捕集二氧化碳的单吸收器容器的制作方法

专利名称：捕集二氧化碳的单吸收器容器的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用多级吸收器容器从烟道气流中除去二氧化碳的系统和方法。背景
在诸如煤炭、油、泥煤、废物等燃料在诸如发电站的燃烧成套设备中的燃烧中，产生含有二氧化碳(X)2以及其他组分的高温工艺气体，常称为烟道气。已经广泛认识到了释放二氧化碳到大气的负面环境影响，且已经引起了适于从在上述燃料的燃烧中产生的高温工艺气体中除去二氧化碳的系统和方法的研发。先前公开的一种系统和方法为用于从燃烧后(post-combustion)烟道气流中除去二氧化碳(CO2)的单级基于冷冻氨的系统和方法。在题为包括CO2去除的燃烧气体的超清洁(Ultra Cleaning of Combustion Gas Including the Removal of CO2)的公开的美国专利申请2008/0072762中提出并教导了这种系统和方法。在用于(X)2去除的基于冷冻氨的系统/方法中，提供了吸收器容器，在其中使离子溶液与含有ω2的烟道气流逆流接触。该离子溶液可由例如水和铵离子、碳酸氢根离子、碳酸根离子和/或氨基甲酸根离子组成。该吸收器容器构造成接收来源于例如化石燃料燃烧锅炉的燃烧室的烟道气流(FG)0其还构造成接收自再生系统供应的CO2贫乏的离子溶液。该CO2贫乏的离子溶液经液体分配系统引入容器中，同时烟道气流re也经烟道气入口由吸收器容器接收。使离子溶液与烟道气流经用于传质且位于吸收器容器中并在烟道气流自其进口经在吸收器容器的底部部分处的入口行进到在吸收器容器的顶部部分处的出口的路径内的气-液接触装置(在下文中，传质装置，MTD)与烟道气流接触。该MTD例如可为一种或多种通常已知的结构化或无规则填充的材料或其组合。离子溶液在MTD的顶部引入且经MTD向下降，与向上升(与离子溶液的方向相反)且穿过MTD的烟道气流re接触。一旦与烟道气流接触，离子溶液则用以从烟道气流中吸收C02，因此使得离子溶液“富集” CO2 (富集溶液)。富集离子溶液经传质装置继续向下流动，随后收集在吸收器容器的底部。富集离子溶液随后经再生器系统再生以释放由离子溶液从烟道气流中吸收的co2。随后可输出从离子溶液中释放的(X)2以便储存或用于其他预定用途/目的。一旦(X)2已从离子溶液中释放，则称该离子溶液为“贫乏”溶液。随后使贫乏离子溶液再次准备从烟道气流中吸收(X)2且可引导回到液体分配系统，由此将其再次引入吸收器容器中。公开的美国专利申请2009/0101012描述了包括吸收器容器的多级(X)2去除系统，在该吸收器容器中，CO2通过在于不同温度和在离子溶液中不同NH3与(X)2比率下操作的不同吸收阶段中用诸如氨溶液的离子溶液吸收而从烟道气中除去。该多级吸收器容器包括单一贮槽，在其中收集富集(X)2的离子溶液以便运输到再生器。与现有技术的基于NH3的吸收系统和方法相关的潜在缺点在于由NH3和CO2之间的化学反应形成的诸如碳酸铵和/或碳酸氢铵的固体可导致吸收塔堵塞，引起系统的总性能劣化。
发明概述
本发明的实施方案提供用于从工艺气流中捕集二氧化碳(CO2)的系统和方法。本发明的实施方案的一个目的在于提供有助于离子溶液的再循环的多级吸收器容器。本发明的实施方案的另一目的在于提供减少与吸收器容器内形成的固体的堵塞和沉积相关的问题的多级吸收器容器。在本发明的第一方面，上述目的以及在面对本公开时技术人员将显而易见的其他目的通过提供用于从烟道气流中除去二氧化碳的系统(在本文中也称作"CO2捕集系统”)来实现，所述系统包括
吸收器容器，其构造成接收烟道气流，所述吸收器容器包括
第一吸收阶段，其构造成接收所述烟道气流且使其与第一离子溶液接触，第二吸收阶段，其构造成接收已经经过所述第一吸收阶段的烟道气且使其与第二离子溶液接触，
第一贮槽容器，和第二贮槽容器，
其中所述第一吸收阶段包括配置成从所述第一吸收阶段收集离子溶液并将其传送到所述第一贮槽容器的液体收集接受器，且所述第二吸收阶段包括配置成从所述第二吸收阶段收集离子溶液并将其传送到所述第二贮槽容器的液体收集接受器。其中多个不同吸收阶段在不同条件下操作的多级吸收器容器常可构成串联配置的多个单级吸收器容器的优异备选物。多级吸收器容器的优势例如包括降低容器、填料和基建的投资成本。本发明基于可通过将吸收器容器的贮槽分成两个或更多个单独部分(在本文中称为贮槽容器)来显著改善多级吸收器容器的效率和通用性的发明理解。各贮槽容器配置成从一个或多个预定的吸收阶段接收用过的离子溶液。多个贮槽容器的使用有助于再循环在吸收器容器内用过的离子溶液，因为来自一个或多个吸收阶段的具有类似组成和性质的离子溶液可收集在第一贮槽容器中，而来自一个或多个其他吸收阶段的具有不同于收集在第一贮槽容器中的离子溶液的组成和性质的类似组成和性质的离子溶液可收集在第二贮槽容器中。