УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ CO И СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ CO Российский патент 2012 года по МПК B01D53/62 B01D53/14 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к установке для извлечения двуокиси углерода (CO₂) и к способу извлечения CO₂, которые позволяют циркулирующему абсорбенту двуокиси углерода, содержащейся в отходящих газах, проходящих через абсорбер, абсорбировать большее количество CO₂, за счет чего увеличивается концентрация CO₂ в абсорбенте CO₂ и уменьшается массовый расход циркулирующего абсорбента CO₂, и в результате количество водяного пара, необходимое для регенерации абсорбента CO₂, осуществляемой в регенераторе, уменьшается, что обеспечивает экономию энергии.

Уровень техники

Парниковый эффект, создаваемый CO₂, является одной из причин глобального потепления, в связи с чем неотложной международной задачей становится принятие мер противодействия этому с целью защиты глобальной окружающей среды от потепления. Двуокись углерода образуется в результате деятельности человека, включающей сжигание органических топлив, и существуют возрастающие требования по подавлению создаваемых за счет этого вредных выбросов в атмосферу. Наряду с этим требованием, в качестве контрмер проводятся изыскания по увеличению производства таких сырьевых материалов, как мочевина (для применения в химической промышленности) и сырая нефть, кроме того, ввиду глобального потепления проводят исследования по созданию способа снижения содержания CO₂, содержащегося в отходящих газах, и извлечения его, осуществляемого путем приведения в контакт отходящих газов, выбрасываемых из котла, с абсорбентом CO₂ на основе аминов, и накапливания извлеченной CO₂ без ее выброса в атмосферу. Такой способ применяют электростанции, потребляющие большое количество органических топлив, например тепловые электростанции.

Практическим способом извлечения и накапливания большого количества CO₂, содержащегося в отходящих газах, является известный способ химической абсорбции, в соответствии с которым CO₂ приводят в контакт с абсорбентом CO₂ таким, как водный раствор аминов. В известном способе, использующем абсорбент CO₂, отходящие газы приводят в абсорбере в контакт с абсорбентом CO₂ для уменьшения концентрации и извлечения CO₂, содержащегося в отходящих газах; а указанный абсорбент, который абсорбировал CO₂, нагревают в регенераторе с тем, чтобы выделить CO₂ и произвести регенерацию абсорбента, после чего этот абсорбент возвращают обратно в абсорбер для повторного использования (выложенная заявка на патент Японии № НЗ-103116).

На фиг.10 представлена принципиальная схема примера выполнения известной установки 1000А для извлечения CO₂. Как показано на фиг.10, известная установка для извлечения CO₂ содержит: абсорбер 1003, в котором отводимый из промышленного оборудования отходящий газ 1001А, содержащий CO₂, приводят в контакт с абсорбентом 1002 CO₂ для снижения концентрации CO₂ в отходящем газе 1001А, содержащем CO₂, и регенератор 1005, в котором осуществляется выделение CO₂ из абсорбента 1004 CO₂, который абсорбировал CO₂ (здесь и далее абсорбент CO₂, который абсорбировал CO₂, называется «богатым раствором»), и регенерация абсорбента 1002 CO₂. В этой установке абсорбент 1006 CO₂ с пониженным содержанием CO₂, регенерированный в регенераторе 1005 (здесь и далее абсорбент, имеющий пониженное содержание CO₂ и регенерированный в регенераторе, называется «бедным раствором»), повторно используют в качестве абсорбента 1002 CO₂ в абсорбере 1003.

Например, отходящие газы 1001А, содержащие CO₂, которые представляют собой отходящие газы, отводимые из промышленного оборудования такого, как котел или газовая турбина, направляют в абсорбер 1003 по линии 1007 ввода газа. В абсорбере 1003 отходящие газы 1001А приводят в контакт в режиме противотока с абсорбентом 1002 CO₂ на основе алканоламинов, например, в секции 1010 абсорбирования CO₂, и содержащаяся в отходящем газе 1001А двуокись углерода абсорбируется абсорбентом 1002 CO₂ посредством химической реакции (R-NH₂+H₂O+CO₂(R-NH₃HCO₃). Водяную пыль абсорбента 1002 CO₂, сопровождающую отходящие газы 1001В, имеющие пониженную концентрацию CO₂, затем собирают с помощью размещенного в абсорбере каплеуловителя 1011, а абсорбент 1002 CO₂ осаждается в нижней части 1012 абсорбера 1003.

Отходящие газы 1001В с пониженным в абсорбере содержанием CO₂ затем промывают путем приведения их в контакт с водой, подводимой в секцию 1013 промывки с верха указанной секции 1013 промывки. На данной стадии воду, подводимую из водяного резервуара, или воду, подводимую посредством линии 1014 для подачи промывочной воды (оба эти средства здесь не показаны), используют в качестве воды для промывки, и подают после охлаждения в теплообменник 1015. Водяную пыль, сопровождающую отходящие газы 1001В с пониженным содержанием CO₂, удаляют и собирают в каплеуловителе 1016 секции промывки, а отходящие газы 1001C с пониженным содержанием CO₂ после удаления водяной пыли отводят из установки с верха 1017 абсорбера 1003.

Давление богатого раствора 1004, накопленного в нижней части 1012 абсорбера 1003, повышают с помощью насоса 1019 для богатого раствора, установленного на линии 1018 подачи богатого раствора, нагревают богатый раствор в теплообменнике 1020 для богатого/бедного раствора и подают в регенератор 1005.

Богатый раствор 1004, выпускаемый в регенератор 1005, нагревают водяным паром 1022, отведенным из регенерирующего нагревателя 1021, в котором выделяют основную часть CO₂ и снижают концентрацию CO₂ до низкого уровня, и в результате абсорбент 1002 CO₂ регенерируется с получением бедного раствора 1006. Выделившийся CO₂ проходит через секцию улавливания 1023 и секцию концентрирования 1024; газ 1025, включающий CO₂, отводится наружу в сопровождении водяного пара, затем воду конденсируют и отделяют в конденсаторе 1026 и барабанном сепараторе 1027, а газ 1028, включающий CO₂, отводят из установки. Воду, отделенную в барабанном сепараторе 1027, подают в регенератор 1005 или в абсорбер 1003 посредством трубопроводных линий 1031-1 и 1031-2 в качестве оборотной циркулирующей воды 1030.

Бедный раствор 1006 охлаждают в теплообменнике 1020 для бедного/богатого растворов, его давление повышают с помощью насоса 1032 для бедного раствора и дополнительно охлаждают в теплообменнике 1033 для бедного раствора и затем направляют в абсорбер 1003 в качестве абсорбента 1002 CO₂.

Бедный раствор 1006, поступивший в аппарат 1040 для очистки, отводят посредством линии 1041 подачи бедного раствора, а реакционные вещества такие, как соль, оставшаяся в бедном растворе 1006, отводят по линии 1042 и позволяют им реагировать с соединением 1043 на основе натрия, после чего выгружают в виде осадка 1044.

Представленная на фиг.10 установка 1000А для извлечения CO₂ может быть дополнительно смонтирована так, чтобы извлекать CO₂, выбрасываемый из источника отходящих газов, или она может быть введена в действие совместно с вновь установленным источником отходящих газов.

На фиг.11 и 12 представлены принципиальные схемы других известных установок для извлечения CO₂, в которых улучшен процесс подачи абсорбента 1002 CO₂. Как показано на фиг.11, в другой известной установке 1000В для извлечения CO₂, полубедный раствор 1051 (здесь и далее абсорбент CO₂, который выделил часть или основную часть CO₂ в регенераторе, называют «полубедным раствором») отводят в средней части регенератора 1005 посредством трубопроводной линии 1050 отвода полубедного раствора. Отведенный полубедный раствор 1051 охлаждают в теплообменнике 1052 для богатого и полубедного раствора и в теплообменнике 1053, и затем подают в верхнюю сторону нижней секции 1010-L абсорбции CO₂ с целью извлечения CO₂. Абсорбент 1002 CO₂, отведенный от нижней стороны верхней секции 1010-U абсорбции CO₂, также направляют в верхнюю сторону нижней секции 1010-L абсорбции CO₂, имеющейся в абсорбере 1003, вместе с полубедным раствором 1051 с тем, чтобы извлечь CO₂ (патент US 6800120).

Кроме того, в другой известной установке 1000С для извлечения CO₂, представленной на фиг.12, абсорбент 1002-1 и 1002-2 CO₂, отведенный в средней части секции 1010 абсорбции, включенной в абсорбер 1003, по трубопроводным линиям 1060-1 и 1060-2 отвода абсорбента CO₂ соответственно, охлаждают в теплообменниках 1061-1 и 1061-2 соответственно, и затем вновь направляют в абсорбер 1003 с тем, чтобы извлечь из него CO₂ (патент JP 3416443).

Таким образом, при проведении операций по извлечению CO₂ посредством метода химической абсорбции, осуществляемых в известных установках 1000А-1000С для извлечения CO₂, водный раствор амина, которым является указанный абсорбент 1002 CO₂, отделяют от CO₂ с помощью, например, высокотемпературного водяного пара. В результате обеспечение абсорбентом 1002 улучшается, и тем самым повышается эффективность извлечения CO₂, и потребление водяного пара (энергии) снижается.

Сущность изобретения

Проблема, решаемая настоящим изобретением

В способе абсорбции - снижения концентрации и извлечения CO₂ из отходящих газов, содержащих CO₂, с использованием абсорбента 1002 CO₂ и реализацией процессов, описанных выше, необходимо, чтобы эксплуатационные затраты были уменьшены настолько, насколько это возможно, поскольку эти процессы дополнительно осуществляют в используемом для сжигания оборудования. В связи с тем, что процесс регенерации, среди описанных выше процессов, требует весьма значительного количества тепловой энергии, необходимо уменьшить тепловую энергию водяного пара, за счет чего в технологическом процессе достигается максимальная экономия энергии.

Кроме того, если известные установки 1000А-1000С для извлечения CO₂ приобретают значительные размеры, и количество извлеченной CO₂ достигает величины, равной или большей, например, чем 1000 тонн в день, то в процессе регенерации потребляется значительное количество тепловой энергии. Следовательно, необходимо уменьшить энергию водяного пара, за счет чего достигается экономия энергии.

В связи с описанными выше, проблемами задача настоящего изобретения заключается в создании установки для извлечения CO₂ и способа извлечения CO₂, которые характеризуются повышенной эффективностью использования энергии за счет того, что для абсорбента CO₂ становится возможным абсорбировать большее количество CO₂, что позволяет уменьшить массовый расход циркулирующего абсорбента CO₂ и уменьшить количество водяного пара, необходимое для регенерации абсорбента CO₂ в регенераторе.

