專利名稱：二氧化碳?xì)怏w回收設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種CO2(二氧化碳)氣體回收設(shè)備，其用于回收從發(fā)電廠、水泥廠、煉 鋼廠、石化工業(yè)等排放的二氧化碳?xì)怏w，且其目的在于通過提高二氧化碳?xì)怏w回收率并降 低其成本來為全球環(huán)境保護(hù)做出貢獻(xiàn)。
背景技術(shù)：
迄今為止，以前的排放氣體處理裝置的尺寸相對較小。隨后，由于使用了煙氣脫硫 系統(tǒng)，這種裝置逐漸變大，此外，最近出現(xiàn)了 CO2回收設(shè)備。為了回收C02，Kansai Electric Power Co. Ltd 或Mitsubishi HeavyIndustries Group 在實際應(yīng)用中已經(jīng)采用 了利用 KS-1 吸收劑的化學(xué)吸收技術(shù)。這就是在排放氣體冷卻到適合于吸收的最佳溫度之后，將氣體引進(jìn)吸收塔以便 于將排放氣體中的(X)2吸收到吸收劑中以產(chǎn)生碳酸胺，將該碳酸胺水溶液再次傳輸?shù)交厥?塔，通過將溶液加熱到110°C至130°c的范圍內(nèi)來排放CO2氣體以便于恢復(fù)吸收劑的吸收 性，且在通過(X)2氣體分離器分離被排放的(X)2氣體并從氣體中除去水分之后，被排放的CO2 氣體恢復(fù)為高濃度CO2,因此，自然地該裝置有增大的趨勢。如果具體地表達(dá)出來，這種反應(yīng)為吸收R-NH2+C02+H20 — R-NH3HCO3(吸收溫度 40_50°C )回收 R-NH3HCO3 — R_NH2+C02+H20(回收溫度 110_130°C )值得注意的是，除了上述KS-I之外，單乙醇(mono-ethanol)、單乙醇胺 (monoethanolamine)、碳酸鉀等作為吸收劑也是公知的。在這種情況下，如果排放氣體中存 在亞硫酸氣體，由于存在如下的可能性，即，亞硫酸氣體與(X)2氣體吸收劑之間產(chǎn)生反應(yīng)并 產(chǎn)生不可再生材料，從而阻礙(X)2的回收，所以優(yōu)選地，在這種情況下，在排放氣體要被處理 之前，預(yù)先進(jìn)行集塵、直接脫硫等。此外，列出碳酸鉀的反應(yīng)表達(dá)式如下吸收K2C03+0)2+H20 — 2KHC03(吸收溫度 60_70°C )回收 IHCO3 — K2C03+C02+H20(回收溫度 110_130°C )此外，在這些吸收劑的使用中，諸如用于促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的催化劑的使用、阻蝕劑的 使用等先進(jìn)化學(xué)知識是必不可少的。如同基于對上述化學(xué)公式的理解，在使用KS-I吸收劑的化學(xué)吸收方法中，雖然可 以將回收溫度控制在110-130°C之內(nèi)的相對較低溫度，但是必須需要一摩爾以上的鏈烷醇 胺和水來吸收一摩爾的0)2氣體，例如，為了吸收44Kg的CO2，必須使包含75Kg以上的鏈烷 醇胺和18Kg以上的水的大量吸收溶液循環(huán)，因此，很顯然執(zhí)行該方法所必需的熱能變得很大。此外，申請人提議了一種在 JP53-19171B、JP2007-21317A、JP2008-12401A, JP4418987B2、USP7，527，679等中公開的煙氣(flue-gas)脫硫裝備。這些煙氣脫硫裝備為 多個用于管道輸送脫硫劑的槽狀推料機(jī)平行于軸向方向配置在內(nèi)壁上，在該內(nèi)壁上設(shè)置有 位于其一端部的具有處理氣體入口的環(huán)形端面板和位于其另一端部具有出口的環(huán)形端面 板，旋轉(zhuǎn)圓筒被設(shè)置為水平且可旋轉(zhuǎn)，在該旋轉(zhuǎn)圓筒的內(nèi)部整個空間填充有具有氣隙或氣 孔的多個分離的過濾器，以及用于供給脫硫劑的裝置設(shè)置在旋轉(zhuǎn)圓筒的一端，且其出口設(shè) 置在另一端，因此，被處理氣體與脫硫劑逆流或順流接觸以進(jìn)行氣液接觸。它們是這樣的，廢氣流量穩(wěn)定并且裝有用于脫硫的吸收劑的旋轉(zhuǎn)圓筒總是旋轉(zhuǎn)， 隨著裝備越大每單位裝備的成本越便宜，因為工廠成本僅與旋轉(zhuǎn)圓筒的直徑成正比，盡管 被處理氣體的量與其直徑的平方呈正比增加。由于其直徑越大，吸收劑液體下降的速率越 大，所以存在諸如每一個流量的吸收反應(yīng)量增加而液體-氣體比率下降的優(yōu)點，且還可能 降低用于吸收溶液的循環(huán)能量。此外，在主要是進(jìn)行煙氣脫硫的廢氣處理領(lǐng)域中，CO2分離和回收的問題逐漸引起 關(guān)注。