[发明专利]V型吸附剂和气体浓度用于CO2吸附和捕获的用途

说明书

提供用于冷却进料料流，用于浓缩进料料流中的吸附物和随后使用V型吸附剂吸附的系统和方法。优选地，CO2吸附在附着于Mg2(dobpdc)(dobpdc＝4,4’‑二氧‑3,3’‑联苯基二甲酸盐)的2,2‑二甲基‑1,3‑二氨基丙烷(dmpn)上或附着于Mg2(dobpdc)的N,N’‑二甲基乙二胺(mmen)上。

领域

提供通过使用V型吸附剂和气体浓度微调最佳气体吸附条件以改进吸附剂在变动吸附(swing adsorption)法的过程中的工作容量的系统和方法。

背景

气体分离在许多工业中重要并通常可通过使气体混合物流过吸附剂实现，所述吸附剂相对于混合物的较不易吸附的组分优先吸附较易吸附的组分。气体分离技术的更重要类型之一是变动吸附，如变压吸附(PSA)。PSA法依赖于气体在压力下倾向于吸附在微孔吸附剂材料的孔隙结构内或聚合物材料的自由体积内的事实。压力越高，吸附的目标气体组分的量越大。当降低压力时，吸附的目标组分释放或解吸。PSA法可用于分离气体混合物的气体，因为不同气体倾向于在不同程度上填充吸附剂的微孔或自由体积。

另一重要的气体分离技术是变温吸附(TSA)。TSA法也依赖于气体倾向于吸附在微孔吸附剂材料的孔隙结构内或聚合物材料的自由体积内的事实。当提高吸附剂的温度时，吸附的气体释放或解吸。当用于对气体混合物中的一种或多种组分具有选择性的吸附剂时，通过周期性变动吸附剂床的温度，TSA法可用于分离混合物中的气体。

常规变温吸附(TSA)法使用固体吸附剂在较低温度下选择性吸附所需气体组分，接着在较高温度下解吸该组分。常规固体吸附剂可相当于整料型结构或固体吸附剂颗粒的床。

金属有机骨架(MOFs)，尤其是表现出V型等温曲线的MOFs，例如附带二胺的(diamine appended)MOFs，如附着于Mg₂(dobpdc)(dobpdc＝4,4’-二氧-3,3’-联苯基二甲酸盐)的2,2-二甲基-1,3-二氨基丙烷(dmpn)和附着于Mg₂(dobpdc)的N,N’-二甲基乙二胺(mmen)已表现出与现有技术中的已知吸附剂相比在气体吸附中极大改进的工作容量和能量效率(即吸附/解吸的低温)。在吸附气体的低分压下无法利用所述改进的容量，例如其中CO₂浓度为约3-5％的天然气烟气。这转化成低捕获回收性能。在高能效吸附剂如V型吸附剂中，有利的是改变吸附物的浓度以精确匹配吸附剂的最佳捕获性质。

所有燃烧后(“PC”)CO₂捕获技术具有缺点在于，烟气中的CO₂在低压力(仅约1atm)和低浓度(3至15％)下存在。需要大量能量分离CO₂。为了在1atm下90％回收烟气中的10％CO₂，必须使CO₂从0.1atm达到1atm，然后进一步压缩至150atm的输送压力。在NETL进行的分析表明，使用常规吸收法的CO₂捕获和压缩将来自新建超临界PC发电厂的电力成本提高86％，从64美分/kWh至118.8美分/kWh(Julianne M.Klara,DOE/NETL-2007/1281,Revision1,2007年8月,Exhibit 4-48LCOE for PC Cases)。胺水被视为用于PC发电厂的现有技术状况的CO₂捕获技术，但具有需要避免的$68/吨CO₂的成本(Klara 2007,DOE/NETL-2007/1282)。如果从烟气中除去CO₂要是经济的，必须开发使能量和其它成本最小化的方法。

从气体料流中除去CO₂的方法包括用溶剂吸着、用吸附剂吸附、膜分离和低温分馏及其组合。在用于捕获CO₂的吸附/解吸法中，再生吸附剂或溶剂所需的能量是一大成本要素。

概述