專利名稱：具有用于洗滌水的CO₂注入措施的氣體凈化系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于從氣流中去除污染物的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在用于從氣流(例如煙道氣、天然氣、合成氣或其它主要包含氮氣、氧氣、氫 氣、一氧化碳和/或甲烷的氣流)中工業(yè)分離酸性組分(例如H2S、CO2、COS和/或硫 醇)的工藝中，通常使用包括胺化合物的液體溶液或氨水溶液作為溶劑。在吸收工藝中 該酸性組分被吸收到該溶劑中。該工藝通常可以稱作主洗滌工藝。在用所述溶液“洗滌”所述酸性組分之后，在該氣流中仍存在污染物例如痕量 的氨、胺化合物或胺化合物的降解產(chǎn)物。必須在單獨的工藝步驟中將這些污染物從該氣 流中去除。目前已知的系統(tǒng)和方法供在水洗步驟中從氣流中去除這些污染物之用。在該水 洗步驟中，用水在適合的接觸裝置中洗滌該氣流。典型地，用于洗滌該氣流的水是淡水 或由與該氣流的處理相關(guān)的汽提工藝得到的水。在用水洗滌該氣流之后，將該水1)送回到其所來自的該汽提單元中或2)簡單地 與該主洗滌工藝中所用的該溶液混合。廢洗滌液體的再生(例如在汽提單元中)通常是能量密集的且因此是昂貴的工 藝。因此，需要提高洗滌效率和/或降低洗滌水消耗的工藝。發(fā)明概述本發(fā)明的目的是提高氣體凈化工藝中水洗步驟的洗滌效率。本發(fā)明的另一目的是降低氣體凈化工藝中水洗步驟的洗滌水消耗。與上述目的相關(guān)的另一目的是通過提高氣體凈化工藝中水洗步驟的洗滌效率和/ 或降低洗滌水消耗而降低氣體凈化工藝的成本。本發(fā)明的其它目的可以是獲得氣體凈化工藝中所用的化學(xué)物質(zhì)的排放降低的環(huán) 境的、健康的和/或經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點。在本發(fā)明的第一方面中，通過用于從氣流中去除污染物的方法實現(xiàn)了上述目的 以及鑒于本公開內(nèi)容對技術(shù)人員將變得顯而易見的其它目的，該方法包括以下步驟a)將CO2引入洗滌水料流中以得到富集CO2的洗滌水；和b)將所述富集CO2的洗滌水與包含待去除的污染物的該氣流接觸以將允許該污 染物吸收到該富集CO2的洗滌水中。此處所用的術(shù)語“污染物”通常表示在氣流中存在的不合意的組分。該污染物 將通常以微小的體積量存在于該氣流中。該污染物可以是不合意的，例如因為其降低了該氣流在后續(xù)應(yīng)用或其它處理工藝中的有用性或者因為其賦予該氣流不合意的性質(zhì)，例 如毒性、環(huán)境缺點、氣味等。污染物的實例包括氨、胺化合物和得自胺化合物的分解產(chǎn) 物。此處所用的術(shù)語“洗滌水(wash water)，，通常表示用于通過將所述氣流與所述洗 滌水相接觸導(dǎo)致該污染物從所述氣流中吸收到所述洗滌水中而從氣流中去除污染物的含 水介質(zhì)。通常將該包含吸收的污染物的洗滌水在例如汽提單元中循環(huán)，由此該污染物可 以濃縮以焚燒或凈化和重復(fù)使用。在用于水洗單元之前在該洗滌水中引入CO2導(dǎo)致該水洗步驟用于去除堿性污染 物(例如氨和胺化合物)的效率的顯著和預(yù)料不到的提高。盡管本發(fā)明并不被任何特定 的科學(xué)解釋所束縛，但在該顯著提高中有貢獻(xiàn) 的因素可能是由于CO2作為碳酸溶解在該 洗滌水中而造成該洗滌水中的pH值向酸性方向移動。通常，通過在主洗滌工藝中所用的 溶劑在該氣流中引入的該污染物具有苛性或弱苛性特征。因此，如果該水的pH值向酸一 側(cè)方向移動，能夠提高各污染物的汽/液平衡。然而，該顯著提高遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了僅由該pH 值的這種移動所能造成的結(jié)果。因此，能夠顯著降低進(jìn)行洗滌操作所需的洗滌水的量。如果將該使用過的洗滌 水送往汽提單元，那么該洗滌水消耗的降低能夠用于例如提高該水洗工藝的經(jīng)濟(jì)性，因 為在汽提中所需的能量幾乎與待汽提的水量成正比。作為實例，對具有如圖3中所示的 流程圖的商業(yè)裝置的測試顯示在與對使用