關(guān)于(X)2的分離和回收，經(jīng)濟(jì)部的CCS研究會、工商業(yè)部、地球創(chuàng)新技術(shù)研究所等部 門內(nèi)也進(jìn)行了各種研究。例如，還研究了利用溶解在物理吸收溶液中的CO2量與壓力成正 比的物理吸收特性來分離和回收(X)2的方法，利用(X)2與諸如胺類(amine system)或碳酸 鉀的吸收溶液之間的化學(xué)反應(yīng)來分離和吸收(X)2的方法。另外，下列方法都是公知的，通過利用容易吸收CO2的固體吸收劑并且采用吸收量 隨壓力或溫度而改變的方式來分離和回收(X)2的方法，取決于通過施壓和冷卻將被處理氣 體以凝結(jié)、然后通過減小壓力和蒸發(fā)而獲得的每一成分的沸點差來分離和回收(X)2的方法， 通過利用氣體通過高分子膜的傳送速率差來分離和回收(X)2的方法等，但是仍然無法獲得 最終的評估。然而，在三菱重工業(yè)系統(tǒng)或東芝系統(tǒng)，在利用KS-I吸收劑的化學(xué)吸收的方法中， 使用了一種豎塔(參見圖4)，該豎塔被叫做吸收塔或回收塔，用作氣體吸收裝置和回收裝 置。這里，采用吸收溶液向下流而排放氣體相反地向上流的系統(tǒng)。因此，在排出氣體水平向 外流動的總體水平流出高度處于固定高度水平的情況下，為了將該系統(tǒng)引入上述吸收塔， 首先必須將排出氣體的排出方向改為朝下的方向直到吸收塔下部高度，然后該方向垂直地 改變，從而使得排出氣體在吸收塔下部內(nèi)以近似U形流動。此外，在從吸收塔排放后為了使排出氣體流返回到入口端原始高度處的水平方向 高度，從吸收塔上端向上排放的氣體流被垂直改變到水平方向上，然后被垂直地改變?yōu)橄?下，且此外，在與原始入口端高度相應(yīng)的高度處再次被垂直改變到水平方向上。因此，隨著 吸收塔越高，將排出氣體返回至和入口端高度相同的水平高度的排放管道則越長，以至于 包含入口端的三次和出口端的三次的共六次方向改變成為必需。另一方面，吸收塔一般被稱為填充塔(packed tower)，用于二氧化碳吸收的被處 理的排出氣體中的二氧化碳濃度處于15% -20%的高濃度，即使其90%可以被吸收，該濃 度也太大了以至于填充塔的高度因此變得太高。因此，隨著處理設(shè)備的尺寸變得更大，問題 變得非常多，以至于不僅排出氣體流的壓力損失變大，而且無法避免排出氣體管道的安裝 空間尺寸增長以及處理成本顯著增大。
另外，為了防止由于如圖4中所示出的通過填充塔中的填充床(packed bed)中的 流的偏移而使氣體路徑與液體路徑分離引起的氣體-液體接觸的惡化，將填充床分隔成多 層臺階且在填充床中的每一臺階中將向下流的吸收溶液再分配成為必需的。換句話說，在 圖4中，除了一臺分布器之外，需要二至四組再分布器(圖4中示出了兩組)，則工廠成本的 顯著增加是不可避免的。此外，由于在這種情況下考慮到必需的泵壓頭(水位差)，在分隔填充塔的情況下 增加支撐板和再分布器之間的局部高度，以及隨著處理氣體量變大，如圖4中所示的吸收 塔的高度Ii1也變大，以至于存在泵傳輸處理液體的所需能量隨之變大的缺點。在圖4中，值得注意的是有效吸收排出氣體的高度示為“1”，而僅隨著泵壓頭增加 而泵功率增加的高度示為“h”。因此，在這種情況下h(hjhfh3)的總和變大，意味著對于設(shè) 備是不利的。對此而言，如圖5中所示，主要是關(guān)于JP2001-520107A中的圖1和2所示情 況的解釋表明是這種情況。接著，由于考慮到填充床中氣體-液體接觸時間，即使該塔很高，從吸收塔頂部向 下流到其底部的時間僅幾秒，以至于反應(yīng)時間很短。此外，不可能近乎100%的利用吸收溶 液(處理液體)的二氧化碳吸收能力，所以必須在一定水平上得到滿足。此外，考慮到回收塔，因為將要被回收的吸收溶液被加熱且將排放二氧化碳的時 間限制在液體在回收塔中向下流的幾秒鐘，因此實際上幾乎不能通過100%排放二氧碳來 恢復(fù)液體的吸收能力。事實上，在這樣的背景下，東芝公司使用諸如“富含CO2”或“缺乏 (Lean) CO2”的詞語。此外，三菱重工自稱，由于相對于前述KS-I的單乙醇胺的優(yōu)越性的闡 述，回收率高。例如，如果吸收溶液在吸收塔中的吸收能力的利用率和回收塔中的回收率分別為 90%,則通過吸收和回收對吸收溶液的利用率整體上變?yōu)?1 %，因此，吸收溶液的循環(huán)量與 100%回收率的情況相比為1. 23倍。整體上，在裝置的能量消耗中，用于將吸收溶液的溫度 從低升到高的熱能和用于將吸收溶液的溫度從高降到低的冷卻水泵的能量很大，以至于隨 著這里液體循環(huán)量增加這成為一個重大缺陷。作為前述工藝的實質(zhì)性問題，如前述反應(yīng)式中所示，在要回收的二氧化碳與用作 吸收溶液的單乙醇胺或碳酸鉀之間存在一種定量關(guān)系，單乙醇胺和碳酸鉀兩者均應(yīng)用于溶 液中。此外，由于它們的腐蝕性很強，因此就出現(xiàn)了這種情況，不能將它們的濃度增加太大。 