CN102170957A - Co2耗尽的烟气的处理 - Google Patents

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Abstract

用于从含有CO2的烟气流中回收二氧化碳的一种方法，包括以下步骤：使该气流在大于大气压的气压下与一种水性溶剂系统接触，以完成从该气流中对CO2的吸收，由此该气流变为一个CO2更贫乏的烟气流；并且将该含有吸收的CO2的溶剂与该CO2更贫乏的烟气流分离以形成一个CO2富集的溶剂流。使该CO2更贫乏的烟气流以一种方式膨胀，由此这些CO2更贫乏的烟气被冷却，并且通过与这些冷却的烟气进行热交换来冷却一个或多个工艺气流。在一方面，该水性溶剂系统包含溶解的氨、以及铵、碳酸根和碳酸氢根离子，以完成从该气流中对CO2的吸收，由此该气流变为一个CO2更贫乏的烟气流。在这种情况下，使这些CO2更贫乏的烟气与从中将氨溶解的水接触，可以将溶解的氨再循环返回至该溶剂系统中，并且此后使这些CO2更贫乏的烟气与CO2富集的烟气的一个子流进行接触，该子流包含足够的硫和/或氮的氧化物从而与这些CO2更贫乏的烟气中一定比例的氨进行反应。从这些CO2更贫乏的烟气中回收该反应的产物。还披露了用于进行这些方法的装备。

Description

CO2耗尽的烟气的处理
发明领域
本发明总体上涉及二氧化碳从烟气中的燃烧后捕集。在一个或多个方面，本发明涉及对CO2更贫乏的烟气进行的处理，该CO2更贫乏的烟气是从烟气流中对CO2的压力吸收而产生的，例如使用与碳酸铵/碳酸氢铵平衡的氨溶液。在一个或多个其他方面，本发明涉及使用此类氨溶液在从烟气流中吸收CO2的过程中降低氨的释放(称为“氨逃逸”)。
本发明对于从发电站的烟气或从多种多样的工业过程(包括钢铁厂、水泥窑、焙烧炉以及冶炼炉)的工艺气体中对CO2进行燃烧后捕集具有特殊的(尽管当然不是排它性的)应用。
发明背景
对于CO2排放的固定源(如发电站)存在着迅速增长的压力，以通过1)捕集从工艺中生成的CO2，2)通过不同的地质学手段储存CO2来逐步减少温室气体(GHG)的排放。这涉及到将CO2在一种超临界或“液化的”状态下注入深的含水层、煤层、或海底深海沟中，或将CO2作为固体化合物储存。
用于从发电站或燃烧装置的烟气中捕集CO2的方法被称作燃烧后捕集。在燃烧后捕集中，在吸收器中使用一种合适的溶剂优先将烟气中的CO2从氮气和残留氧气中分离出来。然后在称为汽提(或再生)的过程中将CO2从溶剂中去除，因此允许对该溶剂进行再使用。然后通过压缩和冷却将汽提过的CO2液化，伴有适当的干燥步骤以防止水合物的生成。
这种形式的燃烧后捕集对于多种固定的CO2源以及发电站(例如钢铁厂、水泥窑、焙烧炉以及冶炼炉)是适用的。
使用与碳酸铵和碳酸氢铵平衡的氨溶液作为对CO2的吸收剂已经认为相对于采用有机胺的系统(其中一乙醇胺(MEA)是一种熟知的CO2吸收剂)是有利的：
·可以吸收SOx和NOx，其中有可能有利地将用过的溶剂溶液作为一种肥料(SOx和NOx降解了胺溶剂)出售。
·氨在普遍的商业使用中是一种低成本的化学品。
·烟气中的氧气不会降解该溶剂(但它确实会降解胺)。
这样一种方法所要求的全部能量推算为MEA系统所要求的40％左右。
对于氨法，该溶剂溶液由铵根、碳酸根和碳酸氢根离子(与溶解的氨(水性的)保持平衡)、以及溶解的CO2(水的)构成。在吸收器中，水和氨与CO2(水性的)起反应而生成碳酸根、碳酸氢根或氨基甲酸根离子，其中该反应通过施加能量而在汽提塔中逆向进行。相关的水相反应可以用以下总的方程式概述：
Figure BDA0000053614390000021
(方程式1)
Figure BDA0000053614390000022
(方程式2)
(方程式3)
Figure BDA0000053614390000024
(方程式4)
应该注意的是氨基甲酸根的形成是不希望的、并且具有高的反应热。但是，该反应是可逆的、且并不具有显著的冲击。
