用于酸性气体分离的可再生溶剂混合物制造技术

提供了一种用于从混合的气流除去酸性气体的溶剂系统。还提供了一种使用所揭示的溶剂系统的用于从混合的气流除去酸性气体的方法。可在气体加工系统中利用该溶剂系统。

【技术实现步骤摘要】
用于酸性气体分离的可再生溶剂混合物
本专利技术涉及用于除去气流的具体组分的溶剂系统，以及涉及使用这种系统的设备和方法。具体来说，本专利技术可提供除去酸性气体，例如CO2,SO2,COS,CS2和NOx。本专利技术还可提供使用这种系统的设备和方法的连续操作。此外，本专利技术的方法可利用多次吸收/解吸装置，包括气体吸收/解吸和/或相增强的吸收/解吸。专利技术背景正探索各种策略来将燃烧过程中不利的排放物的产生和释放降到最少。这种策略之一是开发用于从气体混合物例如从碳燃烧过程的尾气中除去具体酸性气体的技术。将酸性气体如CO2从气体混合物分离在工业上已经实施了一百多年，但没有大规模(例如大的工业发电厂所需的)使用的方法。在用于CO2分离的多种方法中，现有技术主要集中在各种溶剂的应用，例如BENFIELDTM方法(UOP,LLC)中的碱金属碳酸盐,ECONAMINEFGPLUSTM方法(福陆公司(FluorCorporation))中的醇胺,以及在方法(鲁奇公司(Lurgi,GMBH))中的醇、二醇和醚，以及SELEXOLTM溶剂(陶氏化学公司(TheDowChemicalCompany))。在典型的基于溶剂的方法中，待处理的气体混合物经过液体溶剂，该液体溶剂和气流中的酸性化合物(例如，CO2和SO2)相互作用并把它们和非酸性组分分离。液体变得富含酸性气体组分，然后在一组不同的操作条件下除去该酸性气体组分，从而可回收溶剂用于其它的酸性气体去除。用于从富溶剂除去酸性气体组分的方法涉及改变压力和温度。取决于气体混合物的温度和酸性气体在混合物中的分压，某些溶剂对于具体应用而言是优选地。当溶剂通过化学吸收操作和酸性气体相互作用时，发生放热化学反应。逆转这个反应至少需要将前面反应产生的能量的量添加回到富溶剂，更不必说使富溶剂到达可观逆转的温度和维持该条件以使逆转反应完成到可观程度所需的能量。从富溶剂获得纯化的酸性气体所需的能量是纯化产品成本的一部分。具体来说，纯化酸性气体的成本已经变成将溶剂技术应用到石化燃料燃烧发电厂以从烟道气除去酸性气体的显著障碍。已使用非水性溶剂来从天然气流除去CO2，且再生所需能量更少。用于CO2分离的单一组分的物理性吸收溶剂例如RECTISOLTM和已市场化，但它们在和烟道气相关的潮湿、解决环境压力条件下性能很差。各种研究已将醇胺和胺与醇、二醇和环状碳酸酯结合来形成“混合溶剂”，文献中也对它们的反应机理和动力学进行了研究。参见，阿法拉兹-弗斯特(Alvarez-Fuster)等,Chem.Eng.Sci.1981,36,1513；阿力(Ali)等,《分离和纯化技术(SeparationandPurificationTechnology)》2000,18,163；乌苏不哈拉塔纳(Usubharatan)等,EnergyProcedia2009,1,95；和帕克(Park)等,Sep.Sci.Technol.2005,40,1885。此外，揭示了一种称为“过渡相吸收方法”，涉及用于对气态混合物进行还原的方法，所述方法通常由下述组成：将酸性气体吸收进入密度小于水的由含氮碱和醇组成的“吸收相”，然后把吸收的酸性气体转移进入水性“载体相”。可在再生器中对水性载体相进行再生。该方法宣称通过下述来节省能量：以比仅用吸收相更快的速率吸收酸性气体，和在用于吸收和再生的单一柱中通过重力使酸性气体在多个相之间转移来避免把富吸收相泵入独立的再生器所需的能量。可开发用来解决影响CO2溶剂的许多问题的另一组非水性液体是室温可转换离子液体。这些脒或胍含氮碱和醇的等摩尔混合物是室温非离子液体，它们与CO2反应形成室温离子液体。通常，当添加CO2时，等摩尔混合物的电导率增加一或两个数量级大小。重要的是，这些溶剂具有比某些水性胺更高的CO2负载，且可在更温和的条件下进行再生。虽然这些溶剂是有前景的替代技术，但它们不适于烟道气应用，因为它们关于水的化学，而水通常是烟道气的主要组分。通过形成衍生自去质子化醇组分的共轭碱的脒鎓(amidinium)和胍鎓(guanidinium)的烷基碳酸酯来捕集CO2。但是，在碱性条件下烷基碳酸酯通常在水中水解，得到碳酸氢盐。因此，制备一种新的溶剂系统将是很有益处的，该溶剂系统能有效地从气流(特别是含水气流)除去酸性气体，且可在比现有用于这种目的的溶剂更低的温度和能量负载下再生。
技术实现思路
本专利技术总体提供用于从气流除去酸性气体如CO2的溶剂系统，和使用这种溶剂系统来除去酸性气体的方法。本文所述的各种溶剂系统都可具有这种能力。在一方面中，提供一种溶剂系统，其包括由下述物质形成的溶液：离子液体，其由亲核性胺和质子非水性液体组成，其中离子液体和酸性气体反应从而形成包括下述物质的离子溶液：1)氨基甲酸盐、两性离子氨基磺酸、硫酸盐或其组合；和2)质子化弱酸。在某些这种溶剂系统中，亲核性胺选自下组：伯胺、仲胺、二胺、三胺、四胺、五胺、环状胺、环二胺、胺低聚物、多胺、醇胺及其混合物。在某些这种溶剂系统中，质子非水性液体是pKa约为8-15的液体。例如，质子非水性液体可选自下组：氟化醇，任选的取代苯酚；氮杂环(nitrogenhetercycle)，及其混合物。示例性质子非水性液体包括，但不限于：2,2,3,3,4,4,5,5-八氟戊醇；2,2,3,3-四氟丙醇；2,2,3,3,3-五氟丙醇；2,2,3,3,4,4-六氟丁醇；2,2,2-三氟乙醇；九氟-1-己醇；4,4,5,5,6,6,7,7,7-九氟庚醇；1,1,3,3-六氟-2-苯基-2-丙醇；4-甲氧基苯酚；4-乙氧基苯酚；2-乙氧基苯酚；4-丙氧基苯酚；咪唑；苯并咪唑；N-甲基咪唑；1-三氟乙酰基咪唑；1,2,3-三唑；1,2,4-三唑；2-三氟甲基吡唑；3,5-双三氟甲基吡唑；3-三氟甲基吡唑,2-氟苯酚,3-氟苯酚,4-氟苯酚,2-三氟甲基苯酚,3-三氟甲基苯酚,4-三氟甲基苯酚,及其混合物。在另一方面中，提供一种溶剂系统，其包括由下述物质形成的溶液：两种或更多种亲核性胺和两种或更多种非水性液体的混合物，其中一种或更多种亲核性胺具有结构从而它们与酸性气体反应，以形成下述物质中的一种或更多种：氨基甲酸盐、混合的氨基甲酸盐、两性离子氨基磺酸和硫酸盐。在这种溶剂系统的某些实施方式中，两种或更多种亲核性胺可为烷基氟芳香胺。例如，烷基氟芳香胺可例如选自下组：3-氟-N-甲基苄胺,4-氟-N-甲基苄胺,2-氟苯乙胺,3-氟苯乙胺和4-氟苯乙胺。在一些实施方式中，根据这种溶剂系统的某些实施方式的两种或更多种非水性液体可选自下组：2,2,3,3,4,4,5,5-八氟戊醇,3,3,4,4,5,5,6,6-六氟丁醇和4,4,5,5,6,6,7,7,7-九氟庚醇。在一方面中，提供一种溶剂系统，其包括由下述物质形成的溶液：亲核性胺；非亲核性含氮碱；和非水性液体，其中亲核性胺具有结构从而它与酸性气体反应，以形成氨基甲酸盐、混合的氨基甲酸盐、氨基磺酸、氨基磺酸盐或者硫酸盐，以及其中非亲核性含氮碱和非水性液体反应以形成混合的氨基甲酸盐、碳酸酯或碳酸酯的杂原子类似本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种溶剂系统，其包括由第一亲核性胺与下述物质的组合形成的溶液：/na)第二亲核性胺和两种或更多种非水性液体；/nb)非亲核性含氮碱；和非水性液体，其中非亲核性含氮碱和非水性液体反应以形成混合的氨基甲酸盐、碳酸酯或碳酸酯的杂原子类似物；或者/nc)一种或更多种非亲核性含氮碱；/n其中，所述溶剂系统与酸性气体反应形成氨基甲酸盐、混合的氨基甲酸盐、氨基磺酸、硫酸盐、或其组合。/n

