CN109070047A - 捕获二氧化碳的综合方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及捕获CO2的综合方法。该方法涉及从含CO2的水溶液中解吸气态CO2，所述含CO2的水溶液包括碳酸盐、碳酸氢盐、倍半碳酸盐、氨基甲酸盐或其混合物。在合适的水溶性物质的存在下进行气态CO2的解吸。如果需要，该方法还可以使用膜、蒸馏或其他技术至少部分地回收所述可溶性物质。

Description

捕获二氧化碳的综合方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年2月3日提交的美国序列号62/290,519的优先权。该申请涉及2015年8月14日提交的美国序列号14/826,771，其要求2015年1月23日提交的美国序列号62/106,822和2014年12月10日提交的美国序列号62/090,272以及2015年5月11日提交的美国序列号62/159.481的优先权。该申请还涉及2015年12月9日提交的PCT/US2015/064669，其要求2015年8月14日提交的美国序列号14/826,771的优先权，美国序列号14/826,771要求2015年1月23日提交的美国序列号62/106,822和2014年12月10日提交的美国序列号62/090,272以及2015年5月11日提交的美国序列号62/159.481的优先权。所有上述申请通过引用并入本文。
背景技术
在人类活动中，来自发电和工业的CO2排放占全球温室气体排放量的65％。考虑到世界增长的能源需求和对化石燃料的持续依赖，前所未有地需要开发技术以显著减少CO2排放。
一种有前景的减少CO2排放的方法是燃烧后CO2捕获和利用(CCU)，其将排放物中的低浓度CO2转化为高纯度CO2，用于利用或处置。然而，由于巨大的操作成本，这些技术例如冷却的(chilled)氨和单乙醇胺(MEA)碳捕获方法的实施已被限于小规模试验厂。目前最有效的方法要求高温热量，所述高温热量通常由从发电转移的蒸汽供应，在一些情况下增加了超过70％的电力成本。在目前的碳捕获方法中，高温热量占能量消耗的>80％，并且是CO2捕获的成本最高的组成部分。显著较低的操作和资本成本的CO2捕获***是使CCU成为减少CO2排放的有效方法所必需的。
纯CO2是有价值的产品，每年有80Mt的商业市场。由于目前CO2捕获***的成本过高的性质，80％以上的纯CO2需求由CO2源领域的不可持续的钻探(drilling)提供，所述源领域包含已被隔离数百万年的CO2。由低于市场价格的烟气捕获CO2的有效***将至少部分取代由这些不可持续和反生产的来源的纯CO2生产。
有利地，本发明涉及从一种或多种含CO2的气体混合物捕获CO2的新的高效、低能和低成本的***和方法。通过包含一种或多种CO2吸收剂的贫CO2溶液，从含有CO2的气体混合物例如烟气中吸收CO2。然后将可溶性物质加入到生成的富CO2溶液中，引起气态二氧化碳的解吸。将上述CO2解吸后的所得溶液分离成可溶性物质和贫CO2吸收液。将贫CO2吸收液转移到吸收步骤，并将可溶性物质转移到CO2解吸步骤，使得所述方法可再生。可溶性物质和贫CO2吸收液的回收的特征在于以下一种或多种或组合：
(a)基于膜的分离，其包括以下一种或组合：
a.纳滤
b.有机溶剂纳滤
c.反渗透
d.正向渗透
e.超滤
f.微滤
(b)蒸馏，其包括以下一种或组合：
a.分批蒸馏
b.连续蒸馏
c.简单蒸馏
d.分馏
e.蒸气蒸馏
f.共沸蒸馏
g.多效蒸馏
h.多级闪蒸
i.闪蒸
j.机械蒸气压缩蒸馏
k.膜蒸馏
l.真空蒸馏
m.短路径蒸馏
n.区域蒸馏(Zone distillation)
o.空气敏感型蒸馏(Air sensitive distillation)
(c)开关溶剂-以下一种或组合：
a.热开关
b.CO2开关
c.对***条件的其他变化响应的开关溶剂
在一个实施方案中，本发明涉及捕获CO2的综合方法。该方法包括从含CO2水溶液中解吸气态CO2，所述水溶液包括碳酸盐、碳酸氢盐、倍半碳酸盐、氨基甲酸盐或其混合物。在合适的水溶性物质的存在下进行气态CO2的解吸。
在另一个实施方案中，本发明涉及捕获CO2的综合方法。该方法包括捕获CO2以形成含CO2的溶液，所述溶液包括碳酸盐、碳酸氢盐、倍半碳酸盐、氨基甲酸盐或其混合物。由包括碳酸盐、碳酸氢盐、倍半碳酸盐、氨基甲酸盐或其混合物的含CO2的溶液中解吸气态CO2。在合适的可溶性物质的存在下进行气态CO2的解吸。通过使用(1)具有大于约80道尔顿的截留分子量的膜或(2)蒸馏或(3)其组合，至少部分地回收所述可溶性物质。
可溶性物质可以包括水、有机溶剂、硅氧烷、离子液体、水溶性聚合物、可溶性聚合物、二醇、聚乙二醇、聚丙二醇、醚、二醇醚、二醇醚酯、三甘醇二甲醚、多种几何形状的聚乙二醇，包括支化的聚乙二醇、星形聚乙二醇、梳形聚乙二醇、甲氧基聚乙二醇，聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、二醇聚合物、1,2-丙二醇、1,2-乙二醇、1,3-丙二醇、纤维素醚、甲基纤维素、塞露塞斯(cellosize)、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、糖醇、糖、醇、酮、醛、酯、有机硅化合物、卤化溶剂、非挥发性溶剂、20℃时蒸气压小于0.01atm的物质、分子量大于80道尔顿的可溶性物质、挥发性有机溶剂、分子量小于600道尔顿的可溶性物质、分子量小于200道尔顿的可溶性物质、二甲氧基甲烷、丙酮、乙醛、甲醇、二甲醚、THF、乙醇、异丙醇、丙醛、甲酸甲酯、共沸物、醇、酮、醛、酯、有机硅化合物、卤代溶剂、在20℃时蒸气压大于0.01大气压的物质，或其混合物。
附图说明
图1示出了具有在可溶性物质的存在下CO2解吸和基于膜的回收的CO2捕获***的实施方案。
图2示出了具有在挥发性可溶性物质的存在下CO2解吸和蒸馏回收的CO2捕获***的实施方案。
图3示出了具有在CO2开关溶剂的存在下CO2解吸和热CO2开关回收(switchingrecovery)的CO2捕获***的实施方案。
图4示出了具有在CO2开关溶剂的存在下CO2解吸和空气接触CO2开关回收的CO2捕获***的实施方案。
图5示出了具有在热开关溶剂的存在下CO2解吸和热开关回收的CO2捕获***的实施方案。
图6示出了具有在可溶性物质的存在下CO2解吸及混杂“盐析”和膜回收的CO2捕获***的实施方案。
图7示出了具有在超低沸点水溶性物质的存在下CO2解吸和机械蒸气压缩蒸馏的CO2捕获***的实施方案。
图8示出了具有在超低沸点水溶性物质的存在下CO2解吸和机械蒸气压缩蒸馏、冷却吸收阶段的CO2捕获***的实施方案，其中在蒸馏和吸收阶段之间交换热量。
图9示出了具有在可溶性物质的存在下CO2解吸和纳滤膜回收的CO2捕获***的实施方案，其中纳滤阶段被加热。
图10示出在具体实验中CO2解吸的速率。
图11示出在具体实验中解吸的CO2。
图12示出在不同碳酸氢铵溶液浓度下产生的CO2。
图13示出在高碳酸铵和溶剂浓度下CO2生成的平稳期。
图14示出CO2释放与最终溶剂摩尔分数的函数关系。
图15表示丙酮和DMM的再沸器温度要求。
具体实施方式
本发明通常涉及捕获CO2的综合方法。该方法包括由含CO2的溶液中解吸气态CO2，所述溶液包括碳酸盐、碳酸氢盐、倍半碳酸盐、氨基甲酸盐或其混合物。通常在合适的可溶性物质的存在下进行气态CO2的解吸。
可以以任何方便的方式形成含CO2溶液。通常，可以采用任何能够以所需的量溶解CO2的溶液。这些溶液的组分和量可以依据因素诸如例待溶解的CO2的量、CO2的来源和状态及附带的任何杂质、具体的解吸步骤、任何后续处理步骤和其他因素而变化。
通常，含CO2溶液可以衍生自或包含能够以所需的参数从所需的来源捕获CO2的CO2吸收剂。这些吸收剂可以依据待形成的含CO2溶液的来源和所需特性而广泛变化。一般地，CO2吸收剂可以包括，例如，水、氨、铵、胺、吖嗪、氨基乙基乙醇胺、2-氨基-2-甲基丙-1-醇(AMP)、MDEA、MEA、伯胺、仲胺、叔胺、低分子量伯胺或仲胺、金属-氨合物(metal-ammine)复合物、金属-氨(metal-ammonia)复合物、金属-铵复合物、空间位阻的胺、亚胺、吖嗪、哌嗪、碱金属、锂、钠、钾、铷、铯、碱土金属、钙、镁、离子液体、热开关化合物、CO2开关化合物、酶、金属-有机骨架、季铵、季铵阳离子、嵌入聚合物中的季铵阳离子，或它们的混合物。
待从来源捕获的CO2的量将会改变。一般地，希望从来源中总的CO2中捕获至少约下列百分比(％)中的任何量：40，或50，或60，或70，或80，或90，或基本上100。
可以使用任何方便的方式从任何方便的来源捕获CO2。如果需要，可以在经受吸收剂和/或形成含CO2溶液之前，处理例如洗涤CO2源。如果源具有可能有害地影响后续加工步骤例如采用膜或蒸馏的回收步骤的杂质，则这种处理方法可能是特别有利的。这些杂质包括但不限于NOx、SOx、油、颗粒物质、重金属和重质化合物等。为此目的可采用常规处理方法。
如果需要，可以在经受吸收剂和/或形成含CO2溶液之前，不处理或仅部分处理CO2源。如果源没有杂质或具有有益的或具有可改善影响的杂质，则这种情况可能是特别有利的。这样的例子可以包括含NOx或SOx的CO2源，其可经受包含氨水的CO2吸收剂。NOx或SOx可能与所述氨反应，形成可销售的产物，如硝酸铵、硫酸铵、亚硫酸铵、亚硫酸氢铵、偏亚硫酸氢铵或亚硝酸铵。所述可销售的副产物可以通过任何方便的方式除去，这些方式包括但不限于离子交换、离子交换膜、电渗析或除去或替换吸收剂和/或含CO2溶液。
从中捕获CO2用于含CO2溶液的方便的源包括选自烟气、燃烧排放物、生产排放物、精炼排放物或其组合的源。这些源可以包括例如来自一种或多种烃的燃烧；来自天然气、煤、石油、石油焦、汽油、柴油、生物燃料或城市废物的燃烧的排放；来自如下的排放：废水处理气体或垃圾填埋气体、来自空气、来自金属生产/精炼、来自铁、钢、铝或锌的生产、来自水泥生产、来自生石灰生产、来自玻璃生产、石油和天然气精炼厂、蒸汽重整、制氢、HVAC、制冷、运输车辆(船舶、小船、汽车、公共汽车、火车、卡车、飞机)、天然气、沼气、醇发酵、火山活动、分解叶片/生物质、化粪池、呼吸、制造设施、肥料生产、地热井及其组合。
一旦捕获了CO2，含CO2溶液通常可以包含碳酸盐、碳酸氢盐、倍半碳酸盐、氨基甲酸盐或其混合物。当然，所述溶液还可能包含合适的阳离子如铵和诸如上述可能从任何CO2吸收剂中保留的其他物质。通常，含CO2溶液可能是水性的，但是，当然，依据采用的实施方案，它也可以采用其它形式。
可以以任何方便的方式进行气态CO2的解吸。这种方式将依据含CO2溶液的具体量、组成和性质而变化。一般地，解吸是在合适的可溶性物质，例如水溶性物质的存在下进行的。有用的物质和潜在有用的浓度依据反应物、量和所需结果而变化。在大多数情况下，结合合适的可溶性物质和含CO2溶液的具体方式不是特别关键。也就是说，可以将合适的可溶性物质添加到含CO2溶液中，可以将含CO2溶液添加到合适的可溶性物质中，或者一种或另一种甚至可以原位形成或者与一些其他方式组合。
要解吸的CO2的量将会变化。一般地，希望从源中总CO2中解吸至少约下列百分比(％)中的任何量：40，或50，或60，或70，或80，或90，或基本上100％。
采用的可溶性物质可以依据例如是否要至少部分回收，和如果是的话，以何种方式回收而变化。“至少部分回收”是指至少约50％，或至少约60％，或至少约70％，或至少约80％，或至少约90％，或至少约95％，或至少约99％上至几乎100％的可溶性溶剂被回收，用于在该过程中或其它过程中重复使用。
至少部分回收可溶性物质的方式不是特别关键，并且依据诸如具体组成、所需结果和可用设备等因素而变化。例如，用于至少部分回收可溶性物质的分离机制可包括以下一种或多种或组合：膜、反渗透、热反渗透、纳滤、有机溶剂纳滤、热纳滤、超滤、热超滤、微滤、过滤、蒸馏、膜蒸馏、多效蒸馏、机械蒸气压缩蒸馏、二元蒸馏、共沸蒸馏、混杂分离装置、闪蒸、多级闪蒸、萃取蒸馏、开关溶剂、“盐析”或离心分离，或其组合。
在一个实施方案中，可以通过采用膜来至少部分回收可溶性物质，所述膜例如能够至少部分地排斥所述可溶性物质而又允许含CO2水溶液基本上通过，反之亦然。“含CO2溶液”或“含CO2水溶液”简单地指在CO2解吸后随后获得的溶液。因此，依据在解吸步骤中解吸的CO2的量，含CO2水溶液或含CO2溶液可能具有各种量的CO2，或甚至不含CO2。该随后获得的溶液一般包含少于任何解吸的CO2的溶液组分，而由于被膜排斥，任何可溶性物质被至少部分地回收。在这样的实施方案中，可溶性物质可包括，例如，水、有机溶剂、水溶性聚合物、可溶性聚合物、二醇、聚乙二醇、聚丙二醇、醚、二醇醚、二醇醚酯、三甘醇二甲醚、多种几何形状的聚乙二醇，包括支化聚乙二醇、星形聚乙二醇、梳形聚乙二醇、甲氧基聚乙二醇，聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、二醇聚合物、1,2-丙二醇、1,2-乙二醇、1,3-丙二醇、纤维素醚、甲基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、糖醇、糖、醇、酮、醛、酯、有机硅化合物、卤化溶剂、非挥发性溶剂、在20℃时蒸气压小于0.01atm的物质、分子量大于80道尔顿的可溶性物质，或其混合物。
用于至少部分回收的有用的膜可以包括，例如，任何能够至少部分地排斥所述可溶性物质而又允许含CO2水溶液基本上通过的膜，反之亦然。这种膜可以包含选自反渗透、纳滤、有机溶剂纳滤、超滤、微滤和过滤膜的膜。在一些实施方案中，所述膜可以具有大于约80道尔顿的截留分子量。也就是说，所述膜允许分子量小于约80道尔顿的组分基本上或大量通过，而又排斥基本上或大量的分子量大于约80道尔顿上至约600道尔顿的组分。在本领域中，截留分子量的另一个定义可以指其中90％的溶质被膜截留的最低分子量溶质(以道尔顿计)，或是90％被膜截留的分子的分子量。依据使用的环境和组分，具有截留分子量小于1,000道尔顿，或小于10,000道尔顿，或小于50,000道尔顿，或小于100,000道尔顿，或小于200,000道尔顿，或小于500,000道尔顿，或小于1,000,000道尔顿的膜也可能是有用的。
膜可以由任何有用的材料构成，并且这种有用的材料可以依据待分离的组分、它们的分子量、粘度和/或其他性质而变化。有用的膜可能包括，例如，包含选自薄膜复合物、聚酰胺、醋酸纤维素、陶瓷膜、其他材料及其组合的材料的膜。
通常，优选选择膜、物质和条件，使得涉及一个或多个膜的任何至少部分回收步骤可以在小于或等于约50，或小于或等于40，或小于或等于约35，或小于或等于约30℃的温度下进行。在其他具体实施方案中，所述至少部分回收步骤的温度可以是从约18℃至约32℃的温度。类似地，在任何至少部分回收过程中采用的压力可以是任何方便的压力，例如升高的大气压、降低的大气压或基本上是大气压。例如，步骤可以在约0.75至约1.25大气压的压力下进行。在另一个实施方案中，采用一个或多个膜的至少部分回收条件基本上是室温和常压。
在另一个实施方案中，可以通过蒸馏或其一些等价方法完成至少部分回收所述可溶性物质。在这样的实施方案中，可溶性物质可包括，例如，以下物质的一种或多种或组合：挥发性有机溶剂、分子量小于600道尔顿的可溶性物质、分子量小于200道尔顿的可溶性物质、二甲氧基甲烷、丙酮、乙醛、甲醇、二甲醚、THF、乙醇、异丙醇、丙醛、甲酸甲酯、共沸物、醇、酮、醛、酯、有机硅化合物、卤代溶剂、在20℃下蒸气压大于0.01atm的物质，或其混合物。
其中CO2挥发的综合方法可以在低CO2分压气体的存在下、在空气存在下，伴随施加热或其组合的情况下发生。
