[发明专利]用于通过气体解吸进行热整合液体吸收剂再生的工艺和设备

说明书

发明领域

本发明涉及一种用于提高气体汽提(gas stripping)和吸收剂再生的能量效率的方法和设备，并且具体而言涉及从液体吸收剂汽提CO₂。

发明背景

本说明书中对任何现有技术的参考不是，并且不应被看作是，承认或以任何形式暗示所述现有技术在澳大利亚或任何其它国家管辖权内构成普通常识的一部分，或者所述现有技术可以合理地期望被本领域技术人员确定、理解和认为是相关的。

发电站、水泥窑和钢生产中从烟气分离CO₂允许这些工业活动继续使用化石燃料，同时减少最重要的温室气体即CO₂的排放。虽然当前正在开发用于从烟气分离CO₂的若干不同的工艺，但使用化学吸收剂的水溶液的化学吸收工艺是主导技术，这主要归因于其先进的发展状态。虽然它已在低CO₂去除容量下是可行的，但它并未达到大规模工业操作所必需的规模。扩大工艺的规模因此是一项重要挑战。图1中示出了使用化学吸收剂进行CO₂回收的典型工艺流程图。

在冷却之后，使烟气100与吸收器102中的化学吸收剂相接触。需要鼓风机103在气体穿过温度典型地处于40℃与60℃之间的冷却器104之后将所述气体泵运穿过吸收器，借此CO₂之后被吸收器102中的化学吸收剂结合。在穿过吸收器102之后，烟气经过水洗涤部段113以使系统中的水平衡，并且去除所携带的蒸气的任何液滴并之后离开吸收器102。然后将含有化学结合的CO₂的“富”吸收剂溶液经由热交换器105泵运至汽提塔107的顶部。在高温(100℃至140℃)下，在1巴与2巴之间的压力下，在汽提塔107中进行化学吸收剂的再生。汽提塔107是使富吸收剂与再沸器108中产生的蒸汽相接触的气体/液体接触器。

热量被供应给再沸器108以维持再生条件。这会导致因加热溶液以提供解吸化学结合的CO₂和充当汽提气体的蒸汽产生所需的解吸热量所致的能量代价。将蒸汽回收在冷凝器109中并且回送至汽提塔107，而CO₂产物气体110离开冷凝器109。在冷却水或空气冷却装置中带走冷凝物的热量。CO₂产物110是相对纯的(>99％)产物，其中水蒸气是主要其它组分。由于化学吸收工艺的选择性性质，惰性气体的浓度是低的。然后将含有极少CO₂的“贫”吸收剂溶液111经由贫-富热交换器105和冷却器112泵运回至吸收器102以使其下降至吸收器温度水平。CO₂去除率典型地是在90％左右。

化学吸收工艺的能量需求主要来自供应给再沸器108的热量。所述热量用于从贫溶液106产生充当汽提气体的蒸汽，即，所述热量使CO₂的分压保持足够低以为解吸工艺提供驱动力。蒸汽也是热能量的载体，通过蒸汽的冷凝，它释放解吸CO₂和加热通过解吸塔107的化学吸收剂所需的能量。再沸器108中生成的蒸汽的量应保持尽可能低，但一些蒸汽总是不可避免地会与产生的CO₂一起从解吸单元流失，并且这代表能量损失，因为蒸汽通常被冷凝并且能量是在冷却水中被带走的。

需要提出一种比当前工艺更能量有效的工艺和设备。现有技术中已经建议了各种方法。

WO 2007/075466公开了一种方法，其中从解吸塔的底部离开的贫化学吸收剂被送至压力比平衡压力更低的闪蒸器。贫溶液具有低CO₂分压；因此所产生的蒸气主要是蒸汽。可以将蒸汽再压缩并且将其注入到解吸器中以为解吸塔中的化学吸收剂的汽提和加热提供另外的蒸汽。这需要添加两件设备：闪蒸器和压缩机。这增加了资本和操作费用。另外，添加另外的压缩机增加了总能耗-因此有损于节能，这是不希望的。

US 4152217公开了通过使用热交换器，通过与进入解吸塔的富吸收剂溶液进行热交换从离开解吸塔的CO₂/蒸汽混合物提取热能来回收和再利用热量。这允许冷凝物的潜在热量被回收为富吸收剂中的可感热量。然而，本专利的教义显示需要富吸收剂流分裂成两股流，这从工艺流程和控制角度而言是复杂的。

US 4444571公开了一种从气体/蒸汽混合物回收潜在热量的方法，所述方法使用相较于混合物中含有的其它气体可选择性透过蒸汽的膜。将主要含有蒸汽的渗透物再压缩，并且将所述渗透物注入到解吸塔的底部部段中。虽然合适的膜是可获得的，但所述工艺需要额外的能量，这是不希望的。