离开吸收器的气相中的自由氨的量与氨(水性的)的量是成比例的，这可以通过该溶液中其他物种的浓度、以及温度而控制：更高的温度会增加气相中的氨的量。
着手氨溶液吸收剂的重要问题之一是氨从这个具有CO2更贫乏的烟气的吸收剂系统中的逃逸。
国际专利公布WO 2006/022885提出通过将烟气冷却至0℃-20℃并在此温度范围内、优选在0℃-10℃的范围内运行吸收阶段来着手解决氨逃逸的问题。再生是通过提高来自吸收器的CO2富集的溶液的压力和温度来进行的。CO2的蒸气压很高，并且产生了具有低浓度的NH3和水蒸气的加压CO2气流。将该高压CO2气流冷却并洗涤以从该气体中回收氨和水分。据报道，这种方法(被称为冷氨法)会减小氨逃逸的程度，但需要可观的能量用于制冷，特别是当认为必须除去反应热(所涉及的碳酸根转化为碳酸氢根的反应是放热的)以维持低温时。
本申请人的国际专利公布WO 2009/000025披露了一种方法，该方法通过在高于大气压的气压下完成CO2的吸收、和/或通过在吸收之后与水(从中将氨溶解以便用于再循环返回至该溶剂系统)接触来冷却该CO2更贫乏的烟气而减少氨逃逸。
本发明在其一个或多个方面，目的是着手解决这个经由CO2更贫乏的烟气的氨逃逸问题。
总体上，在CO2的燃烧后捕集的吸收步骤中使用压力提供了两个关键的益处：
·实质性地减小了吸收器的尺寸，其中在烟气的压力与吸收柱的截面面积之间有直接的比例性。
·增大了吸收的动力学，因为根据亨利定律，该溶液中的CO2(水性的)的量与总的烟气压力是直接相关的。
但是，这种途径要求增大功率来驱动压缩机、并且需要在压缩气体进入吸收器之前对其进行二次冷却。更普遍地，对于所有CO2后燃烧捕集系统的一个问题是系统的总的能量成本。披露内容是已知的，例如WO2000/057990、US 6,655,150和US2008/0104958，其中使来自CO2分离器中的CO2耗尽的气体在例如一个涡轮中膨胀来为压缩机、发电机或其他电厂提供动力。
本发明在其一个或多个方面着手解决了这个问题、并且是这样做的方式为在用于从烟气中去除CO2的基于氨的系统中是尤其有用的。
在此并未承认在本说明书中的任何信息在优先权日是公知常识、或者可以合理地预料本领域技术人员已经将其确定为、理解为、视为相关的或者将其以任何方式进行组合。
发明概述
本发明在一个第一方面提供了用于从一种含CO2的烟气流中回收二氧化碳的方法，该方法包括以下步骤：
在高于大气压的一个气压下使该气流与一个水性溶剂系统进行接触来完成从该气流中对CO2的吸收，由此所述气流变为一个CO2更贫乏的烟气流；
将包含所吸收的CO2的这种溶剂从这个CO2更贫乏的烟气流中分离出来，以形成一个CO2富集的溶剂流；
使所述CO2更贫乏的烟气流以一种方式膨胀，由此将该CO2更贫乏的烟气冷却；并且
通过与所述冷却的烟气进行热交换来冷却一个或多个工艺气流。
这一个或多个工艺气流可以包括该含CO2的烟气流、以及一个CO2贫乏的再生的溶剂流，因为它被返回用于上述接触步骤。
这种膨胀可以在一个膨胀涡轮中进行，并且从这种膨胀中回收了能量。
本发明的一个实施方案包括在所述膨胀的上游将所述CO2更贫乏的烟气预加热，以便在所述膨胀过程中得到增强的膨胀性功。这种预加热可以如下进行，例如通过在所述接触步骤的上游与烟气进行热交换，或者可替代地，通过用这些CO2更贫乏的烟气中的残余氧气来使燃料燃烧。
有利地，该水性溶剂系统是一种含有溶解的氨、以及铵、碳酸根以及碳酸氢根离子的水性溶剂系统，在这种情况下可以在所述膨胀之前使这些CO2更贫乏的烟气与从中将氨溶解的水进行接触，优选地用于将所溶解的氨再循环回到所述溶剂系统中，并且所述膨胀导致了残余氨的进一步冷凝，优选地也将残余氨再循环到所述溶剂系统。
CO2的吸收可能典型地是根据以上的方程式(1)至(4)。
有利地，使烟气流与水性溶剂系统接触以及使CO2更贫乏的烟气流与水进行接触的这些步骤是在一个常见容器(例如，一个塔式容器)中进行的。该塔式容器中的压力优选是在100至3000kPa(1至30巴)的范围内，最优选是在500-1500kPa(5至15巴)的范围内。
