气体捕获过程的速率增强制造技术

本发明专利技术涉及一种从气体流中捕获CO2的方法。该方法使用一种两相液体捕获组合物。该方法使用一种两相液体捕获组合物。该方法使用一种两相液体捕获组合物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】气体捕获过程的速率增强


[0001]本专利技术涉及一种从气体流中捕获CO2的方法。该方法使用一种两相液体捕获组合物。

技术介绍

[0002]人类活动导致的气候变化对世界各地数十亿人的健康和繁荣构成威胁。根据2015年巴黎协定，国际社会同意将本世纪全球气温上升保持在比工业化前水平高出2℃以下，并努力将气温上升进一步限制在1.5℃以内。造成气候变化的一个重要因素是CO2，其由许多行业，特别是通过化石燃料或生物燃料的燃烧来产生能量而大量释放。为了实现巴黎协定的目标，我们必须重新设想我们在全球范围内能源供应的整个方法。
[0003]碳捕获技术允许能源系统和工业过程在短期内脱碳，为用碳中和替代品取代它们赢得时间，而变体例如BECCS(具有碳捕获和储存的生物质能源)具有促进负CO2排放的潜力，从而抵消用当前技术无法轻易脱碳的部门(如航空)的排放。
[0004]WO2015/092427描述了使用包含互溶溶剂的混合物的组合物的碳捕获的方法。

