CN104066494B - 通过二氧化碳产品液体在水洗液体中捕集氨 - Google Patents

通过二氧化碳产品液体在水洗液体中捕集氨 Download PDF

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Abstract

捕集存在于燃烧烟道气中的氨的方法，所述燃烧烟道气使用包括在冷冻氨法中的水洗单元进行了CO2去除，所述方法包括：提供包含溶解于其中的CO2的负载CO2的液体(122)；提供洗水液体(108，138)；在将所述负载CO2的液体加入到所述水洗单元(102)之前，将所述液体与所述洗水液体合并，以形成富含CO2的洗水液体(105，106)；和通过将所述富含CO2的洗水液体(105，106)加入到所述水洗单元(102)使所述燃烧烟道气(107a)与所述富含CO2的洗水液体接触。

Description

通过二氧化碳产品液体在水洗液体中捕集氨
发明领域
本发明涉及用于处理燃烧烟道气的方法和系统。更具体地讲，本发明涉及在冷冻氨法(CAP)中捕集氨。
发明背景
在用于从气体流(例如烟道气、天然气、合成气或主要含有氮、氧、氢、一氧化碳和/或甲烷的其它气体流)中工业分离酸性组分(例如H2S、CO2、COS和/或硫醇)的过程中，包含胺化合物或氨水溶液的液体溶液通常用作溶剂。在吸收过程或洗涤过程中，酸性组分通常被吸收在溶剂中。在用所述溶液“洗涤”所述酸性组分之后，必须在单独的工艺步骤中从气体流除去污染物例如痕量的氨。
用于该目的的最常用的方法为污染物的洗涤或涤气步骤。在这样的洗水步骤中，气体流在合适的接触装置中用水洗涤。通常，用于洗涤气体流的水为新鲜水或从与气体流的处理相关的汽提过程得到的NH3含量非常低的水。在用水洗涤气体流后，将水1)送回其所得自的汽提单元或2)与用于主洗涤工艺的溶液简单地混合。
存在其中系统和方法的效率得到改进的已知的方法。在WO 2009/138363中公开了一种通过使气体流与含有CO2的液体接触从气体流除去污染物的方法。据报道，该方法适用于像氨的污染物，其中污染物的排放降低。另外，在US 5 378 442中描述了一种接触含有CO2的液体以回收存在于燃烧废气中的氨的方法。
在洗涤过程(例如在汽提单元)中用过洗液的再生通常为能量密集的并且为昂贵的方法。因此，持续需要改进洗涤效率和/或降低洗液消耗的方法。用过洗液的再生可通过汽提完成，其中将特定的组分从洗液中汽提以使洗液再生。
发明概述
本发明的一个目的是在气体纯化方法中改进洗涤(wash)/涤气(scrub)步骤的效率，更具体地讲，改进在吸收器系统中氨从经处理的燃烧气体的捕集和回收。
在根据本文描述的各方面，用于在冷冻氨法(CAP)中捕集氨的改进的方法和系统最终使得离开洗涤/涤气步骤的氨浓度降低，因此提高返回吸收器系统的再循环氨的量。这有助于在吸收器系统中保持溶液中氨的浓度，并且还防止过度氨损失。
降低从水洗单元流入的经处理的烟道气中的氨排放有利于在冷冻氨法中氨的保留。当在下游工艺中再加热经处理的烟道气时，还将降低中和氨所需的硫酸的量。
根据本文所述的方面，提供了在包括在冷冻氨法中的水洗单元中捕集存在于燃烧烟道气中的氨的方法，所述燃烧烟道气已进行了CO2去除，所述方法包括以下步骤：
-提供包含溶解于其中的CO2的负载CO2的液体；
-提供洗水液体；
-在将所述负载CO2的液体加入到所述水洗单元之前，将所述液体与所述洗水液体合并，以形成富含CO2的洗水液体，以减低在所述富含CO2的洗水液体的表面之上存在的NH3的平衡蒸气压；和
-通过将所述富含CO2的洗水液体加入到所述水洗单元使所述燃烧烟道气与所述富含CO2的洗水液体接触。
将来自例如CO2冷却器的负载CO2的液体连续加入到洗水中，以保持低氨分压。基于来自水洗系统的氨排放和在溶液中所需的氨分压可调节、降低或提高所述液体的量，以满足洗涤要求。
