[發(fā)明專利]CO2耗盡的煙氣的處理

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200980139074.0
• 申請日: 2009-08-24
• 公開（公告）號: CN102170957A
• 公開（公告）日: 2011-08-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 路易斯·威伯利
• 申請（專利權(quán)）人: 聯(lián)邦科學(xué)及工業(yè)研究組織
• 主分類號: B01D53/62
• 分類號: B01D53/62;B01D53/73;F02C3/00;B01D53/14;B01D53/78;B01D53/18;F01K25/14
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所 11105
• 代理人: 封新琴

發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明總體上涉及二氧化碳從煙氣中的燃燒后捕集。在一個或多個方面，本發(fā)明涉及對CO₂更貧乏的煙氣進(jìn)行的處理，該CO₂更貧乏的煙氣是從煙氣流中對CO₂的壓力吸收而產(chǎn)生的，例如使用與碳酸銨/碳酸氫銨平衡的氨溶液。在一個或多個其他方面，本發(fā)明涉及使用此類氨溶液在從煙氣流中吸收CO₂的過程中降低氨的釋放(稱為“氨逃逸”)。

本發(fā)明對于從發(fā)電站的煙氣或從多種多樣的工業(yè)過程(包括鋼鐵廠、水泥窯、焙燒爐以及冶煉爐)的工藝氣體中對CO₂進(jìn)行燃燒后捕集具有特殊的(盡管當(dāng)然不是排它性的)應(yīng)用。

發(fā)明背景

對于CO₂排放的固定源(如發(fā)電站)存在著迅速增長的壓力，以通過1)捕集從工藝中生成的CO₂，2)通過不同的地質(zhì)學(xué)手段儲存CO₂來逐步減少溫室氣體(GHG)的排放。這涉及到將CO₂在一種超臨界或“液化的”狀態(tài)下注入深的含水層、煤層、或海底深海溝中，或?qū)O₂作為固體化合物儲存。

用于從發(fā)電站或燃燒裝置的煙氣中捕集CO₂的方法被稱作燃燒后捕集。在燃燒后捕集中，在吸收器中使用一種合適的溶劑優(yōu)先將煙氣中的CO₂從氮氣和殘留氧氣中分離出來。然后在稱為汽提(或再生)的過程中將CO₂從溶劑中去除，因此允許對該溶劑進(jìn)行再使用。然后通過壓縮和冷卻將汽提過的CO₂液化，伴有適當(dāng)?shù)母稍锊襟E以防止水合物的生成。

這種形式的燃燒后捕集對于多種固定的CO₂源以及發(fā)電站(例如鋼鐵廠、水泥窯、焙燒爐以及冶煉爐)是適用的。

使用與碳酸銨和碳酸氫銨平衡的氨溶液作為對CO₂的吸收劑已經(jīng)認(rèn)為相對于采用有機胺的系統(tǒng)(其中一乙醇胺(MEA)是一種熟知的CO₂吸收劑)是有利的：

·可以吸收SOx和NOx，其中有可能有利地將用過的溶劑溶液作為一種肥料(SOx和NOx降解了胺溶劑)出售。

·氨在普遍的商業(yè)使用中是一種低成本的化學(xué)品。

·煙氣中的氧氣不會降解該溶劑(但它確實會降解胺)。

這樣一種方法所要求的全部能量推算為MEA系統(tǒng)所要求的40％左右。

對于氨法，該溶劑溶液由銨根、碳酸根和碳酸氫根離子(與溶解的氨(水性的)保持平衡)、以及溶解的CO₂(水的)構(gòu)成。在吸收器中，水和氨與CO₂(水性的)起反應(yīng)而生成碳酸根、碳酸氫根或氨基甲酸根離子，其中該反應(yīng)通過施加能量而在汽提塔中逆向進(jìn)行。相關(guān)的水相反應(yīng)可以用以下總的方程式概述：

(方程式1)

(方程式2)

(方程式3)

(方程式4)

應(yīng)該注意的是氨基甲酸根的形成是不希望的、并且具有高的反應(yīng)熱。但是，該反應(yīng)是可逆的、且并不具有顯著的沖擊。

離開吸收器的氣相中的自由氨的量與氨(水性的)的量是成比例的，這可以通過該溶液中其他物種的濃度、以及溫度而控制：更高的溫度會增加氣相中的氨的量。

著手氨溶液吸收劑的重要問題之一是氨從這個具有CO₂更貧乏的煙氣的吸收劑系統(tǒng)中的逃逸。

國際專利公布WO?2006/022885提出通過將煙氣冷卻至0℃-20℃并在此溫度范圍內(nèi)、優(yōu)選在0℃-10℃的范圍內(nèi)運行吸收階段來著手解決氨逃逸的問題。再生是通過提高來自吸收器的CO₂富集的溶液的壓力和溫度來進(jìn)行的。CO₂的蒸氣壓很高，并且產(chǎn)生了具有低濃度的NH₃和水蒸氣的加壓CO₂氣流。將該高壓CO₂氣流冷卻并洗滌以從該氣體中回收氨和水分。據(jù)報道，這種方法(被稱為冷氨法)會減小氨逃逸的程度，但需要可觀的能量用于制冷，特別是當(dāng)認(rèn)為必須除去反應(yīng)熱(所涉及的碳酸根轉(zhuǎn)化為碳酸氫根的反應(yīng)是放熱的)以維持低溫時。

本申請人的國際專利公布WO?2009/000025披露了一種方法，該方法通過在高于大氣壓的氣壓下完成CO₂的吸收、和/或通過在吸收之后與水(從中將氨溶解以便用于再循環(huán)返回至該溶劑系統(tǒng))接觸來冷卻該CO₂更貧乏的煙氣而減少氨逃逸。