共沉淀方法中使用的初始试剂混合物中碱金属超过镁的摩尔过量的程度可以变化，并且将影响用于吸收剂的CO2负载水平和最佳吸收温度水平。依据Mg:X原子比的较大的碱金属含量比如大于约1:3、大于约1:4、大于约1:5、大于约1:6、大于约1:7或大于约1:8倾向于增加吸收剂的最大CO2负载容量以及最佳吸收温度两者。在较低的吸收温度是合意的情况下，较低的摩尔过量可以是适当的。对于初始试剂混合物，用于共沉淀方法的典型的摩尔过量范围是约1:3至约1:10的Mg:X比。
本发明的混合盐吸收剂组合物可以通过利于从溶液形成固体混合盐的任何工艺(例如，共沉淀工艺或凝胶化工艺/胶体工艺)制成。选择在工艺中使用的盐，使得在反应时MgCO3以沉淀物被形成。本发明的工艺将通常包括在溶液中在存在碳酸根离子和硝酸根离子的情况下使镁盐和碱金属盐混合。碳酸根离子通常由沉淀剂提供以便促进期望的镁盐的形成。在某些实施方案中，沉淀剂和碱金属盐可以是相同的试剂，这意指碱金属盐是碳酸盐，从而提供必需的碱金属含量和碳酸根离子两者。在典型的共沉淀工艺中，镁盐和碱金属盐两者皆以溶解的形式被提供并且每种盐的溶液被合并并且被混合，这产生本发明的混合盐吸收剂的期望的沉淀物。混合步骤通常包括使含有溶解的碱金属碳酸盐和硝酸盐(例如，碳酸钠和硝酸钠)的第一溶液和含有溶解的镁盐(例如，硝酸镁)的第二溶液混合以形成作为共沉淀物的本发明的固体混合盐。
溶液中的碳酸根离子源自被添加至溶液的包含碳酸根离子的沉淀盐。如上所述，碱金属盐自身可以是碳酸根离子的来源(例如，碳酸钠)，或可以使用除碱金属盐之外的碳酸根离子的其他来源(例如，碳酸铵)。在混合步骤中混合的盐中的至少一种是硝酸盐并且在混合步骤中混合的盐中的至少一种是碳酸盐。除可商购的试剂级的碱金属盐之外，在某些情况下也可以使用商品级的试剂，比如使用苏打粉作为碳酸钠来源。
如下文实施例8中所提到，在共沉淀工艺中使用的镁盐的水溶解度可以在最大CO2负载和最佳吸收温度两个方面对吸收剂的性能具有显著的影响。使用具有较高水溶解度水平的镁盐增强CO2负载。在某些实施方案中，镁盐的水溶解度为至少约10g每100ml(在25℃和一个大气压下)、或至少约40g每100ml。示例性的水溶性镁盐包括硝酸镁、乙酸镁和氯化镁。
由于需要大量的溶剂，其中每种盐最初都处于溶液中的共沉淀工艺可能难以放大。因此，在某些实施方案中，混合盐吸收剂通过下述的工艺形成：在所述工艺中，盐组分中的至少一种(通常是镁盐)以固体的形式被添加至其他盐(通常是碱金属盐)的溶液中，导致本发明的期望的混合盐吸收剂的胶体凝胶化。这种工艺形成分散于溶液中的期望的固体混合盐的稳定胶体。已确定的是，本文描述的凝胶化工艺可以被用于放大生产(例如，至300g批量大小)本发明的吸收剂而不损失二氧化碳捕获性能。
在凝胶化工艺的一个实施方案中，基本上不溶于水的固体镁盐比如碱式碳酸镁(basic magnesium carbonate)(例如，具有式4MgCO3·Mg(OH)2xH2O的碱式碳酸镁(magnesium carbonate hydroxide))与含有碱金属离子、碳酸根离子和硝酸根离子的溶液混合。溶液将通常包含溶解的碱金属碳酸盐(和/或其他碳酸根离子来源)和溶解的碱金属硝酸盐。使固体镁盐与溶解的碱金属溶液混合导致液固反应，并且最终形成分散于溶液中的期望的混合盐吸收剂材料的稳定胶体。在凝胶化工艺中，期望的混合盐产物的形成以与溶胶凝胶工艺相似的方式进行，使混合盐产物作为溶液内的分散的稳定的胶体相或网络形成。注意的是，固体镁盐与碱金属离子、碳酸根离子和硝酸根离子的溶液接触的方式可以变化。镁盐和多种碱金属盐(例如，碳酸钠和硝酸钠)的粉末可以使用本领域已知的碾磨/研磨技术以干燥的形式被预混合并且然后与水合并以产生期望的溶液。可选择地，首先可以制备碱金属离子、碳酸根离子和硝酸根离子的溶液，随后添加固体镁盐。
在胶体或共沉淀工艺中，工艺步骤通常包括：
i)使镁盐与含有碱金属离子、碳酸根离子和硝酸根离子的溶液混合以形成包含固体混合盐的浆体或胶体，其中在溶液中碱金属盐与镁盐的混合物具有以至少约1:3的Mg:X原子比为特征的摩尔过量的碱金属，其中X是碱金属；
ii)从浆体或胶体中分离固体混合盐以形成固体混合盐的湿饼；
