CN102639210A - 从工艺气体中除去二氧化碳的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种从工艺气体中除去二氧化碳的方法，所述方法包括：a)允许氨化溶液进入吸收配置，所述吸收配置至少包括第一吸收器；b)使所述氨化溶液在所述第一吸收器中与所述工艺气体接触，所述氨化溶液捕集所述工艺气体的至少一部分二氧化碳；c)允许所述氨化溶液离开所述吸收配置；d)冷却所述氨化溶液，其中所述捕集的二氧化碳的至少一部分作为固体盐沉淀；e)允许所述冷却的氨化溶液进入分离器，在所述分离器中从所述氨化溶液中除去所述沉淀固体的至少一部分，此后允许所述氨化溶液离开所述分离器；f)加热所述氨化溶液；和g)允许所述加热的氨化溶液再进入所述吸收配置。本发明还涉及一种二氧化碳去除系统。

Description

从工艺气体中除去二氧化碳的方法
技术领域
本发明涉及一种通过使工艺气体与氨化溶液接触来从工艺气体中除去二氧化碳的方法。
背景
现今世界上使用的大部分能量来源于诸如煤炭、石油和天然气以及其他有机燃料的含碳和氢的燃料的燃烧。这类燃烧产生含有大量二氧化碳的烟道气。由于对于全球变暖的担忧，日益需要降低二氧化碳向大气的排放，因此开发了在将烟道气释放到大气之前从烟道气中除去二氧化碳的方法。
WO 2006/022885公开了从烟道气中除去二氧化碳的这类方法，该方法包括在CO2吸收器中借助于氨化溶液或浆料从烟道气中捕集二氧化碳。CO2在吸收器中在约0℃-20℃的降低温度下被氨化溶液吸收，此后使氨化溶液在再生器中在高压和高温下再生以允许CO2作为高纯度的气态二氧化碳逸出氨化溶液。
概述
本发明的一个目的在于改善用氨化溶液进行二氧化碳吸收的方法。
根据一个方面，该目的以及将从以下论述中显而易见的其他目的由从工艺气体中除去二氧化碳的方法实现，所述方法包括：a) 允许氨化溶液进入吸收配置，所述吸收配置至少包括第一吸收器；b) 使所述氨化溶液在所述第一吸收器中与工艺气体接触，所述氨化溶液捕集所述工艺气体的至少一部分二氧化碳；c) 允许所述氨化溶液离开所述吸收配置；d) 冷却所述氨化溶液，其中所述捕集的二氧化碳的至少一部分作为固体盐沉淀；e) 允许所述冷却的氨化溶液进入分离器，在所述分离器中从所述氨化溶液中除去所述沉淀固体的至少一部分，此后允许所述氨化溶液离开所述分离器；f) 加热所述氨化溶液；和g) 允许所述加热的氨化溶液再进入所述吸收配置。
所述吸收配置可包括一个或数个吸收器。在其最简单的设计中，吸收配置可仅包括一个吸收器。该简单设计也将简化二氧化碳去除方法且将降低配置的维修成本。所述一个或多个吸收器可为允许在吸收器内发生氨化溶液与工艺气体之间的直接接触的任何设计。
通过使氨化溶液与工艺气体接触，可将二氧化碳从工艺气体中除去，并通过穿过工艺气体与氨化溶液之间形成的界面而由氨化溶液捕集。
氨化溶液可捕集多少二氧化碳是有限度的，即，等到氨化溶液达到饱和时。该极限取决于例如溶液的温度和压力。通过冷却氨化溶液，该溶液溶解二氧化碳的能力降低，由此使至少一部分捕集的二氧化碳作为固体盐沉淀。即使氨化溶液在吸收配置中没有达到饱和且在冷却溶液之前没有固体沉淀，在d)中氨化溶液的冷却也允许捕集的二氧化碳以固体盐形式沉淀。因此，至少一部分捕集的二氧化碳可通过除去至少一部分沉淀的固体而由分离器从氨化溶液中分离。
离开分离器的氨化溶液可被二氧化碳饱和，因为分离器仅可除去以固体沉淀形式的二氧化碳。通过在f)中加热氨化溶液，溶液溶解二氧化碳的能力增加，允许氨化溶返回吸收配置以在无固体沉淀的情况下捕集更多的二氧化碳。
