專利名稱：從氣態(tài)流中分離CO₂的方法
從氣態(tài)流中分離CO2的方法本發(fā)明涉及一種從氣態(tài)流(例如天然氣)中分離或脫除CO2 ( 二氧化碳)的方法。二氧化碳(CO2)為存在于天然氣和其它氣源中的非期望的稀釋劑。CO2的分離或脫除是天然氣加工中的常見分離過程，且通常需要該過程以改善天然氣的燃料質(zhì)量。一般使用和工業(yè)使用的從惰性組分中提取二氧化碳的方法基于化學(xué)或物理吸收，有時(shí)基于兩者的組合。此外，還使用吸附或膜。該過程通常稱為“氣體脫硫(gas-sweetening) ”，這是因?yàn)镃O2 (次于其它一些)通常被描述為“酸氣”。脫除是重要的，這是因?yàn)镃O2降低售氣的熱值并當(dāng)暴露不受控時(shí)還將負(fù)面影響環(huán)境。對于化學(xué)吸收，一般使用水性胺溶液(例如單或二乙醇胺(MEA、DEA)、N-甲基-二乙醇胺(MDEA)或熱鉀堿(Benfield 或 Catacarb))。物理吸收通常提供較高的吸收能力，因此需要較低的泵速率，但共吸收烴(特別是較高級的一些)。使用的典型物質(zhì)是甲醇、烷基-吡咯烷(pyrrolidin)或醚化聚乙二醇的衍生物?；旌线^程利用物理(例如環(huán)丁砜)和化學(xué)(例如MDEA或二異丙醇胺(DIPA))吸收劑的混合物用于較高分壓。使用膜是相當(dāng)年輕的技術(shù)并可進(jìn)一步用于不同烴的分離，但對于酸氣分離它們并非100%選擇性，因此導(dǎo)致售氣規(guī)格的不一致?！拔廴尽?膜的污染)是另一缺點(diǎn)。已知離子液體(IL)吸收C02。當(dāng)工業(yè)界認(rèn)識到綠色化學(xué)具有前景且京都議定書開始時(shí)，吸收性IL公開于許多出版物中的若干期刊中。真正的研究潮流完成于[BF4]' [ 二(三氟甲基磺?；?酰亞胺]_(通常縮寫為[NTf2D和[PF6]-陰離子，主要與咪唑鎗基陽離子組合。雖然合成相當(dāng)容易，但是巨大的缺點(diǎn)為高粘度、對水解的不穩(wěn)定性和導(dǎo)致的氟化分解產(chǎn)物?？偟膩碚f，可以說剩余的IL的大部分將不會進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用的焦點(diǎn)，這是因?yàn)樗鼈儍H在實(shí)驗(yàn)室規(guī)?？珊铣?。Shifflet等人首先使用咪唑鎗基羧酸鹽用于二氧化碳吸收。僅可猜測為什么沒有其他研究組加強(qiáng)其對這組化合物的關(guān)注是因?yàn)楦鶕?jù)亨利系數(shù)它們顯示高的勢(potential)。根據(jù)普遍接受的文獻(xiàn)(例如Wasserscheid, Peter; ffelton, Tom (Eds.);"1nic Liquids in Synthesis (合成中的離子液體)"，Wiley-VCH 2008; ISBN978-3-527-31239-9)，離子液體是熔點(diǎn)等于或低于100°C的低熔點(diǎn)鹽的熔體。這些離子液體展現(xiàn)一些非常令人感興趣的特征，例如具有極低的(實(shí)際上不可測)蒸氣壓、大的液相線范圍、良好的電導(dǎo)率和令人感興趣的溶劑化特征。這些特征可注定離子液體用于若干應(yīng)用，例如作為溶劑(例如，在有機(jī)或無機(jī)合成、過渡金屬催化、生物催化、多相反應(yīng)、光化學(xué)、聚合物合成和納米技術(shù)中)、萃取劑(例如液-液或液氣萃取、在原油加工期間脫硫、在水處理期間重金屬的去除和液膜萃取)、電解質(zhì)(例如，在電池、燃料電池、電容器、太陽能電池、傳感器、電鍍、電化學(xué)金屬加工、電化學(xué)合成和納米技術(shù)中)、潤滑劑、熱流體、凝膠、用于有機(jī)合成的試劑、在所謂“綠色化學(xué)”中(例如作為揮發(fā)性有機(jī)化合物的替換)、抗靜電添加劑、化學(xué)分析(例如氣相色譜、質(zhì)譜、毛細(xì)管區(qū)電泳)中的具體應(yīng)用、液晶等。然而，熔融溫度彡100°C是由定義任意選擇的，因此依據(jù)本申請，也包括熔融溫度> 100°c但< 250°C的鹽。術(shù)語“離子液體”可具體地包括所有液體有機(jī)鹽和由有機(jī)陽離子、有機(jī)陰離子或無機(jī)陰離子組成的鹽的混合物。此外，額外的帶有無機(jī)陽離子和有機(jī)或無機(jī)陰離子的鹽可溶于離子液體中，所述的鹽含有但明確不限于如基本的離子液體中所見的相同的陰離子或相同的多種陰離子。