TW201323060A - 具清洗系統之以冷氨為主的二氧化碳捕集系統及使用方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於降低以冷氨為主的CO2移除系統中氨回收汽提塔之能量需求之系統及方法。該等系統及方法包括用於將來自清洗容器之洗過液體物理分離之奈米過濾或逆滲透單元，其係經配置以接收來自以冷氨為主的CO2移除系統之主要吸收器之氨洩漏饋料流及提供第一及第二饋料流。與來自清洗容器之洗過液體相比，該第一饋料流具有降低的氨莫耳濃度，而該第二饋料流具有增加的氨莫耳濃度。接著將該第二饋料流饋至氨回收汽提塔，其減少蒸汽消耗量。除眾多其他優勢外，蒸汽消耗量之減少可節約大量能量。此外，該等系統及方法可減少與汽提塔單元相關之設備尺寸，此可能係一些應用中所期望的。

Description

具清洗系統之以冷氨為主的二氧化碳捕集系統及使用方法
本發明大體上係關於氣體純化系統以及使用方法，其中回收經吸收的氨及二氧化碳。特定言之，本發明係關於清洗系統及方法，其經配置以利用奈米過濾或逆滲透來降低氨回收汽提塔之蒸汽負荷，進而減少來自已經歷以氨為主的CO2移除製程之氣體流之氨洩漏(ammonia slip)及其他污染物。
在用於氣體純化之習知工業技術中，雜質(諸如H2S、CO2及/或COS)係藉由液體溶液(例如，包含氨及/或一或多種胺化合物之液體溶液)吸收而自氣體流(諸如煙道氣、天然氣、合成氣或其他氣體流)移除。所用液體溶液隨後通常藉由與蒸汽進行逆流接觸而在再生器管柱中再生，以釋放溶液中所包含之雜質。再生所需之蒸汽通常係由發電廠汽輪機系統產生。此外，與該再生管柱流體連通之再沸器可進一步釋放該液體溶液中所包含之雜質。
在現行冷氨方法及系統中，來自主要CO2吸收器之氨洩漏首先被捕集於水洗容器中，及隨後在氨回收汽提塔中藉由加熱富氨溶液與飽和蒸汽而再生。取決於操作條件，氨化洩漏溶液通常具有0.1至2.0 mol/公升之NH3莫耳濃度。就資本及操作成本而言，當前自汽提塔回收氨之方法係昂貴的方法(主要CO2再生器之熱負荷為約20%)，因為很難整合汽提塔頂部熱量與主要再生器網絡。
因此，需改良系統及方法，以更有效地回收氨洩漏，進而減少能量消耗。
本文揭示氣體純化系統及方法，在所有優勢中，其尤其更有效地回收氨洩漏，而減少能量消耗。在一實施例中，一種用於減少包括主要吸收器及再生器之以冷氨為主之CO2移除系統中之氨洩漏之清洗系統，該清洗系統亦包括一經配置以接收進入以冷氨為主的CO2移除系統之CO2貧煙道氣之清洗容器，該清洗容器包括用於清洗來自該主要吸收器之CO2貧煙道氣之液體；一與該清洗容器串聯，並經配置以自該清洗容器接收具有氨濃度之洗過液體，並將該洗過液體物理分離成第一饋料流及第二饋料流之分離單元，其中該第一饋料流之氨濃度相對於該洗過液體之氨濃度降低，且其中該第二饋料流之氨濃度相對於該洗過液體之氨濃度增加；以及一與該分離單元串聯，並經配置以接收氨濃度經增加之該第二饋料流之汽提塔系統。
一種用於降低由包括主要吸收器及再生器之以氨為主的CO2捕集系統所產生之CO2貧煙道氣流中之氨含量之方法，其包括在具有一液體之清洗容器中清洗來自主要吸收器之CO2貧煙道氣流，以產生具有一氨濃度之洗過液體；將該洗過液體分離成第一饋料流及第二饋料流，其中該第一饋料流之氨濃度相對於該洗過液體之氨濃度降低，且其中該第二饋料流之氨濃度相對於該洗過液體之氨濃度增加；以及自該第二饋料流回收氨，以產生氨貧溶液。
