降低工业过程中使用的清洗液体中的胺浓度的方法和系统与流程

降低工业过程中使用的清洗液体中的胺浓度的方法和系统
1.关于联邦赞助的研究或开发的声明
2.本发明是在由美国能源部授予的de-fe0031660下的政府支持下完成的。政府对本发明享有一定权利。
3.相关申请的交叉引用
4.本技术要求于2020年1月29日提交的美国临时专利申请no.62/967,338的优先权，将该申请通过引用整体并入本文。
5.发明背景
技术领域
6.本发明涉及将胺从工业过程中使用的清洗液体移除。例如，将胺从胺生产设施的废水中移除或将胺从用于co2捕集工艺中的清洗水(洗涤水)移除。


背景技术：

7.工业过程中，期望将材料收取并且再利用，以便增加效率并降低成本和环境影响。胺在工业过程例如胺生产和用于将酸性气体(诸如co2)从工艺气体物流移除的基于胺-溶剂工艺中普遍存在。因此，胺常常存在于工业水物流中。期望找到将胺从清洗液体物流(例如，co2洗涤工艺中的水物流)移除的方式，以便将胺和水再循环和再利用。
8.用于燃烧后co2捕集的基于溶剂的工艺涉及使烟道气与co2洗涤溶剂接触，典型地在吸收塔中。在本技术的上下文中，洗涤溶剂为基于胺的洗涤溶剂。溶剂从烟道气吸收co2，并且烟道气物流离开吸收塔，其中co2含量降低。烟道气还从以离开气体吸收塔的蒸气和气凝胶形式存在的溶剂带走了一些胺。为了降低来自碳捕集操作的排放，并且降低损失到大气的胺，期望收取夹带的胺。
9.具有胺蒸气的经处理的烟道气一般在水洗塔中被洗涤，以降低胺排放和胺损失。替代地，可使用有机溶剂从经处理的烟道气洗涤胺蒸汽。在净化之后，经处理的气体被送至通风口。期望将捕集的胺从清洗水移除，并且将经收取的胺返回至吸收，以用于溶剂的再循环。还期望将经清洁的水在清洗水循环中再利用。经清洁的清洗水还具有降低来自水洗的胺排放的能力，从而从清洗水移除胺增加了从经处理的烟道气移除的胺。如本领域普通技术人员将理解的，经清洁的清洗水中的胺浓度越低，经清洁的清洗水在将胺从经处理的烟道气移除方面越有效。
10.使用水洗的常规燃烧后co2捕集工艺的示意图显示于图1中。将理解，其它酸性气体，例如h2s、so2和hcl，也可在酸性气体洗涤工艺中移除。美国专利no.9,155,990(将其全部内容通过引用并入本文中)描述了co2捕集工艺。在该工艺中并且参考图1，来自碳质燃料燃烧的废气通过管线101进入co2捕集装置。
11.进入co2捕集装置的废气的温度通常为约25℃至约60℃。废气(通过管线101进入)被引入至co2吸收的下部，在其中废气从吸收的底部流向吸收的顶部，与贫液吸收剂溶剂(即，吸收co2并且通过贫吸收剂管线108引入至吸收的上部的溶剂)逆流吸收。将贫co2气体，
即，其中大部分co2被移除的吸收废气，通过吸收的顶部移除(物流102)，并且进入水清洗段，其中溶剂的蒸气通过该清洗段中的循环水被移除。低co2的经处理的气体(物流103)随后被释放至通风口。富溶剂，即，已经吸收了大部分co2的溶剂，通过吸收底部处的富吸收剂管线104从吸收移除。
12.在将富溶剂(管线105中)引入至再生器塔之前，将该富溶剂引导并在换热器中依靠返回至吸收塔的贫溶剂加热至典型地在90和110℃之间的范围内的温度。在再生器塔中，富溶剂向下流动，与通过在再生再沸器中加热一些溶剂而生成的蒸汽逆流。贫溶剂在管线106中在再生器塔的基底处离开再生器。贫溶剂经由管线106引入至再生再沸器中，在其中将贫溶剂加热至典型地在110和130℃之间的范围内的温度，以进一步将co2从热溶剂移除，并且产生包含co2和水的蒸气物流，该蒸汽物流在管线112中进入再生器中。
