[发明专利]液态的二氧化碳吸收剂及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及液态的二氧化碳吸收剂及其使用方法。

背景技术

目前，美国用电有超过一半是由粉煤(pulverized coal，PC)发电厂生产的。在2007年，这些发电厂排放了超过19亿公吨二氧化碳(CO₂)，就此而言，占到发电工厂总CO₂排放量的83％和美国CO₂总排放量的33％。消除或者甚至减少这些排放在任何减少温室气体排放的计划中都将是必须的。

在食品生产、天然气脱硫和其他工艺中，从气流中分离CO₂已经商业化几十年了。目前，含水单乙醇胺(MEA)基溶剂捕获被认为是从排出气体中分离CO₂的商业上最可取的技术，并且是评价本领域中未来的发展的基准。遗憾的是，胺-基系统并没有被设计来处理PC厂产生的大量的废气。将胺-基CO₂捕获系统放大到PC厂所需的尺寸将导致PC厂的电的总成本增加83％。将该技术用于美国现有的所有PC厂将会花费1250亿美元/年，这使得MEA-基CO₂捕获对于大规模的商业化来说是不可取的选择。

在期望是目前采用的MEA-基系统的可行替代选择的任何CO₂捕获技术中，存在许多希望将会被展示或增强的性能。例如，将希望任何这样的技术都展示高的净CO₂容量并且消除载体溶剂(例如水)，以及能够提供较低的资金和运行成本(需要加热和冷却的材料量较少，因此所需能量较少)。较低的反应热将意味着从材料中释放CO₂将需要较少的能量。理想地，所述技术将不需要预-捕获气体压缩，从而可以在低CO₂分压获得高的净CO₂容量，减少捕获所需的能量。采用粘度较低的材料的技术将提供改善的质量传递，减小所需装置的尺寸，以及减少运行所述装置的能量成本。所用一种或多种材料的低挥发性和高的热、化学和水解稳定性可以减少需要补充的材料的量。当然，任何这样的技术也期望具有低材料成本，从而将最小化系统的材料补充成本。在高压下CO₂释放的可操作性可以减少在螯合(sequestration)前CO₂压缩所需的能量。最后，还期望这样的技术将显示降低的腐蚀性，从而有助于减少资金和维护成本，并且进一步将不需要大规模冷却以实现期望的净CO₂加载，减少运行成本。

遗憾的是，很多以上描述的期望性能是相互作用和/或彼此依赖的，从而它们不能单独地改变，需要折衷考虑。例如，为了具有低挥发性，典型地，在任何这样的技术中所使用的材料必须具有相当大的分子量，但是为了具有低粘度，所述材料必须具有低分子量。为了在低压下具有高CO₂容量，需要高总反应热，但是为了具有低再生能，需要低总反应热。

理想地，将提供这样的CO₂捕获技术，其优化尽可能多的上述期望的性能，但是不对其他期望的性能造成实质性的损害。至少，为了能在商业上可行，这样的技术理想地将是低成本的，并且采用一种或多种具有低挥发性、高热稳定性和高CO₂净容量的材料。

发明内容

在第一方面中，提供了二氧化碳吸收剂，包含液态非水低聚材料(liquid，nonaqueous oligomeric material)，所述液态非水低聚材料被一种或多种与CO₂可逆地反应和/或对CO₂具有高亲和性的基团官能化。

此外，第二方面提供了减少工艺物流中二氧化碳的量的方法，所述方法包括使所述物流与包含液态非水低聚材料的二氧化碳吸收剂接触，所述液态非水低聚材料被一种或多种与CO₂可逆地反应和/或对CO₂具有高亲和性的基团官能化。

在第三方面中，提供了包含二氧化碳去除单元的发电装置，所述二氧化碳去除单元进一步含有包含液态非水低聚材料的二氧化碳吸收剂，所述液态非水低聚材料被一种或多种与CO₂可逆地反应和/或对CO₂具有高亲和性的基团官能化。