[发明专利]用于除去二氧化碳的可再生的吸收剂

说明书

发明领域

本发明涉及一种适于从气体流中、特别是以相对高的温度和相对低的CO₂分压为特征的废气流中捕获CO₂的可再生的固体吸收剂材料，以及使用此类吸收剂的工艺和系统以及制造此类吸收剂的方法。

发明背景

据报道，化石燃料的燃烧是大气中二氧化碳(CO₂)的增加的浓度的主要原因。虽然正在进行研究以改进能源效率并且替代低碳燃料以对抗这个问题，这些方法将可能不足以将大气的CO₂浓度的增长限制到可接受的水平。因此，对开发用于防止CO₂释放到大气中的方法即碳捕获和存储(CCS)技术存在极大的兴趣。

大量技术可用于从气体流中除去CO₂，包括用溶剂(例如，使用胺类，比如单乙醇胺或二乙醇胺)的湿法化学吸收、膜分离、低温分馏和使用分子筛的吸附。用于从气体流中除去CO₂的另一种方法包括干法涤气，这意指用通过化学吸收/吸附除去CO₂的干燥的可再生的吸收剂处理工艺气体。

用于从气体流中捕获CO₂的现有技术遭受大量的缺点。能源部门已报道当在大型发电厂的情况下考虑时现有的CO₂捕获技术不是节约成本的。当实施多种这些CO₂捕获技术时，从现有工厂产生的净电力将显著减少，因为由工厂产生的电力中的高百分比将必须用于捕获并压缩CO₂。此外，在多种应用中必须除去CO₂的工艺条件致使现有技术不可用。例如，包括汽车尾气、水泥窑烟道气、轧钢厂烟道气、柴油发电机废气、和多种其他工业和工艺气体流的废气流对常规的燃烧后CO₂捕获技术而言简直太热(多达600℃)。还此外，这些气体流的CO₂分压对于使天然气脱硫或合成气CO₂捕获技术有效来说太低，通常少于14.7psia CO₂。高温和低CO₂分压的组合使得开发能够从这些气体流中有效地除去CO₂的材料成为重大的挑战。

美国专利第5,480,625号和第5,681,503号涉及用于从可居住的封闭空间除去二氧化碳的吸收剂，所述吸收剂包括作为活性剂的金属氧化物(例如，氧化银)和碱金属碳酸盐。然而，给定的仅有的示例性的吸收剂再生温度范围是160℃-220℃，这太低而不能用于大部分废气应用。

美国专利第6,280,503号描述用于在300℃至500℃的范围内的温度下从气体流中除去CO₂的优选地用碱金属碳酸盐或碱金属碳酸氢盐促进的包含氧化镁的固体吸收剂。

美国专利第6,387,337号描述利用以碱金属化合物或碱土金属化合物的形式的吸收剂并且据称在200°F至2000°F的温度范围内操作的CO₂捕获系统。

美国专利第6,387,845号涉及任选地通过添加碱金属碳酸盐促进并且能够在超过约500℃的温度下操作的包含硅酸锂的吸收CO₂的吸收剂。

美国专利第7,314,847号涉及用于CO₂捕获的可再生的吸收剂，所述吸收剂包括与选自以下的一种或更多种活性组分组合的粘合剂：碱金属氧化物、碱金属氢氧化物、碱土金属氧化物、碱土金属氢氧化物、碱性钛酸盐、碱性锆酸盐和碱性硅酸盐。吸收剂被描述为能够在25℃至600℃的温度范围内操作。

美国专利第8,110,523号描述用于CO₂捕获的吸收剂，所述吸收剂包含与高表面积载体和粘合剂组合的碱金属碳酸盐或碱金属碳酸氢盐。专利提出吸收剂可以在40℃-200℃的温度范围内操作。

在本领域中，存在对开发能够从气体流中、特别是以相对高的温度和相对低的CO₂分压为特征的废气流中有效地除去CO₂的吸收剂材料的持续需求。

发明概述