13.将贫溶剂从再沸器取出(在管线107中)，并且再循环回到吸收(经由管线108)。水蒸气、少量的溶剂和从溶剂释放的co2通过再生器顶部处的气体采出管线(管线109)从再生器采出。将气体采出管线109中的气体在冷凝器中冷却，以将水和少量溶剂从剩余气体冷凝，该剩余气体主要包含co2。将co2气体和一些剩余的水蒸气从co2分离器移除，以用于进一步的处理，例如干燥、压缩、封存(sequestration)，或者用于在另一工艺中利用(经由管线110)。将co2分离器中的冷凝水和溶剂采出(经由管线111)并且泵送回到再生器的顶部。
14.用于移除co2的典型的溶剂是胺(诸如单乙醇胺(mea)、二乙醇胺(dea)、甲基二乙醇胺(mdea)、2-氨基1-丙醇(amp))或胺的共混物的水溶液。这些溶剂需要遵守排放法规，其涉及(如图1中所示)水洗或有机溶剂洗。期望将捕集的胺从清洗水或有机溶剂移除，并将经收取的胺返回至吸收，以用于溶剂的再循环。还期望将经清洁的水或经清洁的有机溶剂在清洗循环中再利用，以改进清洗效率。移除了相对较多的捕集的胺的经清洁的清洗物流在清洗循环中在移除胺方面更为有效。


技术实现要素：

15.在本发明的第一方中，用于降低离开酸性气体洗涤工艺中的清洗段的清洗液体物流中的胺浓度的方法包括：将离开酸性气体洗涤工艺的清洗段的清洗液体物流引入至吸附材料(adsorbent material)，其中该清洗液体物流具有第一胺浓度，并且使具有第一胺浓度的清洗液体物流流动穿过吸附剂材料，该吸附剂材料保留胺的至少一部分，由此提供具有降低的第二胺浓度的清洗液体物流。清洗液体可为水、有机溶剂或其组合。吸附剂材料可为活性炭，例如基于煤的活性炭。胺可包含疏水性胺。
16.在本发明的第二方面中，用于降低酸性气体洗涤工艺气体流出物中的胺浓度的方法包括：将含有酸性气体的废气引入至吸收(absorber)容器中，该容器含有如下的溶剂：所述溶剂包含具有一种或多种胺和小于50％的水的溶液；使废气流动通过溶剂，由此来自废气的酸性气体的至少一部分被溶剂吸收，并且溶剂的至少一部分被废气吸收，由此形成具有增加的胺浓度和降低的酸性气体浓度的气体；在清洗段中，使用清洗液体清洗具有增加的胺浓度的气体，由此将胺的至少一部分从气体移除，并且使移除的胺吸收到清洗液体中；将离开清洗段的清洗物流引入至吸附剂材料，其中该清洗物流具有第一胺浓度，使具有第一胺浓度的清洗物流流动穿过吸附剂材料，该吸附剂材料保留胺的至少一部分，由此提供具有降低的第二胺浓度的清洗物流，并且将具有该降低的第二胺浓度的清洗物流再循环至
清洗段，以便在其中再利用，由此向清洗段提供具有相对低的胺浓度的经再循环的清洗物流改善了清洗段中移除胺的效率，由此降低了酸性气体洗涤工艺气体流出物中的胺浓度。该清洗液体可为水、有机溶剂或其组合。该吸附剂材料可为活性炭，例如基于煤的活性炭。胺可包含疏水性胺。
17.在本发明的第三方面中，再生吸附剂材料以进行再利用的方法包括：将蒸汽引入至吸附剂材料，该吸附剂材料可具有附着至其的初始胺浓度；以及通过使蒸汽流动穿过吸附剂材料来处理该吸附剂材料，由此附着的胺的至少一部分从吸附剂材料脱离，使得在物流处理之后该吸附剂材料具有附着至其的降低的第二胺浓度，由此使得能够再利用该吸收剂材料。