收集在第一和第二贮槽容器中的离子溶液可能在将相应离子溶液的组成和性质针对所需吸收阶段调整之后可再循环。因此，多个贮槽容器的使用允许各吸收阶段的操作条件如温度、离子溶液组成和流速在宽范围内改变。例如，一个或多个吸收阶段可在引起固体沉淀的条件下操作，而一个或多个吸收阶段可在不引起固体沉淀的条件下操作。所述吸收器容器至少包括第一吸收阶段和第二吸收阶段，它们构造成通过在允许吸收离子溶液中的CO2的条件下使烟道气流与离子溶液流接触来从烟道气流中吸收CO2。吸收阶段各自包括至少一个气-液接触传质装置，在本文中也称作“传质装置”或“MTD”。第一吸收阶段和第二吸收阶段各自还包括用于收集已在相应阶段中使用的离子溶液的液体收集接受器。第一吸收阶段包括配置成从第一吸收阶段收集离子溶液并将其传送到第一贮槽容器的液体收集接受器，且第二吸收阶段包括配置成从第二吸收阶段收集离子溶液并将其传送到第二贮槽容器的液体收集接受器。第一吸收阶段和第二吸收阶段各自的液体收集接受器可构造成从相应吸收阶段收集用过的离子溶液的全部或一部分。所述液体收集接受器例如可包括倾斜的收集塔板或泡罩塔板。第一吸收阶段优选包括液体分配装置和构造成用于将离子溶液从第一贮槽容器传送到液体分配装置的离子溶液传送路径。第二吸收阶段优选包括液体分配装置和构造成用于将离子溶液从第二贮槽容器传送到液体分配装置的离子溶液传送路径。贮槽容器可以以与吸收器容器分隔开的离散容器形式或以集成到吸收器容器中的容器形式或其组合提供。各贮槽容器可与吸收器容器的一个或多个吸收阶段液体接触，使得用过的离子溶液可从各吸收阶段中收集并引导到贮槽容器中，且使得来自贮槽容器的离子溶液可再循环到一个或多个吸收阶段。一个或多个贮槽容器优选可由吸收器容器的底部部分形成。在一个实施方案中，吸收器容器包括底部部分，其中第一贮槽容器和第二贮槽容器由所述底部部分的两个子部分形成。CO2捕集系统在从烟道气流中除去(X)2方面的效率主要依赖于1)喷射到吸收器容器中的离子溶液的温度(T)，和2)离子溶液中所含的氨与离子溶液中所含的CO2的摩尔比(R)。一般来说，温度越低且R值越低，基于氨的(X)2捕集系统从烟道气流中除去(X)2的效率越低。离子溶液的温度可经加热和/或制冷系统控制。R值可例如通过控制离子溶液中氨的量来控制。优选(X)2捕集系统的至少一个吸收阶段可构造成在使得形成固体碳酸氢铵的条件下操作。在离子溶液中形成固体碳酸铵和碳酸氢铵可为有利的，因为这增加了离子溶液的CO2承载量。在一个实施方案中，第一吸收阶段构造成在使得形成固体碳酸氢铵的条件下操作。促进固体碳酸铵和碳酸氢铵形成的合适条件的实例包括离子溶液的低NH3与(X)2摩尔比(R)，诸如低于2. 0、诸如在1. 2-2. 0范围内、例如在1. 4-1. 6范围内的R值。因此，在一个实施方案中，所述系统还包括构造成将第一贮槽容器中离子溶液的NH3与(X)2摩尔比(R)维持在1. 2-2. 0范围内的控制系统。为了实现从烟道气中除去(X)2以将其降到低残留浓度，诸如小于初始浓度的10%或5%，可将至少一个吸收阶段构造成在提供高CO2吸收效率的条件下操作。促进高(X)2吸收效率的合适条件的实例包括离子溶液的高NH3与(X)2摩尔比(R)，诸如高于1. 8、优选高于2. 0、诸如在2. 0-4. 0范围内、例如在2. 0-2. 5范围内的R值。在一个实施方案中，所述系统还包括构造成将第二贮槽容器中离子溶液的NH3与CO2摩尔比(R)维持在2. 0-4. 0范围内、例如在2. 0-2. 5范围内的控制系统。在一个实施方案中，所述控制系统包括构造成将NH3或者NH3与(X)2摩尔比(R)高于在贮槽容器中的离子溶液的R的介质引入离子溶液中的装置。例如，2.0的R值可通过引入具有2. 5或更高的R值的介质来调整。高R介质例如可自离子溶液再生器提供。这种装置例如可包括与NH3或高R离子溶液供应罐的流体连接线、控制阀门和泵。温度对于在捕集系统中的(X)2吸收是一个重要的变量。在各吸收阶段中离子溶液的温度可例如视所需(X)2去除效率的程度和是否希望形成固体碳酸氢铵而选择。还可选择温度以使得氨漏失(即蒸发且并入烟道气流中的氨的量)维持在可接受的水平下。在引入吸收器容器的吸收阶段中时离子溶液的温度通常可在0-25°C范围内，但在一些情况下也可更高或更低。例如，在5-20°C范围内的温度允许在可接受的氨蒸发下的高CO2捕集效率。在一个实施方案中，第一吸收阶段的离子溶液传送路径包括用于控制传送到第一吸收阶段的液体分配装置的离子溶液的温度的换热装置。传送到液体分配装置的离子溶液的温度优选可控制在5-20°C范围内。在一个实施方案中，第二吸收阶段的离子溶液传送路径包括用于控制传送到第二吸收阶段的液体分配装置的离子溶液的温度的换热装置。传送到液体分配装置的离子溶液的温度优选可控制在5-20°C范围内。在例如0°C直至20°C的低温和例如1. 2直至2. 