典型地，该方法包括另外的步骤：通过对溶剂流施加热量以将CO2解吸收而从该CO2富集的溶剂流中将CO2解吸收。这个现在CO2贫乏的溶剂流可以方便地被再循环至所述溶剂系统中。典型地，将从CO2富集的溶剂流中解吸收的CO2进行压缩、冷却并液化以便储存。
本发明在其第一方面进一步提供了用于从一种含CO2的烟气流中回收二氧化碳的装备，该装备包括：
一个吸收器段，用于在高于大气压的一个气压下使该气流与一个水性溶剂系统进行接触来完成从所述气流中对CO2的吸收，由此所述气流变为一个CO2更贫乏的烟气流，并且用于将含有所吸收的CO2的这种溶剂与该CO2更贫乏的烟气流分离以形成一个CO2富集的溶剂流；
气体膨胀装置，用于使所述CO2更贫乏的烟气流以一种方式膨胀，由此将这些CO2更贫乏的烟气冷却；以及
用于通过与所述冷却的烟气进行热交换来冷却一个或多个工艺气流的装置。
优选存在一个冷却器用于将该含CO2的烟气流在它进入吸收器段之前进行冷却。上述的用于冷却一个或多个工艺气流的装置可以包括这个冷却器、和/或可以包括用于将一个CO2贫乏的再生溶剂流在它被返回至上述吸收器段时进行冷却的热交换联接。
该气体膨胀装置可以包括一个膨胀涡轮。
本发明的一个实施方案有利地可以包括用于在所述膨胀的上游将所述CO2更贫乏的烟气进行预加热的装置，以便在所述膨胀过程中得到增强的膨胀性功。这种预加热装置可以是或可以包括例如一个用于在所述吸收器段的上游与烟气进行间接热交换的热交换器、或者替代地用于使用这些CO2耗尽的烟气中的残余氧气来使燃料燃烧的装置。
有利地，该水性溶剂系统是一种含有溶解的氨、以及铵、碳酸根以及碳酸氢根离子的水性溶剂系统，在这种情况下可以提供一种装置，通过这种装置使这些CO2更贫乏的烟气与从中将氨溶解的水接触，优选地用于将所溶解的氨再循环回到所述溶剂系统中，并且所述膨胀导致了残余氨的进一步冷凝，提供了将该残余氨再循环到所述溶剂系统中的装置。
优选地，该用于冷却一个或多个工艺气流的装置包括一个热交换联接，该热交换联接是用于将所述用于接触这些CO2更贫乏的烟气从而由此溶解氨的水进行冷却。
在本发明的一个第二方面，含有显著量的硫和/或氮的氧化物的一部分原始烟气(来自吸收器之前)旁路通过该CO2吸收器段并且在该吸收器以及第一次水洗之后与该CO2更贫乏的烟气进行混合、并且允许它进行反应。这之后可以是在这些CO2更贫乏的烟气被释放到大气中之前进行进一步水洗。
本发明在其第二方面提供了用于从一种含CO2的烟气中回收二氧化碳的方法，该方法包括：使该气流与含有溶解的氨、以及铵、碳酸根和碳酸氢根离子的一种水性溶剂系统接触以便完成从该气流中对CO2的吸收，由此所述气流变为一个CO2更贫乏的烟气流；将含有所吸收的CO2(作为碳酸根、碳酸氢根和CO2(aq))的该溶剂与该CO2更贫乏的烟气流分离而形成一个CO2和/或碳酸氢根富集的溶剂流；使所述CO2更贫乏的烟气与从中将氨溶解的水接触，优选地用于将所溶解的氨再循环回到所述溶剂系统中；此后使该CO2更贫乏的烟气与CO2富集的烟气的一个子流进行接触，该子流包含足够的硫和/或氮的氧化物而与该CO2更贫乏的烟气中的一部分氨进行反应；并且从这些CO2更贫乏的烟气中回收所述反应的产物。
与子流的所述接触的条件可以是这样的，即：使得所述反应的产物包括亚硫酸铵、硫酸铵、亚硝酸铵以及硝酸铵中的一种或多种。
本发明在其第二方面还提供了用于从一种含CO2的烟气中回收二氧化碳的装备，该装备包括：一个吸收器段，用于使该气流与含有溶解的氨、以及铵、碳酸根和碳酸氢根离子的一种水性溶剂系统接触以便完成从该气流中对CO2的吸收，由此所述气流变为一个CO2更贫乏的烟气流，并且用于将含有所吸收的CO2的该溶剂与该CO2更贫乏的烟气流分离而形成一个CO2和/或碳酸氢根富集的溶剂流，由此所述气流变为一个CO2更贫乏的烟气流；第一接触装置，用于使所述CO2更贫乏的烟气与从中将氨溶解的水接触，优选地用于将该氨再循环回到所述溶剂系统中；第二接触装置，用于使该CO2更贫乏的烟气与CO2富集的烟气的一个子流进行接触，该子流包含足够的硫和/或氮的氧化物而与所述CO2更贫乏的烟气中的一部分氨进行反应；以及用于从这些CO2更贫乏的烟气中回收所述反应的产物的装置。
