專(zhuān)利名稱(chēng)：具有壓縮的頂部物流以提供熱能的吸收劑再生的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從氣體混合物中捕獲C02的技術(shù)領(lǐng)域。更具體地說(shuō)，本發(fā)明 涉及從含有C02的氣體(例如來(lái)自于燃燒含碳材料的燃燒氣體或來(lái)自于其 它釋放C02的過(guò)程的燃燒氣體)中捕獲C02的技術(shù)領(lǐng)域。更具體地說(shuō)，本發(fā) 明涉及一種用于使C02吸收劑再生的方法和設(shè)備，在該方法和設(shè)備中，所述 C02吸收劑用于捕獲C02。
背景技術(shù)：
在上幾個(gè)世紀(jì)中，持續(xù)增加的化石燃料(例如煤、天然氣和石油)的 燃燒導(dǎo)致了大氣中的C02濃度的提高。由于由C02所引發(fā)的溫室效應(yīng)，越來(lái) 越高的C02濃度已經(jīng)引起了人們的關(guān)注。人們已經(jīng)猜測(cè)到溫室效應(yīng)導(dǎo)致了至
少一些在過(guò)去的幾十年中已經(jīng)經(jīng)歷的氣候變化，并且根據(jù)模擬模型，人們猜 測(cè)溫室效應(yīng)將導(dǎo)致潛在地更為顯著的地球的氣候變化。
全世界的科學(xué)家、環(huán)境學(xué)家和政治家已經(jīng)發(fā)出呼吁，希望大家行動(dòng)起來(lái)
以穩(wěn)定甚至降低由于燃燒化石燃料而產(chǎn)生的co2向大氣的排放。由燃燒化石 燃料而產(chǎn)生的co2向大氣的排放的穩(wěn)定甚至降低可以通過(guò)從來(lái)自于燃燒化 石燃料的熱電廠(thermal power plants)以及其它工廠的廢氣中捕獲C02并
對(duì)C02進(jìn)行安全沉積而實(shí)現(xiàn)。
可以將捕獲的C02注入地下地形構(gòu)造(sub terrain formations)內(nèi)(例如
地下蓄水層、油井)以提高石油的回收率或?qū)⒉东@的C02注入枯竭的油井或 氣井中以進(jìn)行沉積。試驗(yàn)表明C02可以在地下地形構(gòu)造中保留幾千年而不會(huì)
被釋放到大氣中。
利用吸收法從氣體中捕獲C02是公知的并且已經(jīng)使用了幾十年，例如在天然氣田，用于從生產(chǎn)的天然氣中脫除co2 (以及其它酸性氣體)?，F(xiàn)有
技術(shù)中使用或推薦的吸收劑為各種堿性水溶液(例如碳酸鉀(例如請(qǐng)見(jiàn)
US 5528811))和各種胺(例如:請(qǐng)見(jiàn)US 4112051、 US 4397660和US 5061465)。例如從US 4942734中可以了解到利用胺溶液可以從來(lái)自于熱電 廠的廢氣中分離出C02。
上述C02捕獲溶液的共同之處在于將待分離的氣體混合物沿與所述吸 收劑水溶液相反的方向引入吸收器塔內(nèi)。離開(kāi)所述吸收器塔的氣體耗盡了 C02 (或耗盡了酸性氣體)，而所述C02 (或其它酸性氣體)與所述吸收劑一 起離開(kāi)所述吸收器塔。所述吸收劑在再生器塔內(nèi)進(jìn)行再生并返回所述吸收器 塔。胺是通過(guò)在所述再生塔內(nèi)用蒸汽對(duì)所述胺溶液進(jìn)行汽提而再生的。所述 蒸汽是在位于所述塔的底部的再沸器內(nèi)產(chǎn)生的。
圖1以及隨附的WO 2004/080573的文本描述了一種用于C02吸收劑的 低壓再生過(guò)程，其中所述吸收劑通過(guò)逆向流動(dòng)的蒸汽而在再生塔內(nèi)進(jìn)行汽 提。所述塔內(nèi)的壓力指示為約0.15標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(atm)或約0.15巴(bar), 所述再生塔底部的溫度為約55'C并且沿朝向所述塔的頂部的方向而降低。通 過(guò)多段壓縮而將在所述再生塔的頂部抽出的由C02與蒸汽形成的氣體混合 物的壓力提高至大氣壓力，同時(shí)在壓縮段之間進(jìn)行冷卻并分離出水。所述冷 卻是通過(guò)與流向相反的貧吸收劑進(jìn)行熱交換以產(chǎn)生用于所述再生塔內(nèi)的汽 提的低壓蒸汽而實(shí)現(xiàn)的。
該低于大氣壓(sub-atmospheric)的再生過(guò)程對(duì)于碳酸鹽吸收劑來(lái)說(shuō)可 能是有效的。然而，胺吸收劑需要更高的溫度以使C02的汽提進(jìn)行完全。低 壓再生給這樣的設(shè)備的再生部分的建筑和運(yùn)行都增加了額外的成本。首先， 降低壓力導(dǎo)致了對(duì)體積更為龐大的再生塔的需求，顯著提高了建筑成本。其 次，將從所述再生塔的頂部抽出的氣體從所述塔的壓力壓縮至大氣壓力是需 要消耗能量的。將氣體從0.15巴壓縮至1巴的能耗大概與將氣體從1巴壓縮至7巴的能耗相當(dāng)。盡管，所述汽提器的頂部裝置的較低的運(yùn)行溫度使得所 述氣體的壓縮簡(jiǎn)便而且有效。
