[发明专利]从气流中除去酸性气体并再生吸收溶液的设备和方法

说明书

发明人：(1)G·罗切尔

奥斯汀，得克萨斯

国籍：美国

(2)T·马丹

奥斯汀，得克萨斯

国籍：印度

(3)Yu-Jeng Lin

奥斯汀，得克萨斯

国籍：台湾

代理机构案卷号：13-21010-WO

客户编号：6227 ROC

政府支持：无

从气流中除去酸性气体并再生吸收溶液的设备和方法

相关申请的交叉参考

本申请要求2012年11月14日提交的美国临时专利申请序列号61/726,355以及2013年1月8日提交的美国临时专利申请序列号61/750,261的优先权，这两篇申请的内容被纳入本文作为参考。

背景

全球性的气候变化促使人们主动降低酸性气体如二氧化碳(CO₂)的排放。通过吸收/汽提除去酸性气体是有商业前景的技术，因为它非常适于隔绝CO₂。二氧化碳排放可通过不同方法来产生，例如通过燃煤电厂和化石燃料动力汽车产生的气流。从这些气流中除去CO₂是昂贵的过程，潜在的将电力成本增加大于或等于50％。因此，高度期望降低与除去CO₂相关的成本的技术改进。

气体吸收是这样的过程，其中气体混合物的可溶组分溶解在液体中。汽提基本上是吸收的相反过程，因为它涉及将挥发性组分从液体混合物中转移到气体中。在典型的CO₂除去过程中，使用吸收从燃烧气中除去CO₂，然后使用汽提来再生溶剂，并捕集溶剂所含的CO₂。一旦从燃烧气和其它气体中除去CO₂，可捕集和压缩CO₂以用于多种应用，包括隔绝、生产甲醇和三次采油。

美国专利第4,384,875号中描述了使用吸收/汽提方法从气流中除去CO₂的常规方法，该专利的内容纳入本文作为参考。在本文中，该方法称为"简单汽提"。在吸收阶段，在较高压力和较低温度条件下，使包含待除去的CO₂的待处理的气体在吸收器中与选定的吸收剂(即"贫溶剂")接触，从而吸收溶液除去基本上所有的CO₂。纯化的气体从吸收器顶部逸出，如有需要，可随后将其导向使用氢氧化钠的洗涤器，在那里除去最后的痕量的CO₂。在吸收器的底部，放掉含CO₂的吸收溶液(也称为“富溶剂”)，并进行汽提过程以使它不含CO₂，并再生它的吸收性质。美国专利第2011/0171093和美国专利第7,938,887号中描述了使用吸收/汽提方法从气流中除去CO₂的其它方法，这些专利的内容纳入本文作为参考。

为了使吸收溶液再生，从吸收器底部排出的富溶剂被引入汽提器的上半部分，富溶剂在汽提器中的压力下保持在其沸点。通过再沸器实现汽提器中维持富溶剂沸点所需的热量。特别是，通过位于汽提器下半部分的待再生的部分溶液与适当温度下的热流体(通常是饱和水蒸气)之间的间接热交换来使汽提器中所含的吸收溶液再沸。在再生过程中，通过吸收溶液的蒸汽释放和汽提包含于富溶剂中的CO₂。含汽提的CO₂的蒸汽从汽提器顶部逸出，通过冷凝器系统，该冷凝器系统将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，放掉热的再生的吸收溶液(也称为“贫溶剂”)，并在通过于将待再生的富溶剂引入汽提器之前与它的间接热交换使用掉待加热的溶液的部分热含量之后，再循环至吸收器。

这些现有系统的主要缺点是汽提器大量的蒸汽消耗。由这些系统产生大量的废热。现有系统的另一缺点是使用再沸器，再沸器会明显增加进行汽提的成本(如果不使用热回收装置)。

发明内容

本发明一般涉及通过汽提器从烟道气或其它气体或气流中除去和捕集酸性气体，包括CO₂、硫化氢(H₂S)和它们的混合物。本发明的设备、系统和方法等提供改善的能量效率。