CN107427759A - 用于分离和捕集二氧化碳的吸收液以及使用所述吸收液分离和捕集二氧化碳的方法 - Google Patents
用于分离和捕集二氧化碳的吸收液以及使用所述吸收液分离和捕集二氧化碳的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107427759A CN107427759A CN201680018432.2A CN201680018432A CN107427759A CN 107427759 A CN107427759 A CN 107427759A CN 201680018432 A CN201680018432 A CN 201680018432A CN 107427759 A CN107427759 A CN 107427759A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- absorbing liquid
- carbon dioxide
- alkanolamine
- water
- absorbing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
- B01D53/1493—Selection of liquid materials for use as absorbents
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
- B01D53/1418—Recovery of products
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
- B01D53/1425—Regeneration of liquid absorbents
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
- B01D53/1456—Removing acid components
- B01D53/1475—Removing carbon dioxide
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/46—Removing components of defined structure
- B01D53/62—Carbon oxides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
- B01D53/77—Liquid phase processes
- B01D53/78—Liquid phase processes with gas-liquid contact
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/50—Carbon dioxide
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2252/00—Absorbents, i.e. solvents and liquid materials for gas absorption
- B01D2252/10—Inorganic absorbents
- B01D2252/103—Water
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2252/00—Absorbents, i.e. solvents and liquid materials for gas absorption
- B01D2252/20—Organic absorbents
- B01D2252/202—Alcohols or their derivatives
- B01D2252/2023—Glycols, diols or their derivatives
- B01D2252/2026—Polyethylene glycol, ethers or esters thereof, e.g. Selexol
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2252/00—Absorbents, i.e. solvents and liquid materials for gas absorption
- B01D2252/20—Organic absorbents
- B01D2252/202—Alcohols or their derivatives
- B01D2252/2023—Glycols, diols or their derivatives
- B01D2252/2028—Polypropylene glycol, ethers or esters thereof
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2252/00—Absorbents, i.e. solvents and liquid materials for gas absorption
- B01D2252/20—Organic absorbents
- B01D2252/204—Amines
- B01D2252/20478—Alkanolamines
- B01D2252/20484—Alkanolamines with one hydroxyl group
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2252/00—Absorbents, i.e. solvents and liquid materials for gas absorption
