減少再生能量的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了以產(chǎn)生處于比現(xiàn)有技術(shù)高的溫度的產(chǎn)物氣流而消耗比現(xiàn)有技術(shù)少的能量的方式自氣流除去酸性氣體的方法和設(shè)備。所述方法需要維持正產(chǎn)物氣體溫差。所述設(shè)備使得所述正氣體溫差能夠通過(guò)控制吸收器塔操作條件和/或溶劑化學(xué)而維持，從而增加所述吸收器中吸收和反應(yīng)的量。
【專利說(shuō)明】減少再生能量的方法
發(fā)明領(lǐng)域
[0001]總體而言，本發(fā)明涉及操作氣體吸收塔的方法和系統(tǒng)。更詳細(xì)地講，本發(fā)明涉及操作具有減少的再生能量需求的酸性氣體吸收塔的方法和系統(tǒng)。
[0002]背景
長(zhǎng)期以來(lái)，在工業(yè)上需要自多種氣流和液流中除去酸性氣體污染物。常見(jiàn)的實(shí)例包括氣相和液相烴流、合成氣流和近年來(lái)的燃燒氣流。已經(jīng)開(kāi)發(fā)了包括吸收到液體中、吸附到固體上和滲透穿過(guò)膜的多種技術(shù)來(lái)適應(yīng)這些需要。Kohl & Nielsen的“Gas Purification”，第五版(1997)提供了包括吸收到液體中且特別是吸收到水性胺中的技術(shù)的充分概述。
[0003]使用利用水性溶劑如烷醇胺和促進(jìn)型碳酸鉀的吸收和汽提方法是自煙氣、天然氣氫氣、合成氣及其他氣體除去酸性氣體的已知的有效技術(shù)。近來(lái)，已經(jīng)關(guān)注使用水性胺以自燃燒氣流除去酸性氣體污染物的水性吸收方法。酸性氣體污染物包括但不限于二氧化碳、硫化氫和羰基硫。在這方面，燃燒氣體被理解為各種燃料(煤炭、油、生物燃料、天然氣等)的氣/固相燃燒產(chǎn)物。
[0004]氣體吸收是其中將氣體混合物的可溶組分溶解于液體中的過(guò)程。氣/液接觸可為逆流或順流的，其中逆流接觸是最常用的作法。汽提與吸收基本上相反，因?yàn)槠浒▽]發(fā)性組分從液體混合物轉(zhuǎn)移到氣體。在典型的二氧化碳去除方法中，使用吸收以自燃燒氣體除去二氧化碳，且隨后使用汽提以使溶劑再生并捕集包含在該溶劑中的二氧化碳。二氧化碳一旦自燃燒氣體及其他氣體除去，則可將其捕集并壓縮以供在包括匯集(sequestration)、甲醇生產(chǎn)和三次采油的多種應(yīng)用中使用。
[0005]設(shè)計(jì)用于逆流氣液接觸的吸收器通常容許溶劑在吸收器頂部或吸收器頂部附近。該物流可稱為“貧”溶劑。含有酸性氣體污染物的烴流或燃燒氣體在吸收器底部或吸收器底部附近進(jìn)入。隨著該溶劑在吸收塔中向下行進(jìn)，酸性氣體從氣相遷移到液相。塔內(nèi)件(通常是填料或塔板)提供密切的氣/液接觸。凈化的蒸氣作為產(chǎn)物氣體從吸收器頂部出來(lái)。該物流可稱為產(chǎn)物氣體?，F(xiàn)在包括顯著量的酸性氣體的“負(fù)載”或“富”溶劑在吸收器底部或吸收器底部附近出來(lái)。在標(biāo)準(zhǔn)操作條件期間，貧溶劑和產(chǎn)物氣體具有大致相同的溫度，或產(chǎn)物氣流可處于略微低于在吸收器頂部的貧溶劑流的溫度。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)吸收劑溶液的再生，將自吸收塔底部引出的富溶劑引入汽提塔的上半部，且將該富溶劑維持在處于其在壓力下的沸點(diǎn)或該沸點(diǎn)附近的高溫下。維持該高溫所必需的熱量通過(guò)使包含在汽提塔中的吸收劑溶液再沸來(lái)供給。該再沸過(guò)程通過(guò)在位于汽提塔下半部的欲再生的溶液的一部分與處于適當(dāng)溫度的熱流體、通常是飽和水蒸氣之間間接熱交換實(shí)現(xiàn)。在再生過(guò)程中，包含在維持在其沸點(diǎn)下的欲再生富溶劑中的二氧化碳釋放并被吸收劑溶液的蒸氣汽提。含有汽提的二氧化碳的蒸氣在汽提塔的頂部出來(lái)且穿過(guò)冷凝器系統(tǒng)，其中由吸收劑溶液的蒸氣的冷凝產(chǎn)生的液相返回汽提塔，氣態(tài)二氧化碳從汽提塔中出來(lái)。在汽提塔的底部，將熱的再生吸收劑溶液(也稱作貧溶劑)引出且在使該溶液的熱容量的用過(guò)部分通過(guò)間接熱交換加熱在引入汽提塔之前的欲再生富溶劑之后再循環(huán)到吸收塔。
