捕获二氧化碳的综合方法技术

本发明专利技术涉及捕获CO2的综合方法。该方法涉及从含CO2的水溶液中解吸气态CO2，所述含CO2的水溶液包括碳酸盐、碳酸氢盐、倍半碳酸盐、氨基甲酸盐或其混合物。在合适的水溶性物质的存在下进行气态CO2的解吸。如果需要，该方法还可以使用膜、蒸馏或其他技术至少部分地回收所述可溶性物质。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】捕获二氧化碳的综合方法相关申请的交叉引用本申请要求2016年2月3日提交的美国序列号62/290,519的优先权。该申请涉及2015年8月14日提交的美国序列号14/826,771，其要求2015年1月23日提交的美国序列号62/106,822和2014年12月10日提交的美国序列号62/090,272以及2015年5月11日提交的美国序列号62/159.481的优先权。该申请还涉及2015年12月9日提交的PCT/US2015/064669，其要求2015年8月14日提交的美国序列号14/826,771的优先权，美国序列号14/826,771要求2015年1月23日提交的美国序列号62/106,822和2014年12月10日提交的美国序列号62/090,272以及2015年5月11日提交的美国序列号62/159.481的优先权。所有上述申请通过引用并入本文。
技术介绍
在人类活动中，来自发电和工业的CO2排放占全球温室气体排放量的65％。考虑到世界增长的能源需求和对化石燃料的持续依赖，前所未有地需要开发技术以显著减少CO2排放。一种有前景的减少CO2排放的方法是燃烧后CO2捕获和利用(CCU)，其将排放物中的低浓度CO2转化为高纯度CO2，用于利用或处置。然而，由于巨大的操作成本，这些技术例如冷却的(chilled)氨和单乙醇胺(MEA)碳捕获方法的实施已被限于小规模试验厂。目前最有效的方法要求高温热量，所述高温热量通常由从发电转移的蒸汽供应，在一些情况下增加了超过70％的电力成本。在目前的碳捕获方法中，高温热量占能量消耗的>80％，并且是CO2捕获的成本最高的组成部分。显著较低的操作和资本成本的CO2捕获系统是使CCU成为减少CO2排放的有效方法所必需的。纯CO2是有价值的产品，每年有80Mt的商业市场。由于目前CO2捕获系统的成本过高的性质，80％以上的纯CO2需求由CO2源领域的不可持续的钻探(drilling)提供，所述源领域包含已被隔离数百万年的CO2。由低于市场价格的烟气捕获CO2的有效系统将至少部分取代由这些不可持续和反生产的来源的纯CO2生产。有利地，本专利技术涉及从一种或多种含CO2的气体混合物捕获CO2的新的高效、低能和低成本的系统和方法。通过包含一种或多种CO2吸收剂的贫CO2溶液，从含有CO2的气体混合物例如烟气中吸收CO2。然后将可溶性物质加入到生成的富CO2溶液中，引起气态二氧化碳的解吸。将上述CO2解吸后的所得溶液分离成可溶性物质和贫CO2吸收液。将贫CO2吸收液转移到吸收步骤，并将可溶性物质转移到CO2解吸步骤，使得所述方法可再生。可溶性物质和贫CO2吸收液的回收的特征在于以下一种或多种或组合：(a)基于膜的分离，其包括以下一种或组合：a.纳滤b.有机溶剂纳滤c.反渗透d.正向渗透e.超滤f.微滤(b)蒸馏，其包括以下一种或组合：a.分批蒸馏b.连续蒸馏c.简单蒸馏d.分馏e.蒸气蒸馏f.共沸蒸馏g.多效蒸馏h.多级闪蒸i.闪蒸j.机械蒸气压缩蒸馏k.膜蒸馏l.真空蒸馏m.短路径蒸馏n.区域蒸馏(Zonedistillation)o.空气敏感型蒸馏(Airsensitivedistillation)(c)开关溶剂-以下一种或组合：a.热开关b.CO2开关c.