用于捕获感兴趣的分子的方法和相关的捕获系统与流程

用于捕获感兴趣的分子的方法和相关的捕获系统
1.本发明涉及用于捕获包含在气态流出物中、优选在工业气态流出物中的感兴趣的(目标)分子的方法，所述方法特别地实施用于通过化学吸收剂捕获感兴趣的分子的步骤和用于再生加载有所述感兴趣的分子的所述化学吸收剂的步骤。本发明还涉及用于捕获包含在气态流出物中的感兴趣的分子的系统，用于捕获感兴趣的分子的所述系统包括用于通过化学吸收剂捕获感兴趣的分子的至少一个吸收塔(柱，column)以及再生塔。本发明可应用于工业气态流出物以及天然气态流出物例如天然气。


背景技术：

2.二氧化碳被认为对由温室气体或“ghg”造成的全球变暖的60％负责(根据由the commissariat g
éné
ral du d
é
veloppement durable[commissioner-general for sustainable development]在
‘
chiffres cl
é
s du climat france，europe et monde[key figures for the climate in france，europe and the world]’2019版中公布的数据)。二氧化碳(co2)是主要的温室气体，并且通过气态流出物例如工业气态流出物释放，尤其是当燃烧化石燃料以提供电力和热时。这些工业过程包括，例如，基于化石燃料的发电厂、炼钢厂、基于生物质的发电厂、天然气加工厂、合成燃料厂、精炼厂、石化厂、水泥厂和基于化石燃料的制氢厂。
[0003]
已经探索了若干种方式来减少这些co2排放，例如更有效地使用能量、优先使用替代燃料和能源、以及碳捕获和封存(碳捕获和隔离，ccs)。提高能量效率和向可再生能量的转变将减少co2排放，但这样的措施的影响可能仅在长期才是显著的。碳捕获和储存(ccs)是在较短时间尺度内减少co2排放的有前景的技术选项。因此，根据国际能源署的路线图，到2050年，必须通过ccs消除总co2排放的20％。
[0004]
ccs工艺涉及co2的分离(例如，与工业流出物中的其它化合物)，随后加压、运输以及封存或转化。已经开发了许多co2捕获技术，特别地用于热力发电厂或其它工业过程。事实上，估计，世界上人为二氧化碳排放的50％来自发电厂或其它工业过程中化石燃料的燃烧。此外，在一些地区，例如在欧洲，排放大量co2气体的行业基于其使用产生co2气体的原材料而被征税和/或被要求购买co2的交易权，这经常使得这些能量生产方法是不经济的。因此，当前大部分开发工作致力于从工业过程的气态流出物除去二氧化碳。
[0005]
开发的co2捕获技术包括燃烧后捕获、燃烧前捕获、氧燃料燃烧捕获和化学循环(化学回路)燃烧捕获。多种二氧化碳分离技术可与这些选项一起使用，例如化学吸收、物理吸收、吸附和膜分离。在这些中，化学吸收技术一直是开发和实施最多的主题，使得其成为对于co2捕获的首选解决方案。
[0006]
对石油炼制过程的一般研究中描述的传统方法(le raffinage du p
é
trole tome 3proc
édé
s de transformation[petroleum refining volume 3transformation methods]).p.leprince，editions technip 1998)被称为胺处理。该方法由以下构成：实现在两个步骤(或单元操作)之间的耦联(耦合)(热和材料)。第一步使用通过在相对高的压力条件下逆流接触气流的液体胺溶液(或等效碱性溶液)之间的酸/碱化学反应来选择性地捕
获气态co2的化学吸收塔。第二阶段使用所谓的再生塔，其中通过供应热能并且通过调节压力至可能的最低值而使在第一阶段期间形成的胺官能和co2之间的化学络合物分解。该方法可在许多其它气体处理中使用以及用于许多其它感兴趣的分子。因此，它并不仅仅关注co2。
[0007]
不幸地，通过化学吸收法的捕获是特别耗能的。例如，已知通过基于胺的溶液吸收co2在吸收co2气体上是非常有效的和选择性的。然而，从这样的溶液中收取co2(也称为再生步骤)是高度吸热的。因此，该再生过程需要另外的能量消耗，当该能量来自化石燃料燃烧时，这导致另外的co2气体排放或ccs能量效率的降低。
[0008]
已经提出了许多解决方案来改善co2捕获的能量效率。不幸地，这些优化工作已经表明，难以找到将再沸器能量需求降低超过10％的经济方式(s.freguia等，aiche j.，49(7)，1676(2003))。
[0009]
特别地，许多研究专注于优化捕获过程本身，尤其是通过使得可找到相对于计算的操作和投资成本的最佳操作条件的优化。例如，已经提出用于如下的策略：吸收塔的中间冷却，在再生塔处的多压力配置的实施，在再生塔中形成的液体的解压(减压)以形成水蒸汽和co2或将产生的蒸汽集成到压缩机系统中(m.karimi等，chem.eng.res.des.，89(8)，1229(2011))。
[0010]
这些技术具有局限性。例如，在吸收剂的再生期间，co2压缩机的集成导致投资和能量需求增加，且因此不被认为是用于捕获co2的良好配置(m.karimi等，chem.eng.res.des.，89(8)，1229(2011))。
[0011]
此外，用胺处理富含co2的气体必须遵守与温度不超过冒着损害化学吸收剂的风险有关的约束。例如，当在系统中使用的温度超过120℃时，可存在胺降解的加速。
[0012]
因此，存在许多用于捕获感兴趣的分子的方法，包括使用化学吸收剂和使加载有感兴趣的分子的化学吸收剂再生。然而，与再生过程相关的成本太高。因此，需要在不对已经存在的工业过程进行重大修改的情况下具有与再生过程相关的降低的成本的用于从气态流出物捕获感兴趣的分子例如co2的新方法和系统。
[0013]
技术问题
[0014]
本发明的目的是弥补现有技术的缺点。特别地，本发明的一个目的是提出用于捕获感兴趣的分子的方法，其比现有技术中描述的方法消耗更少的热能，并且其特别地在再生塔的再沸器处具有降低的能量需求。本发明的另一目的是提出用于捕获感兴趣的分子的系统，其能够实施具有改善的能量效率且具有降低的设计成本的方法，尤其是借助于再沸器尺寸减小。


技术实现要素：

[0015]
为此，本发明涉及用于捕获包含在气态流出物中、优选在工业气态流出物中的感兴趣的分子的方法，所述方法实施：
[0016]-在至少一个吸收塔中通过液态的化学吸收剂捕获气态的感兴趣的分子以产生加载有所述感兴趣的分子的化学吸收剂的步骤；
[0017]-通过如下再生加载有所述感兴趣的分子的所述化学吸收剂的步骤：供应热和溶剂以使所述化学吸收剂与所述感兴趣的分子离解，并产生再生的化学吸收剂以及包含所述
