CN102065978A - 从气体中除去二氧化碳的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于从气体中去除CO2的方法，所述方法包括以下步骤：(a)在使得至少一部分碳酸氢盐化合物形成沉淀物、从而形成碳酸氢盐浆料的条件下，在吸收器(2)中在促进剂存在下使气体(1)与一种或多种碳酸盐化合物的含水溶液接触，以使至少部分CO2反应形成碳酸氢盐化合物；(b)使至少部分碳酸氢盐浆料进行浓缩步骤(5)，以获得含水溶液(6)和浓缩后碳酸氢盐浆料(7)，其中浓缩后碳酸氢盐浆料含有20-80wt％的碳酸氢盐化合物；(c)使至少部分含水溶液返回吸收器；(d)使浓缩后碳酸氢盐浆料加压(8)；(e)将加压浓缩后碳酸氢盐浆料转移至再生器(12)和施加热量以获得富含CO2的气体物流(13)和再生后碳酸盐物流(14)。

Description

从气体中除去二氧化碳的方法
技术领域
本发明涉及用于从气体中除去二氧化碳(CO2)的方法。
背景技术
在最近几十年期间，排放到大气的CO2量显著全球性增长。由于CO2的“温室气体”性能，有助于全球变暖，因此CO2排入大气被认为是有害的。按照Kyoto协议，必须减少CO2排放以防止或抵抗不需要的气候变化。CO2排放的最大来源是化石燃料例如煤或天然气燃烧用于发电，和使用石油产品作为运输以及加热燃料。这些过程导致产生包含CO2的气体。因此，在这些气体排入大气之前希望除去至少部分CO2。
除去CO2的方法是现有技术已知的。
例如，在WO 2006/022885中描述了用于从燃烧气体中去除CO2的方法，其中使用氨化浆料或溶液。WO 2006/022885中描述的方法的一个缺点是使用挥发性溶剂氨。这将不可避免地导致溶剂损失。另一个缺点是溶剂需要冷却至相对低温，需要冷却负荷。
WO 2006/134225描述了用于从烟气回收CO2的方法和设备，在所述方法中在洗涤器中用含有碱金属碳酸盐的洗涤溶液洗涤烟气。溶液的碱金属碳酸氢盐浓度增大至如此高的水平，使得形成含有结晶碱金属碳酸氢盐的碱金属碳酸氢盐浆料。
未公布的WO 2008/072979描述了一种用于在吸收器内从废气中捕集CO2的方法。其中使含CO2的气体通过含有无机碱性碳酸盐、碳酸氢盐和至少一种吸收促进剂以及催化剂的含水吸收剂浆料，其中CO2通过在吸收器中沉淀而转化成固体。将浆料输送至分离装置，在其中分离出固体。
仍然需要用于从气体中去除CO2的简单能量有效的方法。
发明内容
本发明提供用于从包含CO2的气体中去除CO2的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)在吸收器中在促进剂存在下使气体与一种或多种碳酸盐化合物的含水溶液接触，从而使至少部分CO2反应形成碳酸氢盐化合物，其中吸收器的操作条件使得至少一部分碳酸氢盐化合物形成沉淀物，从而形成碳酸氢盐浆料；
(b)使至少部分碳酸氢盐浆料进行浓缩步骤，以获得含水溶液和浓缩后碳酸氢盐浆料，其中浓缩后碳酸氢盐浆料含有20-80wt％的碳酸氢盐化合物；
(c)使至少部分含水溶液返回吸收器；
(d)使浓缩后碳酸氢盐浆料加压，以获得加压浓缩后碳酸氢盐浆料；
(e)将加压浓缩后碳酸氢盐浆料转移至再生器系统和施加热量以从浓缩后碳酸盐浆料中释放CO2，从而获得富含CO2的气体物流和再生后碳酸盐物流。
该方法能够从气体中将CO2去除至低水平，获得纯化后气体，所述纯化后气体可以排放入大气中。
所述方法的重要优点是在相对高压下获得富含CO2的物流。这促进富含CO2的物流用于强化油采收或注入地下地层或含水层中，需要更少的设备以进一步压缩富含CO2的物流。
另一个优点是再生在升高的压力下进行，离开再生器的富含CO2的气体物流的水含量降低。这降低了再生器冷凝器的负荷，并且也降低了再沸器的能量要求。
另一个重要优点是使用具有相对低挥发性的含水溶液。与使用更多挥发性溶剂例如氨的方法相比，溶剂损失将少很多。促进剂的存在提高了CO2从气体吸收入含水溶液中的速率。
另一个优点是吸收可以在20-80℃的温度下进行，从而能够在具有高环境温度的区域中操作所述方法。
此外，当与使用氨或含氨溶剂的方法相比时，所述方法的动力学更加有利。
