用于處理二氧化碳污染的氨基酸鹽溶液的方法和設(shè)備的制造方法
【專利說明】用于處理二氧化碳污染的氨基酸鹽溶液的方法和設(shè)備
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于處理被污染的溶液的方法，尤其是作為針對二氧化碳的吸收 劑的被污染的堿性氨基酸鹽溶液，該二氧化碳來自化石燃料的燃燒的煙氣。本發(fā)明還涉及 一種用于處理針對二氧化碳的吸收而被污染的溶液的設(shè)備。
[0002] 在產(chǎn)生電能的化石燃料發(fā)電廠中，含二氧化碳的煙氣由化石燃料的燃燒而形成。 為了避免或減少二氧化碳的排放，必須將二氧化碳從煙氣中分離。為了從氣體混合物中分 離二氧化碳，通常，各種方法是已知的。尤其是，對于在燃燒過程后從煙氣中分離二氧化碳， 吸收-解吸的方法是慣用的。在工業(yè)規(guī)模上，這種情況使用吸收劑將二氧化碳從煙氣中清 理掉。
[0003] 在典型的吸收-解吸過程中，煙氣接觸具有作為清理介質(zhì)的選擇性吸收劑的吸收 塔，并且在此由清理介質(zhì)吸收。然后，裝載有二氧化碳的吸收劑被送入解吸塔，以分離二氧 化碳并且使吸收劑再生。裝載的吸收劑被加熱，其中二氧化碳重新從吸收劑和形成的再生 吸收劑中被解吸。再生吸收劑被送回吸收塔，其中該再生吸收劑可以再次從含二氧化碳的 廢氣中吸收二氧化碳。
[0004] 針對要被分離出來的二氧化碳，慣用的吸收劑表現(xiàn)出良好的選擇性和高容量。特 別非常合適的吸收劑是那些基于胺的吸收劑（如單乙醇胺）等。另在化學(xué)工業(yè)中，胺溶液 通常用作吸收劑。該吸收劑包括溶劑例如水，其中胺被溶解作為活性清理物質(zhì)。
[0005] 由于吸收劑與煙氣的接觸，除了二氧化碳以外，大量的污染物也從煙氣和煙氣的 副產(chǎn)物中被引入到吸收劑。此外，由于恒定的熱裝載，隨著時(shí)間的推移，吸收劑在吸收-解 吸過程中受到損壞。因此，必須持續(xù)地更新吸收劑。由于被污染的吸收劑和摻有降解產(chǎn)物 的吸收劑的排放，相當(dāng)大量的未使用的吸收劑也持續(xù)地從吸收-解吸過程中排出。
[0006] 在基于胺的吸收劑的使用中，胺可以通過蒸餾從排放的吸收劑中回收。胺溶液與 酸性煙氣次要組成部分形成穩(wěn)定的鹽。經(jīng)由胺溶液的通過蒸餾的純化，亦即，通過蒸發(fā)更高 揮發(fā)性胺和其隨后的冷凝物，從而分離出高沸點(diǎn)污染物，并且因此胺溶液的純化是可能的。
[0007] 然而，被用于通過蒸餾的純化的胺的可覺察的蒸氣壓還意味著：在實(shí)際的清理過 程（吸收-解吸過程）期間，小比例的胺與純化的煙氣一起被排放到環(huán)境中，這導(dǎo)致了不希 望有的空氣污染。通過蒸餾的純化方法還需要高的能量消耗。
[0008] 與此相反，氨基酸鹽不呈現(xiàn)出可測量的蒸氣壓，并且因此也不會(huì)與煙氣排放到環(huán) 境中。然而，因?yàn)檫@個(gè)原因，通過蒸餾的氨基酸鹽溶液的后處理也是不可能的。
[0009] EP 2409755 Al公開了用于氨基酸鹽溶液純化的方法，其中氨基酸鹽在多級純化 過程中被回收，然后被重新溶解。在這種情況下，在第一步驟中，在第一反應(yīng)器中，隨著二氧 化碳的加入，第一晶狀碳酸鹽被沉淀析出，該第一晶狀碳酸鹽在第一反應(yīng)器的過濾過程下 游中由第一過濾器分離。在第二反應(yīng)器中的第二步驟中，已經(jīng)通過純化從其中去除碳酸鹽 的溶液被冷卻，以這樣的方式，晶狀氨基酸（氨基酸鹽）沉淀析出，該晶狀氨基酸在第二反 應(yīng)器的下游的第二過濾過程中被分離。這利用了以下事實(shí)：氨基酸的結(jié)晶反應(yīng)是高度依賴 pH的。
[0010] 其缺點(diǎn)首先是純化過程的復(fù)雜性，該純化過程具有需要高投資成本和復(fù)雜的工藝 流程的多個(gè)反應(yīng)器和多個(gè)過濾過程。其缺點(diǎn)其次是故障的高敏感性，這是因?yàn)轱柡桶被?鹽溶液通過從第一反應(yīng)器泵入第二反應(yīng)器中的轉(zhuǎn)移期間，在管道中由于氨基酸鹽溶液的冷 卻，可能發(fā)生不希望的沉淀和管道通路的堵塞。
