專利名稱：用于捕捉CO₂的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于從廢氣流中捕捉(X)2的設(shè)備及其方法。
背景技術(shù)：
在例如媒、油、氣、泥炭、垃圾等的燃料燃燒中，在例如為那些與鍋爐系統(tǒng)相連以為發(fā)電廠提供蒸汽的設(shè)備的燃燒設(shè)備中，產(chǎn)生了熱處理氣體(或廢氣)。這種廢氣在其他物質(zhì)之外經(jīng)常包含二氧化碳(C02)。已經(jīng)廣泛認(rèn)識(shí)到向大氣中排放二氧化碳帶來(lái)的不利環(huán)境效應(yīng)，并且這導(dǎo)致了適用于從上述燃料的燃燒中產(chǎn)生的熱處理氣體中移除二氧化碳的工藝的發(fā)展。從廢氣中移除(X)2的傳統(tǒng)方法將使用如圖1所示的標(biāo)準(zhǔn)吸收-解吸工藝。在該工藝中，廢氣具有在間接或直接接觸冷卻器之前或之后由鼓風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的壓力。隨后，廢氣輸送至吸收塔，在吸收塔中廢氣與向下流動(dòng)的吸收劑逆流地接觸。在柱的頂部，清洗區(qū)適用于基本采用水來(lái)移除跟隨廢氣而源自CO2移除區(qū)的殘余吸收劑。將源自吸收器底部的富含CO2吸收劑經(jīng)由給予進(jìn)入解吸塔之前的富吸收劑預(yù)加熱的熱回收熱交換器而泵入解吸柱頂部。在解吸塔中，朝向塔上部運(yùn)動(dòng)的蒸氣剝除了 co2。在頂部上方跟隨(X)2的水和吸收劑在解吸體頂部上方的冷凝器中回收。重沸器中形成了蒸氣(vapour)，從重沸器貧CO2吸收劑經(jīng)由熱回收熱交換器和冷卻器而泵入吸收柱的頂部。用于從廢氣中移除(X)2的已知工藝涉及引起在廢氣中壓力降低的設(shè)備。如果允許這種壓力降低，將導(dǎo)致在發(fā)電設(shè)備或其他產(chǎn)生廢氣的設(shè)備的出口中形成壓力加累積。這是不合需要的。在氣輪機(jī)的例子中，這將導(dǎo)致在發(fā)電過(guò)程中效率降低。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，需要昂貴的廢氣鼓風(fēng)機(jī)。現(xiàn)有技術(shù)存在的另外問(wèn)題在于，吸收塔和前述的廢氣冷卻器是昂貴的設(shè)備。標(biāo)準(zhǔn)(X)2捕捉設(shè)備也需要大量面積以建立。W000/74816公開(kāi)了一種用于(X)2捕捉的系統(tǒng)?？梢栽O(shè)置該系統(tǒng)為水平通道，其中，廢氣在水平通道中與兩個(gè)相鄰區(qū)域中兩種不同的吸收液體接觸。包括篩網(wǎng)以避免液體從一個(gè)區(qū)域傳輸進(jìn)入下一個(gè)區(qū)域。再生并且再核算該液體。在Bandyopadhyay等人的論文"SO2噴射清洗中的臨界水流噴霧器”(化學(xué)工程期刊(Chemical Engineering Journal) 139 期，29-41 頁(yè)，2008 年)中，得出的結(jié)論在于，SO2移除效率隨著液體流率、液-氣流率比、噴霧空氣壓、液滴速度的增大而增大。Srinivasan等人在論文“通過(guò)圓柱形噴射-物理吸收的受控中斷而形成的液滴的質(zhì)量轉(zhuǎn)移”(化學(xué)工程科學(xué)(Chemical Engineering Science)，43 卷，12 期，3141-3150 頁(yè)，1988 年)中也得到了相同的結(jié)論。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于從廢氣氣流中移除(X)2的方法和設(shè)備，其中該方法提供了減小的壓力損失，不取決于廢氣鼓風(fēng)機(jī)的使用并且優(yōu)選地比傳統(tǒng)方法需要更少能量。此外，目的在于提供一種具有顯著地更小占地面積的解決方案。