如果要采用蒸馏，那么要至少部分接收的物质的蒸馏常常取决于组分，并且可以在低于约110℃，或低于约100℃，或低于约90℃，或低于约80℃，或低于约70℃，或低于约60℃，或低于约50℃，或低于约40℃，或低于约30℃的温度下发生。
在一些实施方案中，可溶性物质可能包含热开关物质、CO2开关物质或含非离子碳的化合物。开关物质是依据例如组合的组合物的性质或其他成分，基本上与其它材料分离的物质。也就是说，当热开关物质经受高于或低于某一阈值，例如浊点的温度时，它可以从给定溶液中沉淀。有用的热开关物质可能包括，例如，那些基本上沉淀、分离或具有等于或高于30，或40，或50，或60，或70，或80，或90，或100或110℃浊点的物质。
所述综合方法可以以CO2开关物质作为可溶性物质进行。依据溶解在溶液中的CO2的量，这些物质可沉淀或分离。也就是说，当足够的CO2被溶解，CO2开关物质可溶于诸如水溶液的溶液中，但当释放足够的气态CO2时分离和变成不可溶。例如，当大量例如大部分溶解的CO2挥发时，开关溶剂可能是疏水的。
在综合方法中采用的可溶性物质和任何CO2吸收剂的浓度可以依据物质、其他物质和所需结果而变化。一般地，每一个可具有从约1M至约18M的浓度。也就是说，每个的浓度可以是独立的或彼此依赖，并且是例如大于或小于1M，或小于2M，或小于3M，或小于4M，或小于5M，或小于6M，或小于10M，直至高达18M。
具体的解吸条件可依据存在的CO2量、所用的可溶性物质及其浓度、吸收剂前体或残余物(如果有的话)及其浓度、任何杂质的存在和类型、所需的部分回收步骤(如果有的话)和其他因素而变化。通常，可优选选择物质和条件，使得解吸步骤可以在小于或等于约50，或小于或等于40，或小于或等于约35，或小于或等于约30℃的温度下进行。在其他实施方案中，解吸温度可以是从约18℃至约32℃的温度。类似地，采用的压力可以是任何方便的压力。例如，可以在从约0.75至约1.25大气压的压力下解吸CO2。在另一个实施方案中，解吸条件基本上是室温和常压。
本发明的综合方法可以进一步涉及包括由溶液、CO2或两者制备另外的有用的化合物。也就是说，进一步的工艺步骤可以包括生产氨基甲酸铵、尿素或其衍生物。
具体实施方案概述
1)吸收(阶段1)：烟气进入一个或多个吸收柱，二氧化碳被吸收在贫CO2的水性CO2吸收剂-二氧化碳溶液中，形成富CO2的水溶液。来自烟气的任何剩余的惰性气体，诸如N2、O2、Ar、低浓度的CO2，可以从吸收柱中释放出来并可以进行进一步处理。在吸收阶段生成的富CO2溶液可以被转移到CO2解吸阶段(阶段2)。
2)CO2解吸(阶段2)：加入可溶性物质，诸如如上所述的有机溶剂或水溶性聚合物，并在例如室温和常压条件下与富CO2的溶液混合。CO2(g)从溶液中解吸并可以在利用或转化之前进行压缩或其它处理。在CO2解吸后，可以将包含可溶性物质的贫CO2溶液转移到可溶性物质和CO2吸收液回收阶段(阶段3)。
3)可溶性物质和CO2吸收液回收(阶段3)：使用一种或多种分离机制或装置将含有可溶性物质的贫CO2溶液分离成贫CO2吸收液和可溶性物质。可以将贫CO2吸收液循环到阶段1，并且将可溶性物质循环到阶段2。阶段3使得该综合方法成为依需要而可再生的。
二氧化碳吸收：
采用氨水或胺物质溶液的实施例的二氧化碳吸收涉及从贫溶液中的含CO2(g)的气体流中吸收CO2以产生富溶液。贫溶液可以具有包含在0.2-0.67之间的CO2负载，富溶液可以具有包含在0.45-1之间的CO2负载。摩尔比可以依据实施方案和采用的一种或多种CO2吸收剂而不同。可以通过包括但不限于改变温度、增加压力、增加CO2分压、增加接触时间、增加停留时间、增加填充表面积和/或添加促进CO2吸收的催化剂来实现在CO2富溶液中的较大的CO2负载。
可以冷却吸收塔以减少吸收剂挥发如“氨逃逸(slip)”或吸收介质的其他组分的挥发。通过在较大的CO2负载下操作吸收液也可以减少吸收剂挥发，尽管这可导致较低的吸收速率和CO2吸收容量。可以优化CO2负载以使反应动力学和溶解能力最大化。吸收柱可以吸收小于或等于以下任何量的来自含CO2的气体流的CO2：5％，或10％，或20％，或30％，或40％，或50％，或60％，或70％，或80％，或90％，或99％，或99.9％，或100％。
吸收阶段可以包括本领域已知的任何吸收装置，并且可由一个或多个吸收柱或容器或其他设备组成。吸收柱可以包括但不限于连续吸收、连续搅拌吸收、间歇柱、填充柱、板柱、混杂吸收方法和本领域已知的其他吸收方法。可以冷却吸收柱或吸收液，其中可以通过任何方式，包括但不限于环境源、水体、冷却塔、工业蒸发冷凝器和本领域已知的其他冷凝或冷却方法进行冷却。可能需要贫CO2溶液中的CO2浓度小于富CO2溶液中的CO2浓度。含CO2(g)的气体流，包括但不限于烟气、合成气、蒸汽重整气、甲烷重整气、制氢气体、空气、浓缩的(concentrated)、浓缩气体流膜、浓缩烟气膜、顶段空气(upstaged air)(如由KlausLackner描述的从水分变换(moisture swing)CO2顶段工艺产生的，http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/es201180v，通过引用并入本文)、沼气、垃圾填埋气或厌氧消化器气体。含CO2的气体流可以被处理用作焓、热源或冷源，或者在吸收阶段之前使用。
在至少部分CO2(g)被吸收之后剩余的气体流，或“惰性气体”可以进行进一步处理或利用，包括但不限于与进入的贫CO2溶液热交换，水洗以去除痕量气体，如氨或有机溶剂，痕量气体的去除工艺，附加的CO2洗涤方法，包括但不限于胺、固体吸着剂、SELEXOL、UCARSOL、膜或强碱、分离、纯化或成分如氢气、一氧化碳、氮气、氧气和/或氩气的使用。
另外，经过吸收柱之后剩余的气体流，如“惰性气体”可以被有利地用于受益于相对较低浓度的CO2的CO2转化方法，如生物方法和某些水泥生产方法，其中所述剩余的气体流可能含有比进入的含CO2气体流更低浓度的CO2。例如，由于反应的高度放热性质，使用CO2作为试剂、含氧化物或硅酸盐或氧化钙或硅酸钙或氧化镁或硅酸镁的反应物的水泥生产工艺最初可能仅需要低CO2浓度以形成碳酸盐。当绝大部分试剂与CO2反应，如转化率大于以下任何值：0.01％，或1％，或5％，10％，或20％，或30％，或40％，或50％，或60％，或70％，或80％，或90％，或95％转化率时，未反应的试剂需要越来越大浓度的CO2。可以通过所述综合CO2捕获方法提供这种较高纯度的二氧化碳。
另外，在含CO2的气体流中，吸收柱可以吸收较小百分比的CO2，如小于以下任何值：20％，或30％，或40％，或50％，或60％，或70％，或80％，或90％，或99％。这可能进一步降低能量需求，包括由于贫CO2和富CO2溶液达到更高的CO2负载的能力。当富CO2和贫CO2溶液处于相对较高的CO2负载时，物质添加CO2解吸阶段可更有效地工作。这还可以通过减小吸收柱的要求尺寸来降低资本成本。
富CO2溶液可以离开吸收柱并且可以被转移到步骤2。将这种富CO2溶液与进入吸收柱的贫CO2溶液进行热交换可能是有利的。这可包括逆流热交换，生成较冷的/预冷却的贫CO2流和较热的/预热的富CO2流。
在进入CO2吸收柱之前，如果有利地，可以通过包括但不限于冷却和除去污物，如硫化氢、NOx、SOx、粒子和金属的方法处理含CO2的气体流。可以用气体膜CO2浓缩器或水分变化CO2浓缩器进一步浓缩气体流。进入的气体流可以用作能量源以提供能量需求，包括但不限于综合方法或连接基础设施如管道的组件中的加热或冷却。该气体流可以通过包括但不限于热交换器或直接接触的方式进行热交换。
吸收液：吸收液包括吸收CO2的任何水溶液或非水溶液。CO2吸收剂包括但不限于以下物质中的一种或多种或组合：水、氨、铵、胺、伯胺、仲胺、叔胺、甲胺(MEA)、甲基乙醇胺、氨基乙基乙醇胺、吖嗪、亚胺、强碱、氢氧化物、氢氧化钠、氢氧化钾、氧化钠、氧化钾、有机溶剂、商业CO2捕获吸收剂、季铵化合物、Selexol、Rectisol、KS-1、UCARSOL、金属-有机骨架、固体吸附剂、高表面积化合物、活性碳、沸石、碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯、胺、氨基乙基乙醇胺、2-氨基-2-甲基丙-1-醇(AMP)、MDEA、MEA、伯胺、仲胺或叔胺、低分子量伯胺或仲胺、金属-氨合物复合物、金属-氨复合物、金属-铵复合物、空间位阻的胺、亚胺、吖嗪、哌嗪、胺官能化聚合物、碱金属、锂、钠、钾、铷、铯、碱土金属、钙、镁、阳离子、离子液体、CO2开关溶剂、CO2开关表面活性剂碳酸盐、含胺官能团的聚合物、含CO2反应性官能团的聚合物(poler)、酶、金属-有机骨架、乙二醇胺、二乙二醇胺、季氨或季铵阳离子、或嵌入聚合物中的季铵阳离子，或其混合物。在整个综合方法中，CO2可作为一种或多种物质存在于溶液中，包括但不限于以下一种或多种或组合：碳酸氢盐、碳酸盐、氨基甲酸盐、倍半碳酸盐、游离CO2或溶解的CO2。
另外，吸收液可包含解吸、吸收或吸附速率促进剂，其包括但不限于哌嗪、二乙醇胺、二乙二醇胺和二异丙醇胺。可以使用速率促进剂以影响包括但不限于以下一种或多种作用：CO2吸收、CO2解吸、可溶性物质再生或反应动力学。
贫CO2溶液的CO2负载可能取决于在物质添加CO2解吸和再生阶段过程中解吸的CO2的量。因此，可以通过包括但不限于改变以下的一种或多种或组合的条件来调节贫CO2溶液的CO2负载：停留时间、添加的物质类型、混合的CO2解吸溶液中的可溶性物质浓度、加入的物质溶液中的可溶性物质的浓度、温度、加热或冷却的施加、富CO2溶液中的CO2负载、压力或加入的物质溶液中的CO2负载。
小浓度的可溶性物质可停留或存在于CO2吸收液中。可溶性物质如有机溶剂的低浓度可以减少吸收柱中的氨逃逸或其他CO2吸收剂挥发，并减少再生过程中的能量消耗。另外，可溶性物质如有机溶剂的低浓度，可以增加CO2摄取并抑制非预期的CO2挥发。所述低浓度的最大值取决于物质的类型且包括但不限于体积/体积％浓度小于以下任何值：0.001％，或0.1％，或0.5％，或1％，或1.5％，或2％，或2.5％，或3％，或3.5％，或4％，或4.5％，或5％，或5.5％，或6％，或6.5％，或7％，或7.5％，或8％，或8.5％，或9％，或9.5％，或10％，或10.5％，或11％，或11.5％，或12％，或12.5％，或13％，或13.5％，或14％，或14.5％，或15％。
二氧化碳源：生产或含有二氧化碳的任何方法或来源。CO2源的例子包括但不限于下列：发电厂(天然气、煤、石油、石油焦、生物燃料、城市垃圾)、废水处理、垃圾填埋气、空气、金属生产/精炼(例如铁、钢、铝等)、玻璃生产、炼油厂、HVAC、运输车辆(船舶、小船、汽车、公共汽车、火车、卡车、飞机)、天然气、沼气、醇发酵、火山活动、分解叶片/生物质、化粪池、呼吸、制造设施、肥料生产或其中从一个或多个井中释放CO2(g)的地热过程。
非水性实施方案：所述综合方法可以是水性的或非水性的。非水性方法可以使用非水溶液介质作为部分的含CO2溶液。介质包括例如极性有机溶剂，其包括但不限于碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、乙二醇、丙二醇、DMSO、水和乙腈或无机溶剂，如液氨或液体胺及其混合物。非水体系可以使用含有一种或多种CO2吸收剂如氨、铵、胺或胺官能化的聚合物的溶液介质。
CO2吸收剂浓度：CO2吸收剂可以是宽范围的浓度。吸收剂浓度可以低至0.000001M或与纯吸收剂一样高。以摩尔浓度计，CO2吸收剂的浓度可以低至0.00001M或小于以下任何值：0.01M，或0.05M，或0.1M，或0.3M，或0.5M，或0.8M，或1M，或1.3M，或1.5M，或1.8M，或2M，或2.3M，或2.5M，或2.8M，或3M，或3.3M，或3.5M，或3.8M，或4M，或5M，或6M，或7M，或8M，或9M，或10M，或12M，或15M，或18M，或甚至纯吸收剂。
以体积/体积％计，CO2吸收剂的浓度范围可以低至0.0001％至大至99.99999％。CO2吸收剂的浓度可以低至0.001％或以下任何值：0.01％，或小于0.1％，或0.5％，或1％，或1.5％，或2％，或2.5％，或3％，或3.5％，或4％，或4.5％，或5％，或5.5％，或6％，或6.5％，或7％，或7.5％，或8％，或8.5％，或9％，或9.5％，或10％，或10.5％，或11％，或11.5％，或12％，或12.5％，或13％，或13.5％，或14％，或14.5％，或15％，或15.5％，或16％，或16.5％，或17％，或17.5％，或18％，或18.5％，或19％，或19.5％，或20％，或20.5％，或21％，或21.5％，或22％，或22.5％，或23％，或23.5％，或24％，或24.5％，或25％，或25.5％，或26％，或26.5％，或27％，或27.5％，或28％，或28.5％，或29％，或29.5％，或30％，或31％，或32％，或33％，或34％，或35％，或36％，或37％，或38％，或39％，或40％，或41％，或42％，或43％，或44％，或45％，或46％，或47％，或48％，或49％，或50％，或51％，或52％，或53％，或54％，或55％，或56％，或57％，或58％，或59％，或60％，或61％，或62％，或63％，或64％，或65％，或66％，或67％，或68％，或69％，或70％，或71％，或72％，或73％，或74％，或75％，或76％，或77％，或78％，或79％，或80％，或81％，或82％，或83％，或84％，或85％，或86％，或87％，或88％，或89％，或90％，或90.5％，或91％，或91.5％，或92％，或92.5％，或93％，或93.5％，或94％，或94.5％，或95％，或95.5％，或96％，或96.5％，或97％，或97.5％，或98％，或98.5％，或99％，或99.5％，或99.9％，或小于或等于100％。
具体的吸收剂：富CO2和贫CO2溶液中的CO2物质摩尔比可以从与纯吸收剂一样大至与纯CO2一样低。可能期望富CO2溶液比贫CO2溶液包含更大摩尔比的吸收剂:CO2物质。富CO2溶液吸收剂：CO2物质的摩尔比，包括但不限于小于2:1，或小于10:1或以下任何值：8:1，或6:1，或4:1，或2:1，或1.9:1，或1.85:1，或1.8:1，或1.75:1，或1.7:1，或1.65:1，1.6:1，或1.55:1，或1.5:1，或1.45:1，或1.4:1，或1.35:1，或1.3:1，或1.25:1，或1.2:1，或1.15:1，或1.1:1，或1.05:1，或1:1，或0.95:1，或0.9:1。贫CO2溶液吸收剂:CO2物质的摩尔比，包括但不限于大于1.5:1或大于以下任何值：100:1，或50:1，或10:1，或8:1，或6:1，或4:1，或2:1，或1.95:1，或1.9:1，或1.85:1，或1.8:1，或1.75:1，或1.7:1，或1.65:1，或1.6:1，或1.55:1，或1.5:1，或1.45:1，或1.4:1，或1.35:1，或1.3:1，或1.25:1，或1.2:1，或1.15:1，或1.1:1，或1.05:1，或1:1，或0.95:1，或0.9:1。
可溶性物质添加和混合二氧化碳解吸