因此，當(dāng)該裝置被簡化并增大該裝置的抗腐蝕性時，由于單乙醇胺溶液或碳酸鉀溶液的濃 度會被增大，因此會降低吸收溶液的循環(huán)量，以便于可能會大幅降低能耗以及縮小回收裝 置的尺寸。此外，前述反應(yīng)式中示出的溫度被示為處于一定溫度范圍，使得存在由于吸收裝 置的性能和回收裝置的性能而改變溫度范圍的可能性。如果可以在其溫度范圍內(nèi)的較高 溫度下進(jìn)行吸收處理并且可以在其溫度范圍內(nèi)的較低溫度下進(jìn)行回收處理的話，則兩溫度 之間的差值降低，以便于可以獲得能量節(jié)省。由于如果碳酸氫鉀(重碳酸鉀)的溫度超過 IOO0C的話則其開始產(chǎn)生二氧化碳(參見“物理化學(xué)科學(xué)詞典”)，因此，如果花費更多的時 間則在低溫下完成二氧化碳輻射的可能性變高。關(guān)于在回收燃燒排出氣體中的二氧化碳?xì)怏w的過程中處理的二氧化碳濃度，與廢 氣脫硫相比，該濃度大兩位數(shù)，至少是15-20%，且化學(xué)反應(yīng)的量較大，以至于必需處理與反應(yīng)伴隨的反應(yīng)熱。也就是說，如果它是發(fā)熱反應(yīng)，則提供用于除去熱量的冷卻裝置是有效 的。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明為了解決前述工藝的實質(zhì)問題并能夠在從小規(guī)模到大規(guī)模的二氧化 碳?xì)怏w吸收裝備中實現(xiàn)低成本和能量節(jié)省，以及進(jìn)一步為全球環(huán)境保護(hù)作出貢獻(xiàn)。具體地說，本發(fā)明的第一發(fā)明方案涉及利用胺類有機(jī)化合物(aminesystem organic compound)溶液或碳酸鉀溶液作為吸收溶液的二氧化碳?xì)怏w回收裝置，其中該裝 置包括二氧化碳?xì)怏w回收設(shè)備，該設(shè)備在其一側(cè)具有氣體引入口而在其相反一側(cè)具有氣 體排放口，從而產(chǎn)生水平氣體流通路，其橫截面為方形；用于分散吸收溶液的裝置，設(shè)置于 二氧化碳?xì)怏w回收設(shè)備的頂部；液體槽，沿著二氧化碳?xì)怏w回收設(shè)備的氣體流通路安裝于 二氧化碳?xì)怏w回收設(shè)備的底部上；以及在用于分散吸收溶液的裝置中使液體槽中的吸收 溶液循環(huán)的機(jī)構(gòu)，其中二氧化碳吸收室填充有用于氣體-液體接觸的填充物，其中通過多 個分隔壁將液體槽沿著排出氣體的流動方向或其相反方向分隔成從第一區(qū)至第η區(qū)的多 個區(qū)，其中在通過分隔件分隔的各區(qū)中分別設(shè)置用于控制液體溫度的熱交換器，其中在第 一區(qū)頂部供給的吸收溶液向下流動穿過填充床，且在第一區(qū)的底部控制液體室中的液體溫 度，然后將該吸收溶液供給到第二區(qū)的頂部并在第二區(qū)底部的液體室控制向下流動穿過第 二區(qū)的吸收溶液的溫度，將該吸收溶液供給到第三區(qū)的頂部并在其向下流動穿過第三區(qū)之 后將其排放，由此吸收溶液連續(xù)地從第一區(qū)流動到第η區(qū)，同時重復(fù)氣體-液體接觸和溫度 控制。本發(fā)明第二個發(fā)明方案涉及根據(jù)第一發(fā)明方案的二氧化碳?xì)怏w回收裝置，其特征 在于前述用于氣體-液體接觸的填充物包括，在一側(cè)具有切口或在兩側(cè)具有切口的短圓 柱體，或者其中將多個短圓柱體水平布置以制成一個長圓柱體形狀來使用。此外，本發(fā)明的 第三個發(fā)明方案涉及根據(jù)第一發(fā)明方案的二氧化碳?xì)怏w回收裝置，其特征在于將用于控 制溫度的多個熱交換器沿著填充有用于氣體-液體接觸的填充物的二氧化碳?xì)怏w回收設(shè) 備的高度方向布置，以確保吸收溶液的溫度控制，由此，使得吸收溶液在二氧化碳吸收室中 的上部位置與下部位置之間的溫度差不再存在。本發(fā)明的第一發(fā)明方案是利用胺類有機(jī)化合物溶液或碳酸鉀溶液作為吸收溶液 的二氧化碳?xì)怏w回收裝置，其中該裝置包括其橫截面為正方形的二氧化碳?xì)怏w回收設(shè)備， 通過在其一側(cè)設(shè)置氣體弓I入口而在其相反一側(cè)設(shè)置氣體排放口來形成水平氣體流通路；用 于分散吸收溶液的裝置，設(shè)置于二氧化碳?xì)怏w回收設(shè)備的頂部；液體槽，沿著二氧化碳?xì)怏w 回收設(shè)備中的氣體流通路安裝于二氧化碳?xì)怏w回收設(shè)備的底部；以及在用于分散吸收溶液 的裝置中使液體槽中的吸收溶液循環(huán)的機(jī)構(gòu)，二氧化碳吸收室填充有用于氣體-液體接觸 的填充物，其中通過多個分隔壁將液體槽沿著排出氣體的流動方向或其相反方向分隔成從 第一至第η的多個區(qū)，其中在通過分隔壁分隔的各液體室中分別安裝用于控制液體溫度的 熱交換器，其中在第一區(qū)頂部供給的吸收溶液向下流動穿過填充床，且在第一區(qū)的底部的 液體槽中控制該吸收溶液的溫度，在第二區(qū)底部的液體槽中控制供給到第二區(qū)頂部且向下 流動經(jīng)過第二區(qū)的吸收溶液的溫度，將該吸收溶液供給到第三區(qū)的頂部并使其在第三區(qū)中 向下流動然后將其排放，這樣吸收溶液連續(xù)地從第一區(qū)流動到第η區(qū)，同時重復(fù)氣體-液體5/9頁
