TW201420176A - 用於高效率ｃｏ２滌氣法之高循環力胺類 - Google Patents

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Abstract

一種高循環力二氧化碳滌氣法使含有二氧化碳之氣流於吸收區中與低分子量位阻胺(特別是二級烷醇胺或胺基醚)之高濃度(通常至少3.5M)液態滌氣溶液於至少30℃之溫度下接觸以吸收二氧化碳至該溶液並形成被吸收之二氧化碳於溶液中以溶解之胺胺基甲酸鹽及/或烷醇胺酸式碳酸鹽的形式之濃液流。該濃液流接著通過該吸收區至至少一個再生區並使該被吸收之二氧化碳自該溶液脫附成氣體以形成相對於該濃液流含有降低濃度的被吸收之二氧化碳的稀溶液；接著將該稀液流返回至該吸收區以進行另一吸收循環。

Description

用於高效率CO 2 滌氣法之高循環力胺類
本發明關於自一氣流除去二氧化碳及其他酸氣體之方法，該氣流含有一或多者這些氣體。特別是，本發明關於使用一或多種二級胺類作為吸收劑以自氣體混合物分離酸氣體(例如二氧化碳)之方法。
自混合氣流除去二氧化碳之方法極具工業重要性和商業價值。二氧化碳係烴類組合之無所不在且免不了的副產物且人們越來越關心其於大氣中之累積程度及其於全球氣候變遷中之可能角色。因此很快地可預期受環境因素驅使的法律和規範將要求捕捉和隔離二氧化碳。儘管現有之CO2捕捉方法能滿足至今應用之規模，但是對於顯著降低主要固定燃燒源，例如藉由化石燃料點火之發電站，的大氣CO2排放量所要求之遠遠更大規模的未來應用，使得用於除去氣體混合物之CO2的程序之能量效率必須改善並藉以降低CO2捕捉之成本。根據政府間氣候變遷研究小組(Intergovernmental Panel on Climate Change)研究之數 據，發電產生大約78%之CO2固定來源排放量，加上其他產業例如水泥生產(7%)、精煉(6%)、鐵和鋼製造(5%)、石油化學(3%)、油和氣體加工(0.4%)及生質產業(生質酒精及生質能)(1%)構成總體，說明一方面發電和另一方面所有其他應用之間非常大的規模差異。還必須加上需處理之真正氣體量的個別問題。煙道氣一般主要由來自燃燒氣之氮組成，由CO2、氮氧化物和其他排放物例如硫氧化物構成必需處理之氣體的較小比例。典型地，來自化石燃料發電站之濕潤煙道氣通常含有約7至15vol%之CO2，取決於燃料，天然氣產出之量最低而硬煤最高。
循環式CO2吸收技術例如使用液態吸收劑之變壓吸收法(PSA)和變溫吸收法(TSA)已完善建立。主要使用之吸收劑包括如胺滌氣法中之液態溶劑，但是固態吸收劑也用於PSA和TSA方法。溶於水中之液態胺吸收劑大概是最常見之吸收劑。胺滌氣法係以CO2與胺類之化學反應為基礎產生碳酸鹽/酸式碳酸鹽和胺基甲酸鹽：該胺水溶液藉由生成一或更多這些銨鹽類(胺基甲酸鹽/碳酸鹽/酸式碳酸鹽)而以化學方式捕捉CO2。該反應傾向為可逆性，且這些鹽類能在適當調節條件時，通常是溫度，轉變回原始組分，使游離胺能於適度提高之溫度再生。在商業上，胺滌氣法通常涉及使該含CO2及/或H2S之氣流與一或多種優先挑選之單純烷醇胺水溶液接觸，因為羥基授與胺類和反應產物較大之水中溶解度。現在工業方法中使用 烷醇胺類，例如單乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)和三乙醇胺(TEA)，及有限之受阻胺類組合。該循環式吸收法需要高比率之氣-液熱交換、吸收區和再生區之間的大量液態物料量之轉移及胺溶液再生之高能需求。除了以受阻胺類為基礎之胺方法以外，該胺滌氣法面臨該含有形成胺-CO2反應產物之經吸收的CO2之胺溶液的腐蝕性本質之挑戰。無進一步之改良，這些困難將會限制極大規模應用中之含水的胺滌氣法之經濟實行可能性。
該使用含水吸收劑之循環式吸收法通常必需使該氣流於該循環之吸收部件與脫附(再生)部件之間有相當大的溫差。在習用之含水的胺滌氣法中，CO2吸取需要較低溫度，例如，低於50℃，且脫附必需提高至高於約100℃(例如，120℃)之溫度。保持熱差所需之熱是該方法之成本的主要因素。因為需要於高於100℃之溫度再生該溶液，水汽化之高潛熱(於約100℃約2260kJ/Kg)顯然對總能量消耗做了相當大的貢獻。若CO2捕捉係依適用於發電廠之較大規模進行，必須開發更有效且經濟之分離技術。
另一個需要更有效率之CO2分離程序的領域是在加強油回收(EOR)方面，其中把CO2再注入氣體或液態烴沉積物以保持貯槽壓力。對於許多遍及世界之生產貯槽的年代久遠及符合要求之越來越高的挑戰，EOR方法之擴大使用變得更廣泛。通常，用於EOR之二氧化碳來源係產生烴流本身，其可能到處都含有少於5%至多於80%之 CO2。其他選項是自各種不同燃燒源之煙道氣捕捉CO2及自燃料氣化程序產生之變換合成氣(shifted syngas)在燃燒前捕捉CO2。
Sartori和Savage於“Sterically Hindered Amines for CO2 Removal from Gases,”Ind.Eng.Chem.Fundamen.,1983,22(2),239-249中提出使用位阻胺捕捉CO2，其指出位阻胺在CO2吸收程序中具有獨特能力和速率優點：其濃溶液能比其未經取代之相對物脫附至更大的程度，藉此產生更貧乏之溶液(更低之胺基甲酸鹽/酸式碳酸鹽/碳酸鹽總濃度)，其傾向於造成再吸收時更大之質量轉移。使用位阻胺當MEA、DEA和TEA之替代物的有限數目方法在商業上係用於CO2捕捉；實例包括來自Mitsubishi Heavy Industries之KS-1RTM方法及Kansai Electric Power Co and the ExxonMobil Flexsorb®方法，其將位阻胺用於選擇性H2S分離。使用固態吸收劑之方法也已知；其可避免胺滌氣的一些限制，例如大資本投資和高再生能量強度，但是其遭遇缺乏在燃燒煙道氣之潮濕條件之下具有充分選擇性CO2吸收之吸收劑及難以設計於高處理速率處理大量氣體之氣體/固體接觸器的問題。