富CO2溶液进入CO2解吸装置。富CO2溶液可能是液体溶液或液体-固体浆料。在此步骤中，将可溶性物质和/或含有可溶性物质的溶液加入到富CO2水溶液中，随后解吸CO2(g)，同时将CO2吸收剂如氨或胺或本领域已知的其它吸收剂主要保留在溶液中，如小于2％或小于以下任何量：或1％，或0.5％，或0.1％吸收剂挥发。CO2解吸机理可以包括但不限于干扰CO2物质与CO2吸收剂或多个CO2吸收剂之间的相互作用的可溶性物质。所述干扰可以包括但不限于以下中的一种或多种或组合：溶液介电常数的降低、CO2物质溶解度的降低、吸收剂溶解度的降低、吸收剂-CO2物质化合物的溶解度的降低、吸收剂-CO2物质盐的溶解度的降低、溶解的CO2物质周围的水合外层的减弱、CO2吸收剂周围的水合外层的减弱、吸收剂-CO2物质化合物中水合外层的减弱、水合外层吸收剂-CO2物质盐的减弱、三聚体的形成、加合物的形成、复合物的形成、复合离子的形成、两性离子的形成、与CO2吸收剂的反应、与CO2吸收剂的可逆反应、与CO2物质的反应、或与CO2物质的可逆反应。
可能希望可溶性物质与CO2吸收剂-二氧化碳盐的相互作用不涉及复分解反应或单一置换反应。可能希望在可溶性物质与CO2吸收剂之间不发生化学反应。可能希望CO2解吸完全归因于溶液介质性质的变化，例如溶液介电常数的变化、溶液极性的变化和水合外层稳定性的变化。
在注入混合设备之前，可以将可溶性物质预热或冷却。所述混合设备和方法包括但不限于分批混合器、连续搅拌釜反应器、CSTRs、蒸馏柱、填充柱、电喷雾、喷雾柱、逆流喷雾柱和/或其他设备和/或方法。可以使用废热或其他热源加热所述设备，用于包括但不限于促进CO2解吸、降低粘度和/或增加溶剂混合的速率。
CO2可以通过任何方式加压，这些方式包括但不限于关闭和打开释放阀以允许***加压、利用较小的气体释放阀、温度变化或使用外部压缩。在高于大气压的压力下解吸CO2(g)的情况下，如果需要压缩，则可能需要较少的能量来压缩该CO2(g)。出去的气体流可主要含有CO2。至少部分该解吸的CO2可被用于包括但不限于以下用途的一种或多种或组合：提高石油回收、甲醇生产、合成气生产、燃料生产、尿素生产、肥料生产、碳酸盐、碳酸氢盐生产、氨基甲酸盐生产、饮料生产、温室、农业应用、焊接气体、涡轮机工作流体、***体、食品生产、惰性气体、水泥生产、CO2转化过程，以及其他现有的和未来的应用。可以通过包括但不限于水洗涤、水性洗涤、非水性洗涤、压力变化、温度变化、压缩、真空和另外的碳捕获方法进一步处理该气体流。可以在处理之前、期间或之后或在没有处理的情况下将添加剂加到该气体流中。这些添加剂包括但不限于氨、电、光、氢、胺、氧、甲烷、甲醇、一氧化碳、硫化氢、卤代烷、氯甲烷、二甲醚、氰化氢(hydrogen cynide)、硫、酸或酸性气体、氢氧化物、氧化物、碳酸盐、氨基甲酸盐和碳酸氢盐。
在顶部空间内保持CO2(g)：可以采取措施以确保气体流或顶部空间含有高浓度的CO2(g)，尤其是在第一次使用期间或在构建(construction)之后。这可以通过包括但不限于在本方法的第一次运行之前用纯CO2(g)清扫CO2(g)生成容器来实现。也可以通过使用在初始运行中溶剂添加过程中解吸的CO2(g)采用自清扫，以置换或稀释容器中存在的其他气体。
添加的溶剂：添加的可溶性物质可以包括但不限于以下物质的一种或多种或组合：有机溶剂、浓缩的可溶性物质溶液、水溶性聚合物、可溶性物质的组合、溶剂混合物、乳液、纯物质、纯溶剂、水性溶剂、含表面活性剂的溶剂、两性离子、固体、可溶性固体、气体、液-固混合物、可溶性气体、气溶胶、悬浮固体、固-气混合物、超临界流体和流体混合物。
溶剂添加CO2解吸过程中的沉淀：当将可溶性物质加入到富CO2溶液如2M碳酸氢铵水溶液中时，除了CO2(g)的解吸之外，一部分含CO2的盐可能作为固体沉淀。该沉淀物可以溶解回溶液中，包括但不限于当发生CO2(g)解吸时。这可能是由于碳酸铵或氨基甲酸铵(NH3:CO2为2:1)比碳酸氢铵(NH3:CO2为1:1)更易溶解在水-可溶性物质溶液中。在一些实施方案中，没有大量沉淀形成。
加热或冷却的应用：可以在整个综合方法中引入加热或冷却。例如，在CO2解吸过程中加热或冷却可能是有益的，以增加CO2(g)产率和可溶性物质的溶解度。例如，在较低温度下，聚乙二醇(PEG)和聚丙二醇(PPG)具有较高的混合吉布斯自由能和渗透压。冷却可提高CO2(g)解吸，包括但不限于，归因于在较冷的温度下PEG和PPG的较高的混合吉布斯自由能和渗透压及在较低温度下含CO2的盐，例如碳酸氢铵或碳酸铵的降低的溶解度。加热可能提高CO2(g)解吸，包括但不限于，归因于较大的反应动力学和较低的CO2物质溶解度。
可溶性物质可以作为浓缩的水溶液或非水溶液或以纯的形式加入到富CO2溶液中。可溶性物质的所述浓缩的溶液可含有低至0.0001％至高达99.99999％的可溶性物质的体积/体积％浓度。可溶性物质或浓缩的可溶性物质溶液的体积/体积％浓度实际上可大于以下任何值：1％，或5％，或10％，或11％，或12％，或13％，或14％，15％，或16％，或17％，或18％，或19％，或20％，或21％，或22％，或23％，或24％，或25％，或26％，或27％，或28％，或29％，或30％，或31％，或32％，或33％，或34％，或35％，或36％，或37％，或38％，或39％，或40％，或41％，或42％，或43％，或44％，或45％，或46％，或47％，或48％，或49％，或50％，或51％，或52％，或53％，或54％，或55％，或56％，或57％，或58％，或59％，或60％，或65％，或70％，或75％，或80％，或85％，或90％，或95％，或小于或等于100％。
在CO2解吸/混合步骤中可溶性物质得到的浓度可以是低至0.0001％至高达99.99999％的可溶性物质的体积/体积％浓度。CO2解吸/混合步骤或得到的混合溶液中的可溶性物质的体积/体积％浓度实际上可能大于以下任何值：0.1％，或1％，或2％，或3％，或4％，或5％，或5.5％，或6％，或6.5％，或7％，或7.5％，或8％，或8.5％，或9％，或9.5％，或10％，或10.5％，或11％，或11.5％，或12％，或12.5％，或13％，或13.5％，或14％，或14.5％，或15％，或15.5％，或16％，或16.5％，或17％，或17.5％，或18％，或18.5％，或19％，或19.5％，或20％，或20.5％，或21％，或21.5％，或22％，或22.5％，或23％，或23.5％，或24％，或24.5％，或25％，或25.5％，或26％，或26.5％，或27％，或27.5％，或28％，或28.5％，或29％，或29.5％，或30％，或31％，或32％，或33％，或34％，或35％，或36％，或37％，或38％，或39％，或40％，或41％，或42％，或43％，或44％，或45％，或46％，或47％，或48％，或49％，或50％，或51％，或52％，或53％，或54％，或55％，或56％，或57％，或58％，或59％，或60％，或65％，或70％，或75％，或80％，或85％，或90％，或95％，或小于99％。
在CO2解吸/混合步骤中可溶性物质的最大溶解度可以是可溶性物质的体积/体积％浓度低至不溶解至高至完全混溶。可溶性物质的体积/体积％溶解度实际上可以大于以下任何值：0.001％，0.01％，0.1％，或1％，或2％，或3％，或4％，或5％，或6％，或7％，或8％，或9％，或10％，或11％，或12％，或13％，或14％，或15％，或16％，或17％，或18％，或19％，或20％，或21％，或22％，或23％，或24％，或25％，或26％，或27％，或28％，或29％，或30％，或31％，或32％，或33％，或34％，或35％，或36％，或37％，或38％，或39％，或40％，或41％，或42％，或43％，或44％，或45％，或46％，或47％，或48％，或49％，或50％，或51％，或52％，或53％，或54％，或55％，或56％，或57％，或58％，或59％，或60％，或61％，或62％，或63％，或64％，或65％，或66％，或67％，或68％，或69％，或70％，或71％，或72％，或73％，或74％，或75％，或76％，或77％，或78％，或79％，或80％，或81％，或82％，或83％，或84％，或85％，或86％，或87％，或88％，或89％，或90％，或90.5％，或91％，或91.5％，或92％，或92.5％，或93％，或93.5％，或94％，或94.5％，或95％，95.5％，或96％，或96.5％，或97％，或97.5％，或98％，或98.5％，或99％，或99.5％，或99.9％，或100％，或完全互溶。
解吸的CO2的纯度：CO2的纯度可期望地大于90％。CO2浓度范围可为低至0.0001％至高达99.99999％。解吸的CO2的纯度或浓度可以低至以下任何值：0.1％或大于0.1％，或1％，或2％，或3％，或4％，或5％，或6％，或7％，或8％，或9％，或10％，或11％，或12％，或13％，或14％，或15％，或16％，或17％，或18％，或19％，或20％，或21％，或22％，或23％，或24％，或25％，或26％，或27％，或28％，或29％，或30％，或31％，或32％，或33％，或34％，或35％，或36％，或37％，或38％，或39％，或40％，或41％，或42％，或43％，或44％，或45％，或46％，或47％，或48％，或49％，或50％，或51％，或52％，或53％，或54％，或55％，或56％，或57％，或58％，或59％，或60％，或61％，或62％，或63％，或64％，或65％，或66％，或67％，或68％，或69％，或70％，或71％，或72％，或73％，或74％，或75％，或76％，或77％，或78％，或79％，或80％，或81％，或82％，或83％，或84％，或85％，或86％，或87％，或88％，或89％，或90％，或90.5％，或91％，或91.5％，或92％，或92.5％，或93％，或93.5％，或94％，或94.5％，或95％，或95.5％，或96％，或96.5％，或97％，或97.5％，或98％，或98.5％，或99％，或99.5％，或99.9％，或小于或等于100％。
解吸的CO2的分压：CO2的分压可以大于0.5atm或1atm。CO2分压范围可以低至0.001atm至高达100,000atm、液态CO2、超临界CO2或固态CO2。CO2的分压可以低至以下任何值：0.001atm，或0.01atm，或大于或小于0.05atm，或0.1atm，或0.2atm，或0.3atm，或0.4atm，或0.5atm或0.6atm，或0.7atm，或0.8atm，或0.9atm，或1atm，或1.1atm，或1.2atm，或1.3atm，或1.4atm，或1.5atm，或1.6atm，或1.7atm，或1.8atm，或1.9atm，或2atm，或2.1atm，或2.2atm，或2.3atm，或2.4atm，或2.5atm，或2.6atm，或2.7atm，或2.8atm，或2.9atm，或3atm，或3.5atm，或4atm，或4.5atm，或5atm，或5.5atm，或6atm，或6.5atm，或7atm，或7.5atm，或8atm，或8.5atm，或9atm，或9.5atm，或10atm，或12atm，或15atm，或18atm，或20atm，或22atm，或25atm，或28atm，或30atm，或40atm，或50atm，或60atm，或75atm，或100atm，或150atm，或200atm，或500atm，或1,000atm，或10,000atm，或100,000atm，或小于1,000,000atm。
解吸的CO2或最终生成的CO2的纯度或浓度可以取决于应用。装置可能包含除CO2(g)之外的其他气体。与此CO2一起存在的其他一种或多种气体可能取决于应用。例如，如果要将CO2与氢气混合(例如以约2:1或3:1的比例)以产生CO2衍生的化学品，则可在CO2解吸过程中加入氢气作为顶部空间气体。该实施例可能降低CO2捕获能量需求，包括但不限于，归因于解吸的CO2(g)的较低的分压需求和要求的较低的最终溶剂浓度。
可溶性物质和贫CO2吸收液回收
在此阶段，可以通过一种或多种分离机制回收一种或多种物质。该阶段涉及将由CO2解吸阶段生成的溶液分离成两个主要流：1)贫CO2吸收液；2)可溶性物质。将吸收液再循环回到CO2吸收阶段，并将可溶性物质再循环回到物质CO2解吸阶段。
采用的分离设备和机制取决于添加的物质的类型。分离设备和机制包括但不限于以下中的一种或多种或组合：半透膜、纳滤、有机溶剂纳滤、反渗透、超滤、微滤、热纳滤、热超滤、蒸馏、膜蒸馏、闪蒸、多效蒸馏、机械蒸气压缩蒸馏、开关溶剂、混杂***、热开关溶剂、离心分离机或过滤器或其组合。
本文进一步描述了具体的回收方法或分离设备和机制及其组合。
具有膜回收的非挥发性溶剂添加
实施例的实施方案包括但不限于图1和图9。
实施例端到端概述：
1)吸收：含有CO2的气体进入吸收柱，CO2被吸收在贫CO2水性吸收剂-二氧化碳溶液中，形成富CO2水性吸收剂-溶液。来自烟气(N2、O2、Ar、低浓度CO2)的剩余的惰性气体从吸收柱中释放出来。将产生的富CO2溶液转移至阶段2。
2)CO2解吸：加入浓缩的可溶性物质溶液或“浓缩物”，如30％PEG、70％贫CO2氨水-二氧化碳，并将其在室温和常压条件下以预设的体积/体积％比与富CO2溶液混合。CO2(g)从富CO2溶液中被解吸，并可以在利用前进行压缩或其他处理。将含有添加物质的贫CO2混合溶液转移至阶段3。
3)通过纳滤再生可溶性物质和吸收液：将含有可溶性物质如聚乙二醇(PEG)或聚丙二醇(PPG)的贫CO2溶液进料到纳滤膜模块中并使用泵加压。纳滤膜排斥溶解的可溶性物质，而允许水、一种或多种CO2吸收剂(例如氨或胺)及二氧化碳通过。产生两股水性流：1)“浓缩物”流(图中的30％PEG(1))，其含有高浓度的可溶性物质，如PEG或PPG；2)“渗透物”流(图中的贫CO2物)，其含有较少浓度的、最小浓度的添加的物质，或者没有添加的物质，如PEG或PPG。另外的CO2可以从“浓缩物”侧被解吸并且可以被用作额外捕获的CO2(图中未示出)。将“浓缩物”流转移至阶段2(CO2解吸)，并将“渗透物”流转移至阶段1(烟气CO2吸收)。
优点包括但不限于：
·全新的与温度无关的CO2解吸机制。
o能够在室温和常压，或高于或低于室温下解吸CO2
·比最有效的现有的胺工艺所需的能量减少>90％
o接近CO2捕获的热力学极限
·高度可扩展-即使在小规模下也具有的卓越性能
·无需热输入
·对发电厂没有重大改造
o只需使用烟气流和少量电(无蒸汽或其他热输入)
·无毒，非挥发性和广泛可得的试剂
·低资本成本
o超低成本和广泛可得的试剂，包括但不限于-可溶性聚合物(包括但不限
于PEG、PPG或其他物质)、氨或其他CO2吸收剂、水
o廉价的材料-室温、标准工业设备(吸收柱、混合器、废水处理纳滤模块)
·最小的或没有试剂降解
描述：该实施方案由三个主要步骤组成：1)添加/接触含CO2的气体，以将含氨水、铵或胺的贫CO2溶液转化为富CO2溶液。剩余的惰性气体可以进行进一步的纯化、处理或压缩；2)将一种或多种大分子量(MW)水溶性物质加入到富CO2溶液中，以解吸CO2(g)，产生贫CO2溶液+添加的物质+CO2(g)。该CO2(g)流可以进行进一步的纯化、处理或压缩；3)使用分离机制回收添加的物质。将在第二阶段中形成的贫CO2水溶性物质-CO2吸收剂-二氧化碳溶液进料到膜模块内并且可以使用加压分离。分离机制可包括但不限于以下中的一种或多种或组合：微滤、超滤、纳滤、有机溶剂纳滤和反渗透。膜排斥有机溶剂或可溶性物质，而允许贫CO2氨水-二氧化碳盐通过膜。然后将通过膜的溶液或渗透物流转移到CO2吸收柱中。含有较高浓度可溶性物质的被膜排斥的溶液作为含有可溶性物质的溶液再循环到CO2解吸阶段。
采用的膜或过滤器的类型可以由加入的可溶性物质的分子量决定，其可以有利地大于膜的截留分子量。膜或过滤器的截留分子量可以足够大，以允许氨水-二氧化碳物质通过或受到最小的排斥。泵的动力源不是特别重要，其可以由电、压力交换器、涡轮增压器、液压、热、压力延迟渗透或正向渗透提供动力。