目的也在于提供一種可以與新的高效解吸方法和設(shè)備集成的解決方案。另一個(gè)目的在于提供一種可以有效地結(jié)合至利用了廢氣再循環(huán)的設(shè)備的系統(tǒng)和方法。也有意于提供一種允許與用于移除氣流內(nèi)其他不需要化合物的預(yù)處理系統(tǒng)結(jié)合的系統(tǒng)。借助于依照所附獨(dú)立權(quán)利要求的系統(tǒng)和方法來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)和目的。在從屬權(quán)利要求中描述了其他有利特征和實(shí)施例。本發(fā)明涉及從廢氣中捕捉CO2，并且因此也稱為后燃燒技術(shù)。本發(fā)明可用于與源自不同種類設(shè)施的氣體連接。這些設(shè)施可包括循環(huán)燃?xì)獍l(fā)電廠、燃媒發(fā)電廠、鍋爐、水泥廠、精煉廠、吸熱工藝的加熱爐，吸熱工藝?yán)缣烊粴饣虬?X)2的廢氣類似源的蒸汽重整。在幾乎所有從廢氣中捕捉(X)2的例子中都將需要長(zhǎng)的排氣通道以將氣體從產(chǎn)生氣體的設(shè)備輸送至用于捕捉(X)2的設(shè)備。很好地利用它并不涉及用于排氣通道那么多的額外成本。依照本發(fā)明的一個(gè)方面，通過(guò)在廢氣通道自身中將液滴噴射為氣體從而提供了氣體與液體之間足夠的接觸面積，因而消除了吸收塔。也可能通過(guò)在通道自身中的區(qū)域內(nèi)執(zhí)行相同的接觸從而取代了通常在該吸收塔之前的直接接觸冷卻器。本發(fā)明的目的在于利用廢氣通道的無(wú)論如何也需要的一部分以將廢氣傳輸至CO2捕捉設(shè)備。通常沒(méi)有空間以將CO2捕捉設(shè)備背對(duì)背地建在發(fā)電設(shè)備旁。執(zhí)行了本發(fā)明，消除了傳統(tǒng)地DCC和吸收柱。這種利用表示了非常顯著的成本節(jié)約。通道預(yù)期是基本水平的，但是通道也可以具有0度與60度之間的角度。傾斜方向可以沿任何方向，并且傾斜方向可隨著通道的路線而改變。通道也可一次或多次改變方向，從1至360度。本發(fā)明既減少了資本成本又節(jié)省了能量。依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，噴嘴引導(dǎo)主要沿廢氣流動(dòng)的方向的噴射，因此將氣體沿著通道推動(dòng)。源自液滴的更多轉(zhuǎn)移在氣體上的動(dòng)能因此克服了通道中氣壓降低。這意味著上游通道可以工作在較低的絕對(duì)壓力。這樣的后果在于，與標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)相比，來(lái)自上游氣輪機(jī)(當(dāng)可用時(shí))的出口壓力可工作在減小的壓力下，并且在氣輪機(jī)出口處的該減小的壓力提高了氣輪機(jī)效率，導(dǎo)致了產(chǎn)生更大的電能。這減小了資本成本，節(jié)省了能量，并且甚至可能導(dǎo)致提高從氣輪機(jī)產(chǎn)生的能量。通過(guò)依照權(quán)利要求1的方法以及依照權(quán)利要求6的設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)這些和其他目標(biāo)。其他優(yōu)點(diǎn)和有益實(shí)施例描述在從屬權(quán)利要求中。


以下將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明，其中圖1說(shuō)明了傳統(tǒng)的吸收-解吸工藝；
圖2說(shuō)明了本發(fā)明實(shí)施例的流程圖3說(shuō)明了實(shí)施例，其中，通道包括直接接觸冷卻以及清洗區(qū)；圖4說(shuō)明了圖3所示的用于(X)2吸收工藝的操作和平衡線；圖5說(shuō)明了具有集成的預(yù)處理區(qū)的實(shí)施例；圖6說(shuō)明了具有廢氣再循環(huán)的實(shí)施例；以及