在設計實際之CO2捕捉方法時，理應考慮許多議題，包括該補捉方法從該方法之循環力來看的效率、該捕捉方法從CO2脫附需要之能量和該胺吸收劑之再生來看的效率、穩定補給新鮮胺以保持預期吸收力之要求以及腐蝕因素。這些議題，當然，直接受到該吸收方法之化學和該化 學吸收方法之效率所影響。依其身分，習用之含水的胺滌氣法部分取決於該吸收介質與CO2反應之能力及該反應之速率。另一個重要因素是用於吸收和脫附CO2之最適條件組合。這是界定該循環力(其亦被稱為該胺滌氣法之瞬時衝擊功率(swing capacity)或工作量)之關鍵參數之一。每莫耳胺之CO2捕捉莫耳比係能測定該循環力之一因素。另一個因素係於該溶液中之胺的實際濃度。當該胺之濃度提高時能捕捉每單位胺更多之CO2，且，接著，每單位體積溶液更濃之胺溶液給予數個益處。首先，當承載量隨著越來越高之胺濃度提高時，必須於吸收塔區與汽提塔區之間循環的液態胺溶液越少。其次，更濃之胺溶液需要更少能量再生該胺並將CO2釋入該汽提塔區，因為較少水進入該汽提塔。
在習用含水之胺系統中，咸相信由三級胺類吸收CO2之方法藉由將氣態CO2溶於水中以形成碳酸(H2CO3)而進行，碳酸係藉由該胺中和以形成酸式碳酸銨。於高pH，該酸式碳酸銨可接著與第二莫耳之胺反應以形成碳酸銨。一級和二級胺類也可直接與CO2反應以形成胺基甲酸銨，其本身在水存在之情形下係安定的且可作為顯著反應產物存在，尤其是於高胺濃度；三級胺類，其缺乏游離質子，不能形成該胺基甲酸鹽，咸相信該胺基甲酸鹽能藉由初步形成不安定兩性離子中間物由一級和二級胺類形成，該中間物經由內部質子轉移至該胺基甲酸迅速分解。該兩性離子和該胺基甲酸二者均不安定，且不知何平衡態進行 進一步反應，但是能斷定可藉由第二當量之游離胺去質子以憑藉著每1莫耳被吸收之二氧化碳對2莫耳胺(0.5：1 CO2：胺)的總化學計量要件產生胺基甲酸銨鹽的是該胺基甲酸。
該胺基甲酸與水之進一步反應可能導致具有約1：1 CO2：胺比率之最終酸式碳酸鹽產物或具有約0.5：1 CO2：胺比率之碳酸鹽產物，其取決於溶液pH。因此，習用之含水的胺方法，其使用一級胺類，能具有有限之吸收效率，其具有隨著酸式碳酸鹽成為最終反應產物形成所達成之1：1的最大CO2：胺莫耳比。
儘管受阻胺類用於CO2移除可能因此浮現成為引人注目之方法，但是卻遇到操作問題和困難。例如，儘管該位阻一級胺2-胺基-2-甲基-1-丙醇(AMP，在上述引用的書中，Sartori等人記載其於CO2吸收之用途)，形成易於熱釋出游離胺之酸式碳酸鹽，但是已發現其實際效用受到於水溶液中高於約3M之胺濃度的不溶性沉澱物生成所限制。因為這個理由，該溶液必須較稀釋，以致於用於預定處理能力之單元的物理尺寸必須相當大以處理較大體積之液態溶劑，造成較大之資本投資、較低之操作效率及較高 之CO2捕捉成本。
我們證明有一類二級胺類可用於較高相對濃度進行CO2滌氣同時形成較高或至少可接受之溶解度的胺/CO2反應產物，同時在達到非常高之溶液載量以前均能減少沉澱物生成之發生率。這些胺類也能顯示高反應速率且，當成該胺基甲酸和酸式碳酸鹽反應產物之相對較低熱安定性的標準，能在較溫和條件下再生，例如於較低溫度及/或壓力，藉由氣體汽提、藉由閃蒸(flash vaporization)或這些調節之組合。關聯本發明揭露之胺類能用於必需自氣流除去CO2的種種應用，該氣流包括但不限於，燃燒化石燃料產生之氣流、合成氣流、天然氣流、地層地質生成產生之氣流等以及其組合。
根據本發明，高循環力二氧化碳滌氣法可包含使含有二氧化碳之氣流於吸收區中與位阻二級胺，較佳烷醇胺及/或胺基醚，之液態滌氣溶液於至少3.0M之總胺濃度及於至少10℃之溫度接觸以使二氧化碳吸收至該溶液中並形成被吸收之二氧化碳於該溶液中以溶解之胺胺基甲酸鹽及/或胺酸式碳酸鹽的形式之濃液流。該濃液流(胺溶液，已與CO2反應)能接著從該吸收區通往至少一個再生區，且該已吸收之二氧化碳能從該溶液脫附以形成含有相對於該濃液流降低濃度之已吸收的CO2之稀溶液流；該稀液流能接著被送返該吸收區以供用於另一個吸收循環。本方法 之高循環力，換言之，能藉由適當挑選該方法之條件而達成該濃液流中和該再生稀液流中之CO2載量之間的差異，能有益地造成較低之設備投資/操作成本。
用於本文時，該措辭“煙道氣”應理解為表示由燃燒任何類型之化石燃料，例如天然氣、油及/或煤，所產生的氣體組合物。煙道氣之組合物能依據許多因素而變化，該因素包括但不限於，尤其是所用之化石燃料的類型、所用之氧化劑之類型及氧化劑和化石燃料之相對濃度。再者，該煙道氣之壓力能依據燃燒容器之細部操作參數廣泛地變化，例如約1bar(約100kPaa)至約200bar(約20MPaa)及又更高。這些操作條件也會影響該煙道氣之溫度。慣例能包括利用與冷水直接接觸及/或間接方法例如熱交換器冷卻該煙道氣以在進入該CO2吸收塔容器時達成預期之煙道氣溫度。利用本發明揭露之胺類能附帶或替換地用以在處理天然氣時，例如從地層之帶烴的地質生成物抽取，分離CO2。在這樣的案例中，CO2之分壓能於極寬廣之範圍變化，例如約0.01bar(約1kPaa)至約200bar(約20MPaa)或更大，其能取決於總氣體壓力、該CO2濃度或其他參數或其組合。
用於從氣流如煙道氣、合成氣及/或天然氣除去CO2之二級胺類，例如，可能是位阻二級烷醇胺類及/或胺基醚類，即，於二級胺基之α位置的碳原子上有一個或沒有質子。該α碳原子較佳為二級碳，即，有一個質子。此外，低分子量可為較佳，因為咸相信該化學吸收方法根據 分子發生效用，而吸收劑通常根據重量購買。因此，所挑選之烷醇胺類能有益地顯示不高於約180amu之分子量，但是若其擁有夠低之成本/效率益處，則不一定要排除較高分子量之材料。150amu或更低之分子量可能較佳。
依一般觀點，用於此CO2分離方法之較佳二級胺類可包括具有附接於具有一個或沒有附接質子之α碳，即二級或三級碳，的二級氮原子之烷醇胺類及/或胺基醚類。示範烷醇胺類可包括2-胺基-1-丙醇(AP)之N-烷基衍生物，尤其是2-N-甲胺基-1-丙醇(MAP)、2-N-甲胺基-2-甲基-1-丙醇(MAMP)以及帶二或更多個羥基之衍生物及/或醚衍生物。