该第二接触装置可以包括一个在该第一接触装置下游的接触室、以及用于将该子流从吸收器段的上游传送至该接触室的一个旁通管。
该水性溶剂系统的温度优选是大于15℃，更优选大于20℃，并且最优选在20℃至50℃的范围内。在25℃至45℃范围内的温度是合适的。
若要求的话，将烟气流在与溶剂系统接触之前进行冷却，例如冷却至约40℃。
有利地，使该烟气流与水性溶剂系统接触以及使CO2更贫乏的烟气流与水进行接触的这些步骤是在一个常见容器(例如，一个塔式容器)中进行的。该塔式容器中的压力优选是在100至3000kPa(1至30巴)的范围内，最优选是在500-1500kPa(5至15巴)的范围内。
有利地，所述对CO2的吸收是通过所选择的酶类的存在而进行催化的，以促进在溶液中吸收CO2而形成碳酸氢根的速率。一种合适的此种酶是碳酸酐酶。
使用酶来促进在溶液中CO2转化为碳酸氢根的速率的一个替代方案是使用无机的路易斯碱，诸如砷酸盐(AsO4 3-)或磷酸盐(PO4 3-)。酶或路易斯碱(促进剂)可以在低浓度下在液体溶剂中被循环或支撑在固体结构上，该溶剂溶液和含CO2的气体从该固体结构上流过。在后者的情况下，支撑材料的表面已经被化学改性，这样，酶或路易斯碱牢固地附着，并且被配置为使CO2的气-液转移最大化。
对于这种固体支撑物的选项，酶或路易斯酸以及其支撑物的类型和构型可以是多种多样的，以适应含CO2气体的组成、溶剂的局部加载、以及局部的温度和压力条件的变化。
本发明还扩展至结合本发明的这两方面的方法和装备。
附图简要说明
现在将参照附图仅仅以举例方式来进一步描述本发明，在附图中：
图1是根据本发明的第一方面的一个优选实施方案的CO2燃烧后捕集(PCC)设备图，该设备利用了一种基于氨的溶剂系统；
图2和图3是图1中所描绘的PCC设备的变体；并且
图4是结合了本发明的第二方面的一个实施方案的PCC设备的一个进一步的变体。
发明实施方案的说明
泵取CO2贫乏的溶剂溶液并喷洒在吸收器段11的顶部13，该吸收器段是处于一个塔式容器15的下部中的一个填充柱14的形式。该溶液环绕并且向下流经柱14的填充材料，同时这些CO2富集的烟气8通过压缩设备6被压缩，此后(若需要的话)在9处被冷却(例如冷却至约40℃)，并且然后在16处被引至该吸收器的底部。这些压缩并冷却后的烟气向上通过该填充材料并由此与包括这个向下流经该填充材料的溶剂溶液的该溶剂系统进行接触。CO2被转移到该溶剂溶液中，这是优选地通过与适当添加的酶或一种路易斯碱的相互作用而得到增强的一个过程。
压缩机设备6可以包括一个适合于将相对高体积的气体压缩至30巴的一个气体涡轮压缩机。在这种情况下，认为在柱14中大约10巴的气压将获得令人满意的结果。
一种碱(如氨/铵离子)的存在维持了一种碱性的吸收剂溶液pH以保持溶解的CO2为HCO3 -/CO3 2-离子。氨还可以与溶解的CO2直接反应而生成氨基甲酸酯。在足够高的浓度下，碳酸氢根/碳酸根离子也可以作为铵盐从溶液中沉淀出，从而产生一种淤浆，这允许更多的CO2通过所加载的溶剂系统而转移。
在吸收柱14的顶部17处，CO2更贫乏的气体离开了该过程，而CO2富集的溶液(包含氨基甲酸根、碳酸根和碳酸氢根)从容器15的底部在20处经管线35被提取出而用于进一步处理。氨逃逸通过使这些CO2更贫乏的出口气体在将它们通向一个烟囱27之前经受一系列的进一步处理而得到改进。第一个处理是在塔式容器15上部的一个涤气器22中用顶置式喷雾器39进行的水洗。另外一个装有适当填充材料的小柱子26辅助了接触。水(例如，在0℃-10℃下)溶解了来自CO2更贫乏的烟气的氨，并在一个塔板系统28中被收集用于通过一个泵29经由一个冷却装置31进行再循环。一定比例的加载有再循环的氨的冲洗用水23通过管道23a被再循环至吸收器段中19处的溶剂系统中。