通过冷却氨化溶液，除去固体并重新加热溶液，可使大部分氨化溶液返回吸收配置以在不使固体沉淀的情况下捕集更多的二氧化碳。因此，不需要使整个溶液物流再生。相反，将量小得多的固体和任选的由分离器除去且具有高得多的二氧化碳浓度的一些溶液转移到再生器中。因为再生器将增加的压力和温度施加到正再生的溶液、悬浮液或浆料以获得高纯度的离开二氧化碳，如果溶液、悬浮液或浆料的量降低且二氧化碳浓度增加，则能量消耗大大降低。
并且，尽管离开吸收配置的氨化溶液不含沉淀的固体，但通过借助于冷却氨化溶液诱发固体沉淀可将固体盐形式的二氧化碳从氨化溶液中除去，即，离开吸收配置的氨化溶液可能富集二氧化碳，但没有完全饱和或过饱和，而仍然允许由分离器除去固体形式的二氧化碳。这意味着，与如果不进行冷却相比较，可降低或甚至完全停止固体在吸收配置和吸收器内的沉淀。固体的沉淀可能不合需要，因为固体可能堵塞管道、阀门、泵、吸收器等，且也可能增加吸收配置因由氨化溶液流动引起的摩擦增加而导致的磨损。如果在吸收配置中没有沉淀或仅有减少的沉淀，则吸收配置不必设计用来容纳氨化溶液中的固体粒子，由此吸收配置可以更简单的方式设计且例如如果使用填充材料，则通过在吸收器中的更有效的填充材料进行更高效的二氧化碳捕集，不然所述填充材料可能被堵塞且导致过度压降。并且，可大大减少吸收配置的维修。
随着氨化溶液接触在第一吸收器中的工艺气体，可方便地控制氨化溶液的温度，因此，也可控制第一吸收器的温度，即由氨化溶液捕集二氧化碳的温度。随着温度降低，由氨化溶液从工艺气体中捕集二氧化碳的速率也降低。如果温度增加，气态氨离开和损耗氨化溶液的速率也增加。吸收器的温度因此是在捕集速率与氨损耗之间的平衡。已经发现氨化溶液在约10℃-20℃(50℉-68℉)的第一吸收器中与工艺气体接触时氨化溶液的温度可特别方便地为约15℃(59℉)的温度。根据吸收配置的设计，也可为其他温度。
当氨化溶液离开吸收配置之后在步骤d)中将其冷却时，可将氨化溶液冷却到低于在第一吸收器中的氨化溶液的温度的温度。氨化溶液冷却到的温度越低，可沉淀的固体越多。然而，所需要的冷却能量也增加。如果氨化溶液为在常压下的水溶液，则氨化溶液优选冷却到不低于0℃(32℉)。已经发现可以将氨化溶液方便地冷却到约0℃-10℃(32℉-50℉)的温度，特别是冷却到约5℃(41℉)的温度。当然，根据系统设计，也可为其他温度。
在氨化溶液离开分离器之后，该溶液可被二氧化碳基本饱和，但具有降低的固体含量或不含固体。随后将该溶液加热到高于其先前被冷却到的温度，因此使氨化溶液被二氧化碳欠饱和或不饱和。溶液被加热的程度越大，氨化溶液将变得越欠饱和或更不饱和。然而，更大程度地加热也需要更多能量消耗。并且，氨化溶液的较高温度也增加在气态氨离开氨化溶液时氨化溶液的氨损耗。已经发现氨化溶液可在以上步骤f)中方便地加热到至少7℃(45℉)，诸如加热到约7℃-15℃(45℉-59℉)，特别是加热到约7℃-10℃(45℉-50℉)。当然，根据系统设计，也可为其他温度。
氨化溶液的冷却和/或加热可分别例如用换热器进行。已经认识到，可能有利的是借助于同一换热器至少部分地进行冷却和加热，在该换热器中，在c)中离开吸收配置的氨化溶液为加热介质且在e)中离开分离器的氨化溶液为冷却介质。因此，可以保存能量。使用冷却并分离的氨化溶液作为用于冷却离开吸收配置的氨化溶液的冷却介质可能不足以冷却离开吸收配置的氨化溶液，因此可以方便地另外使用诸如冷水的常例冷却介质。所述常例冷却介质可连接到与分离的铵溶液相同的换热器中或连接到单独的换热器。因此，离开吸收配置的氨化溶液可首先由来自分离器的铵溶液冷却，随后借助于常例冷却介质另外冷却。或者，氨化溶液不作为冷却或加热介质使用，而是使用常例冷却和加热介质。