18.在本发明的第四方面中，用于收取胺以在co2洗涤工艺中再利用的方法包括：将含有co2的气体引入至吸收容器中，该容器含有如下的溶剂：所述溶剂包含具有一种或多种胺和小于50％的水的溶液；使气体流动通过溶剂，由此使来自气体的co2的至少一部分被溶剂吸收，并且溶剂的至少一部分被气体吸收，由此形成具有增加的胺浓度的气体；使用清洗水清洗具有增加的胺浓度的气体，由此将胺的至少一部分从气体移除，并且使移除的胺吸收到清洗水中；将具有经吸收的胺的清洗水引入至吸附剂材料；使具有经吸收的胺的清洗水流动穿过吸附剂材料，该吸附剂材料保留胺的至少一部分，由此提供具有降低的胺浓度的清洗水；通过引入蒸汽并且使蒸汽流动穿过具有附着至其的保留的胺的吸附剂材料来处理该吸附剂材料，由此将保留的胺的至少一部分移除；形成收取的胺的物流，该物流包含蒸汽和/或冷凝水以及从吸附剂材料移除的胺；并且将收取的胺的物流再引入至co2洗涤工艺。
19.将理解，以上本发明的一般描述和以下详细描述两者都是示例性的，而不限制本发明。
附图说明
20.随着本发明及其许多伴随的优点通过参考以下详细描述在结合附图考虑时变得更好理解，将容易获得对本发明及其许多伴随的优点的更充分的理解，其中：
21.图1是使用水洗的常规的co2捕集系统的示意图。
22.图2是显示使用本文中描述的方法的工艺流程图的示例性实施方式的示意图。
23.图3是包括吸附段和脱附段的两系统方法的示意性表示。
24.图4是胺浓度对传导性的针对0-3重量％的图，其中具有贫胺和富胺。
25.图5是显示在不同循环期间吸着剂的吸附效率随时间变化的图。
26.图6是比较不同循环期间脱附率对时间的图。
27.图7是显示预估的在不同循环期间在各吸附和脱附步骤之后的累积加载和工作容量的图。
28.图8是显示吸附效率(以百分比表示)对时间(以分钟表示)的图。
29.图9是显示在不同循环期间在各吸附和脱附步骤之后的累积加载和工作容量的图。
30.图10是显示对于选择的循环而言各吸着剂的效率(以百分比表示)的图。
31.图11是比较吸着剂1和吸着剂2的相对工作容量的图。
32.图12是通过建模产生的胺输出(amine out)对胺输入(amine in)和清洗温度的
图。
33.图13是捕集百分比对胺输入和清洗温度的图。
34.图14是显示第二水洗的出口物流的胺排放浓度随时间变化的线图(折线图)。
35.图15是显示第二水洗的污水池(集水槽，sump)水物流和顶部水物流的胺排放浓度随时间变化的线图。
具体实施方式
36.本文中描述的是用于降低清洗液体中的胺浓度的方法。本文中描述的示例性实施方式涉及降低清洗水中的胺浓度。然而，本领域技术人员将理解，清洗液体可包括有机溶剂。在多种工业过程中，胺存在于水物流中。例如，胺可存在于从胺生产设施排出的废水中。此外，如以上描述的，胺可存在于酸性气体洗涤工艺(诸如co2洗涤工艺)中使用的清洗水中。本文中描述的用于降低水中的胺浓度的方法可有效地用于多种不同应用中。本技术中，将在co2洗涤工艺中的清洗水的背景下(上下文中)描述将胺从水移除。然而，本领域普通技术人员将理解，胺移除工艺可应用于其他工业背景中。
37.在co2洗涤工艺中，存在于来自碳质燃料燃烧的废气中的co2在吸收塔中被液体吸收溶剂(例如胺的水溶液)吸收。贫co2的气体(即已将大部分co2从其中移除的吸收塔废气)离开吸收塔的顶部，并且进入清洗段，在其中得自胺溶剂的胺通过清洗段中的循环液体清洗移除。该液体清洗可为水、有机溶剂、或其组合。用作清洗液体的示例性有机溶剂包括二缩三乙二醇二丁基醚和1843。溶剂例如二缩三乙二醇二丁基醚和1843的疏水性与许多疏水性胺的疏水性类似，并且因此对那些胺具有高溶解性，并且良好地充当清洗液体，同时还展现低蒸气压，从而不进一步贡献(增加)来自工艺的排放。其它示例性有机溶剂包括但是不限于：丙醇、丁醇、二氯甲烷、一缩二乙二醇二丁基醚、三缩四乙二醇二丁基醚，或其组合。用于降低离开清洗段的清洗物流中的胺浓度的方法包括：将离开co2洗涤工艺的清洗段的清洗物流引入至吸附剂材料，其中该清洗物流具有相对高的第一胺浓度。使具有第一胺浓度的清洗物流流动穿过吸附剂材料，使得该吸附剂材料保留胺的至少一部分。在流动穿过吸附剂材料之后，该清洗物流具有降低的第二胺浓度。吸附是原子、离子或分子从气体、液体或溶解的固体附着至表面。吸附不同于吸收，在吸收中，液体或气体(被吸收物)分别被液体或固体(吸收剂)溶解或渗透。
