CN112533688A - 通过热回收和集成的燃烧后的co2捕获 - Google Patents

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Abstract

可以通过从特定流回收热能以在汽提级中再使用热能来改进CO2捕获方法和系统。可以从在真空压力条件下操作的汽提器的顶部气流回收热能，并且还可以从烟气回收热能。可以实施传热回路，以通过从顶部气流、烟气流和/或其他流向传热流体的流而间接传热来回收热能。传热回路可以包括并联布置的多个热回收回路，并且加热流体可以被供给通过汽提器的再沸器，以对再沸器中的溶液进行加热。

Description

通过热回收和集成的燃烧后的CO2捕获
技术领域
本技术领域总体上涉及燃烧后的CO2捕获，并且更具体地涉及在通过使用形成吸收溶液的诸如碳酸钾之类的非氨基甲酸酯来操作CO2捕获的背景下。
背景技术
基于使用吸收和解吸单元的燃烧后的CO2捕获技术通常需要来自实施所述捕获技术处的主机设施的热，以在解吸单元或汽提器单元中进行吸收溶液的再生。对于常规CO2捕获技术中的大多数CO2捕获技术、比如为基于胺的那些捕获技术，以蒸气的方式提供这种热或热能，由于溶液再生是在压力下和超过100℃的温度处执行的，因此该蒸气是高质量的热能源。根据实施场所和工业部门，使用这种高质量的热能会使主机设施产生高能量消耗，并限制了CO2捕获操作的广泛采用。该应用与基于使用氨基酸溶液和/或使用活化剂的基于钾的溶液的后燃烧技术相似，对于该后燃烧技术，汽提器在高于大气的温度处和高于100℃的温度处操作。因此，需要提供可以克服已知方法的缺点中的至少一些缺点的增强技术。
发明内容
可以通过从特定流回收热能以在汽提级中再使用来改进CO2捕获方法和系统。在一些实施方案中，从在真空压力条件下操作的汽提器的顶部气流来回收热能。还可以从烟气回收热能。可以实施传热回路，以通过从顶部气流、烟气流和/或其他流向传热流体的流而间接传热来回收热能。传热回路可以包括并联布置的多个热回收回路，并且可以通过汽提器的再沸器供给加热流体，以对再沸器中的溶液进行加热。
当从顶部气流或由该顶部气流获得的气流回收热时，使用一个或更多个压缩级来使气流的温度增加并促进将热能传递至传热流体的温度梯度可以是有利的。
在一些实施方案中，提供了用于从由主机设施产生的烟气对CO2进行捕获的CO2捕获方法，该过程包括：在吸收级中，使烟气流与包括水和形成吸收化合物的非氨基甲酸酯的吸收溶液直接接触，以吸收CO2并形成富CO2的溶液和贫CO2的气体；在汽提级中，使富CO2的溶液经受真空压力条件和低于100℃的温度条件，以导致从富CO2的溶液释放CO2，以形成再生溶液和包括CO2和蒸气的顶部气流；将再生溶液再循环回到吸收级中来作为吸收溶液的至少一部分；以及使顶部气流经受热回收。热回收可以包括对顶部气流或由该顶部气流产生的气流进行压缩，以使该顶部气流的温度增加并产生压缩气流；将热从压缩气流传递至传热流体以形成加热流体；并将来自加热流体的热传递至汽提级。
在一些实施方案中，提供了用于从由主机设施产生的烟气对CO2进行捕获的CO2捕获系统，该CO2捕获系统包括：吸收级，该吸收级包括吸收器，该吸收器构造成接纳烟气流并使该烟气流与包括水和形成吸收化合物的非氨基甲酸酯的吸收溶液直接接触，以吸收CO2并形成富CO2的溶液和贫CO2的气体；汽提级，该汽提级包括再沸器和真空汽提器，该汽提器构造成用于接纳富CO2的溶液，并使该富CO2的溶液经受真空压力条件和低于100℃的温度条件，以导致从富CO2的溶液释放CO2，以形成再生溶液和包括CO2和水蒸气的顶部气流；以及顶部热回收组件。顶部热回收组件可以包括：压缩机，该压缩机构造成接纳顶部气流或由该顶部气流获得的气流并且对顶部气流或由该顶部气流获得的气流进行压缩，以使该顶部气流或由该顶部气流获得的气流的温度增加并产生压缩气流；热交换器，该热交换器与压缩机流体连通，并且热交换器构造成将来自压缩气流的热传递至传热流体以形成加热流体；以及顶部回收回路，该顶部回收回路构造成使传热流体循环通过热交换器以使该传热流体的温度增加，然后使传热流体循环通过汽提器的再沸器以向再沸器传递热能。
在一些实施方式中，提供了用于在CO2捕获操作中进行热回收和再使用的热集成系统，该系统利用在真空压力条件下和低于100℃的温度下操作的吸收器和真空汽提器，该热集成系统包括：至少一个压缩机，该至少一个压缩机构造成接纳由真空汽提器产生的顶部气流或从该顶部气流产生的气流并且对由真空汽提器产生的顶部气流或从该顶部气流产生的气流进行压缩，以使该顶部气流的温度增加并产生压缩气流；至少一个热交换器，热交换器均与对应的压缩机流体连通，并构造成将来自压缩气流的热能传递至传热流体以形成加热流体；以及顶部回收回路，该顶部回收回路构造成使传热流体循环通过热交换器以形成加热流体，并且使传热流体循环通过真空汽提器的再沸器以向再沸器中的溶液传递热能。
在一些实施方案中，提供了用于在CO2捕获操作中进行热回收和集成的热集成方法，该方法利用在真空压力条件下和低于100℃的温度下操作的吸收器和真空汽提器，该热集成方法包括：对由真空汽提器产生的顶部气流或由该顶部气流获得的气流进行压缩，以使该顶部气流或由该顶部气流获得的气流的温度增加并产生压缩气流；将来自压缩气流的热传递至传热流体以形成加热流体；以及将来自加热流体的热传递至真空汽提器。
在一些实施方案中，提供了用于从由主机设施产生的烟气对CO2进行捕获的CO2捕获方法，该过程包括：在吸收级中，使烟气流与包括水和形成吸收化合物的非氨基甲酸酯的吸收溶液直接接触，以吸收CO2并形成富CO2的溶液和贫CO2的气体；在汽提级中，使富CO2的溶液经受真空压力条件和低于100℃的温度条件，以导致从富CO2的溶液释放CO2，以形成再生溶液和包含CO2和蒸气的顶部气流；将再生溶液再循环回到吸收级中来作为吸收溶液的至少一部分；以及使顶部气流经受热回收。热回收可以包括：使顶部气流冷却以产生冷却的顶部气流和冷凝物流；将冷凝物流再循环回到过程中；对冷却的顶部气流进行压缩以使该冷却的顶部气流的温度增加并产生压缩气流；将来自压缩气流的热传递至传热流体以形成加热流体；以及将来自加热流体的热传递至汽提级。
在一些实施方案中，提供了用于从由主机设施产生的烟气对CO2进行捕获的CO2捕获方法，该过程包括：在吸收级中，使烟气流与包括水和形成吸收化合物的非氨基甲酸酯的吸收溶液直接接触，以吸收CO2并形成富CO2的溶液和贫CO2的气体；在汽提级中，使富CO2的溶液经受真空压力条件和低于100℃的温度条件，以导致从富CO2的溶液释放CO2，以形成再生溶液和包括CO2和蒸气的顶部气流；将再生溶液再循环回到吸收级中来作为吸收溶液的至少一部分；使顶部气流经受热回收，使顶部气流经受热回收包括：直接对从汽提级释放后的顶部气流进行压缩，以使该顶部气流的温度增加并产生压缩气流；将热从压缩气流传递至传热流体并形成冷却气流；对冷却气流进行压缩以使该冷却气流的温度增加并产生另外的压缩气流；将来自另外的压缩气流的热传递至传热流体；以及将来自加热的传热流体的热传递至汽提级。
在本说明书中描述了热集成技术的其他可选特征、方面和实施方案。可以在这些过程和系统的背景下实现许多变型和特征。
附图说明
图1：对于MEA CO2捕获方法的简化流程图。
图2：MEA CO2捕获方法的简化流程图，其中在汽提器的顶部处进行蒸气再压缩和热回收。