iii)干燥湿饼以形成包含固体混合盐的干饼；和
iv)煅烧干饼以形成根据本发明的混合盐吸收剂组合物。
可以使用本领域已知的任何常规的分离和干燥设备和技术进行分离和干燥步骤。典型的分离步骤包括离心和/或过滤，任选地伴有一个或更多个洗涤步骤。示例性的干燥设备包括喷雾干燥器、旋转干燥器、急骤干燥器、输送带式干燥器(conveyer dryer)、流化床干燥器、以及类似物。干燥步骤的温度和时间可以取决于干饼的期望的水分含量而变化。典型的温度范围是约50℃至约150℃并且典型的干燥时间是约2小时至约24小时。
在干燥之后，干饼优选地经受煅烧步骤。此步骤增强吸收剂的CO2负载容量。煅烧温度和时间可以取决于吸收剂的期望最终特性而变化，但将通常包括400℃至500℃的范围内的最大温度和约2小时至约10小时的时间。通过以例如约1℃至约5℃每分钟的缓变率(ramp rate)斜升吸收剂的温度来进行煅烧。在煅烧之后，混合盐组合物将呈干燥的粉末的形式。可以使用本领域已知的碾磨或研磨设备根据需要来调整粉末的粒径。
吸收剂粉末还可以任选地与粘合剂组合并且在最终加工之前被挤压成期望的粒度。挤压步骤还可以在煅烧之前发生，使得煅烧过程驱除存在于最终的吸收剂挤出物中的任何有机粘合剂材料。还此外，可以使用本领域中已知的技术用多孔载体掺合吸收剂粉末，比如通过在干燥处理的载体之后使多孔载体与吸收剂粉末的浆体混合。此外，吸收剂材料可以被浆体化并且被喷雾干燥以形成可流体化的颗粒。
若形成吸收剂挤出物，用于挤出物的干燥程序可以影响挤出物小球的压碎强度。压碎强度随着干燥速率增加而下降。因此，在使吸收剂经受较高温度之前允许挤出物保持在室温下是有利的。此外，在干燥期间较低的缓变率对于减少干燥对压碎强度的影响是有用的，比如少于约0.5℃/min或少于约0.4℃/min或少于约0.3℃/min的温度缓变率。
通过使含有二氧化碳的气体流与包含本发明的混合盐组合物的吸收剂材料在足够用于吸收剂从工艺气体流中除去全部或一部分CO2的温度下接触持续足够用于吸收剂从工艺气体流中除去全部或一部分CO2的时间，本发明的混合盐吸收剂组合物可以被用来从气体流中除去二氧化碳。在图1中示意性地陈述使用吸收剂的工艺。含有CO2的工艺气体在步骤10中被接收并且在步骤20中与本发明的吸收剂接触。在步骤30中可以撤回具有减少的CO2含量的处理过的工艺气体。最终，吸收剂将变得被CO2饱和并且需要如步骤40中提到的再生，所述再生通常包括使惰性气体穿过吸收剂并且改变吸收剂的温度或压力条件以利于CO2从吸收剂中解吸。再生步骤可以导致在步骤50中产生浓缩的CO2气体流。然而，若不需要高质量的CO2产物气体，可以通过用热气比如蒸气或空气或另外的稀释剂清洗产生高度稀释的CO2气体流。
根据本发明的待被处理的工艺气体可以变化。其中需要减少气体混合物的CO2浓度的包含CO2的任何气体混合物将适合于在本发明中使用。示例性的工艺气体包括来自化石燃料燃烧过程的任何废气(例如，由包括工业锅炉的燃烧化石燃料的发电厂产生的烟道气体流、来自具有内燃机的车辆的尾气、水泥窑烟道气、轧钢厂烟道气、制造玻璃的烟道气和柴油发电机废气)或由煤炭的气化或天然气的重整产生的合成气。例如，本发明的吸收剂可以被用于先进的动力系统例如整体煤气化联合循环(IGCC)、低排放锅炉系统(LEBS)、高性能动力系统(HIPPS)和增压流化床燃烧器(PFB)。
特别感兴趣的是其中CO2是不合意的副产物或污染物的化学转化工艺，比如将温热的合成气转化成氢气，比如：从源自用于发电(例如在燃气轮机中)的煤炭、生物质或天然气的合成气制氢的环境下；用于化学转化的制氢比如氨；或以用于生产甲醇和费托产物(Fischer Tropsch product)的H2与CO的期望的比的合成气生产。将本发明的吸收剂包括到合成气处理工艺中可以由从合成气中独立地除去CO2、在除去CO2之后使用本发明的吸收剂的合成气的水煤气转换、或同时发生的合成气的水煤气转换和被称作吸附增强的水煤气转换的CO2除去组成。本发明的吸收剂的另外用途可以包括在含碳燃料向氢气和合成气的直接转化的过程中的用途(即，重整和局部氧化)、或在化学转化过程中的再循环流的CO2涤气中的用途，所述再循环流比如在环氧乙烷生产、甲烷和乙烷的氧化偶联、或二甲醚生产中包括的再循环流。