0的低R值下，在离子溶液已与烟道气流接触之后固体碳酸氢铵粒子可从离子溶液中沉淀。这些固体含有极高浓度的CO2 (约55%重量)，所述(X)2借助于与烟道气流接触的离子溶液已从烟道气流中除去。因此，希望固体沉淀，因为它们含有高浓度的(X)2且可容易地从离子溶液中分离并除去。在一个实施方案中，第一吸收阶段构造成用含有固体粒子的离子溶液操作。在与烟道气流接触时，离子溶液与可包含在烟道气流中的CO2反应。该反应为放热的且因此在吸收器溶液中产生热量。该热量可使在离子溶液中所含的一些氨变成气体。气态氨随后不是与液体离子溶液一起向下迁移，而是与烟道气流一起且作为烟道气流的一部分向上迁移穿过吸收器容器，且最后经吸收器容器的出口逸出。该氨自系统的损失(氨漏失)降低了离子溶液中氨的摩尔浓度。随着氨摩尔浓度降低，R值(NH3与CO2的摩尔比)也降低。R值的该降低对应于离子溶液在从烟道气流中捕集CO2方面的有效性降低。为了使氨漏失量减至最小，CO2捕集系统的最后吸收阶段优选可构造成在低温(T)、例如0°C直至10°C的温度下操作。这可通过例如控制引入吸收器容器的离子溶液的温度来实现。最后吸收阶段也可优选构造成用具有例如1. 2直至2. 0的低氨与(X)2摩尔比(R)的来自第一贮槽容器的离子溶液操作。任选地，在一些实施方案中，最后吸收阶段可构造成用从诸如旋流分离器的用于从液体中分离固体的装置传送的低R离子溶液操作。这种配置可为有利的，因为从用于自液体中分离固体的装置传送的低R离子溶液含有减少的固体，这可进一步降低在最后吸收阶段中固体的堵塞和沉积。因此，在一个实施方案中，所述吸收器容器还包括第三吸收阶段，所述第三吸收阶段构造成接收已经经过第一吸收阶段和第二吸收阶段的烟道气且使其与离子溶液接触。第三吸收阶段还可包括液体分配装置和构造成将离子溶液从第一贮槽容器传送到液体分配装置的离子溶液传送路径。在一些实施方案中，构造成用于从第一贮槽容器传送离子溶液到液体分配装置的离子溶液传送路径还可包括构造成降低在离子溶液中的固体的量的装置。在一个实施方案中，第三吸收阶段的离子溶液传送路径包括用于控制传送到第三吸收阶段的液体分配装置的离子溶液的温度的换热装置。传送到液体分配装置的离子溶液的温度优选可控制到10°c或更低的范围内、诸如约5°C。适合使氨漏失减至最少的条件(即低温和低R-值)可引起固体碳酸氢铵在吸收阶段中沉淀。因此，在一个实施方案中，第三吸收阶段可构造成用含有固体粒子的离子溶液操作。在本发明的另一方面，提供用于从含有(X)2的烟道气流中除去(X)2的方法(在本文中也称为“ω2捕集方法”)，所述方法包括以下步骤a)使包含NH3的第一离子溶液流与烟道气流接触以从所述烟道气流中除去第一部分
CO2,
b)将来自步骤a)的用过的离子溶液收集在第一贮槽容器中，
c)使来自所述第一贮槽容器的离子溶液再循环到步骤a)，
d)使包含NH3的第二离子溶液流与所述烟道气流接触以从所述烟道气流中除去第二部分CO2,
e)将来自步骤d)的用过的离子溶液收集在第二贮槽容器中，和
f)使来自所述第二贮槽容器的离子溶液再循环到步骤d)。第二方面的方法可有利地在如上文关于本发明的第一方面描述的(X)2捕集系统中进行。所公开的CO2捕集方法允许各吸收阶段的操作条件在宽范围内改变。例如，一个或多个吸收阶段可在引起固体形成的条件下操作，而一个或多个吸收阶段在不引起固体沉淀的条件下操作。所述方法有助于再循环在吸收器容器内用过的离子溶液，因为来自一个或多个吸收步骤的具有类似组成和性质的离子溶液可收集在第一贮槽容器中，而来自一个或多个其他吸收步骤的具有不同于收集在第一贮槽容器中的离子溶液的组成和性质的类似组成和性质的离子溶液可收集在第二贮槽容器中。例如，引起离子溶液中形成固体碳酸铵和/或碳酸氢铵的来自吸收步骤的离子溶液可收集在第一贮槽容器中，而不引起离子溶液中形成固体碳酸铵和/或碳酸氢铵的来自吸收步骤的离子溶液可收集在第二贮槽容器中。在例如0°C直至20°C的低温和例如1. 2直至2. 0的低R值下，在离子溶液已与烟道气流接触之后，固体碳酸氢铵粒子将从离子溶液中沉淀。这些固体含有极高浓度的CO2(约55%重量)，所述(X)2已借助于与烟道气流接触的离子溶液而从烟道气流中除去。因此，希望固体沉淀，因为它们含有高浓度的(X)2且可容易地从离子溶液中分离并除去。因此，在一个实施方案中，所述方法的步骤a)在使得形成固体碳酸氢铵的条件下进行。在一个实施方案中，所述第一离子溶液具有在1. 2-2. 0范围内的NH3与(X)2摩尔比㈨。在一个实施方案中，所述方法还包括将第一贮槽容器中的离子溶液的NH3与(X)2摩尔比(R)调整在1. 2-2. 0范围内的步骤。在一个实施方案中，NH3与(X)2摩尔比(R)的调整通过将NH3或者NH3与(X)2摩尔比(R)高于在贮槽容器中的离子溶液的R的介质引入离子溶液中来实现。在一个实施方案中，所述介质可为来自第二贮槽容器的离子溶液。在一个实施方案中，所述方法的步骤d)在使得基本不形成固体碳酸氢铵的条件下进行。为了实现从烟道气中除去(X)2以将其降到低残留浓度，诸如小于初始浓度的10%或5%，可将至少一个吸收阶段构造成在提供高CO2吸收效率的条件下操作。促进高(X)2吸收效率的合适条件的实例包括离子溶液的高NH3与(X)2摩尔比(R)，诸如高于1. 8、优选高于2. 0、诸如在2. 0-4. 0范围内、例如在2. 0-2. 5范围内的R值。因此，在一个实施方案中，第二离子溶液具有在1. 2-4. 0范围内的NH3与(X)2摩尔比(R)。