Средства решения проблемы

В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения установка для извлечения CO₂ содержит: абсорбер, в котором отходящие газы, содержащие CO₂, приводятся в контакт в режиме противотока с абсорбентом CO₂ для уменьшения содержания CO₂; и регенератор, который в процессе теплообмена регенерирует богатый раствор, абсорбировавший CO₂, при этом бедный раствор с пониженным в регенераторе содержанием CO₂ повторно используют в абсорбере. Абсорбер содержит, по меньшей мере, одну секцию абсорбции CO₂, в которой осуществляется извлечение CO₂ из отходящих газов, содержащих CO₂, а абсорбент CO₂, который абсорбировал CO₂, отводят со стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂ из абсорбера, охлаждают и затем подают в место, находящееся ближе к стороне бедного раствора абсорбера по отношению к тому месту, из которого осуществляют отвод абсорбент CO₂, и повторно используют его в качестве абсорбента CO₂ для извлечения CO₂ с тем, чтобы увеличить содержание CO₂ в абсорбенте CO₂.

Предпочтительно в установке для извлечения CO₂ абсорбер включает две аналогичные секции абсорбции CO₂, а именно, секцию абсорбции CO₂ верхней ступени и секцию абсорбции CO₂ нижней ступени. Установка для извлечении CO₂, кроме того, содержит линию циркуляции абсорбента, через которую абсорбент CO₂, отведенный со стороны богатого абсорбента секции абсорбции CO₂ нижней ступени, направляют к стороне бедного раствора секции абсорбции CO₂ нижней ступени; линию отвода абсорбента, по которой абсорбент CO₂, отведенный от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂ верхней ступени, объединяют и смешивают с абсорбентом CO₂, отведенным от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂ нижней ступени; и теплообменник, установленный на линии циркуляции абсорбента и охлаждающий абсорбент CO₂, отведенный от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂ нижней ступени до или после того, как абсорбент CO₂, отведенный от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂ нижней ступени, смешивают с абсорбентом CO₂, отведенным посредством линии отвода абсорбента.

Предпочтительно в установке для извлечения CO₂ абсорбер включает в себя три аналогичные секции абсорбции CO₂, а именно, секцию абсорбции CO₂ верхней ступени, секцию абсорбции CO₂ средней ступени и секцию абсорбции CO₂ нижней ступени. Установка для извлечения CO₂, кроме того, содержит: линию отвода абсорбента, через которую абсорбент CO₂, отведенный от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂ средней ступени, направляют к стороне бедного раствора секции абсорбции CO₂ средней ступени; линию отвода абсорбента, посредством которой абсорбент CO₂, отведенный от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂ верхней ступени, объединяют с абсорбентом CO₂, отведенным от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂ средней ступени; и теплообменник, который установлен на линии циркуляции абсорбента и охлаждает абсорбент CO₂, отведенный от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂ средней ступени до или после объединения абсорбента CO₂, отведенного от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂ верхней ступени, с абсорбентом CO₂, отведенным по линии отвода абсорбента.

Предпочтительно установка для извлечения CO₂ содержит также линию отвода циркулирующего абсорбента, через которую часть абсорбента CO₂, отведенная от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂ средней ступени по линии циркуляции абсорбента, направляется к стороне бедного раствора секции абсорбции CO₂ нижней ступени.

Предпочтительно в установке для извлечения CO₂ абсорбер включает в себя три аналогичные секции абсорбции CO₂, а именно, секцию абсорбции CO₂ верхней ступени, секцию абсорбции CO₂ средней ступени и секцию абсорбции CO₂ нижней ступени. Установка для извлечения CO₂, кроме того, содержит: линию циркуляции абсорбента, посредством которой абсорбент CO₂, отведенный от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂ нижней ступени, направляют к стороне бедного раствора секции абсорбции CO₂ средней ступени; линию отвода абсорбента, посредством которой абсорбент CO₂, отведенный от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂ верхней ступени, объединяют с абсорбентом CO₂, отведенным от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂ нижней ступени; и теплообменник, который установлен на линии циркуляции абсорбента и охлаждает абсорбент CO₂, отведенный от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂ нижней ступени, до или после объединения абсорбента CO₂, отведенного от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂ нижней ступени, с абсорбентом CO₂, отведенным по линии отвода абсорбента.

Предпочтительно в установке для извлечения CO₂ абсорбент CO₂, отведенный от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂ средней ступени, направляют к стороне бедного раствора секции абсорбции CO₂ нижней ступени.

Предпочтительно установка для извлечения CO₂ включает, кроме того, теплообменник, который охлаждает абсорбент CO₂, отведенный от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂ средней ступени.

Предпочтительно в установке для извлечения CO₂ конец линии отвода абсорбента соединен с линией подачи богатого раствора, по которой богатый раствор подают в регенератор, и богатый раствор отводят по линии подачи богатого раствора.

Предпочтительно в установке для извлечения CO₂ отношение массовых расходов, т.е. отношение массового расхода абсорбента CO₂, подводимого к линии циркуляции абсорбента, к массовому расходу богатого раствора, подводимого к линии подачи богатого раствора, который подают в регенератор, находится в интервале от 0,1 до 1,0 и от 6,0 до 1,0.

Предпочтительно в установке для извлечения CO₂ температура абсорбента CO₂, отведенного из секции абсорбции CO₂, после охлаждения находится в интервале от 30 до 50°С.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения способ извлечения CO₂ включает приведение в контакт отходящих газов, содержащих CO₂, в режиме противотока с абсорбентом CO₂ в секции абсорбции CO₂ абсорбера, для снижения содержания CO₂, регенерацию богатого раствора, который абсорбировал CO₂, в регенераторе, и затем повторное использование регенерированного бедного раствора, имеющего пониженное содержание CO₂, в абсорбере. Способ извлечения CO₂ включает: отвод абсорбента CO₂, который абсорбировал CO₂, от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂, охлаждение этого абсорбента, его подачу в место, находящееся в абсорбере ближе к стороне бедного раствора по отношению к месту, из которого отводят абсорбент CO₂, и использование этого абсорбента в качестве абсорбента CO₂ для извлечения CO₂, в результате чего концентрация CO₂ в абсорбенте CO₂ повышается.

Предпочтительно способ извлечения CO₂, кроме того, включает: отвод абсорбента CO₂ от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂ нижней ступени в абсорбере, содержащем две аналогичные секции абсорбции CO₂, которые представляют собой секцию абсорбции CO₂ верхней ступени и секцию абсорбции CO₂ нижней ступени; объединение абсорбента CO₂, отведенного от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂ верхней ступени, с абсорбентом CO₂, отведенным от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂ нижней ступени; охлаждение абсорбента CO₂, отведенного от стороны богатого раствора секции абсорбции нижней ступени, до или после объединения абсорбента, отведенного от стороны богатого раствора секции абсорбции верхней ступени, с абсорбентом CO₂, отведенным от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂ нижней ступени; подачу объединенного таким образом абсорбента CO₂ к стороне бедного раствора секции абсорбции CO₂ нижней ступени с тем, чтобы извлечь CO₂, содержащийся в отходящих газах.

Предпочтительно способ извлечения CO₂, кроме того, включает: отвод абсорбента CO₂ от стороны богатого раствора секции абсорбции средней ступени в абсорбере, содержащем три аналогичные секции абсорбции CO₂, а именно, секцию абсорбции CO₂ верхней ступени, секцию абсорбции CO₂ средней ступени и секцию абсорбции CO₂ нижней ступени; объединение абсорбента CO₂, отведенного от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂ верхней ступени, с абсорбентом CO₂, отведенным от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂ средней ступени; охлаждение абсорбента CO₂, отведенного от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂ средней ступени до или после объединения абсорбента CO₂, отведенного от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂ средней ступени, с абсорбентом CO₂, отведенным от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂ верхней ступени; и подачу абсорбента CO₂, объединенного указанным образом, к стороне бедного раствора секции абсорбции CO₂ средней ступени с тем, чтобы осуществить извлечение CO₂, содержащегося в отходящих газах.

Предпочтительно способ извлечения CO₂, кроме того, включает подачу части абсорбента CO₂, отведенного от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂ средней ступени, к стороне бедного раствора секции абсорбции CO₂ нижней ступени.

Предпочтительно способ извлечения CO₂, кроме того, включает: отвод абсорбента CO₂ от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂ нижней ступени в абсорбере, включающем три секции абсорбции CO₂, а именно, секцию абсорбции CO₂ верхней ступени, секцию абсорбции CO₂ средней ступени и секцию абсорбции CO₂ нижней ступени; объединение абсорбента CO₂, отведенного от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂ верхней ступени, с абсорбентом CO₂, отведенным от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂ нижней ступени; охлаждение абсорбента CO₂, отведенного от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂ нижней ступени, до или после объединения абсорбента CO₂, отведенного от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂ верхней ступени, с абсорбентом CO₂, отведенным от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂ нижней ступени; и подачу абсорбента CO₂, объединенного указанным образом, к стороне бедного раствора секции абсорбции CO₂ средней ступени с тем, чтобы осуществить извлечение CO₂, содержащегося в отходящих газах.

Предпочтительно способ извлечения CO₂, кроме того, включает подачу абсорбента CO₂, отведенного от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂ средней ступени, к стороне бедного раствора секции абсорбции CO₂ нижней ступени.

Предпочтительно способ извлечения CO₂, кроме того, включает охлаждение абсорбента CO₂, отведенного от стороны богатого раствора секции абсорбции средней ступени, и последующую подачу абсорбента CO₂ к стороне богатого раствора секции абсорбции CO₂ нижней ступени.

Предпочтительно способ извлечения CO₂, кроме того, включает отвод богатого раствора из линии подачи богатого раствора, по которой богатый раствор подают в регенератор; и циркуляцию богатого раствора, отведенного посредством линии подачи богатого раствора, к стороне богатого раствора какой-либо одной из секций абсорбции CO₂, а именно, секции абсорбции CO₂ верхней ступени, секции абсорбции CO₂ средней ступени и секции абсорбции CO₂ нижней ступени.

Предпочтительно способ извлечения CO₂, кроме того, включает отвод богатого раствора, при этом соотношение массового расхода циркулирующего абсорбента CO₂, отведенного от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂ нижней ступени к какой-либо одной из секций абсорбции CO₂, а именно, секции абсорбции CO₂ верхней ступени, секции абсорбции CO₂ средней ступени и секции абсорбции CO₂ нижней ступени, к массовому расходу богатого раствора, направленного в регенератор, находится в интервале от 0,1 до 1,0 и от 6,0 до 1,0.

Предпочтительно в способе извлечения CO₂ температура абсорбента CO₂, отведенного из секции абсорбции CO₂, после охлаждения находится в интервале от 30 до 50°С.

Предпочтительно в способе извлечения CO₂ отношение массового расхода богатого раствора, подводимого к регенератору, к количеству циркулирующего абсорбента оптимальным образом регулируют в зависимости от температуры отходящих газов, вводимых в абсорбер с тем, чтобы уменьшить эксплуатационные расходы.

