[发明专利]在升高的温度下用于改善吸收的混合胺和非亲核性碱CO2的洗涤方法

说明书

发明领域

本发明涉及从包含一种或多种CO₂和其他酸性气体的气体流中去除CO₂和其他酸性气体。特别地，本发明涉及在更强的非亲核性碱的存在下，使用碱性胺作为吸收剂从气体混合物中分离酸性气体如CO₂的方法。

发明背景

从混合气体流中去除CO₂具有极大的工业重要性和商业价值。CO₂是一种无处不在的和不可避免的碳氢化合物燃烧的副产品，并且人们越来越关注它在大气中的累积以及其在已经意识到的全球变暖中潜在的作用。由环境因素驱动的法律法规可能很快会要求它的捕捉和封存。尽管对于目前使用的CO₂规模现有的CO₂捕捉方法已经是相当令人满意的了，未来在更大规模上使用的从主要的固定燃烧源例如燃烧化石燃料的电站显著减少CO₂大气释放的方法使得有必要改进用于从气体混合物中除去CO₂的方法。根据政府间气候变化专门委员会提供的数据，发电站产生了大约78%的全球CO₂排放，并且其他行业如水泥生产(7%)、炼油厂(6%)、铁和钢制造(5%)、石油化工(3%)、油和气处理(0.4%)和生物质产业(生物乙醇和生物能源)(1%)占据总量的大部分，说明在发电方面和所有其他用途方面之间非常大的规模差异。对此必须还考虑纯粹归于需要处理大量气体的各个问题：主要包含来自燃烧空气的氮气、和CO₂、氮氧化物和其他占排放比例相对较小的需要处理的排放物例如硫氧化物的烟道气体：通常，来自化石燃料发电站的烟道气体典型的包含从约7%-15%体积的CO₂，这取决于燃料，天然气给出最低量和硬煤给出最高量。

循环CO₂吸收技术，如使用液体吸收剂的变压吸收(PSA)和变温吸收(TSA)是众所周知的。主要使用的吸收剂包括液体溶剂，如在胺洗涤过程中，尽管在PSA和TSA法也使用固体吸收剂。液体胺吸收剂，包括溶解在水中的链烷醇胺类，可能是最常用的吸收剂。胺洗涤是基于CO₂与胺类的化学反应产生碳酸盐/碳酸氢盐和氨基甲酸盐：胺的水溶液通过形成热不稳定的一种或多种铵盐(碳酸盐/碳酸氢盐/氨基甲酸盐)捕获CO₂，使得可以在适度升高的温度下再生自由胺。商业上，胺洗涤通常包含使含CO₂和/或H₂S气体流与一种或多种简单胺(例如单乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、甲基二乙醇胺(MDEA)或三乙醇胺(TEA))的水溶液接触。低分子量的MEA使它经济上具有吸引力，因为吸收发生是基于分子而胺是基于重量销售的。循环吸收法需要高速的气-液交换，吸收和再生之间的大量液体的转移，和用于胺溶液的再生所需的高能量。包含吸收的CO₂的胺类溶液的腐蚀性是一种挑战。没有进一步的改进，这些问题会限制含水胺洗涤法在超大规模应用上的经济可能性。

使用含水吸收剂的循环吸收法需要在循环的吸收和解吸(再生)部分之间的气体流中有一个大的温差。在传统含水胺洗涤方法中吸收CO₂需要相对较低的温度，如不到50℃，而解吸所需要的是增加到约100℃以上的温度，如120℃。维持温差需要的热量是该方法中成本的主要因素，需要在100℃以上的温度下再生溶液，水气化的高潜热(100℃时为2260kJ/Kg)对总的能耗有明显的贡献。此外，由于在变温方法中的蒸发使得通常在液体法中使用的低分子量胺类遭受明显的胺损失。如果适合于在电站中更大规模地进行CO₂捕获，就需要开发更加有效的和经济的分离技术。

另一个使用更有效的CO₂分离方法的领域是在增强原油收集中(EOR)，其中将CO₂重新注入到气体或液体烃的沉淀中以保持储油压力。随着全球范围内许多产油层的逐渐老化和不断增长的满足需求的挑战，EOR法的扩大使用变得更加广泛。典型的用于EOR的CO₂的来源是产生烃流本身，它可以包含从不到5%到超过80%任何量的CO₂。其他选择是从各种燃烧源的烟道气中捕获CO₂和在燃料气化方法中产生的轮换合成气的CO₂的燃烧前捕获。