盡管所述再生塔內(nèi)的壓力的降低為能量整合提供了簡(jiǎn)便而且有利的水 蒸氣再壓縮，但是由所述能量整合而獲得的優(yōu)勢(shì)比由于附加成本而導(dǎo)致的劣 勢(shì)小得多。另外，如上所述，對(duì)于碳酸鹽以外的其它吸收劑來(lái)說(shuō)，該過(guò)程是 不能有效地運(yùn)行的，而且對(duì)于通常更優(yōu)選的胺類(lèi)來(lái)說(shuō)，該過(guò)程也不能有效地 運(yùn)行。
如上所闡述的，如此捕獲C02是現(xiàn)有技術(shù)所公知的。但是，有必要對(duì)該
co2捕獲過(guò)程進(jìn)行一些改進(jìn)以使不排放co2或co2排放很少的熱電廠在經(jīng)濟(jì)
上受益。
用于捕獲C02的設(shè)備是相對(duì)龐大的、復(fù)雜的且昂貴的建筑。因此，有必
要縮小該設(shè)備的尺寸、降低該設(shè)備的復(fù)雜程度以及成本。
捕獲C02的實(shí)施是以利用化石燃料的熱電廠的效率為代價(jià)的，因此，降
低了來(lái)自于熱電廠的電能和/或高溫?zé)崮艿妮敵隽?。與傳統(tǒng)的工廠相比較，效 率的降低使得這些設(shè)備的利潤(rùn)減少。因此，人們?cè)噲D對(duì)所述效率進(jìn)行改進(jìn)，
即降低所述C02捕獲過(guò)程中的能源成本。
目前優(yōu)選的吸收劑為各種胺的水溶液。通常使用的胺為鏈垸醇胺，例如
二乙醇胺、 一甲基乙醇胺(mono methyl ethanolamine)、氨乙基乙醇胺 (aminoethyl ethanolamine)、 2-(甲氨基)乙醇(2-(Metylamino)ethano1)、甲基 二乙醇胺(MDEA)以及其它本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的胺。所述胺吸收劑對(duì)
C02的吸收是一個(gè)可逆的且放熱的反應(yīng)。因此，必須向所述再生器塔提供熱
能以將所述吸收逆轉(zhuǎn)(reverse)并釋放所述C02。
根據(jù)現(xiàn)有的技術(shù)狀況，提供給所述再生器塔的熱能是由再沸器提供的， 在所述再沸器中，在約1.5巴或0.5巴的適合于所述汽提器的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行壓力 下，將所述吸收劑加熱到溫度通常為120-130°C。位于所述再沸器內(nèi)的吸收劑可以通過(guò)電熱源而進(jìn)行加熱但是更通常是通過(guò)熱介質(zhì)(例如高溫蒸汽) 而進(jìn)行加熱。所述再沸器是用于C02捕獲的吸收/解吸循環(huán)中的中等溫度熱 能的主要消耗者。降低對(duì)于中等溫度熱能的需求可以改進(jìn)所述C02捕獲過(guò)程 的經(jīng)濟(jì)性。
因此，本發(fā)明的目的是降低所述再沸器的功率，并因此降低對(duì)于中等溫 度熱能(例如高溫蒸汽)的需求。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明涉及一種用于使吸收了 C02的富吸收劑
(rich absorbent)再生以得到再生的吸收劑或貧吸收劑(lean absorbent)和 C02的方法，在該方法中，將所述富吸收劑的物流引入在大氣壓力或更高的 壓力下運(yùn)行的再生器塔，在該再生器塔中，所述富吸收劑向下流動(dòng)并與通過(guò) 在所述再生器塔的底部對(duì)所述貧吸收劑進(jìn)行加熱而產(chǎn)生的蒸汽的流向相反，
其中，將主要含有釋出的C02和蒸汽的氣體從所述再生器塔的頂部抽出 并分離成為C02物流以及冷凝的水，將所述C02物流移除掉，并將所述冷凝
的水再循環(huán)進(jìn)入所述再生器塔，
并且其中，將所述貧吸收劑或再生的吸收劑從所述再生器塔的底部抽 出，其中在將從所述再生器塔的頂部抽出的所述氣體分離成為C02和水之 前，將該氣體壓縮并通過(guò)熱交換而進(jìn)行冷卻，以回收熱能。
在進(jìn)行分離之前，通過(guò)對(duì)從所述頂部抽出的全部的C02和蒸汽進(jìn)行壓
縮，離開(kāi)所述再生塔的氣體內(nèi)的熱能得以保留并且該熱能可以在消耗能量的 情況下轉(zhuǎn)化成為中等溫度熱能，用于提高所述蒸汽的壓力并提高所述蒸汽的 冷凝溫度。與更低溫度的熱能不同(對(duì)于其它用途來(lái)說(shuō)，所述更低溫度的熱 能沒(méi)有價(jià)值或只有有限的價(jià)值，并且所述更低溫度的熱能通常以冷卻的水的 形式而釋放)，所述中等溫度熱能接著可以用于其它用途。根據(jù)一種實(shí)施方式，在將從所述再生塔的頂部抽出的所述氣體分離成為
