專利名稱：二氧化碳分離和回收裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種二氧化碳分離和回收裝置。
背景技術：
近年來，對計劃用于使用大量化石燃料的熱電站等的方法進行了研究，也就是，通過將燃燒廢氣與胺吸收液接觸從燃燒廢氣中分離和回收二氧化碳的方法，以及貯存回收的二氧化碳而不將二氧化碳釋放到空氣中的方法。 具體地，一種包括吸收塔和再生塔的二氧化碳回收裝置是已知的。所述吸收塔使得胺吸收液吸收燃燒廢氣中所含的二氧化碳。在將吸收了二氧化碳的吸收液(富集液)從吸收塔供給至再生塔之后，再生塔加熱所述富集液以從富集液中釋放出二氧化碳氣體，從而使所述吸收液得以再生(例如，參見專利文獻I)。所述燃燒廢氣包含氧氣和二氧化硫，在吸收塔中，它們與二氧化碳一同被吸收到吸收液中。存在的問題在于，吸收了氧氣和二氧化硫的吸收液將會劣化，其吸收二氧化碳的性能下降。專利文獻I :日本專利申請公開2004-323339發(fā)明概述本發(fā)明要解決的問題為了解決上述問題，本發(fā)明的目的是，提供一種二氧化碳分離和回收裝置，所述裝置防止吸收液的二氧化碳吸收性能下降。解決問題的方案根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種二氧化碳分離和回收裝置，所述裝置包括吸收塔，所述吸收塔使吸收液吸收燃燒廢氣中所含的二氧化碳，并排出含有二氧化碳的吸收液；再生塔，所述再生塔被供給由所述吸收塔排出的吸收液，從該吸收液中除去含有蒸汽的二氧化碳氣體，并且再生和排出該吸收液；再生熱交換器，所述再生熱交換器置于所述吸收塔和所述再生塔之間，并且使用由所述再生塔排出且向所述吸收塔供給的吸收液作為熱源，以加熱由所述吸收塔排出且向所述再生塔供給的吸收液；以及氧除去單元，所述氧除去單元從自所述吸收塔向所述再生塔供給的吸收液中除去氧。所述氧除去單元包括第一收集單元和第二收集單元，所述第一收集單元和第二收集單元收集該吸收液中所含的氧；第一流路切換單元，所述第一流路切換單元將由所述吸收塔排出的吸收液向所述第一收集單元或所述第二收集單元供給；第二流路切換單元，所述第二流路切換單元將由所述第一收集單元或所述第二收集單元排出的吸收液向所述再生熱交換器供給；以及再生單元，所述再生單元在所述第一流路切換單元對第一收集單元供給吸收液的情況下，回收在所述第二收集單元中收集的氧，且在所述第一流路切換單元對所述第二收集單元供給吸收液的情況下，回收在所述第一收集單元中收集的氧。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種二氧化碳分離和回收裝置，所述裝置包括吸收塔，所述吸收塔使吸收液吸收燃燒廢氣中所含的二氧化碳，并排出含有二氧化碳的吸收液；再生塔，所述再生塔被供給由所述吸收塔排出的吸收液，從該吸收液中除去含有蒸汽的二氧化碳氣體，并且再生和排出該吸收液；再生熱交換器，所述再生熱交換器置于所述吸收塔和所述再生塔之間，并且使用由所述再生塔排出且向所述吸收塔供給的吸收液作為熱源，以加熱由所述吸收塔排出且向所述再生塔供給的吸收液；反應器，所述反應器置于所述吸收塔和所述再生熱交換器之間，貯存從所述吸收塔向所述再生塔供給的吸收液，并通過使該吸收液中所含的氧與亞硫酸根離子反應而生成硫酸根離子；第一除去單元，所述第一除去單元從含有所述硫酸根離子的吸收液中除去所述硫酸根離子；以及第二除去單元，所述第二除去單元置于所述再生熱交換器和所述吸收塔之間，并且從由所述再生塔排出且已從中除去所述硫酸根離子的吸收液中除去有機酸陰離子。