Устройство извлечения co2 и способ удаления отходов

Изобретение относится к устройству извлечения СО₂ и способу быстрого удаления из регенератора обедненного материала, который образуется в устройстве. Устройство включает колонну абсорбции, регенерационную колонну, конденсатор и холодильник. В колонне абсорбции контактируют газ, содержащий CO₂, и раствор, поглощающий СО₂, с образованием раствора, обогащенного СО₂. Раствор, обогащенный СО₂, поступает в регенерационную колонну, где в результате удаления СО₂ из обогащенного раствора образуется бедный раствор. Часть бедного раствора через отводящую линию поступает в утилизатор. Бедный раствор в утилизаторе нагревают с получением конденсированных отходов и упаренного раствора, поглощающего CO₂. Конденсированные отходы из утилизатора подают в холодильник и охлаждают до температуры, равной или ниже 50°С. Поглощающий СО₂ раствор, восстановленный в утилизаторе, подают в регенерационную колонну. Технический результат: уменьшение времени охлаждения обедненного материала, уменьшение загрязнения линии подачи пара в конденсатор, упрощение технологического процесса. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к устройству извлечения СО₂ и способу быстрого удаления из регенератора обедненного материала, который образуется в устройстве извлечения СО₂.

Уровень техники

В последнее время на парниковый эффект указывают как на одну из причин глобального потепления, а контрмерой против этого является настоятельно требуемая международным сообществом глобальная защита окружающей среды. Выделяющийся в атмосферу СО₂ рассматривается как главная причина парникового эффекта. Выделение CO₂ охватывают различные области человеческой деятельности, включая сжигание ископаемых топлив, и требования подавить выделение СО₂ из этих ресурсов постоянно усиливаются. Ученые интенсивно изучают возможности и способы подавления выделения CO₂ из установок по производству электроэнергии, таких как электростанции, использующие огромное количество горючих топлив. Один из способов включает контактирование отработанных газообразных продуктов сгорания из паровых котлов с поглощающим СО₂ раствором на основе амина. Этот способ позволяет удалять и регенерировать СО₂ из отработанных газообразных продуктов сгорания. Другой способ включает хранение регенерированного СО₂, т.е. регенерированный СО₂ не возвращается в атмосферу.

Известны разнообразные способы удаления и извлечения СО₂ из отработанных газообразных продуктов сгорания с использованием поглощающих СО₂ растворов на основе амина. Выложенная заявка на патент Японии №Н5-245339 раскрывает способ контактирования отработанного газа сгорания с поглощающим СО₂ раствором в колонне абсорбции, с нагреванием поглощающего раствора, абсорбировавшего СО₂, в регенерационной колонне, и выделением СО₂, регенерацией поглощающего раствора и циркуляцией регенерированного поглощающего раствора в колонну абсорбции для повторного использования.

Как показано на фиг.3, в известном устройстве 1000 извлечения СО₂ содержащий СО₂ отработанный газ 1002, сбрасываемый из установки 1001, охлаждается водой 1003 из охлаждающей колонны 1004. Установка 1001 может быть паровым котлом. Затем охлажденный отработанный газ 1002, содержащий СО₂, поступает в колонну абсорбции 1006, где контактирует в противотоке с раствором 1005, поглощающим СО₂. Поглощающий СО₂ раствор 1005 может быть раствором на основе алканоламина. Диоксид углерода в отработанном газе 1002, содержащем СО₂, абсорбируется раствором 1005, поглощающим CO₂, т.е. СО₂ удаляется из отработанного газа 1002, содержащего СО₂. Поглощающий СО₂, раствор 1005, содержащий СО₂ (далее "богатый раствор 1007"), направляется в регенерационную колонну 1008. Богатый раствор 1007 стекает вниз в регенерационной колонне 1008. Когда богатый раствор 1007 достигнет нижней части регенерационной колонны 1008, выделяется большая часть СО₂, поглощенного богатым раствором 1007, причем богатый раствор 1007 превращается в бедный раствор 1009, способный работать как поглощающий СО₂ раствор 1005. Бедный раствор 1009 возвращается в колонну абсорбции 1006 и повторно используется как раствор 1005, поглощающий СО₂.

