CN101970081A - 从气体中除去二氧化碳的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种从气体中除去CO2的方法，该方法包括以下步骤：(a)通过使气体与吸收液在吸收器中接触获得富含CO2的吸收液和纯化气体，从气体中除去CO2；(b)加热富含CO2的吸收液；(c)使加热的富含CO2的吸收液与汽提气在再生器中在升高的温度下接触，获得再生的吸收液和富含CO2的热气流；其中至少部分富含CO2的吸收液通过与富含CO2的热气流外部热交换进行加热。

Description

从气体中除去二氧化碳的方法
技术领域
本发明涉及一种从气体中除去二氧化碳(CO2)的方法。
背景技术
在最近几十年期间，排放到大气的CO2量显著全球性增长。由于CO2的“温室气体”性能，有助于全球变暖，因此CO2排入大气被认为是有害的。按照京都议定书，必须减少CO2排放以防止或抵抗不需要的气候变化。CO2排放的最大来源是化石燃料例如煤或天然气燃烧用于发电，和使用石油产品作为运输以及加热燃料。这些过程导致产生包含CO2的气体。因此，在这些气体排入大气之前希望除去至少部分CO2。
从气体中除去CO2的方法是现有技术已知的。例如，在EP0,744,987中描述了一种除去和防止CO2排入大气的方法。在EP0,744,987所述的方法中，使CO2从排出燃气轮机的废气转移到吸收液，随后在升高的温度下再生使被吸收的CO2从吸收液中释放。EP0,744,987中所述的方法的严重缺陷是高能耗，导致较低的总能量输出。为了提高效率，使排出燃气轮机的废气通过热回收蒸汽发生器，制得高压蒸汽和低压蒸汽。低压蒸汽用于实现吸收液再生所需的升高的温度。尽管这导致较好的总效率，但需要额外的设备。
因此，仍然需要一种从气体中除去CO2的简单、能量有效的方法。
发明内容
为此，本发明提供一种从气体中除去CO2的方法，该方法包括以下步骤：
(a)通过使气体与吸收液在吸收器中接触获得富含CO2的吸收液和纯化气体，从气体中除去CO2；
(b)加热富含CO2的吸收液；
(c)使加热的富含CO2的吸收液与汽提气在再生器中在升高的温度下接触，获得再生的吸收液和富含CO2的热气流；其中至少部分富含CO2的吸收液通过与富含CO2的热气流外部热交换进行加热。
这里使用的外部热交换是指将富含CO2的热气流从再生器引入至少一个热交换器，其中从富含CO2的热气流回收热量并且将回收的热量用于再生步骤的情形。
该方法使得能够使用吸收液简单并且更能量有效地除去CO2，因为用于温热富含CO2的吸收液的部分热量需求由富含CO2的热气流提供。据信，通过使存在于富含CO2的热气流中的蒸汽至少部分冷凝来传递热量需求。适宜地，本方法使得总能量效率提高5-25％，优选10-25％。
附图说明
现在将仅仅举例并且参照附属的非限定性附图来描述本发明的实施方案，其中：
图1是根据本发明的一个实施方案的从气体中除去CO2的方法的流程图。用于本说明书的目的，单个附图标记将分配给管线以及管线中携带的物流。
具体实施方式
在步骤(a)中，通过使气体与吸收液在升高的压力下，适宜地在吸收器中接触除去CO2。在图中，气体通过管线1引入吸收器2。适宜地，在气体是烟道气的情形中，吸收在相对低的温度和相对低的压力下进行。适宜地，在进入吸收器前使气体冷却。
该方法适用于任何包含CO2的气体。例如，待处理的气体可以是天然气，例如通过烃例如甲烷、天然或伴生气、石脑油、柴油和液体渣油部分的(催化)部分氧化和/或蒸汽甲烷转化得到的合成气，来自煤气化的气体，焦炉煤气，炼厂气，氢气和含氢气体，以及烟道气。
适宜地，气体包含0.25-70％(v/v)的CO2，优选1-45％(v/v)。
在气体是烟道气的情形中，CO2的量通常较低，适宜地为0.25-20％(v/v)并且气体将通常还包含氧气，优选为0.25-20％(v/v)，更优选0.5-15％(v/v)，仍然更优选1-10％(v/v)。
吸收液可以是能够从气流中除去CO2的任何吸收液。这类吸收液可以包括化学溶剂或者化学和物理溶剂的组合。
合适的化学溶剂包括氨和胺化合物。
一种优选的吸收液包含一种或多种胺。发现胺尤其适合于从气体中除去CO2。
胺可以是单种伯或仲或者叔胺，优选来源于乙醇胺，或者可以是伯或仲胺和/或叔胺的混合物。
优选地，一种或多种胺选自单乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、二甘醇胺(DGA)、甲基二乙醇胺(MDEA)、三乙醇胺(TEA)、N，N′-二(羟基烷基)哌嗪、N，N，N′，N′-四(羟基烷基)-1，6-己二胺和叔烷基胺磺酸化合物。