圖1的流程圖的相同商業(yè)裝置的測試相比時供 給汽提塔再沸器的水蒸氣量降低20%。進(jìn)一步地，對具有如圖4中所示的流程圖的商業(yè) 裝置的測試已經(jīng)顯示在與在相同的殘余胺和氨含量水平時對使用圖2的流程圖的相同 商業(yè)裝置的測試相比時，該洗滌水的吸收效率提高，使得將殘余胺和氨含量降低到可接 受水平所需的洗滌水的量降低19%。換言之，該水洗步驟的經(jīng)濟(jì)性是由達(dá)到痕量污染物的所需去除率需要的洗滌水 的量所表示的。適當(dāng)洗滌該氣流所需的洗滌水的量是由水對各痕量污染物的吸收能力 (即該污染物在氣相和水相之間的氣/液平衡)所表示的?？商娲?，該洗滌水的吸收能力的提高可以用于在不提高該洗滌水消耗的情況 下進(jìn)一步降低離開該水洗步驟的氣流中的污染物含量。換言之能夠在不會由于水和能量 消耗的提高而造成成本的相應(yīng)提高的情況下降低排放量。因為以下原因，使用CO2來提高洗滌水的吸收能力是進(jìn)一步有利的，原因例 如Dco2是無味的且相對無毒性的，ii)在洗滌水中殘余的任意CO2在使用后都可以在 該洗滌水的再生過程中容易地去除，和iii)co2在本發(fā)明的至少一些實施方案中能夠作為 另一工藝步驟的產(chǎn)物容易地獲得。本發(fā)明的方法已經(jīng)顯示出特別適用于去除堿性污染物，即具有大于7的pKa值的 污染物。因此，待從該氣流中去除的污染物的至少一種是堿性化合物。堿性化合物通常用于從氣流中去除酸性氣體(例如C02、H2S和COS)的吸收工 藝中。本發(fā)明的氣體凈化方法有效用于從氣流中去除堿性污染物。堿性化合物的實例包 括但不局限于氨和胺化合物，例如單乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、甲基二乙醇胺 (MDEA)、二異丙基胺(DIPA)和氨基乙氧基乙醇(二甘醇胺)(DGA)。在工業(yè)裝置中最 通常使用的胺化合物是醇胺MEA、DEA和MDEA。優(yōu)選待去除的污染物的至少一種選自由氨和胺化合物構(gòu)成的組。優(yōu)選地，待去除的污染物之一是氨。引入該洗滌水中的CO2的量應(yīng)當(dāng)足以導(dǎo)致與不引入CO2的洗滌水相比提高的污 染物吸收效率。通常，僅需要將少量CO2引入該洗滌水中以得到在水洗步驟中吸收效率 的提高。該CO2例如可以以使得所得到的富集CO2的洗滌水包括大于0.01對％的CO2的 量引入。在該富集CO2的洗滌水中的(02量上限通常是由實際考慮所決定的。而且，如 果該氣體凈化方法是用于從氣流中(例如從煙道氣流中)去除CO2的更大工藝的一部分， 那么引入的CO2的量可以優(yōu)選經(jīng)選擇使得將CO2引入該洗滌水中不會對所述工藝的總CO2 去除效率有顯著的不利影響。引入的CO2的量可以優(yōu)選使得所得到的富集CO2的洗滌水 包括少于5wt%的CO2,更優(yōu)選少于2或Iwt%的CO2。引入該洗滌水中的CO2的量可以優(yōu)選使得該富集CO2的 洗滌水包括0.01 5wt% 的C02。例如，弓丨入的CO2的量可以使得該富集CO2的洗滌水包括0.01 2_%的CO2 或者使得該富集CO2的洗滌水包括0.01 1_%的co2。引入該洗滌水的CO2可以為各種物理形式。該CO2例如可以以固體、液體、超 臨界流體或氣體形式或其混合物引入。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)該CO2可以方便地以液態(tài)形式引入該洗 滌水料流中。因此，在步驟a)中引入該洗滌水料流中的該CO2優(yōu)選可以是液態(tài)。在用于從氣流(例如煙道氣或天然氣)中分離CO2的工藝中，可以將CO2從例如 該凈化系統(tǒng)中存在的CO2壓縮機循環(huán)?？商娲兀珻O2可以從其它來源獲得并用于注入 該洗滌水料流中。優(yōu)選地，該引入的CO2是由用于從氣流中去除CO2的工藝(例如從用 于從包括用包括氨或胺化合物(優(yōu)選氨)的液體洗滌所述氣流的步驟的從氣流中去除CO2 的工藝)得到的co2。在特別有利的實施方案中，在之前的處理步驟中將該待凈化的氣流進(jìn)行CO2去 除，從所述之前處理步驟中去除的CO2可用于引入隨后的水洗步驟的洗滌水料流中。因 此在依照本發(fā)明的方法中，在步驟b)中，該包含待去除的污染物的氣流可以是由用于去 除CO2的工藝得到的產(chǎn)物，在步驟a)中引入該洗滌水料流中的該CO2是由所述用于去除 CO2的工藝得到的。在本發(fā)明的方法中，該富集CO2的洗滌水與該包含待去除的污染物的氣流的接 觸以允許將該污染物吸收到該富集CO2的洗滌水中可以以各種設(shè)置進(jìn)行，其將是本領(lǐng)域 技術(shù)人員能夠容易獲知的。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)所述接觸是以逆流模式進(jìn)行時實現(xiàn)了尤其有效的 吸收。