根据所述方法的一些实施方案，在洗水中氨的浓度可在0.0005-3mol/l范围。在具有顶部区段和下部区段的水洗单元中，氨的浓度可为，例如，在顶部区段中为约0.005-0.2mol/l，在下部区段中为约0.5-3mol/l。该浓度涵盖了贫洗水和与负载CO2的液体混合的洗水二者的范围。通过用该氨在洗水中的浓度操作，氨的蒸气压可保持在低水平，例如，足够低以将气相中的氨洗涤至低于200ppm。总的来说，通过降低NH3在洗水溶液中的浓度，通过降低洗液的操作温度和/或通过混合负载CO2的液体流来用化学方法减低氨的分压，可改进氨捕集(且使NH3的分压低)。只要在所述液体之上CO2的分压高，并且不形成固体，NH3的浓度不太重要。
根据所述方法的一些实施方案，对于富含CO2的洗水液体，氨(NH3)的摩尔数与二氧化碳(CO2)的摩尔数的比率(R值)保持在约0.05-10、优选约0.1-5、更优选为约1。
根据所述方法的一些实施方案，在洗水中氨的浓度在0.0005-3mol/l范围、优选在0.05-2mol/l范围，并且在液相中CO2的分压为1-20巴。
根据所述方法的一些实施方案，在与负载CO2的液体合并之前，用于氨去除的洗水液体包含约0.0005mol/l-0.2mol/l氨(NH3)。
根据所述方法的一些实施方案，洗水单元的操作温度为约1℃-约10℃、优选约5℃。
通过在这些指定的温度范围内实施用于再捕集氨的方法，氨的蒸气压可保持低。只要可实现这些操作温度，任何致冷剂可考虑作为工作介质。合适的致冷剂可为丙烷、丙烯以及氨。
根据所述方法的一些实施方案，对于富含CO2的洗水液体，氨(NH3)的摩尔数与二氧化碳(CO2)的摩尔数的比率(也表示为R值)保持在约0.05-10、优选约0.1-5、更优选约1-4。水洗液体的R值越低，则氨捕集的结果越好。
根据本文所述方面，提供了通过将燃烧烟道气与含有液体形式的溶解的二氧化碳CO2的富含CO2的洗水液体接触从所述气体捕集氨(NH3)的气体纯化系统，其中所述系统包含：
水洗单元，用于捕集氨NH3；
一个或多个洗水液体管道，用于再循环洗水液体；
一个或多个产生负载CO2的液体的单元；
负载CO2的液体管道，用于使所述负载CO2的液体从一个或多个用于产生负载CO2的液体的单元流向洗水液体管道，以减低在所述洗水液体之上NH3的平衡蒸气压；和
一个或多个富含CO2的洗水液体管道，用于将所述负载CO2的液体和所述洗水液体合并后得到的所述富含CO2的洗水液体输送到所述水洗单元，使所述富含CO2的洗水液体与所述燃烧烟道气接触。
根据气体纯化系统的一些实施方案，用于产生负载CO2的液体的单元为CO2产品冷却器和/或CO2压缩机系统，单独或共同工作，以产生负载CO2的液体。
根据本文所述的方面，提供了一种通过洗水单元从燃烧废气捕集氨(NH3)的气体纯化系统，所述洗水单元包含至少一个填充床区段，优选两个或更多个填充床区段。
所述水洗单元可为合适的容器，比如塔。可选择填充床，以提供存在于水洗单元中的各组分的足够的传质，因此来从燃烧废气吸收NH3。所述水洗单元可包含一个或多个相同或不同且采用不同的方式排列的填充床。
根据气体纯化系统的一些实施方案，所述富含CO2的洗水液体通过富含CO2的洗水液体管道引入洗水单元的底部区段。
可将来自CO2产品冷却器和/或CO2产品压缩机的负载CO2的液体的合并流引入水洗顶部区段或水洗底部区段，或者在一些情况下，引入水洗单元的两区段中。优选应将其引入顶部区段，以实现更好的性能。
根据气体纯化系统的一些实施方案，经历氨捕集的水液体包含低于0.2mol/l氨(NH3)。
根据上述气体纯化系统的一些实施方案，水洗单元在约1℃-约10℃、优选约5℃的温度下操作。系统的操作温度取决于系统中使用的具体的致冷剂。合适的致冷剂可为丙烷、丙烯以及氨。
根据气体纯化系统的一些实施方案，在CO2产品冷却器单元中分离和液化后，将液体形式的二氧化碳CO2重新引入洗水液体中。
根据气体纯化系统的一些实施方案，在CO2产品冷却器单元中分离和液化后形成来自CO2冷却器的负载CO2的液体，将液体形式的二氧化碳CO2重新引入洗水流中。
根据气体纯化系统的一些实施方案，在CO2压缩机系统中分离和液化后形成来自级间冷却器的富含CO2的冷凝物，将液体形式的二氧化碳CO2重新引入洗水流中。
