具有洗滌系統(tǒng)的基于冷凍氨的二氧化碳捕集系統(tǒng)及使用方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于降低在基于冷凍氨的CO2去除系統(tǒng)中的氨回收汽提器的能量需求的系統(tǒng)和方法。所述系統(tǒng)和方法包括用于物理分離來自構(gòu)造成接收來自所述基于冷凍氨的CO2去除系統(tǒng)的主吸收器的逃逸氨進(jìn)料流的洗滌容器的洗滌液并提供第一進(jìn)料流和第二進(jìn)料流的納濾或反滲透單元。相對于來自所述洗滌容器的洗滌液，第一進(jìn)料流具有減小的氨摩爾濃度，而第二進(jìn)料流具有增加的氨摩爾濃度。隨后將第二進(jìn)料流進(jìn)料到所述氨回收汽提器，其降低蒸汽消耗。在許多其他優(yōu)勢之中，降低的蒸汽消耗轉(zhuǎn)化成顯著的能量節(jié)約。另外，所述系統(tǒng)和方法提供了如在一些應(yīng)用中可能期望的與所述汽提器單元相關(guān)的設(shè)備尺寸的減小。
【專利說明】具有洗滌系統(tǒng)的基于冷凍氨的二氧化碳捕集系統(tǒng)及使用方法
[0001]背景
概括地講，本發(fā)明涉及氣體純化系統(tǒng)及使用方法，其中回收所吸收的氨和二氧化碳。具體地講，本發(fā)明涉及構(gòu)造成利用納濾或反滲透來降低氨回收汽提器的蒸汽負(fù)荷以便減少來自已經(jīng)經(jīng)歷基于氨的CO2去除方法的氣流的逃逸氨(ammonia slip)和其他污染物的洗漆系統(tǒng)和方法。
[0002]在用于氣體純化的常規(guī)工業(yè)技術(shù)中，諸如H2SXO2和/或COS的雜質(zhì)通過吸收在液體溶液中，例如吸收在包含氨和/或一種或多種胺化合物的液體溶液中而從諸如煙氣、天然氣、合成氣或其他氣流的氣流中除去。用過的液體溶液隨后在再生器塔中再生以通常通過與蒸汽逆流接觸來釋放包含在該溶液中的雜質(zhì)。再生所需要的蒸汽通常由發(fā)電站渦輪系統(tǒng)生成。另外，與再生塔流體連通的再沸器可提供包含在該液體溶液中的雜質(zhì)的進(jìn)一步釋放。
[0003]在當(dāng)前的冷凍氨法和系統(tǒng)中，來自主CO2吸收器的逃逸氨首先捕集在水洗容器中且隨后在氨回收汽提器中通過用飽和蒸汽加熱氨化的富化溶液而再生。根據(jù)操作條件，逃逸氨化溶液通常具有0.1-2.0摩爾/升的NH3摩爾濃度。在資金和操作成本方面，當(dāng)前的從汽提器回收氨的方法是高成本方法(主CO2再生器的約20%熱負(fù)荷)，因為其很難將汽提器塔頂熱與主再生器網(wǎng)絡(luò)集成。
[0004]因此，需要更有效地回收逃逸氨以提供降低的能量消耗的改善的系統(tǒng)和方法。
[0005]概述
本文公開了更有效地回收逃逸氨以提供降低的能量消耗以及其他優(yōu)勢的氣體純化系統(tǒng)和方法。在一個實施方案中，用于減少包括主吸收器和再生器的基于冷凍氨的CO2去除系統(tǒng)中的逃逸氨的洗滌系統(tǒng)且還包括構(gòu)造成接收已經(jīng)經(jīng)歷所述基于冷凍氨的CO2去除系統(tǒng)的CO2貧化煙氣的洗滌容器，所述洗滌容器包含用于洗滌來自所述主吸收器的CO2貧化煙氣的液體；與所述洗滌容器串聯(lián)且構(gòu)造成自所述洗滌容器接收具有一定氨濃度的洗滌液并將所述洗滌液物理分離成第一進(jìn)料流和第二進(jìn)料流的分離單元，其中，相對于所述洗滌液的氨濃度，第一進(jìn)料流具有減小的氨濃度，且其中，相對于所述洗滌液的氨濃度，第二進(jìn)料流具有增加的氨濃度；和與所述分離單元串聯(lián)并構(gòu)造成接收具有增加的氨濃度的第二進(jìn)料流的汽提器。
