二氧化碳吸收剂及二氧化碳吸收剂的再生方法与流程

本发明涉及一种二氧化碳吸收剂及二氧化碳吸收剂的再生方法。

更具体地，根据本发明的二氧化碳吸收剂及二氧化碳吸收剂的再生方法，该二氧化碳吸收剂包括二胺化合物、极性非质子溶剂及质子溶剂，从而二氧化碳吸收剂的粘度及热容量减少，二氧化碳吸收剂的再生温度降低，由此能源效率得到提高。

背景技术：

随着温室气体排放增加，因全球变暖而引起发生气候变化。

尤其，造成全球变暖的主要原因就是所排放的温室气体中占70％以上的二氧化碳。

使用化石燃料的发电厂等主要排放上述的二氧化碳，因此，通过二氧化碳吸收剂的二氧化碳捕集是很重要的。另一方面，如发电厂等在燃烧后捕集二氧化碳的情况下，需要处理含有氮的低浓度的二氧化碳，因此难以捕集二氧化碳。

在如单乙醇胺水溶液等基于胺水溶液的二氧化碳吸收剂的情况下，当单乙醇胺的含量增加时，二氧化碳捕集装置有可能腐蚀。并且，为了再生二氧化碳吸收剂需要大量的能源，且二氧化碳吸收剂发生损失，因此，在工艺费用及效率方面存在问题。

由此，需要可以解决上述问题的新组合的二氧化碳吸收剂。

技术实现要素：

发明要解决的问题

本发明的目的在于提供一种二氧化碳的吸收和再生能力优异、在较低温度下可以再生二氧化碳吸收剂的新的二氧化碳吸收剂。

并且，在较低温度下可以再生二氧化碳吸收剂的新的二氧化碳吸收剂的再生方法。

用于解决问题的方案

为了达到上述目的本发明的二氧化碳吸收剂可以包括包含伯胺及叔胺的二胺化合物、极性非质子溶剂及质子溶剂。

更具体地，本发明的二氧化碳吸收剂相对于二氧化碳吸收剂的总量100重量％，可以包含30至50重量％的所述二胺化合物。并且，本发明的二氧化碳吸收剂相对于二氧化碳吸收剂的总量100重量％，可以包含50至70重量％的所述极性非质子溶剂及所述质子溶剂。

为了达到上述目的本发明的二氧化碳吸收剂的再生方法可以包括：包括包含伯胺及叔胺的二胺化合物、极性非质子溶剂及质子溶剂的二氧化碳吸收剂吸收二氧化碳的吸收步骤；及通过加热已吸收二氧化碳的二氧化碳吸收剂来去除二氧化碳的去除步骤。

发明的效果

根据本发明的二氧化碳吸收剂通过混合二胺化合物、极性非质子溶剂及质子溶剂而成，因此可以具有优异的二氧化碳吸收及再生能力。并且，能够减少二氧化碳吸收剂的损失，且可以增加工作容量(working capacity)。

根据本发明的二氧化碳吸收剂包含具有低比热的极性非质子溶剂，因此可以降低二氧化碳的再生温度，且减少二氧化碳吸收剂的粘度。从而，能够降低工艺费用且提高工艺效率。

并且，因为根据本发明的二氧化碳吸收剂吸收不同分压的二氧化碳，所以可以使用于各种工艺，从而工艺效率可以得到提高。

附图说明

图1为示出基于极性非质子溶剂的二氧化碳的吸收量和再生量的图表。

图2为示出基于质子溶剂的二氧化碳的吸收量和再生量的图表。

图3为示出根据实施例及比较例的二氧化碳的吸收量和再生量的图表。

图4为示出根据实施例的二氧化碳的吸收量和再生量的图表。

图5为示出根据实施例的二氧化碳吸收剂的粘度的图表。

图6为示出根据实施例的二氧化碳吸收剂的热容量的图表。

具体实施方式

以下，结合实施例对本发明进行更详细说明。实施例仅出于更具体描述本发明的目的，而本发明的范围非限定于这些实施例。

在二氧化碳捕集工艺中使用二氧化碳吸收剂。在吸收二氧化碳之后，再生二氧化碳吸收剂而再次使用，因此，需要能够降低基于二氧化碳吸收剂的高比热和潜热的能量消费的二氧化碳吸收剂。

