CN103328073B - 用于捕获酸性气体的工艺 - Google Patents

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Abstract

一种用于从气体流分离CO2和第二酸性气体的吸收塔1，该塔包括：第一部分和第二部分(4、5)，其用于吸收CO2和第二酸性气体；溶剂入口，其在第二部分中用于加入包括用于CO2和第二酸性气体的吸收剂液体的液体流3；气体入口(21)，其在第一部分中用于加入包含CO2和第二酸性气体的气体流(2)；气体出口(15)，其在塔的第二部分中；第一溶剂出口(22)和第二溶剂出口(23)，第一溶剂出口(22)用于从塔的第二部分除去溶剂(6)的至少一部分，第二溶剂出口(23)用于从塔的第一部分除去溶剂流(11)；和液体流量分配器装置(8)，其允许溶剂的一部分从塔的第二部分流至第一部分。还公开了操作该设备的方法和溶剂提取的方法。

Description

用于捕获酸性气体的工艺
技术领域
本发明涉及通过反应化学吸收从气体流捕获CO2和至少一种其他酸性气体。特定地，本发明涉及允许使用单一吸收塔中的单一溶剂流来捕获CO2和至少一种其他酸性气体两者的工艺和设备。
发明背景
尽管将参考CO2和SO2来描述本发明，但本发明可以同等地适用于包含CO2和其他含硫的酸性气体例如H2S、或形成比CO2更强的酸例如HF、HCl和NO2的其他酸性气体的气体流。
对于温室气体的固定生产者急剧地减少他们的大气排放物来说存在增长的压力。特别关注的是二氧化碳(CO2)排放到大气压中。减少大气CO2排放物的一种方法是通过将其捕获在点源和随后储存在地质或其他储库中。
从发电站和其他燃烧装置烟道气体捕获CO2的工艺被称为后燃烧捕获(PCC)。在后燃烧捕获中，首先使用吸收器中的合适的溶剂将烟道气体中的CO2与氮气和残余的氧气分离。溶剂通常是包含经历与酸性气体例如CO2的化学反应的组分的含水碱性混合物。其可能包含胺(例如，链烷醇胺、氨、烷基胺)和/或无机盐(例如，碳酸盐或磷酸盐)。CO2随后在被称为汽提(或再生)的工艺中被从溶剂除去，因此允许溶剂被重新使用。汽提的CO2通过压缩和冷却而被液化，使用适当的干燥步骤来防止水合物形成。该形式的PCC适用于各种固定的CO2源，包括发电站、炼钢厂、水泥窑、煅烧炉和熔炉。
当CO2被吸收入水溶液中时，可以发生许多反应。它们由以下方程式示出，其中(1)是气态CO2的水合，(2)是CO2与水反应形成碳酸，(3)是CO2与氢氧化物反应形成碳酸氢盐，且(4)和(5)是碳酸-碳酸氢盐-碳酸盐的酸-碱平衡。
如果胺或多种胺存在溶液中，那么可以发生许多另外的反应。如果胺是空间自由的伯胺或仲胺例如单乙醇胺(MELA)或二乙醇胺(DEA)，那么可以在CO2和每种胺之间发生以下反应。方程式(6)是经由在胺和CO2之间的氮-碳键形成来形成氨基甲酸盐物质。这通常是与CO2发生的那些中动力学上最快的反应。方程式(7)是胺酸-碱平衡。对于多胺，方程式(6)和(7)的反应可以对每一个氮发生。对于空间位阻的胺和叔胺仅发生方程式(7)的酸-碱平衡。
利用包含硫的燃料(例如煤和油)的燃烧装置还产生二氧化硫(SO2)作为它们的烟道气体中的燃烧产物。在来自世界上最大的CO2排放物源，燃煤发电站的未经处理的烟道气体中，SO2含量在100-5000ppmv之间变化。在其他废气例如熔炉的废气中，SO2含量可以达到超过10％的水平。SO2排放物始终被认为是酸雨和随后导致的环境降解的主要原因。因此，烟道气体脱硫(FGD)技术被开发以在燃烧烟道气体排放入大气之前从燃烧烟道气体捕获SO2。FGD主要在美国、欧洲、日本和日益地在中国被利用。在FGD之后，硫含量通常被降低至在10和100ppm之间的水平，这取决于使用的特定的FGD技术、煤中的原始硫含量和对剩余的烟道气体中的硫含量的立法要求。