[0006]降低由包含主吸收器和再生器的基于氨的CO2捕集系統(tǒng)產(chǎn)生的CO2貧化煙氣流中的氨的量的方法包括在洗滌容器中用液體洗滌來自所述主吸收器的所述CO2貧化煙氣流以生成具有一定氨濃度的洗滌液；將所述洗滌液分離成第一進(jìn)料流和第二進(jìn)料流，其中，相對于所述洗滌液的氨濃度，第一進(jìn)料流具有減小的氨濃度，且其中，相對于所述洗滌液的氨濃度，第二進(jìn)料流具有增加的氨濃度；和從第二進(jìn)料流回收氨以生成氨貧化溶液。
[0007]參考本發(fā)明的各種特點的以下詳述及其中包括的實施例可更容易地理解本發(fā)明。
[0008]附圖簡述
現(xiàn)在來看附圖，其中相同的元件以相同方式編號: 圖1不意性表不根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的氣體純化系統(tǒng)；
圖2圖解性表示作為氨摩爾濃度的函數(shù)的汽提器負(fù)荷 '及 圖3圖解性表示作為在操作期間來自吸收器的逃逸氨的函數(shù)的汽提器功率消耗。
[0009]發(fā)明詳述
本文公開了用于純化諸如煙氣的氣流的系統(tǒng)和方法。更詳細(xì)地講，所述系統(tǒng)和方法構(gòu)造成降低在碳捕集系統(tǒng)(“CCS”)中的現(xiàn)有氨冷凍法和系統(tǒng)(“CAP”)的能量需求。所述系統(tǒng)和方法構(gòu)造成從已經(jīng)經(jīng)歷基于冷凍氨的CO2去除系統(tǒng)的煙氣流中回收所吸收的氨和二氧化碳(CO2)。更詳細(xì)地講，氨和CO2使用對來自洗滌容器的進(jìn)料流進(jìn)行的納濾或反滲透來回收以提供高摩爾濃度的氨進(jìn)料流到氨回收汽提器。所述洗滌容器與所述主吸收器單元流體連通且構(gòu)造成接收具有逃逸氨以及其他污染物的煙氣進(jìn)料流，即已經(jīng)經(jīng)歷基于氨的CO2去除的煙氣。通過增加進(jìn)料到氨回收汽提器的洗滌溶液中的氨摩爾濃度， 申請人:已經(jīng)發(fā)現(xiàn)蒸汽消耗需求明顯降低。并且，通過增加該氨摩爾濃度，氨回收汽提器的進(jìn)料溶液減少，其直接減小汽提器、再沸器、冷凝器、換熱器、泵等的裝備尺寸。減小的蒸汽消耗直接轉(zhuǎn)化成顯著的能源節(jié)約。
[0010]現(xiàn)在參考圖1，示意性示出了根據(jù)一個實施方案用于回收通常包括主吸收器和再生器的用于處理例如煙氣的基于冷凍氨的CO2去除系統(tǒng)中的逃逸氨的洗滌系統(tǒng)100的局部視圖。系統(tǒng)100通常描繪串聯(lián)的用于接收來自主吸收器(未示出)的吸收器保留物106(也稱作CO2貧化煙氣)的水洗容器102、納濾或反滲透系統(tǒng)108及汽提器系統(tǒng)104。顯然，完整的基于冷凍氨的CO2去除系統(tǒng)將包括另外的組件，諸如主吸收器和主再生器以及在將煙氣流引入主吸收器和CO2脫水及壓縮組件之前處理煙氣流的煙氣調(diào)節(jié)組件。具有包括但不限于吸收器和再生器的這些另外組件的示例性氣體純化系統(tǒng)公開在美國專利7，641，717號、7，846，240號和7，862，788號中，這些專利通過引用全文結(jié)合到本文中。
[0011]在氣體純化系統(tǒng)中采用的工藝物流可為任何流體流，諸如天然氣流、合成氣流、煉廠氣體或自諸如煤炭、天然氣或其他燃料的材料燃燒產(chǎn)生的物流。工藝物流的一個實例為通過諸如煤炭的燃料的燃燒產(chǎn)生且在化石燃料燃燒鍋爐的燃燒室的出口處提供的煙氣流。其他燃料的實例包括但不限于天然氣、合成氣(synthetic gas)(合成氣(syngas))和石油煉廠氣體。根據(jù)該工藝物流的類型或來源，酸性組分可以氣態(tài)、液態(tài)或顆粒形式。為了便于理解，在本文中提到的是煙氣流。
[0012]在一個實施方案中，該煙氣流含有包括但不限于CO2的多種酸性組分。到該煙氣流進(jìn)入用于CO2捕集系統(tǒng)的主吸收器時，該煙氣流可能已經(jīng)進(jìn)行了處理以除去微粒物質(zhì)(例如，飛灰)以及硫氧化物(SOx)和氮氧化物(NOx)。例如，該煙氣可從濕煙氣脫硫系統(tǒng)下游的位置位取得。然而，方法可因系統(tǒng)不同而不同，且因此所述處理可在煙氣流通過吸收器之后發(fā)生，或者根本不發(fā)生。
