[发明专利]用于在酸性气体捕获过程中降低能量的方法和装置

说明书

技术领域

目前温室气体(特别是CO₂)的大量排放被认为是全球变暖的一个主要原因。吸收法是最常用的除去CO₂的方法，但是从具有低CO₂分压的气体中大规模除去CO₂受到经济考虑的限制。从天然气、工艺气体、特别是来自例如基于化石燃料的发电站、钢铁厂的废气中吸收CO₂和H₂S与用于吸收剂再生的高的能量需求有关。

本发明解决了这一特殊问题，因为它引入了一种新的方法和装置，通过添加可简化再生、但对吸收器的操作产生有限影响的组分而降低了吸收剂再生的能量需求。

背景技术

图1简要给出了用于从(例如)废气中除去酸性气体(例如CO₂或H₂S)的吸收设备的常规布置图。待处理的气体1进入吸收器底部，并向上穿过吸收器A1。贫吸收剂(lean absorbent)3在高于柱的内部构件的位置进入吸收器A1，并与气体逆流向下穿过。相之间的紧密接触和吸收剂性能使酸性气体离开气相，并被吸收于吸收剂中，这通常部分由液相中的放热化学反应引起。为了限制吸收剂的损失，吸收器可以在顶部装有水洗部分，但这与本发明无关。

净化气体2在顶部离开吸收器A1，而此时富含酸性气体的液体4从底部离开吸收器A1。然后，富吸收剂(rich absorbent)溶液4穿过热交换器H1，在热交换器中它被加热至接近解吸器温度的温度，然后作为流5运送至解吸器D1中。

在解吸器中，控制酸性气体溶液的平衡(包括化学反应)由于温度增加而被逆转。温度的增加通过引入对解吸器再沸器R1的直接加热或间接加热而实现，如图1所示。在酸性气体的平衡逆转和解吸后，吸收剂作为流7离开解吸器，并作为贫吸收剂6从再沸器R1离开，再沸器R1也产生用于解吸器的流11。贫吸收剂6在其可能被冷却并作为流3被引导回到吸收器A1之前，穿过热交换器H1，并同时加热富吸收剂。来自解吸器的CO₂连同水蒸气8运送至冷凝器C1中，在冷凝器C1中温度降低，水被冷凝并返回到解吸器9中。主要包含CO₂的气相10为产物。

将这项技术用于全球以例如大规模除去CO₂的主要障碍在于，在解吸器中吸收剂再生所需的能量。例如，常规技术如Fluor Econamine法通常使用约3850MJ能量/吨CO₂去除，用于从来自燃煤发电站的废气中吸收CO₂(S.Reddy等人.Proceedings 2^nd national conference onCarbon Sequestration，pp 1-11，Alexandria USA，Ma 2003)。已经对这些方法进行了改进，Fluor Econamine Plus法据称再生能量需求为约3250 MJ/吨CO₂去除(S.Reddy等人.Proceedings 2^nd national conferenceon Carbon Sequestration，pp 1-11，Alexandria USA，Ma 2003)。Mitsubishi也开发了新的方法，他们的新吸收剂KS1据称需要约3250MJ/吨CO₂去除(S.Reddy等人.Proceedings 2^nd national conference on CarbonSequestration，pp 1-11，Alexandria USA，Ma 2003，和Mimura等人.Energy Convers.Mgmt.36(1995)，pp397-400和Chem.Eng.Comm.170(1998)，pp 245-260)。

然而，这些能量需求的降低并不足以使吸收法被接受为(例如)从废气中除去CO₂的可行技术。尽管不能给出用于再生能量需求的必需降低的精确量，但是据信，1500-1800MJ/吨CO₂去除的范围会是可接受的。