用於從煙道氣中吸著CO₂的方法

2023-04-30 23:07:31

專利名稱：用於從煙道氣中吸著CO2的方法
技術領域：
本發明涉及一種用於從煙道氣中吸著CO2的方法。此外，本發明涉及用於從煙道氣中吸著CO2的設備。
背景技術：
當燃燒燃料例如石油、天然氣或煤時，產生大量的廢氣，這些廢氣一起形成煙道氣。廢氣中的一些對於環境具有一定負面影響。這些廢氣中的一些是硫氧化物、氮氧化物或二氧化碳。例如，所產生的二氧化硫導致酸雨，而在這些燃燒過程中大量產生的二氧化碳(CO2)是氣候變化的一個主要原因。已經知道並且在一定程度上進行了一些從煙道氣中移除這種不利氣體的方法，例如，將硫氧化物和氮氧化物從煙道氣中移除或過濾出。然而，已知的從煙道氣中移除CO2的方法可能是昂貴的。發明目的和內容本發明的一個目的可以是提供從煙道氣中移除CO2的方法以及用於從煙道氣中移除CO2的設備，所述方法可以在使用中節約或者比已知方法廉價。此目的可以通過根據獨立權利要求所述的用於從煙道氣中吸著CO2的方法和用於從煙道氣中吸著CO2的設備而解決。進一步示例性的實施方案描述在從屬權利要求中。根據本發明的示例性方面，提供了用於從煙道氣中吸著CO2的方法，其中所述方法包括使所述煙道氣與包含陰離子和非芳族陽離子的離子液體接觸。此外，應當注意的是，術語「接觸」可以具體地表示任何使兩種組分彼此接觸的方法。所述吸著可以是吸附或吸收。所述離子液體可以是純離子液體，即基本上僅含有陰離子和陽離子而不含其它組分例如水的液體。備選地，可以使用含有離子液體和溶劑或者其它化合物例如水的溶液。例如，除了離子液體以外的其它組分的含量可以為35質量％以下，具體地，小於30質量％ ,小於20質量％ ,小於10質量％ ,乃至小於5質量％ ,其中，對於全部以上範圍的下限都可以為約lOppm。然而，在水作為其它組分的情況下，範圍可以在約IOppm和50質量％之間，具體在約IOppm和35質量％之間，在約IOppm和20質量％之間，在約IOppm和10質量％之間，乃至在約IOppm和5質量％之間。在此上下文中，應當注意的是，根據具體的實施方案，吸著可以通過離子液體本身進行，例如可以具體為物理吸著。通常，離子液體還可以進行化學吸著，物理吸著或組合的化學-物理吸著。該方法必須與其中離子液體僅形成隨後充當CO2吸附劑的化合物或組分例如聚合物的溶劑的方法不同。即，根據本發明的具體實施方案，離子液體可以形成吸著CO2的吸附劑。因此，根據一個示例性實施方案的方法可以包括通過離子液體吸著CO2的步驟，其中所述離子液體可以是純的或基本上純的離子液體，或者可以包括一些添加劑，所述添加劑僅具有很少量例如小於35質量％的其它組分。離子液體最普通的形式可以表示為[Q+]a[Aa_]，其中Q表示非芳族陽離子，並且其可以通過例如W02005/021484中所描述的方法製備，所述2005/021484通過引用結合在本文中。根據本發明的示例性方面，提供用於吸著CO2的設備，其中所述設備包括包含陰離子和非芳族陽離子的離子液體的儲存器。
具體地，設備可以包括入口，容納離子液體的容器，和任選的出口。該設備可以用於從煙道氣中吸著CO2。在離子液體中使用非芳族陽離子能夠提供可以比使用芳族陽離子更便宜且更安全的離子液體。這樣的離子液體對於從煙道氣或廢氣中吸著CO2可以是合適的介質，並且還可以適於再次釋放C02。CO2和離子液體可以形成絡合物，即CO2可以是配位連接。根據一些示例性實施方案，還可以以固體化合物的形式移除該配位連接。使用這樣的離子液體吸著CO2可以是有利的，原因在於離子液體可以在不顯示或者至少基本上不顯示蒸氣壓的情況下使用，例如，不可測的蒸氣壓乃至大約與鋼相同等級的蒸氣壓的情況下。因此，煙道氣可以不受離子液體的蒸氣汙染。此外，與其中使用芳族離子液體的情況相比，使用非芳族離子液體可以提高吸著法的性能。例如。在從煙道氣或廢氣中移除氣體時，通過使用非芳族離子液體的CO2移除法可以表現出改善的性能。具體地，煙道氣可以來自需要或產生大量熱和或能量的工廠例如發電廠或水泥廠。
接下來，描述用於吸著CO2的方法的示例性實施方案的其它方面。然而，這些實施方案也適用於吸著CO2的設備。根據本發明方法的一個示例性實施方案，非芳族陽離子是脂族陽離子。術語"月旨族陽離子"還可以包括具有脂族側鏈的陽離子。脂族陽離子可以是合適的離子液體用非芳族陽離子，與典型的芳族陽離子相比，其較廉價和/或毒性較小。根據本發明方法的一個示例性實施方案，離子液體滿足通式[Q+] [A—]，其中陰離子可以通過下列結構之一描述
權利要求
1.一種用於從煙道氣中吸著CO2的方法，所述方法包括使所述煙道氣與包含陰離子和非芳族陽離子的離子液體接觸。
