專利名稱：從氣體中除去二氧化碳的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于從氣體中除去二氧化碳(CO2)的方法。
背景技術(shù)：
在最近幾十年期間，排放到大氣的CO2量顯著全球性增長。由于(X)2的“溫室氣體” 性能，有助于全球變暖，因此(X)2排入大氣被認為是有害的。按照Kyoto協(xié)議，必須減少(X)2 排放以防止或抵抗不需要的氣候變化。(X)2排放的最大來源是化石燃料例如煤或天然氣燃 燒用于發(fā)電，和使用石油產(chǎn)品作為運輸以及加熱燃料。這些過程導致產(chǎn)生包含(X)2的氣體。 因此，在這些氣體排入大氣之前希望除去至少部分C02。除去(X)2的方法是現(xiàn)有技術(shù)已知的。例如，在WO 2006/022885中描述了用于從燃燒氣體中去除(X)2的方法，其中使用 氨化漿料或溶液。WO 2006/02^85中描述的方法的一個缺點是使用揮發(fā)性溶劑氨。這將不 可避免地導致溶劑損失。另一個缺點是溶劑需要冷卻至相對低溫，需要冷卻負荷。WO 2006/134225描述了用于從煙氣回收(X)2的方法和設(shè)備，在所述方法中在洗滌 器中用含有堿金屬碳酸鹽的洗滌溶液洗滌煙氣。溶液的堿金屬碳酸氫鹽濃度增大至如此高 的水平，使得形成含有結(jié)晶堿金屬碳酸氫鹽的堿金屬碳酸氫鹽漿料。未公布的WO 2008/072979描述了一種用于在吸收器內(nèi)從廢氣中捕集(X)2的方法。 其中使含ω2的氣體通過含有無機堿性碳酸鹽、碳酸氫鹽和至少一種吸收促進劑以及催化 劑的含水吸收劑漿料，其中CO2通過在吸收器中沉淀而轉(zhuǎn)化成固體。將漿料輸送至分離裝 置，在其中分離出固體。仍然需要用于從氣體中去除(X)2的簡單能量有效的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供用于從包含CO2的氣體中去除CO2的方法，所述方法包括以下步驟(a)在吸收器中在促進劑存在下使氣體與一種或多種碳酸鹽化合物的含水溶液接 觸，從而使至少部分(X)2反應(yīng)形成碳酸氫鹽化合物，其中吸收器的操作條件使得至少一部分 碳酸氫鹽化合物形成沉淀物，從而形成碳酸氫鹽漿料；(b)使至少部分碳酸氫鹽漿料進行濃縮步驟，以獲得含水溶液和濃縮后碳酸氫鹽 漿料，其中濃縮后碳酸氫鹽漿料含有20-80wt%的碳酸氫鹽化合物；(c)使至少部分含水溶液返回吸收器；(d)使?jié)饪s后碳酸氫鹽漿料加壓，以獲得加壓濃縮后碳酸氫鹽漿料；(e)將加壓濃縮后碳酸氫鹽漿料轉(zhuǎn)移至再生器系統(tǒng)和施加熱量以從濃縮后碳酸鹽 漿料中釋放CO2,從而獲得富含CO2的氣體物流和再生后碳酸鹽物流。該方法能夠從氣體中將CO2去除至低水平，獲得純化后氣體，所述純化后氣體可以 排放入大氣中。所述方法的重要優(yōu)點是在相對高壓下獲得富含(X)2的物流。這促進富含(X)2的物流用于強化油采收或注入地下地層或含水層中，需要更少的設(shè)備以進一步壓縮富含CO2的 物流。另一個優(yōu)點是再生在升高的壓力下進行，離開再生器的富含(X)2的氣體物流的水 含量降低。這降低了再生器冷凝器的負荷，并且也降低了再沸器的能量要求。另一個重要優(yōu)點是使用具有相對低揮發(fā)性的含水溶液。與使用更多揮發(fā)性溶劑例 如氨的方法相比，溶劑損失將少很多。促進劑的存在提高了 CO2從氣體吸收入含水溶液中 的速率。