- B01D2252/50—Combinations of absorbents
- B01D2252/504—Mixtures of two or more absorbents
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2257/00—Components to be removed
- B01D2257/50—Carbon oxides
- B01D2257/504—Carbon dioxide
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2258/00—Sources of waste gases
- B01D2258/02—Other waste gases
- B01D2258/0233—Other waste gases from cement factories
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2258/00—Sources of waste gases
- B01D2258/02—Other waste gases
- B01D2258/025—Other waste gases from metallurgy plants
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2258/00—Sources of waste gases
- B01D2258/02—Other waste gases
- B01D2258/0283—Flue gases
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2210/00—Purification or separation of specific gases
- C01B2210/0001—Separation or purification processing
- C01B2210/0009—Physical processing
- C01B2210/0025—Physical processing by absorption in liquids
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
- Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
- Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/10—Process efficiency
- Y02P20/129—Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/151—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions, e.g. CO2
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Gas Separation By Absorption (AREA)
- Treating Waste Gases (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
Abstract
本发明公开了用于从含二氧化碳的气体分离和捕集二氧化碳的吸收液,所述吸收液包含:至少一种由式(1)表示的烷醇胺:其中R1代表氢或者C1‑4烷基,R2和R3相同或者不同,各自代表氢或者C1‑3烷基,R1、R2和R3不全为氢,和n为1或者2;低分子量的二醇化合物和/或甘油;以及水。
Description
技术领域
本发明涉及从含二氧化碳的气体中分离和捕集二氧化碳的吸收液,及使用该吸收液从含二氧化碳的气体中分离和捕集二氧化碳的方法。
背景技术
近些年已经看到的气候变化以及自然灾害可能是由于全球变暖严重地影响了农业生产,居住环境和能源消耗。全球变暖被认为是由于大气中伴随人类活动扩大而增多的诸如二氧化碳、甲烷、氮氧化物和氯氟烃等温室气体引起的。在这些温室气体中,大气中的二氧化碳被认为是最主要的原因,从而采取措施来降低二氧化碳排放至大气中成为了世界范围的日程。
二氧化碳的来源包括采用煤、重油和天然气为燃料的热电厂,采用焦煤还原氧化铁的炼铁厂高炉,焚烧生铁中的碳以生产钢的炼铁厂转化炉,工厂锅炉,水泥厂窑,以及采用汽油、重油和轻油作为燃料的包括汽车、船舶和航天器在内的交通设施。除了交通设施,以上来源为静态设施,因此,容易采取措施来减少二氧化碳排放到大气中。
用于从上述来源排放的气体中分离和捕集二氧化碳的几种方法是已知的。
例如,一种在吸收塔内使含二氧化碳的气体与烷醇胺水溶液接触来吸收二氧化碳的方法是已知的。已知的烷醇胺的例子包括单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、甲基二乙醇胺、二异丙醇胺和一缩二乙二醇胺,其中单乙醇胺被广泛应用。
不过,由于伯胺如单乙醇胺严重腐蚀设备材料的原因,采用这些烷醇胺水溶液作为二氧化碳的吸收液要求采用昂贵的抗腐蚀钢,或者要求降低吸收液中胺的浓度。通常在再生塔中将吸收液加热到约120℃来解吸和再生被吸收的二氧化碳,但是因为在吸收塔中吸收的二氧化碳的量以及在再生塔中解吸的二氧化碳的量方面,利用烷醇胺不令人满意,因此这种方法导致捕集单位重量的二氧化碳消耗大量的能量。
在追求二氧化碳减排、节约能源和节约自然资源的时代,分离和捕集二氧化碳的高能量消耗已成为技术实施应用的主要制约因素。因此,需要开发分离和捕集二氧化碳的低能耗技术。
作为采用低能耗分离和捕集二氧化碳的现有技术的一个例子,例如PTL1公开了一种使特定受阻胺的水溶液与燃烧废气在大气压下接触从而去除燃烧废气中二氧化碳的方法。PTL1的实施例公开了N-甲氨基乙醇和N-乙氨基乙醇作为受阻胺,也公开了诸如2-异丙基氨基乙醇的其它胺,但是没有在实施例中使用。