溶剂和所述感兴趣的分子的气体混合物；和
[0018]-冷凝步骤，用于由包含所述溶剂和所述感兴趣的分子的所述气体混合物形成包含所述溶剂的液相和富含所述感兴趣的分子的气相；
[0019]
所述方法的特征在于：
[0020]-所述再生步骤在至少一个再生段进行；
[0021]-所述冷凝步骤在至少一个冷凝段进行；
[0022]
并且特征在于，其包括在所述至少一个冷凝段的上游压缩包含所述溶剂和所述感兴趣的分子的所述气体混合物的步骤，使得所述至少一个冷凝段中的压力比所述至少一个再生段中的压力高至少2巴、优选至少2.5巴且更优选至少3巴；并且
[0023]
特征在于，所述方法包括在所述至少一个冷凝段和所述至少一个再生段之间的热传递步骤。
[0024]
如下文中将描述的，本发明尤其基于对于化学吸收剂的再生实施的条件和技术上的显著变化。这样的方法使得可强化化学吸收剂的再生步骤。此外，当它应用于co2捕获时，其允许同时启动co2压缩和调节步骤，且在一些实施方式中，允许完全执行所述co2压缩和调节步骤，因为其已经不含水。
[0025]
这种新方法具有以下优点：通过经由热传递步骤使用压缩步骤的热而大大减少待供应给化学吸收剂的再生步骤的热需求。这种新方法允许对于布置再生段和冷凝段的许多可能性，条件是实施段间热传递(例如经由布置为实施所述热传递的段间热交换器(换热器))，并且在所述再生段和所述冷凝段之间实施至少2巴、优选至少3巴的压力跃变(例如经由位于所述冷凝段之前的压缩机)。
[0026]
本发明的方法的独创特征是在冷凝段的顶部产生具有比在通常的再生塔中所用的方法的水含量低的水含量的气体。因此，除了节能之外，该方法还可使得可减少或消除对如下设备的需要：例如用于处理冷凝线路的冷却水的泵和系统，塔顶部的冷凝器，以及在一些配置中，冷凝器下游的脱水器和干燥器。
[0027]
取决于所述方法的其它任选的特征，所述方法可任选地包括如下的一个或多个，单独地或组合地：
[0028]-感兴趣的分子为co2，并且溶剂为水。事实上，本发明特别适合用于co2的捕获，并且随后的调节得益于所采用的压力跃变；
[0029]-热供应包括在所述至少一个冷凝段和所述至少一个再生段之间传递热并将水蒸汽流注入所述至少一个再生段中的步骤。在再生期间，可使用若干热源，特别地来自热传递阶段的热。冷凝段向再生段提供热；
[0030]-所述至少一个冷凝段中的压力为至少等于5巴、优选至少等于10巴、更优选至少等于15巴。如将在实施例中显示的，压力跃变对本发明的性能具有明显影响；
[0031]-所述化学吸收剂包括选自如下的至少一种化合物：胺、氨和钾碳酸盐(碳酸钾)；
[0032]-所述化学吸收剂包含哌嗪，优选尤其是与至少一种胺和/或至少一种钾碳酸盐组合；
[0033]-所述化学吸收剂由分层溶剂组成。优选地，所述分层溶剂为两相分层溶剂。这进一步改善该方法的能量效率；
[0034]-所述至少一个冷凝段中的压力比所述至少一个再生段中的压力高至少5巴。如将
在实施例中显示的，压力跃变对本发明的性能具有明显影响；
[0035]-其使用串联组织的若干(数个，多个)冷凝段，各自在比前一冷凝段的压力高的压力下操作。如将在实施例中显示的，压力跃变对本发明的性能具有明显影响；
[0036]-其进一步包括加热在所述至少一个冷凝段中形成的液体的步骤，所述加热经由微波辐射、太阳能或电阻来进行。
[0037]
本发明还涉及用于捕获包含在气态流出物中、优选在工业气态流出物中的感兴趣的分子的系统，用于捕获感兴趣的分子的所述系统包括用于通过化学吸收剂捕获所述感兴趣的分子的至少一个吸收塔，其特征在于，所述系统进一步包括：
[0038]-至少一个再生段；
[0039]-至少一个冷凝段；
[0040]-配置为维持所述至少一个冷凝段中的压力比所述至少一个再生段中的压力高至少2巴、优选至少2.5巴且更优选至少3巴的压缩机；和
[0041]-至少一个段间热交换器，其布置成允许在所述至少一个冷凝段和再生段之间的热传递。
[0042]
取决于所述系统的其它任选的特征，该系统可任选地包括如下的一个或多个，单独地或组合地：
[0043]-其进一步包括位于所述至少一个再生段的上游的倾析器。该系统有利地包括倾析器，其可位于例如再生段上游。倾析器在系统内的使用增加其能量性能；
[0044]-所述压缩机为冲击波压缩机。在本发明的范围内，能够实现高于4巴、优选高于5巴且优选高于6巴的压力跃变的压缩机将是特别有利的；
[0045]-所述至少一个再生段和冷凝段为独立的塔的形式；
[0046]-所述至少一个再生段和冷凝段集成在相同的塔(同一塔)中；
[0047]-所述再生段和冷凝段同心地布置；
[0048]-其包括至少三个冷凝段；
[0049]-所述段间热交换器具有三重周期性最小表面(三周期极小曲面)；
[0050]-所述冷凝段和/或再生段的壁的至少一部分具有三重周期性最小表面；
[0051]-所述至少一个吸收塔被布置成允许通过液态的化学吸收剂捕获气态的感兴趣的分子以产生加载有所述感兴趣的分子的化学吸收剂；
[0052]-所述至少一个再生段被布置成允许通过如下再生加载有所述感兴趣的分子的所述化学吸收剂：供应热和溶剂以使经加载的化学吸收剂与所述感兴趣的分子离解，并产生再生的化学吸收剂以及包含所述溶剂和所述感兴趣的分子的气体混合物；和
[0053]-所述至少一个冷凝段被布置成允许冷凝以由包含所述溶剂和所述感兴趣的分子的所述气体混合物形成包含所述溶剂的液相和富含所述感兴趣的分子的气相。
[0054]-其被布置成使得所述感兴趣的分子为co2。
[0055]
本发明还涉及配备有根据本发明的用于捕获感兴趣的分子的系统的工业设施(工业厂房，工厂)。
[0056]
本发明的其它优点和特性将在参考附图阅读通过说明性和非限制性实例给出的如下描述时变得明晰：
[0057]
图1提供根据现有技术的co2捕获系统的图示。
[0058]
图2提供根据本发明的一个co2捕获系统的图示。
[0059]
图3显示冷凝段40和再生段30所采用的不同配置(3a至3h)的图示。
[0060]
图4提供同心塔的形式(4a)或使用三重周期性最小表面(4b)的根据本发明的co2捕获系统的实施方式的实例。
[0061]
图5提供根据本发明的另一co2捕获系统的图示。
[0062]
图6提供根据本发明的co2捕获方法的图示。
[0063]
图7提供在实施根据本发明的方法期间交换的热量作为施加的压力跃变的函数的图示。
[0064]
如将理解的，附图中提供的元件的比例和相对尺度旨在说明本发明的实施方式，并且不应当在限制性意义上理解。如在附图中使用的，与系统相关联的“线”指示由合适材料形成并且尺寸足以传输在线内的流体(例如，液体或气体)的管子或管道。理解，用于移动流体的一个或多个泵和/或压缩机或其它已知装置也与线和此处讨论的集成系统的部件相关联。然而，没有系统性地示出这样的装置，以允许附图更好地呈现本发明。在集成系统的附图中看见的“线”上表示的箭头指示流体的流动方向。
