CN105392547A - 用于多单元气体处理的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

描述了用于气体处理的系统和方法，其使用的两个或更多个单元被公共液体空间流体地相互耦接。经由所述公共液体空间，每个单元可被耦接到流体出口。每个单元可包括吸收剂和/或其它气体处理设备。进料气体可被单独地供给到每个单元以进行处理。所述单元能够被单独地操作，使得不必同时操作全部单元。

Description

用于多单元气体处理的系统和方法
技术领域
本发明的领域是气体处理系统和方法。
背景技术
以下的背景技术讨论包括可能对于理解本发明有用的信息。其并非承认本文所提供的任何信息是现有技术或是与目前要求保护的发明有关，也并非承认明确地或隐含地引用的任何出版物是现有技术。
在二氧化碳(CO2)捕集领域、特别是低压、燃烧后的CO2捕集领域中，通常要处理大量的气体。由于法规和条例限制了从大型、单点排放源排出的CO2的量，必须要处理的气体的体积将变得越来越大。这些大的气体流需要多个系列的大规模气体处理塔，其通常占用宝贵的地块空间，这代表了很高的资金成本并增加了工厂的设备总数量。
随着可再生能量(例如太阳能、风能等)越来越普遍，以深度调节能力来操作动力和碳捕集装置是重要的。
本文所讨论的所有外来材料都通过引用将其全部并入本文中。在所并入的参考文献中的术语的定义或使用与本文所提供的该术语的定义不一致或相反的情况下，采用本文所提供的该术语的定义而不采用该参考文献中的该术语的定义。
因此，仍需要改进的气体处理系统和方法，其具有降低的复杂度而同时允许有扩展的能力以满足容量需求。
发明内容
本发明的主题提供了设备、系统和方法，其能够更高效地处理气体，并同时能减少所需的结构材料和时间、装备要求以及地块空间需求。
优选的系统包括一个或多个气体处理塔，每个气体处理塔具有外壳体。所述塔优选地以模块化的方式组合了被安置在外壳体内的两个或更多个单元，每个单元具有气-液接触区域。尤其优选的是，所述单元被相互流体耦接，并共享底部中的公共液体空间。所述单元中的至少一个可包括流体出口，来自每个单元的流体可通过该流体出口排出。这有利地减少了从单元移除流体所需的设备的数量。
优选的系统还是模块化的，使得能够快速地将额外的塔耦接到现有的气体处理塔，从而扩展系统的最大输出。另外，系统的模块化方式允许操作时和建造期间的灵活性，并简化了翻新改造和厂房扩建。
另外，本文讨论的本发明的主题允许将多个气体处理塔组合成单个模块化单元。在气体处理塔变得太大时(例如800MW的单元)，这样的单元通过使用多单元塔来进行气体处理而允许维持单个系列。
本文讨论的本发明的主题尤其适用于碳捕集系统，不过也可应用于例如包括烟道气脱硫和烟道气冷却的任何低压吸收系统中。
除非上下文表明了相反的内容，本文所阐述的所有范围应被解释为包括其端点，并且端部开放的范围应被解释为包括商业实用值。同样，除非上下文表明了相反的内容，所有的值的列表应被考虑为包括中间的值。
结合附图，本发明的主题的各种目的、特征、方面和优点将从以下优选实施例的详细描述变得明显，在附图中，相同的数字表示相同的部件。
附图说明
图1为具有至少两个单元的气体处理塔的一个实施例的示意图。
图2为具有四个单元的气体处理塔的另一个实施例的示意图。
图3A为具有N个单元的气体处理塔的另一个实施例的示意图。
图3B为图3A的气体处理塔的平面图。
图4为模块化气体处理系统的平面图，其容量能够从四个单元增加到八个单元。
图5为用于气体处理的方法的一个实施例的流程图。
具体实施方式
应该理解，所公开的技术提供了多种有利的技术效果，包括减少建造材料、设备要求以及地块空间需求，同时允许在操作时和建造期间具有灵活性。
接下来的讨论提供了本发明的主题的许多示例性实施例。虽然每个实施例代表了本发明的元件的单一组合，但本发明的主题被认为包括所公开的元件的所有可能的组合。因此，如果一个实施例包括元件A、B和C，并且第二个实施例包括元件B和D，那么即使未明确地公开，本发明的主题仍被认为包括A、B、C或D的其它剩余的组合。
