Способ и устройство для поглощения диоксида углерода

Способ и устройство для поглощения диоксида углерода

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение касается способа и устройства для поглощения диоксида углерода. Данное изобретение относится, в частности, к области CCS (улавливание и хранение углерода) и, более конкретно, к процессам после сгорания, где технология поглощения применяется для захвата диоксида углерода из топочного газа для снижения выбросов диоксида углерода.

Обычное устройство для поглощения диоксида углерода описано, например, в US 20030045756. Данное поглощающее устройство представляет собой колонну, для которой применяют выражение абсорбционная башня. Эта абсорбционная башня содержит секцию поглощения диоксида углерода и объединенную секцию промывки и охлаждения. В секции поглощения диоксида углерода абсорбционной башни поступающий выхлопной газ сгорания или топочный газ приводят в противоточный контакт с поглощающим раствором, который является растворителем для диоксида углерода. Этот растворитель представляет собой водный раствор амина, аминокислоты или, в общем, соединение, которое реагирует с диоксидом углерода и которое имеет существенное давление пара. Диоксид углерода вступает в контакт с поглощающим раствором, и протекает химическая реакция между диоксидом углерода и реакционным растворителем. Тем самым поглощающий раствор наполняется диоксидом углерода, который химически прореагировал с соединением реакционного растворителя, таким образом, поглощающий раствор поглотил диоксид углерода из выхлопного газа. Данная химическая реакция является экзотермической, поэтому температура поглощающего раствора растет во время процесса поглощения.

При контакте топочного газа, содержащего диоксид углерода, с растворителем топочный газ будет насыщаться растворителем соответственно парциальному давлению растворителя. Парциальное давление и, следовательно, концентрация насыщения растворителем в топочном газе увеличиваются с ростом температуры. Обезуглероженный выхлопной газ, покидающий секцию поглощения, содержит поэтому некоторую концентрацию растворителя, которая является довольно высокой и не может выпускаться в атмосферу. По этой причине в абсорбционной башне обеспечивается объединенная секция промывки и охлаждения. Объединенная секция промывки и охлаждения применяется для удаления испаренного аминового соединения из обезуглероженного выхлопного газа и конденсации воды. Согласно решению, описанному в US 2003/0045756 A1, промывочная вода закачивается из жидкостного резервуара в абсорбционной башне в холодильник и подается обратно в верхнюю часть насадочной секции над жидкостным резервуаром. Такая конфигурация секции в литературе также называется рециркуляцией. Обеспечиваются средства для равномерного распределения воды по диаметру башни. Дополнительные средства обеспечиваются для осуществления контакта обезуглероженного выхлопного газа, содержащего испаренное аминовое соединение, для перемещения аминового соединения из обезуглероженного выхлопного газа в промывочную воду. Документ US 2003/0045756 A1 указывает, что одна объединенная секция промывки и охлаждения недостаточна для полного удаления аминового соединения из потока обезуглероженного газа. Решение, предложенное в этом документе, предусматривает множество объединенных секций промывки и охлаждения в множестве стадий в абсорбционной башне.

Другой способ снижения содержания растворителя в потоке обезуглероженного выхлопного газа описан в WO 2011/087972. Согласно способу, описанному в этом документе, обеспечивается контрольный блок, который регулирует поток воды, по существу, свободной от растворителя, вступающей в противоточный контакт с топочным газом в секции контроля эмиссии, которая представляет собой секцию промывки, и количество охлажденной промывочной воды, возвращаемое в секцию охлаждения газа в поглощающем устройстве. Тем самым количество растворителя, покидающего поглощающее устройство вместе с охлажденным обезуглероженным газовым потоком, минимизируется. Таким образом, колонна для выполнения способа согласно WO 2011/087972 содержит секцию поглощения, секцию промывки, расположенную над секцией поглощения, и секцию охлаждения, расположенную над секцией поглощения.