[0007]在簡(jiǎn)單的吸收/汽提中，如在本領(lǐng)域中的通常作法，水性富溶劑在約100°C -約120°C下在于單一壓力下操作的簡(jiǎn)單逆流再沸器汽提器中再生，該單一壓力通常在約Iatm-約2atm下。該富溶劑進(jìn)料通過(guò)與熱貧溶劑產(chǎn)物交叉交換預(yù)熱到汽提器底部的約5°C_約30°C。將塔頂蒸氣冷卻成冷凝水，其作為回流物返回到逆流汽提器。當(dāng)用于二氧化碳匯集及其他應(yīng)用時(shí)，將產(chǎn)物二氧化碳?jí)嚎s到約IOOatm-約150atm。
[0008]現(xiàn)有吸收/汽提方法的主要問(wèn)題在于它們能量非常密集，且這主要是因?yàn)樵俜衅魉枰臒崃肯喈?dāng)多。再沸器操作的能量可來(lái)自現(xiàn)有發(fā)電站鍋爐，這降低了能量產(chǎn)生，或來(lái)自專用鍋爐，這增加了資金和操作成本。因此，重要的是使這些系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和操作中的能量效率最大化。
[0009]因此，需要減少使負(fù)載的水性胺流再生所必需的能量并改善操作效率和成本。
[0010]發(fā)明概述
本發(fā)明的一個(gè)目的在于改善用于酸性氣體捕集的常規(guī)基于胺的技術(shù)。
[0011]本發(fā)明的另一目的在于提供如下技術(shù):其中二氧化碳可通過(guò)吸收/汽提方法自燃燒氣體及其他氣體中除去，所述吸收/汽提方法比目前實(shí)踐的方法在能量方面明顯更有效。
[0012]本發(fā)明的另一目的可在于在用于酸性氣體吸收的這種技術(shù)中使用的化學(xué)品排放減少所帶來(lái)的環(huán)境、健康和/或經(jīng)濟(jì)改善。
[0013]因此，且根據(jù)用于捕集酸性氣體的已知技術(shù)的操作和設(shè)計(jì)參數(shù)，本發(fā)明的一個(gè)目的可在于減少在酸性氣體捕集過(guò)程中的能量和/或化學(xué)品消耗。
[0014]一方面，公開(kāi)了自氣流除去酸性氣體的方法。自氣流除去酸性氣體的所述方法包括以下步驟:將氣流提供到吸收器中；使在所述吸收器中的氣流與具有一定的溶劑:水比率的洗滌流體接觸；和自所述吸收器排出產(chǎn)物氣流。所述吸收器對(duì)于預(yù)定的第一組操作參數(shù)具有確定的去除率，所述第一組操作參數(shù)包括第一產(chǎn)物氣體溫度、第一貧洗滌流體溫度、洗滌流體再循環(huán)速率和貧洗滌流體溫度。所述產(chǎn)物氣流在具有大于零的產(chǎn)物氣體溫度升高的第二產(chǎn)物氣體溫度下排出。
[0015]另一方面，公開(kāi)了操作用于自氣流除去酸性氣體的吸收塔的方法。操作用于自氣流除去酸性氣體的吸收塔的所述方法包括以下步驟:將氣流提供到吸收器；使在所述吸收器中的氣流與具有一定溶劑:水比率的洗滌流體接觸；和自所述吸收器排出產(chǎn)物氣流。所述吸收器對(duì)于預(yù)定的第一組操作參數(shù)具有確定的去除率，所述第一組操作參數(shù)包括第一產(chǎn)物氣體溫度、第一貧洗滌流體溫度、洗滌流體再循環(huán)速率和貧洗滌流體溫度。所述產(chǎn)物氣流在具有大于零的產(chǎn)物氣體溫度升高的第二產(chǎn)物氣體溫度下排出。
[0016]另一方面，公開(kāi)了用于自氣流除去酸性氣體的設(shè)備。所述設(shè)備包括具有吸收塔的吸收器、用于將貧溶劑溶液引入所述吸收器中的第一進(jìn)料管線。提供第二進(jìn)料管線以將所述氣流弓I入所述吸收器中。提供第一溫度測(cè)量裝置以測(cè)量所述貧溶劑溶液在引入所述吸收器中時(shí)的溫度，且提供第二溫度測(cè)量裝置以測(cè)量鄰近所述貧溶劑溶液起初接觸所述氣流的位置的所述氣流的溫度。所述第一溫度測(cè)量裝置和所述第二溫度測(cè)量裝置與控制系統(tǒng)通信，所述控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)所述貧溶劑溶液引入所述吸收器中時(shí)的溫度以及在所述貧溶劑溶液起初接觸所述氣流的位置處或所述位置附近所述氣流的溫度。本文使用的術(shù)語(yǔ)“在貧溶劑溶液接觸氣流的位置處”和/或“鄰近溶劑溶液最初接觸氣流處”是指在吸收器內(nèi)貧溶劑溶液接觸或遇到氣流的位置或所述位置附近。例如，在鄰近貧溶劑溶液接觸氣流的位置處可包括氣流接觸貧溶劑溶液的準(zhǔn)確點(diǎn)、在吸收器的中心在吸收器上、或在吸收器的一側(cè)上鄰近氣流接觸貧溶劑溶液的點(diǎn)的點(diǎn)，或在略低于氣流接觸貧溶劑溶液處的點(diǎn)或在該處附近的點(diǎn)。