Предпочтительно в способе извлечения CO₂ в том случае, когда концентрация абсорбента CO₂ снижается, количество циркулирующего абсорбента во всей установке увеличивают для поддерживания абсорбционной способности CO₂.

Технический результат изобретения

В соответствии с настоящим изобретением за счет отвода абсорбента CO₂, который абсорбировал CO₂, от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂, охлаждения абсорбента и его подачи в абсорбер к стороне с раствором бедным относительно места, из которого отводится абсорбент CO₂, количество CO₂, извлеченного на единицу количества абсорбента CO₂, может быть увеличено, и концентрация CO₂ в богатом растворе в нижней части абсорбера также может быть увеличена. Следовательно, в регенератор может быть направлен богатый раствор с более высокой концентрацией CO₂, и массовый расход абсорбента CO₂, циркулирующего между абсорбером и регенератором, может быть уменьшен. Таким образом, может быть уменьшено количество водяного пара, необходимого для регенерации абсорбента CO₂, и тепловая нагрузка конденсатора, при этом может быть уменьшено количество тепловой энергии и может быть достигнута экономия энергии.

В результате в процессе извлечения абсорбента CO₂, дополнительная экономия энергии может быть достигнута даже в большой установке для извлечения CO₂, в которой извлекают большее количество CO₂, поскольку тепловая энергия может быть уменьшена за счет подачи в регенератор богатого раствора с более высокой концентрацией для уменьшения количества водяного пара в процессе регенерации.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - схема установки для извлечения CO₂ в соответствии с первым воплощением настоящего изобретения.

Фиг.2 - схема альтернативного выполнения установки для извлечения CO₂ в соответствии с первым воплощением настоящего изобретения.

Фиг.3-1 - схема установки для извлечения CO₂ в соответствии со вторым воплощением настоящего изобретения.

Фиг.3-2 - схема установки для извлечения CO₂ в соответствии со вторым воплощением.

Фиг.4 - графическая зависимость относительной величины уменьшения энергии, необходимой для регенерации абсорбента, от отношения массового расхода циркулирующего абсорбента к массовому расходу богатого раствора.

Фиг.5 - графическая зависимость относительной величины уменьшения эксплуатационных затрат при извлечении CO₂ от отношения массового расхода циркулирующего абсорбента к массовому расходу богатого раствора и от температуры газа.

Фиг.6 - таблица, иллюстрирующая различие в количестве циркулирующего абсорбента и концентрации CO₂ между установкой для извлечения CO₂ согласно настоящему изобретению и известной установкой для извлечения CO₂.

Фиг.7 - схема альтернативного выполнения установки для извлечения CO₂ в соответствии со вторым воплощением настоящего изобретения.

Фиг.8 - схема установки для извлечения CO₂ в соответствии с третьим воплощением настоящего изобретения.

Фиг.9 - схема установки для извлечения CO₂ в соответствии с четвертым воплощением настоящего изобретения.

Фиг.10 - схема примера выполнения известной установки для извлечения CO₂.

Фиг.11 - схема альтернативного выполнения известной установки для извлечения CO₂.

Фиг.12 - схема другого альтернативного выполнения известной установки для извлечения CO₂.

Перечень буквенных обозначений или номеров позиций фигур

10А-10F - установка для извлечения CO₂,

11 - циркулирующий абсорбент,

11a - объединенный циркулирующий абсорбент,

12А-12Е - линия циркуляции абсорбента,

13 - теплообменник,

14 - насос,

15А-15С - линия отвода абсорбента,

16 - линия отвода циркулирующего абсорбента,

17 - теплообменник,

1001А - отходящие газы, содержащие CO₂,

1001В, 1001C - отходящие газы с пониженным содержанием CO₂,

1002 - абсорбент CO₂,

1002а, 1002b - отведенный абсорбент CO₂,

1003 - абсорбер,

1004 - богатый раствор,

1005 - регенератор,

1006 - бедный раствор (регенерированный раствор),

1007 - линия ввода газа,

1010 - секция абсорбции CO₂,

1010-U - секция абсорбции верхней ступени,

1010-М - секция абсорбции средней ступени,

1010-L - секция абсорбции нижней ступени,

1011 - каплеуловитель секции абсорбции CO₂,

1012 - нижняя часть,

1013 - секция промывки,

1014 - линия подачи промывочной воды,

1015 - теплообменник,

1016 - каплеуловитель секции промывки,

1017 - верхняя часть,

1018 - линия подачи богатого раствора,

1019 - насос для богатого раствора,

1020 - теплообменник для богатого/бедного раствора,

1021 - регенерирующий нагреватель,

1022 - водяной пар,

1023 - аппарат для извлечения,

1024 - концентрирующий аппарат,

1025 - газ, включающий CO₂,

1026 - конденсатор,

1027 - барабанный сепаратор,

1028 - газ, включающий CO₂,

1030 - циркулирующая вода,

1031-1, 1031-2 - линия подачи циркулирующей воды,

1032 - насос для бедного раствора,

1033 - теплообменник для бедного раствора,

1040 - регенератор,

1041 - линия подачи бедного раствора,

1042 - линия отвода бедного раствора,

1043 - основное соединение натрия,

1044 - шлам,

1050 - линия отвода полубедного раствора,

1051 - полубедный раствор,

1052 - теплообменник для богатого/полубедного раствора,

1053 - теплообменник,

1060-1, 1060-2 - линия отвода абсорбента CO₂,

1061-1, 1061-2 - теплообменник.

Лучшие варианты осуществления изобретения

Настоящее изобретение далее будет раскрыто более подробно со ссылками на сопровождающие чертежи. Раскрытые ниже воплощения настоящего изобретения никаким образом не служат для ограничения объема настоящего изобретения. Элементы, описанные в воплощениях, включают, кроме того, такие элементы, которые легко могут представить себе специалисты в данной области техники, и такие элементы, которые по существу являются идентичными.

Первое воплощение

Далее будет описана, со ссылкой на чертеж, установка для извлечения CO₂ в соответствии с первым воплощением настоящего изобретения.

На фиг.1 представлена схема установки для извлечения CO₂ согласно первому воплощению. Элементы схемы, одинаковые с элементами, включенными в установку 1000А для извлечения CO₂, иллюстрируемую на фиг.10, обозначены на фиг.1 такими же ссылочными номерами позиций, и излишние пояснения в их отношении здесь исключены.

Как показано на фиг.1, установка 10А для извлечения CO₂ в соответствии с настоящим изобретением включает: абсорбер 1003, в котором отходящие газы 1001А, содержащие CO₂, приводят в противотоке в контакт с абсорбентом 1002 CO₂ для снижения концентрации CO₂, и регенератор 1005, в котором происходит регенерация богатого раствора 1004 в процессе теплообмена указанного богатого раствора 1004, который абсорбировал CO₂. Бедный раствор (регенерированный раствор) 1006, имеющий пониженную в регенераторе концентрацию CO₂, повторно используют в абсорбере 1003. Абсорбер 1003, кроме того, включает секцию 1010 абсорбции CO₂, обеспечивающую извлечение CO₂, содержащегося в отходящих газах 1001А, а абсорбент 1002 CO₂, который абсорбировал CO₂, отводят из абсорбера от стороны богатого раствора секции 1010 абсорбции CO₂, охлаждают и затем подают к стороне бедного раствора в абсорбере 1003 от места, в котором отводят абсорбент 1002 CO₂.

В первом воплощении абсорбент CO₂ 1002, который абсорбировал CO₂ и был отведен от нижней стороны секции 1010 абсорбции CO₂, используют в качестве циркулирующего абсорбента 11.

В настоящем описании стороной бедного раствора называют сторону, которая находится до абсорбента 1002 CO₂, подводимого к секции 1010 абсорбции CO₂, и в первом воплощении ее называют верхней стороной секции 1010 абсорбции CO₂.

Стороной богатого раствора называют сторону, которая находится до отходящих газов 1001А, содержащих CO₂, направляемых в секцию 1010 абсорбции, и в данном воплощении ее называют нижней стороной секции 1010 абсорбции CO₂.

Установка 10А для извлечения CO₂ в соответствии с первым воплощением включает линию 12А циркуляции абсорбента, служащую для отвода абсорбента 1002 CO₂, который абсорбировал CO₂, от нижней стороны секции 1010 абсорбции CO₂ в качестве циркулирующего абсорбента 11, и для подачи циркулирующего абсорбента 11 к стороне бедного раствора секции 1010 абсорбции в абсорбере 1003 по отношению к месту, в котором отводят абсорбент 1002. За счет возврата циркулирующего абсорбента 11, содержащего CO₂, в качестве циркулирующего абсорбента 11 к секции 1010 абсорбции CO₂ в качестве абсорбента 1002 CO₂, и в связи с тем, что абсорбент 1002 CO₂ не достиг того уровня насыщения, ниже которого CO₂, содержащийся в отходящих газах 1001А, все еще может быть абсорбирован, содержащийся в отходящих газах 1001А CO₂ может быть извлечен с помощью абсорбента 1002 CO₂, который еще способен абсорбировать CO₂, и, следовательно, концентрация CO₂ в абсорбенте 1002 CO₂ может быть увеличена.

Кроме того, в установке 10А для извлечения CO₂ в соответствии с первым воплощением линия 12А циркуляции абсорбента включает теплообменник 13 для охлаждения циркулирующего абсорбента 11, который отводится из секции 1010 абсорбции CO₂ посредством линии 12А циркуляции абсорбента. Когда температура богатого раствора 1004 возрастает, равновесное парциальное давление в нижней части 1012 абсорбера 1003 увеличивается, так как богатый раствор 1004 содержит большое количество CO₂, что снижает способность богатого раствора 1004 абсорбировать CO₂, содержащийся в отходящих газах 1001А. В связи с этим, за счет охлаждения циркулирующего абсорбента 11 в теплообменнике 13 и подачи охлажденного циркулирующего абсорбента 11 в секцию 1010 абсорбции CO₂ равновесное парциальное давление абсорбента 1002 CO₂ может быть уменьшено, и, как результат, указанный абсорбент 1002 CO₂ может абсорбировать большее количество CO₂.

Температура циркулирующего абсорбента 11 после его охлаждения в теплообменнике 13 предпочтительно составляет от 30 до 50°C. Такая температура выбрана для того, чтобы уменьшить равновесное парциальное давление и повысить эффективность извлечения CO₂ с помощью абсорбента 1002 CO₂.

