专利名称：添加有空间位阻环胺的基于碱金属碳酸盐的二氧化碳吸收剂及利用其的二氧化碳去除方法
技术领域：
本发明涉及ー种ニ氧化碳吸收剂，更具体地，本发明涉及ー种添加有空间位阻环胺的基于碱金属碳酸盐的ニ氧化碳吸收剂及利用其去除ニ氧化碳的方法，通过在碱金属碳酸盐物质中添加空间位阻(hindered)环胺，使得提高ニ氧化碳吸收速度，降低再生能耗，及防止盐生成和相分离。
背景技术：
作为导致全球变暖的6种温室气体之一，ニ氧化碳是由过多的固定源大量排放的酸性气体。为了分离且去除能源产业中排放的ニ氧化碳，长期以来一直研究各种方法中最 经济的液体吸收法。这种液体吸收法中最常用的方法是烷醇胺法(例如，单こ醇胺、ニこ醇胺、三こ醇胺等)和利用碳酸钾的本菲尔德法。烷醇胺法使用将用于吸收ニ氧化碳的各种烷醇胺和水混合制成的20wt% 30wt%的溶液，由于迅速的ニ氧化碳吸收能力，从70年代起已被商业化。然而，这种方法具有如下很多问题在再生过程中消耗4. 0至4. 2GJ/ton CO2 (例如，在单こ醇胺(MEA)的情况下)范围的过多的能量，由燃烧废气中存在的污染物(02、S02、及NOx)引起氧化反应，并且腐蚀由碳钢制成的设施。其中最迫切的问题就是较高的再生热耗。为了降低再生热耗，已开发ー种吸收剂，该吸收剂欲通过在烷醇胺的氮原子周围附接甲基和こ基引起空间位阻，来降低氨基甲酸酯键强度，其中，所述氮原子通过直接与ニ氧化碳进行氨基甲酸酯键结合来去除ニ氧化碳。代表性示例为2-氨基-2-甲基-I-丙醇(AMP)。这种吸收剂的ニ氧化碳吸收能力不如MEA那么快，但是具有再生能耗相当低的优点。类似地，以将空间位阻胺作为主要成分使用而为人所知的三菱重工业株式会社(Mitsubishi Heavy Industries, Ltd.)的吸收剂 KS-I 显不使用 2. 8GJ/ton 至 3. 2GJ/tonCO2的非常低的再生能耗。然而，这些胺大部分是I级胺周围具有空间位阻基的烷醇胺类。已提出了使用空间位阻胺的先进的碳捕获技术。例如，关西电力株式会社(KansaiElectric Power Co. , Inc.)和 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd 申请.的专利号为JP1994-242915的日本专利申请公开了一种用于去除燃烧废气中的ニ氧化碳的方法。此专利申请中提出一种将下列化学式的物质作为主要成分的吸收剂，用于提高每单位摩尔的吸收剂和每单位体积的吸收剂的CO2吸收量，提高吸收速度，并且降低再生能耗。在下列化学式中，Rl是低级烷基，以及R2是氢或低级烷基。所述专利申请在2001年6月8日以JP3197173注册，该专利申请要求保护ー种系统，该系统混合水溶液和空间位阻哌嗪衍生物并使用。即，提出下列物质在水中的混合比例是15wt% (重量百分比)至65wt%。
权利要求
1.ー种添加有空间位阻环胺的基于碱金属碳酸盐的ニ氧化碳吸收剂，其特征在于，所述ニ氧化碳吸收剂包括 16%重量百分比以下的碱金属碳酸盐；以及 10%重量百分比以下的空间位阻环胺。
2.如权利要求I所述的添加有空间位阻环胺的基于碱金属碳酸盐的ニ氧化碳吸收剂，其特征在于，所述碱金属碳酸盐为选自碳酸钾(K2CO3)、碳酸钠(Na2CO3)、氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾(KOH)、碳酸氢钾(KHCO3)、碳酸氢钠(NaHCO3)中的至少ー种。