在基于膜或过滤器的分离之后，可以通过渗透物(吸收液)和浓缩物(含可溶性物质的溶液)中的两者或任一个恢复能量。这些能量恢复设备在本领域中是已知的，包括但不限于压力交换器和涡轮增压器。
在有利的情况下，可以加热或冷却该实施方案。例如，可以加热或冷却溶剂添加和混合步骤用于各种目的，包括但不限于增加CO2(g)产率、减少CO2(g)产生的时间范围、增加溶剂溶解度、减少膜或过滤模块中的能量消耗或其组合。可以由溶液或模块加热减少膜或过滤模块内的能量消耗，这是由于但不限于以下一种或多种原因：1)渗透压的降低(随着PEG、PPG和其他水溶性聚合物温度的升高而降低)、浓度极化减少、粘度降低和溶解度变化。可以加热或冷却该过程的任何部分。热源可以包括但不限于废热、发电厂废热、蒸汽、热、泵或压缩机废热、工业过程废热、钢废热、金属精炼和生产废热、造纸厂废热、水泥生产废热、煅烧废热、工厂废热、石油炼制废热、太阳能热、太阳能池、空调废热、燃烧热、地热、海洋或水体热能、储热和二氧化碳(g)吸收液热。本文公开的任何实施方案的加热或冷却的温度包括但不限于小于以下任何值：-20℃，或-10℃，或0℃，或10℃，或20℃，或25℃，或30℃，或35℃，或40℃，或41.5℃，或41.5℃，或41.5℃-60℃，或45℃，或50℃，或55℃，或60℃，或60-100℃，或110℃，或150℃。例如，在约41.5℃时发电厂冷凝器废热通常很充裕并且可以被使用。如果有利的话，可以采用相对较低分子量的溶剂，包括但不限于聚乙二醇150-2000、聚丙二醇425-4000和二醇醚，如三甘醇二甲醚。尽管对于给定的体积/体积％浓度，相对较低分子量的溶剂或可溶性物质如聚乙二醇150-2000可具有较高的渗透压，但这些可能是有利的，这是由于包括但不限于以下一种或多种原因：1)表现出较低的粘度，2)较高的溶解度，3)不易降解，4)较便宜，5)较低的浓度极化，6)每给定体积/体积％的较高的摩尔分数，7)较大的混合吉布斯自由能和8)对介电常数较大的影响。由于以下一个或多个原因，相对较大分子量的溶剂可能是有利的：1)较低的渗透压，2)通过加热较大的渗透压降低，3)允许使用较大孔尺寸的膜或过滤器，4)允许使用较高的渗透性膜，4)可能具有随温度变化的LCST或UCST相，和5)可能随温度变化溶解度降低。该方法可以被构建用于大规模的静态CO2捕获。
该方法还可能在较小规模的模块中或作为一个单元，例如在运输容器中构建和运输，以及在其他场合运输和使用。这可以促进在远程位置捕获二氧化碳的能力，应用包括但不限于石油和天然气生产、水泥生产、采矿和空气CO2捕获。该方法也可以被构建为静态方法。
添加的浓缩物可能是具有高浓度的大分子量可溶性物质的溶液，其可以包含以下一种或多种或组合的物质：固体、液体、含回收的物质的水溶液、含回收的溶剂和CO2吸收物质的水溶液、含回收的溶剂和CO2吸收物质和CO2物质的水溶液或其组合。
加热或冷却的应用：在膜回收之前或期间的加热可减少能量消耗，归因于(包括但不限于)较低渗透压和较低浓度极化。为了减少氨逃逸，在吸收柱内冷却可能是有用的。
如果溶液被温和地加热，则可减少通过膜分离水溶性聚合物、水凝胶和其他可分离的物质所需的能量，原因包括但不限于1)较低的浓度极化；2)较低的粘度；3)在水溶液中在较高温度下较低的渗透压。在加热或不加热的情况下，在步骤3过程中可解吸CO2(g)。在此方法的阶段1、2或3或它们之间解吸的该CO2(g)和其它CO2(g)可经历与从解吸阶段(阶段2)解吸的CO2(g)相同的用途或处理，包括用作捕获的CO2(g)。由于包括但不限于以下一种或多种或组合的原因，CO2(g)可被解吸：可溶性物质浓度增加、溶液中介电常数进一步降低、水合外层溶剂化氨水(或其他CO2吸收剂分子或分子组合)-二氧化碳化合物的减弱、或温度或压力变化。产生的CO2(g)的压力可以补充泵或其他加压方法的加压能量要求。
该实施方案的再生部分可以采用包括但不限于以下方法的一种或多种或组合：反渗透、纳滤、有机溶剂纳滤、超滤、微滤或开关溶剂。
该实施方案可采用具有低截留分子量的反渗透膜，所述低截留分子量包括但不限于小于以下任何值：250da，或200da，或150da，或125da，或100da，或95da，或90da，或85da，或80da，或75da，或小于碳酸氢铵的水合半径。例如，该实施方案可以采用氨水作为CO2吸收剂。在这种情况下，在通过解吸阶段产生的溶液中氨水-二氧化碳的NH3:CO2摩尔比大于1.5:1或pH大于约8.5可能是有利的。在这些条件下，离子氨水(或铵)-二氧化碳物质可能变成游离的溶解的氨或二氧化碳。游离的氨或二氧化碳的水合半径显著小于氨(铵)和二氧化碳(碳酸氢盐或碳酸盐或氨基甲酸盐)的离子物质的水合半径。因此，在这些条件下，氨-二氧化碳可以更自由地通过相对小截留分子量的反渗透或正渗透膜。这可以允许使用较低分子量的添加物质，如乙二醇、碳酸亚乙酯、丙二醇、碳酸亚丙酯和聚乙二醇(PEG)200，这可能是有利的，归因于包括但不限于以下一个或多个或组合的原因：较大的溶解度、较低的粘度、较低的成本、表现出较大的混合吉布斯自由能、表现出对溶液介电常数的较大影响、不易降解、并且在膜溶剂回收过程中表现出更小的浓度极化。另外，包括当采用相对较大的分子的物质时，它可能使得明显完全回收或除去添加的溶剂。
可以采用多组件分离设备或多级分离设备。所述一个或多个设备可以包括但不限于以下设备中的一种或多种或组合：二元蒸馏、共沸蒸馏、膜蒸馏、机械蒸气压缩、混杂***、闪蒸、多级闪蒸、多效蒸馏、萃取蒸馏、开关溶剂、反渗透、纳滤、有机溶剂纳滤、超滤和微滤。例如，这种混杂***可涉及使用纳滤至少部分地回收可溶性物质，然后使用膜蒸馏进一步浓缩可溶性物质。
这种混杂***的另一个例子可以是这样的过程：其中由于存在刺激物例如温度的变化，开关溶剂从溶液中“切换”，然后采用纳滤来进一步浓缩开关溶剂或去除贫CO2溶液中剩余的开关溶剂。溶解在溶液中的开关溶剂或其他物质可以被进一步回收或浓缩，或甚至从形成的一个或多个层或分离溶液中除去。
溶液的施加的压力或渗透压：得到的水溶性物质溶液的渗透压范围可低至0.001atm至高达1,000,000atm。渗透压可以低至小于以下任何值：0.001atm，或0.01atm，或大于或小于0.05atm，或0.1atm，或0.2atm，或0.3atm，或0.4atm，或0.5atm，或0.6atm，或0.7atm，或0.8atm，或0.9atm，或1atm，或1.1atm，或1.2atm，或1.3atm，或1.4atm，或1.5atm，或1.6atm，或1.7atm，或1.8atm，或1.9atm，或2atm，或2.1atm，或2.2atm，或2.3atm，或2.4atm，或2.5atm，或2.6atm，或2.7atm，或2.8atm，或2.9atm，或3atm，或3.5atm，或4atm，或4.5atm，或5atm，或5.5atm，或6atm，或6.5atm，或7atm，或7.5atm，或8atm，或8.5atm，或9atm，或9.5atm，或10atm，或12atm，或15atm，或18atm，或20atm，或22atm，或25atm，或28atm，或30atm，或35atm，或40atm，或45atm，或50atm，或55atm，或60atm，或65atm，或70atm，或75atm，或80atm，或85atm，或90atm，或95atm，或100atm，或150atm，或200atm，或500atm，或1,000atm，或10,000atm，或100,000atm，或小于1,000,000atm，或纯溶剂。
科学：
有机溶剂和贫CO2吸收液的回收：该实施方案采用纳滤膜，其孔尺寸足够小以排斥大分子量有机溶剂且足够大以允许氨水-二氧化碳盐通过膜。用于该方法的有效膜可以具有超过200道尔顿的截留分子量，以允许水合氨或胺和二氧化碳通过膜并低于有机溶剂或可溶性物质如PEG 600的分子量。
通过加压提供用于分离的能量，这可以使用在商业反渗透脱盐和纳滤方法中使用的电和泵来实现。商业水性膜基的分离方法中的能量需求可以接近最小热力学能量需求，指数地提高CO2捕获的效率。实施方案可以包括：
·通过水溶性溶剂和端对端工艺的存在解吸CO2
·使用非挥发性溶剂，包括但不限于聚乙二醇
·使用半透膜，包括但不限于纳滤膜分离水溶性溶剂
o至少部分被膜排斥的溶剂
o吸收液(氨、水、CO2)不被所述膜排斥或被最小程度地排斥
·使用废热或冷却来加速或促进CO2解吸和其他混杂废热和膜回收方法的组合
实验数据
试验的实施方案：(1)在吸收柱中，将CO2吸收在贫CO2氨水中，形成富CO2氨水；(2)加入PEG浓缩物并与富CO2氨水混合，解吸CO2并形成贫CO2溶液；(3)使用纳滤分离并再循环PEG浓缩物和贫CO2氨水。纳滤膜排斥PEG，而氨、水和二氧化碳物质通过膜。
CO2解吸实验：该实施方案的CO2解吸阶段涉及将物质如浓缩的PEG水溶液加入到来自吸收柱的富CO2水性CO2吸收剂-二氧化碳溶液如氨-二氧化碳中。在室温和常压(RTP)条件下解吸纯CO2(g)。
以下显示来自实验的数据，其评估纯CO2(g)的解吸速率和总产率与最终PEG浓度和碳酸氢铵浓度的关系。注入纯PEG 600并以恒定的混合速率混合。在室温和大气压下进行CO2解吸试验。
图10的图表显示了CO2产生速率与最终PEG浓度的关系。
注：
30mL＝30mL PEG+l00mL 2M NH4HCO3(aq)＝～23％PEG
l0mL＝l0mL PEG+l00mL 2M NH4HCO3(aq)＝9.09％PEG
7mL＝7mL PEG+l00mL 2M NH4HCO3(aq)＝6.54％PEG
6mL＝6mL PEG+l00mL 2M NH4HCO3(aq)＝5.66％PEG
5mL＝5mL PEG+l00mL 2M NH4HCO3(aq)＝4.76％PEG
图11的图表显示了相对于最终PEG浓度和时间的总CO2产生量。
尽管不希望受任何特定理论的束缚，但可以得出结论：
1.存在引发CO2解吸的阈值浓度。在PEG 600(上图)的情况下，该阈值浓度为～6mL或5.66％浓度。低于该浓度的任何物质将最小程度地解吸CO2(如5mL情况所示)。
2.将浓度增加到超过该阈值浓度将导致更大的CO2解吸。浓度越高，增加溶剂浓度对总的CO2解吸和CO2解吸速率的影响减小。
3.在溶剂加入后的前15-20分钟内，CO2的解吸速率最大。
优化可能涉及包括但不限于改变混合速率、可溶性物质类型、可溶性物质浓度、CO2吸收剂溶液、CO2吸收剂浓度、CO2吸收剂组合和温度。溶剂类型的优化可涉及确定每种可溶性物质类型的最有效的分子量和分子结构，并最有效地利用每种可溶性物质的性质。例如，水性丙二醇(PPG)的渗透压随温度显著降低，甚至在较高温度下成为热开关的。例如，50％PPG 425体积/体积溶液的渗透压在40℃时比20℃低约75％(http：//projekter.aau.dk/projekter/files/17652274/Investigation_of_Polypropylene_Glycol_425_as_a_Draw_Solution_for_Forward_Osm osis.pdf，第38页，其通过引用并入本文)。最佳的利用该性质的例子可能涉及预热在纳滤可溶性物质回收阶段之前在CO2解吸混合器中产生的溶液。这可以通过降低渗透压、粘度和浓度极化来降低再生能量需求。
这些实验使用2M浓度的碳酸氢铵，其接近20℃下2.7M的碳酸氢铵溶解度极限。也可以使用比2.7M更高的浓度，甚至在低于20℃的温度下，因为在富CO2或贫CO2流由固体组成或含有固体或包含固-液浆料的条件下，该方法可以适当地起作用。
在整个方法过程中可能发生固体沉淀和溶解，包括但不限于，由于可溶性物质浓度、CO2负载和温度的变化。例如，如由于CO2浓度的增加，在吸收柱中可形成沉淀。归因于包括但不限于CO2浓度的降低、温度的升高和至少一部分可溶性物质的回收，在CO2解吸或可溶性物质再生阶段过程中，沉淀物可能溶解回到溶液中。
在再生阶段如纳滤可溶性物质回收或蒸馏可溶性物质回收之前，可以采用分离设备例如过滤器，用于包括但不限于防止物质再生组件中固体积聚的目的。
碳酸氢铵的溶解度随温度而增加，直至其在40℃-60℃开始分解。因此，高于2.7M(20℃下碳酸氢铵在水中的溶解度极限)的浓度可能仍然不含固体，包括但不限于如果升高温度。在这种情况下，在吸收柱中可能形成铵碳酸氢盐、碳酸盐或倍半碳酸盐沉淀物，包括但不限于，因为可以在接近或低于室温下操作吸收柱以防止氨逃逸。浓度最大化可能是有用的，因为它可以包括但不限于增加CO2吸收-解吸能力。
计算
纳滤PEG 600能量需求计算：该阶段使用纳滤膜，其孔尺寸足够小以排斥大分子量有机溶剂，例如聚乙二醇或其他可溶性物质，且孔尺寸足够大以允许氨-二氧化碳盐，或其他CO2吸收剂-CO2物质通过膜。用于该方法的有效膜可具有超过200道尔顿的截留分子量以允许水合氨和二氧化碳通过膜和低于有机溶剂(例如PEG 600)的分子量的截留分子量。
通常采用水性PEG来评估标准反渗透和纳滤膜的截留分子量。PEG是无毒且惰性的，并且可能几乎不会对纳滤膜的降解、结垢或其他非预期的相互作用构成威胁。该方法可以使用本领域已知的标准工业纳滤膜模块和装置。
通过加压提供用于分离的能量，这可以使用本领域已知的商业反渗透脱盐和纳滤方法中使用的电和泵来实现。商业水性膜基的分离方法中的能量需求可以接近最小热力学能量需求，指数地提高CO2捕获效率。
以下是该方法的模拟能量消耗和估计的从富CO2的氨水-二氧化碳溶液中的9.09％v/v浓度的PEG 600溶液产生的CO2。9.09％v/v是PEG 600在30分钟时间段内将25％的CO2水溶液转化为纯CO2(g)的足够浓度。每千克捕获的CO2的能量消耗略大于烟气捕获的热力学极限(172kJ/kgCO2)且比冷却氨方法少96％以上的能量。
可以基于优化的溶液流速和“PEG-浓缩物”添加溶液和混合溶液中的PEG浓度来设计纳滤装置。可以基于吸收柱和CO2解吸阶段确定这些参数。
物质类型
通常期望的性质：有宽范围的物质能够被添加到含有氨、铵、胺或碳酸氢盐、碳酸盐或氨基甲酸盐物质的水溶液中，所述物质将会解吸CO2且随后可以使用基于膜或过滤器的方法(例如微滤、超滤、纳滤、反渗透)回收这些物质。以下是这些添加物质的潜在期望特性列表。期望的物质可以包括以下一种或多种，但性质不限于本文所述的那些，并且添加的物质可能具有或不具有任一这些性质。
·在水或水溶液中的高溶解度
·分子量尺寸足够大，可被所需的膜或过滤器排斥(高于截留分子量)
·低成本
·无害且与大多数传统设备兼容
·不以不利方式与氨或二氧化碳反应
·不会降解或缓慢降解或可以抑制降解
满足其性质的溶剂包括但不限于多种二醇(例如聚乙二醇[PEG]和聚丙二醇[PPG])。
伴随蒸馏回收的溶剂添加
描述的实施方案包括图2中所示的实施方案。
简要说明：该***由三个主要步骤组成：含有CO2的气体进入吸收柱，CO2被吸收在贫CO2水性吸收剂-二氧化碳溶液中，形成富CO2水性吸收剂-二氧化碳溶液。来自烟气(N2、O2、Ar、低浓度CO2)的剩余的惰性气体从吸收柱中释放出来。2)向富CO2溶液中加入水溶性溶剂，导致形成气态CO2(g)和贫CO2溶液。气态CO2(g)可以进行进一步纯化或处理以除去溶剂、水蒸气或痕量的吸收剂蒸气，其可以在该过程内再循环；3)来自剩余的贫CO2溶液的低沸点溶剂的蒸馏和冷凝，其可包括使用超低等级热(小于以下任何一个：约42℃，或60℃，或80℃，或100℃)。将现在含有明显较低浓度的有机溶剂的贫CO2溶液循环到吸收柱，而将冷凝的有机溶剂循环到物质添加解吸阶段。
在使用的溶剂的沸点高于废热的温度的情况下，可以通过以下一种或多种或组合的方法利用溶剂的高蒸气压进行蒸馏：多效蒸馏、膜蒸馏、低温冷凝、蒸汽压缩或机械蒸气压缩蒸馏。在溶剂回收之后，贫CO2溶液可以被再循环到该方法的第一步。
