专利名称：在从气流中除去二氧化碳之后除去氨的制作方法
技术领域：
本申请涉及一种从气流中除去CO2的方法和一种用于从气流中除去CO2的多级吸收系统。在除去CO2之后，氨通过吸收在吸收液体中而从气流中除去。
背景技术：
在用于从主要含有氮气、氧气、氢气、一氧化碳和/或甲烷的诸如烟气、天然气、合成气或其他气流的气流中工业分离诸如H2s、CO2, COS和/或硫醇的酸性组分的方法中，通 常将包含胺化合物的溶液或氨水溶液用作溶剂。酸性组分在吸收过程中吸收在溶剂中。该过程通常可称为主洗漆(main scrubbing)过程。在由所述溶液“洗涤”所述酸性组分之后，诸如痕量的氨、胺化合物或胺化合物的降解产物的污染物保留在气流中。必须从气流中除去这些污染物。目前已知的系统和方法用以在水洗步骤中从气流中除去这些污染物。在该水洗步骤中，将气流在合适的接触装置中用水洗涤。通常，用于洗涤气流的水为新鲜水或从与气流处理有关的汽提过程获得的水。在用水洗涤气流之后，将水I)送回到获得其的汽提单元或
2)与在主洗涤过程中使用的溶液简单混合。WO 2006/022885 (2007年I月16日提交的美国专利申请11/632537号，且其整体以引用的方式结合到本文中)公开了一种这样的从烟气中除去二氧化碳的方法，该方法包括在CO2吸收器中借助于氨化溶液或浆料从烟气中捕获C02。CO2在吸收器中在约(TC -200C的降低的温度下由氨化溶液吸收，此后使氨化溶液在再生器中在升高的压力和温度下再生以允许CO2作为高纯度的气态二氧化碳从氨化溶液中散逸。US 5，378，442公开了一种通过使用烷醇胺水溶液吸收在燃烧废气中存在的二氧化碳来回收二氧化碳的方法，其包括使已经自其吸收并除去二氧化碳的燃烧废气与含有二氧化碳的水接触的步骤。据教导使处理过的废气与含有CO2的水接触容许从处理过的废气(在吸收CO2之后的废气)中有效除去氨并且可使用所回收的CO2的一部分以容易地增加溶解的CO2的浓度。利用使用塔板的普通气-液接触方法在吸收塔的顶部使含CO2的水与处理过的废气接触，以吸收在其中存在的氨，且随后引导含有氨的水到安装在CO2吸收和回收系统外部的流出物处理设施或相似设施。例如在汽提单元中用过的洗涤液体的再生通常为能源密集且因此昂贵的方法。引导用过的吸收液体到外部流出物处理设施与接近工业工艺的一般环境需求相反，且导致高水耗。因此，需要改善有关洗涤和/或吸收液体的处理。发明概述本发明的一个目的在于提供一种在从气流中除去CO2的方法或系统中用于处理洗涤和/或吸收液体的改善的方式。相对于上述目的来讲的另一目的在于通过使洗涤和/或吸收液体在所述方法或系统中循环的改善的方式降低用于从气流中除去CO2的方法或系统的成本。其他目的可获得降低在气体净化方法或系统中使用的化学品的排放的环境、健康和/或经济益处。根据在本文中说明的各方面，提供一种从气流中除去CO2的方法，其包括以下步骤(a)在CO2吸收阶段使包含CO2的气流与包含氨的第一吸收液体接触，以从所述气流中除去CO2 ；(b)将从步骤(a)产生的用过的吸收液体送去再生；
