本發(fā)明公開的內(nèi)容涉及從燃燒廢氣捕獲二氧化碳的二氧化碳分離和捕獲裝置。

背景技術(shù)：

世界上正越來越多地排出導致全球變暖的二氧化碳。二氧化碳的主要來源是來自燃燒化石燃料的熱電廠的廢氣，并且來自熱電廠的二氧化碳占世界上所有二氧化碳排出的約25％。

近年來，作為抑制二氧化碳的排出的一個有效手段，對用于捕獲并儲存包含在廢氣中的二氧化碳氣體的二氧化碳捕獲和儲存技術(shù)給予了特別關(guān)注。作為所述技術(shù)的示例，已經(jīng)考慮了二氧化碳分離和捕獲裝置，其使得吸收液吸收包含在從熱電廠排出的燃燒廢氣中的二氧化碳氣體或包含在來自焚化廠或高爐車間的廢氣中的二氧化碳氣體、從廢氣分離二氧化碳氣體并且捕獲二氧化碳氣體。

例如，二氧化碳分離和捕獲裝置包括吸收器和汽提器。吸收器配置為使得吸收液吸收包含在供應的廢氣中的二氧化碳氣體并生成富液。汽提器配置為使得從吸收器供應的富液釋放二氧化碳氣體并生成貧液。由汽提器生成的貧液被供應到吸收器，并且由貧液生成富液。安裝在吸收器和汽提器之間的熱交換器配置為導致要從吸收器供應到汽提器的富液和要從汽提器供應到吸收器的貧液之間的熱交換。供應到汽提器的富液被由再沸器生成的蒸汽加熱并且然后釋放二氧化碳氣體。從富液釋放的二氧化碳氣體從汽提器排出。以這種方式，如日本專利特開2013-208531號公報公開的，二氧化碳分離和捕獲裝置從廢氣分離二氧化碳氣體并且捕獲二氧化碳。

然而，供應到吸收器的燃燒廢氣可能包含酸性組分，例如氧化氮或氧化硫。這些酸性組分可積累在吸收液中，并且吸收液中酸性組分的濃度可能增加。由于這些酸性組分的積累，吸收液趨于變得衰竭。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的實施例提供二氧化碳分離和捕獲裝置及高效地減少酸性組分在吸收液中的積累的控制二氧化碳分離和捕獲裝置的操作的方法。

根據(jù)本發(fā)明公開的一個方面，二氧化碳分離和捕獲裝置包括配置為使得吸收液吸收包含在工藝氣體中的二氧化碳氣體的吸收器、配置為使得來自吸收器的吸收液釋放二氧化碳氣體的汽提器、配置為測量供應到吸收器的工藝氣體中的酸性組分的濃度的入口濃度計、配置為測量從吸收器排出的工藝氣體中的酸性組分的濃度的出口濃度計、配置為將補充吸收液供應到主單元的補充吸收液供應單元以及配置為基于在入口濃度計和出口濃度計處測量的酸性組分的濃度控制由補充吸收液供應單元供應到主單元的補充吸收液的量的控制器。

應當要理解，如所申明，前面的一般描述和下面的具體描述都是示例性并且僅是示例性的而不限制實施例。

附圖說明

結(jié)合在說明書中并且組成說明書一部分的附圖示意了實施例，并且連同對其的描述一起，用于解釋實施例的原理。

圖1是二氧化碳分離和捕獲裝置的示意圖。

圖2是二氧化碳分離和捕獲裝置的控制器的功能視圖。

具體實施方式

現(xiàn)在將具體參考本發(fā)明實施例，本發(fā)明實施例的示例示意于附圖中。在任何可能的情況下，相同的參考標號將在前后附圖中指代相同或相似的部件。

如圖1所示，二氧化碳分離和捕獲裝置1具有分離并捕獲包括在工藝氣體2中的二氧化碳氣體的主單元1a。

主單元1a包括配置為使得吸收液吸收包含在工藝氣體2中的二氧化碳氣體的吸收器20和配置為使得從吸收器20供應的吸收液釋放二氧化碳氣體并再生吸收液的汽提器21。吸收液在吸收器20和汽提器21之間循環(huán)。

例如，包含二氧化碳氣體的工藝氣體2從外部部件(安裝在二氧化碳分離和捕獲裝置1外部)(例如熱電廠的沸器(未示出))排出并且通過鼓風機22被供應到吸收器20。另外，貧液3(包含相對小量的吸收在其中的二氧化碳氣體的吸收液)從汽提器21被供應到吸收器20。吸收器20使得工藝氣體2接觸貧液3、使得貧液3吸收包含在工藝氣體2中的二氧化碳氣體并生成富液4(包含相對大量的吸收在其中的二氧化碳氣體的吸收液)。