在待用本发明的吸收剂处理的工艺气体中的CO2分压可以变化。用于工艺气体的典型的CO2分压范围是约1psia至约300psia。在一个实施方案中，如实施例5中所例示，吸收剂在从以高温(例如，大于约400℃或大于约425℃)和高的CO2分压(例如，大于约30psia、大于约50psia或大于约80psia)为特征的气体流中除去CO2上是有效的。然而，本发明的吸收剂在与多种类型的废气相关的工艺条件即适度高的温度(例如，约100℃至约450℃、更典型地约250℃至约375℃)和低的CO2分压(例如，少于约20psia、少于约14psia、少于约10psia、或少于约5psia、或少于约3psia)下也是有效的。
吸收剂材料与工艺气体接触的方式可以变化。通常，吸收剂被容纳在床中的吸收器内并且工艺气体穿过床。吸收剂的床可以呈使用本领域已知的吸收器设计和再生器设计的固定床构造或流化床构造。若使用吸收剂的固定床，系统可以包括平行布置的多个吸收剂床，使得需要再生的床可以被带到线下并且被再生。在此实施方案中，通过简单地改变流经容器的气体以及容器中的温度和/或压力，使相同的容器用作吸收器和再生器两者。在另一个实施方案中，使用吸收剂的流化床，并且可以使用处于流体连通的分开的吸收器和再生器。在此实施方案中，负载CO2的吸收剂从吸收器行进至分开的再生器容器，在该再生器容器中，CO2从吸收剂中被剥离，然后吸收剂以连续流或半连续流被运输回到吸收器。
用于再生吸收剂的方法将变化，但将通常包括改变由吸收剂的床经历的温度或压力以利于释放/解吸束缚于混合盐组合物中的CO2。可以使用再生吸收剂的已知方法，比如包括真空变压吸附的变压吸附(PSA)、变温吸附(TSA)、或其组合(例如，组合的TSA-PSA工艺)。这种再生工艺包括应用于吸收剂的升高温度或降低压力中的一种或更多种以使CO2解吸到穿过吸收剂床的惰性气体(例如，氮气或蒸气)中。在某些实施方案中，本发明的吸收剂能够在约375℃至约450℃的温度下再生。
最终，吸收剂将变得被CO2饱和，并且吸收剂材料中的CO2负载的水平可以通过在与吸收剂接触之前和之后测量并且对比工艺气体流中的CO2含量来确定。当明显地不再有CO2从工艺气体流中被除去时，吸收剂可以通过例如使其加热至解吸温度再生。通过测量离开再生的吸收剂的浓缩的CO2气体流中含有的CO2的量，技术人员可以确定吸收剂何时准备好再使用。通过吸收剂再生产生的CO2气体流可以如本领域已知的被多价螯合(sequester)，或被用作需要CO2的工艺比如多种化学品的生产中的原材料、被用作灭火系统的组分、用于软饮料的碳酸化、用于食品的冷冻、用于增强从油井中的油回收、以及用于处理碱性水。
实施例
实施例1：通过凝胶化制备的吸收剂
如下制备包含以75.8:16:8.2的质量比的MgO:Na2CO3:NaNO3的吸收剂。将碱式碳酸镁(4MgCO3·Mg(OH)2x H2O)的量(395g)添加到800ml溶解于去离子水中的碳酸钠(42.18g)和硝酸钠(21.63g)的溶液中。得到的混合盐胶体被搅拌30分钟、被覆盖并且被允许在环境温度下搁置过夜(多达16小时)。此后，在120℃下于烘箱中干燥胶体过夜(多达16小时)以形成干饼。
然后，通过以3℃/分钟的缓变率从120℃加热至450℃，随后在450℃的温度下保持4小时来煅烧干饼。压碎并且筛分煅烧过的饼以收集150-425目的部分。
实施例2：通过共沉淀制备的吸收剂
镁钠混合盐吸收剂通过从两种起始溶液中沉淀固体来制备。将含有溶解于3000ml去离子水中的233.4g的Na2CO3的第一溶液置于5.0升塑料烧杯中，并且用机械搅拌器剧烈搅拌。将188.4g Mg(NO3)2:6H2O在500ml去离子水中的第二溶液以大约30ml/分钟的速率泵送至第一溶液内。得到的浆体被搅拌一小时，并且然后被覆盖并且在环境条件下被存储过夜。此后，使用真空辅助的布氏漏斗组件过滤浆体以收集湿的沉淀物饼。收集约3200ml的滤液并且然后在120℃下于烘箱中干燥24小时以形成干饼。然后，如实施例1中描述地煅烧、压碎并且筛分干饼。使用电感耦合等离子体(ICP)分析和元素分析(CHONS)的组合以确定/评估煅烧过的材料的分子物质组成。发现吸收剂具有大约86.8:8.8:4.4的MgO:Na2CO3:NaNO3的质量组成和9.8:1的Mg:Na摩尔比。如图2中所示，对煅烧过的吸收剂粉末采集XRD图并且清楚地观察到MgO、Na2CO3和NaNO3的存在，这证实制备的吸收剂具有期望的MgO:Na2CO3:NaNO3。