接觸和溫度控制。因為在各液體室中熱交換器將吸收溶液的溫度保持在最佳的條件下，并且供給到 第一區(qū)的吸收溶液依次流動并被排放直到第η區(qū)，可以保持這樣一個流動，即，先流入的吸 收溶液先向下流并被排放，這樣就近乎大約100%地利用了吸收溶液的吸收二氧化碳?xì)怏w 的能力而不存在吸收溶液循環(huán)流通到回收裝置時還保持多余吸收能力的情形。此外，由于本發(fā)明第二發(fā)明方案在于用于氣體-液體接觸的填充物包括具有一 側(cè)切口或兩側(cè)切口的短圓柱體，或者將填充物用作由多個短圓柱體組成的長圓柱體，所以 壓力損失很小且填充物的機(jī)械強度很大，以至于不必提供專用的支撐機(jī)構(gòu)并且能夠形成高 填充床。此外，上述短圓柱體的中空部分填充有機(jī)械強度弱且表面積相對較大的小尺寸填 充物，使得能夠從整體上增加用于氣體-液體接觸的填充物的表面積且由此獲得高效的二 氧化碳?xì)怏w回收。此外，由于本發(fā)明的第三個方案在于，在由用于氣體-液體接觸的填充物填充的 二氧化碳?xì)怏w回收設(shè)備中熱交換器在高度方向上的多個階段控制溫度，所以即使吸收室變 高，也總是可以將每一高度位置處的向下流動的吸收液體的液體溫度保持為常數(shù)，因而能 夠顯著增加二氧化碳?xì)怏w的吸收效率。此外，在這情況下對于填充床的尺寸，如果寬度為a，高度為h而長度為1，則排出 氣體的處理量與a*h成比例，如果h越大，則a越小且吸收溶液的下降距離和時間變長，由 此每一次吸收溶液降落過程中的二氧化碳?xì)怏w的吸收量能夠被增加。因此，η的數(shù)量趨向 于變小而1的趨向于變短。結(jié)果，用于分散吸收溶液的裝置的面積(a χ 1)變小，因此相應(yīng)地容易增加裝置的 抗腐蝕性。因此，可以增加吸收溶液的濃度并且可以降低吸收溶液的液體量，以便可以實現(xiàn) 能量和成本節(jié)省。


圖1是示出本發(fā)明第一實施例中的二氧化碳?xì)怏w回收設(shè)備再生裝置以及其間的 連接的主斷面示意性縱向橫截面視圖；圖2A是圖1中示出的再生裝置的縱向橫截面視圖，圖2B是其平面視圖，以及圖2C 是A-A線橫截面視圖；圖3是示出用于本發(fā)明中的填充物的示例性透視圖；圖4是示出現(xiàn)有技術(shù)公開的填充塔的示意性視圖的縱向橫截面視圖；和圖5是示出現(xiàn)有技術(shù)公開的噴射塔的輪廓構(gòu)造的示例性圖表。
具體實施例方式下文中，將參考附圖具體描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。在圖1和2中示出本發(fā)明的 一個實施例。在該實施例中，二氧化碳?xì)怏w回收設(shè)備包括水平二氧化碳?xì)怏w吸收室1 ；用 于分散吸收溶液的裝置2，設(shè)置于二氧化碳?xì)怏w吸收室1的頂部；和液體槽3，此外還將再生 裝置20A附于其上。由一對上下設(shè)置的格狀板6、7、一對前后設(shè)置的格狀板8、9以及左右 設(shè)置的側(cè)壁(附圖中未示出)包圍的橫截面為正方形的空間形成二氧化碳?xì)怏w吸收室1， 此外還在其高度方向上以特定間隔設(shè)置用于在多個階段控制溫度的熱交換器11，且用于氣
8體-液體接觸的填充物10填充在二氧化碳?xì)怏w吸收室1的各熱交換器11之間。關(guān)于用于形成上述二氧化碳?xì)怏w吸收室1的每一格狀板6、7、8、9，對于它們來說 并不總是形成格狀構(gòu)造，可以形成例如除格狀構(gòu)造之外的任何構(gòu)造，只要排出氣體的通路 沒有問題、填充在其內(nèi)的用于氣體-液體接觸的填充物10不出露到二氧化碳?xì)怏w吸收室1 之外，且二氧化碳?xì)怏w吸收溶液的向下流動不被阻止。此外，在附圖中，標(biāo)記4表示氣體引 入口而標(biāo)記5表示氣體排放口。此外，在附圖中，標(biāo)記14表示設(shè)置在垂直方向上用于在二氧化碳?xì)怏w吸收室1中 以近似特定的間隔來分隔的分割線，通過分割線14形成多個垂直區(qū)，如第一區(qū)15-1、第二 區(qū)15-2和第三區(qū)15-3。