[发明专利]具有洗涤系统的基于冷冻氨的二氧化碳捕集系统及使用方法

说明书

背景

概括地讲，本发明涉及气体纯化系统及使用方法，其中回收所吸收的氨和二氧化碳。具体地讲，本发明涉及构造成利用纳滤或反渗透来降低氨回收汽提器的蒸汽负荷以便减少来自已经经历基于氨的CO₂去除方法的气流的逃逸氨(ammonia slip)和其他污染物的洗涤系统和方法。

在用于气体纯化的常规工业技术中，诸如H₂S、CO₂和/或COS的杂质通过吸收在液体溶液中，例如吸收在包含氨和/或一种或多种胺化合物的液体溶液中而从诸如烟气、天然气、合成气或其他气流的气流中除去。用过的液体溶液随后在再生器塔中再生以通常通过与蒸汽逆流接触来释放包含在该溶液中的杂质。再生所需要的蒸汽通常由发电站涡轮系统生成。另外，与再生塔流体连通的再沸器可提供包含在该液体溶液中的杂质的进一步释放。

在当前的冷冻氨法和系统中，来自主CO₂吸收器的逃逸氨首先捕集在水洗容器中且随后在氨回收汽提器中通过用饱和蒸汽加热氨化的富化溶液而再生。根据操作条件，逃逸氨化溶液通常具有0.1-2.0摩尔/升的NH₃摩尔浓度。在资金和操作成本方面，当前的从汽提器回收氨的方法是高成本方法(主CO₂再生器的约20%热负荷)，因为其很难将汽提器塔顶热与主再生器网络集成。

因此，需要更有效地回收逃逸氨以提供降低的能量消耗的改善的系统和方法。

概述

本文公开了更有效地回收逃逸氨以提供降低的能量消耗以及其他优势的气体纯化系统和方法。在一个实施方案中，用于减少包括主吸收器和再生器的基于冷冻氨的CO₂去除系统中的逃逸氨的洗涤系统且还包括构造成接收已经经历所述基于冷冻氨的CO₂去除系统的CO₂贫化烟气的洗涤容器，所述洗涤容器包含用于洗涤来自所述主吸收器的CO₂贫化烟气的液体；与所述洗涤容器串联且构造成自所述洗涤容器接收具有一定氨浓度的洗涤液并将所述洗涤液物理分离成第一进料流和第二进料流的分离单元，其中，相对于所述洗涤液的氨浓度，第一进料流具有减小的氨浓度，且其中，相对于所述洗涤液的氨浓度，第二进料流具有增加的氨浓度；和与所述分离单元串联并构造成接收具有增加的氨浓度的第二进料流的汽提器。

降低由包含主吸收器和再生器的基于氨的CO₂捕集系统产生的CO₂贫化烟气流中的氨的量的方法包括在洗涤容器中用液体洗涤来自所述主吸收器的所述CO₂贫化烟气流以生成具有一定氨浓度的洗涤液；将所述洗涤液分离成第一进料流和第二进料流，其中，相对于所述洗涤液的氨浓度，第一进料流具有减小的氨浓度，且其中，相对于所述洗涤液的氨浓度，第二进料流具有增加的氨浓度；和从第二进料流回收氨以生成氨贫化溶液。

参考本发明的各种特点的以下详述及其中包括的实施例可更容易地理解本发明。

附图简述

现在来看附图，其中相同的元件以相同方式编号：

图1示意性表示根据本发明的一个实施方案的气体纯化系统；

图2图解性表示作为氨摩尔浓度的函数的汽提器负荷；及

图3图解性表示作为在操作期间来自吸收器的逃逸氨的函数的汽提器功率消耗。

发明详述

本文公开了用于纯化诸如烟气的气流的系统和方法。更详细地讲，所述系统和方法构造成降低在碳捕集系统(“CCS”)中的现有氨冷冻法和系统(“CAP”)的能量需求。所述系统和方法构造成从已经经历基于冷冻氨的CO₂去除系统的烟气流中回收所吸收的氨和二氧化碳(CO₂)。更详细地讲，氨和CO₂使用对来自洗涤容器的进料流进行的纳滤或反渗透来回收以提供高摩尔浓度的氨进料流到氨回收汽提器。所述洗涤容器与所述主吸收器单元流体连通且构造成接收具有逃逸氨以及其他污染物的烟气进料流，即已经经历基于氨的CO₂去除的烟气。通过增加进料到氨回收汽提器的洗涤溶液中的氨摩尔浓度，申请人已经发现蒸汽消耗需求明显降低。并且，通过增加该氨摩尔浓度，氨回收汽提器的进料溶液减少，其直接减小汽提器、再沸器、冷凝器、换热器、泵等的装备尺寸。减小的蒸汽消耗直接转化成显著的能源节约。