一種除去煙氣中二氧化碳的方法和設備的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種除去煙氣中二氧化碳的方法和設備。本發明還涉及一種由煙氣生產肥料的方法和系統。
【背景技術】
[0002]來自發電廠、工廠、煉油廠等的煙氣是溫室氣體的主要來源，尤其是二氧化碳。一些化學的方法和洗滌器用來常規地處理煙氣來除去污染物如顆粒物、重金屬化合物、氮氧化物、硫氧化物以符合環保排放控制法規。然而，不斷需要有涉及捕獲和儲存二氧化碳方法和系統的經濟上可行的技術。
[0003]—種從煙氣中回收二氧化碳的經過商業驗證的方法中使用包括單乙醇胺(MEA)和其他伯胺在內的商業吸附劑。這些吸附劑能夠回收煙氣中85-95%的二氧化碳，再生時產生99.95+%純度的二氧化碳產物。然而，這些吸附劑需要與能量成本相關的定期的再生，隨時間推移吸附劑會遭受腐蝕和溶劑降解的問題。
[0004]因此，有必要發展一種替代或改進的除去煙氣中的二氧化碳的方法和系統。
【發明內容】
[0005]根據第一方面，本發明提供了一種除去煙氣中二氧化碳的方法，該方法包括:
[0006](a)將煙氣與氨化溶液接觸以產生碳酸氫銨溶液；以及，
[0007](b)將所述碳酸氫銨溶液與硫酸鹽源接觸以產生碳酸鹽化合物和硫酸銨溶液。
[0008]在一種實施方式中，所述方法還可以包括通過將所述碳酸鹽化合物與所述硫酸銨溶液分離而回收碳酸鹽化合物的步驟。
[0009]在一種優選的實施方式中，所述碳酸鹽化合物為碳酸鈣。
[0010]根據第二方面，本發明提供了一種除去煙氣中二氧化碳的設備，該設備包括:
[0011 ]-配置用于將煙氣與氨化溶液接觸以產生碳酸氫銨溶液的氣體-液體吸收區；
[0012]-所述氣體-液體吸收區具有在氣體-液體吸收區中的接收煙氣和氨化溶液的各自的入口，和用于排出碳酸氫銨溶液的出口；以及，
[0013]-配置用于將所述碳酸氫銨溶液與硫酸鹽源接觸以產生碳酸鹽化合物和硫酸銨溶液的反應器；
[0014]所述反應器具有在反應器中的接收碳酸氫銨溶液和硫酸鹽源的各自的入口，和用于排出碳酸鹽化合物和硫酸銨溶液的出口。
[0015]在一種實施方式中，所述系統還可以包括用于將硫酸銨溶液與碳酸鹽化合物分離的分離器。
[0016]根據第三方面，本發明提供了一種由煙氣生產肥料的方法，該方法包括:
[0017]a)將煙氣與氨化溶液接觸以產生碳酸氫銨溶液；
[0018]b)將所述碳酸氫銨溶液與硫酸鹽源接觸以產生碳酸鹽化合物和硫酸銨溶液；
[0019]c)從硫酸銨溶液中分離碳酸鹽化合物；以及，
[0020]d)在生產肥料產品的過程中利用已分離的硫酸銨溶液。
[0021]根據第四方面，本發明提供了一種用于由煙氣生產肥料的設備，該設備包括:
[0022]配置用于將煙氣與氨化溶液接觸以產生碳酸氫銨溶液的氣體-液體吸收區；
[0023]-所述氣體-液體吸收區具有在氣體-液體吸收區中的接收煙氣和氨化溶液的各自的入口，和用于排出碳酸氫銨溶液的出口；
[0024]-配置用于將所述碳酸氫銨溶液與硫酸鹽源接觸以產生碳酸鹽化合物和硫酸銨溶液的第一反應器；
[0025]所述第一反應器具有在第一反應器中的接收碳酸氫銨溶液和硫酸鹽源的各自的入口，和用于排出碳酸鹽化合物和硫酸銨溶液的出口 ；
[0026]-用于從硫酸銨溶液中分離碳酸鹽化合物的分離器;以及，
[0027]-配置用于在生產肥料產品的過程中利用硫酸銨溶液的第二反應器。
【附圖說明】
[0028]盡管任何其它的形式的可能會落在前述
【發明內容】
的系統和方法的范圍內，現參照附圖僅通過舉例的方式描述【具體實施方式】，其中:
[0029]圖1是除去煙氣中二氧化碳的工廠的示意圖，所述工廠已適用于生產肥料產品；
[0030]圖2a是圖1所示工廠中使用的NOx和SOx的排放控制單元的示意圖；
[0031 ]圖2b是圖2a所示排放控制單元的分解視圖；
[0032]圖2c是圖2a和2b所示的排放控制單元的另一種示意圖；
[0033]圖3是圖1所示工廠中使用的用于除去煙氣中二氧化碳的設備的第一組件的一種實施方式的示意圖；
[0034]圖4是圖1所示工廠中使用的圖3所示的用于除去煙氣中二氧化碳的設備的第二組件的一種實施方式的示意圖；
[0035]圖5是圖3和圖4所示設備的第三組件的一種實施方式的示意圖，適用于生產硫酸鉀肥料；
[0036]圖6是圖3-5所示設備的第四組件的一種實施方式的示意圖，適用于生產硫酸鉀肥料；