[0065]
此外，参照根据本发明的实施方式的方法和设备(系统)的流程图和/或框图来描述本发明的方面。在本说明书的如下详细描述中，参考形成本说明书的一部分的附图，并且通过图示显示其中本发明的一种或多种实施方式可付诸实践的方式。对这些实施方式进行足够详细的描述以使本领域技术人员能够将本公开内容的实施方式付诸实践，并且应当理解，在不超出本公开内容的范围的情况下，可使用其它实施方式并且可实施工艺、化学和/或结构改变。
[0066]
在附图中，流程图和功能图示出根据本发明的多种实施方式的系统和方法的可能的实施的架构、功能和操作。在这方面，流程图或框图中的各块可表示系统、装置或模块，其被布置成实施指定的一个或多个动作。在一些实施中，与块相关联的功能可以与附图中显示的顺序不同的顺序出现。例如，相继显示的两个块可实际上基本上同时实施，或者所述块有时可以相反的顺序实施，取决于所涉及的动作。
具体实施方式
[0067]
在说明书的其余部分中，表述“感兴趣的分子”可对应于如下的任意分子：其可损害系统或降低方法的效率或产品的品质(例如h2s、h2o)或者由于环境原因(例如co2)。
[0068]
在说明书的其余部分中，表述“化学吸收剂”可对应于允许固定、吸附或吸收气相、液相或固相的原子、分子或离子的任意化学物质。在本发明的上下文中，化学吸收剂使得可特别地保留h2s或co2。如将详细描述的，在本发明的意义内的化学吸收剂可为胺，即，包含至少一个胺基团的分子，但也可为包含铵基团的分子。特别地，在本发明的意义内的胺可为乙醇胺。
[0069]
表述“加载有感兴趣的分子的化学吸收剂”或“富集的化学吸收剂”对应于与感兴趣的分子例如h2s或co2组合或缔合(关联)的化学吸收剂。可存在不同形式的组合。这可为化学键，如对于胺，但也可考虑其它形式。
[0070]
表述“再生的化学吸收剂”对应于在使用和至少部分释放co2后已经恢复(重新获得)其吸收性质的化学吸收剂。
[0071]
在本发明的意义内，表述“气态流出物”对应于包含期望与其它分子分离的感兴趣的分子的气相。气态流出物可对应于人为流出物，也可对应于天然的气体。
[0072]
在本发明的意义内，表述“工业气态流出物”对应于被挥发性有机化合物、灰尘、含氮或含硫化合物、且更特别地二氧化碳污染的空气。如这里使用的，表述工业气态流出物可对应于含有待分离的至少一种感兴趣的分子例如h2s或co2的任意处理后气体。工业流出物气体或流出物气体的实例包括燃烧气体、来自内燃发动机的废气、填埋气和/或工业过程的并含有co2或另外的酸性气体例如h2s的工艺气体，例如本文中描述的那些。
[0073]
在本发明的意义内的“多管式系统”对应于由一个或多个冷凝段和一个或多个再生段形成的配置。
[0074]
术语“包括(包含)”及其变体当这些术语出现在说明书和权利要求书中时不具有限制性含义。特别地，在规定产品包括特定的元件(要素)的情况下，应当理解，其还可包括若干元件。
[0075]
术语“和/或”意指所列条目的一个、多个或全部。
[0076]
在说明书的其余部分中，使用相同的附图标记来指定相同的元件。此外，所呈现的和/或所要求保护的各特征可有利地组合。它们在说明书中或在不同的从属权利要求中的存在不排除该可能性。
[0077]
如提及的，至少在一些方面中，本发明可被视为可应用于集成化学吸收和再生的捕获感兴趣的分子的所有方法的改进。事实上，如将在实施例中显示的，本发明允许比现有技术中描述的方法消耗更少的热能且特别地在再生塔的再沸器处减少的能量需求的捕获方法。
[0078]
已经提出集成化学吸收和再生的用于捕获感兴趣的分子的各种各样的技术以防止co2的释放或用于其捕获。然而，化学吸收需要能量以再生经co2加载的化学吸收剂。经常，再生化学吸收剂所需的能量可导致co2的释放，这仍削弱co2气体捕获的整体效率。
[0079]
因此，在说明书的其余部分中，将详细描述本发明，特别是对于其中感兴趣的分子为源自气态流出物、优选工业流出物的co2的应用。然而，通过本发明的教导，本领域技术人员可将其应用于源自其它流出物的其它感兴趣的分子。
[0080]
例如，参考图1，示出根据现有技术的co2捕获系统。这样的系统允许在吸收塔20中借助于化学吸收剂捕获气态流出物中的co2，并通过使用由再沸器80产生的热在再生塔31中对所述化学吸收剂进行热再生。如图1中所示，该系统使得可通过使用化学吸收剂流52从气态流出物12吸收co2，从而产生加载有co2的化学吸收剂流25。所述化学吸收剂流25可例如通过热交换器50，以在到达再生塔31之前形成加载有co2的化学吸收剂的热流53。此时，通过热交换器50在贫二氧化碳的吸收剂35和富二氧化碳的吸收剂25之间收取热。
[0081]
在再生塔31内，加载有co2的化学吸收剂的热流53被加热，以导致co2的释放和再生的化学吸收剂的热流35的产生，其被引导至热交换器50，然后以再生的化学吸收剂的冷流52的形式被引导至吸收塔20。
[0082]
含有释放的co2的气流37被引导至冷却器71、例如水冷却器，然后被引导至储水罐72。当气态部分被引导向压缩机73时，液体部分被重新注入再生塔31中。一系列冷却器71、储水罐72和压缩机73压缩co2并除去一些水。已知的co2捕获系统的最终部件是脱水器或干燥器75、例如二醇洗涤器(三乙二醇，teg)，有效地从加压气体中获得无水气体。经纯化的
co2再次通过压缩机73以达到运输或储存压力(例如，》100巴)。
[0083]
因此，现有技术的基于化学吸收剂的co2捕获系统将用于加热流出物的元件例如再沸器80和用于冷却流出物的元件例如冷却器71组合。此外，它包括多个压缩机73和至少一个脱水器或干燥器75。特别地，收取的co2由四个串联的压缩机压缩，在两个压缩机之间具有中间冷却和冷凝器。
[0084]
这样的系统的能量效率不是最优的，并且已经进行了大量的研究和开发来提高这样的系统的能量效率。
[0085]
为解决该问题，本公开内容提供用于从气态流出物捕获感兴趣的分子的方法和系统二者，它们在降低设计成本的同时降低能量消耗。
[0086]
因此，本发明提供用于捕获感兴趣的分子(例如co2)的布置和操作原理，其具有令人惊讶地降低的能耗，与co2流的干燥和常规工艺相比，其可呈现大于30％的降低。
[0087]
常规地，这样的系统包括在吸收塔20中借助于化学吸收剂来捕获气态流出物中的感兴趣的分子。此外，在本发明的上下文中，化学吸收剂的热再生尤其使用至少一个再生段30和至少一个冷凝段40。
[0088]