該烷醇胺吸收劑溶液之吸收及再生能視方便於傳統吸收塔、閃蒸罐、攪拌反應器、噴霧塔或熱交換器中進行，且在大部分案例中習用循環式液態吸收/再生單元可能有用。特定CO2程序配置、條件和操作包線之挑選能由現場特定應用要求測定，例如但不限於從該氣流之必需CO2移除速率、該氣流之特性(組成、溫度、壓力等等)及預期被吸收之CO2純度。此方法所用之胺類能附帶或替換地具有可用作為習用胺類例如MEA設計之習用吸收塔/汽提塔工廠的更新物之優點。在此更新情況中，可能想要將急驟再生區加於改裝單元，因為習用(例如，MEA)胺單元通常不含該急驟再生區。
第1至3圖比較CO2與受阻胺MAP和MAMP對比於未受阻胺MEA之反應機構。
第4至6圖係顯示該CO2/MAP系統於不同溫度和壓力於多種不同莫耳濃度MAP之水中的蒸汽-液體平衡之圖形。
第7至8圖比較MAP和MEA於不同溫度之處理能力。
第9圖例示負載CO2之MAP溶液的CO2負載和濃度，作為水中之MAP濃度的函數。
第10圖比較約5M MAP和約5M MEA於不同CO2偏壓於約45℃之吸收塔溫度及於約120℃之再生器溫度的處理能力。
氣流
特別易受此吸收方法之處理影響的氣流可包括，但不一定限於，燃燒碳質燃料和地底來源之天然氣的煙道氣。煙道氣流可能源於含碳之化石燃料例如天然氣、石化處理、褐煤、半煙煤、煙煤和無煙煤的燃燒。其CO2含量通常可根據燃料變化於約3至15vol%，且最高含量來自硬煤燃燒。除甲烷和二氧化碳以外，含二氧化碳之天然氣流可能還含有一或多種其他氣體例如乙烷、丙烷、正丁烷、異丁烷、氫、一氧化碳、乙烯、乙炔、丙烯、氮、氧、氦、羰基硫和硫化氫等等以及，在某些案例中，汞污染 物，如果其沒被其他前處理移除的話。能藉由此分離方法處理之其他或替換流可包括燃料氣化法產生之合成氣和變換合成氣(shifted syngas)、製造氫時產生之氣流，例如由甲烷蒸汽重組法，及精煉和石化廠之氣流，其組成自然取決於其衍生方法。水通常可能出現於燃燒烴燃料之煙道氣或與地下水接觸和天然氣。儘管本方法能接受水在進入氣流中，如以下所述，但是理想上可，例如，藉由乾燥劑處理或藉由冷卻冷凝移除實質量並藉以降低水含量以免於處理時不宜地累積水分。
該氣流之壓力及/或組成可根據其來源、所用之燃燒容器類型、該燃燒容器選用之操作條件等及其組合而變化；天然氣流經常會遇到比煙道氣流更高之壓力(例如，天然氣處理之典型壓力可能約500psig(約3.4MPag)至約1200psig(約8.2MPag)；且天然氣處理時之CO2濃度範圍經常落在約1vol%至約80vol%，於那些流中之CO2分壓因此通常可能約5psi(約34kPa)至約960psi(約6.5MPa))，且精煉和石化單元之流能根據該單元所用之處理條件而變化。煙道氣流通常顯示約莫大氣壓力，其可能低到0.90bar(90kPaa)但是該煙道氣流中之二氧化碳分壓通常可介於0.03bar(3kPa)至0.1bar(10kPa)或0.03bar(3kPa)至0.15bar(15kPa)，且來自燃燒氣之較大量氮經常造成該流中之較低CO2分壓(例如於約1bara之總煙道氣的N2或氧耗盡之空氣中約1vol% CO2造成該煙道氣中約0.01bar之CO2分壓；於約1bara 之總煙道氣的N2或氧耗盡之空氣中約10vol% CO2造成該煙道氣中約0.1bar之CO2分壓；等等)。該吸收區(塔入口)之CO2分壓經常可能是至少0.025bar(2.5kPa)且在大部分案例中至少0.03bar(3kPa)。
程序配置
該分離方法可例如依傳統方式進行，其中分離係以氣體混合物與該胺吸收劑溶液之間的反應為基礎。此溶液可於吸收區與再生區之間循環的連續密閉循環繞行，且兩個區傳統上為柱或塔之形式。在該吸收區，進來之氣流正常能與於較低溫，例如約20℃至約80℃或更常地約40℃至約45℃，之液態吸收劑溶液的下降流逆流進入塔中。等到與CO2反應之後，該含有以CO2/胺反應產物形式已分離出來之CO2的胺溶液(該濃液流)可接著通往再生段。在該再生塔中，該吸收劑溶液能藉由變化對脫附有利之條件分離出被吸收之CO2而再生，通常藉由變化溫度(通常是提高)、壓力或其組合。在較佳之具體實施例中，該再生器塔上游之中間熱交換器可用以於較低溫度(但是比該吸收塔溫度高)自較不熱安定之酸式碳酸鹽產物閃蒸出CO2，藉以降低對該再生器之負載，例如，主要起因於胺基甲酸產物於較高溫度分解。此濃胺閃蒸在該汽提塔前面之組合能有益地降低再生需要之能量，通常伴隨該胺工廠成本之相應降低。氣體汽提可用以提高溫度及/或降低CO2分壓以利於脫附。該經再生之胺溶液(該稀液流)可 接著視需要在冷卻以後再循環至該吸收塔。另一個或替代性配置方案可在汽提以後插入稀閃蒸以將該胺-CO2反應產物進一步分解成CO2和再生胺，其能有益地增加系統CO2吸收能力(經由使額外之游離胺再循環)。利用該濃液流閃蒸、汽提和稀液流閃蒸之組合會增加該濃胺和該稀胺之CO2負載之間的差異。不利用此優點於增加吸收能力，也可選擇藉由減少於該吸收塔和該再生塔及/或用於吸收指定量之CO2的閃蒸容器之間循環所需的胺溶液體積而提高該CO2捕捉方法的效率之方式實現。在此替代方案中，減少胺循環體積會降低泵抽該胺溶液所需之能量，其能助於較低之總捕捉能。這些益處當中之一些或全部(例如，閃蒸方案)能藉由本發明揭露之胺類的有利反應化學及蒸汽-液體平衡性質做到。自該再生區脫附之CO2可經壓縮及/或液化以供運送至地層貯藏(即，隔離)或供利用，例如，用於CO2加強烴(油及/或氣體)回收或用作化學製造之原料。美國專利申請公開案第2012/060686號中顯示利用液態烷醇胺吸收劑溶液之循環式液態處理吸收/脫附單元的簡化圖式，在此引用該圖式。
吸收/再生程序
該CO2/胺物種之安定性一般隨著溫度提高而降低，所以該CO2之吸收可能偏好較低溫度，但是，對於煙道氣之操作，該溫度通常可能較高，除非進來之氣流最初是冷的。關於天然氣流，該溫度經常可能較低，特別是若該氣 體在進入該滌氣單元以前已經經過膨脹。該吸收溫度通常可能至少約10℃(例如，至少約15℃，至少約20℃，至少約25℃，至少約30℃，至少約35℃，至少約40℃，至少約45℃，至少約50℃，至少約55℃，至少約60℃，至少約65℃，至少約70℃，至少約75℃或至少約80℃)及/或至多約90℃(例如，至多約85℃，至多約80℃，至多約75℃，至多約70℃，至多約65℃，至多約60℃，至多約55℃，至多約50℃，至多約45℃或至多約40℃)。然而，在大部分具體實施例中，該吸收之最大溫度可能是約75℃，且，若操作於較低溫度可實行，例如，利用經冷卻進來之天然氣或精煉程序流，依賴於該循環中的這個點之較低溫度可能有益。約70℃之吸收溫度係供煙道氣滌氣用之適合標的值。若能以較低的增量成本達成，最佳之吸收可能偏好低於約50℃之溫度；這些較低吸收溫度習慣上能利用眾所周知之氣流冷卻法獲得，例如使該煙道氣與冷卻水霧或空氣冷卻器直接接觸。