根据气体纯化系统的一些实施方案，在CO2产品冷却器单元与CO2压缩机系统的组合中分离和液化后，将液体形式的二氧化碳CO2重新引入水洗单元中。
本文使用的术语“洗水”笼统地指通过使气体流与所述洗水接触从气体流除去污染物的含水介质，导致来自所述气体流吸收污染物在所述洗水中。通常将含有吸收的污染物的洗水再循环，例如，在汽提单元中，其中可将污染物浓缩以用于焚烧或纯化和再利用。换言之，水洗步骤的经济性由达到痕量污染物所需的去除水平所需的洗水的量来决定。适当洗涤气体流所需的洗水的量由水对各个痕量污染物的的吸收能力决定，即，在气相和水相中的污染物之间的气/液平衡。
或者，洗水的改进的吸收能力可用于进一步降低存在于离开水洗步骤的气体流中污染物的量，而不会增加洗水消耗。换言之，可降低排放，而不会由于增加的水和能量消耗而相应增加成本。
使用液体CO2来改进洗水的吸收能力是更加有利的，原因是，例如，i)CO2无味并且相对无毒，ii)在洗水再生期间可容易地除去使用后的洗水中剩余的任何CO2，和iii)在本发明的至少一些实施方案中，CO2可作为来自另一工艺步骤的产品容易地得到。
碱性化合物通常用于吸收工艺，用于从气体流除去酸性气体，例如CO2、H2S和COS。氨为这样的碱性化合物的一个实例，并且冷冻氨法(CAP)为用于此的方法。本发明的气体纯化方法有效地用于除去来自采用冷冻氨法的污染气体流的氨。通过本发明，提供了用于所述改进的方法的气体纯化系统。
附图简述
图1为概括性描述根据本发明基于氨的气体纯化系统的一个实施方案的流程图。
图2为概括性描述已知的基于氨的气体纯化系统(现有技术)的流程图。
发明详述
参考附图，下文详细描述现有技术和本发明的气体纯化系统的具体实施方案。
图1为根据本发明的基于氨的气体纯化系统101的一个实施方案的示意性表示。气体纯化系统101包含水洗单元102，水洗单元102设置成使得待纯化的气体流与一个或多个洗液接触。
根据一个实施方案，设置水洗单元102以用于清洁已通过冷冻氨法的CO2吸收器140的烟道气。冷冻氨法原样描述于例如WO 2006/022885(Eli GAL)。因此，根据冷冻氨法，可设置CO2吸收器140例如可用于从例如发电厂、工业工厂、废物焚烧工厂或冶金工厂的烟道气捕集CO2。在冷冻氨法中，CO2捕集在吸收器140中的氨化溶液中，且氨化溶液在再生器单元142中再生。这样的再生涉及加热氨化溶液以引起CO2释放。出于保持说明的清楚性的原因，图1未示出CO2吸收器140和再生器单元142之间氨化溶液的流动或通过吸收器140的烟道气的流动。
已通过CO2吸收器140用于二氧化碳捕集的烟道气含有氨，并且经由管道107a被送至水洗单元102用于洗涤，这点在下文将更详细描述。
由于在再生器单元142中加热氨化溶液而释放的CO2产品经由流体连接的管道142a从再生器单元142被送至CO2产品冷却器单元120。通过从CO2产品捕集氨和冷凝水蒸气，CO2产品冷却器单元120纯化从再生器单元142送来的CO2产品。含有水的液体通过流体连接的回路管道121在CO2产品冷却器单元120中循环。在回路管道121中循环的液体在换热器121a中冷却，以引起水蒸气从CO2产品中冷凝。在CO2产品冷却器单元120的回路管道121中循环的液体将从再生器单元142的CO2产品捕集氨以及一些CO2。因此在回路管道121中循环的液体将含有一些溶解的氨和一些溶解的CO2。
如下文将更详细描述，具有降低含量的氨的再生的洗水经由管道111送至CO2产品冷却器单元120，并且在CO2产品冷却器单元120中循环的一部分液体通过与回路管道121流体连接的管道122从单元120送出。
水洗单元102为传质单元，其可包含传质增强设置物，例如水洗单元102可包含具有填充床的塔，其中选择填充材料以优化单元102中的传质。填充材料可选自许多不同的合适且市售可得的填充材料。另外，可设置水洗单元102以包含一个、两个或更多个洗涤区段，其中每个区段形成填充床的材料可相同或不同，并且设置物(例如无规或规整填料)可相同或不同以优化参数(例如表面积、流动方式、质量流量等)。通过单元102的液体流在不同区段之间还可不同地设置以优化系统和/或传质。例如，液体流可以逆流模式，其中液体以与气体相反的方向流动，气体垂直向上流动，液体垂直向下流动；或者以顺流模式，液体和气体二者垂直向下流动。此外，对于每个区段，液体可采用循环模式设置，其中在从其中除去之前将液体在该区段中再循环若干次，或者以单程方式设置，其中液体单程通过该区段，随后从其中除去。