C02和水之前，將該氣體壓縮至壓力為所述再生塔的運(yùn)行壓力的2-5倍。通 過(guò)將所述氣體壓縮至壓力為所述再生塔的運(yùn)行壓力的2-5倍，可以有效地提 高所述氣體內(nèi)的總體的熱能和溫度，通過(guò)與流向相反的所述壓縮的氣體進(jìn)行 熱交換，可以產(chǎn)生中等溫度蒸汽。
根據(jù)一種實(shí)施方式，在包括兩個(gè)或兩個(gè)以上的壓縮段的壓縮單元內(nèi)，將 從所述再生塔頂部抽出的所述氣體壓縮，并且其中將水引入處于所述壓縮段 之間的所述壓縮的氣體內(nèi)。幾個(gè)壓縮段改進(jìn)了對(duì)所述壓縮的控制并可以在各 步之間進(jìn)行冷卻。
根據(jù)一種具體實(shí)施方式
，通過(guò)與流向相反的水進(jìn)行熱交換而將所述壓縮 的氣體冷卻，以加熱所述水來(lái)產(chǎn)生蒸汽。通過(guò)向所述熱的壓縮的氣體中添加 水而進(jìn)行冷卻降低了所述氣體的溫度，而無(wú)需消耗所述冷卻器內(nèi)的任何熱 能，并因此將所述氣體內(nèi)的熱能保留從而降低了熱能的損耗。
根據(jù)一種實(shí)施方式，由熱交換而產(chǎn)生的所述蒸汽用于通過(guò)在所述再生器 塔的底部對(duì)貧吸收劑進(jìn)行加熱而產(chǎn)生蒸汽?？梢允褂猛ㄟ^(guò)與流向相反的所述 壓縮的氣體進(jìn)行熱交換而產(chǎn)生的蒸汽來(lái)代替所述再沸器內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽并因 此降低所述再沸器的功率。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，本發(fā)明涉及一種用于從含有C02的氣體中捕獲 C02的方法，該方法包括將液態(tài)的貧吸收劑和所述含有C02的氣體引入吸 收器，在該吸收器中，使所述含有C02的氣體沿與所述貧吸收劑相反的方向 流動(dòng)，以產(chǎn)生富吸收劑和耗盡了C02的氣體的物流；將所述耗盡了C02的氣 體釋放至環(huán)境；將所述富吸收劑從所述吸收器中抽出，
其中，將所述富吸收劑的物流引入在大氣壓力或更高的壓力下運(yùn)行的再 生器塔，在該再生器塔中，所述富吸收劑向下流動(dòng)并與通過(guò)在所述再生器塔 的底部對(duì)所述貧吸收劑進(jìn)行加熱而產(chǎn)生的蒸汽的流向相反，其中，將主要含有釋出的C02和蒸汽的氣體從所述再生器塔的頂部抽出 并分離成為C02物流以及冷凝的水，將所述C02物流移除掉，并將所述冷凝
的水再循環(huán)進(jìn)入所述再生器塔，
并且其中，將所述貧吸收劑或再生的吸收劑從所述再生器塔的底部抽
出，其中在將從所述再生器塔的頂部抽出的所述氣體分離成為C02和水之
前，將該氣體壓縮并通過(guò)熱交換而進(jìn)行冷卻，以回收熱能。在用于從環(huán)境中
捕獲C02的方法中，本發(fā)明的第二方面涉及包括本發(fā)明的再生器，因此，本
發(fā)明的第二方面包括結(jié)合在所述設(shè)備內(nèi)的有益特征。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，本發(fā)明涉及用于C02液體吸收劑的再生器，該
再生器包括在大氣壓力或更高的壓力下運(yùn)行的再生器塔；用于將富吸收劑 引入所述再生器塔的富吸收劑管路；用于將貧吸收劑從所述再生器塔的底部 抽出的抽出裝置；用于在將抽出的所述貧吸收劑的一部分再次引入所述再生 器塔之前，將該部分的貧吸收劑加熱以產(chǎn)生蒸汽的再沸器；用于將通過(guò)所述 抽出裝置而抽出的所述貧吸收劑的一部分再循環(huán)至吸收器的貧吸收劑管路； 用于將C02和蒸汽從所述再生器塔的頂部抽出的氣體抽出管路；以及用于將 從所述再生器塔的頂部抽出的所述氣體分離成C02物流和水的分離裝置，該 C02物流從該再生器排出，該水再循環(huán)至所述再生器塔，其中，該再生器還 包括用于將所述C02和蒸汽壓縮至壓力為2-10巴的蒸汽壓縮單元，該壓縮 單元設(shè)置在所述再生器塔和所述分離裝置之間。通過(guò)在分離之前將從所述頂 部抽出的所有的C02和蒸汽進(jìn)行壓縮，保留了離開(kāi)所述再生塔的所述氣體內(nèi) 的熱能，并將該部分熱能可以在消耗能量的情況下轉(zhuǎn)化成為中等溫度熱能， 用于提高所述蒸汽的壓力和提高所述蒸汽的冷凝溫度。所述蒸汽的冷凝溫度 的提高使得所述可以在較高的溫度下回收熱能。結(jié)果是降低了整個(gè)過(guò)程的能 耗。