此外，本发明包括压缩由所述至少一个再生段释放的感兴趣的分子，所述感兴趣的分子被再注入所述至少一个冷凝段中、优选在所述段的底部，所述冷凝段被布置成允许到再生塔的热传递。
[0089]
特别地，图2图解地显示根据第一实施方式的根据本发明的co2捕获系统。这样的系统特别适合用于捕获气态流出物、优选工业气态流出物中的co2。优选地，并且如下文将详述的，根据本发明的系统有利地适合用于从工业发电厂烟气捕获co2。
[0090]
如图2中所示，根据本发明的co2捕获系统包括至少一个吸收塔20。该系统可包括若干吸收塔20或具有若干阶段(级)的吸收塔20。常规地，可在本发明的上下文中使用的吸收塔20优选为金属。它可具有在0.5和10米之间的直径。此外，它可具有在5和150米之间的高度。然而，优选地，根据本发明的co2捕获系统包括单个吸收塔20。
[0091]
一个或多个吸收塔20被布置成允许通过化学吸收剂捕获co2。它通常包括用于加载有co2的气态流出物12、例如尤其是工业气态流出物的一个或多个入口，优选在塔的底部。
[0092]
它还包括用于化学吸收剂流的一个或多个入口，优选地在塔的顶部。当两个化学吸收剂流进入吸收塔20时，第一个可位于塔的顶部，且第二个可位于吸收塔20的下半部分。
[0093]
吸收塔还包括用于富含co2的化学吸收剂流25的一个或多个出口，优选在塔的底部。当两个富集的化学吸收剂流离开吸收塔20时，第一个可位于塔的底部，且第二个可位于吸收塔20的上半部分。
[0094]
吸收塔还包括用于贫co2的气态流出物21的一个或多个出口。该用于贫co2的气态流出物21的出口优选位于塔的顶部。此外，该系统可包括未在图中显示的用于处理该贫co2的气态流出物21的装置，例如用于用水洗涤或用于捕获贫co2气态流出物21的感兴趣的任意一种或多种有毒化合物的装置。
[0095]
如前所述，根据本发明的系统1特别适合用于通过化学吸收剂捕获co2。
[0096]
许多化学溶剂可用于通过化学吸收来捕获感兴趣的分子且更特别地co2。优选地，所述化学吸收剂为具有碱性特性的化合物。事实上，碱性特性(也就是说包含至少一种碱性
官能(官能团))的化学吸收剂将能够通过形成酸/碱键来结合感兴趣的酸性分子例如h2s或co2。化学吸收剂可例如包含胺官能或胺官能、氨和/或碳酸根官能的混合物。
[0097]
可在本发明的上下文中使用的胺或具有胺官能的化学吸收剂尤其为伯胺(例如单乙醇胺(mea)或二甘醇胺(dga)或2-氨基-2-甲基-1-丙醇(amp)，仲胺(例如二乙醇胺(dea)或二异丙基胺(dipa)，叔胺(例如三乙醇胺(tea)或甲基二乙醇胺(mdea)，或空间位阻胺(例如2-氨基-2-羟基甲基-1,3-丙二醇(ahpd))。
[0098]
如在实施例中详述的，已经对于通过用单乙醇胺(mea)的化学吸收来捕获co2说明本发明的性能。特别地，来自气态流出物的co2可被吸收在包含mea和水的溶液中。mea与co2反应以形成胺质子化物、碳酸氢盐和氨基甲酸盐。由于高的反应焓，胺通常以快的速率吸收co2。
[0099]
化学吸收剂可含有氨，和特别地铵碳酸盐(碳酸铵)。
[0100]
化学吸收剂可包括钾碳酸盐。钾碳酸盐的水溶液可用于在燃烧后或在燃烧前捕获二氧化碳。
[0101]
此外，根据本发明的化学吸收剂可包括若干(数种)化合物。例如，它可包括哌嗪，特别地与胺或钾碳酸盐组合。
[0102]
更一般地，它可包括至少两种混合的胺(例如amp+mea)或一种或多种胺与钾碳酸盐。
[0103]
为了限制通过化学溶剂捕获co2所必须的能量消耗，根据本发明的化学吸收剂可由两相或分层溶剂组成。这样的两相分层溶剂优选包括两个相，其中所述两个相之一用于浓缩捕获的co2。因此，特别地，所述化学吸收剂表现出液-液相的分离，所述分离为温度的函数并且促进感兴趣的分子(例如co2)的释放和吸收剂的再生。优选地，所述化学吸收剂在室温下(例如在30℃以下)具有均相，并且在60℃以上的温度具有液-液相分离。
[0104]
更优选地，这样的分层溶剂具有如下性质：通过在co2加载速率和/或温度的特定条件下吸收co2而形成两个不混溶的液相。由于co2浓缩在一个液相中，因此溶剂的仅一部分必须被送至再生段30。结果是要再生的液体流的减少。因此，仅富含co2的下部相必须被送至再生段30。贫co2的上部相在没有特定处理的情况下直接返回至吸收塔20的顶部。为此，可将倾析器安置在吸收塔20的出口处，优选在下文描述的热交换器50的出口处，温度的升高有利于分层。
[0105]
使用分层溶剂使得可减少加载有co2的溶剂或化学吸收剂在再生步骤120期间待处理的体积；该步骤众所周知是特别耗能的并且占整个气态流出物处理链的成本的最高达70％。使用这样的溶剂(称为分层剂)有利地具有在150℃和180℃之间的温度下以及在20巴的压力下的约10％的降解率，例如胺损耗。此外，一旦已经实施再生步骤120，这样的压力有利地使得可促进co2的传输。
[0106]
两相分层溶剂可例如包含一个或多个胺官能、一个或多个哌啶基团、或甚至由若干不同的分子形成。
[0107]
如图2中所示，根据本发明的系统可包括布置成允许在再生的化学吸收剂35和富集的化学吸收剂25之间的热交换的热交换器50。特别地，其被布置成允许来自再生段30的再生的化学吸收剂和来自吸收塔20的富集的化学吸收剂的热交换。
[0108]
来自再生段30的热再生的化学吸收剂流35向来自吸收塔20的富集的化学吸收剂
流25提供热量。鉴于由富集的化学吸收剂释放co2是非常吸热的，这使得可通过提出富含co2的化学吸收剂的热流53来改善系统的能量平衡，只要其进入再生段30。相反，co2捕获在低温下更有效，并且这样的热交换器50允许在吸收塔的入口处的冷却的再生的化学吸收剂流52。这些步骤由于两个原因是吸热的：化学的，因为弱酸性co2和乙醇胺之间的化学键是酸-碱键且因此是强的；和热力学的，因为进入再生塔的液体中存在的水的量。
[0109]
这样的热交换器50可采用壳管式热交换器、板框式热交换器、板翅式热交换器或微通道热交换器的形式。壳管式换热器由内部有管的壳组成；板框式换热器由被刚性框支撑的一系列波纹板组成；板式换热器由侧杆、翅片和隔板片组成；微通道或印刷电路热交换器由堆叠的板组成，其中细小的凹槽蚀刻到各板中。替代地，热交换器60可具有三重周期性最小表面。
[0110]
此外，如图2中所示，根据本发明的系统包括至少一个再生段30和至少一个冷凝段40。这样的名称常规地用于表示蒸馏塔。然而，这些塔段也可对应于彼此连接的若干单独的塔，并且如下文将详细描述的，对应于热交换器类型的布置。
[0111]
根据本发明的再生段30优选对应于如下的系统的区域：其被布置成允许化学吸收剂的再生，即，更确切地，先前与化学吸收剂组合的co2的至少一部分的释放或转到(成为)气态。根据本发明的系统1的特定特征是，其使得可破坏化学吸收剂和co2之间的化学键，当这需要大的能量供应时。优选地，根据本发明的co2捕获系统包括单个再生段30。