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種二氧化碳分離和回收裝置，所述裝置包括吸收塔，所述吸收塔使吸收液吸收燃燒廢氣中所含的二氧化碳，并排出含有二氧化碳的吸收液；再生塔，所述再生塔被供給由所述吸收塔排出的吸收液，從該吸收液中除去含有蒸汽的二氧化碳氣體，并且再生和排出該吸收液；再生熱交換器，所述再生熱交換器置于所述吸收塔和所述再生塔之間，并且使用由所述再生塔排出且向所述吸收塔供給的吸收液作為熱源，以加熱由所述吸收塔排出且向所述再生塔供給的吸收液；反應器，所述反應器置于所述吸收塔和所述再生熱交換器之間，貯存從所述吸收塔向所述再生塔供給的吸收液，并通過·使該吸收液中所含的氧與亞硫酸根離子反應而生成硫酸根離子；第一除去單元，所述第一除去單元從含有所述硫酸根離子的吸收液中除去所述硫酸根離子；第二除去單元，所述第二除去單元置于所述再生熱交換器和所述吸收塔之間，并且從由所述再生塔排出且已從中除去所述硫酸根離子的吸收液中除去有機酸陰離子；以及第三除去單元。所述第三除去單元包括第一收集單元和第二收集單元，所述第一收集單元和第二收集單元收集從所述反應器排出的吸收液中所含的氧；第一流路切換單元，所述第一流路切換單元對所述第一收集單元或所述第二收集單元供給由所述反應器排出的吸收液，第二流路切換單元，所述第二流路切換單元對所述再生熱交換器供給由所述第一收集單元或所述第二收集單元排出的吸收液；以及再生單元，所述再生單元在所述第一流路切換單元對所述第一收集單元供給吸收液的情況下，回收在所述第二收集單元中收集的氧，且在所述第一流路切換單元對所述第二收集單元供給吸收液的情況下，回收在所述第一收集單元中收集的氧。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，能夠防止吸收液的二氧化碳吸收性能下降。


圖I是根據(jù)本發(fā)明的第一實施方案的二氧化碳分離和回收裝置的示意布局圖。圖2是描述根據(jù)本發(fā)明的第一實施方案的除去氧的方法的流程圖。圖3(a)和3(b)是示出了在氧除去單元中的流路切換的實例的圖。圖4是所述二氧化碳分離和回收裝置的一種變體的示意布局圖。圖5是所述二氧化碳分離和回收裝置的一種變體的示意布局圖。圖6是根據(jù)本發(fā)明的第二實施方案的二氧化碳分離和回收裝置的示意布局圖。圖7是所述二氧化碳分離和回收裝置的一種變體的示意布局圖。圖8是所述二氧化碳分離和回收裝置的一種變體的示意布局圖。
圖9是所述二氧化碳分離和回收裝置的一種變體的示意布局圖。發(fā)明的實施方式以下將參照附圖對本發(fā)明的實施方案加以描述。(第一實施方案)圖I是根據(jù)本發(fā)明的第一實施方案的二氧化碳分離和回收裝置的示意布局圖。此處，二氧化碳分離和回收裝置通過使用能夠吸收二氧化碳的吸收液，回收化石燃料燃燒時產(chǎn)生的燃燒廢氣中所含的二氧化碳。例如，使用胺化合物水溶液作為能夠吸收二氧化碳的吸收液，在所述溶液中，胺化合物溶解于水中。如圖I所示，所述二氧化碳分離和回收裝置I包括氧除去單元10、吸收塔(absorption column) 103、再生塔(regeneration column) 105、再沸器 106、再生熱交換器107、冷卻器114、氣體冷卻器116和冷凝器117。
吸收塔103使得吸收液吸收燃燒廢氣102a中所含的二氧化碳。再生塔105通過下述步驟對吸收液進行再生從吸收塔103接收吸收了二氧化碳的吸收液(以下稱之為富集液104a);加熱富集液104a，以從吸收液中釋出含有蒸汽的二氧化碳氣體；以及排出含有二氧化碳氣體和蒸汽的廢氣102c。將燃燒廢氣102a供給至吸收塔103的下側，且從吸收塔103頂部排出已經(jīng)從中除去了二氧化碳的燃燒廢氣102b。燃燒廢氣102a產(chǎn)生自電站，如熱電站。再沸器106加熱一部分已經(jīng)貯存在再生塔105中的貧液104b，以提高溫度并產(chǎn)生蒸汽，并隨后向再生塔105提供所述蒸汽。注意，當在再沸器106中加熱貧液104b時，少量二氧化碳氣體從貧液104b中釋出，并與蒸汽一同供給至再生塔105。