專利名稱：從工藝氣體中除去二氧化碳的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種通過使エ藝氣體與氨化溶液接觸來從エ藝氣體中除去ニ氧化碳的方法。背景
現(xiàn)今世界上使用的大部分能量來源于諸如煤炭、石油和天然氣以及其他有機燃料的含碳和氫的燃料的燃燒。這類燃燒產(chǎn)生含有大量ニ氧化碳的煙道氣。由于對于全球變暖的擔憂，日益需要降低ニ氧化碳向大氣的排放，因此開發(fā)了在將煙道氣釋放到大氣之前從煙道氣中除去ニ氧化碳的方法WO 2006/022885公開了從煙道氣中除去ニ氧化碳的這類方法，該方法包括在CO2吸收器中借助于氨化溶液或漿料從煙道氣中捕集ニ氧化碳。CO2在吸收器中在約(TC -200C的降低溫度下被氨化溶液吸收，此后使氨化溶液在再生器中在高壓和高溫下再生以允許CO2作為高純度的氣態(tài)ニ氧化碳逸出氨化溶液。概述
本發(fā)明的ー個目的在于改善用氨化溶液進行ニ氧化碳吸收的方法。根據(jù)ー個方面，該目的以及將從以下論述中顯而易見的其他目的由從エ藝氣體中除去ニ氧化碳的方法實現(xiàn)，所述方法包括a)允許氨化溶液進入吸收配置，所述吸收配置至少包括第一吸收器；b)使所述氨化溶液在所述第一吸收器中與エ藝氣體接觸，所述氨化溶液捕集所述エ藝氣體的至少一部分ニ氧化碳；c)允許所述氨化溶液離開所述吸收配置；d)冷卻所述氨化溶液，其中所述捕集的ニ氧化碳的至少一部分作為固體鹽沉淀；e)允許所述冷卻的氨化溶液進入分離器，在所述分離器中從所述氨化溶液中除去所述沉淀固體的至少一部分，此后允許所述氨化溶液離開所述分離器ば)加熱所述氨化溶液；和g)允許所述加熱的氨化溶液再進入所述吸收配置。所述吸收配置可包括一個或數(shù)個吸收器。在其最簡單的設計中，吸收配置可僅包括一個吸收器。該簡單設計也將簡化ニ氧化碳去除方法且將降低配置的維修成本。所述ー個或多個吸收器可為允許在吸收器內(nèi)發(fā)生氨化溶液與エ藝氣體之間的直接接觸的任何設計。通過使氨化溶液與エ藝氣體接觸，可將ニ氧化碳從エ藝氣體中除去，并通過穿過エ藝氣體與氨化溶液之間形成的界面而由氨化溶液捕集。氨化溶液可捕集多少ニ氧化碳是有限度的，即，等到氨化溶液達到飽和吋。該極限取決于例如溶液的溫度和壓力。通過冷卻氨化溶液，該溶液溶解ニ氧化碳的能力降低，由此使至少一部分捕集的ニ氧化碳作為固體鹽沉淀。即使氨化溶液在吸收配置中沒有達到飽和且在冷卻溶液之前沒有固體沉淀，在d)中氨化溶液的冷卻也允許捕集的ニ氧化碳以固體鹽形式沉淀。因此，至少一部分捕集的ニ氧化碳可通過除去至少一部分沉淀的固體而由分離器從氨化溶液中分離。離開分離器的氨化溶液可被ニ氧化碳飽和，因為分離器僅可除去以固體沉淀形式的ニ氧化碳。通過在f)中加熱氨化溶液，溶液溶解ニ氧化碳的能力増加，允許氨化溶返回吸收配置以在無固體沉淀的情況下捕集更多的ニ氧化碳。通過冷卻氨化溶液，除去固體并重新加熱溶液，可使大部分氨化溶液返回吸收配置以在不使固體沉淀的情況下捕集更多的ニ氧化碳。因此，不需要使整個溶液物流再生。相反，將量小得多的固體和任選的由分離器除去且具有高得多的ニ氧化碳濃度的ー些溶液轉移到再生器中。因為再生器將增加的壓カ和溫度施加到正再生的溶液、懸浮液或漿料以獲得高純度的離開ニ氧化碳，如果溶液、懸浮液或漿料的量降低且ニ氧化碳濃度増加，則能量消耗大大降低。并且，盡管離開吸收配置的氨化溶液不含沉淀的固體，但通過借助于冷卻氨化溶液誘發(fā)固體沉淀可將固體鹽形式的ニ氧化碳從氨化溶液中除去，即，離開吸收配置的氨化溶液可能富集ニ氧化碳，但沒有完全飽 和或過飽和，而仍然允許由分離器除去固體形式的ニ氧化碳。這意味著，與如果不進行冷卻相比較，可降低或甚至完全停止固體在吸收配置和吸收器內(nèi)的沉淀。固體的沉淀可能不合需要，因為固體可能堵塞管道、閥門、泵、吸收器等，且也可能増加吸收配置因由氨化溶液流動引起的摩擦増加而導致的磨損。如果在吸收配置中沒有沉淀或僅有減少的沉淀，則吸收配置不必設計用來容納氨化溶液中的固體粒子，由此吸收配置可以更簡單的方式設計且例如如果使用填充材料，則通過在吸收器中的更有效的填充材料進行更高效的ニ氧化碳捕集，不然所述填充材料可能被堵塞且導致過度壓降。