废气捕捉系统的能量回收技术领域
本发明涉及用于与废气捕捉系统一起使用的能量回收过程和装置
(unit)，且尤其涉及将从废气的压缩中回收的热量与废气捕捉系统结合以
减少该系统的能量需求。
背景技术
在气体处理或能量生产厂中产生诸如CO2或H2S之类的废气。例如，
CO2被包含在废料、生物质、煤以及被电力发电厂、转废为能设备或被设
计成产生功率或工艺蒸汽的其它工业过程燃烧的基于化石或碳的燃料/材料
的燃烧期间所形成的烟气中。在常规设备中，可借助于吸收溶剂来捕捉废
气。这些溶剂优选是可再生的以使得可从溶剂中释放所溶解的废气以供溶
剂的再使用。溶剂再生过程可包括诸如汽提塔之类的再生器和诸如再沸器
之类的热源来添加能量以从诸如胺基(amine-based)溶剂之类的溶剂中释
放废气。为了从溶剂中释放废气，以蒸汽为形式的大量的热能被用于给再
沸器和相关设备加燃料。
可利用单级或多级压缩机来处理从溶剂释放的废气以将该废气压缩
成适合于存储的压缩气体或液体产品流。在一个或多个压缩级的下游，可
冷却废气以移除痕量(traceamountsof)水蒸汽或提高后续压缩级的性能和
效率。采用常规传热流体的热交换器可被用于减少废气温度和体积。从压
缩中回收热能可以是期望的。从废气的压缩中生成的热能与废气捕捉系统
的结合可减少对从反萃取(stripping)溶剂中释放废气的再生能量需要，因
此提高整体工厂效率并将更多功率发送至输电网。因此，仍然需要在将压
缩热能回收并整合回到废气捕捉系统方面有效的过程和装置。
发明内容
本文中所提供的是废气捕捉系统的能量回收过程，其中废气可包括CO2
或H2S。该过程包括从吸收溶剂中释放废气并且将废气馈送至废气压缩机。该
过程可进一步包括将传热流体引入到废气压缩机下游的热交换器以降低废气
压缩机排放(discharge)的温度，其中传热流体的温度增加。离开热交换器的
传热流体可被用于生成第一能量源，诸如第一蒸汽源。第一蒸汽源可与第二蒸
汽源混合以形成混合蒸汽源。混合蒸汽源可被供应至废气捕捉系统以提供回收
能量源。
在一个实施例中，混合蒸汽源可被用作用于在废气再生器(诸如再生柱)
中产生废气的热源的全部或一部分。所产生的废气可被馈送至废气压缩机。
在一个实施例中，混合蒸汽源可被用作废气捕捉系统中的再生柱的热源
的全部或一部分。混合蒸汽源可被用于增加再生柱的回流(refluxstream)的
温度。
在一个实施例中，废气捕捉系统可具有废气吸收溶剂。混合蒸汽源可被
用于在废气吸收溶剂被引入到废气流之前加热该废气吸收溶剂。
在另一实施例中，可以闭环热交换系统来配置能量回收过程的传热流体
以用于回收从废气的压缩中所生成的热量并且将该热量返回至废气捕捉系统。
在实施例中，再沸器可被用于从吸收溶剂中释放废气并且混合蒸汽源可
被用作用于在再生柱中产生废气的热源。
在另一实施例中，热再生装置可被用于再生废气、溶剂或其它挥发物，
其中混合蒸汽源向热再生装置提供能量以释放挥发物。
在实施例中，可利用蒸汽喷射器来生成混合蒸汽源。蒸汽喷射器可使
用第二蒸汽源来抽出或提取第一蒸汽源。第二蒸汽源优选处于比第一蒸汽源高
的压强。
在另一实施例中，可利用压缩机来生成混合蒸汽源。
在另一实施例中，能量回收过程可包括第二废气压缩机的使用。离开
热交换器的降低温度的压缩机排放可被引入到第二废气压缩机并且可通过使
用位于下游的第二热交换器来降低来自第二废气压缩机的排放的温度。第二传
