RU2818188C2 - Biocatalyst-based co2 stripping techniques and similar systems - Google Patents
Biocatalyst-based co2 stripping techniques and similar systems Download PDFInfo
- Publication number
- RU2818188C2 RU2818188C2 RU2021125037A RU2021125037A RU2818188C2 RU 2818188 C2 RU2818188 C2 RU 2818188C2 RU 2021125037 A RU2021125037 A RU 2021125037A RU 2021125037 A RU2021125037 A RU 2021125037A RU 2818188 C2 RU2818188 C2 RU 2818188C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- stripping
- biocatalyst
- content
- solution
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 168
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 title claims abstract description 145
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 title claims abstract description 145
- 239000011942 biocatalyst Substances 0.000 title claims abstract description 97
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 claims abstract description 143
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 claims abstract description 143
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 121
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 89
- 239000011552 falling film Substances 0.000 claims abstract description 48
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 221
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 76
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 22
- 102000003846 Carbonic anhydrases Human genes 0.000 claims description 21
- 108090000209 Carbonic anhydrases Proteins 0.000 claims description 21
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 16
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 11
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 13
- 238000003795 desorption Methods 0.000 abstract description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 203
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 91
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 23
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 21
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 21
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 20
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 17
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 17
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 16
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 14
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 11
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 9
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 9
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 8
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 8
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 8
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 8
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 8
- 239000010408 film Substances 0.000 description 7
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 7
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 7
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 5
- 239000012876 carrier material Substances 0.000 description 5
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 5
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 5
- AFABGHUZZDYHJO-UHFFFAOYSA-N 2-Methylpentane Chemical compound CCCC(C)C AFABGHUZZDYHJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- RGSFGYAAUTVSQA-UHFFFAOYSA-N Cyclopentane Chemical compound C1CCCC1 RGSFGYAAUTVSQA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 4
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 4
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 4
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010793 Steam injection (oil industry) Methods 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 3
- -1 CHCl 2 Chemical compound 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 2
- XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N Cyclohexane Chemical compound C1CCCCC1 XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XSTXAVWGXDQKEL-UHFFFAOYSA-N Trichloroethylene Chemical group ClC=C(Cl)Cl XSTXAVWGXDQKEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004887 air purification Methods 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 2
- KFUSEUYYWQURPO-UPHRSURJSA-N cis-1,2-dichloroethene Chemical compound Cl\C=C/Cl KFUSEUYYWQURPO-UPHRSURJSA-N 0.000 description 2
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 2
- 235000013365 dairy product Nutrition 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 210000003743 erythrocyte Anatomy 0.000 description 2
- DMEGYFMYUHOHGS-UHFFFAOYSA-N heptamethylene Natural products C1CCCCCC1 DMEGYFMYUHOHGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 229960004624 perflexane Drugs 0.000 description 2
- ZJIJAJXFLBMLCK-UHFFFAOYSA-N perfluorohexane Chemical compound FC(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)F ZJIJAJXFLBMLCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- CZDYPVPMEAXLPK-UHFFFAOYSA-N tetramethylsilane Chemical compound C[Si](C)(C)C CZDYPVPMEAXLPK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 2
- KXDHJXZQYSOELW-UHFFFAOYSA-M Carbamate Chemical compound NC([O-])=O KXDHJXZQYSOELW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 108010093096 Immobilized Enzymes Proteins 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 description 1
- 210000004102 animal cell Anatomy 0.000 description 1
- 230000002210 biocatalytic effect Effects 0.000 description 1
- 239000012267 brine Substances 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 235000020186 condensed milk Nutrition 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 239000003431 cross linking reagent Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000001627 detrimental effect Effects 0.000 description 1
- 238000007865 diluting Methods 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 238000012239 gene modification Methods 0.000 description 1
- 230000005017 genetic modification Effects 0.000 description 1
- 235000013617 genetically modified food Nutrition 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 150000008282 halocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000009533 lab test Methods 0.000 description 1
- 239000002502 liposome Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 235000013336 milk Nutrition 0.000 description 1
- 239000008267 milk Substances 0.000 description 1
- 210000004080 milk Anatomy 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 150000003961 organosilicon compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000004801 process automation Methods 0.000 description 1
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M sodium;chloride;hydrate Chemical compound O.[Na+].[Cl-] HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000010025 steaming Methods 0.000 description 1
- 150000003512 tertiary amines Chemical class 0.000 description 1
- 125000001302 tertiary amino group Chemical group 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF TECHNOLOGY TO WHICH THE INVENTION RELATES
1. Настоящее изобретение в целом относится к способам улавливания СО2 на основе биокатализатора и, в частности, к техникам отпарки СО2 с применением газожидкостного контактора.1. The present invention generally relates to biocatalyst-based CO 2 capture methods and, in particular, to CO 2 stripping techniques using a gas-liquid contactor.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE ART
2. Некоторые известные способы улавливания СО2 основаны на применении фермента карбоангидразы для повышения эффективности улавливания СО2 абсорбирующими растворами. Эти способы состоят из двух основных блоков: абсорбционного блока для улавливания СО2 из СО2-содержащего газа, и блока отпарки, где абсорбированный СО2 высвобождается из абсорбирующего раствора, обогащенного СО2, и, следовательно, абсорбирующий раствор регенерируется.2. Some known methods of CO 2 capture are based on the use of the enzyme carbonic anhydrase to increase the efficiency of CO 2 capture by absorbent solutions. These processes consist of two main units: an absorption unit for capturing CO 2 from the CO 2 -containing gas, and a stripping unit, where the absorbed CO 2 is released from the CO 2 -enriched absorbent solution and hence the absorbent solution is regenerated.
