[发明专利]溶剂、提供吸收液的方法以及溶剂的用途

说明书

在用于产生电能的燃烧矿物燃料的电厂设备中，由于燃烧矿物燃料而产生了含二氧化碳的烟气。为了避免或减少二氧化碳排放，必须将二氧化碳从烟气中分离出来。为了将二氧化碳从混合气中分离出来，通常已知各种办法。尤其是为了在燃烧过程之后将二氧化碳从烟气中分离而使用吸收-解吸方法。在此，大规模地用吸收液将二氧化碳(CO₂)从烟气中洗出(CO₂捕集过程)。

常见的吸收液(溶剂)以伯胺、仲胺或叔胺为基础并且显示出了对二氧化碳CO₂的良好选择性以及很高的容量。在烟气洗涤时，首要目标就是减少破坏气候的二氧化碳。但为此使用的工艺应当不会引起其它可能有损环境或人身的排放。

但在CO₂捕集过程中，由于来自吸收液的胺与来自燃烧设备的烟气的氮氧化物(NOx)的化合带来了一个严重的问题。即使烟气中氮氧化物的浓度较小，胺与氮氧化物也直接通过分解产物或经由副反应形成了让活生物体致癌的亚硝胺(N-亚硝基化合物)。所形成的亚硝胺(Nitrosamin)会具有很小的蒸气压，因此它们可以通过经净化的烟气夹带排放到大气中。

亚硝胺处在公众的高度关注下，因为它们(特别是烹制不当时)可能出现在食物中并且大多会致癌。因此，亚硝胺是当前关于少二氧化碳的电厂的讨论的焦点且与胺类溶剂的运行安全相关。因此，在CO₂捕集过程中使亚硝胺浓度最小化对该技术在公众中的接纳度很重要。

仅由仲胺形成的亚硝胺在时间上是稳定的。伯亚硝胺进一步反应成烯烃和醇(Lehrbuch der organischen Chemie；Beyer und Walter，1991)，它们明显要比致癌的亚硝胺不令人担忧。叔胺仅能通过其分解产物，亦即仲胺，反应成稳定的亚硝胺化合物。为什么尽管如此在CO₂捕集过程中仲胺仍比伯胺更为优选的原因在于更小的结合能以及因而整个电厂的更低的效率损失。此外，仲胺相比伯胺显示出了对CO₂明显更高的装载容量。叔胺的缺陷在于，它们与二氧化碳的反应极为缓慢以及因此需要很大的塔。

在化学工业中洗气时不会出现该问题，因为硝化物质(二氧化氮或有待氧化成二氧化氮的一氧化氮)通常并不存在以及因此也不会发生硝化。在例如轮胎工业的一些工艺中，有针对性地向工艺中添加抑制剂以防止形成N-亚硝基组分。在食品工业中，存在一些公知的以及有效的抑制剂，例如硒。不过在那里存在的酸性环境明显不同于在CO₂分离时的碱性条件。倘若这些抑制剂在CO₂捕集过程的条件下尤为有效的话，则在CO₂分离过程中必须大量存在这些抑制剂，以便在与硝化试剂反应时防止并发以高浓度存在的胺。在此对CO₂捕集过程极为不利的是，大量不活跃的物质(抑制剂)在过程循环中发生作用，这些物质必须被额外地重新泵送以及因而进一步降低了电厂的效率。

本发明所要解决的技术问题是，提供一种含仲胺的溶剂，该仲胺在与二氧化氮接触时明显在形成亚硝胺时被减少。本发明所要解决的另一个技术问题在于，提供一种用于提供吸收液的方法，该吸收液在形成亚硝胺时减少。本发明所要解决的技术问题还在于，提供溶剂用于从燃烧设备的烟气中选择性吸收CO₂的溶剂的用途。此外还避免了现有技术的缺陷。

本发明针对溶剂的技术问题通过一种溶剂解决，该溶剂包含仲胺的水溶液和对亚硝胺的形成起抑制作用的添加剂，其中，该添加剂包含伯胺或伯氨基酸盐。

本发明基于这样的认识，即，二氧化氮与伯胺比与仲胺更快地反应。由此优选产生了不稳定的伯亚硝胺，伯亚硝胺进一步反应成烯烃和醇。二氧化氮与仲胺的反应相比伯胺进行得相对缓慢，因而通过本发明明显抑制了稳定的仲亚硝胺的形成。由此产生的结果是，通过少量添加伯胺到溶剂就可以大幅减少稳定的亚硝胺化合物的形成。抑制的强度取决于伯胺的量和伯胺与硝化物质的反应速度，该硝化物质通过添加剂与溶剂混合。在仲胺的量处于较低的百分比范围的情况下将伯胺添加到添加剂中，业已被证明是有利的。

伯胺作为添加剂的重大优势在于，它主动参与了从烟气的吸收和解吸CO₂。由此尽管伯胺的份额较大，但不需要增加重新泵送溶剂。

所使用的胺可以是烷醇胺、位阻胺、氨基酸或氨基酸盐。通过本发明极大了减少了用于处理形成亚硝胺的溶剂的特殊措施的费用。溶剂中的仲胺是吸收的主要活性洗涤物质。尽管伯胺也主动参与了洗涤过程，但基于较高的结合能和较低的负载容量而居于次位。