Однако с поглощением диоксида углерода растворителем связана дополнительная проблема, которая является неотъемлемой с реакцией поглощения, протекающей в секции поглощения. Реакция поглощения диоксида углерода аминовыми соединениями является экзотермической, поэтому температура газа, содержащего диоксид углерода, увеличивается, когда он проходит через секцию поглощения. В верхней концевой части секции поглощения газ контактирует с охлажденным обедненным растворителем и, таким образом, температура газа резко падает. Фиг. 2 показывает типичный температурный профиль секции поглощения. Из-за быстрого охлаждения топочного газа в верхней концевой части секции поглощения он перенасыщается растворителем и водой, и появляется скрытая опасность образования аэрозоля. Перенасыщения нельзя избежать из-за разных скоростей тепло- и массопереноса, которые характерны для обеспеченного насадочного слоя с данной секции и будут объясняться позднее.

В верхней части секции поглощения, т.е. верхнем концевом участке насадочного элемента, изменение температуры происходит быстро из-за высокого потока теплосодержания, который имеет место из-за разницы температур. Массовый поток, в частности растворителя, не является достаточно быстрым, чтобы оставаться ниже равновесного насыщения соответственно парциальному давлению, когда температура топочного газа быстро падает. Концентрация растворителя и воды становится выше концентрации насыщения, что называют условия перенасыщения.

Чем больше падение температуры обезуглероженного газа в верхнем концевом участке насадочного элемента секции поглощения, тем выше степень перенасыщения. Увеличение степени перенасыщения увеличивает вероятность образования аэрозоля. Аэрозоли образуются, когда перенасыщенный компонент, присутствующий в газовой фазе, образует капли, т.е. конденсируется в объеме газовой фазы. Образование капель вызывается зародышеобразованием. Если в газовом потоке присутствуют твердые частицы, вероятность зародышеобразования увеличивается с увеличением концентрации таких твердых частиц в газовом потоке. Потоки топочного газа обычно содержат зольную пыль и, возможно, частицы сульфита или сульфата, которые могут служить в качестве инициаторов зародышеобразования и выносятся потоком топочного газа из блока обессеривания топочного газа, расположенного выше по ходу от устройства поглощения диоксида углерода.

Аэрозольные капли находятся в интервале меньше чем 5 мкм, главным образом, меньше чем 2 мкм. Капли такого маленького размера не могут захватываться обычным сепаратором капель, таким образом, невозможно отфильтровать аэрозоли с помощью обычного оборудования отделения капель, вследствие чего нежелательное количество аэрозолей остается в потоке очищенного газа, покидающем устройство поглощения в его верхней части.

Поэтому целью настоящего изобретения является предложить улучшенный способ поглощения и улучшенное устройство поглощения для осуществления упомянутого улучшенного способа поглощения для поглощения диоксида углерода из газового потока, содержащего диоксид углерода. В частности, целью настоящего изобретения является снизить опасность образования аэрозоля.

Для последующего описания данного изобретения считаются полезными следующие определения.

Секция поглощения: задачей секции поглощения является удалять диоксид углерода из топочного газа. Диоксид углерода поглощается из топочного газа с использованием растворителя, который реагирует с диоксидом углерода.

Секция промывки: задачей секции промывки является поглощать растворитель. Охлаждение топочного газа не является задачей секции промывки. Растворитель удаляется из топочного газа с низким содержанием диоксида углерода с использованием воды, по существу, свободной от растворителя. Вода не возвращается из нижней части этой секции в верхнюю: секция промывки работает в “прямоточном” режиме. Вода, используемая в секции промывки для поглощения растворителя из топочного газа, представляет собой конденсат, ответвляемый из секции охлаждения плюс возможное пополнение воды, если имеется.

Секция охлаждения газа: задачей секции охлаждения газа является конденсировать воду. Секция охлаждения газа не сконструирована специально для поглощения растворителя. Секция охлаждения газа работает с охлажденной водой в качестве охлаждающей текучей среды, которая, возможно, содержит следы растворителя, и топочный газ охлаждается с конденсацией воды, минимизируя, тем самым, требуемое пополнение воды. Секция охлаждения газа работает в режиме “рециркуляции”, т.е. охлаждающая жидкость собирается в коллекторе под секцией охлаждения газа, выпускается и направляется в теплообменник для охлаждения данной жидкости до требуемой температуры. Заданное количество охлаждающей жидкости подается затем в верхнюю часть секции охлаждения газа. Часть выпускаемой охлаждающей жидкости отводится и используется в секции промывки. Количество отводимой охлаждающей жидкости такое же, как количество конденсата, образующегося в секции охлаждения.