藉由參考本發明之各種特性之以下詳細說明及其中所包括之實例可更輕易地理解本發明。
現參考圖，其中相同元件標號相同。
本文揭示用於純化諸如煙道氣之氣流之系統及方法。更特定言之，該等系統及方法係經配置以降低碳捕集系統(「CCS」)中所用之先前冷氨方法及系統(「CAP」)之能源需求。該等系統及方法係經配置以自已經歷以冷氨為主之CO2移除系統處理之煙道氣流回收經吸收的氨及二氧化碳(CO2)。更特定言之，氨及CO2係對來自清洗容器之饋料流採用奈米過濾或逆滲透而回收，以向氨回收汽提塔提供高莫耳濃度之氨饋料流。該清洗容器係與主要吸收器流體連接，且經配置以接收含有氨洩漏以及其他污染物之煙道氣饋料流，即已經歷以氨為主之CO2移除處理之煙道氣。藉由增加饋至氨回收汽提塔之清洗溶液中之氨莫耳濃度，本申請人已發現，蒸汽消耗需求顯著降低。同樣，藉由增加氨莫耳濃度，進入氨回收汽提塔之饋料溶液減少，從而直接減小汽提塔、再沸器、冷凝器、熱交換器、泵等等之設備尺寸。蒸汽消耗之減少直接節約大量能量。
現參考圖1，示意性地說明根據一實施例用於在(例如)用於處理煙道氣之一般包括主要吸收器及再生器之以冷氨為主之CO2移除系統中回收氨洩漏之清洗系統100之部分視圖。系統100大致串聯地描繪用於接收來自主要吸收器(未顯示)之吸收器滯留物106(亦稱為CO2貧煙道氣)之水洗容 器102、奈米過濾或逆滲透系統108、及汽提塔系統104。應明瞭，完整的以冷氨為主之CO2移除系統將包括額外組件，諸如主要吸收器及主要再生器以及在引入至該主要吸收器及CO2脫水及壓縮組件之前處理煙道氣流之煙道氣調節組件。美國專利第7,641,717號、第7,846,240號及第7,862,788號中揭示具有此等額外組件(包括但不限於吸收器及再生器)之示例性氣體純化系統，該等專利案之整體係以引用的方式併入。
氣體純化系統中所採用之製程流可為任何流體流，諸如，例如天然氣流、合成氣流、煉油氣或諸如煤、天然氣或其他燃料之物質燃燒所產生之氣流。製程流之一實例為燃料(諸如例如煤)燃燒所產生且於化石燃料燃燒鍋爐之燃燒室出口處提供之煙道氣流。其他燃料之實例包括(但不限於)天然氣、合成氣(syngas)及石油煉油氣。取決於製程流之類型或來源，酸性組分可呈氣體、液體或微粒形式。為便於理解，本文將參照煙道氣流。
在一實施例中，煙道氣流包含若干酸性組分，包括(但不限於)CO2。在煙道氣流進入CO2捕集系統之主要吸收器時，該煙道氣流可已經歷移除微粒物質(例如飛灰)以及硫氧化物(SOx)及氮氧化物(NOx)之處理。例如，煙道氣可取自濕式煙道氣脫硫系統下游之位置。然而，方法可依系統之不同而異，且因此，此等處理可於煙道氣流通過吸收器後進行，或完全不進行。
主要吸收器採用促進氣態組分(諸如，二氧化碳)自煙道 氣流吸收及移除之吸收劑溶液(置於其中)。在一實施例中，吸收劑溶液包括化學溶劑及水，其中該化學溶劑包含(例如)氮基溶劑，且特定言之氨；一級、二級及三級烷醇胺；第一及第二胺；立體障礙胺；及重度立體障礙二級胺基醚醇。常用化學溶劑之實例包括(但不限於)：碳酸銨、單乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、二異丙醇胺(DIPA)、N-甲基乙醇胺、三乙醇胺(TEA)、N-甲基二乙醇胺(MDEA)、哌嗪、N-甲基哌嗪(MP)、N-羥乙基哌嗪(HEP)、2-胺基-2-甲基-1-丙醇(AMP)、2-(2-胺基乙氧基)乙醇(亦稱為二乙二醇胺或DEGA)、2-(2-第三丁基胺基丙氧基)乙醇、2-(2-第三丁基胺基乙氧基)乙醇(TBEE)、2-(2-第三戊基胺基乙氧基)乙醇、2-(2-異丙基胺基丙氧基)乙醇、2-(2-(1-甲基-1-乙基丙胺基)乙氧基)乙醇等等。前述溶劑可個別使用或組合使用，且含有或不含有其他共溶劑、添加劑(諸如消泡劑)、促進劑(諸如酶)、緩衝劑、金屬鹽等、以及腐蝕抑制劑。