В устройстве 1000 извлечения СО₂ такой материал, как оксид серы (SO_x) на стадии десульфирования, остается не удаленным. Такой остаточный материал реагирует с алканоламином, содержащимся в поглощающем СО₂ растворе 1005, в процессе удаления СО₂, или амин окисляется в процессе извлечения СО₂ из отработанного газа с образованием термостойкой соли. Эта термостойкая соль смешивается с бедным раствором 1009, что создает различные проблемы. Термостойкую соль нельзя удалить при нормальных условиях в процессе образования бедного раствора 1009 из богатого раствора 1007, так что термостойкая соль накапливается в устройстве во время циркуляции раствора 1009.

Устройство 1000 для извлечения СО₂ включает утилизатор 1040, в который подается бедный раствор 1009, образовавшийся в регенерационной колонне 1008. Бедный раствор 1009 нагревается в утилизаторе 1040 с образованием такого конденсированного обедненного материала как соль. Затем конденсированный обедненный материал удаляют.

В частности, проходя через линию подачи бедного раствора 1022, бедный раствор 1009 удаляется по отводящей линии 1041, которая проходит от линии подачи бедного раствора 1022 к утилизатору 1040, а обедненный материал удаляется из отведенного бедного раствора 1009 в утилизатор 1040. Бедный раствор 1009 нагревается в утилизаторе 1040, например, до температуры 130°С-150°С, так что поглощающий СО₂ раствор испаряется из бедного раствора 1009. Упаренный раствор 1047, поглощающий СО₂, подают в нижнюю часть регенерационной колонны 1008. Конденсированные отходы 1042, накопившиеся на дне утилизатора 1040, удаляют, например, откачкой насосом.

Если предположить, что производительность устройства 1000 по извлечению СO₂ составляет около 300 тонн в сутки, то в утилизаторе 1040 накапливается около 10 м³ конденсированных отходов 1042. Для того чтобы охладить конденсированные отходы 1042 до их удаления, требуется период охлаждения от одной до двух недель.

Для устройства извлечения СО₂ с большей производительностью по удалению СО₂ требуется утилизатор с большей производительностью по накапливанию конденсированных отходов. Например, если производительность устройства 1000 по извлечению СО₂ составляет от 1000 до 3000 тонн СО₂ в сутки, то в утилизаторе 1040 накапливается от 30 м³ до 100 м³ конденсированных отходов 1042.

Для высокопроизводительного устройства извлечения СО₂, в котором используется способ естественного охлаждения, требуется более длительный период охлаждения. В ближайшем будущем, период охлаждения может составлять один месяц и более. Существует потребность в сокращении периода, в течение которого конденсированные отходы остаются в утилизаторе.

Кроме того, в случае способа естественного охлаждения, охлажденный обедненный материал прилипает к линии 1050 для подачи насыщенного пара, по которой поступает насыщенный пар 1046, так что линию подачи насыщенного пара 1050 необходимо периодически отсоединять для очистки.

Сущность изобретения

Задача изобретения заключается в том, чтобы, по меньшей мере, частично решить проблемы известной технологии.

В соответствии с замыслом настоящего изобретения предложено устройство для извлечения СО₂, включающее колонну абсорбции, в которую поступает содержащий СО₂ газ и раствор, поглощающий CO₂, причем газ, содержащий СО₂, контактирует с раствором, поглощающим СО₂, с получением богатого раствора (обогащен СО₂), и регенерационную колонну, в которую поступает богатый раствор, и в результате удаления СО₂ из богатого раствора образуется бедный раствор. Устройство извлечения СО₂ включает блок нагревания, в который поступает бедный раствор, полученный в регенерационной колонне, причем при нагревании бедного раствора получаются конденсированные отходы, а также охлаждающий блок, в который поступают конденсированные отходы из блока нагревания и эти отходы охлаждаются.