图3：MEA CO2捕获方法的简化流程图，其中在再沸器处进行贫蒸气再压缩。
图4：CO2捕获方法的简化流程图，对于该CO2捕获方法，汽提器在真空条件下操作。
图5：CO2捕获方法的详细流程图，对于该CO2捕获方法，汽提器在真空条件下操作，并且由主机设备来提供对于再沸器的热能需求。
图6：在真空条件下操作溶液再生并且在汽提器顶部处配备有顶部蒸气压缩单元的CO2捕获方法的流程图。
图7：安装在主机场所上的CO2捕获单元的流程图，其中对于再沸器的热能需求从烟气和顶部压缩单元被回收。
图8：1250tpd CO2捕获单元的流程图，该CO2捕获单元以157bar的压力输送CO2产品，从而从压缩站回收能量，以供给再沸器热能需求的一部分。
图9：1250tpd CO2捕获单元的流程图，该CO2捕获单元以157bar的压力输送CO2产品，从而从压缩级和进入的烟气回收能量，以供给再沸器热能需求的一部分。
图10：1250tpd CO2捕获单元的流程图，该CO2捕获单元以157bar的压力输送CO2产品，并配备有顶部蒸气压缩单元，并从压缩级、顶部蒸气压缩单元和进入的烟气回收能量，以供给再沸器的热能需求的部分。
具体实施方式
本文中描述了用于使CO2捕获操作中的热集成增强的各种技术。在一些实施方案中，可以使一种或更多种选择的流经历热回收，并且可以将回收的热能传递至CO2捕获操作的真空汽提级。
例如，可以从由汽提器产生的顶部气流来回收热，以在汽提器的再沸器中再使用。可以通过对顶部气流进行压缩、将来自压缩气流的热传递至传热流体、并且然后将热从传热流体传递至用于向汽提器提供热的再沸器来执行这种热回收。在另一示例中，可以通过间接热传递而从烟气回收热，并且然后该热在再沸器中再使用。可以实现传热回路，以通过使用在该传热回路中循环的传热流体从顶部气流和烟气来回收热。传热回路可以包括：顶部回收回路，该顶部回收回路使传热流体能够从压缩气流接收热能；以及烟气回收回路，该烟气回收回路允许传热流体从烟气接收热能。顶部回收回路和烟气回收回路可以操作为穿行通过相应的热交换器的两个并联的回路，并且然后热流体被合并到单个传热管线中，该传热管线将热传递至再沸器，例如通过穿行通过真空汽提器的再沸器。
已经发现，在燃烧后的CO2捕获操作中，可以实施热集成策略，以显著提高从过程的排热的使用率，使得对于主机设施的CO2捕获方法的热能需求和相关的能量消耗大大减少。
在一些实施方案中，在CO2捕获操作的背景下提供了系统和过程，其中汽提器在真空压力条件下且在低于100℃的温度处操作，并且其中离开汽提器的CO2/蒸气流被压缩并然后通过使用传热流体来回收压缩气体的热能而被冷却，该传热流体流动通过再沸器，并提供一部分热能以用于吸收溶液的再生。
尽管本文中将描述有关热回收和集成技术的各种细节和可选特征，但还将提供有关CO2捕获操作和基准过程的一些附加信息。
尽管基于胺的(例如，MEA)的CO2捕获操作非常普遍，但燃烧后的CO2捕获技术还可以通过使用形成溶液的非氨基甲酸酯来进行，该溶液包括化合物，比如为叔链烷醇胺、位阻伯烷醇胺、叔氨基酸和碳酸盐。在这种情况下，可以将包括没有形成氨基甲酸酯的吸收化合物的吸收溶液与吸收促进剂、活化剂和/或催化剂结合使用。基于在溶液中不会形成氨基甲酸酯的事实，并且因此不需要超过100℃的再生温度，这些燃烧后CO2捕获方法的一个特征是可以在低于100℃的温度处的真空条件下进行操作。
与基于胺的CO2捕获技术类似，在真空汽提条件下操作的这种过程基于吸收和解吸单元的使用。然而，吸收溶液的再生是在真空条件下执行的，并且因此再生温度低于100℃。这提供了使用能量品质低于蒸气(用于常规CO2捕获技术的蒸气)且温度低于100℃的废热流的机会，以有助于对再沸器操作的热能需求。这可以导致大大减少主机场所上的CO2捕获装置的能量消耗。
然而，为了减少对这种废热流的需求，这些废热流的可用性可能足以或可能不足以覆盖对于CO2捕获方法所需的全部热能，因此，对于CO2捕获方法来说具有来自主机设施的较低的热能需求也是有利的。通过提高使用从CO2捕获方法的排热，不同的热集成策略可以产生具有减少的热能消耗的不同的CO2捕获方法配置。添加顶部蒸气压缩单元是在该过程中提高热能使用并改进主机设施上的CO2捕获方法的能量独立性的优选方式中的一个方式。
为了减少对胺基燃烧后CO2捕获技术的外部热能的使用，进行了热集成工作。这些策略的目标是为了恢复过程热排放，改进过程热排放的热能质量，以为再沸器提供热能。对于MEA情况研究了不同的策略，且所有策略都集中于输送可以在再沸器处使用的蒸气，以减少潜在主机场所上的MEA过程的能量消耗。MEA过程中的再生步骤是通过使用连接至再沸器的汽提器进行的；操作压力为2bar，且温度高于100℃。在下面描述的热集成策略中(图1)，在再沸器中使用的蒸气的温度高于100℃，并且在再沸器中使用的蒸气的压力在高于大气压的压力处。下面提供了适于MEA CO2捕获技术的2种策略的简要描述。
作为用于讨论的基本情况，图1示出了参考MEA过程。在MEA过程中，烟气(1)被给送至吸收器(10)，并与向下流动的MEA水溶液(9)反向地接触。贫含CO2的处理的气体离开吸收器，并且最终释放到大气中。富MEA溶液(3)被泵送(泵11)通过贫/富交换器(12)，并且加热溶液(4)被给送至汽提器塔(13)。溶液在汽提器中向下流动，并与包括水蒸气和解吸的CO2的气相接触。贫溶液(7')被送至再沸器(15)，并通过使用蒸气作为加热流体(18)而加热。贫溶液被部分蒸发，并且产生的水蒸气(8)离开再沸器(15)，并且被送至汽提器(13)，并且用作汽提气体，以促进CO2从富MEA溶液解吸。离开汽提器的气相(5)包括水蒸气和CO2。该气相在冷凝器(14)中冷却。水被冷凝并送回至汽提器(6)。CO2气体(17)被送至其他处理单元、比如为压缩单元。离开再沸器的贫溶液(7”)被泵送回(泵16)到贫/富交换器(12)和贫溶液交换器(16)以被冷却，并且然后泵送回到吸收器塔(10)。
如图2中所示，将热能需求降至最低的第一种策略包括蒸气再压缩和热回收。在该过程配置中，将图1的冷凝器(14)被移除并由具有许多级(19)的压缩系列代替。以这种方式，CO2/H2O流(5)在较高的压力和温度处被压缩。所得的高压和高温CO2/H2O流(24)被给送至再沸器(15)，其中该再沸器与常规蒸气源(18)结合使用，以加热贫吸收溶液并产生水蒸气，该水蒸气将被送至汽提器塔(13)。汽提器在高于大气压的通常接近2bar的压力处操作，并且温度高于100℃。然后将CO2/H2O流(25)送至冷凝器(20)，在该冷凝器处使蒸气冷凝。然后将CO2送至下一个单元以用于进一步处理(21)或使用。冷凝水(26)在该过程中进行再循环。
图3中示出了称为贫蒸气再压缩的第二种策略。在该策略中，离开再沸器的贫溶液(29)被送至阀(30)，在该阀处压力从2bar降低至1.2bar。然后将流送至闪蒸单元(32)，在该闪蒸单元处，液相与气相被分离。将液体泵送(36)至贫/富交换器(12)，并且然后泵送至吸收器。将蒸气(33)给送至压缩机(34)，在压缩机(34)处，蒸气的压力和温度增加(35)，并且然后蒸气被送回到再沸器(15)，以提供对再沸器操作所需的热能。
在本文中所述的创新技术的情况下，CO2捕获操作基于吸收器和汽提器单元的使用，但是基准过程不同于常规的基于胺的CO2捕获方法，并且基准过程下面将描述且在图4中示出。尽管图4表示示例基准CO2捕获方法，可以通过该示例基准CO2捕获方法来实施创新的热集成技术，但也应注意，该过程配置是一个示例，并且在本文中所述的技术的背景下可以使用各种其他过程配置和变型。
