详述
图1举例说明用于从工艺流20吸收并由此除去至少一部分酸性组分的系统10。工艺流20可以为任何液体流或气体流，例如天然气流、合成气流、炼油厂气或蒸气流、石油储器或从物质(如煤、天然气或其他燃料)燃烧产生的流。一个实例是由燃料(如煤)在矿物燃料燃烧锅炉的燃烧室中燃烧产生的烟道气。根据工艺流的类型和来源，一种或多种酸性组分可以为气态、液态或颗粒形式。
工艺流20一般包含几种酸性组分，包括但不限于二氧化碳。到工艺流20进入吸收器22时，工艺流可能已经过处理，以除去颗粒物质(例如飞灰)和硫氧化物(SOx)和氮氧化物(NOx)。然而，工艺在系统与系统之间可不同，因此，这些处理可在工艺流20通过吸收器22后进行，或者根本不进行。
在一个实施方案中，系统10包括吸收器22。吸收器22适合接受工艺流20。一般并且如图1所示，工艺流20通过吸收器下部的输入点进入吸收器22，并移动通过吸收器。然而，可设想工艺流20在允许从工艺流吸收酸性组分的任何位置进入吸收器22。
在移动通过吸收器22后，工艺流20作为具有降低量的酸性组分的工艺流释放，其在图1中作为流20a说明。流20a可释放到环境，如大气，或者送去进一步处理(未显示)。如图1所示，流20a从吸收器22的顶部释放。然而，可设想流20a在吸收器的任何位置从吸收器22释放。流20a释放的位置在系统与系统之间可不同。
吸收器22利用吸收剂溶液(未显示)，该吸收剂溶液促进从工艺流20吸收并除去气体组分。吸收剂溶液一般包含化学溶剂和水，其中化学溶剂包含氮基溶剂，且特别是伯链烷醇胺、仲链烷醇胺和叔链烷醇胺；伯胺和仲胺；位阻胺；和严重位阻的仲氨基醚醇。一般使用的化学溶剂的实例包括但不限于单乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、二异丙醇胺(DIPA)、N-甲基乙醇胺、三乙醇胺(TEA)、N-甲基二乙醇胺(MDEA)、哌嗪、N-甲基哌嗪(MP)、N-羟基乙基哌嗪(HEP)、2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP)、2-(2-氨基乙氧基)乙醇(也称为二乙二醇胺或DEGA)、2-(2-叔丁基氨基丙氧基)乙醇、2-(2-叔丁基氨基乙氧基)乙醇(TBEE)、2-(2-叔戊基氨基乙氧基)乙醇、2-(2-异丙基氨基丙氧基)乙醇、2-(2-(1-甲基-1-乙基丙基氨基)乙氧基)乙醇等。前述溶剂可单独使用，或组合使用，并且可利用或不利用其他共溶剂、添加剂(如消泡剂)、缓冲剂、金属盐等和腐蚀抑制剂。腐蚀抑制剂的实例包括但不限于杂环化合物，该杂环化合物选自硫代吗啉、二噻烷和噻噁烷，其中硫代吗啉、二噻烷和噻噁烷的碳成员各自独立具有H、C1-8烷基、C7-12烷芳基、C6-10芳基和/或C3-10环烷基取代基；硫脲-胺(aminne)-甲醛聚合物和与铜盐(II)组合使用的聚合物；含+4或+5价态钒的阴离子；和其他已知的腐蚀抑制剂。
一般将吸收器22中存在的吸收剂溶液称为“贫”吸收剂溶液和/或“半贫”吸收剂溶液。贫和半贫吸收剂溶液能够从工艺流20吸收酸性组分，即吸收剂溶液不完全饱和或具有完全的吸收能力。
从工艺流20吸收酸性组分通过贫和/或半贫吸收剂溶液与工艺流之间的接触进行。工艺流20和贫和/或半贫吸收剂溶液之间的接触可在吸收器22中以任何方式进行。在一个实例中，工艺流20进入吸收器22的下部，并沿吸收器的长度移动，同时贫和/或半贫吸收剂溶液在工艺流进入位置以上的位置进入吸收器，并以工艺流的逆流方向流动。