В соответствии с другим замыслом настоящего изобретения предложен способ удаления отходов в устройстве извлечения СО₂, который включает колонну абсорбции, которая получает газ, содержащий СО₂, и раствор, поглощающий СО₂, причем содержащий СО₂ газ контактирует с раствором, поглощающим СО₂, с получением раствора, обогащенного СО₂, а также регенерационную колонну, получающую богатый раствор и производящую бедный раствор за счет удаления СО₂ из богатого раствора. Этот способ включает отбор бедного раствора, произведенного в регенерационной колонне, и нагревание бедного раствора с получением конденсированных отходов из бедного раствора, а также отбор конденсированных отходов и их охлаждение.

Вышеуказанные и другие задачи, признаки, преимущества и техническая и промышленная значимость данного изобретения можно лучше понять после прочтения следующего подробного описания предпочтительных конкретных вариантов осуществления изобретения, рассмотренных в связи с сопутствующими чертежами.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 является блок-схемой устройства извлечения СО₂ по варианту осуществления настоящего изобретения.

На фиг.2 приведена расширенная блок-схема регенератора и его наиболее существенных деталей, показанных на фиг.1.

На фиг.3 приведена блок-схема известного устройства извлечения СО₂.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления

Примеры вариантов осуществления подробно объясняются ниже со ссылками на сопутствующие чертежи.

Фигура 1 является блок-схемой устройства 100 извлечения СО₂ по варианту осуществления настоящего изобретения, и на фиг.2 приведена расширенная блок-схема нагревания, осуществляемая в утилизаторе 1040 и его наиболее существенных деталей, показанных на фиг.1. Компоненты, идентичные для традиционного устройства извлечения СO₂, показанного на фиг.3, обозначены одинаковыми позициями, и поэтому их объяснение не приводится.

Как показано на фиг.1, устройство 100 для извлечения СО₂ включает колонну абсорбции 1006, регенерационную колонну 1008, утилизатор 1040 и холодильник 101. В колонну абсорбции 1006 поступает отработанный газ 1002, содержащий СО₂, и раствор 1005, поглощающий СО₂, причем содержащий СО₂ отработанный газ 1002 контактирует с поглощающим СО₂ раствором 1005, и образуется богатый раствор 1007. Регенерационная колонна 1008 получает богатый раствор 1007 и производит бедный раствор 1009 путем удаления СО₂ из богатого раствора 1007. Утилизатор 1040 получает бедный раствор 1009, произведенный в регенерационной колонне 1008, и нагревает бедный раствор 1009, чтобы получить конденсированные отходы 1042Н путем конденсации обедненного материала, содержащегося в бедном растворе 1009. Высокотемпературные конденсированные отходы 1042Н поступают в холодильник 101, где охлаждаются с образованием низкотемпературных конденсированных отходов 1042L.

Приемный резервуар 102 расположен под холодильником 101. Конденсированные отходы 1042L поступают в приемный резервуар 102 из холодильника 101.

Клапан V₁ регулирует поток бедного раствора 1009 в отводящей линии 1041 к утилизатору 1040. Клапан V₂ регулирует поток воды 1043 в линии подачи воды 1044 к утилизатору 1040. Клапан V₃ регулирует поток упаренного раствора 1047, поглощающего СО₂, который образуется в утилизаторе 1040, в линии подачи упаренного раствора 1048, поглощающего СО₂, в нижнюю часть регенерационной колонны 1008. Клапан V₄ регулирует высокотемпературный поток конденсированных отходов 1042Н от утилизатора 1040 в холодильник 101. Клапан V₅ регулирует низкотемпературный поток конденсированных отходов 1042L из холодильника 101 в приемный резервуар 102.

Конденсированные отходы 1042Н или 1042L представляют собой материал, получаемый при нагревании бедного раствора 1009, в том числе такой обедненный материал как соль. Обедненный материал получают из поглощающего раствора на основе амина в результате химической реакции, которая протекает, когда в колонне абсорбции 1006 выделяется СО₂ из отработанного газа 1002, содержащего СО₂.