Объединенная секция промывки и охлаждения: задачей объединенной секции промывки и охлаждения является конденсировать воду и удалять растворитель. Эта секция работает с охлаждающей жидкостью, которая содержит, главным образом, воду и растворитель. Пополнение воды, если имеется, может подаваться в эту секцию. Топочный газ охлаждается и вода конденсируется, минимизируя требуемое пополнение воды. Заметная часть растворителя также поглощается и, следовательно, конденсированная вода содержит растворитель. Объединенная секция промывки и охлаждения работает в режиме "рециркуляции", т.е. охлаждающая жидкость собирается в коллекторе под объединенной секцией промывки и охлаждения, выпускается и направляется в теплообменник для охлаждения данной жидкости до требуемой температуры. Заданное количество охлаждающей жидкости затем подается обратно в верхнюю часть объединенной секцией промывки и охлаждения. Часть выпускаемой охлаждающей жидкости отводится и может подаваться в секцию поглощения диоксида углерода, или во вторую объединенную секцию промывки и охлаждения, или в секцию промывки. Количество отводимой охлаждающей жидкости такое же, как количество конденсата, образующегося в секции охлаждения.

Сущность изобретения

Данное изобретение касается устройства и способа для осуществления поглощения диоксида углерода с пониженной опасностью образования аэрозоля путем использования оборудования избирательного массопереноса для секции(ий) поглощения диоксида углерода и использования особой конфигурации поглотителя.

Один аспект данного изобретения касается способа осуществления поглощения диоксида углерода из потока, содержащего диоксид углерода, в устройстве поглощения с пониженной опасностью образования аэрозоля, где данное устройство поглощения содержит следующие секции в указанной последовательности от нижней части к верхней части резервуара данного устройства:

по меньшей мере, одна секция поглощения диоксида углерода

секция “прямоточной” промывки

секция охлаждения

где никакой сепаратор жидкости не находится между секцией поглощения диоксида углерода и секцией промывки,

и где данный способ содержит этапы:

(i) прохождения газового потока, содержащего диоксид углерода, через секцию поглощения диоксида углерода с образованием очищенного газового потока, содержащего растворитель и сниженное содержание диоксида углерода вследствие поглощения диоксида углерода с использованием растворителя,

(ii) прохождения данного очищенного газового потока через секцию “прямоточной” промывки, которая работает с конденсатом воды из секции охлаждения выше данной секции “прямоточной” промывки и, необязательно, с пополняемой водой, с образованием очищенного и промытого газового потока, имеющего сниженное содержание растворителя,

(iii) подачи данного очищенного и промытого газового потока в секцию охлаждения для охлаждения очищенного и промытого газового потока и конденсации воды с образованием водного конденсата,

(iv) выпуска водного конденсата из данной секции охлаждения,

(v) возврата (рециркуляции) части выпущенного водного конденсата обратно в секцию охлаждения,

(vi) подачи остальной части выпущенного водного конденсата в секцию промывки, и где охлаждается весь или только рециркулирующая часть водного конденсата, выпущенного из секции охлаждения на этапе (iv).

В предпочтительном варианте осуществления способа данного изобретения никакой коллектор жидкости не располагается между секцией поглощения диоксида углерода и секцией промывки. В другом предпочтительном варианте осуществления данного способа охлажденный, очищенный и промытый газовый поток, полученный с помощью данного способа, содержит аэрозольные капли, где данные аэрозольные капли фактически свободны от растворителя и состоят, главным образом, из воды.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления данного способа секция поглощения диоксида углерода имеет оборудование избирательного массопереноса, отличающееся слабым тепло- и массопереносом на газовой стороне. В особенно предпочтительном варианте осуществления данное оборудование массопереноса, отличающееся слабым тепло- и массопереносом на газовой стороне, представляет собой структурированную насадку, выбранную из:

(а) структурированной насадки, состоящей из рифленых листов, имеющих угол рифления меньше чем 30 градусов от оси колонны, предпочтительно меньше чем 25 градусов, или

(b) структурированной насадки, имеющей первый слой, имеющий первые рифления, второй слой, имеющий вторые рифления, множество открытых каналов, образованных данными первыми и вторыми рифлениями, где данные каналы включают в себя впадину первого рифления, гребень первого рифления и гребень второго рифления, где гребень первого рифления и гребень второго рифления ограничивают впадину первого рифления, где гребни первого и второго рифления имеют первую вершину и вторую вершину, где выступ или выемка распространяется в направлении данной первой вершины, где, если обеспечен выступ, нормальное расстояние, по меньшей мере, одной точки данного выступа от дна впадины рифления больше, чем нормальное расстояние первой вершины от дна первой впадины гребня рифления, и где, если обеспечена выемка, нормальное расстояние, по меньшей мере, одной точки данной выемки от дна впадины рифления меньше, чем нормальное расстояние первой вершины от дна первой впадины гребня рифления.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления данного способа растворитель представляет собой водный раствор амина, аминокислоты или летучего соединения, которое реагирует с диоксидом углерода.

Другим аспектом данного изобретения является применение структурированной насадки в качестве части секции поглощения диоксида углерода в устройстве для поглощения диоксида углерода, где структурированную насадку выбирают из:

(a) структурированной насадки, состоящей из рифленых листов, имеющих угол рифления меньше чем 30 градусов от оси колонны, предпочтительно меньше чем 25 градусов, или

(b) структурированной насадки, имеющей первый слой, имеющий первые рифления, второй слой, имеющий вторые рифления, множество открытых каналов, образованных данными первыми и вторыми рифлениями, где данные каналы включают в себя впадину первого рифления, гребень первого рифления и гребень второго рифления, где гребень первого рифления и гребень второго рифления ограничивают впадину первого рифления, где гребни первого и второго рифления имеют первую вершину и вторую вершину, где выступ или выемка распространяется в направлении данной первой вершины, где, если обеспечен выступ, нормальное расстояние, по меньшей мере, одной точки данного выступа от дна впадины рифления больше, чем нормальное расстояние первой вершины от дна первой впадины гребня рифления, и где, если обеспечена выемка, нормальное расстояние, по меньшей мере, одной точки данной выемки от дна впадины рифления меньше, чем нормальное расстояние первой вершины от дна первой впадины гребня рифления, отличающееся тем, что данное применение заключается в снижении опасности образования аэрозоля в верхней области секции поглощения диоксида углерода.

В предпочтительном варианте осуществления применения данной структурированной насадки данное применение дополнительно приводит к увеличению максимальной нагрузки диоксидом углерода в нижней области секции поглощения диоксида углерода.

Еще одним аспектом данного изобретения является применение устройства поглощения, содержащего следующие секции в указанной последовательности от нижней части к верхней части резервуара данного устройства:

- по меньшей мере, одна секция поглощения диоксида углерода

- секция промывки

- секция охлаждения

отличающееся тем, что никакой сепаратор жидкости не находится между секцией поглощения диоксида углерода и секцией промывки, где данное применение предназначено для того, чтобы избегать перенасыщения растворителем и водой и опасности образования аэрозоля.

В предпочтительном варианте осуществления применения данного устройства поглощения секция поглощения диоксида углерода имеет оборудование избирательного массопереноса, отличающееся слабым тепло- и массопереносом на газовой стороне. В особенно предпочтительном варианте осуществления данное оборудование массопереноса, отличающееся слабым тепло- и массопереносом на газовой стороне, представляет собой структурированную насадку, где данную структурированную насадку выбирают из:

(a) структурированной насадки, состоящей из рифленых листов, имеющих угол рифления меньше чем 30 градусов от оси колонны, предпочтительно меньше чем 25 градусов, или

