從氣流中除去酸性氣體并再生吸收溶液的設備和方法
【專利說明】從氣流中除去酸性氣體并再生吸收溶液的設備和方法
[0001] 發(fā)明人：（1)G ?羅切爾
[0002] 奧斯汀，得克薩斯
[0003] 國籍：美國
[0004] (2)T?馬丹
[0005] 奧斯汀，得克薩斯
[0006] 國籍：印度
[0007] (3)Yu-Jeng Lin
[0008] 奧斯汀，得克薩斯
[0009] 國籍：臺灣
[0010] 代理機構(gòu)案卷號：13-21010-W0
[0011] 客戶編號：6227 ROC
[0012] 政府支持：無
[0013] 從氣流中除去酸性氣體并再生吸收溶液的設備和方法
[0014] 相關申請的交叉參考
[0015] 本申請要求2012年11月14日提交的美國臨時專利申請序列號61/726, 355以及 2013年1月8日提交的美國臨時專利申請序列號61/750, 261的優(yōu)先權(quán)，這兩篇申請的內(nèi)容 被納入本文作為參考。
[0016] 背景
[0017] 全球性的氣候變化促使人們主動降低酸性氣體如二氧化碳（C02)的排放。通過吸 收/汽提除去酸性氣體是有商業(yè)前景的技術(shù)，因為它非常適于隔絕C0 2。二氧化碳排放可通 過不同方法來產(chǎn)生，例如通過燃煤電廠和化石燃料動力汽車產(chǎn)生的氣流。從這些氣流中除 去C0 2是昂貴的過程，潛在的將電力成本增加大于或等于50%。因此，高度期望降低與除去 C02相關的成本的技術(shù)改進。
[0018] 氣體吸收是這樣的過程，其中氣體混合物的可溶組分溶解在液體中。汽提基本上 是吸收的相反過程，因為它涉及將揮發(fā)性組分從液體混合物中轉(zhuǎn)移到氣體中。在典型的C0 2 除去過程中，使用吸收從燃燒氣中除去C02，然后使用汽提來再生溶劑，并捕集溶劑所含的 C02。一旦從燃燒氣和其它氣體中除去C0 2，可捕集和壓縮0)2以用于多種應用，包括隔絕、生 產(chǎn)甲醇和三次采油。
[0019] 美國專利第4, 384, 875號中描述了使用吸收/汽提方法從氣流中除去C02的常規(guī) 方法，該專利的內(nèi)容納入本文作為參考。在本文中，該方法稱為〃簡單汽提"。在吸收階段， 在較高壓力和較低溫度條件下，使包含待除去的〇) 2的待處理的氣體在吸收器中與選定的 吸收劑（即〃貧溶劑"）接觸，從而吸收溶液除去基本上所有的co2。純化的氣體從吸收器頂 部逸出，如有需要，可隨后將其導向使用氫氧化鈉的洗滌器，在那里除去最后的痕量的co 2。 在吸收器的底部，放掉含co2的吸收溶液（也稱為"富溶劑"），并進行汽提過程以使它不含 C0 2，并再生它的吸收性質(zhì)。美國專利第2011/0171093和美國專利第7, 938, 887號中描述 了使用吸收/汽提方法從氣流中除去C02的其它方法，這些專利的內(nèi)容納入本文作為參考。
[0020] 為了使吸收溶液再生，從吸收器底部排出的富溶劑被引入汽提器的上半部分，富 溶劑在汽提器中的壓力下保持在其沸點。通過再沸器實現(xiàn)汽提器中維持富溶劑沸點所需的 熱量。特別是，通過位于汽提器下半部分的待再生的部分溶液與適當溫度下的熱流體（通 常是飽和水蒸氣）之間的間接熱交換來使汽提器中所含的吸收溶液再沸。在再生過程中， 通過吸收溶液的蒸汽釋放和汽提包含于富溶劑中的co 2。含汽提的co2的蒸汽從汽提器頂 部逸出，通過冷凝器系統(tǒng)，該冷凝器系統(tǒng)將由吸收溶液的蒸汽的冷凝所得的液相返回至汽 提器。在汽提器底部，放掉熱的再生的吸收溶液（也稱為"貧溶劑"），并在通過于將待再生 的富溶劑引入汽提器之前與它的間接熱交換使用掉待加熱的溶液的部分熱含量之后，再循 環(huán)至吸收器。
[0021] 這些現(xiàn)有系統(tǒng)的主要缺點是汽提器大量的蒸汽消耗。由這些系統(tǒng)產(chǎn)生大量的廢 熱?，F(xiàn)有系統(tǒng)的另一缺點是使用再沸器，再沸器會明顯增加進行汽提的成本（如果不使用 熱回收裝置）。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0022] 本發(fā)明一般涉及通過汽提器從煙道氣或其它氣體或氣流中除去和捕集酸性氣體， 包括C0 2、硫化氫（H2S)和它們的混合物。本發(fā)明的設備、系統(tǒng)和方法等提供改善的能量效 率。
