[发明专利]从液态二氧化碳中去除有害物质的方法及用于实施该方法的装置

说明书

本发明涉及一种用于从二氧化碳流中分离出有害物质的方法及装置。所述有害物质例如为硫化合物或汞化合物。

由于所谓的温室效应和与此相关的全球温度升高，评估大气中温室效应气体的排放日益严格。温室效应相当大的部分被归咎于化石燃料燃烧时生成的二氧化碳CO₂。

现在存在这样的社会共识，即分离电厂废气中的二氧化碳可以阻碍温室效应的增长。由于此种原因，相应的进一步发展应该使得设备可以少排放或完全不排放二氧化碳。因此正在开发最新的二氧化碳低排或无二氧化碳排放的电厂方案。所有方案均追求的共同目标是使二氧化碳在低能耗条件下尽可能完全地并以高纯度分离。

这里，首先将二氧化碳的分离作为中心。但此外存在其它不希望的物质，这些物质视燃料类型而产生且必须去除。在这些物质中，硫、汞或其化合物是数量上最常见的。

最新电厂方案具有的一般条件总是根据最新的现有技术具有最新的有害物质分离。

迄今为止，在电厂中产生的有害物质，如硫化合物或汞化合物，直接从气相中去除。这样，例如硫化氢的分离借助于气体清洗完成。气体清洗时，气流被输送经过吸收器，在吸收器里液体介质吸收有害物质。液体吸收介质例如是链烷醇胺水溶液，尤其为甲基二乙醇胺水溶液，或者例如冷的甲醇，其被用于低温甲醇洗工艺。这类使用液体吸收介质的方法是公知的并确立在各种技术中。

现有技术的缺点主要在于，所述气体清洗方法导致能量需求增加，因为它们会与工艺步骤如压缩和/或冷却相连。

吸收介质的再生通过蒸馏进行，而蒸馏伴随着显著的能量需求。

另外，这种工艺的装置相对复杂，这对于工艺实施和投资成本具有不利影响。

本发明的目的是阐述为主要使用化石燃料的电厂去除有害物质的节能可能性。此外，应该提供一种易于运行的装置用于实施所述方法。

本发明基于以下事实，即对于主要由二氧化碳CO₂组成且具有有价值气体和有害物质部分的气体混合物，恰在二氧化碳液化时，有害物质优选富集于液态二氧化碳中。这一知识将被如下充分利用，即通过使用吸附材料/吸附剂，优选固体吸附材料，实现在低温条件下由二氧化碳的液相中分离有害物质。这里尤其有利的是，分离有害物质的能量平衡在低温情况下有正面的结果，即需要的总能耗减少。

由液相分离有害物质可以在低温情况下通过吸附材料非常有利地实现，因为这里使用的材料具有大的用以吸收有害物质的表面积。

如果这种从主要由二氧化碳组成的气流中分离有害物质的方法与一种其中二氧化碳已呈液态的方法结合，则会在总的能量平衡中实现协同效应。

设置并保持所述工艺温度低于-30℃是特别有利的。使用低于-70℃的温度是无意义的，因为在如此的低温，二氧化碳为固态。

根据温度/压力图，工艺压力原则上必须在二氧化碳的三相点之上。因此所述压力至少为5巴。一个同样对于此工艺温度可用的温度范围起始于-5℃并向低温方向延伸。

使用从气体混合物（主要由二氧化碳组成）中分离有害物质的方法在所谓的无二氧化碳电厂中特别有利地得以实现。在这种电厂中，二氧化碳的分离可以低温进行。在这里，二氧化碳被降温、液化并分离。液相非常适于有害物质的吸附分离，因为所述有害物质优选富集于液态二氧化碳中。此外低温有利于吸附，因此免除了例如迄今为止设置的气体清洗。固定床吸附器的使用对于有害物质的吸附是有利的，因为这里使用具有大表面积的固体物质。所述固体物质特别为黏土（氧化铝）、活性炭、硅胶、沸石或具有大表面积的聚合物。

因为吸附剂的表面在工艺过程中被有害物质占据，所以设计使各个固定床吸附器反复再生是有利的。

下面借助于所附的示意图说明实施例。

具体的附图为：

图1    图示固定床吸附器，载有有害物质的液体二氧化碳被引导通过该吸附器，其中有害物质被吸附于该固定床吸附器中。

图2    显示并联的吸附器，其可通过相应的阀门单个或成组地在吸附和再生运行状态之间切换。

有害物质的吸附在固定床吸附器中进行，如在图1和2 中所示。所述吸附剂必须在一定的使用时间后再生。再生通过降低压力、提高温度或通过导入气体或蒸气，或者上述方法的结合来实现。因此具有多个吸附器，其交替运行或可以进行再生。在图2中显示了三个固定床吸附器的布局。类似的结构对于两个或多于三个的吸附器是可行的。