(b) структурированной насадки, имеющей первый слой, имеющий первые рифления, второй слой, имеющий вторые рифления, множество открытых каналов, образованных данными первыми и вторыми рифлениями, где данные каналы включают в себя впадину первого рифления, гребень первого рифления и гребень второго рифления, где гребень первого рифления и гребень второго рифления ограничивают впадину первого рифления, где гребни первого и второго рифления имеют первую вершину и вторую вершину, где выступ или выемка распространяется в направлении данной первой вершины, где, если обеспечен выступ, нормальное расстояние, по меньшей мере, одной точки данного выступа от дна впадины рифления больше, чем нормальное расстояние первой вершины от дна первой впадины гребня рифления, и где, если обеспечена выемка, нормальное расстояние, по меньшей мере, одной точки данной выемки от дна впадины рифления меньше, чем нормальное расстояние первой вершины от дна первой впадины гребня рифления.

Подробное описание изобретения

Устройство поглощения для поглощения диоксида углерода из газового потока, содержащего диоксид углерода, включает в себя резервуар, содержащий секцию поглощения, содержащую насадочный элемент, расположенный между нижним концом резервуара и верхним концом резервуара, где данный резервуар имеет основную ось, распространяющуюся от нижнего конца резервуара до верхнего конца резервуара, и вход для подачи газового потока, содержащего диоксид углерода, в резервуар у нижнего конца, и выход для выпуска очищенного газового потока у верхнего конца, вход растворителя для добавления обедненного растворителя выше насадочного элемента и выход растворителя для выпуска обогащенного растворителя из резервуара в положении ниже насадочного элемента. Насадочный элемент размещен с множеством слоев, которые составлены из листов, где, по меньшей мере, часть листов имеет рифления, и данные рифления имеют гребни рифления, образующие коньки, и впадины рифления, образующие желоба, и соответствующие коньки или желоба рифлений имеют угол с основной осью устройства поглощения, который составляет меньше чем 30 градусов, по меньшей мере, в части высоты насадочного листа. Предпочтительно, угол рифлений с основной осью устройства поглощения составляет не больше чем 25 градусов, особенно предпочтительно не больше чем 20 градусов, по меньшей мере, в части высоты насадочного листа. Данная часть высоты предпочтительно составляет, по меньшей мере, 5% высоты насадочного листа, более предпочтительно, по меньшей мере, 10% высоты насадочного листа, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 15% высоты насадочного листа. Данная часть находится у верхнего конца листа или вблизи верхнего конца из-за резко выраженной разницы температур вблизи верхнего конца насадочного листа.

Данное множество слоев может включать в себя, по меньшей мере, первый слой и второй слой, где первый представляет собой первый лист, имеющий первое рифление, и данное первое рифление имеет угол рифления больше чем 0 градусов с основной осью, а второй слой расположен крестообразно к первому слою.

Согласно одному варианту осуществления данное устройство поглощения имеет насадочный элемент, содержащий первую секцию и вторую секцию, где первая секция находится под второй секцией и каждая из первой и второй секций содержит множество слоев, и первая секция содержит множество слоев первой секции, имеющих первый угол рифления, а вторая секция содержит множество слоев второй секции, имеющих второй угол рифления, и первый угол рифления отличается от второго угла рифления. Преимущественно, в этом случае первый угол рифления больше, чем второй угол рифления.

Данное множество слоев преимущественно включает в себя, по меньшей мере, первый слой и второй слой, где первый слой представляет собой первый лист, имеющий первое рифление, и первое рифление имеет угол рифления 0 градусов с основной осью, и где второй слой имеет угол 0 градусов с основной осью и/или, по меньшей мере, один из первого и второго слоев содержит множество выступов.

Растворитель, используемый согласно любому из вариантов осуществления данного устройства поглощения, представляет собой, по меньшей мере, один из водного растворителя или растворителя, содержащего летучее соединение.

Устройство поглощения согласно одному варианту осуществления содержит секцию промывки, которая расположена в данном резервуаре между верхним концом и секцией поглощения. Секция промывки наверху секции поглощения содержит в этом случае насадочный элемент, и вход воды/жидкости находится сверху данного насадочного элемента, а распределяющий элемент находится между данным входом и насадочным элементом. Кроме того, секция охлаждения может находиться между секцией промывки и верхним концом.