热流体可被用在第二热交换器中，其中离开第二热交换器的第二传热流体可被
用于生成第一蒸汽源。
本文中所提供的是废气捕捉系统的能量回收装置。废气可以是任何气
体，例如，CO2或H2S。该装置可包括包含传热流体的热交换环。热交换器可
位于废气压缩机的下游以使得热交换器接收废气压缩机排放并且传热流体流
过热交换器以降低从压缩机排放的经压缩废气的温度。诸如用于容纳水的容器
之类的蒸汽生成装置可被用于产生第一蒸汽源。蒸汽生成装置可具有用于产生
蒸汽的热交换部件，其中热交换部件与离开热交换器的传热流体流体连通。传
热流体可将从冷却废气压缩机排放中回收的热量结合到蒸汽生成装置以用于
产生可被再引入到废气捕捉系统的一个或多个点中的蒸汽。用于结合第一蒸汽
源和第二蒸汽源的蒸汽混合设备可被用于形成混合蒸汽源以用于废气捕捉系
统以提供回收能源。
在一个实施例中，该装置可进一步包括用于产生混合蒸汽源的蒸汽喷
射器。该蒸汽喷射器可使用第二蒸汽源来抽出或提取第一蒸汽源。第二蒸汽源
优选处于比第一蒸汽源高的压强。
在另一实施例中，该装置可包括用于产生混合蒸汽源的压缩机。
在一个实施例中，蒸汽生成装置可以是容器并且热交换部件可以是该
容器中的热线圈。热线圈可容纳离开热交换器的传热流体以使得从废气压缩机
排放回收的热量被转移至容器中的水以产生第一蒸汽源。容器中的水可以是从
废气捕捉系统(例如，从被用于从溶剂中蒸发废气的再沸器)排放的蒸汽冷凝
物。
在另一实施例中，被供应至蒸汽生成装置的蒸汽冷凝物可包括从被用
在废气捕捉系统中的混合蒸汽源的使用中生成的冷凝物。
在一个实施例中，被馈送至废气压缩机的废气由被用在捕捉系统中的
废气再生器所产生。进一步，在该装置中所形成的混合蒸汽源被供应至废气再
生器以用于产生被压缩的废气。
下面更具体地描述本公开的这些和其它非限制性方面和/或目的。
附图说明
本发明在各种组件和组件的布置，以及各种过程操作和过程操作的布置中形
成。附图仅用于说明优选实施例，并不被解释为限制本发明。本公开包括下列附图。
图1示出了废气捕捉系统的能量回收图。如所示，单级压缩被用于处
理从废气捕捉系统中产生的废气。
图2示出了废气捕捉系统的能量回收图。多级压缩被用于处理从废气
捕捉系统中产生的废气。
具体实施方式
可通过参考附图来获得对本文中所公开的过程和装置的更全面理解。
这些附图仅仅是基于方便和易于展示现有技术和/或发展现状的示意性表示，
并且因此不旨在指示组件或其部件的相对大小和尺寸。
尽管为了清楚，在下面的描述中使用特定术语，但这些术语旨在仅指
代附图中被选择用于说明的实施例的具体结构，并且不旨在限定或限制本公开
的范围。在附图和下面的下列描述中，要理解相似数字指定指代相似功能的部
件。
单数形式的“一(a)”、“一个(an)”以及“该(the)”包括复
数指代物，除非上下文明确地另作规定。
就用于与废气捕捉系统一起使用的能量回收过程和装置的特定术语
或原理的解释以及相关技术对于理解本公开可能是必要的而言，读者参考
Steam/itsgenerationanduse，第40版，Stultz和Kitto编辑，版权1992，The
Babcock&Wilcox公司以及Steam/itsgenerationanduse，第41版，Kitto和Stultz
编辑，版权2005，TheBabcock&Wilcox公司，其文本通过引用结合于此好像