另一個優(yōu)點是吸收可以在20-80°C的溫度下進行，從而能夠在具有高環(huán)境溫度的 區(qū)域中操作所述方法。此外，當與使用氨或含氨溶劑的方法相比時，所述方法的動力學更加有利。所述方法的另一個優(yōu)點是通過形成含有20-80wt%的碳酸氫鹽化合物的濃縮后碳 酸氫鹽漿料，濃縮后碳酸氫鹽漿料維持小的液相，這允許漿料仍然可以在常規(guī)料漿泵中泵 送，并允許在固體分離和再生步驟中避免使用更昂貴和復(fù)雜的固體處理系統(tǒng)。所述方法特別適合于煙氣物流。


本發(fā)明通過附圖進行說明圖1示意性顯示了本發(fā)明一個實施方案的工藝流程圖。
具體實施例方式下面將僅通過實例的方式和參考所附非限定附圖描述本發(fā)明的一個實施方案，其 中圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的用于從氣體中去除(X)2的方法的流程圖。用于 本說明書的目的，單個的附圖標記將分配給管線以及該管線中攜帶的物流。步驟(a)中，在吸收器中使氣體與一種或多種碳酸鹽化合物的含水溶液接觸。附 圖顯示了一種優(yōu)選實施方案，其中將溫度為40°C和包含約8% CO2的煙氣通過管線1引入吸 收器2，在吸收器2中它與一種或多種碳酸鹽化合物的含水溶液接觸。吸收器中，CO2與碳 酸鹽化合物反應(yīng)形成碳酸氫鹽化合物。吸收器優(yōu)選操作溫度為10-80°C，更優(yōu)選20-80°C。 至少部分碳酸氫鹽化合物沉淀從而形成碳酸氫鹽漿料。現(xiàn)在僅含有0. 8% CO2的處理后氣體通過管線3離開吸收器。從吸收器底部抽取碳 酸氫鹽漿料并通過管線4弓I入濃縮裝置5。在濃縮裝置5中，使含水溶液與碳酸氫鹽漿料分 離和通過管線6引回吸收器。在進入吸收器之前，含水溶液在換熱器17中冷卻。獲得的濃 縮后碳酸氫鹽漿料含有20-80wt%的碳酸氫鹽化合物，優(yōu)選30-70wt%的碳酸氫鹽化合物， 和更優(yōu)選35-65wt%的碳酸氫鹽化合物。使用這種具體范圍的碳酸氫鹽化合物允許濃縮后 碳酸氫鹽漿料在無需復(fù)雜的固體處理過程的條件下仍然是可泵送的。所得濃縮后漿料通過 管線7從濃縮裝置中引出，和在泵8中加壓至約Kbar的壓力。加壓濃縮后碳酸氫鹽漿料 通過管線9引入換熱器10，其中它被加熱至約120°C的溫度。加熱濃縮后碳酸氫鹽漿料通 過管線11引入再生器12，其中它被加熱以從漿料中釋放C02。熱量通過再沸器18供應(yīng)至再 生器。將釋放的CO2通過管線13從再生器引入冷凝器(未顯示)，和作為含有約99% CO2的富含(X)2的物流從過程中引出。碳酸鹽溶液通過管線14從再生器引入換熱器10，其中對 它進行冷卻。冷卻后碳酸鹽溶液通過管線15引入貧溶劑冷卻器16和引入吸收器。在另一個可能實施方案中，加壓濃縮后碳酸氫鹽漿料可以通過管線9引入一連串 的多個換熱器(未顯示)中，其中它被逐步加熱至約120°C的溫度。優(yōu)選該一連串換熱器包 括第一換熱器，其中加壓濃縮后碳酸氫鹽漿料在第一步驟中通過與來自管線14的再生后 碳酸鹽溶液換熱而進行加熱；第二換熱器，其中加壓濃縮后碳酸氫鹽漿料在第二步驟中利 用來自再生后碳酸鹽溶液之外的另一來源的熱量(例如來自熱煙氣的熱量、從再生器冷凝 器獲得的熱量或通過來自壓縮機的級間冷卻獲得的熱量)而進行加熱；和/或第三換熱器， 其中加壓濃縮后碳酸氫鹽漿料在第三步驟中通過與來自管線14的再生后碳酸鹽溶液換熱 而進行加熱。