RU2010102885A

RU2010102885A - Способ выделения диоксида углерода из дымовых газов и соответствующее устройство

Info

Publication number: RU2010102885A
Application number: RU2010102885/05A
Authority: RU
Inventors: Томас ХАММЕР (DE); Томас ХАММЕР; Вернер ХАРТМАНН (DE); Вернер Хартманн
Original assignee: Сименс Акциенгезелльшафт (DE); Сименс Акциенгезелльшафт
Priority date: 2007-06-29
Filing date: 2008-06-27
Publication date: 2011-08-10
Also published as: DE102007030069A1; EP2164613A1; WO2009003929A1; CN101790409A; US20100196234A1; RU2473379C2

Abstract

1. Способ выделения диоксида углерода (СО2) из отходящих газов путем гетерогенных каталитических реакций диоксида углерода (СО2) с аммиаком (NH3), с последовательностью следующих технологических стадий: ! - проведение содержащего СО2 отходящего газа через катализатор, на активных центрах которого связан NH3, ! - перевод СО2 при первой температуре процесса (T1) в результате химической реакции с NH3 в стабильное соединение, также связанное на поверхности катализатора, ! - затем направление потока продувочного газа, состоящего из СО2 и водяного пара (Н2O) на катализатор, наполненный СО2, при второй температуре процесса, которая выше, чем первая температура процесса (T2>T1), причем соединение из СО2 и NH3 разлагается, СО2 переходит в поток продувочного газа, a NH3 остается осажденным на поверхности катализатора, ! - после чего перевод обогащенного СО2 потока продувочного газа в другой реактор и охлаждение его там до температуры, которая ниже первой температуры процесса (Т3<Т1), причем вода конденсируется и выводится, ! - затем откачивание чистого, сухого СО2 через поверхность воды и направление на дальнейшее применение. ! 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что первую температуру процесса выбирают из температур ниже 200°С, чтобы углеродсодержащие продукты реакции, как, например, изоциановая-кислота (HNCO) и мочевина ((NH2)2CO), также были связаны на поверхности катализатора. ! 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что первая температура процесса лежит в интервале от 70°С до 140°С. ! 4. Способ по п.2, отличающийся тем, что связывание с каталитической поверхностью осуществляют согласно следующим уравнениям реакций ! ! , ! причем s означает молекулы, связан

Claims

1. Способ выделения диоксида углерода (СО₂) из отходящих газов путем гетерогенных каталитических реакций диоксида углерода (СО₂) с аммиаком (NH₃), с последовательностью следующих технологических стадий:

- проведение содержащего СО₂ отходящего газа через катализатор, на активных центрах которого связан NH₃,

- перевод СО₂ при первой температуре процесса (T₁) в результате химической реакции с NH₃ в стабильное соединение, также связанное на поверхности катализатора,

- затем направление потока продувочного газа, состоящего из СО₂ и водяного пара (Н₂O) на катализатор, наполненный СО₂, при второй температуре процесса, которая выше, чем первая температура процесса (T₂>T₁), причем соединение из СО₂ и NH₃ разлагается, СО₂ переходит в поток продувочного газа, a NH₃ остается осажденным на поверхности катализатора,

- после чего перевод обогащенного СО₂ потока продувочного газа в другой реактор и охлаждение его там до температуры, которая ниже первой температуры процесса (Т₃<Т₁), причем вода конденсируется и выводится,

- затем откачивание чистого, сухого СО₂ через поверхность воды и направление на дальнейшее применение.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что первую температуру процесса выбирают из температур ниже 200°С, чтобы углеродсодержащие продукты реакции, как, например, изоциановая-кислота (HNCO) и мочевина ((NH₂)₂CO), также были связаны на поверхности катализатора.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что первая температура процесса лежит в интервале от 70°С до 140°С.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что связывание с каталитической поверхностью осуществляют согласно следующим уравнениям реакций

,

причем s означает молекулы, связанные на поверхности каталитического адсорбента.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что равновесие реакции при низких температурах и высокой поверхностной концентрации NH₃ приводит к образованию мочевины согласно уравнению (2), напротив, при высоких температурах или низких поверхностных концентрациях NH₃ оно определяется уравнением (1) и приводит к высвобождению СO₂.

6. Способ по п.4, отличающийся тем, что абсорбент при выделении СO₂ с применением водяного пара возвращают в прежнее состояние согласно

.

7. Способ по одному из пп.1, 2, 4, 5 или 6, отличающийся тем, что для разделения водяного пара и СO₂ путем конденсации используется комбинированное регулирование давления и температуры.

8. Способ по одному из пп.1, 2, 4, 5 или 6, отличающийся тем, что для связывания СO₂ используют альтернативные механизмы реакции, которые, например, ведут к образованию карбоната аммония (NH₂CO₂ ^-NH₄ ⁺) в соответствии с

.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что карбамат аммония в результате гидролиза в водном растворе и/или на подходящей каталитической поверхности при низких температурах превращают в карбонат аммония в соответствии с

.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что карбонат аммония разлагается термически на NH₃ и СO₂ с отщеплением воды в соответствии с

.

11. Способ по одному из пп.1, 2, 4, 5, 6, 9 или 10, отличающийся тем, что для благоприятной в аэрогидродинамическом отношении реализации применяют два включенных параллельно реактора, которые попеременно наполняют отходящим газом для адсорбции СО₂ и затем, когда адсорбент будет по существу насыщен, выводят из потока отходящего газа и для регенерации наполняют смесью десорбирующих газов, которая находится при требуемой температуре.