1)吸收：烟气中的稀释的CO2被吸收在贫CO2氨水-二氧化碳溶液中，形成富CO2氨水-二氧化碳溶液。贫CO2(g)氨水-二氧化碳溶液可以主要由碳酸铵水溶液和氨基甲酸铵水溶液以可能大于1.5:1和可能接近2:1的NH3:CO2摩尔比组成。CO2(g)被吸收在贫CO2氨水中，形成NH3:CO2摩尔比例如小于1.5:1和接近1:1的碳酸氢铵水溶液。根据以下化学反应，稀释的CO2(g)被吸收在贫CO2氨水-二氧化碳溶液中：
(NH4)2CO3(aq)+H2O(aq)+CO2(稀释气体)→2NH4HCO3(aq)
2)CO2解吸：在温和的条件下，如室温和常压条件，通过将一种或多种水溶性、低成本有机溶剂加入到富CO2氨水-二氧化碳溶液中解吸CO2。在低等级废热驱动的CO2捕获方法的情况下，采用低沸点有机溶剂，如丙酮、二甲氧基甲烷、乙醛、甲酸甲酯或二甲醚。根据以下化学反应，在基本上室温和常压(RTP)条件下解吸CO2(g)：
2NH4HCO3(aq)+有机溶剂(l)→(NH4)2CO3(aq)+CO2(g)+H2O(aq)+有机溶剂(aq)
由于有机溶剂降低了溶液介电常数，CO2(g)从溶液中解吸出来。从理论上讲，氨水催化并促进CO2水合成碳酸，因此使CO2能够以比不存在氨的情况下显著更高的浓度溶解。由于溶液介电常数的降低，添加有机溶剂可能减弱溶解的CO2周围的氨水催化的水合外层，从而由于当在未被氨催化时水相CO2的溶解度显著降低而促进了CO2(g)的生成。在相对短的时间范围内，在室温和常压条件下获得显著纯的CO2(g)收率。
3)贫CO2吸收液和有机溶剂回收：使用低温蒸馏，将在阶段2中产生的贫CO2氨水-二氧化碳-有机溶剂溶液分离成纯有机溶剂和贫CO2氨水-二氧化碳溶液。在蒸馏过程中，贫CO2吸收剂-二氧化碳盐可主要保留在水溶液中，例如其中吸收剂挥发少于以下任何值：10％，或5％，或2％，或1％，或0.5％，或0.1％或0.01％，而有机溶剂挥发并冷凝。根据下式回收贫CO2吸收液和有机溶剂：
(NH4)2CO3(aq)+有机溶剂(aq)+低等级热→(NH4)2CO3(aq)+有机溶剂(g)
有机溶剂(g)+冷凝器→有机溶剂(l)
在该实施方案中，可期望氨-二氧化碳分解最小化。
在此阶段过程中，可无意或有意地发生CO2解吸或吸收剂-CO2盐的分解。解吸的CO2可以从有机溶剂蒸气中分离，并且进行与在解吸或混合步骤中生成的捕获的CO2相似地处理。在CO2吸收剂表现出挥发性的情况下，例如在氨的情况下，CO2吸收剂可以通过包括但不限于溶解在CO2解吸步骤中的添加的有机溶剂或其他添加的物质中而再循环。
另外的细节：
·可以使用多物质溶剂。可以期望所述溶液或混合物是共沸物，因为它们的性质具有均一沸点的功能。然而，溶剂混合物不必须是共沸物，并且可以是可以在不同温度下各个沸腾或不沸腾的溶剂的混合物。混合物可以由物质组合组成，因为以下任何一种或多种原因：包括但不限于改善性能例如较低温度的沸点、较低的蒸发焓、较高的溶解度和较低的介电常数，或可以加入溶剂以防止CO2吸收剂盐与物质之间的不利反应。
·可以在蒸馏步骤过程中解吸CO2。可以分离和/或处理该CO2和可能存在的其他气体，包括但不限于CO2吸收剂、溶剂蒸气和水蒸气。可以通过任何方法或手段，包括阶段2描述的那些，利用或处理在蒸馏柱和此方法的任何其他阶段中释放的CO2。
·用于从溶液中分离添加的溶剂的特定的机制可以包括但不限于以下中的一种或多种或组合：二元蒸馏、共沸蒸馏、机械蒸气压缩、膜蒸馏、混杂***、闪蒸、多级闪蒸、多效蒸馏、萃取蒸馏、开关溶剂、反渗透、纳滤、有机溶剂纳滤、超滤和微滤。
·CO2解吸阶段，顶部空间气体可以自加压或加压。这可能是有利的，因为包括但不限于压缩能量需求的降低和用于水洗涤或其他有机溶剂和CO2吸收剂分离过程的较少的能量需求。
·可以在该方法的任何阶段，对包括一些或全部进入的和离开的液体流施加水洗涤或其他处理过程。这包括但不限于：
o从离开CO2吸收器的气体流或“惰性气体”中纯化或去除以下一种或多种或组合：有机溶剂、氨、其他CO2吸收剂、其他杂质、其他化学品或水
o从离开CO2解吸阶段的气体流中纯化或去除以下一种或多种或组合：有机溶剂、氨、其他CO2吸收剂、其他杂质、其他化学品或水
o如果有的话，从离开可溶性物质回收阶段的气体流中纯化或去除以下一种或多种或组合：有机溶剂、氨、其他二氧化碳吸收剂、其他杂质、其他化学品或水
·溶液中可能包含较大摩尔质量的水溶性分子，如分子量大于200道尔顿的可溶性分子，以减少总摩尔量并增加添加的有机溶剂摩尔分数，根据拉乌尔定律这可能降低蒸馏过程中的温度要求。
对于图2中所示的实施方案，可能期望溶剂具有，包括但不限于：低沸点、低介电常数、低蒸发焓、不与水共沸(或与比水具有更高摩尔分数的加入的溶剂共沸)、低毒性和在水中的高溶解度。除非采取额外措施，否则许多具有有利性质的溶剂可能在该方法中以可能不利的方式与CO2吸收剂反应或相互作用。较大可能与氨或铵盐反应的溶剂包括胺类、酮类、醛类、酯类和羧酸类中的溶剂。如果从这些类别中使用溶剂，则可能希望它们包括但不限于反应形成有用的化学品、缓慢地反应、可逆地反应，或者根本不与CO2吸收剂和含CO2吸收剂的化合物反应。例如，丙酮是酮，但是它与氨的反应有时需要数月的连续接触时间，这在***中可能是不可能的或不希望的。如果溶剂确实与氨反应，那么可以加入其他物质以防止不利的反应。例如，甲酸甲酯，一种具有非常低的沸点、高水溶性和低介电常数的溶剂，与氨反应形成甲酰胺(酸胺)和甲醇。然而，如果将甲醇加入到甲酸甲酯中，这可能会抑制正向反应，并且可能使甲酸甲酯用作溶剂，同时抑制与氨的反应。另外，甲酸甲酯确实与甲醇形成共沸物，http：//pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/je200140m，其通过引用并入本文。因此，两种溶剂如果以适当的比例形成共沸物，则可以在均一的温度下沸腾。
一般不与氨反应的溶剂包括醚类和低分子量醇类中的那些溶剂。这些物质极少与氨形成不利的反应。
发电厂废热的质量和量：
根据http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/es5060989(其通过引用并入本文)，96％的发电厂废热能量处于或低于41.5℃的温度。剩余的4％是用过的气体流的较高的温度热。目前的碳捕获***使用较高的温度(通常为110℃-130℃)和较高的压力(2-136atm)，因此不能仅由废热提供动力。相反，这些方法将蒸气从发电中转移出来并用它来提供碳捕获动力。本文所述的方法可能够使用丰富的低温废热来捕获二氧化碳，从而允许捕获二氧化碳而不会明显影响发电厂的效率。
氨-二氧化碳-水***：
在该实施方案中，可以在85℃或低于85℃下蒸馏溶剂，而在大气压下没有明显的氨从溶液中挥发。在CO2(g)或NH3(g)从溶液中释放出来的情况下，当溶剂再循环时，CO2(g)或NH3(g)可重新溶解在溶液中。在其描述的情况下，CO2(g)可显著超过NH3(g)被释放，并且可以作为捕获的CO2(g)被除去。
拉乌尔定律：
对于该实施方案的溶剂蒸馏步骤，拉乌尔定律可能是有用的。拉乌尔定律描述了溶液中液体的摩尔分数与液体的蒸气压之间的关系(例如摩尔分数*温度下液体的分压＝***内的分压)。根据拉乌尔定律，痕迹添加的溶剂可能继续保留在CO2吸收液中。在痕量溶剂对***性能有影响的情况下，可能需要延长蒸馏的时间范围。可以优化蒸馏使能量需求最小，同时在CO2吸收器和CO2解吸器中获得最佳的溶剂浓度。
实验数据挥发性有机溶剂添加
内容：在这些实验中，在室温和常压条件下，通过将有机溶剂-例如丙酮、二甲氧基甲烷或乙醛-加入到富CO2的氨水-二氧化碳溶液中来产生高纯度CO2。然后使用低温热使有机溶剂和CO2吸收液再生。当将丙酮、二甲氧基甲烷或乙醛以16.7％(v/v)加入到2M碳酸氢铵水溶液中时，在3小时内分别有39.8％、48.6％和86.5％的含水的CO2物质转化成高纯度CO2气体。回收乙醛和CO2吸收液的热能和温度需求分别为1.39MJ/kg生成的CO2和68℃，比试点的(pilot)冷却氨工艺低75％的能量和53℃的温度。这些发现显示出完全由充足的低温废热提供动力的在经济上可行的碳捕获的前景。
该实施方案通过向富CO2的氨水-二氧化碳溶液中添加水溶性有机溶剂产生高纯度CO2，例如由在氨水中吸收烟气CO2产生高纯度CO2。随后使用低温热蒸馏有机溶剂，导致溶剂的回收和剩余贫CO2氨水-二氧化碳溶液。在室内温度压力(RTP)条件下解吸纯CO2，并且仅使用低成本、丰富的试剂。结果表明，该实施方案能够将烟气中的CO2转化为高纯度CO2，其温度和能量要求显著低于现有技术。
材料和方法：使用带有在线质谱仪的气体流动装置获得测量结果。使用Omega质量流量控制器来控制载气的流速(超高纯度氦气，50mL/min)。加热出口管线以防止溶剂冷凝。对于每个实验，将适量的碳酸氢铵(≥99.5％，Sigma Aldrich)溶解在去离子(DI)水中，以所需的摩尔浓度(1.0、1.5M或2.0M)形成100mL总溶液。将含有此溶液的250mL玻璃介质瓶连接到包含氦载气体流入端口、气体混合物出口端口和有机溶剂注入端口的三端口帽上。氦气以50mL/min的速度流入顶部空间，直到没有痕量的空气(N2、O2和Ar)存在并且流动稳定。对于所有试验，以一致的混合速率施加搅拌。注入适量的有机溶剂-乙醛(≥99.5％，SigmaAldrich)、丙酮(≥99.5％，Fisher Scientific)或二甲氧基甲烷(99％，Sigma Aldrich)。基于它们在水中的高溶解度、低摩尔质量、低毒性、相对于水的高挥发性以及缺乏与氨或CO2的不可逆反应性来选择这些溶剂。使用连接到带有SRS 100残余气体分析仪的真空室的针阀对出口气体进行取样并获得CO2分压。使用由质量流量控制的超高纯度CO2的先前测量结果衍生的校准曲线并通过将信号强度标准化为氦载气，将CO2分压转换为摩尔流速。在一小时内CO2流速的积累产生总的纯CO2生成值。
通过使用Igor Pro(WaveMetrics Inc.)中的多峰拟合包，用ExpConvExp拟合函数从1小时实验值外推结果来确定总的CO2生成。在添加20mL有机溶剂的长时间范围实验过程中，3小时后CO2生成量逐渐减少。相应地，将1小时实验结果的CO2生成量外推至3小时。三小时外推值偏离实验结果小于12.5％。
模拟有机溶剂蒸馏：使用带有UNIQUAC流体包的工业过程建模软件(Aspen HYSYS)测定从各自的水溶液中回收乙醛、丙酮或二甲氧基甲烷的热负荷和温度要求。模拟使用带有10个筛板和0.1m3的再沸器和冷凝器的直径1.5m的蒸馏柱。进料流流速为每小时1立方米溶液，并含有最佳有机溶剂摩尔分数(xf)，以在水中产生纯CO2(丙酮为0.0467，二甲氧基甲烷为0.0393，和乙醛为0.0599)。根据气-液平衡研究，在采用的低温下，只有略微痕量的NH3和CO2蒸发。模拟的蒸馏柱的规模足以用于每天捕获0.43-1.83吨CO2，或者与参考的目前方法试验工厂相似的规模，对于冷却的氨和MEA分别为每天1.7和4.0吨CO2。通过在RTP条件下将有机溶剂加入到100mL 2M碳酸氢铵水溶液中，直到注入额外的有机溶剂对CO2生成没有可辨别的影响，来实验确定最佳有机溶剂摩尔分数。将进料溶液蒸馏至再生溶液中的运作的有机溶剂摩尔分数(xb)(对于丙酮为0.0216，对于二甲氧基甲烷为0.0181，对于乙醛为0.0279)。通过在RTP条件下将少量有机溶剂加入到100mL 2M碳酸氢铵水溶液中，直到注入额外的有机溶剂导致CO2生成，来实验确定运作的有机溶剂摩尔分数(图S2)。
结果与讨论
***综述：该实施方案由三个步骤组成：(1)在贫CO2氨水溶液中吸收烟气CO2，(2)通过在有机溶剂中混合产生纯CO2，和(3)通过低温蒸馏回收有机溶剂。
在第一阶段，CO2吸收柱内，烟气中的CO2被贫CO2氨水-二氧化碳溶液(NH3:CO2摩尔比>1.5)吸收，形成富CO2溶液(NH3:CO2摩尔比～1)。CO2被吸收后剩余的气体从吸收柱中释放出来(图1中的“惰性气体”)。在冷却氨工艺中目前采用类似的CO2吸收柱。
在第二阶段，溶剂混合器内，将来自CO2吸收柱的富CO2的氨-二氧化碳溶液与有机溶剂(丙酮、乙醛或二甲氧基甲烷)在温和的温度和压力如RTP条件下混合，产生高纯度CO2。当产生纯CO2时，溶液变为贫CO2溶液。
在最后阶段，溶剂蒸馏柱内，在溶剂混合器中形成的溶液进入蒸馏柱，其中有机溶剂被从贫CO2水溶液中蒸馏出来。将此水溶液再循环至CO2吸收柱，并将有机溶剂再循环至溶剂混合器。
CO2解吸机理：通过在RTP条件下将丙酮、二甲氧基甲烷(DMM)或乙醛加入到碳酸氢铵水溶液中解吸CO2。图(图12)显示了当在RTP条件下将20mL丙酮和DMM加入到100mL的1、1.5或2M碳酸氢铵水溶液中时，在1小时(实验观察)和3小时(外推)期间产生的纯CO2的量。每20mL有机溶剂解吸的CO2随碳酸氢铵浓度而增加。由2M碳酸氢铵溶液生成的纯CO2量与使用1M碳酸氢铵溶液的相应结果相比，用丙酮大51％，用DMM大36％。此外，尽管具有较低的溶剂摩尔分数(对于20mL DMM，xf＝0.0393；对于20mL丙酮，xf＝0.0467)，由添加的10-30mL有机溶剂，DMM比丙酮解吸更多量的纯CO2。
图12显示：随着注入的不同的有机溶剂，在不同的碳酸氢铵溶液浓度下产生CO2。使用在线质谱仪装置进行实验，并将20mL溶剂加入到100mL碳酸氢铵水溶液中。对照是在室温和常压(RTP)条件下不注入有机溶剂由溶液中解吸的CO2(g)。实心条代表实验测得的1小时内产生的CO2，和阴影线条代表来自外推的3小时实验期间的额外的CO2生成量。添加到2M溶液中的二甲氧基甲烷和乙醛的CO2容量类似于目前MEA和冷却氨工艺的CO2容量。
关于脱盐工艺的报道表明有机溶剂通过降低水溶液的介电常数(εr)来沉淀溶解的盐。具体地，由有机溶剂添加降低介电常数减弱了溶剂化离子周围的水合外层，并且由于相反电荷的离子之间的库仑吸引而增加了离子缔合，从而引发盐沉淀。在该研究中，加入有机溶剂以产生CO2(g)而不是固体沉淀物。根据对氨水中CO2吸收机理的研究，氨水作为反应物、催化剂、碱和产物控制剂发挥多重作用，因此使水相CO2以比没有氨存在时显著更高的浓度溶解。由于溶液介电常数的降低，添加有机溶剂可能减弱溶解的CO2周围的水合外层，从而当水相CO2与氨的相互作用被抑制时，由于水相CO2的溶解度显著较低而促使CO2(g)的生成。DMM的更大的CO2解吸可能归因于其显著更低的介电常数(DMMεr＝2.6；丙酮εr＝20.7)，因为DMM需要比丙酮更低的溶剂摩尔分数以将溶液介电常数降低相同的量级。
尽管具有更大的介电常数(乙醛εr＝21.7)，但乙醛比DMM和丙酮解吸更多的CO2，因为它具有更大的溶剂摩尔分数和与氨物质的可逆反应。乙醛在无水条件下与氨反应形成三聚体。在水性条件下，乙醛-氨三聚体在pH大于10时稳定，在pH小于10且大于7时形成乙醛-氨加合离子，并在pH低于7时可逆地离解成乙醛和游离氨。当乙醛挥发时，在氨水-二氧化碳溶液的pH值(富CO2pH～8；贫CO2pH～9)下形成的水性乙醛-氨加合离子分解成乙醛蒸气和氨水。相应地，乙醛比DMM和丙酮解吸更多的CO2，并且在低温蒸馏过程中从氨水-二氧化碳溶液中被有效地回收。
在低溶剂浓度下发生可忽略的CO2生成。在加入5mL有机溶剂到100mL的2M碳酸氢铵中，解吸的CO2的量比无溶剂情况少8％。这与先前的研究一致，所述研究考察了使用低浓度的水溶性有机溶剂以防止氨从溶液中释放。具体地，发现低浓度的有机溶剂不影响CO2吸收和解吸的速率。
在高碳酸氢铵和溶剂浓度下，出现CO2生成平稳期，如图13所示。