因?yàn)橐胨鑫掌鞯臍饬鞯臍怏w壓力可改變，所以所述氣流接觸所述貧溶劑溶液的準(zhǔn)確點(diǎn)也可改變，且一系列溫度測(cè)量裝置可布置在所述吸收器中，所述控制系統(tǒng)通過(guò)分析所監(jiān)測(cè)的溫度確定哪個(gè)溫度測(cè)量裝置處于所述貧溶劑溶液接觸所述氣流的位置。因此，根據(jù)包括但不限于吸收器尺寸和流體流速的系統(tǒng)的可變特征，“鄰近”可指小至一英寸或和大到兩英尺。當(dāng)使用多個(gè)溫度測(cè)量裝置時(shí)，在所述貧溶劑溶液接觸所述氣流的位置處的特定溫度測(cè)量裝置可通過(guò)監(jiān)測(cè)所述溫度測(cè)量裝置的控制系統(tǒng)確定且在更詳細(xì)地解釋本發(fā)明時(shí)將顯而易見(jiàn)。
[0017]本發(fā)明的其他特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將自結(jié)合舉例圖示本發(fā)明的原理的附圖給出的優(yōu)選實(shí)施方案的以下更詳細(xì)的描述顯而易見(jiàn)。
[0018]附圖簡(jiǎn)述
圖1為根據(jù)本發(fā)明的酸性氣體捕集系統(tǒng)的示意圖。
[0019]圖2為表示產(chǎn)物氣體溫度升高對(duì)再生能量的影響的圖。
[0020]圖3為表示產(chǎn)物氣體溫度升高對(duì)再生能量的影響的另一圖。
[0021]發(fā)明詳述
下文參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明的用于酸性氣體去除的系統(tǒng)和方法的具體實(shí)施方案。
[0022]本發(fā)明涉及以產(chǎn)生處于比現(xiàn)有技術(shù)高的溫度下的產(chǎn)物氣流同時(shí)消耗比現(xiàn)有技術(shù)少的能量的方式自氣流(gaseous steam)除去酸性氣體的系統(tǒng)和方法。
[0023]圖1為根據(jù)本發(fā)明的酸性氣體捕集系統(tǒng)100的一個(gè)例示性實(shí)施方案的示意圖。在一個(gè)實(shí)施方案中，酸性氣體捕集系統(tǒng)100可為基于胺的酸性氣體捕集系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)施方案中，酸性氣體捕集系統(tǒng)100可為基于胺的CO2和/或硫化氫捕集系統(tǒng)。酸性氣體捕集系統(tǒng)100包括吸收塔或吸收器101。吸收器101構(gòu)造成使欲凈化的氣流與溶劑溶液接觸。吸收器101可為逆流吸收器。在一個(gè)實(shí)施方案中，吸收器101為CO2吸收器。在一個(gè)實(shí)施方案中，該氣流為含有CO2的煙氣流。在一個(gè)實(shí)施方案中，該溶劑溶液為基于胺的溶液。吸收器101包括兩個(gè)吸收區(qū)域:上部區(qū)域102和底部區(qū)域103。在另一實(shí)施方案中，吸收器101可包括一個(gè)或多個(gè)吸收區(qū)域。所述吸收區(qū)域可包括氣/液接觸裝置，所述氣/液接觸裝置包括但不限于用于改善氣/液接觸的填充介質(zhì)和/或塔板(未示出)。欲自其除去酸性氣體的氣流經(jīng)進(jìn)料氣體進(jìn)料管線104進(jìn)入吸收器101的底部區(qū)域103。在該單元的吸收區(qū)域中，使煙氣與溶劑溶液接觸。
[0024]貧溶劑溶液經(jīng)貧溶劑溶液進(jìn)料管線105進(jìn)料到吸收器101的上部區(qū)域102。該貧溶劑在貧溶劑溫度IYs下進(jìn)入吸收器101。該貧溶劑溫度可在貧溶劑進(jìn)入吸收器101的點(diǎn)處或鄰近該點(diǎn)測(cè)量。該貧溶劑溫度可通過(guò)諸如探針的溫度測(cè)量裝置(未示出)測(cè)量，該溫度測(cè)量裝置提供貧溶劑溫度給控制系統(tǒng)201。在一個(gè)實(shí)施方案中，該貧溶劑溫度在處于或鄰近吸收器101的入口的管道或?qū)Ч艿闹行奶幓蜞徑摴艿阑驅(qū)Ч艿闹行臏y(cè)量。該溫度測(cè)量裝置可通過(guò)有線和/或無(wú)線裝置將溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)201。