MEA是尤其优选的胺，这归因于其吸收相对高百分比的CO2(每体积MEA的CO2体积)的能力。因此，包含MEA的吸收液适合于从具有低CO2浓度，典型地为3-10％(v/v)CO2的气体中除去CO2。
优选地，N，N′-二(羟基烷基)哌嗪是N，N′-二-(2-羟基乙基)哌嗪和/或N，N′-二-(3-羟基丙基)哌嗪。
优选地，四(羟基烷基)-1，6-己二胺是N，N，N′，N′-四(2-羟基乙基)-1，6-己二胺和/或N，N，N′，N′-四(2-羟基丙基)-1，6-己二胺。
优选地，叔烷基胺磺酸化合物选自4-(2-羟基乙基)-1-哌嗪乙烷磺酸、4-(2-羟基乙基)-1-哌嗪丙烷磺酸、4-(2-羟基乙基)哌嗪-1-(2-羟基丙烷磺酸)和1，4-哌嗪二(磺酸)。
尤其优选的吸收液包含伯或仲胺与叔或位阻胺的混合物。合适的叔或位阻胺已在上文描述。伯或仲胺化合物适宜地具有低于5.5，优选低于5，更优选低于4.5的pKb(在水中在25℃下)。较低的pKb导致改进的方法，表现形式为增加的CO2吸收。尤其优选的仲胺是哌嗪。
在气流包含明显量的氧气，适宜地为1-20％(v/v)氧气的情形中，优选将腐蚀抑制剂加入吸收液。合适的腐蚀抑制剂例如描述于US6,036,888中。
将理解的是用于吸收(步骤a)的条件尤其取决于使用的吸收液的种类。
在吸收液包含胺的情形中，步骤(a)适宜地在15-90℃的温度下，优选在至少20℃，更优选25-80℃，仍然更优选40-65℃，并且甚至仍然更优选在约55℃的温度下进行。
在吸收液包含氨的情形中，适宜地吸收步骤在低于环境温度，优选0-10℃，更优选2-8℃的温度下进行。
在吸收液包含胺的情形中，步骤(a)适宜地在10-150巴，尤其为25-90绝压巴(ba ra)的压力下进行。
步骤(a)得到纯化气体和富含CO2的吸收液。适宜地，超过80％，优选超过90％并且更优选超过95％的CO2被除去。当纯化气体包含低浓度的CO2时，其这时可以排入大气或者在别处使用。
在步骤(b)中，适宜地使用步骤(c)的再生吸收液将富含CO2的吸收液加热。该加热步骤效果是将富含CO2的吸收液带至接近于富含CO2的吸收液将进行再生的温度或者该温度范围内。适宜地，步骤(b)通过富含CO2的吸收液与热的气体或液体热交换进行。正如将在下文中解释的，使用来自在再生步骤中产生的包含CO2的热汽提气的热量实现步骤(b)的至少部分热量需求。
在步骤(c)中，使加热的富含CO2的吸收液(通过图中的管线8传送)与汽提气在再生器(图中的9)中在升高的温度下接触，获得再生的吸收液和富含二氧化碳的气流。在图中，富含CO2的气流通过管线10从再生器引入热交换器11。
将理解的是用于再生的条件尤其取决于吸收液的类型和用于吸收步骤的条件。适宜地，再生在与吸收不同的温度和/或不同的压力下进行。再生步骤适宜地在比吸收步骤中使用的更高温度下进行。
在吸收液包含胺的情形中，优选的再生温度为100-200℃。在吸收液包含含水胺的情形中，再生优选在1-5ba ra的压力下进行。
当使用包含氨的吸收液时，排出再生器的富含CO2的气流具有升高的压力。适宜地，富含CO2的气流的压力为5-30bara，优选8-30bara。在富含CO2的气流需要在高压下，例如当其将用于注入地下地层时的应用中，有利的是富含CO2的气流已经在升高的压力下。在优选实施方案中，适宜地通过将加压的富含CO2的气流注入储油层使其用于强化油采收，在那里其将就地溶于油中，由此降低其的粘度并且由此使其更容易朝着生产井流动。通常，需要一系列压缩机将富含CO2的气流加压至所希望的高压。已经在升高的压力下的富含CO2的气流更容易进一步加压。
在本方法中，至少部分富含CO2的吸收液通过与富含CO2的热气流热交换进行加热。这可以几种方式实现。将详细描述优选的实施方案。然而将理解的是本发明不限于该优选实施方案；许多变型是可能的并且这些也包含在本发明中。
在优选实施方案中，如图中所示，富含CO2的吸收液分流成两个部分，其中两个物流通过管线6和12从分流器5引出。将富含CO2的吸收液的第一部分引入第一热交换器-图中的7，由此使用再生的吸收液将富含CO2的吸收液的所述第一部分加热。将富含CO2的吸收液的第二部分引入第二热交换器-图中的11，由此将富含CO2的吸收液的所述第二部分加热。富含CO2的热气流引入第二热交换器并且用于通过热交换加热富含CO2的吸收液的第二部分。优选地，第一部分多于第二部分。第一与第二部分的比例将尤其取决于使用的吸收液，因为不同的吸收液将具有不同的热量需求。富含CO2的吸收液的第一与第二部分的优选比例为1∶1-9∶1，更优选1∶1-4∶1，仍然更优选约7∶3。