38.吸附剂可呈多种物理形式，包括例如粉末、颗粒、和挤出物。各形式可以多种尺寸获得。使用的形式和尺寸一般取决于应用。吸附剂一般具有高耐磨性，高热稳定性，以及小孔径，其提供更高的暴露的表面积并且因此提供高吸附容量。在实施方式中，吸附剂材料对于1小时至15小时的运行时间可具有至少30％的平均吸附效率。在其它实施方式中，吸附剂材料对于1小时至10小时的运行时间可具有至少50％的平均吸附效率。
39.在本文中描述的工艺的实施方式中，用于将胺从清洗物流移除的吸附剂材料为活性炭。活性炭为碳质的、高度多孔的吸附性介质，其具有主要由碳原子组成的复杂结构。活性炭一般具有以下的高度多孔结构：碳层之间的凹角(nook)，裂缝(cranny)，开裂(cracking)和裂隙(crevice)。活性炭可由椰子壳、泥炭(peat)、硬木和软木、褐煤、烟煤、橄榄核、和各种碳质特色材料制造。
40.活性炭结构中的本征孔网络使得它们能够为有效的吸附剂。在一些情形中，吸附
可在比待吸附的分子略大的孔中发生，这是为何使待吸附的分子与活性炭的孔尺寸相匹配是重要的原因。在不受理论约束的情况下，据信通过范德华力或其它吸引的键而使分子陷于碳的内部孔结构内并积累在固体表面上。
41.一般来说，对于活性炭而言，内部表面积越高，碳的有效性越高。活性炭的表面积高。表面积可为500至1500m2/g或更高。活性炭的总的孔体积指的是活性炭颗粒内的所有孔空间。一般来说，孔体积越高，有效性越高。然而，若待吸附的分子的尺寸与孔尺寸未良好匹配，则一些孔体积将无法被利用。
42.在描述的工艺的实施方式中，活性炭为基于煤的活性炭。对于在吸附相对较高浓度的胺，例如相对较高浓度的疏水性胺中的使用而言，基于煤的活性炭可为有益的。基于煤的活性炭可用于吸附百分比水平量的胺，例如百分比水平量的疏水性胺。
43.在另一实施方式中，吸附剂为固定吸附剂床形式的基于煤的活性炭，通过其将具有第一胺浓度的水作为流动穿过固定吸附剂床的物流而引入。工艺可包括多个固定吸附剂床，当一个床接近或达到吸附容量时，多个固定吸附机床可相互切换。
44.从水移除的胺可为适用于可应用的工业过程中的任何胺。示例性的胺可包括：伯胺，仲胺，二胺，三胺，四胺，五胺，环状胺，环状二胺，胺低聚物，多元胺，烷醇胺，或其混合物。在一种实施方式中，胺具有约8至约15的pka。在另一实施方式中，胺选自：伯胺，仲胺，二胺，三胺，四胺，五胺，环状胺，环状二胺，胺低聚物，多元胺，醇胺，胍，脒，及其混合物。潜在合适的胺包括但是不限于：1,4-二氮杂双环-十一碳-7-烯("dbu")；1,4-二氮杂双环-2,2,2-辛烷；哌嗪("pz")；三乙基胺("tea")；1,1,3,3-四甲基胍("tmg")；1,8-二氮杂双环十一碳-7-烯；单乙醇胺("mea")；二乙基胺("dea")；乙二胺("eda")；1,3-二氨基丙烷；1,4-二氨基丁烷；六亚甲基二胺；1,7-二氨基庚烷；二乙醇胺；二异丙基胺("dipa")；4-氨基吡啶；戊基胺；己基胺；庚基胺；辛基胺；壬基胺；癸基胺；叔辛基胺；二辛基胺；二己基胺；2-乙基-1-己基胺；2-氟苯乙基胺；3-氟苯乙基胺；3,5-二氟苯基胺；3-氟-n-甲基苄基胺；4-氟-n-甲基苄基胺；n-甲基苄基胺；咪唑；苯并咪唑；n-甲基咪唑；1-三氟乙酰基咪唑；1,2,3-三唑；1,2,4-三唑；及其混合物。在一种实施方式中，胺可包含n-甲基苄基胺、一缩二乙二醇二丁基醚、二缩三乙二醇二丁基醚、三缩四乙二醇二丁基醚或其组合。此外，胺可由以下组成：一缩二乙二醇二丁基醚、二缩三乙二醇二丁基醚和三缩四乙二醇二丁基醚的混合物以及n-甲基苄基胺。