PTL2公开了一种含有多种烷醇胺的混合物的吸收液以及吸收二氧化碳的方法,该吸收液利用每种胺的特点达到最好的性能。
然而,PTL1和PTL2中公布的这些吸收液无法足够地降低分离和捕集二氧化碳所需的能量。在PTL3中,研究了采用非水性有机化合物如醇来取代采用比热容高的水的含水液体来作为溶剂。由于采用例如醇取代水降低了比热,而在分离和捕集二氧化碳的步骤中二氧化碳一度被转化为不稳定的烷基碳酸酯,因此,预期采用醇会提高低温解吸量。虽然如此,此组成的吸收液显示了极低的CO2吸收效率,要求二氧化碳的吸收在20℃至25℃的低温下进行,这就意味着吸收中需要额外的能量来冷却。
PTL4和PTL5提出了一种两相分离体系的吸收液。在吸收诸如二氧化碳的酸性化合物后,吸收液分离成富含酸性化合物的相和酸性化合物少的相。富含酸性化合物的相通过如洗涤设备从两相中分离,然后,酸性化合物仅从富含酸性化合物的相中解吸出来,从而降低了解吸过程中加热的吸收液的量和所需的能量。不过,相当多的酸性化合物仍然存在于酸性化合物少的相中,捕集效率事实上也不令人满意。
参考文献列表
专利文献
PTL1:专利号2871334
PTL2:专利号5452222
PTL3:JP2012-236165A
PTL4:JP2009-529420A
PTL5:JP2010-207809A
发明内容
技术问题
本发明的目的在于提供以更低能耗和高效率用于分离和捕集二氧化碳的吸收液及其方法。
解决方案
本发明人进行了广泛研究来达到上述目的,并且发现含有至少一种特定的烷醇胺、低分子量二醇化合物和/或甘油、和水的吸收液能够提高低温下二氧化碳的解吸速率和再生效率,从而高效地从含二氧化碳的气体中分离和捕集二氧化碳。本发明人基于这些发现进行了进一步研究,完成了本发明。
具体地,本发明提供了下述用于分离和捕集二氧化碳的吸收液,以及分离和捕集二氧化碳的方法。
项目1
从含二氧化碳的气体中分离和捕集二氧化碳的吸收液,所述液体包含:
至少一种由式(1)表示的烷醇胺:
其中R1代表氢或者C1-4烷基,R2和R3相同或者不同,并且各自代表氢或者C1-3烷基,R1、R2和R3不全为氢,和n为1或2;
低分子量的二醇化合物和/或甘油;以及
水。
项目2
如项目1所述的吸收液,其中R1代表氢、甲基、乙基、正丙基、异丙基或正丁基,R2和R3相同或者不同,各自代表氢或甲基,和n为1或2。项目3
如项目1或2所述的吸收液,其中由式(1)代表的烷醇胺为以下的胺混合物:
(I)烷醇胺,其中R1代表甲基、乙基、正丙基、异丙基或正丁基,R2和R3各自代表氢,和n为1或者2,以及
(II)烷醇胺,其中R1代表氢,R2和R3各自代表甲基,和n为1。
项目4
如项目3所述的吸收液,其中由式(1)代表的烷醇胺为N-异丙基氨基乙醇和2-氨基-2-甲基-1-丙醇的胺混合物。
项目5
如项目1至4任一项所述的吸收液,其中,所述低分子量的二醇化合物和/或甘油的浓度为5-30重量%。
项目6
如项目1至4任一项所述的吸收液,其中,所述低分子量的二醇化合物和/或甘油是乙二醇,其浓度为5-20重量%。
项目7
从含二氧化碳的气体中分离和捕集二氧化碳的方法,所述方法包括以下步骤A和B:
步骤A:使如项目1至6任一项所述的吸收液与含二氧化碳的气体接触,以得到从所述含二氧化碳的气体中已吸收了二氧化碳的吸收液;以及
步骤B:加热步骤A中得到的已吸收了二氧化碳的吸收液,从所述吸收液中再生二氧化碳,并捕集解吸出的二氧化碳。
项目8
如项目7所述的方法,其中在80至95℃的温度下加热在步骤B中已吸收了二氧化碳的吸收液来解吸二氧化碳。
发明的有益效果
本发明实现了由相同胺组成的含水液体形成的吸收液能够在更低温度下解吸二氧化碳。本发明也能够以更低能耗捕集二氧化碳。这降低了二氧化碳分离和捕集所需的能量,使得在低能耗下有效地捕集二氧化碳。由于极大地提高了低温下解吸二氧化碳的性能,本发明可以利用通常废弃的“低级别废热”,从而可显著地降低分离和捕集二氧化碳所需的能量。
具体实施方式
以下详细描述本发明。
用于分离和捕集二氧化碳的吸收液
本发明的吸收液包含:
至少一种由式(1)表示的烷醇胺:
其中R1代表氢或者C1-4烷基,R2和R3相同或者不同,并且各自代表氢或者C1-3烷基,R1、R2和R3不全为氢,和n为1或者2;
低分子量的二醇化合物和/或甘油;以及
水。
式(1)中的R1可以是氢或者C1-4线性或枝化烷基,具体地可以是氢、甲基、乙基、正丙基、异丙基,正丁基,或类似官能团。其中优选为氢、乙基、正丙基、异丙基和正丁基,更优选为异丙基。
式(1)中,n为1或者2,优选为1。
式(1)中,R2和R3可以是氢或者C1-3线性或枝化烷基,具体地可以是氢、甲基、乙基、正丙基或异丙基。其中优选为氢和甲基。
由式(1)代表的具体烷醇胺包括N-乙基氨基乙醇、N-正丙基氨基乙醇、N-异丙基氨基乙醇、N-正丁基氨基乙醇、2-氨基-1-丙醇、N-异丁基氨基乙醇、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、3-乙基氨基-1-丙醇、3-正丙基氨基-1-丙醇、3-异丙基氨基-1-丙醇、3-正丁基氨基-1-丙醇和3-异丁基氨基-1-丙醇。这些试剂也可以以工业级使用。
本发明的吸收液包含至少一种由式(1)所代表的烷醇胺,或者包含两种或多种由式(1)所代表的烷醇胺的胺混合物。
胺混合物的例子包括:(I)R1为甲基、乙基、正丙基、异丙基或正丁基,R2和R3各自代表氢,和n为1或2的烷醇胺,和(II)R1代表氢,R2和R3各自代表甲基,和n为1的烷醇胺的胺混合物。其中,优选N-异丙基氨基乙醇和2-氨基-2-甲基-1-丙醇的胺混合物。
以下描述本发明的吸收液中烷醇胺的总量。