所述方法的另一个优点是通过形成含有20-80wt％的碳酸氢盐化合物的浓缩后碳酸氢盐浆料，浓缩后碳酸氢盐浆料维持小的液相，这允许浆料仍然可以在常规料浆泵中泵送，并允许在固体分离和再生步骤中避免使用更昂贵和复杂的固体处理系统。
所述方法特别适合于烟气物流。
附图说明
本发明通过附图进行说明：
图1示意性显示了本发明一个实施方案的工艺流程图。
具体实施方式
下面将仅通过实例的方式和参考所附非限定附图描述本发明的一个实施方案，其中：
图1是根据本发明一个实施方案的用于从气体中去除CO2的方法的流程图。用于本说明书的目的，单个的附图标记将分配给管线以及该管线中携带的物流。
步骤(a)中，在吸收器中使气体与一种或多种碳酸盐化合物的含水溶液接触。附图显示了一种优选实施方案，其中将温度为40℃和包含约8％CO2的烟气通过管线1引入吸收器2，在吸收器2中它与一种或多种碳酸盐化合物的含水溶液接触。吸收器中，CO2与碳酸盐化合物反应形成碳酸氢盐化合物。吸收器优选操作温度为10-80℃，更优选20-80℃。至少部分碳酸氢盐化合物沉淀从而形成碳酸氢盐浆料。
现在仅含有0.8％CO2的处理后气体通过管线3离开吸收器。从吸收器底部抽取碳酸氢盐浆料并通过管线4引入浓缩装置5。在浓缩装置5中，使含水溶液与碳酸氢盐浆料分离和通过管线6引回吸收器。在进入吸收器之前，含水溶液在换热器17中冷却。获得的浓缩后碳酸氢盐浆料含有20-80wt％的碳酸氢盐化合物，优选30-70wt％的碳酸氢盐化合物，和更优选35-65wt％的碳酸氢盐化合物。使用这种具体范围的碳酸氢盐化合物允许浓缩后碳酸氢盐浆料在无需复杂的固体处理过程的条件下仍然是可泵送的。所得浓缩后浆料通过管线7从浓缩装置中引出，和在泵8中加压至约15bar的压力。加压浓缩后碳酸氢盐浆料通过管线9引入换热器10，其中它被加热至约120℃的温度。加热浓缩后碳酸氢盐浆料通过管线11引入再生器12，其中它被加热以从浆料中释放CO2。热量通过再沸器18供应至再生器。将释放的CO2通过管线13从再生器引入冷凝器(未显示)，和作为含有约99％CO2的富含CO2的物流从过程中引出。碳酸盐溶液通过管线14从再生器引入换热器10，其中对它进行冷却。冷却后碳酸盐溶液通过管线15引入贫溶剂冷却器16和引入吸收器。
在另一个可能实施方案中，加压浓缩后碳酸氢盐浆料可以通过管线9引入一连串的多个换热器(未显示)中，其中它被逐步加热至约120℃的温度。优选该一连串换热器包括：第一换热器，其中加压浓缩后碳酸氢盐浆料在第一步骤中通过与来自管线14的再生后碳酸盐溶液换热而进行加热；第二换热器，其中加压浓缩后碳酸氢盐浆料在第二步骤中利用来自再生后碳酸盐溶液之外的另一来源的热量(例如来自热烟气的热量、从再生器冷凝器获得的热量或通过来自压缩机的级间冷却获得的热量)而进行加热；和/或第三换热器，其中加压浓缩后碳酸氢盐浆料在第三步骤中通过与来自管线14的再生后碳酸盐溶液换热而进行加热。当使用第三换热器时，来自管线14的再生后碳酸盐溶液可以初始在第三换热器中进行换热和随后在第一换热器中进行换热。
使用该一连串多个换热器的优点是可以通过再生后碳酸盐溶液和工艺线路中其它来源提供用于再生器所需的增大的能量和/或热量数量，从而允许用于再生器的再沸器18具有更小的尺寸。
本发明方法特别适合于烟气。
适合地，含CO2的气体中CO2的分压为30-400mbar。
碳酸盐化合物可以是与CO2反应的任意碳酸盐化合物。优选的碳酸盐化合物包括Na2CO3或K2CO3或它们的组合，因为这些化合物相对便宜、商业可获得和显示在水中的有利溶解度。
一种或多种碳酸盐化合物的含水溶液另外包含促进剂以增大CO2的吸收速率。这种促进剂有时也称为活化剂化合物。适合的促进剂是增强CO2从气体吸收入液体中的速率的化合物。适合地，促进剂是伯或仲胺，含钒或含硼酸盐化合物或它们的组合。
优选地，促进剂是选自以下的一种或多种化合物：含钒化合物，含硼酸盐化合物，单乙醇胺(MEA)，以及任选包含另外的杂原子的饱和5或6元N-杂环化合物。更优选地，促进剂是选自以下的一种或多种化合物：MEA，哌嗪，甲基哌嗪和吗啉。
适合地，再生器的操作温度足够高，以确保从浓缩后碳酸盐浆料中释放大量CO2。优选地，再生器的操作温度为70-170℃。应理解，再生器的操作温度高于吸收器。