在以冷氨為主之CO2捕集系統中，主要CO2吸收器中之吸收劑溶液係包含氨之溶液或漿液。氨可呈銨離子(NH4+)形式或呈溶解分子NH3形式。舉例言之，該吸收劑溶液或漿液可包含碳酸銨、胺基甲酸根及碳酸氫根離子。當吸收器在大氣壓及低溫(例如，零至三十攝氏度之間(0-30℃))下操作時，達成煙道氣流中所存在之酸性組分(諸如CO2)的吸收。在另一實例中，當吸收器在大氣壓及零至十攝氏度間之溫度(0-10℃)下操作時，達成自煙道氣流中吸收酸 性組分。藉由在相對低溫度下操作，可使系統內之氨損失降至最低。
舉例言之，氨與煙道氣中存在之CO2反應，形成碳酸銨、碳酸氫銨、胺基甲酸銨及其類似物，並形成CO2貧煙道氣流。該方法通常可稱為主要洗滌方法。洗滌後，CO2貧煙道氣中殘留諸如微量氨(亦稱為氨洩漏)、胺化合物及其他降解產物的污染物。在本發明中，將含該等污染物之CO2貧煙道氣饋至氨洩漏回收系統100，其中將氨及其他污染物自該CO2貧煙道氣中移除，其接著可排放到大氣中，或者在經由煙囪排放到大氣之前於直接接觸式加熱器(DCH)中經進一步處理。
氨洩漏回收系統100包括呈串聯之水洗容器102、奈米過濾或逆滲透系統108、及回收氨及其中可能包含之其他污染物之汽提塔系統104。
清洗容器102通常包括一或多個吸收階段。在所展示的示例性實施例中，該清洗容器包括第一吸收階段109及第二吸收階段110。清洗容器並不限於此，因涵蓋清洗容器可具有更多或更少之吸收階段。每一吸收階段可包括質傳裝置112、噴頭系統114及液體輸送路徑116。來自吸收器(未顯示)之CO2貧煙道氣106於清洗容器102之底部進入第一吸收階段109。雖然開口係顯示於底部，但涵蓋CO2貧煙道氣106可於清洗容器中之任何位置，且可依據應用隨系統而異。
質傳裝置112可包括填料，諸如，例如隨機填料、親水 性填料及/或結構填料。隨機填料通常係此項技術中已知，且係指以無組織方式引入吸收階段之填料材料。隨機填料之實例包括(但不限於)塑料、金屬及/或陶瓷填料材料，其以不同尺寸供應，例如，具有不同直徑(例如，直徑在約2.5釐米(2.5 cm)至約7.6釐米(7.6 cm)(約1英寸至約3英寸)之範圍內)之材料。隨機填料材料可自眾多供應商獲得，包括(但不限於)Jaeger Products Inc.(Houston,Tex.,United States)。隨機填料材料亦可包括木材。親水性填料包括(但不限於)聚丙烯袋。
結構填料通常係此項技術中已知，且係指以特定方式配置或組裝之填料材料。通常，結構填料係以迫使流體沿著複雜路徑流動之方式配置，從而產生供液體與氣體間接觸用之大表面積。結構填料包括(但不限於)由金屬、塑料、木材等製成之結構。涵蓋不同填料材料可在液體進入清洗容器102之不同流率下促進氨移除或減量。此外，涵蓋不同填料材料可提供更合適之壓降。
