[发明专利]一种醇胺法捕集烟气中二氧化碳的加压再生方法

说明书

本发明属于气体分离技术领域，涉及一种醇胺法捕集烟气中二氧化碳的加压再生方法，该方法与传统的醇胺法捕集烟气中二氧化碳的工艺不同，其再生过程不是单一的常压再生，而是先进行常压再生，然后将溶液加压后进行加压再生。本发明提供的方法，具有再生反应的热效率高、再生能耗显著下降、流程简单、无需引入外部高压气提气、热量利用效率高、再生得到的二氧化碳压力高等优点，在二氧化碳捕集领域具有很好的应用前景。

技术领域

本发明属于气体分离技术领域，涉及一种醇胺法捕集烟气中二氧化碳的加压再生方法。

背景技术

化石能源的消耗，会生成大量的二氧化碳。特别是人类进入工业革命之后，随着化石能源消耗的日益增多，越来越多的二氧化碳被排放入大气中，使得大气中二氧化碳的浓度不断提高。2019年2月9日，位于夏威夷的莫纳罗亚天文台记录的有史以来最高的空气中二氧化碳浓度已经达到414.27ppm。由于二氧化碳具有温室效应，其浓度的升高已造成南北极冰川融化、极端恶劣天气增多和海水变酸等一系列严重环境问题。因此，二氧化碳的减排已引起世界各国的普遍关注。

二氧化碳的减排主要包括提高能源效率、使用新能源和二氧化碳捕集等技术。其中，燃烧后二氧化碳捕集技术，是针对目前全球二氧化碳最大排放源——燃煤电厂烟气的最有效二氧化碳减排方法。在传统的烟气燃烧后二氧化碳捕集技术中，应用最广泛的是以单乙醇胺（MEA）为代表的醇胺吸收—热再生工艺。为了获得较高的溶剂吸收能力，醇胺溶剂的再生往往在低（常）压的状态下进行，以保证吸收的二氧化碳得到充分的再生。

但是，在低（常）压的状态下，吸收了二氧化碳的醇胺富液沸点较低，这一方面使得再生反应的速率较低，使得富液再生所需的停留时间较长，另一方面，常压下再生出的气体中水含量较高，使得大量的热量被用于水的气化，降低了体系的热量利用效率，使得醇胺法捕集烟气中二氧化碳的工艺能耗较高，无法满足工业生产的需要。因此，从提高再生塔的操作压力的角度降低工艺能耗，开发二氧化碳的加压再生工艺，引起了研究者的重视。

美国碳捕集与利用技术开发公司（Carbon Capture Scientific，LLC）在专利USPatent 20120009114和US Patent 20140017622中公开了多种气体加压解吸技术。该公司认为，解吸过程的能耗主要包括显热、反应热和气提热三个部分。其中，显热是热交换过程的一种阻尼，对于解吸过程没有任何好处，需要消除；反应热被用来再生二氧化碳，是解吸的动力来源，必须最大限度的利用；气提热主要用于蒸发被产品二氧化碳带出塔的水蒸气，也应尽量减少。根据该公司的专利，其所使用的高压气提气可以为对液体中的溶剂无害并且不会干扰气提系统的任何气体，包括无机气体如He、Ar、O2、N2、空气及其混合物，或有机气体如CH4、C2H6、C3H8、C4H10、C5H12及其混合物。加压解吸塔再生出来的气体常常需要进一步的处理（精馏或再吸收）才能得到纯度较高的CO2，但其中CO2的分压比传统解吸塔再生酸气中CO2的分压明显高。实施例表明，使用加压解吸工艺可有效降低再生过程所需的能量，较MEA的传统再生工艺，使用加压解吸的MEA工艺总能耗可下降14%，使用加压解吸的MEA/MDEA复合工艺总能耗可下降25%。

南化集团研究院在专利CN1089263、CN102641653、CN102675248等专利中公开了一种变压再生工艺，该工艺主要针对热钾碱脱碳技术开发，该工艺在脱碳溶液再生系统中，采用由加压再生塔的加压闪蒸段和加压气提段、常压气提段、贫液闪蒸槽以及亚音速喷射器组成的双塔变压再生流程。其中，加压再生塔顶压力范围为0.14~0.18MPa（绝对压力），以加压再生塔塔顶出来的CO2再生气作为亚音速喷射器的动力气来抽提常压气提再生塔，使常压气提再生塔塔顶压力范围为0.095MPa~0.105MPa（绝对压力）。实施例表明，该工艺可使溶液的再生能耗下降30%。