吸收器20可配置為逆流氣液接觸設(shè)備。在這種情況下，吸收器20包括填充層20a。當工藝氣體2被供應到吸收器20的下部并且貧液3被供應到吸收器20的上部時，從上部向下流動的貧液3和從下部向上流動的工藝氣體2在填充層20a中相互接觸。生成的富液4從吸收器20的下部排出。接觸貧液3的工藝氣體2釋放二氧化碳氣體并且作為脫二氧化碳氣體5從吸收器20的上部排出。

供應到吸收器20的工藝氣體2的類型不限于從沸器排出的燃燒廢氣或工藝廢氣。來自焚化廠或高爐車間的工藝廢氣可為工藝氣體2。此外，在需要時，工藝氣體2可在經(jīng)歷冷卻工藝之后被供應到吸收器20。另外，例如，諸如單乙醇胺(mea)或二乙醇胺(dea)的胺水溶液可用作吸收液。

熱交換器23安裝在吸收器20和汽提器21之間。熱交換器23和吸收器20通過第一富液管線l1連接。富液泵24安裝在吸收器20和熱交換器23之間，在第一富液管線l1處。從吸收器20排出的富液4被富液泵24通過熱交換器23供應到再生能力裝置21。熱交換器23導致要從吸收器20供應到汽提器21的富液4和要從汽提器21供應到吸收器20的貧液3之間的熱交換。富液4通過熱交換被加熱到預定溫度，而同時貧液3充當加熱源。在這種情況下，充當冷卻源的富液4將貧液3冷卻到預定溫度。

熱交換器23和汽提器21通過第二富液管線l2連接。被熱交換器23加熱的富液4經(jīng)由第二富液管線l2被供應到吸收器21。

蒸汽6從再沸器25(稍后進行描述)被供應到再生能力裝置21。汽提器21使得供應的富液4接觸蒸汽6、使得吸收在富液4中的二氧化碳氣體從富液4被釋放并且再生貧液3。

汽提器21可配置為逆流氣液接觸設(shè)備。在這種情況下，汽提器21包括填充層21a。當富液4被供應到汽提器21的上部并且蒸汽6從再沸器25被供應到汽提器21的下部時，從上部向下流動的富液4和從下部向上流動的蒸汽6在填充層21a中相互接觸。生成的貧液3從汽提器21的下部排出。已經(jīng)與富液4接觸過的蒸汽7包含二氧化碳氣體并且從汽提器21的上部排出。

圖1示意的二氧化碳分離和捕獲裝置1進一步包括氣體冷卻器26和氣液分離器27。氣體冷卻器26冷卻并凝結(jié)從汽提器21的上部排出并且包含二氧化碳氣體的蒸汽7，并生成凝結(jié)的水。氣液分離器27分離凝結(jié)的水和二氧化碳氣體8。諸如冷水的冷卻介質(zhì)從外部設(shè)備被供應到氣體冷卻器26，并且包含二氧化碳氣體的蒸汽7被冷卻介質(zhì)冷卻。在這個時候，蒸汽7被分離成二氧化碳氣體8和凝結(jié)的水9。被氣液分離器27分離的二氧化碳氣體8被壓縮并儲存在外部裝置(未示出)中。被氣液分離器27分離的凝結(jié)的水9被供應到汽提器21并且與吸收液混合。

前面提及的再沸器25連接到汽提器21。再沸器25利用供應的加熱介質(zhì)10來加熱從汽提器21供應的貧液3并且將蒸汽6供應到汽提器21。從汽提器21的下部排出的貧液3的一部分被供應到再沸器25。例如，高溫蒸汽作為加熱介質(zhì)10從外部源(例如渦輪(未示出))被供應到再沸器25。供應到再沸器25的貧液3在與加熱介質(zhì)10熱交換之后被加熱。從而由貧液3生成蒸汽6。特別地，在再沸器25中，通過高溫蒸汽的熱量而由貧液3生成蒸汽6。生成的蒸汽6被供應到汽提器21的下部。

汽提器21和熱交換器23通過第一貧液管線l3連接，并且貧液3經(jīng)由第一貧液管線l3從汽提器21被供應到熱交換器23。在第一貧液管線l3處，提供貧液泵28。從汽提器21排出的貧液3經(jīng)由熱交換器23被貧液泵28供應到吸收器20。熱交換器通過從吸收器20供應到汽提器21的富液4和從汽提器21供應到吸收器20的貧液3之間的熱交換而冷卻貧液3。