[0013]該主吸收器采用促進(jìn)從該煙氣流中吸收并去除諸如二氧化碳的氣態(tài)組分的吸收劑溶液(布置在其中)。在一個實施方案中，該吸收劑溶液包括化學(xué)溶劑和水，其中該化學(xué)溶劑例如含有基于氮的溶劑且尤其是氨；伯烷醇胺、仲烷醇胺和叔烷醇胺；伯胺和仲胺；空間位阻胺；和嚴(yán)重空間位阻仲氨基醚醇。常用化學(xué)溶劑的實例包括但不限于:碳酸銨、單乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、二異丙醇胺(DIPA)、N-甲基乙醇胺、三乙醇胺(TEA)、N-甲基二乙醇胺(MDEA)、哌嗪、N-甲基哌嗪(MP)、N-羥基乙基哌嗪(HEP)、2_氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP)、2-(2_氨基乙氧基)乙醇(還稱作二乙二醇胺或DEGA)、2-(2-叔丁基氨基丙氧基)乙醇、2-(2-叔丁基氨基乙氧基)乙醇(TBEE)、2-(2-叔戍基氨基乙氧基)乙醇、2-(2-異丙基氨基丙氧基)乙醇、2-(2-(1-甲基-1-乙基丙基氨基)乙氧基)乙醇等。上述可以單獨或組合使用，且可在有或沒有其他共溶劑、諸如防沫劑的添加劑、諸如酶的助催化劑、緩沖齊U、金屬鹽等以及防腐劑的情況下使用。
[0014]在基于冷凍氨的CO2捕集系統(tǒng)中，在主CO2吸收器中的吸收劑溶液為包含氨的溶液或漿液。該氨可以銨離子NH4+的形式或以溶解的分子NH3的形式。例如，該吸收劑溶液或漿液可由碳酸銨、氨基甲酸銨和碳酸氫銨離子構(gòu)成。當(dāng)吸收器在大氣壓力下且在例如零至三十?dāng)z氏度(0_30°C)的低溫下操作時實現(xiàn)在煙氣中存在的諸如CO2的酸性組分的吸收。在另一實施例中，當(dāng)吸收器在大氣壓力下且在零至十?dāng)z氏度(0-10°C)的溫度下操作時實現(xiàn)酸性組分從煙氣流中的吸收。通過在相對較低的溫度下操作，使在該系統(tǒng)內(nèi)的氨損失最少化。
[0015]例如，該氨與在煙氣中存在的CO2反應(yīng)以形成碳酸銨、碳酸氫銨、氨基甲酸銨等并形成CO2貧化煙氣流。該方法通常可稱為主要滌氣方法。在滌氣之后，諸如痕量的氨(也稱作逃逸氨)、胺化合物及其他降解產(chǎn)物的污染物保留在該CO2貧化煙氣中。在本發(fā)明中，將具有所述污染物的CO2貧化煙氣進(jìn)料到逃逸氨回收系統(tǒng)100，其中該氨和其他污染物從該CO2貧化煙氣中除去，隨后可將其排放到大氣中或在經(jīng)煙園排放到大氣中之前在直接接觸加熱器(DCH)中進(jìn)一步加工。
[0016]逃逸氨回收系統(tǒng)100包括串聯(lián)的水洗容器102、納濾或反滲透系統(tǒng)108和汽提器系統(tǒng)104以回收可能包含在其中的氨及其他污染物。
[0017]洗滌容器102通常包括一個或多個吸收階段。在所示出的示例性實施方案中，該洗滌容器包括第一吸收階段109和第二吸收階段110。洗滌容器在這方面不受限制，因為預(yù)期該洗滌容器可具有或多或少個吸收階段。各吸收階段可包括質(zhì)量傳遞裝置112、噴淋頭系統(tǒng)114和液體傳送路徑116。來自吸收器(未示出)的CO2貧化煙氣106在洗滌容器102的底部進(jìn)入第一吸收階段109。雖然開口表示在底部，但預(yù)期CO2貧化煙氣106可在該洗滌容器中的任一點處且根據(jù)應(yīng)用可隨系統(tǒng)不同而不同。
[0018]質(zhì)量傳遞裝置112可包括諸如無規(guī)填料、親水性填料和/或規(guī)整填料的填料。無規(guī)填料在本領(lǐng)域中通常已知且是指以無組織方式引入吸收階段的填充材料。無規(guī)填料的實例包括但不限于以不同尺寸提供的塑料、金屬和/或陶瓷填充材料，例如具有不同直徑如約2.5厘米(2.5cm)-約7.6厘米(7.6cm)(約I英寸-約3英寸)的直徑的材料。無規(guī)填充材料自包括但不限于 Jaeger Products Inc.(Houston, Tex., United States)的許多供應(yīng)商購得。無規(guī)填充材料還可包括木材。親水性填料包括但不限于聚丙烯袋。
