用于从气流除去ＣＯ２的改善的醇胺制造技术

本申请披露了从气流捕获ＣＯ２的方法，其包括使含ＣＯ２的气流与醇胺水溶液接触，其中所述醇胺选自：３－哌啶甲醇、Ｎ－［三（羟甲基）甲基］甘氨酸、３－奎核醇、３－哌啶子基－１，２－丙二醇和它们的盐。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于从气流捕获二氧化碳的醇胺(alkanolamine)水溶液。所述醇胺 呈现出与预料的基于它们的PKa的CO2吸收容量相比较大的CO2吸收容量，同时还在它们的 CO2捕获速率和它们的(X)2吸收容量方面具有理想的性能。
技术介绍
对于温室气体的固定制造者而言，显著减少他们的大气排放的压力正在变得越来 越大。特别令人关心的是二氧化碳(CO2)向大气的排放。减少大气CO2排放的一个方法是 通过捕获二氧化碳，然后将其贮存在地质或者深海储层(reservoir)中。将从发电站或者燃烧设备烟道气捕获(X)2的工艺称为燃烧后捕获。在燃烧后捕获 中，首先在吸收器中使用适合的溶剂将氮气和残留氧气与烟道气中的CO2分离。然后在称 为解吸(stripping)(或者再生)的工艺中从溶剂除去CO2，因此允许溶剂重复使用。然后 通过压缩和冷却将解吸的(X)2液化，并且还具有适当的干燥步骤以防止水合物形成。这种 形式的燃烧后捕获适用于多种固定(X)2源，包括发电站、钢铁厂、水泥窑、煅烧炉和熔炉。作为在燃烧后(X)2捕获中的溶剂，已经研究了醇胺水溶液。所述捕获过程涉及在 水、醇胺和二氧化碳之间发生的一系列的化学反应。醇胺是弱碱，可以进行酸-碱反应。一 旦溶解到醇胺溶液中，根据下述公认方程，水合ω2与水和醇胺的中性形式反应生成碳酸 (H2CO3)、水合碳酸氢根(HCO3-)离子和水合碳酸根(CO/—)离子CO2 + 2H20 ^ HCO3' + H3O+ (方程 1)CO2 + OH" ^ HCO3"(方程 2)CO32" + H3O+ ^ HCO3" + H2O (方程 3)HCO3- + H3O十 β H2CO3 + H2O (方程 4)OH" + H3O+ ο 2H20 (方程 5)R1R2R3N + H3O+ ^ R1R2R3NH+ (方程 6)如果醇胺含有伯胺(R1R2MiR2 = H)或者仲胺(R1R2NHJ2 Φ H)，则另外的反应途径 变得可行，其中二氧化碳和伯醇胺或者仲醇胺反应生成氨基甲酸根(R1R2NCOO-)。然后根据 下述的公认反应，所述氨基甲酸根也可以参与到酸-碱化学反应中。叔醇胺(RJ2R3N, Ri, R2, R3卓H)不能形成氨基甲酸根。CO2 + R1R2NH + H2O ^ R1R2NCOCT + H3O+ (方程 7)R1R2NCOO" + H3O+ ^ R1R2NCOOH (方程 8)公认的是，醇胺水溶液的摩尔吸收容量(通过在溶液中每摩尔胺官能团 (functionality)吸收的CO2的摩尔数测量)取决于在醇胺溶液中起作用的pH平衡。(X)2 吸收容量随溶液PH降低而降低。而且，尽管当CO2被吸收到醇胺溶液中时起作用的水合平 衡的相互关系很复杂，但是普遍接受的是，在醇胺水溶液中起作用的PH平衡在很大程度上 取决于醇胺的胺官能团的pKa，和醇胺形成氨基甲酸根的倾向。当醇胺的胺的PKa增加时，其水溶液变得相对更加碱性，导致较大的总CO2吸收容量。相反，由伯醇胺和仲醇胺形成氨基甲酸根限制醇胺水溶液的摩尔CO2吸收容量。因 为对于每摩尔CO2，氨基甲酸根的形成消耗了两摩尔胺官能团，所以导致低摩尔吸收容量。 一摩尔需要与二氧化碳反应生成氨基甲酸根，然后一摩尔必须充当碱来捕获从生成的氨基 甲酸根羧酸官能团释放的质子。这将摩尔吸收容量ηω2/ηκ限制为0.5的值。低摩尔吸收 容量对于将醇胺水溶液应用于工业CO2捕获是有问题的，这是因为它们需要更多的材料来 吸收必要量的CO2、更高的溶剂流速和更大的解吸能量需求。目前在工业CO2捕获中使用的 单乙醇胺(MEA，HO-CH2-CH2-NH2)具有约0. 5的不理想的摩尔吸收容量。总之，在摩尔吸收容量(无论胺官能团是伯胺、仲胺还是叔胺)和胺PKa之间存在 限制关系。用于工业CO2捕获的、与MEA相比实现较大CO2吸收容量的胺具有差的CO2吸收速 率。慢的CO2吸收速率是不理想的，这是因为为了实现必要的CO2吸收，需要较长的气-液 接触时间，这意味着较大的吸收塔和较高的资金成本。因此，通过提高容量得到的益处被降 低速率相关的缺点抵消了。因此需要识别醇胺，所述醇胺的水溶液对于在CO2捕获技术中的应用具有改善的 性质。