根據(jù)第一種實(shí)施方式，所述壓縮單元為包括兩個(gè)或兩個(gè)以上的壓縮段的多段壓縮單元。幾個(gè)壓縮段的使用使得可以在各段之間進(jìn)行冷卻。這提高了 所述效率并降低了所述壓縮系統(tǒng)的設(shè)計(jì)溫度。
根據(jù)第二種實(shí)施方式，設(shè)置有水注入裝置以將水注入處于壓縮機(jī)之間的 所述壓縮的C02和水內(nèi)。通常通過(guò)熱交換器和冷卻介質(zhì)而實(shí)施段間冷卻。所 述冷卻介質(zhì)從所述系統(tǒng)中轉(zhuǎn)移出熱能。通過(guò)注入蒸汽而進(jìn)行的冷卻沒(méi)有從所 述系統(tǒng)中轉(zhuǎn)移能量并提高了可以回收的熱能的量。
根據(jù)第四種實(shí)施方式，本發(fā)明涉及用于從含有co2的氣體中捕獲co2
的設(shè)備，該設(shè)備包括將液態(tài)的貧吸收劑和所述含有C02的氣體引入吸收器
的裝置，在該吸收器中，使所述吸收劑和所述含有C02的氣體逆向流動(dòng)以產(chǎn)
生耗盡了 C02的氣流和富吸收劑；用于將所述耗盡了 C02的氣體釋放至環(huán)境 的裝置；用于抽出所述富吸收劑并將所述富吸收劑引入再生器的裝置，所述
再生器包括用于C02液態(tài)吸收劑的再生器，
所述用于C02液態(tài)吸收劑的再生器包括在大氣壓力或更高的壓力下運(yùn) 行的再生器塔；用于將富吸收劑引入所述再生器塔的富吸收劑管路；用于將 貧吸收劑從所述再生器塔的底部抽出的抽出裝置；用于在將抽出的所述貧吸 收劑的一部分再次引入所述再生器塔之前，將該部分的貧吸收劑加熱以產(chǎn)生 蒸汽的再沸器；用于將通過(guò)所述抽出裝置而抽出的所述貧吸收劑的一部分再 循環(huán)至吸收器的貧吸收劑管路；用于將C02和蒸汽從所述再生器塔的頂部抽 出的氣體抽出管路；以及用于將從所述再生器塔的頂部抽出的所述氣體分離
成C02物流和水的分離裝置，該C02物流從該再生器排出，該水再循環(huán)至所 述再生器塔，其中，所述再生器還包括用于將所述C02和蒸汽壓縮至壓力為
2-10巴的蒸汽壓縮單元，該壓縮單元設(shè)置在所述再生器塔和所述分離裝置之
間。此第四方面涉及結(jié)合了上述再生器的C02捕獲設(shè)備，并因此賦予整個(gè)捕
獲設(shè)備相同的優(yōu)勢(shì)。
在本說(shuō)明書(shū)中使用的術(shù)語(yǔ)"低溫?zé)嵩?或"低溫?zé)峤橘|(zhì)"用于描述從熱交換器離開(kāi)的出口溫度低于ll(TC的熱源或熱介質(zhì)(例如水、蒸汽或其它
熱介質(zhì))。對(duì)于低溫?zé)嵩磥?lái)說(shuō)，從熱交換器離開(kāi)的出口溫度可以低于105'C、 低于10(TC或低于95'C。對(duì)于低溫?zé)峤橘|(zhì)來(lái)說(shuō)，進(jìn)入熱交換器的入口溫度可 以低于13(TC (例如低于125'C)。
在本說(shuō)明書(shū)中使用的術(shù)語(yǔ)"中等溫度熱能"或"中等溫度熱介質(zhì)"用于 描述從熱交換器離開(kāi)的出口溫度高于12(TC(例如高于125'C或高于130°C) 的熱源或熱介質(zhì)(例如水、蒸汽或其它熱介質(zhì))。中等能量的熱源或熱介 質(zhì)進(jìn)入熱交換器的入口溫度通常為高于125°C，更優(yōu)選高于13(TC。
中等溫度熱介質(zhì)可以為溫度高于125'C或高于130'C的蒸汽，所述蒸汽 在熱交換器內(nèi)進(jìn)行冷凝以產(chǎn)生溫度比所述蒸汽的入口溫度低約l-10'C的冷 凝的水。該冷凝的水接著可以用作對(duì)熱能需求較少的過(guò)程的低溫?zé)峤橘|(zhì)。
在本說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中使用的術(shù)語(yǔ)"壓縮機(jī)段(compressor stage)" 同時(shí)覆蓋含有兩個(gè)或兩個(gè)以上的壓縮機(jī)段的物理壓縮機(jī)單元或各自為一段 的物理上分開(kāi)的壓縮機(jī)。


圖1為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)狀況的C02捕獲設(shè)備的示意圖；以及 圖2為根據(jù)本發(fā)明的C02捕獲設(shè)備中的改進(jìn)的胺再生部分的一種實(shí)施方 式的示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的CC)2捕獲設(shè)備，其中，來(lái)自于含碳燃料的燃 燒的廢氣通過(guò)廢氣管路1進(jìn)入所述C02捕獲設(shè)備。通過(guò)利用用于產(chǎn)生電能的 所述燃燒的高溫?zé)崮?，廢氣管路l中的所述廢氣基本上被冷卻。通過(guò)管路進(jìn) 入所述C02捕獲設(shè)備的廢氣的溫度一般為約120-90°C。將來(lái)自于廢氣管路1
