专利名称：用于再生吸收剂溶液的系统和方法
用于再生吸收剂溶液的系统和方法相关申请的交叉引用本申请依照35U. S.C. $119(e)要求2007年12月13日提交的共同未决的美国临 时专利申请序列号61/013，384的优先权，由此通过参考将其整体引入。
背景技术：
1.发明领域本发明的主题涉及用于从工艺物流中吸收酸性组分的系统和方法。更特别地，本 发明的主题涉及用于从工艺物流中吸收二氧化碳的系统和方法。
2.
背景技术：
工艺物流(例如来自煤燃烧炉的废物流)通常包含在将其引入环境之前必须从该 工艺物流中除去的各种组分。例如，废物流通常包含酸性组分，例如二氧化碳(CO2)和硫化 氢(H2S)，在将该废物流排放到环境中之前必须将其除去或减少。在很多种工艺物流中发现的酸性组分的一种实例是二氧化碳。二氧化碳具有大量 的用途。例如，二氧化碳能够用于碳酸化饮料；用于冷藏、冷冻和包装海鲜、肉类、家禽、烧烤 食品、水果和蔬菜；用于延长乳制品的储藏寿命。其他应用包括但不局限于处理饮用水； 用作杀虫剂和温室中的大气添加剂。近来，二氧化碳已经被确定为用于提高油回收率的有 用的化学物质，其中使用了大量非常高压力的二氧化碳。获得二氧化碳的一种方法是净化工艺物流，例如废物流，例如烟气流，其中二氧化 碳是有机或无机化学工艺的副产物。典型地，将包含高浓度的二氧化碳的工艺物流进行多 级冷凝和净化，然后蒸馏，以产生产品级的二氧化碳。提高适用于上述应用中的二氧化碳(称作“产品级二氧化碳”)的量的需求和降低 一旦将工艺气流排放到环境中就会释放到该环境中的二氧化碳的量的需求推动了提高从 工艺气流中回收的二氧化碳量的需求。越来越需要工艺装置降低在释放的工艺气体中存在 的二氧化碳的量或浓度。同时，越来越需要工艺装置节约资源，例如时间、能量和金钱。本 发明的主题通过提高从工艺装置中回收的二氧化碳的量并同时降低从该工艺气体中除去 该二氧化碳所需的能量，可以缓解对工艺装置提出的这多个需求中的一个或多个。发明概述依照此处所述的方面，提供了用于从工艺物流中吸收酸性组分的系统，所述系统 包括包括酸性组分的工艺物流；用于从所述工艺物流中吸收至少一部分所述酸性组分的 吸收剂溶液，其中所述吸收剂溶液包括胺化合物或氨；包括内部部分的吸收器，其中所述吸 收剂溶液在所述吸收器的所述内部部分中接触所述工艺物流；和用于从所述工艺物流中吸 收至少一部分所述酸性组分的催化剂，其中所述催化剂存在于以下中的至少一种中所述 吸收器的所述内部部分(internalportion)的区段(section)、所述吸收剂溶液或其组合。依照此处所述的其他方面，提供了用于从工艺物流中吸收酸性组分的系统，所述 系统包括经构造以再生富吸收剂溶液以形成贫吸收剂溶液的再生系统，以及其中该再生系 统包括具有内部部分的再生器；用于将富吸收剂溶液供给所述内部部分的入口 ；与所述再生器流体连接的再沸器，其中所述再沸器将蒸汽提供给所述再生器用于再生所述富吸收 剂溶液；和用于吸收所述富吸收剂溶液中存在的至少一部分酸性组分的催化剂，其中所述 催化剂存在于以下中的至少一种中所述再生器的所述内部部分的区段、所述富吸收剂溶 液或其组合。依照此处所述的其他方面，提供了用于从工艺物流中吸收二氧化碳的方法，所述 方法包括将包含二氧化碳的工艺物流供给吸收器，所述吸收器包括内部部分；将吸收剂 溶液供给所述吸收器，其中所述吸收剂溶液包括胺化合物、氨或其组合；将催化剂供给以下 中的至少一种所述吸收器的所述内部部分的区段、所述吸收剂溶液或其组合；和使所述 工艺物流与所述吸收剂溶液和所述催化剂接触，由此从所述工艺物流中吸收至少一部分二 氧化碳，并产生富吸收剂溶液。以下附图和详细描述举例说明了上述和其他特征。附图简述现在参照附图，其是示例性的，且其中类似的元件类似编号
图1是描述用于从工艺物流中吸收并由此除去酸性组分的系统的一种实施方案 的实例的简图；图2是描述用于从工艺物流中吸收并由此除去酸性组分的系统的一种实施方案 的实例的简图；图2A是描述用于从工艺物流中吸收并由此除去酸性组分的系统的一种实施方案 的实例的简图；图3是描述用于再生富吸收剂溶液的系统的一种实施方案的实例的简图；图3A是描述用于再生富吸收剂溶液的系统的一种实施方案的实例的简图。优选实施方案的详细描述图1描述了用于再生由从工艺物流中吸收酸性组分由此形成了酸性组分减少的 物流和富吸收剂溶液产生的富吸收剂溶液的系统10。该系统10包括吸收器20，其具有接收工艺物流22并便于在该工艺物流22和位于 该吸收器20内的吸收剂溶液之间进行相互作用的内部部分20a。如图1中所示，该工艺物 流22通过位于例如该吸收器20的中点A上的工艺物流入口 24进入该吸收器20并通过该 吸收器20。然而，预期该工艺物流22可以在容许从该工艺物流22中吸收酸性组分的任意 位置进入该吸收器20，例如该工艺物流入口 24可以位于该吸收器20上的任意位置。该中 点A将该吸收器20分成下部部分21a和上部部分21b。工艺物流22可以是任意液体流或气体流，例如天然气流、合成气流、炼厂气体或 蒸汽流、石油储罐的输出流、或由材料(例如煤、天然气或其他燃料)的燃烧产生的物流。