圖7示出了顯示了在氣體中移動(dòng)的液滴中得到的內(nèi)部循環(huán)模型的相對(duì)速度的剖面圖。
具體實(shí)施例方式圖1示出了使用標(biāo)準(zhǔn)吸收-解吸工藝的用于從廢氣中移除(X)2的傳統(tǒng)方法。在該工藝中，廢氣PlO在間接或直接接觸冷卻器P20之前(如所示)或之后由鼓風(fēng)機(jī)P21增壓。隨后將廢氣輸送至吸收塔P22，在吸收塔P22中廢氣與向下流動(dòng)的吸收劑P40逆流接觸。在柱的頂部，清洗區(qū)適用于基本采用水來(lái)移除跟隨廢氣而從CO2移除區(qū)來(lái)的殘余吸收劑。清洗液體P41從頂部進(jìn)入并且進(jìn)一步向下重提取作為P42。CO2耗盡的廢氣在頂部上方移除作為P12。將來(lái)自吸收器底部的富含(X)2吸收劑P32經(jīng)由給予進(jìn)入解吸塔P30之前的富吸收劑P36預(yù)加熱的熱回收熱交換器M8而泵入解吸柱P30的頂部。在解吸塔中，通過(guò)向塔上部移動(dòng)的蒸汽來(lái)剝除C02。在頂部上方跟隨(X)2的水和吸收劑在解吸器頂部上方的冷凝器P33中回收。蒸氣形成在重沸器P31中，從重沸器貧(X)2吸收劑P38經(jīng)由熱回收熱交換器P^和冷卻器1^9而泵入吸收柱P22的頂部。提供蒸汽作為氣流P61而至重沸器。隔離的CO2作為流P14離開(kāi)。圖2說(shuō)明了本發(fā)明實(shí)施例的主要流體流動(dòng)。廢氣10在一端進(jìn)入通道1。包括CO2吸收劑和稀釋劑的吸收液體從噴嘴裝置15噴入通道。主要沿廢氣流動(dòng)方向并且以足夠高速度而噴射吸收液體，以至少補(bǔ)償在通道第一部分中的壓力損失。吸收液體的液滴移動(dòng)穿過(guò)廢氣氣流并且從中吸收C02。在通道的較低部分處的收集點(diǎn)23處向上游收集富含(X)2的吸收液體。借由除霧器/液滴捕捉器的使用而收集液滴。富含CO2的吸收液體19經(jīng)由泵34而泵入連接至解吸設(shè)備的管道32。解吸設(shè)備可以是如圖1所示的傳統(tǒng)解吸設(shè)備，或者可以是用于從吸收劑液體中解吸(X)2的任何其他系統(tǒng)。在圖2所示實(shí)施例中，廢氣繼續(xù)向通道下游流動(dòng)，并且從噴嘴裝置17將第二吸收液體噴射為氣體。主要沿廢氣的流動(dòng)方向并且以足夠高的速度噴射吸收液體，以至少補(bǔ)償在通道的該第二部分中的壓力損失。吸收液體的液滴移動(dòng)穿過(guò)氣體流并且從中吸收C02。在通道底部的收集點(diǎn)M處向上游收集富含(X)2的吸收液體。在點(diǎn)M處收集到的富含(X)2的吸收液體經(jīng)由泵16向上泵入噴嘴裝置15。廢氣繼續(xù)在通道中向下游流動(dòng)，并且從噴嘴裝置將貧吸收液體40噴射為氣體。主要沿廢氣流動(dòng)方向并且以足夠高速度噴射吸收液體，以至少補(bǔ)償在通道的該第三部分中的壓力損失。吸收液體的液滴移動(dòng)穿過(guò)廢氣氣流并且從中吸收C02。在通道的較低部分處的收集點(diǎn)25處向上游收集富含(X)2的吸收液體。在點(diǎn)25處收集到的富含(X)2的吸收液體經(jīng)由泵18而向上泵入噴嘴裝置17。(X)2耗盡的廢氣在通道另一端作為流12離開(kāi)。通道可能是水平的，或者具有高達(dá)60度的角度。通道可能進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)除霧器或類似裝置以收集吸收液體的液滴。液滴將隨后以足夠高的速度導(dǎo)入以推動(dòng)氣流向前穿過(guò)除霧器。圖2說(shuō)明了在廢氣通道中的交叉流動(dòng)處理的基本結(jié)構(gòu)。在該圖中的噴嘴指向下方。但是，這僅是為了畫(huà)圖方便。意在指出噴嘴主要沿氣流方向，但是其他結(jié)構(gòu)也可以是可行的，例如指向多個(gè)方向的噴嘴陣列或群集?？