CN103025407B - 用于处理被污染的碱性氨基酸盐溶液的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于处理被污染的碱性氨基酸盐溶液(3)的方法(1)。首先将二氧化碳(2)引入氨基酸盐溶液(3)，由此析出碳酸酯和/或碳酸盐(4)，滤出碳酸酯或碳酸盐(4)。然后冷却残留的滤液，此时结晶出氨基酸和/或氨基酸盐(7)，它们同样被滤出。然后再次溶解滤出后的氨基酸和/或氨基酸盐(7)，由此回收经处理的氨基酸盐溶液(15)。本发明还涉及一种用于实施所述方法的装置(30)。

Description

用于处理被污染的碱性氨基酸盐溶液的方法和装置
本发明涉及一种用于处理被污染的溶液，尤其是被污染的碱性氨基酸盐溶液的方法。本发明还涉及一种处理被污染的用于吸收二氧化碳的溶液的装置。
在用于产生电能的烧化石燃料的电厂设备中，通过燃烧化石燃料产生了含二氧化碳的烟气。为了避免或减少二氧化碳排放，必须将二氧化碳从烟气中分离出来。为了将二氧化碳从混合气中分离出来，通常已知各种方法。尤其是使用吸收-解吸方法来在燃烧过程之后将二氧化碳从烟气中分离出来。在此，大规模地用吸收剂将二氧化碳从烟气中洗出。
在典型的吸收-解吸过程中，烟气在吸收塔中与作为洗涤剂的选择性吸收剂接触，以及在此被洗涤剂吸收。现在载有二氧化碳的吸收剂为了二氧化碳的分离和吸收剂的再生而被导入解吸塔中。装载后的吸收剂被加热，其中，二氧化碳再次从吸收剂解吸以及形成再生的吸收剂。再生的吸收剂被重新导给吸收塔，它在那里又可以从含二氧化碳的废气中吸收二氧化碳。
常用的吸收剂表现出了良好的选择性以及对有待分离的二氧化碳的高容量。特别适用的是基于胺(例如单乙醇胺)的吸收剂。在化工行业中，通常也使用胺溶液作为吸收剂。
通过吸收剂与烟气接触，除二氧化碳外，还将大量来自烟气的杂质和烟气副产物带到吸收剂内。吸收剂也由于持续的热负荷而随时间流逝在吸收-解吸过程中受损。因此必须不间断地替换吸收剂。在此，始终有较大量的未经使用的吸收剂随着杂质和降解产物一起从吸收-解吸过程排出。
在使用以胺为基础的吸收剂时，胺可以通过蒸馏回收。胺溶液和酸性烟气副组分一起形成了稳定的盐。通过胺溶液的蒸馏净化，亦即通过蒸发易挥发的胺和紧接其后的冷凝，实现了很难沸腾的杂质的分离以及因此实现胺溶液的净化。但胺的用于蒸馏净化的显著的蒸气压也意味着，在吸收-解吸过程期间，少量胺随清洁后的烟气一起排出到环境中，这造成不期望的空气负荷。此外，蒸馏净化工艺需要很高的能量消耗。
反之，氨基酸盐则不具有可测量的蒸气压，以及因而也无法与烟气一起排出到环境空气中。当然出于这个原因也无法对氨基酸盐溶液进行蒸馏处理。迄今为止未公开任何用于氨基酸盐溶液的净化方法。因此必须完全清除排出的那部分使用过的氨基酸盐溶液。
本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于处理被污染的碱性氨基酸盐溶液的方法，其能在工业上使用并且具有高效率。本发明所要解决的另一个技术问题是，提供一种用于处理被污染的碱性氨基酸盐溶液的装置，其能集成在二氧化碳分离装置中。
本发明针对方法的技术问题按照本发明通过一种按权利要求1所述用于处理被污染的碱性氨基酸盐溶液的方法解决。