在一个实施方案中，所述方法还包括将在第二贮槽容器中的离子溶液的NH3与(X)2摩尔比(R)调整在2. 0-4. 0范围内的步骤。在一个实施方案中，NH3与(X)2摩尔比(R)的调整通过将NH3或者NH3与(X)2摩尔比(R)高于在贮槽容器中的离子溶液的R的介质引入离子溶液中来实现。在一个实施方案中，在步骤a)中第一离子溶液的温度控制到5-20°C的范围内。在一个实施方案中，在步骤d)中第二离子溶液的温度控制到5-20°C的范围内。为了使氨漏失量减至最小，CO2捕集系统的最后吸收阶段优选可构造成在低温(T)、例如0°C直至10°C的温度下操作。最后吸收阶段也可优选构造成用具有例如1. 2直至2. 0的低NH3与CO2摩尔比(R)的来自第一贮槽容器的离子溶液操作。在一个实施方案中，所述方法还包括使包含NH3且具有在1. 2-2. 0范围内的NH3与CO2摩尔比(R)的第三离子溶液流与烟道气流接触以从烟道气流中除去第三部分CO2的步骤。第三离子溶液的温度优选可控制到10°C或更低的范围内。附图简述


图1概括性地描述了包括具有两个贮槽容器的多级吸收器容器的(X)2捕集系统的实施方案。发明详述
图1概括性地描绘了本发明的一个实施方案。在该实施方案中，提供包括三(3)个吸收阶段的CO2捕集系统。然而，也可以在不脱离本发明的范围和精神的情况下在捕集系统中包括更多或更少的吸收阶段。参考图1，提供单个吸收器容器101。吸收器容器101构造成经位于容器101底部附近的入口 102接收烟道气流re且允许烟道气流re向上且经过吸收器容器ιο 以经位于容器101顶部附近的出口 103离开。进入吸收器容器ιο 的烟道气流re通常将含有小于1%的水分和通常将经(X)2捕集系统上游的空气污染控制系统(未示出)除去的低浓度的S02、S03、HC1和微粒物质(PM)。例如，烟道气流通常将含有小于50ppmv的；小于5ppmv的SO3 ；小于Ippmv的HCl和/或小于 100mg/nm3 的 PM。吸收器容器101构造成使用离子溶液吸收可包含在烟道气流中的C02。在一个优选的实施方案中，所述离子溶液可由例如水和铵离子、碳酸氢根离子、碳酸根离子和/或氨基甲酸根离子构成。所述(X)2捕集系统包括三个吸收阶段104、105和106，以下文详述的方式，第一吸收阶段104和第三吸收阶段106与第一贮槽容器107相连接且第二吸收阶段105与第二贮槽容器108相连接。所述CO2捕集系统包括两个单独的离子溶液贮槽容器107和108，在本文中称为第一贮槽容器107和第二贮槽容器108。术语“单独的”通常指在第一贮槽容器中的离子溶液与在第二贮槽容器中的离子溶液不连续液体接触。虽然第一和第二贮槽容器并不连续液体接触，但所述系统还可包括用于将离子溶液从第二贮槽容器108转移到第一贮槽容器107的导管109。第一贮槽容器107配置成经液体收集接受器110从第一吸收阶段104接收用过的离子溶液且经液体收集接受器112从第三吸收阶段106接收用过的离子溶液。第二贮槽容器108配置成经液体收集接受器111从第二吸收阶段105接收用过的离子溶液。第一贮槽容器配置成经溶液传送路径113和液体分配装置114向第一吸收阶段供应离子溶液且经溶液传送路径117和液体分配装置118向第三吸收阶段供应离子溶液。第二贮槽容器配置成经溶液传送路径115和液体分配装置116向第二吸收阶段供应离子溶液。第一和/或第二贮槽容器进一步构造成用于接收来自再生器(未示出)的(X)2贫乏的离子溶液和/或补给的 NH3。在图1中示出的实施方案中，第一贮槽容器107和第二贮槽容器108在第一吸收阶段下方由吸收器容器的底部部分119的两个子部分形成。所述(X)2捕集系统还可包括用于将在第一和第二贮槽容器中的NH3与(X)2摩尔比(R)控制在所需范围内的控制系统。所述控制系统可包括用于自动或手动测量相关参数如PH值、氨浓度和/或(X)2浓度的传感器和经构造以例如通过加入补给的NH3和/或去除CO2调整这类参数的液体连接线、阀门和泵的装置。优选所述系统可包括自动控制器134力氏与0)2的摩尔比在第一和第二贮槽容器中通过自动控制器134维持在所需值。例如，自动控制器134可为接收表示来自在第一贮槽容器107中的传感器135和在第二贮槽容器108中的传感器136的R值的输入信号的通用计算机、专用计算装置或其他可编程控制器。