[0112]
根据本发明的冷凝段40优选对应于如下的系统的区域：其被布置成允许水的冷凝，同时保持co2在气态。也就是说，更确切地，与已经在再生段30释放的co2关联的水的至少一部分转到(成为)液态。优选地，根据本发明的co2捕获系统包括多个冷凝段40。
[0113]
此外，至少一个冷凝段40和至少一个再生段30以这样的方式关联，使得材料传递与热传递同时进行是可能的。于是，该系统在保持材料传递性能的同时改善热交换。材料传递性能使得可在再生段中有效地将co2和蒸汽混合物与再生的化学吸收剂分离，并且在冷凝段中有效地分离co2和水。
[0114]
特别地，至少一个冷凝段40和至少一个再生段30被布置成使得在所述段中循环的流体各自为液相和气相两者，所述液相在与所述气相相反的方向上流动。
[0115]
优选地，至少一个再生段30和至少一个冷凝段40形成热集成的蒸馏塔(hidic)类型的组件。在hidic类型组件中，塔被分成两种塔：贫化塔和富集塔。数十年来已经提出用于热集成的蒸馏塔(称为hidic塔)的许多设计。hidic塔的特性之一是热从热富集区转移到较冷的贫化区。为了观察这种情况，富集区被设置成比贫化区高的压力。然而，在hidic类型组件的当前使用中，待进行的压力跃变保持在低的水平，否则再压缩的成本将变得与使塔31的底部再沸的成本相当。因此，通常，hidic塔中的压力跃变小于2巴、优选地小于1巴。
[0116]
因此，尽管再生段30和冷凝段40与hidic塔具有相似性。然而，在本发明的上下文中，必要的是，与hidic类型的蒸馏塔的情况相反，在至少一个冷凝段40中的压力比在至少一个再生段30中的压力高至少1巴、优选至少2巴、更优选至少3巴、甚至更优选至少5巴。因此，如实施例中显示的，用于co2捕获的常规的hidic类型塔在应用于蒸馏操作时将不具有与本发明相同的性能。
[0117]
如图2和3中所示，根据本发明的系统1还包括至少一个段间热交换器43。
[0118]
在本发明的上下文中可用的段间热交换器43有利地为布置成允许在至少一个冷
凝段40和至少一个再生段30之间的热传递的装置。更特别地，热传递是从通过至少一个冷凝段40的流体至通过至少一个再生段30的流体进行的。
[0119]
因此，这些段根据非绝热机制(即在热交换控制下)在与至少一个再生段30物理分离的至少一个冷凝段40之间操作。
[0120]
可在本发明的上下文中使用的段间热交换器43可例如对应于在再生段和冷凝段之间的一个或多个共用壁、管式热交换器、壳管式热交换器、板框式热交换器、板翅式热交换器或微通道热交换器。
[0121]
此外，可在本发明的上下文中使用的段间热交换器43可采用如下的形式：在冷凝段40和再生段30之间的壁，与可位于冷凝段40侧上和/或再生段30侧上的填充物(包装)组合。
[0122]
因此，冷凝段40和再生段30可各自包括填充物，并且该填充物可根据段而不同。冷凝段40和再生段30的填充物可固定至这两个段之间的共用壁。
[0123]
特别地，填充物可采用导热的齿槽三维结构的形式。填充物可尤其限定彼此连通的多个单元。填充物可具有随机的结构或规则的结构。因此，单元的排列可为规则的或随机的。例如，这些单元可为圆柱形、棱柱形或平行六面体。特别地，填充物包括开尔文(kelvin)单元。
[0124]
填充物可包括或由如下构成：传导性泡沫体，特别地由热传导性材料构成的泡沫体。例如，所述泡沫体可为金属泡沫体(例如，铜、钛、不锈钢或铝泡沫体，或其合金)或碳化硅泡沫体。
[0125]
如前所述，填充物可集成在塔30内部和在塔40内部两者。填充物可具有在100和100000m2/m3之间的表面积对体积。优选地，填料可具有大于1000m2/m3的表面积对体积、更优选大于10000m2/m3的表面积对体积。此外，它可具有在85％和99％之间的空隙比(孔隙率)。填充物可通过铸造或增材技术制造。
[0126]
有利地，在一种实施方式中，段间热交换器43可对应于例如在再生段和冷凝段之间的一个或多个共用壁。特别地，对于该实施方式，段间热交换器43将有利地具有三重周期性最小表面(tpms)。
[0127]
tpms被定义为零平均曲率的表面，这意味着在各点处的主曲率之和为零。因此，tpms为用固定的极限曲线使其表面最小化的表面。tpms的常规实例包括schwarz表面、螺旋二十四面体表面和金刚石表面。
[0128]
有利地，段间热交换器43包括一个或多个tpms，其将三维域(3d)分成两个单独的但相互穿透的通道。这使得可提供大的表面积对体积比。
[0129]
有利地，段间热交换器43包括一个或多个在任意点处具有零平均曲率的壁。此外，各单独的通道可有利地在所有方向上互连。因此，流动在任意方向上自由移动，且段间热交换器43中的流体动阻力和压降被限制。
[0130]
段间热交换器43可通过增材制造作为完整的部件制造，而无需焊接或钎焊。
[0131]
在其它实施方式中，段间热交换器43可具有三重周期性最小表面(tpms)。
[0132]
有利地，冷凝段40可与再生段30以一体式(整块)组件形式关联。因此，至少一个冷凝段40和至少一个再生段30可以一体式整体组件的形式布置。
[0133]
一体式组件包括与再生段30不可分离的至少一个冷凝段40。此外，它可包括段间
热交换器43。
[0134]
一体式、优选地整体、组件可使热传递更有效。例如，在与一个或多个导热壁连续地(连贯地)建立的填充物的存在下，能量更容易从一个段传递到另一段。
[0135]
一体式组件可通过增材制造、钎焊或焊接元素金属板或通过一体式铸造来制造。
[0136]
图3示出一些实施方式，说明至少一个冷凝段40和至少一个再生段30可采用的不同配置，可能与段间换热器43组合。
[0137]
至少一个再生段30和冷凝段40可例如采用独立的塔的形式。
[0138]
如图3a中所示，所述段可彼此平行布置并直接接合在一起。于是，段间热交换器43被视为分离两个段的内容物的一个或多个壁。
[0139]
替代地，所述段或塔可不接合在一起，而是通过用于流体管理的段间热交换器43分离，允许热从冷凝段40传递至再生段30。例如，再生段30可通过流体交换器类型的热交换器的网络耦联到冷凝段40，流体可能为流过冷凝段40的流体。加热流体在所述交换器网络中循环；它捕获来自冷凝段的热并将其供应至再生段。
[0140]
在一种实施方式中，再生段30和冷凝段40同心地布置。特别地，如图3b中所示，所述段可形成同心塔，一个在另一个内部。在这样的配置中，再生段30围绕冷凝段40。根据本发明的系统1有利地包括以一个或多个同心塔的形式布置的再生段30和冷凝段40。这使热量损失最小化，因为发生从内部塔(冷凝)至外部塔(再生)的热传递。