45.在一种实施方式中，潜在的胺包括疏水性胺。疏水性胺通常用于贫水溶剂(即具有小于50％的水的溶剂)中。由于水含量降低，贫水溶剂中的胺浓度相对较高。替代地，许多co2捕集工艺使用水性溶剂中的亲水胺。与贫水溶剂中的水量相比，水性溶剂中的水量相对更高。结果，与贫水溶剂中的疏水性胺的浓度相比，基于水的溶剂中亲水胺的浓度相对更低。因而，取决于各溶剂中胺的蒸气压，与使用具有亲水胺的水性溶剂的对应体系相比，待从清洗液体移除的疏水性胺的量可相对更高。此外，相对于亲水胺而言，疏水性胺的疏水性降低了清洗液体中待吸收的胺的亲和性，并且降低了吸收的驱动力。结果，与亲水胺相比，对于疏水性胺而言，清洗段的有效性通常降低，而本文详细描述的方法可用于改进负载疏水性胺的气体的清洗有效性。
46.本文中描述的方法还包括用于在胺已经附着至吸附剂材料之后使该吸附剂材料再生以进行再利用的方法。如本领域普通技术人员将理解的，期望在工业过程中再利用材
料，以增加效率并且降低成本和环境影响。吸附剂可通过使吸附至其的胺移除或脱离而再生。在实施方式中，可使用蒸汽或有机溶剂使胺脱离。用于使胺从吸附剂材料脱离的示例性有机溶剂包括使用甲醇处理活性炭。可将得到的甲醇和胺的溶液蒸馏，以产生经纯化的胺，从而进行再利用。其它示例性有机溶剂包括但是不限于：乙醇、异丙醇、丙酮、乙酸乙酯、和四氢呋喃。
47.在一种示例性实施方式中，将蒸汽引入至吸附剂材料(该吸附剂材料具有吸附至其的胺)，并且通过使蒸汽流动穿过该吸附剂材料来处理所述吸附剂材料。使负载胺的吸附剂与蒸汽接触导致附着的胺的至少一部分从该吸附剂材料脱离，从而降低该吸附剂材料上的胺浓度，由此使得能够将其再利用。可使用不同的蒸汽流动速率。例如，可使用产生2-20m/分钟的表面蒸汽速度的流动速度。可使用不同的蒸汽温度。例如，可使用在约100-180℃之间的温度的蒸汽。蒸汽可在1-10bar的压力下。吸附剂可用蒸汽处理不同的时间，取决于移除的胺的种类，移除的胺的总体积，再生的吸附剂的种类，再生的吸附剂的体积，用于再生的的工艺条件，等等。例如，使用蒸汽的再生处理可发生5分钟至60分钟。例如，蒸汽再生可进行5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、或60分钟。在实施方式中，可以互换的方式使用含有吸附剂床的多个容器，使得可使一个床再生且同时另外的床用于吸附胺。当一个床达到其吸附饱和限制或容量，或者为了工艺优化，该床可与已经再生的床切换或交换。
48.本文中描述的方法还可包括将从再生的吸附剂材料收取的胺在co2洗涤工艺中再利用。通过蒸汽处理从吸附剂脱离的胺可与蒸汽或由蒸汽形成的冷凝水组合，并且以收取物流(回收物流，recovery stream)的形式在合适的位置处返回至工艺。收取的胺在冷凝水物流中可为相对稀释的。例如，胺可在物流中为1-10重量％。可将具有收取的胺的物流在第一水洗中或连同吸收塔中的溶剂再引入至系统中。替代地，取决于应用，可将胺分离或浓缩，以用于进一步的使用。
49.描述的工艺可增加清洗段将来自工艺气体物流的胺、尤其是疏水性胺移除的效率，该工艺包括来自发电单元的co2捕集单元。清洗液体，例如清洗水，可循环通过可切换的从清洗水吸附胺的活性炭固定床。在活性炭床变得被胺饱和之前，流动可切换至另外的碳床，并且可使用蒸汽使第一床再生。该工艺可交换床，在吸附和再生之间交替。