因为SO2和CO2均是酸性气体，且SO2是明显更强的酸，所以SO2存在于烟道气体中降低CO2捕获的性能。当SO2被吸收入水溶液中时，发生与对于CO2的那些类似的反应。方程式(8)是气态SO2的水合，方程式(9)是亚硫酸的形成，方程式(10)是亚硫酸氢盐的形成，且方程式(11)和(12)是亚硫酸-亚硫酸氢盐-亚硫酸盐的酸-碱平衡。亚硫酸盐至硫酸盐的氧化(其可在分子氧的存在下发生)没有被包括，因为其小的反应速率意味着其对本文描述的本发明没有影响。
然而，不同于CO2，SO2不与存在溶液中的胺直接反应。其他显著的差异是SO2是比CO2强的酸且更迅速地被吸收。相比于碳酸氢盐和碳酸在25℃下的pKa是10.3和3.34，亚硫酸氢盐和亚硫酸的pKa在25℃下分别是7.17和1.85。并且，SO2和水的反应速率常数比CO2与胺反应(这是其与哌嗪(PZ)反应)的最大已知速率常数大几乎两个数量级。鉴于水以比任何胺大的浓度存在，SO2的反应的总速率还将是更大的。
SO2在水溶液中的物理溶解度比CO2大一个数量级。SO2在25℃下的亨利系数(被定义为气相分压比气体液相浓度，)是82.46kPa.L.mol-1，而对于CO2，其是3265kPa.Lmol-1。它们两者共有相似的扩散系数。较大的物理溶解度、较快的反应速率和较大的酸度的组合意味着当CO2和SO2两者同时地存在于烟道气体中时，相比于CO2，SO2被优先地且更快速地吸收。即使SO2的气相浓度显著低于CO2，也是这样。
已经完成了CO2和SO2吸收到含水MEA的薄降膜的建模以阐释该选择性。薄降膜是通常用于CO2捕获应用的填充塔中出现的水力环境类型，其中液体膜在重力下下落到填充材料上，且与气体流逆流接触。已经通过求解描述在含水MEA、CO2和SO2之间的反应所需要的适当的偏微分方程式和联立方程式来建模了薄膜中的化学扩散和反应。该方法在G.Puxty和R.Rowland,Env.Sci.Technol.2011,45,2398-2405中详述。图1是是显示通过建模(填充标记物)确定的在40℃下气相SO2浓度对进入到30％w/w含水MEA的薄膜的CO2吸收通量的影响的图。气相CO2浓度是10kPa且暴露于该膜0.3秒，液体CO2加载量(mol CO2/mol MEA)在0-0.5之间变化，且气相SO2浓度在0-800ppmv之间变化。建模的条件被选择为类似于用于专利概念的实验确认的条件，如在下一段落所描述的。在所有情况下，当SO2浓度增加时，CO2吸收通量非常轻微地下降。这是由于SO2的优先吸收和溶液的相关联的酸化。如在实际操作中的情况，如果溶剂装载有CO2，该效果是最显著的。还示出了SO2吸收通量，观察到SO2吸收通量随气相中的SO2浓度增加而线性地增加。这表明与SO2的化学反应的速率太快，以致其吸收通量完全受气体侧控制。
图2是在40℃下气相SO2对进入到30％含水MEA的CO2吸收通量的影响的测量结果的图。这些测量结果使用图3中示出的湿壁接触器来得到。图3示出湿壁接触器，该湿壁接触器包括液体入口301、液体出口302、气体入口303和薄的液体膜304。该设备的详细描述在G.Puxty,R.Rowland和M.Attalla,Chem.Eng.Sci.2010,915-922中给出且其如使用以下修改所描述的来使用：加入SO2作为进料气体；在饱和器(saturator)中使用2mol.dm-3H2SO4；和加入SO2气体分析器。