对系统条件的其他变化响应的开关溶剂在一个实施方案中，本专利技术涉及捕获CO2的综合方法。该方法包括从含CO2水溶液中解吸气态CO2，所述水溶液包括碳酸盐、碳酸氢盐、倍半碳酸盐、氨基甲酸盐或其混合物。在合适的水溶性物质的存在下进行气态CO2的解吸。在另一个实施方案中，本专利技术涉及捕获CO2的综合方法。该方法包括捕获CO2以形成含CO2的溶液，所述溶液包括碳酸盐、碳酸氢盐、倍半碳酸盐、氨基甲酸盐或其混合物。由包括碳酸盐、碳酸氢盐、倍半碳酸盐、氨基甲酸盐或其混合物的含CO2的溶液中解吸气态CO2。在合适的可溶性物质的存在下进行气态CO2的解吸。通过使用(1)具有大于约80道尔顿的截留分子量的膜或(2)蒸馏或(3)其组合，至少部分地回收所述可溶性物质。可溶性物质可以包括水、有机溶剂、硅氧烷、离子液体、水溶性聚合物、可溶性聚合物、二醇、聚乙二醇、聚丙二醇、醚、二醇醚、二醇醚酯、三甘醇二甲醚、多种几何形状的聚乙二醇，包括支化的聚乙二醇、星形聚乙二醇、梳形聚乙二醇、甲氧基聚乙二醇，聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、二醇聚合物、1,2-丙二醇、1,2-乙二醇、1,3-丙二醇、纤维素醚、甲基纤维素、塞露塞斯(cellosize)、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、糖醇、糖、醇、酮、醛、酯、有机硅化合物、卤化溶剂、非挥发性溶剂、20℃时蒸气压小于0.01atm的物质、分子量大于80道尔顿的可溶性物质、挥发性有机溶剂、分子量小于600道尔顿的可溶性物质、分子量小于200道尔顿的可溶性物质、二甲氧基甲烷、丙酮、乙醛、甲醇、二甲醚、THF、乙醇、异丙醇、丙醛、甲酸甲酯、共沸物、醇、酮、醛、酯、有机硅化合物、卤代溶剂、在20℃时蒸气压大于0.01大气压的物质，或其混合物。附图说明图1示出了具有在可溶性物质的存在下CO2解吸和基于膜的回收的CO2捕获系统的实施方案。图2示出了具有在挥发性可溶性物质的存在下CO2解吸和蒸馏回收的CO2捕获系统的实施方案。图3示出了具有在CO2开关溶剂的存在下CO2解吸和热CO2开关回收(switchingrecovery)的CO2捕获系统的实施方案。图4示出了具有在CO2开关溶剂的存在下CO2解吸和空气接触CO2开关回收的CO2捕获系统的实施方案。图5示出了具有在热开关溶剂的存在下CO2解吸和热开关回收的CO2捕获系统的实施方案。图6示出了具有在可溶性物质的存在下CO2解吸及混杂“盐析”和膜回收的CO2捕获系统的实施方案。图7示出了具有在超低沸点水溶性物质的存在下CO2解吸和机械蒸气压缩蒸馏的CO2捕获系统的实施方案。图8示出了具有在超低沸点水溶性物质的存在下CO2解吸和机械蒸气压缩蒸馏、冷却吸收阶段的CO2捕获系统的实施方案，其中在蒸馏和吸收阶段之间交换热量。图9示出了具有在可溶性物质的存在下CO2解吸和纳滤膜回收的CO2捕获系统的实施方案，其中纳滤阶段被加热。图10示出在具体实验中CO2解吸的速率。图11示出在具体实验中解吸的CO2。图12示出在不同碳酸氢铵溶液浓度下产生的CO2。图13示出在高碳酸铵和溶剂浓度下CO2生成的平稳期。图14示出CO2释放与最终溶剂摩尔分数的函数关系。图15表示丙酮和DMM的再沸器温度要求。具体实施方式本专利技术通常涉及捕获CO2的综合方法。该方法包括由含CO2的溶液中解吸气态CO2，所述溶液包括碳酸盐、碳酸氢盐、倍半碳酸盐、氨基甲酸盐或其混合物。通常在合适的可溶性物质的存在下进行气态CO2的解吸。可以以任何方便的方式形成含CO2溶液。通常，可以采用任何能够以所需的量溶解CO2的溶液。