CN103732309B - 从co2分离过程的吸收循环中除去挥发性的分解和降解的产物的方法和设备 - Google Patents

从co2分离过程的吸收循环中除去挥发性的分解和降解的产物的方法和设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种从CO2分离过程(2)的吸收循环(1)中去除挥发性分解和降解的产物(7)的方法。所述CO2分离过程(2)包括具有吸收过程(3)和解吸过程(4)的吸收循环(1)。根据本发明，从连接解吸过程(4)下游的冷凝过程(5)中提取冷凝物(6)，并且纯化该冷凝物以基本除去分解和降解的产物(7)。再将这样形成的纯化后的冷凝物(8)回收至吸收循环(1)中。此外，本发明还涉及实施本发明方法的设备。

Description

从CO2分离过程的吸收循环中除去挥发性的分解和降解的产物 的方法和设备
背景技术
在生产电能的火力发电厂中，燃烧化石燃料产生含二氧化碳的烟气。为了避免或减少二氧化碳排放，必须从烟气中除去二氧化碳。用于从气体混合物中去除二氧化碳的各种方法是常识。通常使用吸收-解吸的方法以专门用于在燃烧过程之后从烟气中去除二氧化碳。在工业规模上，这涉及用吸收剂从烟气中洗去二氧化碳(CO2分离过程)。这种捕获CO2的过程基本上包括于其中用吸收溶液从烟气中洗去CO2的吸收器(Absorber)，和于其中从吸收溶液中驱赶出CO2的解吸器(Desorber)。
常见的吸收剂溶液，例如甲醇胺(MEA)、氨基酸盐或钾碱(potash)表现出针对CO2的良好的选择性和高容量。
由于存在于烟气中的痕量元素，例如SOx和NOx，还特别是由于氧，所有的吸收液(absorption solution)都有降解的倾向。这生成各种分解和降解的产物(degradationproducts)，特别是在使用如烷醇胺或环胺类的吸收剂的情况下，生成挥发性的分解和降解的产物，并能够随纯化后的烟气一起离开吸收器。应尽可能地减少所生成的排放物。
第一种减少有害排放物的方法是使用例如为氨基酸盐的盐。含氨基酸盐的水性吸收液的优势在于，他们本身没有任何蒸气压，并且因此能避免被从吸收器中排出。降解所产生的含氨基酸盐的吸收剂溶液的分解和降解的产物主要还是盐类组分，且因此同样没有明显的蒸气压。但是，一小部分的分解和降解的产物也由例如氨的易挥发的组分组成。
分解和降解的产物随着时间的推移在吸收循环中聚集。特别是在高温的情况下，因为平衡的缘故，它们倾向于向气相转移。由于烟气量大，且随时间的聚集,这些组分会被强制性地排到大气中。迄今为止，用来减少这些排放物的努力已经涉及位于吸收器顶部的下游洗涤。这就需要更大的吸收塔和高基本投资，并且会进一步造成污水流或吸收剂流的污染。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种方法，通过该方法能以简单的方式同时最小化能量消耗的情况下，从CO2分离过程的吸收循环中基本上清除分解和降解的产物，而不会损害或损坏吸收液。本发明的另一个目的是提供一种能够实施本发明方法的设备。
针对上述方法的目的是通过根据本发明的方法来实现的。
为了从CO2分离过程的吸收循环中去除易挥发的分解和降解的产物(其中所述吸收循环包括吸收过程和解吸过程)，从连接解吸过程下游的冷凝过程中提取冷凝物，纯化(purify)该冷凝物以基本除去分解和降解的产物，并将其回收至吸收循环中。
本发明基于以下发现，分解和降解的产物的浓度在解吸器的气体相中达到最大，这是因为高温促进降解，并且使平衡向气相移动。该分解和降解的产物在连接于解吸器下游的冷凝器中再次液化，并由此即刻溶解在冷凝水中。
冷凝流只是整个吸收循环的小支流。因为只需纯化吸收循环的这一小支流，可以将纯化设备设置成比必须容纳整个吸收循环的纯化设备小的多的纯化设备。因为分解和降解的产物特别聚集在冷凝物中，所以纯化也更加有效。冷凝流也比在吸收器顶部的气态的废气流小的多，并且聚集了更多的分解和降解的产物。因此，和连接吸收器下游的洗涤相比，对冷凝流的处理也是有利的。此外，冷凝器以标准配置存在，因而不需要专门安装。该冷凝器连接于解吸器的下游。
冷凝物的纯化可特别优选通过蒸馏来进行。蒸馏特别适合作为纯化方法，因为其产物是高纯度的冷凝物。此外，通过CO2的分离过程可以毫无问题地提供蒸馏所需的热能。这里同样优选的是，仅需纯化作为支流的冷凝物，而并不需要纯化吸收循环中的全部吸收剂。
在一项蒸馏纯化的上游或下游的还可以与蒸馏纯化并行的任选实施方式中，通过活性炭洗涤剂(activated carbon wash)来实施用于除去冷凝物中分解和降解的产物的冷凝物的纯化。这样的活性炭过滤材料(activated carbon filter)价格便宜并且不需要额外的能量。该活性炭过滤材料也可实现高纯度的冷凝物。