在实质性高于大气压下离开吸收器涤气器22的这些加压的CO2更贫乏的烟气在一个膨胀涡轮40(或能够提取工作能量的类似装置)中以一种受控的方式被膨胀，由此这些气体得到进一步冷却并且另外残余的氨从这些气体中冷凝出来。
然后来自涡轮40的膨胀的烟气在一个填充的涤气器50中被水洗从而在通过烟囱27被排放至大气中之前溶解了冷凝的氨，优选是在高于露点的温度下。这个最后的气体清洁步骤中的水通过泵53并且经由冷却器54被再循环，如在52处所指示的，直到该氨达到了用于再循环至吸收器系统中的显著浓度。可替代地，可以有利地将用过的溶液与来自该吸收器中并且用作肥料组分的用过的溶液进行混合。
虽然CO2吸收之后烟气中的大多数游离氨将典型地在并入容器15顶部之中的初级涤气器(冷水洗涤)22中被除去，但添加了膨胀器40和相关联的涤气器50使之能够得到额外的灵活性：
·冷水的温度可以更高，由此实质性地降低所要求的冷却能量以及水洗涤区段的尺寸。
·氨逃逸的量可以通过优化总体的吸收器后烟气处理来控制。
·用两个水洗阶段比在单独用冷水洗涤时有可能在排放至大气的CO2贫乏的气体中得到更低的氨浓度。
这种吸收器后烟气构型的两个特征增强了所展示的PCC设备的总体能量利用。将膨胀器涡轮40偶联至一个发电机42上，由此在该涡轮处来自气体膨胀的工作能量被回收用于发电，同时涤气器50下游的一个热交换器70允许通过与冷的CO2更贫乏的烟气进行热交换来冷却另一个工艺气流。两个这样的其他工艺气流是进入的CO2富集的烟气流8和涤气器22中的再循环的负载有氨的洗涤水：这些“冷状态”的转移通过虚线71、72来指示，在图1中分别到达9、31。
在涡轮40处的回收能量可能在吸收器14的上游或下游的一个处理步骤中被利用，或者是更直接地通过热交换或者不够直接地通过发电机42所产生的电能。这个概念的一个特别有利的应用是利用发电机42所产生的电能来运行压缩机6的马达44，如图1中的虚线45所指示。
在容器15的底部20所提取的富含碳酸氢根的溶剂溶液经由管线35被传送用于在一个汽提塔或吸收剂再生阶段(在这种情况下是一个填充柱30)进行加热，以便释放CO2用于储存或其他化学应用。所回收的CO2贫乏的溶剂溶液34通过再沸器33以及管道32被再循环返回至吸收柱14的顶部13：必要时在途中将它冷却，这是通过在36处与管线35中的CO2富集的溶剂流进行热交换，并且通过一个第二冷却器37(它可以与线73所指示的热交换器70是热交换连通的)进行。所回收的CO2气流38典型地在60处通过被压缩、冷却以及液化而进行处理以用于储存。
当然应认识到，柱14、26、30可以各自包括一个或多个吸收塔或汽提塔。此外，在一个单独的柱14、26或30之内，完全有可能存在多个级。还应理解到，尽管已将图1的PCC设备描述为采用了一种基于氨的溶剂系统，但也可以采用其他溶剂，具体地例如胺或MEA。在此类情况下，当该溶剂的蒸气压相对较低时，将不要求另外的水洗涤50，并且也许是水洗涤阶段22。
图2中通过前面有“2”的类似参考号指示了相对于图1类似的部件，它描绘了图1的PCC设备的一种变更方案，其中来自吸收器涤气器222的加压气体在膨胀涡轮240(即，一种间接加热的膨胀器)中被膨胀之前经过了预加热(80)。该预加热器80可以有利地使用低等级的热量，例如来自进入该吸收器之前的烟气。通过将这些加压气体预加热，有可能在涡轮240处得到增大的膨胀性功。通过优化吸收器214的操作压力和预加热的量、以及如何将该捕集过程与主过程(host process)(例如，粉煤发电厂)进行热整合，将有可能把用于该捕集过程的总体能耗减到最小并且将来自发电厂的电力输出最大化。