即，需要在较低温度下能够实现再生二氧化碳的二氧化碳吸收剂及使用其的二氧化碳的再生方法。

并且，需要可以减少二氧化碳吸收剂的损失且增加工作容量的二氧化碳吸收剂。

为了开发不仅可以降低二氧化碳的再生温度也可以增加工作容量的二氧化碳吸收剂，经不断研究，本发明人发现使用二胺化合物、极性非质子溶剂及质子溶剂就可以达到上述目的，并基于此完成了本发明。

根据本发明的二氧化碳吸收剂可以包括二胺化合物、极性非质子溶剂及质子溶剂。

所述二氧化碳吸收剂可以用来捕集如发电厂等二氧化碳大量排放源的二氧化碳。或者，所述二氧化碳吸收剂可以用来去除二氧化碳，以便提高反应产物的收率。

即，当二氧化碳的分压高时，或二氧化碳的分压低时都可以使用根据实施例的二氧化碳吸收剂，因此，所述二氧化碳吸收剂可以使用于各种工艺。

所述二胺化合物用来去除二氧化碳。

为了有效地去除二氧化碳，所述二胺化合物可以为同时包含伯胺和叔胺的化合物。即，所述二胺化合物可以为复合二胺化合物。

例如，所述二胺化合物可以为包含3至30个碳原子的化合物。例如，所述二胺化合物可以为包含3至20个碳原子的化合物。例如，所述二胺化合物可以为包含3至10个碳原子的化合物。

例如，所述二胺化合物的伯胺可以为单烷基胺，所述二胺化合物的叔胺可以为三烷基胺。

例如，所述二胺化合物可以为选自由N,N-二乙基丙烷-1,3-二胺(N,N-diethylpropane-1,3-diamine)、N,N-二丁基丙烷-1,3-二胺(N,N-dibutylpropane-1,3-diamine)及N,N-二丁基乙烷-1,2-二胺(N,N-dibutylethane-1,2-diamine)组成的组中的一种以上。

例如，所述二胺化合物可以包括环化合物。更具体地，所述二胺化合物可以包括环胺化合物或环烷基化合物。例如，所述二胺化合物可以包括直链烷基化合物。例如，所述二胺化合物可以包括支链烷基。

在所述二胺化合物中，伯胺可以与二氧化碳进行反应。例如，在所述二胺化合物中，伯胺可以通过与二氧化碳进行反应来形成二氧化碳阴离子。例如，在所述二胺化合物中，伯胺可以通过与二氧化碳进行反应来形成碳酸盐。

在所述二胺化合物中，叔胺可以与由所述伯胺与二氧化碳之间的反应而形成的铵盐的质子进行反应。例如，在所述二胺化合物中，叔胺可以通过与质子进行反应来形成铵盐。

例如，所述二胺化合物的含量相对于二氧化碳吸收剂的总量100重量％可以为30至50重量％。

若所述二胺化合物的含量小于30重量％，则二氧化碳的吸收性能会降低。并且，若所述二胺化合物的含量大于50重量％，则二氧化碳吸收剂的吸收性能会降低，且二氧化碳吸收剂的粘度会增加。

其次，所述极性非质子溶剂用于使与二氧化碳进行反应的所述二胺化合物处于不稳定状态。

更具体地，与二氧化碳进行反应的所述二胺化合物可以包括二氧化碳阴离子和铵阳离子。即，与二氧化碳进行反应的所述二胺化合物可以形成盐。例如，与二胺化合物进行反应的二氧化碳可以包括碳酸盐。

所述由二胺化合物与二氧化碳之间的反应而形成的盐可以通过所述极性非质子溶剂而不稳定化。即，所述极性非质子溶剂无法通过氢键使所述由二胺化合物与二氧化碳之间的反应而形成的盐稳定化，因此，为了从所述盐再生二氧化碳收剂所需的能量会减少。