[0019]規(guī)整填料在本領(lǐng)域中通常已知且是指以特定方式排列或組織的填充材料。通常，規(guī)整填料以迫使流體接受復(fù)雜路徑的方式排列，由此產(chǎn)生大接觸表面積以便于液體和氣體之間的接觸。規(guī)整填料包括但不限于由金屬、塑料、木材等制成的結(jié)構(gòu)。預(yù)期不同的填充材料促進(jìn)以不同液體流速進(jìn)入洗滌容器102的氨去除或減少。另外，預(yù)期不同的填充材料可提供更合適的壓降。
[0020]在一個實施方案中，洗滌容器102的吸收階段109或110之一包括作為質(zhì)量傳遞裝置112的無規(guī)填充材料且洗滌容器102的吸收階段109或110中的另一個包括作為質(zhì)量傳遞裝置的規(guī)整填料。例如，第一吸收階段109可包括作為質(zhì)量傳遞裝置112的無規(guī)填充材料且第二吸收階段110可包括作為質(zhì)量傳遞裝置的規(guī)整填料。預(yù)期CO2貧化煙氣106進(jìn)入洗滌容器102且通過第一吸收階段109，之后通過第二吸收階段110。
[0021]在吸收階段109、110中的每一個中，質(zhì)量傳遞裝置112位于噴淋頭系統(tǒng)114之下。在洗滌容器102中的噴淋頭系統(tǒng)114各自將液體噴淋到吸收階段109、110中。該液體經(jīng)液體傳送路徑116之一傳輸?shù)絿娏茴^系統(tǒng)114。液體傳送路徑116為將液體傳輸?shù)较鄳?yīng)噴淋頭系統(tǒng)114的導(dǎo)管。該液體可為適合促進(jìn)氨從CO2貧化煙氣106中除去的任何液體。合適液體的實例為水，已知其經(jīng)由氨與水之間的相互作用吸收，即溶解氨。
[0022]在一個特定的實施方案中，引入第二吸收階段110的液體為由汽提塔120提供的例如水的液體。也就是說，水使其中所含的所有或基本所有的氨以及其他污染物除去和/或基本除去。提供到第一吸收階段109的液體為液體118 (也稱作洗滌液)，其為含有從洗滌容器102的底部再循環(huán)的低濃度的氨的水，其可經(jīng)由泵122通過任選的換熱器(未示出)。
[0023]液體在各吸收階段109、110的頂部引入，例如液體118提供到第一吸收階段109的頂部，且來自汽提器120的液體提供到洗滌容器102的第二吸收階段110 (作為氨精加工階段(ammonia polishing stage))的頂部。該液體沿洗漆容器102的長度方向向下行進(jìn)，其與CO2貧化煙氣106行進(jìn)的方向逆流。應(yīng)了解，該液體借助于重力定向行進(jìn)，而CO2貧化煙氣106借助于包括在洗滌容器102內(nèi)的壓降的多個因素以逆流方向行進(jìn)。
[0024]隨著該液體沿洗滌容器102的長度向下行進(jìn)，在該液體中的氨濃度增加，由此形成氨富化液體118。相反地，隨著CO2貧化煙氣106沿洗滌容器102的長度方向向上行進(jìn)，氨濃度(以及其他水溶性污染物的濃度)減小，由此形成含有減少的氨的煙氣流124，其可進(jìn)一步處理，諸如進(jìn)料到直接接觸加熱器(DCH)和/或排放到大氣中。