所述分离器可为能够从氨化溶液中分离且因此除去固体粒子或材料的任何类型的分离器。根据对于分离器的需求，可以方便地使用以旋流分离器形式的分离器。旋流分离可为从氨化溶液中除去固体的有效方法。包含固体的氨化溶液的悬浮液或浆料进入旋流分离器，在其中悬浮液或浆料分离成固体减少或没有固体的顶溶液和富集固体的底流。已经发现，进入旋流分器的包含固体的氨化溶液的固体含量可方便地为进入旋流分离器的包含固体的氨化溶液的约5-10重量%。理想地，从氨化溶液中除去基本上所有的固体，给出基本没有固体的顶溶液。已经发现顶溶液的固体含量可方便地为顶溶液的0-1重量%。可允许底流也含有一些液体溶液以有助于固体在液流中输送，因此一些氨化溶液也可分离到底流中。底流中液体的量可足以运输液流中的固体而不将二氧化碳浓度降低到超过允许该运输所必需的浓度。底流可为离开氨化溶液的离开悬浮液或浆料。
与所使用的分离器类型无关，可以方便地从氨化溶液中除去大部分或基本上所有的固体，得到离开的悬浮液或浆料，在所述悬浮液或浆料中，液体的量已经平衡以允许运输液流中的固体而不将二氧化碳浓度降低到超过允许该运输所必需的浓度。可以方便地使固体含量为离开悬浮液或浆料的至少10重量%，诸如离开悬浮液或浆料的约10-20重量%。
根据另一方面，本发明的目标通过用于从工艺气体中除去二氧化碳的二氧化碳去除系统实现，所述系统包括：吸收配置，所述吸收配置至少包括第一吸收器，所述第一吸收器配置成在所述第一吸收器内部允许工艺气体与氨化溶液接触以使得工艺气体的至少一部分二氧化碳由氨化溶液捕集；第一换热器，其配置成在氨化溶液离开吸收配置之后冷却包含捕集的二氧化碳的氨化溶液；分离器，其配置成除去在冷却的氨化溶液中的任何固体的至少一部分；第二换热器，其配置成在氨化溶液离开分离器之后加热氨化溶液；和管路连接，且配置成允许氨化溶液在吸收配置与第一换热器之间、在第一换热器与分离器之间、在分离器与第二换热器之间以及在第二换热器与吸收配置之间流动。
可以方便地在进行上文论述的方法中使用所述二氧化碳去除系统。
可以方便地配置第一换热器和第二换热器以使其彼此协作，使得在第一换热器中冷却的氨化溶液由在第二换热器中加热的氨化溶液作为冷却介质来至少部分地冷却，且在第二换热器中加热的氨化溶液由在第一换热器中冷却的氨化溶液作为加热介质来至少部分地加热。
关于方法的以上论述在合适部分中也与系统有关。参考该论述。
附图简述
现将参考附图来论述当前优选的实施方案，其中：
图1为说明根据本发明的方法的步骤的工艺流程图；
图2为根据本发明的二氧化碳去除系统的示意性前视图。
优选实施方案的详细说明
工艺气体可为含有二氧化碳的任何类型的工艺气体，诸如来自如炉子、工艺加热器、焚烧炉、组装锅炉和发电站锅炉的任何燃烧装置的烟道气。
氨化溶液可为含有氨的任何类型的溶液，诸如液体溶液，特别是水溶液。在氨化溶液中的氨可以铵离子和/或溶解的分子氨的形式。
由氨化溶液从工艺气体中捕集CO2可通过氨化溶液吸收或溶解以任何形式的CO2、诸如以溶解的分子CO2、碳酸盐或碳酸氢盐形式的CO2来实现。
在氨化溶液中形成的固体可主要为碳酸铵和碳酸氢铵，特别是碳酸氢铵。
二氧化碳去除系统包括管路，其连接系统的不同部分且配置成允许氨化溶液和工艺气体根据需要分别流经系统。该管路可视情况包括阀门、泵、喷嘴等以分别控制氨化溶液和工艺气体的流动。
吸收配置的一个或数个吸收器可具有允许氨化溶液接触工艺气体的任何设计。可方便地将吸收器设计成塔形式，其中氨化溶液从塔的顶部流到塔的底部且工艺气体从塔的底部流到塔的顶部，因此溶液和气体可在塔中彼此相遇并混合，产生在溶液与气体之间的界面，二氧化碳可从气体越过该界面行进到溶液中。气体/溶液接触可通过在塔中使用填料而增加，即可增加界面面积，由此改善二氧化碳捕集。工艺气体和氨化溶液在吸收配置内以及进入和离开吸收配置的相应流动可通过至少一个泵送系统和/或通过重力的作用控制。