并且，所述极性非质子溶剂为具有低比热的有机溶剂，因此可以降低为了从所述由二胺化合物与二氧化碳之间的反应而形成的盐再生二氧化碳吸收剂所需的能量。

例如，所述极性非质子溶剂的含量相对于二氧化碳吸收剂的总量100重量％可以为40至70重量％。

若所述极性非质子溶剂的含量小于40重量％，则二氧化碳吸收剂的热容量会增加。而且，如所述极性非质子溶剂的含量大于70重量％，则二氧化碳的吸收量会降低。

所述极性非质子溶剂可以包括选自由二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMAc)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、六甲基磷酰胺(HMPA)、二甲亚砜、四氢呋喃及氯仿组成的组中的一种以上。

其次，所述质子溶剂可以提高二氧化碳的吸收速度。

所述质子溶剂可以包括选自由水及醇组成的组中的一种以上。

例如，所述质子溶剂的含量相对于二氧化碳吸收剂的总量100重量％可以为0.00000001至20重量％。例如，所述质子溶剂的含量相对于二氧化碳吸收剂的总量100重量％可以为5至20重量％。

若所述质子溶剂的含量大于20重量％，则由二胺化合物与二氧化碳之间的反应而形成的盐的稳定性会增加。由此，从所述由二胺化合物与二氧化碳之间的反应而形成的盐再生所述二氧化碳吸收剂时需要高温条件。例如，从所述由二胺化合物与二氧化碳之间的反应而形成的盐再生所述二氧化碳吸收剂时需要会需要100℃以上的温度条件。

并且，所述由二胺化合物与二氧化碳之间的反应而形成的盐可以通过与所述质子溶剂之间的氢键被稳定化，因此，为了再生二氧化碳吸收剂会需要高能量。而且，由于溶剂的比热较高，会需要高再生能量。此外，存在二氧化碳吸收剂的损失量较大的问题。

若所述质子溶剂的含量小于0.00000001重量％，则二氧化碳的吸收速度及/或二氧化碳的吸收量会减少。

当以特定比率混合所述极性非质子溶剂和所述质子溶剂来使用时，可以减少为了再生二氧化碳吸收剂所需的能量，且增加工作容量。

此时，所述极性非质子溶剂的比率可以大于所述质子溶剂的比率。例如，以重量百分比计的所述极性非质子溶剂的含量可以大于以重量百分比计的所述质子溶剂的含量。

通过考虑工艺中所需的粘度、热容量等物性特性而可以决定所述极性非质子溶剂与所述质子溶剂的比率。

所述极性非质子溶剂及所述质子溶剂的含量相对于二氧化碳吸收剂的总量100重量％可以为50至70重量％。

当所述极性非质子溶剂及所述质子溶剂的含量为50至70重量％时，可以将二氧化碳的再生温度降低到100℃以下的温度。并且，可以减少二氧化碳吸收剂的损失，且增加工作容量。

由上述的组合构成的本发明的二氧化碳吸收剂可以有效地吸收二氧化碳，同时，可以在100℃以下的低温下有效地再生二氧化碳吸收剂。并且，二氧化碳吸收剂的损失较小，因此可以提高工艺效率且降低工艺费用。