这些溶液的组分和量可以依据因素诸如例待溶解的CO2的量、CO2的来源和状态及附带的任何杂质、具体的解吸步骤、任何后续处理步骤和其他因素而变化。通常，含CO2溶液可以衍生自或包含能够以所需的参数从所需的来源捕获CO2的CO2吸收剂。这些吸收剂可以依据待形成的含CO2溶液的来源和所需特性而广泛变本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于捕获CO2的综合方法，其包括：从含CO2的溶液中解吸气态CO2，所述含CO2的溶液包括碳酸盐、碳酸氢盐、倍半碳酸盐、氨基甲酸盐或其混合物；其中所述气态CO2的解吸是在合适的可溶性物质存在下进行的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.03 US 62/290,519;2016.03.17 US 62/309,666;1.用于捕获CO2的综合方法，其包括：从含CO2的溶液中解吸气态CO2，所述含CO2的溶液包括碳酸盐、碳酸氢盐、倍半碳酸盐、氨基甲酸盐或其混合物；其中所述气态CO2的解吸是在合适的可溶性物质存在下进行的。2.权利要求1所述的综合方法，其进一步包括至少部分回收所述可溶性物质。3.权利要求2所述的综合方法，其中所述至少部分回收包括采用能够至少部分排斥所述可溶性物质而允许含CO2溶液大量通过的膜。4.权利要求3所述的综合方法，其中所述膜具有大于约80道尔顿的截留分子量。5.权利要求3所述的综合方法，其中所述膜由选自下列的材料组成：a)薄膜复合材料；b)聚酰胺；c)醋酸纤维素；d)陶瓷膜；和e)其组合。6.权利要求2所述的综合方法，其中所述至少部分回收包括采用蒸馏。7.权利要求1所述的综合方法，其中可溶性物质包括水、有机溶剂、水溶性聚合物、可溶性聚合物、二醇、聚乙二醇、聚丙二醇、醚、二醇醚、二醇醚酯、三甘醇二甲醚、多种几何形状的聚乙二醇，包括，支化聚乙二醇、星形聚乙二醇、梳形聚乙二醇、甲氧基聚乙二醇，聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、二醇聚合物、1,2-丙二醇、1,2-乙二醇、1,3-丙二醇、纤维素醚、甲基纤维素、塞露塞斯、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、糖醇、糖、醇、酮、醛、酯、有机硅化合物、卤化溶剂、非挥发性溶剂、在20℃时蒸气压小于0.01atm的物质、分子量大于80道尔顿的可溶性物质，或其混合物。8.权利要求1所述的综合方法，其中可溶性物质包括以下一种或多种或组合的物质：挥发性有机溶剂、分子量小于600道尔顿的可溶性物质、分子量小于200道尔顿的可溶性物质、二甲氧基甲烷、丙酮、乙醛、甲醇、二甲醚、THF、乙醇、异丙醇、丙醛、甲酸甲酯、共沸物、醇、酮、醛、酯、有机硅化合物、卤代溶剂、在20℃下蒸气压大于0.01atm的物质，或其混合物。9.权利要求7所述的综合方法，其进一步包括通过采用能够至少部分排斥所述可溶性物质而允许含CO2溶液大量通过的膜，至少部分回收所述可溶性物质。10.权利要求8所述的综合方法，其进一步包括通过蒸馏至少部分回收所述可溶性物质。11.权利要求1所述的综合方法，其中可溶性物质包括含非离子碳的化合物。12.权利要求1所述的综合方法，其中可溶性物质包括热开关物质。13.权利要求1所述的综合方法，其中可溶性物质包括CO2开关物质。14.权利要求1所述的综合方法，其进一步包括从选自烟气、燃烧排放物、生...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊桑·诺维克，
申请(专利权)人：伊桑·诺维克，
类型：发明
国别省市：美国,US