专利名称：使用混合铵/碱溶液从烟道气流中除去二氧化碳的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于从烟道气流中除去二氧化碳的方法和装置。
背景技术：
co2的碱性洗涤是许多年前就已知的一种方法。专利描述了氨、钠和 钾溶液至少一定程度吸收C02的能力。这些专利表明，NH3比钾和钠对应 物更有效，且具有较低的再生成本。使用氨溶液的问题是氨的挥发性和在 方法的吸收和再生步骤过程中发生的氨损失的可能性。因此需要具有低再 生能量和低氨挥发性的C02洗涤溶液。
发明内容
本发明是一种方法，其满足了对具有低再生能量和低氨挥发性的co2 洗涤溶液的需求。本发明是一种通过用铵和钠碳酸盐的混合物或铵和钾碳
酸盐的混合物从气流中洗涤出C02而,人该气流中除去C02的方法。混合碱 溶液利用了使用氨来获得高C02水合率和使用钠或钾来获得高生产能力的
益处。为了获得相同的洗涤速率，在单一碱溶液中需要具有高氨蒸气压或
低co2生产能力的溶液。使用铵和其他碱金属碳酸盐如碳酸钠和/或碳酸钾
的混合物作为C02洗涤溶液提供了在仍保持高C02水合率的同时获得低再
生能量和低氨挥发性的机会。参考以下说明、权利要求和附图将会更好地 理解本发明的这些和其他特征、方面和优点。
图l是根据本发明的一种方法的示意图。
具体实施例方式
本发明是通过使用铵和其他碱金属碳酸盐化合物如碳酸钠和/或碳酸
钾的混合物从气流中洗涤出co2来从该气流中除去co2的方法。
在该方法中起作用的吸收/再生方程式是 CO, + C02 + H2Oh2HCCV (1)
在吸收方法中，co2气体和水蒸汽被吸收到碳酸盐溶液中形成碳酸氢
盐。预计C02的水合是该方法的速率限制步骤。氢氧化物和氨二者增加了
C02的水合率。然而，将该溶液的pH增高到其中存在氢氧化物用于C02 洗涤的情形，将会需要大量添加碱如NaOH或KOH。在其中C02水合是 快速的且co2的生产能力高得足以是经济的条件下搡作碳酸铵溶液，将该 方法带入其中氨蒸气压是大的且难以控制的情形。因此，氨与其他碱如钾 或钠的混合物用于使该溶液对C02的吸收能力最大化，在洗涤方法过程中 保持高C02水合率，且使氨挥发性和从该吸收方法中的释放最小化。 一旦 该吸附溶液被C02饱和，它就必需进行再生。如反应1的逆过程所示，该 溶液通过加热该溶液以释》文C02来再生。
再生能量对于该方法的经济性是非常重要的。反应能量的评价表明， 方程式(1)的能量消耗是相同的，不论使用Na+、 K+或NH4+。然而，为 了以快速C02吸收的方式操作Na+或K+体系，还将会需要再生碱。因为 NaOH和KOH均是强石威，所以用于回收的能量消耗很可能限制Na+或K+ 类似物的应用性。用于溶解NaOH和KOH的弁H^分别等于-44.5 kJ/mo1 和-57.5kJ/mo1。然而，在NH3存在于溶液中时，仍然可获得高(302水合率， 且因为NH3是弱碱，溶解能量是5kJ/mo1,使得氨在混合碱溶液中再生成 为该方法中经济上可行的。
需要具有低再生能量和低氨挥发性的溶液。使用铵和其他碱金属碳酸 盐的混合物作为C02洗涤溶液，提供了在仍保持高C02水合率的同时获得 低再生能量和低氨挥发性的机会。
转到图1,洗涤耀4皮分为两个部分202和204。为了更有效地除去C02,从烟道气流202中除去S02和N0x。优选的除去S02和NOx的方法是通过 类似于美国专利第6,605,263号和第6,936,231号中所述的氨洗涤溶液，其 中烟道气在进入传质段之前被冷却到饱和，206。在传质段208中，使用 pH控制的硫酸铵溶液除去S02和NOx。最后，使用如湿静电沉淀器210 的设备除去气溶胶或颗粒。 一旦从烟道气流中除去S02和NOx,在C02捕 获段212中捕获二氧化碳。
在C02捕获段使用的溶液是碳酸钾和碳酸铵的混合物或碳酸钠和碳酸 铵的混合物218。该溶液通过C02传质段，从烟道气流中除去C02并产生 碳酸盐/碳酸氬盐溶液。然后通过在高温下加热220,释放C02、NH3和H20， 而将该混合碱金属碳酸氢盐溶液再生。C02与NH3和H20分离222，并且 是能够进一步加工以产生易螯合C02流的基本上纯的C02流。NH3和H20 返回到再生的>5友酸钾溶液中，并重新供给至洗涤器中。