3.如权利要求I或2所述的添加有空间位阻环胺的基于碱金属碳酸盐的ニ氧化碳吸收剂，其特征在于，所述空间位阻环胺是选自I-氨基-4-甲基哌嗪、1-(2-氨こ基)-4-甲基哌嗪、I- (2-羟こ基)-4-甲基哌嗪、I- (2-氨こ基)-哌嗪、I- (2-羟こ基)-哌嗪、2-氨こ基-哌嗪、I-こ基-哌嗪、2，5- ニ甲基-哌嗪、顺式2，6- ニ甲基-哌嗪、1，4- ニ甲基-哌嗪、反式2，5_ ニ甲基-哌嗪、I-甲基哌嗪、2-甲基哌嗪、I-こ基哌嗪、2-哌啶こ醇、3-哌啶こ醇、4-哌啶こ醇、2-氨こ基-I-哌啶及高哌嗪中的至少ー种。
4.如权利要求3所述的添加有空间位阻环胺的基于碱金属碳酸盐的ニ氧化碳吸收剂，其特征在于，所述ニ氧化碳吸收剂还包括防腐剂、助凝剂、抗氧化剂、消泡剂或它们的混合物。
5.如权利要求4所述的添加有空间位阻环胺的基于碱金属碳酸盐的ニ氧化碳吸收剂，其特征在于，所述防腐剤、所述助凝剂、所述抗氧化剂、所述消泡剂或它们的混合物的浓度是1%重量百分比以下。
6.如权利要求3所述的添加有空间位阻环胺的基于碱金属碳酸盐的ニ氧化碳吸收齐U，其特征在于，所述空间位阻环胺的沸点是145°c以上，并且在25°C下在水中的溶解度是500g/l 以上。
7.—种ニ氧化碳去除方法，其特征在于，所述方法包括 使添加有空间位阻环胺的基于碱金属碳酸盐的ニ氧化碳吸收剂与包括ニ氧化碳的气体接触的气体接触步骤； 从所述气体吸收ニ氧化碳的ニ氧化碳吸收步骤；以及 再生所述ニ氧化碳吸收剂的吸收剂再生步骤。
8.如权利要求7所述的ニ氧化碳去除方法，其特征在于，所述ニ氧化碳吸收剂包括 16%重量百分比以下的碱金属碳酸盐；以及 10%重量百分比以下的空间位阻环胺。
9.如权利要求8所述的ニ氧化碳去除方法，其特征在干，所述碱金属碳酸盐为选自碳酸钾(K2CO3)、碳酸钠(Na2CO3)、氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾(KOH)、碳酸氢钾(KHCO3)、碳酸氢钠(NaHCO3)中的至少ー种。
10.如权利要求8或9所述的ニ氧化碳去除方法，其特征在于，所述空间位阻环胺是选自I-氨基-4-甲基哌嗪、I-(2-氨こ基)-4-甲基哌嗪、I-(2-羟こ基)-4-甲基哌嗪、1-(2-氨こ基)-哌嗪、I-(2-羟こ基)-哌嗪、2-氨こ基-哌嗪、I-こ基-哌嗪、2，5- ニ甲基-哌嗪、顺式2，6- ニ甲基-哌嗪、1，4- ニ甲基-哌嗪、反式2，5- ニ甲基-哌嗪、I-甲基哌嗪、2-甲基哌嗪、I-こ基哌嗪、2-哌啶こ醇、3-哌啶こ醇、4-哌啶こ醇、2-氨こ基-I-哌啶及高哌嗪中的至少ー种。
11.如权利要求10所述的ニ氧化碳去除方法，其特征在于，所述ニ氧化碳吸收剂还包括防腐剤、助凝剂、抗氧化剂、消泡剂或它们的混合物。
12.如权利要求10所述的ニ氧化碳去除方法，其特征在于，所述ニ氧化碳吸收步骤在I个标准大气压至30个标准大气压的压カ范围及20°C至90°C的温度范围内进行。
13.如权利要求10所述的ニ氧化碳去除方法，其特征在于，所述吸收剂再生步骤在I个标准大气压至10个标准大气压的压カ范围及105°C至120°C的温度范围内进行。
全文摘要
本发明涉及一种二氧化碳吸收剂，尤其涉及一种添加有空间位阻环胺的基于碱金属碳酸盐的二氧化碳吸收剂，及一种利用所述二氧化碳吸收剂去除二氧化碳的方法。通过将空间位阻环胺添加到碱金属碳酸盐物质，提高二氧化碳的吸收速度，减少再生能耗，且不会发生盐生成和相分离。
文档编号B01D53/14GK102762293SQ200980163451
公开日2012年10月31日 申请日期2009年12月29日 优先权日2009年12月28日
发明者南盛赞, 尹汝一, 朴尚道, 白一铉, 金荣恩 申请人:韩国技术研究院