隨后，蒸汽加熱再生塔105中的富集液104a，使得二氧化碳氣體釋出。再生熱交換器107被置于吸收塔103和再生塔105之間，并被配置用于回收貧液104b的熱。再生熱交換器107使用從再生塔105供向吸收塔103的貧液104b作為熱源，力口熱從吸收塔103供向再生塔105的富集液104a。來自再生熱交換器107的貧液104b通過冷卻器114冷卻并被供給至吸收塔103的上側。在吸收塔103中，供向吸收塔103上側的貧液104b從上側下降，而供向吸收塔103的燃燒廢氣102a從吸收塔103下側上升至頂部。因此，含有二氧化碳的燃燒廢氣102a與貧液104b逆流(直接)接觸，以將二氧化碳從燃燒廢氣102a中除去并吸收到貧液104b。從而生成了富集液104a。已經(jīng)自其中移除了二氧化碳的燃燒廢氣102b從吸收塔103頂部排出。當在吸收塔103中的貧液104b吸收燃燒廢氣102a中的二氧化碳時，也吸收了氧。因此，富集液104a含有氧。配置氧除去單元10 (將于下文詳細描述)，以除去溶解在富集液104a中的氧。氣體冷卻器116通過使用冷卻水(冷卻介質(zhì))將再生塔105排出的廢氣102c冷卻，并將廢氣供給至冷凝器117。冷凝器117冷凝(冷卻)廢氣102c，以將二氧化碳氣體與產(chǎn)生的冷凝液分離。從冷凝器117中排出的二氧化碳氣體102d貯存于貯存單元(未示出)中。將來自冷凝器117的冷凝液供給至再生塔105的上側。以下將描述氧除去單元10的布局。氧除去單元10包括流路切換單元11和12、氧收集單元13和14，以及再生單元15。氧收集單元13和14從富集液104a中吸附氧，以從富集液104a中除去氧。已從中除去了氧的富集液104a通過流路切換單元12被送至再生熱交換器107。氧收集單元13和14可以包含例如多孔銀。使用多孔銀引起反應2Ag+02 — Ag2O并從富集液104a中除去氧。再生單元15對氧收集單元13和14中收集的氧進行分離和回收，以使氧收集單元13再生。例如，當再生單元15對含有多孔銀的氧收集單元13實施再生時，再生單元15首先收集在氧收集單元13中的液體(吸收液)。再生單元15將收集到的吸收液排至例如外部設置的槽中(未示出)。再生單元15將全部收集到的吸收液排至外部，隨后向氧收集單元13供給從外部供給并且具有高溫(約200°C )的蒸汽、凡、0)2等。注意，在下文中，從再生單元15供給至氧收集單元13(14)的蒸汽、N2, CO2等簡稱為氣體。在氧收集單元13中，發(fā)生反應=Ag2O — 2Ag+02以分離氧。分離出的氧與再生單元15供給的氣體一同被回收進 再生單元15。這便使氧收集器13中的多孔銀得以再生。氧收集器14中的多孔銀以同樣方法再生。再生單元15將收集自氧收集單元13和14的且含有氧的氣體排至外部?？梢韵蜓跏占瘑卧?3和14提供加熱器，以通過加熱加熱器引起反應Ag2O — 2Ag+02，從而從多孔銀中分離氧。既可以在用加熱器加熱前，也可以在加熱后，開始從再生單元15中供給氣體。從氧收集單元13和14的多孔銀中分離出的氧與再生單元15供給的氣體一同被回收進再生單元15。注意，當向氧收集單元13和14提供了加熱器時，由再生單元15向氧收集單元13和14供給的氣體不必具有高溫，因為該氣體只用于回收從多孔銀中分離出的氧。當再生單元15對氧收集單元13實施再生時，經(jīng)過流路切換單元11、氧收集單元14、和流路切換單元12向再生塔105提供富集液104a。與此同時，由再生單元15經(jīng)過流路切換單元12向氧收集單元13供給氣體，且從氧收集單元13排出的液體和氣體經(jīng)過流路切換單元11被回收至再生單元15。另一方面，當再生單元15對氧收集單元14實施再生時，經(jīng)過流路切換單元11、氧收集單元13、和流路切換單元12向再生塔105提供富集液104a。