50.通过更有效地将胺从清洗液体移除，清洗液体中的胺浓度降低，由此增加了胺吸收到经清洁的清洗液体中的驱动力。因此，清洗效率增加，并且来自清洗液体的胺排放降低。建模已显示，此工艺可使经清洁的清洗水中的胺重量分数降低两个数量级，其相似地降低了经处理的气体中胺的平衡分压。
51.图2是显示使用本文中描述的方法的工艺流程图的示例性实施方式的示意图。对于对两幅图中共同的处理单元而言，图2中的编号与图1中的相同。图2包括两个水洗单元，第一水洗和第二水洗。将物流103引入至第一水洗，并且将物流103引入至第二水洗。水洗流出物物流120离开第二水洗，并且被引入至活性炭床以将胺移除。如图2中可见，可将物流120传送通过一个吸附剂床，同时其它床使用经由管线114提供的蒸汽再生。通过使用切换阀，可将用于吸附的床与被再生的床切换。离开吸附剂床的经清洁的水可被再循环至第二水洗，并且离开经再生的吸附剂床的回收的胺可再循环至第一水洗。虽然未显示，但是可使用已知方法(例如蒸馏)将收取的胺进一步分离和浓缩。此外，收取的胺可直接返回至吸收塔，而不是返回至第一水洗。
52.实施例
53.实施例1
54.进行了测试，以评价吸附和再生性能。
55.使用了具有可脱离的固定吸着剂床的两系统方法，以分析吸着剂的胺捕集性质。图3提供了包括吸附段和脱附段的两系统方法的示意性表示。吸附系统由如下组成：含有胺和水的溶液的容器、固定吸着剂床和收集容器。床中的吸着剂是基于煤的活性炭。再生系统含有蒸汽源、相同的固定吸着剂床、冷凝器线圈和收集容器。在使用再生系统的情况下，使用在固定吸着剂床之后的温度探头来确定蒸汽何时贯穿了床。
56.在实验中，循环从将胺溶液泵送穿过约6克的吸着剂而开始。在吸附持续设置的时间之后，将床分离，并且转移至蒸汽生产单元，在其中2ml/分钟的蒸汽将胺气提出吸着剂。床经历8次测试循环。表1概括了循环的操作条件。
57.表1.操作条件
[0058] 吸附再生测试长度65分钟65分钟取样4分钟取样，每10分钟4-6分钟取样，取样之间2分钟流动速率～4g/分钟1重量％胺溶液1-2g/分钟蒸汽
[0059]
在最初3次循环期间，使用自动滴定器分析收集的样品，以确定各样品的胺重量％。在第三次循环之后，将传导性对胺重量％关联的校准曲线确定为是用于确定胺重量％的准确并且高效的手段。图4提供了胺浓度相对于传导性的针对0-3重量％图，其中具有贫胺和富胺。此校准通过测量已知的制备的在0-3重量％之间的胺重量％标样的传导性而创建。发现该关系非常良好地符合幂律，并且以绘制在对数-对数图上的方式显示。由于非水溶剂胺和水的潜在两相性质，还创建了在使用co2进行鼓泡以形成一相之后比较胺重量％和传导性的校准。使用co2对呈现浑浊的、两相体系的样品进行鼓泡约1分钟，直至实现一相溶液。
[0060]
图5显示了在不同循环期间，吸着剂的吸附效率随时间的变化。床的完全贯穿直至第四次循环才发生。然而，贯穿廓线(breakthrough profile)在后续测试期间可重复。
[0061]
在各次循环期间，使用蒸汽使吸着剂再生，并且发现脱附是快速的，并且大多数脱附在蒸汽暴露的最初20分钟内发生。图6是比较在不同循环期间脱附速率相对于时间的图。图6显示了大部分循环的脱附速率随时间的变化。温度探头显示，蒸汽平均在10分钟内贯穿床，这距离第一滴冷凝物(冷凝水)离开床层仅几分钟。在最初三次循环中存在最小量的脱附，直至床上的吸着剂贯穿。这表明，几乎所有在吸着剂上捕集的最初的胺都紧密结合至吸着剂，然而，在吸着剂上完全加载胺之后，胺的一部分可从吸着剂脱附。
[0062]