并且，可大大減少吸收配置的維修。隨著氨化溶液接觸在第一吸收器中的エ藝氣體，可方便地控制氨化溶液的溫度，因此，也可控制第一吸收器的溫度，即由氨化溶液捕集ニ氧化碳的溫度。隨著溫度降低，由氨化溶液從エ藝氣體中捕集ニ氧化碳的速率也降低。如果溫度増加，氣態(tài)氨離開和損耗氨化溶液的速率也増加。吸收器的溫度因此是在捕集速率與氨損耗之間的平衡。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)氨化溶液在約10°c -200C (50 0F -68 0F )的第一吸收器中與エ藝氣體接觸時氨化溶液的溫度可特別方便地為約15°C (59 T )的溫度。根據(jù)吸收配置的設計，也可為其他溫度。當氨化溶液離開吸收配置之后在步驟d)中將其冷卻時，可將氨化溶液冷卻到低于在第一吸收器中的氨化溶液的溫度的溫度。氨化溶液冷卻到的溫度越低，可沉淀的固體越多。然而，所需要的冷卻能量也增加。如果氨化溶液為在常壓下的水溶液，則氨化溶液優(yōu)選冷卻到不低于0°c (32T)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可以將氨化溶液方便地冷卻到約0°C -IO0C (32 0F -50 0F )的溫度，特別是冷卻到約5°C (41 0F )的溫度。當然，根據(jù)系統(tǒng)設計，也可為其他溫度。在氨化溶液離開分離器之后，該溶液可被ニ氧化碳基本飽和，但具有降低的固體含量或不含固體。隨后將該溶液加熱到高于其先前被冷卻到的溫度，因此使氨化溶液被ニ氧化碳欠飽和或不飽和。溶液被加熱的程度越大，氨化溶液將變得越欠飽和或更不飽和。然而，更大程度地加熱也需要更多能量消耗。并且，氨化溶液的較高溫度也増加在氣態(tài)氨離開氨化溶液時氨化溶液的氨損耗。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)氨化溶液可在以上步驟f)中方便地加熱到至少7 V (45 0F )，諸如加熱到約7 V -15 V (45 0F -59 0F )，特別是加熱到約7°C -IO0C (45T-50T)。當然，根據(jù)系統(tǒng)設計，也可為其他溫度。氨化溶液的冷卻和/或加熱可分別例如用換熱器進行。已經(jīng)認識到，可能有利的是借助于同一換熱器至少部分地進行冷卻和加熱，在該換熱器中，在c)中離開吸收配置的氨化溶液為加熱介質且在e)中離開分離器的氨化溶液為冷卻介質。因此，可以保存能量。使用冷卻井分離的氨化溶液作為用于冷卻離開吸收配置的氨化溶液的冷卻介質可能不足以冷卻離開吸收配置的氨化溶液，因此可以方便地另外使用諸如冷水的常例冷卻介質。所述常例冷卻介質可連接到與分離的銨溶液相同的換熱器中或連接到単獨的換熱器。因此，離開吸收配置的氨化溶液可首先由來自分離器的銨溶液冷卻，隨后借助于常例冷卻介質另外冷卻?；蛘?氨化溶液不作為冷卻或加熱介質使用，而是使用常例冷卻和加熱介質。所述分離器可為能夠從氨化溶液中分離且因此除去固體粒子或材料的任何類型的分離器。根據(jù)對于分離器的需求，可以方便地使用以旋流分離器形式的分離器。旋流分離可為從氨化溶液中除去固體的有效方法。包含固體的氨化溶液的懸浮液或漿料進入旋流分離器，在其中懸浮液或漿料分離成固體減少或沒有固體的頂溶液和富集固體的底流。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，進入旋流分器的包含固體的氨化溶液的固體含量可方便地為進入旋流分離器的包含固體的氨化溶液的約5-10重量％。理想地，從氨化溶液中除去基本上所有的固體，給出基本沒有固體的頂溶液。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)頂溶液的固體含量可方便地為頂溶液的0-1重量％。可允許底流也含有ー些液體溶液以有助于固體在液流中輸送，因此ー些氨化溶液也可分離到底流中。底流中液體的量可足以運輸液流中的固體而不將ニ氧化碳濃度降低到超過允許該運輸所必需的濃度。底流可為離開氨化溶液的離開懸浮液或漿料。