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

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к установке для извлечения CO₂ или H₂S и способу извлечения СО₂ или H₂S с использованием абсорбирующего раствора, который извлекает CO₂ или H₂S или оба указанных вещества, содержащихся в дымовых газах.

Уровень техники

В последнее время парниковый эффект отмечают как одну из причин глобального потепления, и принятие контрмер для решения этой проблемы стало неотложной необходимостью, в международном масштабе, для защиты глобальной окружающей среды. Источник выброса СО₂ имеется в различных областях деятельности человека, в которых сжигают органическое топливо, и существует тенденция к дальнейшему повышению требований по подавлению этих вредных выбросов. В таких окружающих условиях в качестве контрмеры против глобального потепления проводятся интенсивные исследования исходного сырья для использования в химической промышленности, такого как мочевина, в дополнение к добыче нефти, и интенсивные проработки способа извлечения и улавливания CO₂, содержащегося в дымовых газах, и хранения извлеченной CO₂ без его выброса в атмосферу, осуществляемого путем приведения продуктов сгорания, полученных в паровом котле, в контакт с раствором аминов, поглощающим CO₂, в оборудовании, используемом для выработки энергии на тепловой электростанции, и тому подобном оборудовании, в котором используют большое количество органического топлива.

Практичным способом улавливания и хранения CO₂, содержащегося в большом количестве дымовых газов, образующихся при сжигании топлива, является известный способ химической абсорбции, в соответствии с которым дымовые газы приводят в контакт с раствором, абсорбирующим (поглощающим) CO₂, например с раствором амина.

В качестве процесса извлечения двуокиси углерода из дымовых газов, полученных при сжигании топлива, и накапливания извлеченного СО₂ предложен процесс с использованием абсорбирующего СО₂ раствора, включающий приведение указанных дымовых газов в абсорбере в контакт с абсорбирующим СО₂ раствором, нагревание абсорбирующего раствора, который абсорбировал CO₂, в регенераторе с целью десорбции (выделения) CO₂ и регенерации абсорбирующего раствора, и рециркуляцию абсорбирующего раствора с возвращением его в абсорбер для повторного использования (выложенная заявка на патент Японии № Н7-51537).

При функционировании известной установки для извлечения и накапливания CO₂, использующей предложенный способ химической абсорбции, раствор амина и СО₂ разделяют с помощью высокотемпературного водяного пара или тому подобного агента, и необходимо минимизировать потребление этого водяного пара (т.е. потребляемой энергии). В связи с этим рассмотрен способ с использованием двух или более типов различных смешанных растворов, абсорбирующих СО₂ (выложенная заявка на патент Японии №2001-25627; выложенная заявка на патент Японии №2005-254212), и способ улучшения процесса подачи раствора, абсорбирующего СО₂ (патент США №6800120).

Фиг.8 иллюстрирует принципиальную схему установки для извлечения СО₂ или H₂S. Как показано на фиг.8, известная установка 1000 для извлечения СО₂ или H₂S содержит охлаждающую колонну 1004, которая охлаждает дымовые газы 1002, содержащие СО₂ и выходящие в атмосферу из промышленного оборудования 1001, например из парового котла и газовой турбины, с помощью охлаждающей воды 1003, абсорбер 1006, который извлекает СО₂ из дымовых газов 1002 посредством приведения дымовых газов 1002, содержащих охлажденный СО₂, в контакт с абсорбирующим раствором 1005, который абсорбирует СО₂ и/или H₂S, и регенератор, обеспечивающий регенерацию (восстановление) абсорбирующего раствора 1005 за счет десорбции СО₂ из абсорбировавшего СО₂ раствора (насыщенного раствора) 1007. В этой установке регенерированный абсорбирующий раствор (бедный раствор) 1009, из которого в регенераторе 1008 удален СО₂, используют повторно в качестве абсорбирующего раствора. Кроме того, в бедный раствор 1009, при необходимости, подают амин 1043, характеризующийся высокой скоростью химической реакции, воду 1044 и амин 1045 с низкой скоростью реакции из трех емкостей 1040, 1041 и 1042 для хранения соответственно.

В способе улавливания СО₂, осуществляемом с использованием этой известной установки для улавливания СО₂, дымовые газы 1002, содержащие СО₂, сначала сжимают с помощью вентилятора 1010 высокого давления, затем направляют в охлаждающую колонну 1004, охлаждают с помощью охлаждающей воды 1003, после чего направляют в абсорбер 1006 для поглощения СО₂.

В абсорбере 1006, в котором производят поглощение СО₂, дымовые газы 1002 приводят в контакт в противотоке с абсорбирующим раствором 1005 на основе алканоламина, при этом СО₂, содержащийся в дымовых газах 1002, поглощается абсорбирующим раствором 1005 посредством химической реакции (R-NH₂+Н₂О+СО₂→R-NH₃HCO₃). Затем дымовые газы 1011, из которых был извлечен СО₂, отводятся за пределы установки. Абсорбирующий раствор 1007, который абсорбировал СО₂, называют также "насыщенным раствором". Давление этого насыщенного раствора 1007 повышают с помощью насоса 1012 для насыщенного раствора, нагревают в теплообменнике 1013, предназначенном для проведения теплообмена насыщенного и бедного растворов, с помощью абсорбирующего раствора (бедного раствора) 1009, регенерированного путем удаления из него СО₂ в регенераторе 1008, после чего подают в регенератор 1008.

Насыщенный раствор, поступающий из верхней части регенератора 1008 во внутренний объем регенератора 1008, инициирует эндотермическую реакцию с выделением из него большей части СО₂. Абсорбирующий раствор, из которого в регенераторе 1008 была выделена некоторая или большая часть СО₂, называют "полубедным раствором". Полубедный раствор становится регенерированным абсорбирующим раствором 1009, из которого почти полностью десорбирована СО₂, к тому моменту, когда этот полубедный раствор 1008 достигает нижней части регенератора 1008. Абсорбирующий раствор, регенерированный путем почти полного удаления из него СО₂, называют «бедным раствором». Бедный раствор 1009 нагревают насыщенным водяным паром 1030 в регенеративном нагревателе 1014. С другой стороны, из верхней части регенератора 1008 отводят газ 1015, включающий СО₂, объединенный с водяным паром, который был выделен из насыщенного раствора 1007 и полубедного раствора в регенераторе 1008. В конденсаторе 1016 водяной пар конденсируется, воду отделяют в барабане 1017 сепаратора, и газ 1018, включающий СО₂, отводят за пределы установки, для накапливания. Воду, отделенную в барабане 1017 сепаратора, направляют в верхнюю часть регенератора 1008 с помощью циркуляционного насоса 1019 для конденсата. Регенерированный абсорбирующий раствор (бедный раствор) 1009 охлаждают в теплообменнике 1013, предназначенном для теплообмена насыщенного и бедного растворов, с помощью насыщенного раствора 1007, последовательно повышают его давление с помощью насоса 1020 для бедного раствора, затем охлаждают с помощью охладителя 1021 бедного раствора, после чего вновь подают в абсорбер 1006 для повторного использования в качестве абсорбирующего раствора.

Позицией 1001а на фиг.8 обозначен дымоход промышленного оборудования 1001, например агрегата, включающего паровой котел и газовую турбину; позицией 1001b обозначена дымовая труба, и позицией 1031 показан водяной пар после теплообмена. Установка для извлечения СО₂ или H₂S может быть переоборудована для улавливания СО₂ из действующего источника дымовых газов 1002, и в то же время она может быть смонтирована как установка для подключения к новому источнику дымовых газов 1002. Дымовая труба 1001b снабжена открываемой/закрываемой заслонкой, которую закрывают в том случае, если установка для извлечения СО₂ или H₂S функционирует. Кроме того, заслонка установлена таким образом, что ее открывают, когда источник дымовых газов 1002 приводится в действие, но работа установки для извлечения СО₂ или H₂S прекращается.

Задача, решаемая с помощью настоящего изобретения

Абсорбирующие растворы отличаются по способности к абсорбции и десорбции CO₂ или H₂S, зависящей от температуры, так, что абсорбирующий раствор может быть более предрасположен к десорбции и менее предрасположен к абсорбции СО₂ или H₂S, и, наоборот, абсорбирующий раствор может быть менее предрасположен к десорбции CO₂ или H₂S, но более предрасположен к абсорбции CO₂, H₂S, и тому подобных веществ.

Поэтому в способе, в котором используют два или большее количество различных перемешанных абсорбирующих растворов при температуре абсорбции в абсорбере, равной, например, 40°С, и температуре регенерации в регенераторе, например, 90°С, абсорбирующий раствор, который менее предрасположен к абсорбции СО₂ или H₂S при низкой температуре, например, проявляет хорошую способность абсорбировать СО₂ или H₂S в абсорбере, но проявляет низкую десорбционную способность для СО₂ или H₂S в регенераторе, и, с другой стороны, абсорбирующий раствор, который предрасположен к абсорбции СО₂ или H₂S при высокой температуре, проявляет низкую абсорбционную способность для CO₂ или H₂S в абсорбере, но проявляет хорошую способность к десорбции CO₂ или H₂S в регенераторе. Следовательно, трудно соответствовать одновременно требованиям как абсорбции, так и десорбции СО₂ или H₂S при использовании различных абсорбирующих растворов, в связи с чем возникает проблема, которая заключается в том, что производительность установки в целом является низкой.