Циркулирующий абсорбент 11 отводят с помощью насоса 14, размещенного на линии 12А циркуляции абсорбента, и массовый расход циркулирующего абсорбента 11, отводимого в линию 12А циркуляции абсорбента, регулируют, например, с помощью клапана V1. Массовый расход богатого раствора 1004, который подают в линию 1018 подачи богатого раствора, регулируют, например, посредством клапана V2. Таким образом, отношение массового расхода богатого раствора 1004, распределенного между линией 12А циркуляции абсорбента и линией 1018 подачи богатого раствора, регулируют с помощью клапанов V1 и V2.

Помимо того, хотя в установке 10А для извлечения CO₂ в соответствии с первым воплощением богатый раствор 1004 отдельно отводят в нижней части 1012 абсорбера 1003 посредством линии 12А циркуляции абсорбента и линии 1018 подачи богатого раствора, настоящее изобретение этим не ограничивается.

Например, как показано на фиг.2, в установке 10В для извлечения CO₂ линия 12В циркуляции абсорбента может ответвляться от линии 1018 подачи богатого раствора, посредством которой богатый раствор 1004 подают в регенератор 1005, для обеспечения отвода богатого раствора 1004 от линии 1018 подачи богатого раствора, а отведенный богатый раствор 1004 может быть направлен в секцию 1010 абсорбции CO₂ в качестве циркулирующего абсорбента 11. Кроме того, хотя в установке 10В для извлечения CO₂, иллюстрируемой на фиг.2, богатый раствор 1004 отводят посредством линии 1018 подачи богатого раствора в месте, находящемся вблизи нижней части 1012 абсорбера 1003, настоящее изобретение таким решением не ограничивается.

Как описано выше, в соответствии с первым воплощением абсорбент 1002 CO₂, который абсорбировал CO₂, отводят из абсорбера 1003 в качестве циркулирующего абсорбента 11 от нижней стороны секции 1010 абсорбции CO₂, охлаждают и затем подают к стороне бедного раствора секции 1010 абсорбции CO₂ в абсорбере 1003. Таким образом, эффективность извлечения CO₂ в абсорбере 1003 повышается, и количество извлеченного CO₂ на единицу количества абсорбента CO₂ может быть увеличено. В результате концентрация CO₂ в богатом растворе 1004 в нижней части 1012 абсорбера 1003 может быть увеличена, и, следовательно, в регенератор 1005 может быть направлен богатый раствор 1004 с более высокой концентрацией CO₂, и тем самым уменьшается массовый расход абсорбента 1002 CO₂, циркулирующего между абсорбером 1003 и регенератором 1005. Таким образом, массовый расход богатого раствора 1004, поступающего в регенератор 1005, может быть уменьшен. Следовательно, количество подводимого водяного пара, используемого в процессе регенерации абсорбента 1002 CO₂ в регенераторе 1005, и потребление тепловой энергии могут быть уменьшены. Таким путем эффективность использования энергии может быть повышена.

В результате даже в большой установке для извлечения CO₂, в которой извлекают например 1000 тонн CO₂ в день, тепловая энергия может быть уменьшена за счет повышения концентрации CO₂ в богатом растворе 1004, подводимом к регенератору 1005, и уменьшения количества водяного пара, требуемого для регенератора 1005. Таким образом, в процессе регенерации абсорбента 1002 CO₂ может быть достигнута дополнительная экономия энергии.

Кроме того, хотя в установке 10А для извлечения CO₂ в соответствии с первым воплощением абсорбент 1002 CO₂, который абсорбировал CO₂, отводят от нижней стороны секции 1010 абсорбции CO₂ в качестве циркулирующего абсорбента 11, настоящее изобретение таким решением не ограничивается, и абсорбент 1002 CO₂, который абсорбировал CO₂, может быть отведен из абсорбера от стороны богатого раствора секции 1010 абсорбции CO₂.

Тип теплообменника 13, используемого в первом воплощении, в общем, не ограничен, и может быть использован любой известный теплообменник, например, пластинчатый теплообменник или кожухотрубный теплообменник.

Кроме того, выбор абсорбента 1002, который может быть использован в настоящем изобретении, в общем, не ограничивается, и его примеры включают алканоламины, или стерически затрудненные амины, имеющие спиртовую гидроксильную группу. Примеры таких алканоламинов включают моноэтаноламин, диноэтаноламин, триетаноламин, метилдиэтаноламин, диизопропаноламин и дигликольамин; однако обычно предпочтительно использование моноэтаноламина (МЭА). Примеры стерически затрудненных аминов, имеющих спиртовую гидроксильную группу, включают 2-амино-2-метил-1-пропанол (АМП), 2-(этиламино)-этанол (ЭАЭ), 2-(метиламино)-этанол (МАЭ) и 2-(диэтиламино)этанол (ДЭАЭ).

Абсорбентом 1002 CO₂ может быть одно из этих химических соединений или смесь двух или более из этих соединений. Основное соединение амина обычно используют в качестве водного раствора с концентрацией в интервале от 10 до 70 массовых процентов. Кроме того, к абсорбенту 1002 CO₂ может быть добавлен промотор абсорбции двуокиси углерода или ингибитор коррозии, кроме того, к адсорбенту 1002 CO₂ в качестве других агентов могут быть добавлены метанол, полиэтиленгликоль, сульфолан или другие.

Второе воплощение

Ниже будет описана установка для извлечения CO₂ в соответствии со вторым воплощением настоящего изобретения, со ссылками на фиг.3-1 и фиг.3-2.

На фиг.3-1 и 3-2 представлены схемы установок для извлечения CO₂ в соответствии со вторым воплощением. Элементы установок, одинаковые с элементами установки согласно первому воплощению, обозначены одинаковыми номерами ссылочных позиций, и излишние пояснения в их отношении исключены.

Как показано на фиг.3-1, в установке 10С для извлечения CO₂ согласно второму воплощению абсорбер 1003 включает две секции 1010 абсорбции CO₂, а именно, секцию 1010-U абсорбции CO₂ верхней ступени и секцию 1010-L абсорбции CO₂ нижней ступени соответственно. Кроме того, абсорбер 1003 включает линию 12С циркуляции абсорбента, служащую для отвода абсорбента 1002 CO₂ от нижней стороны секции 1010-L абсорбции CO₂ нижней ступени в качестве циркулирующего абсорбента 11 и подачи отведенного циркулирующего абсорбента 11 к верхней стороне секции 1010-L абсорбции CO₂ нижней ступени; линию 15А отвода абсорбента для объединения абсорбента 1002 CO₂, отведенного от нижней стороны секции 1010-U абсорбции CO₂ верхней ступени, с абсорбентом 1002 CU2, отведенным от нижней стороны секции 1010-L абсорбции CO₂ нижней ступени; и теплообменник 13, установленный на линии 12С циркуляции абсорбента для охлаждения циркулирующего абсорбента 11 перед объединением циркулирующего абсорбента 11 CO₂ с абсорбентом 1002а, отведенным посредством линии 15А для отвода абсорбента.

В установке 10С для извлечения CO₂ в соответствии со вторым воплощением абсорбент 1002 CO₂ отводят от нижней стороны секции 1010-L абсорбции нижней ступени в линию 12С циркуляции абсорбента в качестве циркулирующего абсорбента 11, а абсорбент 1002а CO₂, отведенный от нижней стороны секции 1010-U абсорбции CO₂ верхней ступени, посредством линии 15А отвода абсорбента смешивают с циркулирующим абсорбентом 11. Абсорбент 1002а CO₂, подводимый по линии 15А отвода абсорбента и объединенный с циркулирующим абсорбентом 11а, направляют к верхней стороне секции 1010-L абсорбции CO₂ нижней ступени. Таким образом, поскольку абсорбент 1002 CO₂ не достигает уровня насыщения при котором CO₂, содержащийся в отходящих газах 1001А, не может быть абсорбирован, CO₂, содержащийся в отходящих газах 1001А, может быть извлечен абсорбентом 1002 CO₂, который все еще способен абсорбировать CO₂, и концентрация CO₂ в абсорбенте 1002 CO₂ может быть увеличена. На фиг.3-1 ссылочным номером позиции 19 обозначен насос, включенный в линию 15А для отвода абсорбента.

Кроме того, в установке 10С для извлечения CO₂ согласно второму воплощению циркулирующий абсорбент 11, отведенный от секции 1010-L абсорбции нижней ступени к линии 12С циркуляции абсорбента посредством линии 12С циркуляции абсорбента, охлаждают в теплообменнике 13. За счет охлаждения циркулирующего абсорбента 11 в теплообменнике 13 и подачи охлажденного циркулирующего абсорбента 11 в секцию 1010-L абсорбции CO₂ нижней ступени равновесное парциальное давление абсорбента 1002 CO₂ может быть снижено. Следовательно, большее количество CO₂ может быть абсорбировано посредством абсорбента 1002 CO₂.

Кроме того, хотя в установке 10С для извлечения CO₂ в соответствии со вторым воплощением теплообменник 13 размещен до места, в котором линия 12С циркуляции абсорбента подсоединена к линии 15А отвода абсорбента, настоящее изобретение этим не ограничивается. Например, как иллюстрирует другое воплощение на фиг.3-2, теплообменник 13 может быть размещен после места, в котором линия 12С циркуляции абсорбента подключена к линии 15А отвода абсорбента.

За счет того, что абсорбент 1002а, отведенный из секции 1010-U абсорбции CO₂ верхней ступени, поступает в линию 12С циркуляции абсорбента вблизи нижней зоны абсорбера 1003, в которой происходит объединение, указанный абсорбент 1002а вводится в линию 12С циркуляции абсорбента при отекании вниз под действием собственного веса, и, таким образом, отсутствует необходимость подачи абсорбента 1002а в эту линию с помощью насоса 19 так, как показано на фиг.3-1, и тем самым конструкция установки может быть упрощена.

Кроме того, в установке 10С для извлечения CO₂ в соответствии со вторым воплощением отношение массового расхода циркулирующего абсорбента 11, направляемого в линию 12С циркуляции абсорбента, к массовому расходу богатого раствора 1004, направляемого в линию 1018 подачи богатого раствора, устанавливают предпочтительно в интервале от 0,1 до 1,0 и от 6,0 до 1,0, и более предпочтительно в интервале от 0,1 до 1,0 и от 4,0 до 1,0. При этом энергия, необходимая для регенерации абсорбента 1002 CO₂, может быть уменьшена за счет увеличения массового расхода циркулирующего абсорбента 11, направляемого в линию 12С циркуляции абсорбента. В том случае, если отношение массового расхода циркулирующего абсорбента 11, подводимого к линии 12С циркуляции абсорбента, по отношению к массовому расходу богатого раствора 1004, направляемого к линии 1018 подачи богатого раствора, равно 4,0 или становится большим величины, входящей в интервал от 4,0 до 1,0, то энергия, необходимая для регенерации абсорбента 1002 CO₂, вряд ли может быть уменьшена. Если же отношение массового расхода циркулирующего абсорбента 11, подводимого к линии 12С циркуляции абсорбента, по отношению к массовому расходу богатого раствора 1004, подводимого к линии 1018 подачи богатого раствора, увеличивается так, что оно становится равным 6,0 или больше величины, входящей в интервал от 6,0 до 1,0, то в этом случае имеет место явление, называемое «захлебыванием», при котором уровень абсорбента 1002 CO₂ в абсорбере 1003 поднимается.