12. Способ по одному из пп.1, 2, 4, 5, 6, 9 или 10, отличающийся тем, что применяют по одному реактору адсорбции и реактору регенерации, которые включены параллельно друг другу, причем необходимый для проведения реакции катализатор можно непрерывно направлять через газовый шлюз из реактора адсорбции в реактор десорбции и обратно.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют способный вращаться пакет пластин, который расположен так, чтобы каталитические поверхности попеременно проходили через реактор адсорбции и реактор десорбции.

14. Способ по п.12, отличающийся тем, что катализатор находится в виде засыпки из мелких частиц с большой поверхностью, которые непрерывно подводят в реактор адсорбции на выходе газа, по пути через реактор адсорбции наполняют СO₂, и снова удаляют из реактора адсорбции через газовый шлюз на впуске газа и направляют на регенерацию посредством десорбции СO₂.

15. Способ по одному из пп.1, 2, 4, 5, 6, 9, 10, 13 или 14, отличающийся тем, что адсорбционная емкость каталитического материала в отношении СO₂ поддерживают другим, дополнительным процессом регенерации, при котором аммиак аккумулируется на поверхности катализатора.

16. Способ по п.15, отличающийся тем, что адсорбционная емкость каталитического материала в отношении СO₂ отслеживается датчиком.

17. Способ по п.15, отличающийся тем, что загрузка катализатора абсорбентом проводится на отдельном технологическом этапе по окончании десорбции СO₂, причем подходящим механизмом управления клапанами сначала останавливают подвод продувочного газа, затем начинают подвод адсорбента, при достижении предельного заполнения снова останавливают, и затем реактор через закрытие выходного вентиля полностью изолируют от контура циркуляции газа, причем достижение предельного заполнения адсорбентом определяется датчиком газа, установленным со стороны выхода.

18. Способ по п.17, отличающийся тем, что дальнейшее временное изменение концентрации адсорбента в газовой фазе регистрируется датчиками и используется для оценки целостности каталитического адсорбента.

19. Устройство для осуществления способа по п.1 или по одному из пп.2-18, включающее реакторы для использования на выбор в качестве как адсорбера или десорбера СО₂, отличающееся тем, что включает

- по меньшей мере один первый реактор (10, 20, 30) для каталитической адсорбции СО₂ на адсорбенте и

- по меньшей мере один второй реактор (10', 20', 30') для десорбции СО₂ с адсорбента посредством газовой десорбирующей смеси, и

- средства для отвода десорбата,

причем адсорбционное средство (11, 21, 31) является каталитическим адсорбционным средством, наполненным адсорбентом с высокой селективностью к реакции адсорбции СО₂,

и механизм управления для управления каталитической адсорбцией СO₂ из содержащего СO₂ отходящего газа в по меньшей мере первом реакторе (10, 20, 30) и для управления десорбцией СO₂ с каталитического адсорбента в по меньшей мере втором реакторе (10', 20', 30').

20. Устройство по п.19, отличающееся тем, что включает механизмы управления газовыми потоками, с которыми реакторы (10, 10') работают соответственно попеременно на адсорбцию и десорбцию (фиг.1).

21. Устройство по п.20, отличающееся тем, что включает средство для подачи абсорбента из запасного резервуара (4).

22. Устройство по одному из пп.19-21, отличающееся тем, что включает два параллельно расположенных реактора (20, 20'), которые соединены друг с другом через газонепроницаемый шлюз (25) и через пластины катализатора (15) (фиг.2).

23. Устройство по п.22, отличающееся тем, что пластинки катализатора (15) имеют круговую горизонтальную проекцию и могут вращаться вокруг оси (I), перпендикулярной газовому потоку.

24. Устройство по п.23, отличающееся тем, что включает катализатор (31), выполненный как засыпка каталитическими частицами, средством для непрерывного подвода наполненного абсорбентом катализатора в по меньшей мере один реактор (30, 30'), газонепроницаемым средством (32, 32') для непрерывного удаления наполненного СO₂ катализатора из по меньшей мере одного первого реактора (30) и для его подачи в по меньшей мере один второй реактор (30') (фиг.3).

25. Устройство по п.19, отличающееся тем, что реактор адсорбции (40) содержит по меньшей мере один температурный датчик (42) во входной области реактора и два датчика концентрации СO₂ (43, 44), один из которых расположен во входной области, а другой в выходной области.

26. Устройство по п.19, отличающееся тем, что реактор десорбции (50) содержит по меньшей мере один датчик газа для определения концентрации абсорбента и один температурный датчик (42), сигналы которых используются для управления адсорбционной емкостью путем загрузки абсорбента.

27. Устройство по п.26, отличающееся тем, что включает вентили (V12, V13) для управления подачей десорбирующей газовой смеси и для отвода наполненного СO₂ десорбата, а также вентиль (V14) для регулируемой подачи абсорбента, которые регулируются в зависимости от сигналов датчиков.

28. Устройство по одному из пп.19-21, 23-27, отличающееся тем, что в качестве адсорбера используют окисный катализатор.

29. Устройство по п.28, отличающееся тем, что катализатор состоит из ТiO₂ или смеси TiO₂ и другого оксида металла, в частности легированного V₂O₅.

30. Устройство по п.28, отличающееся тем, что катализатор состоит из ионообменных цеолитов.