3. Упрощенная конфигурация способа улавливания СО2 показана на Фигуре 1. Способ включает две зоны: абсорбционную зону, работающую при низкой температуре, и зону отпарки, работающую при более высокой температуре. В таком способе СО2-содержащий газ (1) подается в абсорбционный блок (2), где он перемещается вверх, вступая в контакт с водным абсорбирующим раствором (4). Когда газ контактирует с абсорбирующим раствором, СО2 абсорбируется раствором. Затем обработанный газ (3) покидает абсорбционный блок и высвобождается в атмосферу или направляется в другие установки для дальнейшей обработки или применения. Абсорбирующий раствор, содержащий абсорбированный СО2 (5), затем перекачивается (насос 6) через два теплообменника (7, 8), где его температура повышается, а затем подается в блок отпарки (9), где условия подобраны таким образом, что СО2 высвобождается из раствора, и раствор регенерируется. Теплообменник (8) часто является необязательным. Газ (19), выходящий из блока отпарки (9), подается в конденсатор (14), где пар конденсируется. Затем газожидкостный поток (20d) направляется в сепаратор (14а), где газ с высокой концентрацией СО2 (20b) выходит из сепаратора (14а) и направляется (компрессор/ вакуумный насос 36) для его применения или дальнейшей обработки (поток 20). Конденсированный пар (20а) возвращается в процесс. Часть абсорбирующего раствора с низким содержанием СО2, покидающего блок отпарки (10), направляется обратно в абсорбционный блок с помощью насоса (16), другая часть абсорбирующего раствора (11) с низким содержанием СО2 перекачивается насосом (17) в ребойлер (12). Затем раствор кипятят для получения пара, полученная парожидкостная смесь (13) направляется в блок отпарки (9). Пар движется вверх и действует как отпарной газ, способствуя десорбции СО2 из раствора. Перед подачей в абсорбер раствор (15) охлаждается через теплообменники (7, 18).3. A simplified configuration of the CO 2 capture method is shown in Figure 1. The method includes two zones: an absorption zone operating at a low temperature and a stripping zone operating at a higher temperature. In this method, CO 2 -containing gas (1) is supplied to the absorption unit (2), where it moves upward, coming into contact with an aqueous absorption solution (4). When the gas comes into contact with the absorbent solution, CO 2 is absorbed by the solution. The treated gas (3) then leaves the absorption unit and is released into the atmosphere or sent to other installations for further processing or use. The absorbent solution containing absorbed CO 2 (5) is then pumped (pump 6) through two heat exchangers (7, 8), where its temperature is raised, and then fed to the stripping unit (9), where conditions are selected such that CO 2 is released from solution and the solution is regenerated. A heat exchanger (8) is often optional. The gas (19) leaving the stripping unit (9) is supplied to the condenser (14), where the steam is condensed. The gas-liquid stream (20d) is then sent to a separator (14a) where the high CO 2 concentration gas (20b) exits the separator (14a) and is directed to (compressor/vacuum pump 36) for use or further processing (stream 20). Condensed steam (20a) is returned to the process. Part of the absorbent solution with a low CO 2 content leaving the stripping unit (10) is sent back to the absorption unit using a pump (16), the other part of the absorbent solution (11) with a low CO 2 content is pumped by a pump (17) to the reboiler (12) . Then the solution is boiled to produce steam, the resulting vapor-liquid mixture (13) is sent to the stripping unit (9). The steam moves upward and acts as a stripping gas, promoting the desorption of CO 2 from solution. Before being fed into the absorber, the solution (15) is cooled through heat exchangers (7, 18).
