專利名稱：廢氣的二氧化碳回收系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從廢氣中回收二氧化碳的系統(tǒng)和方法。更具體地，本發(fā)明涉及為節(jié)約二氧化碳回收成本，通過降低使二氧化碳吸收溶液再循環(huán)所需的能量，從廢氣中回收二氧化碳的方法。
背景技術(shù)：
韓國是排放溫室氣體的主要國家之一，2009年向空氣中排放4. 9億噸二氧化碳而位列第6。為了應(yīng)對全球變暖問 題，韓國政府已實施規(guī)劃，以在2020年前使溫室氣體排放減少30%,并且已于2010年4月13日制定低碳、綠色增長的框架法案(Framework Act onLow Carbon, Green Growth)。認(rèn)識到碳捕獲與儲存(CCS)技術(shù)對減少溫室氣體排放會有重大影響，韓國政府選擇CCS作為15個增長引擎之一，并于2010年7月宣布國家CCS發(fā)展和促進(jìn)規(guī)劃(NationalCCS Development & Promotion Plan)。根據(jù)此項規(guī)劃,將分階段發(fā)展碳捕獲技術(shù)并考察大規(guī)模的二氧化碳(CO2)儲存點。至2017年，碳捕獲與儲存將用來每年儲存I百萬噸以上的二氧化碳。為此目的，截至2020年，政府和相關(guān)產(chǎn)業(yè)將投資約2萬億韓元用于該領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展?，F(xiàn)有的二氧化碳捕獲方法包括吸收、吸附、膜分離等等。其中，由于吸收方法能夠處理大量的廢氣，并且即使在二氧化碳濃度高達(dá)7-30 %時也提供良好的二氧化碳除去效率，因此與吸附或膜分離方法相比，吸收方法被評價為經(jīng)濟(jì)的并且易于應(yīng)用的。在現(xiàn)有的吸收方法中，廣泛發(fā)展的化學(xué)吸收采用化學(xué)反應(yīng)，能夠從廢氣中選擇性地分離二氧化碳。因此，該方法是有利的由于吸收量并不受到CO2分壓的嚴(yán)重影響，即使在CO2分壓低時，CO2除去效率也高。但是該方法在從CO2中分離吸收溶液的過程中消耗很多能量。使用化學(xué)吸收方法，能量成本通常占CO2回收成本的60%以上。能量成本中，使CO2吸收溶液再循環(huán)所花費的成本占至少80%。因此，為了降低二氧化碳回收成本并改進(jìn)二氧化碳吸收技術(shù)，需要能夠降低使吸收溶液再循環(huán)所需的能量的技術(shù)。如圖I所見，在現(xiàn)有的二氧化碳吸收技術(shù)中，向配備有具有大的表面積以允許有效的氣-至-液接觸的過濾器的吸收塔I供入含有二氧化碳的廢氣，并在約40-70°C在大氣壓下使其與從吸收塔I的上部噴淋的溶液狀態(tài)的吸收劑接觸，從而用吸收溶液吸收廢氣中的C02。將從吸收塔I排出的吸收溶液，即含有CO2的吸收溶液，加熱至約100-160°C，并在再循環(huán)塔3中再循環(huán)，利用熱交換通過從再循環(huán)塔3的下部所排出的吸收溶液預(yù)熱，然后被供入再循環(huán)塔3的上部。在再循環(huán)塔3的下部，使用加熱器4如鍋爐將含有CO2的吸收溶液加熱至100-160°C，以釋放出CO2繼而從再循環(huán)塔3的上部排放。用冷卻器5將與釋放的CO2 一起排出的蒸發(fā)的吸收溶液冷卻并冷凝，用分離罐(drum) 6使其與二氧化碳分離，回流到再循環(huán)塔3中，并通過在再循環(huán)塔3的下部排出而回到吸收塔I。從分離罐6中單獨回收所釋放的高濃度的(90-100% )氣態(tài)C02，以儲存/固定/轉(zhuǎn)化。
