[發明專利]用于通過氣體解吸進行熱整合液體吸收劑再生的工藝和設備

有效

• 申請號: 201380060680.X
• 申請日: 2013-11-22
• 公開（公告）號: CN104797326A
• 公開（公告）日: 2015-07-22
• 發明（設計）人: P·費龍;L·T·沃德豪;A·J·卡曾斯
• 申請（專利權）人: 聯邦科學和工業研究組織
• 主分類號: B01D53/96
• 分類號: B01D53/96;B01D53/73;C07C7/11;B01D61/36
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 龐東成;武胐

發明領域

本發明涉及一種用于提高氣體汽提(gas?stripping)和吸收劑再生的能量效率的方法和設備，并且具體而言涉及從液體吸收劑汽提CO₂。

發明背景

本說明書中對任何現有技術的參考不是，并且不應被看作是，承認或以任何形式暗示所述現有技術在澳大利亞或任何其它國家管轄權內構成普通常識的一部分，或者所述現有技術可以合理地期望被本領域技術人員確定、理解和認為是相關的。

發電站、水泥窯和鋼生產中從煙氣分離CO₂允許這些工業活動繼續使用化石燃料，同時減少最重要的溫室氣體即CO₂的排放。雖然當前正在開發用于從煙氣分離CO₂的若干不同的工藝，但使用化學吸收劑的水溶液的化學吸收工藝是主導技術，這主要歸因于其先進的發展狀態。雖然它已在低CO₂去除容量下是可行的，但它并未達到大規模工業操作所必需的規模。擴大工藝的規模因此是一項重要挑戰。圖1中示出了使用化學吸收劑進行CO₂回收的典型工藝流程圖。

在冷卻之后，使煙氣100與吸收器102中的化學吸收劑相接觸。需要鼓風機103在氣體穿過溫度典型地處于40℃與60℃之間的冷卻器104之后將所述氣體泵運穿過吸收器，借此CO₂之后被吸收器102中的化學吸收劑結合。在穿過吸收器102之后，煙氣經過水洗滌部段113以使系統中的水平衡，并且去除所攜帶的蒸氣的任何液滴并之后離開吸收器102。然后將含有化學結合的CO₂的“富”吸收劑溶液經由熱交換器105泵運至汽提塔107的頂部。在高溫(100℃至140℃)下，在1巴與2巴之間的壓力下，在汽提塔107中進行化學吸收劑的再生。汽提塔107是使富吸收劑與再沸器108中產生的蒸汽相接觸的氣體/液體接觸器。

熱量被供應給再沸器108以維持再生條件。這會導致因加熱溶液以提供解吸化學結合的CO₂和充當汽提氣體的蒸汽產生所需的解吸熱量所致的能量代價。將蒸汽回收在冷凝器109中并且回送至汽提塔107，而CO₂產物氣體110離開冷凝器109。在冷卻水或空氣冷卻裝置中帶走冷凝物的熱量。CO₂產物110是相對純的(>99％)產物，其中水蒸氣是主要其它組分。由于化學吸收工藝的選擇性性質，惰性氣體的濃度是低的。然后將含有極少CO₂的“貧”吸收劑溶液111經由貧-富熱交換器105和冷卻器112泵運回至吸收器102以使其下降至吸收器溫度水平。CO₂去除率典型地是在90％左右。

化學吸收工藝的能量需求主要來自供應給再沸器108的熱量。所述熱量用于從貧溶液106產生充當汽提氣體的蒸汽，即，所述熱量使CO₂的分壓保持足夠低以為解吸工藝提供驅動力。蒸汽也是熱能量的載體，通過蒸汽的冷凝，它釋放解吸CO₂和加熱通過解吸塔107的化學吸收劑所需的能量。再沸器108中生成的蒸汽的量應保持盡可能低，但一些蒸汽總是不可避免地會與產生的CO₂一起從解吸單元流失，并且這代表能量損失，因為蒸汽通常被冷凝并且能量是在冷卻水中被帶走的。

需要提出一種比當前工藝更能量有效的工藝和設備。現有技術中已經建議了各種方法。

WO?2007/075466公開了一種方法，其中從解吸塔的底部離開的貧化學吸收劑被送至壓力比平衡壓力更低的閃蒸器。貧溶液具有低CO₂分壓；因此所產生的蒸氣主要是蒸汽。可以將蒸汽再壓縮并且將其注入到解吸器中以為解吸塔中的化學吸收劑的汽提和加熱提供另外的蒸汽。這需要添加兩件設備：閃蒸器和壓縮機。這增加了資本和操作費用。另外，添加另外的壓縮機增加了總能耗-因此有損于節能，這是不希望的。

US?4152217公開了通過使用熱交換器，通過與進入解吸塔的富吸收劑溶液進行熱交換從離開解吸塔的CO₂/蒸汽混合物提取熱能來回收和再利用熱量。這允許冷凝物的潛在熱量被回收為富吸收劑中的可感熱量。然而，本專利的教義顯示需要富吸收劑流分裂成兩股流，這從工藝流程和控制角度而言是復雜的。

US?4444571公開了一種從氣體/蒸汽混合物回收潛在熱量的方法，所述方法使用相較于混合物中含有的其它氣體可選擇性透過蒸汽的膜。將主要含有蒸汽的滲透物再壓縮，并且將所述滲透物注入到解吸塔的底部部段中。雖然合適的膜是可獲得的，但所述工藝需要額外的能量，這是不希望的。