[0025]應(yīng)了解從CO2貧化煙氣106中除去的氨的量隨系統(tǒng)不同和應(yīng)用不同而不同。還預(yù)期該系統(tǒng)以在含有減少的氨的煙氣流124中的氨濃度低且相對于在該液體中的氨的蒸氣壓來講接近于在該氣體中的氨的平衡濃度的方式設(shè)計。在煙氣流124中氨的平衡濃度可低至10百萬分率(IOppm)以下且通常在約零百萬分率(Oppm)-約200百萬分率(200ppm)的范圍內(nèi)。在一個實施方案中，與在CO2貧化煙氣106中的氨水平相比較，含有減少的氨的煙氣流124含有減少至少約百分之七十(70%)的氨。在另一實施方案中，與在CO2貧化煙氣106中的氨水平相比較，含有減少的氨的煙氣流124含有減少至少約百分之七十五(75%)的氨。在又一實施方案中，與在CO2貧化煙氣106中的氨水平相比較，含有減少的氨的煙氣流124含有減少至少約百分之八十(80%)的氨。在另一實施方案中，與在含有氨的煙氣流106中的氨水平相比較，含有減少的氨的煙氣流124含有減少至少約百分之八十五(85%)的氨。預(yù)期在含有減少的氨的煙氣流124中的氨水平可比在CO2貧化煙氣106中的氨水平低約百分之九十(90%)、百分之九十五(95%)、百分之九十九(99%)或百分之九十九點五(99.5%)。
[0026]適合減少煙氣中的氨的量的液體的有效流速隨系統(tǒng)不同而不同。在一個實施方案中，該流速適合將煙氣中氨的量減少到接近平衡濃度的量，且通常減少到低于煙氣流中二百百萬分率(200ppm)的量。在另一實施方案中，該流速適合將在煙氣中氨的量從約兩千百萬分率(2000ppm)減少到約七十百萬分率至約一百百萬分率(70-100ppm)。在另一實施方案中，該液體的流速為約1.8升/分種(1.8 Ipm或約0.5加侖/分鐘)-約7.5升/分種(7.5 Ipm或約2加侖/分鐘)/一千立方英尺/分鐘(IOOOcfm)煙氣?？蓪τ趤碜栽撓礈烊萜鞯钠谕右莅彼秸{(diào)節(jié)該流速。
[0027]仍然參考圖1，該液體落到洗滌容器102的底部且自此作為氨富化液體118除去。一部分氨富化液體118可作為液體(WW)再循環(huán)到洗滌容器102且一部分氨富化液體可送到納濾或反滲透(在本文中也稱作“NF/R0”)單元108，納濾或反滲透單元108與汽提塔120串聯(lián)。另外，雖然沒有示出，但預(yù)期全部量的氨富化液體118可送到汽提塔120且隨后返回到洗滌容器102。至NF/R0單元108的進(jìn)料流118可來自泵122或經(jīng)過單獨的泵(未示出)。
[0028]進(jìn)料到納濾或反滲透單元108的氨富化液體118物理分離成兩個進(jìn)料流130、132。在進(jìn)料流130中，氨濃度相對于氨富化液體進(jìn)料流118的氨濃度增加以形成摩爾濃度增加的氨富化液流(即，保留物)，而在進(jìn)料流132中，氨濃度相對于氨液流118的氨濃度減小以形成摩爾濃度減小的氨富化液流(即，滲透物)。
[0029]摩爾濃度減小的氨富化液流132經(jīng)液體傳送系統(tǒng)116再循環(huán)回到洗滌容器102的第二吸收階段110。摩爾濃度減小的氨流體流132可在汽提器系統(tǒng)104中處理之后經(jīng)導(dǎo)管133與汽提的液體138組合。處于高溫下的汽提的液體138通過換熱器136以降低汽提的液體138的溫度。任選所有或一部分汽提的液體138可如可能期望的情況而直接轉(zhuǎn)移到直接接觸冷卻器或直接接觸加熱器。
[0030]在典型的冷凍氨法中，載有CO2的溶液(逃逸流)從CO2洗滌水(未示出；C02產(chǎn)物冷卻器也稱作用于CO2產(chǎn)物的氨精加工階段)送到洗滌容器102以減少逃逸氨。在本發(fā)明中，如在圖1中所示，來自汽提器120的潔凈水溶液138經(jīng)導(dǎo)管135送到CO2洗滌水以維持在該CO2洗滌水中的質(zhì)量平衡和氨摩爾濃度。
[0031]在納濾或反滲透單元108中處理之后，摩爾濃度增加的氨富化液流130具有高于洗滌液118的氨濃度。通常，在水洗容器102中洗滌液118的摩爾濃度為約0.1-2.0 (摩爾NH3/升溶液)。通過將洗滌液118進(jìn)料到納濾或反滲透單元108，在引入汽提器塔120之前，流體流130的摩爾濃度增加。在一個實施方案中，流體流130的氨摩爾濃度增加到約3-約6，且在其他實施方案中，該氨摩爾濃度增加到6-約9，且在其他實施方案中，該氨摩爾濃度增加到約9-約12。換句話說，該氨摩爾濃度增加到約3-約12。