(c)通过从用过的吸收液体释放CO2使第一吸收液体再生且使第一吸收液体返回到步骤(a);(d)将从步骤(C)释放的CO2供给到第二吸收液体；(e)在污染物吸收阶段使离开步骤(a)的气流与第二吸收液体接触，以从所述气流中除去氨；和(f)取出从步骤(e)产生的用过的吸收液体的一部分且将所述液体部分送去在步骤(C)中再生，随后使从步骤(e)产生的用过的吸收液体作为第二吸收液体再循环到步骤⑷。在该方法中，供给到第二吸收液体的CO2为通过使从气流中除去CO2获得的第一吸收液体再生而释放的CO2，所述去除包括使所述气流与包含氨或胺化合物的第一吸收液体接触的步骤。因此，允许消除常规上在CO2吸收阶段之后的水洗和汽提过程。因此，能节约在与水洗单元及其汽提器的操作相关的设备以及操作成本、主要是能源成本。通过使离开污染物吸收步骤的用过的吸收液体再循环，可降低液体的使用量，可能引起成本降低和对环境的影响降低。本文使用的术语“污染物”通常是指在气流中存在的不想要的组分。污染物通常在气流中将以较少量的体积存在。污染物可能为不想要的，例如因为其降低了气流在随后的应用或其他处理过程中的可用性或者因为其赋予了气流不想要的性质，诸如毒性、环境缺点、臭味等。污染物的一个例子为氨。因此，“污染物吸收阶段”或“污染物吸收器”是指用于吸收这类污染物的过程或装置。碱性化合物通常用于例如在步骤(a)中从气流中除去诸如C02、H2S和COS的酸性气体的吸收过程中。步骤(e)提供了从气流中除去碱性污染物。至少一种欲除去的污染物为氨。在污染物吸收阶段中使用之前供给CO2到第二吸收液体会明显改善吸收阶段除去诸如氨的碱性污染物的效率。尽管本发明不受任何特定科学解释的束缚，但该明显改善的促成因素可能是由CO2在吸收液体中溶解为碳酸导致的吸收液体的pH值向酸性侧偏移。通常，通过主洗涤过程中使用的第一吸收液体而在气流中引入的污染物具有腐蚀性或略有腐蚀性的特点。因为这样，如果水的pH值向酸性侧偏移，则可以改善相应污染物的气/液平衡。然而，该明显改善远远超出单单归咎于PH值这样的转变所作出的贡献。在步骤(f)中，用过的吸收液体的一部分液体送去再生可在步骤(f)在基本上未自步骤(e)产生的用过的吸收液体中释放氨的情况下进行时发生。在这种情况下，本领域技术人员可以清楚短语“基本上没有释放”允许例如氨轻微泄露或排放，但是，例如为了输送气态氨流去再生由步骤(e)产生的用过的吸收液体的气/液分馏不在步骤(f)的范围之内。作为例子，不发生由步骤(e)产生的用过的吸收液体或由步骤(e)产生的用过的吸收液体的那部分的汽提。送去在步骤(C)中再生的来自步骤(e)的用过的吸收液体的那部分可能在再生器料罐中与来自CO2吸收阶段(a)的用过的吸收液体合并，以回收在再生步骤(C)中捕获的氨。送去在步骤(C)中再生的来自步骤(e)的用过的吸收液体的一部分的传送也将维持自再生步骤(C)的所要CCV流量。在步骤(f)中取出的由步骤(e)产生的用过的吸收液体的那部分可为由步骤(e)产生的用过的吸收液体的较少部分。该较少部分可能占由步骤(e)产生的用过的吸收液体的25%或更少，10%或更少，5%或更少，或1%或更少。引入第二吸收液体的CO2可能以各种物理形态。该CO2可例如以固体、液体、超临界流体或气体的形态或其混合物引入。已经发现该CO2可以液体的形态方便地引入第二吸收液体中。因此，从步骤(C)释放的0)2在于步骤(d)中供给到第二吸收液体中之前可以转化为液体形态。所述转化可通过冷却在步骤(c)中释放的气态CO2进行或辅助。