該CO2能藉由任何適當步驟，例如包括不但限於變溫、變壓和利用惰性氣體(非反應性)氣流例如氮、熱CO2或再生塔中之水蒸汽汽提的習知方法，自該吸收劑材料脫附。變溫操作經常係習用循環式吸收工廠之選項。來自該吸收區之濃溶液的溫度能於該再生塔中提高，例如藉由於該塔底處通過熱交換器或利用水蒸汽或其他熱氣體。脫附溫度可取決於選定系統之蒸汽/液體平衡，例如胺及/或CO2濃度，並通常可能比該吸收區之溫度高至少 10℃，例如，高至少15℃或高至少20℃。該再生區之典型溫度可能比該吸收區之溫度高且通常高於100℃(例如，120℃±10℃)，且高於120℃之溫度較佳可於較高壓力產生CO2產物。然而，若水蒸汽能累積且若胺基甲酸分解速率適度高，等於或些許低於100℃之溫度(例如，約65℃至約100℃)均可利用。熱脫附，例如，藉由使該濃溶液通過具有處於控制壓力(通常約1.0bar)之塔頂空間的熱浴，可能是較佳方案。壓力控制能藉由於適當速率除去該脫附氣體達到。變壓吸收由於必需再壓縮可能較不利；壓降能於不同壓力藉由蒸汽-液體平衡測定。變壓和變溫之合併應用可能有利於該供料氣流可處於較高壓力，例如，在某種天然氣處理時，的一些情況。
預先分離之CO2的滑流可附帶或替代地用於汽提，儘管在返回該吸收塔之稀吸收劑流中的殘餘CO2濃度可能較高，且為了降低該塔中之CO2偏壓可能必需補償以促進胺基甲酸鹽分解。由氣體汽提使CO2偏壓降低會促成該氣體脫附，且，當使用此權宜之計時，可能不需要相當大之壓降，雖然最佳汽提可能使壓力降低，但是卻適合用於變壓操作之位準。利用惰性(非反應性)氣體和熱CO2之混合物汽提可能有效。當藉由惰性氣體引入及/或變壓操作進行該脫附時，可使溫度保持於用於該吸收步驟之溫度值或接近之值，但是無論有或沒有汽提或降壓，溫度從該吸收區提高至該再生區將會有利於脫附。當利用預先分離之CO2汽提時，藉由加熱該CO2汽提氣體將會有利於使CO2 自該濃溶液流脫附。
胺吸收劑
由於其高鹼度和該胺基上和周圍之位阻，根據本發明之胺類(包括受阻烷醇胺類和胺基醚類)能藉由調整CO2-胺反應產物之組成條件(例如，溫度、壓力、濃度等等)進行微調。該胺基甲酸鹽和酸式碳酸鹽反應產物之生成能藉由使用選定之受阻二級胺類部分或完全控制。為了達成合意地較低再生溫度和較高CO2負載量，利用約1：1比率之CO2：胺形成酸式碳酸鹽可能特別理想。在此案例中，根據以下提議之機構，CO2會被捕捉並以酸式碳酸鹽和胺基甲酸鹽之混合物的形式轉移至該再生器：
該CO2/胺反應產物以酸式碳酸鹽之形式轉移至再生器由於其較高CO2容量(CO2/胺約1)以及其較有利之黏度和腐蝕特性可能更有益。該酸式碳酸鹽也可能熱安定性比該胺基甲酸低，提供於較低溫度再生(CO2脫附)之可能性，因此實質上降低處理能量要求及再生成本。
用於自氣流例如煙道氣、合成氣和天然氣等除去CO2之二級胺類可為位阻二級胺類，較佳為烷醇胺類和胺基醚 類，例如，其於二級胺基(-NHR)之α位置的碳原子上具有不多於一個質子。在較佳之具體實施例中，該α碳原子可能是二級或三級碳，即，有不多於一個質子。在某些具體實施例中，低分子量可能較佳，因為該化學吸收方法似乎根據分子發生效用，而吸收劑通常根據重量購買，且具有較高分子量之化合物通常會具有每單位重量之胺溶液較少數目之CO2結合部位。相應地，根據本發明之烷醇胺類較佳可能是不高於約180amu之分子量(例如，不高於約150amu，不高於約120amu，不高於110amu或不高於約100amu)，但是不管其較低成本/效率益處也不一定得將較高分子量材料排除在外。以一般角度來看，用於本CO2分離方法之較佳二級烷醇胺類/胺基醚類能由以下通式來描述：
其中R1係氫或C1-C4烷基或羥烷基(例如，-CH3、-C2H5、-CH2OH或-C2H4OH)；R2係C1-C4烷基或羥烷基(例如，-CH3、-C2H5、-CH2OH或-C2H4OH)；R3係C1-C4烷基(例如，CH3)；且R4係-OH或-OR5，其中R5係-(CH2)-C(R1R2)-NHR3；且(各個)n係1至4之整數(例如，1至3)。在一較佳具體實施例中，該滌氣溶液含有烷醇胺，其中R1係氫且R4係-OH，但是也實質上不含 (及/或非故意添加之)烷醇胺類，其中R1和R2二者係甲基，n係1，且R4係-OH。
該R5部分之R1、R2、R3基團可能與該分子剩餘部分中的相同或不同且，在該R5部分中，可能是支鏈基團例如異丙基、異丁基、二級丁基或第三丁基，但是在胺基之α碳上的巨大基團授與較大程度之位阻現象可能較不適宜，特別是若該阻礙傾向妨礙胺與CO2之間的反應速率；因為這個原因三級烷基，尤其是巨大基團例如第三丁基，對各R1和R2可能較不適宜，但是對該α碳本身係三級的帶有如2-N-甲胺基-2-甲基-1-丙醇(MAMP)中之較小烷基不一定有妨礙。根據上式之低分子量烷醇胺類(例如，約180amu或更小，約150amu或更小，約120amu或更小，或約100amu或更小)可能特佳，其中R4係-OH。以180amu之分子量為極限當作一個要素，此烷醇胺類正常可能是單胺基、單羥基化合物。
把羥烷基取代基，例如羥甲基、羥乙基、羥丙基及/或羥丁基基團用在該烷醇胺類/胺基醚類上能提供一種控制反應產物之溶解度，以及該濃溶液流之黏度的方式。該N-烷基二級胺類之位阻型多羥基衍生物可包括，但不限於，二羥基烷醇胺類例如2-胺甲基-2-甲基-3-羥基-1-丙醇(2-胺甲基-2-甲基伸丙基-1,3-二醇)；三羥基烷醇胺類例如2-胺甲基-2-羥基甲基伸丙基-1,3-二醇；及較低分子量醚類例如雙-(2,2-二甲基-2-胺乙基)醚等，以及其組合。