在本文中完全地阐述一样。
在本文中，当给出诸如5-25(或者5到25)之类的范围时，这意味
着优选至少或大于5并且单独地且独立地，优选不大于或小于25。在示例中，
这样的范围独立地定义至少5，并且单独地且独立地，不大于25。
所公开的是用于与废气捕捉系统一起使用的能量回收过程和装置。废
气捕捉系统可包括用于移除废气的常规设备，诸如再沸器或汽提塔或再生柱。
可被移除的废气包括但不限于CO2、H2S、其组合等等。作为第一步骤，从诸
如烟气之类的处理流中移除废气可包括引入溶剂或溶剂系统以从处理流中吸
收废气。溶剂或溶剂系统可包括任何适当的溶剂，并且优选地低蒸气压溶剂或
物理吸收剂，尤其对于CO2和H2S展示选择性的那些。低蒸气压溶剂可包括有
机物或无机物、水、胺、乙二醇或其组合。
可进一步处理已吸收废气的溶剂以释放废气以用于进一步处理。可通
过例如在再沸器中加热溶剂以释放所夹带的废气来移除废气。例如以蒸汽为形
式的热能可被用于释放溶剂或溶剂系统中的废气。为了降低废气捕捉系统上的
热能负荷，从处理所释放的废气中回收的能量可被结合到废气捕捉系统中。
可通过单级或多级压缩来处理废气。可例如串联地使用一个或多个压
缩机以增加压强并减少废气的体积，这在某些情况下可使废气液化。废气的压
缩可增加气体的温度，其中通过压缩机结合到废气中的热能通常失去给环境。
为了从经压缩废气中移除残余的溶剂或湿气，其可被冷却以使残余成分凝结。
冷却经压缩的废气可增加后续压缩循环的性能和效率。可存储经压缩的废气以
供进一步的工业用途。
转向图1，示出了用于从废气捕捉系统中回收热能的单极压缩流程图。
如所示，废气10被馈送至废气压缩机12。废气10可通过本领域已知的设备从
捕捉系统中生成，例如，从汽提塔和再沸器中生成。废气压缩机12增加压强
(pressure)并减少废气10的体积以形成废气压缩机排放16。压缩机12还增
加废气10的温度。被定位在压缩机12的下游的热交换器18可被用于降低废
气压缩机排放16的温度。热交换器18可以是如本领域中已知的任何适当的热
交换器，例如，壳管式、板框式等等。优选地，热交换器18被配置成实现逆
流(counter-current)或接近逆流流动以优化传热。在这种配置中，可减少传热
流体的体积并且可使用较高温度传热流体。经压缩的废气排放46能够可选地
通过缓冲罐(knockoutdrum)14以移除在通过热交换器18之后所形成的任何
冷凝物。
在一个实例中，热交换器18可被称为中间冷却器，然而，如图2中
所示，能量回收系统可选地能够具有第二废气压缩机以及该压缩机下游的热交
换器，其中该热交换器可被称为后冷却器。传热流体20可被馈送通过热交换
器18以降低废气压缩机排放16的温度。传热流体20可以是任何适当的流体，
例如，水或水和乙二醇混合物。
当传热流体20从废气压缩机排放中吸收热量时，其温度增加并且其
28离开热交换器。热的传热流体28的温度可以是在35到425℃的范围内而
进入热交换器的传热流体20的温度可以是在20到150℃的范围内。热的传
热流体28可被泵送至蒸汽生成装置30。如所示，该装置30可以是容器、闪蒸
罐或槽。蒸汽生成装置可包括用于加热包含在容器30里面的液体(诸如水)
以生成蒸汽(steam)或另一蒸气(vapor)热源的传热表面，诸如热线圈或加
热套。装置30中的液体(优选为水)可具有在105到220℃范围内的温度。