在第一个过程步骤中，将二氧化碳引入氨基酸盐溶液中，此时碳酸盐和/或氨基甲酸盐沉淀析出。在另一第二个过程步骤中，沉淀析出的碳酸盐和/或氨基甲酸盐被滤出，此时产生了滤液。在又一第三个过程步骤中，滤液被冷却，由此结晶出氨基酸和/或氨基酸盐。在另一第四个过程步骤中，氨基酸和/或氨基酸盐最终被滤出。氨基酸和/或氨基酸盐然后在最后的第五个过程步骤中被再次放入溶液中，从而由此回收了一种经处理的氨基酸盐溶液。
在此，本发明基于这样一种想法，即，通过选择性结晶来处理被污染的碱性氨基酸盐溶液。本发明在此利用了一点，即，氨基酸的结晶特性与pH值强烈关联。在图6中示出了氨基酸的结晶特性。该图表示出了氨基酸盐的溶解度和pH值的典型的关联。
在吸收-解吸过程中使用的氨基酸盐溶液通常具有在约10和13之间的极高的pH值。在这些条件下，氨基酸作为羧酸盐存在。羧酸盐由于其负电荷而能良好地溶于水。本发明现在发现，氨基酸的水溶性通过pH值下降而降低。氨基酸在所谓的等电点上表示出最小的水溶性。氨基酸在那里作为羧酸盐以及作为铵的形式保持均衡(两性离子)。但不必恰好就是等电点，在等电点上，结晶以特别高的产率进行。用于使甲基丙氨酸钾结晶的最佳pH值例如在9.0至9.5。
为了降低pH值，特别有利的是使用二氧化碳，因为二氧化碳是一种在总过程中存在的成分。此外，总过程还包括一种解吸过程，因而二氧化碳在解吸过程中可以再次从处理好的氨基酸盐溶液中除去，以便再次达到氨基酸盐溶液所需的碱性。
根据氨基酸盐优选采用的反应路径的不同，在排放二氧化碳时，特别形成了氨基酸的氨基甲酸酯(盐)或重碳酸酯(盐)或碳酸酯(盐)。在形成重碳酸酯(盐)的氨基酸盐的情况下，所形成的重碳酸酯(盐)通常还要比氨基酸盐本身更不易溶解，所以在放气时，碱性碳酸氢盐与二氧化碳通常析出碳酸氢钾。结晶固体被滤出且残留的母液被输送给结晶反应器，溶液在结晶反应器中被冷却。氨基酸在此以纯净形式析出。
通过按本发明的方法，首先能将杂质分离，杂质在以氨基酸盐为基础的溶剂中因通过烟气或通过溶剂降解的引入而以很小的浓度产生。氨基酸在此通过添加二氧化碳而在pH值上受到影响，因而纯净的氨基酸被结晶出来且杂质可以用残余溶液(母液)分离。紧接着氨基酸盐再次被溶解且作为活性物质再次使用在溶液中。
该方法也适用于氨基酸盐溶液，氨基酸盐溶液的氨基酸优选形成氨基甲酸酯(盐)取代重碳酸酯(盐)。
在该方法的有利的优化步骤中，被污染的碱性氨基酸溶液在引入二氧化碳之前被浓缩。由此能达到结晶化的氨基酸的更高的产率。此外，有很少的氨基酸盐余留在剩余溶液(母液)中，它必须和分离后的杂质一起被清除。
氨基酸盐溶液的浓缩在此有利地通过使用始终在总过程中存在的低压蒸气压完成。总过程包括用于二氧化碳的分离装置，该分离装置同样为了解吸过程而需要蒸汽。此外，总过程还包括一种燃烧化学燃料的发电过程，在该发电过程中，产生了用于获得能量的热蒸汽。通过氨基酸盐溶液的浓缩，溶剂被蒸发，溶剂在之后的冷凝过程中冷却并且冷凝为冷凝物。
冷凝物现在可以有利地再次用于溶解滤出的氨基酸或氨基酸盐以及因此用于回收经处理的氨基酸盐溶液。冷凝物由此被尽可能保持在回路中，因此省去了溶剂(水)的附加的引入。
