水溶性气体的结合、输送、反应活化、转化、储存和释放的方法技术

本发明专利技术涉及在水性介质中选择性结合、选择性膜输送和储存二氧化碳(CO2)的方法。本发明专利技术的方法包括：提供含有至少一种具有游离胍基和/或脒基的受体化合物的水性受体溶液，使其与含有二氧化碳的气体接触以结合受体溶液中的二氧化碳。由此获得的含有结合的二氧化碳的受体溶液可用于将二氧化碳储存在水性介质中，用于再次释放二氧化碳，和用于电化学工艺例如电渗析中，以选择性将结合二氧化碳输送通过分离膜进入水性介质中。本发明专利技术还涉及从含有结合的二氧化碳的受体溶液开始制备碳酸盐。的二氧化碳的受体溶液开始制备碳酸盐。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】水溶性气体的结合、输送、反应活化、转化、储存和释放的方法
专利

[0001]本专利技术涉及在水性介质中选择性结合、选择性膜输送和储存二氧化碳(CO2)的方法。本专利技术的方法包括提供一种含有至少一种具有游离胍基和/或脒基的受体化合物的水性受体溶液，使该溶液与含二氧化碳的气体接触以结合受体溶液中的二氧化碳。由此获得的含有结合二氧化碳的受体溶液可用于在水性介质中储存二氧化碳，用于再释放二氧化碳，并用于电化学方法如电渗析中，以选择性地将结合的二氧化碳通过分离膜输送至水性介质中。本专利技术还涉及从含有结合的二氧化碳的受体溶液开始制备碳酸盐和碳酸氢盐。
现有技术
[0002]气态元素或元素分子或气态分子化合物通常是化学合成受欢迎的原料。因此，试图获得纯形式的这些元素或元素分子或化合物，这通常需要大量的技术成本或能量输入。在现有技术中，通过使用分离膜的分离回收工业气体的方法是已知的。在空气混合物的情况下，通常存在非常低浓度的待分离的气态元素或元素分子或气态分子化合物。尤其是如果所涉及的元素或元素分子或气态分子化合物在其物理化学性质方面彼此仅略微不同，则分离效率通常不在所希望的范围内。
[0003]在气态元素或元素分子或气态分子化合物可以被吸收在液体中的情况下，可以分离不能被吸收/溶解在液体中或仅在很小程度上被吸收/溶解在液体中的气态元素或元素分子或气态分子化合物。如果气态元素或元素分子或气态分子化合物在水性介质中导致水分子的解离，并形成气态元素或元素分子或气态化合物的水溶性化合物，例如酸形式，则情况尤其如此。例如，碳和氧或硫和氧的气态化合物，如二氧化碳(CO2)或二氧化硫(SO2)就是这种情况，其中例如在水性介质中形成低浓度的碳酸或硫酸。这些气体分子化合物，例如二氧化碳(CO2)或二氧化硫(SO2)，导致在水性介质中水分子离解并形成水溶性酸形式，在现有技术中它们也被称为酸性气体。离子或可离子化的化合物，例如盐，可以与液体分离或从液体中分离。为了从水性介质中分离，现有技术中已知例如借助合适的膜的电渗析的方法。电渗析是一种分离盐溶液中离子的方法。盐、酸和碱的脱盐、分离和浓缩是电渗析方法的可能应用。通过经由阳极和阴极施加的电场以及经由离子交换膜或半渗透、离子选择性膜实现必要的离子分离。因此，电渗析是电化学驱动的膜方法，其中离子交换膜与电势差结合使用，以从例如不带电的溶剂或杂质中分离离子化合物。例如这样的电渗析装置是现有技术已知的，其由布置在两个电极之间的阴离子和阳离子交换膜的交替布置组成，并且其中外部连接的电极与在膜上进行的方法分离，并且在单独的室中被电解分解的导电电极水溶液包围。在阴极产生氢气，在阳极产生氧气。问题在于，如果溶解在液体中的与水接触时与水化学反应的水溶性气体或气态化合物如碳酸或二氧化硫的浓度仅非常低，则电渗析电化学方法中的电泳分离性能有限，并且由于在电渗析过程中同时发生的水分子电解而导致能量损失。此外，通常存在的问题是，吸收介质(即待分离的化合物或其与水的反应产物在其中浓缩的介质)也必须是水基的，以便建立导电性，并且分离的化合物或其与水的反应产物必须首先返回到气态供使用。因此，在现有技术中没有这样的方法，其中气体或气态化合物首
先溶解在水性介质中，然后选择性地输送到另一水性介质(吸收介质)中，以便将其作为气相回收或能够将其再次作为气体或气态化合物释放。
[0004]从沼气中纯化硫和二氧化碳的一种众所周知的方法是所谓的加压水洗。在加压水洗中，水和粗沼气在吸收器中利用逆流原理在压力下被净化，由此待分离的气体和所含的甲烷的一小部分溶解在洗涤溶液中。然而，随后的例如CO2的材料利用对于加压水洗是不可能的。
[0005]另一种众所周知的用于在天然气加工中从气体混合物中分离二氧化碳、硫化氢和其它酸性气体的方法是所谓的胺洗。在胺洗中，使用胺如二乙醇胺和单乙醇胺，以及甲基二乙醇胺、二异丙胺、二异丙醇胺和二甘醇胺的弱碱性水溶液，其可以可逆地化学吸收酸性气体组分(化学吸附)。待纯化的气体通常在大约8巴压力和大约40℃的温度下引入胺水溶液中。当CO2被吸收在胺/水混合物中时，CO2首先溶解在水中并形成碳酸。形成的碳酸最初分解成H
+
和HCO3‑