实施例3：实施例1的吸收剂的二氧化碳负载
使用配备有Horiba NDIR CO2分析器以测量进入和离开反应器的气体中的CO2的浓度的常规的填充床反应器系统、使用由13％CO2、13％H2O和余量的N2组成的模拟的废气(即具有1.9psia的CO2分压的废气)评估在实施例1的吸收剂上负载的CO2的量。填充床反应器负载有6g实施例1中制备的吸收剂并且负载有某种量的惰性的碳化硅(SiC)以占据另外的反应器体积。然后，在流动N2中以10℃/min将反应器加热至450℃以活化吸收剂并且保持在此温度下直至反应器流出物中的CO2浓度降到低于0.1％。在流动N2中将反应器冷却至最低吸收温度。在反应器在期望的吸收温度下稳定后，通过CO2分析器来证实模拟的原料气的组成(13％CO2、13％H2O、余量的N2)。当CO2浓度稳定即在最小5分钟期间偏离设定点+/-0.1％时，将模拟的废气进料至反应器。通过CO2分析器连续地测量反应器流出物的CO2浓度，并且继续循环的吸收阶段直至流出物中的CO2浓度达到先前测量的进料浓度的90％。这对应于90％的突破点。此时，将原料气改变为纯的N2并且用于反应器的温度以5℃/min斜升至450℃。在450℃下保持反应器直至反应器流出物中的CO2浓度减小到低于0.1vol％、或超过2小时的时间，这指示吸收剂再生的完成。然后，将反应器温度减少至期望的吸收温度，并且重复上文描述的吸收-再生程序。
图3指示在以25℃增量的从200℃至425℃的温度范围内在吸收剂上负载的二氧化碳的量。如所示，测试示出在宽的温度范围内吸收剂在吸收CO2上的有效性，并且在大约300℃下具有最大负载。
实施例4：实施例2的吸收剂的二氧化碳负载
使用在实施例3中概括的相同实验过程分析实施例2的吸收剂的CO2负载能力。图4指示在从100℃至425℃的温度范围内在实施例2的吸收剂上负载的二氧化碳的量。如所示，测试示出在宽的温度范围内吸收剂在吸收CO2上的有效性，并且在大约350℃下具有最大负载。
实施例5：使用高CO2分压的工艺气体的实施例1的吸收剂的二氧化碳负载
评估用于从温热的高CO2分压的工艺气体流中除去CO2的实施例1描述的混合盐吸收剂。存在可以被描述为温热的高CO2分压的工艺气体流的工业相关的工艺气体流的大量实例，比如去硫的合成气、高温和低温转换的合成气(high-temperature and low-temperature shifted syngas)和含有CO2的氢气。
在此实施例中，具有多种CO2分压的含有CO2和N2的简单气体混合物被用于模拟温热的高CO2分压的工艺气体流。使用配备有Horiba NDIRCO2分析器以测量进入和离开反应器的气体中的CO2的浓度的常规的填充床反应器进行CO2摄取和释放的测量。填充床反应器负载有4g实施例1中制备的吸收剂并且使某种量的惰性材料(碳化硅)与吸收剂混杂以占据剩下的反应器体积。然后，在大约100ml/min的N2下，以10℃/min将反应器加热至450℃以活化吸收剂并且保持在此温度下直至反应器流出物中的CO2浓度降到低于0.1％。然后，通过位于反应器的下游的压力控制阀使反应器的压力升高至300psia并且保持在300psia下。反应器被冷却至通常在375℃和450℃之间的范围的期望的吸收温度。在反应器在期望的吸收温度下稳定后，通过位于压力控制阀下游的CO2分析器证实含有CO2和N2的模拟的温热的工艺气体的组成。当CO2浓度稳定即在最小5分钟期间偏离设定点+/-0.1％时，将模拟的工艺气体进料至反应器。