一較佳類型之吸收劑包含胺基丙醇例如2-N-甲胺基-1-丙醇(MAP,mw89amu)及/或下圖之2-N-甲胺基-2-甲基-1-丙醇(MAMP,mw103)，的N-烷基(例如，N-甲基)衍生物：
此類之受阻二級烷醇胺類之顯著特徵係其能與CO2反應形成反應產物，該等反應產物能保持比其他類型之胺類，例如2-胺基-2-甲基-1-丙醇(AMP)，的反應產物高相當多之濃度的可溶性。
根據該通式且在較佳分子量範圍內之特定胺基醚類可包括N-甲胺基乙基-甲基醚(mw89)、N-甲胺基乙基-乙基醚(mw103)、N-乙基胺基乙基-甲基醚(mw103)、N-乙基胺基乙基-乙基醚(mw117)、N-甲胺基乙基-丙基醚(mw117)及N-甲胺基乙基-第三丁基醚(mw131)。在此類型醚上之烷氧基會增進該CO2：胺反應產物之水溶解度，其有助於該方法之操作。
已發現MAP提供最高之處理能力，能使CO2於高於3.5M且達於約7M或約8M之胺濃度(在吸收CO2以前)吸收至水溶液中。能被達成而不生成不溶性沉澱物的CO2負載，與AMP相比，更接近甲胺基乙醇胺(MAE)，但是反應機制不同-在水溶液中，MAP會同時形成酸式碳酸 鹽和胺基甲酸鹽。該反應能在水存在之情形下輕易進行，且速率視特定胺而變化；MAP在促進劑不存在之情形下輕易反應，但是和MAMP之反應由於該氮之α碳上來自額外烷基取代基之較大程度的位阻而進行得更慢。因此，在一些具體實施例中，該受阻二級胺包含MAP且不包含MAMP。
高溶液負載能與有利之蒸汽-液體平衡(VLE)聯偶在一起，表示在比MEA更不嚴苛之條件下可能達成該稀液流中預定殘餘CO2量的再生，如本文所證實。MAP之胺基甲酸鹽的較低熱安定性能藉由單獨於再生區之壓降或汽提達成適度低量之殘餘CO2。
利用MAP操作從該等CO2反應產物之較高反應速率、可接受之黏度和較高之水溶性來看可能尤其有利。該胺基甲酸鹽和酸式碳酸鹽反應產物具有較低安定性(儘管能勝任吸收作用)且因此能利用提高到稍高於該吸收區之溫度再生。此較低之安定性還能暗示返回該吸收區之稀液流中的殘餘CO2濃度低到可接受之程度。這些性質會使人想起藉由於熱交換器或相關單元中，例如閃蒸罐，間接加熱該酸式碳酸鹽可能使CO2脫附。藉由縮減習用汽提塔之尺寸(或消除此需求)，此配置能降低該工廠之操作費用。
關於該含水之CO2/MAP系統的蒸汽-液體平衡似乎表示可能以至少3.0M之水溶液中的最小MPA濃度操作且較佳更高，例如，至少3.5M、至少4M、至少5M、至少6M 或至少7M，8M或保守地7.5M，其表示在一般操作時不會招致該濃胺液流之過度黏度升高或由反應產物形成不溶性沉澱物之不當風險的實際上方值。於達於約65℃之溫度、於約0.01bar(相當於在大約大氣壓力之供料中約1wt%)至約0.15bar(相當於在大約大氣壓力之供料中約15wt%)之CO2偏壓，CO2能被吸入該含水吸收介質，於大約大氣壓力有可能提高至約20wt%。當加熱至約90℃時，該吸收介質內之CO2維持量會減至約2wt%或更低，每回有可能移除至多約18wt%(在每個吸收-脫附周期)，且快速反應速率使吸收和再生區之間能以高效率之較大容量方法快速循環。
從氣流之CO2吸取量與較低和較高MAP濃度之氣流中CO2含量呈線性。於約65℃，例如，於約7M烷醇胺濃度搭配含有約1vol% CO2之氣流下該吸取量應該是約0.4mol CO2/mol MAP，於供料流中約100vol%CO2幾乎線性地提高至約7.5mol CO2/mol MAP。然而，此操作範圍有可能可以藉由添加低濃度共吸收劑改善，如以下進一步描述的。
假設該受阻二級烷醇胺2-N-甲胺基-2-甲基-1-丙醇(MAMP)能藉由不同於MAP之機構與CO2反應，該機構係憑藉著該氮之α碳上的烷基-MAMP似乎不會形成胺基甲酸鹽中間物但是似乎直接轉成酸式碳酸鹽，其似乎使達於約5M烷醇胺類濃度依然可溶。該酸式碳酸鹽產物似乎具有較低安定性，與MAP相當，但是該MAMP反應速 率可能比MAP更低，意指利用純MAMP之操作範圍可能稍微降低。
在大部分情況中該二級胺類能當作CO2捕捉劑而不需要促進劑提高反應速率。因此，在某些具體實施中，該溶液基本上能由該位阻胺吸收劑與溶劑和添加物(例如，消泡添加物、抗氧化劑等等)組成。此外或替代地在某些情形中，該溶液明確地包含非故意添加之促進劑，特別是非故意添加之含氮促進劑，例如，具有單一氮原子和至少一其他雜原子之非故意添加的雜環族促進劑(例如嗎啉、硫代嗎啉、其烷基及/或羥烷基衍生物及其組合)；或具有至少二氮原子之非故意添加的雜環族促進劑(例如六氫吡嗪基促進劑，包括但不限於六氫吡嗪、2-甲基六氫吡嗪、2,5-二甲基六氫吡嗪、2,3-二甲基六氫吡嗪、2,4-二甲基六氫吡嗪、1-羥基乙基六氫吡嗪、2-羥基乙基六氫吡嗪、1,4-二羥基乙基六氫吡嗪、1,3-二羥基乙基六氫吡嗪、1,2-二羥基乙基六氫吡嗪、2,5-二羥基乙基六氫吡嗪、2-胺基乙基六氫吡嗪、其衍生物(包括烷基、羥烷基和胺基烷基衍生物)及其組合等)，或其組合。從此觀點來看MAP可能特佳，因為與CO2之反應能輕易進行而不需促進劑，尤其不需含氮雜環族促進劑。然而雜環族促進劑，尤其是六氫吡嗪型，可能用於反應速率被認為不足之系統中。然而，此二級胺類之組合可以使用或聯合其他胺類例如習用於酸性氣體分離系統者(例如MEA、DEA、TEA等等)，且不一定排除在上述混合系統中使用故意添加之促 進劑(例如，六氫吡嗪基促進劑)，特別是若發現到該反應速率慢得無法接受。
溶劑
該胺在水溶液中之濃度可經調整以視需要保持所欲之黏度，特別是對該含有吸收CO2之濃溶液。通常水大概就可以，但是有益之效果可能得使用共溶劑獲得，尤其是非質子性共溶劑。使用此受阻二級(低分子量)胺使此方法能輕易應用於現存之工業用含水之胺滌氣單元，因此從此觀點來看可能較佳。然而，帶水之極性共溶劑可能增進反應產物之溶合作用，與單獨水或帶較低極性共溶劑之水相比，因此使任何生成沉澱物之傾向降低/最小化，同時仍舊能形成酸式碳酸鹽類，該酸式碳酸鹽類產生比胺基甲酸鹽更少之腐蝕問題。極性溶劑會額外地或接續地增加溶液中之CO2物理吸收作用，藉以促成該吸收劑之增加的負載/容量。單純非含水之極性溶劑預期可能較不具腐蝕性，其能做到減少腐蝕問題(例如，於較大負載)之較便宜的冶金(例如，碳鋼)應用。