工 艺物流22的一种实例是在燃料(例如化石燃料)燃烧来源的出口处产生的烟气流。燃料 的实例包括但不局限于合成气、石油炼厂气、天然气、煤等。根据该工艺物流22的来源或类 型，该酸性组分可以是气态、液态或颗粒态。该工艺物流22可以包含多种组分，包括但不局限于颗粒物质、氧气、水蒸气和酸 性组分。在一种实施方案中，该工艺物流22包含几种酸性组分，包括但不局限于二氧化碳。 到工艺物流22进入该吸收器20时，该工艺物流可能经过处理以除去颗粒物质以及硫氧化 物(SOx)和氮氧化物(NOx)。然而，各系统的工艺可能不同，因此，这种处理可能发生在该工艺物流22通过该吸收器20之后或者根本不发生。在一种实施方案中，如图1中所示，该工艺物流22通过热交换器23，其有助于通过 将热量从该工艺物流22传递给传热流体60而冷却该工艺物流。预期可以将传热流体60 转移到系统10的其他部分，在其中能够使用该热量提高该系统的效率(如下所述)。在一种实施方案中，在该热交换器23中，将该工艺物流22从在例如约149摄氏度 至204摄氏度(149°C _204°C或300-400° F)的范围内的温度冷却到例如38摄氏度至149 摄氏度(38°C -149°C或100-300° F)的温度。在另一实施方案中，将该工艺物流22从例如 149摄氏度至204摄氏度(149°C _204°C或300-400° F)的温度冷却到例如38摄氏度至66 摄氏度(38°C-66°C或100-150° F)的温度。在一种实施方案中，在通过该热交换器23之 后，该工艺物流22中存在的该酸性组分的浓度约为1-20摩尔百分比(1-20摩尔％ )，该工 艺物流中存在的水蒸气的浓度约为1-50摩尔百分比(1-50摩尔％ )。该吸收器20使用分布在其中的便于从该工艺物流22中吸收和除去酸性组分的吸 收剂溶液。在一种实例中，该吸收剂溶液包括化学溶剂和水，其中该化学溶剂包括例如含 氮溶剂，例如胺化合物，特别为伯、仲和叔烷氧基胺、伯和仲胺、位阻胺和严重位阻仲氨基醚 醇。通常所用的化学溶剂的实例包括但不局限于一乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、二异丙 醇胺(DIPA)、N-甲基乙醇胺、三乙醇胺(TEA)、N-甲基二乙醇胺(MDEA)、哌嗪、N-甲基哌嗪 (MP)、N-羟乙基哌嗪(HEP)、2_氨基-2-甲基丙醇(AMP)、2-(2-氨基乙氧基)乙醇(也 称作二乙二醇胺或DEGA)、2-(2-特丁基氨基丙氧基)乙醇、2-(2_特丁基氨基乙氧基)乙 醇(TBEE)、2-(2_特戊基氨基乙氧基)乙醇、2-(2_异丙基氨基丙氧基)乙醇、2-(2_(1_甲 基-1-乙基丙基氨基)乙氧基)乙醇等。前述可以单独或组合使用，有或没有共溶剂、添加 剂(例如消泡剂、缓冲剂、金属盐等)以及腐蚀抑制剂。腐蚀抑制剂的实例包括但不局限于 杂环化合物，选自由以下构成的组硫代吗啉、二噻烷和噻噁烷，其中该硫代吗啉、二噻烷和 噻噁烷的碳部分各自具有独立的η、(^_8烷基、C7_12烷芳基、C6_1(1芳基和/或C3_1(1环烷基取代 基；硫脲-胺_甲醛聚合物，该聚合物与铜(II)盐结合使用；包含+4或5价态的钒的阴离 子；和其他已知的腐蚀抑制剂。在另一实施方案中，该吸收剂溶液包括氨。例如，该吸收剂溶液可以包括氨、水和 浓度范围为该吸收剂溶液总重量的0-50wt%的氨/碳酸盐基盐，该氨浓度可以在该吸收剂 溶液总重量的l_50wt%之间变化。在一种实施方案中，在该吸收器20中存在的该吸收剂溶液称作“贫”吸收剂溶液 和/或“半贫”吸收剂溶液36。该贫和半贫吸收剂溶液能够从该工艺物流22中吸收该酸性 组分，例如该吸收剂溶液没有完全饱和或没有处于完全的吸收容量。如此所述，该贫吸收剂 溶液具有比该半贫吸收剂溶液更大的酸性组分吸收容量。在一种实施方案中，如下所述，该 贫和/或半贫吸收剂溶液36是由该系统10提供的。在一种实施方案中，将补充吸收剂溶 液25提供给该吸收器20以补充该系统提供的贫和/或半贫吸收剂溶液36。通过该吸收剂溶液与该工艺物流22的相互作用(或接触)发生从该工艺物流22 中吸收该酸性组分。应当认识到该工艺物流22与该吸收剂溶液之间的相互作用能够在吸 收器20中以任意方式发生。例如，在一种实施方案中，该工艺物流22通过该工艺物流入口 24进入该吸收器20，并沿该吸收器20的长度向上运动，而该吸收剂溶液在该工艺物流22 进入的位置以上的位置进入并以与该工艺物流22的方向逆流流动。