包含10kPa CO2、0-800ppmv SO2和剩余部分N2的1dm3min-1入口气体流在40℃下与以121.4cm3min-1流动的薄液体降膜接触。CO2和SO2在出口气体流中的浓度使用气体分析器来测量，并确定吸收通量。液体CO2加载量在0-0.5之间变化。该设备模拟通常用于气体吸收工艺的填充塔的气-液接触。如可以观察到的，行为与从用于CO2和SO2两者的建模预测的结果一致。当气相中的SO2浓度增加，CO2吸收通量轻微下降。对SO2吸收的选择性通过以下事实来进一步证实：现有气体流中的SO2含量低于气体分析器的检测极限，甚至当吸收剂具有0.5的最高CO2加载量时。并且，当溶剂的CO2加载量增加，SO2吸收通量保持不变。这用实验方法表明了本发明的基础。即，即使在暴露于气体流中的高浓度的CO2(相对于SO2)且溶剂被CO2饱和(对于MEA，0.5的CO2加载量)时，溶剂对SO2保持是选择性的且以与溶剂不含CO2时相同的通量吸收SO2。
由于SO2降低CO2捕获的性能，现有PCC技术的限制是烟道气体的SO2含量在其应用之前必须降低至小于10ppmv。在现有的烟道气体脱硫厂中通常不能实现低于10ppm的水平，且需要使用另外的洗涤步骤，显著增加投资成本。
对于没有应用FGD的国家，诸如澳大利亚，烟道气体的SO2含量对PCC技术的使用具有严重的障碍。在这样的地方，FGD必须首先被安装，然后可以进行CO2捕获，显著地增加工艺的成本和技术复杂性。最广泛实践的FGD技术是基于使用碳酸钙浆料来最终提供适于销售的石膏(硫酸钙)产品。该技术用于发电站中且具有很多技术供应商(例如，Alstom、Babcock-Wilcox、Chiyoda)。在一些应用中，使用再生溶剂技术，提供了纯的SO2产物。CANSOLV Technologies Inc已经开发了用于组合除去CO2和SO2的基于胺的技术(WO2006/136016)。该工艺在单独的液体回路中使用两种不同的基于胺的溶剂，其被热集成在单独的溶剂再生步骤中。SO2和CO2的吸收在相同的吸收器中进行。
对可以容忍存在于来自包含硫的燃烧源的未经处理的烟道气体中以及来自典型的烟道气体脱硫工艺中存在的烟道气体中的典型的SO2水平的简单的和低成本的CO2捕获技术或工艺存在需求。
本发明的目的是克服或至少减轻与先前技术相关联的问题中的一个或多个。
对说明书中的任何先前技术的提及不被且不应被视为承认或以任何形式暗示，该先前技术形成澳大利亚或任何其他管辖区域中普通常识的一部分，或该先前技术可以被本领域技术人员合理地预期确定、理解和被认为是相关联的。
发明内容
因此，在一个方面，本发明提供一种用于从气体流除去CO2和第二酸性气体的工艺，该工艺包括以下步骤：
将包含在约1至约30vol％的范围内的CO2以及第二酸性气体的气体流提供至吸收塔，所述吸收塔具有至少单独的第一部分和第二部分，所述气体流被提供至所述塔的所述第一部分，
将用于CO2和所述第二酸性气体的吸收剂液体提供至所述第二部分以与所述气体流成逆流流动，所述溶剂穿过所述塔的所述第二部分和所述第一部分，且所述溶剂的至少一部分在所述第一部分之前被从所述吸收塔除去，
使所述气体流穿过所述吸收塔，优先地使所述第二酸性气体吸收入所述吸收塔的所述第一部分中的所述溶剂中，之后使所述气体流穿过所述吸收塔的所述第二部分，其中CO2被吸收入所述溶剂中，
从所述塔的所述第二部分回收耗尽CO2和所述第二酸性气体的气体。
本发明的优点是相同的溶剂用于从气体流汽提CO2和第二酸性气体两者的能力。
优选地，液体流量分配器存在于吸收塔的第二部分和第一部分之间。在一个实施方案中，液体流量分配器防止液体直接在所述塔的所述第二部分和所述第一部分之间流动。在该实施方案中，所述溶剂的全部被从所述第一部分除去，且所述溶剂的另外的部分从该流分出并返回到所述吸收塔的所述第二部分。