[0032]摩爾濃度增加的氨富化流體流130的溫度通過在引入汽提器塔120之前將流體流進(jìn)料通過136而增加，其中氨以及其他污染物從摩爾濃度增加的氨富化流體流130中除去以形成氨貧化液體138，氨貧化液體138可為純水或具有例如痕量的氨污染物的基本純水。汽提塔120利用來自再沸器150的蒸汽以從摩爾濃度增加的氨富化流體流130中除去氨和其他污染物以形成氨貧化液體138，隨后氨貧化液體138可如在一些應(yīng)用中可能期望的情況而再循環(huán)到洗滌容器102或進(jìn)料到直接接觸冷卻器或直接接觸加熱器。再循環(huán)到洗滌容器102通常包括通過在引入洗滌容器102之前進(jìn)料通過換熱器136且隨后通過冷凍器131而降低氨貧化液體138的溫度。
[0033]預(yù)期汽提塔120可利用一種或多種其他技術(shù)來從摩爾濃度增加的氨富化流體流130除去氨和其他污染物。在一個實施方案中，摩爾濃度增加的氨富化流體流130a可在引入汽提器之前與在吸收器中使用的貧化溶液(氨溶液或漿液)混合以進(jìn)一步增加欲進(jìn)料到汽提器塔120的液體130的氨濃度，從而進(jìn)一步降低汽提器系統(tǒng)104的能量需求。任選汽提塔120可在真空條件下操作以降低在汽提塔中利用的蒸汽的溫度。在典型的冷凍氨法中，來自吸收器-再生器回路的逃逸流(貧化溶液)經(jīng)由附加汽提器(未示出)加工以維持在該方法內(nèi)的水平衡。該附加汽提器底部物料送到直接接觸冷卻或直接接觸加熱(DCC/DCH)區(qū)段且含有氨和CO2的頂部部分送到吸收器。在本文所述的提議方法中，預(yù)計有利地不需要用于水平衡的另外附加汽提器且來自吸收器-再生器回路的逃逸流可在經(jīng)汽提器加工之前與納濾或反滲透保留物(假設(shè)其將具有與來自吸收器-再生器回路的貧化溶液相同的氨摩爾濃度)直接組合。來自該汽提器的額外水可如在圖1中所述經(jīng)導(dǎo)管139從汽提器120的底部送到DCC/DCH區(qū)段。
[0034]包含回收的氨流體及其他揮發(fā)性污染物的流體流140從汽提器塔120的頂部141排放，經(jīng)冷凍器142冷卻并再循環(huán)到吸收器和/或再循環(huán)回到汽提器塔120。例如，回收的氨流體流140可再循環(huán)以便在吸收器中作為氨化溶液使用。然而,預(yù)期該氨可在系統(tǒng)100的內(nèi)部和外部的其他位置利用。
[0035]以下實施例說明本文所述的一個或多個實施方案。這些實施例并不是用以限制本文公開的主題，而是用以說明這些實施方案中的一個或多個。
[0036]實施例1
在該實施例中，作為氨摩爾濃度的函數(shù)的汽提器負(fù)荷根據(jù)千瓦特?zé)?KWth)和千瓦特電-小時每公斤回收的氨(KWe-hr/kg回收的NH3)來測量。入口氨摩爾濃度(m)在恒定流速下自約1.50至約5.70變化。汽提器進(jìn)料具有2.0的R值(NH3摩爾數(shù)/CO2摩爾數(shù))、1.7巴的汽提器操作壓力和110°C的溫度。在汽提器底部液體的氨濃度為約0.1摩爾濃度(M)。圖2圖解性表示作為氨摩爾濃度的函數(shù)的汽提器負(fù)荷。如在圖2中所示，可降低大于約50%的汽提器負(fù)荷KWe-hr/kg回收的順3。
[0037]實施例2
在該實施例中，測量作為來自吸收器的逃逸氨的函數(shù)的汽提器功率消耗。來自水洗容器的汽提器進(jìn)料具有2.0的R值(NH3摩爾數(shù)/CO2摩爾數(shù))、1.7巴的汽提器操作壓力和110°C的溫度。進(jìn)入洗滌容器的入口含氨煙氣在恒定流速下在約1800至約11，500百萬分率體積(ppmv)之間變化。在汽提器底部該液體的氨濃度為約0.1摩爾濃度。圖3圖解性表示作為在操作期間來自吸收器的逃逸氨的函數(shù)的汽提器功率消耗。如所示，來自水洗容器的逃逸氨量的增加引起較低的比汽提器負(fù)荷/Kg回收的氨，由此需要較低的功率消耗需求。