图3中通过前面有“3“的类似参考号指示了相对于图1类似的部件，它描绘了图2的PCC设备的一种替代方案，其中，利用了该CO2更贫乏的烟气中的残余氧来允许这些气体在膨胀涡轮340中被膨胀之前将它们在一个燃烧器90中通过燃料燃烧而直接加热。燃烧器90和涡轮340可以整合为一个点火式膨胀器。再次地，通过将这些加压气体预加热，有可能得到增大的膨胀性功。通过优化该吸收器的操作压力和预加热的量、以及如何将该捕集过程与保存过程(例如，粉煤发电厂)进行热整合，将有可能把用于该捕集过程的总体能耗减到最小并且将来自发电厂的电力输出最大化。这个实施方案使用了燃气中的残余氧(对于煤锅炉是按体积计3％左右而对于气体涡轮是7％)，取决于该烟气的来源以及所去除的CO2的量，该残余氧在吸收器314中去除大部分CO2之后将显著增大。
取决于该点火式膨胀器中使用的燃料的量，将有可能通过在涡轮之后、在烟囱327处排放至大气中之前使用一个热交换器370来回收热量或提供一种冷却源。
图4中通过前面有“4”的类似参考号指示了相对于图1类似的部件，它描绘了结合本发明的第二方面的一个实施方案的一种PCC设备。
在这种情况下，省略了涡轮40和发电机42(但在此强调它们可以在一个另外的变体中保持)并且离开吸收器涤气器422的CO2更贫乏的烟气在逃逸控制反应器500的一个室502中进行反应，其中原始的CO2富集的烟气流的一个子流408在吸收器411上游的505处被提取并且经由一个旁通管508被传送至反应器500中。这个子流典型地包含氮的氧化物和/或硫的氧化物，它们通过与氨反应以形成以上指出的铵化合物而实质性地降低了游离氨的量。为了确保形成这些铵化合物，向该逃逸控制反应器中添加过量的原始烟气，范围为原始烟气的1％-10％(精确的量取决于该烟气中SOx和NOx的具体浓度)。虽然这将会轻微提高排放至大气的气体中CO2的量，但这可以通过吸收器中为满足CO2排放目标所要求的增大的CO2吸收来进行补偿。
然后来自逃逸控制反应器500的清洁过的烟气在一个填充的涤气器450中被水洗从而在通过烟囱427被排放至大气中之前去除铵盐。这个最后的气体清洁步骤中的水通过泵453并且经由冷却器454被再循环，如在452处所指示的，直到这些铵盐达到了一个显著浓度，其中该用过的溶液有利的是与来自该吸收器的、并且用作肥料组分的用过的溶液进行混合。
虽然CO2吸收之后烟气中的大多数游离氨将典型地在并入容器415顶部之中的初级涤气器(冷水洗涤)422中被除去，但添加逃逸控制反应器500和相关联的涤气器450使之能够得到额外的灵活性：
·冷水的温度可以更高，由此实质性地降低所要求的冷却能量以及水洗涤区段的尺寸。
·氨逃逸的量可以通过优化总体的吸收器后烟气处理来控制。
·与单独使用常规的冷水洗涤相比，有可能在排放至大气的CO2贫乏的气体中得到更低的氨浓度。
应理解的是涡轮40和发电机42、预加热器80、以及燃烧器90中的任何一个或多个可以结合到图4的设备中，优选是在反应器500的下游。

Claims (36)

1.一种从含有CO2的烟气流中回收二氧化碳的方法，包括以下步骤：
使该气流在高于大气压的气压下与一种水性溶剂系统接触，以完成从该气流中对CO2的吸收，由此所述气流变为一个CO2更贫乏的烟气流；
将该含有所吸收的CO2的溶剂与该CO2更贫乏的烟气流分离以形成一个CO2富集的溶剂流；
使所述CO2更贫乏的烟气流以一种方式膨胀，由此这些CO2更贫乏的烟气被冷却；并且
通过与所述冷却的烟气进行热交换来冷却一个或多个工艺气流。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一个或多个工艺气流包括所述含有CO2的烟气流。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述一个或多个工艺气流包括一个CO2贫乏的再生的溶剂流，因为它被返回用于所述接触步骤。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中，所述膨胀是在一个膨胀涡轮中进行的并且来自该膨胀的能量被回收。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，包括在所述膨胀的上游将所述CO2贫乏的烟气进行预加热，以便在所述膨胀的过程中得到增强的膨胀功。