在所述方法的另一个有利的设计方案中，析出的碳酸酯和/或碳酸盐同样再次在经处理的氨基酸盐溶液中溶解。以此方式再次将钾输送给经处理的氨基酸盐溶液，因而形成了用于选择性吸收二氧化碳的吸收剂。碳酸酯和/或碳酸盐在此包括碳酸酯(盐)和重碳酸酯(盐)。不然在不使用在所述方法中通过析出获得的碳酸酯和/或碳酸盐的情况下就必须附加地再次丰富经处理的氨基酸盐溶液的重碳酸钾含量。
在实施所述方法之后产生的母液除了杂质外还包含较大量的已溶解的氨基酸。因此有利的是，再次将母液的一股分流返回给蒸发器以及因而再一次输送给净化装置。
所述方法以有利地方式集成在二氧化碳的分离过程中使用。分离过程在此包括吸收过程和解吸过程。由此能有利地直接从二氧化碳的解吸过程提取引入所述方法所需的二氧化碳。因此利用了在总过程中存在的组分，以及可以省去用于降低pH值的材料的额外供应。
在总过程中存在的吸收过程在此同样可以有利地用于再次解吸包含在经处理的氨基酸盐溶液中的二氧化碳以及因此再次达到用于在分离过程的吸收过程中选择性吸收二氧化碳的氨基酸盐溶液所需的碱性。
本发明的针对装置的技术问题按照本发明通过一种处理被污染的用于二氧化碳的吸收剂的装置解决，该装置带有第一反应器、通过管路连接在第一反应器上的第一过滤器、通过管路连接在第一过滤器上的第二反应器、连接在第二反应器上的第二过滤器以及连接在第二过滤器上的溶解器。
按本发明的方法有利地在一种用于处理被污染的吸收剂的装置中运行。
特别有利的是，该装置可以集成在用于二氧化碳的分离装置中运行。分离装置包括吸收剂回路和用于二氧化碳的存储器。第一反应器在此通过用于输送二氧化碳的管路与存储器连接，以及通过用于输送被污染的溶剂的管路与吸收剂回路连接。由此可以直接从吸收剂回路中将待处理的吸收剂导入到用于处理被污染的吸收剂的装置中。以及来自分离装置的已经分离的二氧化碳也能用于所述装置。
在所述装置的一种有利的设计方案中，在第一反应器上游连接有蒸发器。蒸发器连接在蒸汽管路上，因而蒸发器能通过可输送的蒸汽加热。蒸汽管路将蒸发器例如与燃烧化学燃料的电厂设备的蒸汽发生器连接起来。由此在电厂设备的在运行中可供使用的蒸汽能够用于用来加热的蒸发器，因此省去了用于蒸发器的附加的热能。
在所述装置的一种有利的扩展设计方案中，蒸发器通过管路与溶解器连接。来自蒸发器的冷凝后的蒸汽可以作为溶剂通过管路输送给溶解器。因此可以继续使用来自蒸发器的冷凝后的蒸汽以及必须没有任何额外的组分作为溶剂从外部引入。此外，在一种相宜的扩展设计方案中，第一过滤器也通过线路与溶解器连接。由此在第一反应器内析出的氨基酸盐能再次使用在溶解器中。
接下来借助示意性附图详细阐释本发明的实施例。附图中：
图1示出了用于处理被污染的碱性氨基酸盐溶液的方法；
图2示出了在图1所示方法上游的浓缩过程；
图3示出了图1和图2的方法的一种扩展设计；
图4示出了一种处理被污染的用于二氧化碳的吸收剂的装置；
图5示出了图4的处理被污染的用于二氧化碳的吸收剂的装置的一种扩展设计。
图1所示的处理方法1主要包括五个相继的方法步骤。
在处理方法1的第一个方法步骤10中，引入了二氧化碳2和被污染的氨基酸盐溶液3。第一个方法步骤10在此优选在处在50和70℃之间的温度T1下发生。此外有利的是，二氧化碳2通过搅拌或混合引入到被污染的氨基酸盐溶液3中。通过被污染的氨基酸盐溶液3与二氧化碳2的接触而析出了碳酸酯和/或碳酸盐4。由碳酸酯和/或碳酸盐和母液6构成的悬浮液5离开方法步骤10，以及被输送给第二个方法步骤11。