另一方面，二氧化碳吸收剂的再生方法可以包括：二氧化碳吸收剂吸收二氧化碳的吸收步骤；及通过加热已吸收二氧化碳的二氧化碳吸收剂来去除二氧化碳的去除步骤。

在此，所述二氧化碳吸收剂可以包括包含伯胺及叔胺的二胺化合物、极性非质子溶剂及质子溶剂。

例如，所述二胺化合物的含量相对于二氧化碳吸收剂的总量100重量％可以为30至50重量％。

例如，所述极性非质子溶剂及所述质子溶剂的含量相对于二氧化碳吸收剂的总量100重量％可以为50至70重量％。

例如，所述质子溶剂的含量相对于二氧化碳吸收剂的总量100重量％可以为0.00000001至20重量％。

例如，所述极性非质子溶剂的含量相对于二氧化碳吸收剂的总量100重量％可以为40至70重量％。

所述吸收步骤可以包括所述二胺化合物与二氧化碳进行反应而形成碳酸盐的步骤。

所述吸收步骤可以在40℃以下的温度下进行。例如，所述吸收步骤可以在30至40℃的温度下进行。所述二氧化碳吸收剂在30至40℃的温度下能够有效地吸收二氧化碳。

所述去除步骤可以包括通过从碳酸盐去除二氧化碳来再生二氧化碳吸收剂的步骤。

所述去除步骤可以在100℃以下的温度下进行。例如，所述去除步骤可以在70至100℃的温度下进行。例如，所述去除步骤可以在70至90℃的温度下进行。

若在100℃以上的温度下进行所述去除步骤，则为了再生二氧化碳吸收剂需要大量的热能，因此会降低工艺费用且提高工艺效率。

在实施例中，通过将为了再生所述二氧化碳吸收剂所需的温度降低至100℃以下来可以降低工艺费用。

下面，通过具体实施例对本发明进行更详细说明。

对本发明的实施例可以进行多种变更，而本发明的范围并非限定解释于下述实施例。

为了使根据本发明的二氧化碳吸收剂有效地吸收二氧化碳且在较低温度下再生二氧化碳，本发明人通过各种实验测定了根据组合的效果。

实验例1

对根据极性非质子溶剂的浓度变化的所述二胺化合物的二氧化碳吸收量和吸收时间及二氧化碳的再生量和再生时间进行测定。

在所述二胺化合物及所述质子溶剂的摩尔比固定并所述极非质子溶剂的摩尔比增加的状态下，对二氧化碳的吸收量和再生量的变化进行测定。

此时，所述二胺化合物使用了N,N-二乙基丙烷-1,3-二胺(N,N-diethylpropane-1,3-diamine)。

此时，所述极性非质子溶剂使用了N-甲基吡咯烷酮(NMP)。

此时，所述质子溶剂使用了水。

此时，所述二胺化合物、NMP及水的比率为摩尔比。

此时，在吸收步骤中每分钟供应了50ml的二氧化碳。

在30℃温度下进行了二氧化碳的吸收，且在70℃、80℃及90℃温度下分别测定了二氧化碳的再生。

图1为示出在实验例1中测定的根据时间的二氧化碳的吸收及再生浓度的图表。

参照图1，可以发现，在90℃下，随着极性非质子溶剂的NMP的摩尔比增加，基于二氧化碳去除的二氧化碳吸收剂的再生有效地实现。即，随着NMP的摩尔比增加，发生更多二氧化碳再生。

可知所述极性非质子溶剂的摩尔比越增加，二氧化碳吸收剂的再生速度越提高。

另一方面，可知随着作为极性非质子溶剂的NMP的摩尔比增加，所述二胺化合物的浓度相对降低，从而，根据二氧化碳的吸收和再生的工作容量(㎎CO₂/g溶液(solution))减少。

即，可知所述二胺化合物通过与二氧化碳进行反应来可以吸收二氧化碳，因此，随着所述二胺化合物的浓度降低，根据所述二氧化碳的吸收和再生的工作容量减少。这是因为所述二胺化合物的一个分子与二氧化碳的一个分子进行反应。因此，根据二氧化碳的分压条件可以使用不同组合的二氧化碳吸收剂。例如，当二氧化碳的分压高时，或当二氧化碳的分压低时，通过改变二氧化碳吸收剂的组合来可以将所述二氧化碳吸收剂使用于各种工艺。

实验例2

对根据质子溶剂浓度变化的所述二胺化合物的二氧化碳吸收量和吸收时间及二氧化碳的再生量和再生时间进行测定。

除了在所述二胺化合物及所述极性非质子溶剂的摩尔比固定并所述质子溶剂的摩尔比增加的状态下，对二氧化碳的吸收量和再生量的变化进行测定之外，其余与实验例1相同的条件下进行反应。