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，该水性溶剂系统是含有溶解的氨、以及铵、碳酸根和碳酸氢根离子的一种水性溶剂系统。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，使这些CO2更贫乏的烟气在所述膨胀之前与水接触，使水从中将氨溶解。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述一个或多个工艺气流包括用于接触这些CO2更贫乏的烟气以从中将氨溶解的所述水。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其中，使该烟气流与该水性溶剂系统接触以及使这些CO2更贫乏的烟气与水接触的步骤是在一个普通容器中进行的。
10.根据权利要求7、8、或9所述的方法，包括在使所述CO2更贫乏的烟气与从中将氨溶解的水进行接触之后，然后使这些CO2更贫乏的烟气与CO2富集的烟气的一个子流接触，该子流包含足够的硫和/或氮的氧化物从而与所述CO2更贫乏的烟气中的一定比例的氨进行反应；并且从这些CO2更贫乏的烟气中回收所述反应的产物。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述与所述子流的接触的条件是使得所述反应的产物包括亚硫酸铵、硫酸铵、亚硝酸铵以及硝酸铵中的一种或多种。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中，该水性溶剂系统的温度是大于15℃。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，包括将该含有CO2的烟气流在使之与该溶剂系统接触之前进行冷却。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，进一步包括通过向该溶剂流施加热量以脱附CO2而从该CO2富集的溶剂流中脱附CO2。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的方法，进一步包括从该CO2更贫乏的烟气流的膨胀中回收能量、并且利用所述能量来发电或将其用在所述步骤的上游或下游的一个工艺步骤中。
16.一种从含有CO2的烟气流中回收二氧化碳的方法，包括：
使该气流与一种含有溶解的氨、以及铵、碳酸根和碳酸氢根离子的水性溶剂系统接触，以完成从该气流中对CO2的吸收，由此所述气流变为一个CO2更贫乏的烟气流；
将该含有所吸收的CO2(作为碳酸根、碳酸氢根以及CO2(aq))的溶剂与该CO2更贫乏的烟气流分离以形成一个CO2和/或碳酸氢根富集的溶剂流；
使所述CO2-更贫乏的烟气与从中将氨溶解的水接触，该溶解的氨可以被再循环回所述溶剂系统中。
此后使该CO2更贫乏的烟气与CO2富集的烟气的一个子流接触，该子流包含足够的硫和/或氮的氧化物从而与所述CO2更贫乏的烟气中的一定比例的氨进行反应；并且从这些CO2更贫乏的烟气中回收所述反应的产物。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述与所述子流的接触的条件是使得所述反应的产物包括亚硫酸铵、硫酸铵、亚硝酸铵以及硝酸铵中的一种或多种。
18.根据权利要求16或17所述的方法，进一步包括通过向该溶剂流施加热量以脱附CO2而从该CO2富集的溶剂流中脱附CO2。
19.根据权利要求16、17或18所述的方法，其中，该水性溶剂系统的温度是大于15℃。
20.根据权利要求16至19中任一项所述的方法，包括将该含有CO2的烟气流在使之与该溶剂系统接触之前进行冷却。
21.根据权利要求16至20中任一项所述的方法，其中，使该烟气流与该水性溶剂系统接触以及使这些CO2更贫乏的烟气与水接触的步骤是在一个普通容器中进行的。
22.一种用于从含有CO2的烟气流中回收二氧化碳的装备，包括：