参照图4，包含CO2的气体(1)被给送至吸收塔(10)。气体(1)与贫吸收溶液(9)以反向的方式接触。然后将经净化的气体排出，并且然后根据需要将经净化的气体送至附加处理单元(2)。然后将离开吸收器塔(10)的富吸收溶液(3)朝向贫/富热交换器(12)泵送(泵11)以使富吸收溶液的温度升高，并且然后将加热的富溶液(4)给送至汽提器塔(13)。富溶液向下流动，并与反向流动的蒸气接触。由于溶液与蒸气接触，因此CO2从溶液解吸为气体，并与蒸气一起朝向汽提器的顶部向上流动。离开汽提器的CO2/水蒸气混合物(5)送至回流冷凝器(14)，并且冷凝水(6)送回至汽提器(13)。通过将离开汽提器的贫吸收溶液(7')送至再沸器(15)来产生蒸气。再沸器能够使贫吸收溶液的一部分蒸发，并且因此提供蒸气(8)。当汽提器在真空条件下操作时，所产生的蒸气的压力低于大气压且所产生的蒸气的温度在低于100℃的温度处。蒸气的温度将取决于所采用的真空条件。蒸气温度与过程真空条件下的溶液沸腾温度相对应。对于再沸器用于使水蒸发所需的热能是通过使用热流体(18')来提供的，该热流体(18')具有低热能质量且温度低于100℃。更具体地，热流体的温度应该比溶液的沸点高至少5℃至10℃。下面将另外提供一些示例。蒸气(8)随后被给送至汽提器。然后将离开再沸器的贫吸收溶液(7”)朝向贫/富交换器(12)泵送回(泵16)以被冷却，并且然后将较低温度的溶液(9)给送回到吸收器(10)。使离开回流冷凝器(14)的主要包括CO2的气体返回，该气体流动通过真空泵(38)，并且然后根据需要送至另外的处理单元，或送至其他过程以用于该气体的最终使用或隔离。
图5示出了安装在工业主机设施上的CO2捕获方法的详细示意图，且提供如下描述：包含CO2的烟气(50)被给送至急冷塔(QT1)以通过使用冷却水(52)而被冷却。随着气体流动到急冷塔(QT1)中，该气体的温度降低并且水蒸气冷凝。冷却的烟气(51)被给送至吸收器(56)。离开急冷塔(QT1)的冷却水(53)被送至冷却器(EX-3)，该冷却水具有升高的温度并且包含冷凝水。可以使流(53)的一部分流出(53')以维持冷却水回路中的水质量平衡。流(51)在吸收器(56)中向上流动，并与向下流动的贫吸收溶液(58)接触。具有较低CO2含量的已处理气体被送至大气(56)或返回至上游过程。现在富含CO2的吸收溶液(57)离开吸收器，并被送至富贫热交换器(EX-2)以被加热。离开富贫热交换器(EX-2)的溶液(流59)被给送至汽提器(74)。在汽提器中，富溶液(59)从汽提器的顶部朝向底部流动，并随着向上移动的气相反向地流动。主要包括蒸气的该气相来自再沸器单元(EX-6)。溶液与蒸气的接触将促进溶液中存在的CO2的解吸。汽提器的温度由通过使用真空泵(VP1)而施加至系统的压力或真空来确定。在关注的条件下，汽提器在真空下即低于大气压下操作，并且汽提器中的对应温度由所施加的真空条件下溶液的沸腾温度来确定。离开汽提器的贫CO2的溶液(61)与在冷却器单元(SP-008)处冷凝的水(流62)混合，并将获得的水溶液(67)分为两部分。流(69)被给送至富贫交换器(EX-2)。流(68)被给送至再沸器(EX-6)，在该再沸器处，水溶液被加热，使得水蒸发并产生蒸气。离开再沸器的蒸气/贫吸收溶液混合物(70)被送回至汽提器(S1)。再沸器处所需的热能从来自主机设备并表示为(EX-E)的排热供给。蒸气/贫吸收溶液混合物中存在的蒸气将在汽提器中向上流动并与富吸收溶液接触。贫吸收溶液与来自塔的顶部的溶液混合。在汽提器的顶部处，包含蒸气和CO2的气相离开(60)并在冷却器(SP-008)中冷却，以使蒸气冷凝。冷凝水(62)离开冷却器并如上所述与流(61)混合。离开冷却器的高浓度CO2的气体(65)流动通过真空泵(VP1)，并且然后送至另外的处理或加工单元(66)。离开富贫交换器的溶液(流73)在流动通过调温冷却器(EX-1)时被进一步冷却，并且然后作为流(58)给送回到吸收器中。
现在参照图6，描述了用于使作为热能源的外部排热的需求减少的一种可能配置。在该配置中，使来自汽提器(74)的顶部气流(60)经受热回收以在汽提器的再沸器(EX-6)中再使用热，并且这优选地通过对气体进行压缩并间接地从汽提器回收热而实现。如所示的，在汽提器的出口处设置有顶部蒸气压缩单元。该新配置能够从离开汽提器的流(60)中呈现的蒸气来回收部分的潜热，并且还通过增加流的温度来增加热能的质量。添加顶部蒸气压缩单元对之前描述的过程和图5中所示的过程带来一些变化。第一个修改是移除真空泵(图5中的VP1)并添加压缩/冷却级。如下面将描述的，另一个修改是在压缩/冷却级与再沸器(EX-6)之间添加回路，该回路包括使用传热流体，以便将热从汽提器的顶部处的热流体传递至再沸器。该回路可以称为顶部回收回路，并且该回路可以是整个传热回路的一部分，这将在下面另外描述。每个冷却单元均给送有冷的传热流体(665)，该冷的传热流体将使压缩的CO2/蒸气冷却并使水冷凝。然后加热的传热流体朝向再沸器被泵送返回(666)。更详细地，离开汽提器的蒸气/CO2流(60)流动通过压缩机(FA-3)，该压缩机使该蒸气/CO2流的温度升高，然后将加热的气体(561)送至冷却器(Flash-6)，在该冷却器处，气体被冷却且蒸气的一部分被冷凝。压缩/冷却级的数量取决于压缩比，该压缩比通常为2或3。在进入压缩机之前，可以有任意一个冷却器来回收能量，并且可以有另一个冷却器来使CO2/H2O流的温度进一步降低。水冷凝时释放的热被传递至传热流体(665)。经冷凝的水离开冷却器(562)，并且然后将气相(563)送至冷却单元(SP-008)以调节该气相的温度和水含量。离开冷却器的气体的温度与对于下一步(例如，由转换单元使用的储存、压缩)所需的温度相对应。对于本说明书，传热流体可以在不同的冷却单元(例如，Flash-6和/或SP-008)处吸收能量，然后朝向再沸器(EX-6)泵送。流体将该流体的能量传递至流(68)，并使水能够蒸发并从吸收溶液产生蒸气。然后将低温传热流体送回到压缩/冷却级以用于另一个循环。在传热流体不能满足全部能量需求的情况下，一种可能性是可以从外部主机场所(71)提取缺少的热能。在一种可能的配置中，传热流体经由热交换器单元被接触以回收来自主机设施的热能(参见图6中具有EX-E的布置，其中来自顶部压缩的加热流体被给送通过EX-E以提供补足的加热要求)。
可选的传热流体是水、甲醇和乙二醇。应该注意，传热回路可以是封闭的系统，在该系统中，传热进行循环以将热从顶部流传递至再沸器，并且传热流体可以根据各种操作条件、比如为温度和压力范围以及可以根据主机设施的热回收系统的设计细节进行选择；并且传热流体还可以基于该传热流体的沸腾温度(以便将能量储存为潜热)以及安全问题进行选择。
在图7中示出了另一有利的配置，其中，除了顶部蒸气压缩之外，待处理的进入的烟气(50)的部分能量也被回收以在再沸器中再使用。可以在烟气流(50)与传热流体流之间引入附加的换热回路(该回路可以称为烟气回收回路)。更具体地，可以将离开再沸器的一部分传热流体(72)朝向热交换器(751)送出，并且烟气的能量的部分被传递至冷的传热流体(753)。加热的传热流体(754)与来自顶部压缩回路(666)和主机场所(EX-E)的传热流体混合后，被送回至再沸器(EX-6)。以这种方式，使来自主机场所的热能需求减少，并且使主机场所上的CO2捕获方法的消耗降低。