图2为示出在实验例2中测定的根据时间的二氧化碳的吸收及再生浓度的图表。

参照图2，可以发现，在30℃下的二氧化碳吸收条件及在90℃下的二氧化碳吸收剂的再生条件下，随着作为质子溶剂的水的含量增加，二氧化碳的吸收速度提高。

并且，可知随着水含量增加，二氧化碳的饱和吸收能力(mol CO₂)也增加。而且，可知随着水含量增加，在90℃下残留的碳酸盐量也增加。

由所述实验例1及2可知，二氧化碳的吸收量及再生量根据质子溶剂及极性非质子溶剂的比率而决定。

实验例3

在实施例1、2及比较例1中，对所述二胺化合物的二氧化碳的吸收量和吸收时间及二氧化碳的再生量和再生时间进行反复测定。

实施例1的二氧化碳吸收剂通过混合30重量％的二胺化合物和70重量％的N-甲基吡咯烷酮(NMP)而成。

实施例2的二氧化碳吸收剂通过混合50重量％的二胺化合物和50重量％的N-甲基吡咯烷酮(NMP)而成。

在比较例1中，混合30重量％的二胺化合物和70重量％的水。

此时，实施例1、2及比较例1的所述二胺化合物使用了N,N-二乙基丙烷-1,3-二胺(N,N-diethylpropane-1,3-diamine)。

图3为对在实施例1、2及比较例1中测定的根据时间的二氧化碳的吸收及再生浓度进行反复测定的图表。

在25℃温度下进行了二氧化碳的吸收，且在90℃温度下进行了二氧化碳的再生。

此时，在吸收步骤中每分钟供应了50ml的二氧化碳。

参照图3，可以发现根据实施例1和实施例2的二氧化碳吸收剂有效地实现二氧化碳的吸收和再生。

另一方面，可知比较例1虽然在与二氧化碳的初始反应时间具有高二氧化碳吸收量(mg CO₂/g溶液(solution))，但难以进行二氧化碳的再生。

即，通过实验例3，可知通过将二胺类化合物溶解于极性非质子溶剂中或将二胺类化合物溶解于混合有极性非质子溶剂及质子溶剂的溶剂中来，在100℃以下的温度条件下有效地进行二氧化碳的再生。

更具体地，若二氧化碳吸收剂包含所述极性非质子溶剂，则由于二氧化碳吸收而产生的碳酸盐的能量水平提高，由此，在失去二氧化碳步骤的活化能降低，从而在100℃以下的温度条件下能够有效地再生二氧化碳吸收剂。

并且，可知在相同的90℃温度条件下，根据实施例1及2的二氧化碳吸收剂容易进行再生，因此所述二氧化碳吸收剂的损失量较小。

另一方面，可知根据比较例1的二氧化碳吸收剂因水的高比热而难以进行再生。即，比较例1与实施例1及2相比，二氧化碳的吸收量更大，但二氧化碳吸收剂的再生量更小，由此可知二氧化碳吸收剂的损失较大。从而，会导致工艺效率降低、工艺费用增加。

实验例4

为了使二氧化碳的吸收及再生条件优化，对根据二胺化合物、NMP、水的组合比率的二氧化碳吸收剂的性能进行测定。

此时，所述二胺化合物使用了N,N-二乙基丙烷-1,3-二胺(N,N-diethylpropane-1,3-diamine)。

表1为示出对根据二氧化碳吸收剂的组合的工作容量、粘度及热容量进行测定的结果。

【表1】

另一方面，在实施例3中，除了二氧化碳吸收剂通过混合40重量％的二胺化合物、55重量％的N-甲基吡咯烷酮(NMP)及5重量％的水混合而成，且二氧化碳的吸收温度为30至40℃之外，其余与实验例1相同的条件下进行反应。

图4为示出在实施例3中测定的根据时间的二氧化碳的吸收及再生浓度的图表。

参照图4及表1，可知在实施例3中二氧化碳的工作容量为8重量％。并且，参照表1，可知根据实施例的二氧化碳吸收剂的二氧化碳工作容量为4至8％。

在30℃下的二氧化碳吸收条件及在90℃下的二氧化碳吸收剂的再生条件下测定的二氧化碳吸收能力(mol CO₂/mol伯-叔二胺(primary-tertiary diamine))可以为0.44至0.67。

所述测定的二氧化碳吸收能力可以具有所述二胺化合物的组合越增加二氧化碳的吸收能力也越增加的关系。另一方面，所述测定的二氧化碳吸收能力可以具有所述极性非质子溶剂的组合越增加二氧化碳吸收能力越降低的关系。并且，所述测定的二氧化碳的吸收能力可以具有所述质子溶剂的组合越增加二氧化碳的吸收能力越减少的关系。

