一种除去烟气中二氧化碳的方法和设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种除去烟气中二氧化碳的方法和设备。本发明还涉及一种由烟气生产肥料的方法和系统。
【背景技术】
[0002]来自发电厂、工厂、炼油厂等的烟气是温室气体的主要来源，尤其是二氧化碳。一些化学的方法和洗涤器用来常规地处理烟气来除去污染物如颗粒物、重金属化合物、氮氧化物、硫氧化物以符合环保排放控制法规。然而，不断需要有涉及捕获和储存二氧化碳方法和系统的经济上可行的技术。
[0003]—种从烟气中回收二氧化碳的经过商业验证的方法中使用包括单乙醇胺(MEA)和其他伯胺在内的商业吸附剂。这些吸附剂能够回收烟气中85-95%的二氧化碳，再生时产生99.95+%纯度的二氧化碳产物。然而，这些吸附剂需要与能量成本相关的定期的再生，随时间推移吸附剂会遭受腐蚀和溶剂降解的问题。
[0004]因此，有必要发展一种替代或改进的除去烟气中的二氧化碳的方法和系统。
【发明内容】
[0005]根据第一方面，本发明提供了一种除去烟气中二氧化碳的方法，该方法包括:
[0006](a)将烟气与氨化溶液接触以产生碳酸氢铵溶液；以及，
[0007](b)将所述碳酸氢铵溶液与硫酸盐源接触以产生碳酸盐化合物和硫酸铵溶液。
[0008]在一种实施方式中，所述方法还可以包括通过将所述碳酸盐化合物与所述硫酸铵溶液分离而回收碳酸盐化合物的步骤。
[0009]在一种优选的实施方式中，所述碳酸盐化合物为碳酸钙。
[0010]根据第二方面，本发明提供了一种除去烟气中二氧化碳的设备，该设备包括:
[0011 ]-配置用于将烟气与氨化溶液接触以产生碳酸氢铵溶液的气体-液体吸收区；
[0012]-所述气体-液体吸收区具有在气体-液体吸收区中的接收烟气和氨化溶液的各自的入口，和用于排出碳酸氢铵溶液的出口；以及，
[0013]-配置用于将所述碳酸氢铵溶液与硫酸盐源接触以产生碳酸盐化合物和硫酸铵溶液的反应器；
[0014]所述反应器具有在反应器中的接收碳酸氢铵溶液和硫酸盐源的各自的入口，和用于排出碳酸盐化合物和硫酸铵溶液的出口。
[0015]在一种实施方式中，所述系统还可以包括用于将硫酸铵溶液与碳酸盐化合物分离的分离器。
[0016]根据第三方面，本发明提供了一种由烟气生产肥料的方法，该方法包括:
[0017]a)将烟气与氨化溶液接触以产生碳酸氢铵溶液；
[0018]b)将所述碳酸氢铵溶液与硫酸盐源接触以产生碳酸盐化合物和硫酸铵溶液；
[0019]c)从硫酸铵溶液中分离碳酸盐化合物；以及，
[0020]d)在生产肥料产品的过程中利用已分离的硫酸铵溶液。
[0021]根据第四方面，本发明提供了一种用于由烟气生产肥料的设备，该设备包括:
[0022]配置用于将烟气与氨化溶液接触以产生碳酸氢铵溶液的气体-液体吸收区；
[0023]-所述气体-液体吸收区具有在气体-液体吸收区中的接收烟气和氨化溶液的各自的入口，和用于排出碳酸氢铵溶液的出口；
[0024]-配置用于将所述碳酸氢铵溶液与硫酸盐源接触以产生碳酸盐化合物和硫酸铵溶液的第一反应器；
[0025]所述第一反应器具有在第一反应器中的接收碳酸氢铵溶液和硫酸盐源的各自的入口，和用于排出碳酸盐化合物和硫酸铵溶液的出口 ；
[0026]-用于从硫酸铵溶液中分离碳酸盐化合物的分离器;以及，
[0027]-配置用于在生产肥料产品的过程中利用硫酸铵溶液的第二反应器。
【附图说明】
[0028]尽管任何其它的形式的可能会落在前述
【发明内容】
的系统和方法的范围内，现参照附图仅通过举例的方式描述【具体实施方式】，其中:
[0029]图1是除去烟气中二氧化碳的工厂的示意图，所述工厂已适用于生产肥料产品；
[0030]图2a是图1所示工厂中使用的NOx和SOx的排放控制单元的示意图；
[0031 ]图2b是图2a所示排放控制单元的分解视图；
[0032]图2c是图2a和2b所示的排放控制单元的另一种示意图；
[0033]图3是图1所示工厂中使用的用于除去烟气中二氧化碳的设备的第一组件的一种实施方式的示意图；
[0034]图4是图1所示工厂中使用的图3所示的用于除去烟气中二氧化碳的设备的第二组件的一种实施方式的示意图；
[0035]图5是图3和图4所示设备的第三组件的一种实施方式的示意图，适用于生产硫酸钾肥料；
[0036]图6是图3-5所示设备的第四组件的一种实施方式的示意图，适用于生产硫酸钾肥料；