[0038]有利地，如在圖2中提供的數(shù)據(jù)所證明，高摩爾濃度保留物顯著地降低汽提器蒸汽消耗。當(dāng)前冷凍氨法對于水洗容器頂部部分通常使用基于質(zhì)量計約0.2-0.5的降低的液氣比(L/G)以降低在汽提器中的蒸汽消耗，因為該水的比熱負(fù)荷很高。所提議的方法和系統(tǒng)允許使用較高的L/G比以進(jìn)一步減少來自水洗滌的逃逸氨，這還允許(幫助)足夠的填料潤濕。自圖2進(jìn)一步顯而易見在汽提器中的較高氨摩爾濃度需要較低的蒸汽消耗，但在當(dāng)前冷凍氨法中，不可能在較高摩爾濃度下操作洗滌水，否則不能維持自該洗滌水的較低逃逸氨。在所提議的方法中，該洗滌水可在較低摩爾濃度下操作且該汽提器可在較高摩爾濃度下操作，由此來自該洗滌水的逃逸氨和該汽提器的蒸汽消耗兩者都降低。
[0039]如果需要，則該較高摩爾濃度的保留物還有利地使加工設(shè)備尺寸減小大于50%。例如，可減小且在一些情況下消除交叉換熱器、汽提器、再沸器、冷凝器等。
[0040]關(guān)于圖3，顯然來自吸收器的逃逸氨越低，能量比耗越高。由于該關(guān)系，主吸收器可在較高溫度下操作以提供較高的逃逸氨，其最終將降低吸收器中的冷凍器負(fù)荷。這將直接節(jié)約冷凍氨法的顯著冷凍器功率，由此提供另外的節(jié)約。通過增加該氨摩爾濃度，汽提器能量比耗以指數(shù)方式降低。另一優(yōu)勢在于主汽提器現(xiàn)在可用于氨回收和水平衡兩者，由此使得可以消除附加汽提器(假設(shè)納濾或反滲透保留物具有與來自再生器的貧化溶液相同的氨摩爾濃度)。
[0041]本文中的術(shù)語“第一”、“第二”等不表示任何順序、數(shù)量或重要性，而是用以區(qū)別一種要素與另外的要素。術(shù)語“一個/種”在本文中不表示數(shù)量的限制，而是表示存在所提及項目中的至少一個/種。
[0042]雖然已經(jīng)參考許多示例性實施方案描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下可進(jìn)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(jìn)行許多修改以適應(yīng)本發(fā)明的教導(dǎo)的特定情形或材料。因此，并非想要將本發(fā)明限制于作為實施本發(fā)明所考慮的最佳模式公開的特定實施方案，而是本發(fā)明將包括落入隨附權(quán)利要求書范圍內(nèi)的所有實施方案。
【權(quán)利要求】
1.用于除去在包括主吸收器和再生器的基于冷凍氨的CO2去除系統(tǒng)中的逃逸氨的洗滌系統(tǒng)，所述洗滌系統(tǒng)包括: 構(gòu)造成接收經(jīng)歷所述基于冷凍氨的CO2去除系統(tǒng)的CO2貧化煙氣的洗滌容器，所述洗滌容器包含用于洗滌來自所述主吸收器的CO2貧化煙氣的液體； 與所述洗滌容器串聯(lián)且構(gòu)造成從所述洗滌容器接收具有一定氨濃度的洗滌液并將所述洗滌液物理分離成第一進(jìn)料流和第二進(jìn)料流的分離單元，其中第一進(jìn)料流具有相對于所述洗滌液的氨濃度減小的氨濃度，且其中第二進(jìn)料流具有相對于所述洗滌液的氨濃度增加的氨濃度；和 與所述分離單元串聯(lián)且構(gòu)造成接收具有所述增加的氨濃度的第二進(jìn)料流的汽提器系統(tǒng)。
2.權(quán)利要求1的洗滌系統(tǒng)，其中所述洗滌容器液體包括水。
3.權(quán)利要求1的洗滌系統(tǒng)，其中所述分離單元為納濾或反滲透單元。
4.權(quán)利要求1的洗滌系統(tǒng)，其還包括用于將來自所述分離單元的第一進(jìn)料流引入所述洗滌容器的液體傳送系統(tǒng)。
5.權(quán)利要求1的洗滌系統(tǒng)，其中所述洗滌液具有0.1-2.0摩爾/升的摩爾濃度。
6.權(quán)利要求1的洗滌系統(tǒng)，其中第二進(jìn)料流具有3-12摩爾/升的摩爾濃度。
