專利名稱：使用混合銨/堿溶液從煙道氣流中除去二氧化碳的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于從煙道氣流中除去二氧化碳的方法和裝置。
背景技術(shù)：
co2的堿性洗滌是許多年前就已知的一種方法。專利描述了氨、鈉和 鉀溶液至少一定程度吸收C02的能力。這些專利表明，NH3比鉀和鈉對(duì)應(yīng) 物更有效，且具有較低的再生成本。使用氨溶液的問(wèn)題是氨的揮發(fā)性和在 方法的吸收和再生步驟過(guò)程中發(fā)生的氨損失的可能性。因此需要具有低再 生能量和低氨揮發(fā)性的C02洗滌溶液。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是一種方法，其滿足了對(duì)具有低再生能量和低氨揮發(fā)性的co2 洗滌溶液的需求。本發(fā)明是一種通過(guò)用銨和鈉碳酸鹽的混合物或銨和鉀碳
酸鹽的混合物從氣流中洗滌出C02而,人該氣流中除去C02的方法?；旌蠅A 溶液利用了使用氨來(lái)獲得高C02水合率和使用鈉或鉀來(lái)獲得高生產(chǎn)能力的
益處。為了獲得相同的洗滌速率，在單一堿溶液中需要具有高氨蒸氣壓或
低co2生產(chǎn)能力的溶液。使用銨和其他堿金屬碳酸鹽如碳酸鈉和/或碳酸鉀
的混合物作為C02洗滌溶液提供了在仍保持高C02水合率的同時(shí)獲得低再
生能量和低氨揮發(fā)性的機(jī)會(huì)。參考以下說(shuō)明、權(quán)利要求和附圖將會(huì)更好地 理解本發(fā)明的這些和其他特征、方面和優(yōu)點(diǎn)。


圖l是根據(jù)本發(fā)明的一種方法的示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明是通過(guò)使用銨和其他堿金屬碳酸鹽化合物如碳酸鈉和/或碳酸
鉀的混合物從氣流中洗滌出co2來(lái)從該氣流中除去co2的方法。
在該方法中起作用的吸收/再生方程式是 CO, + C02 + H2Oh2HCCV (1)
在吸收方法中，co2氣體和水蒸汽被吸收到碳酸鹽溶液中形成碳酸氫
鹽。預(yù)計(jì)C02的水合是該方法的速率限制步驟。氫氧化物和氨二者增加了
C02的水合率。然而，將該溶液的pH增高到其中存在氫氧化物用于C02 洗滌的情形，將會(huì)需要大量添加堿如NaOH或KOH。在其中C02水合是 快速的且co2的生產(chǎn)能力高得足以是經(jīng)濟(jì)的條件下搡作碳酸銨溶液，將該 方法帶入其中氨蒸氣壓是大的且難以控制的情形。因此，氨與其他堿如鉀 或鈉的混合物用于使該溶液對(duì)C02的吸收能力最大化，在洗滌方法過(guò)程中 保持高C02水合率，且使氨揮發(fā)性和從該吸收方法中的釋放最小化。 一旦 該吸附溶液被C02飽和，它就必需進(jìn)行再生。如反應(yīng)1的逆過(guò)程所示，該 溶液通過(guò)加熱該溶液以釋》文C02來(lái)再生。
再生能量對(duì)于該方法的經(jīng)濟(jì)性是非常重要的。反應(yīng)能量的評(píng)價(jià)表明， 方程式(1)的能量消耗是相同的，不論使用Na+、 K+或NH4+。然而，為 了以快速C02吸收的方式操作Na+或K+體系，還將會(huì)需要再生堿。因?yàn)?NaOH和KOH均是強(qiáng)石威，所以用于回收的能量消耗很可能限制Na+或K+ 類(lèi)似物的應(yīng)用性。用于溶解NaOH和KOH的弁H^分別等于-44.5 kJ/mo1 和-57.5kJ/mo1。然而，在NH3存在于溶液中時(shí)，仍然可獲得高(302水合率， 且因?yàn)镹H3是弱堿，溶解能量是5kJ/mo1,使得氨在混合堿溶液中再生成 為該方法中經(jīng)濟(jì)上可行的。
需要具有低再生能量和低氨揮發(fā)性的溶液。使用銨和其他堿金屬碳酸 鹽的混合物作為C02洗滌溶液，提供了在仍保持高C02水合率的同時(shí)獲得 低再生能量和低氨揮發(fā)性的機(jī)會(huì)。
轉(zhuǎn)到圖1,洗滌耀4皮分為兩個(gè)部分202和204。為了更有效地除去C02,從煙道氣流202中除去S02和N0x。優(yōu)選的除去S02和NOx的方法是通過(guò) 類(lèi)似于美國(guó)專利第6,605,263號(hào)和第6,936,231號(hào)中所述的氨洗滌溶液，其 中煙道氣在進(jìn)入傳質(zhì)段之前被冷卻到飽和，206。在傳質(zhì)段208中，使用 pH控制的硫酸銨溶液除去S02和NOx。最后，使用如濕靜電沉淀器210 的設(shè)備除去氣溶膠或顆粒。 一旦從煙道氣流中除去S02和NOx,在C02捕 獲段212中捕獲二氧化碳。
在C02捕獲段使用的溶液是碳酸鉀和碳酸銨的混合物或碳酸鈉和碳酸 銨的混合物218。該溶液通過(guò)C02傳質(zhì)段，從煙道氣流中除去C02并產(chǎn)生 碳酸鹽/碳酸氬鹽溶液。然后通過(guò)在高溫下加熱220,釋放C02、NH3和H20， 而將該混合堿金屬碳酸氫鹽溶液再生。C02與NH3和H20分離222，并且 是能夠進(jìn)一步加工以產(chǎn)生易螯合C02流的基本上純的C02流。NH3和H20 返回到再生的>5友酸鉀溶液中，并重新供給至洗滌器中。