该工艺物流22和该吸收剂溶液之间在该吸收器20内的相互作用产生了来自补充 吸收剂溶液25和该贫和/或半贫吸收剂溶液36中的任一种或两者的富吸收剂溶液26和 工艺物流22。在相互作用之后，该工艺物流22具有减少的酸性组分含量，以及该富吸收剂 溶液26被从该工艺物流22中吸收的该酸性组分饱和。在一种实施方案中，该富吸收剂溶 液26被二氧化碳饱和。在一种实施方案中，该系统10还包括催化剂27。该催化剂27可以吸收该工艺物 流22中存在的该酸性组分。催化剂的实例包括但不局限于碳酸酐酶和基于无机材料的催 化剂，例如沸石基催化剂和过渡金属基催化剂(钯、钼、钌)。过渡金属基催化剂和沸石基催 化剂能够与碳酸酐酶结合使用。该催化剂27可以与一种或多种酶(未示出)结合使用。酶包括但不局限于α、 β、Y、δ和ε级碳酸酐酶、胞浆碳酸酐酶Hf^nCAl、CA2、CA3、CA7*CA13)和线粒体碳 酸酐酶(例如CA5A和CA5B)。在一种实施方案中，该催化剂27可以存在于该吸收器20的该内部部分20a的至 少一区段中、供给该吸收器20的该吸收剂溶液中(例如该贫和/或半贫吸收剂溶液36和 /或提供给该吸收器20的该补充吸收剂溶液25)或其组合。在一种实施例中，该催化剂27存在于供给该吸收器20的吸收剂溶液中。如图2中 所示，在吸收器20中吸收CO2之前，将该催化剂27添加到该吸收剂溶液(例如该胺溶液) 中。例如，在图2中，通过将该补充吸收剂溶液25通过催化剂容器29，将该催化剂27供给 该补充吸收剂溶液25。然而，预期可以将该贫和/或半贫吸收剂溶液36提供给催化剂容 器29。还预期在引入该吸收器20的内部部分20a之前，将该补充吸收剂溶液25和该贫和 /或半贫吸收剂溶液36都供给该催化剂容器29。应当认识到该催化剂容器29可以是任意的接收吸收剂溶液以及催化剂且便于将 该催化剂加入到该补充吸收剂溶液25中的容器。将该催化剂27引入该补充吸收剂溶液25 或该贫和/或半贫吸收剂溶液36中可以以任意方式进行，包括但不局限于使用空气喷布 器、螺旋或其他旋转装置等。仍参照图2，在将该催化剂27引入该补充吸收剂溶液25中之后形成了含催化剂的 吸收剂溶液31。在一种实施方案中，该催化剂27以在例如约0. 5-50毫克/升(0. 5_50mg/ L)范围内的浓度存在于该补充吸收剂溶液25中。在另一实施方案中，该催化剂27以在例 如约2-15毫克/升(2-15mg/L)范围内的浓度存在于该补充吸收剂溶液25中，气液比(L/ G)例如为约 0. 1-5 磅 / 磅(0. l-51b/lb)。在一种实施方案中，将该含催化剂的吸收剂溶液31通过入口 31a供给该吸收器20 的内部部分20a。尽管图2描述了在该吸收器20的上部部分21b中且在该工艺物流入口 24 之上的该入口 31a，但预期该入口 31a可以位于该吸收器20上的任意位置。在将该含催化 剂的吸收剂溶液31供给该吸收器20的内部部分20a之后，其与该工艺物流22相互作用， 其中该催化剂27以及该含催化剂的吸收剂溶液31中存在的胺基化合物或氨吸收该工艺物 流22中存在的该酸性组分。在该工艺物流22和该含催化剂的吸收剂溶液31的相互作用 之后，产生了富吸收剂溶液，并作为包含催化剂的该富吸收剂溶液26离开该吸收器20。仍参照图2，在另一实施方案中，将该含催化剂的吸收剂溶液31通过入口 31a供给 该吸收器20的内部部分20a。一旦将该含催化剂的吸收剂溶液31引入该内部部分20a，该催化剂27就固定在位于该吸收器20的内部部分20a内的填料塔21c上。通过该填料塔上 存在的基体(未示出)将该催化剂固定在该填料塔21c上。该基体可以是有机或无机化学 物质，且可以通过任意已知的方法施加到填料塔21c上。该催化剂27通过与该基体反应固 定在填料塔21c上。在一种实施方案中，该填料塔21c是由例如无规或规整填料的小固体形状(任意 和所有类型的形状都可以使用)构成的床或多个连续的床，在其上液体和蒸汽在逆流路径 中流动。在另一实施方案中，该含催化剂的吸收剂溶液31还包含酶，其也可以固定在该填 料塔21c上。注意到至少一部分该催化剂27可以与富吸收剂溶液26 —起移动。在另一实施方案中，如图2A中所示，该催化剂27存在于该吸收器20的内部部分 20a的区段上。特别地，该催化剂27固定(如上所述)在该吸收器20的内部部分20a中存 在的该填料塔21c上。在一种实施方案中，该催化剂27在该填料塔21c上的密度在例如约 0. 5-20皮摩尔/平方厘米(0. 5-20pmol/Cm2)范围内。在另一实施方案中，该催化剂27在 该填料塔21c上的密度在例如约0. 5-10皮摩尔/平方厘米(0. 5-10pmol/cm2)范围内。该 催化剂27和该吸收剂溶液中存在的胺化合物和/或氨一起吸收并由此从该工艺物流22中 除去酸性组分以形成富吸收剂溶液26。在该实施方案中，该催化剂27不与该富吸收剂27 一起移动到系统10的其他位置。如图1-2A中所示，无论是否使用该催化剂27从该工艺物流22中吸收一部分酸性 组分，该富吸收剂溶液26都下降到该吸收器20的下部部分21a，在此处将其除去以进一步 处理，而现在具有减少量的酸性组分的该工艺物流22移动通过该吸收器20并作为酸性组 分减少的物流28通过出口 28a从上部部分21b中排出。在一种实施方案中，该酸性组分减 少的物流28可以具有在例如约49摄氏度至93摄氏度(49°C _93°C或120° F_200° F)的 范围内的温度。在一种实施方案中，在该酸性组分减少的物流28中存在的酸性组分的浓度 在例如约0-15摩尔百分比(0-15摩尔％)的范围内。