在图1的具体实施方案中，水洗单元为水洗单元102，其包含具有不同填料区段的两段洗涤系统。底部区段103(即，水洗单元102的下部)包含规整填料，并且以逆流模式操作，液体溶液采用循环模式，烟道气采用单程模式。顶部区段104(即，水洗单元102的第二区段)包含无规填料，并且以逆流模式操作，水流单程通过，烟道气流单程通过。待清洁的烟道气经由管道107a进入水洗单元102。已清洁的烟道气经由管道107b离开水洗单元102。
离开水洗单元102的用过的洗液含有吸收的氨，并且经由流体连接的管道108离开水洗单元102。用过的洗液可至少部分再循环，并且经由流体连接的管道105重新引入水洗单元102及其下部103。
本发明的一个选项为，可将一部分CO2经由流体连接的管道125引入管道105中的洗液中，因此将含有CO2的洗液在单元102的底部(第一)区段103处引入水洗单元102中。组合地或替代地，将一部分CO2引入管道105中的洗液中，并且如下文更详细描述，可将一部分CO2经由流体连接的管道122引入管道106中的洗液中，因此将含有CO2的洗液在单元102的顶部(第二)区段104处引入水洗单元102中。
经由管道105和/或管道106引入水洗单元102的液体称作“富含CO2的洗水液体”，其为将洗水液体与那部分CO2混合后得到的洗水。如图1中所示，那部分CO2可为已从自再生器142送来的CO2产品捕集在CO2产品冷却器单元120的液体中的CO2。含有一部分溶解于其中的CO2的这类液体从CO2产品冷却器单元120经由流体连接的管道122并任选经由流体连接的管道125送至水洗单元102。溶解的CO2经由管道122和任选的管道125送至水洗单元102，溶解的CO2通过降低氨的蒸气压来改进在水洗单元102中氨的捕集，这点将在下文更详细描述。
在经由管道107a进入水洗单元102的烟道气中氨的含量可为约5000-16000ppm。
具有降低含量的氨的烟道气经由流体连接的管道107b离开水洗单元102，且例如送至直接接触冷却器(DCC)单元，出于保持说明的清楚性的原因而未示出。在经由管道107b离开水洗单元102的烟道气中氨的量可为约0-500ppm、优选低于200ppm。
经由管道108离开水洗单元102的一部分洗水液体(可称为“用尽的洗水”)可经由流体连接的管道112进料至换热器110。在换热器110中，经由管道108、112来自水洗单元102的用尽的洗水与经由流体连接的管道132来自汽提器单元130的再生的洗水流换热。因此，来自水洗单元102的用尽的洗水经由管道112送至换热器110，并且经由流体连接的管道131离开换热器110。流体连接的管道131将用尽的洗水送至汽提器单元130。通常，经由流体连接的管道131送至汽提器单元130的用尽的洗水可包含浓度在0.5-3mol/l范围的氨。在汽提器单元130中，用尽的洗水的至少一部分含量的氨被除去，从而产生再生的洗水，这点下文将更详细描述，其经由流体连接的管道132离开汽提器单元130。通常，经由流体连接的管道132离开汽提器单元130的再生的洗水可包含浓度在0.005-0.2mol/l范围的氨。
再生的洗水经由管道132送至换热器110，其中再生的洗水与在管道112、131中输送的用尽的洗水换热。经由管道132送来的再生的洗水具有比经由管道112送来的用尽的洗水更高的温度。因此，在换热器110中，在经由流体连接的管道131送至汽提器单元130之前，加热用尽的洗水。这降低了必须供应至汽提器单元130以实现从用尽的洗水汽提氨的热量。经由流体连接的管道132从汽提器单元130送来的再生的洗水在换热器110中冷却，随后经由流体连接的管道138a送至流体连接的管道138，并且进一步任选通过换热器124送至水洗单元102的顶部区段104，并经由流体连接的管道111送至CO2产品冷却器单元120。
