用于控制霧的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明描述了一種用于從含有CO2的氣體（1）中捕獲CO2的方法，例如來(lái)自火力發(fā)電廠燃燒碳質(zhì)燃料的廢氣，或者任意其它含有CO2的工業(yè)氣體，其中，通過(guò)使所述氣體逆流流向引入到吸收器（2）中的CO2吸收部（3）的CO2吸收溶劑，使得在該氣體中存在的CO2被CO2吸收溶劑吸收，以形成富CO2的溶劑（5），其中富CO2的溶劑在吸收塔的底部被收集并且回收用于再生，以及其中處理的廢氣（8）在經(jīng)過(guò)一次或多次洗滌步驟（6，7）后被釋放到大氣中，從而從所述氣體中捕獲CO2，其中，引入到CO2吸收部的CO2吸收溶劑（4）的溫度比吸收器的吸收部中的最高溫度低小于5℃。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于控制霧的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及從基于胺的CO2吸收器中減少胺和胺的降解產(chǎn)物的排放。更具體地，本發(fā)明涉及在吸收器中控制含有胺和胺的降解產(chǎn)物的霧的形成。
【背景技術(shù)】
[0002]—個(gè)典型的用于CO2的吸收器是吸收/去除廢氣中CO2的塔，例如胺在接觸區(qū)域被逆流引進(jìn)與含水的CO2吸收劑接觸。接觸區(qū)域通常包含CO2吸收部以增加吸收劑和氣體之間的接觸表面。
[0003]已吸收了 CO2的吸收劑在接觸區(qū)域的下方被收集，并且CO2含量降低的廢氣從吸收器的頂部被釋放。
[0004]一種基于胺的CO2吸收器在CO2-吸收接觸區(qū)域的上方通常配備有一個(gè)或多個(gè)水洗部。水洗的主要目的是吸收胺蒸氣，以最小化胺向空氣中的排放。另一個(gè)目的是冷卻氣體并冷凝水以滿(mǎn)足整個(gè)吸收器對(duì)水分平衡的要求。來(lái)自于煙氣的冷凝水是洗滌水補(bǔ)充的一種來(lái)源。水洗系統(tǒng)中過(guò)量的水被放掉并引入到下方的胺部，這些補(bǔ)充以及放掉的流注的效果是減少了水洗液中胺的含量。
[0005]一種通常的假定為水洗填料部的頂部與回收液體之間密切接近于平衡狀態(tài)，這意味著該氣體將含有與液體胺的蒸氣壓相等的胺的分壓，其又受到液體的溫度、胺的濃度、CO2負(fù)載和pH值的控制。由于低溫和低的胺濃度降低了胺的蒸氣壓，因此，為了最小化溢至大氣中的胺，優(yōu)選在低溫和高液體置換率下的水洗操作。
[0006]EP0502596A (三菱JUK0GY0株式會(huì)社)1992年09月09日涉及一種用于捕獲CO2的裝置的吸收器，貧CO2的廢氣`在其中被洗滌和冷卻，而且離開(kāi)吸收器的氣體的溫度基本上等于被引入到吸收器的氣體的溫度。洗滌是為了減少胺的排放?？刂茰囟仁菫榱嗽谘b置中避免損失或積聚水。
[0007]US2003045756A (MIMURA TOMIO) 2003 年 03 月 06 日涉及一種用于捕獲 CO2 的裝置的吸收器，在吸收和洗滌部之間以及洗滌部之間提供有除霧器以減少胺的排放。此外，通過(guò)洗滌和冷卻氣體將胺蒸氣從氣體中去除。