4. При применении в сочетании с вышеупомянутыми техниками абсорбирующий раствор обычно представляет собой щелочной раствор, характеризующийся рН выше 9, абсорбционный блок работает при температурах от 10 до 50°С, абсорбирующий раствор с высоким содержанием СО2 нагревают до температуры от 50 до 90°С перед подачей в блок отпарки, который может работать в условиях вакуума или давления, близкого к атмосферному. Следовательно, фермент, используемый в таких способах улавливания СО2, подвергается воздействию щелочного рН выше 9 и температур в диапазоне от 10 до 90°С, а, как известно, условия высокого рН и высоких температур негативно влияют на ферменты.4. When used in combination with the above techniques, the absorption solution is usually an alkaline solution characterized by a pH above 9, the absorption unit is operated at temperatures from 10 to 50°C, the high CO 2 absorption solution is heated to a temperature of 50 to 90°C before entering the stripping unit, which can operate under vacuum or near-atmospheric pressure. Consequently, the enzyme used in such CO 2 capture processes is exposed to an alkaline pH above 9 and temperatures ranging from 10 to 90° C., and high pH and high temperature conditions are known to negatively affect enzymes.
5. Большинство ссылок, описывающих способы улавливания СО2 на основе ферментов (на основе карбоангидразы), подчеркивают каталитическую роль фермента, способствующего повышению эффективности процесса улавливания СО2. Время жизни фермента в таких способах является ключевым вопросом, который решают в основном путем повышения термостабильности фермента несколькими способами.5. Most of the references describing enzyme-based CO 2 capture methods (carbonic anhydrase-based) emphasize the catalytic role of the enzyme to increase the efficiency of the CO 2 capture process. The lifetime of the enzyme in such methods is a key issue, which is solved mainly by increasing the thermal stability of the enzyme in several ways.
6. В первой стратегии фермент применяют в абсорбционной зоне способа, где температура способа, воздействию которой подвергается фермент, является самой низкой. Эту стратегию применяют по-разному: фермент может быть иммобилизован на насадочном материале, в то время как газожидкостный контактор представляет собой насадочную колонну, в такой конфигурации фермент всегда находится в абсорбере и, таким образом, подвергается воздействию низких температур. Фермент также может быть иммобилизован на микрочастицах в суспензии в абсорбирующем растворе. В такой конфигурации, как только абсорбирующий раствор покидает абсорбер, микрочастицы отделяют от абсорбирующего раствора с высоким содержанием СО2, и повторно вводят в абсорбирующий раствор перед его подачей в абсорбционный блок. Фермент можно применять в свободном виде или солюбилизированным в абсорбирующем растворе, и фермент отфильтровывают из раствора аналогично микрочастицам. В этой первой стратегии фермент подвергается воздействию только условий рН и температуры, присутствующих в абсорбционнной зоне способа.6. In the first strategy, the enzyme is applied in the absorption zone of the process, where the process temperature to which the enzyme is exposed is lowest. This strategy is applied in different ways: the enzyme can be immobilized on a packed material, while the gas-liquid contactor is a packed column, in this configuration the enzyme is always in the absorber and thus exposed to low temperatures. The enzyme can also be immobilized on microparticles in suspension in an absorbent solution. In this configuration, once the absorption solution leaves the absorber, the microparticles are separated from the high CO 2 absorption solution and reintroduced into the absorption solution before being supplied to the absorption unit. The enzyme can be used free or solubilized in an absorbent solution, and the enzyme is filtered from the solution in a manner similar to microparticles. In this first strategy, the enzyme is exposed only to the pH and temperature conditions present in the absorption zone of the process.
