CN108883364A - 从烟道气中除去二氧化碳的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

公开了从烟道气中除去二氧化碳的方法。该方法包括：使烟道气与氨混合；以及，使该气体混合物与硝酸钙溶液接触以生成碳酸钙沉淀物和硝酸铵溶液，或者，使该气体混合物与硝酸钠溶液接触以生成钠的碳酸盐沉淀物和硝酸铵溶液。通过从所述溶液分离碳酸盐/碳酸氢盐来收取该碳酸盐/碳酸氢盐沉淀物。还公开用于实施以上方法的装置。该装置包括反应容器，该反应容器具有用于接收所述溶液的入口和用于接收烟道气‑氨混合物并将其输送到气‑液接触器的入口，该气‑液接触器配置成使所述气体混合物扩散到硝酸钙或硝酸钠溶液中。该反应容器还装有叶轮和引流管，该叶轮和引流管配置成用于使经扩散的气体混合物在整个硝酸钙或硝酸钠溶液中循环足以产生碳酸盐/碳酸氢盐沉淀物的时间，从而将CO2锁定成固体形式。

Description

从烟道气中除去二氧化碳的方法和装置
技术领域
本发明涉及从烟道气中除去二氧化碳的方法和装置。特别地，本发明涉及使用硝酸钙溶液、硝酸钠溶液或硫酸钙溶液从烟道气中除去二氧化碳的方法和装置。
背景技术
来自发电厂、工业设备、精炼厂等的烟道气是温室气体(特别是二氧化碳)的主要来源。存在若干种通常用于处理烟道气来去除污染物(例如颗粒物、重金属化合物、氮氧化物和硫氧化物)以符合环境排放控制条例(规定)的化学工艺和涤气器。然而，一直需要指向经济上可行的捕集和储存二氧化碳的方法和系统的技术。另外，如下将是有利的：将正被排放至大气需要的大量二氧化碳转化成多种副产物，从而，避免在仅生产一种产物时可能出现的市场过剩和处理问题。
一种用于从烟道气中收取二氧化碳的经过市场检验的工艺采用包含单乙醇胺(MEA)和其它伯胺的工业吸收剂。这些吸收剂能够收取(回收)烟道气中的二氧化碳的85-95％，并且，当再生时生成99.95％以上纯度的二氧化碳制品。然而，这些吸收剂需要定期再生(这具有与之相关的能量成本)，而且，随着时间的推移，所述吸收剂经受腐蚀和溶剂劣化问题。
因此，需要用于制造来自从烟道气中除去二氧化碳的碳捕集工艺的多种制品的替代或改进的方法和系统。如果将数百万吨的二氧化碳用于产生单一制品，则其将很快处于过度供给的状态。从碳捕集产生多种高价值制品的工艺能够提升许多国家的经济。
鉴于从排放源将收取的二氧化碳的体积大，还需要这样的装置：其产生尽可能小的环境足迹，特别是其对其中产生大体积二氧化碳的现有设备进行翻新。需要使该装置配置有具有合适直径的垂直圆筒形反应器，以适应可利用的空间。
发明内容
根据第一方面，提供从烟道气中除去二氧化碳的方法，该方法包括：
使烟道气与氨混合；以及
使来自步骤a)的气体混合物与含硝酸钙、硝酸钠或硫酸钙的溶液接触，从而，产生在硝酸铵或硫酸铵溶液中的碳酸盐和/或碳酸氢盐沉淀物。
在一个实施方式中，该方法可进一步包括通过从硝酸铵溶液或硫酸铵溶液分离碳酸盐/碳酸氢盐沉淀物来收取该碳酸盐/碳酸氢盐沉淀物的步骤。
在另一实施方式中，来自步骤b)的逸出(slip)的氨蒸气可被收集、再循环，并且，在步骤a)中与烟道气和氨进行混合。
根据第二方面，提供用于从烟道气中除去二氧化碳的装置，该装置包含：
容器，其具有用于接收含硝酸钙、硝酸钠或硫酸钙的溶液的入口以及用于接收烟道气与氨的气体混合物的入口；
气-液接触器，其配置成用于使所述气体混合物扩散到该容器中所接收的硝酸钙溶液、硝酸钠溶液或硫酸钙溶液内；
该容器装有叶轮和引流管，该叶轮和引流管配置成用于使该经扩散的气体混合物在该硝酸钙、硝酸钠或硫酸钙溶液中循环一段足以产生碳酸盐/碳酸氢盐沉淀物的时间。