因此，再生的洗水经由流体连接的管道138a、111从换热器110送至CO2产品冷却器单元120。往CO2产品冷却器单元120的水流的流速通常为约5l/分钟-300l/分钟，例如约5l/分钟-200l/分钟。在CO2产品冷却器单元120中，含有CO2的水通过流体连接的回路管道121再循环至CO2冷却器单元120中。一部分含有CO2的水从管道121分流，且水经由流体连接的管道122输送至水洗单元102，流速为约5l/分钟-300l/分钟。在管道122中运送的液体也可称作“负载CO2的液体”，即，包含溶解的CO2的液体，并且从CO2冷却器单元120送来。
在一个实施方案中，管道122经由流体连接的管道125与底部区段103的再循环回路(管道108)连接，其中来自CO2产品冷却器单元120的含有CO2的水经过换热器123之后与经由管道105重新引入的水混合进入水洗单元102的底部第一区段103。
在本发明的一个实施方案中，管道122与管道138流体连接，其中含有CO2的水与从换热器110送来的再生的洗水混合，并且经由管道106进一步送至水洗单元102及其顶部区段104。
冷却的CO2产品从CO2产品冷却器单元120经由管道126和任选的换热器127送至CO2压缩机系统150，CO2压缩机系统150产生压缩的富含CO2的气体，富含CO2的气体经由流体连接的管道151输送以用于进一步处理。作为在压缩级段之间的中间冷却的效果，在CO2压缩机系统150中得到的包含水和CO2的冷凝物可经由流体连接的管道152再循环至气体纯化系统101。此处的液体称作“来自CO2压缩机级间冷却器的富含CO2的冷凝物”。管道152与管道122流体连接，并且来自CO2压缩机级间冷却器的富含CO2的冷凝物”如上所述送至水洗单元102。
任选地，在气体纯化系统101中，在CO2产品冷却器单元155中分离和液化之后，将液体形式的二氧化碳CO2经由流体连接的管道154和152重新引入水洗单元102中，CO2产品冷却器单元155可为用于从不可冷凝的气体(例如氧气和氮气)中分离二氧化碳的低温单元，这样的单元155包括在高压CO2压缩机系统153中。
在一个实施方案中，通过将经由管道121至管道122送来的来自CO2冷却器的负载的洗水溶液与经由管道152送来的来自CO2压缩机级间冷却器的富含CO2的冷凝物合并来产生所述含有CO2的液体。
任选地，在约3-约7℃的温度下，在进入水洗单元102之前，使所述含有CO2的水通过换热器单元124a、124b。
换热器单元110经由流体连接的管道131和132与汽提器单元130流体连接，其中热量从汽提器底部流转移至进料流，使得在汽提器单元130中的能耗最小化，并且使得向水洗单元102提供低温液体以降低冷冻器载荷。例如，汽提器单元130可在大于120℃的温度下和大于20巴的压力下操作。汽提器单元130经由流体连接的管道136和137用蒸汽加热。在汽提器单元130中，经由管道131从来自水洗单元102的用尽的洗水除去氨，并且氨经由流体连接的管道135转移至CO2吸收器140以用于进一步处理，例如捕集CO2。取决于汽提器操作压力，含有氨并经由管道133离开汽提器单元130的气体在通向再生器或吸收器系统的路上经过冷凝器134。冷却液体经由流体连接的管道134a送至冷凝器134，并且经由流体连接的管道134b离开冷凝器134。经由管道134a、134b经过冷凝器134的冷却液体可为各种起源。例如，冷却液体可为从吸收器140送至再生器单元142以在其中再生的氨化溶液。冷凝器134的冷却液体还可为例如锅炉的进水或者在工厂中可得到另一种冷却水。作为冷却经由管道133离开汽提器单元130的气体的效果，在冷凝器134中形成的蒸气和液体经由流体连接的管道133a离开冷凝器134并且送至蒸气-液体分离器135a。在蒸气-液体分离器135a中，气体和液体彼此分离。在蒸气-液体分离器135a的底部收集的液体经由流体连接的管道135b返回至汽提器单元130。在低压汽提器操作中，顶部蒸气流随后经由管道135转移至吸收器140。
