[发明专利]CO2捕获的胺促进

说明书

技术领域

本发明涉及从含有二氧化碳和其它酸性气体中的一种或多种的气态流清除二氧化碳和其它酸性气体。特别是，本发明涉及利用一种或多种被促进的胺作为吸附剂从气体混合物分离酸性气体例如二氧化碳的方法。

背景技术

从混合气流除去二氧化碳具有重大的工业重要性和商业价值。二氧化碳是烃燃烧普遍存在和不可避免的副产物，对它在大气中的蓄积和它在全球性气候改变中可能的作用，日益受到关注。如果制定了因环境因素驱动的法律和法规，则可能需要捕获和封存。虽然现有的CO₂捕获方法对于迄今利用它们的规模而言已经令人满意，但未来用在显著降低来自主要的固定燃烧源、例如燃烧化石燃料的发电站的大气CO₂排放所需要的大得多的规模上，则有必要改进用于从气体混合物除去CO₂的所述方法的能量效率，并从而降低CO₂捕获的成本。根据政府间气候变化专门委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change)建立的数据，发电产生CO₂固定源排放的大约78％，与其它工业例如水泥制造(7％)、精炼厂(6％)、钢铁制造(5％)、石化厂(3％)、油气加工(0.4％)和生物质工业(生物乙醇和生物能)(1％)一起构成了总量的主体，说明在一方面的发电和另一方面的所有其它用途之间有很大的规模差异。对此必须加上将会需要处理的气体的庞大体积的单独问题。烟气通常主要由来自燃烧空气的氮气组成，CO₂、氧化氮和其它排放物例如氧化硫占所述需要处理的气体的比较小的比例。通常，化石燃料发电站的湿烟气通常取决于燃料而含有大约7-15体积％的CO₂，天然气产出的量最低而硬煤最高。

利用液体吸附剂的循环CO₂吸附技术例如变压吸收(PSA)和变温吸收(TSA)是公认的。最多使用的吸附剂包括液体溶剂，如在胺洗方法中的，然而PSA和TSA方法中也使用固体吸附剂。溶解在水中的液体胺吸附剂或许是最普遍的吸附剂。胺洗是基于CO₂与胺化学反应产生碳酸盐/碳酸氢盐和氨基甲酸盐–所述胺水溶液通过形成一种或多种铵盐例如氨基甲酸盐、碳酸氢盐和碳酸盐来化学俘获CO₂。所述反应倾向于是可逆的，并且这些盐在适当的条件调节、通常温度调节后，可转变回原来的组分，在适度升高的温度下能够再生游离胺。商业上，胺洗通常包括含酸性气体(CO₂和/或H₂S)的气流与一种或多种优选的简单烷醇胺的水溶液接触，因为羟基基团赋予一种或多种胺和一种或多种反应产物二者在水中更高的溶解度。商业方法中目前使用烷醇胺，例如单乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)和三乙醇胺(TEA)，以及有限的一组受阻胺。所述循环吸附方法需要高速率的气-液热交换、吸附和再生区之间的大液体流量传送、和胺溶液再生的高能量需求。含有吸附CO₂的胺溶液形成胺-CO₂反应产物，所述溶液的腐蚀性能也可能是问题。没有进一步的改进的情况下，这些困难将限制胺水溶液洗涤方法在很大规模的应用中的经济可行性。

利用水性吸附剂的循环吸附方法通常在所述循环的吸附和解吸(再生)部分之间的气流中需要显著温差。在常规的胺水溶液洗涤方法中，CO₂吸收需要比较低的温度(例如，小于50℃)，而解吸需要增加到超过约100℃的温度(例如120℃)。保持所述热差所需要的热量是所述方法的成本的主要因素。因为需要在超过100℃的温度下再生所述溶液，水的高蒸发潜热(～2260kJ/Kg，～100℃时)显然对总能耗做出了显著的贡献。如果CO₂捕获要在适合在发电厂使用的更大规模上进行的话，需要开发更有效和经济的分离技术。

需要更有效的CO₂分离方法的另一个领域是在提高石油采收率(EOR)中，其中CO₂被再注入气态或液态烃矿床中以保持储层压力。随着在世界范围内的许多开采储层进入高龄和日益增加的符合要求的挑战，扩大使用EOR方法变得更加广泛。通常，用于EOR的二氧化碳源是开采烃流本身，其可能含有从小于5％到多于80％CO₂的任何量。其它选项是从各种燃烧源的烟气捕获CO₂和在燃烧前从燃料气化过程中产生的已转变的合成气捕获CO₂。