[0025]控制系統(tǒng)201還測(cè)量產(chǎn)物氣體溫度?？刂葡到y(tǒng)201監(jiān)測(cè)貧溶劑溫度和產(chǎn)物氣體溫度。該產(chǎn)物氣體溫度為在貧溶劑溶液在吸收器101中最初分配之處產(chǎn)物氣體的溫度。在一個(gè)實(shí)施方案中，該產(chǎn)物氣體溫度可在頂部塔板或填充介質(zhì)的頂部料位處通過(guò)鄰近貧溶劑溶液在吸收器101中最初分配的位置定位的合適溫度測(cè)量裝置(未示出)測(cè)量。在一個(gè)實(shí)施方案中，該產(chǎn)物氣體溫度為離開(kāi)吸收器101或在處于或鄰近吸收器頂部102a的位置或地點(diǎn)處產(chǎn)物氣體的溫度。在一個(gè)實(shí)施方案中，該產(chǎn)物氣體溫度在吸收器塔頭部鄰近液體入口但不與液體噴霧或煙霧接觸地測(cè)量。如果在吸收區(qū)域之后使用水洗來(lái)進(jìn)一步處理產(chǎn)物氣體，該產(chǎn)物溫度則為水洗之前產(chǎn)物氣體的溫度。換句話說(shuō)，該產(chǎn)物氣體溫度反映在氣相中而不是在液相中離開(kāi)吸收器的能量的量。
[0026]在吸收器101中，來(lái)自該氣流的酸性氣體化學(xué)吸收在該溶劑溶液中。貧酸性氣體的煙氣，即產(chǎn)物氣體，經(jīng)產(chǎn)物氣體排出管線106自吸收單元101的上部區(qū)域102離開(kāi)吸收器101。包含吸收的酸性氣體的溶劑溶液，稱為富洗滌溶液，經(jīng)溶劑溶液排出管線107自底部區(qū)域103離開(kāi)吸收器101。
[0027]離開(kāi)吸收器101的富溶劑溶液經(jīng)溶劑溶液排出管線107提供到再生器108。再生器108可為逆流再生器或其他再生器，其管理與在吸收器中的放熱吸收反應(yīng)相關(guān)的熱。本發(fā)明引起吸收器中的吸收率改善，引起再生條件改善(富負(fù)載變高，再生溫度降低)，而與再生器類型或方案無(wú)關(guān)。在再生器108中，酸性氣體自溶劑溶液分離以產(chǎn)生在吸收單元101中再次使用的“貧”溶劑溶液。在被提供到再生器108之前可將該富溶劑溶液在閃蒸單元109和/或換熱單元110中冷卻。閃蒸氣體可經(jīng)閃蒸氣體排出管線111自閃蒸單元109排出。
[0028]在再生器108中，該富溶劑溶液在低壓和高溫下汽提出酸性氣體。該溶劑溶液通過(guò)使該溶劑溶液循環(huán)穿過(guò)加熱環(huán)路112而加熱。加熱環(huán)路112包括換熱單元113。在換熱單元113中，該溶劑溶液通過(guò)與由加熱流體進(jìn)料管線114提供的加熱流體熱交換而加熱。該加熱流體經(jīng)加熱流體排出管線115自換熱器113排出。該加熱流體可由加熱單元116加熱。在一個(gè)實(shí)施方案中，該加熱流體為蒸汽且加熱單元116為鍋爐單元。
[0029]自該溶劑溶液脫附的酸性氣體經(jīng)酸性氣體排出管線117自再生器108排出。貧溶劑溶液經(jīng)貧溶劑溶液排出管線118自再生器108排出且返回到吸收單元101。該貧溶劑溶液可在換熱器110中與冷的富溶劑溶液熱交換。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員可理解，酸性氣體捕集系統(tǒng)100消耗能量，且因此具有與由加熱單元116提供的加熱流體的加熱相關(guān)的成本。在一個(gè)實(shí)施方案中，加熱單元116采用來(lái)自現(xiàn)有發(fā)電站鍋爐容量的能量，這增加了操作成本。在另一實(shí)施方案中，加熱單元116采用來(lái)自專用鍋爐單元的能量，這增加了資金和操作成本。在又一實(shí)施方案中，該溶劑溶液可自天然氣的燃燒加熱，這增加了資金和操作成本。在一個(gè)實(shí)施方案中，與再生相關(guān)的能量成本可通過(guò)再沸器負(fù)荷測(cè)量。
[0030]在現(xiàn)有技術(shù)操作條件下，吸收器101在標(biāo)準(zhǔn)或推薦的操作參數(shù)下操作。預(yù)先確定所述標(biāo)準(zhǔn)或推薦的操作條件以建立處于平衡條件的連續(xù)操作，從而除去一定量的酸性氣體，這可稱為去除需求。該標(biāo)準(zhǔn)操作參數(shù)包括但不限于產(chǎn)物氣體溫度、溶劑溶液溫度、溶劑溶液:氣體質(zhì)量流速比率、再沸器負(fù)荷、再生器壓力和產(chǎn)物氣體溫度升高。
