專利名稱：旋轉(zhuǎn)的解吸器葉輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于從廢氣流中移除并且回收(X)2的設(shè)備和方法。此外，本發(fā)明涉及一種用于從液體吸收劑中解吸(X)2的設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
近些年期間，由于與(X)2向大氣釋放相關(guān)的環(huán)境問題而提高了對(duì)于(X)2捕捉的關(guān)注。從廢氣中移除(X)2的傳統(tǒng)方法通過使用標(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移除跟隨廢氣而源自(X)2移除區(qū)的殘余吸收劑。將源自吸收器底部的富含(X)2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，在位于柱底部處的重沸器中產(chǎn)生的蒸汽剝除了 co2。該蒸汽向塔上部移動(dòng)而作為(X)2的稀釋劑，盡管一些蒸汽冷凝以為CO2提供吸收熱。在頂部上方跟隨CO2的水和吸收劑回收在解吸體頂部上方的冷凝器中。重沸器中形成了蒸氣，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。EPO 020 055 Al教導(dǎo)了例如如何可以通過在填料床的核心導(dǎo)入液體并且從外圍導(dǎo)入氣體從而在旋轉(zhuǎn)填料床中使得氣體和液體可以逆流地接觸。進(jìn)一步由Ramshaw (熱回收系統(tǒng)和CHP，卷13，期6，493-513頁，1993年)可知，旋轉(zhuǎn)填料床也可以適用于在外圍具有熱交換器，并且該熱交換器可以用作重沸器。JP1066420公開了一種用于采用吸收流體從工作流體中分離(X)2的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括兩個(gè)旋轉(zhuǎn)的缸以及設(shè)置在該兩個(gè)缸之間的噴射噴嘴。未公開解吸系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種對(duì)于結(jié)構(gòu)、操作和維護(hù)而言均具有成本效率的小型解吸系統(tǒng)。此外，本發(fā)明的目的在于通過限制解吸器中吸收流體的駐留時(shí)間而減小吸收溶液的熱退化。依照本發(fā)明，借由依照所附獨(dú)立權(quán)利要求的設(shè)備和方法來達(dá)到上述目的。此外，在從屬權(quán)利要求中描述了其他有利特征。本發(fā)明可以用于來自不同種類設(shè)施的氣體的連接。這些設(shè)施可以包括組合循環(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?的廢氣類似源的蒸汽重整。本發(fā)明可以使用任何種類的液體CO2吸收劑，包括吸收劑和液體稀釋劑。合適的吸收劑的示例包括胺基吸收劑，例如伯胺、仲胺和叔胺，合適的胺的一個(gè)公知的示例是單乙醇胺(MEA)。在那些具有合適的沸點(diǎn)、并且在合適的溫度和壓力間隔下穩(wěn)定和對(duì)于吸收劑未惰性的稀釋劑中選擇液體稀釋劑。合適的稀釋劑的示例是水。
本發(fā)明的有利方面在于，可能將例如五個(gè)處理設(shè)備單元或單元功能的多個(gè)處理設(shè)備組合為更少的可能為一個(gè)小型單元。單元的減小的尺寸允許非常小型的結(jié)構(gòu)，并且一個(gè)或多個(gè)單元可以組裝在一個(gè)平臺(tái)上。關(guān)于旋轉(zhuǎn)填料床，本發(fā)明提供了一種解決徑向中空間以及內(nèi)部和外側(cè)之間離心加速差的問題的方案，本發(fā)明也在緊貼質(zhì)量轉(zhuǎn)移和重沸器區(qū)域的平面處或在其上方/下方提供了集成的冷凝器。本發(fā)明可提供了與現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)的以下問題的解決方案