熱交換器23和吸收器20通過第二貧液管線l4連接，并且被熱交換器23冷卻的貧液3經(jīng)由第二貧液管線l4被供應到吸收器20。在第二貧液管線l4處，可提供貧液冷卻器29。諸如冷卻水的外部冷卻介質(zhì)被供應到貧液冷卻器29，并且貧液冷卻器29進一步將被熱交換器23冷卻的貧液3冷卻到限定溫度。

被貧液冷卻器29冷卻的貧液3被供應到吸收器20、再次接觸在與貧液3相反的方向上流動的廢氣并且吸收包含在工藝氣體2中的二氧化碳氣體，從而變成富液4。在二氧化碳分離和捕獲裝置1中，吸收液進行循環(huán)，同時重復地進行轉(zhuǎn)換以充當貧液3和富液4。

在實施例中，如圖1所示，二氧化碳分離和捕獲裝置1進一步包括入口濃度計30和出口濃度計31。入口濃度計30測量供應到吸收器20的工藝氣體2中酸性組分的濃度。出口濃度計31測量從吸收器20排出的脫二氧化碳氣體5中酸性組分的濃度。在入口濃度計30和出口濃度計31處酸性組分的測量的濃度作為信號被發(fā)送到控制器60(稍后進行說明)。如圖1所示，入口濃度計30提供在鼓風機22和吸收器20之間的部分處，但是入口濃度計30可以提供在另一位置處。

在實施例中，如圖1所示，二氧化碳分離和捕獲裝置1進一步包括入口流量計32和出口流量計33。入口流量計32測量供應到吸收器20的工藝氣體2的流量。出口流量計33測量從吸收器20排出的脫二氧化碳氣體5的流量。在入口流量計32和出口流量計33處的工藝氣體2的測量的流量作為信號被發(fā)送到控制器60(稍后進行說明)。如圖1所示，例如，入口流量計32提供在鼓風機22和入口濃度計30之間的部分處。

如圖1所示，二氧化碳分離和捕獲裝置1進一步包括補充吸收液供應單元40和吸收液排出單元50。補充吸收液供應單元40將吸收液供應到主單元1a，而吸收液排出單元50將吸收液從主單元1a排出。

補充吸收液供應單元40可包括儲存補充吸收液11的供應槽41和控制從供應槽41供應到主單元1a的補充吸收液11的量的供應球管42。供應槽41優(yōu)選儲存新鮮吸收液作為補充吸收液11。因此，通過供應補充吸收液11，容易減少貧液3和富液4中酸性組分的濃度。當補充吸收液11被供應到主單元1a時供應球管42被打開，而當不供應補充吸收液11時供應球管42被關(guān)閉。

補充吸收液供應單元40優(yōu)選將補充吸收液11供應到吸收器20和第一富液管線l1中的至少一者。在該實施例中，補充吸收液供應單元40將補充吸收液11供應到吸收器20。因此，供應槽41通過供應管線43連接到吸收器20。供應球管42提供在供應管線43處。

特別地，供應管線43優(yōu)選連接到吸收器20的下部。通過該部件，補充吸收液11被供應到吸收器20的下部，并且補充吸收液11被包括到儲存在吸收器20的下部的富液4中。因此，抑制了富液4液位的變化，并且提高了液位計(提供在吸收器20的下部處，未示出)的測量準確度。

在供應管線43處，還可提供供應泵44。供應泵44將補充吸收液11從供應槽41供應到吸收器20。

吸收液排出單元50可包括排出管線51和排出球管52。排出管線51將吸收液作為被排出液12從主單元1a排出。并且，排出球管52提供在排出管線51處，并且在吸收液被排出時打開而在不排出吸收液時關(guān)閉。

吸收液排出單元50優(yōu)選將吸收液從吸收液的溫度較低的位置(例如吸收器20和第一富液管線l1)排出。在該實施例中，吸收液排出單元50將吸收液從富液泵24和熱交換器23之間的部分排出。因此，排出管線51連接到富液泵24和熱交換器23之間、在第一富液管線l1處的部分。通過這些布置，通過利用富液泵24的動力，富液4可作為被排出液12被排出。

補充吸收液供應單元40和吸收液排出單元50由控制器60控制。

控制器60基于在入口濃度計30和出口濃度計31處測量的酸性組分的濃度控制供應到主單元1a的補充吸收液11的量。

如圖2所示，控制器60包括積累計算器61、存儲器62和設(shè)備操作器63。

控制器60至少包括處理器(例如中央處理單元(cpu))和存儲器62。根據(jù)本發(fā)明的實施例，控制器60配置為控制二氧化碳分離的某些功能并監(jiān)測和減少酸性組分在吸收液中的積累。