优选地CO2以约3至约30vol％的范围，且最优选地以约8至约14vol％的范围存在于烟道气体中。
优选地，进入所述塔的所述第一部分的所述溶剂流具有在饱和CO2含量的约0％和约200％之间的CO2含量。更优选地，所述CO2含量在所述饱和CO2含量的约30％和约150％之间。最优选地，CO2含量在所述饱和CO2含量的约80％和约120％之间。
优选的是，溶剂是包括任何含水胺(aqueous amine)、氨或其混合物的水溶液。合适类型的胺的非限制性公开包括：伯胺、仲胺、叔胺、空间位阻胺、无环胺、环状胺、单胺和多胺、链烷醇胺和氨基酸。氨基酸可以包含磺酸基、碳酸基和膦酸基。合适的胺化合物的非限制性公开包括：单乙醇胺(MEA)、哌嗪(PZ)、2-氨基-2-甲基-丙醇(AMP)、甲基二乙醇胺(MDEA)、二乙醇胺(DEA)、哌啶、1-哌啶甲醇、2-哌啶甲醇、3-哌啶甲醇、4-哌啶甲醇、1-哌啶乙醇、2-哌啶乙醇、3-哌啶乙醇、4-哌啶乙醇、牛磺酸、甘氨酸、肌氨酸。
在本发明的另一个实施方案中，在第一部分和第二部分之间的液体流量分配器允许液体从第二部分直接流至第一部分但以受限的流速，使液体在第一部分处滞留。溶剂的一部分，优选地等于滞留量，被从塔除去，且剩余部分通过分配器转到塔的第一部分。
另外的实施方案可以包括以上实施方案的组合，其中溶剂流量分配器允许一些流动，且除去的溶剂的一部分返回到第二部分。
在第一部分之前(即在穿过第二部分之后)除去的溶剂是富CO2的但没有与富含第二酸性气体的气体接触(如果有的话)，且因此没有吸收很多第二酸性气体。该除去的溶剂流随后被处理以除去CO2，之后返回到吸收塔。
当第二酸性气体被吸收到第一部分中的溶剂时，从塔的第一部分除去的溶剂富含第二酸。随后，该溶剂流可以被处理以除去第二酸性气体且然后返回到吸收塔。
优选地，第二酸性气体选自由以下组成的组：SO2、H2S、HF、HCl和NO2。第二酸性气体更优选地是含硫的酸性气体例如SO2和H2S，且最优选地是SO2。
优选的是，当第二酸性气体是SO2的情况，并且SO2以约1至约100,000ppm的范围，更优选地以约1至约10,000ppm的范围，且最优选地以约1至约1,000ppm的范围存在于烟道气体中。
在本发明的另一个方面，提供了用于从气体流分离CO2和第二酸性气体的吸收塔，该塔包括：
第一部分和第二部分，其用于吸收CO2和所述第二酸性气体；
溶剂入口，其在所述第二部分中用于加入用于CO2和所述第二酸性气体的吸收剂液体；
气体入口，其在所述第一部分中用于加入包含CO2和所述第二酸性气体的气体流；
气体出口，其来自所述塔的所述第二部分；
第一溶剂出口和第二溶剂出口，所述第一溶剂出口用于从所述塔的所述第二部分除去所述溶剂的至少一部分，所述第二溶剂出口用于从所述塔的所述第一部分除去所述溶剂的至少一部分；和
液体流量分配器装置，其允许所述溶剂的一部分从所述塔的所述第二部分流至所述第一部分。
在本发明的该方面的优选的形式中，流量分配器装置包括限流器，所述限流器允许溶剂从所述第二部分受限流动至所述第一部分，同时气体能够沿所述塔在所述部分之间继续向上。限流器可以是简单的孔或穿孔板，其防止沿塔向下流动的溶剂的全部直接流入第一部分或塔中。在流过所述第二部分的所述溶剂和进入所述第一部分的所述溶剂之间的流量差通过所述第一溶剂出口除去。流量分配器还可以源自通常在气体/液体接触器中使用的筛盘、泡罩塔盘或浮阀塔盘。这些盘设计可以被修改以确保实现所需的液体流量分配。