评估的CO2分压在从15psia至150psia的范围中。通过CO2分析器连续地测量反应器流出物的CO2浓度，并且继续循环的吸收阶段直至流出物中的CO2浓度达到先前测量的进料浓度的90％。这对应于90％的突破点。通过整合进入和离开反应器的CO2的质量流率之间的差来确定被吸收剂吸收的CO2的量即CO2摄取。在已经达到90％的突破点后，将原料气改变成纯的N2或改变成具有比吸收阶段中使用的更低的CO2含量的CO2/N2混合物。反应器温度保持在吸收温度下或降低至更低的温度。使反应器停留在再生阶段直至反应器流出物中的CO2浓度减小至<0.1vol％(大于原料流中的CO2浓度)。然后，使反应器温度和CO2浓度返回到期望的吸收条件并且可以重复实验。
图5中提供的结果报告作为CO2分压和吸收温度的函数的Mg-Na混合盐吸收剂的CO2负载容量。增加模拟的温热的工艺气体中的CO2分压导致CO2负载的大幅增加。在本研究中，评估的最大CO2分压是150psia，这对应于具有300psia的总压力的CO2和N2的50-50混合物。在此CO2分压下，吸收剂在430℃和450℃下分别能够负载52.2wt％CO2和49.6wt％CO2。对于CO2分压<20psia CO2，吸收剂在评估的任一温度下不吸收可测量的量的CO2。具有随着CO2分压减小到低于100psia的CO2负载的迅速减小的CO2负载曲线的形状对于变温、变压和变分压吸附工艺布置和由变温和变压的组合组成的工艺布置是有前景的。这些结果还指示本发明的吸收剂的实施方案对于除了以更适度的温度和非常低的CO2分压为特征的废气应用之外的高温、高CO2分压应用是有用的。
实施例6：实施例1的吸收剂的再生
确定可以在规定温度下在再生尾气中实现的最大CO2分压。在这些实验中，使用基本上如实施例5中描述的实验系统，实施例1的吸收剂在450℃和150psia的CO2分压下负载有CO2。然后，在无流动的情况下通过从450℃冷却至期望的再生温度使负载CO2的吸收剂再生，并且在达到期望的温度后，将原料气切换成15psia CO2、余量的N2。通过下游的NDIRCO2分析器测量离开反应器的气体中的CO2含量。在下文的表中呈现的结果报告在吸收剂在指示的温度下在具有15psia的CO2分压的再生气体中再生期间观察到的最大CO2分压(ppCO2)。这些结果指示可以在规定温度下在再生尾气中实现的最大CO2分压。发现在吸收剂再生期间可以实现的最大CO2分压从450℃至410℃减小。在410℃下，发现吸收剂完全不再生，并且因此，再生尾气中的最大CO2分压少于15psia CO2。这些结果指示实施例1的Mg-Na吸收剂可以通过在与负温度变化(negative temperature swing)组合的变分压工艺中再生。
表1
实施例7：碱性元素对吸收剂性能的影响
碱性元素对混合盐吸收剂的影响通过用元素周期表中前三个碱土金属(具体是：锂(Li)、钠(Na)和钾(K))制备吸收剂来评估。混合盐吸收剂依照相同的共沉淀制备法来制备并且具有相同的1:6的Mg:碱金属摩尔比。在下文的表2中提供的实验条件(温度、气体组成和气时空速(GHSV))下在固定床反应器系统中评估用于从模拟的废气中除去CO2的制备的吸收剂。
表2
图6中示出碱性元素对混合盐吸收剂的性能的影响。这些结果暗示碱性元素的选择(例如，Li、Na、K)可以被用于调节吸收剂的操作窗口。依据这些结果，似乎含有钠(Na)的吸收剂为多种应用提供最好的操作温度范围，并且这类吸收剂还能够实现最高的CO2负载。然而，含有Li或K的吸收剂也被示出吸收二氧化碳。含有钠的吸收剂在约100℃至约425℃的温度范围内吸收CO2，在约350℃下达到最大值。含有锂的吸收剂在200℃下最有效并且被示出在约200℃至约275℃的温度范围内吸收CO2，然而含有钾的化合物在从约300℃至约425℃的范围中的较高温度下吸收CO2，在约350℃下具有峰值。
实施例8：镁源对吸收剂性能的影响(共沉淀方法)
可能影响吸收剂的组成和性能的制备参数之一是镁的来源，所述镁的来源可能影响在沉淀期间形成的盐物质。由于碳酸镁或氧化镁是盐混合物中的目标镁化合物，需要选择优先导致形成这些物质的镁源。在此研究中，镁源对混合盐吸收剂的性能的影响通过从硝酸镁(Mg(NO3)2)、氧化镁(MgO)和氢氧化镁(Mg(OH)2)制备吸收剂来评估。这些吸收剂依照具有1:6的Mg:Na摩尔比的相同的共沉淀制备程序来制备。在实施例7中使用的相同的实验条件(温度、气体组成和气时空速(GHSV))下在固定床反应器系统中评估用于从模拟的废气中除去CO2的制备的吸收剂。