在一种实施方案中，在该酸性组分减 少的物流28中存在的二氧化碳的浓度在例如约0-15摩尔百分比(0-15摩尔％)的范围内。返回参考图1，在到达通常以34所示的再生系统之前，该富吸收剂溶液26在约 24-160磅/平方英寸(24-160psi)的压力下通过泵30进入热交换器32中。该再生系统 34包括但不局限于具有内部部分34b的再生器34a、入口 34c和与该再生器34a流体连接 的再沸器34d。应当认识到此处所用的术语“流体连接”表示该装置例如直接(在两个装置 之间什么都没有)或间接(在两个装置之间存在某物)通过例如管路、管道、传送带、线路 等连通或连接。该再生器34a也可以称作“汽提器”，再生该富吸收剂溶液26以形成贫吸收剂溶液 和/或半贫吸收剂溶液36中的一种。在一种实施方案中，如下所述，将在该再生器34a中 再生的该贫和/或半贫吸收剂溶液36供给该吸收器20。仍参照图1，该富吸收剂溶液26可以在入口 34c处进入该再生器34，该入口位于 该再生器34a的中点B。然而，预期该富吸收剂溶液26能够在任意将会便于该富吸收剂溶 液26的再生的位置进入该再生器34a，例如该入口 34c能够位于该再生器34a上的任意位置。在进入该再生器34a之后，该富吸收剂溶液26与逆流的由再沸器34d产生的蒸汽 40相互作用(或接触)。在一种实施方案中，该再生器34a具有在例如约24-160磅/平方英寸(24-160psi)的范围内的压力，且在例如约38摄氏度至204摄氏度(38°C _204°C 或100° F-400° F)的温度范围内操作，更特别地在例如约93摄氏度至193摄氏度 (93°C _193°C或 200° F-380。F)的温度范围内。在该再生器34a中，该蒸汽40再生该富吸收剂溶液26，由此形成贫吸收剂溶液和 /或半贫吸收剂溶液36，以及富含酸性组分的物流44。将至少一部分该贫吸收剂溶液和/ 或该半贫吸收剂溶液36转移到该吸收器20中用于如上所述进一步从该工艺物流22中吸 收或除去该酸性组分。在一种实施方案中，该再生系统34还包括该催化剂27。除用该蒸汽40再生该富 吸收剂溶液26之外，还能通过用该催化剂27吸收至少一部分该酸性组分来再生该富吸收 剂溶液26。如上所述，该催化剂27可以与一种或多种上述的酶(未示出)结合使用。该催化剂27可以存在于该再生器34a的该内部部分34b的至少一区段中、该富吸 收剂溶液26中或其组合。在一种实施方案中，该催化剂27存在于供给该再生器34a的该 富吸收剂溶液26中。该催化剂27存在于该富吸收剂溶液26中可能是由于如上所述该催 化剂存在于该吸收器20中或该吸收器20中所用的吸收剂溶液中。在一种实施方案中，该 催化剂27以在例如约0. 5-50毫克/升(0. 5-50mg/L)范围内的浓度存在于该富吸收剂溶 液26中。在另一实施方案中，该催化剂27以在例如约2-15毫克/升(2-15mg/L)范围内 的浓度存在于该富吸收剂溶液26中，气液比(L/G)例如为约0. 1-5磅/磅(0. l-51b/lb)。在另一实施方案中，如图3中所示，通过将该富吸收剂溶液26通过该催化剂容器 29，将该催化剂27供给该富吸收剂溶液26，以形成含催化剂的富吸收剂溶液33。在一种实 施方案中，该催化剂27以在例如约0. 5-50毫克/升(0. 5-50mg/L)范围内的浓度存在于该 含催化剂的富吸收剂溶液33中。在另一实施方案中，该催化剂27以在例如约2-15毫克/ 升(2-15mg/L)范围内的浓度存在于该含催化剂的富吸收剂溶液33中，气液比(L/G)例如 为约 0. 1-5 磅 / 磅(0. l-51b/lb)。在一种实施方案中，将该含催化剂的富吸收剂溶液33通过入口 34c供给该再生器 34a的内部部分34b。尽管图3描述了在该再生器34a的上部部分35b中的该入口 34c，但 预期该入口 34c可以位于该再生器34a上的任意位置。在将该含催化剂的富吸收剂溶液33 供给该再生器34a的内部部分34b之后，其与该蒸汽40相互作用以再生并提供该贫或半贫 吸收剂溶液36。该催化剂27和存在酸性组分的含催化剂的富吸收剂溶液33与该蒸汽40 的相互作用导致该酸性组分的吸收。在该酸性组分和该催化剂27和该蒸汽40的相互作用 之后，产生了贫或半贫吸收剂溶液36。在另一实施方案中，如图3a中所示，该催化剂27存在于该再生器34a的内部部分 34b的区段上。特别地，该催化剂27固定在存在于该再生器34的该内部部分34b内的填料 塔34e的至少一区段上。在一种实施方案中，该催化剂27在该填料塔34e上的密度在例如 约0.5-20皮摩尔/平方厘米(0. 5-20pmol/Cm2)范围内。在另一实施方案中，该催化剂27 在该填料塔34e上的密度在例如约0. 5-10皮摩尔/平方厘米(0. 5-10pmol/cm2)范围内。 该催化剂27吸收并由此从提供给该再生器34a的该富吸收剂溶液26中除去酸性组分以形 成该贫和/或半贫吸收剂溶液36。还预期该催化剂27可以同时存在于该富吸收剂溶液26 中和该再生器34a的该内部部分34b的区段上(未示出)。预期该系统10包括该催化剂27作为在该吸收器20中所用的第一催化剂和在该
