llona Foundation) 2009. Amines used in C02capture_health and environmental impacts. Bellona Report, 2009年9月·第49 頁]
[0019] 在物理吸收中，二氧化碳在高壓下溶于溶液或液體中，通過降低壓力和/或增加 溫度而釋放。當(dāng)吸收壓力高且溫度低時，物理吸收是最有效的。在煙道氣中，二氧化碳的分 壓相對較低，在正常壓力下通常在煙道氣的5%至15%之間。僅僅基于物理機制的吸收過 程需要加壓氣體，以實現(xiàn)好的吸收能力。可以進行吸收的壓力越低，所需的電力消耗加壓 能量越小。在煙道氣加壓中，超過80%的能量消耗于氮氣加壓。用于物理吸收的溶液包括 (聚）碳酸丙烯酯（PC)、甲醇、N-甲酰嗎啉和N-乙酰嗎啉（NAM)(商品名iMorphysorb?· )、N-烷基吡咯烷酮（如N-甲基吡咯烷酮（NMP))、環(huán)丁砜、聚乙二醇醚（如Selexol⑩）、甘 油（例如甘油碳酸酯）和液態(tài)二氧化碳[Aho Yr.j0 2009. Meneteln^ hiilidioksidin talteenottamiseksi savukaasuista.專利申請 FI20085233,2009 年9 月 19.第 11 頁]。
[0020] 物理吸收工藝目前用在其中二氧化碳分壓很高的應(yīng)用中，例如天然氣純化。在物 理吸收中，二氧化碳不與溶劑反應(yīng)；因此，溶劑再生比化學(xué)吸收更容易。
[0021] 在 Jussi LShtelii 的論文 "Kaatopaikkakaasun puhdistaminen liikennepolttoaineeksi vastavirtavesiabsorptiolIa〃中使用的設(shè)備作為現(xiàn)有技術(shù)也 是已知的，其中基于逆流原理的吸收塔并且解吸用于從生物氣體分離二氧化碳。在物理吸 收中，水被用作吸收塔中的溶劑。由于水的吸收能力低，進料至吸收塔的生物氣體的供給壓 力必須增加到非常高的水平。隨著壓力增加，二氧化碳在水中的溶解度增加，且因而增加了 吸收效率。然而，該工藝的操作成本同時增加。在解吸塔中，二氧化碳和溶解在水中的其它 氣體從水中分離，并釋放到大氣中。在LShtelS的論文中使用的設(shè)備不是設(shè)計用于二氧化 碳回收，它也不能經(jīng)濟地用于這個目的。
[0022] 本發(fā)明的目的是提供一種用于從氣體中回收二氧化碳的方法，其與現(xiàn)有技術(shù)的方 法相比更加經(jīng)濟且環(huán)境友好。在所附權(quán)利要求1中提出了本發(fā)明方法的特性。本發(fā)明的另 一目的是提供一種用于從氣體中回收二氧化碳的系統(tǒng)，其與現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)相比更加經(jīng)濟且 環(huán)境友好。在所附權(quán)利要求15中提出了本發(fā)明系統(tǒng)的特性。
[0023] 本發(fā)明方法的目標(biāo)可以用一種方法實現(xiàn)，其中將供給至吸收塔的氣體加壓至 3-lObar、優(yōu)選最少4bar絕對壓力，并且在氣體加壓之前將至少部分氣體進料至輔助解吸 塔。將用作溶劑的水進料至吸收塔，并將從吸收塔接收的水和其中吸收的二氧化碳首先進 料至預(yù)解吸塔，并將由此排出的氣體送回輔助解吸塔。將已經(jīng)吸收二氧化碳的水從預(yù)解吸 塔輸送至用于從水中分離二氧化碳的解吸塔。此后，將排出解吸塔的水通過輔助解吸塔再 循環(huán)回吸收塔，并將排出解吸塔的二氧化碳回收。借助于輔助解吸塔，按照二氧化碳分壓， 當(dāng)在輔助解吸塔中的二氧化碳分壓與解吸步驟中相比更低時，可以將二氧化碳從循環(huán)水中 解吸至逆流煙氣流。利用該方法，可以經(jīng)濟地進行二氧化碳回收，而不使用環(huán)境有害的化學(xué) 品。在本申請的上下文中，壓力水平通常指的是絕對壓力，除非另有說明。
