二氧化碳捕集系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】用于從煙道氣流(200)捕集二氧化碳的冷凍氨捕集系統(tǒng)(100)包含第一吸收器(102)和第二吸收器(104)。第一吸收器在約25-約50℃的溫度下操作。操作溫度允許使用更低的循環(huán)速率，這導(dǎo)致更小的直徑容器和更少的再循環(huán)泵，這進(jìn)而導(dǎo)致更低的操作和維護(hù)成本。
【專(zhuān)利說(shuō)明】二氧化碳捕集系統(tǒng)
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
本公開(kāi)要求2011年4月6日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?1/472，409的優(yōu)先權(quán)，其通過(guò)引用而全文結(jié)合到本文中。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本公開(kāi)涉及一種二氧化碳捕集系統(tǒng)及其使用方法。具體地，本公開(kāi)涉及一種冷凍氨二氧化碳捕集系統(tǒng)及其使用方法。
[0003]背景
發(fā)電系統(tǒng)通常燃燒基于烴的燃料以產(chǎn)生能源。這樣的系統(tǒng)通常生產(chǎn)主要包含作為能源產(chǎn)生過(guò)程副產(chǎn)物的二氧化碳和水(例如，蒸汽)的終產(chǎn)物。在大多數(shù)情況下，流包括不同量的氮、氧、二氧化硫和其它化合物。
[0004]源自化石供燃的發(fā)電廠的環(huán)境污染受到全世界的關(guān)注。發(fā)電廠排放可能有毒性的空氣污染物，例如，毒性金屬和聚芳族烴；酸雨的前體，例如，硫氧化物(SOx)如二氧化硫(SO2),和氮氧化物(NOx);臭氧的前體，例如NO2和反應(yīng)性有機(jī)氣體；顆粒物；和溫室氣體，特別是C02。發(fā)電廠還向地表水和地下水排放潛在有害的流出物，并且產(chǎn)生顯著量的固體廢物，其中的一些可能是危險(xiǎn)的。
[0005]雖然開(kāi)發(fā)了減少排放物和流出物的技術(shù)，但它們通常昂貴并且需要相當(dāng)多的能源。已開(kāi)發(fā)技術(shù)并且將其安裝在顯著降低nox、so2和顆粒排放的最新發(fā)電廠。然而，CO2仍是目前不能控制的一種排放物。
[0006]若干技術(shù)可用于從煙道氣除去C02。這些技術(shù)包括燃燒后化學(xué)洗滌(例如胺洗滌)，燒氧的燃燒和冷凍氨過(guò)程?；瘜W(xué)洗滌和燒氧的燃燒增加設(shè)備的資本成本并且提高設(shè)備操作成本。結(jié)果是顯著提高產(chǎn)生的電的成本。
[0007]基于冷凍氨處理(CAP)的系統(tǒng)提供相對(duì)低成本的方式用于從氣體流(例如，諸如燃燒后煙道氣流)捕集和除去二氧化碳。
[0008]Gal的美國(guó)專(zhuān)利號(hào)7，846，240涉及用于從煙道氣流捕集和除去二氧化碳的冷凍氨處理系統(tǒng)和方法。Gal教導(dǎo)了一種含有兩個(gè)吸收器、一個(gè)洗滌容器和一個(gè)再生器的系統(tǒng)。然而，該過(guò)程在低于20°C的低溫下操作，這導(dǎo)致氨溶液和水之間的反應(yīng)較慢。較慢的反應(yīng)速率導(dǎo)致使用較大的容器，伴隨著提高的成本。較低的溫度還導(dǎo)致較低的循環(huán)速率，這導(dǎo)致較慢的過(guò)程。因此，期望開(kāi)發(fā)一種冷凍氨過(guò)程，與Gal所公開(kāi)的相比，其可在有利于更快過(guò)程的溫度下操作，具有更低的過(guò)程成本和降低尺寸的設(shè)備。
[0009]概述
本文公開(kāi)了一種方法，所述方法包括在第一吸收器內(nèi)使煙道氣流與含氨溶液接觸；其中所述第一吸收器在約25-約50°C溫度下操作；所述含氨溶液操作用于從煙道氣流除去二氧化碳，以形成液體流和氣態(tài)流，所述液體流包含氨和約2-約31重量％ 二氧化碳(基于液體流的總重量)，所述氣態(tài)流包含約3-約8重量％氣態(tài)氨和約2-約5重量％ 二氧化碳；將液體流分割為第一部分流和第二部分流；將氣態(tài)流和第一部分流輸送至第二吸收器；其中所述第二吸收器在約5-約35°C溫度下操作；所述第二吸收器操作用于從氣態(tài)流和第一部分流除去基本上所有的氨；將氨從第二吸收器再循環(huán)至第一吸收器；和將液體流的第二部分流輸送至再生器，以將二氧化碳與氨分離。