在一實施例中，清洗容器102之吸收階段109或110中之一者包括隨機填料材料作為質傳裝置112，及清洗容器102之吸收階段109或110中之另一者包括結構填料作為質傳裝置。例如，第一吸收階段109可包括隨機填料材料作為質傳裝置112，及第二吸收階段110可包括結構填料作為質傳裝置。涵蓋CO2貧煙道氣106進入清洗容器102，並先通過第一吸收階段109，然後再通過第二吸收階段110。
在吸收階段109、110之每一者中，質傳裝置112係位於 噴頭系統114下方。清洗容器102中之每一噴頭系統114將液體噴射至吸收階段109、110中。液體係經由液體輸送路徑116中之一者輸送到噴頭系統114。液體輸送路徑116為將液體輸送至各別噴頭系統114之管道。液體可為任何適於促進氨自CO2貧煙道氣106移除之液體。合適液體之一實例為水，已知其可透過氨與水之間的相互作用而吸收(即溶解)氨。
在一特定實施例中，經引入至第二吸收階段110之液體為由氣提管柱120所提供之液體(例如，水)。亦即已將其中所含之所有或實質上所有氨以及其他污染物移除及/或實質上移除之水。提供至第一吸收階段109之液體為液體118(亦稱為洗過液體)，其係自清洗容器102之底部再循環之含低濃度氨的水，其可經由泵122穿過可選的熱交換器(未顯示)。
液體係於每一吸收階段109、110之頂部引入，例如，將液體118提供至第一吸收階段109之頂部及將來自汽提塔120之液體提供至清洗容器102之第二吸收階段110之頂部(作為氨拋光階段)。液體沿著清洗容器102長度之方向往下流動，其與CO2貧煙道氣106之行進方向逆流。應瞭解，液體係沿重力方向行進，而CO2貧煙道氣106係由於若干因素(包括清洗容器102內之壓降)而於逆流方向行進。
當液體沿著清洗容器102之長度往下行進時，液體中之氨濃度增加，由此形成富氨液體118。相反地，當CO2貧煙道氣106沿清洗容器102之長度方向往上行進時，氨濃度 (以及其他水溶性污染物之濃度)下降，藉此形成氨含量降低的煙道氣流124，其可經進一步處理(諸如饋至直接接觸式加熱器(DCH))及/或排放至大氣中。
應瞭解，自CO2貧煙道氣106移除之氨量係依系統及應用之不同而異。亦涵蓋系統之設計方式係氨含量降低的煙道氣流124中之氨濃度低，且接近於相對氨在液體中之蒸氣壓之氨在氣體中之平衡濃度。煙道氣流124中氨之平衡濃度可低至低於百萬分之十(10 ppm)，且通常在約百萬分之零(0 ppm)至約百萬分之兩百(200 ppm)之範圍內。在一實施例中，與CO2貧煙道氣106中之氨濃度相比，含氨量降低的煙道氣流124所包含之氨少至少約百分之七十(70%)。在另一實施例中，與CO2貧煙道氣106中之氨濃度相比，含氨量降低的煙道氣流124所包含之氨少至少約百分之七十五(75%)。在又另一實施例中，與CO2貧煙道氣106中之氨濃度相比，含氨量降低的煙道氣流124所包含之氨少至少約百分之八十(80%)。在另一實施例中，與含氨煙道氣流106中之氨濃度相比，含氨量降低的煙道氣流124所包含之氨少至少約百分之八十五(85%)。涵蓋含氨量降低的煙道氣流124中之氨濃度可比CO2貧煙道氣106中之氨濃度少約百分之九十(90%)、百分之九十五(95%)、百分之九十九(99%)或百分之九十九點五(99.5%)。