图14：CO2释放(摩尔)与最终溶剂摩尔分数和溶剂类型的函数关系，其中：A)2M碳酸氢铵，B)1.5M碳酸氢铵，和C)1M碳酸氢铵。在(A)中，实线表示在引发CO2气体释放之前溶剂的最大摩尔分数(对于丙酮，xb＝0.0216，对于二甲氧基甲烷，xb＝0.0181，对于乙醛，xb＝0.0279)。(A)中的虚线表示最佳的有机溶剂摩尔分数(丙酮xf＝0.0467，二甲氧基甲烷xf＝0.0393，乙醛xf＝0.0599)。使用在线质谱仪装置进行实验，其中将溶剂注入碳酸氢铵溶液中，同时以一致的搅拌速率搅拌。
在RTP条件下，用30mL添加的溶剂从2M碳酸氢铵溶液中解吸的CO2分别比添加20mL丙酮和DMM溶剂解吸的CO2少2％和8％，并且伴随着立即形成固体沉淀物。在较低的碳酸氢铵浓度(1M)下，CO2生成量随着较高的溶剂体积(20-30mL)而增加，并且没有沉淀物形成。这些现象可归因于CO2气体形成与固体沉淀物之间的平衡，其在较高的碳酸氢铵和溶剂浓度下向固体沉淀移动。
能量消耗：对2M碳酸氢铵中每种有机溶剂，使用xf和xb有机溶剂摩尔分数值，用Aspen HYSYS测定再沸器和冷凝器的热负荷。模拟的进料溶液含有xf有机溶剂摩尔分数且被蒸馏形成具有xb有机溶剂摩尔分数的出口物流。使用20℃的水流冷却模拟的冷凝器。由于乙醛具有较低的沸点(20.2℃)和较高的xf溶剂摩尔分数，乙醛再沸器的热负荷比DMM低70％，比丙酮低64％。
将该实施方案的再沸器能量和温度要求与目前CO2捕获方法、冷却氨和MEA方法进行比较。目前的CO2捕获方法使用具有昂贵的高温热(>120℃)的能量密集的热解吸来产生纯CO2。该实施方案在CO2解吸过程中不需要热输入，而是通过添加有机溶剂在室温和常压(RTP)条件下解吸纯CO2。随后使用大量低温废热蒸馏有机溶剂，导致溶剂回收和剩余的氨水-二氧化碳溶液。通过将蒸馏加入到2M碳酸氢铵水溶液中的有机溶剂(16.7％v/v)的能量除以产生的纯CO2质量来计算能量需求。
如图15所示，丙酮和DMM的再沸器温度要求分别比MEA方法低49℃和55℃，并且分别比冷却氨方法低30℃和36℃。乙醛的热负荷为1.39MJ/kgCO2，或低于试点的冷却氨方法的热负荷的四分之一。乙醛的再沸器温度要求为68℃，分别比MEA和冷却氨方法的温度要求低72℃和53℃。研究的所有三种有机溶剂的再沸器温度要求显著低于目前的CO2捕获技术并且在低等级废热的温度范围内。
在该实施方案中，在基本上室温和常压(RTP)条件下，使用水溶性有机溶剂加入到富CO2的氨水-二氧化碳溶液中，可以发生氨水-二氧化碳盐分解(步骤2)。除机械混合外，在该实施方案的解吸阶段过程中添加最小能量可能是有利的。
在通过蒸馏从贫CO2氨水溶液中回收有机溶剂的过程中消耗热能。在此阶段过程中，可能会发生最小的氨-二氧化碳盐分解。由于采用的低温和溶液的高的NH3:CO2摩尔比，根据气-液平衡研究，在蒸馏柱中仅略微痕量的NH3蒸发。因此，可以忽略的热能可能被消耗在氨水-二氧化碳盐的偶发的热分解上。因此，在蒸馏步骤中氨基甲酸盐的分解可以忽略不计。
在该实施方案的蒸馏段中消耗的能量可能取决于有机溶剂对水溶液的相对挥发性和有机溶剂的蒸发焓。具有低沸点的水溶性溶剂，例如乙醛，在蒸馏中需要显著更低的温度热并且回流更少。另外，在这些较低温度下，较少的水被蒸发，这进一步降低了能量消耗。
具有各种回收方法的开关溶剂添加
该实施方案使用向含有CO2吸收剂-二氧化碳物质，例如氨、铵、胺、碳酸氢盐、碳酸盐、二氧化碳或氨基甲酸盐物质的溶液中添加一种或多种可溶性物质，以引起二氧化碳气体从溶液中释放。通过改变一种或多种或组合的***条件，包括但不限于温度、光、压力、磁场、动能的变化或一种或多种化合物的存在变化，如湿度或二氧化碳浓度的变化，从溶液中回收添加的物质。添加的物质能够通过一种或多种技术分离和回收，所述技术包括但不限于过滤、离心分离、滗析、蒸馏和基于膜的方法，如纳滤、有机溶剂纳滤、反渗透、超滤、膜蒸馏和本文所述的其他基于膜的分离装置。
该实施方案可以由三个主要步骤组成：1)在贫CO2溶液中吸收CO2，导致形成富CO2溶液；2)加入一种或多种水溶性物质以将富CO2溶液分解成贫CO2溶液+CO2(g)。该CO2气体流可进行进一步纯化或处理以除去水蒸气或痕量氨或其他物质，可在该过程中再循环；3)使用***条件中的一种或多种或组合的变化来回收添加的一种或多种物质，其后可以是物理分离机制或与物理分离机制整合。***条件的变化包括但不限于温度、光、压力、磁场、动能、有利反应的变化或一种或多种化合物存在的变化，如水蒸气浓度或湿度的变化或CO2存在或顶部空间浓度的变化。可以通过一种或多种技术物理分离和回收添加的物质，所述技术包括但不限于过滤、离心分离、滗析、蒸馏、磁力和/或基于膜的方法，如反渗透、正向渗透、电渗析、纳滤、有机溶剂纳滤超滤、膜蒸馏、综合电场纳滤、热纳滤或热超滤。在回收添加的一种或多种物质之后，贫CO2溶液可以被再循环到该方法的第一步。回收的一种或多种物质可以被再循环到该方法的第二步。
CO2开关
下面描述的实施方案包括图3和图4中所示的实施方案。
描述(如图3)：可以采用开关溶剂代替低沸点溶剂以降低能量消耗并且不需要常规的蒸馏柱。开关溶剂，特别是开关亲水性溶剂(SHS)，通过添加或去除物质(通常为CO2，即CO2开关物质)来改变其亲水性和溶解性。可以将CO2加入到开关溶剂中以使其亲水。然后将亲水形式的溶剂加入到富CO2溶液中以将其分解成CO2(g)和贫CO2的亲水性溶剂水溶液。然后通过施加低等级热或使用非反应性气体将开关溶剂转化为其疏水形式，以降低顶部空间内CO2(g)的分压并将开关溶剂与溶液分离。在使用非反应性气体的情况下，可以通过一种或多种方法将CO2(g)与非反应性气体分离，所述方法包括但不限于以下方法：气体膜分离和/或冷凝。期望非反应性气体不溶于水，具有比CO2大得多的分子尺寸或具有比CO2更高的沸点。疏水形式的开关溶剂可以通过本文所述的各种分离方法，包括但不限于滗析、离心分离或膜进行回收。
图4或其他具有最小热输入要求的实施方案的描述：开关溶剂没有废热或再循环的惰性气体，其在回收开关溶剂中使用较少价值的能量输入。该实施方案与图3所示的实施方案的不同之处在于其将开关溶剂从其亲水形式转变回其疏水形式的过程。空气通过开关溶剂上方的顶部空间，由于低CO2(g)分压导致CO2(g)的蒸发。当开关溶剂中的CO2解吸时，溶剂从其亲水形式转变为其疏水形式，形成双层溶液。该实施方案不捕获加入到开关溶剂中的二氧化碳，其可以以烟气或其他含CO2(g)源的形式吸收到开关溶剂中。然而，该实施方案捕获大部分发电厂的CO2(g)，而没有有价值的能量输入。可以施加大量的水或超低等级热源作为热源。另外，在CO2吸收过程中产生的热量可以施加到开关溶剂再生阶段，使得在向开关溶剂回收阶段供热的同时有利地冷却吸收器。这使得仅有的能量输入是烟气中和空气中的CO2(g)之间的分压差。在利用废热的情况下，在该***中将需要较低的表面积和能量消耗。
其他可开关的
总体上期望的性质：已经发现，有多种物质能够被加入到含有CO2吸收剂和二氧化碳的水溶液中，以促进气态CO2解吸的解吸。以下是这些添加物质的潜在期望的性质列表。期望的性质可能包括以下一种或多种，但性质不限于所述的那些，并且添加的物质可以表现或不表现出任何及至所有这些性质。
·在水和/或水溶液中的可逆的溶解性
o在某些***条件下，可混溶或高度或明显溶于水或水溶液
o在某些***条件下，不混溶或溶解度低或不溶于水或水溶液
o***条件变化或刺激存在变化时的可逆的溶解性
·从水溶液中低成本回收
·低成本物质
·无危害且与大多数传统设备兼容
·不以不利的方式与氨或二氧化碳反应
·不降解或缓慢降解
这些所需性质中的许多与可回收的正向渗透提取溶质(draw solute)的性质重叠。添加的物质的例子和类型可以包括但不限于可回收的正向渗透提取溶质，包括在综述文章http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214714414001202中描述的那些，其通过引用并入本文。
***条件和实施例物质的潜在变化
温度：
下面描述的实施方案包括图5中所示的那些。
聚丙二醇425是热开关的(http://projekter.aau.dk/projekter/files/17652274/Investigation_of_Polypropylene_Gly col_425_as_a_Draw_Solution_for_Forward_Osmosis.pdf，其通过引用并入本文)。
无毒、廉价的热开关物质的例子包括低分子量二醇，如1,2-丙二醇、1,2-乙二醇和/或1,3-丙二醇的无规或序列共聚物。这些开关物质的浊点温度在40℃至90℃之间，并且分子量足够高以允许使用纳滤进一步分离物质。这些溶质用于正向渗透脱盐。在https:// www.***.com/patents/US20120267308(其通过引用并入本文)中进一步描述了这些热开关物质和其他热开关物质。
热响应化合物包括但不限于下临界溶解温度(LCST)和上临界溶解温度(UCST)化合物、热敏磁性纳米粒子、热响应聚电解质和热响应离子液体。
LCST化合物是可溶的或具有在低于某一阈值温度即下临界溶解温度下的较高的溶解度。例如，热敏聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)水凝胶可以在低于体积相变温度(VPTT，～32C)时吸收水，并在高于VPTT的温度下排出水。这些水凝胶物质的其他例子包括聚丙烯酰胺(PAM)、PNIPAM和聚(N-异丙基丙烯酰胺-共-丙烯酸)和钠(P(NIPAM-co-SA))。非水凝胶LCST化合物包括但不限于甲基纤维素和三乙胺。
物质也可以表现出UCST，溶液必须高于其才能表现出更大的溶解度的温度。许多水溶性非离子化合物既表现出LCST也表现出UCST，如烟碱-水***。
热敏磁性纳米粒子的例子包括但不限于以下文章中描述的那些：http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/201l/cc/clccl3944d#！divAbstract，其通过引用并入本文。这些纳米粒子一般是亲水的并且涂覆有各种官能团以使它们在溶液中产生渗透压。
热响应性离子液体包括但不限于以下文章中描述的那些http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2015/EW/c4ew00073k#！divAbstract，其通过引用并入本文。
光：
在正向渗透应用中已经研究了基于光的溶解度变化或其他形式的回收。这些包括但不限于具有光吸收的碳粒子的P(NIPAM-co-SA)水凝胶。
磁场：
表现出基于磁场的溶解度变化或通过磁场变化的其他形式的回收的物质可能是有用的。这些物质包括但不限于具有添加的官能团的磁性纳米粒子(例如在http:// pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/iel00438x(其通过引用并入本文)中描述的那些)，和在溶液中磁加热或感应加热的纳米粒子。
压力：
由于压力或压力和温度的组合而改变溶解度或其他回收方法的物质也可能是有用的。这些物质包括但不限于PSA、聚丙烯酰胺(PAM)、PNIPAM和聚(N-异丙基丙烯酰胺-共-丙烯酸钠(P(NIPAM-co-SA))水凝胶。
动能：
溶液动能的变化可以作为刺激，以改变或促进添加物质的溶解度或其他回收形式的变化。动能可以是各种形式，包括但不限于混合和声处理。超声波处理可能增加或降低溶解度并促进沉淀和晶体成核。超声波处理可用于增加CO2解吸速率。
可以采用混合用于包括但不限于促进添加物质的溶解和增加CO2气体解吸速率。
有利的反应实施方案
一般物质的实施方案可能不涉及与CO2吸收剂或CO2物质发生化学反应的添加物质。但是，如果该物质确实与二氧化碳反应，则以下可能是对于这些反应的一些有利的性质：
有利的反应的性质包括但不限于以下一种或多种或组合：
·由于***条件或刺激的变化引起的可逆性
·与氨物质的可逆结合
·廉价的试剂
·可逆的加合物
·可逆的复合离子
·试剂易于从溶液中回收
·试剂不降解或缓慢降解
潜在有利的可逆反应的例子包括形成可逆的氨-金属复合物。这些复合物可降低氨对溶液中二氧化碳的亲和力，导致二氧化碳从溶液中释放或低温释放。
在一些有利的反应中，试剂可以起到催化剂的作用。也可能存在有利反应不涉及可逆性的情况。在反应不可逆的情况下，一种或多种副产物可以有利地具有增值应用，例如用于正向渗透脱盐或施肥。
防止与氨或二氧化碳物质的不利反应：除非采取额外措施，否则一些具有有利性质的物质可能在该过程中以可能不利的方式与氨和或二氧化碳物质反应或相互作用。与氨或铵盐反应的可能性更大的物质包括具有胺、酰胺、酮、醛、酯或羧酸官能团的物质。如果物质本身以可能不利的方式与氨或二氧化碳物质反应，则反应慢可能是有利的，或者可通过添加另一种物质或改变***条件抑制反应可能是有利的。
可选择的实施方案
具有至少部分热分解的实施方案
在富含CO2的氨水-二氧化碳溶液中添加或存在水溶性物质如有机溶剂通常可能不依赖于温度地引发和促进CO2的解吸。然而，可以施加热到CO2解吸和物质再生阶段，所述热包括高于吸收剂-二氧化碳的分解温度的热。这可包括但不限于增加CO2解吸速率、增加溶解能力、降低CO2负载、改善CO2吸收液的性质以最大化CO2摄取、改善CO2吸收液的性质以最大化CO2摄取速率、帮助克服解吸焓或克服活化能，这可能对于具有相对于氨的高反应焓的CO2吸收剂尤其有用。与现有的氨或胺热解吸方法相比，可溶性物质如PEG或PPG的存在可降低热解吸过程中CO2解吸的温度和能量需求。
实施例1：在中温或冷温如在室温下，在CO2解吸阶段加入水溶性物质，并解吸气态CO2。在溶液中的CO2被解吸至少显著部分，如少于以下任何值：5％，或10％，或15％，或20％，或25％，或30％，或35％，或40％，或45％，或50％后，可以在另外的或相同的反应器中对混合的解吸溶液施加热。当由于存在可溶性物质而导致CO2解吸速率明显减退，例如CO2的解吸速率减退至小于以下任何值：95％，或90％，或75％，或60％，或50％，或40％，或30％，或20％，或10％的可溶性物质注入后的最大CO2解吸速率时，也可能需要施加热。施加热可以提高CO2(g)解吸。由于存在水溶性物质，热解吸的温度和能量需求可显著小于常规热解吸方法。可能希望本实施例中添加的物质是非挥发性的，例如在20℃下蒸气压小于0.1atm，或下列任何值：0.05atm，或0.03atm，或0.01atm，或0.001atm，或0.0001atm，并且最低限度地倾向于热降解。这些物质包括但不限于PEG和PPG。该实施方案可以使得显著降低CO2捕获的能量需求，同时使得，包括但不限于以下中的一种或多种或组合：较大的CO2解吸速率、较大的CO2溶解能力、较低的沉淀物形成、贫CO2溶液中较低的CO2负载以及CO2吸收柱中较大的CO2摄取。
实施例2：在CO2解吸阶段将水溶性物质加入富CO2溶液中，并在大部分CO2解吸时间范围内将热量施加至溶液。依据添加物质的浓度、热输入的速率和温度、停留时间、混合速率和其他因素，初始CO2的解吸可能主要归因于可溶性物质的影响。在该初始时间范围内，热量可能包括但不限于增加CO2解吸速率或促进CO2解吸。取决于许多因素，施加热量对CO2解吸的影响可能随着时间的推移而增加，并且添加的物质的影响可能会减退。可能希望本实施例中添加的物质是相对非挥发性的并且不易发生实际上的热降解。这样的物质包括但不限于PEG和PPG。
实施例3：在使用热来回收添加的物质的实施方案，如具有各种形式的蒸馏或开关溶剂的实施方案中，或在可溶性物质回收过程中施加热的实施方案，如基于膜的回收的情况的实施方案中，CO2(g)可以被解吸。该CO2解吸可能部分归因于热分解。该CO2可以以与CO2解吸阶段过程中的CO2解吸相似的方式回收和利用。