工艺流20与贫和/或半贫吸收剂溶液之间的接触从贫或半贫吸收剂溶液产生富含吸收剂的溶液24，并产生具有降低量的酸性组分的工艺流20a。在一个实例中，富含吸收剂的溶液24落到吸收器22的下部，在此将其取出用于进一步处理，同时具有降低量的酸性组分的工艺流沿吸收器的长度移动，并作为流20a从吸收器的顶部释放。在流20a从吸收器22释放后，其可经过进一步处理过程，或者送到烟道(stack)(未显示)，以释放到环境。
系统10也包括再生器26。再生器26适合再生富含吸收剂的溶液24，从而产生贫吸收剂溶液28和半贫吸收剂溶液30以及酸性组分流32。
富含吸收剂的溶液24可在进入再生器26之前从吸收器22向前通过处理列(treatment train)。该处理列可包括闪干吸收器、控制器、循环器和分离器(未显示)。或者，可通过流量控制阀(未显示)促进富吸收剂24从吸收器22转移到再生器26。在另一个替代方案中，吸收器22可直接偶合到再生器26，因此可使富含吸收剂的溶液24直接从吸收器转移到再生器。
如图1所示，富含吸收剂的溶液24可在进入混合器44之前通过至少一个热交换器42。可设想富含吸收剂的溶液24经过图1所示的更多步骤或过程，或者富含吸收剂的溶液可经过比图1所示更少的步骤或过程。
如图1所示，富含吸收剂的溶液24可在再生器上部的位置进入再生器26。然而，可设想富含吸收剂的溶液24在促进富含吸收剂的溶液再生的任何位置进入再生器26。
在进入再生器26后，使富含吸收剂的溶液24与再沸器48产生的逆向流动的蒸汽46接触。蒸汽46使富含吸收剂的溶液24再生，从而形成贫吸收剂溶液28和半贫吸收剂溶液30以及酸性组分流32。贫吸收剂溶液28和半贫吸收剂溶液30之一或两者的至少一部分转移到吸收器22，用于进一步从工艺流20吸收和除去酸性组分。
再沸器48用于产生蒸汽46的能量(或水平)可根据待再生的富含吸收剂的溶液24的量变化。或者，可不管待再生的富含吸收剂的溶液24的量，将再沸器48利用的能量保持在设定或恒定水平。保持再沸器48利用能量的恒定水平可导致再沸器和系统10整体消耗较少的能量。再沸器48利用的能量水平可以变化，或者保持在0.3兆(million)英制热量单位/小时(MMbtu/hr)(约315兆焦耳/小时)和0.8MMbtu/hr(约844兆焦耳/小时)之间的任何值。在一个实例中，再沸器48利用的能量水平保持在约0.7MMbtu/hr(约740兆焦耳/小时)。再沸器48保持的能量水平在系统与系统之间可不同。
一般，在仅一部分富含吸收剂的溶液24已再生时，在再生器26中形成半贫吸收剂溶液30，即富含吸收剂的溶液不完全再生。至少一部分半贫吸收剂溶液30通过流体偶合到再生器的溶液出口50从再生器26除去。本文所用术语“流体偶合”是指两个或多个装置相互直接或间接连接或附接，以促进液体或气体在其间流动。
溶液出口50可简单为再生器26中的开口，或者可以为能够允许从再生器除去至少一部分半贫吸收剂溶液30的任何类型的侧抽(sidedraw)。溶液出口50可置于再生器26中的任何位置。如图1所示，溶液出口50可置于再生器26的中点A。然而，可设想溶液出口50置于促进从再生器26除去至少一部分半贫溶液30的任何位置。
在如图2所示的一个实施方案中，其中类似的数字表示如图1所示的类似部件，溶液出口50位于再生器26的第一再生区段52和第二再生区段54之间。第一再生区段52使一部分富含吸收剂的溶液24再生，以形成半贫吸收剂溶液30。至少一部分半贫吸收剂溶液30可从再生器26除去，或者在第二再生区段54中进一步处理，第二再生区段54使半贫吸收剂溶液再生，以形成贫吸收剂溶液28。