此外，小量添加劑可溶于離子液體。此外，離子液體可具有的熔點(diǎn)低于250°C并特別地，低于100°C并優(yōu)選低于室溫。為允許IL的工業(yè)應(yīng)用，高質(zhì)量和高純度液體是必需的。通過易位合成的IL具有高的殘余氯離子(CD量。本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)當(dāng)這些IL用于CO2捕獲時(shí)，無固體沉淀發(fā)生。然而，當(dāng)使用具有無殘余氯離子的IL以保持低的鋼腐蝕時(shí)，固體沉淀發(fā)生，固體沉淀對于CO2脫除是一個(gè)相當(dāng)大的缺點(diǎn)。在工業(yè)的動態(tài)應(yīng)用中，其中液體應(yīng)被泵送，洗滌介質(zhì)的不受控固化是不期望的。因此本發(fā)明的問題是開發(fā)一種方法或程序，當(dāng)與CO2強(qiáng)烈接觸時(shí)，其結(jié)合高質(zhì)量生產(chǎn)和防止結(jié)晶過程兩者。本發(fā)明的目的在以下方法中滿足:通過化學(xué)吸附至1-乙基-3-甲基咪唑鎗(emim)或1-丙基-3-甲基咪唑鐵(pmim)從含有CO2的氣態(tài)流中分離CO2的方法,其特征在于emim或pmim以羧酸鹽存在且化學(xué)吸附在胍鎗乙酸鹽或1_ 丁基_3_甲基咪唑鎗(bmim)乙酸鹽存在下進(jìn)行。在發(fā)明性方法的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，羧酸鹽為乙酸鹽。本發(fā)明方法的一個(gè)進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方案的特征在于化學(xué)吸附在bmim乙酸鹽和水存在下進(jìn)行。本發(fā)明性方法可用于從含有CO2的不同氣體(例如天然氣、由碳源用水重整產(chǎn)生的氣體、合成氣、照明氣、城鎮(zhèn)氣、城市氣、燃料氣、燃燒氣、源自固體腐敗燃料氣化的氣體、來自水煤氣變換反應(yīng)的氣體、水煤氣和生物氣)中分離co2。該方法還可用來從惰性氣流(例如N2)中分離CO2。以下，更詳細(xì)地描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案。實(shí)驗(yàn)描述:
若未作不同聲明，所有使用和描述的離子液體(IL)根據(jù)W02005/021484合成。在大氣條件(960-980 mbar(a)之間的壓力，20_23°C之間的溫度)下，把IL的已知量(5-10 g)稱取入帶有磁性攪拌棒的20 ml氣密燒瓶中。通過在燒瓶上的隔膜，可用注射器刺穿它以允許氣態(tài)二氧化碳(質(zhì)量4.5，Air Liquide)經(jīng)過IL鼓泡。實(shí)驗(yàn)在圖中顯示的設(shè)備內(nèi)進(jìn)行。用于IL/C02結(jié)晶研究的配置:
在恒定攪拌C500 rpm)下,在約1-1.5 bar (a)和50 ml/min流率下,氣態(tài)二氧化碳經(jīng)過IL鼓泡。CO2吸收在IL上，允許殘余的CO2通過第二注射器離開。1小時(shí)后以下IL變成固
權(quán)利要求
1.通過化學(xué)吸附至1-乙基-3-甲基咪唑鎗(emim)或1-丙基-3-甲基咪唑鎗(pmim)從含有CO2的氣態(tài)流中分離CO2的方法,其特征在于emim或pmim以羧酸鹽存在且化學(xué)吸附在胍鎗乙酸鹽或1-丁基-3-甲基咪唑鎗(bmim)乙酸鹽存在下進(jìn)行。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述羧酸鹽為乙酸鹽。
3.權(quán)利要求1或2的方法，其中化學(xué)吸附在bmim乙酸鹽和水存在下進(jìn)行。
全文摘要
通過化學(xué)吸附至1-乙基-3-甲基咪唑鎓(emim)或1-丙基-3-甲基咪唑鎓(pmim)從氣態(tài)流中分離CO2的方法，其特征在于emim或pmim以羧酸鹽存在且化學(xué)吸附在胍鎓乙酸鹽或1-丁基-3-甲基咪唑鎓(bmim)乙酸鹽存在下進(jìn)行。
文檔編號B01D53/14GK103079677SQ201280002608
公開日2013年5月1日 申請日期2012年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月14日
發(fā)明者P.雅尼切克, R.卡爾布 申請人:Vtu 控股有限責(zé)任公司