В устройстве 100 для извлечения СО₂ часть бедного раствора 1009 направляется в утилизатор по отводящей линии 1041.

Когда клапан V₁ открыт, бедный раствор 1009 поступает в утилизатор 1040 по отводящей линии 1041. Когда клапан V₂ открыт, вода 1043 поступает в утилизатор 1040 по линии подачи воды 1044. Когда насыщенный пар 1046 подается в утилизатор 1040 по линии подачи насыщенного пара 1045, бедный раствор 1009 и вода 1043 в утилизаторе 1040 нагреваются насыщенным паром 1046 таким образом, что образуется упаренный раствор 1047, поглощающий СО₂. Два клапана V₃ в линии подачи упаренного раствора 1048, поглощающего СО₂, находятся в различных положениях. Когда открыты оба клапана V₃, упаренный раствор 1047, поглощающий СО₂, поступает в нижнюю часть регенерационной колонны 1008 по линии подачи упаренного раствора 1048, поглощающего СО₂. Когда открыт один клапан V₃, закрыты оба клапана V₄, расположенные между утилизатором 1040 и холодильником 101, и клапан V₅, находящийся под холодильником 101.

Холодильник 101 находится под утилизатором 1040. Когда в утилизаторе 1040 образовалось заданное количество конденсированных отходов 1042Н, часть этих отходов 1042Н поступает в холодильник 101. Холодильник 101 охлаждает эту часть отходов 1042Н.

Ниже объясняется, как конденсированные отходы 1042Н поступают из утилизатора 1040 в холодильник 101 и охлаждаются.

Сначала бедный раствор 1009 и вода 1043 нагреваются в утилизаторе 1040 с образованием высокотемпературного потока конденсированных отходов 1042Н за счет конденсации обедненного материала в бедном растворе 1009. Затем открывается клапан V₄, в результате чего конденсированные отходы 1042Н поступают в холодильник 101. Когда клапан V₄ находится в открытом состоянии, клапан V₅ закрыт. После того, как часть конденсированных отходов 1042Н поступает в холодильник 101, клапан V₄ закрывается.

Когда клапан V₄ находится в закрытом состоянии, часть конденсированных отходов 1042Н охлаждается водой 104, которая поступает в холодильник 101 по линии подачи охлаждающей воды 103.

Для того чтобы быстро охладить конденсированные отходы 1042Н, рекомендуется подавать за один раз небольшую порцию этих отходов 1042Н, например, от 0,2 м³ до 3 м³.

Высокотемпературный поток конденсированных отходов 1042Н охлаждается в холодильнике 101 до температуры около 50°С или ниже. В результате охлаждения получается низкотемпературный поток конденсированных отходов 1042L. Затем конденсированные отходы 1042L поступают из холодильника 101 в приемный резервуар 102, в это время клапан V₅ открыт, а клапан V₄ закрыт.

После того как все конденсированные отходы 1042L поступили в приемный резервуар 102, клапан V₅ закрывают, а клапан V₄ открывают. В результате, следующая новая порция высокотемпературного потока конденсированных отходов 1042Н вытекает из утилизатора 1040 в холодильник 101. Теперь в холодильнике 101 охлаждается эта новая порция конденсированных отходов 1042Н. Этот процесс, т.е. процесс охлаждения, повторяется до тех пор, пока не будут охлаждены все высокотемпературные конденсированные отходы 1042Н.

Таким образом, небольшая часть конденсированных отходов 1042Н транспортируется из утилизатора 1040 в холодильник 101 и охлаждается, причем охлажденные конденсированные отходы 1042L транспортируются из холодильника 101 в приемный резервуар 102, и этот процесс повторяется для всей массы конденсированных отходов 1042Н. Поскольку каждый раз перерабатывается только небольшая часть, конденсированные отходы 1042Н можно удалить из утилизатора 1040 за более короткий период.

После этого низкотемпературные конденсированные отходы 1042L либо перевозят в перерабатывающий резервуар (не показан) на автоцистерне (наливной грузовик) (не показан) или транспортируют другим подобным образом, либо они временно хранятся в резервуаре-хранилище (не показано).