以上详述的系统在20巴的压力下操作。然而，被认为显而易见的是，该系统也适用于在较低的压力下操作，并且设置成使得可用参数已被调节来实现预期的实现NH3捕集效果。
经由管道107a进入水洗单元102的气体通常包含浓度为1.5-2.5％体积的CO2。
水洗单元102通常在相对高的气体速度下操作，例如在2-8m/s范围，例如约2.5m/s。
通过经由含有CO2的液体将一部分CO2引入水洗单元102中，氨的摩尔数与CO2的摩尔数的摩尔比可降低。氨的摩尔数与CO2的摩尔数的摩尔比的该降低减低了在用于水洗单元102的富含CO2的洗水液体的表面之上存在的NH3的平衡蒸气压。在水洗单元102的顶部区段104中，经由管道106送来的富含CO2的洗水液体的氨的浓度可通常为0.005-0.2mol/l的NH3。对于经由管道106送来的富含CO2的洗水液体，氨(NH3)的摩尔数与二氧化碳(CO2)的摩尔数的比率可通常保持在约0.05-10，更通常为约0.05-2。在水洗单元102的底部区段103中，经由管道105送来的富含CO2的洗水液体的氨的浓度可为0.5-3mol/l的NH3。对于经由管道105送来的富含CO2的洗水液体，氨(NH3)的摩尔数与二氧化碳(CO2)的摩尔数的比率可通常保持在约0.05-10，更通常为约0.5-10。
CO2产品冷却器单元120还与再生器单元142连接，再生器单元142设置成使已用于吸收器140中例如根据冷冻氨法从烟道气吸收CO2的吸收液体再生。因此，CO2产品冷却器单元120冷却在再生器单元142中已从氨化溶液中释放的CO2。
图2为先前使用的气体纯化系统201(现有技术)的示意性表示。该系统包含水洗单元202，其设置成让待纯化的气体流与一个或多个洗液接触。
水洗单元202示于图2，包含具有不同填料区段的两段洗涤系统。在水洗单元202的下部的底部区段203包含规整的填充床，并且对溶液以循环模式操作，而对烟道气以单程模式操作。在水洗单元202的顶部的顶部区段204包含以逆流模式操作的无规填充床，具有单程水流和单程烟道气流。
离开水洗单元202并且含有吸收的氨的用过的洗水液体经由流体连接的管道208离开水洗单元。用过的洗水液体可经由管道205再循环并且重新引入水洗单元202及其下部。
具有降低浓度的氨的烟道气经由管道207离开水洗单元202，并且可送至直接接触冷却器(DCC)单元，出于保持说明的清楚性的原因而未示出。
洗水经由管道212进料至换热器单元210。水经由管道211从换热器单元210送至CO2产品冷却器单元220。
上文结合图1描述的实施方案的优点包括：
在从水洗单元102排放的经处理的烟道气中的NH3具有低浓度；
在处理后，例如在直接接触冷却系统(DCC)和直接接触加热(DCH)系统中，酸化组分(如硫酸)的消耗低；
在用于吸收和再生的系统中，期望的溶液摩尔浓度的可保持性；
汽提器过程的较低能耗；
在水洗单元102中捕集氨所需的液体量最小化。
实施例
实施例1(计算机模型的验证)
将根据上述现有技术系统(图2)具有模拟水洗单元的计算机模型(A)与类似的现有技术系统的测试结果(B)相比较。
模拟结果表明，与测试结果相比，氨排放低2.3％，如表1所示。因此，认为该计算机模型是物理过程和系统的合理表示。
表1比较：计算机模型与实测结果(现有技术系统)
实施例2(加入含有CO2的液体的效果)
在模拟水洗单元102中经由管道105从CO2产品冷却器120引入含有CO2的液体(图1)，因此将含有CO2的液体引入水洗单元102的底部区段103中，并与经由管道106从CO2产品冷却器120引入含有CO2的液体因此引入水洗单元102的顶部区段104相比较。在水洗单元102中引入含有CO2的液体的效果示于表2。含有CO2的液体的氨含量(mol/l)为0.54，并且摩尔比R为1.05(NH3的摩尔数/CO2的摩尔数)，并且测得含有CO2的液体的流速为约59l/分钟，在管道107b中烟道气流量为约40 800kg/小时。
