專利名稱：使用混合銨/堿溶液從煙道氣流中除去二氧化碳的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于從煙道氣流中除去二氧化碳的方法和裝置。
背景技術(shù)：
co2的堿性洗滌是許多年前就已知的一種方法。專利描述了氨、鈉和 鉀溶液至少一定程度吸收C02的能力。這些專利表明，NH3比鉀和鈉對應(yīng) 物更有效，且具有較低的再生成本。使用氨溶液的問題是氨的揮發(fā)性和在 方法的吸收和再生步驟過程中發(fā)生的氨損失的可能性。因此需要具有低再 生能量和低氨揮發(fā)性的C02洗滌溶液。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是一種方法，其滿足了對具有低再生能量和低氨揮發(fā)性的co2 洗滌溶液的需求。本發(fā)明是一種通過用銨和鈉碳酸鹽的混合物或銨和鉀碳
酸鹽的混合物從氣流中洗滌出C02而,人該氣流中除去C02的方法?；旌蠅A 溶液利用了使用氨來獲得高C02水合率和使用鈉或鉀來獲得高生產(chǎn)能力的
益處。為了獲得相同的洗滌速率，在單一堿溶液中需要具有高氨蒸氣壓或
低co2生產(chǎn)能力的溶液。使用銨和其他堿金屬碳酸鹽如碳酸鈉和/或碳酸鉀
的混合物作為C02洗滌溶液提供了在仍保持高C02水合率的同時獲得低再
生能量和低氨揮發(fā)性的機(jī)會。參考以下說明、權(quán)利要求和附圖將會更好地 理解本發(fā)明的這些和其他特征、方面和優(yōu)點。


圖l是根據(jù)本發(fā)明的一種方法的示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明是通過使用銨和其他堿金屬碳酸鹽化合物如碳酸鈉和/或碳酸
鉀的混合物從氣流中洗滌出co2來從該氣流中除去co2的方法。
在該方法中起作用的吸收/再生方程式是 CO, + C02 + H2Oh2HCCV (1)
在吸收方法中，co2氣體和水蒸汽被吸收到碳酸鹽溶液中形成碳酸氫
鹽。預(yù)計C02的水合是該方法的速率限制步驟。氫氧化物和氨二者增加了
C02的水合率。然而，將該溶液的pH增高到其中存在氫氧化物用于C02 洗滌的情形，將會需要大量添加堿如NaOH或KOH。在其中C02水合是 快速的且co2的生產(chǎn)能力高得足以是經(jīng)濟(jì)的條件下搡作碳酸銨溶液，將該 方法帶入其中氨蒸氣壓是大的且難以控制的情形。因此，氨與其他堿如鉀 或鈉的混合物用于使該溶液對C02的吸收能力最大化，在洗滌方法過程中 保持高C02水合率，且使氨揮發(fā)性和從該吸收方法中的釋放最小化。 一旦 該吸附溶液被C02飽和，它就必需進(jìn)行再生。如反應(yīng)1的逆過程所示，該 溶液通過加熱該溶液以釋》文C02來再生。
再生能量對于該方法的經(jīng)濟(jì)性是非常重要的。反應(yīng)能量的評價表明， 方程式(1)的能量消耗是相同的，不論使用Na+、 K+或NH4+。然而，為 了以快速C02吸收的方式操作Na+或K+體系，還將會需要再生堿。因為 NaOH和KOH均是強(qiáng)石威，所以用于回收的能量消耗很可能限制Na+或K+ 類似物的應(yīng)用性。用于溶解NaOH和KOH的弁H^分別等于-44.5 kJ/mo1 和-57.5kJ/mo1。然而，在NH3存在于溶液中時，仍然可獲得高(302水合率， 且因為NH3是弱堿，溶解能量是5kJ/mo1,使得氨在混合堿溶液中再生成 為該方法中經(jīng)濟(jì)上可行的。
需要具有低再生能量和低氨揮發(fā)性的溶液。使用銨和其他堿金屬碳酸 鹽的混合物作為C02洗滌溶液，提供了在仍保持高C02水合率的同時獲得 低再生能量和低氨揮發(fā)性的機(jī)會。
轉(zhuǎn)到圖1,洗滌耀4皮分為兩個部分202和204。為了更有效地除去C02,從煙道氣流202中除去S02和N0x。優(yōu)選的除去S02和NOx的方法是通過 類似于美國專利第6,605,263號和第6,936,231號中所述的氨洗滌溶液，其 中煙道氣在進(jìn)入傳質(zhì)段之前被冷卻到飽和，206。在傳質(zhì)段208中，使用 pH控制的硫酸銨溶液除去S02和NOx。最后，使用如濕靜電沉淀器210 的設(shè)備除去氣溶膠或顆粒。 一旦從煙道氣流中除去S02和NOx,在C02捕 獲段212中捕獲二氧化碳。
在C02捕獲段使用的溶液是碳酸鉀和碳酸銨的混合物或碳酸鈉和碳酸 銨的混合物218。該溶液通過C02傳質(zhì)段，從煙道氣流中除去C02并產(chǎn)生 碳酸鹽/碳酸氬鹽溶液。然后通過在高溫下加熱220,釋放C02、NH3和H20， 而將該混合堿金屬碳酸氫鹽溶液再生。C02與NH3和H20分離222，并且 是能夠進(jìn)一步加工以產(chǎn)生易螯合C02流的基本上純的C02流。NH3和H20 返回到再生的>5友酸鉀溶液中，并重新供給至洗滌器中。
實驗顯示了 ，存在可接受的碳酸鹽/碳酸氬鹽溶液的濃度和酸度范圍以 進(jìn)行本發(fā)明的方法。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，可接受的碳酸鹽/碳酸氫鹽濃度范圍是5-20wt%,銨是0.1 - 3wt。/。以及堿金屬是4 - 25wt%。該溶液將具有8.5和12 之間的pH。