[0024] 有利地，通過預(yù)解吸塔輸送全部的凈化煙氣流；因而，在預(yù)解吸塔中在煙道氣和循 環(huán)水的逆向流動距離上，在煙道氣和循環(huán)水之間的CO2分壓差可以保持在高水平下，這促進 在預(yù)解吸塔中的解吸。
[0025] 有利地，將從吸收塔接收的在水中吸收的二氧化碳進料至預(yù)解吸罐，并將從其頂 部接收的氣體輸送回輔助解吸塔。在初步的解吸中，在與實際解吸中相比更低的二氧化碳 含量下，將二氧化碳從水中分離。該方法可用于增加在解吸期間釋放的氣體的二氧化碳含 量。
[0026] 有利地，待純化的氣體，即該方法的進料氣，是煙道氣，但該方法還適用于從其它 進料氣中回收二氧化碳，例如各種工藝氣體、天然氣或類似物。
[0027] 根據(jù)有利的實施方案，供給至該工藝的氣體是發(fā)電廠的煙道氣。
[0028] 有利地，將供給至輔助解吸罐的氣體在氣體冷凝和凈化罐中凈化，于是大部分易 于溶解和與水反應(yīng)的（含硫的）氣體組分保留在凈化用水中。
[0029] 可以將排出解吸塔的二氧化碳液化并蒸餾，用于回收，在該情況下，它的二氧化碳 含量可以增加，并且它可以產(chǎn)生對于儲存合適的體積。
[0030] 在預(yù)解吸罐中施加的絕對壓力可以為1. 3至4. Obar，優(yōu)選1. 5至2. 5bar。在該壓 力下，氣體中含有的大部分氮氣與水分離，而主要部分的二氧化碳保留在水中。
[0031] 在解吸塔中施加的絕對壓力可以為0.2至I. Ibar，優(yōu)選0.3至0.8bar，在該壓力 下二氧化碳有效地從用作溶劑中的水解吸。
[0032] 在輔助解吸塔中施加的絕對壓力可以為0. 9至I. 2bar，優(yōu)選I. 0至I. lbar。在輔 助解吸塔中的該壓力下，可能有效地將保留在循環(huán)水中的二氧化碳傳遞（汽提）至氣體，并 部分地提高吸附效率并增加氣體產(chǎn)物的濃度。
[0033] 有利地，輔助解吸塔是基于所謂的逆流解吸。
[0034] 有利地，在該方法中通過吸收和解吸步驟，將循環(huán)水連續(xù)地再循環(huán)，從而循環(huán)水的 總量可以保持相當(dāng)?shù)汀?br>[0035] 按照一個實施方案，將從解吸塔頂部排出的氣體輸送至用于回收壓力能的燃氣輪 機?？梢岳靡赃@種方式排出的氣體的壓力能，例如用于將送至吸收塔的氣體加壓。
[0036] 在該方法中，在吸收和解吸步驟中，可能使用金屬催化劑來促進水合，其中使用的 金屬催化劑是以下的一種：？(^丨、肋、附或此。金屬催化劑的使用促進二氧化碳在循環(huán)水 中的吸收和它由此的解吸。
[0037] 可以在該方法中使用錐形噴嘴，以在解吸塔的循環(huán)水流中產(chǎn)生瞬時真空脈沖。在 向解吸塔的供給中的真空脈沖改進了循環(huán)水在解吸塔中的均勻分配。錐形噴嘴還改進循環(huán) 水至解吸塔的均勻分配。
[0038] 可以在該方法中使用螺旋噴嘴，用于在解吸塔中的均勻分配循環(huán)水。循環(huán)水更有 效的分配改進了吸附。
[0039] 在吸收塔的底部，可以使用用膜實施的分散技術(shù)，以將氣體分散成氣泡。這也改進 了吸收。
[0040] 可以在該方法中使用汽輪機，以協(xié)助或替代用于產(chǎn)生氣體壓縮機驅(qū)動能的電動 機。這能夠使用各種能源來產(chǎn)生氣體壓縮機的驅(qū)動能。
[0041] 可以在該方法中在氣體至輔助解吸塔的供給處使用風(fēng)扇。風(fēng)扇可以改進氣體向氣 體壓縮機吸入側(cè)的供給。
[0042] 可以在該方法中使用離心分級器，以在供給至吸收塔之前分離二氧化碳。離心分 級器的使用改善了該方法的能量經(jīng)濟性。
[0043] 待純化的氣體可包含75%至80%摩爾、優(yōu)選78%至79%摩爾的氮氣。當(dāng)純化該 種氣體時，水吸收特別有效。用于二氧化碳分離的進料氣可以包含例如12%至15%體積的 二氧化碳。當(dāng)從該種氣體分離二氧化碳時，本發(fā)明方法也是有用且高效的。供給氣體含有 二氧化碳越多，二氧化碳在循環(huán)水中的吸收越好。