表2比较：经由管道105引入含有CO2的液体与经由管道106引入含有CO2的液体比较
在表2中示出的结果表明，与经由管道105向底部区段103引入含有CO2的液体相比，经由管道106向水洗单元102的顶部区段104供应含有CO2的液体降低氨的排放约42％。
当与表1的现有技术结果相比较时，显然经由管道105引入含有CO2的液体导致氨排放降低约6％(NH3从312ppm降低至294ppm)，且经由管道106引入含有CO2的液体导致氨排放降低约45％(NH3从312ppm降低至171ppm)。
实施例3(高入口氨浓度)
进行模拟以测试在送至水洗单元的烟道气中高氨浓度下的氨排放，在该实施例中入口氨为16 000ppm。
比较实施例：表3示出了使用图2的现有技术水洗单元202的模拟结果。
表3比较实施例：现有技术水洗系统202的氨捕集。
气体中高氨浓度并经由管道105或经由管道106引入含有CO2的液体的模拟：
气体流速保持在与比较实施例相同的水平。在第一模拟中，将来自CO2产品冷却器单元120的含有CO2的液体经由管道105加入到水洗单元102的底部区段103。在第二模拟中，将来自CO2产品冷却器单元120的含有CO2的液体经由管道106加入到水洗单元102的顶部区段104。在每次模拟中，以227l/分钟的流速加入含有CO2的液体，在管道107b中烟道气流量为约40 800kg/小时，氨的浓度保持在1mol/l，并且摩尔比(NH3的摩尔数/CO2的摩尔数)为1.05。
所得结果示于表4：
表4水洗系统102的氨捕集，经由管道105或经由管道106引入CO2
如上所示，氨的排放从现有技术水洗系统202得到的约2300ppm(表3)降低至使用经由管道105向底部区段103供应CO2的水洗单元102的约710ppm(表4)，并且降低至经由管道106通过在顶部区段104将含有CO2的液体引入洗水单元102的约160ppm(表4)。
总之，使用包括在冷冻氨法中的水洗单元捕集存在于燃烧烟道气中的氨的方法，所述燃烧烟道气已经进行了CO2去除，所述方法包括：
-提供包含溶解于液体中的CO2的负载CO2的液体(122)；
-提供洗水液体(108，138)；
-在将液体加入到所述水洗单元(102)之前，将负载CO2的液体与洗水液体合并，以形成富含CO2的洗水液体(105，106)；和
-通过将富含CO2的洗水液体加入到所述水洗单元(102)使所述燃烧烟道气与所述富含CO2的洗水液体接触。
虽然已参考各种示例性实施方案描述了本发明，本领域技术人员应理解的是，在不偏离本发明的范围下，可进行各种变化，并且等价物可替代其要素。此外，在不偏离本发明的基本范围下，可进行许多修改，使得具体的情况或材料适应本发明的教导。因此，本发明意欲不局限于作为实施本发明所考虑的最佳模式公开的具体实施方案，而是本发明包括落入随附权利要求范围内的所有实施方案。

Claims (16)

1.捕集存在于燃烧烟道气中的氨的方法，所述燃烧烟道气已经进行了CO2去除，所述方法使用包括在冷冻氨法中的水洗单元，其中所述水洗单元包括至少第一和第二阶段，其中所述第一阶段包括规整填料，并且以逆流模式操作，其中液体溶液采用循环模式，烟道气采用单程模式，所述第二阶段包括无规填料，并且以逆流模式操作，其中水流单程通过，烟道气流单程通过，所述方法包括以下步骤：
提供包含溶解于其中的CO2的负载CO2的液体；
提供洗水液体；
在将所述负载CO2的液体加入到所述水洗单元之前，将所述液体与所述洗水液体合并，以形成富含CO2的洗水液体；和
通过将所述富含CO2的洗水液体加入到所述水洗单元的第一和第二阶段的各个阶段中，使所述燃烧烟道气与所述富含CO2的洗水液体接触；并且
形成降低氨浓度的烟道气流和已使用的洗水流；
其中在所述加入到所述第一阶段的富含CO2的洗水液体中的氨的浓度为0.5-3 mol/L；
其中在所述加入到所述第二阶段的富含CO2的洗水液体中的氨的浓度为0.005-0.2mol/L。
2.权利要求1的方法，其中在与所述负载CO2的液体合并之前，所述洗水液体包含0.0005mol/L-0.2 mol/L氨(NH3)。