通常使用胺類吸收溶液作為這種化學(xué)吸收的吸收劑。胺類吸收溶液的實例包括單乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、乙基二乙醇胺、二異丙胺、二甘醇胺、哌嗪、2-哌嗪乙醇、羥乙基哌嗪、2-氨基-甲基-I-丙醇、2-乙氨基-乙醇、2-甲氨基-乙醇、2- 二乙氨基-乙醇和其它物質(zhì)。它們通常以5-60wt%的濃度與溶劑例如水混合而使用。如上所述，在從廢氣中回收二氧化碳的現(xiàn)有技術(shù)中，能量成本占CO2回收成本的60%以上，通過加熱再循環(huán)塔的下部使CO2吸收溶液再循環(huán)所花費的成本占總能量成本的約80 %。而且，為使吸收溶液再循環(huán)，消耗大量的能量以使CO2與吸收溶液分離，其進(jìn)一步增加了二氧化碳回收的成本。也就是說，在回收二氧化碳的現(xiàn)有技術(shù)中，在再循環(huán)塔3內(nèi)對含有吸收了 CO2的那些吸收溶液加熱以分離CO2，并部分蒸發(fā)吸收溶液以升高并保持再循環(huán)塔3內(nèi)的壓力，從而能將分離的CO2從再循環(huán)塔3中有效地排出。用冷卻器5將與CO2 —起從再循環(huán)塔3排出的蒸發(fā)的吸收溶液冷卻并冷凝，在分離罐6中使其與CO2分離，并呈液態(tài)回到再循環(huán)塔3的上部。由于部分蒸發(fā)吸收溶液時消耗大量的能量，因而能量成本增加，且回收二氧化碳的成本也增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對提供從廢氣中回收二氧化碳的系統(tǒng)和方法，其包括向再循環(huán)塔的下部供入蒸發(fā)熱和/或顯熱比吸收溶液的溶劑低的循環(huán)溶劑，并將其與熱的吸收溶液混合，從而保持再循環(huán)塔內(nèi)的壓力以便能夠排出從吸收溶液中釋放出的二氧化碳。在一個總的方面，本發(fā)明提供從廢氣中回收二氧化碳的系統(tǒng)和方法，包括向再循環(huán)塔的下部供入蒸發(fā)熱和/或顯熱比引入到再循環(huán)塔的吸收溶液的溶劑低的循環(huán)溶劑，并將該循環(huán)溶劑與熱的吸收溶液混合，從而保持再循環(huán)塔內(nèi)的壓力以便能夠排出從吸收溶液中釋放出的二氧化碳?？蓪⒃撗h(huán)溶劑與從吸收溶液中釋放出的二氧化碳一起從再循環(huán)塔中排出，在分離罐中經(jīng)冷卻器冷卻/冷凝而與二氧化碳分離，并回到再循環(huán)塔的下部。具體地，可將吸收溶液加熱至約85-140°C，并且循環(huán)溶劑可選自正丙醇和異丙醇。下面將描述本發(fā)明的上述和其它方面與特征。


現(xiàn)在將參考附圖所圖示的本發(fā)明的某些示例性實施方式詳細(xì)描述本發(fā)明的以上和其它目標(biāo)、特征與優(yōu)點，以下給出的這些實施方式僅用于說明，因此不是對本發(fā)明的限制，其中圖I示意性地示出從廢氣中回收二氧化碳的現(xiàn)有方法；且圖2示意性地示出根據(jù)本發(fā)明，在從廢氣中回收二氧化碳的方法中使吸收溶液再循環(huán)的工序。[主要部件的詳細(xì)說明]10 :再循環(huán)塔11 :吸收溶液加熱器12 :冷卻器
