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用于捕捉二氧化碳的方法和組合物的制作方法_2

文檔序號:8384798閱(yue)讀:來源:國知局
040]在一些優選實施例中,與步驟(a)中的纖維素質材料接觸的包含氨基化合物的組合物的重量份為15-20,優選為10-15。
[0041]本發明的步驟(b)涉及:用所述纖維素質材料與包含二氧化碳的組合物接觸。
[0042]在一些實施例中,所述材料可以與凈二氧化碳接觸,所述二氧化碳可以提供為二氧化碳氣體、超臨界二氧化碳或固體二氧化碳。在優選的實施例中,所述二氧化碳為氣體形式。
[0043]在優選實施例中,所述步驟(b)中使用的組合物包括包含至少I wt% 二氧化碳的氣態組合物。優選的,與步驟(b)中的所述材料接觸的組合物為包含至少5 wt%:氧化碳的氣態組合物,更優選為包含10 wt%:氧化碳的氣態組合物,更優選為包含15 wt% 二氧化碳的氣態組合物。在一些實施例中,步驟(b)涉及:以包含至少50被%二氧化碳(例如至少75 wt%,至少90%或至少95 wt%)的組合物處理所述材料。
[0044]在一些實施例中,步驟(b)中所用的組合物可以包括源自化石燃料燃燒后經過純化的廢氣。例如,可以使用現有技術方法從廢氣中捕獲二氧化碳,釋放并使用于本發明方法的步驟(b)中。在所述實施例中,所述組合物宜為包含至少80 wt% 二氧化碳,例如至少90wt%,至少 95 wt%,或至少 98 wt%o
[0045]在一些實施例中,與所述材料接觸的所述組合物可以進一步包含二氧化硫。
[0046]在一些實施例中,所述組合物包含二氧化碳和二氧化硫。其可以包括其他成分,宜為其他氣體成分,例如氮。
[0047]在一些優選實施例中,步驟(b)中與所述材料接觸的組合物包含或源于燃燒系統的廢氣。例如,所述組合物可以是來自發電站(例如燒木或燒煤的發電站)的煙氣。
[0048]在一些實施例中,所述廢氣可以在于所述物質接觸前進行濃縮或以其他方式進行處理。
[0049]在尤為優選的實施例中,所述包含二氧化碳和/或二氧化硫的組合物,由燒化石燃料的引擎、鍋爐、熔爐或渦輪機的廢氣提供。
[0050]本發明的方法的特殊優點在于,其可用于直接從發電站的煙氣中捕獲二氧化碳。
[0051]在一些實施例中,本發明的組合物包含1-50 wt% 二氧化碳,優選為10-35 wt%,宜為 15-25 wt%,例如 17-22 wt%。
[0052]步驟(b)中所用的組合物可以包含至少0.1 wt% 二氧化硫,優選為至少0.5 wt%,例如至少I wt%。其可以包含多至20 wt% 二氧化硫,例如多至10 wt%或多至7 wt%o
[0053]在一個實施例中,與氣態組合物形式的材料組合物相接觸的所述組合物包含:50-90 wt%、優選為60-80 wt%的氮;5-40 wt%、優選為15-25 wt%的二氧化碳;以及多至20wt%、優選為10 wt% 二氧化硫。
[0054]在一些實施例中,步驟(b)中,可以向盛有所述纖維素質材料的容器中泵入氣態組合物。在一些實施例中,所述纖維素質材料可以是干燥的。可選地,所述材料也可以是濕潤的。
[0055]在優選實施例中,在步驟a中,以包含胺類的組合物處理纖維素質材料(宜為干燥的纖維素質材料)。優選地,步驟b中,該材料直接與包含二氧化碳的組合物相接觸。
[0056]在優選實施例中,步驟a和步驟b之間不存在洗滌步驟。
[0057]在優選實施例中,步驟a和步驟b之間不存在干燥步驟。
[0058]步驟(b)中與所述纖維素質材料接觸的組合物可以處于大氣壓或高于大氣壓。本領域技術人員可以領會,當使用高壓時,所需的接觸時間較使用低壓時的時間要短。
[0059]在一些實施例中,步驟(b)中與所述材料接觸的組合物可以包含二氧化碳,以及稀釋劑或載體。在一些實施例中,所述組合物可以僅包含二氧化碳