該接觸可以在任意適合的吸收單元中進(jìn)行。該接觸例如可以在填充床塔(packed bed column)中進(jìn)行。通常，CO2可以來自任意可得到的來源且用于注入該洗滌水料流中。然而，在 用于從氣流(例如煙道氣或天然氣)中分離CO2的工藝中，CO2可以從例如在該凈化系統(tǒng) 中存在的CO2壓縮機中循環(huán)。關(guān)于本發(fā)明的第一方面的上述特征可能也適用于下面所述的本發(fā)明的所有方面 的一些或所有實施方案。本發(fā)明尤其可用于其中至少一種待去除的污染物具有苛性或弱苛性特征的氣體 凈化應(yīng)用中。例如，本發(fā)明的氣體凈化方法適用于用以從氣流(例如煙道氣流)中去除 CO2的基于氨或胺的氣體凈化工藝中。該工藝通常包括吸收步驟，其中該氣流與包括氨 或胺化合物的洗滌液體在吸收單元中接觸，該氣流中的CO2被吸收到所述洗滌液體中。離開該吸收單元的該CO2貧化(depleted)的 氣流將包含痕量的該洗滌液體中所用的氨或胺 化合物。本發(fā)明的氣體凈化方法用于從該氣流中有效去除該痕量的氨或胺化合物。因此，在其第二方面中，本發(fā)明提供了用于從氣流中去除污染物的方法，包括 以下步驟a)從富含CO2的氣流中去除CO2以得到貧(Iean)CO2的氣流；b)將步驟a)中 從所述富含CO2的氣流中去除的CO2引入洗滌水料流中以得到富集(OTriched)CO2的洗滌 水；和c)將所述富集CO2的洗滌水與步驟a)中得到的該貧CO2的氣流接觸以使該貧CO2 的氣流中的污染物吸收到該富集CO2的洗滌水中。依照本發(fā)明的第二方面的方法的步驟b)和C)在一些實施方案中可以分別對應(yīng)于 依照本發(fā)明的第一方面的方法的步驟a)和b)。因此，本發(fā)明的第二方面的方法在一些實 施方案中可以進(jìn)一步如上關(guān)于本發(fā)明的第一方面所限定。本發(fā)明還提供了具有用于將CO2引入洗滌水料流的機構(gòu)并適于進(jìn)行本發(fā)明的方 法的氣體凈化系統(tǒng)。因此，在其第三方面中，本發(fā)明提供了氣體凈化系統(tǒng)，包括經(jīng)設(shè)置以接收氣流 并將其與洗滌水料流接觸的接觸器裝置，其特征在于所述系統(tǒng)包括在所述接觸器裝置上 游的用于將CO2引入所述洗滌水料流中的機構(gòu)。該接觸器裝置，此處也稱作水洗單元，可以優(yōu)選包括吸收單元，例如適用于將 氣流與洗滌水料流接觸的填充床塔。該接觸器裝置可以優(yōu)選經(jīng)設(shè)置用于以逆流模式操 作。該用于將CO2引入所述洗滌水中的機構(gòu)可以適于將固態(tài)、液態(tài)、超臨界流體或 氣態(tài)的CO2引入所述洗滌水中。優(yōu)選地，該用于將CO2引入所述洗滌水中的機構(gòu)可以適 于引入液態(tài)的co2。液態(tài)的CO2例如可以通過噴嘴被引入該洗滌溶液中。本發(fā)明的氣體凈化系統(tǒng)尤其可以用于其中至少一種待去除的污染物具有苛性或 弱苛性特征的氣體凈化應(yīng)用中。例如，本發(fā)明的氣體凈化系統(tǒng)適用于用于從氣流(例如 煙道氣流)中去除CO2的基于氨或胺的氣體凈化工藝中。該工藝通常包括吸收步驟，其 中該氣流與包括氨或胺化合物的洗滌液體在吸收單元中接觸，該氣流中的CO2被吸收到 所述洗滌液體中。離開該吸收單元的該CO2貧化的氣流將包含痕量的該洗滌液體中所用 的氨或胺化合物。本發(fā)明的氣體凈化系統(tǒng)用于從該氣流中有效去除該痕量的氨或胺化合 物。因此，本發(fā)明的氣體凈化系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括經(jīng)設(shè)置用于接收富含CO2的氣流 并將其與包含氨或胺化合物的液體接觸以產(chǎn)生貧CO2的氣流的第二接觸器裝置，其中所 述第一接觸器裝置經(jīng)設(shè)置用于接收所述貧CO2的氣流并將其與洗滌水料流接觸，以及其 中所述系統(tǒng)包括在所述第一接觸器裝置上游的用于將CO2引入所述洗滌水料流中的機 構(gòu)。在該氣體凈化系統(tǒng)中，所述用于將CO2引入所述洗滌水料流中的機構(gòu)可以適于 在所述第一接觸器裝置的上游將該第二接觸器裝置中從該富含CO2的氣流中去除的CO2 引入該洗滌水料流中。優(yōu)選地，在依照本發(fā)明的第四方面的氣體凈化系統(tǒng)中引入該洗滌水料流中的 CO2可以是在第一接觸器裝置中由該富含CO2的氣流得到的C02。因此，該用于將CO2 引入該所述洗滌水料流的裝置可以優(yōu)選適于將在該第一接觸器裝置中從該富含CO2的氣流中去除的CO2在所述第二接觸器裝置的上游引入該洗滌水料流中。