在第二个方法步骤11中，析出的碳酸酯和/或碳酸盐4，例如碳酸氢钾，被从母液6滤出并且与母液6分离地从方法步骤11导出。
母液6被输送给第三个方法步骤12。在第三个方法步骤12中，母液6被吸取热量。优选调到在10℃和50℃之间的温度T2。由此冷却母液6并且出现了氨基酸或氨基酸盐7的结晶。由氨基酸或氨基酸盐7和母液6构成的悬浮液8离开第三个方法步骤，以及被输送给第四个方法步骤13。
在第四个方法步骤13中，结晶的氨基酸或氨基酸盐7从母液6滤出并且也与母液6分离地从第四个方法步骤13导出。结晶的氨基酸或氨基酸盐7现在被输送给第五个方法步骤14。
在第五个方法步骤14中进行经处理的氨基酸盐溶液15的回收。为此将结晶的氨基酸盐7和溶剂9输送给第五个方法步骤14，并且结晶的氨基酸盐7在溶剂中溶解。在此形成的处理好的氨基酸盐溶液15被从第五个方法步骤14导出。
图2示出了图1所示的处理方法1的一种有利的扩展设计。为此，浓缩过程16在处理方法1上游。为清楚起见，没有额外示出这样一种实施形式，在该实施形式中，浓缩过程16是处理方法1的组成部分。被污染的氨基酸盐溶液3和热能被输送给浓缩过程16，因此被污染的氨基酸盐溶液3被浓缩。所输送的热能可以用热蒸汽18传递，热蒸汽业已通过发电过程的蒸汽发生过程制备。通过被污染的氨基酸盐溶液3的浓缩，溶剂被蒸发，并且以冷凝物19的形式，与经浓缩的氨基酸盐溶液17分离地从浓缩过程16导出。经浓缩的氨基酸盐溶液17被输送给之后的处理方法1。
图3示出了处理方法1的一种有利的扩展设计。图中主要示出了第一个方法步骤10直至第五个方法步骤14、在第一个方法步骤10上游的浓缩过程16以及燃烧化学燃料的发电过程23。发电过程23在此包括解吸过程20和吸收过程21。
在按图1和图2的本发明的实施形式的扩展设计中，现在在图3的实施形式中将来自浓缩过程16的冷凝物19输送给第五个方法步骤14。冷凝物19在此用作用于溶解碳酸盐4以及用于实现经处理的氨基酸盐溶液15的溶剂9。
此外还示出的有，从分离过程22中提取输送给浓缩过程16的被污染的氨基酸盐溶液3。
此外还示出了二氧化碳2到来自解吸过程20的第一个方法步骤10。解吸过程20具有解析器和存储器，或用于二氧化碳2的管路，二氧化碳2从该管路中提取。
输送给浓缩过程的热能，以热蒸汽18的形式被从发电过程23的蒸汽发生过程24中提取出来。在此，优选使用在100至150℃之间的热蒸汽18。
在第二个方法步骤11中形成的碳酸酯和/或碳酸盐4与结晶的氨基酸或氨基酸盐7被导入到第五个方法步骤14中。最后，在第五个方法步骤14中经处理的氨基酸盐溶液15被再次引回到分离过程22中。在氨基酸结晶之后余留的母液被从方法步骤13分离出来并且按份额交还(循环)给分离过程22。在此未示出必须从该过程导出的以及作为废料清除的份额。
图4示出了按本发明的处理被污染的用于二氧化碳的吸收剂的装置30的一种实施形式。图4的重要部件为第一反应器32、第一过滤器33、第二反应器34、第二过滤器以及溶解器36。
第一反应器32具有用于被污染的吸收剂的输送管路37和用于二氧化碳的输送管路38。输送管路37连接在用于被污染的吸收剂的输入管路的二氧化碳分离装置(CO2-捕集设备)上。二氧化碳分离装置在此未被示出。用于二氧化碳的输送管路38同样连接在二氧化碳分离装置上并且用于输送业已从烟气分离出来的二氧化碳。