山o出更多示例?？蓞⒄?qǐng)D3來(lái)描述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。廢氣進(jìn)入通常沒(méi)有處理設(shè)備的以150 -250米通向傳統(tǒng)CO2捕捉裝置的廢氣通道。在此出于簡(jiǎn)便，一進(jìn)入通道之后，廢氣在此，即為區(qū)域C，使用冷卻水噴射以形成直接接觸冷卻器。除了可能的凈化外，再循環(huán)冷卻水。再循環(huán)經(jīng)由泵和冷卻器達(dá)到該流與噴射噴嘴(霧化噴嘴)中的壓縮氣體混合的點(diǎn)。在該區(qū)域形成的液滴收集在下游的液滴捕捉器中。在另一實(shí)施例中，在通過(guò)噴射噴嘴排出之前使用泵將冷卻水的壓力增大至5 —lOObar，優(yōu)選地在5 — IObar范圍。吸收劑液體也可以相同方式導(dǎo)入通道。用于噴嘴噴射的氣體在壓縮機(jī)中壓縮，所有使用霧化噴嘴的噴嘴組件共用該壓縮機(jī)。在一個(gè)實(shí)施例中，吸入氣是從DCC區(qū)域液滴捕捉器的通道下游方便地提取的廢氣。已冷卻的廢氣現(xiàn)在進(jìn)入(X)2吸收區(qū)域Al，Al同時(shí)并交叉流地接觸經(jīng)過(guò)吸收工藝的最富含CO2吸收劑溶液。經(jīng)由噴嘴再次將液體噴入通道。在下游的液滴捕捉器中捕捉液體液滴。收集到的富吸收劑液體從Al區(qū)域泵入在此未進(jìn)一步描述的解吸工藝。從區(qū)域A2泵入噴入?yún)^(qū)域Al的液體吸收劑，其中廢氣中(X)2較少并且出口液體因此含有的(X)2比從Al區(qū)域出來(lái)的更少。圖4中顯示了用于CO2移除工藝的操作和平衡線。A2區(qū)域也具有如區(qū)域Al中相同模式的氣液接觸。至區(qū)域A2的液體來(lái)自區(qū)域A3，其中在廢氣和液體中CO2含量是最低的。噴入?yún)^(qū)域A3的吸收劑液體是在再生條件下從解吸工藝回來(lái)的貧吸收劑。區(qū)域A3下游的液滴捕捉器有利地設(shè)計(jì)為比其他區(qū)域執(zhí)行更嚴(yán)格的液滴捕捉，因?yàn)槲談┑娜魏位瑒?dòng)將對(duì)于吸收劑回收區(qū)域W造成更高要求。區(qū)域W的功能是基本清洗從區(qū)域A3出來(lái)的所有載有氣體的吸收劑。這是通過(guò)經(jīng)由泵和冷卻器在區(qū)域上方基本循環(huán)水來(lái)實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于再循環(huán)捕捉到的吸收劑的排放以及補(bǔ)充水流將方便地應(yīng)用于再循環(huán)流體。清洗液體中自由吸收劑的濃度及其溫度決定了從廢氣中移除吸收劑的可能性。這可能需要多于一個(gè)該清洗區(qū)域，并且可易于添加。已發(fā)現(xiàn)的是，液滴噴霧沿著通道將氣體推入不需要廢氣鼓風(fēng)機(jī)的程度。CO2吸收所需的級(jí)數(shù)與吸收劑流量之間存在平衡。原則上，如果循環(huán)足量液體一級(jí)就足夠了，但是這將需要大量液體。兩級(jí)或更多是可能的。在標(biāo)準(zhǔn)逆流吸收柱中，可能顯示2至3平衡級(jí)就足夠了。依照一個(gè)實(shí)施例，本發(fā)明可與預(yù)處理區(qū)域和廢氣再循環(huán)組合。這些特征詳細(xì)描述在圖5和6中。在圖5中，顯示了具有廢氣預(yù)處理的本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例。這有關(guān)于燃媒電站以及多個(gè)工業(yè)設(shè)施，其中需要回收co2。預(yù)處理可具有一個(gè)或多個(gè)任務(wù)。例如可以是海水清洗，利用海水的緩沖特性以從廢氣中吸收so2。如果并未完成，SOdf不可逆地與用于捕捉(X)2的堿性吸收劑反應(yīng)，因此導(dǎo)致更大損耗。