附图说明
尽管任何其它形式也可落入到本发明内容中所述的方法和装置的范围内，但现在将仅以示例的方式参考附图描述特定的实施方案，其中：
图1是用于从烟道气中除去二氧化碳的装置的示意图；和
图2是使用连续分批操作系统从烟道气中除去二氧化碳的设备设置的示意图。
图3是使用用于连续分批法的装置从烟道气中除去二氧化碳的设备的示意图。图3包括多管式的空冷和水冷的排放冷却歧管。
图4是文丘里管/环形装置的分解示意图，该文丘里管/环形装置用于在与溶液接触之前将从反应器顶部空间收取的逸出的氨和CO2重新引回到烟道气的氮化流中。
图5是用于使反应后的气体混合物与循环溶液接触的反应器环的示意图，该溶液分散气体-氨，而且，该溶液促进二氧化碳的吸附并使气泡扩散到循环溶液中。
具体实施方式
在一个方面中，本申请涉及从烟道气中除去二氧化碳的方法。
通用的术语
在整个本说明书中，除非另有特别说明或上下文另有要求，否则对于单一步骤、物质组成、步骤的组、或者物质组成的组的提及应视为涵盖那些步骤、物质组成、步骤的组、或者物质组成的组中的一个(种)和复数个(种)(即一个(种)或多个(种))。因此，如本文所用的，单数形式“一”、“一个(种)”和“该(所述)”包括复数的方面，除非上下文另有明确说明。例如，对于“一”的提及包括单个(种)以及两个(种)或更多个(种)；对于“一个(种)”的提及包括单个(种)以及两个(种)或更多个(种)；对于“该(所述)”的提及包括单个(种)以及两个(种)或更多个(种)等。
除非另有特别说明，否则本文所述的本公开内容中的每个实施例在加以必要的变更后应用于每个其它实施例。本公开内容不限于本文描述的具体实施例的范围，这些实施例仅用于举例说明的目的。功能上等同的制品、组合物和方法显然在本文所述的公开内容的范围内。
术语“和/或”(例如“X和/或Y”)应理解为表示“X和Y”或“X或Y”，并且，应被视为对这两种含义或任一含义提供明确的支持。
在整个本说明书中，措辞“包括”或者诸如“包含”或“含有”的变体将被理解为暗示包括所述的要素、整数或步骤，或者，要素、整数或步骤的组，但不排斥任何其它的要素、整数或步骤，或者，要素、整数或步骤的组。
除非另有定义，否则本文使用的所有技术和科学术语均具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。尽管与本文所述的那些类似或等同的方法和材料可用于本发明的实践或测试，但下文描述了合适的方法和材料。在冲突的情况下，本说明书(包括定义)将受到控制。此外，所述材料、方法和实施例仅是说明性的而非用来进行限制。
烟道气
术语“烟道气”广泛地用于指代经由烟道离开去往大气的任何气体，所述烟道是用于输送由工业或燃烧过程产生的废气的管路(管线)。一般地，烟道气是指在以化石燃料(例如煤、石油和天然气)作为燃料的发电厂产生的燃烧废气。然而，应当理解，术语烟道气可指代由其它工业过程(例如，水泥和石灰生产、钢铁生产、焚烧炉、以及大型精炼厂、石化厂和化工厂中的加工炉)产生的含有二氧化碳的废气；且也指代来自各种类型的发动机(包括，但不限于，柴油发动机、内燃机和燃气涡轮发动机)的废气。
烟道气的组成取决于燃烧燃料或者产生烟道气的工业过程类型。烟道气可包含选自以下的一种或多种气体：氮气、二氧化碳、一氧化碳、水蒸气、氧气、碳氢化合物(烃)及污染物，例如颗粒状物质、氮氧化物(NOx)和硫氧化物(SOx)。
二氧化碳的除去
从烟道气中除去二氧化碳的方法包括：
使烟道气与氨混合；以及
使来自步骤a)的气体混合物与含硝酸钙、硝酸钠或硫酸钙的溶液接触，从而，产生在硝酸铵或硫酸铵溶液中的碳酸盐和/或碳酸氢盐沉淀物。
