[发明专利]基于化学吸收用于分离CO2的方法和系统

说明书

本发明涉及基于再生性化学吸收用于分离CO₂的方法和系统，包括吸收器，其中CO₂保留于吸收剂液体中，并且包括其中释放CO₂，产生在吸收单元中再利用的再生的吸收剂的再生器。本发明提出了整个捕获过程的配置，其允许显著降低主要与吸收剂的再生相关的能量需求及其较小的热降解的有效操作。

技术领域

本发明涉及一种基于再生化学吸收的用于分离CO₂的方法，所述方法使用其中CO₂保留于吸收性液体中的吸收器，和其中CO₂被释放而获得在吸收器中再利用的再生吸收剂的再生器。本发明提出了整个捕获过程的配置，其允许更有效的操作，并因此显著降低了主要与吸收剂的再生相关的能量需求，以及其较少的热降解。

背景技术

自1930年代以来，酸性气体的再生化学吸收已经用于许多工业过程中。基本的方法已经被R.R.Bottoms申请了专利(美国专利号1783901)，并在此之后，多年来开发了许多配置和/或化学吸收剂，以实现优化分离CO₂的整个过程，特别是显著降低主要与吸收剂再生有关的能量消耗的目的。

吸附器的常规布置的不同变型也已经提出，描述于专业文献(美国专利号8192530)中。在另一方面，该领域登记的大多数专利都涉及再生器中应用的改进：利用来自再生器出口流的显热(sensible heat)的能量，预热再生器入口处的冷凝物，部分蒸发再生器出口处的汽提物而使输入再生单元的罐的总能量最小化，对再生器的上部加压以降低再生单元的汽提流中的水/CO₂比，等等。所有这些改进导致吸收剂再生中与常规排布设计结构相比的重要能量减少。

近年来，基于化学吸收分离CO₂的方法引起了工业层面的巨大兴趣，因为其可能被用于CO₂捕获和储存技术的领域，主要是产生电能的过程中，水泥工业中和钢铁生产中。最早在专业文献中涉及应用化学吸收降低CO₂向大气中排放的专利可以追溯到1990年代中期(WO 1995/021683)。尽管被认为是工业领域中的成熟技术，但用于分离来自燃烧和/或过程气体的CO₂的化学吸收的应用却带来了某些困难，其必须被解决才能在商业规模上进行开发，但这仍然未能以有效的方式得到解决。

这些困难主要归结于与吸收剂的再生相关的高能量消耗和由于在捕获过程期间发生的氧化和热机制所致的所述吸收剂经历的降解。这些方面意味着在基于化石燃料燃烧的电力生产设施中使用化学吸收单元可能涉及电力循环的净产率的高达10个点的损失，使其在工业规模上的实施在经济上是不可行的。(Pulverized coal oxycombustion powerplants.Volume 1:Bituminous coal to electricity,Final report 1291.DOE-NETL,2007,pp.5-6)。

关于吸收剂的降解，该参数与再生单元中的操作条件的定义非常相关。根据GTRochelle(Rochelle,G.T.；Current Opinion in Chemical Engineering,2012,1(2):183–90)，通过基于具有如使用伯胺和仲胺而发生的快速动力学的化合物的化学吸收而分离CO₂的方法，在每吨CO₂的能量消耗方面，在高温和高压下操作是有利的。因此，解吸单元中的操作温度是基于其产生吸收剂可允许的最大降解而定义的，即，观察到的降解比率通过在吸收剂的再生期间捕获的每吨CO₂的比消耗的显著降低而抵消(Oexmann,J.；Ather,A.,International Journal of Greenhouse Gas Control,2010,4(1),36-43)。

现在，有许多公司持有专门用于工业过程中的二氧化碳捕获的商业规模化学吸收许可证，这表明了这些开发在环境技术和需要从气体流中分离CO₂酸性气体的化学与工业方法的领域中引起的兴趣。