與所使用的分離器類型無關，可以方便地從氨化溶液中除去大部分或基本上所有的固體，得到離開的懸浮液或漿料，在所述懸浮液或漿料中，液體的量已經(jīng)平衡以允許運輸液流中的固體而不將ニ氧化碳濃度降低到超過允許該運輸所必需的濃度?？梢苑奖愕厥构腆w含量為離開懸浮液或漿料的至少10重量％，諸如離開懸浮液或漿料的約10-20重量％。根據(jù)另一方面，本發(fā)明的目標通過用于從エ藝氣體中除去ニ氧化碳的ニ氧化碳去除系統(tǒng)實現(xiàn)，所述系統(tǒng)包括吸收配置，所述吸收配置至少包括第一吸收器，所述第一吸收器配置成在所述第一吸收器內(nèi)部允許エ藝氣體與氨化溶液接觸以使得エ藝氣體的至少ー部分ニ氧化碳由氨化溶液捕集；第一換熱器，其配置成在氨化溶液離開吸收配置之后冷卻包含捕集的ニ氧化碳的氨化溶液；分離器，其配置成除去在冷卻的氨化溶液中的任何固體的至少一部分；第二換熱器，其配置成在氨化溶液離開分離器之后加熱氨化溶液；和管路連接，且配置成允許氨化溶液在吸收配置與第一換熱器之間、在第一換熱器與分離器之間、在分離器與第二換熱器之間以及在第二換熱器與吸收配置之間流動?？梢苑奖愕卦谶M行上文論述的方法中使用所述ニ氧化碳去除系統(tǒng)?？梢苑奖愕嘏渲玫谝粨Q熱器和第二換熱器以使其彼此協(xié)作，使得在第一換熱器中冷卻的氨化溶液由在第二換熱器中加熱的氨化溶液作為冷卻介質來至少部分地冷卻，且在第二換熱器中加熱的氨化溶液由在第一換熱器中冷卻的氨化溶液作為加熱介質來至少部分地加熱。關于方法的以上論述在合適部分中也與系統(tǒng)有夫。參考該論述。附圖簡述 現(xiàn)將參考附圖來論述當前優(yōu)選的實施方案，其中
圖I為說明根據(jù)本發(fā)明的方法的步驟的エ藝流程 圖2為根據(jù)本發(fā)明的ニ氧化碳去除系統(tǒng)的示意性前視圖。優(yōu)選實施方案的詳細說明
エ藝氣體可為含有ニ氧化碳的任何類型的エ藝氣體，諸如來自如爐子、エ藝加熱器、焚燒爐、組裝鍋爐和發(fā)電站鍋爐的任何燃燒裝置的煙道氣。氨化溶液可為含有氨的任何類型的溶液,諸如液體溶液,特別是水溶液。在氨化溶液中的氨可以銨離子和/或溶解的分子氨的形式。由氨化溶液從エ藝氣體中捕集CO2可通過 氨化溶液吸收或溶解以任何形式的C02、諸如以溶解的分子CO2、碳酸鹽或碳酸氫鹽形式的CO2來實現(xiàn)。在氨化溶液中形成的固體可主要為碳酸銨和碳酸氫銨，特別是碳酸氫銨。ニ氧化碳去除系統(tǒng)包括管路，其連接系統(tǒng)的不同部分且配置成允許氨化溶液和エ藝氣體根據(jù)需要分別流經(jīng)系統(tǒng)。該管路可視情況包括閥門、泵、噴嘴等以分別控制氨化溶液和エ藝氣體的流動。吸收配置的一個或數(shù)個吸收器可具有允許氨化溶液接觸エ藝氣體的任何設計?？煞奖愕貙⑽掌髟O計成塔形式，其中氨化溶液從塔的頂部流到塔的底部且エ藝氣體從塔的底部流到塔的頂部，因此溶液和氣體可在塔中彼此相遇并混合，產(chǎn)生在溶液與氣體之間的界面，ニ氧化碳可從氣體越過該界面行進到溶液中。氣體/溶液接觸可通過在塔中使用填料而增加，即可增加界面面積，由此改善ニ氧化碳捕集。エ藝氣體和氨化溶液在吸收配置內(nèi)以及進入和離開吸收配置的相應流動可通過至少ー個泵送系統(tǒng)和/或通過重力的作用控制。如果使用以塔形式的吸收器，エ藝氣體則可經(jīng)連接到塔下部的管道進入塔，向上行進穿過塔且經(jīng)連接到塔上部的管道離開塔，且氨化溶液則可經(jīng)連接到塔上部的管道進入，通過重力的作用向下行進穿過塔且經(jīng)連接到塔下部的管道離開塔。氨化溶液和/或エ藝氣體可另外在塔中再循環(huán)。如果使氨化溶液再循環(huán)，氨化溶液則可供選地在塔下部而不是塔上部進入塔，從而允許運輸溶液到塔上部的再循環(huán)回路。該塔可與泵送系統(tǒng)相關聯(lián)以進行再循環(huán)。為了控制塔的溫度，可使換熱器與塔相關聯(lián)。換熱器可例如形成氨化溶液的再循環(huán)回路的一部分。因為由氨化溶液捕集ニ氧化碳為放熱反應，所以可使用換熱器來冷卻氨化溶液以保持吸收器的內(nèi)部處于所需的且基本恒定的溫度。根據(jù)吸收配置的設計和對于它的需求，可以方便地使用多個吸收器，以從エ藝氣體中除去所需量的ニ氧化碳。如果使用多個吸收器，它們可具有相同或不同的設計。所述吸收器可彼此串聯(lián)連接以允許エ藝氣體和/或氨化溶液從ー個吸收器串聯(lián)流動到另ー吸收器。然而，應注意到氣體和溶液可在串聯(lián)連接的吸收器之間沿不同方向流動。例如，如果吸收配置包括三個串聯(lián)連接的吸收器，表示為x、y和z，則氣體的流動可為從吸收器X到吸收器I到吸收器z，而氨化溶液的流動可例如為從吸收器I到吸收器X到吸收器Z或以任何其他順序。參考