自动控制器134可提供对于泵137、控制阀门或其他流体流量调整装置的控制信号，以将在第一贮槽容器107内的R维持在所需范围内，且可提供对于NH3补给供应和/或来自再生器的贫乏溶液供应的控制信号以将在第二贮槽容器108中的R维持在所需范围内。在一个实施方案中，在第一贮槽容器中的R值通过经导管109用来自第二贮槽容器的R较高的离子溶液置换含有固体碳酸氢铵的离子溶液的一部分而维持在1. 2-2. 0范围内，且在第二贮槽容器中的R值通过用来自再生器的(X)2贫乏的离子溶液和/或补给的NH3置换送到第一贮槽容器的离子溶液的那部分而维持在2. 0-4. 0范围内。吸收阶段(104、105和106)各自构造成包括一个或多个合适的气-液传质装置(MTD) (120、121和122)、液体分配装置(114、116和118)及溶液传送路径(SDP) (113,115和 117)。传质装置120、121和122各自构造成随着烟道气向上与其中吸收了 CO2的含有例如铵离子、碳酸根离子、碳酸氢铵和/或氨基甲酸根离子的溶解和/或悬浮混合物的离子溶液逆流流过吸收器容器101而使离子溶液与烟道气流re接触。传质装置(MTD) 120、121和122例如可为结构化或无规则填充的材料。液体分配装置114、116和118构造成将离子溶液引入吸收器容器101中。各液体分配装置可构造成例如具有孔眼、孔和/或狭缝或其组合的一个或多个喷头喷嘴和/或导管。SDP (113、115和117)各自构造成经液体分配装置(分别为114、116和118)传送离子溶液流到相应吸收阶段。各SDP优选将包括一个或多个用于冷却经SDP泵送的离子溶液的冷却系统，诸如换热装置。还优选提供控制系统以控制离子溶液的流量并将离子溶液温度维持在预定水平或预定温度范围内。所述控制系统可包括控制器，例如通用计算机、专用计算装置或其他可编程控制器，所述控制器从一个或多个温度传感器接收输入信号且提供控制信号到换热装置以进行离子溶液的冷却或加热。所述控制系统优选可与用于控制离子溶液的R-值的上述控制系统集成，且控制器例如计算装置优选可以相同。参考图1，第
11一吸收阶段104包括由经泵123和换热器IM连接第一贮槽容器107与液体分配装置114的导管/管道构成的SDP 113。第二吸收阶段105包括由经泵125和换热器1 连接第二贮槽容器108与液体分配装置116的导管/管道构成的SDP 115。第三吸收阶段106包括由经泵123、换热器IM和换热器127连接第一贮槽容器107与液体分配装置118的导管/管道构成的SDP 117。吸收阶段(104、105和106)可各自包括用于收集已经经过相应MTD (120、121和122)的离子溶液的装置。这类液体收集接受器110、111和112可各自构造成收集经过相应MTD的液体的全部或一部分。液体收集接受器例如可各自构造成收集经过相应MTD的离子溶液的基本上全部，即约95%或更多，诸如98%或更多。或者，可收集经过相应MTD的大部分的离子溶液，例如大于50%、诸如大于70%或大于90%的离子溶液。优选可配置或构造液体收集接受器以使得经吸收器容器101上升的烟道气可经过或沿靠(alongside)液体收集接受器。所述液体收集接受器例如可包括倾斜的收集塔板或泡罩塔板。所述液体收集接受器还可包括经构造以除去由液体收集接受器收集的液体的一个或多个液体出口。第一吸收阶段的液体收集接受器110经导管1 与第一贮槽容器107连接，导管1 允许由液体收集接受器收集的用过的离子溶液引导到第一贮槽容器以便再循环。第二吸收阶段的液体收集接受器111经导管130与第二贮槽容器108连接，导管130允许由液体收集接受器收集的用过的离子溶液引导到第二贮槽容器以便再循环。第三吸收阶段的液体收集接受器112经导管131与第一贮槽容器107连接，导管131允许由液体收集接受器收集的用过的离子溶液弓丨导到第一贮槽容器以便再循环。液体收集接受器还可包括用于防止固体堆积和沉积物形成的冲洗系统(未示出)。在一些实施方案中，经过第一吸收阶段的MTD的液体可直接收集在吸收器容器的底部部分中。在这类实施方案中，对于第一吸收阶段可能不再需要液体收集接受器。第一吸收阶段104构造成使经SDP 113从第一贮槽容器107接收的R比较低的离子溶液与烟道气流接触。该离子溶液从第一贮槽容器107经泵123泵送到液体分配装置114，液体分配装置114向下喷射离子溶液且喷射到传质装置120上。以这种方式，烟道气流TO与从液体分配装置114喷射的离子溶液接触。在吸收阶段104中离子溶液的温度优选控制在5°C -20°C或更高的范围内。在吸收阶段104从re捕集的(X)2形成其中沉淀出碳酸铵和碳酸氢铵的离子溶液。在离子溶液与烟道气流re接触之后，其富集了 CO2(富集溶液)。该富集CO2的溶液经导管1 从吸收阶段104排到第一贮槽容器107中。