图7中提供用于混合盐吸收剂的作为温度的函数的镁源对CO2负载的影响。如可以看出的是，从硝酸镁制备的吸收剂实现比氧化镁或氢氧化镁吸收剂显著更大的CO2负载，这指示镁源对吸收剂的性能具有显著影响。然而，所有三种测试的镁盐皆产生吸收二氧化碳的吸收剂。这些镁源之间的主要差异是盐在水中的溶解度。例如，硝酸镁在水中的溶解度是125g/100ml，而氢氧化镁的溶解度是1.2mg/100ml。
虽然不受任何特定的操作理论束缚，虽然依照相同的制备程序，似乎得到的吸收剂材料经由不同的途径形成。硝酸镁制备的混合盐可能通过向含有完全溶解的硝酸镁的溶液中添加碳酸钠(Na2CO3)溶液来形成。在添加碳酸钠时，形成白色沉淀物即混合盐。由于镁离子和钠离子之间的阴离子交换，可能发生沉淀，其中形成碳酸镁、氢氧化镁和硝酸镁以及硝酸钠和碳酸钠的混合物。
使用氧化镁和氢氧化镁制成的吸收剂由于其在水中受限的溶解度而可能依照不同的途径。依照相同的程序，将含有碳酸钠的溶液缓慢添加到含有氢氧化镁的充分混合的浆体的溶液。由于沉淀物的存在，不可能观察到或区分混合盐物质的沉淀。
CO2负载结果指示镁源、并且具体是源化合物在水中的溶解度在制备具有高的CO2负载容量的混合盐吸收剂中是非常重要的参数。虽然使用硝酸镁制备的吸收剂呈现出非常良好的CO2负载容量，其他高度水溶性的镁盐比如氯化镁(54.3g/100ml)和乙酸镁(39.6g/100ml)对于生产本发明的吸收剂也将是有用的。
实施例9：Mg:Na摩尔比对吸收剂性能的影响
应理解的是，CO2被负载在以MgCO3的形式的本发明的吸收剂上，这已通过XRD被证实，并且钠物质虽然被明确地包括在CO2捕获机制中，但却不存储CO2。因此，为了更彻底地理解钠在混合盐吸收剂中在CO2捕获机制中的作用，制备在试剂混合物中具有在1:3至1:8的范围内的Mg:Na摩尔比的若干吸收剂样品。除了在沉淀阶段期间使用的Na2CO3的量之外，依照相同的共沉淀制备程序来制备吸收剂。在实施例7中使用的相同的实验条件(温度、气体组成和气时空速(GHSV))下在固定床反应器系统中评估用于从模拟的废气中除去CO2的制备的吸收剂。
图8中呈现的实验结果指示Mg:Na摩尔比确实影响吸收剂的CO2负载。对于使用摩尔过量的钠(例如，1:6和1:8)制备的吸收剂，吸收剂的性能与先前的发现一致。CO2负载容量随着吸收温度增加，经过在350℃下的大约13wt％CO2的最大值，并且随着增加的吸收温度迅速减小。将钠摩尔过量从6增加至8对吸收曲线的一般形状似乎具有很小的影响。对两种材料，峰值CO2负载是在350℃下的大约12wt％，并且随着增加的温度，两者皆呈现出CO2负载的迅速减小。对于具有较大量的钠的吸收剂，可观察到的仅有的差异是用于低于350℃的温度的CO2负载的稍微减小。
将钠含量减小至1:4及以下(例如1:3)似乎显著影响CO2负载简况。虽然，具有等摩尔的Mg:Na比的吸收剂实现评估的吸收剂的最低CO2负载，其在250℃下呈现出峰值负载。因此，将吸收剂的钠含量减小至1:3的Mg:Na比导致在250℃下CO2负载的显著增加。通过减少吸收剂的钠含量将峰值CO2负载从350℃转换至250℃是显著并且有前景的发现。此发现暗示CO2经由不同的机制与混合盐吸收剂相互作用，并且通过调节组成可以影响机理和最终的操作窗口。
实施例10：沉淀溶液浓度对吸收剂性能的影响
可能影响吸收剂性能的制备参数之一是沉淀溶液的浓度。在此研究中，制备在四种沉淀溶液浓度(0.05、0.1、0.2和0.3M)下具有相同组成的混合盐吸收剂。这些吸收剂依照具有1:6的Mg:Na摩尔比的相同的共沉淀制备程序来制备。在实施例7中使用的相同的实验条件(温度、气体组成和气时空速(GHSV))下在固定床反应器系统中评估用于从模拟的废气中除去CO2的制备的吸收剂。
在图9中示出用于混合盐吸收剂的作为温度的函数的沉淀溶液浓度对CO2负载的影响。沉淀溶液的浓度对吸收剂的性能具有显著影响。减小沉淀溶液的浓度导致峰值负载温度从350℃降低至250℃和275℃之间。除了转换峰值负载温度之外，负载的CO2的量从12wt％增加至大约20wt％。从低浓度溶液制备的吸收剂的性能是特别令人感兴趣的，因为那些吸收剂在较低的温度下实现较大的CO2负载和峰值负载两者。