與此同時，由再生單元15經(jīng)過流路切換單元12向氧收集單元14供給氣體，且從氧收集單元14排出的液體和氣體經(jīng)過流路切換單元11被回收至再生單元15。例如，四通閥可以用作流路切換單元11和12。用于在氧除去單元10中從富集液104a中除去氧及用于對氧收集單元13和14進行再生的流程之實例將參照圖2及圖3予以說明，圖2示出了流程圖，圖3則示出了流路切換單元11和12的切換目的。(步驟S101)向氧收集單元13供給富集液104a以除去氧。(步驟S102)確定氧收集單元13是否進行再生。例如，在從向氧收集單元13供給富集液104a經(jīng)過一段預定時間的情況下，則認為氧收集單元13的氧吸收性能降低了。因此，確定氧收集單元13進行再生。當實施再生時，流程進入步驟S103。當無需再生時，流程返回步驟S101。(步驟S103)切換流路切換單元11和12的流路。如圖3(a)所示，流路切換單元11向氧收集單元14供給富集液104a，并向再生單元15供給由氧收集單元13排出的液體和氣體。同時，流路切換單元12向氧收集單元13供給由再生單元15提供的氣體等，并向再生熱交換器107供給由氧收集單元14排出的富集液104a。(步驟S104)對氧收集單元13進行再生。例如，將保持在氧收集單元13中的吸收液回收到再生單元15。在將全部從氧收集單元13回收的吸收液排出到外部之后，再生單元15向氧收集單元13供給從外部供給的高溫氣體。高溫氣體從氧收集單元13中的多孔銀分離氧。被分離的氧與氣體一同被回收到再生單元15。(步驟S105)向氧收集單元14供給富集液104a以除去氧。(步驟S106)確定氧收集單元14是否進行再生。當實施再生時，流程進入步驟S108。當無需再生時，流程返回步驟S107?！?br> (步驟S107)當二氧化碳分離和回收裝置I繼續(xù)作業(yè)時，流程返回步驟S105。(步驟S108)切換流路切換單元11和12的流路。如圖3(b)所示，流路切換單元11向氧收集單元13供給富集液104a，并向再生單元15供給由氧收集單元14排出的液體和氣體。同時，流路切換單元12向氧收集單元14供給由再生單元15提供的氣體等，并向再生熱交換器107供給由氧收集單元13排出的富集液104a。(步驟S109)對氧收集單元14進行再生。例如，將保持在氧收集單元14中的吸收液回收到再生單元15。在將全部從氧收集單元14回收的吸收液排出到外部之后，再生單元15向氧收集單元14供給從外部供給的高溫氣體。高溫氣體從氧收集單元14中的多孔銀分離氧。被分離的氧與氣體一同被回收到再生單元15。通過這種方式，可以從在二氧化碳分離和回收裝置I中循環(huán)通過的吸收液中除去氧，從而可以防止吸收液吸收二氧化碳性能的下降。而且，當對氧收集單元13和14兩者之一實施再生時，則使用另一個，從而當作業(yè)繼續(xù)進行時，可以對氧收集單元實施再生。當再生單元15向氧收集單元13和14供給高溫水蒸氣時，可以從再沸器106接收所述高溫水蒸氣。當高溫水蒸氣含有雜質(zhì)時，可以在從氧收集單元13和14除去氧之后用純水將其清洗干凈。此外，再生單元15可以包括用于生成高溫水蒸氣的再沸器，并且向氧收集單元13和14供給所述高溫水蒸氣。作為氧收集單元13和14，不僅可以使用多孔銀，還可以使用，例如，燒結的銀顆粒、具有鍍銀表面的不銹鋼網(wǎng)、以及在氨基甲酸酯泡沫體上鍍銀并且隨后從中除去氨基甲酸酯泡沫體后留下的材料。當銀從氧收集單元13和14溶解出來時，優(yōu)選在氧除去單元10和再生塔105之間設置例如能夠從吸收液中除去銀的陽離子交換樹脂。不僅僅是銀，而且易于吸附氧并且不會影響吸收液的材料均可作為氧收集單元13和14使用。例如，可以使用鐵纖維?？梢杂眯碌蔫F纖維更換充分吸收了氧的鐵纖維。當氧收集單元13和14再生時，已經(jīng)從氧收集單元13和14中回收的吸收液可以再次返回二氧化碳分離和回收裝置I的系統(tǒng)中。例如，如圖4所示，可以在氧除去單元10和再生熱交換器107之間返回吸收液?；蛘?，如圖5所示，吸收液可以返回在再生熱交換器107和冷卻器114之間設置的緩沖槽120中。(第二實施方案)