第一反应器32包括搅拌机39a并且接在冷却环路40内，泵41和冷却器42接在该冷却回路中。热能能够通过冷却器42从第一反应器32排出，由此能调整在第一反应器32中的温度T1。也可以考虑其它用于调整温度T1的方案。为了将悬浮液导出，第一反应器32具有管路43。管路43将第一反应器与第一过滤器33连接起来。泵44接在管路43中。
第一过滤器33设计用于将结晶的固体组分，优选碳酸氢钾，与液体组分分离。第一过滤器33具有用于运输滤出的固体组分的排出管路45，并且通过管路46与第二反应器34连接。
第二反应器34同样包括搅拌器39b并且能通过冷却介质的输送而冷却，因而能调整温度T2。在第二反应器34上为了将悬浮液导出而连接有管路47。管路47将第二反应器34与第二过滤器35连接起来。泵48接在管路47中。
第二过滤器35同样如第一过滤器33那样设计用于将结晶的固体组分，优选氨基酸，与液体组分分离。第二过滤器35为此具有用于运输滤出的固体组分的排出管路49，并且通过管路50与收集容器51连接。排出管路49将第二过滤器35与溶解器36连接起来。溶解器36加装有搅拌器39c，例如盘式搅拌器，其具有将结晶的附聚物再次带至溶液中的功能。为此还可以将溶剂，例如水，输送给溶解器36。
排出管路45也有利地将第一过滤器33与溶解器36连接起来。在溶解器36上连接有回引管路52。未示出的是，回引管路52为了将处理好的吸收剂导出而与用于二氧化碳的分离装置(CO2捕集设备)连接。
收集容器51设计用于液体组分并且具有排出管路53，排出管路分支成第一分流管路54和第二分流管路55。泵56接在排出管路53中。第一分流管路54在此连接在第二反应器34上。第二分流管路55设置用于将余留的液体组分导出。
图5示出了图4所示的装置30的一种扩展设计。与图4有所区别的是，图5的这个实施例主要额外包括蒸发器57、冷凝器58和固体收集器59。
蒸发器57接在用于被污染的吸收剂的输送管路37中并且设计成膜式蒸发器。此外在蒸发器57上还连接有蒸汽管路60，该蒸汽管路将蒸发器57与燃烧化学燃料的电厂设备的蒸汽发生器连接起来，并且泵65接在该蒸汽管路中。除了能从蒸发器57导出的悬浮液外，还能通过管路61将蒸汽导出。管路61将蒸发器57与冷凝器58连接起来。在冷凝器58上连接有冷凝物管路62，其将冷凝器58与固体收集器59连接起来。收集容器63和泵64接入冷凝物管路62。
在图5的实施例中，固体收集器59接入排出管路49中并且排出管路45也连接在固体收集器59上。
第一分流管路54在图5的实施例中连接在第二反应器34上并且此外还连接在用于被污染的吸收剂37的输送管路上，因此形成了用于吸收剂的回路。

Claims (15)

1.一种用于处理被污染的碱性氨基酸盐溶液(3)的方法(1)，其包括下列步骤： 
-将二氧化碳(2)引入被污染的碱性氨基酸盐溶液(3)中以及由此析出碳酸酯和/或碳酸盐(4)； 
-滤出析出的碳酸酯和/或碳酸盐(4)； 
-冷却滤液以及由此结晶出氨基酸和/或氨基酸盐(7)； 
-滤出结晶的氨基酸和/或氨基酸盐(7)； 