圖1，現(xiàn)將描述根據(jù)本發(fā)明的當前優(yōu)選的方法。在步驟I中，以水溶液形式的氨化溶液以及エ藝氣體經(jīng)管道進入吸收配置。所述吸收配置可包括一個或多個優(yōu)選以填充塔形式的吸收器。在步驟2中，氨化溶液以及エ藝氣體經(jīng)連接到所述第一吸收器塔的単獨管道進入第一吸收器塔。氨化溶液經(jīng)在塔頂部的管道進入吸收器塔，此后氨化溶液向下流過第一吸收器的填充塔。同時，エ藝氣體經(jīng)在塔底部的管道進入第一吸收器塔，此后エ藝氣體向上流過第一吸收器的填充塔。隨著氨化溶液和エ藝氣體在第一吸收器塔中逆向流動，它們因此彼此相遇并接觸。塔的填料用以增加在塔中在液相與氣相之間的混合和接觸面積(界面)。エ藝氣體的ニ氧化碳從氣相行進到液相且因此被氨化溶液捕集。氨化溶液和/或エ藝氣體可在吸收器中再循環(huán)。因此，氨化溶液可經(jīng)在吸收器塔底部的管道離開吸收器并泵送回到吸收器的頂部以再進入吸收器中。在吸收器外部的該再循環(huán)期間，氨化溶液的溫度也可借助于換熱器調整。應注意到，根據(jù)系統(tǒng)的設計，氨化溶液和/或エ藝氣體可在進入吸收配置之后在進入所述第一吸收器之前已經(jīng)經(jīng)過了ー個或數(shù)個吸收器。在步驟3中，氨化溶液經(jīng)管道離開第一吸收器以及吸收配置。在步驟4中，氨化溶液進入至少ー個換熱器并被冷卻。由于該冷卻，一部分捕集的ニ氧化碳作為鹽沉淀?？蓛?yōu)選使用兩個單獨的換熱器，第一換熱器使用冷卻的氨化溶液作為冷卻介質,且第二換熱器使用冷水作為冷卻介質。
在步驟5中，包含鹽固體的冷卻的氨化溶液進入旋流分離器。在該旋流分離器中，氨化溶液分成富集固體的底流和小于I重量％的固含量的頂溶液。因此，大部分固體由旋流分離器從氨化溶液中除去。可將富集固體的底流轉移到再生器中，在此其經(jīng)受溫度升高和壓カ升高以除去以高純度的離開ニ氧化碳氣流形式的捕集的ニ氧化碳。隨后可允許自底流如此再生的氨化溶液再進入ニ氧化碳去除系統(tǒng)以捕集更多的ニ氧化碳。在步驟6中，重新加熱氨化溶液，即來自旋流分離器的頂溶液。為了節(jié)約能量，重新加熱優(yōu)選可借助干與在步驟4下論述相同的第一換熱器進行，其中在步驟4中冷卻的氨化溶液作為加熱介質。如果需要，還可使用采用傳統(tǒng)加熱介質如溫水的另外換熱器。在加熱銨溶液的過程中，致使溶液相對于ニ氧化碳變得不飽和，允許其捕集更多的ニ氧化碳而不誘發(fā)任何沉淀。在步驟7中，重新加熱的銨溶液再進入吸收配置以在第一吸收器塔中或如果在吸收配置中包括多個吸收器，則在不同吸收器中從エ藝氣體中捕集更多的ニ氧化碳。應注意到所述方法可為連續(xù)的。因此，以上所有步驟可同時涉及氨化溶液的不同部分而發(fā)生。參考圖2，現(xiàn)將描述配置成完成根據(jù)本發(fā)明的當前優(yōu)選方法的根據(jù)本發(fā)明的當前優(yōu)選的ニ氧化碳去除系統(tǒng)10。在圖2中，為了易于理解，管路由箭頭表示。ニ氧化碳去除系統(tǒng)10包括吸收配置12，所述吸收配置12包括三個吸收塔第一吸收塔14、第二吸收塔16和第三吸收塔18。第一吸收塔包括上部填充床14a和下部填充床 14b。第一吸收塔エ藝氣體入口管路30連接到第一吸收塔14的底部部分以允許包含ニ氧化碳的エ藝氣體從例如發(fā)電站進入第一吸收塔14。第一吸收塔エ藝氣體出ロ管路32連接到第一吸收塔14的頂部部分以允許エ藝氣體在從底部到頂部流過塔14之后離開塔14去向第二塔18。