通常地,随着胺组分浓度增加,单位体积液体的二氧化碳吸收量、吸收速率、解吸量和解吸速率增加,因此,从能量消耗、工厂设备大小和效率角度来说,优选更高浓度的胺组分。然而,胺组分的重量浓度超过70%可能会引起诸如二氧化碳吸收量降低、胺组分混合度降低以及粘度增加等问题,这可能由于水的表面活性剂作用降低而导致。
在本发明的吸收液中,考虑到诸如胺组分混合度降低和粘度增加等问题,烷醇胺的总量优选为60重量%或以下。从实际的吸收和解吸性能角度,烷醇胺的总量优选为30重量%或以上。本发明的吸收液中烷醇胺的总量优选选自30-60重量%的范围,更优为30-55重量%,特别优选为40-55重量%。
低分子量二醇化合物的例子包括C2-8的脂肪族二醇化合物(如乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,2-丁二醇、1,3-丁二醇和1,4-丁二醇),其中优选乙二醇。
本发明的吸收液至少包含或者低分子量二醇化合物,或者甘油。当加入低分子量二醇化合物时,所使用的低分子量二醇化合物可以是单一的低分子量二醇化合物,或者是两种或多种低分子量二醇化合物的组合。在低分子量二醇化合物和甘油中,优选乙二醇。本发明的吸收液中低分子量二醇化合物和甘油的总量优选为5-30重量%,更优选为5-20重量%。
本发明的吸收液包含水。
本发明的吸收液中水的含量没有特别地限定,其余的液体可以是水。
本发明的吸收液中所用的水没有特别限定,蒸馏水、离子交换水、自来水、地下水等能适合使用。
本发明的吸收液可任选地包含除了由式(1)表示的烷醇胺、低分子量二醇、甘油和水之外的组分,前提是不影响本发明的效果。其它组分包括保证吸收液的化学或物理稳定性的稳定剂(副反应抑制剂如抗氧化剂),抑制本发明的吸收液使用设备和装置材料降解的降解抑制剂(如腐蚀抑制剂),以及消泡剂(如表面活性剂)。这些组分的含量没有特别限定,前提是不影响本发明的效果。
含二氧化碳的气体的例子包括来自采用重油和天然气为燃料的热电厂、工厂锅炉、水泥厂窑、采用焦煤还原氧化铁的炼铁厂高炉,焚烧生铁中的碳来生产钢的炼铁厂转化炉的废气。气体中二氧化碳的浓度没有特别限定,通常地可以为约5-30体积%,特别地为约10-20体积%。这些数值范围内的二氧化碳的浓度使得适宜地实现本发明的效果。除了二氧化碳之外,该含二氧化碳的气体可含有来源于诸如水蒸气和CO源的杂质气体。
吸收和捕集二氧化碳的方法
本发明用于分离和捕集二氧化碳的方法包括步骤A的将吸收液与含二氧化碳的气体接触以得到从含二氧化碳的气体中已吸收了二氧化碳的吸收液,以及步骤B的加热在步骤A中得到的已吸收二氧化碳的吸收液,以将二氧化碳从吸收液中解吸和再生出来,并捕集解吸出的二氧化碳。
步骤A:吸收二氧化碳的步骤
在本发明中,将吸收液与含二氧化碳的气体接触,该液体由此吸收二氧化碳。该将吸收液与含二氧化碳的气体接触来吸收二氧化碳的方法没有特别限定,其例子包括在吸收液中鼓泡含二氧化碳的气体来吸收二氧化碳的方法,将吸收液喷雾到含二氧化碳的气流的方法(雾化或喷雾法),以及在含有陶瓷或金属网填料的吸收塔内使含二氧化碳的气体与吸收液逆流接触的方法。
含二氧化碳的气体中二氧化碳通常在约60℃或以下的温度下被吸收到吸收液中,优选为50℃或以下温度,更优选为约20至45℃的温度范围。
当含二氧化碳的气体中二氧化碳被吸收到吸收液的温度下降时,二氧化碳的吸收量增加。然而,该温度低到多少取决于含二氧化碳的气体的气体温度、热回收的目标以及其它类似条件。因为胺吸收二氧化碳为放热反应,所以在低温下增加二氧化碳的吸收量需要能量来冷却吸收液。因此,吸收二氧化碳的步骤通常在40℃左右的温度下进行。
吸收二氧化碳的步骤通常在大致大气压力下进行。虽然该吸收步骤能在压力增加的条件下进行来提高吸收二氧化碳的性能,但是该步骤优选地在大气压力下进行来减少压力升高导致的能源消耗。
步骤B:解吸和再生二氧化碳的步骤
在本发明中,加热在步骤A中所获得的已吸收了二氧化碳的吸收液来解吸二氧化碳,并且捕集解吸出的纯的或者高浓度二氧化碳。
从已吸收了二氧化碳的吸收液中解吸和再生二氧化碳的方法的例子包括在容器中加热并煮沸吸收液来解吸二氧化碳的方法,以及在含陶瓷或金属网填料的盘式蒸馏塔、喷淋塔或再生塔中加热吸收液来增加液体接触表面积的方法。这些方法解吸吸收液中以碳酸氢盐离子形式存在的二氧化碳,并将二氧化碳以二氧化碳分子再生。
当二氧化碳从吸收液解吸并再生,吸收液成为普通的水溶液时,吸收液温度设定为约100至120℃。随着吸收液温度上升,解吸的二氧化碳的量增加。然而,升高温度需要额外的能量来加热吸收液。该温度因此根据在含二氧化碳的气体排放过程中气体温度、热回收目标等类似条件来决定。
在本发明中,当二氧化碳从吸收液中解吸和再生时,吸收液大约为70至120℃,或者70至95℃。例如,通过优化再生塔的设计来使用“低等级的废热”,足够量的二氧化碳能在80至95℃的低温下解吸。
步骤B中已解吸和再生了二氧化碳后的吸收液可以送回步骤A,循环使用。
[作用]
本发明在基本上维持从含二氧化碳的气体中捕集二氧化碳的高捕集量的同时,还提高了低温下从已吸收了二氧化碳的吸收液中解吸的二氧化碳的量。具体地,本发明能实现80-95℃温度范围条件下足够的解吸量,这个温度范围比现有技术中的显著更低。
此外,本发明增加了二氧化碳的解吸速率以及相对于二氧化碳的吸收量的二氧化碳的解吸量(这个接下来在本说明书中可称为“再生效率”),这意味着二氧化碳可以在低能源成本下被捕集。所捕集的二氧化碳纯度很高(通常99体积%或以上),可应用在化学和食品工业中。该二氧化碳还可以在EOR(增强原油回收)或者CCS(二氧化碳捕集与储存)隔绝储存到地下,该方面的商业多样性目前正在研究。
实施例
以下实施例更加详细地描述本发明。但是,本发明不局限于这些实施例。
实施例中所使用的烷醇胺、低分子量二醇化合物和甘油的符号如下所示:
EGL:乙二醇
Gly:甘油
1,2-PD:1,2-丙二醇
1,3-PD:1,3-丙二醇
1,2-BD:1,2-丁二醇
1,4-BD:1,4-丁二醇