Кроме того, в способе, в котором улучшается процесс подачи абсорбирующего раствора, в целях обеспечения в установке экономии энергии важно достигнуть максимальной эффективности теплообмена с абсорбирующим раствором в интервале температур от 40°С до 120°С.

Настоящее изобретение создано в связи с существованием вышеуказанных проблем, и задача настоящего изобретения заключается в обеспечении установки для извлечения СО₂ или H₂S и способа извлечения СО₂ или H₂S, в которых эффективность абсорбции СО₂ или H₂S дополнительно повышена за счет использования ряда различных абсорбирующих растворов.

Средства решения задачи

В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения установка для извлечения СО₂ или H₂S содержит, по меньшей мере, два комплекса оборудования для извлечения СО₂ или H₂S, каждый из которых включает абсорбер, который обеспечивает извлечение, по меньшей мере, одного из двух веществ, СО₂ и H₂S, за счет приведения поступающих дымовых газов, содержащих, по меньшей мере, одно из указанных веществ, СО₂ и H₂S, в контакт с абсорбирующим раствором; регенератор, в котором происходит регенерация насыщенного раствора, который абсорбировал, по меньшей мере, одно из указанных веществ, СО₂ и H₂S; линию подачи насыщенного раствора, которая подает насыщенный раствор из абсорбера в регенератор; и линию подачи бедного раствора, которая направляет из регенератора в абсорбер бедный раствор, из которого в регенераторе удаляют, по меньшей мере, одно из указанных веществ, СО₂ и H₂S, при этом абсорбирующий раствор поглощает, по меньшей мере, одно из веществ, CO₂ и H₂S, и регенерируется в зависимости от температуры абсорбирующего раствора, и различные типы абсорбирующих растворов подают независимо в соответствующий комплекс оборудования для извлечения СО₂ или H₂S, и дымовые газы непрерывно поступают с последовательным прохождением низкотемпературного абсорбирующего раствора на низкотемпературной стороне установки и высокотемпературного абсорбирующего раствора в высокотемпературной части, при этом указанные абсорбирующие растворы выбирают из различных типов абсорбирующих растворов.

Предпочтительно установка для извлечения СО₂ или H₂S включает также оборудование линии подачи охлаждающей воды, которое обеспечивает снабжение охлаждающей водой для охлаждения соответствующих бедных растворов, при этом из бедных растворов, которые из регенератора направляют в абсорбер, бедный раствор, имеющий высокую температуру, получают выше по потоку охлаждающей воды (на стороне впуска охлаждающей воды), а бедный раствор, имеющий низкую температуру, получают ниже по потоку охлаждающей воды (на стороне ее выпуска).

Предпочтительно установка для снижения содержания CO₂ или H₂S включает также оборудование линии подачи насыщенного водяного пара, которое обеспечивает снабжение насыщенным паром для нагревания соответствующих бедных растворов, при этом из бедных растворов, которые направляют из регенератора в абсорбер, бедный раствор, имеющий высокую температуру, получают выше по потоку насыщенного пара, а бедный раствор, имеющий низкую температуру, получают ниже по потоку насыщенного пара.

Предпочтительно установка для извлечения CO₂ или H₂S, кроме того, включает, по меньшей мере, два теплообменника, в которых осуществляют теплообмен между бедным раствором и насыщенным раствором, при этом указанные бедный раствор и насыщенный раствор циркулируют в одном и том же или в различных комплексах оборудования, включающих комплексы оборудования для извлечения СО₂ или H₂S.

Предпочтительно установка для извлечения СО₂ или H₂S, кроме того, содержит, по меньшей мере, один теплообменник для полубедного раствора, размещенный на линии подачи бедного раствора и предназначенный для нагревания с помощью бедного раствора, отведенного из регенератора, полубедного раствора, отведенного из средней части регенератора, из которого удалена часть, по меньшей мере, одного из двух веществ, СО₂ и H₂S.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения в способе извлечения CO₂ или H₂S, дымовые газы, содержащие, по меньшей мере, одно из двух веществ, CO₂ и H₂S, направляют в низкотемпературный абсорбер, в который на низкотемпературной стороне установки подают низкотемпературный абсорбирующий раствор, выбранный из ряда различных типов абсорбирующих растворов, для извлечения, по меньшей мере, одного из содержащихся в дымовых газах веществ, СО₂ и H₂S, с помощью низкотемпературного абсорбирующего раствора, и затем дымовые газы непрерывно подают в высокотемпературный абсорбер, в который на высокотемпературной стороне направляют высокотемпературный абсорбирующий раствор для дальнейшего извлечения, с использованием высокотемпературного абсорбирующего раствора, по меньшей мере, одного из веществ, СО₂ и H₂S, содержащихся в дымовых газах, которое не было удалено с помощью низкотемпературного абсорбирующего раствора.

Предпочтительно в способе извлечения СО₂ или H₂S низкотемпературный абсорбирующий раствор, который подают в низкотемпературный абсорбер, охлаждают с помощью охлаждающей воды, для извлечения с помощью охлажденного низкотемпературного абсорбирующего раствора, по меньшей мере, одного из содержащихся в дымовых газах веществ, CO₂ и H₂S, и затем высокотемпературный абсорбирующий раствор, который подают в высокотемпературный абсорбер, дополнительно охлаждают, используя для этого охлаждающую воду, с которой обменялся теплотой низкотемпературный абсорбирующий раствор, с дальнейшим извлечением, с использованием высокотемпературного абсорбирующего раствора, по меньшей мере, одного из веществ, CO₂ и H₂S, которое не было удалено с помощью низкотемпературного абсорбирующего раствора.

Предпочтительно в способе извлечения CO₂ или H₂S высокотемпературный бедный раствор, который накапливается в нижней части высокотемпературного регенератора, обеспечивающего регенерацию высокотемпературного насыщенного раствора, поглотившего, по меньшей мере, одно из веществ, СО₂ и H₂S, в высокотемпературном абсорбере, отводят из абсорбера для осуществления теплообмена с насыщенным водяным паром, после чего нагретый высокотемпературный бедный раствор направляют в высокотемпературный абсорбер в качестве высокотемпературного абсорбирующего раствора; низкотемпературный бедный раствор, который накапливается в нижней части низкотемпературного регенератора, отводят из регенератора для осуществления теплообмена с насыщенным водяным паром, который обменялся теплотой с высокотемпературным бедным раствором, после чего нагретый низкотемпературный бедный раствор направляют в низкотемпературный абсорбер в качестве низкотемпературного абсорбирующего раствора, и, по меньшей мере, одно из веществ, СО₂ и H₂S, содержащихся в дымовых газах, удаляют с помощью низкотемпературного абсорбирующего раствора, и, по меньшей мере, одно из веществ, CO₂ и H₂S, которое не было удалено с помощью низкотемпературного абсорбирующего раствора, дополнительно извлекают с использованием высокотемпературного абсорбирующего раствора.

Предпочтительно в способе снижения содержания СО₂ или H₂S осуществляют теплообмен бедных растворов, отведенных из соответствующих регенераторов, с использованием для этого, по меньшей мере, одного из насыщенных растворов, циркулирующих в одном и том же или в другом комплексе оборудования, из имеющихся комплексов оборудования для извлечения СО₂ или H₂S, причем бедные растворы, после обмена теплотой, направляют в соответствующие абсорберы для извлечения, по меньшей мере, одного из содержащихся в дымовых газах веществ, СО₂ и H₂S.

Предпочтительно в способе извлечения CO₂ или H₂S после осуществления теплообмена полубедного раствора, отведенного из средней части регенератора, из которого удалена часть CO₂ с указанным бедным раствором, отведенным из регенератора, бедный раствор подают в абсорбер для извлечения, по меньшей мере, одного из двух содержащихся в дымовых газах веществ, CO₂ и H₂S.

Технический результат, достигаемый изобретением

В соответствии с настоящим изобретением за счет независимой подачи абсорбирующих растворов различного типа в соответствующих комплексах оборудования для извлечения CO₂ или H₂S и непрерывной подачи дымовых газов с их последовательным прохождением от низкотемпературного абсорбера к высокотемпературному абсорберу, в которых используют различные типы абсорбирующих растворов, содержащийся в дымовых газах СО₂ или содержащийся H₂S могут быть эффективно извлечены в соответствии с зависимостью абсорбции и десорбции CO₂ или H₂S от температуры для соответствующих абсорбирующих растворов, и это является подходящим результатом для установки, предназначенной для извлечения CO₂ или H₂S, и способа, в которых дополнительно улучшается эффективность абсорбции CO₂ или H₂S.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - упрощенная схема установки для извлечения СО₂ в соответствии с первым воплощением настоящего изобретения.