2.根據權利要求I所述的方法，其中所述非芳族陽離子是脂族陽離子。
3.根據權利要求I或2所述的方法，其中所述非芳族陽離子是季化材料。
4.根據權利要求I至3中任一項所述的方法，其中所述陰離子包括碳酸根、羧酸根、碳負離子、和/或芳族化合物陰離子。
5.根據權利要求I至4中任一項所述方法，其中所述離子液體滿足通式[Q+][A—]，其中所述陰離子可以通過下列結構之一描述
6.根據權利要求I至4中任一項所述的方法， 其中所述離子液體滿足通式[Q+]a[Aa1，其中[Aa_]選自由下列各項組成的組二烷基酮，二烷基-1，3- 二酮，烷基-3 -酮酸酯，末端炔烴，直鏈或環狀1，3-硫醚，二烷基膦酸酯，二烷基丙二酸酯，￠-氰基碳酸及它們各自的烷基酯，￠-烷氧基碳酸及它們各自的烷基酯，￠-氰基腈，環戊二烯(必要時為取代的)，三烷基亞胺，二烷基亞胺，二芳基酮，烷基-芳基-酮，二芳基-1，3- 二酮，烷基-芳基-1，3- 二酮，0 -芳氧基碳酸及它們各自的烷基酯，P -芳氧基碳酸及它們各自的芳基酯，芳基-P -酮酸酯，二芳基膦酸酯，烷基-芳基-膦酸酯，二芳基丙二酸酯，烷基-芳基-丙二酸酯，3 -氰基碳酸芳基酯和芳基亞胺。
7.根據權利要求I至4中任一項所述的方法， 其中所述離子液體滿足通式[Q+]a[Aa1，其中[AaI是通過將選自由下列各項組成的組中的化合物脫質子而形成的碳負離子 乙醯乙酸酯，氰乙酸，丙二酸二甲酯，丙二酸二乙酯，乙醯丙酮，丙二酸二腈，丙酮，二乙基酮，甲基乙基酮，二丁基酮，1,3-對二硫雜環己烷，乙醛，苯甲醛，巴豆醛和丁醛。
8.根據權利要求I至7中任一項所述的方法，其中所述陰離子包括至少一種極性基團。
9.根據權利要求I至8中任一項所述的方法，其中所述陽離子是選自由下列各項組成的組中的季化陽離子或質子化陽離子 銨，鱗，鋶，哌卩定鐵，和嗎啉鐵。
10.根據權利要求I至9中任一項所述的方法，其中所述陽離子是選自由下列各項組成的組中的一員 三烷基甲基銨，四甲基銨，三乙基甲基銨，三丁基甲基銨，三辛基甲基銨三烷基銨，三甲基銨，三乙基銨，三丁基銨，和三辛基銨。
11.根據權利要求I至10中任一項所述的方法，其中所述陽離子是選自由下列各項組成的組中的一員 四甲基銨，三乙基甲基銨，三丁基甲基銨，和三辛基甲基銨。
12.根據權利要求I至11中任一項所述的方法，其中所述陰離子可以寫成[RCO2I的形式， 其中[RCO2I是選自由下列各項組成的組中的一員羧酸根，甲酸根，乙酸根，丙酸根，丁酸根，苯甲酸根，和水楊酸根。
13.根據權利要求I至12中任一項所述的方法，其中所述陰離子可以寫成[RCO2I的形式， 其中[RCO2I是羧酸根，其中R是選自由下列各項組成的組中的基團 C1-C30-烷基，C3-C12-環烷基，C2-C30-鏈烯基，C3-C12-環烯基，C2-C30-炔基，芳基和雜芳基。
14.根據權利要求I至13中任一項所述的方法，其中所述陰離子可以寫成[RCO2I的形式， 其中[RCO2I是羧酸根，其中R表示I至3個選自由下列各項組成的組中的基團 C1-C6-烷基，芳基，雜芳基，C3-C7-環烷基，滷素，氰化物，ORc，SRc，NRcRd，CORc，COORc，CO-NRcRd， 其中Re和/或Rd是由下列各項組成的組中的一員 氫，C1-C6-烷基，C1-C6-滷烷基，環戊基，環己基，苯基，甲苯基，和苄基。
15.根據權利要求I至13中任一項所述的方法，其中所述陰離子可以寫成[RCO3I的形式， 其中[RCO3I是碳酸根，其中R表示I至3個選自由下列各項組成的組中的基團 氫，C1-C6-烷基，芳基，雜芳基，C3-C7-環烷基，滷素，氰化物，ORc, SRc, NRcRd, CORc,COORc，CO-NRcRd， 其中Re和/或Rd是由下列各項組成的組中的一員 氫，C1-C6-烷基，C1-C6-滷烷基，環戊基，環己基，苯基，甲苯基，和苄基。
16.根據權利要求15所述的方法，其中所述陰離子是膽鹼碳酸鹽陰離子。
17.一種用於吸著具有電多極距的CO2的設備，所述設備包括 離子液體的儲存器，所述離子液體包含陰離子和非芳族陽離子。
全文摘要
根據本發明的一個示例性方面，提供了一種從煙道氣中吸著CO2的方法，其中所述方法包括使煙道氣和包含陰離子和非芳族陽離子的離子液體接觸。
文檔編號B01D53/14GK102625728SQ201080027717
公開日2012年8月1日 申請日期2010年6月22日 優先權日2009年6月25日
發明者戴維·韋普爾, 斯特凡·佩查達, 羅蘭·卡爾布, 金特·格龍納德 申請人:安德裡茲能源和環境公司