可选择地，流量分配器装置防止所述溶剂的全部从所述第二部分直接流至所述第一部分同时允许气体穿过。所述溶剂被从所述第二部分除去，且包括所述溶剂的一部分的流被转向所述塔的所述第一部分。
在另外优选的方面，设备的第一部分还充当骤冷部(quench)，以将烟道气体从约80至约180℃的初始温度冷却至在约20至约60℃的范围内的较低温度。优选的是，初始温度在约80至约120℃的范围内；且最优选地，温度是约80℃。优选的是，骤冷部将烟道气体冷却至在约30至约50℃的范围内的温度；且最优选地冷却至约40℃的温度。
在第一部分之前除去的溶剂是富CO2的但没有与富含第二酸性气体的气体接触(如果有的话)，且因此没有吸收很多第二酸性气体。该除去的溶剂流随后转到CO2再生单元，在CO2再生单元中溶剂被处理以除去CO2，之后返回到吸收塔。
当第二酸性气体被吸收到第一部分中的溶剂且CO2解吸时，从塔的第一部分除去的溶剂是富第二酸性气体和贫CO2的。随后，该溶剂流可以转到用于第二酸性气体的回收单元，在回收单元中溶剂被处理以除去第二酸性气体且然后返回到吸收塔。
优选地，设备中使用的第二酸性气体选自由以下组成的组：SO2、H2S、HF、HCl和NO2。第二酸性气体更优选地是含硫的酸性气体例如SO2和H2S，且最优选地是SO2。
如本文使用的，除了上下文另外要求的地方之外，术语"包括(comprise)"和该术语的变化形式例如"包括(comprising)"、"包括(comprises)"和"包括(comprised)"，不意图排除另外的添加剂、组分、整数或步骤。
附图说明
图1是显示通过建模确定的在40℃下气相SO2浓度对进入到30％w/w含水MEA的薄膜的CO2吸收通量的影响的图；以及
图2是显示通过实验确定的在40℃下气相SO2浓度对进入到30％w/w含水MEA的薄膜的CO2吸收通量的影响；以及
图3是用于通过实验确定进入到30％w/w MEA的薄液体降膜的CO2和SO2吸收通量的湿壁接触器的图示；且
图4是本发明的实施方案的示意图，其将允许从单一吸收塔和单一溶剂流除去CO2和SO2。
具体实施方式
尽管将参考CO2和SO2气体来描述本发明，但预期本发明同等地适用于在下述的第二酸性气体的存在下的CO2，其中形成的酸是比从CO2形成的酸更强的酸。这些包括SO2、H2S、NO2、HF和HCl。
本发明是允许使用单一吸收塔和单一含水溶剂从气体流除去CO2和SO2两者的工艺。本发明利用了CO2和SO2的物理溶解度、吸收速率和酸度的差异来实现这一点。
该工艺的示意图在图4中示出。烟道气体2在填充吸收塔1的底部进入。塔1本身的设计在设计上可以类似于目前用于气体处理工艺的那些。
用于从气体流分离CO2和第二酸性气体的吸收塔1，该塔包括用于吸收CO2和第二酸性气体的第一部分和第二部分4、5和液体流量分配器8。第二部分5包括用于加入包括CO2和第二酸性气体的吸收剂液体的液体流3的溶剂入口20、气体出口15和用于从塔的第二部分5作为流6除去溶剂的至少一部分的第一溶剂出口。
第一部分4包括用于加入包含CO2和第二酸性气体的气体流2的气体入口21和用于来自塔的第一部分的溶剂流11的第二溶剂出口23。液体流量分配器装置8配备有液体分配器以允许溶剂的一部分从塔的第二部分流到第一部分。
一种适用于CO2捕获的贫CO2和SO2的含水溶剂，例如但不限于含水胺，在吸收塔的顶部进入(液体流3)。当气体流沿塔向上移动时，在底部第一部分4发生SO2吸收。塔1的该第一部分4还可以充当骤冷部以把烟道气体从其原始温度(通常高于80℃)冷却到适用于CO2捕获的温度(～40℃)。塔1的该第一部分4暴露于吸收剂液体的流7。流7是包括小部分的溶剂流6的侧流。溶剂流6是在吸收塔的顶部第二部分5中与气体流接触的结果，现在富CO2，其最初作为溶剂流3在吸收器的顶部进入。即使该溶剂是富CO2的，有效SO2除去仍然发生在第一部分4中，这是由于对SO2的选择性。一些CO2解吸还可以出现在这里，这增加了气体流的CO2含量。贫SO2气体流然后移动到塔的中间和上面的第二部分5。