На фиг.4 представлена графическая зависимость между отношением массового расхода циркулирующего абсорбента, подводимого к линии циркуляции абсорбента, к массовому расходу богатого раствора, подводимого к линии подачи богатого раствора, и относительной величиной уменьшения энергии, необходимой для регенерации абсорбента.

Как показано на фиг.4, увеличение отношения массового расхода циркулирующего абсорбента 11, подводимого к линии 12С циркуляции абсорбента, к массовому расходу богатого раствора 1004, подводимого к линии 1018 подачи богатого раствора, приводит к росту относительной величины уменьшения энергии, необходимой для процесса регенерации абсорбента. Кроме того, когда отношение массового расхода циркулирующего абсорбента 11, подводимого к линии 12С циркуляции абсорбента, к величине массового расхода богатого раствора 1004, подводимого к линии 1018 подачи богатого раствора, было установлено приблизительно равным 1,0, относительная величина снижения энергии, необходимой для регенерации абсорбента 1002 CO₂, составляла приблизительно 5,0 процентов. Если же отношение массового расхода циркулирующего абсорбента 11, подводимого к линии 12С циркуляции абсорбента, к массовому расходу богатого раствора 1004, подводимому к линии 1018 подачи богатого раствора, было установлено приблизительно равным 4,0, то относительная величина уменьшения энергии, необходимой для регенерации абсорбента 1002 CO₂, составляла приблизительно 10,5 процентов. В случае, когда отношение массового расхода циркулирующего абсорбента 11, подводимого к линии 12С циркуляции абсорбента, к массовому расходу богатого раствора 1004, подводимого к линии 1018 подачи богатого раствора, было установлено приблизительно в интервале от 4,0 до 6,0, и в этом случае относительная величина уменьшения энергии, необходимой для регенерации абсорбента 1002 CO₂, составляла приблизительно 11 процентов и заметно не увеличивалась.

Следовательно, отношение массового расхода циркулирующего абсорбента 11, подводимого к линии 12С циркуляции абсорбента, к массовому расходу богатого раствора 1004, подводимого к линии 1018 подачи богатого раствора, предпочтительно находится в интервале от 0,1 до 6,0 и более предпочтительно от 1,0 до 4,0.

При подаче отходящих газов в абсорбер 1003 для охлаждения вводимых в него отходящих газов 1001А используют охладитель (не показан), установленный перед абсорбером 1003. В зависимости от температуры ввода газов в абсорбер 1003 отношение массового расхода циркулирующего абсорбента 11 (L2) к массовому расходу богатого раствора 1004, направляемого в регенератор 1005 (L1), может быть оптимально регулируемым отношением (L2/L1=1,5-4,5) с тем, чтобы можно было достигнуть снижения эксплуатационных расходов.

На фиг.5 представлена графическая зависимость относительной величины снижения эксплуатационных расходов на извлечение CO₂ от отношения (L2/L1) массового расхода (L2) абсорбента 11, циркулирующего по линии 12А циркуляции абсорбента, к массовому расходу (L1) богатого раствора 1004, поступающего в регенератор 1005, и от температуры газа.

Сплошной линией на фиг.5 иллюстрируется ситуация, в которой температура газа, вводимого в абсорбер 100, низкая и составляет 35°C, а штриховая линия на фиг.5 соответствует ситуации, в которой температура газа, вводимого в абсорбер 100, относительно высокая и составляет 50°С.

Как видно из фиг.5, оптимальное отношение массовых расходов (L2/L1), а именно, массового расхода (L2) циркулирующего абсорбента 11 к массовому расходу (L1) богатого раствора 1004, направляемого в регенератор 1005, при температуре 35°С составляет от 1,5 до 4,0, а оптимальное отношение (L2/L1) массового расхода (L2) циркулирующего абсорбента 11 к массовому расходу (L1) богатого раствора 1004, направляемого в регенератор 1005, при температуре 50°С составляет приблизительно от 3,0 до 4,5.

Следовательно, за счет оптимизации массового расхода циркулирующего абсорбента, в зависимости от температуры газа, вводимого в абсорбер 1003, текущие эксплуатационные расходы могут быть дополнительно уменьшены.

Кроме того, в ситуации, когда в результате продолжительной работы установки концентрация абсорбента CO₂ снижается, заданное количество CO₂ может быть извлечено из отходящих газов за счет увеличения массового расхода циркулирующего абсорбента во всей установке для поддерживания абсорбционной способности CO₂.

Ниже, с использованием графических зависимостей, представленных на фиг.5В, будут даны пояснения в отношении температуры богатого раствора 1004 в нижней части 1012 абсорбера 1003, массового расхода циркулирующего абсорбента 1002 CO₂, циркулирующего между абсорбером 1003 CO₂ и регенератором 1005, и величины концентрации абсорбента 1002, предназначенного для извлечения CO₂, при использовании установки 10С для извлечения CO₂ в соответствии со вторым воплощением изобретения.

На фиг.6 представлена таблица для иллюстрации количества абсорбента CO₂, циркулирующего между абсорбером и регенератором, и величины загрузки CO₂ в каждой из установок 10С для извлечения CO₂ в соответствии со вторым воплощением и в известной установке для извлечения CO₂ такой, как иллюстрируемая на фиг.10. При этом на фиг.6 в качестве тестового примера 1 приведены результаты испытания, полученные с использованием установки 10С для извлечения CO₂ согласно второму воплощению, а результаты испытаний с использованием известной установки 1000А для извлечения CO₂, такой, как показана на фиг.10, представлены в качестве сравнительного примера 1.

На фиг.6 проведенное испытание с использованием установки 10С для извлечения CO₂ согласно второму воплощению обозначено как тестовый пример 1, а испытание с использованием известной установки 1000А для извлечения CO₂, такой как иллюстрируется на фиг.10, обозначено как сравнительный пример 1.

Кроме того, в тестовом примере 1 отношение массового расхода циркулирующего абсорбента 11, подводимого к линии 12С циркуляции абсорбента, к массовому расходу богатого раствора 1004, подводимого к линии 1018 подачи богатого раствора, было установлено приблизительно равным 4,0.

Как видно из фиг.6, тестовый пример 1 с использованием установки 10С для извлечения CO₂, соответствующей второму воплощению такой, как представлена на фиг.3-1, показывает, что температура богатого раствора 1004 в нижней части 1012 абсорбера 1003 понижается приблизительно на 7°С по отношению к сравнительному примеру 1, в котором используется известная установка 1000А для извлечения CO₂ такая, как представлена на фиг.10.

Кроме того, предполагая, что количество абсорбента 1002, циркулирующего между абсорбером 1003 и регенератором 1005 в сравнительном примере 1, использующем известную установку 1000А для извлечения CO₂ такую, как иллюстрируется на фиг.10, соответствует 1,0 (эталонная величина для сравнения), количество абсорбента 1002 CO₂, циркулирующего между абсорбером 1003 и регенератором 1005 в тестовом примере 1 с использованием установки 10С, соответствующей второму воплощению такой, как иллюстрируемая на фиг.3, по отношению к количеству циркулирующего абсорбента в сравнительном примере 1, в котором используют известную установку 1000А для извлечения CO₂ такую, как показана на фиг.10, было равным 0,91.

Количество извлеченной CO₂ может быть получено из количества абсорбента 1002 CO₂, циркулирующего между абсорбером 1003 и регенератором 1005, величины концентрации CO₂ в богатом растворе 1004 и величины концентрации CO₂ в бедном растворе 1006 в соответствии с формулой (I):

Здесь, количество извлеченной CO₂ обозначено как ΔCO₂; количество абсорбента CO₂, циркулирующего между абсорбером и регенератором, обозначено как L; концентрация CO₂ в богатом растворе обозначена как CR; и концентрация CO₂ в бедном растворе обозначена как CL.

Другими словами, предполагая, что необходимо извлечь предварительно заданное количество CO₂, и, учитывая, что бедный раствор 1006 представляет собой раствор, регенерированный и служащий в качестве абсорбента 1002 CO₂, и концентрация CL CO₂ в бедном растворе 1006 имеет постоянную величину, в том случае, если концентрация CR CO₂ в богатом растворе 1004 увеличивается, в соответствии с формулой (1) увеличивается разность «CR-CL» между концентрацией CO₂ в богатом растворе 1004 и концентрацией CO₂ в бедном растворе 1006. Следовательно, количество L абсорбента 1002 CO₂, циркулирующего между абсорбером и регенератором 1005, необходимое для извлечения предварительно заданного количества CO₂, может быть уменьшено.

Следовательно, если отношение массового расхода циркулирующего абсорбента 11, подводимого к линии 12С циркуляции абсорбента, к массовому расходу богатого раствора 1004, подводимого к линии 1018 подачи богатого раствора, составляет приблизительно 4,0, то ввиду того, что отношение массовых расходов, а именно, отношение массового расхода абсорбента 1002 CO₂, циркулирующего между абсорбером 1003 и регенератором 1005 в тестовом примере 1, в котором используется установка 10С для извлечения CO₂ в соответствии со вторым воплощением такая, как представлена на фиг.3, к указанному массовому расходу в сравнительном примере 1, в котором используется известная установка 1000А для извлечения CO₂ такая, как иллюстрируется на фиг.10, составляет 0,91, то установка 10С для извлечения CO₂ в соответствии со вторым воплощением такая, как показана на фиг.3-1, обеспечивает снижение на 10 процентов количества абсорбента 1002 CO₂, циркулирующего между абсорбером 1003 и регенератором 1005, в сравнении с вариантом, в котором используют известную установку 1000А для извлечения CO₂ такую, как иллюстрируется на фиг.10.

Кроме того, если исходить из того, что величина концентрации CO₂ в абсорбенте 1002 CO₂, извлекающем CO₂ в известной установке 1000А для извлечения CO₂ такой, как иллюстрируется на фиг.10, составляет 1,0 (эталонная величина, для сравнения), то величина концентрации CO₂ в установке 10С для извлечения CO₂, соответствующей второму воплощению, составляла 1,08, по сравнению с известной установкой 1000А для извлечения CO₂.