[0008] 申請(qǐng)人:已經(jīng)通過(guò)可操作性的試驗(yàn)進(jìn)行了大量的排放測(cè)試，處理了來(lái)自燃煤鍋爐的煙氣。已經(jīng)對(duì)各種CO2吸收溶劑進(jìn)行了測(cè)試，其中包括30重量°/d^MEA。該試驗(yàn)包含兩個(gè)水洗部，其中上部可以被用作專(zhuān)門(mén)的活動(dòng)中的酸洗滌。酸洗滌，如EP2335802A(三菱重工業(yè)株式會(huì)社)2011年06月22日和W02010/102877A (阿克清潔碳股份公司)2010年09月16日中所述，已經(jīng)被證明在捕獲氣相堿性化合物時(shí)有效。圖1 (現(xiàn)有技術(shù))示出了該試驗(yàn)的簡(jiǎn)化方案。兩者都進(jìn)行了在線(xiàn)分析(FTIR)和氣體的離線(xiàn)取樣。
[0009]令人驚奇的是，即使用位于吸收器頂部的酸洗操作消除氨和揮發(fā)性烷基胺的排放，在一定時(shí)期內(nèi)也能檢測(cè)到胺的高排放。胺的排放不能用水洗氣-液平衡假設(shè)來(lái)解釋。已發(fā)現(xiàn)這種排放是以霧的形式排放的，并發(fā)現(xiàn)更多的親水性化合物例如MEA傾向于在霧中高度累積。該FTIR氣體分析儀在加熱的樣品線(xiàn)(在180°C下工作)上取樣和蒸發(fā)霧，并且因此測(cè)量作為蒸氣的總胺含量。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，在煙氣進(jìn)入吸收器時(shí)該霧的前體是粉煤灰，煙灰或鹽的極其細(xì)小的固體顆粒。
[0010]另一個(gè)測(cè)試在一個(gè)更小規(guī)模的試驗(yàn)中進(jìn)行，其中該煙氣的源頭為丙烷燃燒器。在正常操作中，從鍋爐中的排放是不可被FTIR檢測(cè)的。該燃燒器然后用過(guò)量的燃料燃燒進(jìn)行操作，從而導(dǎo)致大量CO和煙灰的形成。觀察到大量的胺排放和可見(jiàn)的霧羽，表明煙灰顆粒為霧核種子。
[0011]這些顆粒最初作為用于在吸收器內(nèi)部的區(qū)域冷凝水的核，水飽和氣體在其中被迅速冷卻。當(dāng)形成霧滴時(shí)，這些霧滴從周?chē)臍庀嘀形瞻贰Ｔ诨顒?dòng)期間使用胺溶劑例如MEA的排放測(cè)試已經(jīng)證明，在含有兩個(gè)水洗部的吸收器系統(tǒng)中，霧負(fù)載的排放是整個(gè)胺排放的主要貢獻(xiàn)者。另一方面，氨(胺如MEA的降解產(chǎn)物)的排放并不涉及霧的排放。這可能歸因于氨的溶解度的限制并因此限制在霧滴中的累積。
[0012]當(dāng)小尺寸的霧滴形成時(shí)，其在濕式洗滌器和常規(guī)除霧器中很難被除去。這些霧滴的直徑的尺寸范圍為0.1-10 μ m，而且該霧從試驗(yàn)吸收器的頂部形成一種可見(jiàn)的白色的羽。
[0013]從其他行業(yè)可以知曉能夠通過(guò)纖維類(lèi)型的除霧器去除霧。通過(guò)這些除霧器的表觀速度必須非常低而壓力降則要高，使得這種類(lèi)型的除霧器很少能夠吸引用于大型氣體容積的應(yīng)用，例如發(fā)電廠的煙氣的凈化。濕式靜電除塵器(ESP)也被證明對(duì)除去霧和細(xì)粉塵是有效的，但是其具有較高的投資和操作成本。
[0014] 申請(qǐng)人:已經(jīng)發(fā)現(xiàn)霧的形成也可以通過(guò)在將廢氣引入CO2吸收器之前除去或減少來(lái)自于進(jìn)入的氣體中的細(xì)和超細(xì)顆粒的含量而被減少。常規(guī)的用于除去細(xì)和超細(xì)顆粒的方法，例如ESP和濕法煙氣脫硫(FGD)限制了捕獲在亞微米范圍內(nèi)的顆粒的效率。針對(duì)霧的除去或減少，濕法ESP可以被用于減少或除去亞微米的顆粒。如上所述，濕法ESP的投資和操作成本是很高的。
[0015]根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，溶液在氣體被洗滌之后的霧的減少過(guò)程是沒(méi)有效率的。