已发现，由于半贫吸收剂30从再生器26分流，即除去的量改变，在吸收器22中从工艺气体20吸收的酸性组分的量增加。另外，已发现，由于半贫吸收剂溶液30的量改变，保持再沸器48利用的能量水平恒定导致更多酸性组分在吸收器22中从工艺流20除去。因此，在图1和2所示的实施方案中，系统10包括偶合到溶液出口50的控制机构56。
控制机构56适合控制从再生器26分流(以后称为“除去”)的半贫吸收剂溶液30的量。控制机构56可以为允许使用者控制从再生器26除去的半贫吸收剂溶液30的量的任何机构。控制机构56的实例包括但不限于可偶合到转换器、控制板、计算机等的阀、泵等。
控制机构56允许使用者控制并调节从再生器26除去的半贫吸收剂溶液30的量。从再生器26除去的半贫吸收剂溶液30的量在系统与系统之间以及使用者与使用者之间不同。一般从再生器26除去的半贫吸收剂溶液30的量取决于系统10的应用、系统10的使用者需要和工艺流20中存在的酸性组分的量。设想在系统10的一些应用中，从再生器26除去的半贫吸收剂溶液30的量保持在固定量，而在其他应用中，从再生器除去的半贫吸收剂溶液的量根据系统或使用者的需要变化或波动。
在一个实施方案中，从再生器26除去的半贫吸收剂溶液30的量为基于再生器中吸收剂溶液总量(吸收剂溶液总量包括富含吸收剂的溶液、半贫吸收剂溶液和贫吸收剂溶液)约20％至约100％。在另一个实例中，从再生器26除去的半贫吸收剂溶液30的量为基于再生器中吸收剂溶液总量约25％至约90％。在另一个实例中，从再生器26除去的半贫吸收剂溶液30的量为基于再生器中吸收剂溶液总量约30％至约85％。在另一个实例中，从再生器26除去的半贫吸收剂溶液30的量为基于再生器中吸收剂溶液总量约35％至约80％。在还一个实例中，从再生器26除去的半贫吸收剂溶液30的量为基于再生器中吸收剂溶液总量约40％至约80％。
在还另一个实例中，从再生器26除去的半贫吸收剂溶液30的量为基于再生器中吸收剂溶液总量约45％至约80％。在还再一个实例中，从再生器26除去的半贫吸收剂溶液30的量为基于再生器中吸收剂溶液总量约50％至约80％。在另一个实例中，从再生器26除去的半贫吸收剂溶液30的量为基于再生器中吸收剂溶液总量约55％至约80％。在另一个实例中，从再生器26除去的半贫吸收剂溶液30的量为基于再生器中吸收剂溶液总量约60％至约80％。
在还再一个实例中，从再生器26除去的半贫吸收剂溶液30的量为基于再生器中吸收剂溶液总量约65％至约80％。在又再一个实例中，从再生器26除去的半贫吸收剂溶液30的量为基于再生器中吸收剂溶液总量约70％至约80％。在又再一个实例中，从再生器26除去的半贫吸收剂溶液30的量为基于再生器中吸收剂溶液总量约70％至约75％。在另一个实例中，从再生器26除去的半贫吸收剂溶液30的量为基于再生器中吸收剂溶液总量70％。
半贫吸收剂溶液30通过处理列转移到吸收器22，该处理列可包括至少一个热交换器42和泵58。可用或多或少的组件实现半贫吸收剂溶液30从控制机构56到吸收器22的转移。可将半贫吸收剂溶液30在任何部位或位置引到吸收器22。如图1和2所示，半贫吸收剂溶液在吸收器22的下部引入。
贫吸收剂溶液28可通过处理列从再生器26转移到吸收器22，该处理列可包括至少一个热交换器42、泵60和其他控制装置和/或监控器。可用或多或少的组件来实现贫吸收剂溶液28从再生器26到吸收器22的转移。
可将贫吸收剂溶液28在任何部位或位置引到吸收器22。如图1和2所示，贫吸收剂28在吸收器22的上部引入。