如果使用以塔形式的吸收器，工艺气体则可经连接到塔下部的管道进入塔，向上行进穿过塔且经连接到塔上部的管道离开塔，且氨化溶液则可经连接到塔上部的管道进入，通过重力的作用向下行进穿过塔且经连接到塔下部的管道离开塔。氨化溶液和/或工艺气体可另外在塔中再循环。如果使氨化溶液再循环，氨化溶液则可供选地在塔下部而不是塔上部进入塔，从而允许运输溶液到塔上部的再循环回路。该塔可与泵送系统相关联以进行再循环。
为了控制塔的温度，可使换热器与塔相关联。换热器可例如形成氨化溶液的再循环回路的一部分。因为由氨化溶液捕集二氧化碳为放热反应，所以可使用换热器来冷却氨化溶液以保持吸收器的内部处于所需的且基本恒定的温度。
根据吸收配置的设计和对于它的需求，可以方便地使用多个吸收器，以从工艺气体中除去所需量的二氧化碳。
如果使用多个吸收器，它们可具有相同或不同的设计。所述吸收器可彼此串联连接以允许工艺气体和/或氨化溶液从一个吸收器串联流动到另一吸收器。然而，应注意到气体和溶液可在串联连接的吸收器之间沿不同方向流动。例如，如果吸收配置包括三个串联连接的吸收器，表示为x、y和z，则气体的流动可为从吸收器x到吸收器y到吸收器z，而氨化溶液的流动可例如为从吸收器y到吸收器x到吸收器z或以任何其他顺序。
参考图1，现将描述根据本发明的当前优选的方法。
在步骤1中，以水溶液形式的氨化溶液以及工艺气体经管道进入吸收配置。所述吸收配置可包括一个或多个优选以填充塔形式的吸收器。
在步骤2中，氨化溶液以及工艺气体经连接到所述第一吸收器塔的单独管道进入第一吸收器塔。氨化溶液经在塔顶部的管道进入吸收器塔，此后氨化溶液向下流过第一吸收器的填充塔。同时，工艺气体经在塔底部的管道进入第一吸收器塔，此后工艺气体向上流过第一吸收器的填充塔。随着氨化溶液和工艺气体在第一吸收器塔中逆向流动，它们因此彼此相遇并接触。塔的填料用以增加在塔中在液相与气相之间的混合和接触面积(界面)。工艺气体的二氧化碳从气相行进到液相且因此被氨化溶液捕集。氨化溶液和/或工艺气体可在吸收器中再循环。因此，氨化溶液可经在吸收器塔底部的管道离开吸收器并泵送回到吸收器的顶部以再进入吸收器中。在吸收器外部的该再循环期间，氨化溶液的温度也可借助于换热器调整。
应注意到，根据系统的设计，氨化溶液和/或工艺气体可在进入吸收配置之后在进入所述第一吸收器之前已经经过了一个或数个吸收器。
在步骤3中，氨化溶液经管道离开第一吸收器以及吸收配置。
在步骤4中，氨化溶液进入至少一个换热器并被冷却。由于该冷却，一部分捕集的二氧化碳作为盐沉淀。可优选使用两个单独的换热器，第一换热器使用冷却的氨化溶液作为冷却介质，且第二换热器使用冷水作为冷却介质。
在步骤5中，包含盐固体的冷却的氨化溶液进入旋流分离器。在该旋流分离器中，氨化溶液分成富集固体的底流和小于1重量%的固含量的顶溶液。因此，大部分固体由旋流分离器从氨化溶液中除去。可将富集固体的底流转移到再生器中，在此其经受温度升高和压力升高以除去以高纯度的离开二氧化碳气流形式的捕集的二氧化碳。随后可允许自底流如此再生的氨化溶液再进入二氧化碳去除系统以捕集更多的二氧化碳。
在步骤6中，重新加热氨化溶液，即来自旋流分离器的顶溶液。为了节约能量，重新加热优选可借助于与在步骤4下论述相同的第一换热器进行，其中在步骤4中冷却的氨化溶液作为加热介质。如果需要，还可使用采用传统加热介质如温水的另外换热器。在加热铵溶液的过程中，致使溶液相对于二氧化碳变得不饱和，允许其捕集更多的二氧化碳而不诱发任何沉淀。
在步骤7中，重新加热的铵溶液再进入吸收配置以在第一吸收器塔中或如果在吸收配置中包括多个吸收器，则在不同吸收器中从工艺气体中捕集更多的二氧化碳。
应注意到所述方法可为连续的。因此，以上所有步骤可同时涉及氨化溶液的不同部分而发生。