为了考虑到在步骤(e)期间发生的化学反应释放的反应热，例如，NH3-CO2-H2O反应的热，并减少在步骤(e)期间从第二吸收液体释放的CO2蒸气，第二吸收液体可在于步骤(e)中与离开步骤(a)的气流接触之前被冷却。可使含有欲去除污染物的气流与第二吸收液体的接触以允许污染物吸收到第二吸收液体中在各种配置中进行，这对本领域技术人员来说是显而易见的。已经发现当在步骤(e)中使气流与第二吸收液体以逆流接触时实现特别高效的吸收。为了容纳沉淀的固体，步骤(e)的污染物吸收阶段可包括适合液/气接触设计的传质装置，优选为塔板设计。所述方法在CO2吸收阶段(a)根据所谓的冷冻氨方法操作时可行，其中烟气在进入CO2吸收塔之前冷却到低于环境(室内)温度。例如，在步骤(a)中，可将烟气冷却到低于25°C，优选低于20°C，且任选低于10°C。氨化溶液或浆料可用作CO2吸收液体，可将其冷却到例如低于25°C，优选低于20°C，且任选低于10°C。预期所述方法在CO2吸收阶段(a)根据基于胺的方法操作时也可行。换而言之，所述方法可以其中在步骤(a)中第一吸收液体包含胺化合物且在步骤(e)中除去氨、胺化合物或胺化合物的分解产物的方式操作。胺化合物的实例包括但不限于单乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、甲基二乙醇胺(MDEA)、二异丙胺(DIPA)和氨基乙氧基乙醇(二甘醇胺)(DGA)。在工厂中最常用的胺化合物为这些醇胺MEA、DEA和MDEA。进一步预期吸收液体还可包括增强在由氨化溶液捕获CO2中涉及的化学反应动力学的促进剂。例如，该促进剂可包括胺(例如哌嗪)或酶(例如碳酸酐酶或其类似物)，其可以溶液形式或固定在固体或半固体的表面上。步骤(e)和步骤(a)可在同一容器内进行。在同一吸收塔中步骤(e)可在进行步骤(a)之上进行。这种配置允许节省材料和成本。关于上述方面提到的特征也可适用于以下描述的发明的方面。根据本文说明的其他方面，提供一种从具有一定流向的气流中除去CO2的多级吸收器系统，其包括用于使包含CO2的气流与第一吸收液体接触的CO2吸收器，
用于通过从用过的吸收液体释放CO2使第一吸收液体再生的再生器，连接CO2吸收器和再生器以将用过的吸收液体送到再生器的第一管路，和连接再生器和CO2吸收器以使第一吸收液体返回到CO2吸收器的第二管路；和相对于所述气流的流向在CO2吸收器下游的用于使所述气流与第二吸收液体接触的污染物吸收器，和连接污染物吸收器的液体出口和液体进口以使用过的吸收液体作为第二吸收液体再循环到污染物吸收器的再循环管路；所述多级吸收器系统还包括连接再生器和再循环管路以将从再生器释放的CO2供给到第二吸收液体的CO2管 路，和连接再循环管路和再生器以将来自污染物吸收器的用过的吸收液体的一部分送去再生器的液体管路。术语“液体管路”是指适合并意在将液体从污染物吸收器送到再生器的管路。液体穿过液体管线，例如，当再循环管路和液体管路没有诸如汽提器的设备用于将用过的吸收液体或用过的吸收液体的一部分转化为气态时。用于供给CO2到第二吸收液体的设备可适合将固体、液态超临界流体或气体形式的CO2引入第二吸收液体中。以液体形式的CO2例如可经由注入喷嘴引入第二吸收液体中。因此，CO2管路可包括诸如用于使CO2液化的冷却器的设备。如上述所考虑，在污染物吸收器中可能释放反应热。考虑到这样，并且为了减少在污染物吸收器中的CO2蒸气释放，再循环管路可包括冷却器。上文已经讨论了污染物吸收器的传质装置的设计。因此，污染物吸收器可为逆流吸收器。为了容纳沉淀的固体，污染物吸收器可包括适合液/气接触设计的传质装置，优选为塔板设计。可行的是根据所谓的冷冻氨方法操作所述多级吸收器系统。因此，CO2吸收器可适合在低于环境温度操作。例如，在低于25°C的温度，优选低于20°C，且任选低于10°C下。预期可行的是同样根据基于胺的方法操作多级吸收器系统。因此，CO2吸收器可适合使包含CO2的气流和与包含胺化合物的第一吸收液体接触，并且污染物吸收器可适合使气流与第二吸收液体接触以吸收氨、胺化合物或胺化合物的分解产物。污染物吸收器和CO2吸收器可配置在同一容器内。在同一吸收塔中污染物吸收器可配置在CO2吸收器之上。这种配置允许节省材料和成本。上述和其他特征通过下图和详细描述例证。
