通过2,2’-(亚乙二氧基)二(乙胺)(EDEA)从具有低CO₂分压的气体中去CO₂的制作方法

专利名称：通过2,2’-(亚乙二氧基)二(乙胺)(EDEA)从具有低CO₂分压的气体中去CO₂的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种吸收剂，用于从エ艺气体中去除CO2的目的。
背景技术：
从エ艺气体中去除CO2对于减少CO2的排放具有特殊的重要性，其中CO2被认为是温室效应的主要原因。业界经常例如使用有机碱(如烷醇胺)的水溶液作为吸收剂，用于去除酸性气体组分。该吸收剂通过供应热量、泄压、或通过适当的助剂进行汽提而再生。一旦该吸收剂再生，它可以作为ー种再生的溶剂重新用在酸性气体组分的吸收中。在接近大气压下获得了来自化石燃料燃烧的烟道气。当这些烟道气中的CO2含量典型地是在约3vol. %到13vol. %左右时，该CO2的分压的范围相应地是处于0. 03与0. 13巴之间。为了实现从处于这样低的CO2分压下的烟道气中充分去除CO2，一种适当的吸收剂要具有非常高的CO2吸收能力。具体地说，即使在低CO2分压下还应该确保尽可能最高的吸收能力。该吸收剂的吸收能力很大程度上决定了该吸收剂所要求的循环流量，并且因此决定了所需要设备的尺寸和成本。因为用于对吸收剂进行加热和冷却的能量与循环流量是成比例的，如果该吸收剂的循环流量可以成功地被減少的话，用于再生该溶剂所要求的再生能量将降低到一个显著的程度。然而，除了高吸收能力的之外，一种适当的吸收剂应该还具有尽可能高的对氧的稳定性，因为在烟道气中总是特别存在一定含量的氧气。如从文献中已知的，很多胺化合物在正常情况下的特征是良好的吸收特性，这些胺化合物容易地在氧的存在下分解，这将ー方面导致高的吸收剂消耗，并且另一方面导致相应地高成本。所获得的这些分解产物一般将造成ー种大幅度増加的腐蚀水平并且另外造成该吸收剂能力的显著減少。挥发性的分解产物，如氨，例如往往引起了 CO2产物的污染，并且烟道气使得该CO2涤气器具有不容许的排放组分。为了避免此种排放，将需要的是增加另外的过程步骤，这些步骤甚至将进ー步地增加CO2涤气器的成本。例如在US 2009/0199709A1中已知的是，使用一种包括胺的水溶液的吸收剂去除来自流体流中的酸性气体。提到了多种可能的胺的溶液的实例，其中没有提出使用2,2 ‘_(亚こニ氧基)-ニ(こ胺)。在US 2008/0125314A1中也已知，使用ー种吸收剂去除来自流体流中的ニ氧化碳。其中可以包含2，2‘-(亚こニ氧基)-ニ(こ胺)。然而，其中必须存在第二种组分，它同样是ー种胺溶液。在此未公开，在没有其他组分的情况下使用2，2 ‘-(亚こニ氧基)-ニ(こ胺)的水溶液。

发明内容
因此，存在对于ー种吸收剂的显著的需要，该吸收剂一方面在〈I巴、特别是在〈O. 2巴的低分压下具有尽可能高的CO2吸收能力，并且该吸收剂同时是尽可能对氧稳定的并且还在吸收剂再生条件下是热稳定的。本发明的目的是满足这种需要，即，使得这样ー种吸收剂是可获得的，并且提供这样ー种从エ业气体中去除CO2的方法。这个目的是通过使用由水性溶液中的2，2’-(亚こニ氧基)ニ(こ胺)(EDEA)构成的吸收剂实现的。该吸收剂总体上包含相对该吸收剂的重量IOwt. %到90wt. %、优选30wt. %到65wt. % 的 EDEA。在本发明的一个实施方案中，有待使用的吸收剂包含至少ー种与2，2’ -(亚こニ氧基)ニ(こ胺)不同的其他的胺。因此，根据本发明的吸收剂可以例如包含5wt.%到45wt. %、优选IOwt. %到40wt. %的一种或多种不同的胺。 该至少ー种与2，2’-(亚こニ氧基)ニ(こ胺)不同的其他的胺是(例如)选自