[0023] 此外，本發(fā)明一般涉及閃蒸汽提器的構(gòu)造，閃蒸汽提器利用冷旁路、溫旁路和熱富 溶劑旁路中的至少一種或它們的組合來更可逆地（即所需的能量較少）回收廢汽提蒸汽熱 量。還可使用富旁路熱交換器和/或?qū)α髡羝訜崞鳟a(chǎn)生更能量有效的方法?；诒景l(fā)明 的閃蒸汽提器，模擬中試設備情況以確認中試設備的構(gòu)造。
[0024] 此外，本發(fā)明一般涉及再沸汽提器的構(gòu)造，再沸汽提器利用富旁路熱交換器以及 冷旁路、溫旁路和熱富溶劑旁路中的至少一種或它們的組合來回收廢汽提蒸汽。
[0025] 通過閱讀以下實施方式的描述，本發(fā)明的特征和優(yōu)點對于本領域技術(shù)人員來說應 當是顯而易見的。
【附圖說明】
[0026] 通過部分地參考以下說明和附圖可以理解本發(fā)明的一些具體示例性實施方式。
[0027] 圖1是依據(jù)本發(fā)明第一實施方式的使用閃蒸汽提器的酸性氣體吸收和汽提的示 意性方法的流程圖。
[0028] 圖2是依據(jù)本發(fā)明第一實施方式的改變方式的使用閃蒸汽提器的酸性氣體吸收 和汽提的示意性方法的流程圖。
[0029] 圖3是簡單汽提器、第一實施方式和第一方式的改變形式的貧負載范圍與當量功 比較的圖。
[0030] 圖4-6是依據(jù)本發(fā)明第一實施方式的其它改變方式的使用閃蒸汽提器的酸性氣 體吸收和汽提的示意性方法的流程圖。
[0031] 圖7是簡單汽提器、兩種改變形式的樣品汽提器，和三種形式的本發(fā)明第一實施 方式的閃蒸汽提器的貧負載范圍與當量功比較的圖。
[0032] 圖8和9是依據(jù)本發(fā)明第一實施方式的其它改變方式的使用閃蒸汽提器的酸性氣 體吸收和汽提的示意性方法的流程圖。
[0033] 圖10是依據(jù)本發(fā)明第二實施方式的使用再沸汽提器的酸性氣體吸收和汽提的示 意性方法的流程圖。
[0034] 圖11是依據(jù)本發(fā)明第二實施方式的改變方式的使用再沸汽提器的酸性氣體吸收 和汽提的示意性方法的流程圖。
[0035] 盡管本發(fā)明可以進行大量的改變，采用替代形式，在附圖和以下詳述中顯示了具 體的示例性實施方式。但是應當理解，具體示例性實施方式的描述并不是將本發(fā)明的范圍 限制在所揭示的特定形式，相反，本發(fā)明應包括所附權(quán)利要求書所揭示的本發(fā)明范圍內(nèi)的 所有變化和等價形式。
[0036] 發(fā)明詳述
[0037] 為簡便起見，在下文中使用一些術(shù)語，不起限制作用。術(shù)語〃上游〃和〃下游〃表 示附圖中和/或某些使用了該術(shù)語的流體流動中的方向。術(shù)語包括上述詞語，其衍生詞和 近義詞。除非另有具體說明，術(shù)語〃一個""一種〃和〃這個（種）"不限于一種要素，而應 理解為〃至少一個（種）〃。
[0038] 參考附圖，其中相同的附圖標記表示相同的要素，圖1-9說明依據(jù)本發(fā)明第一實 施方式的使用閃蒸汽提器從氣流中除去/吸收酸性氣體和再生/汽提溶劑的設備和方法的 各種方式?；蛘撸景l(fā)明旨在獲得高濃度酸性氣體的溶劑，產(chǎn)生酸性氣體濃度較低的溶劑。 溶劑可以是能吸收酸性氣體的吸收溶劑溶液，該溶劑的再生依賴于溫度變化。合適的溶劑 的例子包括但不限于哌嗪（PZ)的單乙醇胺（MEA)或其它胺的水性溶液。更具體地，溶劑可 以是哌嗪或其它活性胺與不形成氨基甲酸酯的叔胺或位阻胺的水性摻混物，例如哌嗪/甲 基二乙醇胺，哌嗪/2_氨基丙醇胺，2-甲基哌嗪和哌嗪/2_哌啶乙醇。溶劑可包括活性伯 胺或仲胺，例如二甘醇胺和二乙醇胺。溶劑可使用酶或其它催化劑來提高〇) 2的吸收率，例 如甲基二乙醇胺和一種或多種酶。溶劑可以是哌嗪與其它熱穩(wěn)定的胺的摻混物，例如哌嗪 /氨基乙基哌嗪和哌嗪/2_甲基哌嗪。溶劑可以是含胺官能團的離子性液體。圖1和2提 供一些樣本特征（例如溫度，量，流量百分數(shù)，壓力等），具體取決于使用的溶液。文中顯示 或討論的建模和設計說明使用方法模擬軟件如AspenPlus?進行的。
[0039] 本發(fā)明主要討論C02的去除。但是，這些討論不是限制性的，因為能通過本發(fā)明方 法除去的任何酸性氣體混合物都可以考慮采用本發(fā)明方法。這些酸性氣體可包括，但不限 于：硫化氫（H 2S)，硫化羰（COS)，二硫化碳（cs2)和硫醇。此外，可在吸收酸性氣體之后回 收胺。在一些實施方式中，待處理的氣體混合物可包括作為化學過程的副產(chǎn)物的任意氣體 混合物。合適的氣體混合物可包括煙道氣、天然氣、氫氣和其它氣體中的一種或更多種。例 如，