在其第四方面中，本發(fā)明提供了富集CO2的洗滌水用于在氣體凈化系統(tǒng)中從氣 流中去除堿性污染物的用途。該富集CO2的洗滌水中的CO2濃度可以優(yōu)選高于0.01wt%。在該富集CO2的洗 滌水中的CO2量的上限通常是由實際考慮所決定的。而且，如果該富集CO2的洗滌水用 于在用以從氣流中(例如從煙道氣流中)去除CO2的工藝中的洗滌步驟中，那么該(02濃 度可以優(yōu)選經(jīng)選擇使得將富集CO2的洗滌水的使用不會對所述工藝的總CO2去除效率有 顯著的不利影響。CO2的濃度可以優(yōu)選小于5_%的CO2,更優(yōu)選少于2或lwt%&C02。該富集CO2的洗滌水優(yōu)選包括0.01 5wt%的C02。該富集CO2的洗滌水可以 例如包括 0.01 2wt%W CO2 或 0.01 lwt%W CO2。該富集CO2的洗滌水可以例如通過將液態(tài)的CO2引入洗滌水中得到。該富集CO2的洗滌水用于在氣體凈化系統(tǒng)中從氣流中去除堿性污染物的用途可 以尤其適用 于用于通過將所述氣流與包括氨或胺化合物的液體接觸而從氣流中去除CO2 的氣體凈化系統(tǒng)中。附圖簡述圖1 (現(xiàn)有技術(shù))是一般性描述已知的基于氨的氣體凈化系統(tǒng)的圖解。圖2(現(xiàn)有技術(shù))是一般性描述已知的基于胺的氣體凈化系統(tǒng)的圖解。圖3是一般性描述依照本發(fā)明的基于氨的氣體凈化系統(tǒng)的實施方案的圖解。圖4是一般性描述依照本發(fā)明的基于胺的氣體凈化系統(tǒng)的實施方案的圖解。發(fā)明詳述下面參照附圖詳細(xì)描述現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明的氣體凈化系統(tǒng)的特別實施方案。圖1是常規(guī)基于冷凍氨的氣體凈化系統(tǒng)的示意圖。該系統(tǒng)包括經(jīng)設(shè)置以允許待 凈化的氣流與包括氨的洗滌液體進(jìn)行接觸的CO2吸收單元(101)。將有待將CO2從中去 除的煙道氣通過管線(102)供給至該CO2吸收單元(101)。在該CO2吸收單元中，該煙 道氣與包括氨的洗滌液體接觸，例如通過將該煙道氣鼓泡通過所述洗滌液體或通過將該 洗滌液體噴霧到該煙道氣中。將該包含氨的洗滌液體通過管線(103)供給至該CO2吸收 單元。在該CO2K收單元(101)中，CO2從該煙道氣中被吸收到該洗滌液體中，例如通 過形成溶解態(tài)或固態(tài)的銨的碳酸鹽或碳酸氫鹽。包含吸收的CO2的使用過的洗滌液體通 過管線(104)離開該吸收單元并被引入汽提單元(111)中，在其中將CO2W該洗滌液體中 分離出來。分離出來的CO2通過管線(112)離開該汽提單元。CO2貧化的煙道氣通過管 線(105)離開該CO2吸收單元。圖1中所示的系統(tǒng)進(jìn)一步包括水洗單元(106)。該水洗單元經(jīng)設(shè)置以允許該離開 該CO2K收單元(101)的該CO2貧化的煙道氣與洗滌水相接觸。該洗滌水通過管線(107) 供給至該水洗單元。在該水洗單元中，在離開該CO2吸收單元時該煙道氣中殘余的污染 物被吸收到該洗滌水中。包含吸收的污染物的使用過的洗滌水通過管線(108)離開該水 洗單元。CO2和污染物貧化的煙道氣通過管線(109)離開該水洗單元(106)。該洗滌水 可以通過再生器單元(110)循環(huán)，其中將污染物從該洗滌水中分離出去。圖2是常規(guī)基于胺的氣體凈化系統(tǒng)的示意圖。該系統(tǒng)包括經(jīng)設(shè)置以允許待凈化 的氣流與一種或多種洗滌液體進(jìn)行接觸的吸收單元(201)。圖2中所示的吸收單元包括CO2吸收部分(20 和水洗部分(20 。將待從中去除CO2的煙道氣通過管線(204)供 給至該吸收單元001)。在該CO2K收部分O02)中，該煙道氣與包括胺化合物的第一 洗滌液體接觸，例如通過將該煙道氣鼓泡通過所述第一洗滌液體或通過將該第一洗滌液 體噴霧到該煙道氣中。將該第一洗滌液體通過管線(20 供給至該吸收單元。在該CO2 吸收部分002)中，(02從該煙道氣中被吸收到該第一洗滌液體中。在該CO2K收部分 中的CO2貧化的煙道氣然后進(jìn)入該吸收單元的水洗部分(20 。該水洗部分(20 經(jīng)設(shè) 置以允許來自該CO2K收部分O02)的該CO2貧化的煙道氣與第二洗滌液體(通常是水) 接觸。該第二洗滌液體通過管線(206)供給至該吸收單元。在該水洗部分中，在離開該 CO2吸收單元時該煙道氣中殘余的污染物被吸收到該第二洗滌液體中。CO2和污染物貧 化的煙道氣通過管線(207)離開該吸收單元。包含吸收的CO2和污染物的該使用過的第 一和第二洗滌液體通過管線(208)離開該吸收單元。該使用過的第一和第二洗滌液體可 以通過再生器單元(209)循環(huán)，其中將污染物和CO2從該洗滌水中分離出去。該分離出 來的CO2通過管線(210)離開該系統(tǒng)。