適於降低煙道氣中之氨含量之有效液體流速係依系統之不同而異。在一實施例中，該流速適於將煙道氣中之氨含量降低至接近平衡濃度之量，且通常降低至在煙道氣流中 低於百萬分之兩百(200 ppm)。在另一實施例中，該流速係適於將煙道氣中之氨含量自約百萬分之兩千(2000 ppm)降低至介於約百萬分之七十與約百萬分之一百之間(70-100 ppm)。在另一實施例中，針對每一千立方英尺每分鐘(1000 cfm)之煙道氣，液體流速係在約1.8公升每分鐘(1.8 lpm或約0.5加侖每分鐘)至約7.5公升每分鐘(7.5 lpm或約2加侖每分鐘)之間。液體流速可針對來自清洗容器之期望氨洩漏濃度作調整。
仍參考圖1，液體落至清洗容器102之底部，並由此作為富氨液體118移除。富氨液體118之一部分可作為液體(WW)再循環至清洗容器102，且富氨液體之一部分可輸送至與汽提管柱120串聯的奈米過濾或逆滲透(本文亦稱為「NF/RO」)單元108。此外，雖然並未顯示，但涵蓋可將全部量之富氨液體118輸送至汽提管柱120，且接著返回至清洗容器102。饋料流118可自泵122或經由獨立的泵(未顯示)到達NF/RO單元108。
饋至奈米過濾或逆滲透單元108之富氨液體118經物理分離成兩股饋料流130、132。在饋料流130中，氨濃度相對於富氨液體饋料流118之氨濃度增加，以形成莫耳濃度經增加的富氨液體流(即滯留物)，而在饋料流132中，氨濃度相對於氨液體流118之氨濃度降低，以形成莫耳濃度經減低的富氨液體流(即滲透物)。
莫耳濃度經減低的富氨液體流132係經由液體輸送系統116再循環回到清洗容器102之第二吸收階段110。莫耳濃 度經減低的氨流體流132可與在汽提塔系統104中處理後經由導管133的汽提液體138組合。處於高溫之汽提液體138穿過熱交換器136，以使汽提液體138之溫度下降。視情況地，可視需要使全部或一部分汽提液體138直接轉移至直接接觸式冷卻器或直接接觸式加熱器。
在典型冷氨方法中，將CO2負載溶液(滑流)自CO2洗滌水(未顯示；用於CO2產物之CO2產物冷卻器，亦稱為氨拋光階段)輸送至清洗容器102，以減少氨洩漏。在本發明中，將來自汽提塔120之清潔水溶液138經由如圖1所示之導管135輸送至CO2洗滌水，以維持CO2洗滌水中之質量平衡及氨莫耳濃度。
在於奈米過濾或逆滲透單元108中處理後，莫耳濃度經增加的富氨液體流130具有高於洗過液體118之氨濃度。通常，水洗容器102中洗過液體118之莫耳濃度具有約0.1至2.0(mol NH3/公升溶液)之莫耳濃度。藉由將洗過液體118饋至奈米過濾或逆滲透單元108中，流體流130之莫耳濃度在引入至汽提塔管柱120中之前增加。在一實施例中，流體流130之氨莫耳濃度增加至約3至約6，而在其他實施例中，氨莫耳濃度增加至6至約9，而在又其他實施例中，氨莫耳濃度增加至約9至約12。換言之，氨莫耳濃度自約3增加至約12。
在引入至汽提塔管柱120中之前，藉由使流體流饋送通過熱交換器136來提高莫耳濃度經增加的富氨流體流130之溫度，在汽提塔管柱120中將氨以及其他污染物自莫耳濃 度經增加的富氨流體流130移除，以形成氨貧液體138，其可為純水或例如具有微量氨污染物之實質上純水。汽提管柱120利用來自再沸器150之蒸汽來自莫耳濃度經增加的富氨流體流130移除氨及其他污染物，以形成氨貧液體138，其接著在某些應用中可視需要再循環至清洗容器102或饋至直接接觸式冷卻器或直接接觸式加熱器。再循環至清洗容器102通常包括藉由饋送通過熱交換器136，接著通過冷卻器131而降低氨貧液體138之溫度，然後再引入至清洗容器102。
