[发明专利]用于降低CO2捕获系统的能量需求的方法和系统

说明书

相关申请的交叉引用

本发明专利申请要求2010年9月13日提交的共同未决的美国临时申请No. 61/382,205的优先权。

技术领域

本发明所公开的主题涉及用于从烟道气流去除二氧化碳(CO₂)的系统和方法。更具体而言，本发明所公开的主题涉及用于降低CO₂捕获系统的能量需求的系统和方法。

背景技术

在诸如煤、石油、泥煤、垃圾等的燃料在诸如发电设备的燃烧设备中的燃烧过程中，生成常常称为烟道气的热过程气体，该气体除了其它组分之外还包含二氧化碳(CO₂)。将二氧化碳释放到大气中的负面环境效应已广为人知，并且已导致适于从在上述燃料的燃烧中生成的热过程气体中去除二氧化碳的系统和工艺的发展。

在用于去除CO₂的各种系统/方法中，提供了吸收器容器，其中离子溶液以逆流的方式与包含CO₂的烟道气流接触。此前公开的一种系统和工艺是用于从燃烧后烟道气流中去除CO₂的基于单级冷冻氨的系统和方法。名称为“Ultra Cleaning of Combustion Gas Including the Removal of CO₂”(包括去除CO₂的燃烧气体的超净化)的公开的美国专利申请公开2008/0072762中已提出和教导了这样的系统和工艺，该申请全文以引用方式并入本文中。在该冷冻氨系统中，离子溶液由例如水和铵离子、碳酸氢根离子、碳酸根离子和/或氨基甲酸根离子组成。在其它系统中，可以设想，离子溶液可以是胺。还可以设想，离子溶液可通过酶(例如碳酸酐酶)或胺(例如哌嗪)来促进。

吸收器容器被构造成接纳源自例如燃烧化石燃料的锅炉的燃烧室的烟道气流(FG)。该容器还被构造成接纳来自再生系统的贫CO₂离子溶液源。贫离子溶液经由液体分配系统被引入容器，同时烟道气流FG还经由烟道气入口被吸收器容器接纳。

离子溶液经由气-液接触装置(以下称为质量传递装置MTD)与烟道气流接触，气-液接触装置用于质量传递并且位于吸收器容器中和这样的路径内，即，烟道气流从该路径的进口经由在吸收器容器的底部部分处的入口行进至路径在吸收器容器的顶部部分处的出口。MTD可以是例如一个或多个公知的结构化或随机的填充材料或它们的组合。

离子溶液在MTD的顶部处被引入并下降穿过MTD，从而与上升(与离子溶液的方向相反)且穿过MTD的烟道气流FG接触。

一旦与烟道气流接触，离子溶液就用来从烟道气流吸收CO₂，从而使离子溶液“富含”CO₂(富溶液)。富离子溶液继续向下流过质量传递装置，然后收集在吸收器容器的底部中。富离子溶液然后经由再生系统再生以释放由离子溶液从烟道气流吸收的CO₂。从离子溶液释放的CO₂可接着被输出以储存或用于其它预定的用途/目的。一旦从离子溶液释放CO₂，离子溶液就被称作是“贫的”。贫离子溶液于是再次做好从烟道气流吸收CO₂的准备并且可以被引导回液体分配系统，从而被再次引入吸收器容器中。

虽然CO₂捕获系统可有效去除由发电产生的CO₂，但在这样做时，它们消耗本来可用于别处的功率。换言之，CO₂捕获系统可以对发电设备产生“寄生负载”。因此，持续需要减少CO₂捕获系统对发电设备产生的寄生负载。

发明内容

根据本文所示方面，提供了一种用于降低CO₂捕获系统的能量需求的方法，该方法包括：使烟道气流与贫CO₂吸收剂流在吸收器中接触，从而从烟道气去除CO₂并提供富CO₂吸收剂流；利用来自贫CO₂吸收剂流的热量加热富CO₂吸收剂流的第一部分，并且将经加热的富CO₂吸收剂流的第一部分提供至再生器；将富CO₂吸收剂流的第二部分提供至再生器，其中经加热的第一部分比第二部分更热，并且经加热的第一部分在再生器中相对于第二部分的高度更低的高度处提供至再生器。