在其實施方案中，本發(fā)明包括接觸器裝置，此處也稱作水洗單元。該水洗單元 可以經(jīng)設(shè)置本身作為獨立的操作單元，或作為主吸收單元(例如<02吸收單元)的整合 部分。在所有實施方案中，該水洗單元可以經(jīng)設(shè)置作為并聯(lián)或串聯(lián)的多個裝置或操作步馬聚O
將包括待去除的污染物的氣流(例如煙道氣)供給至該水洗單元。在該水洗單 元中，該氣流與洗滌水料流接觸，例如通過將該煙道氣鼓泡通過所述洗滌液體或通過將 該洗滌液體噴霧到該氣流中。在該水洗單元中，污染物從該氣流中被以溶解態(tài)或固態(tài)吸 收到該洗滌水中。
除了上述特征，該氣體凈化系統(tǒng)進(jìn)一步包括在所述水洗單元上游的用于將CO2 弓I入所述洗滌水料流中的機構(gòu)。
在所有實施方案中，該CO2可以在該水洗單元上游的任意位置引入該洗滌水料 流中，例如引到洗滌水供應(yīng)中或引到連接洗滌水供應(yīng)與該水洗單元的管線中或直接引到 該水洗單元中。
在所有實施方案中，該用于引入CO2的機構(gòu)可以適于在所述洗滌水中引入固 態(tài)、液態(tài)、超臨界流體或氣態(tài)的co2。引入該洗滌水中的該CO2可以通過在適合的溫度 和/或壓力提供以保持在所需的物理形式。用于將該CO2保持在所需的物理形式的適合 的溫度和壓力是本領(lǐng)域技術(shù)人員使用CO2S力-溫度相圖可以容易地確定的。
可以使用多種方法將該CO2引入該洗滌水中。用于將CO2引入所述洗滌水中的 機構(gòu)的實例包括但不局限于用于將該洗滌水與固態(tài)的CO2相混合以將CO2溶解在該洗 滌水中的混合單元、用于將該洗滌水與固態(tài)的CO2混合以允許CO2溶解在該洗滌水中的 混合單元、和其中將氣態(tài)CO2與該洗滌水接觸(例如通過將該CO2鼓泡通過所述洗滌水 或通過將該洗滌水噴霧到所述氣態(tài)CO2中)的CO2吸收單元。
該用于將CO2引入所述洗滌水中的裝置可以優(yōu)選適于引入液態(tài)的C02。液態(tài)的 CO2可以例如通過噴嘴被引入該洗滌溶液中。
該用于將CO2引入所述洗滌水中的機構(gòu)可以包括混合單元，例如混合腔，以確 保CO2在該洗滌水中的均勻分布?？商娲鼗蜃鳛檠a充，在該洗滌水供應(yīng)處或在連接洗滌水供應(yīng)與該水洗單元的管線處可以設(shè)置用于確保CO2在該洗滌水中均勻分布的單獨的 混合單元。
在所述水洗單元上游的該用于將CO2引入所述洗滌水中的機構(gòu)可以經(jīng)設(shè)置以從 任何適合的CO2供應(yīng)或來源提供C02。在用于從氣流(例如煙道氣或天然氣)中分離CO2 的工藝中，CO2可以從例如該凈化系統(tǒng)中存在的CO2壓縮機中循環(huán)?？商娲?，CO2可 以從其它來源得到并用于注入該洗滌水料流中。
該系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括用于測定和/或控制添加到該洗滌水料流中的CO2量的 機構(gòu)。所述用于測定和/或控制添加到該洗滌水料流中的CO2量的機構(gòu)也可以是用于測 定該氣體凈化系統(tǒng)中的其它值(例如表示該水洗單元中污染物的去除效率的值)的連接機 構(gòu)。這種設(shè)置允許調(diào)節(jié)引入該洗滌流中的CO2的量以在該水洗單元中達(dá)到最優(yōu)化的污染 物去除效率。
該水洗單元經(jīng)設(shè)置以允許該污染的氣流與洗滌液體(其通常是水)接觸。該水 洗單元可以例如包括吸收塔，例如填充床塔。該水洗單元可以優(yōu)選經(jīng)設(shè)置以逆流模式操 作。作為實例，該水洗單元可以包括經(jīng)設(shè)置以逆流模式操作的吸收塔，其中將該污染的 氣體在該塔的底部供給，該洗滌水在該塔的頂部供給，使得隨著氣體上升通過該塔，該 氣體與該洗滌水接觸。該污染物貧化的氣流在塔的頂部離開該塔，而包含從該氣流中吸 收的污染物的洗滌水在塔的底部離開該塔。在其中該水洗單元構(gòu)成主吸收單元(例如CO2 吸收單元)的整合部分或區(qū)域且其中該水洗部分或區(qū)域設(shè)置在CO2K收部分或區(qū)域頂部的 實施方案中，該逆流模式可能是尤其有利的。
