[发明专利]废气的二氧化碳回收系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及从废气中回收二氧化碳的系统和方法。更具体地，本发明涉及为节约二氧化碳回收成本，通过降低使二氧化碳吸收溶液再循环所需的能量，从废气中回收二氧化碳的方法。

背景技术

韩国是排放温室气体的主要国家之一，2009年向空气中排放4.9亿吨二氧化碳而位列第6。为了应对全球变暖问题，韩国政府已实施规划，以在2020年前使温室气体排放减少30％，并且已于2010年4月13日制定低碳、绿色增长的框架法案(Framework Act on Low Carbon，Green Growth)。

认识到碳捕获与储存(CCS)技术对减少温室气体排放会有重大影响，韩国政府选择CCS作为15个增长引擎之一，并于2010年7月宣布国家CCS发展和促进规划(National CCS Development & Promotion Plan)。根据此项规划，将分阶段发展碳捕获技术并考察大规模的二氧化碳(CO₂)储存点。至2017年，碳捕获与储存将用来每年储存1百万吨以上的二氧化碳。为此目的，截至2020年，政府和相关产业将投资约2万亿韩元用于该领域的技术发展。

现有的二氧化碳捕获方法包括吸收、吸附、膜分离等等。其中，由于吸收方法能够处理大量的废气，并且即使在二氧化碳浓度高达7-30％时也提供良好的二氧化碳除去效率，因此与吸附或膜分离方法相比，吸收方法被评价为经济的并且易于应用的。

在现有的吸收方法中，广泛发展的化学吸收采用化学反应，能够从废气中选择性地分离二氧化碳。因此，该方法是有利的：由于吸收量并不受到CO₂分压的严重影响，即使在CO₂分压低时，CO₂除去效率也高。但是该方法在从CO₂中分离吸收溶液的过程中消耗很多能量。

使用化学吸收方法，能量成本通常占CO₂回收成本的60％以上。能量成本中，使CO₂吸收溶液再循环所花费的成本占至少80％。因此，为了降低二氧化碳回收成本并改进二氧化碳吸收技术，需要能够降低使吸收溶液再循环所需的能量的技术。

如图1所见，在现有的二氧化碳吸收技术中，向配备有具有大的表面积以允许有效的气-至-液接触的过滤器的吸收塔1供入含有二氧化碳的废气，并在约40-70℃在大气压下使其与从吸收塔1的上部喷淋的溶液状态的吸收剂接触，从而用吸收溶液吸收废气中的CO₂。将从吸收塔1排出的吸收溶液，即含有CO₂的吸收溶液，加热至约100-160℃，并在再循环塔3中再循环，利用热交换通过从再循环塔3的下部所排出的吸收溶液预热，然后被供入再循环塔3的上部。在再循环塔3的下部，使用加热器4如锅炉将含有CO₂的吸收溶液加热至100-160℃，以释放出CO₂继而从再循环塔3的上部排放。用冷却器5将与释放的CO₂一起排出的蒸发的吸收溶液冷却并冷凝，用分离罐(drum)6使其与二氧化碳分离，回流到再循环塔3中，并通过在再循环塔3的下部排出而回到吸收塔1。从分离罐6中单独回收所释放的高浓度的(90-100％)气态CO₂，以储存/固定/转化。

通常使用胺类吸收溶液作为这种化学吸收的吸收剂。胺类吸收溶液的实例包括单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、乙基二乙醇胺、二异丙胺、二甘醇胺、哌嗪、2-哌嗪乙醇、羟乙基哌嗪、2-氨基-甲基-1-丙醇、2-乙氨基-乙醇、2-甲氨基-乙醇、2-二乙氨基-乙醇和其它物质。它们通常以5-60wt％的浓度与溶剂例如水混合而使用。

如上所述，在从废气中回收二氧化碳的现有技术中，能量成本占CO₂回收成本的60％以上，通过加热再循环塔的下部使CO₂吸收溶液再循环所花费的成本占总能量成本的约80％。而且，为使吸收溶液再循环，消耗大量的能量以使CO₂与吸收溶液分离，其进一步增加了二氧化碳回收的成本。