可将在第一贮槽容器107中收集的固体分离并转移到固体收集罐132中。在第一贮槽容器107中的一部分离子溶液可泵送到再生器系统(未示出)中以增加液体的氨与(X)2的摩尔比(R)。第一吸收阶段的MTD 120优选可经构造以对固体粒子的堵塞不太敏感。例如，可选择MTD 120的填充材料的类型和尺寸以降低对固体粒子的堵塞和沉积的敏感性。本领域技术人员可容易地选择合适的填充材料以便与包含已知尺寸、形状和量的粒子的液体一起操作。第二吸收阶段105构造成在高水平的(X)2捕集效率下操作。在一个实施方案中，吸收阶段105构造成捕集例如可包含在烟道气流TO中的(X)2的50-90%。在此，来自第二贮槽容器108的高R的CO2贫乏的离子溶液经液体分配装置116喷射到MTD 121上。随着烟道气流re从第一吸收阶段104向上流经第二吸收阶段的MTD 121，经喷射系统116喷射的高R、CO2贫乏的溶液与烟道气流re接触。第二吸收阶段的MTD 121优选可构造成提供CO2捕集效率。可选择第二吸收阶段的MTD 121的填充材料的类型和尺寸以提供在烟道气流re和离子溶液之间的高表面接触面积。本领域的技术人员可容易地选择适用于第二吸收阶段的MTD的填充材料。吸收器容器101任选还可包括用于从烟道气中进一步除去(X)2且用于减少自先前吸收阶段的氨漏失的第三吸收阶段106。在吸收容器101中从第二吸收阶段105向上上升的烟道气含有低浓度的CO2 (例如在re入口处浓度的10%或更少)和浓度比较高的NH3 (例如5000ppm直至30000ppm)。在来自第二吸收阶段105的烟道气(氨漏失)中的氨的高浓度起因于在第二吸收阶段105中离子溶液的高R。在第二吸收阶段105中蒸发的大部分氨经优选在较低R值和较低温度下操作的第三吸收阶段106重新捕集回离子溶液。在第三吸收阶段106中，具有低R(例如小于2.0、诸如在1.2-2. 0范围内)和低温(例如小于10°c且优选为约5°C )的流量比较小的离子溶液经液体分配装置118喷射到MTD 122上，在MTD 122中该离子溶液随着烟道气流TO向上流过MTD 122而与烟道气流TO接触。从第三吸收阶段106排出的离子溶液优选可经导管131收集在第一贮槽容器107中。第三吸收阶段的MTD 122优选可经构造以对固体粒子的堵塞不太敏感。例如，可选择MTD 122的填充材料的类型和尺寸以降低对固体粒子的堵塞和沉积的敏感性。本领域技术人员可容易地选择合适的填充材料以便与包含已知尺寸、形状和量的粒子的液体一起操作。吸收器容器101可构造成提供收集在第一贮槽容器107底部的离子溶液任选经旋流分离器133到固体收集罐132的循环。在将离子溶液送到固体收集罐132中之前，可使用旋流分离器来增加离子溶液的固体含量。可将来自旋流分离器的含有减少量的固体的溢流送到第三吸收阶段。吸收阶段104、105和106各自构造成进行CO2吸收过程的特定段。例如，阶段104构造成进行该过程的1段，其中捕集在烟道气中所含的一部分C02。阶段105构造成进行该过程的2段，其中捕集在烟道气中所含的另外部分的C02。阶段106构造成进行该过程的3段。在3段中，捕集在烟道气中所含的另外部分的C02。在一个优选的实施方案中，当烟道气流re进入入口 102时在烟道气流re中所含的(X)2的40%-90%将在经受1-3段之后且在离开出口 103之前从烟道气流中除去。各段可能以预定顺序或可能不以预定顺序进行。在(X)2吸收过程的1段中，在烟道气流中所含的(X)2的一部分经由使来自第一贮槽容器107的离子溶液与烟道气流接触而除去。在1段期间控制离子溶液的温度高于在CO2吸收过程的2段或3段中离子溶液的温度。例如，在1段中，将离子溶液的温度控制到5°C -20°C范围内。在1段中离子溶液的R值较低，例如为1. 2-2. 0。在1段期间，允许含有高浓度的(X)2的碳酸铵和碳酸氢铵的固体从离子溶液中沉淀。可能包含碳酸铵和碳酸氢铵固体的富集(X)2的离子溶液经液体收集接受器收集并转移到第一贮槽容器107中。固体随后可经例如旋流分离器从离子溶液中分离并除去。一旦从离子溶液中除去了固体，离子溶液则为CO2贫乏的(即，含有较少CO2)且可用于从烟道气流中捕集更多的CO2。在第一贮槽容器中的离子溶液的NH3与(X)2摩尔比(R)通过加入补给的NH3控制在1. 2-2. 0范围内，所述补给的NH3可例如以纯NH3或NH3溶液如来自再生器的贫乏(X)2的离子溶液的形式供应。在一个实施方案中，补给的NH3可以具有比第一离子溶液高的R值的第二离子溶液的形式供应。在第一贮槽容器中的离子溶液的NH3与(X)2摩尔比还可通过除去堆积在容器中的固体碳酸铵和碳酸氢铵来控制。固体碳酸氢铵中的CO2较多且其去除引起第一离子溶液的R值增加。在2段中离子溶液的温度优选控制到5°C -20°C范围内且离子溶液的R值比在1段中高，例如在2. 