由各次吸附和脱附循环之后的样品预估胺在吸着剂上的累积加载。图7为显示在不同的循环期间预估的各吸附和脱附步骤之后的累积加载和工作容量的图。图7显示在吸着剂达到最大容量的前三个循环中缺乏脱附。自循环4起至循环8，测量到约0.2至0.25g胺/g吸着剂的更稳定的工作容量。累积加载中降低的趋势表明，可能低估了吸附，因为由于在最初三次循环期间测得的性能而预计累积脱附加载是大约恒定的。
[0063]
实施例2
[0064]
进行了测试，以评价对于两种示例性吸附剂而言的吸附剂性能。
[0065]
在测试中，吸着剂1为基于煤的活性炭，而吸着剂2为椰壳活性炭。测试显示，吸着剂1比吸着剂2更高效。
[0066]
在实施例2中，将相同的用于实施例1的吸附设置用于吸着剂1。对6克的吸着剂1的床进行四组测试条件。进行这些组，以分析浓度和流动速率对胺捕集性能的影响。表2概括了四个组的操作条件。
[0067]
表2.操作条件
[0068]
循环#胺浓度(重量％)流动速率(g/分钟)1-81～3.591410-11.02501213.75
[0069]
图8是显示吸附效率(以百分比表示)相对于时间(以分钟表示)的图。图8显示了在不同循环期间吸着剂的吸附效率随时间的变化。在床于循环4中完全加载之后，吸着剂床上的贯穿遵循可重复的模式，除了循环10和11的流动速率更高并且浓度极其低，这降低了总体效率。
[0070]
由在各次吸附和脱附循环期间在出口处收集的样品，预估胺在吸着剂上的累积加载。图9是显示各吸附和脱附步骤之后的累计加载和在不同循环期间工作容量的图。图9显示了在实施例2的另外5次运行的情况下，来自实施例1的预估的加载和所得的工作容量。循环10和11的较高流动导致实现较低工作容量，但是伴随着循环12的正常操作条件显示操作条件返回到0.15-0.2g胺/g吸着剂的更稳定的工作容量。累积加载中的减少的趋势表明，可能低估了吸附并且高估了脱附，因为两种因素均取决于并非瞬时的、而是通过了5-10分钟的样品积累的样品，并且未考虑在实验结束时保留在测试系统中的液体。
[0071]
设置5.3克的吸着剂2的新型床，以将其胺捕集性能与吸着剂1的胺捕集性能进行比较。对于总共5次循环中的3次，胺浓度保持在1％，其中流动速度4g/分钟，以最好地将吸着剂2与吸着剂1比较。
[0072]
图10是显示对于选择的循环而言各吸着剂的效率(以百分数表示)的图。图10比较了对于在吸着剂1和吸着剂2之间的各次循环而言的总体吸附效率。图10中显示的循环是在～4g/分钟下使用1％的胺浓度测试的。如图10所示，平均而言吸着剂1具有比吸着剂2好5-10个百分点的效率
[0073]
图11是比较吸着剂1和吸着剂2的相对工作容量的图。图11显示了吸着剂1相对于吸着剂2性能更好。由可比较的吸着剂1循环4-8，测得大约0.2至0.25g胺/g吸着剂的更稳定的工作容量。由吸着剂2循环1-4，测得大约0.075-0.1g胺/g吸着剂的工作容量，不到吸着剂1的性能的一半，
[0074]
实施例3
[0075]
进行测试以评价在使用疏水性胺不使用吸附剂床的情况下的水洗性能。性能可通过使用吸附剂床而增加。
[0076]
研究了不同的水洗参数，以确定最优操作条件。在50℃下测试温水洗，其中～1200ppm的胺进入清洗，并且～600ppm的胺排放离开吸附器。此结果强调了使用疏水性胺的水洗的温度依赖。
[0077]
进行实验以研究如下的影响：进入水洗的胺排放，清洗水的温度，清洗流动速率，气体流动速率，以及进入吸收的湿度水平。发现清洗中的胺排放和清洗水的温度具有最高的影响。
[0078]