在該情形中，用于執(zhí)行由控制器60執(zhí)行的各種類型的工藝的計算機程序(下文稱為“程序”)被提供為被預先包含在rom、儲存器62或其他存儲裝置中。程序可被提供為被紀錄在計算機可讀存儲介質(zhì)(例如光盤只讀存儲器(cd-rom)、軟盤(fd)、只讀光盤(cd-r)或數(shù)字通用盤(dvd))上。另外，程序可通過被存儲在連接到網(wǎng)絡(luò)(例如互聯(lián)網(wǎng))的計算機并且經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)下載而被提供或分布。例如，程序可被構(gòu)造有包括積累計算器61和設(shè)備操作器63的模塊。作為實際的硬件，控制器60的cpu配置為讀取并執(zhí)行程序，從而實現(xiàn)積累計算器61和設(shè)備操作器63的功能模塊，如下所述。

積累計算器61通過利用工藝氣體2中酸性組分的濃度和工藝氣體2的流量來計算包括在工藝氣體2中的酸性組分的量。積累計算器61通過利用脫二氧化碳氣體5中酸性組分的濃度和脫二氧化碳氣體5的流量來計算包括在脫二氧化碳氣體5中的酸性組分的量。積累計算器61進一步通過利用包括在工藝氣體2中酸性組分的量和包括在脫二氧化碳氣體5中酸性組分的量之間的差來計算包括在富液4中的酸性組分的量。最后，積累計算器61進一步通過在限定時段上對包括在富液4中的酸性組分的量進行積分來計算包括在富液4中的酸性組分的積累量。

存儲器62存儲關(guān)于包括在富液4中的酸性組分的積累量和補充吸收液11的供應量之間的關(guān)系的信息。特別地，在包括在富液4中的酸性組分的積累的量達到限定值時限定補充吸收液11的供應量。此處，補充吸收液11的供應量可被限定為貧液3和富液4的整體量的一部分。換言之，補充吸收液11的供應量可被設(shè)置為等于或小于貧液3和富液4的整體量。

設(shè)備操作器63通過操作補充吸收液供應單元40的供應球管42和供應泵44來供應補充吸收液11。設(shè)備操作器63通過利用在積累計算器61處計算的酸性組分的積累量和存儲在存儲器61中的酸性組分的積累的量和補充吸收液11的供應量之間的限定關(guān)系來調(diào)整補充吸收液11的供應量。

例如，當酸性組分的計算的積累量達到限定值時，設(shè)備操作器63向供應球管42和供應泵44發(fā)送信號以使得供應球管42打開并且供應泵44進行操作。通過該工藝，補充吸收液11從補充吸收液供應單元40被供應到吸收器20。為了供應限定量的補充吸收液11，供應球管42被打開持續(xù)限定時段。

設(shè)備操作器63通過操作排出球管52來排出吸收液。設(shè)備操作器63基于補充吸收液11的供應量來調(diào)整被排出液12的量。例如，設(shè)備操作器63向排出球管52發(fā)送信號以使得富液4從第一富液管線l1被排出。通過打開排出球管52持續(xù)限定時段來調(diào)整被排出的富液4的量。

被排出液12的量優(yōu)選設(shè)置為與供應到吸收器20的補充吸收液11的量相同。通過該工藝，在供應補充吸收液11之前和之后，主單元1a中吸收液的整體量沒有變化。然而，只要高效地減少酸性組分的濃度，被排出液12的量就不限于與供應的補充吸收液11的量相同。

設(shè)備操作器63可在任何時機供應補充吸收液11和排出被排出液12。例如，可在排出富液4之后供應補充吸收液11。在這種情況下，包含高濃度酸性組分的富液4可在供應補充吸收液11之前被排出，并且高效地減少了主單元1a中貧液3和富液4中的酸性組分。

在二氧化碳分離和捕獲裝置1的操作工藝中，工藝氣體2中酸性組分的濃度和供應到吸收器20的工藝氣體2的流量和脫二氧化碳氣體5中酸性組分的濃度以及從吸收器20排出的脫二氧化碳氣體5的流量被順序地測量?；诎ㄔ诟灰?中的酸性組分的積累量來將補充吸收液11供應到主單元1a。