参考图2，现将描述配置成完成根据本发明的当前优选方法的根据本发明的当前优选的二氧化碳去除系统10。在图2中，为了易于理解，管路由箭头表示。
二氧化碳去除系统10包括吸收配置12，所述吸收配置12包括三个吸收塔：第一吸收塔14、第二吸收塔16和第三吸收塔18。第一吸收塔包括上部填充床14a和下部填充床14b。
第一吸收塔工艺气体入口管路30连接到第一吸收塔14的底部部分以允许包含二氧化碳的工艺气体从例如发电站进入第一吸收塔14。第一吸收塔工艺气体出口管路32连接到第一吸收塔14的顶部部分以允许工艺气体在从底部到顶部流过塔14之后离开塔14去向第三塔18。
第一吸收塔再循环回路20连接到第一吸收塔14，允许氨化溶液从吸收塔14的底部经管路流到塔14的顶部。泵22包括在回路20中以实现氨化溶液的循环。并且，换热器24包括在回路20中以控制氨化溶液的温度。
第一吸收塔氨化溶液出口管路26配置成引导氨化溶液远离第一吸收塔14的底部部分去向旋流分离器34。出口管路26包括出口泵28以控制来自第一吸收塔14的氨化溶液的出口流量。
第一吸收塔氨化溶液入口管路36配置成允许氨化溶液从第三塔18流到第一塔14的底部部分，在此允许其与借助于再循环回路20在第一塔14中再循环的氨化溶液混合并再循环。
第二吸收塔氨化溶液入口管路38配置成允许氨化溶液从旋流分离器34流到第二塔16的底部部分，在此允许其与借助于与塔16相关联的再循环回路40在第二塔16中再循环的氨化溶液混合并再循环。
第二吸收塔再循环回路40连接到第二吸收塔16，允许氨化溶液从吸收塔16的底部经管路流到塔16的顶部。泵42包括在回路42中以实现氨化溶液的循环。并且，换热器44包括在回路40中以控制氨化溶液的温度。
连接到第二吸收塔再循环回路40的是第三塔氨化溶液入口管路46，其配置成允许氨化溶液从再循环回路40流到第三塔18的底部，在此允许其与借助于与塔18相关联的再循环回路48在第三塔18中再循环的氨化溶液混合并再循环。经管路46和再循环回路40的流量分别由包括在管路46和回路40中的阀门(未示出)控制。
第三吸收塔再循环回路48连接到第三吸收塔18，允许氨化溶液从吸收塔18的底部经管路流到塔18的顶部。泵50包括在回路48中以实现氨化溶液的循环。并且，换热器62包括在回路48中以控制氨化溶液的温度。
第三塔的底部也经贫乏进料管路52连接到贫乏氨化溶液的供料。例如来自再生工艺的贫乏氨化溶液因此可经管路52进料到第三塔18的底部，在此允许该贫乏溶液与借助于再循环回路48在第三塔18中再循环的氨化溶液以及自第二塔16经管路46进料到塔18底部的氨化溶液混合并再循环。
连接到第三吸收塔再循环回路48的是第一塔氨化溶液入口管路36，其配置成允许氨化溶液从再循环回路48流到第一塔14的底部，在此允许其与借助于与塔14相关联的再循环回路20在第一塔14中再循环的氨化溶液混合并再循环。经管路36和再循环回路48的流量分别由包括在管路36和回路48中的阀门(未示出)控制。
第一吸收塔工艺气体出口管路32连接到第三塔18的底部部分，允许气体进入塔18且向上流过塔18。随着工艺气体到达塔18的顶部，其可经第二塔16的底部进入所述第二塔16，第二塔16配置在第三塔18上方，经管路(未示出)连接塔18的顶部与塔16的底部。清除二氧化碳的工艺气体可经连接到塔16的顶部的气体出口60离开第二塔16。
连接到第一塔14的底部部分的第一吸收塔氨化溶液出口管路26允许在第一塔14中逆流接触富集二氧化碳的工艺气体的富集了二氧化碳的氨化溶液离开第一塔14并且离开吸收配置12。在连接吸收配置12之外的出口管路26连接第一换热器54，在换热器54中来自第一塔14的氨化溶液可通过与来自旋流分离器34的较冷的氨化溶液热交换而冷却。