0-4. 0范围内且优选在2. 0-2. 5范围内。在2段中的离子溶液优选自第二贮槽容器提供。在2段中的离子溶液具有高反应性且可捕集烟道气中显著部分的(X)2含量。然而，在2段中反应性离子溶液具有比较高的氨蒸气压，这引起烟道气中的比较高浓度的氨离开2段且流向(X)2吸收过程的第三阶段106 (3段)。来自2段的富集(X)2的第二离子溶液经第二吸收阶段的液体收集接受器收集并转移到第二贮槽容器108。在第二贮槽容器中的离子溶液的NH3与(X)2摩尔比(R)通过加入补给的NH3控制在2. 0-4. 0范围内，所述补给的NH3可例如以纯NH3或NH3溶液如来自再生器的(X)2贫乏的离子溶液的形式供应。在3段期间，气态氨的损失通过控制离子溶液的温度和R值以降低来自离子溶液的氨的蒸气压且因此降低在3段的气相中的氨浓度来减至最少。通过降低氨蒸气压且保持大部分氨作为液体离子溶液的一部分，将使氨自系统的损失减至最少。该氨漏失减少有助于保持NH3与(X)2摩尔比(R)在较高水平下，例如1. 2-2. 0。因此，保持系统在从烟道气流中除去(X)2方面的有效性或者不使该有效性劣化。将在3段中离子溶液的温度控制到例如O0C -10°C的范围内。将在第一和第二贮槽容器中的NH3与CO2摩尔比(R)控制在所需范围内可通过自动或手动测量相关参数如PH值、氨浓度和/或(X)2浓度和通过经由加入补给的NH3和/或去除CO2调整这类参数来实现。优选所述系统可包括自动控制器134，朋3与0)2的摩尔比在第一贮槽容器和第二贮槽容器中通过自动控制器134维持在所需值。在一个实施方案中，在第一贮槽容器中的R通过用来自第二贮槽容器的R较高的离子溶液置换含有固体碳酸氢铵的离子溶液的一部分而维持在1. 2-2. 0范围内，且在第二贮槽容器中的R值通过用来自再生器的(X)2贫乏的离子溶液和/或补给的NH3置换送到第一贮槽容器的离子溶液的那部分而维持在2. 0-4.0范围内。例如，自动控制器134可为接收表示来自在第一贮槽容器107中的传感器135和在第二贮槽容器108中的传感器136的R值的输入信号的通用计算机、专用计算装置或其他可编程控制器。自动控制器134可提供对于泵137、控制阀门或其他流体流量调整装置的控制信号，以将在第一贮槽容器107内的R维持在所需范围内，且可提供对于NH3补给供应和/或来自再生器的贫乏溶液供应的控制信号以将在第二贮槽容器108中的R维持在所需范围内。从第一吸收阶段104以及第二吸收阶段105的热损耗在比较高的温度(直至5°C -20°C )下发生。如果环境条件允许，则该冷却可用海水或冷却塔水实现，因此显著降低冷却溶液的总需求。当使用冷水时，冷却温度较高的离子溶液的动力消耗比冷却温度较低的离子溶液所需要的动力低得多。 应该强调，本发明的上述实施方案、特别是任何“优选的”实施方案仅为仅出于清楚理解本发明的原理而陈述的实施方案的可能实例。可在基本不脱离本发明的精神和原理的情况下对本发明的上述实施方案进行许多改变和改进。所有这类改进和改变都预期包括在本文中在本公开和本发明的范围内且受以上权利要求书保护。
权利要求
1.用于从烟道气流中除去二氧化碳的系统，所述系统包括吸收器容器，其构造成接收烟道气流，所述吸收器容器包括第一吸收阶段，其构造成接收所述烟道气流且使其与第一离子溶液接触，第二吸收阶段，其构造成接收已经经过所述第一吸收阶段的烟道气且使其与第二离子溶液接触，第一贮槽容器，和第二贮槽容器，其中所述第一吸收阶段包括配置成从所述第一吸收阶段收集离子溶液并将其传送到所述第一贮槽容器的液体收集接受器，且所述第二吸收阶段包括配置成从所述第二吸收阶段收集离子溶液并将其传送到所述第二贮槽容器的液体收集接受器。
2.权利要求1的系统，其中所述吸收器容器包括底部部分，其中第一贮槽容器和第二贮槽容器由所述底部部分的两个子部分形成。
3.权利要求1的系统，其还包括构造成将所述第一贮槽容器中所述离子溶液的NH3与CO2摩尔比(R)维持在1. 2-2. 0范围内的控制系统。
4.权利要求3的系统，其还包括构造成将所述第二贮槽容器中所述离子溶液的NH3与CO2摩尔比(R)维持在2. 0-4. 0范围内的控制系统。
5.权利要求3的系统，其中所述控制系统包括构造成将NH3或者NH3与(X)2摩尔比(R)高于在所述贮槽容器中的所述离子溶液的R的介质引入所述离子溶液中的装置。
6.权利要求1的系统，其中所述第一吸收阶段还包括液体分配装置和离子溶液传送路径，其构造成用于从所述第一贮槽容器传送离子溶液到所述液体分配直ο
7.权利要求1的系统，其中所述第二吸收阶段还包括液体分配装置和离子溶液传送路径，其构造成用于从所述第二贮槽容器传送离子溶液到所述液体分配直ο
8.权利要求6的系统，其中所述第一吸收阶段的所述离子溶液传送路径包括用于控制传送到所述第一吸收阶段的液体分配装置的所述离子溶液的温度的换热装置。