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實施方案的二氧化碳分離和回收裝置的示意布局圖。與圖I所示的第一實施方案相比，不同點在于本實施方案省略了氧除去單元10，而提供了氧化反應器20、硫酸根離子除去單元30、以及有機酸陰離子除去單元40。在圖6中，與圖I中所示的第一實施方案的單元相同的單元用相同的附圖標記表示并省略了對其的說明。燃燒廢氣102a不但含有氧，還含有二氧化硫。在吸收塔103中，通過反應S02+H20 — H++HSCV將二氧化硫吸收入吸收液。因此，富集液104a中含有氧和亞硫酸。向氧化反應器20供給富集液104a，在氧化反應器20中引發(fā)反應l/202+HS03_ —H++S042_。此反應將溶解的氧固定為硫酸根離子。這可以防止了氧對吸收液的劣化。氧化反應器被配置用于暫時貯存吸收液以引起所述反應，例如可以使用槽。在再生塔105中將二氧化碳從已經(jīng)由氧化反應器20排出的富集液104a中除去。由再生塔105排出的貧液104b含有硫酸根離子。在冷卻器114中冷卻后，將貧液104b供給至硫酸根離子除去單元30，以從中除去硫酸根離子。 在硫酸根離子除去單元30中從貧液104b中除去硫酸根離子后，將貧液104b供給至有機酸陰離子除去單元40，以從中除去有機酸陰離子。在從中除去了有機酸陰離子后，將貧液104b供給至吸收塔103。硫酸根離子除去單元30包括流路切換單元31和32，以及離子交換樹脂33和34。離子交換樹脂33和34用于從貧液104b中吸附硫酸根離子，例如可以使用強堿性陰離子交換樹脂。 流路切換單元31將貧液104b的供給目的地切換為離子交換樹脂33或34。流路切換單元32向有機酸陰離子除去單元40供給由離子交換樹脂33或34排出的貧液104b。例如，三通閥可以用作流路切換單元31和32。當離子交換樹脂33從貧液104b中吸附硫酸根離子時，離子交換樹脂34可以通過從中分離和除去硫酸根離子得以再生?？梢酝ㄟ^例如向離子交換樹脂34中注入NaOH，使其再生。以同樣的方式，當離子交換樹脂34從貧液104b中吸附硫酸根離子時，離子交換樹脂33可以得以再生。有機酸陰離子除去單元40包括流路切換單元41和42，以及離子交換樹脂43和44。離子交換樹脂43和44用于吸附貧液104b中的有機酸陰離子，例如可以使用陰離子交換樹脂。流路切換單元41將貧液104b的供給目的地切換為離子交換樹脂43或44。流路切換單元42向吸收塔103供給由離子交換樹脂43或44排出的貧液104b。例如，三通閥可以用作流路切換單元41和42。當尚子交換樹脂43從貧液104b中吸附有機酸陰尚子時，尚子交換樹脂44可以通過從中分離和除去有機酸陰離子得以再生。可以通過例如向離子交換樹脂44中注入NaOH，使其再生。以同樣的方式，當離子交換樹脂44從貧液104b中吸附有機酸陰離子時，離子交換樹脂43可以得以再生。以這樣的方式，通過使氧和亞硫酸反應以將氧作為硫酸根離子固定，除去在吸收液中溶解的氧。在此實施方案中，這便防止了吸收液吸收二氧化碳性能的下降。此外，從吸收液中除去硫酸根離子可以防止吸收液劣化，并防止了二氧化碳分離和回收裝置的結構材料被腐蝕。