積累計算器61通過利用工藝氣體2中酸性組分的濃度和工藝氣體2的流量來計算包括在工藝氣體2中的酸性組分的量。積累計算器61通過利用脫二氧化碳氣體5中酸性組分的濃度和脫二氧化碳氣體5的流量來計算包括在脫二氧化碳氣體5中的酸性組分的量。積累計算器61進一步通過利用包括在工藝氣體2中酸性組分的量和包括在脫二氧化碳氣體5中酸性組分的量之間的差來計算包括在富液4中的酸性組分的量。最后，積累計算器61進一步通過在限定時段上對包括在富液4中的酸性組分的量進行積分來計算包括在富液4中的酸性組分的積累量。

當富液4中酸性組分的積累量達到限定值時，富液4作為被排出液12從主單元1a被排出。在此之后，供應槽41中的補充吸收液11被供應到主單元1a。

當排出富液4時，排出球管52被打開持續(xù)限定時段。通過這樣做，富液4作為被排出液12從第一富液管線l1被排出。當富液4的排出量達到存儲在存儲器62處的限定值時，排出球管52被關(guān)閉。可以調(diào)整排出球管52被打開的時段以使得排出的富液4的量與供應的補充吸收液11的量相同。

在通過關(guān)閉排出球管52完成排出富液4之后，補充吸收液供應單元40的供應球管42通過設(shè)備操作器63被打開，并且供應槽41中的補充吸收液11被供應到主單元1a。當補充吸收液11的供應量達到限定值時，供應球管42被關(guān)閉。調(diào)整供應球管42打開的時段以使得補充吸收液11的供應量達到存儲在存儲器62中的限定值。通過這些工藝，補充吸收液11的供應的量與被排出液12的量相同，并且減少了主單元1a中貧液3和富液4中的酸性組分的量。

此處，可以根據(jù)工廠狀況(例如調(diào)整電力、改變發(fā)電負荷或改變操作熱電廠中沸器的方式)來改變工藝氣體2中酸性組分的濃度。通過改變工藝氣體2中酸性組分的濃度，也改變了酸性組分的積累濃度。

在該實施例中，富液4中酸性組分的積累量被自動且順序地計算。這樣，即使在工藝氣體2中酸性組分的濃度頻繁變化的情況下，富液4中積累的酸性組分的量也被準確地測量，并且提高了供應到主單元1a的補充吸收液11的供應量的準確度。

在該實施例中，基于工藝氣體2和脫二氧化碳氣體5中酸性組分的濃度和工藝氣體2和脫二氧化碳氣體5的流量來將補充吸收液11供應到主單元1a。通過該工藝，準確地監(jiān)測富液4中酸性組分的量。因此，富液4中酸性組分的積累量被準確地計算，并且基于富液4中酸性組分的積累量來將補充吸收液11供應到主單元1a。通過該工藝，高效地減少了主單元1a中貧液3和富液4中的酸性組分。結(jié)果，抑制了主單元1a中吸收液的劣化，并且也抑制了碳捕獲性能的降低。

在該實施例中，通過供應球管42來調(diào)整補充吸收液11的供應量。通過該布置，容易調(diào)整補充吸收液11的供應量。

在該實施例中，包含大量酸性組分的富液4通過排放單元50被排出。通過該布置，包含大量酸性組分的富液4從主單元1a被排出，并且高效地減少了主單元1a中貧液3和富液4中的酸性組分。另外，容易通過排出球管52來控制富液4的排出量。

在該實施例中，富液4從在富液泵24和熱交換器23之間、在第一富液管線l1處的部分被排出。在該部分處吸收液的溫度低于在二氧化碳分離和捕獲裝置1中其他部分的溫度。結(jié)果，易于操縱(例如運送、儲存)被排出液12，并且抑制了主單元1a熱效率的降低。另外，富液4借助富液泵24的動力被排出，并且不需要排出富液4的外部動力源。

在上面說明了補充吸收液11被供應到吸收器20的情況。不同于該布置，可將補充吸收液11供應到第一富液管線l1。在這種情況下，通過將補充吸收液11供應到第一富液管線l1的低溫部分，與第一富液管線l1的另一部分相比，抑制了主單元1a熱效率的降低。另外，只要抑制了主單元1a熱效率的降低，就可將補充吸收液11供應到主單元1a的其他部分，例如熱交換器23或汽提器21和交換器23之間的部分。

在該實施例中，在富液4從主單元4a排出后將補充吸收液11供應到主單元1a。不同于該情況，只要高效地減少酸性組分的濃度，就可以在任何時機供應補充吸收液11和排出富液4。

在該實施例中，吸收液排出單元50從主單元1a排出吸收液。不同于該情況，只要高效地減少酸性組分的濃度并且貧液3和富液4的總量不超過限定值，就無需排出吸收液。