這種工藝也可凈化廢氣中的顆粒。這些功能通常將要求位于煤燃燒的下游。從鋁熔爐來(lái)的廢氣可能包含HF，并且將給出更多示例。在預(yù)處理區(qū)域中的流體再生例如可以是過(guò)濾器以容納顆粒。在吸收入海水的例子中，最佳做法是形成排放，其中SA作為亞硫酸鹽而用海水來(lái)輸送，在海水中亞硫酸鹽進(jìn)而將氧化成硫酸鹽，而硫酸鹽是在海水中已經(jīng)大量存在的物質(zhì)。預(yù)處理區(qū)域可如其他區(qū)域使用用于噴嘴和液滴捕捉器的相同技術(shù)。在圖6中，顯示了與預(yù)處理區(qū)域集成并且與廢氣再循環(huán)(EGR)組合的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。使用ERG的優(yōu)點(diǎn)在于廢氣流的體積大大減小，因此使得氣流區(qū)域中截面面積減小以及廢氣中CO2含量提高，這減少了處理的資本成本。
圖7是顯示了在氣體中移動(dòng)的液滴構(gòu)成的內(nèi)部循環(huán)模式的相對(duì)速度的截面圖。氣體運(yùn)動(dòng)是沿水平方向，并且導(dǎo)致圓環(huán)狀的環(huán)形流動(dòng)，如已知為希爾渦流(Hill’ s vortex).內(nèi)循環(huán)的起因是在液滴表面處由氣體沿著表面移動(dòng)形成的剪切力。已知的是，液滴移動(dòng)穿過(guò)粘性流體，例如包括(X)2的氣流，由于周圍流體是在界面處施加的剪切力，這將促使內(nèi)部循環(huán)。邊界層厚度的減小大大增強(qiáng)了熱量和物質(zhì)轉(zhuǎn)移。與所謂的剛性液滴(也即沒(méi)有或很少內(nèi)部循環(huán)的液滴)相比，具有內(nèi)部循環(huán)的液滴的轉(zhuǎn)移系數(shù)至少為其2 — 4倍。依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，通過(guò)使用霧化噴嘴15、17和40將吸收劑液體例如胺導(dǎo)入或噴入通道1。包括包含ω2的氣流的廢氣10以5 — 15m/s的速度穿過(guò)通道1。廢氣通道1的直徑可能取決于發(fā)電廠、水泥廠或類似物產(chǎn)生的廢氣量，但是在大多數(shù)情況下將在3與10米之間。廢氣通道中的流動(dòng)條件因此將很高湍流的，具有遠(yuǎn)大于100000的雷諾數(shù)。吸收液體以30 - 120m/s的速度作為小液滴離開(kāi)噴嘴15、17、40。預(yù)期的是，液滴離開(kāi)噴嘴1一 2秒后短時(shí)期內(nèi)將是湍流的。吸收液體的液滴和廢氣之間的相對(duì)速度差造成了施加在液滴上的高剪切應(yīng)力，這將有助于在液滴內(nèi)維持內(nèi)部循環(huán)并且可能在液滴內(nèi)維持湍流條件。鄰近噴嘴的區(qū)域中的質(zhì)量轉(zhuǎn)移因此將極其高。填料床吸收器的主要缺點(diǎn)在于從(X)2 (氣)向(X)2 (水溶)的質(zhì)量轉(zhuǎn)移的能力。質(zhì)量轉(zhuǎn)移速率取決于氣體薄膜厚度和相應(yīng)的擴(kuò)散。這些再次取決于流率。在填料床吸收器中，將發(fā)生層流，這導(dǎo)致與湍流條件相比從(X)2 (氣)向CO2 (水溶)的質(zhì)量轉(zhuǎn)移大大降低。通道1中的高湍流以及液滴中的湍流/內(nèi)部循環(huán)導(dǎo)致對(duì)于質(zhì)量轉(zhuǎn)移的阻抗大大降低。如與用于從廢氣10中吸收(X)2的傳統(tǒng)方法相比，由于薄膜厚度減小CO2從廢氣10向吸收液體的液滴的轉(zhuǎn)移將更高，并且(X)2 (水溶)的轉(zhuǎn)移不取決于擴(kuò)散而是取決于對(duì)流。與吸收劑的反應(yīng)將因此更快?？梢酝ㄟ^(guò)在一個(gè)或多個(gè)噴嘴之前改變吸收液體上的壓力、或者通過(guò)改變吸收液體流經(jīng)一個(gè)或多個(gè)噴嘴的速率而改變吸收液體的液滴的大小。