用系统10从工艺流20除去酸性组分的方法100显示于图3中。在步骤120中，在吸收器22中的吸收剂溶液(如贫吸收剂溶液和/或半贫吸收剂溶液)和工艺流20之间有接触。工艺流20中存在的酸性组分(如二氧化碳)通过贫吸收剂溶液和/或半贫吸收剂溶液从工艺流吸收，从而在步骤140中从工艺流除去至少一部分所述酸性组分。在贫吸收剂溶液和/或半贫吸收剂溶液从工艺流20吸收酸性组分后，在步骤160中形成富含吸收剂的溶液24。
在步骤180中，通过富含吸收剂的溶液与蒸汽46接触，在再生器26中再生富含吸收剂的溶液24，从而形成半贫吸收剂溶液30和贫吸收剂溶液28。
在方法100的步骤200中，将一定量的半贫吸收剂溶液30从再生器26除去，并引到吸收器22。除去半贫吸收剂溶液30和将其转移并引入吸收器22导致除去从工艺气体20除去的酸性气体组分。
在吸收器22中利用半贫吸收剂溶液30，同时保持再沸器48利用的能量水平可增加从工艺流20除去的二氧化碳的量或浓度。保持再沸器48的能量水平可导致系统10中消耗较少的能量。
以下提供本文所述系统和方法的非限制实施例。除非另外提到，量以基于再生器中吸收剂溶液总流量从再生器26除去的百分数(％)叙述，再沸器48利用的能量以MMbtu/hr给出，其中MMbtu等于1兆Btu(英制热量单位)，“hr”为1小时。
实施例
实施例1A：再沸器能量变化
改进利用吸收器和再生器的二氧化碳除去系统，以在再生器中包括溶液出口，用于从再生器除去至少一部分半贫吸收剂溶液。溶液出口偶合到控制机构例如控制阀，该控制机构控制从再生器除去的半贫吸收剂溶液的量。
控制阀将从再生器除去的半贫吸收剂溶液设定到固定量(指示为％分流流量)。在此情况下，固定量为基于再生器中吸收剂溶液总流量70％。
虽然从再生器除去的半贫吸收剂溶液的量保持在固定量，但再沸器利用的能量从0.3MMbtu/hr(约315兆焦耳/小时)增加到0.8MMbtu/hr(约844兆焦耳/小时)。如图4所示，由于再沸器利用的能量增加，因此，在从再生器除去的半贫吸收剂溶液的量保持在70％时，在吸收器中从工艺流除去的二氧化碳的量从约87％增加到约94％。
实施例1B：从再生器除去的半贫吸收剂溶液的量的变化
改进利用吸收器和再生器的二氧化碳除去系统，以在再生器中包括溶液出口，用于从再生器除去至少一部分半贫吸收剂溶液。溶液出口偶合到控制机构例如控制阀，该控制机构控制从再生器除去的半贫吸收剂溶液的量。控制阀允许从再生器除去的半贫吸收剂溶液的量(指示为％分流流量)增加或减少。
再沸器用于产生再生器所用蒸汽利用的能量设定到固定量。在此情况下，再沸器利用的能量固定量为0.8MMbtu/hr(约844兆焦耳/小时)。
虽然再沸器利用的能量保持在固定量，但从再生器除去的半贫吸收剂溶液的量从0％增加到约70％。如图4所示，由于从再生器除去的半贫吸收剂的量增加，因此，在再沸器利用的能量保持在08.MMbtu/hr(约80焦耳/小时)时，在吸收器中从工艺流除去的二氧化碳的量从约75％增加到约94％。
除非另外说明，本文公开的所有范围均为包含性，并且可在端点和其中的所有中间点组合。在本文中，术语“第一”、“第二”等不表示任何次序、量或重要性，而是用于区分一个要素与另一个要素。在本文中，术语“一”和“该”不表示量的限制，而是表示存在至少一个所引用的项目。由“约”修饰的所有数字均包含精确数值在内，除非另外说明。
虽然已参考各种示例性实施方案描述了本发明，但本领域的技术人员应理解，可进行各种变化，并且可用等同要素代替其要素，而不背离本发明的范围。另外，可进行很多改进，以使具体情况或材料适应本发明的教授，而不背离其基本范围。因此，本发明将不限于具体的实施方案，该具体的实施方案作为实施本发明设想的最佳方式公开，但本发明将包括落在权利要求范围内的所有实施方案。