[0141]
交换表面以及因此段间热交换器43可被限制于在两个塔之间的壁。然而，有利地，所述段包括翅片或填充物以改善两个段之间的热传递。将外部段(再生)的填充物或翅片连接到内部段(冷凝)，使得内部段的蒸汽可与填充物或翅片接触地流动并在那里冷凝，然后液体落入内部段中。内部段的蒸汽的冷凝期间释放的热将在填充物或翅片上循环的外部段的化学吸收剂相关联的co2释放。内表面不必具有相同的几何形状，并且将以如下方式构思：考虑在壁的任一侧(两侧)上的流体流速的变化。该设备和这些内壁可通过现有的铸造方法或通过增材制造来制造。
[0142]
特别地，在同心塔布置的情况下，第一填充物可填充冷凝段40的内部，且第二填充物可遵循围绕冷凝段40的壁的轮廓并且径向延伸到再生段。
[0143]
可设想基于相同原理运行的这样的系统，其具有均匀分布以使热交换最大化的多个管式塔。
[0144]
如图3c中所示，冷凝或再生段可形成包括多个同心塔的多管式组件。在该实施方式中，各段可为独立的塔，并且所有塔位于外部壳内。
[0145]
如图3d中所示，所述段可各自形成分壁塔的一半。在该实施方式中，所述系统可包括具有两个半圆柱形段的塔，其中由通过冷凝段40的壁和板传输的热传递流体或由允许从冷凝段40至再生段30的热传递的填充物来进行热传递。
[0146]
如图3e中所示，冷凝段40或再生段30可各自形成多管式组件，其中冷凝段40集成到再生段30中。
[0147]
如图3f中所示，冷凝段或再生段可各自形成多管式组件，其中冷凝段40围绕至少一个再生段30。
[0148]
如图3g中所示，冷凝段或再生段可各自形成板式交换器类型组件，其中冷凝段40和再生段30交替。在另一实施方式中，一些段，例如冷凝段，可彼此直接接触。特别地，冷凝
或再生段可包括一组翅片板，形成交替的竖直的和相邻的通道以确保从冷凝段40到再生段30的热传递。有利地，竖直的板之间的空间可配备有填充物，或所述板之间的壁形成能够改善热传递的翅片或填充物。
[0149]
在一种实施方式中，至少一个再生段30和冷凝段40可集成到相同的(同一)塔中。如图3h中所示，冷凝段40和再生段30可堆叠，并可构成相同的塔的不同区域。特别地，冷凝段40和再生段30这两个段可通过热交换器分离，其中冷凝段40的压缩的顶部蒸汽将它们的热传递到再生段的再沸器。热交换器可放置在塔的侧面上以允许选择级间交换的期望组合。
[0150]
此外，如图4b中所示，冷凝段40和/或再生段30可通过具有tpms类型表面的壁的布置来形成。因此，冷凝段40和再生段30被集成到可通过增材制造来制造的单个组件中。
[0151]
因此，根据本发明的系统可包括如下布置的再生和冷凝段：以包括填充物的塔的形式，以(tpms-螺旋二十四面体类型的)一组具有周期性结构的内部组件的形式，允许增加的交换表面，但在夹套的任一侧(两侧)上的相之间没有接触。该方案允许增强的热交换和因此的设备的尺寸的减小以及低压系统的压降的最小化。
[0152]
如图2中所示，系统1还包括压缩机60，即至少一个压缩机60，其被设置成保持在至少一个冷凝段40中比在至少一个再生段30中高的压力。特别地，这样的压缩使得可保持压缩机下游64的温度例如大于200℃、优选大于210℃。这使得可产生对再生段30的入口处的富胺的热传递，其导致再沸器80的能量需求减少。这在两个方面提供增益：i)蒸汽需求减少，和ii)再沸器的尺寸可减小。通过将热传递到再生段，co2和水蒸汽的经压缩的流冷却，并且蒸汽冷凝成水。纯化的co
2 47被收集，例如，在冷凝段40的顶部。因此，脱水设备(冷却器和滚筒(转鼓))的清单也减少。然后通过一系列冷却器71、储水罐72和压缩机73对其进行处理以压缩co2并除去部分水。
[0153]
除了一个或多个压缩机60之外，根据本发明的系统还可包括膨胀阀，例如安装在所述段的水平处，以调节两个段中的相应压力水平。特别地，冷凝段40和/或再生段30可尤其配备有配置成调节两个段中的相应压力水平的一个或多个膨胀阀。
[0154]
特别地，压缩机60以及因此的压缩机组件60可被布置成保持至少一个冷凝段40中的压力比至少一个再生段30中的压力高至少1巴、2巴或3巴、优选至少5巴、更优选至少10巴、甚至更优选至少15巴。由此建立的压差导致冷凝段40和再生段30之间的温度差，该温度差提供在两个段之间经由段间热交换器43传递热的可能性。
[0155]
压缩机60可选自能够建立在再生段30和冷凝段40之间根据至少1:3的比的压差的任意类型的压缩机。有利地，压缩机60可为能够建立在再生段30和冷凝段40之间根据至少1:5、优选至少1:8的比的压差的压缩机。压缩机60例如可为冲击波压缩机。
[0156]
如图2中所示，在冷凝段40中产生的水45可像再生的化学吸收剂一样全部或部分地输送到热交换器50。冷却化学吸收剂是减少循环化学吸收剂的所需量和设备尺寸的有效方式。冷却化学吸收剂可尤其包括中间冷却。例如，在本发明的上下文中，在冷凝段中产生的水处于非常高的温度。它也可经历中间冷却，在第二热交换器中，与已经经历在第一热交换器50中的加热步骤的富集的化学吸收剂接触。替代地，在冷凝塔40中产生的水45可全部或部分地输送到再生段30的顶部。
[0157]
如图5中所示，根据本发明的系统1可包括若干压缩机60、60b，其被配置为增加至
少一个冷凝段40中的压力，使得系统在至少一个冷凝段40和一个再生段30之间具有至少3巴、优选至少5巴、更优选至少8巴且甚至更优选至少10巴的压力跃变。
[0158]
特别地，第一压缩机可位于再生段30的出口处，并且第二压缩机可位于冷凝段40的出口处，如图5中所示。图5中已经示出两个压缩机60、60b，但根据本发明的捕获系统1可包括压缩机链(一连串压缩机)和冷凝和/或再生段。压缩机60、60b的倍增将使得可增加在至少一个冷凝段40和至少一个再生段30之间的压力跃变，以减少或消除对干燥单元和再沸器的需要。
[0159]
多个压缩机也可位于若干再生段30的出口处，并且第二压缩机可位于冷凝段40的出口处，如图5中所示。由第二压缩机60b压缩的蒸汽和co2流可被引导至第二冷凝段40b。然后通过一系列冷却器71、储水罐72和压缩机73对其进行处理以压缩co2并除去部分水。
[0160]
有利地，对于通过能够与至少一个冷凝段40和/或至少一个再生段30进行热交换的段的包含co2的气体混合物，所述系统将包括多个压缩机60、60b，使得可达到至少3巴、优选至少10巴、更优选至少30巴且甚至更优选至少100巴的压力，例如通过若干相继的压缩。在这种情况下，考虑到最后的压缩阶段中的高压(例如大于50巴)，气相中的水含量将为零或几乎为零。因此，干燥装置将是不必要的，这代表显著的资本增益。