[0016]本發(fā)明要解決的問(wèn)題是去除或顯著地減少來(lái)自基于胺的碳捕獲裝置的胺或其降解產(chǎn)物的釋放。更具體地，本發(fā)明是針對(duì)減少由霧的形成引起的胺的釋放，該胺與貧CO2的廢氣一起被釋放到周?chē)h(huán)境中。
[0017]因此，正在尋求允許減少來(lái)自基于胺的用于CO2捕獲的裝置的吸收器的霧，或液滴，和更具體地含有高濃度的胺或其降解產(chǎn)物的霧的排放的可替代的解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018]本發(fā)明提供了一種用于從含有CO2的氣體中捕獲CO2的方法，例如來(lái)自火力發(fā)電廠燃燒碳質(zhì)燃料的廢氣，或者任意其它含有CO2的工業(yè)氣體，其中，通過(guò)使所述氣體逆流流向引入到吸收器中的CO2吸收部的CO2吸收溶劑，使得在該氣體中存在的CO2被CO2吸收溶劑吸收，以形成富CO2的溶劑，其中富CO2的溶劑在吸收塔的底部被收集并且回收用于再生，以及其中處理的廢氣在經(jīng)過(guò)一次或多次洗滌步驟后被釋放到大氣中，從而從所述氣體中捕獲CO2，其中，引入到CO2吸收部的CO2吸收溶劑的溫度比吸收器的吸收部中的最高溫度低小于50C。霧主要是在飽和氣體混合物的冷卻過(guò)程中產(chǎn)生的，而且在含有飽和核的飽和氣體混合物的快速冷卻過(guò)程中最為顯著。通過(guò)避免吸收器的吸收區(qū)域的上流中的氣體混合物冷卻，或者至少避免其快速冷卻，形成在吸收區(qū)域的霧避免形成或顯著地減少。形成的任何霧將具有反映氣體混合物中的冷凝液的組成的組合物。因此，在吸收區(qū)域形成的任何霧將具有高含量的胺或其降解產(chǎn)物。傳統(tǒng)上，吸收器的吸收部通過(guò)在吸收區(qū)域中引入冷的CO2溶劑而被冷卻。該冷的溶劑的溫度通常比吸收器的吸收區(qū)域中的最高溫度低30°c或更多，而且冷卻在吸收區(qū)域的頂部相對(duì)突然地發(fā)生。減少或者甚至避免在吸收區(qū)域中的內(nèi)容物的冷卻導(dǎo)致該區(qū)域中霧形成的顯著地減少或避免。
[0019]根據(jù)一種實(shí)施方式，引入到CO2吸收部的CO2溶劑的溫度基本上等于或高于吸收器的吸收部中的最高溫度。通過(guò)引入溫度與吸收區(qū)域中最高溫度相等或更高溫度的溶劑，在吸收區(qū)域不會(huì)發(fā)生冷卻，使得其中沒(méi)有霧形成。
[0020]根據(jù)一種實(shí)施方式，離開(kāi)吸收區(qū)域的處理的氣體經(jīng)過(guò)兩個(gè)或多個(gè)下游的洗滌步驟，其中氣體逆流流向水進(jìn)行洗滌，而且其中引入到第一洗滌步驟中的洗滌水的溫度等于或高于引入到該洗滌步驟中的煙氣的濕球溫度，以避免冷卻低于濕球溫度的氣體，并且從而避免在第一洗滌步驟中霧的形成。
[0021]根據(jù)一種實(shí)施方式，控制吸收器的溫度以使得貧吸收劑以60_85°C的溫度被引入到吸收部的頂部。
[0022]根據(jù)一種具體的實(shí)施方式，被引入到吸收區(qū)域的吸收劑的溫度在70-80°C之間。
[0023]根據(jù)一種實(shí)施方式，酸洗部位于洗滌步驟的下游以除去來(lái)自廢氣的堿性氣體化合物例如揮發(fā)性胺和氨。胺及其主要的降解產(chǎn)物是基本的種類(lèi)，而且仍存在于處理的廢氣中的氣態(tài)胺或其降解產(chǎn)物通過(guò)酸洗被有效地除去或顯著地減少。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1是傳統(tǒng)的碳捕獲裝置的原理圖，