在图中，包含CO2的气体通过管线1引入吸收器2。在吸收器2中，气体与吸收液接触，由此使CO2从气体转移到吸收液，获得纯化气体和富含CO2的吸收液。纯化气体通过管线3从吸收器引出。富含CO2的吸收液通过管线4从吸收器引入分流器5，在那里其分流成两个物流。
第一个物流通过管线6引入第一热交换器7，在那里其被加热。所得的加热的富含CO2的吸收液通过管线8引入再生器9。在再生器9中，加热的富含CO2的吸收液在升高的温度下与汽提气接触，由此将CO2从吸收液转移到汽提气，得到再生的吸收液和富含CO2的热汽提气。富含CO2的热汽提气通过管线10从再生器引入热交换器11。
富含CO2的吸收液的第二个物流通过管线12从分流器5引入热交换器11。在热交换器11中，富含CO2的吸收液相对于富含CO2的热汽提气进行加热。所得的加热的富含CO2的吸收液通过管线13从热交换器11引入再生器9。
冷却的富含CO2的汽提气通过管线14从热交换器11引入冷凝器15，在那里其冷凝。冷却的物流通过管线16引入分离器17，在那里冷凝水分离并且通过管线18引入再生器9。贫含水的富含CO2的气流通过管线19引入压缩机20，在那里其被加压。加压的CO2流通过管线21从压缩机引到别处使用。
再生的吸收液通过管线22从再生器9的底部抽出并且引入再沸器23，在那里其被加热制得汽提蒸汽和再生的吸收液。汽提蒸汽通过管线24引入再生器。热的再生吸收液通过管线25引入热交换器7，在那里其相对于包含CO2的吸收液进行冷却。冷却的再生吸收液通过管线26引入吸收器2。
使用以下非限定实施例解释本发明。
实施例1(根据本发明)：
在图中所述的方法中，包含4.1％CO2的烟道气以499.1Nm3/s的流量通过管线1引入吸收塔2。在吸收器中吸收85％的CO2。通过管线4离开吸收器2的18％的富含CO2的溶剂流通过热交换器11引入塔9。通过管线4离开吸收器2的物流的剩余部分引入热交换器7。这导致再沸器23的231.1MW的负荷。
实施例2(根据本发明)：
重复如上所述的方法，但这时将通过管线4离开吸收器2的所有溶剂通过热交换器7引入再生器9。这导致再沸器23的253.3MW的负荷。
因此，本方法使得再沸器负荷降低约9％。

Claims (10)

1.一种从气体中除去CO2的方法，该方法包括以下步骤：
(a)通过使气体与吸收液在吸收器中接触获得富含CO2的吸收液和纯化气体，从气体中除去CO2；
(b)加热富含CO2的吸收液；
(c)使加热的富含CO2的吸收液与汽提气在再生器中在升高的温度下接触，获得再生的吸收液和富含CO2的热气流；其中至少部分富含CO2的吸收液通过与富含CO2的热气流外部热交换进行加热。
2.根据权利要求1的方法，其中富含CO2的吸收液分流成两个部分；将富含CO2的吸收液的第一部分引入第一热交换器，由此将富含CO2的吸收液的所述第一部分加热；将富含CO2的吸收液的第二部分引入第二热交换器，由此将富含CO2的吸收液的所述第二部分加热；和将富含CO2的热气流引入第二热交换器并且用于通过热交换加热富含CO2的吸收液的第二部分。
3.根据权利要求2的方法，其中富含CO2的吸收液的第一与第二部分的比例为1∶1-9∶1，优选1∶1-4∶1，更优选约7∶3。
4.根据前述权利要求任一项的方法，其中吸收液包含一种或多种胺。
5.根据权利要求4的方法，其中一种或多种胺选自单乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、二甘醇胺(DGA)、甲基二乙醇胺(MDEA)、三乙醇胺(TEA)、N-乙基二乙醇胺(EDEA)、N，N′-二(羟基烷基)哌嗪、N，N，N′，N′-四(羟基烷基)-1，6-己二胺和叔烷基胺磺酸化合物。
6.根据权利要求4或5的方法，其中吸收液进一步包含物理溶剂。
7.根据权利要求1-3任一项的方法，其中吸收液包含氨。
8.根据前述权利要求任一项的方法，其中富含CO2的气流的压力为5-30bara，优选8-30bara。
9.根据前述权利要求任一项的方法，其中使用二氧化碳压缩机将富含二氧化碳的气流加压，制得加压的二氧化碳流。
10.根据权利要求9的方法，其中加压的二氧化碳流用于强化油采收。
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