[0010]本文還公開(kāi)了一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包含第一吸收器，其中所述第一吸收器操作用于使含有二氧化碳的煙道氣流與含氨溶液接觸，以產(chǎn)生富含二氧化碳的溶膠；其中所述第一吸收器包含多個(gè)促進(jìn)二氧化碳與氨之間的接觸的階段；在第一吸收器的下游布置的第一分流器；所述第一分流器操作用于將富含二氧化碳的煙道氣流分割為多個(gè)流；第二吸收器；其中所述第二吸收器在第一吸收器的下游布置；所述第二吸收器操作用于從接收自第一分流器的多個(gè)流的至少一個(gè)流中除去基本上所有的氨。
[0011]附圖簡(jiǎn)述
圖1為使用冷凍氨過(guò)程用于從煙道氣流除去二氧化碳的系統(tǒng)的一個(gè)示例性實(shí)施方案的描述；
圖2為第一吸收器的溫度曲線的圖示表示；
圖3為第一吸收器的組成曲線的圖示表示；
圖4為第二吸收器的溫度曲線的圖示表示；和 圖5為第二吸收器的組成曲線的圖示表示。
[0012]詳述
參考在其中顯示各種實(shí)施方案的附圖，現(xiàn)在于下文更充分地描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明可按許多不同的形式體現(xiàn)，并且不應(yīng)看作是局限于本文描述的實(shí)施方案。而是，提供這些實(shí)施方案使得本公開(kāi)充分和完整，并且向本領(lǐng)域技術(shù)人員充分傳達(dá)本發(fā)明的范圍。相同的附圖標(biāo)記自始至終是指相同的要素。
[0013]應(yīng)理解的是，當(dāng)提及一個(gè)要素作在另一個(gè)要素“之上”時(shí)，其可直接在另一個(gè)要素之上或者它們之間可存在插入要素。與此相反，當(dāng)提及一個(gè)要素“直接”在另一個(gè)要素“之上”時(shí)，不存在插入要素。本文使用的術(shù)語(yǔ)"和/或"包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的列舉項(xiàng)目的任何和所有組合。
[0014]應(yīng)理解的是，雖然術(shù)語(yǔ)〃第一 〃、〃第二 〃、〃第三〃等在本文可用于描述各個(gè)要素、部件、區(qū)域、層和/或部分，但是這些要素、部件、區(qū)域、層和/或部分不應(yīng)局限于這些術(shù)語(yǔ)。這些術(shù)語(yǔ)僅用于區(qū)分一個(gè)要素、部件、區(qū)域、層或部分與另一個(gè)要素、部件、區(qū)域、層或部分。因此，在不偏離本文的教導(dǎo)下，以下討論的“第一要素”、“部件”、“區(qū)域”、“層”或“部分”可稱(chēng)為第二要素、部件、區(qū)域、層或部分。
[0015]本文使用的術(shù)語(yǔ)僅用于描述特定實(shí)施方案的目的，并且不旨在為限制性。除非上下文另有明確說(shuō)明，否則本文使用的單數(shù)形式“一個(gè)”和“該”旨在同樣包括復(fù)數(shù)形式。應(yīng)進(jìn)一步理解的是，當(dāng)在本說(shuō)明書(shū)中使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)“包含(comprises) ”和/或“包含(comprising) ”或“包括(includes) ”和/或“包括(including) ”指定存在所述的特征、區(qū)域、整數(shù)、步驟、操作、要素和/或部件，但是不排除存在或加入一個(gè)或多個(gè)其它特征、區(qū)域、整數(shù)、步驟、操作、要素、部件和/或它們的組。