7. Во второй стратегии повышение стабильности фермента осуществляют с помощью ферментов карбоангидразы, устойчивых к условиям способа, выбранных из ферментов карбоангидразы из природных микроорганизмов или полученных путем генетической модификации с применением направленной эволюции для разработки ферментов, устойчивых к конкретным условиям процесса. Конечная цель этой второй стратегии заключается в разработке фермента, активного и устойчивого в рабочих условиях как в абсорбционной зоне, так и в зоне отпарки способа.7. In the second strategy, increasing enzyme stability is achieved using carbonic anhydrase enzymes that are resistant to process conditions, selected from carbonic anhydrase enzymes from naturally occurring microorganisms, or obtained through genetic modification using directed evolution to develop enzymes that are resistant to specific process conditions. The ultimate goal of this second strategy is to develop an enzyme that is active and stable under operating conditions in both the absorption and stripping zones of the process.
8. Третья стратегия состоит в объединении новых устойчивых ферментов, полученных в результате второй стратегии, с техниками иммобилизации и применении этого устойчивого иммобилизованного фермента только в абсорбционной зоне, или как в абсорбционной зоне, так и в зоне отпарки.8. The third strategy is to combine the new stable enzymes obtained from the second strategy with immobilization techniques and apply this stable immobilized enzyme only in the absorption zone, or in both the absorption zone and the stripping zone.
9. Все еще существуют возможности для усовершенствований, связанных с реализацией способа улавливания СО2 на основе биокатализатора, которые увеличили бы период полураспада биокатализатора в рабочих условиях.9. There is still room for improvements associated with the implementation of a biocatalyst-based CO 2 capture process that would increase the half-life of the biocatalyst under operating conditions.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯDISCLOSURE OF THE INVENTION
10. Варианты реализации способа улавливания СО2 на основе биокатализатора отвечают указанной выше потребности путем обеспечения вариантов проектирования способа с учетом минимизации или предотвращения воздействия на раствор, содержащий биокатализатор, в условиях образования пузырьков, при которых новые границы раздела газ-жидкость создаются посредством образования пузырьков, тем самым увеличивая срок службы биокатализатора. Условия образования пузырьков выполняются, например, при кипячении раствора, содержащего биокатализатор.10. Options for implementing a biocatalyst-based CO 2 capture method address the above need by providing process design options to minimize or prevent exposure of a solution containing the biocatalyst to bubble formation conditions, in which new gas-liquid interfaces are created through bubble formation, thereby increasing the service life of the biocatalyst. The conditions for the formation of bubbles are met, for example, when a solution containing a biocatalyst is boiled.
11. Настоящие технические решения относятся к способу улавливания СО2 на основе биокатализатора, который может включать приведение содержащего биокатализатор абсорбирующего раствора с высоким содержанием СО2, в контакт с отпарным газом в системе отпарки для создания движущей силы, которая десорбирует СО2 из содержащего биокатализатор абсорбирующего раствора с высоким содержанием СО2, с получением содержащего биокатализатор абсорбирующего раствора с низким содержанием СО2, и обогащенного СО2 газа.11. The present technical solutions relate to a biocatalyst-based CO 2 capture method, which may include bringing a biocatalyst-containing absorbent solution high in CO 2 into contact with a stripping gas from a stripping system to create a driving force that desorbs CO 2 from the biocatalyst-containing absorbent solution. a solution with a high CO 2 content, to obtain an absorbent solution containing a biocatalyst with a low CO 2 content, and a CO 2 enriched gas.
12. Система очистки включает газожидкостный контактор, который может представлять собой газожидкостный контактор прямого действия. Газожидкостный контактор прямого действия относится к устройству, обеспечивающему контакт между газовой фазой и жидкой фазой при отсутствии какого-либо физического барьера (например, мембран). В некоторых вариантах реализации газожидкостный контактор может быть выбран, например, из насадочной колонны, тарельчатой колонны, распылительного реактора, вращающегося насадочного слоя и испарителя с падающей пленкой.12. The purification system includes a gas-liquid contactor, which may be a direct-acting gas-liquid contactor. Direct acting gas-liquid contactor refers to a device that provides contact between a gas phase and a liquid phase in the absence of any physical barrier (such as membranes). In some embodiments, the gas-liquid contactor may be selected from, for example, a packed column, a tray column, a spray reactor, a rotating packed bed, and a falling film evaporator.