9.权利要求8的系统，其中传送到所述液体分配装置的所述离子溶液的温度控制在5-20°C的范围内。
10.权利要求7的系统，其中所述第二吸收阶段的所述离子溶液传送路径包括用于控制传送到所述第二吸收阶段的液体分配装置的所述离子溶液的温度的换热装置。
11.权利要求10的系统，其中传送到所述液体分配装置的所述离子溶液的温度控制在5-20°C的范围内。
12.权利要求1的系统，其中所述第一吸收阶段构造成用含有固体粒子的离子溶液操作。
13.权利要求1的系统，其中所述吸收器容器还包括第三吸收阶段，所述第三吸收阶段构造成接收已经经过所述第一吸收阶段和所述第二吸收阶段的烟道气且使其与离子溶液接触。
14.权利要求13的系统，其中所述第三吸收阶段包括配置成从所述第三吸收阶段收集离子溶液并将其传送到所述第一贮槽容器的液体收集接受器。
15.权利要求13的系统，其中所述第三吸收阶段还包括液体分配装置，和离子溶液传送路径，其构造成用于从所述第一贮槽容器传送离子溶液到所述液体分配直ο
16.权利要求15的系统，其中所述第三吸收阶段的所述离子溶液传送路径包括用于控制传送到所述第三吸收阶段的液体分配装置的所述离子溶液的温度的换热装置。
17.权利要求16的系统，其中传送到所述液体分配装置的所述离子溶液的温度控制在10°C或更低的范围内。
18.权利要求13的系统，其中所述第三吸收阶段构造成用含有固体粒子的离子溶液操作。
19.用于从含有(X)2的烟道气流中除去(X)2的方法，所述方法包括以下步骤a)使包含NH3的第一离子溶液流与烟道气流接触以从所述烟道气流中除去第一部分CO2,b)将来自步骤a)的用过的离子溶液收集在第一贮槽容器中，c)使来自所述第一贮槽容器的离子溶液再循环到步骤a)，d)使包含NH3的第二离子溶液流与所述烟道气流接触以从所述烟道气流中除去第二部分CO2,e)将来自步骤d)的用过的离子溶液收集在第二贮槽容器中，和f)使来自所述第二贮槽容器的离子溶液再循环到步骤d)。
20.权利要求19的方法，其中步骤a)在使得形成固体碳酸氢铵的条件下进行。
21.权利要求19的方法，其中所述第一离子溶液的NH3与(X)2摩尔比(R)在1.2-2. O范围内。
22.权利要求19的方法，其还包括将在所述第一贮槽容器中的所述离子溶液的NH3与CO2摩尔比(R)调整到1. 2-2. O的范围内的步骤。
23.权利要求22的方法，其中所述NH3与(X)2摩尔比(R)的调整通过将NH3和/或NH3与CO2摩尔比(R)高于在所述第一贮槽容器中的所述离子溶液的R的介质引入所述第二贮槽容器中来实现。
24.权利要求23的方法，其中所述介质为来自所述第二贮槽容器的离子溶液。
25.权利要求19的方法，其中步骤d)在使得基本不形成固体碳酸氢铵的条件下进行。
26.权利要求19的方法，其中所述第二离子溶液的NH3与(X)2摩尔比(R)在2.0-4. O的范围内。
27.权利要求19的方法，其还包括将在所述第二贮槽容器中的所述离子溶液的NH3与CO2摩尔比(R)调整到2. 0-4. O的范围内的步骤。
28.权利要求27的方法，其中所述NH3与(X)2摩尔比(R)的调整通过将NH3和/或NH3与CO2摩尔比(R)高于在所述第二贮槽容器中的所述离子溶液的R的介质引入所述第二贮槽容器中来实现。
29.权利要求19的方法，其中在步骤a)中所述第一离子溶液的温度控制在5-20°C的范围内。
30.权利要求19的方法，其中在步骤d)中所述第二离子溶液的温度控制在5-20°C的范围内。
31.权利要求19的方法，其还包括使包含NH3且具有在1.2-2. 0范围内的NH3与(X)2摩尔比(R)的第三离子溶液流与所述烟道气流接触以从所述烟道气流中除去第三部分CO2的步骤。
32.权利要求31的方法，其中所述第三离子溶液流从所述第一贮槽容器中传送。
33.权利要求32的方法，其中所述第三离子溶液流经构造成降低在所述离子溶液中的固体的量的装置传送。
34.权利要求31的方法，其中所述第三离子溶液的温度控制在10°C或更低的范围内。
全文摘要
本发明提供从含有CO2的烟道气流中除去CO2的方法和系统，所述方法包括以下步骤a)使包含NH3的第一离子溶液流与烟道气流接触以从所述烟道气流中除去第一部分CO2，b)将来自步骤a)的用过的离子溶液收集在第一贮槽容器中，c)使来自所述第一贮槽容器的离子溶液再循环到步骤a)，d)使包含NH3的第二离子溶液流与所述烟道气流接触以从所述烟道气流中除去第二部分CO2，e)将来自步骤d)的用过的离子溶液收集在第二贮槽容器中，和f)使来自所述第二贮槽容器的离子溶液再循环到步骤d)。
文档编号B01D53/14GK102596365SQ201080051669
公开日2012年7月18日 申请日期2010年9月1日 优先权日2009年9月15日
发明者D.J.穆拉斯基, P.U.科斯, R.S.希瓦勒, S.K.杜贝 申请人:阿尔斯通技术有限公司