[0016]此外，相對(duì)性術(shù)語(yǔ)，例如〃下〃或〃底部〃和〃上〃或〃頂部〃在本文可用于描述如圖中說(shuō)明的一個(gè)要素與另一個(gè)要素的關(guān)系。應(yīng)理解的是，除了在圖中描述的取向以外，相對(duì)性術(shù)語(yǔ)旨在還包括裝置的不同取向。例如，如果將一個(gè)圖中的裝置反轉(zhuǎn)，則描述為在其它要素的“下”側(cè)的要素將在其它要素的“上”側(cè)取向。示例性術(shù)語(yǔ)“下”可因此包括“下”和“上”的取向兩者，取決于圖的具體取向。類(lèi)似地，如果將一個(gè)圖中的裝置反轉(zhuǎn)，則描述為“低于”其它要素或在其它要素“以下”的要素將取向?yàn)樵谄渌亍耙陨稀薄Ｊ纠孕g(shù)語(yǔ)“低于”或“以下”可因此包括以上和以下的取向兩者。
[0017]除非另外定義，否則本文使用的所有術(shù)語(yǔ)(包括技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ))具有與本公開(kāi)所屬領(lǐng)域技術(shù)人員通常理解相同的含義。應(yīng)進(jìn)一步理解，術(shù)語(yǔ)(例如在常用字典中定義的那些)應(yīng)解釋為具有與它們?cè)谙嚓P(guān)領(lǐng)域和本公開(kāi)的背景中一致的含義，并且不應(yīng)解釋為理想化的或過(guò)度正式的含義，除非本文中明確這樣定義。
[0018]本文參考截面說(shuō)明來(lái)描述示例性實(shí)施方案，截面說(shuō)明為理想化實(shí)施方案的示意性說(shuō)明。因此，預(yù)期由例如制造技術(shù)和/或公差引起的說(shuō)明形狀的變化。因此，本文描述的實(shí)施方案不應(yīng)看作局限于本文說(shuō)明的區(qū)域的具體形狀，而是包括例如由制造引起的形狀偏差。例如，說(shuō)明或描述為平的區(qū)域通?？删哂写植诤?或非線性的特征。此外，所說(shuō)明的尖銳的角可以是圓的。因此，在圖中說(shuō)明的區(qū)域?yàn)槭疽庑再|(zhì)，并且它們的形狀不旨在說(shuō)明區(qū)域的精確形狀并且不旨在限制本發(fā)明權(quán)利要求的范圍。
[0019]連接術(shù)語(yǔ)“包含”包括連接術(shù)語(yǔ)“基本上由…組成”和“由…組成”。
[0020]此外，所有數(shù)字范圍包括端點(diǎn)，并且在不同范圍內(nèi)的數(shù)字可互換。
[0021]本文公開(kāi)了一種冷凍氨過(guò)程，其在吸收器中使用較高的溫度，以實(shí)現(xiàn)將二氧化碳從煙道氣流吸收到氨溶液中。使用較高溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)二氧化碳吸收導(dǎo)致使用更少的吸收器。這樣使用較高溫度有利之處還在于，其提高吸收過(guò)程的效率，從而利用更低的循環(huán)速率、更小的容器和更少的設(shè)備，這導(dǎo)致成本節(jié)約和更低的維護(hù)成本。
[0022]現(xiàn)在參考圖1，發(fā)電 設(shè)備的用于從煙道氣流200吸收二氧化碳的系統(tǒng)100包含與發(fā)電設(shè)備(未顯示)流體連通的第一吸收器102。第一吸收器102位于發(fā)電設(shè)備的下游，并且將來(lái)自發(fā)電設(shè)備的煙道氣輸送至第一吸收器102。第一吸收器102用于從煙道氣流除去大多數(shù)二氧化碳。在到達(dá)第一吸收器102之前，煙道氣流200具有顆粒物和其它化學(xué)品例如NOx和SOx，在除塵系統(tǒng)(未顯示)中將所述顆粒物從其中除去，在洗滌器(未顯示)中將NOx和SOx從其中除去。煙道氣流200進(jìn)入第一吸收器102，在此，存在于煙道氣流200中的二氧化碳與氨溶液和202反應(yīng)，以形成碳酸銨、氨基甲酸銨和碳酸氫銨。
[0023]再次參考圖1，第一吸收器102與第二吸收器104流體連通，第二吸收器104操作用于接收來(lái)自第一吸收器102的溶解于氨的二氧化碳的半貧溶液206。第二吸收器104位于第一吸收器102的下游，并且與第一吸收器102流體連通。第一吸收器102用于通過(guò)促進(jìn)與包含在含氨溶液中的氨反應(yīng)而從煙道氣分離二氧化碳。第二吸收器用于從煙道氣流捕集剩余的二氧化碳和收集所有氨，使其可再利用。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，第二吸收器104用于促進(jìn)大量氨保留在系統(tǒng)100內(nèi)。期望防止任何氨從系統(tǒng)100逃逸。