3.权利要求1的方法，其中所述水洗单元在1℃-10℃的温度下操作。
4.权利要求1的方法，其中对于所述富含CO2的洗水液体，氨(NH3)的摩尔数与二氧化碳(CO2)的摩尔数的比率保持在0.05-10。
5.权利要求1的方法，其中对于所述富含CO2的洗水液体，氨(NH3)的摩尔数与二氧化碳(CO2)的摩尔数的比率保持在0.1-5。
6.权利要求1的方法，其中对于所述富含CO2的洗水液体，氨(NH3)的摩尔数与二氧化碳(CO2)的摩尔数的比率保持在1-4。
7.通过与含有液体形式的溶解的二氧化碳CO2的富含CO2的洗水液体接触从燃烧烟道气捕集氨(NH3)的气体纯化系统，其中所述系统包含：
水洗单元，用于捕集氨NH3，所述水洗单元包括至少第一阶段和第二阶段，其中所述第一阶段包括规整填料，并且以逆流模式操作，其中液体溶液采用循环模式，烟道气采用单程模式，所述第二阶段包括无规填料，并且以逆流模式操作，其中水流单程通过，烟道气流单程通过；
一个或多个洗水液体管道，用于再循环洗水液体；
一个或多个用于产生负载CO2的液体的单元；
负载CO2的液体管道，用于使所述负载CO2的液体从一个或多个用于产生负载CO2的液体的单元流向洗水液体管道；和
一个或多个富含CO2的洗水液体管道，用于使所述富含CO2的洗水液体流过、用于将所述负载CO2的液体和所述洗水液体合并送入所述水洗单元，使所述富含CO2的洗水液体与所述燃烧烟道气接触；
其中在加入到所述第一阶段的富含CO2的洗水液体中的氨的浓度为0.5-3 mol/L；
其中在加入到所述第二阶段的富含CO2的洗水液体中的氨的浓度为0.005-0.2 mol/L。
8.权利要求7的气体纯化系统，其中所述用于产生负载CO2的液体的单元为CO2产品冷却器和/或CO2压缩机系统，单独或共同工作以产生负载CO2的液体。
9.权利要求7的气体纯化系统，其中所述水洗单元的第一阶段和第二阶段包含填充材料。
10.权利要求7的气体纯化系统，其中通过富含CO2的洗水液体管道将所述富含CO2的洗水液体引入所述水洗单元的第一阶段。
11.权利要求7的气体纯化系统，其中通过富含CO2的洗水液体管道将所述富含CO2的洗水液体引入所述水洗单元的第二阶段。
12.权利要求7的气体纯化系统，所述气体纯化系统还包括至少一种换热器，并且其中所述水洗单元在1℃-10℃的温度下操作。
13.权利要求7的气体纯化系统，其中在CO2产品冷却器单元中分离和液化之后，将液体形式的二氧化碳CO2重新引入所述水洗单元中。
14.权利要求7的气体纯化系统，其中在CO2压缩机系统中分离和液化之后形成来自级间冷却器的富含CO2的冷凝物，将液体形式的二氧化碳CO2重新引入所述水洗单元中。
15.权利要求7的气体纯化系统，其中在CO2产品冷却器单元与CO2压缩机系统的组合中分离和液化之后，将液体形式的二氧化碳CO2重新引入所述水洗单元中。
16.通过与含有液体形式的溶解的二氧化碳CO2的富含CO2的洗水液体接触从燃烧烟道气捕集氨(NH3)的气体纯化系统，其中所述系统包含：
水洗单元，用于捕集氨NH3，所述水洗单元包括至少第一阶段和第二阶段，其中所述第一阶段包括规整填料，并且以逆流模式操作，其中液体溶液采用循环模式，烟道气采用单程模式，所述第二阶段包括无规填料，并且以逆流模式操作，其中水流单程通过，烟道气流单程通过；
至少一个或多个洗水液体管道，用于提供洗水液体；
至少一个或多个用于产生负载CO2的液体的单元；
至少一个或多个负载CO2的液体管道，用于使所述用于产生负载CO2的液体的单元与所述洗水液体管道流体相连，并形成所述富含CO2的洗水液体；并且
其中所述第一阶段和第二阶段还包括一个或多个的管道，用于接收所述富含CO2的洗水液体，并使所述富含CO2的洗水液体与所述燃烧烟道气接触；
其中在加入到所述第一阶段的富含CO2的洗水液体中的氨的浓度为0.5-3 mol/L；
其中在加入到所述第二阶段的富含CO2的洗水液体中的氨的浓度为0.005-0.2 mol/L。
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