[发明专利]从气态流中分离CO2的方法

说明书

本发明涉及一种从气态流(例如天然气)中分离或脱除CO₂(二氧化碳)的方法。

二氧化碳(CO₂)为存在于天然气和其它气源中的非期望的稀释剂。CO₂的分离或脱除是天然气加工中的常见分离过程，且通常需要该过程以改善天然气的燃料质量。

一般使用和工业使用的从惰性组分中提取二氧化碳的方法基于化学或物理吸收，有时基于两者的组合。此外，还使用吸附或膜。

该过程通常称为“气体脱硫(gas-sweetening)”，这是因为CO₂(次于其它一些)通常被描述为“酸气”。脱除是重要的，这是因为CO₂降低售气的热值并当暴露不受控时还将负面影响环境。对于化学吸收，一般使用水性胺溶液(例如单或二乙醇胺(MEA、DEA)、N-甲基-二乙醇胺(MDEA)或热钾碱(Benfield或Catacarb))。

物理吸收通常提供较高的吸收能力，因此需要较低的泵速率，但共吸收烃(特别是较高级的一些)。使用的典型物质是甲醇、烷基-吡咯烷(pyrrolidin)或醚化聚乙二醇的衍生物。混合过程利用物理(例如环丁砜)和化学(例如MDEA或二异丙醇胺(DIPA))吸收剂的混合物用于较高分压。

使用膜是相当年轻的技术并可进一步用于不同烃的分离，但对于酸气分离它们并非100%选择性，因此导致售气规格的不一致。“污染”(膜的污染)是另一缺点。

已知离子液体(IL)吸收CO₂。当工业界认识到绿色化学具有前景且京都议定书开始时，吸收性IL公开于许多出版物中的若干期刊中。

真正的研究潮流完成于[BF₄]^-、[二(三氟甲基磺酰基)酰亚胺]^-(通常缩写为[NTf₂]^-)和[PF₆]^-阴离子，主要与咪唑鎓基阳离子组合。虽然合成相当容易，但是巨大的缺点为高粘度、对水解的不稳定性和导致的氟化分解产物。

总的来说，可以说剩余的IL的大部分将不会进入工业应用的焦点，这是因为它们仅在实验室规模可合成。Shifflet等人首先使用咪唑鎓基羧酸盐用于二氧化碳吸收。仅可猜测为什么没有其他研究组加强其对这组化合物的关注是因为根据亨利系数它们显示高的势(potential)。

根据普遍接受的文献(例如Wasserscheid,Peter;Welton,Tom(Eds.);"IonicLiquidsinSynthesis(合成中的离子液体)",Wiley-VCH2008;ISBN978-3-527-31239-9)，离子液体是熔点等于或低于100℃的低熔点盐的熔体。这些离子液体展现一些非常令人感兴趣的特征，例如具有极低的(实际上不可测)蒸气压、大的液相线范围、良好的电导率和令人感兴趣的溶剂化特征。这些特征可注定离子液体用于若干应用，例如作为溶剂(例如，在有机或无机合成、过渡金属催化、生物催化、多相反应、光化学、聚合物合成和纳米技术中)、萃取剂(例如液-液或液气萃取、在原油加工期间脱硫、在水处理期间重金属的去除和液膜萃取)、电解质(例如，在电池、燃料电池、电容器、太阳能电池、传感器、电镀、电化学金属加工、电化学合成和纳米技术中)、润滑剂、热流体、凝胶、用于有机合成的试剂、在所谓“绿色化学”中(例如作为挥发性有机化合物的替换)、抗静电添加剂、化学分析(例如气相色谱、质谱、毛细管区电泳)中的具体应用、液晶等。

然而，熔融温度≤100℃是由定义任意选择的，因此依据本申请，也包括熔融温度＞100℃但＜250℃的盐。术语“离子液体”可具体地包括所有液体有机盐和由有机阳离子、有机阴离子或无机阴离子组成的盐的混合物。此外，额外的带有无机阳离子和有机或无机阴离子的盐可溶于离子液体中，所述的盐含有但明确不限于如基本的离子液体中所见的相同的阴离子或相同的多种阴离子。此外，小量添加剂可溶于离子液体。此外，离子液体可具有的熔点低于250℃并特别地，低于100℃并优选低于室温。