[发明专利]用于处理烟道气的系统和方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及用于从输入气流中除去CO₂的系统和方法。

背景技术

需要这样的方法，其可以从由例如发电厂、水泥厂和钢铁厂产生的烟道或燃料气中捕获CO₂，以缓和由于来自上述设施的CO₂排放所造成的全球变暖。从在工业生产过程中产生的气体如烟道气中分离CO₂是碳捕获和隔离(CCS)方法中的第一步骤，其中分离CO₂，压缩成高密度流体，运送并隔离(sequester)在深部的盐水含水层、枯竭的石油和天然气田、深部煤层、或深海储层(reservoir)中。

由于与放出CO₂的工业基础设施有关的非常大的投资，所以优选的是，可以改进分离过程以捕获从上述现有基础设施排出的烟道气，一种称作燃烧后捕集(PCC)的方法。现有的许多化学和物理方法用来从烟道或燃料气中分离CO₂，但广泛采用任何上述方法的障碍是技术、经济以及环境障碍。对于发电厂，可行的PCC CCS方法通常预期要满足以下规范：

·CO₂分离(包括压缩成高密度流体)的成本，少于US$20/吨；以及

·从烟道气捕获CO₂的效率超过90％；以及

·电力生产效率(电力输出与燃料的低热值)降低不小于5％；以及

·没有另外的环境危害。

目前并没有可以满足所有这些规范的CCS方法。已认识到，分离成本是所有CCS方法步骤中的最高成本。开发了一种基于胺的技术(称作MEA)，用来从气体中分离CO₂，以提高石油和天然气回收。然而，即使可以克服所面临的其它技术经济障碍，通常胺，以及氨，会产生有毒废料，而且较大的环境影响可以使得基于胺和氨的方法可能对于大规模CCS是不可接受的

除PCC以外，在工业过程中可以除去CO₂作为纯CO₂气流。例如，化石燃料和纯氧气的燃烧导致对于CCS来说基本上为纯CO₂的气体。然而，从空气中分离氧气的成本是昂贵的，其不能满足用于CO₂分离成本的规范。在另一种方式中，在气化器中用蒸汽处理化石燃料以产生包含氢气、CO₂和CO的燃料气，然后通过水-气变换反应器将CO转化成CO₂。从氢气中分离CO₂。胺途径可以用来从这些燃料气流以及其它溶剂如醇中净化(洗出)CO₂。在这些净化方法的使用中，存在能量损失、以及对环境的影响。此外，可以派生出用于在更高温度下从燃料气流中除去CO₂的CCS方法。

一种用于CCS分离技术的有前途的方式是钙可再生吸附剂(CRS)方法，其还称作CaO循环。Heesink等(A.B.M.Heesink and H.M.G.Temmink″Process for removing carbon dioxide regeneratively from gasstreams″US Patent 5,520,84)在1994年首次描述了这种方法，用于从烟道气和燃料气流中除去CO₂。他们描述的系统涉及碳化器，其中吸附剂CaO或MgO.CaO，和气流中的CO₂反应，以产生CaCO₃或MgO-CaCO₃。它还描述了反应的吸附剂转移到第二反应器，煅烧炉，其中CO₂作为纯气流被释放并且吸附剂被再生，然后循环回到碳化器。驱动此过程的能量被施加于煅烧炉并通过热交换器(其中它可以用来产生能量)从碳化器释放。Shimizu等(T.Shimizu，T.Hirama，H.Hosoda，K.Kitano，″A twin bedreactor for removal of CO₂ from combustion processes″，Trans I ChemE，77A，1999)提出，在600℃下的CaO碳酸化可以用来从烟道气中捕获CO₂以产生CaCO₃，以及通过和CaCO₃一起燃烧燃料，类似于常规煅烧，但使用来自分离工厂的纯氧气，则可以发生在950℃以上的CaO再生/煅烧，以致产生纯CO₂和蒸汽作为输出。石灰石，CaCO₃，用作原料。