較佳之共溶劑有利地能具有較高沸點，例如，至少65℃，較佳地70℃或更高，以便能減少該方法之溶劑損失。再者，在某些具體實施例中較高沸點可能是理想的，其取決於所用之再生條件。使用較高沸點溶劑能保存可能在溶劑汽化時消耗掉之有價值能量。
這些受阻胺系統較佳能用於水溶液，但是此外或選擇 性地可與極性有機(共)溶劑混合。適合之(共)溶劑可包括，但不限於，具有高於100℃之沸點的低級烷醇類；酮類例如甲乙酮(MEK)、甲基丁酮(MBK)及甲基異丁酮(MIBK)等；二甲基亞碸(DMSO)；N-甲基吡咯烷酮(NMP)；N,N-二甲基甲醯胺(DMF)；N,N-二甲基乙醯胺(DMAc)；環丁碸(四亞甲基碸)；六甲基磷醯胺(HMPA)；四氫呋喃(THF)；乙腈；碳酸丙二酯；乙二醇類及/或丙二醇類之二甲基醚；酯類例如醋酸乙酯及/或醋酸戊酯；鹵烴類例如1,2-二氯苯(ODCB)；及其組合。
一旦以該烷醇胺或胺基醚和該(共)溶劑/介質調配好液態吸收介質，任意地含有成分例如抗氧化劑和腐蝕抑制劑等，就可運用於，例如，上述液態程序循環式吸收單元。
若固態沉澱沒變成經濟上不易處理之問題，該胺之濃度便能變化於廣大範圍，例如，約1M至約8M，但是不一定排除較高濃度(例如，達於約9M或約10M)。若CO2和胺之反應產物確實發生固態沉澱物，該工廠便能經調整以在該濃溶液進入該再生區以前移除該濃胺溶液之固體。固態沉澱物和可能進入該系統之任何其他固體的分離，例如不溶性降解產物，能藉由使用水力旋流器、離心分離機、濾器、過濾帶或其他適合之固體分離器達成。此類液體/固體分離技術眾所周知。因為該胺之吸收溫度和pKa可能是測定反應平衡和反應速率之重要參數，用於操 作之可接受(及/或最佳)胺濃度憑經驗將此加上吸收劑黏度及可能的其他因子納入考慮測定。一般，在該溶劑/介質中之總胺/鹼濃度較佳可為約3M至約8M，且為了達成高循環(擺動)力較佳為高於約3.5M或高於約4M之值。
其他具體實施例
此外或替代地，本發明能包括一或更多以下具體實施例。
具體實施例1. 高循環力二氧化碳滌氣法包含：(i)使含有二氧化碳之氣流於吸收區中與位阻二級胺之液態滌氣水溶液於該二級胺之至少3.5M(例如，至少約4.0M，至少約5.0M，或5.0M至約7.0M)的總二級胺濃度及至少10℃(例如，至少約30℃，至少約40℃，約30℃至約60℃或約60℃至約90℃)之溫度接觸，以將二氧化碳吸收至該胺溶液中，並形成呈胺胺基甲酸鹽及/或胺酸式碳酸鹽溶於溶液之形式的含已吸收之二氧化碳的胺溶液之濃液流；(ii)使該濃液流從該吸收區前進至至少一個再生區並使已吸收之二氧化碳來脫附成自該胺溶液之氣體(例如，在至少一個再生區中於比該吸收區溫度高之溫度，例如於65℃至120℃或65℃至100℃之溫度)，以形成含有相對於該濃液流濃度已降低的已吸收之二氧化碳的稀溶液；及(iii)將該稀液流送返該吸收區。
具體實施例2. 高循環力二氧化碳滌氣法包含：(i) 使含有二氧化碳之來自烴燃燒程序之煙道氣於吸收區中與2-N-甲胺基-1-丙醇之液態烷醇胺滌氣水溶液於該烷醇胺類之至少4.0M的總濃度及至少30℃之溫度和至少0.025bar之二氧化碳偏壓接觸，以將該煙道氣中之二氧化碳吸收至該胺溶液中並形成呈烷醇胺胺基甲酸鹽及/或烷醇胺酸式碳酸鹽溶於該胺之形式的含已吸收之二氧化碳的胺溶液之濃液流；(ii)使該濃胺液流從該吸收區前進至至少一個再生區，並使已吸收之二氧化碳脫附成來自該烷醇胺溶液之氣體，以形成含有相對於該濃液流及再生之2-N-甲胺基-1-丙醇濃度已降低的已吸收之二氧化碳的稀溶液；及(iii)將該稀液流送返該吸收區。
具體實施例3. 根據具體實施例1或具體實施例2之方法，其中以下一或多者獲得滿足：該濃液流中之二氧化碳負載係至少每莫耳二級胺0.3mol CO2，例如，至少每莫耳二級胺0.4mol CO2；二氧化碳與該胺溶液在該吸收區中接觸，於至少0.025bar之二氧化碳偏壓；且該濃液流之黏度較佳不大於約10cPs。
具體實施例4. 根據任一先前具體實施例之方法，其中以下一或多者獲得滿足：該位阻二級胺之氮原子的α碳原子係具有一個質子之二級碳；該位阻二級胺之氮原子的α碳原子係具有兩個C1-C2烷基(例如，甲基)取代基之三級碳；該二級胺包含烷醇胺(例如，其中該氮原子的α碳原子係具有一個質子之二級碳，例如2-N-甲胺基-1-丙醇)；該液態滌氣水溶液包含非故意添加之促進劑；且該 液態滌氣水溶液基本上由烷醇胺(例如，2-N-甲胺基-1-丙醇)之水溶液組成。
具體實施例5. 根據任一先前具體實施例之方法，其中該位阻二級胺包含：具有不大於180之分子量的胺基醚；該氮原子的α碳原子係具有一個質子之二級碳的位阻胺基醚；N-甲胺基乙基-甲基醚、N-甲胺基乙基-乙基醚、N-乙基胺基乙基-甲基醚、N-乙基胺基乙基-乙基醚、N-甲胺基乙基-丙基醚、N-甲胺基乙基-第三丁基醚或其組合；或其組合。
具體實施例6. 根據任一先前具體實施例之方法，該包含二氧化碳之氣流包含來自烴燃燒程序之煙道氣。
具體實施例7. 根據任一先前具體實施例之方法，其中該已吸收之二氧化碳係自至少一個再生區之濃液流於比該吸收區之溫度高的溫度脫附，其在100℃之下(例如，65℃至100℃或90℃至100℃)或100℃至120℃。
具體實施例8. 根據任一先前具體實施例之方法，其中該已吸收之二氧化碳係自至少一個再生區之濃液流脫附(例如，藉由氣體例如CO2汽提該濃液流)，及/或將該經脫附之CO2再循環至該再生區以汽提該濃液流。
具體實施例9. 根據任一先前具體實施例之方法，其中該液態滌氣水溶液包含至少一個具有通式R3HN-C(R1R2)-(CH2)n-R4之烷醇胺，其中R1係氫或C1-C4烷基或羥烷基(例如，-CH3、-C2H5、-CH2OH或-C2H4OH)；R2係C1-C4烷基或羥烷基(例如，-CH3、-C2H5、-CH2OH 或-C2H4OH)；R3係C1-C4烷基(例如，CH3)；且R4係-OH或-OR5，其中R5係-(CH2)n-C(R1R2)-NHR3；且(各個)n係1至4之整數(例如，1至3)，但是實質上非(及/或非故意添加之)烷醇胺類，其中R1和R2二者係甲基，n係1，且R4係-OH，及/或其中該液態滌氣水溶液基本上由2-N-甲胺基-1-丙醇之水溶液組成。