烟道气的冷却
烟道气离开烟道的温度可在约300℃～约800℃的范围内，这取决于产生烟道气的工艺、烟道长度以及本领域技术人员将会理解的其它因素。在使烟道气与氨混合之前，可将烟道气冷却至低于35℃。
可以通过使烟道气通过热交换器(换热器)来实现烟道气的冷却。热交换器可以是空冷或水冷的直列式(直排)多管热交换器。
另外或者替代地，烟道气的冷却可以通过使烟道气与温度较低的气体(特别是氨或逸出的氨蒸气)混合来实现，所述逸出的氨蒸气采集自步骤b)中的气体混合物与含硝酸钙、硝酸钠或硫酸钙的溶液的反应。
烟道气与氨的混合
烟道气与氨的混合可包括将氨的流引入到烟道气的流中。在某些实施方式中，烟道气的流包含烟道气的经加湿的流。本文所用的术语“经加湿”、“加湿”或其变体是指在压力和温度下以水蒸气饱和的气体。
烟道气-氨混合物可包含约20％(体积/体积)～约40％(体积/体积)的氨。
烟道气也可以压缩到至少5psi的压力，优选地，压缩到5psi～约15psi的压力。
与二氧化碳在冷却的氨-烟道气混合物中的吸附相关的初步化学吸收过程描述如下：
CO2+(NH4)OH→(NH4)HCO3
或者
CO2+NH3+H2O→(NH4)HCO3(水溶液)
可以通过对烟道气和/或氨气进行加湿来辅助该初步化学吸收。烟道气可以固有地含有蒸汽形式的水蒸气。此外，或者，可选择地，氨气可在将其与烟道气混合之前进行加湿。应当理解，对来自步骤b)的收集和循环的氨逸出蒸气进行加湿。
有利地，当使所得的烟道气-氨混合物穿过如下所述的气-液接触器时，该烟道气-氨混合物中的氨将被吸收并溶解到硝酸钙溶液、硝酸钠溶液或硫酸钙溶液中。
硝酸钙溶液
术语“硝酸钙溶液”泛指含有显著浓度的溶解的Ca(NO3)2的任何水溶液。溶解盐的浓度通常以克/升表示。硝酸钙溶液中的硝酸钙的浓度可大于约230克硝酸钙/升且最高达860克硝酸钙/升。所述水溶液可以是水、去离子水、超纯水、蒸馏水、市政用水、地下水、采出水(produced water)或携带非常少污染物的工艺用水。
硝酸钠溶液
术语“硝酸钠溶液”泛指含有显著浓度的溶解的NaNO3的任何水溶液。溶解盐的浓度通常以克/升表示。硝酸钠溶液中的硝酸钠的浓度可大于约230克硝酸钠/升。所述水溶液可以是水、去离子水、超纯水、蒸馏水、市政用水、地下水、采出水或携带非常少污染物的工艺用水。
硫酸钙溶液
术语“硫酸钙”泛指含有显著浓度的溶解和未溶解的CaSO4的任何水溶液。溶解和未溶解的盐的浓度通常以克/升表示。硫酸钙的浓度可大于约500克硫酸钙/升。所述水溶液可以是水、去离子水、超纯水、蒸馏水、市政用水、地下水、采出水或携带非常少污染物的工艺用水。
硝酸钙、硝酸钠或硫酸钙溶液的pH可以在约7～约10的范围内，优选在约7.5～约9.6的范围内。适合的缓冲液(其将为本领域技术人员所熟知的)可用于保持硝酸钙、硝酸钠或硫酸钙溶液的pH在所需的pH范围内，尽管预计在大多数情况下，烟道气-氨混合物中的氨的体积足以保持硝酸钙、硝酸钠或硫酸钙溶液的pH在所需的pH范围内。
硝酸钙溶液、硝酸钠溶液或硫酸钙溶液保持在低于35℃、优选约20℃～约33℃的低温。硝酸钙溶液、硝酸钠溶液或硫酸钙溶液保持在低温下，以便提高所述溶液从烟道气-氨的气体混合物中吸收二氧化碳的能力并使处于溶解状态的二氧化碳保持为碳酸氢盐/碳酸盐阴离子，如将在下文所描述的。保持所述溶液在低温下有助于保持氨的碳酸盐/碳酸氢盐处于溶解状态，从而防止逸出的氨和CO2在反应混合物上方的顶部空间中产生压力。
气体混合物与硝酸钙溶液、硝酸钠溶液或硫酸钙溶液的接触
气体混合物与硝酸钙溶液、硝酸钠溶液或硫酸钙溶液的接触可包括使烟道气-氨混合物穿过气-液接触器。气-液接触器配置成用于使所述气体混合物的气泡扩散到水溶液中。