[0011] 為了確保簡單而魯棒的工藝流程，針對碳酸鹽和氨基酸的過濾，各種過濾器是可 取的，因?yàn)檫@兩種組成部分的鹽由于其形態(tài)而形成不同晶體形狀和顆粒尺寸。在僅在一個(gè) 過濾器中將這兩種組成部分同時(shí)過濾的情況下，可以預(yù)期的是，過濾器迅速堵塞，并且因此 影響了過濾過程。這樣的原因主要是鹽的形態(tài)和固-液相的相對高的固體含量。
[0012] 本發(fā)明的目的是引證一種簡化的用于處理被污染的堿性氨基酸鹽溶液的方法，所 述方法尤其消除了現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，并且進(jìn)一步可以用于工業(yè)規(guī)模中。本發(fā)明的另一目的 是引證一種簡化的用于處理被污染的堿性氨基酸鹽溶液的設(shè)備，其可以被整合到二氧化碳 分尚設(shè)備中。
[0013] 針對方法的本發(fā)明的目的根據(jù)本發(fā)明通過以下來實(shí)現(xiàn)：如權(quán)利要求1所述的用于 處理氨基酸鹽溶液的方法，該氨基酸鹽溶液被二氧化碳所污染并且是用于來自燃燒的煙氣 的二氧化碳的吸收劑。
[0014] 在該方法中，在第一工藝步驟中，將二氧化碳引入到反應(yīng)器中的氨基酸鹽溶液中， 并且同時(shí)在此冷卻該氨基酸鹽溶液。結(jié)果是晶狀碳酸鹽沉淀析出，并且晶狀氨基酸也同步 沉淀析出。在第一工藝步驟之后的第二工藝步驟中，晶狀碳酸鹽和晶狀氨基酸在過濾器中 過濾出。在第二工藝步驟之后的第三工藝步驟中，晶狀碳酸鹽和晶狀氨基酸在溶劑中溶解， 并且由此回收處理過的氨基酸鹽溶液。
[0015] 在這種情況下，本發(fā)明的深入來自以下考慮：在結(jié)合的工藝步驟中，使碳酸鹽和氨 基酸結(jié)晶出來，并且在進(jìn)一步結(jié)合工藝步驟中，將它們從液-固相中過濾出來。與假設(shè)相 反，本發(fā)明基于以下驚奇的發(fā)現(xiàn)：即便是在一個(gè)工藝步驟中過濾出兩種鹽，過濾器也不會(huì)以 使過濾過程帶來不利的影響的這種方式而變得堵塞。優(yōu)選地，在這種情況下，過濾器具有小 于或等于30nm的孔隙尺寸。
[0016] 通過選擇的結(jié)晶來處理被污染的堿性氨基酸鹽溶液。在這個(gè)方法中，利用氨基酸 的結(jié)晶行為的pH值依賴性。在吸收-解吸過程中所用的氨基酸鹽溶液通常顯示出約在10 和13之間的非常高的pH值。在這些條件下，氨基酸作為羧酸鹽而存在。由于羧酸的負(fù)電 荷，使其易溶于水。本發(fā)明現(xiàn)通過降低PH值來提供氨基酸水溶性的減少。最低水溶解度由 在被稱為等電點(diǎn)處的氨基酸所展現(xiàn)。此外，氨基酸作為彼此均衡（兩性離子）的羧酸鹽形 式和銨形式而存在。然而，氨基酸并非一定要位于產(chǎn)生大量結(jié)晶的等電點(diǎn)處。對于典型胺 基酸鹽的結(jié)晶過程來說，最優(yōu)的PH值是在6到10范圍內(nèi)。
[0017] 使用二氧化碳來降低pH值是特別有利的，因?yàn)槎趸际谴嬖谟谡麄€(gè)過程的物 質(zhì)。此外，整個(gè)過程包括解吸過程，并且因此二氧化碳可以再次在解吸過程中從處理過的氨 基酸鹽溶液中除去，以便再次達(dá)到氨基酸鹽溶液的必要堿度。
[0018] 取決于氨基酸鹽優(yōu)選采用的反應(yīng)途徑，在處理二氧化碳?xì)怏w期間，主要形成氨基 酸的氨基甲酸鹽或碳酸氫鹽或碳酸鹽。在碳酸氫鹽形成氨基酸鹽的情況下，形成的碳酸 氫鹽仍經(jīng)常比氨基酸本身的可溶性低，因此已經(jīng)在堿金屬碳酸氫鹽與二氧化碳?xì)怏w的處理 中，鉀碳酸氫鹽通常沉淀析出來。由于溫度的同時(shí)降低，氨基酸還以純晶形式沉淀析出。
[0019] 通過根據(jù)本發(fā)明的方法，可以僅以一個(gè)反應(yīng)步驟以及僅以一個(gè)過濾步驟來從被污 染的氨基酸鹽溶液中回收氨基酸鹽。因?yàn)楣?jié)省了進(jìn)一步的反應(yīng)器和進(jìn)一步的過濾器以及相 應(yīng)的管道和工藝流程，相比于現(xiàn)有技術(shù)，簡化的方法降低了投資成本。此外，根據(jù)本發(fā)明的 方法是在操作中更有利，因?yàn)閮H一個(gè)反應(yīng)器需