在图1中，气体处理塔100被示出具有外壳体102。塔100优选地至少包括被安置在外壳体102内的第一和第二单元110和120。然而，可以预期的是，塔100可任选地包括三个或更多个单元。第一和第二单元110和120的每一个优选地分别包括气-液接触表面区域114和124，使得每个单元能清洗或以其他方式调节进入的气体。
尤其优选的是，第一和第二单元110和120经由共享的公共液体空间130被相互流体耦接(例如液体能在单元之间流动)。以这种方式，液体能够例如通过开口132而在单元110和120之间共享。如图1所示，第一和第二单元110和120被第一壁134分隔，第一壁134在第一壁134的底部中具有开口132，使得单元110和120的每一个内的液体能经由开口132流到另一个单元。这种塔100仅需要单列的通向塔100(例如液体入口150)以及来自塔100(例如流体出口140和泵142)的泵和管道，从而优化用地面积并减少设备数量和成本。为了促使液体从单元110被动移动到单元120，可预期是的，单元110和120中的一者或二者可包括向下倾斜的底板136。
可预期的是，塔100可由钢或内衬混凝土建造，不过也可使用任何商业上适当的材料。在使用混凝土的情况下，可进一步预期的是，混凝土可以内衬有塑料、瓷砖或其他不透的惰性材料。
流体出口140可被耦接到第二单元120，使得来自第一和第二单元110和120二者的流体能经由流体出口140排出。这是有利的，因为其通过使每个单元不再需要单独的出口管道而减少了塔100的管道的复杂度，同时还减少了泵和其它所需部件的总数量。
优选地，流体出口140包括至少一个泵142，以促进从塔100移除液体。在一些预期的实施例中，泵142可为立式罐形泵，以最小化容器裙围高度并取消抽吸管道和阀门。
多单元塔100通常将会具有与单元一样多的气体入口。因此，如图1所示，第一和第二单元110和120的每一个分别包括入口112和122。
有利地，与现有技术的塔构造相比，塔100最小化了地块空间，同时还由于每个单元能够被单独地操作而提供了操作灵活性，使得不必同时操作所有单元。这允许非常低的调节比。例如，可通过关闭单元110和120中的一个或多个而容易地下调多单元塔100。在这个问题上，可改变二氧化碳捕集装置的容量以匹配变化的电厂负荷。
单元110和120优选地以模块化方式建造，简化了通过将额外单元添加到现有系统而进行的改造或增容。这些额外的单元可有利地使用现有单元的现有流体入口和出口，从而减少了对额外设备和地块空间的需求。
塔100可进一步包括一个或多个排气出口160。如图1所示，出口160可被流体耦接到第一和第二单元110和120的每一个，然而每个单元可替代地具有其自己的出口。
图2示出了气体处理系统200，其具有被并排成组安置的四个单元210A-210D，然而还可预期将单元直列地安置。虽然未示出，单元210A-210D的每一个可包括气体入口212。公共液体空间230可将单元210A-210D相互流体耦接，并且将单元210A-210D耦接到流体出口240。单元210A-210B可经由将单元210A与单元210B隔开的壁中的开口232流体耦接。单元壁可包括另外的开口，从而允许单元210A-210D相互流体耦接。
替代地，可预期的是，单元210A-210B可被相互流体耦接并被流体耦接到流体出口240，并且单元210C-210D可被相互流体耦接并被流体耦接到第二流体出口。
单元210A可包括液体入口，其将流体供给到安置在单元210A内的分配器250。可进一步预期的是，液体入口还可将流体供给到单元210C以及也可能供给到单元210B和210D，以减少所需的液体入口的数量。在其它可预期的实施例中，单元可具有两个或更多个液体入口。例如，单元210A和210C可共享来自第一液体入口的流体，而单元210B和210D可共享来自第二液体入口的流体。