如图7中所示，尽管两个传热回路可以集成为单个热回收回路的部分，但还应注意，回路可以是独立的。而且，在一些实施方案中，代替两个并联回路，热回收回路可以配置为单个回路，其中，传热流体穿行通过换热器以从压缩的顶部流和串联的烟气接收热。在传热回路的优选实施方案中，多个热回收回路并联配置以在利用较高的温度梯度时从不同的源回收热。例如，传热回路可以包括并联布置的以下热回收回路中的至少两个热回收回路：烟气回收回路、顶部回收回路和外部热回收回路。应当注意，传热回路还可以具有与上述三个回路中的一个或更多个回路结合的其他热回收回路。优选地，热回收回路全部反馈回到单个热流体管线中，该单个热流体管线被供给到再沸器中，以用于将热间接地传递至再沸器中的再生溶液中，并产生冷却的传热流体，该冷却的传热流体又被给送到各个热回收回路中。还应注意，可以存在并联布置的多个烟气回收回路或并联布置的多个顶部热回收回路，以用于从不同的烟气流、不同的顶部流或顶部气体流的不同部分并行地回收热。尽管热回收回路的串联类型布置是可能的，但是与并联回路相比，这可能导致较低的温度梯度，并且对于回路而言将需要更高的传热流体流速。
可以将热回收过程实施成使得所有或大致所有的热都传递至真空汽提器的再沸器。然而，还应注意，如果需要可以将热回收过程实施成使得在整个CO2捕获操作中将已回收的热能的一部分被传递至其他设备。
图6和图7的配置可以应用于燃烧后的CO2捕获方法，在燃烧后的CO2捕获方法中，吸收溶液的再生在汽提器单元中进行，该汽提器单元在真空条件下操作。在示例部分中将说明和对比不同的配置。
可以在各种CO2捕获操作的背景下实施热集成技术，各种CO2捕获操作可能具有一些不同的操作条件、设备布置和其他特征，下面描述各种CO2捕获操作中的一些CO2捕获操作。
在一个实施方式中，吸收溶液包括水和形成吸收溶液化合物的非氨基甲酸酯。形成化合物的这种非氨基甲酸酯属于以下类别：位阻伯醇胺、位阻胺、叔醇胺、叔胺、碳酸盐化合物和叔氨基酸。除这些吸收化合物外，吸收溶液可以包括吸收促进剂、催化剂和/或生物催化剂以增加CO2吸收速率。
更特别地，吸收化合物可以包括2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP)、2-氨基-2-羟甲基-1,3-丙二醇(Tris)、N-甲基二乙醇胺(MDEA)、二甲基单乙醇胺(DMMEA)、二乙基单乙醇胺(DEMEA)、三异丙醇胺(TIPA)、三乙醇胺、N-甲基-N-仲丁基丁基甘氨酸、二乙基甘氨酸、二甲基甘氨酸、碳酸钾、碳酸钠或其混合物。
促进剂、催化剂或生物催化剂的示例为：哌嗪、二乙醇胺(DEA)、二异丙醇胺(DIPA)、甲基氨基丙胺(MAPA)、3-氨基丙醇(AP)、2,2-二甲基-1,3-丙二胺(DMPDA)、二甘醇胺(DGA)、2-氨基-2-甲基丙醇(AMP)、1-氨基-2-丙醇(MIPA)、2-甲基甲醇胺(MMEA)、哌啶(PE)、亚砷酸盐、次氯酸盐、亚硫酸盐或碳酸酐酶。促进剂或催化剂还可以选自：甘氨酸、肌氨酸、丙氨酸-N-仲丁基甘氨酸和哌啶酸。
本文中所述技术的一个优选实施方式涉及基于使用碳酸钾溶液作为吸收溶液的CO2捕获方法。附加实施方式涉及一个过程，在该过程中碳酸酐酶(CA)用于提高溶液的吸收速率。优选地，酶提供成自由地在溶液中并与溶液一起循环通过吸收器和汽提器。酶还可以设置成相对于流动通过系统的颗粒被固定，酶被固定在吸收器内的固定的内部部件上，并可选地固定在汽提器上，或以其他方式输送。可以使用CA的各种类型、变体、类似物和类别，并且可以基于给定的CO2捕获操作的操作窗口内的稳定性和活动性来选择CA的各种类型、变体、类似物和类别。
将通过以下实验部分来说明本文中描述的创新技术的某些方面。出于此目的，
Figure BDA0002917553970000141
模拟器用于执行质量和能量平衡以及填充床塔的设计。
Figure BDA0002917553970000142
是德克萨斯州休斯敦的优化气体处理公司(OGT)销售的基于速率的最先进的用于气体处理的模拟器。该模拟器通过动力学模块实施，以代表来自CO2解决方案公司的CA酶在K2CO3/KHCO3吸收溶液中对CO2捕获的催化作用。
以下是本文中描述的技术的可选特征中的一些特征的附加列表：
-在每个压缩级之间添加热交换器，以在高于再沸器处所需温度的温度处回收热。温度应在比沸腾温度高最少2度处。为了减少需要的流速以提供所需热能，更广泛的方法可以是优选的。
-可以添加热交换器以从烟气回收热，该烟气的温度高于再沸器处所需的温度。对于板式交换器而言，要求最少2度。进入的烟气与传热流体的低温之间的温差应为至少5℃。对于示例1，在传热流体的低温为74.5℃的情况下，烟气应在至少79.5℃的温度处以被使用。然而，为了减少所需的流速以提供所需热能，更广泛的方法可以是优选的。
-在常规过程配置下，汽提器顶部通常直接进入冷凝器，但为了提高离开汽提器的气体的热质量，将压缩机和热交换器(顶部蒸气压缩或“OVC”单元)或这种单元的系列添加在汽提器顶部处，以便在再沸器处回收高于沸腾温度的热。由于压力升高，因此这使气体温度升高。
-直接和/或间接接触式热交换器可以用于热集成过程的各种应用。
-可能的热交换器类型：板式热交换器、管壳式热交换器和其他热交换器。
-优选的热交换器类型(例如，用于基于CA的过程)：板式热交换器。与可以使用的其他热交换器类型相比，板式热交换器的优点是更紧凑的设计和更小的温度差。例如，板式交换器的接近温度可以低至2℃，然而对于管壳式交换器，接近温度更通常地为15℃。对于酶的应用，这可以限制酶暴露的温度，并且因此使酶的衰减降低。根据从流体回收热的该流体的温度，不同热交换器类型可以用于不同的热回收回路(例如，如果烟气具有较高的温度，则管壳式交换器用于烟气回收回路；板式交换器用于OVC回路)。
-可以使用任何压缩机类型。对于OVC而言，可以使用压缩机和真空泵。在示例中的一个示例中，真空风扇用作压缩机，并且然后多个附加的专用压缩机还用于从顶部流回收热。
-汽提器的真空操作：再沸器处的绝对压力可以在0.1bar与1bar之间。对于该过程而言的优选范围为例如0.1bar至0.8bar、0.1bar至0.5bar、0.2bar至0.3bar。较低的压力范围、诸如0.1bar至0.5bar或0.2bar至0.3bar之类可以便于提供热集成系统，该热集成系统可以显著减少或消除对主机设施的能量消耗。为了清楚起见，应当注意，本文中所公开的汽提器的真空压力应被认为是低于大气压的绝对压力。
-对于板式热交换器，传热流体与废热流之间的最小温差为2℃。
-离开OVC步骤的气体的可能温度范围：20℃至200℃。优选的温度范围是30℃至100℃。
-压缩比范围：2至4之间，优选可以为：2至3之间，优选为3(3是标准值)，并且因此设备易于获得且成本较低。某些类型的压缩机、比如为超音速压缩机的压缩比可以高达10，并且也可以在该应用中使用。
-可以使用并联或串联的热交换器配置。
-在进入以下压缩机级之前，添加热交换器以进一步使OVC单元中的CO2/蒸气冷却。