TEG:三乙二醇
IPAE:N-异丙基氨基乙醇
AMP:2-氨基-2-甲基-1-丙醇
EAE:N-乙基氨基乙醇
NBAE:N-正丁基氨基乙醇
2A1P:2-氨基-1-丙醇
实施例1:
将乙二醇、水和IPAE按重量比10:35:55混合,从而获得一种吸收液。
实施例2:
将乙二醇、水和IPAE按重量比20:25:55混合,从而获得一种吸收液。
实施例3:
将乙二醇、水、IPAE和AMP按重量比10:30:45:15混合,从而获得一种吸收液。
实施例4:
将乙二醇、水、IPAE和AMP按重量比10:35:47.5:7.5混合,从而获得一种吸收液。
实施例5:
将乙二醇、水、IPAE和AMP按重量比20:25:45:10混合,从而获得一种吸收液。
实施例6:
将乙二醇、水、IPAE和AMP按重量比10:35:42.5:12.5混合,从而获得一种吸收液。
实施例7:
将乙二醇、水、IPAE和AMP按重量比5:40:40:15混合,从而获得一种吸收液。
实施例8:
将甘油、水、IPAE和AMP按重量比5:40:40:15混合,从而获得一种吸收液。
实施例9和10:
将乙二醇、水、IPAE和AMP按重量比10:35:40:15混合,从而获得一种吸收液。
实施例11-14:
将乙二醇、水、IPAE和AMP按重量比20:25:40:15混合,从而获得一种吸收液。
实施例15:
将乙二醇、水、IPAE和AMP按重量比25:20:40:15混合,从而获得一种吸收液。
实施例16:
将1,2-丙二醇、水、IPAE和AMP按重量比10:35:40:15混合,从而获得一种吸收液。
实施例17:
将1,2-丁二醇、水、IPAE和AMP按重量比10:35:40:15混合,从而获得一种吸收液。
实施例18:
将甘油、水、IPAE和AMP按重量比10:35:40:15混合,从而获得一种吸收液。
实施例19:
将1,2-丁二醇、水、IPAE和AMP按重量比20:25:40:15混合,从而获得一种吸收液。
实施例20:
将1,3-丙二醇、水、IPAE和AMP按重量比20:25:40:15混合,从而获得一种吸收液。
实施例21:
将1,4-丁二醇、水、IPAE和AMP按重量比20:25:40:15混合,从而获得一种吸收液。
实施例22:
将三乙二醇、水、IPAE和AMP按重量比20:25:40:15混合,从而获得一种吸收液。
实施例23:
将乙二醇、水、IPAE和AMP按重量比20:35:35:10混合,从而获得一种吸收液。
实施例24:
将乙二醇、水、IPAE和EAE按重量比20:25:40:15混合,从而获得一种吸收液。
实施例25:
将乙二醇、水、IPAE和NBAE按重量比20:25:40:15混合,从而获得一种吸收液。
实施例26:
将乙二醇、水、IPAE和2A1P按重量比20:25:40:15混合,从而获得一种吸收液。
对比例1:
将水和IPAE按重量比45:55混合,从而获得一种吸收液。
对比例2:
将水、IPAE和AMP按重量比45:40:15混合,从而获得一种吸收液。
对比例3:
将水、IPAE和AMP按重量比45:40:15混合,从而获得一种吸收液。
对比例4:
将水、IPAE和EAE按重量比45:40:15混合,从而获得一种吸收液。
对比例5:
将水、IPAE和NBAE按重量比45:40:15混合,从而获得一种吸收液。
对比例6:
将水、IPAE和2A1P按重量比45:40:15混合,从而获得一种吸收液。
上述实施例和对比例中使用的烷醇胺、低分子量二醇化合物和甘油为商品名试剂产品,来自Tokyo Chemical Industrial Co.Ltd.和其他公司,并且采用通常纯度的产品。IPAE采用的是Koei Chemical Co.Ltd生产的纯度99%或以上的产品。所用的水为离子交换水。
测量实施例1:
测量实施例和对比例中的吸收液得到二氧化碳的吸收量、解吸量和解吸速率。该测试在二氧化碳吸收和解吸装置上进行,该装置依次连接了二氧化碳气瓶(纯度:99.9%)、氮气瓶(纯度:99.9%)、二氧化碳气体流速控制器、氮气流速控制器、玻璃反应器(0.5L)、机械搅拌器和温度控制器、气体流量计、冷却机以及二氧化碳分析仪(Yokogawa,IR100)。
玻璃反应器外面环绕着嵌入式电加热器,因此玻璃反应器中吸收液的温度可以通过温度控制器自由地控制。
将0.1L吸收液加入玻璃反应器,然后用氮气替换玻璃反应器上方的气体。维持玻璃反应器中吸收液的温度在40℃。在以700rpm的旋转速度充分搅拌吸收液时,将二氧化碳气体和氮气分别以0.14L/min和0.56L/min的流速通入玻璃反应器内的吸收液中以开始步骤A,步骤A持续2小时。
步骤A完成后,玻璃反应器中的吸收液接下来被加热到80℃至95℃以开始步骤B,步骤B持续2小时。
在步骤A和B中,采用二氧化碳分析仪来分析从玻璃反应器出来的气体。通过二氧化碳分析仪测试二氧化碳浓度随时间的变化来确定吸收液中溶解的二氧化碳的量(即吸收量)。加热吸收吸收液解吸出的二氧化碳的量被定义为从步骤A开始2小时后二氧化碳的吸收量减去步骤B开始2小时后二氧化碳的解吸量所得的数值。二氧化碳从吸收液中解吸的解吸速率被定义为步骤B中二氧化碳解吸开始后10分钟内单位时间的二氧化碳吸收量的变化。
表1显示了实施例和对比例中吸收液的组成和测量结果。
实施例中的吸收液显示了二氧化碳解吸速率和再生效率性能上显著地优于对比例中的吸收液。
结果显示包含至少一种由式(1)代表的烷醇胺、低分子量二醇化合物和/或甘油,和水的吸收液,与传统的含水溶液相比,对于从含二氧化碳的气体分离和捕集二氧化碳,在二氧化碳解吸速率和再生效率上具有优异性能,并且,该吸收液尤其在低温下的优异解吸性能显示应用前景。
Claims (8)
1.用于从含二氧化碳的气体分离和捕集二氧化碳的吸收液,所述吸收液包含:
至少一种由式(1)表示的烷醇胺:
其中R1代表氢或者C1-4烷基,R2和R3相同或者不同,并且各自代表氢或者C1-3烷基,R1、R2和R3不全为氢,和n为1或者2;
低分子量的二醇化合物和/或甘油;以及
水。
2.如权利要求1所述的吸收液,其中,R1代表氢、甲基、乙基、正丙基、异丙基或正丁基,R2和R3相同或者不同,并且各自代表氢或甲基,和n为1或者2。
3.如权利要求1或2所述的吸收液,其中,所述由式(1)表示的烷醇胺是以下的胺混合物:
(I)烷醇胺,其中R1代表甲基、乙基、正丙基、异丙基或正丁基,R2和R3各自代表氢,和n为1或者2,以及
(II)烷醇胺,其中R1代表氢,R2和R3各自代表甲基,和n为1。
4.如权利要求3所述的吸收液,其中,由式(1)表示的烷醇胺为N-异丙基氨基乙醇和2-氨基-2-甲基-1-丙醇的胺混合物。
5.如权利要求1至4任一项所述的吸收液,其中,所述低分子量的二醇化合物和/或甘油的浓度为5-30重量%。
6.如权利要求1至4任一项所述的吸收液,其中,所述低分子量的二醇化合物和/或甘油是乙二醇,其浓度为5-20重量%。
7.从含二氧化碳的气体中分离和捕集二氧化碳的方法,所述方法包括以下步骤A和B:
步骤A:使根据权利要求1至6任一项所述的吸收液与含二氧化碳的气体接触,以得到从所述含二氧化碳的气体中已吸收了二氧化碳的吸收液;以及
步骤B:加热在步骤A中得到的已吸收了二氧化碳的吸收液,以从所述吸收液中解吸和再生二氧化碳,并捕集解吸出的二氧化碳。
8.如权利要求7所述的方法,其中,所述已吸收了二氧化碳的吸收液在步骤B中在80至95℃的温度被加热来解吸二氧化碳。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015-064402 | 2015-03-26 | ||
JP2015064402 | 2015-03-26 | ||
PCT/JP2016/058715 WO2016152782A1 (ja) | 2015-03-26 | 2016-03-18 | 二酸化炭素を分離回収するための吸収液、及びそれを用いた二酸化炭素を分離回収する方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN107427759A true CN107427759A (zh) | 2017-12-01 |
Family
ID=56978575
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201680018432.2A Pending CN107427759A (zh) | 2015-03-26 | 2016-03-18 | 用于分离和捕集二氧化碳的吸收液以及使用所述吸收液分离和捕集二氧化碳的方法 |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10717038B2 (zh) |
EP (1) | EP3275526A4 (zh) |
JP (1) | JP6755854B2 (zh) |
KR (1) | KR20170129920A (zh) |
CN (1) | CN107427759A (zh) |
BR (1) | BR112017020089A2 (zh) |
WO (1) | WO2016152782A1 (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110801711A (zh) * | 2019-12-03 | 2020-02-18 | 中冶京诚工程技术有限公司 | 一种捕集二氧化碳的相变吸收剂及捕集二氧化碳的方法 |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1596753A (en) * | 1978-04-18 | 1981-08-26 | Contemporary Perfumers Ltd | Method for reducing malodours of carboxylic acids |
US6265365B1 (en) * | 1998-10-14 | 2001-07-24 | Merck Patent Gesellschaft Mit | Roller wash composition |
US6500397B1 (en) * | 1992-02-27 | 2002-12-31 | The Kansai Electrical Power Co., Inc. | Method for removing carbon dioxide from combustion exhaust gas |
CN101384333A (zh) * | 2005-12-23 | 2009-03-11 | 普莱克斯技术有限公司 | 从烟道气等中回收二氧化碳 |
WO2012034921A1 (en) * | 2010-09-13 | 2012-03-22 | Consiglio Nazionale Delle Ricerche | A process for the separation and capture of co2 from gas mixtures using amines solutions in anhydrous alcohols |
WO2012093853A2 (ko) * | 2011-01-04 | 2012-07-12 | 경희대학교 산학협력단 | 입체장애가 도입된 2급 알칸올아민과 디올을 포함하는 비수계 이산화탄소 흡수제 |
CN104338413A (zh) * | 2013-08-07 | 2015-02-11 | 株式会社东芝 | 酸性气体吸收剂、酸性气体除去方法及酸性气体除去装置 |
