用于二氧化碳去除的方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開(kāi)一般性涉及從氣體流去除二氧化碳。更具體地，本公開(kāi)涉及一種系統(tǒng)和方 法，用于沉淀銨鹽作為從二氧化碳半貧乏的相分離富含二氧化碳的相的手段，因此降低在 再生期間的能量要求。
[0002] 發(fā)明背景 燃燒化石燃料通常產(chǎn)生含有污染物的排氣流(通常稱為"煙道氣流"），所述污染物例如 二氧化碳(C〇2)、硫氧化物(SOx)、氮氧化物(NOx)、萊和含碳類物質(zhì)，以及顆粒物質(zhì)，例如灰 塵或飛灰。為了滿足在某些法律和協(xié)議下建立的要求，燃燒化石燃料的工廠使所得到的煙 道氣流經(jīng)歷各種過(guò)程和系統(tǒng)，以降低或消除在將煙道氣流排放至大氣之前存在于煙道氣流 中的污染物的量。
[0003] 在一個(gè)實(shí)例中，通過(guò)將氣體流引入到吸收塔("吸收器"），從氣體流除去二氧化碳。 在一個(gè)實(shí)施方案中，在吸收器內(nèi)采用逆流流動(dòng)使氣體流與溶劑接觸。溶劑和氣體流之間的 接觸允許溶劑吸收，因此從氣體流除去C02。通常將基本上不含C02的氣體流送至排氣煙囪， 而富含C02的溶劑在再生器中處理，以除去C02。來(lái)自再生器的溶劑隨后循環(huán)返回至吸收器， 用于進(jìn)一步使用。
[0004] 當(dāng)使用反應(yīng)性溶劑(例如氨）用于C02去除時(shí)，一種（或多種）溶劑與二氧化碳之間 的溶液反應(yīng)可形成沉淀，例如銨鹽。當(dāng)利用冷凍的氨吸收過(guò)程(通常稱為"CAP")時(shí)，該過(guò)程 在低溫(通常低于20°C)和高C02載荷下操作，使得氨揮發(fā)性最小化。在吸收器周圍可能需要 高的氨摩爾濃度和(氨的)高再循環(huán)速率，以實(shí)現(xiàn)期望的從煙道氣流去除C02。
[0005] 除了實(shí)現(xiàn)從煙道氣流去除期望量的C02以外，還期望降低氨損失。降低氨損失涉及 低溫和低游離氨摩爾濃度。另外，在高游離氨摩爾濃度、低溫和高C02載荷下，氨溶劑具有沉 淀碳酸氫銨的傾向，因此限制在吸收器和再生器之間溶劑的循環(huán)容量。結(jié)果是在吸收器和 再生器之間需要較高的循環(huán)速率，以實(shí)現(xiàn)期望的C02捕集率。
[0006] 發(fā)明概述 根據(jù)本文說(shuō)明的各方面，提供了一種用于從氣體除去二氧化碳的方法，所述方法包括 將含有二氧化碳的氣體流引入到吸收器;使氣體流與含有氨的溶劑接觸，所述含有氨的溶 劑的摩爾濃度為約0.5M(molar)-約13 Μ;和使用所述含有氨的溶劑從氣體流吸收二氧化 碳，從而從氣體流除去二氧化碳和形成富含C02的流。
[0007] 根據(jù)本文說(shuō)明的其它方面，提供了一種用于從含有二氧化碳的氣體流除去二氧化 碳的方法，所述方法包括將含有二氧化碳的氣體流引入到溫度為約45°C或更低的吸收器； 使含有二氧化碳的氣體流與摩爾濃度為約0.5 Μ -約13 Μ的含有氨的溶劑接觸;從氣體流 吸收二氧化碳;和在二氧化碳和含有氨的溶劑之間形成沉淀。
[0008] 根據(jù)本文說(shuō)明的又一方面，提供了一種用于從氣體流除去二氧化碳的系統(tǒng)，所述 系統(tǒng)包含:吸收器，其設(shè)置用于接受含有二氧化碳的氣體流和含有氨的溶劑，所述含有氨的 溶劑的摩爾濃度為約0.5Μ-約13 Μ，使含有二氧化碳的氣體流與含有氨的溶劑接觸，以從氣 體除去二氧化碳和形成富含二氧化碳的流;和與所述吸收器流體偶聯(lián)的再生器，其中所述 再生器設(shè)置用于接受至少一部分富含二氧化碳的流和從富含二氧化碳的流除去二氧化碳， 以形成再生的溶劑，該再生的溶劑將被引入到吸收器，用于進(jìn)一步吸收和去除二氧化碳。
[0009]上述的和其它特征將通過(guò)以下圖和在詳細(xì)描述中進(jìn)行舉例說(shuō)明。
[0010] 附圖簡(jiǎn)述 現(xiàn)在參考圖，其為示例性實(shí)施方案，并且其中相同的元件同樣地編號(hào)： 圖1為用于從氣體流去除二氧化碳的系統(tǒng)的示意圖； 圖2為說(shuō)明在根據(jù)本文描述的一個(gè)實(shí)施方案的系統(tǒng)中的二氧化碳捕集率的圖； 圖3為說(shuō)明再沸器溫度和貧乏載荷的圖。
[0011] 詳細(xì)描述 圖1說(shuō)明用于從氣體流去除二氧化碳(c〇2)的系統(tǒng)100。系統(tǒng)100包括塔狀吸收器110,其 中引入含有C02的氣體流112，例如煙道氣流，并且與溶劑接觸，所述溶劑例如C02-貧乏的流 114a和/或C02半貧乏的流114b。含有C02的氣體流112可采用逆流方式與溶劑114a、114b接 觸；然而，可考慮含有C02的氣體流112采用在系統(tǒng)100中期望的任何方式或方向與溶劑 114a、114b 接觸。