小型技術(shù)使用較少的材料，極大減少了管線需要，并且消除了如傳統(tǒng)的柱所需的對(duì)于離地高處工作的需要。期望這極大減少了解吸單元的成本。通過允許小型設(shè)備單元制造得更小型化并且通過其緊湊性，可消除慣有的接收容器和回流泵。這些是傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)并且因此替換了 5個(gè)量級(jí)的傳統(tǒng)單元。依照本發(fā)明，在旋轉(zhuǎn)解吸器葉輪中吸收液體具有非常短的駐留時(shí)間。因此，吸收溶液的熱退化預(yù)期與傳統(tǒng)解決方案相比大大減小。通過依照權(quán)利要求1的設(shè)備以及依照權(quán)利要求9的方法來達(dá)到這些和其他目標(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。


以下將參照附圖進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明，其中 圖1說明了依照本發(fā)明第一實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)解吸器；
圖2說明了依照本發(fā)明第二實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)裝置，其中旋轉(zhuǎn)裝置包括集成的旋轉(zhuǎn)重沸器和解吸器填料以及固定的冷凝器；
圖3說明了依照本發(fā)明第三實(shí)施例的重沸解吸器； 圖4說明了依照本發(fā)明第四實(shí)施例的吸收劑回流冷凝器的使用； 圖5說明了依照本發(fā)明第五實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)解吸器的實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式在傳統(tǒng)技術(shù)中，在解吸區(qū)域需要五個(gè)量級(jí)的設(shè)備，也即柱、重沸器、冷凝器、冷凝物接收容器以及回流泵。依照本發(fā)明，這些都可以結(jié)合在一件或兩件設(shè)備中，因此消除了大量管線連接以及工藝控制功能。這種簡(jiǎn)化導(dǎo)致直接成本節(jié)省，但是也可以預(yù)期關(guān)于建筑安裝、 管線和工藝控制的大量成本節(jié)省。對(duì)于傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)填料床，難以在核心區(qū)域找到足夠空間以允許集成冷凝器的結(jié)合。依照本發(fā)明，減輕了這些限制，允許在質(zhì)量轉(zhuǎn)移和重沸器區(qū)域的上方/下方或緊貼的高度處提供集成冷凝器。本發(fā)明因此大大解決了徑向中空間以及內(nèi)部和外周之間離心加速度差的問題。解吸工藝中工藝設(shè)備的進(jìn)一步改進(jìn)在于減小了大小。因此使用較少的材料，需要較小的面積，并且進(jìn)一步簡(jiǎn)易了建筑安裝。在圖1中說明了本發(fā)明的第一實(shí)施例，顯示了沿旋轉(zhuǎn)的豎直軸線的截面圖。設(shè)備包括具有雙層的旋轉(zhuǎn)裝置。在下層具有剝離器單元，包括靠近內(nèi)部核心的旋轉(zhuǎn)填料床12。 在該解吸器填料12中，從富吸收劑中解吸CO2,富吸收劑通過管道2進(jìn)入并且經(jīng)由噴嘴3分配在核心處。主要通過水蒸汽以逆流方式從外圍流入、并且通過部分的該水蒸氣凝結(jié)因此為(X)2的吸熱解吸提供熱量，從而實(shí)現(xiàn)解吸。在形成了剝離器單元的外圍部分的重沸器區(qū)域14中形成了向內(nèi)的蒸汽流13。一部分液體15貧含CO2并且由于旋轉(zhuǎn)而徑向向外移動(dòng)， 在該熱交換器/重沸器區(qū)域的溫暖側(cè)上的冷凝蒸汽引起了該一部分液體15的蒸發(fā)。蒸汽 4送入核心并且在其為重沸器區(qū)域14供熱之后也在核心處作為冷凝物6而離開。液體18 大大剝除了 (X)2并且允許在重沸器區(qū)域14的外周離開旋轉(zhuǎn)裝置。來自旋轉(zhuǎn)填料床而到達(dá)核心的蒸氣流20上升到上層，在上層處該蒸氣流向外流入冷凝器16，并且間接接觸的冷卻劑 8冷凝了稀釋劑蒸汽。在核心處加熱的冷卻劑作為流10離開冷凝器。在外周處，離開冷凝器16的氣流M主要是(X)2并且氣流M適用于干燥以及如果需要分離的話也適用于壓縮。 離開外周的液體流22包括已冷凝的稀釋劑和吸收劑，并且該流體經(jīng)由噴嘴5而回到下層處的核心。經(jīng)由噴嘴分配在所示實(shí)施例中導(dǎo)入核心的液體2、22。但是，也可使用其他輸送液體裝置，例如穿孔管或類似物。圖2顯示了本發(fā)明的第二實(shí)施例。在此相同的附圖標(biāo)記用于那些與圖1所示第一實(shí)施例相比未改變的部件。