具有“盐析”溶剂回收的可溶性物质添加碳捕获
以下描述的实施方案包括图6中所示的实施方案。
在该实施方案中，在添加可溶性物质之后，产生CO2(g)，直到水溶液中的NH3:CO2摩尔比足以促使“盐析”或形成多层溶液。该NH3:CO2摩尔比可以大于1.5:1。水性氨基甲酸铵物质的存在可能促进双层溶液的形成。在形成两层或多层溶液后，将具有较低浓度的大分子量溶剂的层加料到分离机制内，所述分离机制包括图1中所述的那些。如果需要，也可以将具有较高浓度的溶剂的层加入到这些分离机制的一个或多个中。在建议的方法中，将具有较高浓度的溶剂的层与在分离机制过程内形成的浓缩物结合，形成高浓度溶剂溶液。在这种情况下，由于从较小体积的溶液中分离溶剂，该方法需要较少的能量。这些层可以通过各种方法分离，包括但不限于滗析或离心分离。在另一种情况下，在分离两层或多层之后，不采用分离机制。在这种情况下，相对高浓度的可溶性物质存在于一层或多层中并且相对低浓度的可溶性物质存在于一层或多层中可能是有利的。具有较低浓度的可溶性物质的一层或多层可以转移到吸收柱中作为吸收液。将具有较高浓度的可溶性物质的层转移至CO2解吸步骤。在使用较低分子量或较低沸点溶剂的情况下，可以使用蒸馏方法在一个或多个溶剂层中回收溶剂。在添加的物质能够通过膜分离的情况下，包括但不限于高分子量物质，可以使用膜来浓缩或回收物质或者在一层或含所述物质的一层中纯化贫CO2溶液或富CO2溶液。
超低沸点水溶性溶剂添加碳捕获***
下面描述的实施方案包括图7和图8中所示的那些。
该实施方案由三个主要步骤组成：1)接触含CO2的气体，以将贫CO2溶液转化为富CO2溶液。剩余的惰性气体可以进行进一步的纯化、处理或压缩；2)将低沸点可溶性物质，如二甲醚加入到富CO2溶液中，以产生CO2(g)，形成贫CO2溶液+添加的物质+CO2(g)。该物质可以以气相、液相或气相和液相的组合加入。该CO2(g)流可以进行进一步的纯化、处理或压缩。可以分离和回收CO2(g)流中的任何剩余的或残留的溶剂蒸气；3)使用超低温蒸馏回收添加的物质。热源或焓源包括但不限于超低温废热源、环境温度焓源和冷却流体。该方法可以取代或大大减少对蒸发冷却塔的需求，因为蒸馏柱可以在开放或闭合回路中冷却冷凝器流体。如果需要，可以使用更高温度的热。该方法可以在没有蒸气压缩机的情况下进行，并且可以以较低温度冷凝溶剂，或者在溶剂加入之前仅将一部分纯溶剂冷凝成液相。该方法可以在较高压力下进行，使溶剂在更温和的条件下冷凝而无需压缩机。使用蒸气压缩机或机械蒸气压缩蒸馏，溶剂可以在更高的温度下冷凝，并且残留的溶剂蒸气可以更容易回收。可以在溶剂蒸气冷凝或压缩过程中回收或除去热。在CO2解吸过程中，可能需要将CO2(g)与低沸点溶剂蒸气分离。这可能涉及各种处理方法，包括但不限于水洗涤、冷凝器、压缩或本文所述的其他***和方法。
在另一个实施方案中，图8，焓或热源是与CO2(g)吸收柱交换的流体。流体或冷却流体可以是与吸收柱和蒸馏柱进行热交换的外部流体或是吸收柱或蒸馏柱中任一个或两个内的溶液。可以从残余蒸气分离器和蒸气压缩机中回收额外的热或焓。本领域已知CO2(g)吸收在环境温度或低于环境温度下进行更有利。一般地，在例如冷却的氨方法中，使用外部制冷、冷却或蒸发冷却单元来冷却溶液，增加能量负荷和资本及操作者成本。由于CO2(g)吸收反应的放热性质，通常需要这种冷却。示于图8的实施方案允许在CO2(g)吸收中产生的热能被回收或用于为溶剂蒸馏提供动力。另外，可以使用热源或焓源，然而，综合和平衡该方法中的能量需求可能是有利的，包括来自CO2(g)吸收和溶液再生阶段的那些。
通常期望的超低沸点物质：期望的物质可以包括以下一种或多种，但性质不限于本文所述的那些，并且添加的物质可能具有或不具有任一这些性质。
·在水和/或水溶液中的高溶解度
·低成本
·低沸点
·无危害且与大多数常规设备兼容
·不以不利方式与氨或二氧化碳反应
·不降解或缓慢降解或者可以抑制降解
满足该标准的示例性溶剂是二甲醚。二甲醚在甚至高于其沸点的水中表现出高溶解度，基本上是无毒的并且是低成本的商业化学品。在适度的条件下，二甲醚可充分溶于水中用于此应用(见下图)。基于其摩尔质量和介电常数，该方法可能需要0.04-0.06的摩尔分数来促进CO2解吸，这可以在适度的条件下实现(http://www.pet.hw.ac.uk/icgh7/papers/icgh2011Final00008.pdf，其通过引用并入本文)。
在另一个实施方案中，使用溶剂蒸馏用于冷却外部介质。这可以包括但不限于冷却来自发电、HVAC***、溜冰场、数据中心、制造业、工业过程、太阳能热或光伏和采矿以及自然资源提取的冷凝器流体。天然热池(heat sinks)也可用作焓源或热源，包括但不限于水体、空气、地热源和太阳能热源。
吸附剂实施方案
将物质添加到CO2吸附剂如含季铵阳离子的材料中以解吸CO2。
在吸附剂的情况下，吸附剂可以具有任何范围的表面积或表面形态。
·CO2捕获吸附剂和混杂吸附剂-吸收剂可以表现出包括但不限于以下一种或
多种或组合的性质：
o由于与添加的物质接触而至少部分地解吸CO2
o在添加的物质中不溶或表现出低溶解度
o在添加的物质中表现出高溶解度
o当未与CO2结合时在添加的物质中表现出高溶解度
o以较高的吸附剂:CO2摩尔比在添加的物质中表现出高溶解度
o溶解在溶剂水溶液中，同时释放CO2(g)
o当与CO2结合时，在添加的物质中表现出高溶解度
o以较低的吸附剂:CO2摩尔比在添加的物质中表现出高溶解度
o在含有物质的溶液介质中表现出高溶解度
o在含有物质的溶液介质中表现出低溶解度
o由于与物质接触而导致的表面润湿变化
o由于与物质接触而导致的表面形态变化
o由于存在物质而导致的活化能降低
o CO2解吸能量需求降低
关于综合方法的***和方法的一般条件和***技术性：
·可以将蒸馏的溶剂或溶剂蒸气与图2所示的实施方案的第二阶段接触，作为添加溶剂以解吸CO2(g)的措施。蒸气可以溶解和冷凝，向溶液中加入溶剂，同时增高溶液温度，这可以提高CO2(g)解吸产率并回收热或一部分蒸发焓。另外，将在蒸馏过程中从溶液中释放的任何CO2(g)与在第二阶段过程中释放的CO2(g)结合。这可以减少在蒸馏之前预热溶液的能量消耗，并通过最小化或消除对冷凝器的需要来降低资本成本。
·碳酸铵可以具有>1.5:1至<100:1的氨与二氧化碳的摩尔比
·碳酸氢铵或倍半碳酸铵可以具有0.25:1至1.5:1的氨与二氧化碳的摩尔比
·溶剂或物质可以是物质或物质的组合，当加入到含二氧化碳物质的溶液，例如氨-二氧化碳溶液中时，其促使二氧化碳释放。所述溶剂或物质可以包括但不限于以下一种或多种：可溶性物质、水溶性物质、有机溶剂、有机物质、可溶性有机物质、水溶性有机溶剂、可溶性聚合物、水溶性有机物质、含碳物质、含碳和氢的物质、含碳、氢和氧的物质、或含氢和氮的物质、非离子物质、非反应性物质、非离子水溶性物质、非反应性水溶性物质、惰性可溶性物质、惰性水溶性物质或惰性物质。
·开关溶剂：包括具有开关亲水性(SHS)、开关极性(SPS)、开关水(SW)的物质。进一步的信息通过引用并入本文：http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2012/EE/c2ee02912j#！divAbstract
·可以利用较高温度的热
·催化剂：可以以任何组分在***中添加或包含物质以提高性能。这些性能的改进可以包括但不限于提高CO2吸收、提高CO2解吸、防止氨与溶剂反应和防止氨逃逸。本领域已知的吸收和解吸催化剂的例子包括但不限于HZSM-5、γ-Al2O3、HY、二氧化硅-氧化铝或其组合。
·废热/低等级热：可被本文所述的***和方法利用的热能。温度可低于200℃，或低于100℃，或低于50℃。热源是另一种方法的未开发的副产物可能是有利的。废热源的例子包括但不限于下列：发电厂(天然气、煤、石油、石油焦、生物燃料、城市垃圾)、冷凝水、烟气、蒸汽、炼油厂、金属生产/精炼(铁、钢、铝等)、玻璃生产、制造设施、肥料生产、运输车辆(船舶、小船、汽车、公共汽车、火车、卡车、飞机)、废水处理、太阳能热、太阳能池、太阳能光伏、地热(深井)、生物燃料动力车辆、生物燃料/生物质/城市垃圾发电厂、脱硫、醇生产、硫化氢处理、酸(如硫酸)生产、可再生肥料生产、海洋热、空间加热、灰水、昼夜温度变化、地热(浅井/环)、或呼吸。
·二氧化碳源：生产或含有二氧化碳的任何方法或资源。CO2源的例子包括但不限于下列：发电厂(天然气、煤、石油、石油焦、生物燃料、城市垃圾)、废水处理、垃圾填埋气、空气、金属生产/精炼(铁、钢、铝等)、玻璃生产、炼油厂、HVAC、运输车辆(船舶、小船、汽车、公共汽车、火车、卡车、飞机)、天然气、沼气、醇发酵、火山活动、分解叶片/生物质、化粪池、呼吸、制造设施、肥料生产、从一个或多个井中释放CO2(g)的地热过程。
·可在方法中的任何点施加热或冷却。例如，可以在物质添加和混合阶段(阶段2)中施加热用于各种目的，包括但不限于促进CO2(g)产生和提高混合速率，并且可以在吸收柱中施加冷却。
·在有利的情况下可以采用热交换器和回收设备。例如，通过预热进入蒸馏柱的溶液，可以从离开蒸馏柱的物流中回收热。
·所有的实施方案：被认为是“惰性”的气体可能不会以不利的方式与氨或二氧化碳反应。这些气体可能不是普遍的“惰性”，因为它们可能与其他物质或在其他条件或类似条件下反应。这些“惰性气体”可以包括但不限于氮气、氧气、氢气、氩气、甲烷、一氧化碳、低浓度的CO2(g)、挥发性烃，例如乙烷、丁烷、丙烷。“烟气”或含二氧化碳的气体流可能包括至少部分包含二氧化碳的任何气体流。
·防降解、氧化和腐蚀
o吸收剂降解或氧化：由于包括但不限于以下一种或多种或组合的原因：热降解、光、UV光、或与氧、NOx、SOx、CO2或添加的物质反应，可能发生CO2吸收剂的降解或氧化。本领域已知降解或氧化在胺和吖嗪CO2吸收剂中最普遍。降解或氧化抑制剂包括但不限于以下中的一种或多种或组合：抗氧化剂、亚硫酸盐、亚硫酸氢盐、偏亚硫酸氢盐、亚硝酸盐、羟基亚乙基二膦酸(HEDP)、二亚乙基三胺五乙酸(DPTA)、二亚乙基三胺五(亚甲基膦酸)(DTPMP)、乙二胺四(亚甲基膦酸)(EDTMP)、柠檬酸或抑制降解或氧化的吸收剂组合。
o添加的物质降解或氧化：添加的物质可能表现出氧化或降解。可以采取措施来防止降解和氧化。由于包括但不限于以下一种或多种或组合的原因：热降解、光、UV光、或与氧、NOx、SOx、CO2或CO2吸收剂反应，可能发生添加的物质的降解或氧化。降解或氧化抑制剂包括但不限于以下中的一种或多种或组合：抗氧化剂、亚硫酸盐、亚硫酸氢盐、偏亚硫酸氢盐、亚硝酸盐或抑制不利反应如降解或氧化的添加物质的组合。
o容器和设备腐蚀：可以提供在综合方法中采用的试剂存在下至少部分地对降解和腐蚀具有抗性(resilient)的容器和设备。耐腐蚀材料可能包括但不限于以下中的一种或多种或组合：聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、PVC、不锈钢、不与氨反应的金属、不与铵的水溶液反应的金属和不与采用的CO2吸收剂反应的材料。
·混合装置包括但不限于以下一种或多种或组合：
o CSTR、分批、半分批或闪蒸装置
o涡轮机
■Rushton涡轮机
■Smith涡轮机
■螺旋涡轮机
■Bakker涡轮机
o低剪切混合器、高剪切混合器、动态混合器、在线混合器(Inline mixer)、静态混合器、湍流混合器、无混合器(No mixer)、封闭间隙混合器、高剪切分散器、静态混合器、液哨(Liquid whistles)、Mix-Itometer、叶轮混合器、液-液混合、液-固混合、液-气混合、液-气-固混合、多相混合、径向流、轴向流、平面或弯曲叶片几何形状
·本方法的任何部位可能被加热或冷却。热源可以包括但不限于废热、发电厂废热、蒸汽、热、泵或压缩机废热、工业过程废热、钢废热、金属精炼和生产废热、造纸厂废热、工厂废热、石油炼制废热、太阳能热、太阳能池、空调废热、燃烧热、地热、海洋或水体热能、储热和二氧化碳(g)吸收液热。
·整个综合方法中，溶液可能包括以下相中的一个或多个或组合：液体、固体、液固浆料、液固混合物、气体、两相溶液、三相溶液、双层溶液或超临界的
·可以在综合方法之前捕获或吸收富CO2的化合物或CO2。在这种情况下，CO2解吸阶段可以通过非吸收柱的装置或阶段直接进料富CO2溶液。CO2可能已经在分离处被吸收，并且得到的富CO2进料被输送至CO2解吸阶段。
富CO2化合物中的CO2可能未被从气源捕获。替代地，CO2可以源自固体或液体，所述固体或液体可以被直接进料到该方法中或进行复分解或置换反应，以移除提取该CO2物质，形成可以以添加物质解吸CO2的形式。其例子可以包括衍生自与石灰石复分解反应的CO2物质或在另一种含CO2化合物的制备中的复分解反应的CO2物质。另一个例子可以是存在于废水中的化合物中的CO2物质，例如尿素或碳酸铵或碳酸氢铵。
可溶性物质清单：水溶性物质可能包括但不限于下列详述的物质：
物质概览：水溶液、水溶性聚合物、可溶性聚合物、二醇，聚乙二醇、聚丙二醇醚、二醇醚、二醇醚酯、三甘醇二甲醚。多种几何形状的聚乙二醇、甲氧基聚乙二醇、聚乙烯醇聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、二醇聚合物、1,2-丙二醇、1,2-乙二醇、1,3-丙二醇、纤维素醚、甲基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、糖醇、糖、醇酮、醛、酯、有机硅化合物、卤代溶剂
非挥发性物质：
·聚(乙二醇)(PEG)和聚(环氧乙烷)(PEO)
o杂双官能的PEG
■叠氮(-N3)官能化的
■生物素官能化的
■马来酰亚胺官能化的
■NHS酯官能化的
■硫醇官能化的
■COOH官能化的
■胺官能化的
■羟基官能化的
■丙烯酸酯/甲基丙烯酸酯官能化的
o均双官能的PEGs
o单官能的PEG
o PEG树枝状聚合物和多臂PEG
■PEG核树枝状聚合物
■多臂PEG
■多臂PEG嵌段共聚物
o PEG共聚物
■PEG二嵌段共聚物
■PEG/PPG三嵌段共聚物
■可生物降解的PEG三嵌段共聚物
■多臂PEG嵌段共聚物
■无规共聚物
o PEG和低聚乙二醇
■例子：PEG 200、PEG 300、PEG 400、PEG 600、PEG 1000、PEG 1450、PEG 1500、PEG2050、PEG 3350、PEG 8000、PEG 10000
o聚环氧乙烷
o高低聚物纯度PEG
o聚乙二醇-聚乙烯醇(PEG-PVA)
·聚丙二醇(PPG)
o例子：PPG 425–4000
·聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)和聚丙烯酰胺(PAM)
o PNIPAM共聚物
o聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)
o聚丙烯酰胺(PAM)和共聚物
·聚(2-噁唑啉)和聚乙烯亚胺(PEI)
·聚(丙烯酸)、聚甲基丙烯酸酯和其他丙烯酸聚合物
·聚(乙烯醇)(PVA)和共聚物
o聚乙烯醇(PVA)
o聚(乙烯醇-共-乙烯)乙烯
·聚(乙烯基吡咯烷酮)(PVP)和共聚物
·聚电解质
o聚(苯乙烯磺酸盐)(PSS)和共聚物
o基于聚丙烯酰胺(PAM)的聚电解质
o聚(丙烯酸)(PAA)、钠盐
o聚(烯丙胺盐酸盐)
o聚(二烯丙基二甲基氯化铵)溶液
o聚(乙烯基酸)
o其他的(miscellaneous)-(1)
·葫芦[n]脲水合物
·季铵聚合物
·羧基聚亚甲基(卡波姆)
·聚乙烯基甲基醚-马来酸酐(PVM-MA)
·羧基聚亚甲基(羧基乙烯基聚合物)
·聚乙烯基甲基醚-马来酸酐
·羧甲基纤维素
·羟乙基纤维素和衍生物
·甲基纤维素和衍生物
·其他纤维素醚
o乙基纤维素
o羟丙基纤维素