[0037]图7是从烟气中除去二氧化碳的设备的一种可选实施方式的示意图。
【具体实施方式】
[0038]第一方面，本发明涉及一种除去烟气中二氧化碳的方法。
[0039]烟气
[0040]术语“烟气”被广泛地用于指通过烟道排放到大气中的任何气体，所述烟道为运输工业或燃烧过程产生的废气的管道或通道。通常地，烟气指的是发电厂燃烧化石燃料如煤、石油和天然气产生的燃烧废气。但是，应当理解的是术语烟气可以指含有由其他工业过程如水泥和石灰的生产、钢铁生产、焚烧炉、大型精炼厂的流程炉、石化和化工厂产生的二氧化碳的废气；也指来自各种类型发动机包括但不限于柴油发动机、内燃机和燃气涡轮发动机的废气。
[0041]烟气的组成取决于燃烧燃料或产生烟气的工业过程的类型。烟气可以包括氮气、二氧化碳、一氧化碳、水蒸气、氧气、碳氢化合物和污染物如颗粒物、氮氧化物(NOx)和硫氧化物(SOx)。
[0042]除去二氧化碳
[0043]除去烟气中二氧化碳的方法包括:
[0044]a)将烟气与氨化溶液接触以产生碳酸氢铵溶液；以及，
[0045]b)将所述碳酸氢铵溶液与硫酸盐源接触以产生碳酸盐化合物和硫酸铵溶液。
[0046]氨化溶液
[0047]术语“氨化溶液”被广泛地用于指含有氨的任何类型的溶液，例如液体溶液尤其是水溶液。氨化溶液中的氨可以为铵离子和/或溶解的分子氨的形式。水溶液中的溶剂可以是水、去离子水、超纯水、蒸馈水、市政供水、采出水(produced water )、工艺用水、盐水(brine)、高盐水(hypersaline water)或海水。
[0048]所述氨化溶液可以通过用溶剂喷射(sparging)氨源如无水氨气而制备，以产生氢氧化铵溶液。或者，所述氨化溶液可以通过将氢氧化铵溶液和/或碳酸氢铵/碳酸铵溶液与溶剂混合而制备O优选地，氨化溶液中的氨浓度在约5 % w/V至约30 % w/v范围内。
[0049 ] 所述氨化溶液的pH值在约9至约11范围内，优选范围为约9.5至约10.5。应当理解的是所述氨化溶液是自缓冲的。
[0050]所述氨化溶液保存于约5°C至约300C的低温下，优选约10°C至约25 V下。所述氨化溶液在低温下保存是为了降低所述氨化溶液上方顶部空间的氨的分压。有利地，正如稍后将描述的氨化溶液的低温可以增加所述氨化溶液吸收烟气中二氧化碳的能力并将二氧化碳作为碳酸氢根/碳酸根阴离子保存于溶液中。
[0051]烟气与氨化溶液接触
[0052]烟气与氨化溶液的接触可以包括将烟气和氨化溶液通过气体-液体吸收区。可以配置所述通过气体-液体吸收区用于将所述烟气与氨化溶液接触以产生碳酸氢铵溶液。
[0053]鉴于CO2-NH3-H2O系统的形态，术语“碳酸氢铵溶液”指的是取决于温度、压力、pH值和碳酸氢铵溶液中二氧化碳和氨浓度的以各种相对浓度含有以下种类(species)的碳酸氢铵水溶液:H+、OH—、NH4.、HN2COO-、HCO3-、C032—。
[0054]应当理解的是，烟气与氨化溶液接触以产生碳酸氢铵溶液而促进二氧化碳(以及SOx和NOx气体，稍后将做描述)在氨化溶液中的吸收。该吸收可以为物理吸收过程或化学吸收过程。
[0055]在物理吸收过程中，二氧化碳气体溶解于氨化溶液中。溶解的二氧化碳气体的溶解度至少部分取决于氨化溶液的温度和压力。
[0056]氨化溶液中与二氧化碳吸收相关的主要的化学吸收过程可以描述为:
[0057]CO2+ (NH4) OH (aq) ^ (NH4) HCO3
[0058]或者为:
[0059]C02+NH3+H20^ (NH4) HCO3 (aq)
[0060]碳酸氢铵是热不稳定的，在高于36°C的温度下可以解离出氨和二氧化碳。因此，所述氨化溶液保存在低于32°C的温度下，优选温度范围为约5°C至约25°C。有利地，二氧化碳在这个温度范围内在氨化溶液中的溶解性能更好。
[0061]在一种实施方式中，所述氨化溶液以喷雾的形式分散于气体-液体吸收区。可以将喷雾通过喷嘴作为液滴引入到气体-液体吸收区中。
[0062]所述喷嘴的运行压力可以选为产生所选择的具有平均液滴尺寸的液滴以确保气体传质所需要的程度而实现氨化溶液中二氧化碳的吸收和有效的气体洗涤。
[0063]所述氨化溶液通过喷嘴的流速可以选为产生所选择的具有平均液滴尺寸的液滴以确保气体传质所需要的程度而实现氨化溶液中二氧化碳的吸收和有效的气体洗涤。
[0064]所述喷嘴可以配置为产生所选择的具有平均液滴尺寸的液滴以确保气体传质所需要的程度而实现氨化溶液中二氧化