13 :分離罐應(yīng)理解，所附的附圖并非必然是按比例的，而只是呈現(xiàn)說明本發(fā)明的基本原理的各種優(yōu)選特征的一定程度的簡化表示。本文所公開的本發(fā)明的具體設(shè)計特征包括，例如，具體的尺寸、方向、位置和形狀，將部分取決于特定的既定用途和應(yīng)用環(huán)境。在附圖中，附圖標(biāo)記在附圖的數(shù)圖中通篇指代本發(fā)明的相同或等效部分。
具體實施例方式以下將詳細(xì)參照本發(fā)明的各種實施方式，其實施例在附圖中圖示并在以下說明。盡管將結(jié)合示例性實施方式對本發(fā)明進(jìn)行描述，但應(yīng)當(dāng)理解，本說明書不是要將本發(fā)明限 制于這些示例性的實施方式中。相反，本發(fā)明不僅要涵蓋這些示例性實施方式，還要涵蓋由所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的各種替代形式、修改、等效形式和其它實施方式。除非特別說明或者由上下文顯而易見，如本文所用的術(shù)語“約”理解為在本領(lǐng)域的正常允許范圍內(nèi)，例如在均值的2個標(biāo)準(zhǔn)偏差以內(nèi)。約可被理解為在所述數(shù)值的10%、9%、8%,7%,6%,5%,4%,3%,2%U%>0. 5%,O. 1%,0. 05%或O. 01 %的范圍內(nèi)。除非另外由上下文顯而易見，本文提供的所有數(shù)值均被術(shù)語約修飾?？蓪⒏鶕?jù)本發(fā)明的從廢氣中回收二氧化碳的工序主要分為吸收塔處的CO2吸收和再循環(huán)塔處的吸收溶液再循環(huán)。在根據(jù)本發(fā)明的回收二氧化碳的方法中，用于使再循環(huán)塔中使用的吸收溶液再循環(huán)所需的能量減少，以節(jié)約二氧化碳回收和再循環(huán)的成本?？筛鶕?jù)已知方法進(jìn)行CO2吸收。用于使回收二氧化碳所用的吸收劑再循環(huán)所需的能量可分為以下3種I)從吸收劑中化學(xué)分離二氧化碳所需的解吸熱(Hd)2)提高吸收溶液的溫度(例如，至約85_140°C )而無狀態(tài)改變所需的顯熱(Hs)3)吸收溶液蒸發(fā)所需的蒸發(fā)熱(Hv)即，使吸收劑再循環(huán)所需的能量為H = Hd+Hs+Hv。如人們所公知，在二氧化碳吸收過程中，向配備有具有大的表面積以允許有效的氣-至-液接觸的過濾器的吸收塔I供入含有二氧化碳的廢氣，并在約40-70°C在大氣壓下使其與從吸收塔I的上部噴淋的溶液狀態(tài)的吸收劑接觸，以使用吸收溶液吸收廢氣中的CO2(見圖 I)。將從吸收塔I排出的吸收溶液，即含有CO2的吸收溶液，引入再循環(huán)塔10的上部，如圖2所示。在吸收溶液再循環(huán)過程中，對將要再循環(huán)的吸收溶液加熱以使吸收溶液部分蒸發(fā)。通過向再循環(huán)塔10的下部供入蒸發(fā)熱和/或顯熱比吸收溶液的溶劑低的循環(huán)溶劑，力口熱溫度可降低至約85-140°C，由此可減少能量消耗。具體地，在吸收溶液再循環(huán)過程中，在再循環(huán)塔10的下部，用加熱器11或余熱將從吸收塔I排出并被引入再循環(huán)塔10上部的含有CO2的吸收溶液加熱至約85-140°C，以釋放出二氧化碳，如圖2所示。釋放出的二氧化碳在再循環(huán)塔10的上部排出。