技术实现思路
本专利技术寻求解决上述问题中的至少一个。本专利技术提供了从气流捕获CO2的方法，包括使含CO2的气流与醇胺水溶液接触，其 中所述溶液含有选自以下的醇胺3_哌啶甲醇；N-甘氨酸(Tricine)； 3_奎核醇(3-quinuclidinol) ；3_哌啶子基-1，2_丙二醇，和它们的盐。在专利技术人将摩尔吸收容量和初始吸收速率与醇胺结构和pKa联系起来的研究期 间，测量了大量胺的吸收容量和初始吸收速率。令专利技术人预料不到的是，上述醇胺呈现出的 吸收容量超过了基于它们的PKa和所接受的在CO2和胺之间发生的反应所预测的吸收容量。 另外，所述醇胺在显示改善的吸收容量的同时未伴有初始吸收速率的不可接受的降低。可以看出的是，根据本专利技术的醇胺的吸收性质使得它们特别适于从气流除去二氧 化碳。这些性质与本领域普通技术人员通常从这些醇胺所预料的吸收性质相反。而且，所 述醇胺在具有理想的摩尔吸收容量性能的同时还未显示出具有改善的吸收容量的醇胺所 通常显示出的吸收速率损失。这一预料不到的性质组合从工业角度来看非常理想，这是因 为它允许显著降低液体流速和解吸能量需求，同时不增加主要设备的尺寸。而且，专利技术人所 确认的醇胺预计适于工业应用，因为本专利技术的胺要么是杂环化合物，要么是氨基酸。同样， 它们很可能更加耐受CO2捕获应用中的氧化和热降解。根据本专利技术的一个方面，所述醇胺为3-哌啶甲醇。在另一方面，所述醇胺为N-甘氨酸(Tricine)。在另一方面，所述醇胺为3-奎核醇。在另一方面，所述醇胺为3-哌啶子基-1，2-丙二醇。上述醇胺的水溶液所具有的摩尔吸收容量大于根据在胺pKa和摩尔吸收容量之间 的公认的关系预计的摩尔吸收容量，以及具有的摩尔吸收容量Hro2Aiis等于或者超过0. 7，4同时还显示出可接受的初始CO2吸收速率。当所述醇胺含有伯胺或者仲胺时，将可接受的吸收速率限定为初始吸收速率等于 或者超过7 X ΙΟ、—1。当所述醇胺含有叔胺时，将可接受的吸收速率限定为初始吸收速率等于或者超过 2. 5Χ ΙΟ—、—1。根据下面的优选实施方式和附图和实施例的描述，本专利技术的其它目的、特征和 优点将变得显而易见。附图说明图1示出可在本专利技术的一个实施方式的工艺中使用的CO2捕获设备的流程图实 例。图2示出特定的胺和MEA的实验测量的CO2吸收容量与pKa的关系。图3示出特定的胺和MEA的CO2初始吸收速率与胺pKa的关系。图4示出测试的胺的吸收容量与初始吸收速率的关系图。图5示出单乙醇胺( )、2-氨基-2-甲基-1，3_丙二醇(_)、3_哌啶甲醇(Al ； ▲)和N，N-二甲基乙醇胺(A2; ·)的吸收容量与CO2分压的关系图。具体实施例方式在专利技术人将摩尔吸收容量和初始吸收速率与醇胺结构和PKa联系起来的研究期 间，测量了大量胺的吸收容量和初始吸收速率。令专利技术人预料不到的是，几种醇胺呈现出的 吸收容量超过了基于它们的PKa和所接受的在CO2和胺之间发生的反本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从气流捕获ＣＯ↓［２］的方法，其包括使含ＣＯ↓［２］的气流与醇胺水溶液接触，其中所述醇胺选自：３－哌啶甲醇、Ｎ－［三（羟甲基）甲基］甘氨酸、３－奎核醇、３－哌啶子基－１，２－丙二醇，和它们的盐。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：莫塔兹·I·阿塔拉，
申请(专利权)人：联邦科学及工业研究组织，
类型：发明
国别省市：AU