Фиг.2 - вариант установки для извлечения СО₂ в соответствии с первым воплощением настоящего изобретения.

Фиг.3 - другой вариант установки для извлечения CO₂ в соответствии с первым воплощением настоящего изобретения.

Фиг.4 - пример, в котором в установке для извлечения CO₂ в соответствии с первым воплощением, представленным на фиг.3, в качестве низкотемпературного абсорбирующего раствора используют БАЭ и в качестве высокотемпературного абсорбирующего раствора используют МАЭ.

Фиг.5 - упрощенная схема установки для извлечения CO₂ в соответствии со вторым воплощением настоящего изобретения.

Фиг.6 - пример, в котором в установке для извлечения CO₂ в соответствии со вторым воплощением, представленным на фиг.5, в качестве низкотемпературного абсорбирующего раствора используют БАЭ и в качестве высокотемпературного абсорбирующего раствора используют МАЭ.

Фиг.7 - иллюстрация соотношения между температурой абсорбции и количеством абсорбированного СО₂.

Фиг.8 - иллюстрация принципиальной схемы установки для извлечения CO₂ или H₂S, в которой реализуют способ с использованием двух типов смешанных абсорбирующих растворов.

Пояснения буквенных обозначений или номеров позиций

10А - 10D - установка для извлечения CO₂,

11-1 - комплекс низкотемпературного оборудования для извлечения СО₂,

11-2 - комплекс высокотемпературного оборудования для извлечения СО₂,

12-1 - трубопровод для подачи низкотемпературного насыщенного раствора,

12-2 - трубопровод для подачи высокотемпературного насыщенного раствора,

13-1 - трубопровод для подачи низкотемпературного бедного раствора,

13-2 - трубопровод для подачи высокотемпературного бедного раствора,

14 - охлаждающая вода,

15 - трубопровод для подачи охлаждающей воды,

16 - трубопровод для подачи насыщенного водяного пара,

20-1 - низкотемпературный полубедный раствор,

20-2 - высокотемпературный полубедный раствор,

1002 - дымовые газы,

1005-1 - низкотемпературный абсорбирующий раствор,

1005-2 - высокотемпературный абсорбирующий раствор,

1006-1 - низкотемпературный абсорбер,

1006-2 - высокотемпературный абсорбер,

1007-1 - низкотемпературный насыщенный раствор,

1007-2 - высокотемпературный насыщенный раствор,

1008-1 - низкотемпературный регенератор,

1008-2 - высокотемпературный регенератор,

1009-1 - низкотемпературный бедный раствор,

1009-2 - высокотемпературный бедный раствор,

1021-1, 1021-2, 1021-3, 1021-4 - охладитель,

1014-1 - низкотемпературный регенеративный нагреватель,

1014-2 - высокотемпературный регенеративный нагреватель.

Наилучший вариант (варианты) осуществления изобретения

Настоящее изобретение ниже будет рассмотрено более подробно со ссылками на сопровождающие чертежи. Настоящее изобретение не ограничивается конкретными воплощениями и примерами. Кроме того, элементы установки в воплощениях и примерах включают такие элементы, которые легко могут представить себе специалисты в данной области техники или которые по существу являются эквивалентами.

[Первое воплощение]

Установка для извлечения СО₂ в соответствии с первым воплощением настоящего изобретения поясняется со ссылкой на чертежи.

На фиг.1 представлена упрощенная схема установки для извлечения СО₂ в соответствии с воплощением настоящего изобретения. Представленная установка для извлечения СО₂ согласно настоящему воплощению имеет в основном такую же технологическую схему, что и установка для извлечения СО₂, иллюстрируемая на фиг.8. Поэтому она показана в упрощенном виде, при этом элементы установки, одинаковые с показанными в установке для извлечения CO₂, представленной на фиг.8, обозначены на фиг.1 одинаковыми ссылочными номерами позиций, и повторные пояснения в их отношении здесь не приведены. Хотя настоящее изобретение относится к установке для извлечения CO₂ или H₂S, имеющей оборудование для абсорбирования СО₂ или H₂S, при раскрытии настоящего воплощения поясняется случай извлечения только СО₂.

Как показано на фиг.1, установка 10А для извлечения СО₂, соответствующая настоящему изобретению, включает комплекс низкотемпературного оборудования 11-1 для извлечения CO₂, размещенный на той стороне, с которой в установку поступают дымовые газы 1002, и комплекс высокотемпературного оборудования 11-2 для извлечения CO₂, которое размещено на той стороне, с которой из установки отводят дымовые газы 1002. Комплекс низкотемпературного оборудования 11-1 для извлечения СО₂ включает низкотемпературный абсорбер 1006-1, который обеспечивает извлечение CO₂ за счет приведения поступивших дымовых газов 1002, содержащих СО₂, в контакт с низкотемпературным абсорбирующим раствором 1005-1, и низкотемпературный регенератор 1008-1, который регенерирует низкотемпературный насыщенный раствор 1007-1, абсорбировавший СО₂, линию 12-1 подачи низкотемпературного насыщенного раствора, которая подает низкотемпературный насыщенный раствор 1007-1 из низкотемпературного абсорбера 1006-1 в низкотемпературный регенератор 1008-1, и линию 13-1 подачи низкотемпературного бедного раствора, обеспечивающую подачу низкотемпературного бедного раствора 1009-1, из которого извлечен СО₂ в низкотемпературном регенераторе 1008-1, из низкотемпературного регенератора 1008-1 в низкотемпературный абсорбер 1006-1.

Кроме того, подобно схеме расположения комплекса низкотемпературного оборудования 11-1 для извлечения СО₂, комплекс высокотемпературного оборудования 11-2 для извлечения СО₂ включает высокотемпературный абсорбер 1006-2, в котором извлекают CO₂ путем приведения дымовых газов 1002 в контакт с высокотемпературным абсорбирующим раствором 1005-2; высокотемпературный регенератор 1008-2, в котором происходит регенерация высокотемпературного насыщенного раствора 1007-2, абсорбировавшего СО₂; линию 12-2 подачи высокотемпературного насыщенного раствора, обеспечивающую подачу высокотемпературного насыщенного раствора 1007-2 из высокотемпературного абсорбера 1006-2 в высокотемпературный регенератор 1008-2; и линию 13-2 подачи высокотемпературного бедного раствора 1009-2, из которого в высокотемпературном регенераторе 1008-2 удаляют СО₂, из высокотемпературного регенератора 1008-2 в высокотемпературный абсорбер 1006-2.

Позицией 1013-1 на фиг.1 обозначен низкотемпературный теплообменник, в котором осуществляют теплообмен между низкотемпературным насыщенным раствором 1007-1 и низкотемпературным бедным раствором 1009-1, и позиций 1013-2 показан высокотемпературный теплообменник, в котором осуществляют теплообмен между высокотемпературным насыщенным раствором 1007-2 и высокотемпературным бедным раствором 1009-2.

В установке 10А для извлечения СО₂ в соответствии с рассматриваемым воплощением низкотемпературный абсорбирующий раствор 1005-1 и высокотемпературный абсорбирующий раствор 1005-2 подводят по отдельности для циркуляции в комплекс низкотемпературного оборудования 11-1 для извлечения СО₂ и в комплекс высокотемпературного оборудования 11-2 для извлечения СО₂.

Кроме того, в установке 10А для извлечения СО₂ в соответствии с рассматриваемым воплощениям абсорбция СО₂ и регенерация низкотемпературного абсорбирующего раствора 1005-1 и высокотемпературного абсорбирующего раствора 1005-2 являются процессами, зависимыми от температуры упомянутых низкотемпературного абсорбирующего раствора 1005-1 и высокотемпературного абсорбирующего раствора 1005-2.

В настоящем изобретении в качестве низкотемпературного абсорбирующего раствора могут быть использованы, например, метилдиэтаноламин (МДЭА), диэтаноламин (ДЭА), триэтаноламин (ТЭА), диизопропаноламин (ДИПА), 2-амино-2-метилпропанол (АМП), этилдиэтаноламин (ЭДЭА), 2-диэтиламиноэтанол (ЭАЭ) и тому подобные соединения. Однако настоящее изобретение указанными соединениями не ограничено, и может быть использован любой абсорбирующий раствор, имеющий при низкой температуре высокую абсорбционную способность и высокую способность к десорбции. Кроме того, в настоящем изобретении в качестве высокотемпературного абсорбирующего раствора может быть использован, например, пиперазин (П), моноэтаноламин (МЭА), 3-амино-1-пропанол (АП), 2-метиламиноэтанол (МАЭ), 2-этиламиноэтанол (ЭАЭ), 2-н-пропиламиноэтанол (ПАЭ), 2-метилпиперазин (МП), 1-(2-аминоэтил) пиперазин (АЭПРЗ) и тому подобные соединения. Однако настоящее изобретение указанными соединениями не ограничено, и может быть использован любой абсорбирующий раствор, имеющий высокую абсорбционную способность и высокую способность к десорбции при высокой температуре.