技术实现思路

[0005]在本专利技术的第一方面，为一种用于从气体流中捕获CO2的方法，该气体流含有CO2，该方法包括：
[0006]使含有CO2的气体流与捕获组合物在气
‑
液接触装置中接触以产生装载的捕
[0007]获组合物，该捕获组合物包括：
[0008]i.包含至少一种捕获试剂的第一液相；和
[0009]ii.第二液相；
[0010]其中第二液相对CO2是呈化学惰性的。第二相通常是CO2的有效溶剂。CO2在第二液相中的溶解度(例如，物理溶解度)可以大于CO2在第一液相中的溶解度(例如，物理溶解度)。
[0011]第一和第二液相是分开的相，即捕获组合物包括两个液相。因此，将选择两相的组分和这些组分存在的相对量，使得捕获组合物包括两个液相。
[0012]本专利技术源于专利技术人对CO2捕获机制的物理和化学步骤的部分认识。捕获机制的第一个步骤是将CO2物理溶解于包含捕获试剂的捕获组合物中。一旦CO2物理溶解于捕获组合物中，它就能够与捕获试剂发生化学反应。CO2溶解到捕获组合物中的速率将部分取决于CO2在气相中的可用性，即其体积浓度(分压)，以及因此取决于用于溶解/反应的CO2在气
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液相界面处可用性。
[0013]专利技术人发现两液相的使用提高了CO2捕获的速率。不希望受到理论束缚，通过引入第二液相(其是相比于第一液相的CO2的更有效溶剂)，捕获机制的物理要素可能发生微小但重要的变化。在存在第二液相的情况下，CO2可以首先溶解到该液相中，并且可以溶解到比它在气相中发现的浓度更大的浓度，然后它可以进入第一液相，在该液相中它可以与捕
获试剂反应。第二液相的总体效果可以是使第一液相中，特别是在液
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液相界面处的捕获试剂更容易获得CO2，从而增加CO2吸收的总体速率。实质上，第二液相可以在溶解CO2到包含至少一种捕获试剂的第一液相中并在其中反应之前作为浓缩CO2的方式。此外，第二相可以增加暴露于CO2的第一液相的表面积，这对于快速反应和动力学增强的传质是非常重要的，其中传质速率变得与界面表面积成正比。此外，在两个液相部分互溶的情况下，可以通过降低界面阻力来进一步降低界面传质阻力。
[0014]在本专利技术的第二方面，提供了一种用于使来自气体流的气体与反应液体反应的方法，该气体流含有所述气体，该方法包括：
[0015]使含有该气体的气体流与组合物在气
‑
液接触装置中接触以产生产品组合物，
[0016]该组合物包括：
[0017]i.包含一种用于与该气体反应的试剂的第一液相；以及
[0018]ii.第二液相；
[0019]其中第二液相对该气体是呈化学惰性的。
[0020]第二相通常是CO2的有效溶剂。CO2在第二液相中的溶解度可以大于CO2在第一液相中的溶解度。
[0021]第一和第二液相是分开的相，即组合物包括两个液相。因此，将选择两相的组分和这些组分存在的相对量，使得组合物包括两个液相。
[0022]专利技术人建立的CO2捕获系统原理同样适用于其它气液反应系统。
[0023]第一液相和第二液相可以是不互溶的。第一液相和第二液相可以是部分互溶的。当它们部分互溶时，在气液接触步骤的条件(即在温度、压力以及两种液相的相对比例下)下，它们不会完全互溶。
[0024]同时涉及气相和液(或溶液)相试剂的化学反应由于难以将反应的各个组分结合在一起，在工艺规模上特别具有挑战性。已经开发了各种气
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液接触器来解决这个问题，包括但不限于：填料塔(具有随机或规整填料，顺流、逆流或错流配置)、喷雾塔、板式或塔盘塔、搅拌釜式反应器(连续和间歇配置)、管式流反应器(在层流和湍流条件下)、鼓泡塔反应器、降膜反应器和膜反应器。更多最近的发展是旋转圆盘和旋转填充床反应器。
[0025]对于给定的应用，选择最佳反应器的选择标准将特定于该应用，并且根据这些标准进行设计是工艺工程师技能的一部分。关键设计标准的示例可以包括但不限于：最小化工厂的资本成本，或最大化工厂的反应产率效率，或最小化工厂的电能需求。对于那些合适的应用，过程强化(其被定义为“在单元操作、任务和现象规模上有针对性地过程改进，以提高过程效率和改善可持续性”(An antasarn N.，Babi D.K.，Suriyaprappadilok U.，Gani R.，Comput.Aided Che m.Eng.,2016,38,1093
‑
1098,https://doi.org/10.1016/B978
‑0‑
444
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63428
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3.50187
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9))是一个过程工程研究和发展的活跃领域。
[0026]气
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液接触步骤可以在0.1至200巴(abs)的总气体压力下进行。气
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液接触步骤可以在0.1至100巴(abs)的总气体压力下进行。气
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液接触步骤可以在0.1至50巴(abs)的总气体压力下进行。
[0027]气
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液接触步骤可以在0
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200℃的温度下进行。气
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液接触步骤可以在0至100℃的温度下进行。气
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液接触步骤可以在20至50℃的温度下进行。
[0028]实现性能增强所需的第二液相的最佳比例将取决于进行气
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液接触过程的方式。
典型地，第二液相将以组合物(即捕获组合物)总体积的1至80％范围内的量存在。第二液相可以以组合物(即捕获组合物)总体积的10％至70％范围内的量存在。第二液相可以以组合物(即捕获组合物)总体积的40％至60％范围内的量存在。第二液相可以以组合物(即捕获组合物)总体积的20％至50％范围内的量存在。
[0029]因此，在组合物(即捕获组合物本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于从气体流中捕获CO2的方法，所述气体流含有CO2，所述方法包括：使含有CO2的气体流与捕获组合物在气
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液接触装置中接触以产生装载的捕获组合物，所述捕获组合物包括：iii.包含至少一种捕获试剂的第一液相；和iv.第二液相；其中所述第二液相是CO2的有效溶剂，并对CO2呈化学惰性；其中所述第一液相包括至少一种羧酸的至少一种盐的水溶液；且其中所述方法进一步包括从装载的捕获组合物中释放所述CO2。2.根据权利要求1所述的方法，其中使气体流与捕获组合物接触的步骤在气
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液接触装置中进行，所述气
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液接触装置选自：填料塔(具有随机或规整填料，顺流、逆流或错流配置)、喷雾塔、板式或塔盘塔、搅拌釜式反应器(连续或间歇配置)、管式流反应器(在层流或湍流条件下)、鼓泡塔反应器、降膜反应器和膜反应器。3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中至少一种羧酸的至少一种盐的阳离子是碱金属、碱土金属或其混合物。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述至少一种羧酸仅包括碳、氢和氧。5.根据权利要求3或权利要求4所述的方法，其中所述至少一种羧酸是至少一种C1‑
C8脂肪族羧酸。6.根据权利要求5所述的方法，其中对应于至少一种羧酸盐的至少一种羧酸选自包括醋酸、丙酸、丁酸及其支链衍生物、戊酸及其支链衍生物、己酸及其支链衍生物、庚酸及其支链衍生物、以及辛酸及其支链衍生物的列表。7.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述第一液相进一步包括至少一种碳酸盐。8.根据权利要求7所述的方法，其中所述至少一种碳酸盐选自包括碱金属碳酸盐、碱土金属碳酸盐或其混合物的列表。9.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述第一液相进一步包括酶。10.根据权利要求9所述的方法，其中所述酶是天然碳酸酐酶或工程化碳酸酐酶。11.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述至少一种捕获试剂以2M至15M范围内的浓度存在于所述第一液相中。12.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述第二液相为有机溶剂。13.根据权利要求12所述的方法，其中所述第二液相选自包括硅酮/硅氧烷和醚的列表。14.根据权利要求12所述的方法，其中所述第二液相为选自以下的溶剂：1,2
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二甲氧基丙烷、1,2
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二乙氧基丙烷、二丙二醇二甲醚、二丙二醇二乙醚、二丙二醇甲...

【专利技术属性】
技术研发人员：道格拉斯，
申请(专利权)人：碳捕获有限公司，
类型：发明
国别省市：