[發明專利]一種從源氣體中除去目標氣體成分的方法和集成系統

有效

• 申請號: 201310311488.5
• 申請日: 2013-07-23
• 公開（公告）號: CN103463934A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 王寶冬;孫琦
• 申請（專利權）人: 王寶冬;孫琦
• 主分類號: B01D53/14
• 分類號: B01D53/14;B01D53/18
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇;李茂家

技術領域

本申請涉及一種從源氣體中除去目標氣體成分的方法和集成系統。更具體的，涉及一種從電廠廢氣中除去和捕集二氧化碳的方法和裝置。

背景技術

二氧化碳作為一種溫室氣體，其在大氣中的日益增長被認為已直接導致了全球的氣候變化。而化石燃料燃燒發電過程產生的二氧化碳是導致大氣中二氧化碳濃度升高的主要原因。目前世界上超過85%的能源需求都來自于化石燃料，因為它的能源生產技術可靠、成本低、適用性強且能量密度高。

據悉，未來20年化石燃料的消耗將增加27%。因此,國際社會應對環境危機的一個主要努力方向就是在確保維持全球經濟增長的同時減少二氧化碳的排放。為應對這一重大挑戰，從燃料燃燒源控制二氧化碳排放的技術正日益受到關注。

要減少世界范圍內二氧化碳的排放，且同時滿足化石燃料等能源需求，意味著碳捕捉及封存(CCS)技術是十分需要的。隨著技術的發展，立法部門將要求新工廠準備進行碳捕集，且在一個確定的日期，需裝備新CCS設備。一旦CCS技術被全面證明是可行的，現有工廠的CCS設備極有可能需要被翻新。排污權交易和CO₂捕捉也將成為在現有的和新的工廠安裝CCS設備最主要的驅動力。

目前有三種主要捕集方式可以用于電廠CO₂捕集，分別是燃燒前捕集、燃燒后捕集和富氧燃燒。

燃燒前捕集主要應用在IGCC系統中，其將煤高壓富氧氣化變成煤氣，在經過水煤氣變換后產生CO₂和H₂，其中氣體壓力和CO₂濃度都很高，很容易對CO₂進行捕集。該技術的優點是捕集系統小、能耗低，在效率以及對污染物的控制方面有很大的潛力，因此受到廣泛關注。然而，IGCC發電技術仍面臨著投資成本太高、可靠性還有待提高等問題。

富氧燃燒采用傳統燃煤電站的技術流程，但通過制氧技術，從空氣中分離出氧氣，采用高濃度的氧氣與抽回的部分煙道氣的混合氣體來替代空氣，這樣得到的煙氣中有高濃度的CO₂氣體，可以直接進行處理和封存。該技術路線面臨的最大難題是制氧技術的投資和能耗太高，現在還沒找到一種廉價低耗的能動技術。

燃燒后捕集即在燃燒排放的煙氣中捕集CO₂，燃燒后捕集技術適用于任何一種火力發電廠，可以應用于新電廠也可以對原有電廠升級改造。此項技術也相對成熟，是未來減排市場中最具潛力的技術。

燃燒后捕集二氧化碳技術，是最適合的從燃料發電廠捕集二氧化碳的商業化技術，目前在天然氣加工和煉油工業中已有極好的應用。然而，現有捕集工藝的電效率較低，結果是由于實質性的抽汽需要提供再生所需溶劑的熱量導致汽輪機功率下降。通過尾氣中的O₂、SO_x、NO_x和微顆粒等的溶劑化學降解和熱再生工藝中的溶劑熱降解會增加溶劑填裝成本并降低電廠的安全性。且溶蝕會帶來無預期的停工、生產損失并縮短設備的使用壽命，它對電廠的經濟效益有直接的影響。為了使燃燒后捕集技術在不同規模的電廠中得到商業化應用，還需要開發高可靠性、低投入和低運營成本的燃燒后捕集技術。

發明內容

發明要解決的問題

本發明旨在解決現有的燃燒后捕集CO₂技術存在的物料、能源利用率低、安全性、運行成本有待提高的問題，提供一種二氧化碳捕集全過程集成系統、使用該系統捕集二氧化碳的方法。通過該捕集系統和捕集方法，在發電廠原有的捕集設備的基礎上無需經過大量的系統升級改造，就可獲得可靠性高、投入低、運營成本極大降低的二氧化碳捕集技術。

用于解決問題的方案

本發明人通過研究原料氣的條件、不同吸收溶劑、蒸氣和吸收液進料量、體系物料循環速度等對系統的影響，從能源利用和降低操作成本的角度出發，對系統的動力學、熱力學進行優化，獲得了最佳的二氧化碳捕集方案。

更具體的，本發明如下，通過以下方案來解決發明要解決的技術問題：

（1）一種用于從源氣體中除去目標氣體成分的方法，所述方法包括：

a）包含目標氣體成分的源氣體流經吸收塔，在其內部的填充床中與逆流的吸收液流混合，進行氣體吸收，吸收后的貧氣體從吸收塔的頂部離開，進入水洗塔循環洗滌和除沫，之后離開系統，

b）水洗塔的循環的過量水一部分循環至水洗塔頂部使用，