在塔的中间和上面的第二部分5中，如同传统CO2捕获工艺一样发生CO2吸收。在塔的第二部分5和底部部分之间的接口处，示出流量分配器装置8，其允许气体继续沿塔上升，同时限制溶剂沿塔向下的流动。在穿过第二部分5之后继续沿塔1向下的溶剂现在是富CO2和贫SO2溶剂。在第二部分的基部9处的这种溶剂被除去，且是流6的小部分的返回流7返回到塔1的第一部分。
流量分配器装置8还可以采用例如筛板或孔(未示出)的节流器的形式，其允许气体在塔中从第一部分4向上通过第二部分5，同时允许少量溶剂沿塔1继续向下。限流器引起溶剂在第二部分的基部的滞留，滞留量等于流过第二部分和第一部分5,4的溶剂流的差，且在类似于流6的流中被从塔1除去。
溶剂流6然后经过CO2再生单元10，以进行CO2汽提和溶剂再生。
如以上所述的，已经通过塔的第二部分5的溶剂的一部分进入到在其中发生SO2除去的塔的底部第一部分4。提供SO2的批量捕获所需要的总工艺液体流3的剩余物的部分将依赖于烟道气体中SO2/CO2含量的比率，且通常将在CO2捕获所需要的总工艺流的0.1％和3％之间的范围内。考虑到该大大减少的流量，希望在塔的第一部分4中把溶剂在第一部分4重复循环多次，以提供足够的接触。可选择地，可以使用能够以高的气体/液体比率操作的专用气体/液体接触器，例如膜接触器。
可能还作为来自分离步骤的产物流而获得用于选择性的SO2吸收的工艺流6的部分，这将导致胺的部分废弃，因此防止它们进入吸收器的底部部分。这将避免吸收器的底部(SO2除去)阶段中的过度氧化。然后，除去来自塔的第一部分4的富SO2溶剂11并使其通过SO2再生单元12，以进行硫回收和溶剂再生。然后混合再生的溶剂流13,14并作为工艺流3将其返回到吸收器的顶部。
在可选择的实施方案(未示出)中，富SO2溶剂流11的至少一部分可以与溶剂流7一起再循环并加入到第一部分4的顶部。富SO2溶剂流11的再循环将通过增加溶剂流11中SO2的浓度而潜在地提供一些成本和性能益处。
在CO2再生单元10中进行的用于富CO2且贫SO2溶剂流的CO2汽提和溶剂再生使用了标准CO2汽提工艺。下面给出CO2汽提工艺的一般描述，然而这并不排除使用任何其他CO2汽提工艺。离开吸收器的溶剂流经过预热(通常经由与来自汽提塔底部的贫CO2溶剂流的热量交换)并进入填充塔的顶部。在塔的基部处，经由重沸器把液体加热到120-160℃以产生汽提蒸汽并加热溶剂。在塔的顶部进入的溶剂与汽提蒸汽接触并由其加热。在该高温下，倒转了CO2吸收过程，且CO2从溶液中出来。气态CO2流向上通过塔并通过顶部离开，以进一步纯化和压缩以供运输。从塔的底部除去贫CO2溶剂流，经由热量交换冷却，并将其返回到吸收器。
可以使用适用于含水胺的硫回收工艺来进行富SO2流11的硫回收和溶剂再生。由于作为烟道气体中存在氧的结果的亚硫酸盐物质的氧化，亚硫酸盐和硫酸盐两者都可能存在于该流中。可选项包括但不限于：经由加入NaOH/NaCO3或其他氢氧化物/碳酸盐的复分解反应以形成Na2SO3(s)和Na2SO4(s)沉淀物或其他物质；离子交换树脂以从其他物质分离亚硫酸盐和硫酸盐；以及膜电渗析以从其他物质分离亚硫酸盐和硫酸盐。硫回收步骤还可以有用地与胺回收设备集成。回收设备可以是蒸馏塔，其中作为胺较高挥发性的结果，胺作为塔顶馏出物而被回收。包括硫产品在内的降解产物、热稳定的盐将然后被留在蒸馏塔的底部部分中。可选择地，如同非挥发性的胺的情况，胺回收设备可以基于经由电渗析、过滤、吸附和离子交换的组合除去降解产物和热稳定的盐。这些步骤可以进一步用于除去硫产品。