CN104411806A (zh) * | 2012-06-29 | 2015-03-11 | 陶氏环球技术有限责任公司 | 用于提高从气体混合物除去硫化氢的包含哌嗪水性烷醇胺吸收剂组合物及其使用方法 |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2871334B2 (ja) * | 1992-02-27 | 1999-03-17 | 関西電力株式会社 | 燃焼排ガス中の二酸化炭素の除去方法 |
FR2863910B1 (fr) | 2003-12-23 | 2006-01-27 | Inst Francais Du Petrole | Procede de capture du dioxyde de carbone contenu dans des fumees |
FR2898284B1 (fr) | 2006-03-10 | 2009-06-05 | Inst Francais Du Petrole | Procede de desacidification d'un gaz par solution absorbante avec regeneration fractionnee par chauffage. |
WO2009001804A1 (ja) | 2007-06-28 | 2008-12-31 | Research Institute Of Innovative Technology For The Earth | ガス中の二酸化炭素を効率的に回収する方法 |
FR2942972B1 (fr) | 2009-03-10 | 2012-04-06 | Inst Francais Du Petrole | Procede de desacidification d'un gaz par solution absorbante avec vaporisation et/ou purification d'une fraction de la solution absorbante regeneree. |
KR20110099466A (ko) * | 2010-03-02 | 2011-09-08 | 현대자동차주식회사 | 이산화탄소 흡수제 |
JP2012236165A (ja) * | 2011-05-12 | 2012-12-06 | National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology | 低温廃熱を利用して二酸化炭素を回収するガス分離回収方法 |
AU2012267842B2 (en) * | 2011-06-09 | 2016-01-07 | Asahi Kasei Kabushiki Kaisha | Carbon-dioxide absorber and carbon-dioxide separation/recovery method using said absorber |
-
2016
- 2016-03-18 KR KR1020177030436A patent/KR20170129920A/ko active Search and Examination
- 2016-03-18 WO PCT/JP2016/058715 patent/WO2016152782A1/ja active Application Filing
- 2016-03-18 CN CN201680018432.2A patent/CN107427759A/zh active Pending
- 2016-03-18 EP EP16768685.6A patent/EP3275526A4/en not_active Withdrawn
- 2016-03-18 BR BR112017020089A patent/BR112017020089A2/pt not_active IP Right Cessation
- 2016-03-18 JP JP2017508318A patent/JP6755854B2/ja active Active
- 2016-03-18 US US15/560,354 patent/US10717038B2/en active Active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1596753A (en) * | 1978-04-18 | 1981-08-26 | Contemporary Perfumers Ltd | Method for reducing malodours of carboxylic acids |
US6500397B1 (en) * | 1992-02-27 | 2002-12-31 | The Kansai Electrical Power Co., Inc. | Method for removing carbon dioxide from combustion exhaust gas |
US6265365B1 (en) * | 1998-10-14 | 2001-07-24 | Merck Patent Gesellschaft Mit | Roller wash composition |
CN101384333A (zh) * | 2005-12-23 | 2009-03-11 | 普莱克斯技术有限公司 | 从烟道气等中回收二氧化碳 |
WO2012034921A1 (en) * | 2010-09-13 | 2012-03-22 | Consiglio Nazionale Delle Ricerche | A process for the separation and capture of co2 from gas mixtures using amines solutions in anhydrous alcohols |