[0024]第一吸收器102與第一分流器114和混合器116 (兩者均位于第一吸收器102的下游)流體連通。第二吸收器104與第二分流器118流體連通。第一吸收器102和第二吸收器104與再生器(未顯示)流體連通。再生器為包括第一吸收器102的再循環(huán)回路的一部分。將基本上不含二氧化碳的含氨溶液202 (也稱(chēng)為〃貧溶膠〃)從再生器輸送至第一吸收器102，在此其吸收二氧化碳。將富含二氧化碳的溶膠(下文中稱(chēng)為〃富溶膠")220從第一吸收器102輸送至再生器。[0025]在一個(gè)實(shí)施方案中，在操作系統(tǒng)100的一種方法中，第一吸收器102通過(guò)使煙道氣流與含氨溶液202接觸，促進(jìn)從煙道氣流200吸收C02。含氨溶液202可包括在水溶液中溶解的氨和CO2物類(lèi)，并且還可包括碳酸氫銨的沉淀固體。含氨溶液202得自再生器(未顯示)，在此二氧化碳已從富溶膠分離。這將在隨后更詳細(xì)地描述。
[0026]引入第一吸收器102的含氨溶液202可通過(guò)再生器(未顯示)再循環(huán)和/或提供。在一個(gè)實(shí)施方案中，含氨溶液經(jīng)由第一換熱器106引入第一吸收器102中。得自再生器的含氨溶液處于約30-約50°C的溫度。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，得自再生器的含氨溶液處于約40°C的溫度。第一換熱器106用于將含氨溶液的溫度降低至約10-約20°C。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，第一換熱器106用于將含氨溶液的溫度降低至約17°C。含氨溶液包含約4-約20重量％氨和約50-約94重量％水。
[0027]由圖1可見(jiàn)，可在塔的上部的位置，將含氨溶液202引入第一吸收器102。在一個(gè)實(shí)施方案中，在第一吸收器102的頂部，將含氨溶液202引入第一吸收器102。將含有二氧化碳的煙道氣流200在底部引入第一吸收器102中。在第一吸收器102中，含氨溶液202和煙道氣流200以相反的方向移動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施方案中，含氨溶液在第一吸收器102中從頂部到底部移動(dòng)，而煙道氣流204在第一吸收器102中從底部到頂部移動(dòng)。含氨溶液202和煙道氣流200的逆流動(dòng)提高二氧化碳與氨之間的接觸，并且提高與氨反應(yīng)的二氧化碳的量。
[0028]煙道氣流包含約4-約16重量百分比(重量％) 二氧化碳，基于煙道氣流的總重量。
[0029]在大于20°C的溫度下，將液體含氨溶液202引入第一吸收器102中。在一個(gè)實(shí)施方案中，第一吸收器102在約25-約50°C溫度下操作，以促進(jìn)從煙道氣流200吸收二氧化碳。在另一個(gè)實(shí)施方案中，第一吸收器102在約30-約45°C溫度下操作，以促進(jìn)從煙道氣流200吸收二氧化碳。在又一個(gè)實(shí)施方案中，第一吸收器102在約35-約42°C溫度下操作，以促進(jìn)從煙道氣流200吸收二氧化碳。
[0030]在第一吸收器102中使用大于20°C的溫度促進(jìn)含氨溶液或溶液202與煙道氣流200中的二氧化碳之間更快的反應(yīng)。第一吸收器102包含多個(gè)其中二氧化碳與氨反應(yīng)的階段。在一個(gè)實(shí)施方案中，第一吸收器102包含約40-約70個(gè)階段。在另一個(gè)實(shí)施方案中，第一吸收器包含約50-約60個(gè)階段。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，第一吸收器包含約55個(gè)階段。
[0031]不受限于理論，當(dāng)煙道氣流200與含氨溶液202在第一吸收器102中接觸時(shí)，包含在煙道氣流中的二氧化碳通過(guò)與水(H2O)和氫氧根離子(0H_)反應(yīng)而而反應(yīng)形成碳酸氫根離子。這些〃捕集反應(yīng)〃(反應(yīng)1-反應(yīng)9，以下所示)通常如下描述:
CO2(氣)一C02(水)(反應(yīng) I)