上述涉及用于將CO2引入洗滌水的機構(gòu)和方法的特征也可以應(yīng)用于下面所述的 具體實施方案。
圖3是依照本發(fā)明的基于氨的氣體凈化系統(tǒng)的實施方案的示意圖。該系統(tǒng)包括 經(jīng)設(shè)置以允許待凈化的氣流與包括氨的洗滌液體進(jìn)行接觸的CO2吸收單元(301)。將待 將CO2從中去除的煙道氣通過管線(302)供給至該CO2吸收單元(301)。在該CO2吸收 單元中，該煙道氣與包括氨的洗滌液體接觸，例如通過將該煙道氣鼓泡通過所述洗滌液 體或通過將該洗滌液體噴霧到該煙道氣中。將該包含氨的洗滌液體通過管線(30 供給 至該CO2吸收單元。在該CO2吸收單元(301)中，CO2從該煙道氣中被吸收到該洗滌液 體中，例如通過形成溶解態(tài)或固態(tài)的銨的碳酸鹽或碳酸氫鹽。包含吸收的CO2的使用過 的洗滌液體通過管線(304)離開該吸收單元并被引入汽提單元(311)中，在其中將(02從 該洗滌液體中分離出來。分離出來的CO2通過管線(312)離開該汽提單元。CO2貧化的 煙道氣通過管線(305)離開該CO2吸收單元。
圖3中所示的系統(tǒng)進(jìn)一步包括水洗單元(306)。該水洗單元經(jīng)設(shè)置以允許該離開 該CO2吸收單元(301)的該CO2貧化的煙道氣與洗滌水接觸。該洗滌水通過管線(307) 供給至該水洗單元。在該水洗單元中，在離開該CO2吸收單元時該煙道氣中殘余的污染 物被吸收到該洗滌水中。包含吸收的污染物的使用過的洗滌水通過管線(308)離開該水 洗單元。CO2和污染物貧化的煙道氣通過管線(309)離開該水洗單元(301)。該洗滌水 可以通過再生器單元(310)循環(huán)，其中將污染物從該洗滌水中分離出去。
除了上述特征之外，圖3中所示的系統(tǒng)進(jìn)一步包括用于在所述水洗單元的上游 將CO2引入所述洗滌水料流中的機構(gòu)(313)。
在用于再生該洗滌液體的汽提單元(311)中將該吸收單元中從該煙道氣中去除 的CO2從該洗滌液體中分離出來。將分離的CO2通過管線(312)離開該汽提單元。將 該汽提單元中分離出來的CO2的一部分引入待供給該水洗單元的洗滌水中。
圖4是依照本發(fā)明的基于胺的氣體凈化系統(tǒng)的實施方案的示意圖。該系統(tǒng)包括 經(jīng)設(shè)置以允許待凈化的氣流與一種或多種洗滌液體進(jìn)行接觸的吸收單元(401)。圖4中所 示的吸收單元包括CO2吸收部分(40 和水洗部分(40 。將待將CO2從中去除的煙道 氣通過管線(404)供給該吸收單元(401)。在該CO2吸收部分002)中，該煙道氣與包 括胺化合物的第一洗滌液體接觸，例如通過將該煙道氣鼓泡通過所述第一洗滌液體或通 過將該第一洗滌液體噴霧到該煙道氣中。將該第一洗滌液體通過管線(40 供給至該吸 收單元。在該CO2吸收部分002)中，(02從該煙道氣中被吸收到該第一洗滌液體中。 在該CO2吸收部分中的CO2貧化的煙道氣然后進(jìn)入該吸收單元的水洗部分(40 。該水 洗部分(40 經(jīng)設(shè)置以允許該離開該CO2K收部分002)的該CO2貧化的煙道氣與第二 洗滌液體(通常是水)接觸。該第二洗滌液體通過管線(406)供給至該吸收單元。在該 水洗部分中，在離開該CO2吸收部分時該煙道氣中殘余的污染物被吸收到該第二洗滌液 體中。CO2和污染物貧化的煙道氣通過管線(407)離開該吸收單元。包含吸收的(02和 污染物的該使用過的第一和第二洗滌液體通過管線(408)離開該吸收單元。該使用過的 第一和第二洗滌液體可以通過再生器單元(409)循環(huán)，其中將污染物從該洗滌水中分離 出去。
在用于再生該洗滌液體的再生器單元009)中將該吸收單元中從該煙道氣中去 除的CO2從該洗滌液體中分離出來。將分離的CO2通過管線(410)離開該系統(tǒng)。將該 再生器單元中分離出來的CO2的一部分引入待供給該水洗單元的洗滌水中。
除了上述特征之外，圖4中所示的系統(tǒng)進(jìn)一步包括用于在所述水洗單元的上游 將CO2引入所述洗滌水料流中的機構(gòu)(411)。實施例
實施例1.用水去除Nil· (對比例)
在具有圖1所示的流程圖的商業(yè)裝置中，將來自燃煤發(fā)電廠的1.8X IO6NmYh的 CO2貧化且冷卻的煙道氣的氣流(5°C，略高于大氣壓，93%N2*Ar，1.8% CO2, 4% O2) 從基于氨的主CO2吸收單元送入水洗塔。