第一吸收塔再循環(huán)回路20連接到第一吸收塔14，允許氨化溶液從吸收塔14的底部經(jīng)管路流到塔14的頂部。泵22包括在回路20中以實現(xiàn)氨化溶液的循環(huán)。并且，換熱器24包括在回路20中以控制氨化溶液的溫度。第一吸收塔氨化溶液出ロ管路26配置成引導氨化溶液遠離第一吸收塔14的底部部分去向旋流分離器34。出ロ管路26包括出ロ泵28以控制來自第一吸收塔14的氨化溶液的出口流量。第一吸收塔氨化溶液入ロ管路36配置成允許氨化溶液從第三塔18流到第一塔14的底部部分，在此允許其與借助于再循環(huán)回路20在第一塔14中再循環(huán)的氨化溶液混合并再循環(huán)。第二吸收塔氨化溶液入ロ管路38配置成允許氨化溶液從旋流分離器34流到第二塔16的底部部分，在此允許其與借助干與塔16相關聯(lián)的再循環(huán)回路40在第二塔16中再循環(huán)的氨化溶液混合并再循環(huán)。第二吸收塔再循環(huán)回路40連接到第二吸收塔16，允許氨化溶液從吸收塔16的底部經(jīng)管路流到塔16的頂部。泵42包括在回路42中以實現(xiàn)氨化溶液的循環(huán)。并且，換熱器 44包括在回路40中以控制氨化溶液的溫度。連接到第二吸收塔再循環(huán)回路40的是第三塔氨化溶液入口管路46，其配置成允許氨化溶液從再循環(huán)回路40流到第三塔18的底部，在此允許其與借助干與塔18相關聯(lián)的再循環(huán)回路48在第三塔18中再循環(huán)的氨化溶液混合并再循環(huán)。經(jīng)管路46和再循環(huán)回路40的流量分別由包括在管路46和回路40中的閥門(未示出)控制。第三吸收塔再循環(huán)回路48連接到第三吸收塔18，允許氨化溶液從吸收塔18的底部經(jīng)管路流到塔18的頂部。泵50包括在回路48中以實現(xiàn)氨化溶液的循環(huán)。并且，換熱器62包括在回路48中以控制氨化溶液的溫度。第三塔的底部也經(jīng)貧乏進料管路52連接到貧乏氨化溶液的供料。例如來自再生エ藝的貧乏氨化溶液因此可經(jīng)管路52進料到第三塔18的底部，在此允許該貧乏溶液與借助于再循環(huán)回路48在第三塔18中再循環(huán)的氨化溶液以及自第二塔16經(jīng)管路46進料到塔18底部的氨化溶液混合并再循環(huán)。連接到第三吸收塔再循環(huán)回路48的是第一塔氨化溶液入口管路36，其配置成允許氨化溶液從再循環(huán)回路48流到第一塔14的底部，在此允許其與借助干與塔14相關聯(lián)的再循環(huán)回路20在第一塔14中再循環(huán)的氨化溶液混合并再循環(huán)。經(jīng)管路36和再循環(huán)回路48的流量分別由包括在管路36和回路48中的閥門(未示出)控制。第一吸收塔エ藝氣體出ロ管路32連接到第三塔18的底部部分，允許氣體進入塔18且向上流過塔18。隨著工藝氣體到達塔18的頂部，其可經(jīng)第二塔16的底部進入所述第ニ塔16，第二塔16配置在第三塔18上方，經(jīng)管路(未示出)連接塔18的頂部與塔16的底部。清除ニ氧化碳的エ藝氣體可經(jīng)連接到塔16的頂部的氣體出ロ 60離開第二塔16。連接到第一塔14的底部部分的第一吸收塔氨化溶液出ロ管路26允許在第一塔14中逆流接觸富集ニ氧化碳的エ藝氣體的富集了ニ氧化碳的氨化溶液離開第一塔14并且離開吸收配置12。在連接吸收配置12之外的出ロ管路26連接第一換熱器54，在換熱器54中來自第一塔14的氨化溶液可通過與來自旋流分離器34的較冷的氨化溶液熱交換而冷卻。第一換熱器54連接到與冷水源58連接的第二換熱器56，在第二換熱器56中，氨化溶液可通過與來自冷水源58的冷水熱交換而進ー步冷卻。第二換熱器56連接到旋流分離器34，允許包含任何沉淀固體的氨化溶液進入旋流分離器34，在旋流分離器34中，氨化溶液分成富集固體的進料(底流)和基本沒有固體的頂溶液。該底流可經(jīng)出ロ管道64從系統(tǒng)10除去，到達例如再生器(未示出)。旋流分離器34連接到第一換熱器54以允許頂溶液通過與離開第一塔14的較熱的氨化溶液熱交換而加熱。第一換熱器54經(jīng)入口管路38連接到第二塔16，允許氨化溶液再進入吸收配置12中。
