用于酸性氣體分離的吸收劑及酸性氣體分離方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)要求于2014年10月24日提交的韓國(guó)專利申請(qǐng)10-2014-0145542號(hào)的優(yōu)先 權(quán)，其全部?jī)?nèi)容引入本文用于參考。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明設(shè)及用于酸性氣體分離的吸收劑及酸性氣體分離方法。用于酸性氣體分離 的吸收劑可利用減少的能量W改善的效率吸收和分離酸性氣體，且可具有穩(wěn)定的組成。此 夕h在酸性氣體分離的方法中，該方法可顯著地提高效率和工藝穩(wěn)定性，因此可降低該方法 所需要的能量和吸收劑成本且提高方法的經(jīng)濟(jì)可行性。
【背景技術(shù)】
[0004] 二氧化碳是作為引起全球變暖的六種溫室氣體之一的酸性氣體，且具有相當(dāng)大的 產(chǎn)生和錯(cuò)固量。在各種分離從能源工業(yè)過程中排出的二氧化碳的方法中，從過去就已經(jīng)進(jìn) 行了諸如液相吸收法的許多研究，鑒于其經(jīng)濟(jì)可行性，該方法是最佳的。
[0005] 在液相吸收法中，鏈燒醇胺法使用一乙醇胺、二乙醇胺、S乙醇胺等，Benfield法 使用碳酸鐘等，已被最廣泛使用。
[0006] 鏈燒醇胺法包括通過用水與吸收二氧化碳的各種鏈燒醇胺混合而制備約20~ 30wt%溶液，由于二氧化碳的快速吸收能力，該方法從1970年代已開始商用。然而，鏈燒醇 胺法有問題。例如，在生產(chǎn)過程中約4.0~4.2GJ/噸C〇2(在MEA情況下）過多的能量可被消 耗，由于存在于燃燒廢氣中的污染物(〇2、S〇2、N〇x)可發(fā)生氧化反應(yīng)，由碳鋼制成的設(shè)施可被 腐蝕等。
[0007] 特別地，為了降低鏈燒醇胺法在操作過程中出現(xiàn)的高的再生熱，已開發(fā)了吸收劑， 其通過在鏈燒醇胺中使甲基或乙基附接在氮原子(其與二氧化碳之間直接形成氨基甲酸醋 鍵合W分離二氧化碳)周圍W引起空間位阻，而降低氨基甲酸醋鍵合力。在鏈燒醇胺法中使 用的典型吸收劑可W是AMP(2-氨基-2-甲基-1-丙醇）。該吸收劑與甲基乙胺(MEA) -樣不具 有二氧化碳的快速吸收能力，但是具有降低的可再生能量。例如，使用類似的空間位阻胺作 為主要材料的傳統(tǒng)KS-I吸收劑(Mitsubishi Heavy Industries,Ltd.，日本)可具有約2.8 ~3.2GJ/噸C〇2的可再生能量。
[000引同時(shí)，Benfield法或化化carb法已知為通過使用液相堿性材料，諸如NaOH、Na20)3、 K20)3、KOH等，收集作為酸性氣體的二氧化碳的典型方法。Benfield法包括添加一些鏈燒醇 胺（主要是二乙醇胺(DEA)) W便克服二氧化碳反應(yīng)速率低的缺陷。Catacarb法使用碳酸鐘 作為主要材料且使用還不是已知的反應(yīng)速率促進(jìn)劑的有機(jī)材料或無機(jī)材料。
[0009] 然而，在上述方法中，由于吸收塔和解吸塔需要在約120°C或更高的溫度下操作W 克服碳酸氨鐘的產(chǎn)生，高能量可被消耗或需要在約10個(gè)大氣壓或更高的氣流壓力下進(jìn)行操 作。
[0010] 因此，需要開發(fā)能夠具有更高的酸性氣體吸收能力和分離能力、減少所需的能量、 且降低方法所需的實(shí)際成本的方法。
[0011] 所提供的作為現(xiàn)有技術(shù)描述的內(nèi)容僅用于輔助理解本發(fā)明的背景，且不應(yīng)被認(rèn)為 是對(duì)應(yīng)于本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] -方面，本發(fā)明提供用于酸性氣體分離的吸收劑，其可利用減少的能量W改善的 效率吸收和分離酸性氣體，且可具有穩(wěn)定的組成。
[0013] 另一方面，提供用于酸性氣體分離的方法，其可在酸性氣體分離的方法中提供高 效率和工藝穩(wěn)定性，且可降低該方法所需要的能量和吸收劑成本W(wǎng)提高方法經(jīng)濟(jì)可行性。
[0014] 在本發(fā)明的示例性實(shí)施方式中，提供用于酸性氣體分離的吸收劑，包含:基于吸收 劑的總重量，約Iwt %~17.5wt %的堿金屬碳酸鹽；基于吸收劑的總重量，約Iwt %~ 5.5wt%的雜環(huán)胺化合物;基于吸收劑的總重量，約Iwt%~8wt%的雜環(huán)胺的烷基取代化合 物；W及余量的水溶液。
[0015] 此外，基于吸收劑的總重量，約0.5wt%或更少的固體鹽可沉淀在用于酸性氣體分 離的吸收劑上。
[0016] 本發(fā)明的吸收劑對(duì)二氧化碳的吸收量可為約l.ieomol C〇2/mol(溶液)或更多。 [0017]堿金屬碳酸鹽可包括選自碳酸鐘旭0)3)、碳酸鋼(化2C〇3)、氨氧化鋼(化0H)、氨氧 化鐘化OH)、碳酸氨鐘化肥〇3)和碳酸氨鋼(NaHC〇3)的至少一種。
