[发明专利]从气流中脱除二氧化碳的装置和方法

说明书

发明背景

本发明涉及为了减少二氧化碳向环境的排放而从工业气流和排放 物中脱除二氧化碳的装置和方法。

近150年来，大气中二氧化碳的浓度已从280ppm上升到370ppm， 主要来自特别是用于发电厂和运输的化石燃料的用量的增加。然而， 对消费者来说要迅速转变为通过使用替代的可再生能源来满足所有能 源需求则成本很高、破坏经济性且目前在技术上不切实际。

需要减少二氧化碳的排放以使大气中二氧化碳浓度稳定并从长远 来看降低大气中二氧化碳的浓度。用于显著降低大型二氧化碳排放装 置如燃煤发电厂、水泥厂、气体处理设备和铁冶炼厂的排放量的有前 景的技术包括从工艺气流中分离和捕集二氧化碳、压缩二氧化碳并随 后以防止二氧化碳泄漏到大气的方式储存二氧化碳。

在食品和化学工业中从气流中捕集二氧化碳来生产富含二氧化碳 的气流已经实践了一些时间。例如，天然气生产厂已经定期将二氧化 碳与然后经由管道输送给用户的烃气体分离开。

简而言之，目前用于从气流中分离二氧化碳的技术包括：

●用物理溶剂例如甲醇和化学溶剂例如单乙醇胺(MEA)来吸收 二氧化碳；

●用各种膜从气体中分离二氧化碳；

●将二氧化碳吸收到沸石和其它固体上；和

●低温分离。

这些方法可应用于多种工业气流。但是，当前可得的方法对从二 氧化碳浓度低的大体积低压工业气流例如常规燃煤或燃气发电厂的烟 道气中脱除二氧化碳并不特别有效。特别地，由发电厂产生的大量烟 道气需要大量资本投资来处置这些烟道气，这看起来是一个主要障碍。 另一个困难是将需要大量的能量来使二氧化碳从烟道气中分离后从溶 剂或固体吸收介质中释放出来，所述大量的能量约为煤发电厂总生产 量的30-40％。此外，例如膜分离之类的技术仍没有被充分放大到可 用于在燃煤发电厂规模下捕集二氧化碳的水平。

因此本发明的目标是提供从工业气流中脱除二氧化碳的可供选择 的方法和装置。

发明概述

本发明基于这样的认识：通过使用工业气流中水蒸气冷凝的显热 和/或潜热形式的能量而使所述气流的二氧化碳组分可与气流的其余 组分分离。例如，由燃烧褐煤或黑煤的发电厂所产生的烟道气本身含 有有用量的水蒸气显热和潜热形式的能量，这些能量按照本发明可以 产生动力。

具体地，按照本发明，提供了从处理装置的气流中脱除二氧化碳 的方法，所述气流包括水蒸气和二氧化碳，和所述方法包括如下步骤：

a)通过使所述气流与吸收介质接触来从所述气流中提取二氧 化碳；

b)使二氧化碳从所述吸收介质中挥发，以生成富含二氧化碳的 产物料流；和

c)通过冷凝水蒸气而从气流中获得能量，并使用冷凝潜热作为 热源来加热所述吸收介质来帮助二氧化碳按步骤b)进行挥发。

优选步骤c)还包括使用来自所述气流的显热作为热源来加热吸 收介质。

按照本发明，还提供了从处理装置的气流中脱除二氧化碳的方法， 所述气流包括水蒸气和二氧化碳，和所述方法包括如下步骤：

a)通过使所述气流与吸收介质接触来从所述气流中提取二氧化 碳；

b)使二氧化碳从所述吸收介质中挥发，以生成富含二氧化碳的 产物料流；和

c)以来自所述气流的显热形式从所述气流中获得能量，并使用 所述能量作为热源来加热所述吸收介质以帮助二氧化碳按照步骤b) 进行挥发。

优选的特特征在于前一段落中的步骤c)中还包括通过冷凝水蒸 气而从气流中获得能量，并使用该冷凝潜热作为热源来帮助二氧化碳 按照步骤b)进行挥发。

使用水蒸气的冷凝潜热和来自气流的显热作为热源来帮助二氧化 碳从吸收介质中挥发的好处是使二氧化碳从所述气流中分离出来所需 的外来能量最少化。

除非上下文中另有要求，否则本说明书全文中的术语“热量”是 指以下二者之一或二者的结合：气流中水蒸气的冷凝潜热或是包括气 流中水蒸气显热在内的气流的显热。

可以理解，本发明的步骤a)、b)和c)可以同时、相继或连续 地在处理装置内适当设计的一个或多个设备项目中进行。但是，优选 步骤a)在吸收塔内进行和步骤b)在处理装置的解吸塔内进行。