单元210A-210D可共享一个或多个排气出口。如图2所示，单元210A-210B可共享第一排气出口260，而单元210C-210D可共享第二排气出口262。替代地，每个单元可具有其自己的排气出口，该排气出口可以供给到或可以不供给到公共排气管。
图3A-3B示出了气体处理系统300的另一个实施例，其具有以直列方式安置的多个单元310A-310N，然而可预期的是，单元中的一些可被分组，例如具有单元的并排成组的塔。系统300可进一步包括多个塔，每个塔包括相互流体耦接的至少两个单元。
如图3A所示，单元310A-310N可经由过公共液体空间330流体耦接，并且流体被允许从一个单元经由将相邻单元隔开的壁中的开口332流到相邻单元。替代地，尽管是较不优选的，可使用管道或其它部件将液体从单元移动到另一单元。
单元310A-310N的每一个分别具有气-液接触系统314A-314N，其例如可用于碳捕集、直接接触冷却或其它气体处理工艺。
单元310A-310N可进一步包括共享的液体分配器350并且包括共享的排气管道360，液体分配器350被构造成将液体分配在每个单元310A-310N的至少一部分内。然而，可预期的是，单元310A-310N可被分隔成多组，每组具有一个或多个单元，每组包括单独的液体入口/分配器和/或排气管道。
图4示出了具有塔402的气体处理系统400的另一个实施例，其包括第一和第二单元410A-410B。如虚线所示，系统400可以按照模块化方式建造，从而允许通过在给定时间增加单元的数量或改变正在操作的单元数量来容易地改造或增大系统容量。后来添加的单元可经由公共液体空间流体耦接到现有单元410A-410B，从而使用现有单元的流体出口而不需要在图4所示之外的额外的设备和更多的空间。
图5示出了用于处理气体的方法的一个实施例。在步骤510中，烟道气流被供给到第一和第二单元，第一和第二单元被安置在公共壳体中并且共享公共液体空间。壳体可包括三个或更多个单元，这取决于系统的要求。
在步骤512中，第一和第二单元共享公共气体出口，并且在步骤514中，第一和第二单元的每一个包括碳捕集系统。可进一步预期的是，单元中的一者或二者可包括直接接触冷却器。在步骤516中，公共液体空间包括被安置在公共壳体的底部处的液体贮器。
在步骤520中，经由共享的第一液体入口将液体喷射到第一和第二单元的每一个中。在步骤530中，可有利地经由公共液体空间和被耦接到第一单元的流体出口从第二单元移除液体的至少一部分。这排除了分隔每个单元的流体出口的需要，从而减小了系统的整体占地面积。
任选地，在步骤540中，可根据待处理的烟道气的体积来关闭第二单元中的气体处理设备的操作。因此，例如，当待处理的气体体积较低时可减小系统的功率需求，并且可随着烟道气的体积增加而随后增大系统的功率需求。
在一些实施例中，用于描述和请求保护本发明的特定实施例的表示成分数量、性质(如浓度)、反应条件等的数字应当被理解为在一些情况中被术语“大约”修饰。相应地，在一些实施例中，在书面描述和所附权利要求中阐述的数值参数是近似值，其可根据具体实施方式试图获得的期望性质而变化。在一些实施例中，应根据所报告的有效数位的数量并通过采用普通的舍入方法来理解数值参数。尽管设定了本发明的一些实施例的宽广范围的数值范围和参数是近似值，但特定示例中所阐述的数值被报告为尽可能精确的。本发明的一些实施例中提供的数值可含有源自于它们各自试验测量中建立的标准偏差的某些误差。
如在本文的描述以及随后的通篇权利要求中所使用的，除非上下文另有明确说明，“一”、“一个”和“该”包括复数引用。此外，如在本文描述中所使用的，除非上下文另有明确说明，“在......中”的含义包括“在......中”和“在......上”。
本文中对数值范围的记载仅仅意图用作个别地引用落在该范围内的每个单独数值的速记法。除非在本文另有说明，每个单独数值被结合到说明书中，如同其在本文中被单独记载一样。除非本文另外指出或与上下文明显矛盾，可以以任何合适的顺序执行本文中所描述的所有方法。任何和所有示例、或相对于本文某些实施例提供的示例性语言(如“例如”)的使用仅仅意图更好地阐明本发明并且不造成对另外要求保护的本发明的范围的限制。说明书中的任何语言不应被解释为表示任何未要求保护的元件对实施本发明来说是重要的。