-溶解滤出的氨基酸和/或氨基酸盐(7)以及由此回收经处理的氨基酸盐溶液(15)。 
2.按权利要求1所述的方法(1)，在该方法中，被污染的碱性氨基酸盐溶液(3)在引入二氧化碳(2)之前被浓缩。 
3.按权利要求2所述的方法(1)，在该方法中，为了浓缩而将热蒸汽(18)引入被污染的碱性氨基酸盐溶液(3)中，此时形成了经浓缩的氨基酸盐溶液(17)和冷凝物(19)。 
4.按权利要求3所述的方法(1)，在该方法中，所述冷凝物(19)用于溶解滤出的氨基酸和/或氨基酸盐。 
5.按权利要求1或4所述的方法(1)，在该方法中，析出的碳酸酯和/或碳酸盐(4)溶解在经处理的氨基酸盐溶液(15)中。 
6.按权利要求1至4中任一项所述的方法(1)，在该方法中，从用于二氧化碳的解吸过程(20)中提取引入的二氧化碳(2)。 
7.按权利要求1至4中任一项所述的方法(1)，在该方法中，经处理的氨基酸盐溶液(15)被输送给用于二氧化碳的解吸过程，此时包含在经处理的氨基酸盐溶液(15)中的二氧化碳(2)在解吸过程(20)中被解吸。 
8.按权利要求7所述的方法(1)，在该方法中，解吸过程(20)是用于二氧化碳的分离过程(22)的组成部分，其集成在燃烧化石燃料的发电过程(23)中。 
9.一种处理被污染的用于二氧化碳的吸收剂的装置(30)，其包括： 
-第一反应器(32)，被污染的溶剂和二氧化碳能引入该第一反应器中； 
-第一过滤器(33)，其通过管路(43)连接在第一反应器(32)上，用于将碳酸酯和/或碳酸盐从溶剂分离出来； 
-第二反应器(34)，其通过管路(46)连接在第一过滤器(33)上，用于从溶剂中结晶出氨基酸和/或氨基酸盐； 
-第二过滤器(35)，其连接在第二反应器(34)上，用于将结晶出来的氨基酸和/或氨基酸盐从溶剂分离出来；以及 
-溶解器(36)，其连接在第二过滤器(35)上，结晶出来的氨基酸和/或氨基酸盐和溶剂能输送给该溶解器。 
10.按权利要求9所述的装置(30)，其特征在于，该装置(30)集成在用于二氧化碳的分离装置中，其中分离装置包括吸收剂回路和二氧化碳存储器，以及其中所述第一反应器(32)通过用于输送二氧化碳的管路(38)与存储器连接，且通过用于输送被污染的溶剂的管路(37)与吸收剂回路连接。 
11.按权利要求9或10所述的装置(30)，其特征在于，蒸发器(57)接在所述第一反应器(32)上游，蒸发器为了加热而通过蒸汽管路(60)与燃烧化学燃料的电厂设备的蒸汽发生器连接。 
12.按权利要求9所述的装置(30)，其特征在于，蒸发器(57)通过管路与所述溶解器(36)连接，使得冷凝后的蒸汽能作为溶剂输送给所述溶解器(36)。 
13.按权利要求9或10所述的装置(30)，其特征在于，第一过滤器(33)通过用于氨基酸和/或氨基酸盐的管路与溶解器(45)连接。 
14.按权利要求9所述的装置(30)，其特征在于，第一反应器(32)与二氧化碳存储器连接，其是集成在燃烧化石燃料的电厂设备中的用于二氧化碳的分离装置的一部分。 
15.按权利要求9所述的装置(30)，其特征在于，溶解器(36)为了将经处理的溶剂导出而与用于二氧化碳的分离装置的解吸单元连接。 
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