[发明专利]一种从源气体中除去目标气体成分的方法和集成系统

说明书

技术领域

本申请涉及一种从源气体中除去目标气体成分的方法和集成系统。更具体的，涉及一种从电厂废气中除去和捕集二氧化碳的方法和装置。

背景技术

二氧化碳作为一种温室气体，其在大气中的日益增长被认为已直接导致了全球的气候变化。而化石燃料燃烧发电过程产生的二氧化碳是导致大气中二氧化碳浓度升高的主要原因。目前世界上超过85%的能源需求都来自于化石燃料，因为它的能源生产技术可靠、成本低、适用性强且能量密度高。

据悉，未来20年化石燃料的消耗将增加27%。因此,国际社会应对环境危机的一个主要努力方向就是在确保维持全球经济增长的同时减少二氧化碳的排放。为应对这一重大挑战，从燃料燃烧源控制二氧化碳排放的技术正日益受到关注。

要减少世界范围内二氧化碳的排放，且同时满足化石燃料等能源需求，意味着碳捕捉及封存(CCS)技术是十分需要的。随着技术的发展，立法部门将要求新工厂准备进行碳捕集，且在一个确定的日期，需装备新CCS设备。一旦CCS技术被全面证明是可行的，现有工厂的CCS设备极有可能需要被翻新。排污权交易和CO₂捕捉也将成为在现有的和新的工厂安装CCS设备最主要的驱动力。

目前有三种主要捕集方式可以用于电厂CO₂捕集，分别是燃烧前捕集、燃烧后捕集和富氧燃烧。

燃烧前捕集主要应用在IGCC系统中，其将煤高压富氧气化变成煤气，在经过水煤气变换后产生CO₂和H₂，其中气体压力和CO₂浓度都很高，很容易对CO₂进行捕集。该技术的优点是捕集系统小、能耗低，在效率以及对污染物的控制方面有很大的潜力，因此受到广泛关注。然而，IGCC发电技术仍面临着投资成本太高、可靠性还有待提高等问题。

富氧燃烧采用传统燃煤电站的技术流程，但通过制氧技术，从空气中分离出氧气，采用高浓度的氧气与抽回的部分烟道气的混合气体来替代空气，这样得到的烟气中有高浓度的CO₂气体，可以直接进行处理和封存。该技术路线面临的最大难题是制氧技术的投资和能耗太高，现在还没找到一种廉价低耗的能动技术。

燃烧后捕集即在燃烧排放的烟气中捕集CO₂，燃烧后捕集技术适用于任何一种火力发电厂，可以应用于新电厂也可以对原有电厂升级改造。此项技术也相对成熟，是未来减排市场中最具潜力的技术。

燃烧后捕集二氧化碳技术，是最适合的从燃料发电厂捕集二氧化碳的商业化技术，目前在天然气加工和炼油工业中已有极好的应用。然而，现有捕集工艺的电效率较低，结果是由于实质性的抽汽需要提供再生所需溶剂的热量导致汽轮机功率下降。通过尾气中的O₂、SO_x、NO_x和微颗粒等的溶剂化学降解和热再生工艺中的溶剂热降解会增加溶剂填装成本并降低电厂的安全性。且溶蚀会带来无预期的停工、生产损失并缩短设备的使用寿命，它对电厂的经济效益有直接的影响。为了使燃烧后捕集技术在不同规模的电厂中得到商业化应用，还需要开发高可靠性、低投入和低运营成本的燃烧后捕集技术。

发明内容

发明要解决的问题

本发明旨在解决现有的燃烧后捕集CO₂技术存在的物料、能源利用率低、安全性、运行成本有待提高的问题，提供一种二氧化碳捕集全过程集成系统、使用该系统捕集二氧化碳的方法。通过该捕集系统和捕集方法，在发电厂原有的捕集设备的基础上无需经过大量的系统升级改造，就可获得可靠性高、投入低、运营成本极大降低的二氧化碳捕集技术。

用于解决问题的方案

本发明人通过研究原料气的条件、不同吸收溶剂、蒸气和吸收液进料量、体系物料循环速度等对系统的影响，从能源利用和降低操作成本的角度出发，对系统的动力学、热力学进行优化，获得了最佳的二氧化碳捕集方案。

更具体的，本发明如下，通过以下方案来解决发明要解决的技术问题：

（1）一种用于从源气体中除去目标气体成分的方法，所述方法包括：

a）包含目标气体成分的源气体流经吸收塔，在其内部的填充床中与逆流的吸收液流混合，进行气体吸收，吸收后的贫气体从吸收塔的顶部离开，进入水洗塔循环洗涤和除沫，之后离开系统，

b）水洗塔的循环的过量水一部分循环至水洗塔顶部使用，