用于控制雾的方法
【专利摘要】本发明描述了一种用于从含有CO2的气体（1）中捕获CO2的方法，例如来自火力发电厂燃烧碳质燃料的废气，或者任意其它含有CO2的工业气体，其中，通过使所述气体逆流流向引入到吸收器（2）中的CO2吸收部（3）的CO2吸收溶剂，使得在该气体中存在的CO2被CO2吸收溶剂吸收，以形成富CO2的溶剂（5），其中富CO2的溶剂在吸收塔的底部被收集并且回收用于再生，以及其中处理的废气（8）在经过一次或多次洗涤步骤（6，7）后被释放到大气中，从而从所述气体中捕获CO2，其中，引入到CO2吸收部的CO2吸收溶剂（4）的温度比吸收器的吸收部中的最高温度低小于5℃。
【专利说明】用于控制雾的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及从基于胺的CO2吸收器中减少胺和胺的降解产物的排放。更具体地，本发明涉及在吸收器中控制含有胺和胺的降解产物的雾的形成。
【背景技术】
[0002]—个典型的用于CO2的吸收器是吸收/去除废气中CO2的塔，例如胺在接触区域被逆流引进与含水的CO2吸收剂接触。接触区域通常包含CO2吸收部以增加吸收剂和气体之间的接触表面。
[0003]已吸收了 CO2的吸收剂在接触区域的下方被收集，并且CO2含量降低的废气从吸收器的顶部被释放。
[0004]一种基于胺的CO2吸收器在CO2-吸收接触区域的上方通常配备有一个或多个水洗部。水洗的主要目的是吸收胺蒸气，以最小化胺向空气中的排放。另一个目的是冷却气体并冷凝水以满足整个吸收器对水分平衡的要求。来自于烟气的冷凝水是洗涤水补充的一种来源。水洗系统中过量的水被放掉并引入到下方的胺部，这些补充以及放掉的流注的效果是减少了水洗液中胺的含量。
[0005]一种通常的假定为水洗填料部的顶部与回收液体之间密切接近于平衡状态，这意味着该气体将含有与液体胺的蒸气压相等的胺的分压，其又受到液体的温度、胺的浓度、CO2负载和pH值的控制。由于低温和低的胺浓度降低了胺的蒸气压，因此，为了最小化溢至大气中的胺，优选在低温和高液体置换率下的水洗操作。
[0006]EP0502596A (三菱JUK0GY0株式会社)1992年09月09日涉及一种用于捕获CO2的装置的吸收器，贫CO2的废气`在其中被洗涤和冷却，而且离开吸收器的气体的温度基本上等于被引入到吸收器的气体的温度。洗涤是为了减少胺的排放。控制温度是为了在装置中避免损失或积聚水。
[0007]US2003045756A (MIMURA TOMIO) 2003 年 03 月 06 日涉及一种用于捕获 CO2 的装置的吸收器，在吸收和洗涤部之间以及洗涤部之间提供有除雾器以减少胺的排放。此外，通过洗涤和冷却气体将胺蒸气从气体中去除。
[0008] 申请人:已经通过可操作性的试验进行了大量的排放测试，处理了来自燃煤锅炉的烟气。已经对各种CO2吸收溶剂进行了测试，其中包括30重量°/d^MEA。该试验包含两个水洗部，其中上部可以被用作专门的活动中的酸洗涤。酸洗涤，如EP2335802A(三菱重工业株式会社)2011年06月22日和W02010/102877A (阿克清洁碳股份公司)2010年09月16日中所述，已经被证明在捕获气相碱性化合物时有效。图1 (现有技术)示出了该试验的简化方案。两者都进行了在线分析(FTIR)和气体的离线取样。
[0009]令人惊奇的是，即使用位于吸收器顶部的酸洗操作消除氨和挥发性烷基胺的排放，在一定时期内也能检测到胺的高排放。胺的排放不能用水洗气-液平衡假设来解释。已发现这种排放是以雾的形式排放的，并发现更多的亲水性化合物例如MEA倾向于在雾中高度累积。该FTIR气体分析仪在加热的样品线(在180°C下工作)上取样和蒸发雾，并且因此测量作为蒸气的总胺含量。业已发现，在烟气进入吸收器时该雾的前体是粉煤灰，烟灰或盐的极其细小的固体颗粒。