实施例11：沉淀剂对吸收剂性能的影响
此研究评估沉淀剂对混合盐吸收剂的性能的作用。评估两种沉淀剂：碳酸钠(Na2CO3)和碳酸铵((NH4)2CO3)。使用稍微不同的共沉淀技术制备样品。第一样品通过向硝酸镁溶液缓慢添加碳酸钠溶液来制备。第二样品通过向硝酸镁和硝酸钠的混合物缓慢添加碳酸铵溶液来制备。这些吸收剂被制备成具有1:6的Mg:Na摩尔比。在实施例7中使用的相同的实验条件(温度、气体组成和气时空速(GHSV))下在固定床反应器系统中评估用于从模拟的废气中除去CO2的制备的吸收剂。
图10中提供用于Mg-碱性混合盐吸收剂的作为温度的函数的沉淀剂对CO2负载的影响。制备的材料的性能是显著不同的。碳酸钠制备的材料呈现出宽的吸收曲线，而碳酸铵制备的吸收剂具有较窄的温度范围，在所述较窄的温度范围内观察到CO2的吸收在约300℃下具有尖峰(sharpspike)。这些结果暗示沉淀剂对混合盐吸收剂的性能具有影响，这可能对于开发需要窄的吸收温度范围的特定应用是有用的。
实施例12：通过共沉淀方法制备的吸收剂的组成分析
根据实施例2中陈述的一般工艺在不同的沉淀溶液浓度下制备若干混合盐吸收剂组合物。使用电感耦合等离子体(ICP)分析和元素分析(CHONS)的组合以确定/评估每种制备的共沉淀吸收剂的分子物质组成。吸收剂的每种组分的重量百分比通过结合来自这些分析的结果来评估并且这些结果存在于下文的表3中。结果指示减少共沉淀浓度(0.2M→0.05M)导致吸收剂中较高的MgO含量和NaNO3含量的减小。应该注意的是，在恒定pH下制备吸收剂材料。
表3
样品MgO Na2CO3NaNO3
0.05M 84.5914.121.29
0.1M 81.7212.086.20
0.1M 75.8115.998.02
实施例13：对比通过共沉淀工艺和凝胶化/胶体工艺产生的吸收剂的性能
使用本文陈述的共沉淀方法和凝胶化/物理混合方法两者制备具有与上文的表3中示出的0.05M样品相同的组成的本发明的混合盐吸收剂，并且在实施例7中给定的条件下评估CO2捕获性能。图11中提供制备方法对具有相同元素组成的吸收剂的CO2捕获性能的影响。显然，两种吸收剂具有非常相似的CO2负载曲线，使得两种材料都在275℃至300℃下实现大约20wt％CO2负载，使得负载随着增加的吸收温度非常迅速地减小。CO2负载曲线的相似性指示通过不同的制备技术制备的吸收剂具有非常相似的CO2捕获性质并且指示当通过物理混合/凝胶化方法制备时可以保留通过共沉淀制备的表现最好的吸收剂的期望的特性。
实施例14：镁源对吸收剂性能的影响(凝胶化方法)
如实施例1中所提到，碱式碳酸镁(basic magnesium carbonate)(碱式碳酸镁(magnesium carbonate hydroxide))是凝胶化/物理混合物吸收剂中的MgO源。碱式碳酸镁的一个问题是，其具有非常低的堆密度并且比可商购的氧化镁更昂贵。使用粉末的MgO和纳米MgO作为MgO源来制备具有与实施例1中使用碱式碳酸镁制备的吸收剂相同的组成的两种物理混合物样品，以确定是否可以使用较便宜的可商购的氧化镁。在实施例7中给定的条件下对这些吸收剂评估CO2捕获性能。
如通过图12中呈现的结果看出，发现镁源对混合盐吸收剂的CO2负载容量具有显著影响。用氧化镁制备的吸收剂不能实现超过5wt％CO2的CO2负载并且示出随着增加的吸收温度而减小的CO2负载容量。基于MgO的材料未示出对混合盐吸收剂观察到的特性“火山”形状。依据这些结果，似乎碱式碳酸镁应当被用作凝胶化工艺中的镁源。
实施例15：干燥方法对吸收剂性能的影响
评估用于干燥在生产方法中形成的湿吸收剂材料的两种干燥方法以确定干燥方法是否影响吸收剂的性能。两种测试方法是：1)湿滤饼的烘干；和2)吸收剂材料的直接喷雾干燥。具有相同组成的两个吸收剂批次经由喷雾干燥器和过滤/烘干方法来制备。在实施例7中给定的实验条件下评估每种吸收剂的CO2捕获性能。
图13中呈现经由喷雾干燥和过滤/烘干方法制备的吸收剂的CO2捕获性能。这些结果清楚地指示喷雾干燥方法产出优越的CO2捕获吸收剂。与过滤器/烘干的材料相比，喷雾干燥的材料在<300℃的所有捕获温度下呈现出～5wt％的较高的CO2负载。然而，过滤的/烘干的吸收剂也呈现出非常良好的CO2性能，在300℃下实现～18wt％CO2负载。