在第二實(shí)施例中，下層與圖1中第一實(shí)施例相比未改變，除了添加了外殼30，顯示了上層并非旋轉(zhuǎn)裝置的一部分。包括CO2、稀釋劑和吸收劑的解吸器塔頂餾出物20送入傳統(tǒng)的冷凝器116并且與冷卻劑108構(gòu)成間接接觸。冷卻劑吸收熱量并且通過管道110離開。冷卻劑可以是冷卻水或其他合適的冷卻液體。冷凝在冷凝器116中的液體回到下層，作為包括了稀釋劑和吸收劑的回流物22。冷凝器外的蒸氣流124將包含已解吸的(X)2，適用于干燥以及如果需要分離的話適用于壓縮。圖3中顯示了本發(fā)明的第三實(shí)施例。解吸區(qū)域17構(gòu)造為重沸器，僅沒有分開質(zhì)量轉(zhuǎn)移剝除區(qū)域和正式的重沸器。重沸器熱轉(zhuǎn)移區(qū)域因此兼做沿著區(qū)域中液滴表面的質(zhì)量轉(zhuǎn)移區(qū)域，并且所有的C02的解吸都在重沸器中執(zhí)行。因?yàn)樵诒景l(fā)明中的重沸器設(shè)計(jì)生來是穿過剝除單元的液體流而具有受限的反混，液體放射狀向外逆流地流動(dòng)為持續(xù)形成在重沸器壁上的蒸汽。本實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于與圖2所示的第二實(shí)施例相比具有更簡(jiǎn)易的結(jié)構(gòu)。在圖4中，顯示了本發(fā)明的第四實(shí)施例，可以使用圖2或3所示的任一實(shí)施例。進(jìn)一步的改進(jìn)由回流冷凝器21構(gòu)成，位于外殼30內(nèi)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與固定冷凝器116之間。通過在該點(diǎn)處施加受限的冷凝，可能冷凝最不揮發(fā)的蒸汽組分，通常是貴重吸收劑，并且也冷凝的一些水有助于該吸收劑的分離，因此形成了回流物浸潤(rùn)壁的柱或等價(jià)物。解吸器塔頂餾出物20送入回流冷凝器中，并且該流未冷凝部分送入主冷凝器116中。來自主冷凝器116 的冷凝物作為流25而送入回流冷凝器21的頂部?；旌系囊后w冷凝物流經(jīng)由管道22回到下層。這導(dǎo)致了小蒸餾的發(fā)生。在未示出的另一實(shí)施例中，可能出于工藝中某些其他優(yōu)點(diǎn)而規(guī)劃來自主冷凝器 116的冷的冷凝物的路徑，因此減少了對(duì)于向重沸器等價(jià)物供熱以將所述冷凝物加熱至貧吸收劑溫度的需要。在又一實(shí)施例中，所述的回流冷凝器可安裝在位于下層上的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的核心中， 并且隨著機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，并且來自冷凝器的某些冷凝物可以用于回流。盡管在大部分所示實(shí)施例中軸線是豎直對(duì)準(zhǔn)的，旋轉(zhuǎn)軸線也可以是水平對(duì)準(zhǔn)的。 旋轉(zhuǎn)速度將使得液體徑向傳播，因此使得蒸汽相朝向旋轉(zhuǎn)軸線移動(dòng)。
圖5顯示了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中旋轉(zhuǎn)軸線水平對(duì)準(zhǔn)。該實(shí)施例具有與圖1 和3所示實(shí)施例類似的許多部件。圖5說明了該實(shí)施例中流動(dòng)的方向。相同元件標(biāo)記為相同的附圖標(biāo)記，除了增加附圖標(biāo)記300不同之外。圖5顯示了集成管狀重沸器和剝離器。在所示實(shí)施例中，重沸器單元317標(biāo)記為具有多個(gè)用于供熱的小直徑管。蒸汽通過管道304提供并且穿過平行于旋轉(zhuǎn)軸線的管。管與管道306連通以便移除冷凝物。為了說明的目的，在旋轉(zhuǎn)軸線的每一側(cè)顯示了三個(gè)管，但是重沸器可包含任意數(shù)目的管。在該實(shí)施例中，剝離器集成在重沸器中。富含CO2的吸收劑經(jīng)由管道302導(dǎo)入并且當(dāng)吸收劑溶液導(dǎo)入單元317時(shí)將發(fā)生剝離。已耗盡的吸收劑溶液在外圍作為流318而離開重沸器單元317。包括(X)2的蒸汽相在中心附近離開重沸器而進(jìn)入管道320，并且隨后在外圍引導(dǎo)進(jìn)入第一冷凝器316。