第一换热器54连接到与冷水源58连接的第二换热器56，在第二换热器56中，氨化溶液可通过与来自冷水源58的冷水热交换而进一步冷却。
第二换热器56连接到旋流分离器34，允许包含任何沉淀固体的氨化溶液进入旋流分离器34，在旋流分离器34中，氨化溶液分成富集固体的进料(底流)和基本没有固体的顶溶液。该底流可经出口管道64从系统10除去，到达例如再生器(未示出)。
旋流分离器34连接到第一换热器54以允许顶溶液通过与离开第一塔14的较热的氨化溶液热交换而加热。
第一换热器54经入口管路38连接到第二塔16，允许氨化溶液再进入吸收配置12中。
实施例
参考图2，现将通过实施例描述一个具体优选的实施方案。
来自发电站湿烟道气脱硫系统的烟道气在进入二氧化碳去除系统10和吸收器装置12之前在现有的在前加工设备中冷却。随着水饱和的烟道气被冷却，水被冷凝。将该烟道气压缩并进一步冷却到15℃(59℉)，即冷却到第一吸收塔14的温度。
烟道气进入第一吸收塔14，向上穿过填充塔并与氨化吸收溶液逆流接触。CO2由氨化溶液捕集。由系统10捕集的二氧化碳的约70%捕集在第一塔14中。第一吸收塔在约15℃(59℉)下操作以利用反应在该比较高温度下的速率增加的优势。该高操作温度也避免了在填充塔中产生固体。氨化溶液从第三吸收器18到第一吸收器14的流速与贫乏料液到第三吸收器的流速匹配。反应热通过使氨化溶液穿过位于循环回路20的冷水冷却的换热器24而从塔14中除去。
氨化溶液从第三吸收塔18泵送到第一吸收塔14中。在于第一吸收塔14中循环期间，溶液的CO2含量通过从烟道气中捕集而增加。氨化溶液的CO2含量增加到饱和浓度，但由于比较高的操作温度而没有沉淀出固体。
烟道气现在进入第三吸收塔18。烟道气向上穿过填充塔18且与引入第三塔18的贫乏氨化溶液逆流接触。反应热通过使溶液循环穿过在循环回路48中的冷水冷却的换热器来除去。来自再生过程的贫乏溶液进入塔18的底部以与已经存在的溶液储量混合。这不需要高压泵，因为高度变化小(贫乏溶液进料罐定位在与第三吸收器18的底部相同的地面上)。流量视所加工烟道气的流速而受限制。从第二吸收塔16中排出的另外氨化溶液也进入第三吸收塔18中。约20%的被捕集的CO2是在第三吸收塔18中被捕集。
溶液在第三吸收器18中循环以从穿过的烟道气中捕集CO2。在吸收方法的该步骤中不产生固体。第三吸收器18在10℃(50℉)的温度下操作以促进从已经除去了大部分CO2的烟道气流中捕集CO2。因为循环溶液相对贫乏(未用CO2产物饱和)，所以不产生固体。
烟道气接着进入第二吸收塔16中。烟道气向上穿过填充床以与经回路40循环的氨化溶液逆流接触。该吸收塔16在较低温度约7℃(45℉)下操作以帮助捕集从先前吸收塔14和18损失到烟道气中的氨蒸气。在第二吸收塔16中也捕集了一些CO2(总捕集量的约10%)。反应热通过使吸收溶液循环穿过冷水冷却的换热器44而除去。
转移到第二吸收塔16的氨化溶液在离开旋流分离器时被溶解的CO2(碳酸氢铵)饱和。该吸收溶液的温度借助于换热器54在一定程度上升高以使氨化吸收溶液不饱和且防止在第二吸收塔16中形成固体。一部分温度升高通过热交换实现。剩余部分的温度升高应归于在第二吸收塔中的反应热。
将来自第二吸收塔16的氨化吸收溶液泵送到第三吸收塔18。在第三吸收塔18中，来自第二塔16的溶液与自再生器引入的贫乏溶液和现有的溶液储量混合。此时，该过程再次开始，形成循环回路。