优选再生器在升高的压力下操作，优选1.0-50bara，更优选1.5-50bara，还更优选3-40bara，甚至更优选5-30bara。应理解，再生器的操作压力高于吸收器。
对于再生器优选较高的操作压力，因为离开再生器的富含CO2的物流将随后也在高压下。适合地，富含CO2的气体物流的压力为1.5-50bara，优选3-40bara，更优选5-30bara。在其中富含CO2的气体物流需要在高压下的应用中，例如当它用于注入地下地层中时，有利地的是富含CO2的气体物流已经在升高的压力下，因为这降低了用于进一步加压所需的设备和能量要求。在优选实施方案中，加压后富含CO2的气体物流用于强化油采收，适合地通过将它注入油储层中进行，其中它趋向于就地溶解在油中，从而降低它的粘度和因此使得它更易流动以向生产井移动。
任选地，将富含CO2的气体物流压缩至60-300bara、更优选80-300bara的压力。通常，需要一连串压缩机以将富含CO2的气体物流加压至所需的高压。已经在升高的压力下的富含CO2的气体物流更易于进一步加压。此外，因为无需原本用于将富含CO2的物流提升至5-50bara的压力所需要的第一级压缩机，所以避免了大量的资本开支。

Claims (11)

1.一种用于从包含CO2的气体中去除CO2的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)在吸收器中在促进剂存在下使气体与一种或多种碳酸盐化合物的含水溶液接触，从而使至少部分CO2反应形成碳酸氢盐化合物，其中吸收器的操作条件使得至少一部分碳酸氢盐化合物形成沉淀物，从而形成碳酸氢盐浆料；
(b)使至少部分碳酸氢盐浆料进行浓缩步骤，以获得含水溶液和浓缩后碳酸氢盐浆料，其中浓缩后碳酸氢盐浆料含有20-80wt％的碳酸氢盐化合物；
(c)使至少部分含水溶液返回吸收器；
(d)使浓缩后碳酸氢盐浆料加压，以获得加压浓缩后碳酸氢盐浆料；
(e)将加压浓缩后碳酸氢盐浆料转移至再生器系统和施加热量以从浓缩后碳酸盐浆料中释放CO2，从而获得富含CO2的气体物流和再生后碳酸盐物流。
2.权利要求1的方法，其中一种或多种碳酸盐化合物包括Na2CO3或K2CO3或它们的组合。
3.权利要求1或2的方法，其中步骤(a)中一种或多种碳酸盐化合物的含水溶液包含2-80wt％的碳酸盐化合物。
4.权利要求1-3任一项的方法，其中吸收器的操作温度为10-80℃，优选20-80℃。
5.权利要求1-4任一项的方法，其中所述方法另外包括：在步骤(e)中将加压浓缩后碳酸氢盐浆料转移至再生器系统之前，在一连串多个换热器中加热步骤(d)中获得的加压浓缩后碳酸氢盐浆料。
6.权利要求5的方法，其中所述一连串多个换热器包括：第一换热器，其中加压浓缩后碳酸氢盐浆料在第一步骤中通过与步骤(e)中获得的再生后碳酸盐溶液换热而进行加热；第二换热器，其中加压浓缩后碳酸氢盐浆料在第二步骤中利用来自再生后碳酸盐溶液之外的另一来源的热量而进行加热；和/或第三换热器，其中加压浓缩后碳酸氢盐浆料在第三步骤中通过与再生后碳酸盐溶液换热而进行加热。
7.前述权利要求任一项的方法，其中促进剂是选自以下的一种或多种化合物：伯胺、仲胺、含钒化合物和含硼酸盐化合物，优选含钒化合物、含硼酸盐化合物、单乙醇胺(MEA)、和任选包含另外的杂原子的饱和5或6元N-杂环化合物，更优选MEA、哌嗪、甲基哌嗪和吗啉。
8.前述权利要求任一项的方法，其中含CO2的气体中气体的分压为30-400mbar。
9.前述权利要求任一项的方法，其中再生器的操作压力为1-50bara，更优选1.5-50bara，甚至更优选3-40bara，和最优选5-30bara。
10.前述权利要求任一项的方法，其中将富含CO2的气体物流压缩至60-300bara、更优选80-300bara的压力。
11.权利要求10的方法，其中将加压后富含CO2的气体物流注入地下地层中，优选用于强化油采收或用于储存在含水储层中或用于储存在空的油储层中。
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