9再生器34a中所用的第二催化剂。进一步预期该系统10使用用于该吸收器20中的催化剂 27，在再生器34a中不使用催化剂。此外，该系统10可以仅在再生器34a中使用该催化剂 27。返回参照图1，无论在该再生系统34中是否使用该催化剂27，在一种实施方案中， 该贫吸收剂溶液和/或半贫吸收剂溶液36都移动通过处理序列，然后再进入该吸收器20。 在一种实施方案中，如图1中所示，该贫吸收剂溶液和/或半贫吸收剂溶液36在通过入口 48进入该吸收器20之前通过该热交换器32和热交换器46。通过将其通过例如热交换器 46使得传热给传热液体(例如该传热液体60)，将该贫吸收剂溶液和/或半贫吸收剂溶液 36冷却。如上所述，可以将该传热液体60传递到该系统10内的其他位置，以使用其中的热 量并由此提高该系统的效率，通过例如储存和/或再次利用其中产生的能量。预期在进入该吸收器20之前，该贫吸收剂溶液和/或半贫吸收剂溶液36可以通 过其他装置或机构(例如泵、阀门等)。图1显示了该入口 48处于该工艺流体入口 24之下 的位置，然而预期了该入口 48可以位于该吸收器20上的任意位置。返回参照该富含酸性组分的物流44，图1描述了该富含酸性组分的物流44离开 该再生器34a并通过通常以50所示的压缩系统。在一种实施方案中，该压缩系统50包括 一个或多个冷凝器52和闪蒸冷却器54、一个或多个压缩机56以及混合器57。该压缩系统 50便于将富含酸性组分的物流44冷凝、冷却并压缩成酸性组分物流70，用于未来使用或储 存。在一种实施方案中，该第一闪蒸冷却器54中的温度在例如约38摄氏度至66摄氏度 (38°C-66°C或100-150° F)的范围内，压降在例如约5_10磅/平方英寸(5_10psi)范围 内。将该富含酸性组分的物流44从第一闪蒸冷却器54转移到第一压缩机56中，在其中将 其以例如490磅/平方英寸(490psi)的压力压缩，然后在第二闪蒸冷却器54中冷却到在 例如约38摄氏度至66摄氏度(38°C -66°C或100-150° F)范围内的温度。将富含酸性组 分的物流44在第三闪蒸冷却器54中冷却到例如约38摄氏度至66摄氏度(38°C _66°C或 100-150° F)的温度，压降在例如约5-10磅/平方英寸(5-lOpsi)大范围内。尽管图1描述了具有特定装置和机构的压缩系统50，但预期该压缩系统50能够以 任意可用于使用系统10的应用的方式构造。还预期该系统10不包括该压缩系统50，取而 代之的是将该富含酸性组分的物流44储存起来用于未来的应用。在一种实施方案中，如图1中所示，可以将来自该冷凝器52和/或闪蒸冷却器54 的传热液体60转移到如上所述用于再生该富吸收剂溶液26的再沸器34d中。在一种实施方案中，该再沸器42可以使用在该系统10的热交换器中传递给传热 流体60的热量(能量)以产生用于再生该富吸收剂溶液26的蒸汽40。使用传递给传热流 体60的热量减少或消除了用于为该再沸器34d提供动力并由此产生该蒸汽40的所需的来 自外部来源的能量。通过减少或消除用于为再沸器34d提供动力的外部能量，可以更有效 地使用(例如减少)该系统10所用的资源，例如人力、金钱、动力。如图1中所示，在一种实施方案中，从该吸收器20中除去该酸性组分减少的物流 28并将其提供给热交换器58。该热交换器58通过与该吸收器20流体连接以接收该酸性 组分减少的物流28。在一种实施方案中，该酸性组分减少的物流28具有在例如约54摄氏 度至93摄氏度(54°C-93°C或130-200° F)范围内的温度。在另一种实施方案中，该酸性 组分减少的物流28具有在例如约49摄氏度至71摄氏度(49°C _71°C或120-160° F)范围内的温度。在另一种实施方案中，该酸性组分减少的物流28具有在例如约54摄氏度至71 摄氏度(54°C-71°C或130-160° F)范围内的温度。通过将该酸性组分减少的物流28通 过该热交换器58，将从该酸性组分减少的物流28中取出的热量(能量)传递给传热液体 60。在一种实施方案中，该传热液体60可以是例如锅炉原料水或能够用于热交换器中的任 意其他液体或化学物质。例如，在一种实施方案中，通过将该传热流体60提供给该再沸器 34d，使用该传热液体60再生该富吸收剂溶液26。在一种实施方案中，该热交换器58与便于将该传热流体60转到该再沸器34d中 的机构60a流体连接。在一种实施方案中，该机构60a可以是任意便于将该传热流体60转 到该再沸器34d中的机构，包括但不局限于管道、管路、传送带等。在一种实施方案中，可以 通过阀门、换能器、逻辑等控制该机构60a。在一种实施方案中，该热交换器58位于该吸收器20的内部区域内(未示出)。例 如，该热交换器58位于该吸收器20的内部部分20a中的位置。在一种实施方案中，该热交 换器58位于选自该吸收器20的下部部分21a、该吸收器20的上部部分21b或其组合的位置。在另一实施方案中，多个热交换器58位于该吸收器20的内部部分20a中(未示 出)。