[0031]如本發(fā)明中使用的產(chǎn)物氣體溫度升高或正氣體溫差定義為在鄰近溶劑溶液最初接觸氣流的位置處的產(chǎn)物氣體溫度與貧溶劑溶液溫度之差，其中該差值為正。該貧溶劑溶液溫度為在接觸產(chǎn)物氣流之前貧溶劑溶液的大致溫度。該貧溶劑溶液溫度可鄰近于最初與產(chǎn)物氣流接觸的點(diǎn)測(cè)量，或者可在遠(yuǎn)離最初與產(chǎn)物氣流接觸的點(diǎn)的點(diǎn)處測(cè)量，條件是這兩個(gè)溫度大致相等。因此，在遠(yuǎn)離最初與氣流接觸的位置的位置處測(cè)量貧溶劑溶液溫度應(yīng)該解釋為是指在貧溶劑溶液最初與氣流接觸之前的任一點(diǎn)處測(cè)量貧溶劑的溫度，其中該貧溶劑沒(méi)有吸收該氣流的任何成分且其中該貧溶劑溶液的溫度等于最初與該氣流接觸時(shí)的溫度或在最初與該氣流接觸時(shí)的溫度的約rc內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施方案中，大致相等是指小于或等于約rc。通常，該產(chǎn)物氣體溫度可與該貧溶劑溶液溫度大約相同或大致相等。該產(chǎn)物氣體溫度和該貧溶劑溶液溫度可大致相等或彼此非常接近，彼此相差I(lǐng)攝氏度或更低。應(yīng)當(dāng)理解的是該溫差在現(xiàn)有技術(shù)中基本沒(méi)有調(diào)節(jié)，且任何正或負(fù)的溫差都是在引入氣流的氣體溫度與貧溶劑溶液的溫度之間無(wú)規(guī)溫度波動(dòng)的結(jié)果。
[0032]在現(xiàn)有技術(shù)中，常規(guī)操作將引起在氣相與溶劑溶液之間的準(zhǔn)熱平衡。該氣相因此在大致溶劑溶液溫度下離開(kāi)吸收器。相比之下，已經(jīng)意外地發(fā)現(xiàn)再生能量可通過(guò)在正產(chǎn)物氣體溫度升高下操作吸收器101而減少，即該溫度大于零。在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)再生能量可通過(guò)在大于約5°C的產(chǎn)物氣體溫度升高下操作吸收器101而減少。在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明人意外地發(fā)現(xiàn)再生能量可通過(guò)在大于約10°c的產(chǎn)物氣體溫度升高下操作吸收器101而減少。在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明人意外地發(fā)現(xiàn)再生能量可通過(guò)在大于約15°c的產(chǎn)物氣體溫度升高下操作吸收器101而減少。在又一實(shí)施方案中，本發(fā)明人意外地發(fā)現(xiàn)再生能量可通過(guò)在大于約20°c的產(chǎn)物氣體溫度升高下操作吸收器101而減少。在又一實(shí)施方案中，本發(fā)明人意外地發(fā)現(xiàn)再生能量可通過(guò)在大于約25°C的產(chǎn)物氣體溫度升高下操作吸收器101而減少。在又一實(shí)施方案中，本發(fā)明人意外地發(fā)現(xiàn)再生能量可通過(guò)在大于約30°C的產(chǎn)物氣體溫度升高下操作吸收器101而減少。大于零的產(chǎn)物氣體溫度增加量將取決于特定溶劑的性質(zhì)。升溫范圍的最高數(shù)值將由超出耗盡特定溶劑吸收酸性氣體的特征容量的點(diǎn)確定。
[0033]為了實(shí)現(xiàn)升高的產(chǎn)物氣體溫度，在該吸收器內(nèi)提供熱源?？商峁崃恳杂捎陔S著酸性氣體吸收到液相中而釋放的熱量而升高產(chǎn)物氣體溫度。熱量隨著酸性氣體凝結(jié)到液相中而釋放。另外的熱量隨著酸性氣體在液相中混合并反應(yīng)而釋放。因?yàn)闊崃酷尫诺揭合嘀?，該液相的溫度將增加。如果上升的蒸氣比下降的液體冷，則該熱量的一部分將遷移到氣相，導(dǎo)致氣相溫度增加，由此增加上部區(qū)域102中且特別是鄰近吸收器頂部102a的氣相溫度。
[0034]該產(chǎn)物氣體溫度升高可通過(guò)控制吸收器塔操作條件和/或溶劑化學(xué)品以增加吸收和反應(yīng)的量來(lái)實(shí)現(xiàn)，其靠近吸收器頂部102a出現(xiàn)。繼而，頂部區(qū)域液相溫度增加，由此產(chǎn)物氣體溫度也增加?？刂葡到y(tǒng)201接收鄰近在吸收器101內(nèi)貧溶劑溶液與產(chǎn)物氣流的最初接觸點(diǎn)的貧溶劑溶液和產(chǎn)物氣流溫度數(shù)據(jù)，且響應(yīng)這些數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)包括貧溶劑溶液溫度、溶劑溶液再循環(huán)速率和溶劑:水比率的一個(gè)或多個(gè)操作參數(shù)。該一個(gè)或多個(gè)操作參數(shù)可通過(guò)控制系統(tǒng)201自動(dòng)調(diào)節(jié)或可響應(yīng)提供到控制系統(tǒng)201的溫度測(cè)量結(jié)果手動(dòng)調(diào)節(jié)。例如，溶劑再循環(huán)速率可通過(guò)循環(huán)泵控制，該循環(huán)泵繼而受控制系統(tǒng)調(diào)整。