CO2化合物(碳酸氢铵)以如下方式从包含在第一吸收塔14中的溶液中除去：该溶液通过泵28从第一吸收塔14中泵送并进入换热器54中。对于换热器的冷却通过从旋流分离器34返回的没有固体的冷溶液提供。接着，溶液穿过第二换热器56以充分冷却溶液，以使得显著量的固体从溶液中沉淀。对于第二换热器56的冷却通过冷水提供。换热器54将溶液的温度降低到13℃(55℉)。在冷却溶液的过程中，达到碳酸氢铵的溶解度极限且固体开始沉淀。
具有固体的溶液随后流到由冷水冷却的第二换热器56中。该换热器56将溶液和固体冷却到5℃(41℉)以完成固体从溶液中的沉淀。第二换热器的一部分热负荷为碳酸氢铵固体的结晶热。该富集的饱和溶液将以对应于吸收器的CO2捕集率的速率释放碳酸氢铵固体。此时浆料中的固体将达到约10重量%。
该第二换热器56的热负荷在该过程启动期间较高。在过程操作之后，该换热器56的仅有的热负荷为使加工溶液温度从约13℃(56℉)降至5℃(41℉)所需要的比较小量的冷却。该热负荷实际上为冷却富集浆料进料流且包括使碳酸氢铵固体从溶液中结晶出的热负荷。
在换热器54和56中产生的浆料随后导引到旋流分离器34用于固体去除。旋流分离器34除去基本上所有的固体以及一些液体氨化溶液。足够的液体随固体除去以防止堵塞管道并控制下游设备。
将浆料底流送到富集进料储罐以便进料到再生器中。在富集进料罐中的液位将通过使浆料输入流量与富集进料(浆料)到再生器的输出流量平衡来控制。
将基本没有固体(小于1%固体)的顶溶液转移回到第一换热器54中，在第一换热器54中使用其来冷却来自第一吸收塔14的饱和溶液。没有固体的溶液同时被加热到约7℃(45℉)。工艺控制所需要的任何温差通过调整流到其他吸收器工艺换热器24、44和62的冷却剂来校正。
随后将没有固体的溶液导引到第二吸收塔16中以继续吸收过程。在第二吸收器16中，溶液与塔的储量混合且用以从自第三吸收器18流动的烟道气中捕集氨。在第三吸收器18中的高氨浓度导致氨高度损失到流到第二吸收器16中的烟道气中。在第二吸收器中也捕集了一些CO2(总CO2捕集量的约10%)。
应注意到，氨化溶液在进入旋流分离器34之前的冷却并不增加工艺的冷却负荷，因为不然由于在吸收器中发生放热反应冷却将必定在循环回路中增加。
在吸收器中不存在固体碳酸氢铵。这允许使用对固体的存在敏感但传送优良的质量传递的填充材料。提供循环的泵从不因固体的存在而受累。泵密封件也不因固体的存在而受累。
碳酸氢铵在吸收配置12外部的换热器54和56中从溶液中沉淀出。这些换热器在吸收器工艺外部且以不会受固体的存在不利地影响的方式制造。
在离开旋流分离器之后不含固体的氨化溶液通过在换热器54中互换而重新加热，以回收用以引起沉淀的冷却。该步骤节约了可回收的任何冷却的成本，由此降低总工艺的能量负担。
送到第二吸收器16用于氨捕集的溶液不含固体，以使得在吸收器中不发生固体沉积。送回溶液的温度高于二氧化碳饱和温度，以使得可在不允许任何固体沉积的情况下另外产生碳酸氢铵。
将来自第二吸收器16的溶液导引到第三吸收器18中以与引入的贫乏溶液混合以重新开始CO2捕集过程。该目的防止固体在溶液中累积，该累积已经显示出具有不利影响。
随着进料到再生器的富集浆料进料的固体重量%增加，每单位质量的产物CO2产生的热降低。这个原因在于，相对于伴随在低重量百分比固体的浆料中的固体的比较量大的液体来说，伴随着以高重量百分数的浆料的液体所需要的热量明显减少。
总工艺的设备成本通过恰当地设定用于吸收器塔的换热器的尺寸以刚好除去所需热量来保持工艺条件来降低。一些反应热和工艺所需的烟道气冷却的大部分通过加入从旋流分离器顶回到吸收器的冷溶液来除去。
虽然已参考许多优选的实施方案描述了本发明，但本领域的技术人员应当理解的是在不偏离本发明的范围的情况下可进行多种改变且可用等效物替代其要素。另外，可在不脱离本发明的必要范围的情况下进行许多修改以适应本发明的教导的特定情形或材料。因此，并非想要将本发明限制于作为针对实施本发明当前预期的最佳模式公开的特定实施方案，而是本发明将包括属于附加权利要求书范围内的所有实施方案。此外，使用术语第一、第二等并不表示任何顺序或重要性或时序，而术语第一、第二等用以区分一个要素与另一要素。