Следовательно, если отношение массового расхода циркулирующего абсорбента 11, подводимого к линии 12С циркуляции абсорбента, к массовому расходу богатого раствора 1004, подводимого к линии 1018 подачи богатого раствора, составляет приблизительно 4,0, установка 10С для извлечения CO₂ в соответствии со вторым воплощением позволяет увеличить концентрацию CO₂ по отношению к достигаемой в известной установке 1000А для извлечения CO₂ такой, как представлена на фиг.10. Таким образом, за счет использования установки 10С для извлечения CO₂, соответствующей второму воплощению такой, как представлена на фиг.3-1, количество CO₂, извлеченной посредством богатого раствора 1004, может быть увеличено, и концентрация CO₂ в богатом растворе 1004 также может быть увеличена, по сравнению с ситуацией, в которой используют известную установку 1000А для извлечения CO₂ такую, как иллюстрируется на фиг.10.

Кроме того, в проведенных испытаниях температура богатого раствора 1004 в нижней части 1012 абсорбера 1003 была установлена приблизительно равной 44°C.

Однако величина концентрации CO₂ в установке 10С для извлечения CO₂, соответствующей второму воплощению, может быть увеличена, например, в 1,2 раза по сравнению с достигаемой в известной установке 1000А для извлечения CO₂, за счет снижения температуры богатого раствора 1004 в нижней части 1012 абсорбера 1003.

Кроме того, хотя в установке 10С для извлечения CO₂, соответствующей второму воплощению, каждая из секций 1010 абсорбции CO₂, а именно, секция 1010-U абсорбции CO₂ верхней ступени и секция 1010-L абсорбции CO₂ нижней ступени, включенные в состав абсорбера 1003, выполнены одинакового размера, настоящее изобретение таким выполнением не ограничено, поэтому секция 1010-L абсорбции CO₂ нижней ступени и секция 1010-U абсорбции CO₂ верхней ступени могут отличаться размерами.

Например, как показано на фиг.7, объем секция 1010-U абсорбции CO₂ верхней ступени может в два раза превышать объем секция 1010-L абсорбции CO₂ нижней ступени так, что CO₂, содержащийся в отходящих газах 1001А, эффективно извлекается в секции 1010-U абсорбции CO₂ верхней ступени, в которую непосредственно подают бедный раствор 1006.

Как отмечено выше, в связи с тем, что в соответствии со вторым воплощением абсорбент 1002 CO₂ отводят от нижней стороны секции 1010-L абсорбции CO₂ нижней ступени абсорбера 1003 в качестве циркулирующего абсорбента 11, охлаждают и затем направляют к верхней стороне секции 1010-L абсорбции CO₂ нижней ступени, эффективность извлечения CO₂ в абсорбере 1003 может быть повышена, и количество CO₂, извлеченное на единицу количества абсорбента CO₂, может быть увеличено. В результате, поскольку концентрация CO₂ в богатом растворе 1004 в нижней части 1012 абсорбера 1003 может быть увеличена, в регенератор 1005 может быть направлен богатый раствор 1004 с более высокой концентрацией CO₂, и массовый расход абсорбента 1002 CO₂, циркулирующего между абсорбером 1003 и регенератором 1005, может быть уменьшен. Таким образом, в силу того, что массовый расход богатого раствора 1004, направляемого в регенератор 1005, может быть уменьшен, количество подводимого водяного пара, используемого для регенерации абсорбента 1002 CO₂ в регенераторе 1005, может быть уменьшено с достижением за счет этого дополнительного снижения потребления тепловой энергии и повышения энергетической эффективности.

Третье воплощение

Далее со ссылкой на фиг.8 будут даны пояснения относительно установки для извлечения CO₂, соответствующей третьему воплощению настоящего изобретения.

На фиг.8 представлена схема установки для извлечения CO₂ согласно третьему воплощению. Элементы установки, одинаковые с элементами установки, соответствующей первому воплощению, обозначены на фиг.8 одинаковыми номерами ссылочных позиций, и излишние пояснения в их отношении исключены.

Как показано на фиг.8, в установке 10Е для извлечения CO₂ в соответствии с третьим воплощением абсорбер 1003 включает в себя три секции 1010 абсорбции CO₂, а именно, секцию абсорбции 1010-U CO₂ верхней ступени, секцию 1010-М абсорбции CO₂ средней ступени и секцию 1010-L абсорбции CO₂ нижней ступени; линию 12D циркуляции абсорбента, предназначенную для отвода абсорбента 1002 CO₂ от нижней стороны секции 1010-М абсорбции CO₂ средней ступени в качестве циркулирующего абсорбента 11 и для подачи отведенного циркулирующего абсорбента 11 к верхней стороне секции 1010-М абсорбции CO₂ средней ступени; линию 15В отвода абсорбента для объединения абсорбента 1002а CO₂, отведенного от нижней стороны секции 1010-U абсорбции CO₂ верхней ступени с циркулирующим абсорбентом 11; и теплообменник 13, размещенный на линии 12D циркуляции абсорбента, служащий для охлаждения циркулирующего абсорбента 11 перед объединением циркулирующего абсорбента 11 с абсорбентом 1002а CO₂, отведенным по линии 15В отвода абсорбента.

В установке 10Е для извлечения CO₂ в соответствии с третьим воплощением абсорбент 1002 CO₂ отводят от нижней стороны секции 1010-М абсорбции CO₂ средней ступени абсорбера 1003 в качестве циркулирующего абсорбента 11, а абсорбент 1002а CO₂, отведенный от нижней стороны секции абсорбции 1010-U верхней ступени посредством линии 15В отвода абсорбента, объединяют с циркулирующим абсорбентом 11, и циркулирующий абсорбент 11а, который представляет собой объединенный указанным образом циркулирующий абсорбент 11, подают к верхней стороне секции 1010-М абсорбции CO₂ средней ступени. Поскольку объединенный циркулирующий абсорбент 11 не достигает уровня насыщения, при котором содержащийся в отходящих газах 1001А CO₂ не может быть абсорбирован, то содержащийся в отходящих газах 1001А CO₂ может быть извлечен с использованием в качестве абсорбента 1002 CO₂ циркулирующего абсорбента 11а, который еще способен абсорбировать CO₂, и концентрация CO₂ в абсорбенте 1002 CO₂ может быть увеличена.

Кроме того, в установке 10Е для извлечения CO₂ в соответствии с третьим воплощением циркулирующий абсорбент 11, отведенный от секции 1010-М абсорбции CO₂ средней ступени в линию 12D циркуляции абсорбента посредством линии 12D циркуляции абсорбента, охлаждают в теплообменнике 13, а охлажденный циркулирующий абсорбент 11 подают в секцию 1010 абсорбции CO₂.

Помимо того, в установке 10Е для извлечения CO₂ согласно третьему воплощению линия 12D циркуляции абсорбента включает линию 16 отвода циркулирующего абсорбента для подачи части циркулирующего абсорбента в верхнюю сторону секции 1010-L абсорбции CO₂ нижней ступени. Поскольку циркулирующий абсорбент не достигает уровня насыщения, при котором CO₂, содержащийся в отходящих газах 1001А не может быть абсорбирован, за счет подачи части циркулирующего абсорбента 11 в верхнюю сторону секции 1010-L абсорбции CO₂ нижней ступени по линии 16 отвода циркулирующего абсорбента, для абсорбента CO₂ становится возможным абсорбировать большее количество CO₂ и тем самым извлекать из отходящих газов столько CO₂, сколько это возможно вплоть до такого количества, которое абсорбент 1002 CO₂ способен абсорбировать из отходящих газов 1001А, содержащих CO₂. Следовательно, для абсорбента 1002 CO₂ становится возможным абсорбировать большее количество CO₂, и, таким образом, концентрация CO₂ в абсорбенте 1002 CO₂ может быть дополнительно увеличена.

Следовательно, в соответствии с рассматриваемым третьим воплощением абсорбент 1002 CO₂ отводят от нижней стороны секции 1010-М абсорбции CO₂ средней ступени абсорбера 1003 в качестве циркулирующего абсорбента, охлаждают и затем подают к верхней стороне секции 1010-М абсорбции CO₂ средней ступени; и часть циркулирующего абсорбента 11 подают к верхней стороне секции 1010-L абсорбции CO₂ нижней ступени по линии 16 отвода циркулирующего абсорбента. В результате эффективность извлечения CO₂ абсорбера 1010 дополнительно увеличивается, и количество CO₂, извлеченное на единицу количества абсорбента CO₂, может быть дополнительно увеличено. В связи с тем, что может быть дополнительно увеличена концентрация CO₂ в богатом растворе 1004 в нижней части 1012 абсорбера 1003, богатый раствор 1004 с дополнительно увеличенной концентрацией CO₂ может быть направлен в регенератор 1005, и массовый расход абсорбента 1002 CO₂, циркулирующего между абсорбером 1003 и регенератором 1005, может быть уменьшен. В связи с тем, что массовый расход богатого раствора 1004, подводимого к регенератору 1005, может быть уменьшен, количество подводимого водяного пара, используемого в процессе регенерации абсорбента 1002 CO₂ в регенераторе 1005, может быть уменьшено, и в результате достигается снижение потребления тепловой энергии. Таким образом, энергетическая эффективность может быть дополнительно повышена.

Помимо того, хотя в установке 10Е для извлечения CO₂, соответствующей третьему воплощению, циркулирующий абсорбент 11, отведенный посредством линии 12D циркуляции абсорбента, подводят к верхней стороне секции 1010-М абсорбции CO₂ средней ступени, настоящее изобретение таким решением не ограничивается, и циркулирующий абсорбент 11 может быть подведен к верхней стороне секции 1010-U абсорбции CO₂ верхней ступени, или же циркулирующий абсорбент 11 может быть направлен, как в секцию 1010-U абсорбции CO₂ верхней ступени, так и в секцию 1010-М абсорбции CO₂ средней ступени.

Четвертое воплощение

Далее, со ссылкой на фиг.9, будет описана установка для извлечения CO₂ в соответствии с четвертым воплощением настоящего изобретения.

На фиг.9 представлена схема установки для извлечения CO₂ согласно четвертому воплощению. Элементы установки, одинаковые с элементами установки, соответствующей первому воплощению (фиг.1), обозначены на фиг.9 такими же номерами ссылочных позиций, и излишние пояснения в их отношении исключены.

Как показано на фиг.9, в установке 10F для извлечения CO₂, соответствующей четвертому воплощению, позиция, из которой в абсорбере 1003 отводят абсорбент 1002 CO₂, изменена, и отвод абсорбента осуществляют от нижней стороны секции 1010-L абсорбции CO₂ нижней ступени, в то время как в установке 10Е для извлечения CO₂, соответствующей третьему воплощению изобретения, иллюстрируемому на фиг.8, указанный отвод осуществляют от нижней стороны секции 1010-М абсорбции CO₂ средней ступени.