[0035]在一個(gè)實(shí)施方案中，溶劑溶液的載熱能力增加。如果溶劑溶液具有相對(duì)較低的熱容量，則其對(duì)于相同的釋放熱量將經(jīng)歷較大的溫升。在第一實(shí)施方案中，這可通過(guò)控制溶劑溶液成分比例來(lái)實(shí)現(xiàn)。在一個(gè)實(shí)施方案中，這可通過(guò)控制溶劑:水(溶劑/水)比例或比率來(lái)實(shí)現(xiàn)。在另一實(shí)施方案中，這可通過(guò)控制胺/水比率來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，大多數(shù)胺具有比水低的熱容量，因此對(duì)于一定的釋放熱量，增加胺/水比率將提高該溫度增加。因此，貧溶劑溶液的溫度可通過(guò)控制系統(tǒng)201而改變，控制系統(tǒng)201調(diào)整改進(jìn)溶劑:水比率的計(jì)量系統(tǒng)，由此控制該比率以實(shí)現(xiàn)所要的熱容量且因此實(shí)現(xiàn)所要的溫度。[0036]在一個(gè)實(shí)施方案中，該產(chǎn)物氣體溫度升高可通過(guò)提供具有約15-70重量％(wt%)胺/余量水的胺/水比例的溶劑溶液來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于該實(shí)施例且對(duì)于本發(fā)明的全文中的wt%是基于無(wú)氣體基質(zhì)。在另一實(shí)施方案中，提供具有約10-40wt%的單乙醇胺/水比例的溶劑溶液。在又一實(shí)施方案中，提供具有約30-60wt%的甲基二乙醇胺/水比例的溶劑溶液。在一個(gè)實(shí)施例中，在設(shè)計(jì)成在約20wt%的單乙醇胺/水比例下操作的吸收系統(tǒng)中，產(chǎn)物氣體溫度升高可通過(guò)增加至高于20wt%，增加至約30wt%來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0037]在第二實(shí)施方案中，對(duì)于給定的氣體速率，該產(chǎn)物氣體溫度升高可通過(guò)降低溶劑溶液的循環(huán)速率來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)對(duì)于給定的氣體速率降低該循環(huán)速率時(shí)，且如果釋放的熱量保持大致恒定，則液相溫度將增加。在一個(gè)實(shí)施例中，在設(shè)計(jì)成在約1000加侖/分鐘(gpm)的再循環(huán)速率下操作的吸收系統(tǒng)中，減小該再循環(huán)速率，同時(shí)維持大約相同的酸性氣體去除量，因此在酸性氣體中釋放大約相同的熱量，而提供較少液體來(lái)捕集相同的熱量，較少的液相可用以捕集相同的酸性氣體量，引起溶劑溶液溫度增加。例如，該再循環(huán)速率可自約IOOOgpm 減小到約 900gpm。
[0038]在第三實(shí)施方案中，該產(chǎn)物氣體溫度升高可通過(guò)使貧溶劑溶液溫度增加到超過(guò)推薦的標(biāo)準(zhǔn)操作溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)。在一個(gè)實(shí)施方案中，該產(chǎn)物氣體溫度升高可通過(guò)增加基于胺的貧洗滌流體溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)增加該貧洗滌流體溫度，在吸收器上部的液相溫度增加，其使離開(kāi)吸收器101的產(chǎn)物氣體的溫度增加。在一個(gè)實(shí)施方案中，使貧洗滌流體溫度自約49°C增加到約52°C，使得在整個(gè)吸收器101中的液相溫度增加約9°C。