CO2 (水)+2H20 — HCOf (水)+H3O+(反應(yīng) 2)
CO2 (水)+or — HCOf(反應(yīng) 3)
注意到，當(dāng)氨濃度在12 M時(shí)，沉淀比率可稍大于2.0，但是當(dāng)氨濃度在2 M時(shí)，沉淀比率可低至約1.6。氨及其離子與二氧化碳的反應(yīng)在液相中發(fā)生，并且在以下討論。在約25-約50°C的溫度和約2-約12M氨離子的高離子強(qiáng)度下，在反應(yīng)(2)和反應(yīng)(3)中產(chǎn)生的碳酸氫根與銨離子反應(yīng)，并且當(dāng)氨與二氧化碳比率小于2.0時(shí)根據(jù)以下沉淀為碳酸氫銨:
HC03_ (水)+NH4+ (水)一NH4HCO3 (固)(反應(yīng) 4) 反應(yīng)2為慢反應(yīng)，而反應(yīng)3為較快反應(yīng)。在高pH水平下(諸如，例如當(dāng)pH大于10時(shí))，離子溶液中OH—的濃度高，因此通過(guò)反應(yīng)(3)捕集大多數(shù)二氧化碳，并且可實(shí)現(xiàn)高二氧化碳捕集效率。在較低的PH下，氫氧根離子0H_的濃度低，并且二氧化碳捕集效率也低，并且主要基于反應(yīng)(2)。
[0032]在基于冷凍氨的二氧化碳捕集系統(tǒng)/方法中，通過(guò)使煙道氣流與水性氨溶液接觸，從而使煙道氣流中的二氧化碳與水性氨直接反應(yīng)，捕集煙道氣流中的二氧化碳。在低于10的pH值下，二氧化碳與包含在離子溶液中的氨直接反應(yīng)是二氧化碳捕集的主要機(jī)制。二氧化碳序列捕集中的第一個(gè)步驟為反應(yīng)(I)的從氣相到液相的二氧化碳傳質(zhì)。在液相中，在水性二氧化碳和水性氨之間發(fā)生反應(yīng)序列:
CO2 (水)+NH3 (水)一C02*NH3 (水)(反應(yīng) 5)
C02*NH3 (水)+H2O — NH2COf (水)+H3O+(反應(yīng) 6)
NH2C02_ (水)+H2O — NH4+ (水)+CO3=(水)(反應(yīng) 7)
CO3=(水)+NH4+ (水)一HC03_ (水)+NH3 (水)(反應(yīng) 8)
CO3=(水)+H3O+ — HCOf (水)+H2O(反應(yīng) 9)
如上所述，基于反應(yīng)(4)，在反應(yīng)(8)和反應(yīng)(9)中產(chǎn)生的碳酸氫根可與銨離子反應(yīng)，以沉淀為固體碳酸氫銨，而基于反應(yīng)(5)，在反應(yīng)(8)中產(chǎn)生的氨可與另外的二氧化碳反應(yīng)。
[0033]通過(guò)提高反應(yīng)溫度至超過(guò)20°C，提高反應(yīng)(5)-(9)的鏈序列。通過(guò)將第一吸收器102的溫度提高至25-50°C，加速捕集反應(yīng)(5)-(9)，每單位時(shí)間，系統(tǒng)100能從煙道氣流捕集更多的二氧化碳，從而使得從煙道氣流除去更多的二氧化碳。
[0034]第一吸收器102還包含階段間冷卻器(未顯示)。階段間冷卻器用于從第一吸收器102除去一部分含氨溶液和二氧化碳混合物用于冷卻，并且將其返回至第一吸收器102。階段間冷卻器用于降低第一吸收器102內(nèi)的溫度，以減輕由于二氧化碳與氨之間的反應(yīng)釋放的放熱熱量以及允許在離子溶液內(nèi)較高的二氧化碳保留容量。
[0035]圖2為第一吸收器中的溫度曲線的圖示表示，而圖3分別代表在第一吸收器102中二氧化碳和氨蒸氣的組成。
[0036]圖2顯示相對(duì)于第一吸收器102中階段編號(hào)的吸收器溫度。由圖2可見(jiàn)，在階段I (接近第一吸收器102的頂部)的溫度為約35°C，而在階段55 (接近底部)的溫度為約250C。階段I與25之間的溫度為約35-約42°C，而在約階段25，由于存在階段間冷卻器和流202的引入，溫度降至30°C。在接近底部的階段55處降至約25°C溫度之前，階段26與45之間的溫度從約30°C提高至約42°C。
[0037]由圖3可見(jiàn)，在階段I (接近第一吸收器102的頂部)存在非常少的二氧化碳和大量的蒸氣形式的氨，而在階段55 (接近吸收器的底部)存在大量的二氧化碳和非常少量的蒸氣形式的氨。在接近階段間冷卻器的那些階段附近，蒸氣形式的氨的量最高。圖3中所見(jiàn)的吸收器組成說(shuō)明約10重量％的二氧化碳從煙道氣中除去并且現(xiàn)在存在于從第一吸收器102的底部排放的液體流204中(參見(jiàn)圖1)。