涵蓋汽提管柱120可利用一或多種其他技術來移除莫耳濃度經增加的富氨流體流130中之氨及其他污染物。在一實施例中，莫耳濃度經增加的富氨流體流130a可與吸收器中所用之貧溶液(氨溶液或漿液)混合，接著再引入至汽提塔，以進一步提升饋至汽提塔管柱120之液體130之氨濃度，而進一步降低汽提塔系統104之能源需求。視情況地，汽提管柱120可在真空條件下操作，以降低該汽提管柱中所利用之蒸汽之溫度。在典型的冷氨方法中，使來自吸收器-再生器回路之滑流(貧溶液)經由附加汽提塔(未顯示)處理，以維持該方法之水平衡。將附加汽提塔底部輸送至直接接觸式冷卻或直接接觸式加熱(DCC/DCH)部分，且將包含氨及CO2之上部輸送至吸收器。在本文所述之提出方法中，預期可有利地無需用於維持水平衡之額外附加汽提塔，且來自吸收器-再生器回路之滑流可與奈米過濾或逆滲透滯留物(假設其氨莫耳濃度將與來自吸收器-再生 器回路之貧溶液相同)直接組合，然後再透過汽提塔處理。可將來自汽提塔之額外水自汽提塔120之底部經由如圖1所示之導管139輸送至DCC/DCH部分。
使包含經回收氨流體及其他揮發性污染物之流體流140自汽提塔管柱120之頂部141排出，經由冷卻器142冷卻，並再循環至吸收器及/或再循環回到汽提塔管柱120。例如，可使回收的氨流體流140再循環以於吸收器中用作含氨溶液。然而，涵蓋可在系統100內部及外部的其他位置使用該氨。
以下實例說明本文所述之一或多個實施例。該等實例並不意欲限制本文所揭示主題，而是說明一或多個實施例。
實例1
在此實例中，以千瓦熱(KWth)及千瓦電-小時每千克回收氨(KWe-hr/kg回收NH3)測量汽提塔負載與氨莫耳濃度之函數關係。入口氨重量莫耳濃度(m)係約1.50至約5.70不等之恒定流速。汽提塔饋料具有2.0之R值(NH3莫耳量/CO2莫耳量)，1.7 bara之汽提塔操作壓力及110℃之溫度。汽提塔底部之液體之氨濃度為約0.1莫耳濃度(M)。圖2以圖形描繪汽提塔負載與氨重量莫耳濃度之函數關係。如圖2所示，可減少超過約50%之汽提塔負載KWe-hr/kg回收NH3。
實例2
在此實例中，測量汽提塔功率消耗與來自吸收器之氨洩漏之函數關係。來自水洗容器之汽提塔進料具有2.0之R值(NH3莫耳量/CO2莫耳量)，1.7 bara之汽提塔操作壓力及110 ℃之溫度。進入該清洗容器之入口含氨煙道氣係約百萬分之1800至約11,500體積(ppmv)不等之恒定流速。汽提塔底部之液體之氨濃度為約0.1莫耳濃度。圖3以圖形描繪操作期間汽提塔功率消耗與來自吸收器之氨洩漏之函數關係。如圖所示，增加自水洗容器之氨洩漏量導致每Kg回收氨之比汽提塔負荷較低，從而功率消耗需求更低。
有利地，從圖2提供的數據可明顯看出，高莫耳濃度滯留物顯著降低汽提塔蒸汽消耗。現行的冷氨方法通常將基於質量計約0.2-0.5之經降低的液體對氣體比(L/G)用於水洗容器頂部，以降低汽提塔中之蒸汽消耗量，因為水之比熱負荷極高。所提出方法及系統容許使用較高的L/G比，以進一步降低來自水洗之氨洩漏，其亦容許(有助於)填料充分潤濕。由圖2進一步明顯看到，汽提塔中之氨莫耳濃度越高，所需蒸汽消耗量越低，但在現行冷氨方法中，不可能在較高莫耳濃度下操作洗滌水，否則無法維持來自洗滌水的較低氨洩漏。在提出方法中，洗滌水可在較低莫耳濃度下操作，且汽提塔可在較高莫耳濃度下操作，由此可同時降低來自洗滌水之氨洩漏及汽提塔之蒸汽消耗量。
若需要，較高莫耳濃度滯留物亦有利地使製程設備尺寸減小超過50%。例如，可減少交叉式熱交換器、汽提塔、再沸器、冷凝器等等，且在一些實例中得以免除。