Согласно одному варианту осуществления устройство поглощения для поглощения диоксида углерода из газового потока, содержащего диоксид углерода, включает в себя резервуар, содержащий секцию поглощения, содержащую насадочный элемент, расположенную между нижним концом резервуара и верхним концом резервуара, где данный резервуар имеет основную ось, распространяющуюся от нижнего конца резервуара к верхнему концу резервуара, и выход для подачи газового потока, содержащего диоксид углерода, в резервуар у нижнего конца, и выход для выпуска очищенного газового потока у верхнего конца, вход растворителя для добавления обедненного растворителя выше насадочного элемента и выход растворителя для выпуска обогащенного растворителя из резервуара в положении ниже насадочного элемента. Насадочный элемент размещен с множеством слоев, которые составлены из листов, где, по меньшей мере, часть листов имеет рифления, и данные рифления имеют гребни рифления, образующие коньки, и впадины рифления, образующие желоба, и соответствующие коньки или желоба рифлений имеют угол с основной осью устройства поглощения, который составляет не больше чем 50 градусов, по меньшей мере, в части высоты насадочного листа, и, по меньшей мере, каждый второй слой из насадочных слоев имеет, по меньшей мере, выемку или выступ. Согласно предпочтительному варианту угол рифления является постоянным. Предпочтительно, угол рифлений с основной осью устройства поглощения составляет не больше чем 30 градусов, особенно предпочтительно не больше чем 25 градусов, по меньшей мере, в части высоты насадочного листа. Данная часть высоты предпочтительно составляет, по меньшей мере, 5% высоты насадочного листа, более предпочтительно, по меньшей мере, 10% высоты насадочного листа, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 15% высоты насадочного листа. Данная часть находится у верхнего конца листа или вблизи верхнего конца из-за резко выраженной разницы температур вблизи верхнего конца насадочного листа.

Кроме того, данное изобретение касается способа поглощения диоксида углерода из газового потока, содержащего диоксид углерода, в устройстве поглощения, где упомянутое устройство поглощения включает в себя резервуар, содержащий секцию поглощения, содержащую насадочный элемент, расположенный между нижним концом резервуара и верхним концом резервуара, где данный резервуар имеет основную ось, распространяющуюся от нижнего конца резервуара до верхнего конца резервуара, и вход для подачи газового потока, содержащего диоксид углерода, в резервуар у нижнего конца, и выход для выпуска очищенного газового потока у верхнего конца, вход растворителя для добавления обедненного растворителя выше насадочного элемента и выход растворителя для выпуска обогащенного растворителя из резервуара в положении ниже насадочного элемента, содержащий этапы подачи газового потока, содержащего диоксид углерода, во вход у нижнего конца, подачи обедненного растворителя сверху насадочного элемента и распределения обедненного растворителя по насадочному элементу, поглощения диоксида углерода из газового потока, содержащего диоксид углерода, в секции поглощения в растворитель, выпуска газового потока с низким содержанием диоксида углерода из секции поглощения, где данный насадочный элемент размещен с множеством слоев, которые составлены из листов, где, по меньшей мере, часть листов имеет рифления, и данные рифления имеют гребни рифления, образующие коньки, и впадины рифления, образующие желоба, и соответствующие коньки или желоба рифлений имеют угол с основной осью устройства поглощения, который составляет меньше чем 30 градусов, по меньшей мере, в части высоты насадочного листа, или имеют угол с основной осью устройства поглощения, который позволяет меньшую скорость газа в промежутках по сравнению со скоростью газа в объеме газового потока, содержащего диоксид углерода, входящего в насадочный элемент, или газового потока с низким содержанием диоксида углерода, покидающего насадочный элемент. Данная часть высоты предпочтительно составляет, по меньшей мере, 5% высоты насадочного листа, более предпочтительно, по меньшей мере, 10% высоты насадочного листа, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 15% высоты насадочного листа. Данная часть находится у верхнего конца листа или вблизи верхнего конца из-за резко выраженной разницы температур вблизи верхнего конца насадочного листа.

