[发明专利]碳捕获系统和方法

说明书

发明领域

本发明涉及气候保护技术领域，特别涉及使用其中用氨基溶液或浆液从发电厂烟道气中吸收二氧化碳的系统对化石燃料电厂中碳捕获的方法进行改进。

发明背景

化石燃料发电厂能够在首次建成时或作为翻新装备有二氧化碳(CO₂)捕获装置。一种显示大规模实际应用的近期前景的技术包括使用富氨溶液和浆液从发电厂烟道气中吸收CO₂的方法。

例如，国际专利申请公布号WO 2006/022885 A1(E.Gal)描述了急冷氨型方法，其中在常规污染控制装置(例如静电沉降器和烟道气脱硫器)下游，将该烟道气冷却到远低于环境饱和温度，并用冷水对其湿法洗涤以除去常规装置未除去的残余污染物。然后将该清洁的烟道气通过一个或多个在约大气压和在0℃～20℃范围内的低温下操作的CO₂吸收器，在其中该烟道气中的气态CO₂与氨化溶液反应。在通入该CO₂吸收器中之前将该烟道气冷却降低了其水分含量和其体积，由此提高了该CO₂的浓度，并使其得到更有效地捕获。而且，在该吸收器中相对低的洗涤温度提高了CO₂向氨溶液的传质，同时降低了该氨的蒸汽压，由此容易防止其蒸发到烟道气体物流中。然后将来自该吸收器容器的该富含CO₂的氨溶液加压加热以将吸收的CO₂作为相对清洁的加压CO₂气体物流(其包含低浓度的氨)释放，通过随后的冷洗涤工艺将后者除去。该氨溶液现在是贫CO₂的，将其再循环用于进一步的CO₂吸收任务。同时，能够将该CO₂气流冷却并进一步加压以储存并封存(sequestration)。读者参照上述专利公开文件以获得对该方法的更完整描述。

碳捕获方法当然旨在减缓由于大气中温室气体的浓度提高而造成的环境变化的发生。然而，大多数气候专家都同意一些全球变暖已经发生，而且将持续至少几十年。全球变暖引发的气候变化的结果将包括在世界上的一些区域中干旱的增加，其伴随着水的短缺。此外，还存在对用于提高农作物产量的肥料的增加需求。

发明内容

因此，本发明提供了用于从化石燃料发电厂的含水蒸气的、经脱硫的烟道气中除去二氧化碳同时输出肥料和水的物流的系统。该系统包括：

(a)第一烟道气冷却阶段，包括水冷却装置和连接用于接收来自该水冷却装置的冷却循环水以冷却该烟道气并同时冷凝其中的水的第一烟道气冷却器；

(b)第二烟道气冷却阶段，包括在闭合回路中与第二烟道气冷却器连接的冷却剂冷却装置，由此该第二烟道气冷却器接收来自该冷却剂冷却装置的循环冷却剂以进一步冷却该烟道气并由此冷凝另外的其中的水；

(c)排放装置，通过其从该系统中分别除去至少等于由第一和第二烟道气冷却阶段中冷凝的量的各自的水物流用于进一步的应用；

(d)二氧化碳吸收阶段，使用循环的富氨溶液以从该冷却的脱水的烟道气中吸收二氧化碳并输出包括夹带的氨的贫二氧化碳的烟道气的物流；

(e)二氧化碳再生阶段，接收来自该二氧化碳吸收阶段的包含二氧化碳的富氨溶液，通过加热该富氨溶液以从其中释放吸收的二氧化碳来输出包括夹带的氨的二氧化碳物流，并将该贫二氧化碳的富氨溶液再循环到该二氧化碳吸收阶段；

(f)从该系统中除去二氧化碳物流用于长期储存的装置；

(g)硫酸洗涤阶段，接收来自该二氧化碳吸收阶段的该贫二氧化碳的烟道气体物流，通过将氨与硫酸反应以制备浓缩的硫酸铵溶液而从其中除去氨，并输出贫二氧化碳的清洁烟道气体物流；

(h)排放装置，通过其从该系统中除去该浓缩的硫酸铵溶液物流用于进一步的应用；和

(i)接收来自该硫酸洗涤阶段的该清洁烟道气并将其排放到大气中的装置。

以下可以是必须或合意的：将水洗涤阶段位于该二氧化碳吸收阶段和该硫酸洗涤阶段之间以从该贫二氧化碳的烟道气体物流中回收初始比例的氨，该回收的氨循环到该二氧化碳吸收阶段中的氨化溶液中。水洗涤阶段也可以位于该二氧化碳再生阶段之后以在将该二氧化碳从该系统中除去用于长期储存之前从该二氧化碳物流中回收氨，该回收的氨循环到该二氧化碳再生阶段中的该氨化溶液中。