本发明提供用于包含SO2的烟道气体流的改进的CO2捕获工艺，该工艺在其应用之前不需要SO2移除(FGD)。它还利用已经用于气体清洁应用的现有工艺技术。从工业角度来看，在SO2的存在下执行CO2捕获的能力是极其需要的，这是由于它消除了对安装FGD设备(在还没有安装它的地方)以允许使用CO2捕获工艺的需要。在其中安装FGD的情况中，其避免了在现有塔中设置另外的生产能力或对使用额外的塔的额外净化步骤的使用。这具有在把CCS应用到包含SO2的烟道气体流的减少的成本和整体技术复杂性方面的显著益处。
应理解，在本说明书中所公开的和所界定的本发明延伸到从本文本或附图中描述的或从中可见的两个或更多个单独特征的所有可选择组合。这些不同组合中的全部构成本发明的各种可选择方面。

Claims (31)

1.一种用于从气体流除去CO2和第二酸性气体的工艺，包括以下步骤：
将包含在1至30vol％的范围内的CO2以及第二酸性气体的气体流提供至吸收塔，所述吸收塔具有至少单独的第一部分和第二部分，所述气体流被提供至所述吸收塔的所述第一部分，
将用于CO2和所述第二酸性气体的吸收剂液体提供至所述第二部分以与所述气体流成逆流流动，所述吸收剂液体穿过所述吸收塔的所述第二部分和所述第一部分，且所述吸收剂液体的至少一部分在所述第一部分之前被从所述吸收塔除去，
使所述气体流穿过所述吸收塔，优先地使所述第二酸性气体吸收入所述吸收塔的所述第一部分中的所述吸收剂液体中，之后使所述气体流穿过所述吸收塔的所述第二部分，其中CO2被吸收入所述吸收剂液体中，
从所述吸收塔的所述第二部分回收耗尽CO2和所述第二酸性气体的气体。
2.根据权利要求1所述的工艺，液体流量分配器防止吸收剂液体直接在所述吸收塔的所述第二部分和所述第一部分之间流动同时允许气体穿过，来自所述第一部分的吸收剂液体被除去并再生，并且将所再生的吸收剂液体返回到所述吸收塔的所述第二部分。
3.根据权利要求1所述的工艺，在所述第一部分和所述第二部分之间的液体流量分配器允许吸收剂液体从所述第二部分直接流至所述第一部分，且所述吸收剂液体的一部分在进入所述吸收塔的所述第一部分之前被从所述吸收塔除去。
4.根据权利要求1所述的工艺，其中在所述第一部分之前被除去的所述吸收剂液体随后被处理以除去所述CO2，之后返回到所述吸收塔。
5.根据权利要求1所述的工艺，其中从所述吸收塔的所述第一部分除去的所述吸收剂液体随后被处理以除去所述第二酸性气体且然后返回到所述吸收塔。
6.根据权利要求1所述的工艺，其中从所述吸收塔的所述第一部分除去的所述吸收剂液体的至少一部分被再循环至所述第一部分的顶部。
7.根据权利要求1所述的工艺，其中所述第二酸性气体选自由以下组成的组：SO2、H2S、HF、HCl和NO2。
8.根据权利要求1所述的工艺，其中所述第二酸性气体是选自SO2和H2S的组的含硫的酸性气体。
9.根据权利要求1所述的工艺，其中所述第二酸性气体是在1至100,000ppm范围内的SO2。
10.根据权利要求9所述的工艺，其中所述SO2在1至10,000ppm范围内。
11.根据权利要求10所述的工艺，其中所述SO2在1至1,000ppm范围内。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的工艺，其中所述气体流包含在3至30vol％范围内的CO2。
13.根据权利要求12所述的工艺，其中所述气体流包含在8至14vol％范围内的CO2。