為了保持再循環(huán)塔10內(nèi)的壓力從而能有效地排出二氧化碳，向再循環(huán)塔10的下部供入蒸發(fā)熱和/或顯熱比吸收溶液的溶劑低的循環(huán)溶劑，以加熱并蒸發(fā)該吸收溶液。蒸發(fā)的吸收溶液與CO2 —起從再循環(huán)塔10的上部排出。由于循環(huán)溶劑的蒸發(fā)熱和/或顯熱比吸收溶液低，循環(huán)溶劑由熱的吸收溶液的熱量而蒸發(fā)，致使再循環(huán)塔10內(nèi)的壓力升高，并使從吸收溶液中釋放出的二氧化碳被排出。例如，在本發(fā)明的一些實施方式中，循環(huán)溶劑可以是正丙醇或異丙醇。從再循環(huán)塔10的上部排出的蒸發(fā)的循環(huán)溶劑與二氧化碳一起經(jīng)冷卻器12冷卻并冷凝，并引入分離罐13中。在分離罐13中，循環(huán)溶劑與二氧化碳分離，并呈液態(tài)回到再循環(huán)塔10的下部。從分離罐13中單獨回收所釋放的高度濃縮的(例如，約90-100% )氣態(tài)CO2以儲存/固定/轉(zhuǎn)化?？煽紤]例如循環(huán)溶劑，選擇在再循環(huán)塔10的下部再循環(huán)的吸收劑。但吸收劑的組成并未特別限定。更具體地，供應(yīng)到再循環(huán)塔10下部的循環(huán)溶劑可在再循環(huán)塔10的中部注入，與再循環(huán)塔10下部中的吸收溶液的高度有一定間隔，或直接注入到吸收溶液的表面高度以下的熱的吸收溶液中，取決于循環(huán)溶劑的物理性質(zhì)。與二氧化碳分離的再循環(huán)的吸收溶液在再循環(huán)塔10的下部排出，并在吸收塔的上部回收。這樣，在根據(jù)本發(fā)明的二氧化碳回收方法中，將要再循環(huán)的吸收劑被加熱至使蒸發(fā)熱和/或顯熱比吸收溶液的溶劑低的循環(huán)溶劑蒸發(fā)所需的溫度，而不到使吸收劑自身部分蒸發(fā)所需的溫度，以使供入再循環(huán)塔下部的循環(huán)溶劑蒸發(fā)，以便升高并保持再循環(huán)塔10內(nèi)的壓力，從而將從吸收劑釋放出的二氧化碳從再循環(huán)塔10中排出，并使該吸收劑再循環(huán)。因此，由于不需要為了將吸收劑中釋放出的二氧化碳從再循環(huán)塔10中排出而蒸發(fā)吸收溶液以升高并保持再循環(huán)塔10內(nèi)的壓力，可節(jié)約加熱吸收溶液所需的能量，由此能夠降低能量成本。而且，考慮到二氧化碳吸收溶液可能被氧、二氧化硫等部分氧化或在高溫下部分降解，可通過降低吸收溶液的再循環(huán)溫度，抑制吸收溶液的氧化和降解程度。由此，可通過減少氧化和熱降解所導(dǎo)致的吸收溶液損失，降低補充新的吸收溶液的成本。實施例現(xiàn)在將描述實施例和實驗。以下實施例和實驗僅用于說明的目的，并不是要限制本發(fā)明的范圍。比較例I制備包括約70%的水作為吸收溶劑和約30%的水溶性胺的吸收溶液，作為吸收廢氣中所含二氧化碳的吸收溶液。在再循環(huán)塔的下部將吸收溶液加熱至約117°C，這樣每回收I噸的二氧化碳可蒸發(fā)約30kg吸收溶劑。使吸收溶液再循環(huán)所需的總能量在表I中說明。表I
解吸熱顯熱蒸發(fā)熱
總能量的百分比 374914