此外，在這種情況下，對于上述分割線14，并不總是通過分割壁來 分隔，如第一區(qū)15-1、第二區(qū)15-2以及第三區(qū)15-3的每一區(qū)可以是在理念中存在。雖然在前述實施例中形成三個區(qū)，但是可以期望通過有4個以上的區(qū)來提高二氧 化碳?xì)怏w的吸收效率。此外，可以使用具有如此構(gòu)造(例如在下面實施例中所描述的)的 用于氣體-液體接觸的填充物10，以便于二氧化碳?xì)怏w吸收室1中每一區(qū)域內(nèi)向下流動的 二氧化碳?xì)怏w吸收溶液可以容易地形成液膜形態(tài)并且氣體-液體接觸變得良好。將設(shè)置在二氧化碳?xì)怏w吸收室1頂部的用于分散吸收溶液的各裝置2分開安裝以 相應(yīng)于每一區(qū)的存在，如恰好位于每一區(qū)的上部的用于分散吸收溶液的裝置2-1、2-2、2-3， 以便于將從隨面的更新裝置20A供給的二氧化碳?xì)怏w吸收溶液或者向下流動穿過二氧化 碳?xì)怏w吸收室1中的特定區(qū)并供給到其他區(qū)的頂部的二氧化碳?xì)怏w吸收溶液分散。此外，對于布置在二氧化碳?xì)怏w吸收室1中的每一個熱交換器11，雖然在圖1中示 出的實施例中安裝具有五個階段的熱交換器，但是熱交換器不總限于具有五個階段而是可 以根據(jù)二氧化碳的尺寸和容量來有效改變。此外，將液體槽3沿著氣流方向安裝到二氧化 碳?xì)怏w吸收室1的底部，并且在那之后通過相對于排出氣體的流向或其相反方向(圖1中 向前方向)的多個分隔壁來將其分成由第一區(qū)3-1至第二區(qū)3-2、以及第η區(qū)3-3組成的多 個液體室構(gòu)造的液體室，且將用于控制液體溫度的熱交換器18-1和18-2分別設(shè)置在通過 分隔壁分割的各液體室中。此外，在附圖中，標(biāo)記12-1、12_2和13表示用于循環(huán)和傳送二氧化碳?xì)怏w吸收溶 液的泵，將來自更新裝置20Α、經(jīng)由供給管道27供給到用于分散吸收溶液的裝置2-1的吸 收溶液分散到二氧化碳?xì)怏w吸收室1中，通過泵12-1將穿過填充有用于氣體-液體接觸的 填充物10的填充床向下流動到液體室3-1中的二氧化碳?xì)怏w吸收溶液經(jīng)由供給管道19-1 傳送到用于分散吸收溶液的裝置2-2，并且通過泵12-2將向下流動到液體室3-2的二氧化 碳?xì)怏w吸收溶液經(jīng)由供給管道19-2傳送到用于分散吸收溶液的裝置2-3。此外，通過泵13 將向下流動到液體室3-3的二氧化碳?xì)怏w吸收溶液經(jīng)由熱交換器16傳送到再生裝置20Α。在這樣的條件下，當(dāng)通過附圖中未示出的鼓風(fēng)機(jī)將排出氣體從氣體引入口 4引入 時，該排出氣體不僅在通過二氧化碳吸收室1期間在寬廣的區(qū)域內(nèi)經(jīng)受氣體-液體接觸， 而且該排出氣體還在在水平方向上具有特定長度量的二氧化碳?xì)怏w吸收室1中如圖1所 示從左向右移動，以及二氧化碳?xì)怏w吸收溶液還依次從左向右移動，使得在宏觀情況下彼 此成為并向流情景(co-current flow aspect)，且如果在微觀情況下看，按照橫向流情景 (cross current flow aspect)進(jìn)行氣體-液體接觸以至于二氧化碳?xì)怏w吸收溶液在二氧 化碳?xì)怏w吸收室1的垂直橫截表面中向下移動，而排出氣體在水平方向上從左向右流動。
因此，可以期望在這種情況下，其容量和功效相當(dāng)于前述公知的化學(xué)裝置，在該公 知的化學(xué)裝置中將吸各收塔串聯(lián)布置成幾個段。在這種構(gòu)造中，二氧化碳?xì)怏w吸收溶液經(jīng) 受并向流(co-current)氣體-液體接觸，即，基本上是先進(jìn)入的先被排出，在可實現(xiàn)的足夠 充分地控制其溫度的條件下有足夠的時間來充分實現(xiàn)其吸收能力，然后將其引入到再生裝 置20A中。此外，再生裝置20A包括圖1和圖2下部中示出的構(gòu)造。也就是說，再生裝置20A 由二氧化碳?xì)怏w排放室20、用于加熱二氧化碳吸收溶液的槽21、旋轉(zhuǎn)填充床22、旋轉(zhuǎn)軸23、 流道限制板對、加熱裝置25-1至25-5，熱交換器16和冷卻裝置17構(gòu)成，另外，在二氧化碳 氣體排放室20中的縱向方向上以固定間隔安裝流道限制板M，使得從平面視圖中觀看的 情況下，如圖2B中所示，各流道限制板M的一端交替地固定到右和左壁表面，且二氧化碳 吸收溶液的流道形成在其相對端(自由端)與壁表面之間，從而如此構(gòu)造二氧化碳吸收溶 液的流動，使得在用于加熱二氧化碳?xì)怏w吸收溶液的槽21中的縱向方向上蜿蜒前進(jìn)。如上所述，二氧化碳吸收溶液的流動在用于加熱二氧化碳?xì)怏w吸收溶液的槽21 中的縱向方向上蜿蜒前進(jìn)，從而建立首先進(jìn)入的二氧化碳吸收溶液被首先排放的這樣的機(jī) 制，由此能夠有效地使用低溫?zé)嵩?。