14的所述廢氣引入冷卻區(qū)段，在該冷卻區(qū)段中，所述廢氣被水所飽和并被冷卻
至溫度為約35-60'C。
然后，將冷卻的并且濕潤(rùn)的廢氣引入吸收塔3的下部，在該吸收塔3中， 所述廢氣由所述吸收塔3的底部向頂部流動(dòng)，與貧吸收劑的流向相反，即用 于剝離C02的吸收劑通過(guò)貧吸收劑管路4進(jìn)入所述吸收塔的上部。貧氣體 (即，已經(jīng)除去了大部分的C02的廢氣)通過(guò)位于所述吸收塔頂部的氣體出 口管路6而排出，而富吸收劑(即，已經(jīng)吸收了C02的吸收劑)通過(guò)富吸收 劑管路5從所述吸收塔排出。
在富吸收劑被引入再生器塔8之前，所述富吸收劑在熱交換器7中被流 向相反的返回至所述吸收塔的貧吸收劑加熱至范圍通常為90-110'C的溫度。 在所述再生器塔8內(nèi)，所述富吸收劑向下流動(dòng)，與通過(guò)在再生再沸器11內(nèi) 對(duì)所述吸收劑中的一些進(jìn)行加熱而產(chǎn)生的蒸汽的流向相反。貧吸收劑通過(guò)貧 吸收劑出口 IO離開(kāi)所述再生器塔。所述出口 10中的一部分貧吸收劑進(jìn)入所 述再生再沸器ll，在該再生再沸器中，這部分貧吸收劑被加熱至范圍通常為 120-130'C的溫度，以產(chǎn)生熱的吸收劑和蒸汽，所述蒸汽通過(guò)管路12而再次 進(jìn)入所述再生器塔。通常利用電或加熱介質(zhì)(例如蒸汽)對(duì)所述再沸器ll 內(nèi)的貧吸收劑進(jìn)行加熱。當(dāng)使用加熱介質(zhì)在所述再生再沸器內(nèi)對(duì)所述吸收劑 進(jìn)行加熱時(shí)，所述加熱介質(zhì)通過(guò)管路13而引入并通過(guò)管路13'而排出。作為 用于所述再沸器的熱介質(zhì)的蒸汽通常以13(TC至約14(TC的高壓蒸汽的形式 而引入，并通過(guò)管路13'以處于同樣溫度的冷凝的蒸汽的形式離開(kāi)。換句話 說(shuō)，在所述再沸器內(nèi)從所述熱介質(zhì)轉(zhuǎn)移至所述吸收劑的能量是所述蒸汽冷凝 而產(chǎn)生的熱能。
從所述塔的底部進(jìn)行加熱使從所述塔的底部至頂部的溫度梯度處于穩(wěn) 定的狀態(tài)，其中依賴(lài)于所述塔的實(shí)際設(shè)計(jì)，所述頂部的溫度為比所述底部的 溫度低1(TC至5(TC。處于管路10中的沒(méi)有進(jìn)入所述再生再沸器的貧吸收劑通過(guò)管路4而再 循環(huán)回到所述吸收塔3并在熱交換器7中被所述管路5中的流向相反的富吸 收劑所冷卻。在所述熱交換器7中，相對(duì)較冷的富吸收劑再次被流向相反的 離開(kāi)所述汽提器(stripper)的溫度約為12(TC的相對(duì)較熱的貧吸收劑所加熱。 依賴(lài)于該設(shè)備的實(shí)際的尺寸和構(gòu)造，離開(kāi)所述熱交換器7前往所述胺汽提器 的富胺的溫度可以為約90-110'C。
所述再生塔內(nèi)的壓力通常為大氣壓力或更高的壓力以獲得所述吸收劑 的有效的再生或有效地對(duì)C02進(jìn)行汽提。所述再生塔內(nèi)的壓力通常為1.5巴 或更高。在實(shí)際情況中，所述壓力通常約1.5-2.0巴，但是甚至可以超過(guò)此 壓力。
通過(guò)氣體抽出管路9將由所述吸收劑所釋放的C02、水蒸氣和少量的吸 收劑從所述再生器塔8中抽出。所述氣體抽出管路9中的氣體在回流冷凝器 14內(nèi)進(jìn)行冷卻以冷凝出水，在分離器15中將該水與主要含有C02的殘留氣 體分離。從所述C02分離器15中脫出的C02氣體和一些殘留的水蒸氣通過(guò) C02管路16而進(jìn)行進(jìn)一步的處理(例如干燥、壓縮和沉積)。所述C02分 離器中的冷凝的水通過(guò)管路17而抽出并通過(guò)泵18而被泵送回到所述再生塔 8的頂部。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，通過(guò)管路9抽出的水蒸氣以及在 所述分離器15中脫出的冷凝的水可以含有少量的吸收劑。因此，在本說(shuō)明 書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中使用的水和水蒸氣在適當(dāng)?shù)那樾蜗驴梢园ê猩倭课?收劑的水和水蒸氣。