具體實施例10. 根據任一先前具體實施例之方法，其中步驟(ii)之脫附係藉由以下完成：(a)將該濃胺溶液送至第一再生區閃蒸罐，其中二氧化碳係自該濃胺溶液脫附以形成第一中間脫附溶液；(b)將該第一中間脫附溶液送至汽提區，其係於該汽提區中直接地或間接地與汽提介質接觸，以便自該第一中間脫附溶液進一步脫附二氧化碳，因此形成第二中間脫附溶液；及(c)任意地將該第二中間脫附溶液送至第二再生閃蒸罐，其中自該第二中間脫附溶液又更進一步地脫附二氧化碳，因此形成第三中間脫附溶液，其中該第二中間脫附溶液及/或將該任意第三中間脫附溶液送返該吸收區為步驟(iii)之稀液流。
實施例 實施例1
CO2與2-N-甲胺基-丙醇(MAP)之反應機構係利用在現場之NMR技術藉由使含CO2之氣體於固定溫度(約30℃)和流速(約10sccm)起泡通過MAP之約3M水溶液並把13C NMR當作反應時間之函數偵測CO2-胺反應產 物評估。第1圖定性例示CO2優先與MAP形成碳酸鹽-酸式碳酸鹽物種(13C NMR峰自約166.0偏移至約160.0ppm)而胺基甲酸鹽物種(於164.5ppm之13C NMR峰)以低濃度存在。處於平衡之低濃度胺基甲酸鹽物種和高濃度酸式碳酸鹽物種係藉由MAP之胺基的位阻作用來解釋，其降低對於CO2之碳的胺親和力並使MAP-胺基甲酸鹽之N-C鍵較不穩定。
實施例2
CO2與N-甲胺基-2-甲基-丙醇(MAMP)之反應機構係利用在現場之NMR技術藉由使含CO2之氣體於固定溫度(約30℃)和流速(約10sccm)起泡通過MAMP之約3M水溶液並把13C NMR當作反應時間之函數偵測CO2-胺反應產物評估。第2圖定性例示CO2優先與MAMP形成碳酸鹽-酸式碳酸鹽物種(13C NMR峰自約168.0至約160.0ppm)而胺基甲酸鹽物種(於約165至164ppm無13C NMR峰)則消除。處於平衡之胺基甲酸鹽物種不存在和高濃度酸式碳酸鹽物種係藉由MAMP之胺基的嚴重位阻作用來解釋，其妨礙胺基甲酸鹽之N-C鍵的形成。
實施例3
CO2與單乙醇胺(MEA)之反應機構係利用在現場之NMR技術藉由使含CO2之氣體於固定溫度(約30℃)和流速(約10sccm)起泡通過MEA之約3M水溶液並把 13C NMR當作反應時間之函數偵測CO2-胺反應產物評估。第3圖定性例示相當高比例之MEA分子與CO2形成胺基甲酸鹽物種(於約164.5ppm之13C NMR峰)而酸式碳酸鹽物種(於約160.0ppm之13C NMR峰)也存在。相對於MAP和MAMP較高濃度之胺基甲酸鹽物種係由於MEA之胺基的位阻作用不存在獲得解釋，結果，MEA胺對於CO2之碳的高親和力。值得注意的是MEA胺對於CO2之高親和力使MEA-胺基甲酸鹽之N-C鍵變得穩定，讓胺再生需要高溫(例如，能量)。
實施例4
2-N-甲胺基-1-丙醇(MAP)之蒸汽-液體平衡係藉由使CO2於約0.01、約0.1和約1bar之CO2偏壓及約45、約65和約90℃之溫度起泡通過約3M、約5M和約7M MAP之水溶液，相當於水中含約27.1、約45.7和約64.7wt%之水溶液負載，測定。表2包括達於約10bar之數據。注意，在約10bar於約45℃下，容量似乎變成接近最大值。
結果顯示於以下表1至3。
結果，以圖形方式顯示於第4至5圖，指示MAP能非常有效地用以吸收CO2。於約3M胺濃度和約0.1bar CO2偏壓下，當溫度從約45℃升至約90℃時，化學吸收之CO2負載的差異顯現約0.5莫耳CO2/莫耳胺，當於約1bar之CO2偏壓得到非常類似的結果(第4圖)。藉由約5M之較高胺濃度，於相同溫度的淨差異係約0.6和約0.5(第5圖)。於約7M濃度(第6圖)，於約45和約90℃的差異顯現類似，當溫度提高至約120℃差異加大。
實施例5
關於MAP之提高的處理能力，與MEA相比，藉由於不同溫度吸收至該溶液中的CO2量表示；這可在第7和8圖中看得更清楚。第7圖顯示於不同溫度，約45至約90℃，之CO2吸取量顯著差異，表示有可能於低於100℃之溫度再生，並有利地移除使該溶液中之水汽化的需求，結果導致能量消耗減少。相對之下，關於MEA(第7圖)，於該吸收和再生溫度之間見到小範圍，強調MAP的可取之處。
實施例6
於較高MAP濃度(約7M)下CO2在MAP水溶液中之溶解度的溫度依數性係顯示於以下表4。
實施例7
把負載CO2之2-N-甲胺基-丙醇(MAP)水溶液的黏度當作水中之MAP濃度和CO2偏壓的函數研究。將含有 8個MAP溶液(約26wt%至約100wt%)之兩系統加熱至約45℃並分別使約0.1bar和約1.0bar之偏壓的CO2飽和。溶液之CO2負載和黏度利用13C NMR光譜學和工業用桌上型黏度計Cannon SimpleVis於約40℃分析。第9圖顯示在該胺溶液中之CO2負載(圓)似乎與胺濃度一起提高，飽和於約0.1bar之CO2的純MAP達到約18wt%且飽和於約1.0bar之CO2的純MAP達到約24wt%。第9圖也顯示使CO2飽和之溶液的黏度(方塊)似乎按照MAP濃度之函數提高。CO2捕捉方法可接受之濃度範圍可利用第9圖挑選。值得注意的是溶液黏度顯現於高於約55wt%(~6M)之胺濃度戲劇性地提高，咸相信其係起因於該溶液中之高濃度胺基甲酸鹽物種。
實施例8
MAP之提高的處理能力，與MEA相比，可藉由於不同CO2偏壓吸收至該溶液中的CO2量表示；這能於第10圖中更清楚地見到。第10圖顯示於高於約0.05bar之CO2壓力下，於約45℃之約5M MAP似乎相對於類似條件之約5M MEA顯示高相當多之CO2吸取力。MAP似乎也於約120℃在低於約4.0bar之CO2的壓力範圍顯示較佳之再生可能性，其使人聯想到較高之MAP處理能力。不同於MEA，MAP不一定需要直接蒸汽注射以提供壓降，在該案例中可有利地移除對使溶液中之水汽化的需求，結果導致能量消耗縮減。MAP之再生能於較高CO2 壓力(約1.0至約2.0bar)進行，節省壓縮成本。第10圖也似乎顯示在自多種不同來源例如煙道氣(約0.05至2.5bar之CO2)、天然氣(約0.5至70bar之CO2)及精製廠之多個不同單元(包括，但不限於，氫工廠)移除CO2時MAP具有優於MEA之優點。