一个吸收器段，用于使该气流在大于大气压的气压下与一种水性溶剂系统接触，以完成从所述气流中对CO2的吸收，由此所述气流变为一个CO2更贫乏的烟气流，并且用于将该含有该吸收的CO2的溶剂与该CO2更贫乏的烟气流分离以形成一个CO2富集的溶剂流；
气体膨胀装置，用于使所述CO2更贫乏的烟气流以一种方式膨胀，由此这些CO2更贫乏的烟气被冷却；以及
用于通过与所述冷却的烟气进行热交换来冷却一个或多个工艺气流的装置。
23.根据权利要求22所述的装备，包括一个冷却器，该冷却器是用于将该含有CO2的烟气流在它进入所述吸收器段之前进行冷却。
24.根据权利要求22所述的装备，其中，所述用于冷却一个或多个工艺气流的装置包括所述冷却器。
25.根据权利要求22、23或24所述的装备，其中，所述用于冷却一个或多个工艺气流的装置包括热交换联接，该热交换联接用于将一个CO2贫乏的再生的溶剂流在它被返回所述吸收器段时对其进行冷却。
26.根据权利要求22至25中任一项所述的装备，其中，所述气体膨胀装置包括一个膨胀涡轮。
27.根据权利要求22至26中任一项所述的装备，包括用于在所述膨胀的上游将所述CO2更贫乏的烟气进行预加热的装置，以便在所述膨胀过程中得到增强的膨胀功。
28.根据权利要求22至27中任一项所述的装备，其中，该水性溶剂系统是含有溶解的氨、以及铵、碳酸根和碳酸氢根离子的一种水性溶剂系统，并且提供了第一接触装置，通过该装置这些CO2更贫乏的烟气与从中将氨溶解的水接触，并且所述膨胀导致了残余氨的进一步冷凝，提供了将残余氨进行再循环的装置。
29.根据权利要求28所述的装备，其中，所述用于冷却一个或多个工艺气流的装置包括用于对所述水进行冷却的一种热交换联接，该水用于接触这些CO2更贫乏的烟气从而由此溶解氨。
30.根据权利要求28或29所述的装备，其中，所述吸收器段以及所述第一接触装置是由一个普通容器提供的，通过该第一接触装置使CO2更贫乏的烟气与水进行接触。
31.根据权利要求27、28或29所述的装备，进一步包括：第二接触装置，该第二接触装置用于使该CO2更贫乏的烟气与CO2富集的烟气的一个子流进行接触，该子流包含足够的硫和/或氮的氧化物从而与所述CO2更贫乏的烟气中的一定比例的氨进行反应；以及用于从这些CO2更贫乏的烟气中回收所述反应的产物的装置。
32.根据权利要求31所述的装备，其中，所述第二接触装置包括在所述第一接触装置下游的一个接触室、以及用于将所述子流从所述吸收器段的上游传送至所述接触室的一个旁通管。
33.根据权利要求22至32中任一项所述的装备，其中，所述膨胀装置被构型为由此从该膨胀中回收能量，并且其中提供了用于利用所述能量来发电或用在所述吸收器段的上游或下游的一个工艺步骤中的装置。
34.一种用于从含有CO2的烟气流中回收二氧化碳的装备，包括：
一个吸收器段，用于使该气流与含有溶解的氨、以及铵、碳酸根和碳酸氢根离子的一种水性溶剂系统接触，以完成从所述气流中对CO2的吸收，由此所述气流变为一个CO2更贫乏的烟气流；并且用于将该含有所吸收的CO2的溶剂与该CO2更贫乏的烟气流分离以形成一个CO2和/或碳酸氢根富集的溶剂流，由此所述气流变为一个CO2更贫乏的烟气流；
第一接触装置，用于使所述CO2更贫乏的烟气与从中将氨溶解的水接触；
第二接触装置，用于使这些CO2更贫乏的烟气与CO2富集的烟气的一个子流进行接触，该子流包含足够的硫和/或氮的氧化物从而与所述CO2更贫乏的烟气中的一定比例的氨进行反应；以及
用于从这些CO2更贫乏的烟气中回收所述反应的产物的装置。
35.根据权利要求34所述的装备，其中，所述第二接触装置包括在所述第一接触装置下游的一个接触室、以及用于将所述子流从所述吸收器段的上游传送至所述接触室的一个旁通管。
36.根据权利要求34或25所述的装备，进一步包括用于将该溶解的氨再循环返回至该溶剂系统的装置。
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