實施例I除比較例I的吸收溶液之外，使用正丙醇作為循環(huán)溶劑。 實施例2除比較例I的吸收溶液之外，使用異丙醇作為循環(huán)溶劑。測量使用比較例I和實施例I和2的吸收溶液和循環(huán)溶劑(或吸收溶劑)將再循環(huán)塔內(nèi)的壓力保持在同一水平所需的再循環(huán)能量和吸收劑的損失。結(jié)果見表3。各溶劑的物理性質(zhì)描述于表2。作為參考，由于胺在150°C以上沸騰，因此當(dāng)各溶劑與胺混合時，各溶劑沸點升高。表 權(quán)利要求
1.一種從廢氣中回收二氧化碳的方法，包括 向再循環(huán)塔的下部供入循環(huán)溶劑，所述循環(huán)溶劑的蒸發(fā)熱和/或顯熱比引入所述再循環(huán)塔的吸收溶液的溶劑低；并 將所述循環(huán)溶劑與熱的吸收溶液混合，以保持所述再循環(huán)塔內(nèi)的壓力，從所述吸收溶液所釋放出的二氧化碳從所述再循環(huán)塔中排出。
2.如權(quán)利要求I所述的從廢氣中回收二氧化碳的方法，其中所述循環(huán)溶劑與從所述吸收溶液中釋放出的二氧化碳一起從所述再循環(huán)塔中排出，在分離罐處經(jīng)冷卻器冷卻并冷凝而與二氧化碳分離，并回到所述再循環(huán)塔的下部。
3.如權(quán)利要求I所述的從廢氣中回收二氧化碳的方法，其中將所述吸收溶液加熱至約85-140 °C。
4.如權(quán)利要求I所述的從廢氣中回收二氧化碳的方法，其中所述循環(huán)溶劑選自正丙醇·和異丙醇。
5.一種從廢氣中回收二氧化碳的系統(tǒng)，包括 具有下部的再循環(huán)塔，將蒸發(fā)熱和/或顯熱比引入所述再循環(huán)塔的吸收溶液的溶劑低的循環(huán)溶劑供入所述再循環(huán)塔的下部，并將其與熱的吸收溶液混合以保持所述再循環(huán)塔內(nèi)的壓力，從所述吸收溶液所釋放出的二氧化碳在所述再循環(huán)塔中分離并被排放到儲存罐中。
6.如權(quán)利要求5所述的從廢氣中回收二氧化碳的系統(tǒng)，其中所述循環(huán)溶劑與從所述吸收溶液中釋放出的二氧化碳一起從所述再循環(huán)塔中排出，在分離罐處經(jīng)冷卻器冷卻并冷凝而與二氧化碳分離，并回到所述再循環(huán)塔的下部。
7.如權(quán)利要求5所述的從廢氣中回收二氧化碳的系統(tǒng)，還包括配置成將所述再循環(huán)塔中的所述吸收溶液加熱至約85-140°C的加熱器。
8.如權(quán)利要求5所述的從廢氣中回收二氧化碳的方法，其中所述循環(huán)溶劑選自正丙醇和異丙醇。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種從廢氣中回收二氧化碳的方法，更具體地，一種為節(jié)約二氧化碳回收成本，通過降低使二氧化碳吸收溶液再循環(huán)所需的能量而從廢氣中回收二氧化碳的方法。特別地，向再循環(huán)塔的下部供入循環(huán)溶劑，該循環(huán)溶劑的蒸發(fā)熱和/或顯熱比引入再循環(huán)塔的吸收溶液的溶劑低，并將該循環(huán)溶劑與熱的吸收溶液混合。由此，保持再循環(huán)塔內(nèi)的壓力，從而將從吸收溶液中釋放出的二氧化碳排放到儲存罐/桶中。
文檔編號C01B31/20GK102847414SQ20111028658
公開日2013年1月2日 申請日期2011年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月29日
發(fā)明者鄭圣燁, 李允智, 樸相鎮(zhèn), 李起春 申請人:現(xiàn)代自動車株式會社, 起亞自動車株式會社