Установка для извлечения co2 и способ извлечения co2

Установка для извлечения co2 и способ извлечения co2

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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 б