Кроме того, в установке 10А для извлечения CO₂ в соответствии с настоящим воплощением низкотемпературный абсорбирующий раствор 1005-1 и высокотемпературный абсорбирующий раствор 1005-2 подают по отдельности в комплекс низкотемпературного оборудования 11-1 для извлечения СО₂ и в комплекс высокотемпературного оборудования 11-2 для извлечения СО₂ соответственно. Дымовые газы 1002 подают с последовательным прохождением низкотемпературного абсорбирующего раствора 1005-1 на низкотемпературной стороне и высокотемпературного абсорбирующего раствора 1005-2 на высокотемпературной стороне.

За счет подачи дымовых газов 1002, с их последовательным прохождением от низкотемпературного абсорбера 1006-1 к высокотемпературному абсорберу 1006-2, после извлечения двуокиси углерода, содержащейся в дымовых газах 1002, с помощью низкотемпературного абсорбирующего раствора 1005-1 на низкотемпературной стороне установки, двуокись углерода, которая не была абсорбирована низкотемпературным абсорбирующим раствором 1005-1, дополнительно извлекается с помощью высокотемпературного абсорбирующего раствора 1005-2 на высокотемпературной стороне.

Кроме того, в установке 10А для извлечения СО₂ в соответствии с настоящим воплощением, СО₂, содержащаяся в низкотемпературном абсорбирующем растворе 1005-1, выделяется в низкотемпературном регенераторе 1008-1, при этом происходит регенерация низкотемпературного абсорбирующего раствора 1005-1. Подобным образом, СО₂, содержащаяся в высокотемпературном абсорбирующем растворе 1005-2, выделяется в высокотемпературном регенераторе 1008-2, в результате чего происходит регенерация указанного высокотемпературного абсорбирующего раствора 1005-2.

Кроме того, если количество абсорбирующих растворов недостаточно для того, чтобы поглотить содержащийся в дымовых газах 1002 CO₂ при направлении регенерированных низкотемпературного бедного раствора 1009-1 и высокотемпературного бедного раствора 1009-2 в низкотемпературный абсорбер 1006-1 и в высокотемпературный абсорбер 1006-2 соответственно, недостающее количество низкотемпературного абсорбирующего раствора 1005-1 и высокотемпературного абсорбирующего раствора 1005-2 подают в низкотемпературный бедный раствор 1009-1 и в высокотемпературный бедный раствор 1009-2, поступающие по линии 13-1 подачи низкотемпературного бедного раствора и линии 13-2 подачи высокотемпературного бедного раствора соответственно.

Как отмечено выше, в установке 10А для извлечения CO₂ в соответствии с настоящим воплощением низкотемпературный абсорбирующий раствор 1005-1, имеющий превосходную десорбционную способность, подходящую для низкотемпературной абсорбции и низкотемпературной регенерации, и высокотемпературный абсорбирующий раствор 1005-2, имеющий превосходную абсорбционную способность, подходящую для высокотемпературной абсорбции и высокотемпературной регенерации, циркулируют в независимых замкнутых контурах, соответственно, при температурах, подходящих для последовательно осуществляемых процессов абсорбции и десорбции. Поэтому можно обеспечить наилучшую способность абсорбции/десорбции СО₂ для соответствующих низкотемпературного абсорбирующего раствора 1005-1 и высокотемпературного абсорбирующего раствора 1005-2 в зависимости от их температуры. В результате абсорбция/десорбция CO₂ могут быть осуществлены более эффективно, чем в известном оборудовании для извлечения СО₂, которое реализует способ с использованием двух или более типов различных смешанных абсорбирующих растворов, иллюстрируемый на фиг.8.

Кроме того, в установке 10А для извлечения СО₂ в соответствии с настоящим изобретением имеются два комплекса, включающих комплекс низкотемпературного оборудования 11-1 для извлечения CO₂ и комплекс высокотемпературного оборудования 11-1 для извлечения CO₂. Однако настоящее изобретение этим не ограничивается, и могут быть использованы три или более комплексов, в схеме установки, в которой имеются комплекс низкотемпературного оборудования для извлечения CO₂, комплекс оборудования с промежуточной температурой для извлечения CO₂ и комплекс высокотемпературного оборудования для извлечения СО₂.

На фиг.2 представлен вариант выполнения установки 10А для извлечения СО₂, соответствующей настоящему изобретению, иллюстрируемой на фиг.1. Как показано на фиг.2, установка 10В в соответствии с настоящим воплощением включает оборудование линии подачи охлаждающей воды 14 для последовательного охлаждения низкотемпературного бедного раствора 1009-1 и высокотемпературного бедного раствора 1009-2. В то время как в установке 10А для извлечения СО₂ в соответствии с настоящим изобретением, показанной на фиг.1, охлаждающую воду 14 подают отдельно в комплекс низкотемпературного оборудования 11-1 для извлечения CO₂ и отдельно в комплекс высокотемпературного оборудования 11-2 для извлечения СО₂, в установке 10В для извлечения CO₂, соответствующей настоящему изобретению, подачу воды осуществляют непрерывным потоком через комплексы оборудования 11-1 и 11-2. Оборудование линии подачи охлаждающей воды включает трубопровод 15 для подачи охлаждающей воды и охладители 1021-1 и 1021-2, установленные на линии 15 подачи охлаждающей воды и включенные в линии подачи бедного раствора.

В частности, как показано на фиг.2, имеется трубопровод 15 для подачи охлаждающей воды, который обеспечивает подачу охлаждающей воды 14 для охлаждения низкотемпературного бедного раствора 1009-1 и высокотемпературного бедного раствора 1009-2, при этом низкотемпературный бедный раствор 1009-1, который направляют из низкотемпературного регенератора 1008-1 в низкотемпературный абсорбер 1006-1, подают в указанный абсорбер 1006-1 со стороны, находящейся выше по потоку дымовых газов (со стороны впуска дымовых газов), а высокотемпературный бедный раствор 1009-2, который направляют из высокотемпературного регенератора 1008-2 в высокотемпературный абсорбер 1006-2, подают в абсорбер 1006-2 со стороны, находящейся ниже по потоку (со стороны выпуска дымовых газов). Кроме того, на линии 15 подачи охлаждающей воды размещены охладители 1021-1 и 1021-2, включенные в линию 13-1 подачи низкотемпературного бедного раствора и в линию 13-2 подачи высокотемпературного бедного раствора соответственно.

В охладителе 1021-1 охлаждающую воду 14, которая не была использована для теплообмена, сначала используют для осуществления теплообмена с целью охлаждения низкотемпературного бедного раствора 1009-1 и затем используют в охладителе 1021-2, где охлаждающую воду 14, температура которой увеличилась в результате теплообмена, используют для теплообмена с охлаждаемым высокотемпературным бедным раствором 1009-2.

Как отмечено выше, за счет использования низкотемпературной охлаждающей воды 14, которая не участвовала в теплообмене, для охлаждения низкотемпературного абсорбирующего раствора 1005-1, имеющего низкую абсорбционную способность, и за счет использования охлаждающей воды 14, температура которой увеличилась, для охлаждения высокотемпературного абсорбирующего раствора 1005-2, имеющего высокую абсорбционную способность, низкотемпературный бедный раствор 1009-1 и высокотемпературный бедный раствор 1009-2 соответственно могут быть эффективно охлаждены.

Кроме того, установка 10В для извлечения CO₂ в соответствии с настоящим изобретением снабжена оборудованием линии подачи насыщенного пара, обеспечивающим подачу насыщенного пара 1030, который нагревает последовательно низкотемпературный бедный раствор 20-1 и высокотемпературный бедный раствор 20-2. В то время, как в установке 10А для извлечения СО₂, показанной на фиг.1, насыщенный водяной пар 1030-1 и 1030-2 подают отдельно в низкотемпературное оборудование 11-1 для извлечения СО₂ и отдельно в высокотемпературное оборудование 11-2 для извлечения CO₂ соответственно, в установке 10В для извлечения СО₂, соответствующей настоящему воплощению, подачу водяного пара осуществляют одним непрерывным потоком.

Оборудование линии подачи насыщенного водяного пара включает трубопровод 16 для подачи насыщенного пара и регенеративные нагреватели 1014-1 и 1014-2, которые установлены на линии 16 подачи насыщенного пара и включены в соответствующие линии подачи бедного раствора.

В частности, как показано на фиг.2, в установке имеется линия 16 подачи насыщенного пара, по которой поступает насыщенный пар 1030, нагревающий низкотемпературный бедный раствор 1009-1 и высокотемпературный бедный раствор 1009-2, при этом низкотемпературный бедный раствор 1009-1 подают из низкотемпературного регенератора 1008-1 в низкотемпературный абсорбер 1006-1 на стороне установки, находящейся выше по потоку дымовых газов, а высокотемпературный бедный раствор 1009-2 подают из высокотемпературного регенератора 1008-2 в высокотемпературный абсорбер 1006-2 на стороне ниже по потоку. Кроме того, в установке на линии 16 подачи насыщенного пара размещены низкотемпературный регенеративный нагреватель 1014-1 и высокотемпературный регенеративный нагреватель 1014-2, включенные в линии 13-1 и 13-2 подачи низкотемпературного бедного раствора и высокотемпературного бедного раствора соответственно.