[0010]另一个测试在一个更小规模的试验中进行，其中该烟气的源头为丙烷燃烧器。在正常操作中，从锅炉中的排放是不可被FTIR检测的。该燃烧器然后用过量的燃料燃烧进行操作，从而导致大量CO和烟灰的形成。观察到大量的胺排放和可见的雾羽，表明烟灰颗粒为雾核种子。
[0011]这些颗粒最初作为用于在吸收器内部的区域冷凝水的核，水饱和气体在其中被迅速冷却。当形成雾滴时，这些雾滴从周围的气相中吸收胺。在活动期间使用胺溶剂例如MEA的排放测试已经证明，在含有两个水洗部的吸收器系统中，雾负载的排放是整个胺排放的主要贡献者。另一方面，氨(胺如MEA的降解产物)的排放并不涉及雾的排放。这可能归因于氨的溶解度的限制并因此限制在雾滴中的累积。
[0012]当小尺寸的雾滴形成时，其在湿式洗涤器和常规除雾器中很难被除去。这些雾滴的直径的尺寸范围为0.1-10 μ m，而且该雾从试验吸收器的顶部形成一种可见的白色的羽。
[0013]从其他行业可以知晓能够通过纤维类型的除雾器去除雾。通过这些除雾器的表观速度必须非常低而压力降则要高，使得这种类型的除雾器很少能够吸引用于大型气体容积的应用，例如发电厂的烟气的净化。湿式静电除尘器(ESP)也被证明对除去雾和细粉尘是有效的，但是其具有较高的投资和操作成本。
[0014] 申请人:已经发现雾的形成也可以通过在将废气引入CO2吸收器之前除去或减少来自于进入的气体中的细和超细颗粒的含量而被减少。常规的用于除去细和超细颗粒的方法，例如ESP和湿法烟气脱硫(FGD)限制了捕获在亚微米范围内的颗粒的效率。针对雾的除去或减少，湿法ESP可以被用于减少或除去亚微米的颗粒。如上所述，湿法ESP的投资和操作成本是很高的。
[0015]根据现有技术，溶液在气体被洗涤之后的雾的减少过程是没有效率的。
[0016]本发明要解决的问题是去除或显著地减少来自基于胺的碳捕获装置的胺或其降解产物的释放。更具体地，本发明是针对减少由雾的形成引起的胺的释放，该胺与贫CO2的废气一起被释放到周围环境中。
[0017]因此，正在寻求允许减少来自基于胺的用于CO2捕获的装置的吸收器的雾，或液滴，和更具体地含有高浓度的胺或其降解产物的雾的排放的可替代的解决方案。
【发明内容】
[0018]本发明提供了一种用于从含有CO2的气体中捕获CO2的方法，例如来自火力发电厂燃烧碳质燃料的废气，或者任意其它含有CO2的工业气体，其中，通过使所述气体逆流流向引入到吸收器中的CO2吸收部的CO2吸收溶剂，使得在该气体中存在的CO2被CO2吸收溶剂吸收，以形成富CO2的溶剂，其中富CO2的溶剂在吸收塔的底部被收集并且回收用于再生，以及其中处理的废气在经过一次或多次洗涤步骤后被释放到大气中，从而从所述气体中捕获CO2，其中，引入到CO2吸收部的CO2吸收溶剂的温度比吸收器的吸收部中的最高温度低小于50C。雾主要是在饱和气体混合物的冷却过程中产生的，而且在含有饱和核的饱和气体混合物的快速冷却过程中最为显著。通过避免吸收器的吸收区域的上流中的气体混合物冷却，或者至少避免其快速冷却，形成在吸收区域的雾避免形成或显著地减少。形成的任何雾将具有反映气体混合物中的冷凝液的组成的组合物。因此，在吸收区域形成的任何雾将具有高含量的胺或其降解产物。传统上，吸收器的吸收部通过在吸收区域中引入冷的CO2溶剂而被冷却。该冷的溶剂的温度通常比吸收器的吸收区域中的最高温度低30°c或更多，而且冷却在吸收区域的顶部相对突然地发生。减少或者甚至避免在吸收区域中的内容物的冷却导致该区域中雾形成的显著地减少或避免。