本文公开的本发明的替代元件或实施例的分组不应被解释为是限制性的。每个组的成员可被引用和单独要求保护或与该组其它成员或本文所记载的其他元件进行任意组合。为了方便和/或专利性的原因，组中的一个或多个成员可被包括在组中或从组中删除。当任何这类包括或删除发生时，本说明书在此被认为包含改动后的组，从而满足所附权利要求书中所使用的所有马库什组的书面描述。
如本文所使用的，并且除非上下文另外指示，术语“耦接到”意图包括直接耦接(其中，两个元件被相互耦接相互接触)和间接耦接(其中，至少一个另外的元件被安置在这两个元件之间)。因此，术语“耦接到”和“耦接于”在使用上是同义的。
本领域技术人员应当明白的是，除已经描述的内容外，在不脱离本文的发明概念的情况下，更多的修改是可能的。因此，本发明的主题仅仅被限制在所属权利要求的范围内。而且，在对说明书和权利要求进行解释时，应以与上下文一致的最宽的可能方式来解释所有术语。具体地，术语“包括”和“包含”应被解释为以非排他的方式引用元件、部件或步骤，表明所引用的元件、部件或步骤可被提供、或被使用、或与其它未明确引用的元件、部件或步骤相组合。在说明书权利要求书指的是选自包括A、B、C……和N的组中的至少一个的情况下，该文本应当被解释为仅需要来自该组的一个元件，而不是A加N或B加N等等。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种气体处理塔，包括：
外壳体，所述外壳体被构造成允许单元在所述外壳体内的模块化放置；
被安置在所述外壳体内的第一和第二单元，其中，所述第一和第二单元的每一个包括气-液接触表面区域，并且其中，所述第一和第二单元被相互流体耦接；和
流体出口，所述流体出口被耦接到所述第一和第二单元的每一个。
2.根据权利要求1所述的气体处理塔，其中，所述第一和第二单元共享公共液体空间。
3.根据权利要求2所述的气体处理塔，其中，所述公共液体空间被流体耦接到所述流体出口和第一泵。
4.根据权利要求1所述的气体处理塔，其中，所述第一和第二单元能够被单独地操作。
5.根据权利要求1所述的气体处理塔，其中，所述流体出口包括在所述外壳体的顶部中的气体出口，所述气体出口被流体耦接到所述第一和第二单元的每一个。
6.根据权利要求1所述的气体处理塔，其中，所述第一和第二单元的每一个被构造成接收进料气体。
7.根据权利要求1所述的气体处理塔，进一步包括液体入口，所述液体入口被构造成将液体分配在所述第一和第二单元的每一个的至少一部分中。
8.根据权利要求1所述的气体处理塔，其中，所述第一和第二单元被第一壁分隔，所述第一壁在第一壁的底部具有开口，使得每个单元中的液体能够经由所述开口流到相邻的单元。
9.根据权利要求1所述的气体处理塔，其中，所述第一和第二单元各自包括碳捕集系统。
10.根据权利要求9所述的气体处理塔，其中，所述第一和第二单元中的至少一个包括直接接触冷却器。
11.根据权利要求1所述的气体处理塔，进一步包括：
被安置在所述外壳体内的第三和第四单元；
其中，所述第一、第二、第三和第四单元被相互流体耦接；并且
其中，所述流体出口被耦接到所述第三和第四单元的每一个。
12.根据权利要求11所述的气体处理塔，进一步包括第一和第二气体出口，其中，所述第一气体出口被流体耦接到所述第一和第二单元，并且其中，所述第二气体出口被流体耦接到所述第三和第四单元。
13.根据权利要求11所述的气体处理塔，其中，所述第一、第二、第三和第四单元共享公共液体空间，并且其中，所述流体出口被耦接到所述公共液体空间。
14.一种用于气体处理的方法，包括：
根据待处理的气体的体积将烟道气流供给到被安置在公共壳体内的第一和第二单元，其中，所述第一和第二单元共享公共液体空间；