[0039]在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，操作實(shí)驗(yàn)成套設(shè)備(pilot plant)且使用約30被％單乙醇胺(MEA)、余量為水的洗滌流體自常壓合成煙氣除去二氧化碳。在現(xiàn)有設(shè)備和儀器的局限之下，所有操作使用相同的進(jìn)料氣體流速、壓力、胺濃度、貧胺溫度和二氧化碳濃度。對(duì)于特定的溶劑流速，調(diào)節(jié)再生能量以實(shí)現(xiàn)三種程度的二氧化碳回收率(90%、74%和64%)之一。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果匯總于圖2中。
[0040]如在圖2中可見(jiàn)，如通過(guò)以千兆焦(GJ)/公噸(噸)回收的二氧化碳計(jì)的再沸器負(fù)荷所測(cè)量，在大于零的產(chǎn)物氣體溫度升高下操作吸收器減少了能量需求。例如，可以看出，對(duì)于74%的去除率，產(chǎn)物氣體溫度自約_2°C增加到約7°C引起減少約0.1千兆焦/噸。在另一實(shí)施例中，可以看出，對(duì)于64%的去除率，產(chǎn)物氣體溫度自約-11:增加到約16°C引起減少約0.5千兆焦/噸。
[0041]在根據(jù)本發(fā)明的公開(kāi)內(nèi)容的另一實(shí)施例中，進(jìn)行設(shè)計(jì)成使用水性甲基二乙醇胺哌嗪共混物自煤炭產(chǎn)生的煙氣回收90% 二氧化碳的工業(yè)規(guī)模常規(guī)胺單元的模擬。如在先前的實(shí)施例中，進(jìn)料氣體條件、胺濃度和貧胺溫度保持恒定。另外，冷端交換器(cold sideexchanger)方案保持恒定。調(diào)節(jié)再沸器負(fù)荷以對(duì)于特定的胺循環(huán)速率實(shí)現(xiàn)90%的二氧化碳回收率。計(jì)算限于90%的二氧化碳回收率。該模擬的結(jié)果呈現(xiàn)在圖3中。
[0042]如在圖3中可見(jiàn)，如通過(guò)以千兆焦/噸回收的二氧化碳計(jì)的再沸器負(fù)荷所測(cè)量，在大于零的產(chǎn)物氣體溫度升高下操作吸收器減少了能量需求。例如，可以看出產(chǎn)物氣體溫度自約4°C增加到約24°C，引起減少約0.6千兆焦/噸。因此，如通過(guò)先前的兩個(gè)實(shí)施例可以看出，在高產(chǎn)物氣體溫度升高下操作吸收器減少了回收每噸二氧化碳的能量需求。
[0043]如在圖3中可見(jiàn)，在非常高的產(chǎn)物氣體溫度升高下的操作最后引起再生能量需求急劇增加。在該實(shí)施例中，該再生能量的急劇增加由水性胺溶劑對(duì)于二氧化碳的有限容量引起，如在圖3的右側(cè)由位于26°C下的橫坐標(biāo)和約6.4千兆焦/噸下的縱坐標(biāo)上的數(shù)據(jù)點(diǎn)指出。
[0044]雖然已經(jīng)參考許多例示性實(shí)施方案描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下可進(jìn)行多種改變且可用等效物替代其要素。另外，可在不脫離本發(fā)明的必要范圍的情況下進(jìn)行許多修改以使特定情形或材料適應(yīng)本發(fā)明的教導(dǎo)。因此，并非想要將本發(fā)明限制于公開(kāi)為預(yù)期用于實(shí)施本發(fā)明的最佳模式的特定實(shí)施方案，而本發(fā)明將包括屬于附加權(quán)利要求書(shū)范圍內(nèi)的所有實(shí)施方案。
【權(quán)利要求】
1.自氣流除去酸性氣體的方法，其包括以下步驟: 提供吸收器； 將氣流提供到所述吸收器； 將溶劑溶液提供到所述吸收器； 在所述吸收器中使所述氣流與所述溶劑溶液接觸； 在鄰近所述溶劑溶液最初接觸所述氣流的位置處測(cè)量產(chǎn)物氣體溫度； 在鄰近所述貧溶劑溶液最初接觸所述氣流的位置處測(cè)量貧溶劑溶液溫度； 任選測(cè)量由溶劑溶液再循環(huán)速率和溶劑:水比率組成的第一組操作參數(shù)中的至少一個(gè)； 調(diào)節(jié)所述貧溶劑溶液溫度和所述第一組操作參數(shù)之一中的至少一個(gè)以使得產(chǎn)物氣體溫度升高大于零，其中所述產(chǎn)物氣體溫度升高是所述產(chǎn)物氣體溫度與所述貧溶劑溶液溫度之差；和 自所述吸收器排出產(chǎn)物氣流。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述產(chǎn)物氣體溫度升高大于約5°C。
3.權(quán)利要求1的方法，其中調(diào)節(jié)所述溶劑:水比率以提供大于零的所述產(chǎn)物氣體溫度升高。`