[0038]包含二氧化碳、氨和碳酸氫銨的液體流204從第一吸收器102的底部除去。由第一吸收器102排放的液體流204的溫度為約20-約30°C。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，由第一吸收器102排放的液體流204的溫度為約26°C。
[0039]由第一吸收器底部排放的液體流204富含二氧化碳，并且包含約6-約31重量％二氧化碳，基于液體流204的重量。
[0040]將液體流204分割為兩個(gè)另外的流:第一部分流206和第二部分流208。將第一部分流206輸送至換熱器108，在此將其冷卻，然后將其輸送至第二吸收器104。
[0041]第一部分流206占從第一吸收器102除去的液體流204的約40-約60重量％。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，第一部分流206占從第一吸收器102除去的液體流204的約50重量％。第二部分流208占從第一吸收器102除去的液體流204的約40-約60重量％。在另一個(gè)示例性實(shí)施方案中，第二部分流208占從第一吸收器102除去的液體流204的約50重量％。
[0042]隨后將第二部分流208輸送至混合器116，在此將其與從第二吸收器104排放的流218共混，以形成輸送至再生器的富溶膠流220。再生器加熱富溶膠流220，以從碳酸氫銨中釋放二氧化碳。在再生器中，將二氧化碳從含氨溶液除去，并且輸送用于封存，而氨以含氨溶液202形式再循環(huán)至第一吸收器。
[0043]第一部分流206經(jīng)由第二換熱器108輸送至第二吸收器104，在此將其冷卻至約10-約15°C溫度。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，將第一部分流206冷卻至約13°C溫度。
[0044]將排放自第一吸收器102頂部的半貧氣態(tài)流210輸送至第二吸收器104。在一個(gè)實(shí)施方案中，氣態(tài)流210基本上包含氮、氧、氬和水,具有顯著量的氨和少部分的二氧化碳。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，氣態(tài)流210包含約3-約8重量％氣態(tài)氨和約2-約5重量％ 二氧化碳，余量由氮、氧、氬和氣態(tài)水組成。
[0045]如上所述，第二吸收器104用于從液體流206和氣態(tài)流210提取二氧化碳。其還用于除去氨和將其再循環(huán)返回至第一吸收器102。第二吸收器因此在高二氧化碳進(jìn)料負(fù)荷和5-約35°C溫度下操作，用于對(duì)從第一吸收器102排放的氨的大量氨捕集。第二吸收器基于以下原理操作:比起作為液體進(jìn)料溫度的函數(shù)，氨變動(dòng)(ammonia slip)為二氧化碳負(fù)荷的更強(qiáng)的函數(shù)。
[0046]液體流206通過(guò)第二吸收器104的頂部引入并且向下流動(dòng)。氣態(tài)流210在第二吸收器104的底部引入并且向上流動(dòng)。
[0047]第二吸收器104可具有約25-約50個(gè)階段。在一個(gè)實(shí)施方案中，第二吸收器104可具有約30-約40個(gè)階段。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，第二吸收器104可具有約35個(gè)階段。
[0048]圖4和5分別描述在示例性第二吸收器104中溫度和組成曲線的實(shí)施方案。由圖4可見(jiàn)，階段I (接近第二吸收器104的頂部)的溫度低于階段35 (接近第二吸收器104的底部)。階段I的溫度為約12°C，而階段35的溫度為約35°C。由圖5可見(jiàn)，在第二吸收器104中，在階段I (接近第二吸收器104的頂部)的二氧化碳和氨濃度極低，而蒸氣形式的氨濃度向著第二吸收器底部(階段35)顯著提高。