[0044] 使用包括用于加壓氣體的加壓設(shè)備、位于加壓設(shè)備上游的用于將氣體從水中分離 并用于將排出解吸塔的水循環(huán)回吸收塔的輔助解吸塔、和用于在水中吸收二氧化碳的吸收 塔的系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)本發(fā)明系統(tǒng)的目標(biāo)。進一步地，該系統(tǒng)包括用于將二氧化碳從水 中解吸的解吸塔。另外，該系統(tǒng)包括用于將來自解吸塔的水循環(huán)回吸收塔的設(shè)備和用于回 收二氧化碳的回收設(shè)備。
[0045] 有利地，該系統(tǒng)包括：位于吸收塔下游的用于將在水中吸收的二氧化碳與水分離 的預(yù)解吸罐，和用于將預(yù)解吸罐中分離的氣體再循環(huán)回輔助解吸塔的再循環(huán)設(shè)備。在預(yù)解 吸中，在與實際解吸中相比更低的二氧化碳含量下，將二氧化碳從水中釋放。這樣，有可能 增加在解吸期間釋放的氣體的二氧化碳含量。
[0046] 有利地，吸收塔是泡罩塔。在泡罩塔中，由于在水和含有二氧化碳的氣體之間大的 界面面積，在水中吸收二氧化碳是尤其高效的，這是因為在泡罩塔中的吸收是基于吸收塔 中氣泡和水的逆向流動，即：所謂的逆流吸收。
[0047] 有利地，該系統(tǒng)包括位于輔助解吸塔上游的氣體冷凝和凈化罐，該氣體冷凝和凈 化罐可用于脫除大部分易于溶解和與水反應(yīng)的（含硫的）氣體組分。
[0048] 該系統(tǒng)可以包括用于液化氣態(tài)二氧化碳的液化罐。使用液化，可以使二氧化碳產(chǎn) 生對于儲存合適的體積。
[0049] 按照一個實施方案，預(yù)解吸罐和解吸塔位于比吸收塔和輔助解吸塔的頂部的更高 處，用于利用靜水壓力差。這樣，有可能利用氣體餾分的上升和液體餾分的靜水壓力。
[0050] 吸收塔可以包括用于阻止湍流的氣體擋板。擋板的使用改進了吸收。
[0051] 預(yù)解吸罐可包括分隔壁，用于在將循環(huán)水輸送至解吸塔之前從循環(huán)水脫除氣泡。 分隔壁的使用改進了解吸。
[0052] 在解吸塔和/或吸收塔內(nèi)，可以包括填料元件，所述填料元件是鮑爾環(huán)型填料元 件。填料元件增加了氣體與液體之間的液面面積。
[0053] 可以在解吸塔中包括錐形噴嘴，用于在循環(huán)水流中產(chǎn)生瞬時真空脈沖。噴嘴的使 用還可以改進循環(huán)水在解吸塔中的均勻分配。
[0054] 吸收塔可包括用于循環(huán)水均勻分配的螺旋噴嘴。循環(huán)水的均勻分配改進了吸收。
[0055] 用膜實施的氣體分散器可以存在于吸收塔底部，用于將氣體分散成氣泡。氣體向 氣泡的高效分散改進了吸收。
[0056] 該系統(tǒng)可以包括用于確保產(chǎn)生氣體壓縮機驅(qū)動能的汽輪機。在電動機故障的情況 下，可以使用汽輪機，例如利用蒸汽壓產(chǎn)生氣體壓縮機的驅(qū)動能。
[0057] 該系統(tǒng)可以包括用于將氣體進料至輔助解吸塔的風(fēng)扇。這樣，有可能改進氣體至 氣體壓縮機吸入側(cè)的供給。
[0058] 該系統(tǒng)可以包括位于吸收塔上游的離心分級器，用于在供給至吸收塔之前分離二 氧化碳并將它加壓。離心分級器可改善該方法的能量經(jīng)濟性。
[0059] 就二氧化碳分離而言，選擇溶劑中最重要的標(biāo)準是：相對于氮氣和氧氣，對二氧化 碳的高溶解度和它的良好選擇性。其他標(biāo)準包括：容易解吸、低蒸汽壓、低溶劑價格、對環(huán)境 友好和穩(wěn)定性。雖然按照文獻，水滿足除高溶解度之外的所有上述條件，但它的適用性沒有 完全研宄過。在相似條件中，二氧化碳在水中的溶解度幾乎是與氮氣溶解度相比的100倍。 該方法的使用已經(jīng)受水相對低的吸收能力限制。因而，在基于閉合水循環(huán)的水吸收中，循環(huán) 水的量變高，這是因為氣體的二氧化碳含量相對較低（通常< 15%體積或20%質(zhì)量）。由 于這個原因，在泵送和壓縮中消耗的能量可能變成限制該方法應(yīng)用的因素。然而，在許多二 氧化碳應(yīng)用中，水是用于〇)2回收的天然溶