設(shè)置于用于加熱二氧化碳?xì)怏w吸收溶液的槽21中的由 流道限制板M劃分成的每一室中的每一個旋轉(zhuǎn)填充床22由旋轉(zhuǎn)軸23來支撐并且通過附 圖中未示出的驅(qū)動馬達(dá)來旋轉(zhuǎn)。在上述再生裝置20A的構(gòu)造中，通過泵13將用于二氧化碳?xì)怏w吸收室1中的二氧 化碳?xì)怏w吸收溶液穿過熱交換器16傳送到再生裝置20A的二氧化碳?xì)怏w排放室20中，在 二氧化碳?xì)怏w通過受加熱裝置25-1至25-5溫度調(diào)控的二氧化碳?xì)怏w排放室20時，有效地 執(zhí)行二氧化碳?xì)怏w的分離處理，且然后由泵沈?qū)呐欧哦伺欧诺囊驯惶幚淼亩趸細(xì)?體吸收溶液循環(huán)并且穿過熱交換器16和冷卻器件17經(jīng)過供給管道27供給到用于分散吸 收溶液的裝置2-1。此外，這里使用的二氧化碳?xì)怏w吸收溶液為諸如單乙醇胺(鏈烷醇胺)的胺類有 機(jī)化合物溶液或諸如碳酸鉀的二氧化碳吸收-回收循環(huán)吸收溶液。[用于氣體-液體接觸的填充物的實施例]對于本發(fā)明中填充到二氧化碳?xì)怏w吸收室1內(nèi)的用于氣體-液體接觸的填充物10 來說，如果使用具有如圖3A-3C中示出的構(gòu)造的填充物，則由于促進(jìn)了氣體-液體接觸，所 以其更為優(yōu)選。具體地，如圖3A中所示，串連連接適當(dāng)數(shù)量(在該實施例中為11)的短圓 柱體，其每一個短圓柱體具有90mm的直徑、90mm的長度和4mm的厚度且在每一端還具有三 個切口 10a、IOb (兩端則具有六個切口 )(切口深度為20mm以及切口在圓周方向的長度為 40mm)，或者，如圖;3B中所示，連接具有與上述短圓柱體相同尺寸且僅在一側(cè)具有三個切口 IOa的各短圓柱體，或者，如圖3C中所示，將其中每一個僅在一端具有六個切口 IOa的各短 圓柱體連接，以構(gòu)成用于氣體-液體接觸的填充物10，從而成為總長度達(dá)大約一米的長圓 柱體。此外，如果考慮到將這些填充到Im3的立方容量，則需要121個填充物。在這種情 況下，長圓柱體中存在直徑為82mm且長度為Im的中空部分。這些圓柱體內(nèi)側(cè)和外側(cè)的表面 積為 55m2/m3。例如，當(dāng)將商用填充物 iTellerette (Tsukishima Kankyo Engineering Lid. 的注冊商標(biāo))作為具有73mm外徑的塑料填充物填充到所述中空部分時，Tellerette的表面積變?yōu)?9m2/m3，因此總面積變?yōu)?24m2/m3。此外，在這種情況下，當(dāng)通過將用作水處理的具有口徑52πιπιΦ的商用Netlon Pipe (Mitsui Chemicals, Inc.的注冊商標(biāo))管道插入到Netlon管道(75ι πιΦ)并包含上 面具有55m2/m3的長圓柱體來形成三層圓柱體填充物時，由于各自的表面積為53m2/m3和 60. 5m2/m3的，所以包含上述的55m2/m3的表面積總量變?yōu)?68. 4m2/m3，以至于它們成為最佳 數(shù)值。雖然這里使用的Tellerette和Netlon管道分離開來都很弱，但是通過被具有4mm 厚度的圓柱體保護(hù)，具有上述組合的填充物可以堆積得很高且可以獲得大的特定表面積， 以便于能促進(jìn)二氧化碳?xì)怏w的更多吸收。[實施例]下文中，將具體描述本發(fā)明的實施例。也就是說，當(dāng)二氧化碳?xì)怏w吸收室1的垂直 橫截面為IOm χ IOm且排出氣體的流速為1. 17Nm/秒時，隨著二氧化碳?xì)怏w吸收室1的長 度相應(yīng)于吸收二氧化碳?xì)怏w的量的改變，被處理氣體的量420，OOONmVh ；當(dāng)在這種情況下回收的二氧化碳?xì)怏w的濃度為5%時，回收二氧化碳?xì)怏w的量為 21，OOONmVh,該二氧化碳?xì)怏w的重量為41. 6t/h，在這種情況下所需要的二氧化碳?xì)怏w吸收溶液的量為在單乙醇胺的情況下，57. 6t/h，在碳酸鉀的情況下，130. Ot/h，當(dāng)回收二氧化碳?xì)怏w的濃度逐漸增加到5^^10^^15%以及20%時，由于你必須 做的只是延長二氧化碳?xì)怏w吸收室1的長度，所以該長度變?yōu)?m、^i、6m獲Sm。如果根據(jù)上述計算來梳理效果，則回收二氧化碳?xì)怏w的濃度]5101520
長度[m]2468
壓力損耗[mm，以水為標(biāo)準(zhǔn)]4080120160