例如，三个该热交换器58位于吸收器20内，例如第一个位于该吸收器20的下部部分 21a中，第二个的位置使得该热交换器58的一部分位于该吸收器20的下部部分21a中且该 热交换器58的至少一部分位于该吸收器20的上部部分21b中，第三个热交换器58位于该 吸收器20的上部部分21b中。预期能够在该吸收器20内设置任意数量的热交换器58。在一种实施方案中，各热交换器58与该机构60a流体连接以传递该传热流体60， 由此将该传热流体60用于该富吸收剂溶液26的再生中。如上所述，该机构60a便于将该 传热流体60从该热交换器58传递给该再沸器34d。在一种实施方案中，该吸收器20可以包括例如一个或多个位于该吸收器20的 内部部分20a中的该热交换器58以及至少一个位于该吸收器20外部位置的该热交换器 58 (未示出)。例如，一个该热交换器58位于该吸收器20的内部部分20a中，并接收该工 艺物流22。在另一实施方案中，多个该热交换器62可以位于该吸收器20的内部部分20a 中(未示出)。在两种实例中，该吸收器20都与位于其外部的该热交换器58流体连接。该 位于外部的热交换器58由于与该吸收器20在该酸性组分减少的物流28离开吸收器20的 位置流体连接，因此接收来自该吸收器20的该酸性组分减少的物流28。预期能够将任意数 量的热交换器流体连接到该吸收器20的内部和外部。在另一实施方案中，该热交换器58位于吸收器20的外部，并从该吸收器20中接 收该工艺物流22。预期多于一个该热交换器58能够位于该吸收器20的外部，并能够接收 工艺物流或其一部分。应当认识到通过前述由该传热流体60传递给该再沸器34d的热量替换或减少了 来自系统10外部来源的用于再生该富吸收剂溶液26的给予该再沸器34d或其需要的能量 (也称作“再沸器负荷”)。如此所述，可以将传热流体60从该系统10中所用的一个或多个 热交换器(例如热交换器23、32、46、58)中传递给该再沸器34d。在一种实施方案中，通过位于该吸收器20外部位置的热交换器58从该酸性组分 减少的物流28传递给该传热流体60的热量可以提供例如约10-50%的再沸器负荷。在一种实施方案中，通过该吸收器20的内部部分20a中的单一热交换器58传递给该传热流体 60的热量可以提供例如约10-30%的再沸器负荷，与此相比在多于一个热交换器58位于吸 收器20内部的情况下，其中各热交换器58提供例如约1-20%的再沸器负荷，且更特别地提 供约5-15%的再沸器负荷，累积传热(例如从所有热交换器58)提供例如约1-50%的再沸 器负荷。在包括至少一个位于该吸收器20的内部部分20a中的热交换器58和至少一个流 体连接该吸收器20外部的接收该酸性组分减少的物流28的热交换器58的系统10中传递 给该再沸器34d的热量提供了例如约1-50%的再沸器负荷，更特别地提供了例如约5-40% 的再沸器负荷。在包括接收该工艺物流22且流体连接在该吸收器20的外部位置的单一热交换器 58的系统10中传递给该再沸器34d的热量提供了例如约1-50%的再沸器负荷，更特别地 提供了约10-30 %的再沸器负荷。如果多于一个热交换器58流体连接在该吸收器20的外部 位置，在各热交换器58中从该工艺物流22传递给该传热流体60的热量提供例如约1-20% 的再沸器负荷，且更特别地提供约5-15 %的再沸器负荷，累积传热(例如从所有热交换器 62)提供约1-50%的再沸器负荷。包括例如来自从接收工艺物流22且位于该吸收器20的外部位置的至少一个热交 换器58和接收该酸性组分减少的物流28的热交换器58的热量的在该系统10中传递的热 量提供了约1-50%的再沸器负荷，更特别地提供了约5-40%的再沸器负荷。从一个或多个该冷凝器52通过该传热流体60传递给该再沸器34d的热量可以提 供例如约10-60%的再沸器负荷。在另一实施方案中，从一个或多个该冷凝器52传递的热 量可以提供约10-50%的再沸器负荷。从各闪蒸冷却器54通过该传热流体60传递给该再沸器34d的热量可以提供例如 约1-10%的再沸器负荷。在另一实施方案中，从各闪蒸冷却器54传递的热量可以提供例如 约1-5%的再沸器负荷。也可以从冷凝器56向该再沸器34d传热。在使用中，为通过上述系统10从该工艺物流22中吸收酸性组分(例如二氧化 碳)，方法包括将该工艺物流22供给该吸收器20。在该吸收器20的内部部分20a中，该工 艺物流22与供给该吸收器20的吸收剂溶液相互作用。在一种或多种实施方案中，该吸收剂溶液是贫和/或半贫吸收剂溶液36。在另一 实施方案中，该吸收剂溶液是该补充吸收剂溶液25。在另一实施方案中，该吸收剂溶液是该 补充吸收剂溶液25和该贫和/或半贫吸收剂溶液36。在一种实施方案中，该吸收剂溶液包 括胺化合物、氨或其组合，其便于从该工艺物流22中吸收该酸性化合物。在一种实施方案中，将该催化剂27供给以下中的至少一种该吸收器20的内部部 分20a的区段、该吸收剂溶液或其组合。例如在将该补充吸收剂溶液25和该贫和/或半贫 吸收剂溶液36中的任一种或两者供给该吸收器20之前，通过将其通过该补充吸收剂溶液 25和该贫和/或半贫吸收剂溶液36中的任一种或两者通过例如该催化剂容器29，供给该 催化剂27。