应当理解，烟道气-氨混合物与硝酸钙溶液、硝酸钠溶液或硫酸钙溶液的接触促进了二氧化碳和氨(以及SOx和NOx气体)在所述溶液中的吸收。其吸收可通过物理吸收或化学吸收过程进行。
在物理吸收过程中，二氧化碳和氨溶解在所述溶液中。该溶解的二氧化碳气体的溶解度将至少部分地取决于所述溶液的温度、压力和pH。
与二氧化碳和氨在硝酸钙溶液、硝酸钠溶液或硫酸钙溶液中的吸收有关的初步化学吸收可描述为如下：
1.CO2(气体)+CaNO3(水溶液)+NH3(气体)+H2O→CaCO3(固体)+NH4 ++NO3 -(水溶液)
2.CO2(气体)+NaNO3(水溶液)+NH3(气体)+H2O→NaHCO3(固体)+NH4 ++NO3(水溶液)
3.CaSO4(固体)+NH4HCO3(水溶液)→CaCO3(固体)+NH4SO4(水溶液)
气-液接触器可配置成用于产生这样的气泡，所述气泡的平均尺寸经选择以确保所需的气液传质程度，从而，实现二氧化碳和氨在硝酸钙、硝酸钠或硫酸钙水溶液中的吸附和有效的气体洗涤。
类似地，可选择通过气-液接触器的气体混合物的压力和流速，以产生这样的气泡，所述气泡的尺寸经选择以确保所需的气体传质程度，从而，实现二氧化碳和氨在硝酸钙、硝酸钠或硫酸钙溶液中的吸附和有效的气体洗涤。
烟道气-氨的气体混合物的气泡被夹带在硝酸钙溶液、硝酸钠溶液或硫酸钙溶液中的通过叶轮形式的旋转混合设备在其中建立的循环液流(current)中。通过该方式，所述气泡分散在整个硝酸钙溶液、硝酸钠溶液或硫酸钙溶液中。
可连续地或间歇地将气体混合物引入到硝酸钙、硝酸钠或硫酸钙溶液中，直到所述溶液相对于二氧化碳达到饱和并开始形成碳酸盐或碳酸氢盐沉淀物。本领域技术人员应当理解，碳酸盐沉淀物通常在硝酸钙溶液或硫酸钙溶液中呈现碳酸钙的形式，并且取决于其在反应混合物中的浓度，在硝酸钠溶液中呈现钠的碳酸盐/碳酸氢盐的形式。
可容许反应混合物老化以增大碳酸盐沉淀物的粒度并帮助其分离。可进行原位老化。替代地，可将反应混合物转移到单独的容器中，以用于老化和/或碳酸钙沉淀物或钠的碳酸盐/碳酸氢盐沉淀物的沉降。对于分批工艺而言，老化可以进行2到4小时。
替代地，在连续工艺中，反应混合物和经过洗涤的氨-烟道气物流可通过一系列具有反应混合物的反应容器，其中，试剂和产物的浓度递增。在通过所述反应容器后，经过洗涤的氨-烟道气混合物通过堆叠式洗涤器(stacklaunder)(一种捕集任何逸出的氨的最终洗涤系统)。所述堆叠式洗涤器确保向大气中释放清洁的排放物。本文所用的术语“洗涤”涉及通过使气体物流穿过水溶液而已经加湿的气体物流。
碳酸盐/碳酸氢盐沉淀物的收取
碳酸盐/碳酸氢盐沉淀物的收取步骤可通过从所述溶液分离碳酸钙沉淀物或钠的碳酸盐/碳酸氢盐沉淀物而实现。可采用任何适合的分离技术(其将为本领域技术人员所熟知的)，包括但不限于，重力分离、过滤、离心等。
从所述溶液收取的分离出的碳酸钙可用于造纸、白色涂料、制药，用于塑料中的填料的制造、轮胎制作、建筑制品、饲料添加剂，以及用在农业中。
从硝酸钠溶液收取的钠的碳酸盐/碳酸氢盐具有多种用途，包括食品制备、面包制作和工业应用。
分离出的所得的硝酸铵溶液或硫酸铵溶液可随后用于制造富氮化肥(肥料)，也用于生产硝酸铵化肥。硫酸铵溶液用作液态或结晶的富含硫酸盐的化肥。
用于从烟道气中除去二氧化碳的装置
用于从烟道气中除去二氧化碳的装置包含：
容器，其具有用于接收含硝酸钙、硝酸钠或硫酸钙的溶液的入口以及用于接收烟道气与氨的气体混合物的入口；
气-液接触器，其配置成用于使所述气体混合物扩散到该容器中所接收的硝酸钙溶液、硝酸钠溶液或硫酸钙溶液内；