Claims (15)

1.从工艺气体中除去二氧化碳的方法，所述方法包括：
a) 允许氨化溶液进入吸收配置，所述吸收配置至少包括第一吸收器；
b) 使所述氨化溶液在所述第一吸收器中与所述工艺气体接触，所述氨化溶液捕集所述工艺气体的至少一部分二氧化碳；
c) 允许所述氨化溶液离开所述吸收配置；
d) 冷却所述氨化溶液，其中所述捕集的二氧化碳的至少一部分作为固体盐沉淀；
e) 允许所述冷却的氨化溶液进入分离器，在所述分离器中从所述氨化溶液中除去所述沉淀固体的至少一部分，此后允许所述氨化溶液离开所述分离器；
f) 加热所述氨化溶液；和
g) 允许所述加热的氨化溶液再进入所述吸收配置。
2.权利要求1的方法，其中在b)中所述氨化溶液的温度为约10℃-20℃(50℉-68℉)。
3.权利要求2的方法，其中在b)中所述氨化溶液的温度为约15℃(59℉)。
4.权利要求1的方法，其中所述氨化溶液在d)中冷却到约0℃-10℃(32℉-50℉)。
5.权利要求4的方法，其中所述氨化溶液在d)中冷却到约5℃(41℉)。
6.权利要求1的方法，其中所述氨化溶液在f)中加热到至少7℃(45℉)。
7.权利要求6的方法，其中所述氨化溶液在f)中加热到约7℃-15℃(45℉-59℃)。
8.权利要求7的方法，其中所述氨化溶液在f)中加热到约7℃-10℃(45℉-50℃)。
9.权利要求1的方法，其中d)的冷却和f)的加热至少部分地借助于换热器实现，在所述换热器中，在c)中离开所述吸收配置的氨化溶液为加热介质且在e)中离开所述分离器的氨化溶液为冷却介质。
10.权利要求1的方法，其中d)的冷却至少部分地借助于换热器实现，在所述换热器中，冷水用作冷却介质。
11.权利要求1的方法，其中所述分离器为旋流分离器。
12.权利要求1的方法，其中一些液体溶液也在所述分离器中随固体一起除去，形成离开悬浮液或浆料，所述悬浮液或浆料具有所述悬浮液或浆料的约10-20重量%的固体含量。
13.权利要求1的方法，其还包括：
h) 使所述加热的氨化溶液与所述工艺气体在所述吸收配置的第二吸收器中接触，所述第二吸收器与所述第一吸收器分隔开，所述氨化溶液在所述第二吸收器中吸收并溶解所述工艺气体的至少一部分二氧化碳。
14.从工艺气体中除去二氧化碳的二氧化碳去除系统，所述系统包括：
吸收配置，所述吸收配置至少包括第一吸收器，所述第一吸收器配置成在所述第一吸收器内部，允许在所述工艺气体与氨化溶液之间的接触，以使得所述工艺气体的至少一部分二氧化碳由所述氨化溶液捕集；
第一换热器，其配置成在所述氨化溶液离开所述吸收配置之后冷却包含捕集的二氧化碳的氨化溶液；
分离器，其配置成除去在冷却的氨化溶液中的任何固体的至少一部分；
第二换热器，其配置成在所述氨化溶液离开所述分离器之后加热所述氨化溶液；
管路连接，且配置成允许所述氨化溶液在所述吸收配置与所述第一换热器之间、在所述第一换热器与所述分离器之间、在所述分离器与所述第二换热器之间以及在所述第二换热器与所述吸收配置之间流动。
15.权利要求14的系统，其中所述第一换热器和所述第二换热器配置成彼此协作，使得在所述第一换热器中冷却的所述氨化溶液由在所述第二换热器中加热的所述氨化溶液作为冷却介质来至少部分地冷却，且在所述第二换热器中加热的所述氨化溶液由在所述第一换热器中冷却的所述氨化溶液作为加热介质来至少部分地加热。
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