Другими словами, установка 10F для извлечения CO₂ в соответствии с четвертым воплощением включает линию 12Е циркуляции абсорбента, служащую для отвода абсорбента 1002 CO₂ от нижней стороны секции 1010-L абсорбции CO₂ нижней ступени в качестве циркулирующего абсорбента 11 и для подачи отведенного циркулирующего абсорбента 11 к верхней стороне секции 1010-М абсорбции CO₂ средней ступени, вместо линии 12D циркуляции абсорбента, включенной в установку 10Е для извлечения CO₂, соответствующую третьему воплощению изобретения, иллюстрируемому на фиг.8.

В установке 10F для извлечения CO₂ в соответствии с четвертым воплощением абсорбент 1002 CO₂ отводят от нижней стороны секции 1010-L абсорбции CO₂ в качестве циркулирующего абсорбента 11; абсорбент 1002а CO₂, отведенный от нижней стороны секции 1010-U абсорбции CO₂ верхней ступени через линию 15В отвода абсорбента, объединяют с циркулирующим абсорбентом 11; и объединенный циркулирующий абсорбент 11 подают к верхней стороне секции 1010-М абсорбции CO₂ средней ступени. Поскольку объединенный циркулирующий абсорбент 11а не достигает уровня насыщения, при котором CO₂, содержащаяся в отходящих газах 1001А, не может быть адсорбирован, за счет использования объединенного циркулирующего абсорбента 11 в качестве абсорбента 1002 CO₂, который еще способен абсорбировать CO₂, содержащаяся в отходящих газах 1001А CO₂ может быть извлечен, и концентрация CO₂ в абсорбенте 1002 CO₂ может быть увеличена.

Кроме того, установка 10F для извлечения CO₂ в соответствии с четвертым воплощением включает линию 15С отвода абсорбента, служащую для отвода абсорбента 1002b CO₂ от нижней стороны секции 1010-М абсорбции CO₂ средней ступени и для подачи отведенного абсорбента 1002b CO₂ к верхней стороне секции 1010-L абсорбции CO₂ нижней ступени. Поскольку объединенный циркулирующий абсорбент 1а не достигает уровня насыщения, при котором CO₂, содержащийся в отходящих газах 1001А, не может быть абсорбирован, за счет возврата абсорбента 1002b CO₂, содержащего CO₂, в абсорбер 1003, содержащийся в отходящих газах 1001А CO₂ может быть извлечен с использованием абсорбента 1002b CO₂, который все еще способен абсорбировать CO₂, и тем самым концентрация CO₂ в абсорбенте 1002 CO₂ может быть увеличена.

Кроме того, в установке 10F для извлечения CO₂, соответствующей четвертому воплощению, линия 15С отвода абсорбента включает теплообменник 17, предназначенный для охлаждения абсорбента 1002 CO₂. Абсорбент 1002b CO₂, отведенный от секции 1010-М абсорбции CO₂ средней ступени к линии 15С отвода абсорбента посредством линии 15С, охлаждают в теплообменнике 17, и охлажденный абсорбент 1002b CO₂ подают в секцию 1010-L абсорбции CO₂ нижней ступени. За счет подачи охлажденного абсорбента 1002 CO₂ к секции 1010-L абсорбции CO₂ нижней ступени равновесное парциальное давление абсорбента 1002 CO₂ может быть снижено. Следовательно, для абсорбента 1002 CO₂ становится возможным абсорбировать большее количество CO₂ в секции 1010-L абсорбции CO₂ нижней ступени.

Таким образом, в соответствии с четвертым воплощением абсорбент 1002 CO₂ отводят от нижней стороны секции 1010-L абсорбции CO₂ нижней ступени абсорбера 1003 в качестве циркулирующего абсорбента 11, охлаждают и затем подводят к верхней стороне секции 1010-М абсорбции CO₂ средней ступени абсорбера 1003. Абсорбент 1002b CO₂, отведенный от нижней ступени секции 1010-М абсорбции CO₂ средней ступени посредством линии 15С отвода абсорбента, охлаждают, и охлажденный абсорбент 1002b CO₂ вновь подают в секцию 1010 абсорбции CO₂. Таким путем эффективность извлечения CO₂ в абсорбере 1003 дополнительно увеличивается, и количество извлеченного CO₂, приходящееся на единицу количества абсорбента CO₂, может быть дополнительно увеличено. Поскольку концентрация CO₂ в богатом растворе 1004 в нижней части 1012 абсорбера 1003 может быть дополнительно увеличена, в регенератор 1005 может быть направлен богатый раствор 1004 с более высокой концентрацией CO₂. Таким образом, массовый расход абсорбента 1002 CO₂, циркулирующего между абсорбером 1003 и регенератором 1005, может быть уменьшен. Поскольку массовый расход богатого раствора 1004, подводимого в регенератор 1005, может быть уменьшен, количество подводимого водяного пара, используемого в процессе регенерации абсорбента 1002 CO₂ в регенераторе 1005, может быть уменьшено, и тем самым может быть достигнуто снижение потребления тепловой энергии. Таким образом, энергетическая эффективность может быть дополнительно повышена.

Кроме того, хотя в установке 10F для извлечения CO₂ в соответствии с четвертым воплощением, циркулирующий абсорбент 11, отведенный посредством линии 12Е циркуляции абсорбента, подают к верхней стороне секции 1010-М абсорбции CO₂ средней ступени, настоящее изобретение этим не ограничивается, и циркулирующий абсорбент 11 может быть направлен в верхнюю сторону секции 1010-U абсорбции CO₂ верхней ступени, или же циркулирующий абсорбент 11 может быть направлен как в секцию 1010-U абсорбции CO₂ верхней ступени, так и в секцию 1010-М абсорбции CO₂ средней ступени.

В соответствии с вышеизложенным установка для извлечения CO₂, соответствующая настоящему изобретению, не требует замены известной существующей установки для извлечения CO₂ и монтажа новой установки для извлечения CO₂. Установка для извлечения CO₂ настоящего изобретения обеспечивается посредством простого снабжения абсорбера линией отвода абсорбента, по которой абсорбент 1002 CO₂, абсорбировавший CO₂ на стороне богатого раствора, отводят из абсорбера 1003 известной установки для извлечения CO₂ и возвращают к стороне бедного раствора абсорбера 1003. Следует также отметить, что в зависимости от количества ступеней в секциях 1010 абсорбции CO₂, включенных в конструкцию абсорбера, линия отвода абсорбента должна быть спроектирована таким образом, чтобы отводить абсорбент 1002 CO₂, который абсорбировал CO₂, из абсорбера со стороны богатого раствора, как это необходимо, и чтобы этот абсорбент был возвращен к стороне бедного раствора абсорбера 1003. В результате за счет повышения эффективности извлечения CO₂ в абсорбере 1003 и увеличения концентрации CO₂ в богатом растворе 1004, богатый раствор с более высокой концентрацией CO₂ может быть направлен в регенератор 1005, так что массовый расход абсорбента 1002 CO₂, циркулирующего между абсорбером 1003 и регенератором 1005, может быть уменьшен. Следовательно, за счет уменьшения массового расхода богатого раствора 1004, который направляют в регенератор 1005, количество водяного пара, необходимого для регенерации абсорбента CO₂, может быть уменьшено, и тем самым достигается снижение потребления тепловой энергии. В результате энергетическая эффективность установки может быть повышена.

Таким образом, в большой установке для извлечения CO₂, в которой извлекают в день, например, 100 тонн CO₂ или большее количество, просто за счет включения линии, служащей для отвода абсорбента 1002 CO₂, и за счет обеспечения в известной установке для извлечения CO₂ возврата абсорбента к стороне бедного раствора абсорбера 1003, концентрация CO₂ в богатом растворе 1004, направляемом к регенератору 1005, может быть увеличена, и за счет этого количество водяного пара, необходимое в регенераторе 1005, и, следовательно, необходимое количество тепловой энергии могут быть уменьшены так, что в процессе регенерации абсорбента 1002 CO₂ может быть достигнута дополнительная экономия энергии.

Промышленная применимость

Как отмечено выше, поскольку установка для извлечения CO₂ и способ извлечения CO₂ в соответствии с настоящим изобретением могут увеличить концентрацию CO₂ в богатом растворе, выгружаемом из нижней части абсорбера, и уменьшить массовый расход абсорбента CO₂, циркулирующего между абсорбером и регенератором, количество водяного пара, требуемое для регенерации абсорбента CO₂, может быть уменьшено, и может быть уменьшено необходимое количество тепловой энергии. Соответственно, если количество CO₂, извлеченное с помощью указанной установки для извлечения CO₂, увеличивается за счет увеличения концентрации CO₂ в богатом растворе, то количество водяного пара, необходимое для регенерации, при осуществлении процесса регенерации абсорбента CO₂ может быть уменьшено, хотя количество извлеченного CO₂ увеличивается. Таким образом, установка для извлечения CO₂ и способ извлечения CO₂ в соответствии с настоящим изобретением являются подходящими для обеспечения установки для извлечения CO₂ и управления извлечением CO₂, которые позволяют экономить энергию.

Изобретение относится к установке и способу извлечения CO₂. Установка включает абсорбер, в котором отходящие газы, содержащие CO₂, приводят в контакт в режиме противотока с абсорбентом CO₂ для уменьшения содержания CO₂. Установка включает в себя регенератор для регенерации богатого раствора, абсорбировавшего CO₂, при этом бедный раствор с пониженным в регенераторе содержанием CO₂ повторно используют в абсорбере. Абсорбер содержит, по меньшей мере, одну секцию абсорбции CO₂, в которой из отходящих газов, содержащих CO₂, извлекают CO₂. Абсорбент CO₂, который абсорбировал CO₂, отводят из абсорбера со стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂, охлаждают, после чего подают в место, находящееся ближе к стороне бедного раствора в абсорбере по отношению к тому месту, из которого отводят абсорбент CO₂, и повторно используют его в качестве абсорбента CO₂ для извлечения CO₂ с тем, чтобы увеличить содержание CO₂ в абсорбенте CO₂. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности извлечения CO₂, а также снижение энергозатрат. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Установка для извлечения CO₂, содержащая
абсорбер, в котором отходящие газы, содержащие CO₂, приводят в контакт в режиме противотока с абсорбентом CO₂ для уменьшения содержания CO₂; и
регенератор, который в процессе теплообмена регенерирует богатый раствор, абсорбировавший CO₂, при этом бедный раствор с пониженным в регенераторе содержанием CO₂ повторно используют в абсорбере;
причем абсорбер содержит, по меньшей мере, одну секцию абсорбции CO₂, в которой из отходящих газов, содержащих CO₂, извлекают CO₂, а
абсорбент CO₂, который абсорбировал CO₂, отводят из абсорбера со стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂, охлаждают, после чего подают в место, находящееся ближе к стороне бедного раствора в абсорбере по отношению к тому месту, из которого отводят абсорбент CO₂, и повторно используют его в качестве абсорбента CO₂ для извлечения CO₂ с тем, чтобы увеличить содержание CO₂ в абсорбенте CO₂.

