用于從氣體中回收二氧化碳的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】用于從氣體中回收二氧化碳的方法和系統(tǒng)
[0001] 本發(fā)明涉及用于從氣體中回收二氧化碳的方法，在該方法中
[0002] -將氣體加壓，
[0003] -將加壓氣體和用作溶劑的水進(jìn)料至吸收塔，
[0004] -將從吸收塔接受的水中吸收的二氧化碳進(jìn)料至用于將二氧化碳從水中分離的解 吸塔，
[0005] -將排出解吸塔的水再循環(huán)至吸收塔，
[0006] -回收排出解吸塔的二氧化碳。
[0007] 本發(fā)明還涉及用于從氣體中回收二氧化碳的對應(yīng)的系統(tǒng)。
[0008] 目前最大的環(huán)境威脅之一是二氧化碳在大氣中的持續(xù)增加。一些最大的人造二氧 化碳排放是由使用化石燃料（煤、天然氣、油、泥煤）的發(fā)電廠的煙道氣而引起的。使用目 前回收方法的基本理由不在于氣候變化，而是將二氧化碳從煙道氣中分離并純化，用于工 業(yè)用途和工業(yè)下游加工的原材料。
[0009] 根據(jù)李等 2011 (Li Yongling，Liu Yingshu、Zhang Hui&Liu Wenhai 2011. Carbon dioxide capture technology.Energy Procedia 11(2011)，第 2508-2515 頁）的研究，目 前至少在中試階段用于從煙道和工藝氣體中分離二氧化碳的最重要方法，是：
[0010] 1)在溶液（例如胺或氫氧化物溶液）[(Ma'mun Sholeh 2005. Selection and characterization of new absorbents for carbon dioxide capture. Faculty of Natural Science and Technology Department of Chemical Engineering, Norwegian University of Science and Technology (NTNU), Doctoral thesis.第 132 頁）和 (Chakravarti Shrikar 等，2001. Advanced technology for the capture of carbon dioxide from flue gases. First National Conference on Carbon Sequestration, 2001 年 5 月 15-17 日，Washington，DC. The National Energy Technology Laboratory (NETL) · 第10頁）]、在液體（例如離子液體）或固體材料（例如碳酸鈣或鋰）中化學(xué)吸收，
[0011] 2)在溶液或液體例如改性的離子液體中物理吸附，
[0012] 3)在固體表面上吸附[(Munoz Emilio, Diaz Eva Ordonez Salvador&Vega Aurelio 2006. Adsorption of carbon dioxide on alkali metal exchanged zeolites. 2006 Aiche Annual Meeting，2006 年 11 月 12-17, San Francisco, CA,第 71 頁） 和（Bonenfant Danielle 等 2008. Advances in principal factors influencing carbon dioxide adsorption on zeolites. Science and Technology of Advanced Materials 9(2008)013007,第 7 頁）]，
[0013] 4)膜分離法[(Feron Ρ· Η· Μ· &Jansen Α· Ε· 1997. The production of carbon dioxide from flue gas by membrane gas absorption. Energy Convres. Mgmt 38(1997)，第 93-98 頁）and(Zhikang Xu 等 2001. Separation and fixation of carbon dioxide using polymer membrane contactor. First National Conference on Carbon Sequestration. 2001 年 5 月 15-17,Washington，DC. The National Energy Technology Laboratory(NETL).第8 頁）和（Ho Minh T·，Al linson Guy W. A. &Wi ley Dianne E. 2008. Reducing the cost of CO2Capture from flue gases using membrane technology. Ind. Eng. Chem. Res. 47 (2008)，第 1562-1568 頁）]，和
[0014] 5)低溫蒸餾。
[0015] 分離方法的最大挑戰(zhàn)是煙道或工藝氣體的高流動性，例如，這增加了吸附劑的循 環(huán)率、設(shè)備尺寸和能量消耗。由于對化學(xué)品的需要和損耗、它們的處理成本和另一方面在放 大中的困難，也產(chǎn)生了問題。例如，膜方法迄今為止僅小規(guī)模地使用。某些化學(xué)品（例如 胺）的使用，可能引起不利的健康和環(huán)境影響。