A)具有以下通式的叔胺N(Rl)2_n(R2)1+n
其中Rl代表ー个烷基，并且R2代表一个羟烷基 或
具有以下通式的叔胺(Rl) 2_n(R2)nN-X-N(Rl) 2_m(R2)m
其中Rl代表ー个烧基,R2代表一个轻烧基,X代表一个亚烧基,它是由氧一次或几次中断的，并且n和m代表从0到2的ー个整数，或者键合到不同的氮原子上的两个残基Rl和R2 一起代表一个亚烷基，
B)空间位阻的胺，
C)5、6、或7-元饱和的杂环化合物，其中在该环中有至少ー个NH-基团，该化合物在该环中可以具有另外的一个或两个选自氮或氧的杂原子，
D)伯或仲烷醇胺，
E)具有以下化学式的亚烷基ニ胺
H2N-R2-NH2
其中R2表示ー个C2到C6的烷基。在本发明的一个优选的实施方案中，除了 2，2’-(亚こニ氧基)ニ(こ胺)之外所使用的这些叔铵是选自下组，该组包括三(2-羟こ基)胺、三(2-羟丙基)胺、三丁醇胺、ニ(2_轻こ基)-甲胺、2- ニこ基氨基こ醇、2- ニ甲基氨基こ醇、3- ニ甲氨基-I-丙醇、3-ニこ氨基-1-丙醇、2-ニ异丙基氨基こ醇、N，N-ニ(2-羟丙基)-甲胺(甲基ニ异丙醇胺，MDIPA)、N，N，N，，N，-四甲基亚こ基ニ胺、N，N-ニこ基-N，，N，- ニ甲基こニ胺、N，N，N，，N，-四こ基こニ胺、N，N，N，，N，-四甲基丙ニ胺、N，N，N，，N，-四こ基丙ニ胺、N，N- ニ甲基-N’，N’- ニこ基こニ胺、2-(2- ニ甲基氨基こ氧基)-N, N- ニ甲基こ胺；1，4- ニ氮杂ニ环[2. 2. 2]辛烷(DABC0);N，N，N’ -三甲基氨こ基こ醇胺、N，N’ - ニ甲基哌嗪以及N，N’ - ニ(羟こ基)哌嗪。特别优选使用的是化合物双-ニ甲基氨基こ基醚。另外的可能的叔胺披露在 WO 2008/145658AUUS 4, 217, 236 以及 US 2009/0199713A1 中。在另ー个实施方案中，除2，2’-(亚こニ氧基)ニ(こ胺)之外所使用的这些空间位阻的胺还选自下组，该组包括2_氨基-2-甲基-1-丙醇、2-氨基-2-甲基-1-丁醇、3-氨基-3-甲基-I- 丁醇、3-氨基-3-甲基-2-戊醇、以及I-氨基-2-甲基丙烷-2-醇。可以使用的其他的空间位阻胺在 WO 2008/145658A1、US 4，217，236、US 2009/0199713A1、US 5，700，437、US 6，500，397B1、以及 US 6，036，931 中提及。任选地，除2，2’ -(亚こニ氧基)ニ(こ胺)之外所使用的5、6、或7-元饱和的杂环化合物是选自下组，该组包括哌嗪、2-甲基哌嗪、N-甲基哌嗪、N-こ基哌嗪、N-氨こ基哌嗪、高哌嗪、哌啶以及吗啉。特别优选的是使用化合物哌嗪。其他可以使用的化合物描述在 WO 2008/145658A1 以及 US 2009/0199713A1 中。除2，2’ -(亚こニ氧基)ニ(こ胺)之外所使用的这些伯或仲烷醇胺是有利地选自下组，该组包括2-氨基こ醇、N，N-ニ(2-羟こ基)胺、N，N-ニ(2-羟丙基)胺、2_(甲氨基)こ醇、2-(こ氨基)こ醇、2-(正丁基氨基)こ醇、2-氨基-I-丁醇、3-氨基-I-丙醇、以及5-氨基-I-戊醇。其他可能的化合物再次描述在WO 2008/145658A1以及US2009/0199713A1 中。在本发明的另ー个实施方案中，除了 2，2’-(亚こニ氧基)ニ(こ胺)之外所使用的这些烷基ニ胺是选自下组，该组包括六亚甲基ニ胺、1，4- ニ氨基丁烷、1，3- ニ氨基丙烧、2，2- ニ甲基-1，3- ニ氨基丙烧、3-甲氨基丙胺、3-( ニ甲氨基)丙胺、3_( ニこ氨基)丙胺、4-ニ甲氨基丁胺、以及5-ニ甲氨基戊胺、1，1，N，N-四甲基こニ胺、2，2，N，N-四甲基-1，3-丙烧ニ胺、N，N’-ニ甲基-1，3-丙烧ニ胺、N，N’ ニ(2-ニ轻こ基)亚こ基ニ胺。