4.權(quán)利要求1的方法，其中調(diào)節(jié)所述溶劑溶液循環(huán)速率以提供大于零的所述產(chǎn)物氣體溫度升高。
5.權(quán)利要求4的方法，其中所述產(chǎn)物氣體溫度升高通過(guò)減小所述溶劑溶液循環(huán)速率而增加。
6.權(quán)利要求1的方法，其中所述產(chǎn)物氣體溫度升高通過(guò)增加所述貧溶劑溶液溫度而增加。
7.權(quán)利要求1的方法，其中所述產(chǎn)物氣體包括CO2貧化煙氣。
8.權(quán)利要求1的方法，其中所述溶劑溶液為水性基于胺的溶液。
9.操作吸收塔的方法，其包括以下步驟: 提供吸收塔； 將包含CO2的氣流提供到所述吸收塔； 將水性基于胺的溶劑溶液提供到所述吸收塔； 在所述吸收塔中使所述氣流與所述基于胺的溶劑溶液接觸，其中來(lái)自所述氣流的CO2吸收到所述水性基于胺的溶劑溶液中； 在鄰近所述基于胺的溶劑溶液最初接觸所述氣流的位置處測(cè)量產(chǎn)物氣體溫度； 測(cè)量第一組操作參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)，所述第一組操作參數(shù)由在遠(yuǎn)離所述貧溶劑溶液最初接觸所述氣流的位置的位置處測(cè)量的貧溶劑溶液溫度、溶劑溶液再循環(huán)速率和溶劑:水比率組成； 調(diào)節(jié)所述第一組操作參數(shù)中的至少一個(gè)以使得產(chǎn)物氣體溫度升高大于零，其中所述產(chǎn)物氣體溫度升高是所述產(chǎn)物氣體溫度與所述貧溶劑溶液溫度之差；和 自所述吸收器排出產(chǎn)物氣流，其中，與所提供的氣流相比較，自所述吸收器排出的產(chǎn)物氣流貧CO2氣體。
10.權(quán)利要求9的方法，其中產(chǎn)物氣體溫度升高大于約5°C。
11.權(quán)利要求9的方法，其中所述產(chǎn)物氣體溫度升高通過(guò)所述溶劑:水比率維持大于零。
12.權(quán)利要求9的方法，其中減小所述溶劑溶液再循環(huán)速率使所述產(chǎn)物氣體溫度升高增加。
13.權(quán)利要求9的方法，其中增加所述貧溶劑溶液溫度使所述產(chǎn)物氣體溫度升高增加。
14.使用貧溶劑溶液自氣流除去酸性氣體的設(shè)備，其包括: 吸收器； 用于將所述貧溶劑溶液引入所述吸收器的第一進(jìn)料管線； 用于測(cè)量引入所述吸收器中的所述貧溶劑溶液的溫度的第一溫度測(cè)量裝置； 用于將所述氣流引入所述吸收器的第二進(jìn)料管線； 用于測(cè)量鄰近所述貧溶劑溶液起初接觸所述氣流的位置的所述氣流的溫度的第二溫度測(cè)量裝置； 監(jiān)測(cè)鄰近所述貧溶劑溶液起初接觸所述氣流的位置的所述貧溶劑溶液和所述氣流的溫度以確定產(chǎn)物氣體溫度的控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)維持所述產(chǎn)物氣體溫度升高大于零，其中所述產(chǎn)物氣體溫度升高是所述產(chǎn)物氣體溫度與所述貧溶劑溶液溫度之差。
15.權(quán)利要求14的設(shè) 備，其還包括: 響應(yīng)所測(cè)量的貧溶劑溶液和氣流溫度調(diào)節(jié)所述貧溶劑溶液溫度、溶劑溶液再循環(huán)速率和溶劑:水比率中的一個(gè)或多個(gè)以使得產(chǎn)物氣體溫度升高大于零的裝置。
16.權(quán)利要求15的設(shè)備,其中所述產(chǎn)物氣體溫度升高大于5°C。
17.權(quán)利要求15的設(shè)備，其中所述調(diào)節(jié)裝置包括貧溶劑溶液溫度控制裝置。
18.權(quán)利要求15的設(shè)備，其中所述調(diào)節(jié)裝置包括溶劑溶液再循環(huán)速率控制裝置。
19.權(quán)利要求15的設(shè)備，其中所述調(diào)節(jié)裝置包括溶劑:水比率控制。
20.權(quán)利要求14的設(shè)備，其還包括用于自所述吸收器接收富溶劑溶液的再生器。
【文檔編號(hào)】B01D53/34GK103608087SQ201180069804
【公開(kāi)日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2011年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2011年2月2日
【發(fā)明者】F.維特斯, C.N.舒伯特 申請(qǐng)人:阿爾斯通技術(shù)有限公司, 陶氏環(huán)球技術(shù)有限責(zé)任公司