实验显示了 ，存在可接受的碳酸盐/碳酸氬盐溶液的浓度和酸度范围以 进行本发明的方法。已经发现，可接受的碳酸盐/碳酸氢盐浓度范围是5-20wt%,铵是0.1 - 3wt。/。以及碱金属是4 - 25wt%。该溶液将具有8.5和12 之间的pH。
实验还显示了碳酸盐/碳酸氢盐溶液的浓度和S吏度的最佳范围。最佳的 碳酸盐/碳酸氢盐浓度是7 - 8wt%,最佳的铵浓度是0.20 - 0.25wt。/。以及最 佳的钾浓度是7 - 8wt%。最佳的pH范围是10和10.5之间。
使用混合^ 威系统的一些优点包括
1. 对于与碳酸铵溶液相比具有相同生产能力的溶液，具有较低的氨 蒸气压。
2. 较高的C02水合率，因此与碳S交钠或碳酸钾洗涤溶液相比，需要 较少的传质设备。
3. 与碳酸铵溶液相比，对于既定pH能够采用较高的碳酸盐浓度，改 善了该溶液的生产能力。
虽然本文描述了本发明的优选实施方案，但以上描述仅仅是举例性 的。本文所公开的发明的进一步的改造将会被相关领域技术人员想到，并且所有这些改造被视为是在如所附的权利要求所限定的本发明的范围内。
权利要求
1.一种从气流中除去CO2的方法，所述方法使NH3损失和再生能量最小化，仍保持高CO2去除率，所述方法包括提供包括CO2的烟道气流；提供还包括铵和至少一种碱金属的碳酸盐/碳酸氢盐溶液；将CO2从所述烟道气流中吸收到所述碳酸盐/碳酸氢盐溶液中，从而产生另外的碳酸盐/碳酸氢盐；以及通过加热所述溶液以释放CO2来再生所述碳酸盐/碳酸氢盐溶液。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述碱金属是钠或钾。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中所述碳酸盐/碳酸氬盐溶液具有5 - 20wt。/。浓度的碳酸盐/碳酸氬盐、0.1 - 3wt。/。浓度的铵和4 - 25wt。/。浓度的》威金属。
4. 根据权利要求3所述的方法，其中所述碳酸盐/碳酸氬盐溶液的pH是在8.5和12之间。
5. 根据权利要求2所述的方法，其中所述碳酸盐/碳酸氢盐溶液具有7 - 8wt。/。浓度的碳酸盐/碳酸氬盐，0.20 - 0.25wt。/。浓度的铵和7 - 8wt。/。浓度的钾。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中所述碳酸盐/碳酸氢盐溶液的pH更优选是在10和10.5之间。
7. 根据权利要求3所述的方法，还包括控制所述碳酸盐/碳酸氪盐溶液中的铵浓度以补偿从所述方法中损失的氨蒸气的步骤。
8. 根据权利要求1所述的方法，还包括提供用于从所述烟道气流中吸收C02的C02传质^a的步骤。
9. 根据权利要求1所述的方法，还包括在C02吸收步骤之前除去在所述烟道气流中存在的S02、颗粒物质和任何气溶胶的步骤。
10，根据权利要求9所述的方法，其中除去颗粒物质和任何气溶胶是用湿静电沉淀器进行的。
11. 根据权利要求1所述的方法，其中再生步骤除了 C02以外还从碳酸盐/碳酸氢盐溶液中释放NH3和H20。
12. 根据权利要求11所述的方法，还包括将所释放的NH3和H20返回到所述碳酸盐/碳酸氢盐溶液的步骤。
13. 根据权利要求11所述的方法，还包括从所释放的NH3和H20中分离C02的步骤。
14. 一种用于从气流中除去C02的洗涤塔装置，其使NH3损失和再生能量最小化，仍保持高C02去除率，所述装置包括铵捕获段；(302捕获段；湿静电沉淀器段；以及传质段。
全文摘要
一种通过用铵和碱金属碳酸盐如碳酸钠和/或碳酸钾的混合物从气流中洗涤掉二氧化碳来从气流中除去二氧化碳的方法。使用混合碱金属碳酸盐溶液作为CO<sub>2</sub>洗涤溶液提供了在仍保持高CO<sub>2</sub>水合率的同时获得低再生能量和低氨挥发性的机会。
文档编号B01D53/14GK101678268SQ200880014466
公开日2010年3月24日 申请日期2008年5月1日 优先权日2007年5月1日
发明者乔安娜·邓肯, 克里斯托弗·麦克拉诺恩, 弗朗西斯·阿利克斯 申请人:鲍尔斯潘公司