在一些優選實施例中,步驟(b )中與所述材料接觸的組合物基本由二氧化碳組成,即其來源于未添加稀釋劑或載體的二氧化碳源。可能含有微量雜質。
[0060]在一些實施例中,所述纖維素質纖維與凈二氧化碳氣體(其壓力可以是多至40000kPa,優選為100-3000kPa)接觸。在一些實施例中,二氧化碳可以在常壓,且優選在常溫下,向纖維素質材料遞送。在優選實施例中,所述二氧化碳氣體的壓力高于大氣壓。
[0061]在尤為優選的實施例中,與步驟(b)中的材料接觸的組合物包括煙氣,典型壓力是100-500kPao
[0062]所述纖維素質材料對二氧化碳的吸收優選為至少1% omf,優選為至少5% omf,更優選為至少10% omf,例如至少15% omf ο
[0063]所述纖維素質材料對二氧化碳的吸收可以多至100% omf,宜為多至80% omf,優選為多至60% omf,優選為多至40% omf,例如多至30% omf,或多至25%。
[0064]本文所稱的“% omf (%纖維質量)”指的是二氧化碳質量占與含二氧化碳的組合物接觸的纖維質量的百分比。
[0065]為了避免歧義,上述數量指的是處理后的纖維素質材料(即表面載有氨基化合物的材料)的重量增量。
[0066]本發明的方法中,所述纖維素質材料優選地包含小分子纖維素質纖維。
[0067]在優選的實施例中,步驟(b)對纖維進行攪動。優選地,所述攪動時通過將包含二氧化碳的氣體組合物吹入并通過纖維來實現的。
[0068]優選地,本發明方法的步驟(b)包括:將來自化石燃料燃燒的廢氣吹入并通過載有胺類化合物的纖維素質材料的纖維。
[0069]本發明的特殊優點在于,所述纖維素質纖維的密度大大低于現有技術中的一些基于胺類的碳捕捉材料。而且,所述纖維提供了與氣體接觸的巨大表面積。
[0070]不受理論約束地,認為本發明中使用的纖維密集堆積度低于現有技術中的部分無機材料。本發明的所述纖維一般為多孔材料,通過氫鍵相互作用。由此一來,二氧化碳能夠通過纖維間的通道和纖維本身內部流動。
[0071]所述纖維可以有效地漂浮在氣流中,呈現流體的性能。
[0072]優選地,本發明的方法可以用流化床來執行,這是本領域技術人員已知的技術。
[0073]優選地,本發明的方法包括連續過程。
[0074]包含二氧化碳的組合物宜為與纖維素質材料接觸的時間為小于2小時,優選為小于10分鐘,更優選為小于I分鐘,例如小于30秒。典型的接觸時間為1-30秒。但是,在一些實施例中,可以使用較長的接觸時間。
[0075]本發明的方法中,捕捉步驟b中產生的部分熱能,換言之,產生的部分熱能并未散失在大氣中,該熱能部分用于后續過程中,而并非僅為副產物。
[0076]本發明的方法中,二氧化碳如何滯留在纖維素質材料表面的原理尚未完全清楚。但是,該相互作用是放熱的。本發明的方法中,捕捉步驟b產生的部分熱能。本領域技術人員能夠領會,并不是所有熱能都可以捕捉,總是會發生一些損失。優選地,捕捉步驟b中至少1%熱能,優選為至少2%,更優選為至少3%,宜為至少4%,例如至少5%,至少6%,或至少7%。宜為捕捉產熱的至少8%,至少9%或至少10%。
[0077]在一些實施例中,捕捉12-30%的產熱,例如13-20%,或約15%。
[0078]本發明的方法中,步驟b中產生的部分熱能被“捕捉”,換言之,未令該熱能簡單散失。優選地,步驟b中獲得的部分熱能被用于加熱材料。優選地,用來加熱流體。優選地,用來加熱液體。
[0079]在一些實施例中,步驟b中獲得的部分熱能可用于加熱水。例如可用于產生蒸汽。所得蒸汽優選為用在發電中。
[0080]在尤為優選的實施例中,步驟b中產生的部分熱能用于加熱傳熱流體。這些專門性流體常見于發電工業并為本領域技術人員所知。
[0081]在優選實施例中,步驟b中產生的部分熱能用于發電。
[0082]因此,本發明的方法尤其適用于發電站。可以從放熱過程的廢氣中捕獲二氧化碳,該放熱過程所釋放的熱
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