一個(gè)或多個(gè)噴嘴的大小和形狀也可以影響吸收液體的液滴的大小。平均氣流速率和平均吸收液體的液滴速率之間的相對(duì)差也將影響液滴大小。如果當(dāng)吸收液體離開(kāi)吸收液體導(dǎo)引裝置時(shí)，平均氣流速度和平均吸收液體的液滴速度之間的速度比約大于3，優(yōu)選在6 — 10范圍內(nèi)，這將有助于確保在導(dǎo)入CO2氣流中的吸收液體的液滴速度中的內(nèi)部循環(huán)，并且吸收液體的液滴的沙得(Sauter)平均直徑保持相對(duì)較小，優(yōu)選為50 μ m — 500 μ m的量級(jí)。吸收液體的液滴穿過(guò)通道1的駐留或飛行時(shí)間也是重要的。當(dāng)吸收液體的液滴移動(dòng)穿過(guò)廢氣通道時(shí)，液滴和廢氣之間的初始碰撞將有助于液滴的進(jìn)一步霧化。同時(shí)，液滴上的剪切力/應(yīng)力將有助于在液滴內(nèi)維持內(nèi)部循環(huán)。在吸收液體的液滴飛行的這初始階段，CO2從廢氣至吸收液體的液滴的質(zhì)量轉(zhuǎn)移達(dá)到高峰。當(dāng)吸收液體的液滴沿著管道1移動(dòng)時(shí)，由于多次碰撞以及曳力(動(dòng)能從液滴轉(zhuǎn)移至廢氣)，速度下降。此外，吸收液體的液滴也可由于合并而增大尺寸，進(jìn)一步減小了它們的速度并且減小了有效液體表面積。由于與(X)2 (水溶)反應(yīng)，吸收液體的液滴也開(kāi)始飽和。結(jié)果，CO2從廢氣至吸收液體的液滴的質(zhì)量轉(zhuǎn)移開(kāi)始減小。在吸收液體的液滴導(dǎo)入通道1和(X)2從廢氣的完全減小的質(zhì)量轉(zhuǎn)移之間的該時(shí)間段，限定了氣流中吸收液體的液滴的所需駐留或飛行時(shí)間，并且因此也有助于確定在例如由液滴捕捉器收集吸收液體之前的通道1的優(yōu)選長(zhǎng)度。有鑒于此，可以理解的是，通道中的任何障礙物，例如填料床吸收器的填料材料等，將僅縮短駐留或飛行時(shí)間，并且因此不利于CO2從廢氣至吸收液體的液滴的質(zhì)量轉(zhuǎn)移。此外，通道中的任何障礙物，例如填料材料等，可增大沿通道的壓力損失，這需要優(yōu)選地避免。依照本發(fā)明，當(dāng)吸收液體的液滴為空氣傳播，即懸浮在包含(X)2的氣流中時(shí)，發(fā)生CO2的吸收。這也可以稱作捕捉階段。該捕捉階段發(fā)生在捕捉區(qū)域中。捕捉區(qū)域可以定位為吸收液體導(dǎo)入裝置和吸收液體導(dǎo)入裝置下游的吸收液體收集點(diǎn)之間的區(qū)域或體積。依照本發(fā)明，優(yōu)選地，該捕捉區(qū)域或捕捉階段中，沒(méi)有可能導(dǎo)致吸收液體收集在障礙物中或上的例如填料材料或其他表面的障礙物。通過(guò)當(dāng)吸收液體為空氣傳播或懸浮在氣流中時(shí)提供CO2從氣流至吸收液體的轉(zhuǎn)移而得到了本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)。但是，依照本發(fā)明可能的是，在捕捉區(qū)域之后提供進(jìn)一步的包括填料床吸收器或某些其他捕捉裝置的CO2捕捉級(jí)。例如，用于在吸收液體導(dǎo)入裝置15、17、40的下游收集(X)2飽和吸收液體的液滴的收集裝置23可部分地包括填料床吸收器或某些其他捕捉裝置。依照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，導(dǎo)入氣流的吸收液體的溫度在20°C至80°C范圍內(nèi)，優(yōu)選地在20°C至50°C范圍內(nèi)。但是，這取決于所使用的吸收液體的種類，并且可能的是可利用具有其他溫度范圍的其他吸收液體。需要理解的是，甚至當(dāng)改變工藝的各種參數(shù)時(shí)可以得到本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于CO2從廢氣至吸收液體的液滴的質(zhì)量轉(zhuǎn)移有影響的參數(shù)包括