關於圖3，明顯可見來自吸收器之氨洩漏越低，則比能量消耗越高。由於此關係，主要吸收器可在較高溫度下操作，以提供較高氨洩漏，其最終將降低吸收器中之冷卻器 負荷。此將為冷氨方法直接節省大量冷卻器功率，藉此提供額外節省。藉由提高氨莫耳濃度，比汽提塔能量消耗將呈指數地降低。另一優勢在於，主要汽提塔現可同時用於氨回收及水平衡，從而可免除附加汽提塔(假設奈米過濾或逆滲透滯留物之氨莫耳濃度與來自再生器之貧溶液相同)。
本文術語「第一」、「第二」等等並不表示任何順序、量或重要性，而係用以區分不同元件。本文術語「一」並不表示對數量之限制，而係表示存在至少一個引述項。
雖然本發明已參考各種示例性實施例加以描述，但熟習此項技術者應瞭解，可進行多種改變，且可以等效項替代其元素而不脫離本發明範圍。此外，可進行諸多修改以使特定狀況或物質適應本發明教義而不脫離其範圍精髓。因此，本發明不欲受限於經揭示為涵蓋用於實施本發明之最佳模式之特定實施例，但本發明將包括屬於隨附專利申請範圍範疇內之所有實施例。
100‧‧‧清洗系統
102‧‧‧清洗容器
104‧‧‧汽提塔系統
106‧‧‧CO2貧煙道氣
108‧‧‧奈米過濾或逆滲透單元
109‧‧‧第一吸收階段
110‧‧‧第二吸收階段
112‧‧‧質傳裝置
114‧‧‧噴頭系統
116‧‧‧液體輸送系統
118‧‧‧富氨液體
120‧‧‧汽提塔管柱
122‧‧‧泵
124‧‧‧煙道氣流
130‧‧‧饋料流
131‧‧‧冷卻器
132‧‧‧饋料流
133‧‧‧導管
135‧‧‧導管
136‧‧‧熱交換器
138‧‧‧氨貧液體
139‧‧‧導管
140‧‧‧流體流
141‧‧‧頂部
142‧‧‧冷卻器
150‧‧‧再沸器
圖1示意性地說明根據本發明一實施例之氣體純化系統；圖2以圖形描繪汽提塔負載與氨重量莫耳濃度之函數關係；及圖3以圖形描繪操作期間汽提塔功率消耗與來自吸收器之氨洩漏之函數關係。
100‧‧‧清洗系統
102‧‧‧清洗容器
104‧‧‧汽提塔系統
106‧‧‧CO2貧煙道氣
108‧‧‧奈米過濾或逆滲透單元
109‧‧‧第一吸收階段
110‧‧‧第二吸收階段
112‧‧‧質傳裝置
114‧‧‧噴頭系統
116‧‧‧液體輸送系統
118‧‧‧富氨液體
120‧‧‧汽提塔管柱
122‧‧‧泵
124‧‧‧煙道氣流
130‧‧‧饋料流
131‧‧‧冷卻器
132‧‧‧饋料流
133‧‧‧導管
135‧‧‧導管
136‧‧‧熱交換器
138‧‧‧氨貧液體
139‧‧‧導管
140‧‧‧流體流
141‧‧‧頂部
142‧‧‧冷卻器
150‧‧‧再沸器

Claims (24)

  1. 一種用於移除包括主要吸收器及再生器之以冷氨為主之CO2移除系統中之氨洩漏之清洗系統，該清洗系統包括：經配置以接收經該以冷氨為主之CO2移除系統處理之CO2貧煙道氣之清洗容器，該清洗容器包括用於清洗來自該主要吸收器之該CO2貧煙道氣之液體；與該清洗容器串聯，並經配置以自該清洗容器接收具有氨濃度之洗過液體，並將該洗過液體物理分離成第一饋料流及第二饋料流之分離單元，其中該第一饋料流之氨濃度相對於該洗過液體之氨濃度降低，且其中該第二饋料流之氨濃度相對於該洗過液體之氨濃度增加；及與該分離單元串聯，並經配置以接收氨濃度經增加之該第二饋料流之汽提塔系統。
  2. 如請求項1之清洗系統，其中該清洗容器液體包含水。
  3. 如請求項1之清洗系統，其中該分離單元為奈米過濾或逆滲透單元。