现参照附图，该附图为一个示例性的实施方案图I为大致描述用于从气流中除去CO2的基于氨的系统的图。发明详述图I示出用于从气流中除去CO2的多级吸收器系统。该系统包括配置成让欲净化的气流与包含氨的第一吸收液体接触的CO2吸收器301。欲从其中除去CO2的气流经管线302进料到CO2吸收器301。在该CO2吸收器中，该气流例如通过使气流鼓泡穿过包含氨的吸收液体或通过将吸收液体喷雾到气流中而与所述吸收液体接触。包含氨的第一吸收液体经管线303进料到CO2吸收器301中。在该CO2吸收器中，来自气流的CO2例如通过形成以溶解或固体形式的碳酸铵或碳酸氢铵而吸收在吸收液体中。含有吸收的CO2的用过的吸收液体经管线304离开吸收器且进入再生器(即，汽提单元)311，在其中CO2从用过的吸收液体释放且使第一吸收液体再生。再生的第一吸收液体返回到CO2吸收器301。释放的CO2经管线312离开再生器311。贫CO2的气流经管线305离开CO2吸收器。由图I表示的系统还包括污染物吸收器306。污染物吸收器306配置成让经管线305离开CO2吸收单元301的贫CO2的气流与第二吸收液体接触。第二吸收液体经管线307进料到污染物吸收器。在该污染物吸收器单元中，当气流离开CO2吸收器301时保留在气流中的氨被吸收在第二吸收液体中。含有吸收氨的用过的吸收液体经管线308离开污染物吸收器。贫CO2和氨的气流经管线309离开污染物吸收器306。经管线308离开污染物吸收器306的用过的吸收液体经料罐315和管线307再循环到污染物吸收器306中。在管线307中的冷却器容纳NH3-CO2-H2O的反应热并且冷却第 二吸收液体来减少在污染物吸收器306中的CO2蒸气。在料罐315中，从再生器311释放的CO2经管线313供给到第二吸收液体。在管线313中的冷却器的辅助之下，供给到料罐315的CO2是液体。从料罐315流出的第二吸收液体的排出流经管线316送到再生器料罐317并且进一步到再生器311以回收在再生器中捕获的氨。虽然已参考许多示例性实施方案描述了本发明，但本领域技术人员应当理解的是，在不偏离本发明的范围的情况下可进行多种改变且可用等效物替代其要素。另外，可在不脱离本发明的必要范围的情况下进行许多修改以适应本发明的教导的特定情形或材料。因此，并非想要将本发明限制于作为用于实施本发明的最佳模式而公开的特定实施方案，而是本发明将包括落入随附权利要求书范围内的所有实施方案。
权利要求
1.一种用于从气流中除去CO2的方法，其包括以下步骤 (a)在CO2吸收阶段使包含CO2的气流与包含氨的第一吸收液体接触以从所述气流中除去CO2 ； (b)将从步骤(a)产生的用过的吸收液体送去再生； (C)通过从用过的吸收液体释放CO2来使所述第一吸收液体再生且使所述第一吸收液体返回到步骤(a); (d)将从步骤(C)释放的CO2供给到第二吸收液体； (e)在污染物吸收阶段使离开步骤(a)的气流与所述第二吸收液体接触以从所述气流中除去氨；和 (f)取出从步骤(e)产生的用过的吸收液体的一部分且将所述液体部分送去在步骤(C)中再生，随后使从步骤(e)产生的用过的吸收液体作为第二吸收液体再循环到步骤⑷。
