[发明专利]CO2去除过程中借助于半透膜的痕量组分去除

说明书

技术领域

本发明涉及用于通过使气体流与循环的含氨溶液流接触，使得二氧化碳在所述含氨溶液中被吸收而从气体流去除二氧化碳(CO₂)的系统和方法。更具体地讲，本发明涉及用于从气体流去除CO₂的基于冷冻氨的工艺和系统。

背景技术

在诸如煤、石油、泥炭、废弃物等的燃料在诸如与用于向发电设备提供蒸汽的锅炉系统相关联的燃烧设备的燃烧设备中的燃烧过程中，生成热过程气体(或烟气)。这样的烟气除了其他以外将常常包含二氧化碳(CO₂)。将二氧化碳释放到大气中的负面环境效应已广为人知，并且已导致适于从在上述燃料的燃烧中生成的热过程气体去除二氧化碳的工艺的发展。此前公开的一种这样的系统和工艺是用于从燃烧后烟气流中去除CO₂的单级冷冻氨基系统和工艺。

已知的冷冻氨基系统和工艺(CAP)提供了用于从诸如例如燃烧后烟气流的气体流中捕获和去除CO₂的相对低成本的手段。这样的系统和工艺的一个示例此前已在名称为“Ultra Cleaning of Combustion Gas Including the Removal of CO₂”的公开的国际专利申请WO 2006/022885中公开。WO 2006/022885公开了一种用于从烟气去除二氧化碳的方法，该方法包括在CO₂吸收器中借助于含氨溶液或浆液从冷却至低于环境温度的温度(优选地在0℃和20℃之间，更优选地在0℃和10℃之间)的烟气捕获二氧化碳。CO₂被处于0℃和20℃之间、更优选地在0℃和10℃之间的温度下的吸收器中的含氨溶液吸收，之后，含氨溶液在高温高压下在再生器中再生，以允许CO₂作为高纯度的气体二氧化碳逸出含氨溶液。在WO 2006/022885中描述的工艺中，再生的含氨溶液可在CO₂吸收过程中被重复使用，从而形成含氨溶液的循环流。

如WO 2006/022885中描述的冷冻氨工艺中的问题在于，例如作为引入的烟气流中的水分进入含氨溶液循环流的水积聚在含氨溶液中。这种积聚的水用来稀释含氨溶液，从而降低含氨溶液从烟气流“捕获”CO₂的能力。

此外，如WO 2006/022885中描述的冷冻氨工艺中的另一个问题在于，在冷冻氨工艺中捕获的痕量组分(即，除二氧化碳、氨水和相应的离子/盐之外的组分)可积聚。

此前，循环含氨溶液中的水和痕量组分的量已通过例如去除“流出物(bleed)流”中的含氨溶液的一部分和通过以添加新鲜氨方式补偿含氨溶液的稀释而调整。“流出物流”中的含氨溶液必须接着被处置，并且必须提供新鲜氨，这导致增加的成本和环境问题。

另一个解决方案是包括蒸发器(以下称为附属汽提塔(stripper))，其蒸发事实上所有的二氧化碳、大部分氨和显著量的水。蒸发的化合物在过程中重复使用。附属汽提塔需要非常大的热输入以蒸发水，例如，为了使痕量组分的量翻倍，必须蒸发大约50%的水，这使附属汽提塔成为主要的热用户。此外，它需要冷却塔顶(overhead)流。根据附属汽提塔的操作压力，该热量可(部分地)在较低能级下重复使用或者必须通过外部冷却排掉。由于介质和尤其是在增加的浓度下的痕量组分表现出的腐蚀性质(这被附属汽提塔操作时所处的高温加剧)，高等级不锈钢或其它耐腐蚀构造材料需要用于附属汽提塔。

发明内容

本发明的目的是减少或防止用于从气体流去除二氧化碳(CO₂)的基于冷冻氨的系统和工艺的含氨溶液中痕量组分的积聚。

本发明的另一个目的是在对系统没有增加的能量要求或能量要求较低的情况下减少或防止基于冷冻氨的系统和工艺的含氨溶液中痕量组分的积聚。

例如用于从由功率设备的锅炉单元所产生的气体去除CO₂的工业气体净化系统的构造和操作与高的投资和运营成本相关联。本文所述的方面基于本发明的以下认识：在用于从烟气去除CO₂的冷冻氨工艺中，通过使用膜分离步骤可实现显著的工艺改进和运营成本降低。已经发现的是，膜分离步骤可有利地代替用于从水和较轻型锅炉分离痕量组分的常规地使用的附属汽提塔或作为其补充而使用。

根据本文所示的方面，提供了一种用于通过使气体流与循环含氨溶液流接触使得CO₂被吸收在所述含氨溶液中而从气体流去除二氧化碳(CO₂)的系统，