二氧化碳?xì)怏w的回收量(t/h)41. 683. 2124. 8166所必需的吸收溶液的循環(huán)量[t/h]在單乙醇胺的情況下57.6 115.2 172.8 230.4在碳酸鉀的情況下130.4 260.8 391.2 521.6此外，如果在二氧化碳?xì)怏w吸收溶液的濃度在10%至40%的范圍內(nèi)的情況下計 算所必需的溶液循環(huán)量(t/h)，則[在單乙醇胺的情況下][回收的二氧化碳?xì)怏w(％)][溶液的濃度(％)]10203040[在碳酸鉀的情況下]
[回收的二氧化碳?xì)怏w5101520
(%)]
[溶液的濃度(％)]
101304260839125216
20652130419562608
3043286813021736
403266529781304如上面所示，在單乙醇胺的情況下，同樣在碳酸鉀的情況下，存在所需的循環(huán)溶液 量隨著所述溶液濃度的增加而降低。因此，可以降低用于加熱低溫二氧化碳?xì)怏w吸收溶液 的能量和用于冷卻高溫回收溶液的能量。雖然在利用阻蝕劑的領(lǐng)域內(nèi)總是要付出這樣的努 力，但是可增強本發(fā)明中的裝置的耐蝕性，并將其進(jìn)一步改善。也就是說，能夠通過增高被控制在諸如大約10% -20%至大約30% -40%的低水 平的二氧化碳吸收溶液的濃度來節(jié)省能量。因此，通過正向地按比例增高二氧化碳?xì)怏w吸 收裝置的耐蝕性，能夠使得二氧化碳?xì)怏w吸收溶液的濃度達(dá)到40%以上，且能夠降低循環(huán) 二氧化碳?xì)怏w吸收溶液的使用量，使得用于吸收溶液的回收裝置的尺寸減小成為可能，且 還可導(dǎo)致二氧化碳?xì)怏w吸收裝置的功率降低。
權(quán)利要求
1.一種二氧化碳?xì)怏w回收設(shè)備，其中吸收溶液為胺類有機(jī)化合物溶液或碳酸鉀溶液；其中，所述設(shè)備包括橫截面為方形的二氧化碳?xì)怏w吸收室，且其中排出氣體引入口位于其一側(cè)，且排出氣體排放口位于其另一側(cè)以形成水平氣體流通路；用于分散二氧化碳?xì)?體吸收溶液的裝置，設(shè)置在所述二氧化碳?xì)怏w回收設(shè)備的頂部；液體槽，沿著所述二氧化碳 氣體回收設(shè)備中的氣體流動方向設(shè)置在所述二氧化碳?xì)怏w回收設(shè)備底部；和用于使所述液 體槽中的吸收溶液循環(huán)流通到用于分散二氧化碳?xì)怏w吸收溶液的所述裝置的機(jī)構(gòu)；其中，所述二氧化碳?xì)怏w吸收室包括由用于氣體-液體接觸的填充物填充的填充床；其中，通過多個分隔壁將所述液體槽沿著排出氣體的流動方向或其相反方向分隔成由 第一區(qū)至第η區(qū)組成的多個液體室；其中在通過分隔壁分隔的各液體室中分別安裝用于控制液體溫度的熱交換器；以及其中所述吸收溶液從第一區(qū)流動到第η區(qū)，同時重復(fù)著氣體-液體接觸和溫度控制，使 得供給到第一區(qū)頂部的所述吸收溶液向下流動穿過所述填充床，在第一區(qū)液體室中控制所 述吸收溶液的溫度，在第二區(qū)液體室中控制供給到第二區(qū)的頂部并且向下流動穿過第二區(qū) 的吸收溶液的溫度，所述吸收溶液供給到第三區(qū)的頂部并且向下流動穿過第三區(qū)，且然后 將該吸收溶液排放。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的二氧化碳?xì)怏w回收設(shè)備，其中用于氣體_液體接觸的所述填充物包括在其一端或兩端設(shè)置有切口的多個短圓柱 體，或者通過將多個所述短圓柱體在水平方向上串聯(lián)連接形成的長圓柱體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的二氧化碳?xì)怏w回收設(shè)備，其中將用于控制內(nèi)部溫度的多個熱交換器沿著高度方向設(shè)置于由用于氣體-液體接觸的 所述填充物填充的所述填充床中。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的二氧化碳?xì)怏w回收設(shè)備，其中將用于控制內(nèi)部溫度的多個熱交換器沿著高度方向設(shè)置于由用于氣體-液體接觸的 所述填充物填充的所述填充床中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的二氧化碳?xì)怏w回收設(shè)備，還包括用于二氧化碳?xì)怏w吸收溶液的再 生裝置，所述再生裝置包括二氧化碳?xì)怏w排放室；槽，用于加熱二氧化碳?xì)怏w吸收溶液； 旋轉(zhuǎn)填充床，由旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)和支撐；流道限制板，被布置為使得所述二氧化碳?xì)怏w吸收溶液 在用于加熱二氧化碳?xì)怏w吸收溶液的所述槽中蜿蜒曲折；和加熱裝置，布置在用于加熱二 氧化碳?xì)怏w吸收溶液的所述槽中；以及，熱交換器，用于在從所述液體槽傳送到所述再生裝 置的二氧化碳?xì)怏w吸收溶液與從所述再生裝置傳送到用于分散二氧化碳?xì)怏w吸收溶液的 所述裝置的二氧化碳?xì)怏w吸收溶液之間的熱交換；和冷卻裝置，用于冷卻布置在該熱交換 器與用于分散二氧化碳?xì)怏w吸收溶液的所述裝置之間的二氧化碳?xì)怏w吸收溶液。