可通过热的传热流体28在传热表面上释放其热能以使容纳在蒸汽生成装置30
中的液体沸腾或蒸发来生成具有0到0.275MPa(计量器(gauge))范围内或
更高的压强的低压蒸汽。所生成的蒸汽可被馈送至蒸汽捕捉系统以用作回收热
源。离开装置30的传热流体29可以低至110℃并且可在传热系统环内被泵送
以供再使用，诸如降低废气压缩机排放的温度。进入装置的传热流体28可以
是在120°到425℃的范围内。
在一个实施例中，蒸汽生成装置30可包含来自废气捕捉系统的蒸汽
冷凝物31。来自废气捕捉系统的蒸汽冷凝物31可包括来自从蒸汽生成装置30
中产生的蒸汽的冷凝物。例如，蒸汽冷凝物可从捕捉系统中的再沸器被直接馈
送至装置30，这将直接与冷凝物温度有关，与再沸器中所使用的蒸汽压强有关。
在示例中，再沸器可使用0.069到0.345MPa(计量器)蒸汽，这将等同于115°
到148℃的到装置30的冷凝物馈送温度。
在装置30中所产生的蒸汽可以是第一蒸汽源32。可抽出或提取装置
30中的蒸汽以用作热源。该蒸汽能够可选地与第二蒸汽源34混合以形成混合
蒸汽源44以用作加热流体。由装置使用来自废气压缩机的废热所生成的蒸汽
可被用于调节并增加被供应至废气捕捉系统(诸如在溶剂再生和减少对于捕捉
过程的净蒸汽要求方面)的蒸汽的质量流速。
蒸汽混合设备36可被用于从装置30抽出蒸汽。蒸汽混合设备36可
以是任何适当的设备，诸如蒸汽喷射器。在蒸汽喷射器的情况中，第二蒸汽源
34可被用作喷射器中的动力(motive)流体以抽出装置30中所产生的蒸汽。
在源32、34被混合之前，第二蒸汽源34可处于比第一蒸汽源32高的压强，
例如，高于0.275MPa(计量器)。例如，在高压蒸汽的情况中，第二蒸汽源
34在通过减压站之前或之后可以是废气捕捉系统的蒸汽供应，诸如被用于给再
沸器加燃料的蒸汽。另一蒸汽混合设备可以是压缩机或真空泵(未示出)。
可通过选择第一蒸汽源和第二蒸汽源的压强和量来控制混合蒸汽源
的压强。优选地，选择每个蒸汽源32、34的压强和量以使得混合蒸汽源44具
有适合于用在废气捕捉系统中或者与工厂中需要热源的其它设备一起使用的
压强，例如，高于0.275MPa(计量器)。可进一步选择装置30中所生成的蒸
汽的压强以提高所生成的蒸汽的量并因此利用从废气压缩机排放中回收的最
佳量的热量。例如，可将第一蒸汽源的压强降低至在0到0.275MPa(计量器)
的范围内的压强以降低平衡温度。取决于混合蒸汽源的温度和压强，该蒸汽可
能需要被去过热化38。去过热器38可使用冷却介质31。冷却介质可以是任何
适当的流体，例如，由废气捕捉系统(诸如由再沸器)所产生的蒸汽冷凝物。
去过热器38对于调节混合蒸汽源44而言是可选的。
除了蒸汽生成装置30之外或可选地代替蒸汽生成装置30，热的传热
流体28可被用作工厂设备或废气捕捉系统的热源。例如，热的传热流体28可
在其被引入到废气捕捉系统中的烟囱(stack)之前加热再生柱回流或来自吸收
器的贫气。热的传热流体可替代地被用作再沸器或热再生装置(reclaimer)的
能量源。热再生装置可被用于再生废气、溶剂或其它挥发物，其中混合蒸汽源
向热再生装置提供能量以释放挥发物。热的传热流体可进一步被用于在被馈送
至再沸器、塔或闪蒸罐之前加热溶剂或加热锅炉给水循环。
在一个实施例中，除了蒸汽生成装置之外使用热的传热流体的设备是