[0161]
根据本发明的系统1特别适合于将其安装在产生包含co2的气态流出物的工业设施。事实上，它将能够以改善的能量效率实现co2捕获和储存。
[0162]
因此，根据另一方面，本发明还涉及产生包含co2的气态流出物并配备有根据本发明的co2捕获系统1的工业设施。
[0163]
例如，工业发电厂可为基于化石燃料的发电厂、炼钢厂、基于生物质的发电厂、天然气加工厂、合成燃料厂、精炼厂、石化生产厂、水泥厂和基于化石燃料的制氢厂。
[0164]
根据另一方面，本发明还涉及用于捕获包含在气态流出物、优选工业气态流出物中的感兴趣的分子的方法100。这样的用于捕获感兴趣的分子的方法可实施根据本发明的用于捕获感兴趣的分子的系统1或任意其它合适的系统。特别地，本发明涉及用于捕获包含在工业气态流出物中的co2的方法100，该方法可用于根据本发明的co2捕获系统1或任意其它合适的系统中。如前所述，将在捕获co2的情况下说明根据本发明的方法。
[0165]
如图6中所示，常规地，co2捕获方法100使用：
[0166]-在至少一个吸收塔20中通过化学吸收剂的co2捕获步骤110以产生加载有co2的化学吸收剂，
[0167]-通过水蒸汽流再生加载有co2的所述化学吸收剂的步骤120，使得可产生再生的化学吸收剂以及包含水和co2的气体混合物，以及
[0168]-冷凝步骤150，用于形成液态的水和富含co2的气体混合物。
[0169]
在co2捕获步骤110期间，含有二氧化碳的工业气态流出物引入到吸收塔20的下部部分中，且化学吸收剂从吸收塔20的上部部分引入。气态流出物以及化学吸收剂因此在吸收塔20中彼此逆流地流动。当它与液体化学吸收剂接触时，二氧化碳被所述化学吸收剂吸收。已经除去二氧化碳的废气向吸收塔10的上部部分排出，并且富含二氧化碳的化学吸收剂向再生段30或热交换器50排出。
[0170]
在再生步骤120之后，该方法可包括加热在至少一个再生段30中形成的液体的步骤。该加热是由常规的再沸器80经由微波辐射、太阳能或电阻进行的。
[0171]
如已经提到的，根据本发明的co2捕获方法100具有使用至少一个再生段30和至少一个冷凝段40的特定特征。特别地，在根据本发明的方法的上下文中，再生步骤120在至少一个再生段30中实施。冷凝步骤150在至少一个冷凝段40中实施。
[0172]
再生段30可具有优选在60℃和150℃之间的在塔顶的温度。
[0173]
冷凝段40可具有至少等于90℃、优选至少等于100℃的在塔顶的温度。在若干冷凝段40的情况下，所述段可具有不同的操作温度。
[0174]
此外，根据本发明的方法包括在冷凝段40的上游压缩包含溶剂和感兴趣的分子(例如，水和co2)的气体混合物的步骤130。该压缩步骤130可如下进行：通过任意压缩机，和可能通过压缩机的组合(即，压缩步骤于是包括相继压缩)。
[0175]
有利地进行这样的压缩步骤，使得至少一个冷凝段40中的压力比至少一个再生段30中的压力高至少2巴。如前所述，压力跃变通常是较小的，并且它们未使得可实现用本发明获得的性能。优选地，压缩步骤130使得可在至少一个再生段30和至少一个冷凝段40之间产生至少等于2.5巴、优选至少等于3巴、更优选至少小于5巴且甚至更优选至少等于8巴的压力跃变。气体混合物的这种再压缩使得可在非绝热操作的情况下显著改善能量效率，和特别地减少对再沸器80的能量输入。此外，通过将再压缩的一部分直接集成到再生步骤中(所述再压缩正常地仅在该步骤下游进行)，实现简化(对于相同的结果，更少的步骤)。
[0176]
在压缩包含水和co2的气体混合物的步骤130之后，至少一个冷凝段40中的压力至少等于3巴、优选至少等于10巴、更优选至少等于15巴且甚至更优选至少等于30巴。
[0177]
如图7中所示，在根据本发明的系统和方法中，压力跃变越大，冷凝段和再生段之间交换的热就越大。
[0178]
特别地，在15巴的压力跃变的存在下，根据本发明实施的方法可需要64mw的再沸器的能耗。在不考虑对脱水器或干燥器的需求减少的情况下，与91mw的典型能耗相比，这是30％的增益。
[0179]
特别地，压缩步骤130可包括将压缩的气体混合物注入冷凝段中，优选在冷凝段的底部。
[0180]
所述至少一个再生段中的气相的速度可例如在0.5m/s和5m/s之间、优选在1m/s和3m/s之间。
[0181]
所述至少一个冷凝段中的气相的速度可例如在0.5m/s和5m/s之间、优选在1m/s和3m/s之间。
[0182]
这样的方法允许蒸汽的适度再压缩(从再生段至冷凝段)和塔的全部或一些的非绝热操作(热从冷凝段40至再生段30)。
[0183]
如前所述，这使得可减少对再沸器80的能量输入，并且预期约20％至30％的能量增益。此外，通过将再压缩的一部分直接与再生步骤相关地集成(所述再压缩正常地仅在该步骤下游进行)，实现方法的简化(对于相同的结果，更少的步骤)。该集成使得可减少原始方法的基本步骤，这导致对于新配置的更大的操作增益。
[0184]
此外，该方法包括在至少一个冷凝段40和至少一个再生段30之间的热传递步骤140。热传递140可使用上述的不同的热交换器。
[0185]
特别地，该步骤允许热从至少一个冷凝段40传递到至少一个再生段30。换言之，它允许再生段30由包含在冷凝段40中的热且更特别地由在压缩步骤130期间产生的热进行加
热。
[0186]
热传递步骤有利地使得可在再生和冷凝段各自内建立温度梯度。在再生和冷凝段各自内存在温度梯度的情况下，在各段中，流体可以两种状态存在：液态和气态。流体的液相将通常与所述流体的气相逆流地流动。
[0187]
可控制热传递步骤以在段入口和段出口之间诱导(引起)至少3℃、优选至少5℃、更优选至少10℃的温差。段入口和段出口之间的温差越小，能量增益就越大。
[0188]
特别地，考虑到该热传递步骤140，包含水蒸汽和co2的气体混合物(与通过在再生段30的方向上的热交换而冷却的壁接触)可被分成与所述壁接触进入液态的水和保留在气态中的co2。然后，液态的水滴到固体表面上，而co2占据结构的其余部分并离开冷凝段。
[0189]
因此，该方法包括允许形成液态的水以及富含co2的气体混合物的冷凝步骤150。
[0190]
有利地，富含co2的气体混合物将包括非常少量的水。
[0191]
下面的表1显示可借助于本发明实现的性能。
[0192]
表1：
[0193]
施加的压差评估的能量增益0巴0％2巴0.5％3巴10％5巴15％10巴20％15巴30％
[0194]
除了能量增益之外，本发明还可允许作为所施加的压差的函数的更好的脱水效率和更好的捕获效率。
[0195]