该容器装有叶轮和引流管，该叶轮和引流管配置成用于使该经扩散的气体混合物在该硝酸钙、硝酸钠或硫酸钙溶液中循环一段足以产生碳酸盐/碳酸氢盐沉淀物的时间。
该装置可进一步包含用于分离出所得碳酸盐/碳酸氢盐沉淀物的分离器。该分离器可为适用于从硝酸铵溶液或硫酸铵溶液分离出碳酸钙或钠的碳酸盐/碳酸氢盐沉淀物的任何分离器，其将为本领域技术人员所熟知的。适合的分离器的实例包括，但不限于，旋风分离器、过滤器如压滤机装备、滤布式分离器、重力分离器、离心机等。
应当理解，烟道气的流动路径被配置成用于将烟道气输送至气-液接触器。该流动路径可适合于将氨气的流引导到烟道气中并由此将烟道气与氨的混合物输送至气-液接触器。
该装置可进一步包含氨收取系统，其与该反应容器流体连通且配置成用于接收该反应容器的顶部空间中的废气并从该废气中收取氨。该氨收取系统可配置成用于使废气在反应容器的顶部空间中再循环并使其与烟道气混合。
反应容器
反应容器可为任何容器，其适合地配置成用于使烟道气-氨的气体混合物与硝酸钙溶液接触以生成碳酸钙沉淀物和在溶液中的硝酸铵，或者，与硝酸钠溶液接触以生成钠的碳酸盐/碳酸氢盐和在溶液中的硝酸铵，或者，与硫酸钙溶液接触以生成碳酸钙和在溶液中的硫酸铵。
该反应容器具有用于接收所述溶液或水以及相应的硝酸钙、硝酸钠或硫酸钙盐的入口以及用于接收烟道气-氨混合物的入口。该反应容器将装有用于排出碳酸盐/碳酸氢盐沉淀物与硝酸铵或硫酸铵溶液的混合物的出口，所述混合物可随后在分离器中进行分离。
可将反应容器盖住，以防止排放物从其损失。具体地说，进入反应容器中的顶部空间的氨气可被捕集并再循环回到烟道气进入反应容器的流动路径。
应当理解，该装置可包含串联布置的超过一个的反应容器，每个后续容器被配置成用于接收来自所述串联中的相邻的在先反应容器的反应物和产物的溢流。替代地，一个或多个反应容器可作为连续分批系统运行。
气-液接触器
气-液接触器可配置成用于使所述气体混合物扩散到硝酸钙、硝酸钠或硫酸钙溶液中。在本发明的一个实施方式中，气-液接触器呈现中空的穿孔环状物的形式，其布置成与流动路径流体连通以将烟道气与氨的混合物输送到其中。
气-液接触器的穿孔可被配置和尺寸化(sized)以产生这样的气泡，所述气泡的平均尺寸经选择以确保所需的液气传质程度，从而，实现经反应的二氧化碳和氨作为(NH4)HCO3在硝酸钙溶液、硝酸钠溶液或硫酸钙溶液中的吸收和有效的气体洗涤。
反应容器可装有叶轮，该叶轮配置成用于使经扩散的气体混合物在硝酸钙、硝酸钠或硫酸钙溶液中循环足以产生碳酸盐/碳酸氢盐沉淀物的时间。
叶轮在硝酸钙、硝酸钠或硫酸钙溶液中建立气体混合物的循环流，以便促进前述物理吸收或化学吸收过程，从而产生钙或钠的碳酸盐/碳酸氢盐沉淀物以及硝酸铵或硫酸铵的溶液。
冷却设备
该装置可进一步包含位于反应容器上游的冷却设备，用于冷却烟道气。该冷却设备可呈现热交换器、散热器或膨胀器的形式。
热交换器可为任何适合的热交换器，例如，管壳式热交换器、板式热交换器、板壳式热交换器、板翅式热交换器等。热交换器可为空冷或水冷的歧管。替代地，热交换器可采用替代性的气体或液体的冷却剂如制冷剂或者冷却塔，其经由一个或多个泵循环通过制冷回路和热交换器。
膨胀器可为任何适合的装置，其配置成用于使烟道气膨胀，从而降低其压力和温度。适合的膨胀器的实例包括但不限于，歧管、文丘里管、涡轮式膨胀器、减压阀等。
该反应容器还可装有冷却设备，用于使所述溶液保持在低于35℃的温度。适合的冷却设备包括与所述反应容器相结合的制冷夹套。
参照图1至5(在所述图中，相同的附图标记始终用于表示相似或相同的部分)，现在将描述用于从烟道气中除去二氧化碳的方法和装置10的一个实施方式。