离子。然后这些可与胺反应，以便吸收的CO2化学可逆结合，形成可再溶解在解吸器中的氨基甲酸酯。在解吸器中，化学平衡在高温和低压下逆转，并由此从胺溶液中除去和释放结合的酸性气体。然而，胺洗具有特定的缺点，即在该方法中使用的胺对健康有害，并且被认为是工作场所相关癌症的第三大主要原因。
[0006]因此，非常需要一种方法，其中一方面，气态元素或元素分子或气态化合物，特别是二氧化碳，溶解或吸收在含水液体中，并成为离子化或可离子化状态，然后通过扩散或电泳工艺步骤被引导穿过分离膜，并转移到另外的水性介质(吸收介质)中，由此气体和/或分离的化合物的反应性化合物存在于水性介质中，该化合物与另一元素或元素分子或化合物反应或作为气体从水性介质中释放并分离。优选地，应以使得待分离的化合物的能量有效输送成为可能的方式增加气态元素或元素分子或气态化合物的溶解度和可电离度。
[0007]因此，本专利技术的任务是提供一种新的方法，用于在水性介质中结合或吸收并随后储存气态元素或元素分子或气态化合物，尤其是酸性气体，特别是二氧化碳(CO2)，以及回收纯气态元素或元素分子或气态化合物，尤其是二氧化碳(CO2)。因此，本专利技术的任务涉及提供用于溶解/结合/输送/反应活化/化学转化以及选择性释放可溶于水的气态化合物、特别是二氧化碳的方法。
[0008]根据本专利技术，该任务通过独立权利要求的技术教导来解决。本专利技术的其它有利实施方案由从属权利要求、说明书、附图以及实施例产生。
[0009]专利技术描述
[0010]令人惊奇的是，发现通过提供其中含有有机受体化合物的水性受体介质解决了该任务，所述有机受体化合物具有至少一个脒基和/或胍基并且同时具有亲水性。已经发现，由此可以实现水溶性气态化合物的溶解/结合/输送/反应活化/化学转化以及选择性释放。在本文中，水溶性是指气态物质/气态化合物在与水接触时与水化学反应，例如形成酸酐或酸。然后它作为有机或无机酸存在于水中，或者在水中解离后作为相应的阴离子存在于水中。
[0011]当气态化合物与水接触时，可形成水溶性反应产物。在二氧化碳的情况下，与水的反应导致形成碳酸氢盐(HCO3‑
)和碳酸盐(CO
32
‑
)，它们在下文中也被称为二氧化碳衍生物。
[0012]在现有技术中已知，通过使用碱性溶液可以增加与水反应形成水溶性衍生物的气态元素或元素分子或气态化合物在水中的溶解度。这特别适用于酸性气体，例如二氧化碳
或二氧化硫。
[0013]在现有技术中，为了制备碱性溶液，使用碱金属和碱土金属的碱溶液，例如氢氧化钠或氢氧化钾的水溶液。使用这些化合物在水性介质中溶解和吸收气态化合物，在二氧化碳存在下导致形成碳酸盐或碳酸氢盐(碳酸的盐)并且这些作为固体沉淀，例如碳酸钙，其实际上不溶于水。如果要以纯的气态回收已经进入水本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于在水性介质中选择性地结合、输送和储存二氧化碳的方法，其特征在于以下步骤：a)提供含有至少一种具有游离胍基和/或脒基的受体化合物的水性受体溶液，b)使含有二氧化碳的气体与来自步骤a)的受体溶液接触，c)将步骤b)的受体溶液中结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物通过分离膜输送到水性的吸收和释放介质中；或储存和/或输送来自步骤b)的含有结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物的受体溶液。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述受体化合物是氨基酸，并且所述受体溶液的pH在8和13之间的范围内。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中在步骤b)中，所述接触在不对所述受体溶液加压的情况下进行。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中步骤b)或c)之后是步骤c1)或d1):将结合在所述受体溶液中的二氧化碳作为气相释放。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中来自步骤b)的受体溶液位于或引入电渗析装置的受体室中，并且根据步骤c)的二氧化碳/二氧化碳衍生物的输送借助于在所述受体室与吸收和释放室之间产生的电梯度来进行，其中所述受体室与所述吸收和释放室通过分离膜彼此分隔。6.根据权利要求5所述的方法，其中所述分离膜是离子和/或气体分子可渗透的膜。7.根据权利要求5所述的方法，其中在所述吸收和释放室中释放通过所述分离膜以具有>98.5体积％二氧化碳的纯二氧化碳气体的形式输送的所述二氧化碳/二氧化碳衍生物。8.根据权利要求5至7...

【专利技术属性】
技术研发人员：乌尔里希，
申请(专利权)人：乌尔里希，
类型：发明
国别省市：