注意的是，本文中描述的或要求保护的广泛概念可以与本文中描述的任何可选特征或其组合相结合。例如，可以通过根据示例部分、附图或说明书的其他部分而添加一个或更多个特征来修改一般的热集成方法和系统以及CO2捕获方法和系统，其中这种特征可能是特定的操作参数(温度、压力、化合物等)或特定的操作参数的范围、过程或系统配置(例如，包括诸如冷却器、交换器之类的附加单元的热回收回路配置、OVC配置等)。还应注意，可以将本文中描述的有关操作条件的可选特征与广义概念结合使用，并且除非另有指示，否则可以公开的特定可选操作值可以与正负10％一起使用(例如，根据示例部分的各个单元的操作条件，示例部分中用于OVC的温度和压力值等)。另外，尽管已经描述了特定的设备示例(例如，用于吸收器的填充塔)，但是应当注意，各种替代类型的设备可以用于本文中所述的不同单元操作，并且如果需要，可以使用串联或并联设置的多个单元来代替单件设备。还应注意，主机设施可以是产生包含CO2气体的任何数量的设施，比如为具有蒸气产生的碳氢化合物回收设施、钢铁或铝加工设施、水泥生产设施、使用生物质或石化原料的发电设备、和/或产生烟气或其他合适的包含CO2气体的各种其他设施。
示例：实验/模拟/结果
示例1
基于使用包括水、碳酸钾的吸收化合物和包括生物催化剂碳酸酐酶-无热集成的吸收溶液的CO2捕获方法。
CO2捕获方法被用于将烟气中存在的90％的CO2移除。CO2捕获单元的产能为每天1250吨。烟气成分列于表A中。
表A-进气参数
参数 1250吨/天的情况
流量(kg/h) 440156
温度(℃) 150
压力(kPa) 102
H<sub>2</sub>O(mol％) 17.6
CO<sub>2</sub>(mol％) 8.3
N<sub>2</sub>(mol％) 70.8
O<sub>2</sub>(mol％) 2.5
Ar(mol％) 0.8
考虑过程模拟的CO2捕获方法如图5中所示，该CO2捕获方法另外描述如下：将具有表A中所示的特征和成分的烟气(50)引导至具有填充塔构型的急冷单元(QT1)。对于该过程，在所需温度处用水将烟气冷却，对于本示例而言该所需温度为30℃。然后，将离开急冷器的水流(53)送至冷却系统(未示出)，并且送回至急冷单元(QT1)。然后将温度为30℃处的烟气(51)送至填充塔吸收器单元(56)。烟气在封装部的底部处进入并向上流动，并且与水吸收溶液(58)接触，该水吸收溶液在重力作用下向下行进。吸收溶液(25)包括碳酸钾、碳酸氢钾和碳酸酐酶(CA)酶。溶液中的钾浓度为2.9M。碳酸盐和碳酸氢盐离子中的浓度取决于吸收和汽提过程条件。CA酶浓度低于吸收溶液重量的0.1％。CO2溶解在溶液中，并且然后与氢氧根离子(公式1)和水(公式2和公式3)反应。
Figure BDA0002917553970000181
Figure BDA0002917553970000183
Figure BDA0002917553970000182
CA催化的CO2水合反应(公式3)是该过程中的主要反应。快速的酶催化反应能够使整个气/液接合处上的浓度梯度最大，并导致从气相至液相的最大CO2传递速率，并且因此导致高的CO2捕获性能。具有较低的CO2含量的烟气(7)在吸收器的顶部处被排放至大气。
然后，还称为富吸收溶液的呈碳酸氢盐离子形式的包含CO2的吸收溶液(57)被泵送并且通过穿过热交换器(EX-2)而被加热，并且然后被给送在汽提器(74)的顶部处。溶液在重力作用下向下流动，同时与包括在60℃与85℃之间的温度范围处的蒸气的汽提气体接触。汽提器在部分真空下操作，以允许在该低温范围内工作，出于该目的，使用了真空泵(VP1)。提取气体的组分使得溶解的CO2从液相释放，并且因此将碳酸氢盐离子转化回到溶解的CO2(公式4)中，并且然后转化回到气态的CO2中。CA还存在于汽提器中并对碳酸氢盐离子转化为溶解的CO2进行催化(公式3)。现在使贫含CO2的吸收溶液在汽提器的底部(61)处离开汽提器。溶液(30)的一部分朝向再沸器(EX-6)泵送，在该再沸器处使水蒸发，并且然后将液体/蒸气混合物(70)送回至汽提器(74)，并将蒸气用作汽提气体。通过使用来自实施捕获单元处的设备的废热来提供用于水蒸发的能量(71)，例如可以通过使用热水来供给废热(72)。然后使吸收溶液(69)被泵送并且通过穿过两个热交换器(EX-2&EX-1)而被冷却，并且被给送回到吸收器塔(56)的顶部中。在完全吸收/汽提循环下，酶暴露于9与10之间的pH范围。将离开汽提器的包括水蒸气和气态CO2的气体(60)送至冷凝器(SP-008)。一旦被冷凝，水(62)随后送回至该过程，并且使从真空泵(VP1)送出的CO2离开CO2捕获单元以用于将来使用(66)。
Figure BDA0002917553970000191
在没有热集成时，全部热能需求来自主机设施。对于本示例来说，热能需求为3.34GJ/ton CO2或48573kW。对于本示例来说，可以考虑汽提器在0.3bar的绝对压力和70℃的温度处的真空下操作。为了使再沸器中的酶降解最小化，对再沸器提供温度的最高传热流体温度应为85℃。对于本示例来说，我们认为温度为83℃的水流(传热流体)用于向再沸器提供热能。水流将在74.5℃的温度处离开再沸器。如果可用，水流可以从主机设备获取，或者水流可以通过使用热液体、热气体获得，该热液体、热气体将用于将传热流体(例如水或甲醇)从74.5℃加热至83℃。
示例2
当产生的CO2必须被压缩时热集成用于另外的用途。在退出CO2捕获方法之前，以157bar的压力提供最终的CO2气体。
在图8中所示的该过程配置中，最终的CO2产品以15700kPa的压力被压缩。离开汽提器的CO2/蒸气(60)首先被送至冷却单元(SP-008)，在该冷却单元处，CO2/蒸气的温度从63℃降低至40℃。通过使用真空风扇(FA-2)来施加真空。将冷凝水回收并送回至该过程(880)。离开冷却单元的气体流动通过真空风扇(FA-2)，在该真空风扇处该气体首先被压缩，并且然后通过冷却单元(F1)来冷却。然后，气体经历如图8中所示的4个压缩级，直到该气体以15700kPa的压力和40℃的温度退出该过程。每个压缩级的入口处的气体温度设置为40℃。离开该过程的气体为99.8％(v/v)的CO2和0.2％(v/v)的H2O。表1中提供了对于每个压缩/冷却级的气相的压力和温度。在每个压缩级处冷凝的水(流872、873、874、875和876)经由流(877)送回至该过程。水用作传热流体以从冷却单元F1、F2、F3、F4和F5回收热。水的温度从74.5℃升高至83℃。由于被冷却的气体的温度低于83℃，因此没有热从SP-008回收。
表1：对于通过不同压缩/冷却级的CO2/蒸气流的压力和温度数据。
Figure BDA0002917553970000201
从压缩级回收的总热估计为6089kW。这提供了用于再沸器操作所需热能的12.5％(6089kW/48573kW×100)。
示例3
基于碳酸钾酶吸收溶液的CO2捕获方法，其中由于CO2压缩至15700kPa和由于对包含CO2的烟气的冷却，热被回收。
本示例的过程基于示例1和示例2中所述的以及图9中所示的过程。除了前面所述的内容外，还回收了烟气的能量中的一些能量。因此，将传热回路添加至该过程。对于本示例来说，传热流体是水。传热回路将能够使水的温度从74.5℃升高至83℃。该回路包括将离开再沸器的水的一部分(温度在74.5℃处)朝向热交换器(751)泵送，在该热交换器处烟气将被冷却，并且水将被加热。然后经冷却的烟气被给送至急冷塔，对于示例1中所述方法而言，在该急冷塔处将烟气冷却至30℃的温度。在某些最佳过程状态下，将烟气从150℃冷却至79℃，并且可以从烟气回收16431kW的热；这占再沸器热能需求的34％。