圖2示出了本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式。除了將管路9內(nèi)的從所述再生塔 8抽出的氣體在壓縮步驟之前不分離水而直接在壓縮單元20內(nèi)進(jìn)行壓縮之 外，該實(shí)施方式主要對(duì)應(yīng)于參考圖1進(jìn)行描述的方法和設(shè)備。
所述壓縮單元優(yōu)選包括兩個(gè)或兩個(gè)以上的通過(guò)連接管路28而連接的串 聯(lián)的壓縮機(jī)或壓縮機(jī)段21、 21'、 21"。來(lái)自于所述供水管路30的水通過(guò)水注射器29、 29'而引入至處于所述壓縮機(jī)段之間的所述連接管路28內(nèi)所述壓 縮的并因此為熱的氣體中。
通常在所述壓縮單元20內(nèi)將所述氣體壓縮至比所述再生塔的運(yùn)行壓力 高2-5倍的壓力，相當(dāng)于離開(kāi)所述壓縮單元的所述氣體的約2-10巴的壓力。 更典型地，離開(kāi)所述壓縮單元的所述氣體的壓力為約4-8巴。
通過(guò)管路22離開(kāi)所述壓縮單元20的壓縮的且熱的氣體在熱交換器23 中進(jìn)行冷卻，在所述熱交換器23中， 一些水和吸收劑被冷凝，以對(duì)管路32 中的熱介質(zhì)進(jìn)行加熱。在所述冷凝的水和氣體在分離器25中進(jìn)行分離之前， 將管路22'中的包括冷凝物和氣體的物流接著在冷卻器24中進(jìn)行進(jìn)一步的冷 卻。氣相從所述分離25中抽出，并在C02管路31中用于進(jìn)一步的處理(例 如壓縮、干燥和沉積)。所述分離器25中的液相主要含有具有少量吸收劑 的水，從所述分離器中抽出到液體管路27中并利用閥26進(jìn)行隨意地控制并 再循環(huán)至所述再生塔。
通過(guò)對(duì)從所述再生塔中抽出的所有的氣體(所述氣體含有C02、水蒸氣 以及少量的吸收劑)進(jìn)行壓縮，提高了所述氣體內(nèi)的水蒸氣的冷凝溫度。這 意味著可以在升高的溫度下將轉(zhuǎn)移至所述水的熱能回收并用于該過(guò)程中。
例如，管路22內(nèi)的來(lái)自于離開(kāi)所述壓縮單元20的氣體的熱能可以用作 所述再沸器11的熱源。離開(kāi)所述熱交換器23的熱介質(zhì)可以用作通過(guò)管路13 而進(jìn)入所述再沸器11的中等溫度熱介質(zhì)的至少一部分，或者所述熱交換器 23實(shí)際上就是所述再沸器11。
用于捕獲來(lái)自于400兆瓦(MW)的燃?xì)怆姀S的廢氣中的C02的示范性 設(shè)備已經(jīng)進(jìn)行了模擬并且已經(jīng)估算出了關(guān)鍵數(shù)據(jù)，該示范性設(shè)備是通過(guò) MEA而脫除C02的。根據(jù)模擬模型，所述C02脫除系統(tǒng)可以除去所述廢氣 中85%的C02。圖1中示出的標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)需要功率為152MW的胺再生再沸 器11。所提供的熱能的形式為4巴(bara)和144。C的飽和的蒸汽。蒸汽冷凝物在144'C下離開(kāi)所述再沸器。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)狀況的設(shè)備中，將所述冷凝 物冷卻并泵送回到所述電站用于產(chǎn)生蒸汽。所述胺再生器在1.9巴下運(yùn)行。
根據(jù)本發(fā)明的模擬模型，通過(guò)4段的壓縮，將離開(kāi)所述再生塔的水蒸氣 壓縮至6巴。在每個(gè)壓縮段之間，通過(guò)注入水而將所述水蒸氣冷卻。所述壓 縮的水蒸氣為144"C和6巴。使所述水蒸氣通過(guò)所述熱交換器，在所述熱交 換器中，將所述水蒸氣冷卻至133'C。接著，使所述水蒸氣通過(guò)冷凝器而最 終冷卻至25'C。所述熱交換器的熱功率為36兆瓦(MW)。所述熱能可以直 接在所述再沸器中使用或所述熱能可以用于產(chǎn)生用于所述再沸器的蒸汽。
將產(chǎn)生的所有的二氧化碳?jí)嚎s用于貯存或沉積。所述再沸器的功率降低 至116MW，降低了 36MW。所述水蒸氣壓縮單元20的功率為12MW。然而， 所述二氧化碳?jí)嚎s機(jī)的功率降低了 4MW。結(jié)果是凈增加了 8MW的能量消 耗用于壓縮。
因此，根據(jù)本發(fā)明的利用水蒸氣壓縮以提高所述水的冷凝溫度可以將所 述再生器對(duì)蒸汽的需求從152MW降低至116MW,并因此將所述再生器的 蒸汽需求降低了 24%。應(yīng)該注意到的是所述電能的消耗提高了 8MW。
權(quán)利要求