[0019]根据一种实施方式，引入到CO2吸收部的CO2溶剂的温度基本上等于或高于吸收器的吸收部中的最高温度。通过引入温度与吸收区域中最高温度相等或更高温度的溶剂，在吸收区域不会发生冷却，使得其中没有雾形成。
[0020]根据一种实施方式，离开吸收区域的处理的气体经过两个或多个下游的洗涤步骤，其中气体逆流流向水进行洗涤，而且其中引入到第一洗涤步骤中的洗涤水的温度等于或高于引入到该洗涤步骤中的烟气的湿球温度，以避免冷却低于湿球温度的气体，并且从而避免在第一洗涤步骤中雾的形成。
[0021]根据一种实施方式，控制吸收器的温度以使得贫吸收剂以60_85°C的温度被引入到吸收部的顶部。
[0022]根据一种具体的实施方式，被引入到吸收区域的吸收剂的温度在70-80°C之间。
[0023]根据一种实施方式，酸洗部位于洗涤步骤的下游以除去来自废气的碱性气体化合物例如挥发性胺和氨。胺及其主要的降解产物是基本的种类，而且仍存在于处理的废气中的气态胺或其降解产物通过酸洗被有效地除去或显著地减少。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1是传统的碳捕获装置的原理图，
图2是本发明的一种实施方式的原理图，
图3是本发明的一种可替代的实施方式的原理图，
图4是本发明的一种可替代的实施方式的原理图，
图5示出了在吸收器的CO2吸收部的模拟温度曲线。
【具体实施方式】
[0025]图1示出了根据现有技术的碳捕获装置。含有CO2的气体，例如来自燃烧碳质燃料的发电厂的废气通过废气入口 I被引入到吸收器2中。在吸收器2中，使废气在CO2吸收部3中逆流流向水溶性的吸收剂。该水溶性的吸收剂，为一种或多种胺的水溶液，通过贫吸收剂管道4被引入到CO2吸收部3的顶部。
[0026]已经吸收CO2的富吸收剂在吸收器的底部被收集并通过富吸收剂管道5排出。离开CO2吸收部3的耗尽CO2的烟气，然后在一个或多个洗涤区域6、7中被洗涤以冷却烟气，以及从运载该烟气的吸收剂中除去或减少胺和降解产物的量。此后将该冷却和洗涤的废气通过耗尽CO2的烟气管道8从吸收器中排出，并释放到大气中。
[0027]在每个洗涤区域6、7的下方分别设置一个收集盘9、9’以收集洗涤水通过洗涤水再循环管道10、10’用于再循环，并且通过泄出管道11、11’将过量的液体放掉至下方的填料，或者为现有的洗涤区域6，或者为接触区域3。在再循环管道10、10’中分别设置洗涤水循环冷却器12、12’以冷却洗涤水。[0028]在被引入到再生塔20以从富吸收剂中解吸CO2之前，通过富吸收剂管道5排出的富CO2吸收剂在交叉换热器13中与管道4中的贫吸收剂加热。该富CO2吸收剂被引入到再生塔的填料21的顶部，而且使其逆流流向CO2和填料21中的蒸气。
[0029]再生吸收剂在再生塔20的底部被收集，并且从此处通过贫吸收剂回收管道22排出。在管道22中的贫吸收剂被分开进入再沸器管道23，并被弓丨入到再沸器24中，在再沸器24中贫CO2吸收剂被加热以产生蒸气，蒸气通过蒸气管道25和用于回收贫吸收剂返回至如上所述的吸收器中的贫吸收剂管道4被引入到再生塔中。
[0030]管道4中的贫CO2吸收剂在交叉换热器13中与管道5中的富吸收剂冷却，并且在被引入到吸收器2之前在冷却器14中进一步冷却。
[0031]从吸收剂中汽提出的CO2与蒸气一起，通过在位于填料21上方的洗涤区域26中逆流流向洗涤水进行洗涤。洗涤水在收集器27中的洗涤区域26的下方被收集并通过洗涤水回收管道28被回收。