在上述實施方案中，有機酸陰離子除去單元40被設置于硫酸根離子除去單元30的下游，使得硫酸根離子能夠移除被吸附在離子交換樹脂上的有機酸陰離子。因此，優(yōu)選將有機酸陰離子除去單元40設置于硫酸根離子除去單元30的下游。在硫酸根離子除去單元30中，在吸附硫酸根離子的離子交換樹脂33和34之間的切換可以以規(guī)律的時間間隔實施。此外，可以提供傳感器，以測量由硫酸根離子除去單元30向有機酸陰離子除去單元40供給的貧液中的硫酸根離子濃度。當硫酸根離子濃度值高于或等于預設值時，切換將被使用的離子交換樹脂，并且可以再生在此時之前已經(jīng)使用的離子交換樹脂。在有機酸離子除去單元40中，在吸附有機酸陰離子的離子交換樹脂43和44之間的切換可以以規(guī)律的時間 間隔實施。此外，可以提供傳感器，以測量由有機酸陰離子除去單元40向吸收塔103供給的貧液中的甲酸根離子濃度。當甲酸根離子濃度值高于或等于預設值時，切換將被使用的離子交換樹脂，并且可以再生在此時之前已經(jīng)使用的離子交換樹脂。盡管在上述實施方案中提供了氧化反應器20，但也可以不提供氧化反應器20，而是擴大在吸收塔103下側的富集液保持單元，以使富集液保持足夠長的時間，以引起上述氧和亞硫酸根離子的反應。盡管在上述實施方案中，硫酸根離子除去單元30位于冷卻器114的下游，但也可以如圖7將硫酸根離子除去單元30設置于氧化反應器20和再生熱交換器107之間。假定在上述實施方案中，燃燒廢氣102a的流量是Fg (mol/h)，在二氧化碳分離和回收裝置中的吸收液的循環(huán)量是Fl (mol/h)，燃燒廢氣102a中的氧分壓是Ptj2 (atm)，氧溶解度系數(shù)是k(mol/atm · mol),且燃燒廢氣102a的二氧化硫濃度是CSQ2 (mol/mol),當滿足表達式(表達式I) Cs02 彡 2k P02FVFg時，在氧化反應器20中的反應可以將吸收液中溶解的全部氧固定為硫酸根離子。另一方面，當不滿足上述表達式I時，換言之，當在氧化反應器20中的反應使得在吸收液中留有未被固定為硫酸根離子的氧時，優(yōu)選在氧化反應器20和再生熱交換器107之間提供氧除去單元10，以從吸收液中除去氧，如圖8所示。氧除去單元10已經(jīng)在上述第一實施方案中被描述過了。這種布局可以從吸收液中除去氧和二氧化硫，以防止吸收液的劣化。如圖9所示，二氧化碳分離和回收裝置I還可以包括傳感器50、51、52和53，以及流路切換單元61和62。傳感器50測量燃燒廢氣102a的流量Fg。傳感器51測量燃燒廢氣102a中的氧分壓傳感器52測量燃燒廢氣102a中二氧化硫的濃度CS()2。傳感器53測量二氧化碳分離和回收裝置中的吸收液的循環(huán)量F1。確定傳感器50至53的測量結果是否滿足上述表達式I。如果確定結果滿足表達式1，在由氧化反應器20排出后，富集液104a在避開氧除去單元10的同時進行循環(huán)。另一方面，如果確定傳感器50至53的測量結果不滿足上述表達式1，在由氧化反應器20排出后，富集液104a經(jīng)由氧除去單元10進行循環(huán)。以這種方式，可以利用傳感器50至53的測量結果適當?shù)厍袚Q吸收液的循環(huán)路徑。盡管描述了特定的實施方案，這些實施方案僅作為實例提供，且并不意圖限制本發(fā)明的范圍。事實上，在此描述的新穎的方法和系統(tǒng)可以通過多種其它方式實現(xiàn)；而且，只要不脫離本發(fā)明的精神，可以對在此描述的方法和系統(tǒng)在形式上作各種省略、替代和改變。后附的權利要求和與其等價的內(nèi)容意圖覆蓋這些落入本發(fā)明范圍和精神之內(nèi)的形式和變體。符號的說明10氧除去單元13，14氧收集單元15再生單元20氧化反應器30硫酸根離子除去單元
33，34，43，44離子交換樹脂40有機酸陰離子除去單元103吸收塔105再生塔106再沸器107再生熱交換器
權利要求