一通道直徑一通道形狀一通道長(zhǎng)度
一吸收液體的液滴的駐留或飛行時(shí)間
—通道表面
一噴嘴數(shù)目
一噴嘴布置
一噴嘴的形狀和設(shè)計(jì)
一排出噴嘴之前吸收液體的液滴的壓力
一吸收液體的液滴流過(guò)噴嘴的流率
一廢氣速度
一吸收液體的液滴速度
一廢氣和吸收液體的液滴之間的速度比
一吸收液體的液滴的溫度
一廢氣的溫度
一廢氣中(X)2的濃度
一廢氣的流率
一吸收液體的濃度
一吸收液體的粘性寸寸。閱讀了以上內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠依照以下權(quán)利要求實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的益處，只要調(diào)整所列出的參數(shù)以使得
一借由吸收液體的液滴在捕捉階段從氣流中捕捉CO2，其中吸收液體的液滴在捕捉階段是空氣傳播的；
一以足夠高的速度將吸收液體的液滴導(dǎo)入氣流中以便確保吸收液體的液滴內(nèi)的內(nèi)部循環(huán)，以及
一以50μπι — 500μπι范圍內(nèi)的沙得平均直徑將吸收液體的液滴導(dǎo)入氣流中。
權(quán)利要求
1.一種用于從氣流中捕捉CO2的方法，包括以下步驟主要沿氣體的流動(dòng)方向?qū)⑽找后w的液滴導(dǎo)入氣流中；其特征在于以下步驟借由吸收液體的液滴在捕捉階段從氣流中捕捉co2，其中，吸收液體的液滴在捕捉階段是空氣傳播的；以足夠高的速度將吸收液體的液滴導(dǎo)入氣流中以便確保在吸收液體的液滴內(nèi)的內(nèi)部循環(huán)；以及提供導(dǎo)入氣流中的吸收液體的液滴的沙得平均直徑在50 μ m — 500 μ m范圍內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，當(dāng)吸收液體離開(kāi)吸收液體導(dǎo)入裝置時(shí)，平均氣流速度和平均吸收液體的液滴速度之間的速度比大于3，優(yōu)選地在6 — 10范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，導(dǎo)入氣流的吸收液體的溫度在20°C至80°C范圍內(nèi)，優(yōu)選地在20°C至50°C范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1一 3所述的方法，其中，包括CO2的氣流具有5 - 15m/s的速度，并且吸收液體的液滴具有30 - 120m/s的速度，氣流速度和吸收液體的液滴速度大體上平行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1一 4所述的方法，其中，在吸收液體導(dǎo)入裝置的下游收集富含(X)2的吸收液體的液滴。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，以足夠高的速度導(dǎo)入吸收液體的液滴以便使得氣流穿過(guò)(X)2捕捉階段而不使用用于壓縮氣流的額外設(shè)備。
7.根據(jù)權(quán)利要求5- 6所述的方法，其中，在吸收液體導(dǎo)入裝置和(X)2飽和吸收液體的液滴的收集之間沒(méi)有中間物。
8.根據(jù)權(quán)利要求1一 7所述的方法，其中，CO2氣流為高湍流的。