圖2是本發(fā)明的一種實(shí)施方式的原理圖，
圖3是本發(fā)明的一種可替代的實(shí)施方式的原理圖，
圖4是本發(fā)明的一種可替代的實(shí)施方式的原理圖，
圖5示出了在吸收器的CO2吸收部的模擬溫度曲線(xiàn)。
【具體實(shí)施方式】
[0025]圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的碳捕獲裝置。含有CO2的氣體，例如來(lái)自燃燒碳質(zhì)燃料的發(fā)電廠的廢氣通過(guò)廢氣入口 I被引入到吸收器2中。在吸收器2中，使廢氣在CO2吸收部3中逆流流向水溶性的吸收劑。該水溶性的吸收劑，為一種或多種胺的水溶液，通過(guò)貧吸收劑管道4被引入到CO2吸收部3的頂部。
[0026]已經(jīng)吸收CO2的富吸收劑在吸收器的底部被收集并通過(guò)富吸收劑管道5排出。離開(kāi)CO2吸收部3的耗盡CO2的煙氣，然后在一個(gè)或多個(gè)洗滌區(qū)域6、7中被洗滌以冷卻煙氣，以及從運(yùn)載該煙氣的吸收劑中除去或減少胺和降解產(chǎn)物的量。此后將該冷卻和洗滌的廢氣通過(guò)耗盡CO2的煙氣管道8從吸收器中排出，并釋放到大氣中。
[0027]在每個(gè)洗滌區(qū)域6、7的下方分別設(shè)置一個(gè)收集盤(pán)9、9’以收集洗滌水通過(guò)洗滌水再循環(huán)管道10、10’用于再循環(huán)，并且通過(guò)泄出管道11、11’將過(guò)量的液體放掉至下方的填料，或者為現(xiàn)有的洗滌區(qū)域6，或者為接觸區(qū)域3。在再循環(huán)管道10、10’中分別設(shè)置洗滌水循環(huán)冷卻器12、12’以冷卻洗滌水。[0028]在被引入到再生塔20以從富吸收劑中解吸CO2之前，通過(guò)富吸收劑管道5排出的富CO2吸收劑在交叉換熱器13中與管道4中的貧吸收劑加熱。該富CO2吸收劑被引入到再生塔的填料21的頂部，而且使其逆流流向CO2和填料21中的蒸氣。
[0029]再生吸收劑在再生塔20的底部被收集，并且從此處通過(guò)貧吸收劑回收管道22排出。在管道22中的貧吸收劑被分開(kāi)進(jìn)入再沸器管道23，并被弓丨入到再沸器24中，在再沸器24中貧CO2吸收劑被加熱以產(chǎn)生蒸氣，蒸氣通過(guò)蒸氣管道25和用于回收貧吸收劑返回至如上所述的吸收器中的貧吸收劑管道4被引入到再生塔中。
[0030]管道4中的貧CO2吸收劑在交叉換熱器13中與管道5中的富吸收劑冷卻，并且在被引入到吸收器2之前在冷卻器14中進(jìn)一步冷卻。
[0031]從吸收劑中汽提出的CO2與蒸氣一起，通過(guò)在位于填料21上方的洗滌區(qū)域26中逆流流向洗滌水進(jìn)行洗滌。洗滌水在收集器27中的洗滌區(qū)域26的下方被收集并通過(guò)洗滌水回收管道28被回收。
[0032]如果有必要，可以設(shè)置用于循環(huán)和/或增加液體壓力的泵，標(biāo)記為P。
[0033]CO2和蒸氣的混合物通過(guò)CO2管道29從再生塔中排出，通過(guò)冷卻器30進(jìn)行冷卻，并且在CO2通過(guò)CO2出口管道32被排出以進(jìn)一步處理前，冷凝水從塔頂接收器31的汽提器中的CO2中分離出來(lái)。冷凝水通過(guò)冷凝水管道33排出并再循環(huán)至該裝置的需要水i的處理中，例如，在被釋放至周?chē)h(huán)境中之前用于貧CO2煙氣洗滌的洗滌水。