烟道气经由烟道12从排放源(例如发电站(未示出))发出。烟道输送管12具有位于多管式空冷歧管45之前的直列式增压器(boost)(增压装料器，Routes型，未示出)，以便向环状物32提供所需的排放物输送压力。烟道12可配置成直接通过文丘里管/环状物43流体连通，其中，在输入口15处引入氨气。
文丘里管/环状物43使氨气与烟道气混合。另外，从反应容器16A、16B的各自的顶部空间再循环的经加湿的逸出的氨蒸气也可通过管线19与文丘里管/环状物43中的烟道气混合。通过该方式，氨和二氧化碳之间的反应可以在氨-烟道气混合物进入串联布置的反应容器16A、16B的相应入口14之前开始。
文丘里管/环状物43还可配置成用于在氨气已通过膨胀氨冷却器50之后接收该氨气。该氨输送管线将气体输送至文丘里管/环状物43。
气体混合物的冷却是重要的，因为氨与二氧化碳之间的反应是放热的。
由膨胀氨气提供的冷却也可用作热交换器50中的热交换介质。技术人员应当理解，可以采用这些和其它措施来使氨-烟道气混合物的温度保持低于35℃。
应当理解，在与氨混合之前，烟道气可以已经通过直列式的多管空冷和多管水冷的热交换器歧管45冷却至低于35℃。用于调节排放物的文丘里管/环状物43使烟道气与从反应器顶部空间收取的经加湿的返回的气态蒸气共混。可将无水的氨气引入到烟道气物流中。
此外，反应容器16A、16B也可保持为所需的温度范围，优选低于35℃，甚至更优选低于30℃。反应容器16A和16B中的反应混合物也可通过将反应混合物泵送通过热交换器50并使其经由循环管线19以冷却状态返回至反应器来进行冷却。
反应容器16A、16B通常为垂直的圆筒形容器，具有向下逐渐变细的下部部分18，该下部部分18终止于具有排放口形式的用于放出反应容器16A、16B的液体内容物的出口20。反应容器16A、16B装有相应的盖子22，用以容纳(留住)来自反应容器16A、16B的顶部空间中的所述反应容器的液体内容物的废气(例如氨)。提供导管21以引导这样的废气并使其再循环回文丘里管/环状物43，从而反馈(report back)到烟道气物流12中。废气的放出可通过如下实现：使用真空泵向反应容器16A、16B的顶部空间施加负压(示于图3)，使废气在压力下经由文丘里管/环状物43返回到烟道气物流中(示于图3和图5)。
反应容器16A装有带盖的舱口式入口24，用于在其中接收水、硝酸钙、硝酸钠或硫酸钙。反应容器16A还可装有溢流管和具有最终洗涤器47的堆叠体46(示于图3和图5)。这些系统允许氨-烟道气混合物穿过反应容器16A、16B并经由堆叠式洗涤器47以经充分洗涤的形式反馈到大气。
反应容器16A装有溢流管26，其与反应容器16B流体连通，以便将来自反应容器16A的过量溶液输送至相邻的反应容器16B。
反应容器16A、16B各自装有引流管28，所述引流管28具有中空圆筒形的形式，沿反应容器16A、16B的中心纵轴同心对准。引流管28通过从反应容器16的侧壁横向延伸的支撑托架30支撑在反应容器16内。
入口14与气-液接触器32整合在一起，所述气-液接触器32设置在引流管28上方的上部中。在该特定的实施方式中，气-液接触器32包含中空的穿孔环状物，其配装有滑动的套筒(裙形物，skirt)，该滑动的套筒具有配装在引流管内部的开口的双通道狭缝(openbi-pass slot)。可以升高该环状物以脱离(clear)循环溶液，或者，降低该环状物以根据需要将环状物浸没于溶液表面下方。气-液接触器32在使用时布置成浸没在反应容器16中的溶液表面下方。滑动的套筒33在引流管28内滑动(图5)。气-液接触器32可装有升降装置34，用以使脱离反应容器16内的溶液的气-液接触器32升高或降低。