1.一種二氧化碳分離和回收裝置，所述裝置包括 吸收塔，所述吸收塔使吸收液吸收燃燒廢氣中所含的二氧化碳，并排出含有二氧化碳的吸收液； 再生塔，所述再生塔被供給由所述吸收塔排出的吸收液，從該吸收液中除去含有蒸汽的二氧化碳氣體，并且再生和排出該吸收液； 再生熱交換器，所述再生熱交換器置于所述吸收塔和所述再生塔之間，并且使用由所述再生塔排出且向所述吸收塔供給的吸收液作為熱源，以加熱由所述吸收塔排出且向所述再生塔供給的吸收液；以及 氧除去單元，所述氧除去單元從自所述吸收塔向所述再生塔供給的吸收液中除去氧并且包括 第一收集單元和第二收集單元，所述第一收集單元和第二收集單元收集吸收液中所含的氧， 第一流路切換單元，所述第一流路切換單元將由所述吸收塔排出的吸收液向所述第一收集單元或所述第二收集單元供給， 第二流路切換單元，所述第二流路切換單元將由所述第一收集單元或所述第二收集單元排出的吸收液向所述再生熱交換器供給，以及 再生單元，所述再生單元在所述第一流路切換單元對所述第一收集單元供給吸收液的情況下，回收在所述第二收集單元中收集的氧，且在所述第一流路切換單元對所述第二收集單元供給吸收液的情況下，回收在所述第一收集單元中收集的氧。
2.根據(jù)權利要求I所述的二氧化碳分離和回收裝置，其中，所述再生單元在回收氧之前，從所述第一收集單元或所述第二收集單元回收吸收液，并且所述再生單元將回收的吸收液加入到循環(huán)通過所述二氧化碳分離和回收裝置的吸收液中。
3.根據(jù)權利要求I所述的二氧化碳分離和回收裝置，其中，所述第一收集單元和所述第二收集單元包含銀。
4.根據(jù)權利要求3所述的二氧化碳分離和回收裝置，其中，所述第一收集單元和所述第二收集單元在所述再生單元回收氧時被加熱。
5.根據(jù)權利要求4所述的二氧化碳分離和回收裝置，其中，所述再生單元接收來自再沸器的水蒸氣并通過使用所述水蒸氣加熱所述第一收集單元和所述第二收集單元，所述再沸器加熱貯存于所述再生塔中的吸收液的一部分。
6.根據(jù)權利要求I所述的二氧化碳分離和回收裝置，其中，所述第一收集單元和所述第二收集單元包含鐵纖維。
7.—種二氧化碳分離和回收裝置，所述裝置包括 吸收塔，所述吸收塔使吸收液吸收燃燒廢氣中所含的二氧化碳，并排出含有二氧化碳的吸收液； 再生塔，所述再生塔被供給由所述吸收塔排出的吸收液，從該吸收液中除去含有蒸汽的二氧化碳氣體，并且再生和排出該吸收液； 再生熱交換器，所述再生熱交換器置于所述吸收塔和所述再生塔之間，并且使用由所述再生塔排出且向所述吸收塔供給的吸收液作為熱源，以加熱由所述吸收塔排出且向所述再生塔供給的吸收液；反應器，所述反應器置于所述吸收塔和所述再生熱交換器之間，貯存從所述吸收塔向所述再生塔供給的吸收液，并通過使該吸收液中所含的氧與亞硫酸根離子反應而生成硫酸根離子； 第一除去單元，所述第一除去單元從含有所述硫酸根離子的吸收液中除去硫酸根離子；以及 第二除去單元，所述第二除去單元置于所述再生熱交換器和所述吸收塔之間，并且從由所述再生塔排出且已從中除去硫酸根離子的吸收液中除去有機酸陰離子。
8.根據(jù)權利要求7所述的二氧化碳分離和回收裝置，其中，所述第一除去單元置于所述反應器和所述再生熱交換器之間，或置于所述再生熱交換器和所述第二除去單元之間。
9.根據(jù)權利要求7所述的二氧化碳分離和回收裝置，其中，所述第一除去單元包含兩個將吸收液中的硫酸根離子吸附的離子交換樹脂，從而當對所述離子交換樹脂中的一個供給吸收液時，分離和除去吸附在另一個離子交換樹脂上的硫酸根離子。
10.根據(jù)權利要求7所述的二氧化碳分離和回收裝置，其中，所述第二除去單元包含兩個將吸收液中的有機酸陰離子吸附的離子交換樹脂，從而當對所述離子交換樹脂中的一個供給吸收液時，分離和除去吸附在另一個離子交換樹脂上的有機酸陰離子。
11.根據(jù)權利要求9所述的二氧化碳分離和回收裝置，其中，所述離子交換樹脂是陰離子交換樹脂。