[0049]由第二吸收器104排放的流212因此富含氨。在分流器118中將流212分割為三個(gè)流214、216和218。由第二吸收器排放的流212包含約4.5-約24重量％氨。流212的溫度為約30-約40°C。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，流212的溫度為約35°C。
[0050]從分流器排出的流214占流212總重量的約30-約50重量％。將流214再循環(huán)至第二吸收器104。流214接觸第二換熱器112，將其溫度從約35°C降低至約10-約15°C。該流214通過(guò)吸收器2的底部部分使液體再循環(huán)，以提供液體與煙道氣的另外的接觸時(shí)間，以確保從吸收器I捕集氨。
[0051]占流212總重量的約35-約45重量％的流216經(jīng)由第三換熱器110再循環(huán)返回至第一吸收器102。第三換熱器110用于將流216的溫度從35°C降低至約20-30°C。在一個(gè)實(shí)施方案中，在進(jìn)入第一吸收器102之前，將流216的溫度調(diào)節(jié)至約25°C。
[0052]流218占流212的約O-約25重量％，并且被輸送至混合器116，以形成富溶膠流220的一部分，將富溶膠流220輸送至再生器用于提取二氧化碳。如上所述，封存在再生器提取的二氧化碳。將由再生器回收的氨輸送(再循環(huán))返回至含氨溶液202 (也稱(chēng)為貧溶膠)。
[0053]比起其它對(duì)比過(guò)程，系統(tǒng)100采用的過(guò)程具有許多優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)與在低于20°C溫度下操作的其它對(duì)比過(guò)程相比時(shí)，在第一吸收器102中使用更高溫度允許使用降低的循環(huán)速率。在一個(gè)實(shí)施方案中，使用25-約45°C的第一吸收器溫度有利于使用具有降低的循環(huán)速率(大約為約3-約5 g含氨溶液/g 二氧化碳?xì)怏w)的系統(tǒng)。這導(dǎo)致降低液體負(fù)荷，這有利于降低吸收器直徑，導(dǎo)致降低資本成本、操作成本和維護(hù)成本。
[0054]在一個(gè)實(shí)施方案中，在其中第一吸收器102在低于20°C溫度下操作的過(guò)程中，10g氨用于從煙道氣流吸收I g 二氧化碳。在本發(fā)明方法中，通過(guò)在25-約45°C的升高的溫度下操作第一吸收器102，約1.5-約3.5 g氨可用于從煙道氣流吸收I g 二氧化碳。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，約2.0-約2.5 g氨可用于從煙道氣流吸收I g 二氧化碳。
[0055]在第一吸收器102中使用升高的溫度，由此導(dǎo)致用于從煙道氣流提取二氧化碳的氨的量降低約70-約90重量％。在一個(gè)實(shí)施方案中，在第一吸收器102中使用升高的溫度，由此導(dǎo)致用于從煙道氣流提取二氧化碳的氨的量降低約75-約85重量％。
[0056]在第一吸收器102中使用升高的溫度，還有利于在進(jìn)入第一吸收器102之前使用冷卻水來(lái)冷卻煙道氣。這降低冷凍器(未顯示)負(fù)荷要求，就較小的冷凍器單元而言，節(jié)省資金成本和電能。
[0057]使用升高的溫度還有利于降低吸收器直徑和有利于消除再循環(huán)泵。這同樣導(dǎo)致更低的資金成本和更低的過(guò)程成本。
[0058]雖然已結(jié)合多個(gè)實(shí)施方案詳細(xì)描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明不局限于這些公開(kāi)的實(shí)施方案。相反地，可修改本發(fā)明以結(jié)合至此尚未描述的但是與本發(fā)明范圍等同的任何數(shù)量的變化、改變、替代或等價(jià)布置。此外，雖然已描述本發(fā)明的各種實(shí)施方案，但應(yīng)理解的是，本發(fā)明的方面可包括所述實(shí)施方案中的僅一些。因此，本發(fā)明不應(yīng)視為局限于前述描述，而是由所附權(quán)利要求的范圍來(lái)限定。
【權(quán)利要求】