选择该中空的穿孔环状物32的直径，使得该中空的穿孔环状物32的外径与引流管28的侧壁间隔开。优选地，该中空的环状物32中的穿孔设置在其下侧上，使得在使用时，烟道气-氨的气体混合物的气泡的流通过引流管28下降(图5)。
反应容器16还装有固定在轴上的叶轮36，所述轴设置成与反应容器16的中心纵轴纵向对准。叶轮36由发动机40和固定在反应容器16的盖子22上的相关的顶部传动部件(驱动器，drive)来进行驱动。在使用时，叶轮36产生向下的牵引力，其将气泡的流向下抽吸通过引流管28并沿着循环路径38使气泡分散于反应容器16中所保持的整个硝酸钙、硝酸钠或硫酸钙溶液中。
图2示出了所述装置的一个实施方式，并且，说明了从反应容器16A到反应容器16B且通过一系列沉淀罐42的顺序气流。经由使溶液流过一系列沉淀罐42而获得的累积停留时间给予所得溶液用于老化和完成所述反应的时间。
沉淀罐42装有盖子、相应的引流管28以及用于搅动其中的内容物的叶轮36。沉淀罐42可以布置成与压滤机或真空带式过滤器形式的分离器44流体连通，以便从硝酸铵溶液或硫酸铵溶液中分离出碳酸盐/碳酸氢盐沉淀物。
在使用时，将来自排放源的烟道气冷却至低于35℃，与氨气混合，然后，将该氨-烟道气混合物经由烟道12引导至反应容器16的入口14。所述气体混合物通过气-液接触器注射到反应容器16中所保持的硝酸钙溶液、硝酸钠溶液或硫酸钙溶液中。气-液接触器配置成用于将所述气体混合物的气泡扩散到硝酸钙、硝酸钠或硫酸钙溶液中。旋转的叶轮36在反应容器16内产生用于气泡的循环流动路径，以便增强气液传质以及与CO2向碳酸盐/碳酸氢盐沉淀物的转化有关的相关的化学吸收和物理吸收过程。
当反应容器16中的溶液达到其对二氧化碳的吸收容量时，可将其引导至沉淀罐42和随后的分离器44以收取碳酸盐/碳酸氢盐沉淀物。然后，所得的含有硝酸铵或硫酸铵的滤液(滤出液)可用于制造富氮的化肥、富含硫酸铵的化肥、化肥共混物，或者，用于制造硝酸铵化肥。将从循环溶液可能逸出的任何气态蒸气(CO2/NH3)经由文丘里管/环状物43再循环回排放物物流中，以便通过该系统反馈回去。
如从前面的描述明晰的，与用于处理烟道气的常规技术相比，本发明的工艺有助于减少温室气体排放物(即二氧化碳)。
能够根据温室气体排放交易计划(ETS)进行交易的金融手段可以通过如下产生：将本文所述的装置与烟道气排放源(例如工业发电厂)以本发明工艺可易于使用的方式并置。该手段可以是，例如，碳信用额、碳补偿额或再生能源证书中的一种。通常地，这样的手段可以在市场上进行交易，该市场安排成通过限额交易法来阻止温室气体排放，其中，总排放量被“限额”，分配许可证直至达到该限额，并且，允许进行交易，以便让市场找到最低成本的方式来满足任何必要的减排。京都议定书和欧盟ETS都是基于该方法。
如何可通过利用化肥厂来产生信用额的一个实例如下。工业化国家的人希望从根据欧洲ETS的清洁发展机制(CDM)项目获得信用额。此人促成了在最接近烟道气排放源的附近位置采用本发明工艺建立化肥厂。因而，可向此人授予信用额(或认证减排单位，其中每个单位相当于减少了1吨CO2或其等价物)。所授予的CER数量基于监测到的基线与实际排放量之间的差值。本申请人预计，工业化国家投资低碳排放的能源产生的人将很快能够获得与CER相似性质的补偿额或信用额，而且，这些能够类似地产生。
本领域技术人员应当理解，在不脱离广泛描述的本发明的精神或范围的情况下，可以对特定实施方式中所示的本发明进行各种变化和/或改进。因此，本发明的实施方式在所有方面都被认为是说明性的而非限制性的。