WO2012093853A2 (ko) * | 2011-01-04 | 2012-07-12 | 경희대학교 산학협력단 | 입체장애가 도입된 2급 알칸올아민과 디올을 포함하는 비수계 이산화탄소 흡수제 |
CN104411806A (zh) * | 2012-06-29 | 2015-03-11 | 陶氏环球技术有限责任公司 | 用于提高从气体混合物除去硫化氢的包含哌嗪水性烷醇胺吸收剂组合物及其使用方法 |
CN104338413A (zh) * | 2013-08-07 | 2015-02-11 | 株式会社东芝 | 酸性气体吸收剂、酸性气体除去方法及酸性气体除去装置 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
C. ZHENG,ETAL.: "CO2 Solubility in a Mixture Absorption System of 2-Amino-2-methyl-1-propanol with Ethylene Glycol", 《INDUSTRIAL & ENGINEERING CHEMISTRY RESEARCH》 * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110801711A (zh) * | 2019-12-03 | 2020-02-18 | 中冶京诚工程技术有限公司 | 一种捕集二氧化碳的相变吸收剂及捕集二氧化碳的方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2016152782A1 (ja) | 2016-09-29 |
EP3275526A4 (en) | 2018-12-12 |
BR112017020089A2 (pt) | 2018-06-05 |
US10717038B2 (en) | 2020-07-21 |
JPWO2016152782A1 (ja) | 2018-01-25 |
KR20170129920A (ko) | 2017-11-27 |
EP3275526A1 (en) | 2018-01-31 |
US20180078893A1 (en) | 2018-03-22 |
JP6755854B2 (ja) | 2020-09-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5659128B2 (ja) | 酸性ガス吸収剤、酸性ガス除去方法および酸性ガス除去装置 | |
EP2529824B1 (en) | Acid gas absorbent and acid gas removal method | |
EP2679296B1 (en) | Acid gas absorbent comprising diamine, acid gas removal method, and acid gas removal device | |
JP2009006275A (ja) | 排ガス中の二酸化炭素を効率的に回収する方法 | |
EP2883591B1 (en) | Acid gas absorbent, acid gas removal device, and acid gas removal method | |
CN104114259B (zh) | 有效吸收和回收废气中二氧化碳的水溶液及用其回收二氧化碳的方法 | |
EP2835170A1 (en) | Acid gas absorbent, acid gas removal method, and acid gas removal device | |
CN105597492A (zh) | 酸性气体吸收剂、酸性气体的除去方法及酸性气体除去装置 | |
JP2006240966A (ja) | 排ガス中の二酸化炭素を吸収及び脱離して回収する方法 | |
CN104208985B (zh) | 烟气脱硫方法及系统 | |
JP2008013400A (ja) | 排ガス中の二酸化炭素を吸収及び脱離して回収する方法 | |
EP3078409B1 (en) | Acidic gas absorbing agent, method for removing acidic gas and apparatus for removing acidic gas | |
JP2017035669A (ja) | 酸性ガス吸収剤、酸性ガス除去方法および酸性ガス除去装置 | |
JP2015071136A (ja) | 酸性ガス吸収剤、酸性ガス除去方法及び酸性ガス除去装置 | |
JP2015112574A (ja) | 酸性ガス吸収剤、酸性ガス除去方法及び酸性ガス除去装置 | |
CN107427759A (zh) | 用于分离和捕集二氧化碳的吸收液以及使用所述吸收液分离和捕集二氧化碳的方法 | |
WO2023085042A1 (ja) | 二酸化炭素を含むガスから二酸化炭素を回収する方法、および、二酸化炭素を回収するためのアミン水溶液 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
CB02 | Change of applicant information | ||
CB02 | Change of applicant information |
Address after: Tokyo, Japan Applicant after: Nippon Iron & Steel Corporation Address before: Tokyo, Japan Applicant before: Nippon Steel Corporation |
|
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20171201 |