當使用第三換熱器時，來自管線14的再生后碳酸鹽溶液可以初始在第三換熱 器中進行換熱和隨后在第一換熱器中進行換熱。使用該一連串多個換熱器的優(yōu)點是可以通過再生后碳酸鹽溶液和工藝線路中其 它來源提供用于再生器所需的增大的能量和/或熱量數(shù)量，從而允許用于再生器的再沸器 18具有更小的尺寸。本發(fā)明方法特別適合于煙氣。適合地，含(X)2的氣體中(X)2的分壓為30_400mbar。碳酸鹽化合物可以是與(X)2反應(yīng)的任意碳酸鹽化合物。優(yōu)選的碳酸鹽化合物包括 Na2CO3或K2CO3或它們的組合，因為這些化合物相對便宜、商業(yè)可獲得和顯示在水中的有利 溶解度。一種或多種碳酸鹽化合物的含水溶液另外包含促進劑以增大(X)2的吸收速率。這 種促進劑有時也稱為活化劑化合物。適合的促進劑是增強(X)2從氣體吸收入液體中的速率 的化合物。適合地，促進劑是伯或仲胺，含釩或含硼酸鹽化合物或它們的組合。優(yōu)選地，促進劑是選自以下的一種或多種化合物含釩化合物，含硼酸鹽化合物， 單乙醇胺(MEA)，以及任選包含另外的雜原子的飽和5或6元N-雜環(huán)化合物。更優(yōu)選地，促 進劑是選自以下的一種或多種化合物MEA，哌嗪，甲基哌嗪和嗎啉。適合地，再生器的操作溫度足夠高，以確保從濃縮后碳酸鹽漿料中釋放大量C02。 優(yōu)選地，再生器的操作溫度為70-170°C。應(yīng)理解，再生器的操作溫度高于吸收器。優(yōu)選再生器在升高的壓力下操作，優(yōu)選1. 0-50bara，更優(yōu)選1. 5_50bara，還更優(yōu) 選3-40bara，甚至更優(yōu)選5-30bara。應(yīng)理解，再生器的操作壓力高于吸收器。對于再生器優(yōu)選較高的操作壓力，因為離開再生器的富含(X)2的物流將隨后也 在高壓下。適合地，富含(X)2的氣體物流的壓力為1. 5-50bara，優(yōu)選3-40bara，更優(yōu)選 5-30barao在其中富含(X)2的氣體物流需要在高壓下的應(yīng)用中，例如當它用于注入地下地 層中時，有利地的是富含CO2的氣體物流已經(jīng)在升高的壓力下，因為這降低了用于進一步加 壓所需的設(shè)備和能量要求。在優(yōu)選實施方案中，加壓后富含(X)2的氣體物流用于強化油采 收，適合地通過將它注入油儲層中進行，其中它趨向于就地溶解在油中，從而降低它的粘度 和因此使得它更易流動以向生產(chǎn)井移動。任選地，將富含(X)2的氣體物流壓縮至60_300bara、更優(yōu)選80_300bara的壓力。通 常，需要一連串壓縮機以將富含CO2的氣體物流加壓至所需的高壓。已經(jīng)在升高的壓力下 的富含(X)2的氣體物流更易于進一步加壓。此外，因為無需原本用于將富含(X)2的物流提升至5-50bara的壓力所需要的第一級壓縮機，所以避免了大量的資本開支。
權(quán)利要求
1.一種用于從包含(X)2的氣體中去除(X)2的方法，所述方法包括以下步驟(a)在吸收器中在促進劑存在下使氣體與一種或多種碳酸鹽化合物的含水溶液接觸， 從而使至少部分ω2反應(yīng)形成碳酸氫鹽化合物，其中吸收器的操作條件使得至少一部分碳 酸氫鹽化合物形成沉淀物，從而形成碳酸氫鹽漿料；(b)使至少部分碳酸氫鹽漿料進行濃縮步驟，以獲得含水溶液和濃縮后碳酸氫鹽漿料， 其中濃縮后碳酸氫鹽漿料含有20-80wt%的碳酸氫鹽化合物；(c)使至少部分含水溶液返回吸收器；(d)使?jié)饪s后碳酸氫鹽漿料加壓，以獲得加壓濃縮后碳酸氫鹽漿料；(e)將加壓濃縮后碳酸氫鹽漿料轉(zhuǎn)移至再生器系統(tǒng)和施加熱量以從濃縮后碳酸鹽漿料 中釋放CO2,從而獲得富含(X)2的氣體物流和再生后碳酸鹽物流。