為了形成用于質(zhì)量轉(zhuǎn)移的額外表面區(qū)域，本發(fā)明的一個(gè)方面提供了在重沸器管排之間包括包薄金屬網(wǎng)格層，例如9mm中心直徑的6mm管將使得重沸器具有233m2/m3的比表面積。當(dāng)然也可能同等地使用其他尺寸和結(jié)構(gòu)。具有0. 5 — Imm線直徑的精細(xì)金屬網(wǎng)格取決于網(wǎng)格間距而具有1000m2/m3以上的比表面積。小管可以使用傳統(tǒng)的輥軸擴(kuò)展技術(shù)而固定至端面板。在該實(shí)施例中，提出了在重沸器中使用水平管并且省略了傾斜。這主要是因?yàn)樵O(shè)計(jì)以及制造考慮。該方案要求管在兩端均開口，在最靠近冷凝器區(qū)域316的端部具有冷凝物排放裝置。從304流至306的蒸汽，從左向右流動(dòng)并且逐漸轉(zhuǎn)化為冷凝物并且通過306排放至右側(cè)。可在相同的軸線位置處的位于定子缸上的流體機(jī)械密封物中移除冷凝物，而不是使用至定子端蓋的特殊回流通道。在本發(fā)明的一個(gè)方面，在用于供熱的管排之間包括了過濾盤或穿孔板而不是薄金屬網(wǎng)格，過濾盤/穿孔板將增大液體氣體接觸面積并且也有助于增強(qiáng)液相的分配。在本發(fā)明的另一方面，在管排之間包括了小的球狀元件。由于蒸汽消耗考慮，優(yōu)選地使用具有朝向旋轉(zhuǎn)中心的氣流以及朝向外圍的吸收劑流的設(shè)計(jì)。因此，必須從中心向冷凝器區(qū)域316導(dǎo)引氣體。這可以通過包括具有剛性鋼板的徑流通道而實(shí)現(xiàn)。圖5所示的實(shí)施例包括兩級(jí)冷凝器316和346。冷卻流體通過管道308進(jìn)入中心并且在冷卻液通過設(shè)置在中心的管道310離開之前，首先供應(yīng)至第二冷凝器346而隨后送至第一冷凝器316。在本發(fā)明的另一方面，通過沿著中心、但是在重沸器側(cè)面具有入口和出口的管道供應(yīng)冷卻液。在第一冷凝器316中，稀釋劑和吸收劑凝結(jié)并且將由于旋轉(zhuǎn)而輸送至外圍而作為流322離開冷凝器316。流322可作為回流物回到重沸器317。在第一冷凝器中氣體混合物上方的冷凝后蒸汽的回流物，成為流322，將視作有助于消除回收(X)2中的吸收劑蒸汽。在第二冷凝器346中，大體不含吸收劑的稀釋劑冷凝并且作為流342離開冷凝器。如果水用作稀釋劑，本發(fā)明一個(gè)方面中可使用得到的水流作為吸收工藝中的清洗液體以從(X)2耗盡的廢氣流中移除吸收劑的殘留。冷凝器外的流3M將包含被吸收的CO2，適用于干燥并且如果需要分度的話也適用于壓縮。旋轉(zhuǎn)解吸器葉輪的結(jié)構(gòu)在圖5所示的軸線中心平面的每一側(cè)上具有兩鏡像解吸器和冷凝器區(qū)域，該結(jié)構(gòu)解決了某些關(guān)鍵的機(jī)械挑戰(zhàn)。由供應(yīng)以用于工藝的加熱的高壓蒸汽引起的對(duì)于解吸器的軸向載荷大于100噸。該對(duì)稱結(jié)構(gòu)意味著，通過相對(duì)的解吸器的載荷而消除了每個(gè)解吸器上的載荷。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，流至每個(gè)部分的質(zhì)量和能量減少了 50%，這使得易于控制液體/氣體的流入和流出。
將重沸器分開為兩區(qū)域使得能夠處理大容積吸收劑，大于250升每秒，這視作非常大的容積。此外，另一優(yōu)點(diǎn)在于，就單位體積的鋼鐵質(zhì)量而言，解吸器區(qū)域是轉(zhuǎn)子的小型部件。將重沸器分開為兩個(gè)區(qū)域并且將它們安裝為盡可能地靠近軸的主軸承，這大大減小了旋轉(zhuǎn)設(shè)備的機(jī)械載荷。依照本發(fā)明提供的對(duì)稱結(jié)構(gòu)的又一優(yōu)點(diǎn)在于，旋轉(zhuǎn)解吸器輕易地處理吸收劑的變化體積。燃?xì)怆娬净蛉济弘娬静⒉豢偸枪ぷ髟?00%，而需要清潔CO2的廢氣體積將改變。 液體吸收劑的體積將因此改變。因?yàn)橐后w吸收劑相等地分配至兩個(gè)重沸器區(qū)域，重量平衡問題不再是問題。
權(quán)利要求