包括进入吸收的湿度水平，以观察通过孔板(orifice plate)添加蒸汽以将吸收剂进口气体加湿是否可充当用于气凝胶形成的成核位点，但是未发现对从清洗塔排出的胺具有统计学上显著的影响。排放至清洗塔中的胺从50变化至1050ppm。清洗塔的温度从20℃变化至30℃，以观察冷洗阶段的有效性。
[0079]
对从水洗排出的胺的最显著的影响是胺流入(胺流入量)和清洗温度。图12是由建模产生的胺流出(胺流出量)相对于胺流入和清洗温度的图。图12表明，两阶段的30℃清洗可将胺排放由1050ppm降低至约20-25ppm，而两阶段的20℃水洗可将胺排放由1050ppm降低至小于10ppm。
[0080]
评估的另一度量是水洗中捕集的胺的百分数相对于进入清洗的胺的变化以及清洗水的温度。图13是捕集百分比相对于胺流入和清洗温度的图。其表明，捕集从60％变化至高90。本节中讨论的第一测试还显示，在50℃和大于1000ppm流入下，捕集百分比降低至大约50％。
[0081]
气体和液体流动速率的其它变量对清洗段的胺流出具有较小但是统计学上显著的影响。测试显示，如预期的，增加气体速度导致胺流出浓度更高。清洗流动具有较小的影响，并且产生较不清楚(明显)的趋势，其中当胺流入固定在1000ppm时胺流出随着液体流增高而降低，但当胺流入固定在50ppm时胺流出随着液体流增高而增大。
[0082]
实施例4
[0083]
进行了测试以评价当在co2捕集工艺中使用活性炭吸附剂床时的蒸汽排放。
[0084]
运行如图2中所示的系统的co2捕集系统以评价蒸汽排放，其中两个活性炭床交替运行。测量来自第二水洗的出口物流中的胺排放浓度。出口物流胺排放浓度(以ppm计)随时间的变化显示于图14中。
[0085]
胺排放还在吸收和第一水洗的出口处测量。数值在运行期间，在第一水洗出口处恒定在约30ppm，并且在吸收出口处恒定在约150ppm。表6提供了各活性炭床的运行时间，与图14中所示的时间协同。表7提供了在吸收和第一水洗的出口处的胺排放测量。
[0086]
表6.测试期间的碳床运行时间
[0087][0088][0089]
表7.在测试期间在吸收和第一水洗的出口处的胺排放
[0090]
时间吸收出口(ppm)第一水洗出口(ppm)58146.732.2
63150.229.881143.729.988145.931.8106161.833.7
[0091]
在运行开始时，来自第二水洗的出口物流中的胺排放浓度为接近10ppm，并且在使用活性炭床运行的最初几小时中减小至小于1ppm。随着碳吸附器床移除效率降低并且清洗水胺浓度增加，第二水洗的出口物流中的胺排放浓度逐渐增加。在切换吸附器床之后，出口物流中的氨浓度再次减少，取决于碳床再生的量。
[0092]
在运行开始时，使用蒸汽使两个吸附器床部分再生。在第82小时将床2从运行移除之后，使床2更完全地再生。床1在第85小时完全再生。在再生期间，进入一个床的蒸汽暂时增加了第二水洗中的温度，这导致排放增加。此效果可在第87小时看到，当时排放量最初出现波动，然后增加。图14中，还看到在第110小时床1的再生的影响。
[0093]
第二水洗的污水池水物流和顶部水物流中的胺浓度随着测试进程的变化显示于图15中。污水池水物流的浓度始于0.0重量％，并且在系统以床2吸附时缓慢增加。可以看出，在第82小时切换之前，随着床后水样中胺浓度的增加，胺从清洗水的活性炭床移除会降低。在切换至床1之后，床之后的清洗水中的胺浓度降低，之后在测试的最后26小时中在床2上再次增加。可优化切换或交替床的频率以及再生的程度，以在第二水洗中保持所需的低胺浓度。
[0094]
考虑以上教导的情况下，本发明的多种改动和变化是可能的。因此，将理解，在所附权利要求的范围之内，本发明可以不同于本文中具体描述的方式实施。