[0034]在填料床3中溶劑與CO2反應(yīng)，并由于放熱反應(yīng)而放熱。在CO2吸收部3中觀察到鐘形溫度曲線(xiàn)(溫度凸起)，其最高溫度通常約為65-75°C。大量的水從溶劑中被蒸發(fā)，而且蒸氣隨煙氣進(jìn)入到吸收床的頂部，在吸收床的頂部蒸氣在一定程度上被冷的貧胺冷卻。該氣體在水洗中被進(jìn)一步冷卻。
[0035]本發(fā)明的發(fā)明人已確定霧是在特征為陡峭的溫度驟降或淬冷的區(qū)域內(nèi)的包含成核種子的水飽和氣體中形成的。因此期望避免區(qū)域發(fā)生淬冷，或者確定淬冷只是發(fā)生在胺或其降解產(chǎn)物的低分壓區(qū)域。在碳捕獲裝置的操作過(guò)程中不同的興趣點(diǎn)的通常的溫度表示為 tl-tlOo
[0036]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的裝置的狀態(tài)的通常的溫度如下表1所示。
【權(quán)利要求】
1.一種用于從含有CO2的氣體中捕獲CO2的方法，例如來(lái)自火力發(fā)電廠燃燒碳質(zhì)燃料的廢氣，或者任意其它含有CO2的工業(yè)氣體，其中，通過(guò)使所述氣體逆流流向引入到吸收器中的CO2吸收部的CO2吸收溶劑，使得在該氣體中存在的CO2被CO2吸收溶劑吸收，以形成富CO2的溶劑，其中富CO2的溶劑在吸收塔的底部被收集并且回收用于再生，以及其中處理的廢氣在經(jīng)過(guò)一次或多次洗滌步驟后被釋放到大氣中，從而從所述氣體中捕獲CO2，其中，弓丨入到CO2吸收部的CO2吸收溶劑的溫度比吸收器的吸收部中的最高溫度低小于5°C。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，引入到CO2吸收部的CO2溶劑的溫度基本上等于或高于吸收器的吸收部中的最高溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，離開(kāi)吸收區(qū)域的處理的氣體經(jīng)過(guò)兩個(gè)或多個(gè)下游的洗滌步驟，其中氣體逆流流向水進(jìn)行洗滌，而且其中引入到第一洗滌步驟中的洗滌水的溫度等于或高于引入到該洗滌步驟中的煙氣的濕球溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的方法，其中，控制吸收器的溫度以使得貧吸收劑以60-85°C的溫度被引入到吸收部的頂部。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，被引入到吸收部的貧吸收劑的溫度在70-80°C之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的方法，其中，被引入到吸收塔的貧吸收劑的溫度等于或聞?dòng)谒奈詹康淖盥劀囟取?br> 7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任意一項(xiàng)所述的方法，其中，酸洗部位于洗滌步驟的下游以除去來(lái)自廢氣的堿性氣體化合物例如揮發(fā)性胺和氨。
【文檔編號(hào)】B01D53/14GK103764257SQ201280031692
【公開(kāi)日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2012年7月4日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月5日
【發(fā)明者】O·M·巴德, S·伍德豪斯, O·高賽特, V·安德森 申請(qǐng)人:阿克工程及技術(shù)股份公司