實(shí)驗(yàn)顯示了 ，存在可接受的碳酸鹽/碳酸氬鹽溶液的濃度和酸度范圍以 進(jìn)行本發(fā)明的方法。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，可接受的碳酸鹽/碳酸氫鹽濃度范圍是5-20wt%,銨是0.1 - 3wt。/。以及堿金屬是4 - 25wt%。該溶液將具有8.5和12 之間的pH。
實(shí)驗(yàn)還顯示了碳酸鹽/碳酸氫鹽溶液的濃度和S吏度的最佳范圍。最佳的 碳酸鹽/碳酸氫鹽濃度是7 - 8wt%,最佳的銨濃度是0.20 - 0.25wt。/。以及最 佳的鉀濃度是7 - 8wt%。最佳的pH范圍是10和10.5之間。
使用混合^ 威系統(tǒng)的一些優(yōu)點(diǎn)包括
1. 對(duì)于與碳酸銨溶液相比具有相同生產(chǎn)能力的溶液，具有較低的氨 蒸氣壓。
2. 較高的C02水合率，因此與碳S交鈉或碳酸鉀洗滌溶液相比，需要 較少的傳質(zhì)設(shè)備。
3. 與碳酸銨溶液相比，對(duì)于既定pH能夠采用較高的碳酸鹽濃度，改 善了該溶液的生產(chǎn)能力。
雖然本文描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，但以上描述僅僅是舉例性 的。本文所公開(kāi)的發(fā)明的進(jìn)一步的改造將會(huì)被相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員想到，并且所有這些改造被視為是在如所附的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種從氣流中除去CO2的方法，所述方法使NH3損失和再生能量最小化，仍保持高CO2去除率，所述方法包括提供包括CO2的煙道氣流；提供還包括銨和至少一種堿金屬的碳酸鹽/碳酸氫鹽溶液；將CO2從所述煙道氣流中吸收到所述碳酸鹽/碳酸氫鹽溶液中，從而產(chǎn)生另外的碳酸鹽/碳酸氫鹽；以及通過(guò)加熱所述溶液以釋放CO2來(lái)再生所述碳酸鹽/碳酸氫鹽溶液。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述堿金屬是鈉或鉀。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述碳酸鹽/碳酸氬鹽溶液具有5 - 20wt。/。濃度的碳酸鹽/碳酸氬鹽、0.1 - 3wt。/。濃度的銨和4 - 25wt。/。濃度的》威金屬。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述碳酸鹽/碳酸氬鹽溶液的pH是在8.5和12之間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述碳酸鹽/碳酸氫鹽溶液具有7 - 8wt。/。濃度的碳酸鹽/碳酸氬鹽，0.20 - 0.25wt。/。濃度的銨和7 - 8wt。/。濃度的鉀。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述碳酸鹽/碳酸氫鹽溶液的pH更優(yōu)選是在10和10.5之間。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，還包括控制所述碳酸鹽/碳酸氪鹽溶液中的銨濃度以補(bǔ)償從所述方法中損失的氨蒸氣的步驟。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括提供用于從所述煙道氣流中吸收C02的C02傳質(zhì)^a的步驟。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在C02吸收步驟之前除去在所述煙道氣流中存在的S02、顆粒物質(zhì)和任何氣溶膠的步驟。
10，根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中除去顆粒物質(zhì)和任何氣溶膠是用濕靜電沉淀器進(jìn)行的。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中再生步驟除了 C02以外還從碳酸鹽/碳酸氫鹽溶液中釋放NH3和H20。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括將所釋放的NH3和H20返回到所述碳酸鹽/碳酸氫鹽溶液的步驟。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括從所釋放的NH3和H20中分離C02的步驟。
14. 一種用于從氣流中除去C02的洗滌塔裝置，其使NH3損失和再生能量最小化，仍保持高C02去除率，所述裝置包括銨捕獲段；(302捕獲段；濕靜電沉淀器段；以及傳質(zhì)段。
全文摘要
一種通過(guò)用銨和堿金屬碳酸鹽如碳酸鈉和/或碳酸鉀的混合物從氣流中洗滌掉二氧化碳來(lái)從氣流中除去二氧化碳的方法。使用混合堿金屬碳酸鹽溶液作為CO₂洗滌溶液提供了在仍保持高CO₂水合率的同時(shí)獲得低再生能量和低氨揮發(fā)性的機(jī)會(huì)。
文檔編號(hào)B01D53/14GK101678268SQ200880014466
公開(kāi)日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2008年5月1日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月1日
發(fā)明者喬安娜·鄧肯, 克里斯托弗·麥克拉諾恩, 弗朗西斯·阿利克斯 申請(qǐng)人:鮑爾斯潘公司