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的二氧化碳?xì)怏w回收設(shè)備，還包括用于二氧化碳?xì)怏w吸收溶液的再 生裝置，所述再生裝置包括二氧化碳?xì)怏w排放室；槽，用于加熱二氧化碳?xì)怏w吸收溶液； 旋轉(zhuǎn)填充床，由旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)和支撐；流道限制板，被布置為使得所述二氧化碳?xì)怏w吸收溶液 在用于加熱二氧化碳?xì)怏w吸收溶液的所述槽中蜿蜒曲折；和加熱裝置，布置在用于加熱二 氧化碳?xì)怏w吸收溶液的所述槽中；以及，熱交換器，用于在從所述液體槽傳送到所述再生裝 置的二氧化碳?xì)怏w吸收溶液與從所述再生裝置傳送到用于分散二氧化碳?xì)怏w吸收溶液的 所述裝置的二氧化碳?xì)怏w吸收溶液之間的熱交換；和冷卻裝置，用于冷卻布置在該熱交換器與用于分散二氧化碳?xì)怏w吸收溶液的所述裝置之間的二氧化碳?xì)怏w吸收溶液。
7.根據(jù)權(quán)利要求3的二氧化碳?xì)怏w回收設(shè)備，還包括用于二氧化碳?xì)怏w吸收溶液的再 生裝置，所述再生裝置包括二氧化碳?xì)怏w排放室；槽，用于加熱二氧化碳?xì)怏w吸收溶液； 旋轉(zhuǎn)填充床，由旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)和支撐；流道限制板，被布置為使得所述二氧化碳?xì)怏w吸收溶液 在用于加熱二氧化碳?xì)怏w吸收溶液的所述槽中蜿蜒曲折；和加熱裝置，布置在用于加熱二 氧化碳?xì)怏w吸收溶液的所述槽中；以及，熱交換器，用于在從所述液體槽傳送到所述再生裝 置的二氧化碳?xì)怏w吸收溶液與從所述再生裝置傳送到用于分散二氧化碳?xì)怏w吸收溶液的 所述裝置的二氧化碳?xì)怏w吸收溶液之間的熱交換；和冷卻裝置，用于冷卻布置在該熱交換 器與用于分散二氧化碳?xì)怏w吸收溶液的所述裝置之間的二氧化碳?xì)怏w吸收溶液。
8.根據(jù)權(quán)利要求4的二氧化碳?xì)怏w回收設(shè)備，還包括用于二氧化碳?xì)怏w吸收溶液的再 生裝置，所述再生裝置包括二氧化碳?xì)怏w排放室；槽，用于加熱二氧化碳?xì)怏w吸收溶液； 旋轉(zhuǎn)填充床，由旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)和支撐；流道限制板，被布置為使得所述二氧化碳?xì)怏w吸收溶液 在用于加熱二氧化碳?xì)怏w吸收溶液的所述槽中蜿蜒曲折；和加熱裝置，布置在用于加熱二 氧化碳?xì)怏w吸收溶液的所述槽中；以及，熱交換器，用于在從所述液體槽傳送到所述再生裝 置的二氧化碳?xì)怏w吸收溶液與從所述再生裝置傳送到所述用于分散二氧化碳?xì)怏w吸收溶 液的所述裝置的二氧化碳?xì)怏w吸收溶液之間的熱交換；和冷卻裝置，用于冷卻布置在該熱 交換器與用于分散二氧化碳?xì)怏w吸收溶液的所述裝置之間的二氧化碳?xì)怏w吸收溶液。
全文摘要
一種二氧化碳?xì)怏w回收設(shè)備，為實現(xiàn)二氧化碳回收效率的增高和節(jié)省成本并對全球環(huán)境保護(hù)做出貢獻(xiàn)，在二氧化碳?xì)怏w回收設(shè)備的二氧化碳?xì)怏w吸收室中，其橫截面為正方形且通過將排放氣體引入口安置在其一端并將排放氣體排放口安置在其另一端來形成水平氣體流通路；通過利用專用的填充物形成沒有支撐板或再分配器的簡單構(gòu)造，另外可形成具有大表面積和高效率的填充床，通過在填充床中設(shè)置熱交換器來減輕反應(yīng)熱引起的負(fù)面效應(yīng)，通過在被分割的填充床中多次連續(xù)地循環(huán)吸收溶液來提高二氧化碳?xì)怏w吸收能力，通過減小填充床和用于分散二氧化碳?xì)怏w吸收溶液的器件尺寸來提高器件的耐蝕性，且增加二氧化碳?xì)怏w吸收溶液的濃度，以能實現(xiàn)能量節(jié)省和成本縮減。
文檔編號C01B31/20GK102078758SQ201010503918
公開日2011年6月1日 申請日期2010年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月30日
發(fā)明者木村健 申請人:佐藤淳子, 木村健, 木村紀(jì)子, 木村茂