13. Биокатализатор можно применять в растворимой форме или в иммобилизованной форме, например, закрепленный на частицах или заключенный внутри пористой матрицы. Для обеих форм доставки биокатализатора, биокатализатор может находиться в потоке вместе с абсорбирующим раствором в абсорбционном блоке (в абсорбирующем растворе с высоким содержанием СО2) и в десорбционном блоке (в абсорбирующем растворе с низким содержанием СО2).13. The biocatalyst can be used in soluble form or in immobilized form, for example attached to particles or embedded within a porous matrix. For both forms of biocatalyst delivery, the biocatalyst may be in-stream with the absorption solution in an absorption unit (in a high CO 2 absorbent solution) and in a desorption unit (in a low CO 2 absorbent solution).
14. В первом аспекте предложен способ отпарки СО2, включающий генерирование отпарного газа и приведение абсорбирующего раствора с высоким содержанием СО2 в контакт с отпарным газом для получения абсорбирующего раствора с низким содержанием СО2 и газа с высоким содержанием СО2.14. In a first aspect, a CO 2 stripping method is provided, including generating a stripping gas and contacting a high CO 2 absorption solution with the stripping gas to produce a low CO 2 absorption solution and a high CO 2 gas.
15. Необязательно, по меньшей мере, часть или весь отпарной газ генерируют из части абсорбирующего раствора с низким содержанием СО2. В некоторых вариантах реализации способа отпарки СО2 генерирование отпарного газа включает подачу части абсорбирующего раствора с низким содержанием СО2 в блок генерации отпарного газа для получения отпарного газа, причем способ дополнительно включает подачу отпарного газа в газожидкостный контактор. Блок генерации отпарного газа может представлять собой испаритель с падающей пленкой, а газожидкостный контактор может представлять собой насадочную колонну, тарельчатую колонну или вращающийся насадочный слой.15. Optionally, at least part or all of the stripping gas is generated from a portion of the low CO 2 absorbent solution. In some embodiments of the CO 2 stripping method, generating the stripping gas includes supplying a portion of the low CO 2 absorbent solution to a stripping gas generation unit to produce stripping gas, the method further including supplying the stripping gas to a gas-liquid contactor. The boil-off gas generation unit may be a falling film evaporator, and the gas-liquid contactor may be a packed column, tray column, or rotating packed bed.
16. Кроме того, отпарной газ необязательно генерируют из абсорбирующего раствора с высоким содержанием СО2. В некоторых вариантах реализации способа отпарки СО2 генерирование отпарного газа включает нагревание абсорбирующего раствора с высоким содержанием СО2 в газожидкостном контакторе для получения отпарного газа и одновременной отпарки абсорбирующего раствора с высоким содержанием СО2. Газожидкостный контактор может представлять собой испаритель с падающей пленкой.16. In addition, the stripping gas is optionally generated from a high CO 2 absorbing solution. In some embodiments of the CO 2 stripping method, generating the stripping gas involves heating a high CO 2 absorbent solution in a gas-liquid contactor to produce stripping gas and simultaneously stripping the high CO 2 absorbing solution. The gas-liquid contactor may be a falling film evaporator.
17. В некоторых вариантах реализации абсорбирующий раствор представляет собой водный раствор на основе биокатализатора, и поэтому образующийся отпарной газ может включать пар.17. In some embodiments, the absorption solution is an aqueous biocatalyst solution and therefore the resulting stripping gas may include steam.
18. В другом аспекте предложен способ отпарки СО2, включающий конденсацию, по меньшей мере, части газа с высоким содержанием СО2, для генерирования отпарной жидкости, генерирование отпарного газа из отпарной жидкости и приведение абсорбирующего раствора с высоким содержанием СО2, в контакт с отпарным газом для получения абсорбирующего раствора с низким содержанием СО2 и обогащенного СО2 газа.18. In another aspect, a CO 2 stripping method is provided, comprising condensing at least a portion of a CO 2 -rich gas to generate a stripping liquid, generating a stripping gas from the stripping liquid, and bringing a CO 2 -rich absorbent solution into contact with stripping gas to obtain an absorbent solution with a low CO 2 content and CO 2 enriched gas.
19. В некоторых вариантах реализации генерирование отпарного газа из отпарной жидкости осуществляют в ребойлере, при этом отпарной газ подают в газожидкостный контактор прямого действия. Газожидкостный контактор прямого действия может представлять собой, например, насадочную колонну, тарельчатую колонну, распылительный реактор или вращающийся насадочный слой.19. In some embodiments, the generation of stripping gas from the stripping liquid is carried out in a reboiler, wherein the stripping gas is supplied to a direct gas-liquid contactor. The direct gas-liquid contactor may be, for example, a packed column, a tray column, a spray reactor, or a rotating packed bed.