12.—種二氧化碳分離和回收裝置，所述裝置包括 吸收塔，所述吸收塔使吸收液吸收燃燒廢氣中所含的二氧化碳，并排出含有二氧化碳的吸收液； 再生塔，所述再生塔被供給由所述吸收塔排出的吸收液，從該吸收液中除去含有蒸汽的二氧化碳氣體，并且再生和排出該吸收液； 再生熱交換器，所述再生熱交換器置于所述吸收塔和所述再生塔之間，并且使用由所述再生塔排出且向所述吸收塔供給的吸收液作為熱源，以加熱由所述吸收塔排出且向所述再生塔供給的吸收液； 反應器，所述反應器置于所述吸收塔和所述再生熱交換器之間，貯存從所述吸收塔向所述再生塔供給的吸收液，并通過使該吸收液中所含的氧與亞硫酸根離子反應而生成硫酸根離子； 第一除去單元，所述第一除去單元從含有硫酸根離子的吸收液中除去硫酸根離子；第二除去單元，所述第二除去單元置于所述再生熱交換器和所述吸收塔之間，并且從由所述再生塔排出且已從中除去硫酸根離子的吸收液中除去有機酸陰離子；以及第三除去單元，所述第三除去單元包括 第一收集單元和第二收集單元，所述第一收集單元和第二收集單元收集由所述反應器排出的吸收液中所含的氧， 第一流路切換單元，所述第一流路切換單元對所述第一收集單元或所述第二收集單元供給由所述反應器排出的吸收液， 第二流路切換單元，所述第二流路切換單元對所述再生熱交換器供給由所述第一收集單元或所述第二收集單元排出的吸收液，以及 再生單元，所述再生單元在所述第一流路切換單元對所述第一收集單元供給吸收液的情況下，回收在所述第二收集單元中收集的氧，且在所述第一流路切換單元對所述第二收集單元供給吸收液的情況下，回收在所述第一收集單元中收集的氧。
13.根據(jù)權利要求12所述的二氧化碳分離和回收裝置，所述裝置還包括 第一傳感器，所述第一傳感器測量所述燃燒廢氣的流量； 第二傳感器，所述第二傳感器測量所述燃燒廢氣的氧分壓； 第三傳感器，所述第三傳感器測量所述燃燒廢氣的二氧化硫濃度； 第四傳感器，所述第四傳感器測量所述二氧化碳分離和回收裝置中的吸收液的循環(huán)量；以及 第三流路切換單元，所述第三流路切換單元基于通過所述第一至第四傳感器測量的結果切換將由所述反應器排出的吸收液或者經(jīng)由所述第三除去單元向所述再生熱交換器供給，或者在避開所述第三除去單元的同時向所述再生熱交換器供給。
14.根據(jù)權利要求13所述的二氧化碳分離和回收裝置，其中，假定所述流量是Fg(mol/h),所述氧分壓是Po2 (atm),氧溶解度系數(shù)是k (mol/atm · mol),所述二氧化硫濃度是Csq2 (mol/mol)且所述吸收液循環(huán)量是Fl (mol/h)，當滿足表達式CSQ2彡2kP02Fl/Fg時，所述第三流路切換單元將由所述反應器排出的吸收液在避開所述第三除去單元的同時向所述再生熱交換器供給，且當不滿足所述表達式時，所述第三流路切換單元將由所述反應器排出的吸收液經(jīng)由所述第三除去單元向所述再生熱交換器供給。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種從燃燒廢氣中分離和回收二氧化碳的裝置，該裝置包括吸收塔、再生塔、再生熱交換器和下述結構中任一種。1)包括以下單元的結構氧除去單元，其包括第一收集單元和第二收集單元，其收集自吸收塔向再生塔供給的吸收液中所含的氧；第一流路切換單元，其將吸收液向任一收集單元供給；第二流路切換單元，其用于將由收集單元排出的吸收液向再生熱交換器供給；和再生單元，其中在未被供給吸收液的收集單元中收集的氧被回收。2)包括以下單元的結構反應器，其置于吸收塔和再生熱交換器之間，且其中通過使吸收液中所含的氧與其中所含的亞硫酸根離子反應而生成硫酸根離子；第一除去單元，其中從含有硫酸根離子的吸收液中除去硫酸根離子；第二除去單元，其置于再生熱交換器和吸收塔之間，并且其中從已從中除去硫酸根離子的吸收液中除去有機酸陰離子。
文檔編號B01D53/18GK102905773SQ201080054558
公開日2013年1月30日 申請日期2010年11月4日 優(yōu)先權日2009年12月2日
發(fā)明者小川斗, 櫻井學, 大橋幸夫, 北村英夫 申請人:株式會社東芝