  4. 如請求項1之清洗系統，其進一步包括用於將該第一饋料流自該分離單元引入至該清洗容器之液體輸送系統。
  5. 如請求項1之清洗系統，其中該洗過液體具有0.1至2.0 mol/公升之莫耳濃度。
  6. 如請求項1之清洗系統，其中該第二饋料流具有3至12 mol/公升之莫耳濃度。
  7. 如請求項1之清洗系統，其中該以氨為主之CO2移除系統 中之氨包括銨離子、氨-CO2-水反應化合物、NH4 +或溶解分子NH3。
  8. 如請求項1之清洗系統，其中該清洗容器係與直接接觸式加熱器呈流體構造，以自該清洗容器接收洗過的煙道氣。
  9. 如請求項1之清洗系統，其中該汽提塔系統包括汽提塔管柱及與其流體連通之再沸器，該再沸器係經配置以自該第二饋料流移除氨來產生氨貧溶液。
  10. 如請求項9之清洗系統，其中該汽提塔系統係經配置以將該氨貧溶液之一部分轉移至直接接觸式冷卻器，以致該以冷氨為主之CO2移除系統不含附加汽提塔。
  11. 如請求項9之清洗系統，其中將該氨貧溶液之至少一部分轉移至該主要再生器之CO2洗滌水饋料流，其量係可有效維持該CO2洗滌水之質量平衡及氨莫耳濃度。
  12. 一種降低由包括主要吸收器及再生器之以冷氨為主之CO2捕集系統所產生之CO2貧煙道氣流中之氨量之方法，該方法包括：在具有一液體之清洗容器中清洗來自該主要吸收器之CO2貧煙道氣流，以產生具有一氨濃度之洗過液體；將該洗過液體分離成第一饋料流及第二饋料流，其中該第一饋料流之氨濃度相對於該洗過液體之氨濃度降低，且其中該第二饋料流之氨濃度相對於該洗過液體之氨濃度增加；及自該第二饋料流回收氨，以產生氨貧溶液。
  13. 如請求項12之方法，其中將該洗過液體分離成該等第一及第二饋料流包括使該洗過液體經受奈米過濾或逆滲透處理。
  14. 如請求項12之方法，其中自該第二饋料流回收氨包括利用低壓蒸汽加熱該第二饋料流，以使氨自該第二饋料流揮發，並產生該氨貧溶液。
  15. 如請求項14之方法，其進一步包括使該氨貧溶液之至少一部分轉移至直接接觸式冷卻器，以致該主要吸收器及再生器不具有與該再生器流體連通之附加汽提塔。
  16. 如請求項14之方法，其進一步包括使該氨貧溶液之至少一部分轉移至該主要吸收器之CO2清洗水饋料流，其量係可有效維持質量平衡及氨莫耳濃度。
  17. 如請求項12之方法，其進一步包括將該洗過液體之至少一部分提供至該清洗容器之吸收階段。
  18. 如請求項12之方法，其進一步包括將該氨貧溶液之至少一部分提供至該清洗容器之吸收階段。
  19. 如請求項12之方法，其中該液體為水。
  20. 如請求項12之方法，其進一步包括將該氨貧溶液之至少一部分提供至直接接觸式冷卻器及/或直接接觸式加熱器。
  21. 如請求項12之方法，其進一步包括將該回收的氨提供至該以氨為主之CO2移除系統之吸收器。
  22. 如請求項12之方法，其進一步包括將該第一饋料流提供至清洗容器。
  23. 如請求項12之方法，其中該CO2貧煙道氣流為冷氨方法中吸收器之流出物。
  24. 如請求項12之方法，其中該主要吸收器係在較高溫度下操作以提供增加的氨洩漏並將該CO2貧煙道氣引入至該清洗容器中，且相對於不具有經配置以提供該具有經增加氨濃度之第二饋料流之分離單元之冷氨系統，降低與該主要吸收器相關之冷卻器負荷。
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