實施例參考圖2，現(xiàn)將通過實施例描述ー個具體優(yōu)選的實施方案。來自發(fā)電站濕煙道氣脫硫系統(tǒng)的煙道氣在進入ニ氧化碳去除系統(tǒng)10和吸收器裝置12之前在現(xiàn)有的在前加工設備中冷卻。隨著水飽和的煙道氣被冷卻，水被冷凝。將該煙道氣壓縮并進一歩冷卻到15°C (59 T )，即冷卻到第一吸收塔14的溫度。煙道氣進入第一吸收塔14，向上穿過填充塔并與氨化吸收溶液逆流接觸。CO2由氨化溶液捕集。由系統(tǒng)10捕集的ニ氧化碳的約70%捕集在第一塔14中。第一吸收塔在約 15°C (59 T )下操作以利用反應在該比較高溫度下的速率増加的優(yōu)勢。該高操作溫度也避免了在填充塔中產(chǎn)生固體。氨化溶液從第三吸收器18到第一吸收器14的流速與貧乏料液到第三吸收器的流速匹配。反應熱通過使氨化溶液穿過位于循環(huán)回路20的冷水冷卻的換熱器24而從塔14中除去。氨化溶液從第三吸收塔18泵送到第一吸收塔14中。在于第一吸收塔14中循環(huán)期間，溶液的CO2含量通過從煙道氣中捕集而增加。氨化溶液的CO2含量增加到飽和濃度，但由于比較高的操作溫度而沒有沉淀出固體。煙道氣現(xiàn)在進入第三吸收塔18。煙道氣向上穿過填充塔18且與引入第三塔18的貧乏氨化溶液逆流接觸。反應熱通過使溶液循環(huán)穿過在循環(huán)回路48中的冷水冷卻的換熱器來除去。來自再生過程的貧乏溶液進入塔18的底部以與已經(jīng)存在的溶液儲量混合。這不需要高壓泵，因為高度變化小(貧乏溶液進料罐定位在與第三吸收器18的底部相同的地面上)。流量視所加工煙道氣的流速而受限制。從第二吸收塔16中排出的另外氨化溶液也進入第三吸收塔18中。約20%的被捕集的CO2是在第三吸收塔18中被捕集。溶液在第三吸收器18中循環(huán)以從穿過的煙道氣中捕集C02。在吸收方法的該步驟中不產(chǎn)生固體。第三吸收器18在10°C (50 T )的溫度下操作以促進從已經(jīng)除去了大部分CO2的煙道氣流中捕集C02。因為循環(huán)溶液相對貧乏(未用CO2產(chǎn)物飽和)，所以不產(chǎn)生固體。煙道氣接著進入第二吸收塔16中。煙道氣向上穿過填充床以與經(jīng)回路40循環(huán)的氨化溶液逆流接觸。該吸收塔16在較低溫度約TC (45 T )下操作以幫助捕集從先前吸收塔14和18損失到煙道氣中的氨蒸氣。在第二吸收塔16中也捕集了ー些CO2 (總捕集量的約10%)。反應熱通過使吸收溶液循環(huán)穿過冷水冷卻的換熱器44而除去。轉移到第二吸收塔16的氨化溶液在離開旋流分離器時被溶解的CO2 (碳酸氫銨)飽和。該吸收溶液的溫度借助于換熱器54在一定程度上升高以使氨化吸收溶液不飽和且防止在第二吸收塔16中形成固體。一部分溫度升高通過熱交換實現(xiàn)。剰余部分的溫度升高應歸于在第二吸收塔中的反應熱。將來自第二吸收塔16的氨化吸收溶液泵送到第三吸收塔18。在第三吸收塔18中，來自第二塔16的溶液與自再生器引入的貧乏溶液和現(xiàn)有的溶液儲量混合。此時，該過程再次開始，形成循環(huán)回路。
CO2化合物(碳酸氫銨)以如下方式從包含在第一吸收塔14中的溶液中除去該溶液通過泵28從第一吸收塔14中泵送并進入換熱器54中。對于換熱器的冷卻通過從旋流分離器34返回的沒有固體的冷溶液提供。接著，溶液穿過第二換熱器56以充分冷卻溶液，以使得顯著量的固體從溶液中沉淀。對于第二換熱器56的冷卻通過冷水提供。換熱器54將溶液的溫度降低到13°C (55 T )。在冷卻溶液的過程中，達到碳酸氫銨的溶解度極限且固體開始沉淀。具有固體的溶液隨后流到由冷水冷卻的第二換熱器56中。該換熱器56將溶液和固體冷卻到5°C (41 T )以完成固體從溶液中的沉淀。第二換熱器的一部分熱負荷為碳酸氫銨固體的結晶熱。該富集的飽和溶液將以對應于吸收器的CO2捕集率的速率釋放碳酸氫銨固體。此時漿料中的固體將達到約10重量％。