在该方法的另一项优选的实施方式中，吸收循环中使用的吸收剂为胺、 氨基酸或钾碱的水性溶液。所述吸收剂优选为伯氨基酸盐(primary amino acid salt)或仲氨基酸盐(secondary amino acid salt)的水性溶液。氨基酸盐没有明显的蒸气压，从而实际上不会有氨基酸盐由吸收过程排放到大气中。氨基酸盐的分解和降解的产物同样是不具明显蒸气压的盐。
总之，氨基酸盐的使用与分解和降解的产物的发明性纯化的结合提供了一个CO2分离方法，通过该分离方法可能不会排放大量的洗涤活性物质或其分解和降解的产物至大气中。由于分解和降解的产物从吸收剂中连续的纯化和分离，分解和降解的产物不能或只能在很小的程度上沉积在塔底或塔的衬垫(packing)上。这使得CO2的分离设备能更长时间地运作而无需维护或更换吸收剂。
针对前述设备的目的通过根据本发明的设备来实现的，根据本发明，为了从CO2分离设备的吸收剂中去除易挥发的分解和降解的产物(该分离设备包括在吸收循环内的吸收器和与之连接的解吸器)，可通过纯化设备的冷凝水排放管道输送冷凝物至连接解吸器下游的冷凝器，并且通过冷凝水回流管道将在纯化设备中将除去分解和降解的产物的经纯化的冷凝物回收至吸收循环中。
在该设备的一项优选构型中，该纯化设备是蒸馏装置，通过该装置可从冷凝物中经蒸馏去除分解和降解的产物。在该设备的一项任选的或附加的实施方式中，该纯化设备包括活性炭过滤材料，通过该过滤材料冷凝物中的分解和降解的产物得以保留。
附图说明
以下将参照附图对本发明的实施例进行详细的说明。附图显示：
图1示出了用于纯化由分解和降解的产物污染的吸收剂的方法的工艺流程图，
图2示出了具有常规纯化设备的CO2分离设备，
图3示出了在冷凝流中具有纯化设备的CO2分离设备。
具体实施方式
图1示出了用于纯化由分解和降解的产物7污染的吸收剂9的方法的工艺流程图。该图示出了在吸收循环1内的吸收过程3和与之相连的解吸过程 4。主要由气态的CO2、气态的分解和降解的产物7和蒸气状的吸收剂9组成的蒸气18离开解吸过程4。将蒸气18输送至冷凝过程5，在其中冷却该蒸气，从而使蒸气状的吸收剂冷凝并形成冷凝物6。在冷凝物6中的分解和降解的产物7再次凝结。从而冷凝过程5使得气体CO2和经冷凝的吸收剂9互相分离。气体CO2和具有高浓度的挥发性的分解和降解的产物7的冷凝物6离开冷凝过程5。
然后将冷凝物6输送至纯化过程9，在其中将分解和降解的产物7滤出或去除。可通过活性炭过滤材料来完成滤除。附加地或任选地，也可通过蒸馏去除分解和降解的产物。此处未示出的用于蒸馏过程的能量可以从发电过程中获得。从纯化过程19中抽出分解和降解的产物7并排出。通过从冷凝物6中去除分解和降解的产物7形成纯化后的冷凝物8，将该冷凝物回收至解吸过程4。
图2示出了具有常规纯化设备15的CO2分离设备10。所述CO2分离设备10主要包括通过吸收循环1互相连接的吸收器11和解吸器12。将吸收剂9输送进吸收循环1中。所述吸收器11连接化石燃料发电厂的烟气管道20。
为了去除从顶部离开吸收器11的烟气流中挥发性的分解和降解的产物7，已知的是纯化设备15能够在流体流入进烟气管道20的方向上连接吸收器11的下游。该纯化设备15能够从烟气中去除了大部分的分解和降解的产物7。然而，这个下游的纯化设备应根据烟气流具有适当的尺寸并且其是相当耗能的。
另一种已知的用于去除分解和降解的产物7的纯化设备15在图2中显示为连接解吸器12下游的纯化设备15。该纯化设备15连接于CO2分离设备的吸收循环内。因此，可能从吸收剂9中过滤掉分解和降解的产物7或处理吸收剂9。然而，由于必须一直对整个吸收剂流进行处理，同样也应将这种类型的纯化设备15设计成相应的大小，并且也因此在操作中消耗相应的能量。
图3示出了在冷凝流中具有发明性纯化设备的CO2分离设备。在图3中显示的CO2分离设备10主要包括同样如图2所详述的，具有于其中相连的吸收器11和解吸器12的吸收循环1。然而此外，图3还示出了用于提供蒸气18的连接于解吸器下游的冷凝器13。该冷凝器13具有用于排放气态 CO2的气体管道以及冷凝水排放管道14，通过该冷凝水排放管道能够将冷凝物6输送至纯化设备15。
可将该纯化设备15配置成活性炭过滤材料或蒸馏装置17。该纯化设备15从冷凝物6中去除了分解和降解的产物7。该纯化设备15通过用于排出纯化后的冷凝物6的冷凝物回流管道16再次与解吸器连接。因为分解和降解的产物7在冷凝物6中的浓度特别高，所以该冷凝物特别适用于纯化。并且由于冷凝物6在吸收循环1中仅构成整个吸收剂9的一个小支流，纯化设备的尺寸就可以相应地变小，从而节省了成本和能量。
本发明的优势特别在于，它可以同样有望应用于小型和大型的处理装置，例如CO2捕获装置。也可很容易地将本发明整合到现有的处理设备中。无论如何，本发明能大幅度地减少经由烟气排放的分解和降解的产物以及吸收剂中分解和降解的产物的浓度。