1.一種用于從吸收流體中解吸(X)2的系統(tǒng)，包括 缸，具有開放的內(nèi)部核心，重沸器(317)，包括設(shè)置在缸的內(nèi)部核心和周圍之間的剝離器單元， 其中，包括剝離器單元的重沸器(317)圍繞穿過核心的軸線可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置， 該系統(tǒng)進(jìn)一步包括冷凝器(316、346)，可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在缸附近并且圍繞相同的軸線可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置，包括剝離器單元的重沸器(317)與冷凝器(316、346)圍繞穿過核心的旋轉(zhuǎn)軸線對(duì)稱地設(shè)置，以及，穿過系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)部件的所有流體路徑均設(shè)置為當(dāng)系統(tǒng)工作時(shí)提供對(duì)稱以及重量平衡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括管道(302)，用于供應(yīng)富含 CO2的吸收流體至內(nèi)部核心；結(jié)構(gòu)(318)，用于在缸的外周排出貧吸收劑；裝置(304、306)， 用于為剝離器單元的至少周圍部分供熱；以及氣體出口(320)，設(shè)置在內(nèi)部核心附近。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，冷凝器(316、346)的氣體入口(320)設(shè)置在冷凝器(316、346)的外周附近，并且冷凝器(316、346)的液體出口設(shè)置在氣體入口(320)附近。
4.根據(jù)權(quán)利要求1一 3所述的系統(tǒng)，其中，冷凝器(316、346)設(shè)置在缸的第一端附近， 具有與來自核心的蒸氣出口流體連通的流體入口，以及與缸的核心和(X)2出口流體連通的液體出口，并且通過與流經(jīng)管道(308、310)的冷卻劑間接接觸而冷卻冷凝器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中，熱量施加至整個(gè)剝離器單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2的系統(tǒng)，其中，剝離器單元靠近軸線的內(nèi)部部分是沒有外部熱源的解吸器部分，但是剝離器單元的周圍部件被加熱以作為重沸器。
7.一種用于從富含(X)2吸收流體中解吸(X)2的方法，包括步驟將富含(X)2吸收劑送入旋轉(zhuǎn)缸的核心，缸包括集成的重沸器(317)和剝離器單元； 供應(yīng)熱至剝離器單元的至少周圍部分； 從缸的周圍部分移除液體貧吸收劑和稀釋劑； 從缸的核心部分移除包括CO2、稀釋劑和貧吸收劑的蒸氣； 將包括CO2、稀釋劑和貧吸收劑的蒸氣送入旋轉(zhuǎn)冷凝器(316、346)；以及在旋轉(zhuǎn)冷凝器(316、346)中冷凝包括CO2、稀釋劑和貧吸收劑的蒸氣的主要部分，從旋轉(zhuǎn)冷凝器(316、346)形成稀釋劑和貧吸收劑的液體流、以及富含CO2的蒸氣流。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于從吸收流體中解吸CO2的系統(tǒng)，包括具有開放的內(nèi)部核心的缸；包括設(shè)置在缸的內(nèi)部核心和周圍之間的剝離器單元的重沸器(317)，其中，包括剝離器單元的重沸器(317)圍繞穿過核心的軸線可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在缸附近并且圍繞相同軸線可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置的冷凝器(316、346)，其中，該系統(tǒng)的所有部分均圍繞穿過核心的旋轉(zhuǎn)軸線對(duì)稱地設(shè)置，并且穿過系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)部分的所有流體路徑設(shè)置為當(dāng)系統(tǒng)工作時(shí)提供對(duì)稱以及重量平衡。本發(fā)明也涉及以一種用于解吸CO2的方法。
文檔編號(hào)B01D3/30GK102574047SQ201080040246
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2010年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月10日
發(fā)明者A.斯特蘭德, D.A.艾默, T.菲夫蘭 申請(qǐng)人:挪威國(guó)家石油公司