儘管本發明已經從具體實施例之觀點描述，但是其不一定受限於此。熟悉此技藝者理應容易了解在特定條件下適合操作之更改/修飾。因此意欲將以下申請專利範圍解釋成涵蓋落於本發明之真正精神/範疇內之所有此類更改/修飾。

Claims (11)

  1. 一種高循環力二氧化碳滌氣法，其包含：(i)使含有二氧化碳之氣流於吸收區中與位阻二級胺之液態滌氣水溶液於至少3.5M(例如至少約4.0M、至少約5.0M或5.0M至約7.0M)之總二級胺濃度及於至少10℃(例如至少約30℃、至少約40℃、約30℃至約60℃或約60℃至約90℃)之溫度下接觸，以吸收二氧化碳至該胺溶液中並形成被吸收之二氧化碳於該胺溶液中以溶解於該溶液之胺胺基甲酸鹽及/或胺酸式碳酸鹽的形式之濃液流(例如於至少一個比該吸收區之溫度為高之溫度(例如65℃至120℃或65℃至100℃之溫度)下的再生區中)；(ii)使該濃液流通過該吸收區至至少一個再生區，並使該被吸收之二氧化碳自該胺溶液脫附成氣體，以形成相對於該濃液流含有降低濃度的被吸收之二氧化碳的稀溶液；及(iii)將該稀液流返回至該吸收區。
  2. 一種高循環力二氧化碳滌氣法，其包含：(i)使含有二氧化碳之來自烴燃燒程序之煙道氣於吸收區中與2-N-甲胺基-1-丙醇之液態烷醇胺滌氣水溶液於至少4.0M烷醇胺之2-N-甲胺基-1-丙醇的總濃度下且於至少30℃之溫度和至少0.025bar之壓力下接觸，以吸收來自該煙道氣之二氧化碳至該胺溶液中，並形成被吸收之二氧化碳於該胺溶液中以溶解於該胺溶液中之胺胺基甲酸 鹽及/或烷醇胺酸式碳酸鹽的形式之濃液流；(ii)使該濃胺液流通過該吸收區至再生區，並使該被吸收之二氧化碳自該烷醇胺溶液脫附成氣體，以形成相對於該濃液流含有降低濃度的被吸收之二氧化碳及再生之2-N-甲胺基-1-丙醇的稀溶液；及(iii)將該稀液流返回至該吸收區。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中滿足下列之一或多者：載於該濃液流中之二氧化碳係每莫耳二級胺至少0.3mol CO2，例如每莫耳二級胺至少0.4mol CO2；使該二氧化碳與該胺溶液於該吸收區中於至少0.025bar之二氧化碳分壓下接觸；及該濃液流之黏度較佳不高於約10cPs。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中滿足下列之一或多者：位於該位阻二級胺之氮原子的鄰(α)位之碳原子係具有1個質子之二級碳；位於該位阻二級胺之氮原子的鄰(α)位之碳原子係具有2個C1-C2烷基(例如甲基)取代基之三級碳；該二級胺包含烷醇胺(例如其中該位於該氮原子的鄰(α)位之碳原子係具有1個質子之二級碳，諸如2-N-甲胺基-1-丙醇)；該液態滌氣水溶液不包含故意添加之促進劑；及該液態滌氣水溶液基本上由烷醇胺(例如2-N-甲胺 基-1-丙醇)之水溶液組成。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中該位阻二級胺包含：具有不高於180之分子量的胺基醚；位阻胺基醚，其中位於該氮原子的鄰(α)位之碳原子係具有1個質子之二級碳；N-甲胺基乙基甲基醚、N-甲胺基乙基乙基醚、N-乙胺基乙基甲基醚、N-乙胺基乙基乙基醚、N-甲胺基乙基丙基醚、N-甲胺基乙基第三丁基醚或彼等之組合；或彼等之組合。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之方法，該含有二氧化碳之氣流包含來自烴燃燒程序之煙道氣及/或包含天然氣流。
  7. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中該被吸收之二氧化碳係於至少一個再生區中於比該吸收區之溫度高不到100℃(例如65℃至100℃或90℃至100℃)或100℃至120℃之溫度下自該濃液流脫附。
  8. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中該被吸收之二氧化碳係於至少一個再生區中自該濃液流脫附(例如藉由氣體(諸如，CO2)汽提該濃液流)，及/或將該經脫附之CO2再循環至該再生區以汽提該濃液流。
  9. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中該液態滌氣水溶液包含至少一種具有下述通式之烷醇胺R3HN-C(R1R2)-(CH2)n-R4其中R1係氫或C1-C4烷基或羥烷基(例如-CH3、-C2H5、-CH2OH或-C2H4OH)；R2係C1-C4烷基或羥烷基 (例如-CH3、-C2H5、-CH2OH或-C2H4OH)；R3係C1-C4烷基(例如CH3)；且R4係-OH或-OR5，其中R5係-(CH2)n-C(R1R2)-NHR3；且(各)n係1至4之整數(例如1至3)，但是該溶液實質上不包含(及/或無故意添加之)烷醇胺類，其中R1和R2均係甲基，n係1，且R4係-OH，及/或其中該液態滌氣水溶液基本上由2-N-甲胺基-1-丙醇之水溶液組成。
  10. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中步驟(ii)中之脫附係藉由下列方式完成：(a)將該濃胺溶液送至第一再生區閃蒸罐，其中二氧化碳自該濃胺溶液脫附以形成第一中間脫附溶液；(b)將該第一中間脫附溶液送至汽提區，其中該第一中間脫附溶液與汽提介質直接或間接接觸以自該第一中間脫附溶液進一步脫附二氧化碳，藉以形成第二中間脫附溶液；及(c)任意將該第二中間脫附溶液送至第二再生閃蒸罐，其中二氧化碳進一步自該第二中間脫附溶液脫附，藉以形成第三中間脫附溶液，其中該第二中間脫附溶液及/或該任意第三中間脫附溶液被返回至該吸收區作為步驟(iii)之稀液流。
  11. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中於該濃胺液流中酸式碳酸鹽對胺基甲酸鹽的莫耳比係至少1.0。
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