由該基于氨的CO2吸收單元中與氨水溶液接觸得到的該氣體包含約6000 7000ppmV(以體積計的百萬份之份數(shù))的NH3。在該水洗塔中，需要將該氣流中的NH3 含量降低到200ppmV或更低的水平，然后才能將該煙道氣進(jìn)一步送出。
在該水洗塔中，通過用600m7h的水吸收去除該NH3,該水獲自汽提單元并供給 至該水洗塔的頂部，在其中其與在水洗塔底部供給的上升的煙道氣逆流接觸。在供給至 該塔之前，通過冷卻系統(tǒng)將該水冷卻到5°C。
達(dá)到在煙道氣流中200ppmV NH3的目標(biāo)所需要的洗滌水量為600m3/h。
在水洗塔底部去除具有1 1.5Wt%的NH3含量的廢洗滌水并將其循環(huán)到汽提單 元中。在該汽提單元中，通過用該汽提單元的再沸器產(chǎn)生的水蒸氣的汽提從該洗滌水中 分離出氨。該再沸器是使用該發(fā)電廠水蒸氣循環(huán)獲得的120噸/小時的水蒸氣加熱的。離開該汽提單元的水中的NH3貧化到低殘余含量，例如約0.05Wt%，并基本上不含C02。
將離開該汽提單元的水循環(huán)用于該水洗塔中。
實施例2.用富集CO2的洗滌水去除NH2
如實施例1所述進(jìn)行實施例2，差別在于在CO2壓縮機(如圖3中所示)之后從 該加壓液態(tài)產(chǎn)物CO2 (600噸/小時)中得到1 1.5噸/小時的CO2并將其注入該洗滌水 冷卻器和該水洗塔之間的冷洗滌水管線中。
CO2的注入提高了該洗滌水的吸收效率，使得將該煙道氣流的氨含量降低到所 需的200ppmV所需的洗滌水量從600 (實施例1中不注入CO2所需要的)降低到480m3/ h。因此，僅將480m7h的廢洗滌水送入該汽提器。供給至該汽提器再沸器的水蒸氣量 也能夠成比例降低，即降低20%到96噸/小時。因此，本發(fā)明產(chǎn)生了相當(dāng)于M噸水蒸 氣/小時的節(jié)能。
實施例3.用水去除胺化合物(對比例)
在具有圖2所示的流程圖的商業(yè)裝置中，將來自燃煤發(fā)電廠的210萬Nm3Zh的 煙道氣(略高于大氣壓，72%N2*Ar，14% CO2, 3 4% O2)送入胺吸收單元，其裝備 有作為主部分的CO2吸收部分和作為頂部部分的整合的水洗部分。
在該CO2吸收部分中，通過包括水和胺化合物或胺化合物混合物的混合物的溶 液吸收90%的CO2。
由該CO2吸收單元中與胺水溶液接觸得到的來自該CO2吸收部分到達(dá)該水洗部 分的煙道氣包含約SOppmV的胺。由于與煙道氣中存在的氧氣的不合意的副反應(yīng)，少部 分胺將降解以生成少量的揮發(fā)性降解產(chǎn)物，例如氨和丙酮，其也可能以小濃度存在于來 自該主CO2吸收部分的氣體中。作為實例，在European Castor試驗裝置(pilot)中，在該 胺吸收單元下游的經(jīng)處理的氣體中測量到高達(dá)IOOppmV的氨濃度。
該水洗部分的目的是將所述(一種或多種)胺化合物的含量降低到不超過2ppmV 的殘余水平并將該降解產(chǎn)物的含量降低到環(huán)境可接受的水平(例如對于氨< lOppmV)。 該水洗的目的也是回收該胺化合物用于循環(huán)目的。
達(dá)到胺化合物和降解產(chǎn)物的該目標(biāo)含量所需的洗滌水的量為320m7h。
通過用洗滌水吸收去除該胺和其它痕量的污染物，該水獲自該再生器的塔頂冷 凝系統(tǒng)，將其冷卻并泵送到該水洗部分的頂部。在該水洗部分中的廢洗滌水向下流動到 該主CO2吸收部分并與富含胺化合物的溶液相結(jié)合并送入再生器，在其中回收該胺。
實施例4.用富集CO2的洗滌水去除胺化合物
如實施例3所述進(jìn)行實施例4，差別在于在CO2壓縮機(如圖4中所示)之后從 該加壓液態(tài)產(chǎn)物CO2 (600噸/小時)中得到1 2噸/小時的CO2并將其注入該再生器 塔頂系統(tǒng)和該水洗塔之間的洗滌水管線中。
CO2的注入提高了該洗滌水的吸收效率，使得將殘余胺的含量降低到所需的 2ppmV并將該氨含量降低到小于IOppmV所需的洗滌水量從320 (實施例3中不注入CO2 所需要的)降低到260m3/h。
權(quán)利要求
1.用于從氣流中去除污染物的方法，包括以下步驟a)將CO2引入洗滌水料流中以得到富集CO2的洗滌水；和b)將所述富集CO2的洗滌水與包含待去除的污染物的該氣流接觸以允許將該污染物 吸收到該富集CO2的洗滌水中。
2.權(quán)利要求1的方法，其中該污染物中的至少一種是堿性化合物。
3.權(quán)利要求2的方法，其中該污染物的至少一種選自由氨和胺化合物構(gòu)成的組，優(yōu)選為氨。