2.權(quán)利要求1的方法，其中一種或多種碳酸鹽化合物包括Na2CO3或K2CO3或它們的組I=I O
3.權(quán)利要求1或2的方法，其中步驟(a)中一種或多種碳酸鹽化合物的含水溶液包含 2-80Wt%的碳酸鹽化合物。
4.權(quán)利要求1-3任一項的方法，其中吸收器的操作溫度為10-80°C，優(yōu)選20-80°C。
5.權(quán)利要求1-4任一項的方法，其中所述方法另外包括在步驟(e)中將加壓濃縮后 碳酸氫鹽漿料轉(zhuǎn)移至再生器系統(tǒng)之前，在一連串多個換熱器中加熱步驟(d)中獲得的加壓 濃縮后碳酸氫鹽漿料。
6.權(quán)利要求5的方法，其中所述一連串多個換熱器包括第一換熱器，其中加壓濃縮后 碳酸氫鹽漿料在第一步驟中通過與步驟(e)中獲得的再生后碳酸鹽溶液換熱而進行加熱； 第二換熱器，其中加壓濃縮后碳酸氫鹽漿料在第二步驟中利用來自再生后碳酸鹽溶液之外 的另一來源的熱量而進行加熱；和/或第三換熱器，其中加壓濃縮后碳酸氫鹽漿料在第三 步驟中通過與再生后碳酸鹽溶液換熱而進行加熱。
7.前述權(quán)利要求任一項的方法，其中促進劑是選自以下的一種或多種化合物伯胺、 仲胺、含釩化合物和含硼酸鹽化合物，優(yōu)選含釩化合物、含硼酸鹽化合物、單乙醇胺(MEA)、 和任選包含另外的雜原子的飽和5或6元N-雜環(huán)化合物，更優(yōu)選MEA、哌嗪、甲基哌嗪和嗎 啉。
8.前述權(quán)利要求任一項的方法，其中含(X)2的氣體中氣體的分壓為30-400mbar。
9.前述權(quán)利要求任一項的方法，其中再生器的操作壓力為l-50bara，更優(yōu)選 1. 5-50bara,甚至更優(yōu)選 3_40bara，和最優(yōu)選 5_30bara。
10.前述權(quán)利要求任一項的方法，其中將富含(X)2的氣體物流壓縮至60-300bara、更優(yōu) 選80-300bara的壓力。
11.權(quán)利要求10的方法，其中將加壓后富含(X)2的氣體物流注入地下地層中，優(yōu)選用于 強化油采收或用于儲存在含水儲層中或用于儲存在空的油儲層中。
全文摘要
一種用于從氣體中去除CO2的方法，所述方法包括以下步驟(a)在使得至少一部分碳酸氫鹽化合物形成沉淀物、從而形成碳酸氫鹽漿料的條件下，在吸收器(2)中在促進劑存在下使氣體(1)與一種或多種碳酸鹽化合物的含水溶液接觸，以使至少部分CO2反應(yīng)形成碳酸氫鹽化合物；(b)使至少部分碳酸氫鹽漿料進行濃縮步驟(5)，以獲得含水溶液(6)和濃縮后碳酸氫鹽漿料(7)，其中濃縮后碳酸氫鹽漿料含有20-80wt％的碳酸氫鹽化合物；(c)使至少部分含水溶液返回吸收器；(d)使?jié)饪s后碳酸氫鹽漿料加壓(8)；(e)將加壓濃縮后碳酸氫鹽漿料轉(zhuǎn)移至再生器(12)和施加熱量以獲得富含CO2的氣體物流(13)和再生后碳酸鹽物流(14)。
文檔編號B01D53/14GK102065978SQ200980122654
公開日2011年5月18日 申請日期2009年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月19日
發(fā)明者J·P·T·梵斯特拉艾倫 申請人:國際殼牌研究有限公司