[0012] C02-貧乏的流114a和/或C02半貧乏的流114b均為從氣體流112吸收C02的含有氨的 溶劑。溶劑114a、114b包括摩爾濃度為約0.5 Μ -約13 Μ的低摩爾濃度氨。在一個(gè)實(shí)施方案 中，在吸收器110中，含有氨的溶劑114a、114b的摩爾濃度為約0.5 Μ -約6 Μ。
[0013] 使用具有低氨摩爾濃度的溶劑降低氨損失，并且提高C02的飽和濃度，因此，與具 有較高摩爾濃度的溶劑相比，對(duì)于每摩爾氨，含有氨的溶劑可吸收更多摩爾的C02。在一個(gè) 實(shí)施方案中，含有氨的溶劑114a包含C02-貧乏的流，而含有氨的溶劑114b包含C02半貧乏的 流。如以下關(guān)于從煙道氣流吸收C02和使含有氨的溶劑再生進(jìn)一步描述的，C02-貧乏的流 114a包含再生的溶劑149,在離開(kāi)再生器144之后，將其循環(huán)返回至吸收器110,其中再生的 溶劑149汽提二氧化碳。如以下參考圖3進(jìn)一步描述的，再生的溶劑149以及因此C02-貧乏的 流114a呈現(xiàn)在0.00-0.45摩爾C02/摩爾氨范圍的貧乏的C02載荷。如以下參考將煙道氣流通 向沉淀裝置132和隨后通向分離裝置138進(jìn)一步描述的，C02半貧乏的流114b包含從分離裝 置138提取的流120a，并且循環(huán)返回至吸收器110,而無(wú)需通過(guò)再生器144。
[0014] 在一個(gè)實(shí)施方案中，含有氨的溶劑、C〇2-貧乏的流114a和/或C02半貧乏的流114b還 包括酶形式的催化劑。在一個(gè)實(shí)施方案中，酶為金屬酶，例如碳酸酐酶。在另一個(gè)實(shí)施方案 中，將催化劑加入到含有氨的溶劑、C〇2-貧乏的流114a和/或⑶2半貧乏的流114b，以提高溶 液的總載荷和/或有利于形成碳酸氫鹽沉淀。在一個(gè)實(shí)施方案中，吸收器110在約45°C或更 低的溫度下操作。在另一個(gè)實(shí)施方案中，吸收器110根據(jù)CAP操作，如以上描述的，使得吸收 器110的溫度為約20°C?？紤]吸收器110的頂部部分110a可在約10°C或更低的溫度下操作。
[0015] 如圖1所示，氣體流112進(jìn)入吸收器110的底部部分116,并且向上行進(jìn)吸收器110的 長(zhǎng)度L，在這里其在第一吸收部分118中與C02半貧乏的流114b接觸。C02半貧乏的流114b與氣 體流112之間的接觸形成富含C02和氨(NH3)的流120以及含有降低的C02的流122。從吸收器 110除去流120,并且流120的一部分120a經(jīng)由反饋回路124再循環(huán)至吸收器110,并且作為 C02半貧乏的流114b引入到吸收器110,而流120的其余部分作為C02-富集的相流140提供至 再生系統(tǒng)126。
[0016] 同時(shí)，在吸收器110中，含有降低的⑶2的氣體流122繼續(xù)至第二吸收部分128,其中 使含有降低的C〇2的氣體流122與C02-貧乏的流114a接觸。在第二吸收部分128中，從氣體流 吸收更多的C02,以形成顯著降低二氧化碳含量的流129。在其它實(shí)施方案中，考慮吸收器 110可具有多于兩個(gè)吸收部分，如說(shuō)明的。在又一個(gè)實(shí)施方案中，吸收器110的各部分包含多 于一個(gè)分離塔或單元。
[0017] 在出口 119處從吸收器110放出之前，流129可在吸收器110中通過(guò)一個(gè)或多個(gè)洗滌 部分130進(jìn)行處理。存在于洗滌部分130中氨的摩爾濃度為約0 Μ -約3 M。具有顯著降低的 二氧化碳含量的流129可在系統(tǒng)100的另一部分中經(jīng)歷進(jìn)一步處理或者可釋放至環(huán)境。
[0018] 由于在氣體流112中的C02與在吸收器110中的⑶2-貧乏的流114a和/或C02半貧乏 的流114b之間的反應(yīng)的結(jié)果，流120富含0)2和順3。在一個(gè)實(shí)施方案中，在提供至再生系統(tǒng) 126之前，流120的第一壓力經(jīng)由第一栗121A升高，隨后具有升高的壓力或第二壓力的流120 經(jīng)由冷卻器123冷卻并且提供至沉淀裝置132。在一個(gè)實(shí)施方案中，沉淀裝置132為結(jié)晶器， 其形成沉淀134。沉淀134可為例如銨鹽。根據(jù)方程式1和2,該物質(zhì)形成導(dǎo)致低約15%的再生 焓： C02(g)+NH3(aq)+H2〇 = NH4HC03(aq) ΔΗ = -6