【技术特征摘要】
20120302 US 61/606,0571.一种溶剂系统，其包括由第一亲核性胺与下述物质的组合形成的溶液：
a)第二亲核性胺和两种或更多种非水性液体；
b)非亲核性含氮碱；和非水性液体，其中非亲核性含氮碱和非水性液体反应以形成混合的氨基甲酸盐、碳酸酯或碳酸酯的杂原子类似物；或者
c)一种或更多种非亲核性含氮碱；
其中，所述溶剂系统与酸性气体反应形成氨基甲酸盐、混合的氨基甲酸盐、氨基磺酸、硫酸盐、或其组合。


2.如权利要求1所述的溶剂系统，其特征在于，所述第一亲核性胺是疏水性的。


3.如权利要求1所述的溶剂系统，其特征在于，所述第一亲核性胺与b)或c)组合，并且其中所述非亲核性含氮碱是疏水性的或基本上不与水互溶。


4.如权利要求1所述的溶剂系统，其特征在于，所述溶剂系统基本上不与水互溶。


5.如权利要求1所述的溶剂系统，其特征在于，其中溶剂系统在水中的溶解度小于约20g溶剂/100mL水。


6.如权利要求1所述的溶剂系统，其特征在于，所述酸性气体包括CO2,SO2,COS,CS2,NOx,或其组合。


7.如权利要求1所述的溶剂系统，其特征在于，所述酸性气体包括CO2或SO2。


8.如权利要求1所述的溶剂系统，其特征在于，所述第一亲核性胺与b)组合，并且其中所述亲核性胺选自下组：3-氟-N-甲基苄胺,4-氟-N-甲基苄胺,2-氟苯乙胺,3-氟苯乙胺,4-氟苯乙胺，及其混合物。


9.如权利要求1所述的溶剂系统，其特征在于，所述第一亲核性胺与b)组合，并且其中所述非亲核性含氮...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·莱勒，L·科尔曼，
申请(专利权)人：三角形研究学会，
类型：发明
国别省市：美国;US