1、一種用于使吸收了CO2的富吸收劑再生以得到再生的吸收劑或貧吸收劑和CO2的方法，在該方法中，將所述富吸收劑的物流引入在大氣壓力或更高的壓力下運(yùn)行的再生器塔，在該再生器塔中，所述富吸收劑向下流動(dòng)并與通過(guò)在所述再生器塔的底部對(duì)所述貧吸收劑進(jìn)行加熱而產(chǎn)生的蒸汽的流向相反，其中，將主要含有釋出的CO2和蒸汽的氣體從所述再生器塔的頂部抽出并分離成為CO2物流以及冷凝的水，將所述CO2物流移除掉，并將所述冷凝的水再循環(huán)進(jìn)入所述再生器塔，并且其中，將所述貧吸收劑或再生的吸收劑從所述再生器塔的底部抽出，其中在將從所述再生器塔的頂部抽出的所述氣體分離成為CO2和水之前，將該氣體壓縮并通過(guò)熱交換而進(jìn)行冷卻，以回收熱能。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述吸收劑為胺吸收劑。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所述再生器塔的運(yùn)行壓力 為1.5巴或更高。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1-3中的任意一項(xiàng)所述的方法，其中，在將從所述再 生器塔的頂部抽出的所述氣體分離成為C02和水之前，將該氣體壓縮至壓力 為所述再生器塔的運(yùn)行壓力的2-5倍。
5、 根據(jù)在前的權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的方法，其中，在包括兩個(gè) 或兩個(gè)以上的壓縮段的壓縮單元內(nèi)對(duì)從所述再生器塔的頂部抽出的所述氣 體進(jìn)行壓縮，并且其中將水引入至處于所述壓縮段之間的壓縮的氣體內(nèi)。
6、 根據(jù)在前的權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的方法，其中，通過(guò)與流向 相反的水進(jìn)行熱交換而將所述壓縮的氣體冷卻，以將所述水加熱來(lái)產(chǎn)生蒸 汽。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，由所述熱交換而產(chǎn)生的蒸汽用 于通過(guò)在所述再生器塔的底部對(duì)所述貧吸收劑進(jìn)行加熱而產(chǎn)生所述蒸汽。
8、 一種用于從含有C02的氣體中捕獲C02的方法，該方法包括將液 態(tài)的貧吸收劑和所述含有C02的氣體引入吸收器，在該吸收器中，使所述含有C02的氣體沿與所述貧吸收劑相反的方向流動(dòng)，以產(chǎn)生富吸收劑和耗盡了 C02的氣體的物流；將所述耗盡了C02的氣體釋放至環(huán)境；將所述富吸收劑 從所述吸收器中抽出，其中，將所述富吸收劑的物流引入在大氣壓力或更高的壓力下運(yùn)行的再 生器塔，在該再生器塔中，所述富吸收劑向下流動(dòng)并與通過(guò)在所述再生器塔 的底部對(duì)所述貧吸收劑進(jìn)行加熱而產(chǎn)生的蒸汽的流向相反，其中，將主要含有釋出的C02和蒸汽的氣體從所述再生器塔的頂部抽出 并分離成為C02物流以及冷凝的水，將所述C02物流移除掉，并將所述冷凝的水再循環(huán)進(jìn)入所述再生器塔，并且其中，將所述貧吸收劑或再生的吸收劑從所述再生器塔的底部抽 出，其中在將從所述再生器塔的頂部抽出的所述氣體分離成為C02和水之 前，將該氣體壓縮并通過(guò)熱交換而進(jìn)行冷卻，以回收熱能。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述吸收劑為胺吸收劑。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的方法，其中，所述再生器塔的運(yùn)行壓力為1.5巴或更高。
11、 根據(jù)權(quán)利要求8-10中的任意一項(xiàng)所述的方法，其中，在將從所述 再生器塔的頂部抽出的所述氣體分離成為C02和水之前，將該氣體壓縮至壓 力為所述再生塔的運(yùn)行壓力的2-5倍。
12、 根據(jù)權(quán)利要求8-11中的任意一項(xiàng)所述的方法，其中，在包括兩個(gè) 或兩個(gè)以上的壓縮段的壓縮單元內(nèi)對(duì)從所述再生器塔的頂部抽出的所述氣 體進(jìn)行壓縮，并且其中將水引入至處于所述壓縮段之間的壓縮的氣體內(nèi)。
13、 根據(jù)權(quán)利要求8-12中的任意一項(xiàng)所述的方法，其中，通過(guò)與流向 相反的水進(jìn)行熱交換而將所述壓縮的氣體冷卻，以將所述水加熱來(lái)產(chǎn)生蒸汽。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，由所述熱交換而產(chǎn)生的蒸汽 用于通過(guò)在所述再生器塔的底部對(duì)所述貧吸收劑進(jìn)行加熱而產(chǎn)生所述蒸汽。