Согласно предпочтительной конфигурации данного устройства поглощения газовый поток с низким содержанием диоксида углерода очищается от растворителя, увлеченного газовым потоком с низким содержанием диоксида углерода, в секции промывки, где данная секция промывки содержит насадочный элемент, и где промывочная жидкость, в частности вода, подается в резервуар сверху насадочного элемента, и промывочная жидкость распределяется по насадочному элементу, где промывочная жидкость находится в противоточном течении с газовым потоком с низким содержанием диоксида углерода, и растворитель, содержащийся в газовом потоке с низким содержанием диоксида углерода, поглощается в промывочную жидкость во время прохождения через насадочный элемент, и очищенный промытый газ покидает секцию промывки.

За секцией промывки может следовать секция охлаждения, причем секция охлаждения расположена выше секции промывки, и охлаждение очищенного промытого газа выполняется путем направления очищенного промытого газа над насадочным элементом, а охлаждающая жидкость проходит в противоточном течении с очищенным промытым газом, так что очищенный промытый газ охлаждается перед тем, как покидает устройство поглощения.

Охлаждающая жидкость предпочтительно, по существу, направляется в замкнутом цикле, и часть жидкости, которая конденсируется, отводится и подается в секцию промывки. Охлаждающая жидкость, подаваемая в секцию промывки, образует промывочную жидкость, которая наполняется растворителем в секции промывки, который возвращается в секцию поглощения.

Таким образом, оборудование массопереноса, используемое в секции(ях) поглощения диоксида углерода, выбирают, чтобы оптимизировать поглощение диоксида углерода, снизить перепад давления и снизить степень перенасыщения, что достигается с помощью оборудования массопереноса, отличающегося слабым тепло- и массопереносом на газовой стороне, которое также будет называться “избирательной” насадкой. Оборудование массопереноса со слабыми параметрами тепло- и массопереноса на газовой стороне, но все еще хорошими параметрами массопереноса на жидкой стороне демонстрирует два следующих преимущества - (a) пониженная опасность образования аэрозоля в верхней части секции поглощения диоксида углерода и (b) увеличенное максимальное наполнение диоксидом углерода в нижней части секции поглощения диоксида углерода.

Фиг. 6 показывает массоперенос и энтальпийный перенос между газом и жидкостью в схематичном изображении для обычного насадочного элемента, фиг. 7 - для избирательного насадочного элемента согласно данному изобретению. В общем, массоперенос или энтальпийный перенос подразумевает, что тепло или компонент движется из газовой фазы в жидкую фазу или наоборот, таким образом, ему можно приписать скорость потока или тепловой поток. В ходе этого движения тепло или компонент преодолевает сопротивление, перемещаясь из объема фазы к границе между газовой и жидкой фазой. Поток и сопротивление из-за энтальпийного переноса и массопереноса показаны на фиг. 6 и фиг. 7, что позволяет сравнивать соответствующие количества для обычного насадочного элемента на фиг. 6 и для избирательной насадки на фиг. 7. Интенсивность соответствующего потока приблизительно пропорциональна длине соответствующей стрелки. Соответствующие потоки на фиг. 6 и фиг. 7 имеют одинаковые численные обозначения. Таким образом, фиг. 6 и фиг. 7 показывают тепловой поток из-за энтальпийного переноса 81, тепловой поток из-за переноса скрытой теплоты, соответствующего массопереносу растворителя 82, тепловой поток из-за переноса скрытой теплоты для воды 83, тепловой поток из-за переноса скрытой теплоты диоксида углерода 84, поток массопереноса для растворителя 85, поток массопереноса для воды 86 и поток массопереноса для диоксида углерода 87. Кроме того, фиг. 6 и фиг. 7 показывают сопротивления на стороне жидкости, представленные потоком на жидкой стороне 80, и на стороне газа, представленные потоком на газовой стороне 90, для энтальпийного переноса 91, 92, для переноса скрытой теплоты для растворителя 93, 94, для переноса скрытой теплоты для воды 95, 96, для переноса скрытой теплоты для диоксида углерода 97, 97, массопереноса воды 101, 102, массопереноса диоксида углерода 103, 104.