9.一種用于從氣流中捕捉CO2的設(shè)備，包括吸收液體導(dǎo)入裝置(15、17、40)，用于主要沿CO2氣流(10)的流動(dòng)方向?qū)胛找后w的液滴，其特征在于設(shè)備包括捕捉區(qū)域，在捕捉區(qū)域中吸收液體的液滴從氣流(10)捕捉C02，其中吸收液體的液滴在整個(gè)捕捉區(qū)域中是空氣傳播的；設(shè)備適用于以足夠高的速度導(dǎo)入吸收液體的液滴以便確保吸收液體的液滴內(nèi)的內(nèi)部循環(huán)，以及設(shè)備適用于提供具有在50 μ m — 500 μ m范圍內(nèi)的沙得平均直徑的吸收液體的液滴。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中，以30— 120m/s的速度將貧吸收液體的液滴導(dǎo)入CO2氣流(10)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9- 10所述的設(shè)備，其中，CO2氣流(10)具有5 - 15m/s的速度。
12.根據(jù)權(quán)利要求9一 11所述的設(shè)備，包括收集裝置(23)，用于在吸收液體導(dǎo)入裝置(15、17、40)和捕捉區(qū)域的下游收集(X)2飽和吸收液體的液滴。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中，吸收液體導(dǎo)入裝置(15、17、40)適用于以足夠高的速度導(dǎo)入吸收液體的液滴以使得氣流流過(guò)設(shè)備而不使用用于壓縮氣流(10)的額外設(shè)備。
14.根據(jù)權(quán)利要求12— 13所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括，在吸收液體導(dǎo)入裝置(15、17、40)和(X)2飽和吸收液體的液滴的收集裝置(23)之間沒(méi)有中間物。
15.根據(jù)權(quán)利要求9一 14所述的設(shè)備，包括用于導(dǎo)入CO2氣流(10)的管道(1)，其中，管道(1)具有吸收液體導(dǎo)入裝置(15、17、40)和用于在吸收液體導(dǎo)入裝置(15、17、40)下游收集吸收液體的液滴的收集裝置(23)，管道(1)限定了在吸收液體導(dǎo)入裝置(15、17、40)與用于收集吸收液體的液滴的收集裝置(23)之間的捕捉區(qū)域。
16.根據(jù)權(quán)利要求9一 15所述的設(shè)備，其中，氣流(10)是高湍流的。
17.根據(jù)權(quán)利要求9一 16所述的設(shè)備，其中，當(dāng)吸收液體離開(kāi)吸收液體導(dǎo)入裝置時(shí)，平均(X)2氣流速度與平均吸收液體的液滴速度的速度比大于3，優(yōu)選地在6 - 10的范圍內(nèi)。
18.根據(jù)權(quán)利要求9一 17所述的設(shè)備，其中，吸收液體導(dǎo)入裝置(15、17、40)包括一個(gè)或多個(gè)噴嘴。
19.根據(jù)權(quán)利要求9一 18所述的設(shè)備，其中，用于收集吸收液體的液滴的收集裝置(23)包括液滴捕捉器和/或除霧器。
全文摘要
公開(kāi)了一種用于通過(guò)主要沿氣體流動(dòng)方向?qū)⑽找后w(15、17、40)的液滴導(dǎo)入氣流中以從氣流(10)捕捉CO2的方法。依照本發(fā)明，借由吸收液體的液滴在捕捉階段從氣流捕捉CO2，其中，在捕捉階段吸收液體的液滴是空氣傳播的，以足夠高的速度將吸收液體的液滴導(dǎo)入氣流以確保吸收液體的液滴內(nèi)的內(nèi)部循環(huán)，并且以5010E-6～50010E-6*m的范圍內(nèi)的沙得平均直徑將吸收液體的液滴導(dǎo)入氣流中。也公開(kāi)了一種適用于執(zhí)行所述方法的設(shè)備。
文檔編號(hào)B01D53/18GK102596366SQ201080040239
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2010年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月10日
發(fā)明者D.A.艾默, K.I.阿森, N.H.埃爾德魯普, T.菲夫蘭 申請(qǐng)人:挪威國(guó)家石油公司