[发明专利]用于从气流中去除二氧化碳的工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于从工业废气例如转化炉的烟气或化石燃料厂的烟囱排放气中去除二氧化碳的工艺。本发明涉及一种基于在固体吸附剂上变温吸附二氧化碳的工艺。

背景技术

从燃烧过程或其他氧化过程的烟气中去除二氧化碳对于环境问题和/或使用二氧化碳作为另一个工业过程的原料是理想的。在氨和甲醇合成领域中，甲烷或其它轻烃如天然气、LPG(液化石油气)、石脑油等的重整是氨或甲烷补充合成气的常见来源，且需要去除包含在所述重整过程的烟气中的至少部分二氧化碳。

所谓的“湿法”工艺包括用CO₂-选择性溶液来洗涤工业废气。然而这具有洗涤液降解的缺点，例如，由于氧化或与硫和氮氧化物反应生成盐或有害化合物。所述洗涤液需要更换，因而涉及费用和/或需要维护以去除盐或有害化合物。

另一个已知的工艺利用固体吸附剂且根据变压吸附(PSA)或变温吸附(TSA)的原理进行操作。通过PSA体系中压力的改变和TSA体系中温度的改变来控制CO₂的捕获和随后的释放。更详细地，可由所述吸附剂保存的CO₂的量是压力或温度的函数。因此，被捕获的CO₂可在后期通过压力或温度的适当改变而去除。从固体吸附剂中去除被吸附物(如CO₂)被称作吸附剂的再生。在TSA体系中，吸附通常发生在较低的温度下而再生发生在较高的温度下。这意味着TSA体系中的吸附材料需要热源用于再生且通常再生后必须被冷却。

EP-A-1249264公开了一种用于从废气中回收二氧化碳的工艺，包括以下步骤：使废气流渗入半渗透性材料如TSA分子筛或活性炭，用此方法吸附废气中至少相关部分的二氧化碳，且得到具有低二氧化碳含量的渗透气流，和从所述半渗透性材料中脱附二氧化碳，从而得到含有高浓度二氧化碳的气流。

本发明旨在改进用TSA吸附去除二氧化碳的已知技术。特别地，所述TSA工艺需要加热和冷却固体吸附剂的交替阶段来分别实施吸附和再生(脱附)。这可通过直接热交换或间接热交换来进行。

直接热交换包括使所述固体吸附剂直接接触加热介质或冷却介质。直接加热具有所述加热介质为脱附二氧化碳提供载体的优势，但同样的加热介质稀释所述二氧化碳。因此需要一个附加体系从加热介质中去除CO₂，特别是如果要求纯或基本纯的CO₂。

间接热交换包括所述固体催化剂与加热/冷却介质不接触且通过换热表面保持分离，例如所述加热/冷却介质在埋设于所述吸附剂床的管束内流动。此方法不稀释CO₂但缺点在于，在所述加热阶段，它并不提供将CO₂从所述床中清除的载体。在某些情况下，为了去除脱附的二氧化碳，一个附加的吹扫流通过所述床，但这导致与所述直接加热过程相同的缺点。

发明内容

本发明提供了一种用于从工业废气中去除二氧化碳的工艺，且使用固体吸附剂和变温吸附，借助于至少两个固体吸附剂床或床组。所述工艺交替使用两种操作模式。在第一个模式中，所述第一床通过与所述来料工业废气间接热交换再生，和然后所述CO₂在所述(先前再生的)第二床内被捕获。一旦所述第二床被CO₂所饱和，所述工艺切换到第二模式，此时通过与所述来料热工业废气间接热交换再生所述第二床，和然后在所述第一床内捕获二氧化碳。所述吸附CO₂的床可在所述吸附阶段连续冷却，以除去吸附热，增加被吸附的CO₂的量。

更详细地，本发明公开了一种工艺，其中：

-从所述工业废气中去除二氧化碳交替发生在至少一个所述固体吸附剂的第一床和至少所述固体吸附剂的第二床，当包含在所述来料工业废气中的二氧化碳在所述第二床内被吸附时所述第一床进行再生，且反之亦然，以使第一床和第二床的吸附剂交替负载二氧化碳，

-所述来料工业废气通过与第一床或第二床任一的负载有CO₂的吸附剂材料间接热交换被冷却，从而加热和再生所述负载有CO₂的吸附剂，和

-当所述工业废气与另一床的吸附剂材料接触时，然后将二氧化碳从工业废气中去除。