Claims (6)

1.一种用于从CO2分离过程(2)的吸收循环(1)中去除挥发性的分解和降解的产物的方法，所述吸收循环(1)包括吸收过程(3)和解吸过程(4)，其中从连接所述解吸过程(4)下游的冷凝过程(5)中提取冷凝物(6)，并且纯化所述冷凝物以基本除去分解和降解的产物(7)，由此形成纯化后的冷凝物(8)，再将所述纯化后的冷凝物回收至吸收循环(1)中，
其中在所述吸收循环(1)中使用的吸收剂(9)为伯氨基酸盐和仲氨基酸盐的水性溶液，其中主要由气态的CO2、气态的分解和降解产物(7)和蒸气状的吸收剂(9)组成的蒸气(18)离开解吸过程(4)，然后将所述蒸气(18)输送至冷凝过程(5)，并且其中所述冷凝物(6)包括吸收剂(9)和分解和降解产物(7)，其中所述分解和降解产物(7)为吸收剂水性溶液生成的挥发性的分解和降解产物。
2.权利要求1所述的方法，其中通过蒸馏来纯化所述冷凝物(6)以除去分解和降解的产物(7)。
3.权利要求1所述的方法，其中通过活性炭洗涤剂来纯化所述冷凝物(6)以除去分解和降解的产物(7)。
4.一种用于从CO2分离设备(10)的吸收剂(9)中去除挥发性分解和降解的产物(7)的设备，所述CO2分离设备包括在吸收循环(1)中相连的吸收器(11)和解吸器(12)，其中能够经连接所述解吸器(12)下游的冷凝器(13)的冷凝水排放管道(14)将冷凝物(6)供应至纯化设备(15)，并且在纯化设备(15)中经纯化以除去分解和降解的产物(7)的冷凝物(8)能够经冷凝水回流管道(16)回流至吸收循环(1)中，
其中在所述吸收循环(1)中使用的吸收剂(9)为伯氨基酸盐和仲氨基酸盐的水性溶液,其中主要由气态的CO2、气态的分解和降解产物(7)和蒸气状的吸收剂(9)组成的蒸气(18)离开解吸器(12)，然后将所述蒸气(18)输送至冷凝器(13)，并且其中所述冷凝物(6)包括吸收剂(9)和分解和降解产物(7)，其中所述分解和降解产物(7)为吸收剂水性溶液生成的挥发性的分解和降解产物。
5.权利要求4所述的设备，其中所述纯化设备(15)为蒸馏装置(17)，在该蒸馏装置中能够通过蒸馏从所述冷凝物(6)中去除所述分解和降解的产物(7)。
6.权利要求4所述的设备，其中所述纯化设备(15)包括活性炭过滤材料，通过所述活性炭过滤材料能够保留所述冷凝物(6)中的分解和降解的产物(7)。
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