应当理解，即使本文提及任何现有技术出版物，但这样的引用并不构成承认该出版物构成本领域、澳大利亚或任何其它国家的公知常识的一部分。
在附随的权利要求中以及在本发明的前述描述中，除非上下文由于明确的语言或必要的含义而另外要求，否则措辞“包括”或者诸如“包含”或“含有”的变体均是以包括一切的含义使用，也就是说，指定所述特征的存在，但不排除在本发明的各种实施方式中存在或附加其它特征。

Claims (19)

1.从烟道气中除去二氧化碳的方法，该方法包括：
a)使烟道气与氨混合；以及
b)使来自步骤a)的气体混合物与含硝酸钙、硝酸钠或硫酸钙的溶液接触，从而，产生在硝酸铵或硫酸铵溶液中的碳酸盐和/或碳酸氢盐沉淀物。
2.根据权利要求1的方法，进一步包括收取该碳酸盐/碳酸氢盐沉淀物的步骤。
3.根据权利要求1或权利要求2的方法，其中该硝酸钙溶液或硝酸钠溶液具有至少230克/升的溶解盐浓度。
4.根据权利要求1或权利要求2的方法，其中该硫酸钙溶液具有至少500克/升的溶解盐浓度。
5.根据前述权利要求中任一项的方法，其中该硝酸钙溶液、硝酸钠溶液或硫酸钙溶液的pH在约7～约10的范围内。
6.根据权利要求5的方法，其中该硝酸钙、硝酸钠或硫酸钙溶液的pH在7.5～9.6的范围内。
7.根据前述权利要求中任一项的方法，其中该硝酸钙溶液、硝酸钠溶液或硫酸钙溶液的温度低于约35℃。
8.根据权利要求7的方法，其中该硝酸钙溶液、硝酸钠溶液或硫酸钙溶液的温度为约20℃～约35℃。
9.根据前述权利要求中任一项的方法，其中，氨占该烟道气-氨混合物的约20体积％～约40体积％。
10.根据前述权利要求中任一项的方法，其中将该烟道气压缩至在约5psi～约15psi范围内的压力。
11.用于从烟道气中除去二氧化碳的装置，该装置包含：
容器，其具有用于接收含硝酸钙、硝酸钠或硫酸钙的溶液的入口和用于接收烟道气与氨的混合物的入口；以及
气-液接触器，其配置成用于使所述气体混合物扩散到该容器中所接收的硝酸钙溶液、硝酸钠溶液或硫酸钙溶液内；
该容器装有叶轮和引流管，该叶轮和引流管配置成用于使经扩散的气体混合物在该硝酸钙、硝酸钠或硫酸钙溶液中循环一段足以产生碳酸盐/碳酸氢盐沉淀物的时间。
12.根据权利要求11的装置，其中该装置进一步包含用于分离碳酸钙沉淀物或钠的碳酸盐/碳酸氢盐沉淀物的分离器。
13.根据权利要求11或权利要求12的装置，进一步包含配置成用于使该烟道气冷却至低于35℃的冷却设备。
14.根据权利要求13的装置，其中该冷却设备包含设置于该反应容器的气体混合物入口的上游的热交换器。
15.根据权利要求11至14中任一项的装置，其中该气-液接触器包括围绕该反应容器的中心纵轴同心设置的穿孔的环状物。
16.根据权利要求15的装置，其中该穿孔的环状物和该叶轮通过环状套筒滑动物同心地设置在引流管内，该布置使得，在使用中，该叶轮产生用于位于该引流管侧壁周围的气体混合物的气泡的循环流动路径。
17.根据权利要求11-16中任一项的装置，进一步包含氨收取系统，其与该反应容器流体连通且配置成用于接收该反应容器的顶部空间中的废气并从该废气中收取氨。
18.建立能够根据温室气体排放交易计划(ETS)进行交易的金融工具的方法，该方法包括利用权利要求1-10中任一项所定义的从烟道气中除去二氧化碳的方法或权利要求11-l7中任一项所定义的装置的步骤。
19.根据权利要求18的方法，其中该金融工具包括碳信用额、碳补偿额或再生能源证书中的一种。
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