該第二換熱器56的熱負荷在該過程啟動期間較高。在過程操作之后，該換熱器56的僅有的熱負荷為使加工溶液溫度從約13°C (56 T )降至5°C (41 T )所需要的比較小量的冷卻。該熱負荷實際上為冷卻富集漿料進料流且包括使碳酸氫銨固體從溶液中結晶出的熱負荷。在換熱器54和56中產(chǎn)生的漿料隨后導引到旋流分離器34用于固體去除。旋流分離器34除去基本上所有的固體以及ー些液體氨化溶液。足夠的液體隨固體除去以防止堵塞管道并控制下游設備。將漿料底流送到富集進料儲罐以便進料到再生器中。在富集進料罐中的液位將通過使?jié){料輸入流量與富集進料(漿料)到再生器的輸出流量平衡來控制。將基本沒有固體(小于1%固體)的頂溶液轉移回到第一換熱器54中，在第一換熱器54中使用其來冷卻來自第一吸收塔14的飽和溶液。沒有固體的溶液同時被加熱到約7 0C (45 T )。エ藝控制所需要的任何溫差通過調整流到其他吸收器エ藝換熱器24、44和62的冷卻劑來校正。隨后將沒有固體的溶液導引到第二吸收塔16中以繼續(xù)吸收過程。在第二吸收器16中，溶液與塔的儲量混合且用以從自第三吸收器18流動的煙道氣中捕集氨。在第三吸收器18中的高氨濃度導致氨高度損失到流到第二吸收器16中的煙道氣中。在第二吸收器中也捕集了ー些CO2 (總CO2捕集量的約10%)。應注意到，氨化溶液在進入旋流分離器34之前的冷卻并不增加工藝的冷卻負荷，因為不然由于在吸收器中發(fā)生放熱反應冷卻將必定在循環(huán)回路中増加。在吸收器中不存在固體碳酸氫銨。這允許使用對固體的存在敏感但傳送優(yōu)良的質量傳遞的填充材料。提供循環(huán)的泵從不因固體的存在而受累。泵密封件也不因固體的存在而受累。碳酸氫銨在吸收配置12外部的換熱器54和56中從溶液中沉淀出。這些換熱器在吸收器エ藝外部且以不會受固體的存在不利地影響的方式制造。在離開旋流分離器之后不含固體的氨化溶液通過在換熱器54中互換而重新加熱，以回收用以引起沉淀的冷卻。該步驟節(jié)約了可回收的任何冷卻的成本，由此降低總エ藝的能量負擔。送到第二吸收器16用于氨捕集的溶液不含固體，以使得在吸收器中不發(fā)生固體沉積。送回溶液的溫度高于ニ氧化碳飽和溫度，以使得可在不允許任何固體沉積的情況下另外產(chǎn)生碳酸氫銨。將來自第二吸收器16的溶液導引到第三吸收器18中以與引入的貧乏溶液混合以重新開始CO2捕集過程。該目的防止固體在溶液中累積，該累積已經(jīng)顯示出具有不利影響。隨著進料到再生器的富集漿料進料的固體重量％増加，每單位質量的產(chǎn)物CO2產(chǎn)生的熱降低。這個原因在于，相對于伴隨在低重量百分比固體的漿料中的固體的比較量大的液體來說，伴隨著以高重量百分數(shù)的漿料的液體所需要的熱量明顯減少。總エ藝的設備成本通過恰當?shù)卦O定用于吸收器塔的換熱器的尺寸以剛好除去所需熱量來保持エ藝條件來降低。一些反應熱和エ藝所需的煙道氣冷卻的大部分通過加入從旋流分離器頂回到吸收器的冷溶液來除去。雖然已參考許多優(yōu)選的實施方案描述了本發(fā)明，但本領域的技術人員應當理解的 是在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下可進行多種改變且可用等效物替代其要素。另外，可在不脫離本發(fā)明的必要范圍的情況下進行許多修改以適應本發(fā)明的教導的特定情形或材料。因此，并非想要將本發(fā)明限制于作為針對實施本發(fā)明當前預期的最佳模式公開的特定實施方案，而是本發(fā)明將包括屬于附加權利要求書范圍內(nèi)的所有實施方案。此外，使用術語第一、第二等并不表示任何順序或重要性或時序，而術語第一、第二等用以區(qū)分ー個要素與另一要素。
權利要求
1.從エ藝氣體中除去ニ氧化碳的方法，所述方法包括 a)允許氨化溶液進入吸收配置，所述吸收配置至少包括第一吸收器； b)使所述氨化溶液在所述第一吸收器中與所述エ藝氣體接觸，所述氨化溶液捕集所述エ藝氣體的至少一部分ニ氧化碳； c)允許所述氨化溶液離開所述吸收配置； d)冷卻所述氨化溶液，其中所述捕集的ニ氧化碳的至少一部分作為固體鹽沉淀； e)允許所述冷卻的氨化溶液進入分離器，在所述分離器中從所述氨化溶液中除去所述沉淀固體的至少一部分，此后允許所述氨化溶液離開所述分離器； f)加熱所述氨化溶液；和 g)允許所述加熱的氨化溶液再進入所述吸收配置。