2. Установка для извлечения CO₂ по п.1, в которой
абсорбер включает две аналогичные секции абсорбции CO₂, а именно, секцию абсорбции CO₂ верхней ступени и секцию абсорбции CO₂ нижней ступени; и, кроме того, установка для извлечении CO₂ содержит:
линию циркуляции абсорбента, через которую абсорбент CO₂, отведенный от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂ нижней ступени, направляют к стороне бедного раствора секции абсорбции CO₂ нижней ступени;
линию отвода абсорбента, посредством которой абсорбент CO₂, отведенный от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂ верхней ступени, объединяют с абсорбентом CO₂, отведенным от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂ нижней ступени; и
теплообменник, который установлен на линии циркуляции абсорбента и охлаждает абсорбент CO₂, отведенный от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂ нижней ступени, до или после объединения указанного абсорбента CO₂, отведенного от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂ нижней ступени, с абсорбентом CO₂, отведенным по линии отвода абсорбента.

3. Установка для извлечения CO₂ по п.1, в которой
абсорбер включает в себя три аналогичные секции абсорбции CO₂, а именно, секцию абсорбции CO₂ верхней ступени, секцию абсорбции CO₂ средней ступени и секцию абсорбции CO₂ нижней ступени; и, кроме того, установка для извлечения CO₂ содержит:
линию циркуляции абсорбента, по которой абсорбент CO₂, отведенный от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂ средней ступени, направляют к стороне бедного раствора секции абсорбции CO₂ средней ступени;
линию отвода абсорбента, посредством которой абсорбент CO₂, отведенный от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂ верхней ступени, объединяют с абсорбентом CO₂, отведенным от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂ средней ступени; и
теплообменник, установленный на линии циркуляции абсорбента и охлаждающий абсорбент CO₂, отведенный от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂ средней ступени, до или после объединения указанного абсорбента CO₂, отведенного от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂ верхней ступени, с абсорбентом CO₂, отведенным по линии отвода абсорбента.

4. Установка для извлечения CO₂ по п.3, кроме того, содержащая линию отвода циркулирующего абсорбента, через которую часть абсорбента CO₂, отведенного от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂ средней ступени, подают посредством линии циркуляции абсорбента к стороне бедного раствора секции абсорбции CO₂ нижней ступени.

5. Установка для извлечения CO₂ по п.1, в которой
абсорбер включает в себя три аналогичные секции абсорбции CO₂, а именно, секцию абсорбции CO₂ верхней ступени, секцию абсорбции CO₂ средней ступени и секцию абсорбции CO₂ нижней ступени; и, кроме того, установка для извлечения CO₂ содержит:
линию циркуляции абсорбента, по которой абсорбент CO₂, отведенный от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂ нижней ступени, направляют к стороне бедного раствора секции абсорбции CO₂ средней ступени;
линию отвода абсорбента, посредством которой абсорбент CO₂, отведенный от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂ верхней ступени, объединяют с абсорбентом CO₂, отведенным от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂ нижней ступени; и
теплообменник, установленный на линии циркуляции абсорбента и охлаждающий абсорбент CO₂, отведенный от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂ нижней ступени, до или после объединения указанного абсорбента CO₂, отведенного от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂ нижней ступени, с абсорбентом CO₂, отведенным по линии отвода абсорбента.

6. Установка для извлечения CO₂ по п.5, в которой абсорбент CO₂, отведенный от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂ средней ступени, направляют к стороне бедного раствора секции абсорбции CO₂ нижней ступени.

7. Установка для извлечения CO₂ по п.6, кроме того, содержащая теплообменник, который охлаждает абсорбент CO₂, отведенный от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂ средней ступени.

8. Установка для извлечения CO₂ по п.2, в которой конец линии отвода абсорбента соединен с линией подачи богатого раствора, по которой богатый раствор подают в регенератор, и богатый раствор отводят по линии подачи богатого раствора.

9. Установка для извлечения CO₂ по п.2, в которой отношение массового расхода абсорбента CO₂, поступающего в линию циркуляции абсорбента, к массовому расходу богатого раствора, поступающего в линию подачи богатого раствора, по которой богатый раствор подают в регенератор, находится в интервале от 0,1 до 1,0 и от 6,0 до 1,0.

10. Установка для извлечения CO₂ по п.1, в которой температура абсорбента, отведенного из секции абсорбции CO₂ после охлаждения, находится в интервале от 30 до 50°C.

11. Способ извлечения CO₂, включающий приведение отходящих газов, содержащих CO₂, в контакт в режиме противотока с абсорбентом CO₂ в секции абсорбции CO₂, включенной в состав абсорбера, для снижения содержания CO₂, регенерацию богатого раствора, который абсорбировал CO₂, осуществляемую в регенераторе, и затем повторное использование в абсорбере регенерированного бедного раствора, имеющего пониженное содержание CO₂; причем способ включает
отвод абсорбента CO₂, абсорбировавшего CO₂, из абсорбера от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂, охлаждение этого абсорбента, его подачу в место, находящееся ближе к стороне бедного раствора абсорбера по отношению к тому месту, из которого отводят абсорбент CO₂, и использование этого абсорбента в качестве абсорбента CO₂ для извлечения CO₂ с увеличением содержания CO₂ в абсорбенте CO₂.

12. Способ извлечения CO₂ по п.11, дополнительно включающий:
отвод абсорбента CO₂ от стороны богатого раствора секции абсорбции нижней ступени абсорбера, включающего две аналогичные секции абсорбции CO₂, а именно, секцию абсорбции CO₂ верхней ступени и секцию абсорбции CO₂ нижней ступени;
объединение абсорбента CO₂, отведенного от стороны богатого раствора секции абсорбции верхней ступени, с абсорбентом CO₂, отведенным от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂ нижней ступени;
охлаждение абсорбента CO₂, отведенного от стороны богатого раствора секции абсорбции нижней ступени, до или после объединения абсорбента CO₂, отведенного от стороны богатого раствора секции абсорбции верхней ступени, с абсорбентом CO₂, отведенным от стороны богатого раствора секции абсорбции нижней ступени; и
подачу объединенного таким образом абсорбента CO₂ к стороне бедного раствора секции абсорбции нижней ступени для извлечения CO₂, содержащегося в отходящих газах.

13. Способ извлечения CO₂ по п.11, дополнительно включающий:
отвод абсорбента CO₂ от стороны богатого раствора секции абсорбции средней ступени абсорбера, включающего три аналогичные секции абсорбции CO₂, а именно, секцию абсорбции CO₂ верхней ступени, секцию абсорбции CO₂ средней ступени и секцию абсорбции CO₂ нижней ступени; объединение абсорбента CO₂, отведенного от стороны богатого раствора секции абсорбции верхней ступени, с абсорбентом CO₂, отведенным от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂ средней ступени;
охлаждение абсорбента CO₂, отведенного от стороны богатого раствора секции абсорбции средней ступени, до или после объединения абсорбента CO₂, отведенного от стороны богатого раствора секции абсорбции средней ступени, с абсорбентом CO₂, отведенным от стороны богатого раствора секции абсорбции верхней ступени; и
подачу объединенного таким образом абсорбента CO₂ к стороне бедного раствора секции абсорбции средней ступени для извлечения CO₂, содержащегося в отходящих газах.

14. Способ извлечения CO₂ по п.13, дополнительно включающий подачу части абсорбента CO₂, отведенного от стороны богатого раствора секции абсорбции средней ступени, к стороне бедного раствора секции абсорбции нижней ступени.

15. Способ извлечения CO₂ по п.11, дополнительно включающий:
отвод абсорбента CO₂ от стороны богатого раствора секции абсорбции нижней ступени абсорбера, включающего три аналогичные секции абсорбции CO₂, а именно, секцию абсорбции CO₂ верхней ступени, секцию абсорбции CO₂ средней ступени и секцию абсорбции CO₂ нижней ступени; объединение абсорбента CO₂, отведенного от стороны богатого раствора секции абсорбции верхней ступени, с абсорбентом CO₂, отведенным от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂ нижней ступени;
охлаждение абсорбента CO₂, отведенного от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂ нижней ступени, до или после объединения абсорбента CO₂, отведенного от стороны богатого раствора секции абсорбции верхней ступени, с абсорбентом CO₂, отведенным от стороны богатого раствора секции абсорбции нижней ступени; и
подачу объединенного таким образом абсорбента CO₂ к стороне бедного раствора секции абсорбции средней ступени для извлечения CO₂, содержащегося в отходящих газах.

16. Способ извлечения CO₂ по п.15, дополнительно включающий подачу абсорбента CO₂, отведенного от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂ средней ступени, к стороне бедного раствора секции абсорбции CO₂ нижней ступени.

17. Способ извлечения CO₂ по п.16, дополнительно включающий охлаждение абсорбента CO₂, отведенного от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂ средней ступени, и последующую подачу абсорбента CO₂ к стороне бедного раствора секции абсорбции CO₂ нижней ступени.

18. Способ извлечения CO₂ по п.12, дополнительно включающий
отвод богатого раствора из линии подачи богатого раствора, через которую богатый раствор подают в регенератор; и
циркуляцию богатого раствора, отведенного по линии подачи богатого раствора к стороне богатого раствора любой одной из секций абсорбции CO₂, включающих секцию абсорбции CO₂ верхней ступени, секцию абсорбции CO₂ средней ступени и секцию абсорбции CO₂ нижней ступени.

19. Способ извлечения CO₂ по п.12, дополнительно включающий
отвод богатого раствора, при этом отношение массового расхода циркулирующего абсорбента CO₂, отведенного от стороны богатого раствора секции абсорбции CO₂ нижней ступени, к любой одной из секций абсорбции CO₂, включающих секцию абсорбции CO₂ верхней ступени, секцию абсорбции CO₂ средней ступени и секцию абсорбции CO₂ нижней ступени, к массовому расходу богатого раствора, направляемого в регенератор, находится в интервале от 0,1 до 1,0 и от 6,0 до 1,0.

20. Способ извлечения CO₂ по п.12, в котором температура абсорбента CO₂, отведенного от секции абсорбции CO₂, после его охлаждения составляет от 30 до 50°C.

21. Способ извлечения CO₂ по п.11, в котором отношение массового расхода богатого раствора, подводимого к регенератору, к количеству циркулирующего абсорбента регулируют оптимальным образом в зависимости от температуры отходящих газов, вводимых в абсорбер, с тем, чтобы уменьшить эксплуатационные расходы.

22. Способ извлечения CO₂ по п.21, в котором при уменьшении концентраций абсорбента CO₂ количество циркулирующего абсорбента во всей установке увеличивают для поддерживания способности абсорбировать CO₂.