另夕卜，可以使用所有相应地在WO 2008/145658A1以及US 2009/0199713A1中标示出的成分。此外，该吸收剂的使用的特征为以下的特性，S卩，使流体流与以上说明的吸收剂之一相接触，该吸收剂因此负载有C02。这优先在〈200毫巴的分压下发生。该有负载的吸收剂有利地通过加热、泄压、用通过该溶剂的内部蒸发产生的汽提蒸汽进行汽提、以ー种惰性流体进行汽提、或者通过这些手段中的两种或所有的组合来再生。
具体实施例方式以下通过两个实例对本发明进行了更详细地说明。实例I :测试对氧的稳定件
2，2’ -(亚こニ氧基)ニ(こ胺)对氧的作用的稳定性是如下进行确定的
在由多个圆底烧瓶和多个回流冷凝器组成的ー个玻璃装置中进行分析。将这些胺进行称重。将大致12N1空气/小时、以水蒸汽预饱和的一种空气流在大致110° C向搅拌的溶 液中鼓泡，持续4天时间。为了继而进行该反应过程，每天将多个样品通过气相色谱法和酸/碱滴定法(0. I摩尔的盐酸)进行分析以便确定胺的绝对含量。在结束时，对这些烧瓶称重以进行控制，从而确定该溶液的总量值。作为用水蒸汽预饱和空气的结果，在测试期间烧瓶中的重量有所増加。一旦该测试结果已经通过所引入的水造成的重量增加进行校正，则在完成测试之后所确定的是，所使用的96. 2%的EDEA(50wt. %)是仍然包含在该溶液中的。这对应于所使用的EDEA的3. 8%的溶剂损失。因此，在此期间仅还存在少量从黄色到淡橘色的颜色变化。与此相対，大致50wt. %的一こ醇胺溶液的稳定性试验导致了 4天后最終的浓度为44. 89wt. %，所有其他条件都是相同的。这对应于在测试期间所使用的MEA大致9%的溶剂损失。因此，顔色从淡米色变为暗橘色。因此，在此建议的胺具有的对氧的稳定性比MEA高
2.4 倍。实例2 :确定CO2吸收能力
使用一个静态相平衡装置通过合成测量原理(synthetischen Messprinzip)来测量合成气体溶解度(等温线P-X数据)。在这种安排中，在恒温下对ー种混合物的不同的总组成进行测量。通过多个计量泵将恒温的、纯化的并除气的溶剂泵送到一个抽空的并且恒温的測量室中，这使得能够看出在体积上的较小差异。随后，以多个较小的批次来加入该气体。然后在考虑到气体空间的情况下计算一定压カ下吸收溶液中包含的C02。在40° C与120° C之间的温度下确定0. I巴的CO2分压下CO2的吸收。循环吸收能力是等于在40° C和120° C下的负载差值。
表I
权利要求
1.一种吸收剂用于从流体流中去除酸性气体的用途，其中该吸收剂由2，2'-(亚乙二氧基)二(乙胺)的水溶液组成。
2.根据权利要求I所述的吸收剂的用途，其中该吸收剂包含相对于该吸收剂重量的10%到90%、优选30%到65%的2义_(亚乙二氧基)二(乙胺)。
3.根据权利要求I或2所述的吸收剂的用途，其中该吸收剂包含至少一种与2，2，_(亚乙二氧基)二(乙胺)不同的其他的胺。
4.根据权利要求3所述的吸收剂的用途，其中该吸收剂包含5%到45%并且优选10%到40%的至少一种与2，2' _(亚乙二氧基)二(乙胺)不同的胺。
5.根据权利要求3或4所述的吸收剂的用途，其中该至少一种与2，2'-(亚乙二氧基)二(乙胺)不同的其他的胺是选自 具有以下通式的叔胺 N(Rl)2_n(R2)1+n 其中Rl代表一个烷基，并且R2代表一个羟烷基 或 具有以下通式的叔胺 (Rl) 2_n(R2)nN-X-N (Rl) 2_m(R2)m 其中Rl代表一个烧基,并且R2代表一个轻烧基，X代表一个亚烧基,它是由氧一次或几次中断的，并且n和m代表从0到2的一个整数，或者被键合到不同的氮原子上的两个残基Rl和R2 —起代表一个亚烷基， B)空间位阻的胺， C)5、6、或7-元的饱和的杂环化合物，其中在该环中有至少一个NH-基团，该化合物在该环中可以具有另外的一个或两个选自氮或氧的杂原子， D)伯或仲烷醇胺， E)具有以下化学式的亚烷基二胺H2N-R2-NH2 其中R2表示一个C2到C6的烷基。