2.權利要求I的方法，其中在b)中所述氨化溶液的溫度為約IO0C -200C (50 0F -68 0F )。
3.權利要求2的方法，其中在b)中所述氨化溶液的溫度為約15°C(59 T )。
4.權利要求I的方法，其中所述氨化溶液在d)中冷卻到約0°C-IO0C (32 0F -50 0F )。
5.權利要求4的方法，其中所述氨化溶液在d)中冷卻到約5°C(41 0F )。
6.權利要求I的方法，其中所述氨化溶液在f)中加熱到至少7V(45 T )。
7.權利要求6的方法，其中所述氨化溶液在f)中加熱到約7V-15V (45 0F -59°C )。
8.權利要求7的方法，其中所述氨化溶液在f)中加熱到約7V-IO0C (45 0F -50°C )。
9.權利要求I的方法，其中d)的冷卻和f)的加熱至少部分地借助于換熱器實現(xiàn)，在所述換熱器中，在c)中離開所述吸收配置的氨化溶液為加熱介質且在e)中離開所述分離器的氨化溶液為冷卻介質。
10.權利要求I的方法，其中d)的冷卻至少部分地借助于換熱器實現(xiàn)，在所述換熱器中，冷水用作冷卻介質。
11.權利要求I的方法，其中所述分離器為旋流分離器。
12.權利要求I的方法，其中ー些液體溶液也在所述分離器中隨固體一起除去，形成離開懸浮液或漿料，所述懸浮液或漿料具有所述懸浮液或漿料的約10-20重量％的固體含量。
13.權利要求I的方法，其還包括 h)使所述加熱的氨化溶液與所述エ藝氣體在所述吸收配置的第二吸收器中接觸，所述第二吸收器與所述第一吸收器分隔開，所述氨化溶液在所述第二吸收器中吸收并溶解所述エ藝氣體的至少一部分ニ氧化碳。
14.從エ藝氣體中除去ニ氧化碳的ニ氧化碳去除系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 吸收配置，所述吸收配置至少包括第一吸收器，所述第一吸收器配置成在所述第一吸收器內(nèi)部，允許在所述エ藝氣體與氨化溶液之間的接觸，以使得所述エ藝氣體的至少一部分ニ氧化碳由所述氨化溶液捕集； 第一換熱器，其配置成在所述氨化溶液離開所述吸收配置之后冷卻包含捕集的ニ氧化碳的氨化溶液； 分離器，其配置成除去在冷卻的氨化溶液中的任何固體的至少一部分； 第二換熱器，其配置成在所述氨化溶液離開所述分離器之后加熱所述氨化溶液； 管路連接，且配置成允許所述氨化溶液在所述吸收配置與所述第一換熱器之間、在所述第一換熱器與所述分離器之間、在所述分離器與所述第二換熱器之間以及在所述第二換熱器與所述吸收配置之間流動。
15.權利要求14的系統(tǒng)，其中所述第一換熱器和所述第二換熱器配置成彼此協(xié)作，使得在所述第一換熱器中冷卻的所述氨化溶液由在所述第二換熱器中加熱的所述氨化溶液作為冷卻介質來至少部分地冷卻，且在所述第二換熱器中加熱的所述氨化溶液由在所述第一換熱器中冷卻的所述氨化溶液作為加熱介質來至少部分地加熱。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種從工藝氣體中除去二氧化碳的方法，所述方法包括a)允許氨化溶液進入吸收配置，所述吸收配置至少包括第一吸收器；b)使所述氨化溶液在所述第一吸收器中與所述工藝氣體接觸，所述氨化溶液捕集所述工藝氣體的至少一部分二氧化碳；c)允許所述氨化溶液離開所述吸收配置；d)冷卻所述氨化溶液，其中所述捕集的二氧化碳的至少一部分作為固體鹽沉淀；e)允許所述冷卻的氨化溶液進入分離器，在所述分離器中從所述氨化溶液中除去所述沉淀固體的至少一部分，此后允許所述氨化溶液離開所述分離器；f)加熱所述氨化溶液；和g)允許所述加熱的氨化溶液再進入所述吸收配置。本發(fā)明還涉及一種二氧化碳去除系統(tǒng)。
文檔編號B01D53/18GK102639210SQ201080051660
公開日2012年8月15日 申請日期2010年9月1日 優(yōu)先權日2009年9月15日
發(fā)明者A.V.佩蒂格, F.Z.科扎克 申請人:阿爾斯通技術有限公司