7.權(quán)利要求1的洗滌系統(tǒng)，其中在所述基于氨的CO2去除系統(tǒng)中的氨包括銨離子、氨-CO2-水反應(yīng)化合物、NH4+或溶解的分子NH3。`
8.權(quán)利要求1的洗滌系統(tǒng)，其中所述洗滌容器與用于接收來自所述洗滌容器的洗滌過的煙氣的直接接觸加熱器流體構(gòu)造(in fluid configuration)。
9.權(quán)利要求1的洗滌系統(tǒng)，其中所述汽提器系統(tǒng)包括汽提器塔和與其流體連通的再沸器，它們構(gòu)造成從第二進(jìn)料流中除去氨以生成氨貧化溶液。
10.權(quán)利要求9的洗滌系統(tǒng)，其中所述汽提器系統(tǒng)構(gòu)造成將所述氨貧化溶液的一部分轉(zhuǎn)移到直接接觸冷卻器以使得所述基于冷凍氨的CO2去除系統(tǒng)沒有附加的汽提器。
11.權(quán)利要求9的洗滌系統(tǒng)，其中將所述氨貧化溶液的至少一部分轉(zhuǎn)移到所述主再生器的CO2洗滌水進(jìn)料流中，其量有效維持所述CO2洗滌水的質(zhì)量平衡和氨摩爾濃度。
12.減少在由包括主吸收器和再生器的基于冷凍氨的CO2捕集系統(tǒng)產(chǎn)生的CO2貧化煙氣流中的氨的量的方法，所述方法包括: 在洗滌容器中用液體洗滌來自所述主吸收器的所述CO2貧化煙氣流以生成具有一定氨濃度的洗滌液； 將所述洗滌液分離成第一進(jìn)料流和第二進(jìn)料流，其中第一進(jìn)料流具有相對于所述洗滌液的氨濃度減小的氨濃度，且其中第二進(jìn)料流具有相對于所述洗滌液的氨濃度增加的氨濃度；和 從第二進(jìn)料流中回收氨以生成氨貧化溶液。
13.權(quán)利要求12的方法，其中將所述洗滌液分離成第一進(jìn)料流和第二進(jìn)料流包括使所述洗滌液經(jīng)歷納濾或反滲透過程。
14.權(quán)利要求12的方法，其中從第二進(jìn)料流回收所述氨包括用低壓蒸汽加熱第二進(jìn)料流以使所述氨從第二進(jìn)料流中揮發(fā)并生成所述氨貧化溶液。
15.權(quán)利要求14的方法，其還包括將所述氨貧化溶液的至少一部分轉(zhuǎn)移到直接接觸冷卻器，使得所述主吸收器和再生器沒有與所述再生器流體連通的附加汽提器。
16.權(quán)利要求14的方法，其還包括將所述氨貧化溶液的至少一部分轉(zhuǎn)移到所述主吸收器的CO2洗滌水進(jìn)料流中，其量有效維持質(zhì)量平衡和氨摩爾濃度。
17.權(quán)利要求12的方法，其還包括提供所述洗滌液的至少一部分到所述洗滌容器的吸收階段。
18.權(quán)利要求12的方法，其還包括提供所述氨貧化溶液的至少一部分到所述洗滌容器的吸收階段。
19.權(quán)利要求12的方法，其中所述液體為水。
20.權(quán)利要求12的方法，其還包括提供所述氨貧化溶液的至少一部分到直接接觸冷卻器和/或直接接觸加熱器。
21.權(quán)利要求12的方法，其還包括提供回收的氨到所述基于氨的CO2去除系統(tǒng)的吸收器。
22.權(quán)利要求12的方法，其還包括提供第一進(jìn)料流到洗滌容器。
23.權(quán)利要求12的方法，其中所述CO2貧化煙氣流為在冷凍氨法中吸收器的排出物。
24.權(quán)利要求12的方法，其中所述主吸收器在較高溫度下操作以隨著所述CO2貧化煙氣引入所述洗滌容器提供增加的逃逸氨且相對于沒有構(gòu)造成提供具有所述增加的氨濃度的第二進(jìn)料流的分離單元的`冷凍氨系統(tǒng)降低與所述主吸收器相關(guān)的冷凍器負(fù)荷。
【文檔編號】B01D53/14GK103857457SQ201280051050
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2012年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月18日
【發(fā)明者】S.K.杜貝 申請人:阿爾斯通技術(shù)有限公司