Фиг. 7 показывает, что все потоки снижены по сравнению с предшествующим уровнем техники за исключением потока диоксида углерода. Потоки для диоксида углерода должны быть одинаковыми на фиг. 6 и фиг. 7, так как они контролируются жидкой стороной. Сопротивление в газовой фазе увеличивается для энтальпийного переноса, а также массопереноса для избирательной насадки. Это является следствием того, что количество воды и растворителя, которое переходит в жидкую фазу, будет снижаться, так как соответствующие сопротивления газовой стороны выше, чем для обычной насадки, а сопротивления переноса скрытой теплоты для растворителя и воды, а также массопереноса воды и растворителя ниже, чем в газовой фазе 'избирательной насадки'. Другими словами, именно сопротивления газовой стороны 94, 96 и 100, 102 лимитируют поток в жидкую фазу. Только для диоксида углерода сопротивление в жидкой фазе выше, чем в газовой фазе, сопротивления для массо- и теплопереноса для диоксида углерода не отличаются между обычным насадочным элементом и насадочным элементом согласно данному изобретению.

Таким образом, применение избирательной насадки не создает каких-либо неудобств для основной задачи, а именно для поглощения диоксида углерода. Однако увеличение сопротивлений газовой стороны для переноса скрытой теплоты и массопереноса имеет результатом то, что поток растворителя и воды будет снижаться. Это означает, что температура газовой фазы будет выше, когда она оставляет верхнюю часть.

Увеличенное сопротивление энтальпийному переносу имеет следствием то, что температурный профиль согласно фиг. 2 смещается к более высоким температурам, что является выгодным для задачи избегать перенасыщения.

Очищенный газовый поток, покидающий секцию поглощения диоксида углерода, имеет более высокую энтальпию из-за пониженного тепло- и массопереноса на газовой стороне при использовании избирательной насадки. Упомянутая энтальпия в этом примере представляет собой удельную энергию, содержащуюся в очищенном газовом потоке. Энтальпия покидающего потока топочного газа выше из-за увеличенной температуры, также обычно называется теплосодержанием, по сравнению с газовым потоком, покидающим обычное оборудование тепло- и массопереноса, применяемое при поглощении диоксида углерода. Не только температура покидающего очищенного газа выше, но также увеличивается содержание воды и растворителя в очищенном газе, и, таким образом, энтальпия дополнительно увеличивается. Изменение энтальпии из-за изменения концентрации, т.е. массопереноса, обычно называют изменением скрытой теплоты. Увеличение температуры также относят к теплосодержанию, и увеличение концентрации воды, т.е. скрытой теплоты, приводит к существенно более высокой энтальпии газа газового потока, покидающего секцию поглощения диоксида углерода на самом верху. Из-за более высокой температуры топочного газа, покидающего секцию поглощения диоксида углерода наверху, степень перенасыщения снижается, и поэтому опасность образования аэрозоля уменьшается.

Так как энтальпия в покидающем очищенном газовом потоке увеличивается, жидкость, выходящая на самом дне секции поглощения диоксида углерода, имеет меньшую энтальпию и поэтому полученная температура жидкости ниже соответственно энтальпийному балансу. Пониженная температура жидкости на дне является выгодной, так как для CCS поглотителей типично, что эти устройства сконструированы так, чтобы работать 'отщепляя на богатом конце'. Это означает, что растворитель будет наполняться диоксидом углерода насколько это возможно, так что достигается термодинамическое равновесие. Термодинамическое равновесие почти достигается возле самого дна секции поглощения диоксида углерода. Когда температура снижается, термодинамическое равновесие смещается в сторону большего наполнения диоксидом углерода, таким образом количество возможного поглощения диоксида углерода увеличивается при заданной скорости потока растворителя.

Причина, почему слабый массоперенос на газовой стороне приводит к увеличению температуры газа, покидающего секцию поглощения диоксида углерода, заключается в следующем: величина, также называемая потоком энтальпийного переноса, т.е. сумма теплосодержания, соответствующего изменению температуры, и скрытой теплоты, соответствующей изменению концентрации, контролируется преимущественно газовой стороной, тогда как скорость поглощения диоксида углерода контролируется жидкой стороной. Следовательно, сохранение скорости массопереноса на жидкой стороне и снижение ск