4.前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中該富集CO2的洗滌水包括0.01 5^%的 CO2,優(yōu)選 0.01 CO2,優(yōu)選 0.01 lwt%&C02。
5.前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中在步驟a)中引入該洗滌水料流中的該CO2是 液態(tài)的。
6.前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中步驟b)是以逆流模式進(jìn)行的。
7.前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中步驟b)是在填充床塔中進(jìn)行的。
8.前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中在步驟a)中引入該洗滌水料流中的CO2是由 用于從氣流中去除CO2的工藝得到的。
9.權(quán)利要求8的方法，其中所述用于從氣流中去除CO2的工藝包括用包括氨或胺化合 物，優(yōu)選氨，的液體洗滌所述氣流的步驟。
10.前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中在步驟b)中包含待去除的污染物的氣流是由 用于去除CO2的工藝得到的產(chǎn)物，在步驟a)中引入該洗滌水料流中的該CO2是由所述用 于去除CO2的工藝得到的。
11.用于從氣流中去除污染物的方法，包括以下步驟a)從富含CO2的氣流中去除CO2以得到貧CO2的氣流；b)將步驟a)中從所述富含CO2的氣流中去除的CO2引入洗滌水料流中以得到富集 CO2的洗滌水；和c)將所述富集CO2的洗滌水與步驟a)中得到的該貧CO2的氣流接觸以使該貧CO2的 氣流中的污染物吸收到該富集CO2的洗滌水中。
12.權(quán)利要求11的方法，進(jìn)一步如權(quán)利要求2 7中任一項所限定。
13.氣體凈化系統(tǒng)，包括經(jīng)設(shè)置以接收氣流并將其與洗滌水料流接觸的第一接觸器裝 置，其特征在于所述系統(tǒng)包括在所述接觸器裝置上游的用于將CO2引入所述洗滌水料流 中的機構(gòu)。
14.權(quán)利要求13的氣體凈化系統(tǒng)，其中所述用于引入CO2的機構(gòu)適于引入液態(tài)的CO2。
15.權(quán)利要求13或14的氣體凈化系統(tǒng)，進(jìn)一步包括經(jīng)設(shè)置用于接收富含CO2的氣流 并將其與包括氨或胺化合物的液體接觸以產(chǎn)生貧CO2的氣流的第二接觸器裝置，其中所 述第一接觸器裝置經(jīng)設(shè)置用于接收所述貧CO2的氣流并將其與洗滌水料流接觸，其特征 在于所述系統(tǒng)包括在所述第一接觸器裝置上游的用于將CO2引入所述洗滌水料流中的機 構(gòu)。
16.權(quán)利要求15的氣體凈化系統(tǒng)，其中所述用于將CO2引入所述洗滌水料流中的機構(gòu) 適于在所述第一接觸器裝置的上游將該第二接觸器裝置中從該富含CO2的氣流中去除的CO2引入該洗滌水料流中。
17.富集CO2的洗滌水用于在氣體凈化系統(tǒng)中從氣流中去除堿性污染物的用途。
18.權(quán)利要求17的用途，其中該富集CO2的洗滌水包括0.01 5_%的CO2,優(yōu)選 0.01 2wt%W CO2,優(yōu)選 0.01 lwt%W CO2。
19.權(quán)利要求17 18中任一項的用途，其中該富集CO2的洗滌水是通過將液態(tài)的CO2 引入洗滌水中而得到的。
20.權(quán)利要求17 19中任一項的用途，其中所述氣體凈化系統(tǒng)是用于通過將氣流與 包括氨或胺化合物的液體接觸從所述氣流中去除CO2的系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于從氣流中去除污染物的方法和系統(tǒng)，包括以下步驟a)將CO2(313)引入洗滌水料流(307)中以得到富集CO2的洗滌水；和b)將所述富集CO2的洗滌水與包含待去除的污染物的該氣流(305)接觸(306)以將該污染物吸收到該富集CO2的洗滌水中。本發(fā)明涉及富集CO2的洗滌水用于在氣體凈化系統(tǒng)中從氣流中去除堿性污染物的用途。
文檔編號B01D53/14GK102026701SQ200980117125
公開日2011年4月20日 申請日期2009年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月14日
發(fā)明者P·U·科斯 申請人:阿爾斯托姆科技有限公司