Поскольку утилизатор 1040 всегда содержит высокотемпературные конденсированные отходы 1042Н, в ходе процесса охлаждения утилизатор 1040 всегда поддерживается в горячем состоянии. В результате, отработанный материал, такой как соль, содержащаяся в бедном растворе 1009, не прилипает к линии подачи пара 1050. Это означает, что линию 1050 подачи пара можно не отсоединять для очистки.

В устройстве 100 для извлечения СО₂ конденсированные отходы 1042Н остаются горячими, пока находятся в утилизаторе 1040, даже при высокой производительности утилизатора, в котором можно накопить большое количество конденсированных отходов, и поэтому эти отходы можно удалить из такого утилизатора за более короткий период. Это означает, что когда в большом утилизаторе в результате извлечения большого количества СО₂, например, 1000 тонн или больше, накапливается большое количество высокотемпературных конденсированных отходов, например, 30 м³ или больше, в устройстве 100 для извлечения СО₂ можно переработать большое количество высокотемпературных конденсированных отходов за более короткий период.

В соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения небольшая часть конденсированных отходов в горячем состоянии транспортируется из утилизатора в холодильник и охлаждается, и этот процесс повторяется для всей массы конденсированных отходов. Поскольку каждый раз обрабатывается только небольшая порция, конденсированные отходы можно удалить из утилизатора за более короткий период.

Хотя настоящее изобретение было описано со ссылкой на конкретные варианты осуществления для полного и ясного раскрытия данных, прилагаемую формулу изобретения не следует ограничивать этими вариантами, но следует истолковывать эту формулу как воплощающую все модификации и альтернативные конструкции, которые могут встретиться в данной области техники и которые находятся в рамках основных указаний, приведенных в этом описании.

1. Устройство для извлечения CO₂, включающее колонну абсорбции, в которую поступает газ, содержащий СО₂, и раствор, поглощающий СО₂, и газ, содержащий CO₂, контактирует с раствором, поглощающим СO₂, с получением раствора, обогащенного CO₂, а также регенерационную колонну, в которую поступает обогащенный раствор, и за счет удаления СО₂ из обогащенного раствора получают бедный раствор, причем устройство далее содержит: утилизатор, в который поступает часть бедного раствора, полученного в регенерационной колонне и удаленного через отводящую линию, и нагревается в нем, чтобы получить конденсированные отходы из бедного раствора, а восстановленный в утилизаторе поглощающий СО₂ раствор поступает в регенерационную колонну по линии подачи упаренного раствора; холодильник, в который поступают конденсированные отходы из утилизатора, и охлаждаются каждый раз до заранее определенной температуры.

2. Устройство для извлечения СО₂ по п.1, в котором температура охлаждения конденсированных отходов в холодильнике равна или ниже 50°С.

3. Способ удаления отходов в устройстве для извлечения СО₂, включающем абсорбционную колонну, в которую подают содержащий СО₂ газ и раствор, поглощающий СО₂, которые контактируют с образованием раствора, обогащенного СО₂, а также регенерационную колонну, в которую подают обогащенный раствор и получают бедный раствор за счет удаления СО₂ из обогащенного раствора, причем способ включает: отбор части бедного раствора, полученного в регенерационной колонне и нагревание бедного раствора в утилизаторе с получением конденсированных отходов из бедного раствора; и отбор полученных конденсированных отходов из утилизатора, охлаждение конденсированных отходов в холодильнике до каждый раз заранее определенной температуры и удаление конденсированных отходов, причем раствор, поглощающий СО₂, восстановленный в утилизаторе, подают в регенерационную колонну.

4. Способ по п.3, в котором конденсированные отходы охлаждают в холодильнике до температуры, равной или ниже 50°С.

5. Способ по п.3, в котором осуществляют отбор части конденсированных отходов из утилизатора.

6. Способ по п.3 или 4, в котором периодически осуществляют отбор всего бедного раствора, полученного в регенерационной колонне.