[0016] 對于各種工業(yè)應(yīng)用，基于化學(xué)吸收的胺技術(shù)是用于從煙道氣生產(chǎn)二氧化碳的最常 用方法。在胺基吸收過程中，胺與二氧化碳反應(yīng)以生產(chǎn)氨基甲酸鹽。在典型的胺基吸收 過程中，首先必須將煙道氣冷卻，并且必須將雜質(zhì)（顆粒、S0x、NOx)從它中脫除，以獲得 可容忍的水平[Cousins A·, Wardhaugh L.T.&Feron P.H.M. 2011. A survey of process flow sheet modifications for energy efficient CO2Capture from flue gases using chemical absorption. International Journal of Greenhouse Gas Control(2011),第 15頁（印刷中）]。將純化冷卻的煙道氣以與貧胺溶液相反的方向吹過吸收塔。塔典型地 是亂推填料塔，并且它們的尺寸可以非常大。在最近幾年間發(fā)展的填料塔中，已經(jīng)可能使 氣體排放期間的壓力降最小[Menon Abhilash&Duss Markus 2011. Sulzer-reducing the energy penalty for post-combustion C02capture. Carbon Capture Journal(2011) 23, 第2-5頁]。
[0017] 胺基工藝的使用特別受到胺再生的加熱成本限制。加熱是在最少3bar下用水蒸 汽進(jìn)行的，對此單位能量消耗為3. 8至5. 3MJ/kg CO2或者I. 1至I. 5MWh/t CO 2，并且泵和 電扇的電力消耗為0.1至〇.3MWh/t C02,這取決于工藝[Lee Young，Kwak No Sang&Lee Ji Hyun 2012. Degradation and corrosivity of MEA with oxidation inhibitors in a carbon dioxide capture process. Journal of Chemical Engineering of Japan, Advance Publication. 20.1 . 2012.第5頁]。蒸汽消耗是火力發(fā)電廠蒸汽產(chǎn)量的1/4至1/3 [ (Yang Hongqun,Xu Zhenghe,Fan Maohong, Gupta Rajender, Slimane Rachid B, Bland Alan E&ffright Ian 2008. Progress in carbon dioxide separation and capture:A review. Journal of Environmental Sciences 20(2008)，第 14-27 頁）和（Dave N·，Do T. , Palfreyman D. , Feron P. H. M. , Xu S. &Gao S. &Liu L. 2011. Post-combustion capture of C02from coal-fired power plants in China and Australia,an experience based cost comparison. Energy Procedia 4(2011)，第 1869-1877 頁）和（Karmakar Sujit&Kolar Ajit Kumar 2011. Thermodynamic analysis of high-ash coal-fired power plant with carbon dioxide capture. International Journal of Energy Research (2011)(摘要））]。大部分這些蒸汽對于電力生產(chǎn)不可利用。在煙道氣中的雜質(zhì)和 特別是在煙道氣中含有的氧氣可引起化學(xué)品腐蝕和分解。來源于煙道氣的雜質(zhì)和化學(xué)品， 必須連續(xù)地從胺溶液中脫除。
[0018] 關(guān)于胺基工藝的問題涉及與它相關(guān)的環(huán)境和健康風(fēng)險。胺和它們的分解產(chǎn)物可 能對人、動物和水生生物有毒。例如，胺的分解產(chǎn)物，亞硝胺[Fostls Berit，Gangstad AudunjNenseter BjarnejPedersen Steinarj Sj0V0ll Merethe& Sorensen Anne Lise 2011. Effects of NOx in the flue gas degradation of MEA. Energy Procedia 4(2011), 第1566-1573頁]可引起癌癥或污染飲用水。所有的胺的分解產(chǎn)物和它們的影響尚未得 知。影響取決于使用的胺的類型[Botheju Deshai, Li Yuan, Hovland Jon, Haugen Hans Aksel&Bakke Rune 2011. Biological treatment of amine wastes generated in post combustion C02capture.Energy Procedia 4(2011),第 496-503 頁]。胺排放可以以液態(tài) 或氣態(tài)形式被帶入大氣或水路中。胺排放的估計量為300至3000t/a，然而產(chǎn)生二氧化碳 的量是 lMt/a〇 [Shao Renjie&Stangeland Aage (Be