通过结合来自气体压缩(示例2)和来自热烟气(示例3)的热回收，可以回收22520kW(16431+6089)。这与再沸器热能需求的46.4％相对应。因此，主机设备或设施需要向CO2捕获设备提供更少的能源。
示例4
对于示例3的过程来说，过程具有附加的修改的顶部蒸气压缩过程。
对于示例3中所述的CO2捕获方法，将CO2气体压缩至15700kPa。为了满足再沸器的部分的热能需求，通过使用将水用作传热流体的两个热回收回路来回收能量。第一回路从压缩系回收能量，从而使CO2压力从30kPa增加至15700kPa。第二回路通过将气体从150℃冷却至79℃来回收包含CO2的烟气中存在的能量的一部分。在该示例中，离开汽提器的气体在进入示例2中所述的压缩级之前被送至顶部压缩级。该配置的简化图在图10中示出。对于顶部压缩级而言，采用的压缩比为3。表2中表示了通过顶部压缩级(1个级)和4个压缩/冷却级的气体的压力和温度条件。每个压缩/冷却级的入口处的气体温度为40℃。
表2：对于通过顶部压缩级和4个压缩/冷却级的CO2/蒸气流的压力和温度数据。进入第一压缩级的气体温度为40℃。
Figure BDA0002917553970000221
在该过程配置下，顶部汽提器流的OVC提供24151kW，随后的压缩级提供3907kW，并且烟气提供16431kW。通过添加顶部蒸气压缩级，对于再沸器所需的92％的热能由CO2捕获方法本身供给。通过使用来自主机设备的废热流，将仅提供热能需求的8％。
示例5
示例5包括在示例3的过程中添加了顶部蒸气压缩过程，其中在不同压缩级之前，气体在80℃处冷却而不是在40℃处冷却。该过程配置是图10的配置，然而在这种情况下，冷却单元SP-008由于流1065而被移除。表3提供了对于进入压缩级的气流的温度和压力条件。
表3：对于通过顶部压缩级和4个压缩/冷却级的CO2/蒸气流的压力和温度数据。进入第一压缩级的气体温度为80℃。
Figure BDA0002917553970000231
在该过程配置下，事实是在第一压缩单元的入口处(顶部蒸气压缩单元之后)将气体温度保持在80℃处而不是40℃处，该事实能够使得在如示例4中所述的情况下回收附加的10973kW。通过这样做，与压缩级相结合的顶部蒸气压缩能够覆盖再沸器热能需求的122％。通过使用来自主机设备的废热流提供的热能将为零。与常规的无法利用该废热的CO2捕获方法相比，这为CO2捕获技术提供了相当大的优势。
当与再沸器的需求相比较，过量的热被回收时，还可以将过量的热传递至CO2捕获操作的其他设备和/或主机设施，以对温度低于传热流体的各种流进行预热。

Claims (62)

1.一种用于从由主机设施产生的烟气捕获CO2的CO2捕获方法，所述方法包括：
在吸收级中，使烟气流与包括水和形成吸收化合物的非氨基甲酸酯的吸收溶液直接接触，以吸收CO2并形成富CO2的溶液和贫CO2的气体；
在汽提级中，使所述富CO2的溶液经受真空压力条件和低于100℃的温度条件，以使得从所述富CO2的溶液释放CO2，从而形成再生溶液和包括CO2和蒸气的顶部气流；
将所述再生溶液再循环回到所述吸收级中而作为所述吸收溶液的至少一部分；以及
使所述顶部气流经受热回收，使所述顶部气流经受热回收包括：
对所述顶部气流或由所述顶部气流获得的气流进行压缩，以使所述顶部气流或由所述顶部气流获得的气流的温度增加并产生压缩气流；
将来自所述压缩气流的热传递至传热流体以形成加热流体；以及
将来自所述加热流体的热传递至所述汽提级。
2.根据权利要求1所述的CO2捕获方法，还包括：使由所述主机设施产生的所述烟气的至少一部分经受热回收，以及将所回收的热传递至所述汽提级。
3.根据权利要求2所述的CO2捕获方法，其中，所述烟气的所述一部分是供给至所述吸收级的所述烟气流。
4.根据权利要求2或3所述的CO2捕获方法，还包括：
提供所述传热流体的第一部分以用于从所述顶部气流回收热；
提供所述传热流体的第二部分以用于从所述烟气回收热；
将所述传热流体的所述第一部分和所述第二部分在加热后进行混合，以形成混合的加热流体；以及
将所述混合的加热流体供给至所述汽提级以向所述汽提级传递热。
5.根据权利要求4所述的CO2捕获方法，还包括：
提供所述传热流体的第三部分以用于从由所述主机设施提供的热源回收热；
将所述传热流体的所述第三部分与所述第一部分和所述第二部分在加热后进行混合，以形成所述混合的加热流体；以及
将所述混合的加热流体供给至所述汽提级，以用于向所述汽提级传递热。
6.根据权利要求5所述的CO2捕获方法，还包括对所述第一部分的流量、所述第二部分的流量和所述第三部分的流量进行控制，以向所述混合的加热流体提供足以满足所述汽提级的热能需求的热能。
7.根据权利要求1至4中的任一项所述的CO2捕获方法，其中，所述汽提级具有热能需求，并且从所述烟气和所述顶部气流传递至所述汽提级的热满足所述热能需求的至少50％、至少60％、至少70％、至少80％、至少90％、至少95％或100％。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的CO2捕获方法，其中，使所述顶部气流经受热回收包括：
使所述顶部气流经受串联布置的多个压缩级以产生相应的压缩气流；以及
对于所述压缩气流中的每个压缩气流而言，将来自对应的压缩气流的热间接传递至所述传热流体，以使得能够逐渐对所述传热流体进行加热，从而产生所述加热流体。
9.根据权利要求8所述的CO2捕获方法，其中，所述传热流体相对于所述多个压缩级和所述压缩气流的流而反向地流动。
10.根据权利要求8或9所述的CO2捕获方法，其中，所述多个压缩级包括三至六个级或者四至五个级，并且可选地其中，第一压缩级由真空风扇实现，并且然后压缩机提供后续的压缩级。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的CO2捕获方法，其中，将来自所述压缩气流的热传递至所述传热流体包括使包含在所述压缩气流中的水冷凝。
12.根据权利要求11所述的CO2捕获方法，还包括：
将冷凝水从所述压缩气流移除；以及
使所述冷凝水再循环回到所述方法中，可选地回到所述再生溶液中。
13.根据权利要求1至12中的任一项所述的CO2捕获方法，其中，所述吸收化合物包括：2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP)、2-氨基-2-羟甲基-1,3-丙二醇(Tris)、N-甲基二乙醇胺(MDEA)、二甲基单乙醇胺(DMMEA)、二乙基单乙醇胺(DEMEA)、三异丙醇胺(TIPA)、三乙醇胺、N-甲基-N-仲丁基甘氨酸、二乙基甘氨酸、二甲基甘氨酸、碳酸钾、碳酸钠或其混合物。
14.根据权利要求13所述的CO2捕获方法，其中，所述吸收化合物是碳酸钾。
15.根据权利要求1至14中的任一项所述的CO2捕获方法，其中，所述吸收溶液还包含至少一种促进剂、催化剂或生物催化剂。
16.根据权利要求15的CO2捕获方法，其中，所述促进剂、催化剂或生物催化剂选自：哌嗪、二乙醇胺(DEA)、二异丙醇胺(DIPA)、甲基氨基丙胺(MAPA)、3-氨基丙醇(AP)、2,2-二甲基-1,3-丙二胺(DMPDA)、二甘醇胺(DGA)、2-氨基-2-甲基丙醇(AMP)、1-氨基-2-丙醇(MIPA)、2-甲基甲醇胺(MMEA)、哌啶(PE)、亚砷酸盐、次氯酸盐、亚硫酸盐、碳酸酐酶、甘氨酸、肌氨酸、丙氨酸、仲丁基甘氨酸、哌啶酸及其组合。