За счет нагревания низкотемпературного бедного раствора 1009-1 и высокотемпературного бедного раствора 1009-2 в процессе теплообмена с насыщенным водяным паром 1030 в низкотемпературном регенеративном теплообменнике 1014-1 и высокотемпературном регенеративном нагревателе 1014-2 потребление водяного пара, необходимого для нагревания низкотемпературного бедного раствора 1009-1 и высокотемпературного бедного раствор 1009-2, может быть уменьшено, и нагревание каждого из указанных растворов может быть осуществлено эффективно.

На фиг.3 представлен вариант установки 10В для извлечения СО₂, соответствующей настоящему воплощению, иллюстрируемой на фиг.2. Как показано на фиг.3, в установке 10С для извлечения CO₂, соответствующей рассматриваемому воплощению, направление подачи насыщенного пара 1030 противоположно направлению его подачи в установке 10В для извлечения CO₂, соответствующей настоящему воплощению, представленной на фиг.2, и насыщенный пар подают от стороны циркуляции высокотемпературного бедного раствора 1009-2 к стороне циркуляции низкотемпературного бедного раствора 1009-1.

Высокотемпературный насыщенный пар 1030, который не был ранее использован для теплообмена, используют для нагревания высокотемпературного бедного раствора 1009-2 сначала в высокотемпературном регенеративном нагревателе 1014-2, и затем насыщенный водяной пар 1030, температура которого уменьшилась в результате теплообмена, используют для нагревания низкотемпературного бедного раствора 1009-1 в низкотемпературном регенеративном нагревателе 1014-1. Таким образом, может быть эффективно осуществлен нагрев низкотемпературного бедного раствора 1009-1 и высокотемпературного бедного раствора 1009-2.

Как отмечено выше, за счет использования теплоты высокотемпературного насыщенного пара 1030 для нагревания высокотемпературного абсорбирующего раствора 1005-2, имеющего низкую абсорбционную способность, и за счет использования теплоты насыщенного пара 1030 с пониженной температурой для нагревания низкотемпературного абсорбирующего раствора 1005-1, имеющего высокую десорбционную способность, теплообмен низкотемпературного абсорбирующего раствора 1005-1 и высокотемпературного абсорбирующего раствора 1005-2 с насыщенным паром 1030 может быть эффективно осуществлен.

Кроме того, в установке 10С для извлечения CO₂ в соответствии с настоящим воплощением имеются теплообменник 1013-3, в котором происходит теплообмен между высокотемпературным бедным раствором 1009-2 и низкотемпературным насыщенным раствором 1007-1, и теплообменник 1013-4, в котором происходит теплообмен между низкотемпературным бедным раствором 1009-1 и высокотемпературным насыщенным раствором 1007-2.

За счет осуществления теплообмена между указанными бедными растворами и насыщенными растворами, которые циркулируют в отдельных системах, таких как комплекс низкотемпературного оборудования 11-1 для извлечения СО₂ и комплекс высокотемпературного оборудования 11-2 для снижения содержания CO₂, теплообмен между бедными растворами и насыщенными растворами, которые циркулируют в одной и той же системе, может быть эффективным.

Фиг.4 иллюстрирует пример, в котором в установке 10С для извлечения СО₂ согласно настоящему воплощению, представленному на фиг.3, в качестве низкотемпературного абсорбирующего раствора 1005-1 используют 2-бутиламиноэтанол (БАЭ), а в качестве высокотемпературного раствора 1005-2 используют 2-метиламиноэтанол (МАЭ). Температура низкотемпературного насыщенного раствора 1007-1, который отводят из низкотемпературного абсорбера 1006-1, составляет, например, 50°С; температура низкотемпературного насыщенного раствора 1007-1, который обменялся теплотой в теплообменниках 1013-1 и 1013-3 и направляется в низкотемпературный регенератор 1008-1, составляет, например, 95°С; температура низкотемпературного бедного раствора 1009-1, который отводится из низкотемпературного регенератора 1008-1, составляет, например, 115°С, а температура низкотемпературного бедного раствора 1009-1, который обменялся теплотой в теплообменниках 1013-4 и 1013-1 и был охлажден в охладителе 1021-1, перед его подачей в низкотемпературный абсорбер 1006-1, составляет, к примеру, 40°С.

Температура высокотемпературного насыщенного раствора 1007-2, который отводят из высокотемпературного абсорбера 1006-2, составляет, например, 55°С; температура высокотемпературного насыщенного раствора 1007-2, который обменялся теплотой в теплообменниках 1013-4 и 1013-2 и направляется в высокотемпературный регенератор 1008-2, составляет, например, 105°С; температура высокотемпературного бедного раствора 1009-2, который отводят из высокотемпературного регенератора 1008-2, составляет, к примеру, 125°С; и температура высокотемпературного бедного раствора 1009-2, который обменялся теплотой в теплообменниках 1013-2 и 1013-3 и был охлажден с помощью охладителя 1021-2, перед поступлением в высокотемпературный абсорбер 1006-2, составляет, например, 45°С.

В том случае, если концентрация СО₂ в поступающих в установку дымовых газах 1002 составляет, например, 10%, то концентрация СО₂ в дымовых газах 1002, пропущенных через низкотемпературный абсорбер 1006-1, составляет, например, 5%, а концентрация СО₂ в дымовых газах 1002, которые были пропущены через высокотемпературный абсорбер 1006-2, составляет, например, 0%.

Как отмечено выше, в установке 10С для извлечения СО₂ согласно рассматриваемому воплощению различные абсорбирующие растворы циркулируют в соответствующих отдельных замкнутых контурах, образованных комплексами оборудования для извлечения CO₂, с осуществлением теплообмена насыщенных растворов и бедных растворов, циркулирующих в упомянутых комплексах оборудования, с охлаждающей водой 14 и насыщенным водяным паром 1030, при этом направление подачи охлаждающей воды 14 и насыщенного водяного пара 1030 устанавливают исходя из температурной зависимости процессов абсорбции/десорбции СО₂ соответствующих абсорбирующих растворов; кроме того, осуществляется теплообмен между насыщенными растворами и бедными растворами, которые циркулируют в одном и том же или в различных комплексах оборудования для извлечения СО₂. Таким образом, можно обеспечить наилучшие абсорбционную и десорбционную способности в зависимости от температуры соответствующих абсорбирующих растворов. В результате абсорбция/десорбция СО₂ могут быть осуществлены более эффективно, чем в известных установках для извлечения СО₂ или H₂S, которые реализуют способ с использованием двух или более различных смешанных абсорбирующих растворов, иллюстрируемый на фиг.8.

Кроме того, поскольку процессы абсорбции/десорбции могут быть эффективно осуществлены в соответствии с температурной зависимостью соответствующих абсорбирующих растворов в широком температурном интервале, в установках 10А-10С для извлечения СО₂ в соответствии с настоящим воплощением насыщенный пар 1030 и охлаждающая вода 14, после их использования для абсорбции СО₂ и последующей десорбции СО₂ из соответствующих абсорбирующих растворов, могут быть эффективно использованы, и в результате в установке в целом может быть достигнута экономия энергии.

Кроме того, в установках 10А-10С для извлечения СО₂ в соответствии с настоящим воплощением может быть уменьшена потеря теплоты на участках, в которых химическая реакция не протекает в достаточной степени, например, на участке с высокой температурой в средней части низкотемпературного абсорбера 1006-1 и высокотемпературного абсорбера 1006-2, и на участке с низкой температурой в верхней части низкотемпературного регенератора 1008-1 и высокотемпературного регенератора 1008-2.

Поскольку используется совокупность растворов, включающая низкотемпературный абсорбирующий раствор 1005-1 и высокотемпературный абсорбирующий раствор 1005-2, которые отличаются по свойствам, таким как способность к абсорбции и десорбции СО₂ или H₂S, зависящим от температуры абсорбирующего раствора, область применения становится более широкой, чем в случае использования одного единственного раствора, за счет возможности изменения соотношения растворов или тому подобного, и можно согласовать различные параметры процесса, например параметр, основанный на использовании охлаждающей воды, и параметр, основанный на использовании пара, или изменение параметров.

Хотя в установках 10А-10С для извлечения СО₂ в соответствии с настоящим воплощением низкотемпературный абсорбирующий раствор 1005-1 используют для дымовых газов с высокой концентрацией СО₂, а высокотемпературный абсорбирующий раствор 1005-2 используют для дымовых газов с низкой концентрацией СО₂, настоящее изобретением этим не ограничивается. Например, высокотемпературный абсорбирующий раствор 1005-2 может быть использован для дымовых газов с высокой концентрацией СО₂, а низкотемпературный абсорбирующий раствор 1005-1 может быть использован для дымовых газов с низкой концентрацией СО₂ таким образом, что СО₂, содержащийся в дымовых газах, может быть эффективно абсорбирован.