15、 一種用于C02液態(tài)吸收劑的再生器，該再生器包括在大氣壓力或 更高的壓力下運(yùn)行的再生器塔(8);用于將富吸收劑引入所述再生器塔(8) 的富吸收劑管路(5);用于將貧吸收劑從所述再生器塔(8)的底部抽出的 抽出裝置(10);用于在將抽出的所述貧吸收劑的一部分再次引入所述再生 器塔之前，將該部分的貧吸收劑加熱以產(chǎn)生蒸汽的再沸器(11);用于將通 過(guò)所述抽出裝置(10)而抽出的所述貧吸收劑的一部分再循環(huán)至吸收器的貧 吸收劑管路(4);用于將C02和蒸汽從所述再生器塔的頂部抽出的氣體抽出 管路(9);以及用于將從所述再生器塔的頂部抽出的所述氣體分離成C02物流和水的分離裝置(25)，該C02物流從該再生器排出，該水再循環(huán)至所述再生器塔(8)，其特征在于，該再生器還包括用于將所述C02和蒸汽壓縮 至壓力為2-10巴的蒸汽壓縮單元(20)，該壓縮單元設(shè)置在所述再生器塔(8) 和所述分離裝置之間。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的再生器，其中，所述壓縮單元(20)為包 括兩個(gè)或兩個(gè)以上的壓縮機(jī)段(21， 21'， 21")的多段壓縮單元。
17、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的再生器，其中，設(shè)置有水注入裝置(29， 29')，以將水注入位于所述壓縮機(jī)之間的壓縮的C02和水內(nèi)。
18、 一種從含有C02的氣體中捕獲C02的設(shè)備，該設(shè)備包括用于將液 態(tài)的貧吸收劑和所述含有C02的氣體引入吸收器的裝置，在所述吸收器中，使所述貧吸收劑和所述含有C02的氣體逆向流動(dòng)以產(chǎn)生耗盡了 C02的氣流和富吸收劑；用于將所述耗盡了C02的氣流釋放至環(huán)境的裝置；用于將所述 富吸收劑抽出并將所述富吸收劑引入再生器的裝置，所述再生器包括用于C02液態(tài)吸收劑的再生器，其中所述用于C02液態(tài)吸收劑的再生器包括在大氣壓力或更高的壓力 下運(yùn)行的再生器塔(8);用于將富吸收劑引入所述再生器塔(8)的富吸收劑管路(5);用于將貧吸收劑從所述再生器塔(8)的底部抽出的抽出裝置 (10);用于在將抽出的所述貧吸收劑的一部分再次引入所述再生器塔之前， 將該部分的貧吸收劑加熱以產(chǎn)生蒸汽的再沸器(11);用于將通過(guò)所述抽出 裝置(10)而抽出的所述貧吸收劑的一部分再循環(huán)至吸收器的貧吸收劑管路(4);用于將C02和蒸汽從所述再生器塔的頂部抽出的氣體抽出管路(9);以及用于將從所述再生器塔的頂部抽出的所述氣體分離成co2物流和水的分離裝置(25)，該C02物流從該再生器排出，該水再循環(huán)至所述再生器塔(8)，其特征在于，該再生器還包括用于將所述C02和蒸汽壓縮至壓力為 2-10巴的蒸汽壓縮單元(20)，該壓縮單元設(shè)置在所述再生器塔(8)和所述 分離裝置之間。
19、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中，所述壓縮單元(20)為包括 兩個(gè)或兩個(gè)以上的壓縮機(jī)段(21， 21，， 21")的多段壓縮單元。
20、 根據(jù)權(quán)利要求19所述的再生器，其中，設(shè)置有水注入裝置(29， 29')，以將水注入位于所述壓縮機(jī)之間的壓縮的C02和水內(nèi)。
全文摘要
一種用于使吸收了CO₂的富吸收劑再生以得到再生的吸收劑或貧吸收劑和CO₂的方法和設(shè)備，其中，通過(guò)在再生塔(8)內(nèi)與蒸汽進(jìn)行逆向汽提而使所述富吸收劑再生，其中將主要含有釋放的CO₂和蒸汽的氣體從所述塔的頂部(9)抽出并進(jìn)行分離得到CO₂物流和冷凝的水(27)，將CO₂物流移出，將所述冷凝的水(27)再循環(huán)至所述再生塔內(nèi)，并且其中將所述貧吸收劑或再生的吸收劑從所述塔的底部(4)抽出，其中在將從所述再生器塔的頂部(9)抽出的氣體分離成為CO₂和水之前，將所述氣體壓縮(21)并通過(guò)熱交換而進(jìn)行冷卻，以回收熱能(23，24)。
文檔編號(hào)B01D53/14GK101610828SQ200780043553
公開(kāi)日2009年12月23日 申請(qǐng)日期2007年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月24日
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