图1中所示的位于该装置下游的热交换器42。热交换器42中至热的传热流体
的流动逆流可以是废气捕捉系统中的以上提到的蒸汽中的任何一个，例如，溶
剂、锅炉给水等等。热的传热流体28可完全地或部分地绕开蒸汽生成装置30，
而应当期望将其用作废气捕捉系统中的非蒸汽生成热源。替代地，取决于系统
的传热需要，可使热的传热流体28在装置30和热交换器42之间循环。
如所示，传热流体28、29可与附加设备流体连通以用于回收和利用
由废气压缩机12所生成的热能。例如，传热流体可被包含在闭环热交换系统
(所示出)中。替代地，热交换系统可以是开环(未示出)，其中相比于在闭
环系统中再生传热，新鲜的传热流体被用于回收热能。在闭环系统中，可能需
要平衡传热流体的温度以实现期望的传热。例如，一个或多个调温冷却器22
可被用于调节传热流体温度。调温冷却器22可使用环境空间、工厂冷却水或
类似的常规介质40来根据需要减少或增加传热流体20的温度。热交换系统的
附加部件可包括流体循环泵24，用于根据需要维持传热流体的流速、压强和速
度以用于来自压缩机排放蒸汽的热能的有效回收。流体循环泵24可以是任何
适当的泵，诸如离心泵、隔膜泵或容积式泵。流体膨胀箱26可被添加至热交
换系统以容纳受传热流体的温度和压强所影响的体积变化。
转向图2，示出了多级废气压缩能量回收过程。图2的图类似于图1
的图，除了附加的串联压缩机被用于处理捕捉系统的废气。
来自第一压缩机12的经冷却的废气压缩机排放17可被馈送至第二废
气压缩机19以进一步增加废气的压强并减少其体积以供将来使用和存储。可
通过第一废气压缩机12增加废气的压强并且可通过第二废气压缩机21将废气
的压强进一步增加直到16MPa(计量器)。如第一压缩机12，第二废气压缩
机19也可增加废气17的温度。为了从第二压缩机排放21中回收热能，第二
热交换器23可被定位在压缩机19的下游。热交换器23可以是如本领域中已
知的任何适当的热交换器，例如，壳管式、板框式等等。优选地，热交换器23
被配置成实现逆流或接近逆流流动以优化传热。在这种配置中，可减少传热流
体的体积并且可使用较高温度传热流体。经压缩的废气25能够可选地通过诸
如14之类的缓冲罐(未示出)以移除在通过热交换器23之后所形成的任何冷
凝物。
传热流体20可被馈送通过热交换器23以降低废气压缩机排放21的
温度。传热流体20可以是任何适当的流体，例如，水或水和乙二醇混合物。
优选地，传热流体是被馈送至第一热交换器18的相同类型的流体以使得传热
流体20流过如所示的一个热交换系统环。在传热流体20离开热交换器23时，
其温度增加27。热的传热流体27的温度可以是在35到425℃的范围内而进
入热交换器的传热流体20的温度可以是在20到150℃的范围内。热的传热
流体27可与离开第一热交换器18的热的传热流体28结合并且被泵送至如所
示的蒸汽生成装置30。
所有参考，包括但不限于专利、专利申请和非专利文献在本文中通过
引用整体结合于此。
尽管在本文中已经公开了各个方面和实施例，然而一经阅读并理解前
述详细描述，其它方面、实施例、修改和变更对于本领域技术人员而言将是显
而易见的。本文中所公开的各个方面和实施例是为了说明的目的并且不旨在为
限制性的。旨在使本公开被解释成包括所有此类方面、实施例、修改和变更，
只要修改和变更进入所附权利要求或其等效物的范围之内。