Процессы с двумя растворами, в которых независимо циркулируют низкотемпературный абсорбирующий раствор 1005-1 и высокотемпературный абсорбирующий раствор 1005-2, как это, например, имеет место в установках 10А-10С для извлечения СО₂ в соответствии с настоящим воплощением, не ограничены использованием теплоты насыщенного водяного пара 1030 и охлаждающей воды 14 и теплообменом между двумя растворами, включающими низкотемпературный бедный раствор 1009-1 и высокотемпературный бедный раствор 1009-2, низкотемпературный насыщенный раствор 1007-1 и высокотемпературный насыщенный раствор 1007-2. Например, в качестве низкотемпературного абсорбирующего раствора 1005-1, вводимого в абсорбер со стороны, находящейся выше по потоку, с которой в установку поступают дымовые газы 1002, может быть использован раствор, имеющий высокую стойкость к NO_X, SO_X, кислороду, дыму и пыли.

В качестве альтернативы, на стороне, находящейся ниже по потоку относительно стороны, на которой отводятся дымовые газы 1002, может быть использован абсорбирующий раствор, имеющий высокую скорость абсорбции, и на стороне, находящейся ниже по потоку относительно стороны, на которой отводятся дымовые газы 1002, может быть использован абсорбирующий раствор, имеющий низкую скорость абсорбции.

Помимо того, на стороне, находящейся выше по потоку от стороны, на которой поступают дымовые газы, может быть осуществлена циркуляция абсорбирующего раствора, имеющего низкую величину теплоты реакции, так, что СО₂, содержащийся в дымовых газах, улавливается абсорбирующим раствором, имеющим насколько это возможно низкую теплоту реакции, а остальной СО₂, содержащийся в дымовых газах 1002, может быть уловлен абсорбирующим раствором, имеющим высокую поглощающую способность, и благодаря этому снижаются затраты на сжигание топлива для генерирования водяного пара, необходимого для абсорбции и десорбции СО₂, содержащегося в дымовых газах 1002 во всей установке.

Хотя при описании установок 10А-10С для извлечения СО₂ в соответствии с данным воплощением был рассмотрен случай извлечения содержащегося в дымовых газах 1002 СО₂, настоящее изобретение этим случаем не ограничено, и могут быть обработаны дымовые газы, содержащие H₂S, или дымовые газы, содержащие CO₂ и H₂S.

Кроме того, применение установок 10А-10С для извлечения CO₂ в соответствии с рассматриваемым воплощением не ограничено промышленным оборудованием, используемым на тепловых электрических станциях и тому подобных объектах, и эти установки 10А-10С для извлечения CO₂ могут быть использованы, к примеру, на заводах по производству аммиака.

Помимо этого, установки 10А-10С для извлечения СО₂ согласно рассматриваемому воплощению могут быть надлежащим образом обеспечены теплообменниками и охладителями для повышения теплового к.п.д. установки в соответствии с количеством используемых в установке аппаратов для извлечения CO₂.

[Второе воплощение]

Ниже, со ссылками на сопровождающие чертежи, описана установка для извлечения CO₂ в соответствии со вторым воплощением настоящего изобретения.

На фиг.5 представлена упрощенная схема установки для извлечения СО₂ в соответствии со вторым воплощением. Установка для извлечения СО₂ в соответствии со вторым воплощением имеет по существу такую же технологическую схему, что и установки для извлечения CO₂ согласно первому воплощению, иллюстрируемые на фиг.1 - фиг.4, в связи с чем элементы этой установки, одинаковые с имеющимися в установках для извлечения СО₂ в соответствии с первым воплощением, иллюстрируемых на фиг.1 - фиг.4, обозначены на фиг.5 одинаковыми ссылочными номерами позиций, и повторные пояснения в отношении таких элементов здесь не будут приведены.

Как показано на фиг.5, установка 10D для извлечения СО₂ согласно данному воплощению содержит теплообменник 21-1 для низкотемпературного полубедного раствора и теплообменник 21-2 для высокотемпературного полубедного раствора, которые обеспечивают нагревание низкотемпературного полубедного раствора 20-1 и высокотемпературного полубедного раствора 20-2, отведенных из средней части низкотемпературного регенератора 1008-1 и высокотемпературного регенератора 1008-2 (имеющихся в установках 10А-10С для извлечения CO₂ в соответствии с первым воплощением, иллюстрируемым на фиг.1 - фиг.4), из которых частично был удален CO₂ с помощью низкотемпературного бедного раствора 1009-1 и высокотемпературного бедного раствора 1009-2, отведенных из низкотемпературного регенератора 1008-1 и высокотемпературного регенератора 1008-2 соответственно. Теплообменник 21-1 для низкотемпературного полубедного раствора и теплообменник 21-2 для высокотемпературного полубедного раствора включены в линию 13-1 подачи низкотемпературного бедного раствора и в линию 13-2 подачи высокотемпературного бедного раствора соответственно.

За счет нагревания низкотемпературного полубедного раствора 20-1 и высокотемпературного полубедного раствора 20-2, отведенных из низкотемпературного регенератора 1008-1 и высокотемпературного регенератора 1008-2, посредством теплообмена с низкотемпературным бедным раствором 1009-1 и высокотемпературным бедным раствором 1009-2 соответственно, в теплообменнике 21-1 для низкотемпературного полубедного раствора и теплообменнике 21-2 для высокотемпературного полубедного раствора может быть эффективно произведена десорбция CO₂ из низкотемпературного полубедного раствора 20-1 и высокотемпературного полубедного раствора 20-2.

Фиг.6 иллюстрирует пример, в котором в установке 10D для извлечения СО₂ в соответствии с настоящим воплощением, представленной на фиг.5, в качестве низкотемпературного абсорбирующего раствора 1005-1 используют 2-бутиламиноэтанол (БАЭ), а в качестве высокотемпературного абсорбирующего раствора 1005-2 используют 2-метиламиноэтанол (МАЭ). Температура низкотемпературного насыщенного раствора 1007-1, который отведен из низкотемпературного абсорбера 1006-1, составляет, например, 50°С; температура низкотемпературного насыщенного раствора 1007-1, который обменялся теплотой в теплообменниках 1013-1 и 1013-3 и затем направляется в низкотемпературный регенератор 1008-1, составляет, к примеру, 85°С; температура низкотемпературного полубедного раствора 20-1, который отводят из средней части низкотемпературного регенератора 1008-1, составляет, например, 95°С; температура низкотемпературного полубедного раствора 20-1, который обменялся теплотой в теплообменнике 21-1 для низкотемпературного полубедного раствора и затем поступает в низкотемпературный регенератор 1008-1, составляет, например, 105°С; температура низкотемпературного бедного раствора 1009-1, который отведен из низкотемпературного регенератора 1008-1, составляет, например, 115°С; и температура низкотемпературного бедного раствора 1009-1, который обменялся теплотой в теплообменниках 1013-4 и 1013-1 и затем был охлажден в охладителе 1021-1, перед подачей в низкотемпературный абсорбер 1006-1 составляет, к примеру, 40°С.

Кроме того, температура высокотемпературного насыщенного раствора 1007-2, который отведен из высокотемпературного абсорбера 1006-2, составляет, например, 55°С; температура высокотемпературного насыщенного раствора 1007-2, который обменялся теплотой в теплообменниках 1013-4 и 1013-2 и поступает в высокотемпературный регенератор 1008-2, составляет, например, 95°С; температура высокотемпературного полубедного раствора 20-2, который отведен из средней части высокотемпературного регенератора 1008-2, составляет, к примеру, 105°С; температура высокотемпературного полубедного раствора 20-2, который обменялся теплотой в теплообменнике 21-2 для высокотемпературного полубедного раствора и направляется в низкотемпературный регенератор 1008-2, составляет, например, 115°С; температура высокотемпературного бедного раствора 1009-2, который отведен из высокотемпературного регенератора 1008-2, составляет, например, 125°С; и температура высокотемпературного бедного раствора 1009-2, который обменялся теплотой в теплообменниках 1013-2 и 1013-3 и был охлажден в охладителе 1021-2, перед подачей в высокотемпературный абсорбер 1006-2, составляет, к примеру, 45°С.

В том случае, если концентрация CO₂ в поступающих в установку дымовых газах 1002 составляет, например, 10%, концентрация СО₂ в дымовых газах 1002, прошедших через низкотемпературный абсорбер 1006-1, составляет, например, 5%, а концентрация СО₂ в дымовых газах 1002, которые были пропущены через высокотемпературный абсорбер 1006-2, составляет, например, 0%.