[0018] 雜環(huán)胺化合物可包括由W下化學(xué)式1表示的化合物：
[0019] [化學(xué)式1]
[0020] 在化學(xué)式1中，X是-0-、-S-或-NH-。
[0021 ]例如，雜環(huán)胺化合物可包括贓嗦。
[0022] 雜環(huán)胺的烷基取代化合物可包括由W下化學(xué)式2表示的化合物：
[0023] [化學(xué)式2]
[0024] 在化學(xué)式2中，X是-0-、-S-或-NH-，W及 [002引 Ri和化各自是直鏈或支鏈的Cl至C4烷基。
[0026] 例如，雜環(huán)胺的烷基取代化合物可包括2-甲基贓嗦。
[0027] 雜環(huán)胺的烷基取代化合物與雜環(huán)胺化合物的重量比可從約0.8到約1.5。
[0028] 此外，基于吸收劑的總重量，雜環(huán)胺化合物和雜環(huán)胺的烷基取代化合物的總量可 為約8wt%~12wt%。
[0029] 基于吸收劑的總重量，堿金屬碳酸鹽的含量為Hwt%至17wt % ;基于吸收劑的總 重量，贓嗦的含量為4wt%至5.5wt% ;基于吸收劑的總重量，2-甲基贓嗦的含量為4wt%至 7wt% ; W及剩余量的水溶液。
[0030] 此外，吸收劑可進(jìn)一步包含選自腐蝕抑制劑、助凝劑、氧抑制劑和消泡劑的至少一 種添加劑。
[0031] 在本發(fā)明的示例性實(shí)施方式中，還提供用于酸性氣體分離的方法。該方法可包括： 將如本文所述的用于酸性氣體分離的吸收劑與包含酸性氣體的氣體相接觸。
[0032] 用于酸性氣體分離的吸收劑與包含酸性氣體的氣體可在溫度約5°C~90°C W及約 0.5~5個(gè)大氣壓的條件下接觸。
[0033] 本發(fā)明的其它方面公開如下。
【附圖說明】
[0034] 本公開W上和其它目的、特征W及優(yōu)點(diǎn)可結(jié)合附圖從W下詳細(xì)描述中更清楚地看 出：
[0035] 圖1顯示根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式，實(shí)施例2中制備的吸收劑在室溫下儲(chǔ)存10 小時(shí)后獲得的示例性圖像；
[0036] 圖2顯示比較例4中制備的吸收劑在室溫下儲(chǔ)存10小時(shí)后獲得的示例性圖像;W及
[0037] 圖3顯示比較例9中制備的吸收劑在室溫下儲(chǔ)存10小時(shí)后獲得的示例性圖像。
【具體實(shí)施方式】
[0038] 本文使用的術(shù)語僅僅是為了描述具體的示例性實(shí)施方式，而不是要限制本發(fā)明。 除非上下文另外清楚地表明，本文使用的單數(shù)形式"一個(gè)"、"一種"W及"該"也意欲包括復(fù) 數(shù)形式。應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步理解，當(dāng)在本說明書中使用時(shí)，術(shù)語"包括"和/或"包含"表明所述特征、 整數(shù)、步驟、操作、要素、和/或部件的存在，但不排除一個(gè)或多個(gè)其他特征、整數(shù)、步驟、操 作、要素、部件和/或其集合的存在或添加。本文使用的術(shù)語"和/或"包括一個(gè)或多個(gè)列出的 相關(guān)條目的任何及全部組合。
[0039] 除非特別聲明或從上下文顯而易見，本文所用的術(shù)語"約"理解為在本領(lǐng)域正常公 差范圍內(nèi)，例如在平均值的2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差內(nèi)/'約"可W理解為在10%、9%、8%、7%、6%、5%、 4%、3%、2%、1%、0.5%、0.1%、0.05%和0.01%之內(nèi)的規(guī)定值。除非上下文另外清楚地指 出，本文提供的所有數(shù)值都被術(shù)語"約"修飾。
[0040] 下文更詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明的各種示例性實(shí)施方式的用于酸性氣體分離的吸 收劑及酸性氣體分離方法。
[0041] 在本發(fā)明的示例性實(shí)施方式中，用于酸性氣體分離的吸收劑可包含:基于吸收劑 的總重量，約Iwt %~17.5wt %的堿金屬碳酸鹽;基于吸收劑的總重量，約Iwt %~5.5wt % 的雜環(huán)胺化合物;基于吸收劑的總重量，約Iwt%~8wt%的雜環(huán)胺的烷基取代化合物；W及 剩余量的水溶液。
[0042] 本發(fā)明人已對(duì)能夠選擇性地僅吸收和分離來自鍋爐燃燒廢氣中的酸性氣體的方 法進(jìn)行了研究，且已通過示例性實(shí)驗(yàn)證實(shí)，包含特定含量的上述堿金屬碳酸鹽、雜環(huán)胺化合 物和烷基取代物的吸收劑可W W改善的效率吸收和分離酸性氣體，同時(shí)消耗的