[0037]圖7是從煙氣中除去二氧化碳的設備的一種可選實施方式的示意圖。
【具體實施方式】
[0038]第一方面，本發明涉及一種除去煙氣中二氧化碳的方法。
[0039]煙氣
[0040]術語“煙氣”被廣泛地用于指通過煙道排放到大氣中的任何氣體，所述煙道為運輸工業或燃燒過程產生的廢氣的管道或通道。通常地，煙氣指的是發電廠燃燒化石燃料如煤、石油和天然氣產生的燃燒廢氣。但是，應當理解的是術語煙氣可以指含有由其他工業過程如水泥和石灰的生產、鋼鐵生產、焚燒爐、大型精煉廠的流程爐、石化和化工廠產生的二氧化碳的廢氣；也指來自各種類型發動機包括但不限于柴油發動機、內燃機和燃氣渦輪發動機的廢氣。
[0041]煙氣的組成取決于燃燒燃料或產生煙氣的工業過程的類型。煙氣可以包括氮氣、二氧化碳、一氧化碳、水蒸氣、氧氣、碳氫化合物和污染物如顆粒物、氮氧化物(NOx)和硫氧化物(SOx)。
[0042]除去二氧化碳
[0043]除去煙氣中二氧化碳的方法包括:
[0044]a)將煙氣與氨化溶液接觸以產生碳酸氫銨溶液；以及，
[0045]b)將所述碳酸氫銨溶液與硫酸鹽源接觸以產生碳酸鹽化合物和硫酸銨溶液。
[0046]氨化溶液
[0047]術語“氨化溶液”被廣泛地用于指含有氨的任何類型的溶液，例如液體溶液尤其是水溶液。氨化溶液中的氨可以為銨離子和/或溶解的分子氨的形式。水溶液中的溶劑可以是水、去離子水、超純水、蒸饋水、市政供水、采出水(produced water )、工藝用水、鹽水(brine)、高鹽水(hypersaline water)或海水。
[0048]所述氨化溶液可以通過用溶劑噴射(sparging)氨源如無水氨氣而制備，以產生氫氧化銨溶液。或者，所述氨化溶液可以通過將氫氧化銨溶液和/或碳酸氫銨/碳酸銨溶液與溶劑混合而制備O優選地，氨化溶液中的氨濃度在約5 % w/V至約30 % w/v范圍內。
[0049 ] 所述氨化溶液的pH值在約9至約11范圍內，優選范圍為約9.5至約10.5。應當理解的是所述氨化溶液是自緩沖的。
[0050]所述氨化溶液保存于約5°C至約300C的低溫下，優選約10°C至約25 V下。所述氨化溶液在低溫下保存是為了降低所述氨化溶液上方頂部空間的氨的分壓。有利地，正如稍后將描述的氨化溶液的低溫可以增加所述氨化溶液吸收煙氣中二氧化碳的能力并將二氧化碳作為碳酸氫根/碳酸根陰離子保存于溶液中。
[0051]煙氣與氨化溶液接觸
[0052]煙氣與氨化溶液的接觸可以包括將煙氣和氨化溶液通過氣體-液體吸收區。可以配置所述通過氣體-液體吸收區用于將所述煙氣與氨化溶液接觸以產生碳酸氫銨溶液。
[0053]鑒于CO2-NH3-H2O系統的形態，術語“碳酸氫銨溶液”指的是取決于溫度、壓力、pH值和碳酸氫銨溶液中二氧化碳和氨濃度的以各種相對濃度含有以下種類(species)的碳酸氫銨水溶液:H+、OH—、NH4.、HN2COO-、HCO3-、C032—。
[0054]應當理解的是，煙氣與氨化溶液接觸以產生碳酸氫銨溶液而促進二氧化碳(以及SOx和NOx氣體，稍后將做描述)在氨化溶液中的吸收。該吸收可以為物理吸收過程或化學吸收過程。
[0055]在物理吸收過程中，二氧化碳氣體溶解于氨化溶液中。溶解的二氧化碳氣體的溶解度至少部分取決于氨化溶液的溫度和壓力。
[0056]氨化溶液中與二氧化碳吸收相關的主要的化學吸收過程可以描述為:
[0057]CO2+ (NH4) OH (aq) ^ (NH4) HCO3
[0058]或者為:
[0059]C02+NH3+H20^ (NH4) HCO3 (aq)
[0060]碳酸氫銨是熱不穩定的，在高于36°C的溫度下可以解離出氨和二氧化碳。因此，所述氨化溶液保存在低于32°C的溫度下，優選溫度范圍為約5°C至約25°C。有利地，二氧化碳在這個溫度范圍內在氨化溶液中的溶解性能更好。
[0061]在一種實施方式中，所述氨化溶液以噴霧的形式分散于氣體-液體吸收區。可以將噴霧通過噴嘴作為液滴引入到氣體-液體吸收區中。
[0062]所述噴嘴的運行壓力可以選為產生所選擇的具有平均液滴尺寸的液滴以確保氣體傳質所需要的程度而實現氨化溶液中二氧化碳的吸收和有效的氣體洗滌。
[0063]所述氨化溶液通過噴嘴的流速可以選為產生所選擇的具有平均液滴尺寸的液滴以確保氣體傳質所需要的程度而實現氨化溶液中二氧化碳的吸收和有效的氣體洗滌。
[0064]所述噴嘴可以配置為產生所選擇的具有平均液滴尺寸的液滴以確保氣體傳質所需要的程度而實現氨化溶液中二氧化