经由第一液体入口将液体喷射到所述第一和第二单元的每一个中；以及
经由所述公共液体空间和被耦接到所述第一单元的流体出口从所述第二单元移除所述液体的至少一部分。
15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括根据待处理的烟道气的体积来关闭所述第二单元中的气体处理设备的操作。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述第一和第二单元共享公共气体出口。
17.根据权利要求14所述的方法，其中，所述第一和第二单元的每一个包括碳捕集系统。
18.根据权利要求14所述的方法，其中，所述公共壳体包括在所述公共壳体的底部处的液体贮器，并且其中，所述公共液体空间包括所述液体贮器。

Claims (18)

1.一种气体处理塔，包括：
外壳体；
被安置在所述外壳体内的第一和第二单元，其中，所述第一和第二单元的每一个包括气-液接触表面区域，并且其中，所述第一和第二单元被相互流体耦接；和
流体出口，所述流体出口被耦接到所述第一和第二单元的每一个。
2.根据权利要求1所述的气体处理塔，其中，所述第一和第二单元共享公共液体空间。
3.根据权利要求2所述的气体处理塔，其中，所述公共液体空间被流体耦接到所述流体出口和第一泵。
4.根据权利要求1所述的气体处理塔，其中，所述第一和第二单元能够被单独地操作。
5.根据权利要求1所述的气体处理塔，其中，所述流体出口包括在所述外壳体的顶部中的气体出口，所述气体出口被流体耦接到所述第一和第二单元的每一个。
6.根据权利要求1所述的气体处理塔，其中，所述第一和第二单元的每一个被构造成接收进料气体。
7.根据权利要求1所述的气体处理塔，进一步包括液体入口，所述液体入口被构造成将液体分配在所述第一和第二单元的每一个的至少一部分中。
8.根据权利要求1所述的气体处理塔，其中，所述第一和第二单元被第一壁分隔，所述第一壁在第一壁的底部具有开口，使得每个单元中的液体能够经由所述开口流到相邻的单元。
9.根据权利要求1所述的气体处理塔，其中，所述第一和第二单元各自包括碳捕集系统。
10.根据权利要求9所述的气体处理塔，其中，所述第一和第二单元中的至少一个包括直接接触冷却器。
11.根据权利要求1所述的气体处理塔，进一步包括：
被安置在所述外壳体内的第三和第四单元；
其中，所述第一、第二、第三和第四单元被相互流体耦接；并且
其中，所述流体出口被耦接到所述第三和第四单元的每一个。
12.根据权利要求11所述的气体处理塔，进一步包括第一和第二气体出口，其中，所述第一气体出口被流体耦接到所述第一和第二单元，并且其中，所述第二气体出口被流体耦接到所述第三和第四单元。
13.根据权利要求11所述的气体处理塔，其中，所述第一、第二、第三和第四单元共享公共液体空间，并且其中，所述流体出口被耦接到所述公共液体空间。
14.一种用于气体处理的方法，包括：
将烟道气流供给到被安置在公共壳体内的第一和第二单元，其中，所述第一和第二单元共享公共液体空间；
经由第一液体入口将液体喷射到所述第一和第二单元的每一个中；以及
经由所述公共液体空间和被耦接到所述第一单元的流体出口从所述第二单元移除所述液体的至少一部分。
15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括根据待处理的烟道气的体积来关闭所述第二单元中的气体处理设备的操作。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述第一和第二单元共享公共气体出口。
17.根据权利要求14所述的方法，其中，所述第一和第二单元的每一个包括碳捕集系统。
18.根据权利要求14所述的方法，其中，所述公共壳体包括在所述公共壳体的底部处的液体贮器，并且其中，所述公共液体空间包括所述液体贮器。
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