在另一实施方案中，通过例如将该催化剂27如上所述固定在该填料塔21c上， 将该催化剂27提供给该吸收器20的内部部分20a。该工艺物流22中存在的该酸性组分与该催化剂27以及该吸收剂溶液(例如该补充吸收剂溶液25和该贫和/或半贫吸收剂溶液36中的一种或两种)相互作用。该相互作 用便于进行化学反应，其导致该酸性组分的吸收以生成该富吸收剂溶液26和该酸性组分 减少的物流28。如上所述，将该富吸收剂溶液26提供给该再生器34a。该再生器34a可以供应有 催化剂27。通过例如将该富吸收剂溶液26通过该催化剂容器29或者将该催化剂27固定 在该再生器34a的内部部分34b的区段上，将该催化剂27提供给该再生器34a。下面提供了此处公开的系统和方法的非限定性实施例。除非另外指出，温度以摄 氏度CC )计，且百分比为摩尔百分比(摩尔％ )计。
实施例实施例1 不使用催化剂的再沸器能量如上所述，在一种实施方案中，将该工艺物流22供给该吸收器20。该工艺物流22 与包含例如胺化合物(例如一乙醇胺)的吸收剂溶液在该吸收器20中相互作用以制备包 含例如约13摩尔百分比(13摩尔％ )的二氧化碳且具有例如约149摄氏度(149°C )的温 度的酸性组分减少的物流28和该富吸收剂溶液26。将该富吸收剂溶液26供给以例如约 155磅/平方英寸(155psi)的压力操作的该再生器34a。棚列2丨驢Φ‘棚·麵弗·量将该工艺物流22供给吸收器20。该工艺物流22与包含例如胺化合物(例如一 乙醇胺)的吸收剂溶液在该吸收器20中相互作用以制备包含例如约13摩尔百分比(13摩 尔％ )的二氧化碳且具有例如约149摄氏度(149°C )的温度的酸性组分减少的物流28和 该富吸收剂溶液26。将催化剂(例如碳酸酐酶)添加到该吸收剂溶液中。该吸收剂溶液具 有例如约3毫克/毫升(3mg/ml)的催化剂浓度。将该富吸收剂溶液26供给以例如约155 磅/平方英寸(155psi)的压力操作的该再生器34a。^MM 3 有固定龙π及iBr器的荅上的 崔仆流丨的再沸器能量将该工艺物流22供给该吸收器20。该工艺物流22与包含例如胺化合物(例如 一乙醇胺)的吸收剂溶液在该吸收器20中相互作用以制备包含例如约13摩尔百分比(13 摩尔％ )的二氧化碳且具有例如约149摄氏度(149°C )的温度的酸性组分减少的物流28 和该富吸收剂溶液26。将催化剂(例如碳酸酐酶)以例如约2皮摩尔/平方厘米(2pmol/ cm2)的密度固定在该吸收器20的填料塔21c中。将该富吸收剂溶液26供给以例如约155 磅/平方英寸(155psi)的压力操作的该再生器34a。表1中列出了在实施例1、2和3的过程中的再沸器负荷以及其他能量需要和参 数表1催化诱发CO2吸收对再沸器负荷的影响
除非另外指出，此处公开的所有范围在其端点和其中的所有中间点处都是包括的 且可结合的。此处的术语“第一”、“第二”等都不表示任何次序、顺序、量或重要性，而是用 于将一个要素与另一个区分开。此处的术语“一”和“一个”都不表示对量的限制，而是表示 存在至少一个该相关条目。除非另外指出，所有用“约”修饰的数值都包括该精确的数值。尽管已经参照各种示例性实施方案描述了本发明，但本领域技术人员将认识到在 不脱离本发明的范围的情况下可以进行各种变化且可以用等价物代替其要素。此外，在不 脱离本发明的基本范围的情况下，根据本发明的教导可以进行很多改变以适应特殊情况或材料。因此，本发明并不意于限制于作为本发明的最佳实施方式公开的特定实施方案，而是 本发明将包括落入后附权利要求范围内的所有实施方案。
权利要求
用于从工艺物流中吸收酸性组分的系统，所述系统包括包括酸性组分的工艺物流；用于从所述工艺物流中吸收至少一部分所述酸性组分的吸收剂溶液，其中所述吸收剂溶液包括胺化合物或氨；包括内部部分的吸收器，其中所述吸收剂溶液在所述吸收器的所述内部部分中接触所述工艺物流；和用于从所述工艺物流中吸收至少一部分所述酸性组分的催化剂，其中所述催化剂存在于以下中的至少一种中所述吸收器的所述内部部分的区段、所述吸收剂溶液或其组合。
2.权利要求1的系统，其中所述工艺物流是由化石燃料的燃烧产生的烟气流。
3.权利要求1的系统，其中所述酸性组分是二氧化碳。
4.权利要求1的系统，其中所述吸收剂溶液包括胺化合物，所述胺化合物选自一乙 醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、二异丙醇胺(DIPA)、N-甲基乙醇胺、三乙醇胺(TEA)、N-甲基 二乙醇胺(MDEA)、哌嗪、N-甲基哌嗪(MP)、N-羟乙基哌嗪(HEP)、2_氨基-2-甲基-1-丙 醇(AMP)、2-(2-氨基乙氧基)乙醇、2-(2_特丁基氨基丙氧基)乙醇、2-(2_特丁基氨基乙 氧基)乙醇(TBEE)、2-(2_特戊基氨基乙氧基)乙醇、2-(2_异丙基氨基丙氧基)乙醇或 2-(2-(1-甲基-1-乙基丙基氨基)乙氧基)乙醇。
5.权利要求1的系统，其中所述吸收剂溶液包括氨。