Как отмечено выше, в установке 10D для извлечения CO₂ согласно рассматриваемому воплощению низкотемпературный полубедный раствор 20-1 и высокотемпературный полубедный раствор 20-2 обмениваются теплотой с низкотемпературным бедным раствором 1009-1 и высокотемпературным бедным раствором 1009-2 соответственно, и в результате улучшается десорбция СО₂, содержащегося в низкотемпературном полубедном растворе 20-1 и в высокотемпературном полубедном растворе 20-2. Кроме того, низкотемпературный бедный раствор 1009-1 и высокотемпературный бедный раствор 1009-2, которые направляют в низкотемпературный абсорбер 1006-1 и в высокотемпературный абсорбер 1006-2 соответственно, могут быть охлаждены. Следовательно, теплообмен может быть эффективным.

Примеры

Ниже будут описаны примеры осуществления настоящего изобретения. Настоящее изобретения этими примерами не ограничивается.

В рассматриваемом Примере в качестве высокотемпературного абсорбирующего раствора был использован 2-метиламиноэтанол (МАЭ) с концентрацией 40 мас.%, который абсорбирует CO₂ и регенерирутся при высокой температуре, реализуемой в установке 10С для извлечения CO₂, соответствующей настоящему воплощению, иллюстрируемой на фиг.3, и в качестве низкотемпературного абсорбирующего раствора, который абсорбирует СО₂ и регенерируется при низкой температуре, был использован 2-бутиламиноэтанол (БАЭ) с концентрацией 50 мас.%.

Кроме того, следует отметить, что в настоящем Примере были использованы дымовые газы, содержащие 10% СО₂.

На фиг.7 показано соотношение между температурой абсорбции растворов с содержанием МАЭ, равным 40 мас.%, и БАЭ - 50 мас.%, используемых в качестве абсорбирующих растворов в настоящем Примере, и количеством CO₂, абсорбированного из дымовых газов.

Представленные на фиг.7 данные свидетельствуют о том, что раствор с содержанием МАЭ, равным 40 мас.%, может абсорбировать СО₂ в количестве, соответствующем приблизительно 2,81 моль CO₂/кг раствора при температуре абсорбции, равной 40°С. Соответственно, подтверждено, что преимущество указанного абсорбирующего раствора заключается именно в снижении циркулирующего количества раствора в установке для извлечения двуокиси углерода, за счет осуществления регенерации при высокой температуре, равной или превышающей 120°С, и за счет десорбции большей части абсорбированной СО₂.

Кроме того, было обнаружено, что при температуре абсорбции, равной 50°С, раствор, включающий 40 мас.% МАЭ, может абсорбировать СО₂ в количестве, приблизительно соответствующем 2,75 моль СО₂/кг раствора. Количество СО₂, абсорбированное раствором, включающим 40 мас.% МАЭ, при температуре 40°С отличается от абсорбированного при 50°С, и разность составляет: 2.81 моль CO₂/кг - 2.75 моль СО₂/кг = 0.06 моль СО₂/кг раствора (т.е. разность составляет лишь 0,06 моль СО₂/кг раствора). При этом было подтверждено, что даже если расход охлаждающей воды во время охлаждения раствора, включающего 40 мас.% МАЕ, охлаждающей водой уменьшают, а температуру абсорбции увеличивают, например, до 50°С, влияние уменьшения расхода охлаждающей воды незначительно. Из приведенного выше результата следует, что раствор, включающий 40 мас.% МАЭ, обладает высокой способностью к абсорбции СО₂ при высокой температурой.

Кроме того, было установлено, что при температуре абсорбции, равной 80°С, раствор, включающий 40 мас.% МАЭ, может абсорбировать СО₂ в количестве, приблизительно соответствующем 1,92 моль CO₂/кг раствора. Таким образом, если температура абсорбции раствором, включающим 40 мас.% МАЭ, составляет в абсорбере, например, 40°С, а температура раствора, включающего 40 мас.% МАЭ, составляет в регенераторе, к примеру, 80°С, количество СО₂, которое может быть десорбировано в регенераторе из раствора, включающего 40 мас.% МАЕ, составляет: 2.81 моль CO₂/кг - 1.92 моль CO₂/кг = 0.89 моль CO₂/кг раствора.

Изменение парциального давления СО₂ в процессе абсорбции - регенерации раствора, включающего 40 мас.% МАЭ, во внимание здесь не принимается.

Таким образом, было обнаружено, что если температура раствора, включающего 40 мас.% МАЭ, составляет в регенераторе, например, 80°С, количество десорбированного CO₂ составляет лишь приблизительно 0.89 моль CO₂/кг раствора. Этими результатам было подтверждено, что для десорбции большей части СО₂, которая была абсорбирована раствором, включающим 40 мас.% МАЭ, необходимо, чтобы температура раствора 40 мас.% МАЭ была высокой; подтверждено также, что раствор, включающий 40 мас.% МАЭ, проявляет высокую десорбционную способность при высокой температуре. Таким образом, было подтверждено, что раствор, включающий 40 мас.% МАЭ, проявляет высокую способность к абсорбции/десорбции CO₂ при высокой температуре и может быть использован в качестве высокотемпературного абсорбирующего раствора.

Кроме того, было установлено, что при температуре абсорбции, равной 40°С, раствор, включающий 50 мас.% БАЭ, может абсорбировать CO₂ в количестве, соответствующем приблизительно 2,11 моль CO₂/кг раствора. Помимо этого, было обнаружено, что при температуре абсорбции, равной 50°С, раствор, включающий 50 мас.% БАЭ, может абсорбировать CO₂ в количестве, приблизительно равном 1,90 моль СО₂/кг раствора. Количество CO₂, абсорбированное раствором, включающим 50 мас.% БАЭ, при 40°С отличается от абсорбированного при 50°С, и разность составляет: 2,11 моль CO₂/кг - 1,90 моль CO₂/кг = 0.21 моль CO₂/кг раствора. Таким образом, было подтверждено, что если в качестве абсорбирующего раствора используют раствор, включающий 50 мас.% БАЭ, то для увеличения количества абсорбированной СО₂ необходимо охладить указанный раствор, включающий 50 мас.% БАЭ, до 40°С. Этими данными было подтверждено, что раствор, включающий 50 мас.% БАЭ, проявляет высокую способность к абсорбции CO₂ при низкой температуре.

Помимо того, было обнаружено, что раствор, включающий 50 мас.% БАЭ, может абсорбировать СО₂ в количестве, приблизительно соответствующем 0.72 моль CO₂/кг раствора при температуре абсорбции, равной 80°С. Если температура абсорбции для раствора, включающего 50 мас.% БАЭ, составляет в абсорбере, например, 40°С, а температура раствора, включающего 50 мас.% БАЭ, в регенераторе составляет, к примеру, 80°С, то количество СО₂, которое может быть десорбировано в регенераторе из раствора, включающего 50 мас.% БАЭ, составляет: 2,11 моль CO₂/кг - 0,72 моль СО₂/кг = 1,39 моль СО₂/кг раствора.

Здесь изменение парциального давления СО₂ в процессе абсорбции - регенерации раствора, включающего 50 мас.% БАЭ, во внимание не принимается.

В результате было обнаружено, что при температуре раствора, включающего 50 мас.% БАЭ, в регенераторе, равной, например, 80°С, количество десорбированной СО₂ составляет приблизительно 1,39 моль СО₂/кг раствора. Эти данные подтвердили, что для десорбции большей части CO₂, которая абсорбирована раствором, включающим 50 мас.% БАЭ, температура указанного раствора, включающего 50 мас.% БАЭ, может быть равной приблизительно 80°С, и при температуре, приблизительно равной 80°С, теплота, которая обычно не использовалась (рассеивалась), может быть также эффективно использована.

Таким образом, подтверждено, что раствор, включающий 50 мас.% БАЭ, обладает при низкой температуре высокими абсорбционной и десорбционной способностями и может быть использован в качестве низкотемпературного абсорбирующего раствора.

Хотя в данном примере был рассмотрен случай абсорбции и десорбции содержащейся в дымовых газах двуокиси углерода, настоящее изобретение этим случаем не ограничено, и могут быть обработаны дымовые газы, содержащие другое вещество, например, H₂S.

Промышленная применимость

В соответствии с вышеизложенным установка для извлечения СО₂ или H₂S и способ извлечения CO₂ или H₂S согласно настоящему изобретению являются подходящими для дополнительного повышения эффективности абсорбции CO₂ и/или H₂S за счет поглощения CO₂ и/или H₂S, содержащихся в дымовых газах, с использованием по отдельности совокупности абсорбирующих растворов различного типа.