6.根据权利要求5所述的吸收剂的用途，其中该叔铵是选自下组，该组包括二-二甲基氨基乙基醚、三(2-羟乙基)胺、三(2-羟丙基)胺、三丁醇胺、二(2-羟乙基)-甲胺、2- 二乙基氨基乙醇、2- 二甲基氨基乙醇、3- 二甲氨基-I-丙醇、3- 二乙氨基-I-丙醇、2- 二异丙基氨基乙醇、N，N- 二(2-羟丙基)-甲胺(甲基二异丙醇胺，MDIPA)、N，N，N’，N’ -四甲基-亚乙基二胺、N，N-二乙基-N’，N’ -二甲基乙二胺、N，N，N’，N’ -四乙基乙二胺、N，N，N’，N，-四甲基丙二胺、N，N，N’，N，-四乙基丙二胺、N，N-二甲基-N’，N，-二乙基乙二胺、2_(2_ 二甲基氨基乙氧基)_N,N-二甲基乙胺；1,4-二氮杂二环[2.2.2]羊烧(DABCO)；N，N，N’ -三甲基氨乙基乙醇胺、N，N’ -二甲基哌嗪以及N，N’ -二(羟乙基)哌嗪，其中特别优选的是使用二-二甲基氨乙基醚。
7.根据权利要求5所述的吸收剂的用途，其中该空间位阻的胺是选自下组，该组包括2-氨基-2-甲基-I-丙醇、2-氨基-2-甲基-I-丁醇、3-氨基-3-甲基-I-丁醇、3-氨基-3-甲基-2-戊醇、以及I-氨基-2-甲基丙烷-2-醇。
8.根据权利要求5所述的吸收剂的用途，其中5、6、或7-元的饱和的杂环化合物是选自下组，该组包括哌嗪、2-甲基哌嗪、N-甲基哌嗪、N-乙基哌嗪、N-氨乙基哌嗪、高哌嗪、哌啶以及吗啉，其中特别优选的是使用哌嗪。
9.根据权利要求5所述的吸收剂的用途，其中伯或仲烷醇胺是选自下组，该组包括2-氨基乙醇、N, N-二(2-轻乙基)胺、N, N-二(2-轻丙基)胺、2_(甲氨基)乙醇、2_(乙氨基)乙醇、2_(正丁基氨基)乙醇、2-氨基-I-丁醇、3-氨基-I-丙醇、以及5-氨基-I-戍醇。
10.根据权利要求5所述的吸收剂的用途，其中这些烷基二胺是选自下组，该组包括六亚甲基二胺、1，4- 二氨基丁烧、1，3- 二氨基丙烧、2, 2- 二甲基-I, 3- 二氨基丙烧、3-甲氨基-丙胺、3_( 二甲氨基)丙胺、3-( 二乙氨基)丙胺、4-二甲氨基丁胺以及5-二甲氨基戊胺、I，I，N, N-四甲基乙二胺、2, 2, N, N-四甲基-I, 3_丙烧二胺、N,N’ _ 二甲基_1，3_丙烧二胺、N，N' 二(2-二羟乙基)亚乙基二胺。
11.根据权利要求I到10之一所述的吸收剂用于从流体流中去除二氧化碳的用途，其中使该流体流与该吸收剂相接触并且该吸收剂因此负载有C02。
12.根据权利要求11所述的吸收剂用于从流体流中去除二氧化碳的用途，其中该吸收剂在< 200毫巴的分压下负载有CO2。
13.根据权利要求I到12之一所述的吸收剂用于从流体流中去除二氧化碳的用途，其中该负载的吸收剂通过以下方式进行再生 i)加热， ii)泄压， iii)通过该溶剂的内部蒸发产生的汽提蒸气进行汽提， iv)用一种惰性流体进行汽提 或者通过这些手段中的两种或所有的组合。
全文摘要
一种吸收剂用于从一个流体流中去除酸性气体的用途，该吸收剂主要由2，2′-(亚乙二氧基)二(乙胺)的水溶液组成。
文档编号B01D53/14GK102711957SQ201080058323
公开日2012年10月3日 申请日期2010年12月21日 优先权日2010年1月5日
发明者J·曼泽尔, O·冯莫斯泰 申请人:蒂森克虏伯伍德公司