1.一種方法，所述方法包括: 在第一吸收器內(nèi)使煙道氣流與含氨溶液接觸；其中所述第一吸收器在約25-約50°C的溫度下操作；所述含氨溶液操作用于從所述煙道氣流除去二氧化碳，以形成液體流和氣態(tài)流，所述液體流包含氨和約2-約31重量％二氧化碳，基于所述液體流的總重量，所述氣態(tài)流包含約3-約8重量％氣態(tài)氨和約2-約5重量％ 二氧化碳； 將所述液體流分割為第一部分流和第二部分流； 將所述氣態(tài)流和所述第一部分流輸送至第二吸收器；其中所述第二吸收器在約5-約35°C溫度下操作；所述第二吸收器操作用于從所述氣態(tài)流和所述第一部分流除去基本上所有的氨； 將氨從所述第二吸收器再循環(huán)至所述第一吸收器；和 將所述液體流的第二部分流輸送至再生器，以將二氧化碳與氨分離。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述含氨溶液處于約30-約50°C的溫度。
3.權(quán)利要求1的方法，其中所述含氨溶液處于約35-約45°C的溫度。
4.權(quán)利要求1的方法，其中所述第一吸收器包含階段間冷卻器。
5.權(quán)利要求1的方法，其中所述第一吸收器包含約40-約70個(gè)階段。
6.權(quán)利要求1的方法，所述方法還包括將由所述第二吸收器排放的流分割為三個(gè)單獨(dú)的流，其中的一個(gè)再循環(huán)至所述第二吸收器，并且其中的至少一個(gè)與所述液體流的第二部分流共混。
7.權(quán)利要求6的方法，其中將來(lái)自所述第二吸收器的至少一個(gè)流輸送至所述第一吸收器。`
8.權(quán)利要求7的方法，其中在換熱器中將輸送至所述第一吸收器的所述至少一個(gè)流冷卻。
9.權(quán)利要求1的方法，其中在進(jìn)入所述第二吸收器之前，冷卻所述第一部分流。
10.權(quán)利要求1的方法，其中將來(lái)自所述再生器的氨再循環(huán)至所述第一吸收器。
11.權(quán)利要求1的方法，其中將在所述第二吸收器中從所述煙道氣流除去的氨輸送至所述第一吸收器。
12.權(quán)利要求1的方法，其中約1.5-約3.5 g氨用于從所述煙道氣流吸收I g 二氧化碳。
13.—種系統(tǒng),所述系統(tǒng)包含: 第一吸收器，其中所述第一吸收器操作用于使含有二氧化碳的煙道氣流與含氨溶液接觸，以產(chǎn)生富含二氧化碳的溶膠；其中所述第一吸收器包含多個(gè)促進(jìn)二氧化碳與氨之間的接觸的階段； 布置在所述第一吸收器下游的第一分流器；所述第一分流器操作用于將所述富含二氧化碳的煙道氣流分隔為多個(gè)流； 第二吸收器；其中所述第二吸收器在所述第一吸收器的下游布置；所述第二吸收器操作用于從接收自所述第一分流器的所述多個(gè)流的至少一個(gè)流中除去基本上所有的氨。
14.權(quán)利要求13的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包含再生器；所述再生器與所述第一吸收器在再循環(huán)回路中。
15.權(quán)利要求13的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包含第二分流器；所述第二分流器在所述第二吸收器的下游布置，并且操作用于將排放自所述第二吸收器的流分割為多個(gè)流。
16.權(quán)利要求13的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包含混合器；所述混合器在所述第一分流器的下游和所述第二吸收器的下游布置；所述混合器操作用于將接收自所述第一吸收器的流的一部分與接收自所述第二吸收器的流的一部分共混。
17.權(quán)利要求13的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)在所述第一吸收器和所述第二吸收器之間還包含再循環(huán)回路。
【文檔編號(hào)】B01D53/14GK103582518SQ201280027538
【公開(kāi)日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2012年4月5日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月6日
【發(fā)明者】J.P.瑙莫維茨, S.圭多林, P.克尼斯伯格斯 申請(qǐng)人:阿爾斯通技術(shù)有限公司