Изобретение относится к способу и установке для извлечения СО₂ и/или H₂S. Установка содержит, по меньшей мере, первый и второй одинаковые комплексы оборудования для извлечения CO₂ и/или H₂S. Каждый комплекс включает абсорбер, регенератор, линию подачи насыщенного раствора из абсорбера в регенератор и линию подачи бедного раствора из регенератора в абсорбер. В абсорбере извлекается, по меньшей мере, одного из веществ, СО₂ и H₂S, за счет приведения поступающих дымовых газов в контакт с абсорбирующим раствором. В регенераторе происходит регенерация насыщенного раствора, который абсорбировал, по меньшей мере, одно из указанных веществ. Подаваемые дымовые газы непрерывно поступают с последовательным прохождением ими абсорбирующего раствора первого комплекса, расположенного выше по ходу потока подаваемого дымового газа, и абсорбирующего раствора второго комплекса, расположенного ниже по ходу потока подаваемого дымового газа. Абсорбирующие растворы первого и второго комплекса регенерируются в зависимости от их температуры. Абсорбирующий раствор первого комплекса имеет десорбционную способность, подходящую для абсорбции и регенерации при низкой температуре, а абсорбирующий раствор второго комплекса имеет абсорбционную способность, подходящую для абсорбции и регенерации при высокой температуре. Различные типы абсорбирующих растворов первого и второго комплексов оборудования подают независимо в первый и второй комплекс. Технический результат: повышение эффективности абсорбции СО₂ и/или H₂S, повышение производительности установки, снижение энергозатрат. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 1 пр., 8 ил.

1. Установка для извлечения CO₂ и/или H₂S, содержащая, по меньшей мере, первый и второй одинаковые комплексы оборудования для извлечения CO₂ и/или H₂S, каждый из которых включает:
абсорбер, который обеспечивает извлечение, по меньшей мере, одного из веществ СО₂ и H₂S за счет приведения поступающих дымовых газов, содержащих, по меньшей мере, одно из указанных веществ СО₂ и H₂S, в контакт с абсорбирующим раствором; и
регенератор, в котором происходит регенерация насыщенного раствора, который абсорбировал, по меньшей мере, одно из указанных веществ CO₂ и H₂S;
линию подачи насыщенного раствора, которая обеспечивает подачу насыщенного раствора из абсорбера в регенератор; и
линию подачи бедного раствора, которая направляет из регенератора в абсорбер бедный раствор, из которого в регенераторе удалили, по меньшей мере, одно из указанных веществ CO₂ и H₂S,
в которой абсорбирующие растворы первого и второго комплекса оборудования абсорбируют, по меньшей мере, одно из веществ СО₂ и H₂S и регенерируются в зависимости от их температуры, различные типы абсорбирующих растворов первого и второго комплексов оборудования подают независимо в первый и второй комплекс оборудования, причем абсорбирующий раствор первого комплекса оборудования имеет десорбционную способность, подходящую для абсорбции и регенерации при низкой температуре, а абсорбирующий раствор второго комплекса оборудования имеет абсорбционную способность, подходящую для абсорбции и регенерации при высокой температуре,
а подаваемые дымовые газы непрерывно поступают с последовательным прохождением ими абсорбирующего раствора первого комплекса оборудования, расположенного выше по ходу потока подаваемого дымового газа, и абсорбирующего раствора второго комплекса оборудования, расположенного ниже по ходу потока подаваемого дымового газа.

2. Установка по п.1, которая, кроме того, содержит оборудование линии подачи охлаждающей воды, обеспечивающее подачу охлаждающей воды и охлаждение бедных растворов первого и второго комплекса оборудования, при этом из бедных растворов, которые направляют из регенератора в абсорбер, бедный раствор первого комплекса оборудования расположен выше по ходу потока охлаждающей воды, а бедный раствор второго комплекса оборудования расположен ниже по ходу потока охлаждающей воды.

3. Установка по п.1, которая, кроме того, содержит оборудование линии подачи насыщенного водяного пара, обеспечивающее подачу насыщенного пара и нагревание бедных растворов первого и второго комплекса оборудования, при этом из бедных растворов, которые направляют из регенератора в абсорбер, бедный раствор первого комплекса оборудования расположен выше по ходу потока насыщенного пара, а бедный раствор второго комплекса оборудования расположен ниже по ходу потока насыщенного пара.

4. Установка по п.1, которая, кроме того, содержит, по меньшей мере, два теплообменника, в которых осуществляют теплообмен между бедным раствором и насыщенным раствором, при этом указанные бедный и насыщенный растворы циркулируют в одном и том же или в отдельных одинаковых комплексах оборудования для извлечения CO₂ и/или H₂S.

5. Установка по п.1, которая, кроме того, содержит, по меньшей мере, один теплообменник для полубедного раствора, размещенный на линии подачи бедного раствора и предназначенный для нагревания с помощью бедного раствора, отведенного из регенератора, полубедного раствора, отведенного из средней части регенератора, из которого удалена часть, по меньшей мере, одного из веществ СО₂ и H₂S.

6. Способ извлечения CO₂ и/или H₂S, в котором подаваемые дымовые газы, содержащие, по меньшей мере, одно из веществ CO₂ и H₂S направляют в первый из двух одинаковых комплексов оборудования для извлечения CO₂ и/или H₂S, который включает абсорбер первого комплекса оборудования, который расположен ниже по ходу потока подаваемого дымового газа, в который на расположенной выше по ходу потока подаваемого дымового газа стороне подают абсорбирующий раствор первого комплекса оборудования, для извлечения, по меньшей мере, одного из содержащихся в подаваемых дымовых газах веществ СО₂ и H₂S с помощью абсорбирующего раствора первого комплекса оборудования, и затем подаваемые дымовые газы непрерывно направляют во второй из двух одинаковых комплексов оборудования для извлечения CO₂ и/или H₂S, который включает абсорбер второго комплекса оборудования, в который на расположенной ниже по ходу потока подаваемого дымового газа стороне подают абсорбирующий раствор второго комплекса оборудования для дальнейшего извлечения посредством абсорбирующего раствора второго комплекса оборудования, по меньшей мере, одного из содержащихся в подаваемых дымовых газах веществ CO₂ и H₂S, которое не было удалено с помощью абсорбирующего раствора первого комплекса оборудования.

7. Способ по п.6, в котором абсорбирующий раствор первого комплекса оборудования, который подают в абсорбер первого комплекса оборудования, охлаждают с помощью охлаждающей воды для извлечения с помощью охлажденного абсорбирующего раствора первого комплекса оборудования, по меньшей мере, одного из содержащихся в подаваемых дымовых газах веществ CO₂ и H₂S и затем абсорбирующий раствор второго комплекса оборудования, который подают в абсорбер второго комплекса оборудования, дополнительно охлаждают, используя для этого охлаждающую воду, с которой обменялся теплотой абсорбирующий раствор первого комплекса оборудования, с дальнейшим извлечением с помощью абсорбирующего раствора второго комплекса оборудования, по меньшей мере, одного из веществ СО₂ и H₂S, которое не было удалено посредством абсорбирующего раствора первого комплекса оборудования.

8. Способ по п.6, в котором бедный раствор второго комплекса оборудования, который накапливается вблизи днища регенератора второго комплекса оборудования, обеспечивающего регенерацию насыщенного раствора второго комплекса оборудования, абсорбировавшего, по меньшей мере, одно из веществ СО₂ и H₂S в абсорбере второго комплекса оборудования, отводят из регенератора для осуществления теплообмена с насыщенным водяным паром, после чего нагретый бедный раствор второго комплекса оборудования направляют в абсорбер второго комплекса оборудования в качестве абсорбирующего раствора второго комплекса оборудования;
бедный раствор первого комплекса оборудования, который накапливается вблизи днища регенератора первого комплекса оборудования, отводят из регенератора для осуществления теплообмена с насыщенным водяным паром, который обменялся теплотой с бедным раствором второго комплекса оборудования, после чего нагретый бедный раствор первого комплекса оборудования направляют в абсорбер первого комплекса оборудования в качестве абсорбирующего раствора первого комплекса оборудования; и
по меньшей мере, одно из веществ, содержащихся в подаваемых дымовых газах, CO₂ и H₂S удаляют с помощью абсорбирующего раствора первого комплекса оборудования; и, по меньшей мере, одно из веществ CO₂ и H₂S, которое не было удалено посредством абсорбирующего раствора первого комплекса оборудования, дополнительно извлекают с помощью абсорбирующего раствора второго комплекса оборудования.

9. Способ по п.6, в котором осуществляют теплообмен бедных растворов, отведенных из регенераторов первого и второго комплекса оборудования, используя, по меньшей мере, один из насыщенных растворов, циркулирующих в одном и том же или в различных одинаковых комплексах оборудования из имеющихся комплексов оборудования для извлечения CO₂ и/или H₂S, при этом бедные растворы после обмена теплотой направляют в абсорберы первого и второго комплекса оборудования для извлечения, по меньшей мере, одного из содержащихся в подаваемых дымовых газах веществ СО₂ и H₂S.

10. Способ по п.6, в котором после осуществления теплообмена полубедного раствора, отведенного из средней части регенератора, из которого удалена часть СО₂, с указанным бедным раствором, отведенным из регенератора, бедный раствор подают в абсорбер для извлечения, по меньшей мере, одного из содержащихся в подаваемых дымовых газах веществ СО₂ и H₂S.