6.权利要求1的系统，其中所述催化剂选自沸石基催化剂、过渡金属基催化剂、碳酸酐 酶或其组合。
7.权利要求1的系统，其中所述催化剂是碳酸酐酶。
8.权利要求1的系统，其中所述催化剂与至少一种酶结合使用，其中所述至少一种酶 选自α、β、Υ、δ和ε级碳酸酐酶、胞浆碳酸酐酶、CA2、CA3、线粒体碳酸酐酶或其组合。
9.权利要求1的系统，其中所述催化剂存在于所述吸收剂溶液中，且进一步地其中所 述催化剂以0. 5-50mg/L的浓度存在。
10.权利要求9的系统，其中所述催化剂以2-15mg/L的浓度存在。
11.权利要求1的系统，其中所述催化剂存在于所述吸收器的所述内部部分的至少一 区段上，所述催化剂具有0. 5-20pmol/cm2的密度。
12.权利要求11的系统，其中所述催化剂的所述密度为0.5-lOpmol/cm2。
13.权利要求1的系统，进一步包括与所述吸收器流体连接的再生器，所述再生器具有 内部部分以接收由所述吸收器产生的富吸收剂溶液。
14.权利要求13的系统，进一步包括存在于所述再生器的所述内部部分的至少一区段 上的第二催化剂。
15.权利要求13的系统，进一步包括存在于所述富吸收剂溶液中的第二催化剂。
16.权利要求13的系统，进一步包括与所述再生器流体连接的再沸器。
17.权利要求16的系统，进一步包括与所述吸收器和所述再沸器流体连接的至少一个 热交换器，其中所述热交换器传热给所述再沸器。
18.权利要求16的系统，其中所述再生器与压缩系统流体连接，所述压缩系统与所述 再沸器流体连接，以及其中将来自所述压缩系统的热量传给所述再沸器。
19.用于从工艺物流中吸收酸性组分的系统，所述系统包括经构造以再生富吸收剂溶液以形成贫吸收剂溶液的再生系统，以及其中该再生系统包括具有内部部分的再生器；用于将富吸收剂溶液供给所述内部部分的入口；与所述再生器流体连接的再沸器，其中所述再沸器将蒸汽提供给所述再生器用于再生 所述富吸收剂溶液；和用于吸收所述富吸收剂溶液中存在的至少一部分酸性组分的催化剂，其中所述催化剂 存在于以下中的至少一种中所述再生器的所述内部部分的区段、所述富吸收剂溶液或其组合。
20.权利要求19的系统，其中所述催化剂是碳酸酐酶。
21.权利要求19的系统，其中所述催化剂存在于所述再生器的所述内部部分的至少一 区段上，以及其中所述催化剂具有0. 5-20pmol/cm2的密度。
22.权利要求21的系统，其中所述催化剂的密度为0.5-lOpmol/cm2。
23.权利要求19的系统，其中所述催化剂存在于所述富吸收剂溶液中，以及其中所述 催化剂以0. 5-50mg/L的浓度存在。
24.权利要求23的系统，其中所述催化剂的所述浓度为2-15mg/L。
25.用于从工艺物流中吸收二氧化碳的方法，所述方法包括将包含二氧化碳的工艺物流供给吸收器，所述吸收器包括内部部分；将吸收剂溶液供给所述吸收器，其中所述吸收剂溶液包括胺化合物、氨或其组合；将催化剂供给以下中的至少一种所述吸收器的所述内部部分的区段、所述吸收剂溶 液或其组合；和使所述工艺物流与所述吸收剂溶液和所述催化剂接触，由此从所述工艺物流中吸收至 少一部分二氧化碳，并产生富吸收剂溶液。
26.权利要求25的方法，其中所述吸收剂溶液包括选自以下的胺化合物一乙醇胺 (MEA)、二乙醇胺(DEA)、二异丙醇胺(DIPA)、N_甲基乙醇胺、三乙醇胺(TEA)、N_甲基二乙醇 胺(MDEA)、哌嗪、N-甲基哌嗪(MP)、N-羟乙基哌嗪(HEP)、2_氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP)、 2-(2_氨基乙氧基)乙醇、2-(2_特丁基氨基丙氧基)乙醇、2-(2_特丁基氨基乙氧基)乙 醇(TBEE)、2-(2-特戊基氨基乙氧基)乙醇、2-(2_异丙基氨基丙氧基)乙醇或2_(2_(1_甲 基-1-乙基丙基氨基)乙氧基)乙醇。
27.权利要求25的方法，其中所述催化剂包括碳酸酐酶。
28.权利要求25的方法，进一步包括将所述富吸收剂溶液提供给与所述吸收器流体连 接的再生器，所述再生器具有内部部分。
29.权利要求28的方法，进一步包括将第二催化剂供给所述再生器的所述内部部分的 至少一区段。
30.权利要求28的方法，进一步包括将第二催化剂供给所述富吸收剂溶液。全文摘要
用于从工艺物流(22)中吸收酸性组分的系统(10)，该系统包括包括酸性组分的工艺物流(22)；用于从该工艺物流(22)中吸收至少一部分该酸性组分的吸收剂溶液，其中该吸收剂溶液包括胺化合物或氨；包括内部部分(20a)的吸收器(20)，其中该吸收剂溶液在该吸收器的该内部部分中接触该工艺物流(22)；和用于从该工艺物流(22)中吸收至少一部分该酸性组分的催化剂(27)，其中该催化剂存在于以下中的至少一种中该吸收器(20)的该内部部分(20a)的区段、该吸收剂溶液或其组合。
文档编号B01D53/84GK101896247SQ200880120879
公开日2010年11月24日 申请日期2008年12月9日 优先权日2007年12月13日
发明者N·B·罕达加马, R·R·科特达瓦拉 申请人:阿尔斯托姆科技有限公司