14.根据权利要求1所述的工艺，其中进入所述吸收塔的所述第一部分的所述吸收剂液体具有在饱和CO2含量的0％和200％之间的CO2含量。
15.根据权利要求14所述的工艺，其中所述CO2含量在所述饱和CO2含量的30％和150％之间。
16.根据权利要求15所述的工艺，其中所述CO2含量在所述饱和CO2含量的80％和120％之间。
17.一种用于从气体流分离CO2和第二酸性气体的吸收塔，所述吸收塔包括：
第一部分和第二部分，其用于吸收CO2和所述第二酸性气体；
溶剂入口，其在所述第二部分中用于加入用于CO2和所述第二酸性气体的吸收剂液体；
气体入口，其在所述第一部分中用于加入包含CO2和所述第二酸性气体的气体流；
气体出口，其在所述吸收塔的所述第二部分中；
第一溶剂出口和第二溶剂出口，所述第一溶剂出口用于从所述吸收塔的所述第二部分除去所述吸收剂液体的至少一部分，所述第二溶剂出口用于从所述吸收塔的所述第一部分除去所述吸收剂液体的至少一部分；和
液体流量分配器装置，其允许所述吸收剂液体的一部分从所述吸收塔的所述第二部分流至所述第一部分。
18.根据权利要求17所述的吸收塔，其中所述流量分配器装置防止所述吸收剂液体的全部从所述第二部分直接流至所述第一部分同时允许气体穿过，所述吸收剂液体被从所述第二部分除去，且包括所述吸收剂液体的一部分的流被转向所述吸收塔的所述第一部分。
19.根据权利要求17所述的吸收塔，其中所述流量分配器装置包括限流器，所述限流器允许吸收剂液体直接地从所述第二部分受限流动至所述第一部分，同时气体能够沿所述吸收塔在所述第一部分和所述第二部分之间继续向上，在流过所述第二部分的所述吸收剂液体和进入所述第一部分的所述吸收剂液体之间的流量差通过所述第一溶剂出口除去。
20.根据权利要求17所述的吸收塔，其中从所述第二部分除去的所述吸收剂液体随后通到CO2再生单元，在所述CO2再生单元中所述吸收剂液体被处理以除去所述CO2，之后返回到所述吸收塔。
21.根据权利要求17所述的吸收塔，其中从所述吸收塔的所述第一部分除去的所述吸收剂液体随后通到用于所述第二酸性气体的酸性气体回收单元，在所述酸性气体回收单元中所述吸收剂液体被处理以除去所述第二酸性气体组分且然后返回到所述吸收塔。
22.根据权利要求17所述的吸收塔，其中从所述吸收塔的所述第一部分除去的所述吸收剂液体的至少一部分被再循环至所述第一部分的顶部。
23.根据权利要求17至22中任一项所述的吸收塔，其中所述第二酸性气体选自由以下组成的组：SO2、H2S、HF、HCl和NO2。
24.根据权利要求17至22中任一项所述的吸收塔，其中所述第二酸性气体是选自SO2和H2S的组的含硫的酸性气体。
25.根据权利要求17至22中任一项所述的吸收塔，其中所述第二酸性气体是SO2且在1至100,000ppm范围内存在。
26.根据权利要求25所述的吸收塔，其中所述SO2在1至10,000ppm范围内存在。
27.根据权利要求25所述的吸收塔，其中所述SO2在1至1,000ppm范围内存在。
28.根据权利要求17至22中任一项所述的吸收塔，其中所述第一部分还充当骤冷部，以将所述气体流从80至180℃的初始温度冷却至20-60℃的温度。
29.根据权利要求28所述的吸收塔，其中所述气体流被冷却至30至50℃的温度。
30.根据权利要求28所述的吸收塔，其中所述气体流被冷却至40℃的温度。
31.根据权利要求17至19中任一项所述的吸收塔，其中所述第二部分在所述第一部分上方。
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