这些发明所属领域中的技术人员将想到具有前述描述和相关附图中呈现的教导的益处的本文陈述的本发明的多种修改和其他实施方案。因此，应当理解，本发明不受限于公开的特定实施方案并且修改和其他实施方案被意图被包括在所附权利要求的范围内。虽然本文利用特定的术语，但其仅仅以一般意义和描述意义被使用并且不用于限制的目的。

Claims (24)

1.一种混合盐组合物，所述混合盐组合物适合于用作用于从气体流中除去二氧化碳的吸收剂，所述混合盐组合物呈固体形式并且包含：
i)氧化镁；
ii)碱金属碳酸盐；和
iii)碱金属硝酸盐，其中所述混合盐组合物具有以至少1.1:1的Mg:X原子比为特征的摩尔过量的镁，其中X是碱金属；所述碱金属硝酸盐以基于所述混合盐组合物的总的干重的按重量计至少1％的量存在。
2.如权利要求1所述的混合盐组合物，其中所述碱金属包括钠。
3.如权利要求1所述的混合盐组合物，其中所述Mg:X原子比为至少4:1。
4.如权利要求1所述的混合盐组合物，其中所述Mg:X原子比为至少6:1。
5.如权利要求1所述的混合盐组合物，包含混合物MgO:Na2CO3:NaNO3。
6.如权利要求1所述的混合盐组合物，具有通过壳方法测定的以小球形式的至少0.3MPa的压碎强度。
7.一种用于从气体流中除去二氧化碳的方法，包括使含有二氧化碳的气体流与包含权利要求1至6中任一项所述的混合盐组合物的吸收剂材料接触。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述接触的步骤在100℃至450℃的温度下发生。
9.如权利要求7所述的方法，其中所述接触的步骤在250℃至375℃的温度下发生。
10.如权利要求7所述的方法，其中所述气体流中的二氧化碳压力为1psia至300psia。
11.如权利要求7所述的方法，其中所述气体流中的二氧化碳压力少于5psia。
12.如权利要求7所述的方法，其中所述吸收剂材料被包含在固定床吸收器或流化床吸收器内。
13.如权利要求7所述的方法，还包括使用变压吸附、变温吸附、或其组合以引起二氧化碳的解吸来再生所述吸收剂材料的步骤。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述变压吸附是真空变压吸附。
15.如权利要求13所述的方法，其中所述再生的步骤包括，与所述接触的步骤期间的温度和压力相比，升高所述吸收剂材料的温度和降低应用于所述吸收剂材料的压力中的至少一种。
16.如权利要求7所述的方法，其中所述吸收剂材料在250℃至350℃的吸收温度下呈现出至少10重量百分比CO2的CO2负载。
17.一种用于制备混合盐组合物的工艺，包括：
i)使镁盐与包含碱金属离子、碳酸根离子和任选的硝酸根离子的溶液混合以形成包含固体混合盐的浆体或胶体，所述固体混合盐包含碳酸镁；
ii)从所述浆体或胶体中分离所述固体混合盐以形成所述固体混合盐的湿饼；
iii)干燥所述湿饼以形成包含所述固体混合盐的干饼；和
iv)煅烧所述干饼以形成根据权利要求1至6中任一项的混合盐组合物。
18.如权利要求17所述的工艺，其中所述混合的步骤包括使含有溶解的碱金属碳酸盐和任选的溶解的碱金属硝酸盐的第一溶液与含有溶解的镁盐的第二溶液混合以形成作为共沉淀物的所述固体混合盐。
19.如权利要求18所述的工艺，其中在25℃和一个大气压下所述镁盐的水溶解度是至少10g每100ml。
20.如权利要求18所述的工艺，其中所述镁盐选自硝酸镁、乙酸镁和氯化镁。
21.如权利要求17所述的工艺，其中所述混合的步骤包括将固体镁盐与含有溶解的碱金属碳酸盐和溶解的碱金属硝酸盐的溶液合并以形成作为胶体的所述固体混合盐。
22.如权利要求21所述的工艺，其中所述固体镁盐是碱式碳酸镁。
23.如权利要求17所述的工艺，其中所述溶液中的所述碳酸根离子源自被添加至所述溶液的包含碳酸根离子的沉淀盐。
24.如权利要求23所述的工艺，其中所述沉淀盐是碱金属碳酸盐或碳酸铵。
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