·羧甲基纤维素钠
·羟乙基纤维素和乙基羟乙基纤维素
·天然水溶性聚合物：淀粉、糖、多糖、琼脂、褐藻酸盐、卡拉胶、呋西拉兰(Furcellaran)、酪蛋白和酪蛋白酸盐、明胶、瓜尔豆胶和衍生物、***树胶、刺槐豆胶、果胶、决明子胶、香豆胶、洋车前子胶、罗望子胶、塔拉胶、印度树胶、刺梧桐胶、黄蓍胶、黄原胶、可得然胶、定优胶、结冷胶、普鲁兰多糖、硬葡聚糖(小核菌胶)。
PEG可以以不同的几何形状得到，包括但不限于以下：
·支化PEG：具有从中心核基团发出的三至十个PEG链。
·星形PEG：具有从中心核基团发出的10至100个PEG链。
·梳状PEG：具有多个正常接枝到聚合物主链上的PEG链。
实施方案的详细物质包括但不限于以下一种或多种或组合：
·可溶性物质
·可溶性有机溶剂
·可溶性聚合物
·水溶性物质
·可与膜分离的可溶性物质
·可与膜分离的水溶性物质
·水溶性有机溶剂
·水溶性聚合物
·可与膜分离的有机溶剂
·可与膜分离的聚合物
·可与膜分离的可溶性有机溶剂
·可与膜分离的可溶性聚合物
·大分子量水溶性有机溶剂
·小分子量水溶性聚合物
·非挥发性有机溶剂
·低挥发性有机溶剂
·可与膜分离的高挥发性有机溶剂
·有机溶剂，其分子量包括但不限于大于100da或以下任何值：125da，或150da，或175da，或200da，或225da，或250da，或275da，或300da，或325da，或350da，或375da，或400da，或425da，或450da，或475da，或500da，或525da，或550da，或575da，或600da
·聚合物，其分子量包括但不限于大于100da或大于以下任何值：125da，或150da，或175da，或200da，或225da，或250da，或275da，或300da，或325da，或350da，或375da，或400da，或425da，或450da，或475da，或500da，或525da，或550da，或575da，或600da
·物质，其分子量包括但不限于大于100da或大于以下任何值：125da，或150da，或175da，或200da，或225da，或250da，或275da，或300da，或325da，或350da，或375da，或400da，或425da，或450da，或475da，或500da，或525da，或550da，或575da，或600da
·有机溶剂，其水合半径包括但不限于大于100da或大于以下任何值：125da，或150da，或175da，或200da，或225da，或250da，或275da，或300da，或325da，或350da，或375da，或400da，或425da，或450da，或475da，或500da，或525da，或550da，或575da，或600da
·聚合物，其水合半径包括但不限于大于100da或大于以下任何值：125da，或150da，或175da，或200da，或225da，或250da，或275da，或300da，或325da，或350da，或375da，或400da，或425da，或450da，或475da，或500da，或525da，或550da，或575da，或600da
·物质，其水合半径包括但不限于大于100da或大于以下任何值：125da，或150da，或175da，或200da，或225da，或250da，或275da，或300da，或350da，或375da，或400da，或425da，或450da，或475da，或500da，或525da，或550da，或575da，或600da。
挥发物质：
共沸物来源，以下通过引用并入本文：
https://en.wikipedia.org/wiki/Azeotrope_tables
http://vle-calc.com/azeotrope.html
http://chemistry.mdma.ch/hiveboard/picproxie_docs/000506293- azeotropic.pdf
具有甲酸甲酯+甲醇和二甲氧基甲烷的潜在共沸物：
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/je200140m
更多含有二甲氧基甲烷的共沸物
o http://www.***.com/patents/US2428815
根据Sydney Young的蒸馏原理与方法
吡喃
三元共沸物：
·甲醇-丙酮-甲基乙酸酯：53.7C
注：尽管可以采用胺和其他CO2反应性化合物，但是，可能希望胺不与CO2吸收剂-CO2反应，如在复分解反应中。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.用于捕获CO2的综合方法，其包括：
从含CO2的溶液中解吸气态CO2，所述含CO2的溶液包括碳酸盐、碳酸氢盐、倍半碳酸盐、氨基甲酸盐或其混合物；
其中所述气态CO2的解吸是在合适的可溶性物质存在下进行的；
其中所述合适的可溶性物质是有助于解吸气态CO2的热开关物质。
2.权利要求1所述的综合方法，其进一步包括至少部分回收所述可溶性物质。
3.权利要求2所述的综合方法，其中所述至少部分回收包括采用能够至少部分排斥所述可溶性物质而允许含CO2溶液大量通过的膜。
4.权利要求3所述的综合方法，其中所述膜具有大于约80道尔顿的截留分子量。
5.权利要求3所述的综合方法，其中所述膜由选自下列的材料组成：
a)薄膜复合材料；
b)聚酰胺；
c)醋酸纤维素；
d)陶瓷膜；和
e)其组合。
6.权利要求2所述的综合方法，其中所述至少部分回收包括采用蒸馏。
7.权利要求1所述的综合方法，其中可溶性物质包括水、有机溶剂、水溶性聚合物、可溶性聚合物、二醇、聚乙二醇、聚丙二醇、醚、二醇醚、二醇醚酯、三甘醇二甲醚、多种几何形状的聚乙二醇，包括，支化聚乙二醇、星形聚乙二醇、梳形聚乙二醇、甲氧基聚乙二醇，聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、二醇聚合物、1,2-丙二醇、1,2-乙二醇、1,3-丙二醇、纤维素醚、甲基纤维素、塞露塞斯、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、糖醇、糖、醇、酮、醛、酯、有机硅化合物、卤化溶剂、非挥发性溶剂、在20℃时蒸气压小于0.01atm的物质、分子量大于80道尔顿的可溶性物质，或其混合物。
8.权利要求1所述的综合方法，其中可溶性物质包括以下一种或多种或组合的物质：挥发性有机溶剂、分子量小于600道尔顿的可溶性物质、分子量小于200道尔顿的可溶性物质、二甲氧基甲烷、丙酮、乙醛、甲醇、二甲醚、THF、乙醇、异丙醇、丙醛、甲酸甲酯、共沸物、醇、酮、醛、酯、有机硅化合物、卤代溶剂、在20℃下蒸气压大于0.01atm的物质，或其混合物。
9.权利要求7所述的综合方法，其进一步包括通过采用能够至少部分排斥所述可溶性物质而允许含CO2溶液大量通过的膜，至少部分回收所述可溶性物质。
10.权利要求8所述的综合方法，其进一步包括通过蒸馏至少部分回收所述可溶性物质。
11.权利要求1所述的综合方法，其中可溶性物质包括含非离子碳的化合物。
12.权利要求1所述的综合方法，其中可溶性物质包括CO2开关物质。
13.权利要求1所述的综合方法，其进一步包括从选自烟气、燃烧排放物、生产排放物、精炼排放物或其组合的源捕获CO2以形成含CO2的溶液。
14.权利要求1所述的综合方法，其中含CO2溶液进一步包括CO2吸收剂。
15.权利要求14所述的综合方法，其中所述吸收剂包括氨、铵、胺、氨基乙基乙醇胺、2-氨基-2-甲基丙-1-醇(AMP)、MDEA、MEA、伯胺、仲胺、叔胺、低分子量伯胺或仲胺、金属-氨合物复合物、金属-氨复合物、金属-铵复合物、空间位阻胺、亚胺、吖嗪、哌嗪、碱金属、锂、钠、钾、铷、铯、碱土金属、钙、镁、离子液体、热开关化合物、CO2开关化合物、酶、金属-有机骨架、季铵、季铵阳离子、嵌入聚合物中的季铵阳离子，或其混合物。
16.权利要求1所述的综合方法，其中CO2在从约18℃至约32℃的温度下解吸。
17.权利要求1所述的综合方法，其中CO2在小于或等于约40℃的温度下解吸。
18.权利要求1所述的综合方法，其中CO2在从约0.75至约1.25大气压的压力下解吸。
19.用于捕获CO2的综合方法，其包括：
用含有CO2吸收剂的溶液捕获CO2以形成含CO2的溶液，所述含CO2的溶液包含碳酸盐、碳酸氢盐、倍半碳酸盐、氨基甲酸盐或其混合物；
从含有碳酸盐、碳酸氢盐、倍半碳酸盐、氨基甲酸盐或其混合物的含CO2溶液中解吸气态CO2，其中所述气态CO2的解吸是在合适的可溶性物质存在下进行的；和
通过使用(1)截留分子量大于约80道尔顿的膜或(2)蒸馏或(3)其组合，至少部分地回收所述可溶性物质；其中所述可溶性物质包括水、有机溶剂、水溶性聚合物、可溶性聚合物、二醇、聚乙二醇、聚丙二醇、醚、二醇醚、二醇醚酯、三甘醇二甲醚、多种几何形状的聚乙二醇，包括支化聚乙二醇、星形聚乙二醇、梳形聚乙二醇、甲氧基聚乙二醇，聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、二醇聚合物、1,2-丙二醇、1,2-乙二醇、1,3-丙二醇、纤维素醚、甲基纤维素、塞露塞斯、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、糖醇、糖、醇、酮、醛、酯、有机硅化合物、卤化溶剂、非挥发性溶剂、20℃时蒸气压小于0.01atm的物质、分子量大于80道尔顿的可溶性物质、挥发性有机溶剂、分子量小于600道尔顿的可溶性物质、分子量小于200道尔顿的可溶性物质、二甲氧基甲烷、丙酮、乙醛、甲醇、二甲醚、THF、乙醇、异丙醇、丙醛、甲酸甲酯、共沸物、醇、酮、醛、酯、有机硅化合物、卤代溶剂、在20℃时蒸气压大于0.01atm的物质，或其混合物；
其中所述合适的可溶性物质是有助于解吸气态CO2的热开关物质。
20.权利要求17的综合方法，其中从含CO2溶液中解吸气态CO2是在约18℃至约32℃的温度和约0.75至约1.25大气压的压力下，没有实质性沉淀形成的情况下发生的。
21.根据权利要求17所述的综合方法，其进一步包括产生氨基甲酸铵、尿素或其衍生物。

Claims (22)

1.用于捕获CO2的综合方法，其包括：
从含CO2的溶液中解吸气态CO2，所述含CO2的溶液包括碳酸盐、碳酸氢盐、倍半碳酸盐、氨基甲酸盐或其混合物；
其中所述气态CO2的解吸是在合适的可溶性物质存在下进行的。
2.权利要求1所述的综合方法，其进一步包括至少部分回收所述可溶性物质。
3.权利要求2所述的综合方法，其中所述至少部分回收包括采用能够至少部分排斥所述可溶性物质而允许含CO2溶液大量通过的膜。
4.权利要求3所述的综合方法，其中所述膜具有大于约80道尔顿的截留分子量。
5.权利要求3所述的综合方法，其中所述膜由选自下列的材料组成：
a)薄膜复合材料；
b)聚酰胺；
c)醋酸纤维素；
d)陶瓷膜；和
e)其组合。
6.权利要求2所述的综合方法，其中所述至少部分回收包括采用蒸馏。
7.权利要求1所述的综合方法，其中可溶性物质包括水、有机溶剂、水溶性聚合物、可溶性聚合物、二醇、聚乙二醇、聚丙二醇、醚、二醇醚、二醇醚酯、三甘醇二甲醚、多种几何形状的聚乙二醇，包括，支化聚乙二醇、星形聚乙二醇、梳形聚乙二醇、甲氧基聚乙二醇，聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、二醇聚合物、1,2-丙二醇、1,2-乙二醇、1,3-丙二醇、纤维素醚、甲基纤维素、塞露塞斯、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、糖醇、糖、醇、酮、醛、酯、有机硅化合物、卤化溶剂、非挥发性溶剂、在20℃时蒸气压小于0.01atm的物质、分子量大于80道尔顿的可溶性物质，或其混合物。
8.权利要求1所述的综合方法，其中可溶性物质包括以下一种或多种或组合的物质：挥发性有机溶剂、分子量小于600道尔顿的可溶性物质、分子量小于200道尔顿的可溶性物质、二甲氧基甲烷、丙酮、乙醛、甲醇、二甲醚、THF、乙醇、异丙醇、丙醛、甲酸甲酯、共沸物、醇、酮、醛、酯、有机硅化合物、卤代溶剂、在20℃下蒸气压大于0.01atm的物质，或其混合物。
9.权利要求7所述的综合方法，其进一步包括通过采用能够至少部分排斥所述可溶性物质而允许含CO2溶液大量通过的膜，至少部分回收所述可溶性物质。
10.权利要求8所述的综合方法，其进一步包括通过蒸馏至少部分回收所述可溶性物质。
11.权利要求1所述的综合方法，其中可溶性物质包括含非离子碳的化合物。
12.权利要求1所述的综合方法，其中可溶性物质包括热开关物质。
13.权利要求1所述的综合方法，其中可溶性物质包括CO2开关物质。
14.权利要求1所述的综合方法，其进一步包括从选自烟气、燃烧排放物、生产排放物、精炼排放物或其组合的源捕获CO2以形成含CO2的溶液。
15.权利要求1所述的综合方法，其中含CO2溶液进一步包括CO2吸收剂。
16.权利要求15所述的综合方法，其中所述吸收剂包括氨、铵、胺、氨基乙基乙醇胺、2-氨基-2-甲基丙-1-醇(AMP)、MDEA、MEA、伯胺、仲胺、叔胺、低分子量伯胺或仲胺、金属-氨合物复合物、金属-氨复合物、金属-铵复合物、空间位阻胺、亚胺、吖嗪、哌嗪、碱金属、锂、钠、钾、铷、铯、碱土金属、钙、镁、离子液体、热开关化合物、CO2开关化合物、酶、金属-有机骨架、季铵、季铵阳离子、嵌入聚合物中的季铵阳离子，或其混合物。
17.权利要求1所述的综合方法，其中CO2在从约18℃至约32℃的温度下解吸。
18.权利要求1所述的综合方法，其中CO2在小于或等于约40℃的温度下解吸。
19.权利要求1所述的综合方法，其中CO2在从约0.75至约1.25大气压的压力下解吸。
20.用于捕获CO2的综合方法，其包括：
用含有CO2吸收剂的溶液捕获CO2以形成含CO2的溶液，所述含CO2的溶液包含碳酸盐、碳酸氢盐、倍半碳酸盐、氨基甲酸盐或其混合物；
从含有碳酸盐、碳酸氢盐、倍半碳酸盐、氨基甲酸盐或其混合物的含CO2溶液中解吸气态CO2，其中所述气态CO2的解吸是在合适的可溶性物质存在下进行的；和
通过使用(1)截留分子量大于约80道尔顿的膜或(2)蒸馏或(3)其组合，至少部分地回收所述可溶性物质；其中所述可溶性物质包括水、有机溶剂、水溶性聚合物、可溶性聚合物、二醇、聚乙二醇、聚丙二醇、醚、二醇醚、二醇醚酯、三甘醇二甲醚、多种几何形状的聚乙二醇，包括支化聚乙二醇、星形聚乙二醇、梳形聚乙二醇、甲氧基聚乙二醇，聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、二醇聚合物、1,2-丙二醇、1,2-乙二醇、1,3-丙二醇、纤维素醚、甲基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、糖醇、糖、醇、酮、醛、酯、有机硅化合物、卤化溶剂、非挥发性溶剂、20℃时蒸气压小于0.01atm的物质、分子量大于80道尔顿的可溶性物质、挥发性有机溶剂、分子量小于600道尔顿的可溶性物质、分子量小于200道尔顿的可溶性物质、二甲氧基甲烷、丙酮、乙醛、甲醇、二甲醚、THF、乙醇、异丙醇、丙醛、甲酸甲酯、共沸物、醇、酮、醛、酯、有机硅化合物、卤代溶剂、在20℃时蒸气压大于0.01atm的物质，或其混合物。
21.权利要求18的综合方法，其中从含CO2溶液中解吸气态CO2是在约18℃至约32℃的温度和约0.75至约1.25大气压的压力下，没有实质性沉淀形成的情况下发生的。
22.根据权利要求18所述的综合方法，其进一步包括产生氨基甲酸铵、尿素或其衍生物。
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