2.根据权利要求I的方法，其中步骤(f)在基本上未自从步骤(e)产生的用过的吸收液体中释放氨的情况下进行。
3.根据权利要求I的方法，其中在步骤(f)中取出的由步骤(e)产生的那部分用过的吸收液体为由步骤(e)产生的用过的吸收液体中的较少部分。
4.根据权利要求I的方法，其中从步骤(C)中释放的CO2在步骤(d)中供给到所述第ニ吸收液体之前转化为液态。
5.根据权利要求I的方法，其中所述第二吸收液体在步骤(e)中与离开步骤(a)的气流接触之前被冷却。
6.根据权利要求I的方法，其中在步骤(e)中使所述气流与所述第二吸收液体以逆流接触。
7.根据权利要求I的方法，其中步骤(e)的污染物吸收阶段包括塔板设计的传质装置。
8.ー种用于从具有一定流向的气流中除去CO2的多级吸收器系统，其包括 用于使包含CO2的气流与第一吸收液体接触的CO2吸收器， 用于通过从用过的吸收液体释放CO2使所述第一吸收液体再生的再生器， 连接所述CO2吸收器和所述再生器以将用过的吸收液体送到所述再生器的第一管路，和 连接所述再生器和所述CO2吸收器以使所述第一吸收液体返回到所述CO2吸收器的第ニ管路； 和相对于所述气流的流向在所述CO2吸收器下游的 用于使所述气流与第二吸收液体接触的污染物吸收器，和 连接所述污染物吸收器的液体出口和液体进ロ以使用过的吸收液体作为第二吸收液体再循环到所述污染物吸收器的再循环管路； 所述多级吸收器系统还包括 连接所述再生器和所述再循环管路以将从所述再生器释放的CO2供给到所述第二吸收液体的CO2管路，和 连接所述再循环管路和所述再生器以将来自所述污染物吸收器的用过的吸收液体的一部分送去所述再生器的液体管路。
9.根据权利要求8的多级吸收器系统，其中所述再循环管路和所述液体管路不具有用于将所述用过的吸收液体或所述用过的吸收液体的一部分转化为气态的设备。
10.根据权利要求8的多级吸收器系统，其中所述CO2管路包括使CO2液化的设备。
11.根据权利要求8的多级吸收器系统，其中所述再循环管路包括冷却器。
12.根据权利要求8的多级吸收器系统，其中所述污染物吸收器为逆流吸收器。
13.根据权利要求8的多级吸收器系统，其中所述污染物吸收器包括塔板设计的传质装置。
14.根据权利要求8的多级吸收器系统，其中所述CO2吸收器适于使包含CO2的气流与包含氨的第一吸收液体接触，且其中所述污染物吸收器适于使所述气流与第二吸收液体接触以便吸收氨。
15.根据权利要求8的多级吸收器系统，其中在同一吸收塔中所述污染物吸收器配置在所述CO2吸收器之上。
全文摘要
一种从气流中除去CO2的方法，其包括以下步骤(a)在CO2吸收阶段使包含CO2的气流与包含氨的第一吸收液体接触；(b)将从步骤(a)产生的用过的吸收液体送去再生；(c)通过从用过的吸收液体释放CO2来使第一吸收液体再生且使第一吸收液体返回到步骤(a)；(d)将从步骤(c)释放的CO2供给到第二吸收液体；(e)在污染物吸收阶段使离开步骤(a)的气流与第二吸收液体接触；和(f)取出从步骤(e)产生的用过的吸收液体的一部分且将所述液体部分送去在步骤(c)中再生，随后使从步骤(e)产生的用过的吸收液体作为第二吸收液体再循环到步骤(d)。
文档编号B01D53/96GK102781550SQ201080058123
公开日2012年11月14日 申请日期2010年11月23日 优先权日2009年12月17日
发明者D·J·穆拉司金, P·U·科斯, S·K·杜贝 申请人:阿尔斯通技术有限公司