實驗還顯示了碳酸鹽/碳酸氫鹽溶液的濃度和S吏度的最佳范圍。最佳的 碳酸鹽/碳酸氫鹽濃度是7 - 8wt%,最佳的銨濃度是0.20 - 0.25wt。/。以及最 佳的鉀濃度是7 - 8wt%。最佳的pH范圍是10和10.5之間。
使用混合^ 威系統(tǒng)的一些優(yōu)點包括
1. 對于與碳酸銨溶液相比具有相同生產(chǎn)能力的溶液，具有較低的氨 蒸氣壓。
2. 較高的C02水合率，因此與碳S交鈉或碳酸鉀洗滌溶液相比，需要 較少的傳質(zhì)設(shè)備。
3. 與碳酸銨溶液相比，對于既定pH能夠采用較高的碳酸鹽濃度，改 善了該溶液的生產(chǎn)能力。
雖然本文描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，但以上描述僅僅是舉例性 的。本文所公開的發(fā)明的進(jìn)一步的改造將會被相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員想到，并且所有這些改造被視為是在如所附的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種從氣流中除去CO2的方法，所述方法使NH3損失和再生能量最小化，仍保持高CO2去除率，所述方法包括提供包括CO2的煙道氣流；提供還包括銨和至少一種堿金屬的碳酸鹽/碳酸氫鹽溶液；將CO2從所述煙道氣流中吸收到所述碳酸鹽/碳酸氫鹽溶液中，從而產(chǎn)生另外的碳酸鹽/碳酸氫鹽；以及通過加熱所述溶液以釋放CO2來再生所述碳酸鹽/碳酸氫鹽溶液。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述堿金屬是鈉或鉀。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述碳酸鹽/碳酸氬鹽溶液具有5 - 20wt。/。濃度的碳酸鹽/碳酸氬鹽、0.1 - 3wt。/。濃度的銨和4 - 25wt。/。濃度的》威金屬。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述碳酸鹽/碳酸氬鹽溶液的pH是在8.5和12之間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述碳酸鹽/碳酸氫鹽溶液具有7 - 8wt。/。濃度的碳酸鹽/碳酸氬鹽，0.20 - 0.25wt。/。濃度的銨和7 - 8wt。/。濃度的鉀。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述碳酸鹽/碳酸氫鹽溶液的pH更優(yōu)選是在10和10.5之間。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，還包括控制所述碳酸鹽/碳酸氪鹽溶液中的銨濃度以補(bǔ)償從所述方法中損失的氨蒸氣的步驟。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括提供用于從所述煙道氣流中吸收C02的C02傳質(zhì)^a的步驟。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在C02吸收步驟之前除去在所述煙道氣流中存在的S02、顆粒物質(zhì)和任何氣溶膠的步驟。
10，根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中除去顆粒物質(zhì)和任何氣溶膠是用濕靜電沉淀器進(jìn)行的。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中再生步驟除了 C02以外還從碳酸鹽/碳酸氫鹽溶液中釋放NH3和H20。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括將所釋放的NH3和H20返回到所述碳酸鹽/碳酸氫鹽溶液的步驟。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括從所釋放的NH3和H20中分離C02的步驟。
14. 一種用于從氣流中除去C02的洗滌塔裝置，其使NH3損失和再生能量最小化，仍保持高C02去除率，所述裝置包括銨捕獲段；(302捕獲段；濕靜電沉淀器段；以及傳質(zhì)段。
全文摘要
一種通過用銨和堿金屬碳酸鹽如碳酸鈉和/或碳酸鉀的混合物從氣流中洗滌掉二氧化碳來從氣流中除去二氧化碳的方法。使用混合堿金屬碳酸鹽溶液作為CO₂洗滌溶液提供了在仍保持高CO₂水合率的同時獲得低再生能量和低氨揮發(fā)性的機(jī)會。
文檔編號B01D53/14GK101678268SQ200880014466
公開日2010年3月24日 申請日期2008年5月1日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月1日
發(fā)明者喬安娜·鄧肯, 克里斯托弗·麥克拉諾恩, 弗朗西斯·阿利克斯 申請人:鮑爾斯潘公司