因此，本发明使得可通过简化的系统大大减少供应至化学吸收剂的再生步骤的热需求并在冷凝段的顶部产生具有比在通常的再生塔中使用的方法低的水含量的气体。
[0196]
结果，除了节能之外，所述方法还可使得可减少或消除对如下设备的需要：例如用于处理冷凝线路的冷却水的泵和系统，塔顶部的冷凝器，以及在一些配置中，在冷凝器下游的脱水器和干燥器。

技术特征：
1.用于捕获包含在气态流出物中的感兴趣的分子的方法(100)，所述方法实施：-在至少一个吸收塔(20)中通过液态的化学吸收剂捕获气态的感兴趣的分子以产生加载有所述感兴趣的分子的化学吸收剂的步骤(110)；-通过如下再生加载有所述感兴趣的分子的所述化学吸收剂的步骤(120)：供应热和溶剂以使所述化学吸收剂与所述感兴趣的分子离解，并产生再生的化学吸收剂以及包含所述溶剂和所述感兴趣的分子的气体混合物；和-冷凝步骤(150)，用于由包含所述溶剂和所述感兴趣的分子的所述气体混合物形成包含所述溶剂的液相和富含所述感兴趣的分子的气相；所述方法的特征在于：-所述再生步骤(120)在至少一个再生段(30)中实施；-所述冷凝步骤(150)在至少一个冷凝段(40)中实施；且特征在于，其包括如下步骤(130)：在所述至少一个冷凝段(40)的上游压缩包含所述溶剂和所述感兴趣的分子的所述气体混合物，使得所述至少一个冷凝段(40)中的压力比所述至少一个再生段(30)中的压力高至少2巴、优选至少2.5巴且更优选至少3巴；并且特征在于，所述方法包括在所述至少一个冷凝段(40)和所述至少一个再生段(30)之间的热传递步骤(140)。2.根据权利要求1所述的用于捕获感兴趣的分子的方法(100)，其特征在于，所述感兴趣的分子为co2，并且所述溶剂为水。3.根据权利要求2所述的用于捕获感兴趣的分子的方法(100)，其特征在于，供应热包括在所述至少一个冷凝段(40)和所述至少一个再生段(30)之间传递热并将水蒸汽流注入所述至少一个再生段(30)中的步骤(140)。4.根据权利要求1-3任一项所述的用于捕获感兴趣的分子的方法(100)，其特征在于，所述至少一个冷凝段(40)中的压力至少等于5巴，优选至少等于10巴，更优选至少等于15巴。5.根据权利要求1-4任一项所述的用于捕获感兴趣的分子的方法(100)，其特征在于，所述化学吸收剂包括选自如下的至少一种化合物：胺、氨和钾碳酸盐。6.根据权利要求1-4任一项所述的用于捕获感兴趣的分子的方法(100)，其特征在于，所述化学吸收剂包括哌嗪，优选尤其与至少一种胺和/或至少一种钾碳酸盐组合。7.根据权利要求1-5任一项所述的用于捕获感兴趣的分子的方法(100)，其特征在于，所述化学吸收剂由分层溶剂组成。8.根据权利要求1-7任一项所述的用于捕获感兴趣的分子的方法(100)，其特征在于，所述至少一个冷凝段(40)中的压力比所述至少一个再生段(30)中的压力高至少5巴。9.根据权利要求1-8任一项所述的用于捕获感兴趣的分子的方法(100)，其特征在于，所述方法使用串联组织的若干冷凝段(40)，各自在比前一冷凝段(40)的压力高的压力下操作。10.根据权利要求1-9任一项所述的用于捕获感兴趣的分子的方法(100)，其特征在于，其进一步包括加热在所述至少一个冷凝段(40)中形成的液体的步骤，所述加热经由微波辐射、太阳能或电阻来进行。11.用于捕获包含在气态流出物中的感兴趣的分子的系统(1)，用于捕获感兴趣的分子
的所述系统包括用于通过化学吸收剂捕获所述感兴趣的分子的至少一个吸收塔(20)，其特征在于，其进一步包括：-至少一个再生段(30)；-至少一个冷凝段(40)；-配置为维持所述至少一个冷凝段(40)中的压力比所述至少一个再生段(30)中的压力高至少2巴、优选至少2.5巴且更优选至少3巴的压缩机(60)；和-至少一个段间热交换器(43)，其布置成允许在所述至少一个冷凝段(40)和再生段(30)之间的热传递。12.根据权利要求11所述的用于捕获感兴趣的分子的系统(1)，其特征在于，其进一步包括位于所述至少一个再生段(30)的上游的倾析器。13.根据权利要求11-12任一项所述的用于捕获感兴趣的分子的系统(1)，其特征在于，所述压缩机(60)为冲击波压缩机。14.根据权利要求11-13任一项所述的用于捕获感兴趣的分子的系统(1)，其特征在于，所述至少一个再生段(30)和冷凝段(40)采取独立的塔的形式。15.根据权利要求11-14任一项所述的用于捕获感兴趣的分子的系统(1)，其特征在于，所述至少一个再生段(30)和冷凝段(40)集成在相同的塔中。16.根据权利要求11-15任一项所述的用于捕获感兴趣的分子的系统(1)，其特征在于，所述至少一个再生段(30)和冷凝段(40)同心地布置。17.根据权利要求11-16任一项所述的用于捕获感兴趣的分子的系统(1)，其特征在于，其包括至少三个冷凝段(40)。18.根据权利要求11-17任一项所述的用于捕获感兴趣的分子的系统(1)，其特征在于，所述段间热交换器(43)具有三重周期性最小表面。19.根据权利要求11-18任一项所述的用于捕获感兴趣的分子的系统(1)，其特征在于，所述冷凝段(40)和/或再生段(30)的壁的至少一部分具有三重周期性最小表面。20.根据权利要求11-19任一项所述的用于捕获感兴趣的分子的系统(1)，其特征在于：-所述至少一个吸收塔(20)被布置成允许通过液态的化学吸收剂捕获气态的感兴趣的分子以产生加载有所述感兴趣的分子的化学吸收剂；-所述至少一个再生段(30)被布置成允许通过如下再生加载有所述感兴趣的分子的所述化学吸收剂：供应热和溶剂以使经加载的化学吸收剂与所述感兴趣的分子离解，并产生再生的化学吸收剂以及包含所述溶剂和所述感兴趣的分子的气体混合物；以及-所述至少一个冷凝段(40)被布置成允许冷凝以由包含所述溶剂和所述感兴趣的分子的所述气体混合物形成包含所述溶剂的液相和富含所述感兴趣的分子的气相。21.根据权利要求11-20任一项所述的用于捕获感兴趣的分子的系统(1)，其特征在于，其被布置成使得所述感兴趣的分子为co2。22.工业设施，其配备有根据权利要求11-21之一所述的用于捕获感兴趣的分子的系统(1)。

技术总结
本发明涉及用于捕获包含在工业气态流出物中的感兴趣的分子的系统或方法，容许实施在至少一个再生段(30)中的再生步骤(120)、在至少一个冷凝段(40)中的冷凝步骤(150)、以及在冷凝段(40)的上游压缩包含溶剂和感兴趣的分子的气态混合物使得至少一个冷凝段(40)中的压力为至少一个再生段(30)中的压力至少3倍高的步骤(130)。该方法进一步包括在至少一个冷凝段(40)和至少一个再生段(30)之间的热传递步骤(140)。步骤(140)。步骤(140)。


技术研发人员：J
受保护的技术使用者：道达尔能源一技术
技术研发日：2020.12.24
技术公布日：2023/10/8