根据如发电厂等使用所述二氧化碳吸收剂的环境，通过调节所述二胺化合物、所述非质子溶剂及所述质子溶剂的组合来能够提高二氧化碳的吸收能力。

并且，图5为示出根据二胺化合物、NMP及水的组合比率的粘度的图表。参照图5，x轴数值表示除了二胺化合物之外的极性非质子溶剂及水的重量百分比。

此时，在吸收二氧化碳后测定了所述二氧化碳吸收剂的粘度。

根据实施例的二氧化碳吸收剂在30℃下测定的粘度可以为1cP至40cP。例如，根据实施例的二氧化碳吸收剂在30℃下测定的粘度可以为5cP至40cP。例如，根据实施例的二氧化碳吸收剂在30℃下测定的粘度可以为7.3cP至37.7cP。

根据实施例的二氧化碳吸收剂在40℃下测定的粘度可以为1cP至40cP。例如，根据实施例的二氧化碳吸收剂在40℃下测定的粘度可以为5cP至40cP。例如，根据实施例的二氧化碳吸收剂在40℃下测定的粘度可以为5.1cP至35.3cP。

所述测定的二氧化碳吸收剂的粘度可以具有所述二胺化合物的组合越增加二氧化碳吸收剂的粘度也越增加的关系。另一方面，所述测定的二氧化碳吸收剂的粘度可以具有所述极性非质子溶剂的组合越增加二氧化碳吸收剂的粘度越降低的关系。并且，所述测定的二氧化碳吸收剂的粘度可以具有所述质子溶剂的组合越增加二氧化碳吸收剂的粘度越减少的关系。

根据发电厂等使用所述二氧化碳吸收剂的环境，通过调节所述二胺化合物、所述非质子溶剂及所述质子溶剂的组合来能够降低二氧化碳吸收剂的粘度。

在吸收二氧化碳后测定的二氧化碳吸收剂的粘度在30℃或40℃的温度条件下大于40cP时，在捕集二氧化碳的工艺中管道流动性降低，从而会降低工艺效率。

根据实施例的二氧化碳吸收剂，在吸收二氧化碳后测定的二氧化碳吸收剂的粘度在30℃或40℃的温度条件下为40cP以下，因此，在工艺中能够提高管道流动性。从而工艺效率也可以得到改善。

并且，图6为示出根据二胺化合物、NMP及水的组合比率的热容量的图表。参照图6，x轴数值表示二胺化合物/NMP/H2O的摩尔比率。

根据实施例的二氧化碳吸收剂在吸收二氧化碳之前所测定的热容量可以为3.0J/g·K以下。例如，根据实施例的二氧化碳吸收剂在吸收二氧化碳之前所测定的热容量可以为2.0至3.0J/g·K。例如，根据实施例的二氧化碳吸收剂在吸收二氧化碳之前所测定的热容量可以为2.42至2.87J/g·K。

另一方面，比较例2为单乙醇胺(MEA)水溶液。所述比较例2相对于单乙醇胺水溶液的总重量包括30重量％的单乙醇胺。根据所述比较例2的二氧化碳吸收剂的在吸收二氧化碳之前所测定的热容量为3.59J/g·K。

根据实施例的二氧化碳吸收剂的在吸收二氧化碳之后所测定的热容量可以为2.8J/g·K以下。例如，根据实施例的二氧化碳吸收剂的在吸收二氧化碳之后所测定的热容量可以为2.0至2.8J/g·K。例如，根据实施例的二氧化碳吸收剂的在吸收二氧化碳之前所测定的热容量可以为2.41至2.73J/g·K。

另一方面，在比较例2中，装载0.59mol的二氧化碳并吸收二氧化碳之后所测定的热容量为3.14J/g·K。

如上述结果所示，可知根据实施例的二氧化碳吸收剂具有低热容量，因此，当捕集并再生二氧化碳时，与醇胺水溶液相比使用更小量的能量。

虽然以实施例为中心描述了本发明，但是对于本领域中的技术人员而言，显然，在不背离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以做出改变和变型。例如，可以对所述示例性实施例中详细示出的每个元件进行修改和实施。另外，应该明白，与所述变型和应用有关的差别包含在所附权利要求中所定义的本发明的范围内。因此，本发明的技术范围并非限定于说明书的具体说明中所记载的内容，而通过权利要求书的范围予以确定。