[0032]如果有必要，可以设置用于循环和/或增加液体压力的泵，标记为P。
[0033]CO2和蒸气的混合物通过CO2管道29从再生塔中排出，通过冷却器30进行冷却，并且在CO2通过CO2出口管道32被排出以进一步处理前，冷凝水从塔顶接收器31的汽提器中的CO2中分离出来。冷凝水通过冷凝水管道33排出并再循环至该装置的需要水i的处理中，例如，在被释放至周围环境中之前用于贫CO2烟气洗涤的洗涤水。
[0034]在填料床3中溶剂与CO2反应，并由于放热反应而放热。在CO2吸收部3中观察到钟形温度曲线(温度凸起)，其最高温度通常约为65-75°C。大量的水从溶剂中被蒸发，而且蒸气随烟气进入到吸收床的顶部，在吸收床的顶部蒸气在一定程度上被冷的贫胺冷却。该气体在水洗中被进一步冷却。
[0035]本发明的发明人已确定雾是在特征为陡峭的温度骤降或淬冷的区域内的包含成核种子的水饱和气体中形成的。因此期望避免区域发生淬冷，或者确定淬冷只是发生在胺或其降解产物的低分压区域。在碳捕获装置的操作过程中不同的兴趣点的通常的温度表示为 tl-tlOo
[0036]针对现有技术的装置的状态的通常的温度如下表1所示。
【权利要求】
1.一种用于从含有CO2的气体中捕获CO2的方法，例如来自火力发电厂燃烧碳质燃料的废气，或者任意其它含有CO2的工业气体，其中，通过使所述气体逆流流向引入到吸收器中的CO2吸收部的CO2吸收溶剂，使得在该气体中存在的CO2被CO2吸收溶剂吸收，以形成富CO2的溶剂，其中富CO2的溶剂在吸收塔的底部被收集并且回收用于再生，以及其中处理的废气在经过一次或多次洗涤步骤后被释放到大气中，从而从所述气体中捕获CO2，其中，弓丨入到CO2吸收部的CO2吸收溶剂的温度比吸收器的吸收部中的最高温度低小于5°C。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，引入到CO2吸收部的CO2溶剂的温度基本上等于或高于吸收器的吸收部中的最高温度。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，离开吸收区域的处理的气体经过两个或多个下游的洗涤步骤，其中气体逆流流向水进行洗涤，而且其中引入到第一洗涤步骤中的洗涤水的温度等于或高于引入到该洗涤步骤中的烟气的湿球温度。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其中，控制吸收器的温度以使得贫吸收剂以60-85°C的温度被引入到吸收部的顶部。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，被引入到吸收部的贫吸收剂的温度在70-80°C之间。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法，其中，被引入到吸收塔的贫吸收剂的温度等于或闻于塔的吸收部的最闻温度。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的方法，其中，酸洗部位于洗涤步骤的下游以除去来自废气的碱性气体化合物例如挥发性胺和氨。
【文档编号】B01D53/14GK103764257SQ201280031692
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2012年7月4日 优先权日:2011年7月5日
【发明者】O·M·巴德, S·伍德豪斯, O·高赛特, V·安德森 申请人:阿克工程及技术股份公司