17.根据权利要求1至14中的任一项所述的CO2捕获方法，其中，所述吸收溶液还包含碳酸酐酶，所述碳酸酐酶用于催化CO2的水合以在所述吸收级中形成碳酸氢盐和氢离子，并且所述碳酸酐酶可选地用于催化离子的脱水以在所述汽提级中形成CO2。
18.根据权利要求1至17中的任一项所述的CO2捕获方法，其中，通过间接热交换来执行将来自所述压缩气流的热传递至所述传热流体。
19.根据权利要求1至18中的任一项所述的CO2捕获方法，其中，通过间接热交换来执行将来自所述加热流体的热传递至所述汽提级。
20.根据权利要求18的CO2捕获方法，其中，使用至少一个板式热交换器来执行所述间接热交换。
21.根据权利要求1至20中的任一项所述的CO2捕获方法，其中，将来自所述加热流体的热传递至所述汽提级包括将热传递至所述汽提级的再沸器。
22.根据权利要求1至21中的任一项所述的CO2捕获方法，其中，所述汽提级的所述再沸器中的压力条件在约0.1bara与约0.9bara之间。
23.根据权利要求1至21中的任一项所述的CO2捕获方法，其中，所述汽提级的所述再沸器中的压力条件在约0.2bara与约0.5bara之间。
24.根据权利要求8至10中的任一项所述的CO2捕获方法，其中，
对于第一压缩级，所述顶部气流的初始温度在55℃与75℃之间，并且所述第一压缩气流的温度在140℃与180℃之间；以及
可选地，对于随后的压缩级，进入对应压缩级的每个冷却气流的温度在30℃与50℃之间；或者，对于第二压缩级，进入所述第二压缩级中的冷却气流的温度在70℃与90℃之间，并且然后对于随后的压缩级，进入对应压缩级的每个冷却气流的温度在30℃与50℃之间。
25.根据权利要求1至24中的任一项所述的CO2捕获方法，其中，执行压缩以提供约2与约4之间或约2.5与约3.5之间的压缩比；以及/或者可选地其中，将所述顶部气流从20kPa与100kPa之间的初始出口压力压缩至10,000kPa与18,000kPa之间的最终压缩的CO2压力。
26.根据权利要求1至25中的任一项所述的CO2捕获方法，还包括在将来自所述压缩气流的热传递至所述传热流体之后，在随后的压缩和传热之前使所产生的气流经受另外的冷却。
27.根据权利要求1至26中的任一项所述的CO2捕获方法，其中，使所述顶部气流在从所述汽提级被释放后直接经受压缩。
28.根据权利要求1至27中的任一项所述的CO2捕获方法，其中，使从所述汽提级释放的所有的所述顶部气流中均经受所述热回收。
29.根据权利要求1至27中的任一项所述的CO2捕获方法，其中，在所述CO2捕获方法中使用的设备是基于来自所述烟气和所述顶部气流的预定的可回收热能来设定尺寸、配置和操作的。
30.一种用于从由主机设施产生的烟气捕获CO2的CO2捕获系统，所述CO2捕获系统包括：
吸收级，所述吸收级包括吸收器，所述吸收器构造成接纳烟气流并使所述烟气流与包括水和形成吸收化合物的非氨基甲酸酯的吸收溶液直接接触，以吸收CO2并形成富CO2的溶液和贫CO2的气体；
汽提级，所述汽提级包括再沸器和真空汽提器，所述汽提器构造成用于接纳所述富CO2的溶液，并使所述富CO2的溶液经受真空压力条件和低于100℃的温度条件，以使得从所述富CO2的溶液释放CO2，从而形成再生溶液和包括CO2和水蒸气的顶部气流；
顶部热回收组件，所述顶部热回收组件包括：
压缩机，所述压缩机构造成接纳所述顶部气流或由所述顶部气流获得的气流并且对所述顶部气流或由所述顶部气流获得的气流进行压缩，以使所述顶部气流或由所述顶部气流获得的气流的温度增加并产生压缩气流；
热交换器，所述热交换器与所述压缩机流体连通，并且所述热交换器构造成将来自所述压缩气流的热传递至传热流体以形成加热流体；以及
顶部回收回路，所述顶部回收回路构造成使所述传热流体循环通过所述热交换器以使所述传热流体的温度增加，并且然后使所述传热流体循环通过所述汽提器的所述再沸器以向所述再沸器传递热能。
31.根据权利要求30所述的CO2捕获系统，还包括烟气热回收组件，所述烟气热回收组件包括：
烟气热交换器，所述烟气热交换器构造成接纳由所述主机设施产生的所述烟气的一部分和所述传热流体，以形成加热流体；以及
烟气回收回路，所述烟气回收回路构造成使所述传热流体的一部分循环通过所述烟气热交换器以使所述传热流体的所述一部分的温度增加，并且然后使所述传热流体的所述一部分通过所述汽提器的所述再沸器，以向所述再沸器传递热能。
32.根据权利要求30或31所述的CO2捕获系统，其中，所述顶部回收回路和所述烟气回收回路是并联布置的并且是传热回路的一部分，所述传热回路配置成使得：
所述顶部回收回路使所述传热流体的第一部分能够通过所述热交换器，以用于从所述顶部气流回收热，
所述烟气回收回路使所述传热流体的第二部分能够通过所述烟气热交换器，以用于从所述烟气回收热；以及
所述顶部回收回路和所述烟气回收回路连结在一起，以形成再沸器加热回路，在所述再沸器加热回路中，所述传热流体的所述第一部分和所述第二部分在加热后被混合，以形成被供给通过所述再沸器的混合的加热流体。
33.根据权利要求32所述的CO2捕获系统，其中，所述传热回路还包括主机设施回路，所述主机设施回路使所述传热流体的第三部分能够通过第三热交换器，以用于从由所述主机设施提供的热源回收热，其中，所述主机设施回路与所述再沸器加热回路连结，以提供供给至所述再沸器的所述混合的加热流体。
34.根据权利要求33所述的CO2捕获系统，还包括控制器，所述控制器联接至所述传热回路并且配置成对所述传热流体的所述第一部分的流量、所述第二部分的流量和所述第三部分的流量进行控制，以向所述混合的加热流体提供足以满足所述再沸器的热能需求的热能。
35.根据权利要求30至34中的任一项所述的CO2捕获系统，其中，所述顶部热回收组件包括：
多个压缩机，所述多个压缩机串联布置，以产生相应的压缩气流；以及
多个热交换器，所述多个热交换器串联布置并构造成接纳来自相应的所述压缩机的相应的压缩气流，每一对压缩机-热交换器形成对应的级；以及
其中，所述顶部回收回路配置成通过所述多个热交换器以使得能够逐渐加热所述多个热交换器并产生所述加热流体；以及
可选地其中，第一压缩机是真空风扇，并且随后的压缩机是专用压缩机装置。
36.根据权利要求35所述的CO2捕获系统，其中，所述顶部回收回路配置成使得：所述传热流体相对于通过所述多个热交换器的所述压缩气流而反向地流动。
37.根据权利要求35或36所述的CO2捕获系统，其中，所述多个压缩机和热交换器形成相应的多个级，并且其中，所述系统包括三至六个级或者四至五个级。
38.根据权利要求30至37中的任一项所述的CO2捕获系统，其中，所述顶部热回收组件的所述热交换器包括冷凝物出口，所述冷凝物出口对在所述热交换器中的所述压缩气流的冷却期间所形成的冷凝水进行接纳。
39.根据权利要求38所述的CO2捕获系统，所述系统还包括与所述冷凝物出口流体连通的冷凝物再循环管线和用于将所述冷凝水再循环回到所述再生溶液中的再生溶液管线。
40.根据权利要求30至39中的任一项所述的CO2捕获系统，其中，所述吸收器和所述汽提器构造成用于作为所述吸收化合物的碳酸钾。
41.根据权利要求30至40中的任一项所述的CO2捕获系统，其中，所述吸收器和所述汽提器构造成用于使碳酸酐酶催化CO2的水合，以在所述吸收器中形成碳酸氢盐和氢离子，并且使碳酸酐酶在溶液中自由流动通过所述吸收器和所述汽提器以及在所述吸收器与所述汽提器之间自由流动，并且所述碳酸酐酶可选地催化所述离子的脱水，以在所述汽提器中形成CO2。
42.根据权利要求30至41中的任一项所述的CO2捕获系统，其中，所述吸收器是填充反应器。
43.根据权利要求30至42中的任一项所述的CO2捕获系统，其中，所述顶部热回收组件的所述热交换器包括至少一个板式热交换器。
44.根据权利要求30至43中的任一项所述的CO2捕获系统，其中，所述汽提级配置成且操作成使得：所述再沸器中的压力条件在约0.1bara与约0.9bara之间；以及/或者，所述再沸器中的所述再生溶液的温度在约60℃与约85℃之间。
45.根据权利要求30至43中的任一项所述的CO2捕获系统，其中，所述汽提级配置成且操作成使得：所述再沸器中的压力条件在约0.2bara与约0.5bara之间；以及/或者，所述再沸器中的所述再生溶液的温度在约70℃与约80℃之间。
46.根据权利要求35至37中的任一项所述的CO2捕获系统，其中，所述汽提级和所述多个压缩机和热交换器构造成且操作成使得：
第一压缩机对所述顶部气流进行压缩以使所述顶部气流的温度从55℃与75℃之间的初始温度增加至140℃与180℃之间的温度；以及
可选地，每个随后的压缩机接纳温度在30℃与50℃之间的冷却气流；或者，第二压缩机接纳温度在70℃与90℃之间的对应的冷却气流，并且然后，每个随后的压缩机接纳温度在30℃与50℃之间的对应的冷却气流。
47.根据权利要求35至37或35至46中的任一项所述的CO2捕获系统，其中，所述多个压缩机均构造成且操作成提供约2与约4之间或约2.5与约3.5之间的压缩比。
48.根据权利要求30至47中的任一项所述的CO2捕获系统，其中，所述顶部热回收组件还包括冷却器，所述冷却器用于接纳来自所述热交换器流的气流，以在随后的压缩和传热之前提供另外的冷却。
49.根据权利要求30至48中的任一项所述的CO2捕获系统，其中，所述汽提器包括顶部出口管线，所述顶部出口管线接纳所述顶部气流并且与所述压缩机直接流体连通，以用于将所述顶部气流直接供给至所述压缩机。
50.根据权利要求30至49中的任一项所述的CO2捕获系统，其中，所述顶部出口构造成将所有的所述顶部气流均供给至所述顶部热回收组件。
51.根据权利要求1至27中的任一项所述的CO2捕获系统，其中，在CO2捕获方法中使用的设备是基于来自所述烟气和所述顶部气流的预定的可回收热能来定尺寸、构造和操作的。
52.一种用于在CO2捕获操作中进行热回收和再使用的热集成系统，所述热集成系统利用吸收器和在真空压力条件下和低于100℃的温度处操作的真空汽提器，所述热集成系统包括：至少一个压缩机，所述压缩机构造成接纳由所述真空汽提器产生的顶部气流或由所述顶部气流获得的气流并且对由所述真空汽提器产生的顶部气流或由所述顶部气流获得的气流进行压缩，以使所述顶部气流或者由所述顶部气流获得的气流的温度增加并产生压缩气流；至少一个热交换器，所述热交换器均与对应的压缩机流体连通，并且所述热交换器构造成将热能从所述压缩气流传递至传热流体以形成加热流体；以及顶部回收回路，所述顶部回收回路构造成使所述传热流体循环通过所述热交换器以形成所述加热流体，并且使所述传热流体循环通过所述真空汽提器的再沸器以向所述再沸器中的溶液传递热能。
53.根据权利要求52所述的热集成系统，还包括根据权利要求1至51、56或57中的任一项所述的或本文中以其他方式描述或说明的至少一个特征。
54.一种用于在CO2捕获操作中进行热回收和集成的热集成方法，所述方法利用吸收器和在真空压力条件下和低于100℃的温度处操作的真空汽提器，所述热集成方法包括：对由所述真空汽提器产生的顶部气流或由所述顶部气流获得的气流进行压缩，以使所述顶部气流或由所述顶部气流获得的气流的温度增加并产生压缩气流；将来自所述压缩气流的热传递至传热流体以形成加热流体；以及将来自所述加热流体的热传递至所述真空汽提器。
55.根据权利要求54所述的热集成方法，还包括根据权利要求1至53、或56至61中的任一项所述的或本文中以其他方式描述或说明的至少一个特征。
56.一种用于从由主机设施产生的烟气捕获CO2的CO2捕获方法，所述方法包括：
在吸收级中，使烟气流与包括水和形成吸收化合物的非氨基甲酸酯的吸收溶液直接接触，以吸收CO2并形成富CO2的溶液和贫CO2的气体；
在汽提级中，使所述富CO2的溶液经受真空压力条件和低于100℃的温度条件，以使得从所述富CO2的溶液释放CO2，从而形成再生溶液和包括CO2和蒸气的顶部气流；
将所述再生溶液再循环回到所述吸收级中而作为所述吸收溶液的至少一部分；
使所述顶部气流经受热回收，使所述顶部气流经受热回收包括：
使所述顶部气流冷却以产生冷却的顶部气流和冷凝物流；
将所述冷凝物流再循环回到所述方法中；
对冷却的所述顶部气流进行压缩以使冷却的所述顶部气流的温度增加并产生压缩气流；
将来自所述压缩气流的热传递至传热流体以形成加热流体；以及
将来自所述加热流体的热传递至所述汽提级。
57.一种用于从由主机设施产生的烟气捕获CO2的CO2捕获方法，所述方法包括：
在吸收级中，使烟气流与包括水和形成吸收化合物的非氨基甲酸酯的吸收溶液直接接触，以吸收CO2并形成富CO2的溶液和贫CO2的气体；
在汽提级中，使所述富CO2的溶液经受真空压力条件和低于100℃的温度条件，以使得从所述富CO2的溶液释放CO2，从而形成再生溶液和包括CO2和蒸气的顶部气流；
将所述再生溶液再循环回到所述吸收级中而作为所述吸收溶液的至少一部分；
使所述顶部气流经受热回收，使所述顶部气流经受热回收包括：
直接对从所述汽提级释放后的所述顶部气流进行压缩，以使所述顶部气流的温度增加并产生压缩气流；
将来自所述压缩气流的热传递至传热流体并形成冷却气流；
对所述冷却气流进行压缩以使所述冷却气流的温度增加并产生另外的压缩气流；
将来自所述另外的压缩气流的热传递至所述传热流体；以及
将来自经加热的所述传热流体的热传递至所述汽提级。
58.根据权利要求57所述的CO2捕获方法，其中，直接对从所述汽提级释放后的所述顶部气流进行压缩是由真空风扇执行的。
59.根据权利要求57或58所述的CO2捕获方法，其中，使用包括多个级的压缩和热回收系来执行对所述冷却气流进行压缩并从所述冷却气流传递热，所述多个级用于对所述传热流体逐渐压缩以及将热传递至所述传热流体。
60.根据权利要求57至59中的任一项所述的CO2捕获方法，还包括根据权利要求1至55中的任一项所述的或本文中以其他方式描述或说明的至少一个特征。
61.根据权利要求1至55中的任一项所述的CO2捕获方法或CO2捕获系统，还包括管理所述再沸器中的所述再生溶液的温度以及管理用于将热能传递至所述再生溶液的所述传热流体的温度，以使循环通过所述吸收级和所述汽提级的碳酸酐酶的变性最小化，可选地其中，向所述再沸器提供温度的最大传热流体温度为85℃。
62.根据权利要求1至55中的任一项所述的CO2捕获方法或CO2捕获系统，还包括根据权利要求56至61中的任一项所述的或本文中以其他方式描述或说明的至少一个特征。
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