20. В некоторых вариантах реализации отпарная жидкость представляет собой жидкость, содержащую воду, которая может представлять собой воду или водный раствор, такой как раствор соли (например, NaCl, KCl, K2CO3, Ka2CO3).20. In some embodiments, the stripping liquid is a liquid containing water, which may be water or an aqueous solution such as a salt solution (eg, NaCl, KCl, K 2 CO 3 , Ka 2 CO 3 ).
21. В других вариантах реализации отпарная жидкость представляет собой жидкое органическое соединение. Необязательно, отпарная жидкость может не смешиваться с водой и иметь более низкую плотность, чем вода. Кроме того, необязательно, отпарная жидкость может не смешиваться с водой и иметь более высокую плотность, чем вода. Например, жидкое органическое соединение может представлять собой углеводород СхНу, где х=5 или 6; или галогенированное углеводородное производное, включая гексан, циклогексан, циклопентан, цис-1,2-дихлорэтен, 2-метилпентан, трихлорэтилен, CHCl2, перфторгексан или кремнийорганическое соединение, такое как тетраметилсилан.21. In other embodiments, the stripping liquid is a liquid organic compound. Optionally, the stripping liquid may be immiscible with water and have a lower density than water. Additionally, the stripping liquid may optionally be immiscible with water and have a higher density than water. For example, the liquid organic compound may be a hydrocarbon CxHy, where x=5 or 6; or a halogenated hydrocarbon derivative including hexane, cyclohexane, cyclopentane, cis-1,2-dichloroethene, 2-methylpentane, trichlorethylene, CHCl 2 , perfluorohexane or an organosilicon compound such as tetramethylsilane.
22. В некоторых вариантах реализациях отпарной газ подают во множество отстоящих друг от друга мест, предпочтительно распределенных по высоте газожидкостного контактора. В других вариантах реализации абсорбирующий раствор с высоким содержанием СО2 отводят из различных секций газожидкостного контактора прямого действия для нагрева и повторно вводят в газожидкостный контактор через нагревательные контуры.22. In some embodiments, the stripping gas is supplied to a plurality of spaced locations, preferably distributed along the height of the gas-liquid contactor. In other embodiments, the high CO 2 absorbent solution is withdrawn from various sections of the direct gas-liquid contactor for heating and reintroduced into the gas-liquid contactor through heating circuits.
23. В дополнительном аспекте предложен способ отпарки СО2, включающий непосредственный контакт абсорбирующего раствора с высоким содержанием СО2, с отпарным газом для получения абсорбирующего раствора с низким содержанием СО2 и обогащенного СО2 газа, при этом отпарной газ является неконденсируемым газом. Следует отметить, что под непосредственным контактом понимается контакт между газовой фазой и жидкой фазой при отсутствии какого-либо физического барьера (например, мембран).23. In an additional aspect, there is provided a CO 2 stripping method comprising directly contacting a high CO 2 absorption solution with a stripping gas to produce a low CO 2 absorbing solution and a CO 2 -enriched gas, wherein the stripping gas is a non-condensable gas. It should be noted that direct contact refers to contact between the gas phase and the liquid phase in the absence of any physical barrier (for example, membranes).
24. В некоторых вариантах реализации, непосредственный контакт абсорбирующего раствора с высоким содержанием СО2 с отпарным газом осуществляется в насадочной колонне, тарельчатой колонне или во вращающемся насадочном слое (действующем как газожидкостный контактор).24. In some embodiments, direct contact of the high CO 2 absorbent solution with the stripping gas occurs in a packed column, tray column, or rotating packed bed (acting as a gas-liquid contactor).
25. В некоторых вариантах реализации неконденсируемый газ представляет собой воздух или азот.25. In some embodiments, the non-condensable gas is air or nitrogen.
26. В дополнительном аспекте предложен способ отпарки СО2, включающий минимизацию или предотвращение воздействия на абсорбирующий раствор с высоким содержанием СО2 условий образования пузырьков, при которых создаются новые границы раздела газ-жидкость посредством образования пузырьков, и отпарки СО2 из абсорбирующего раствора с высоким содержанием СО2.26. In an additional aspect, a method of stripping CO 2 is provided, comprising minimizing or preventing the exposure of a high CO 2 absorbent solution to bubble formation conditions in which new gas-liquid interfaces are created through the formation of bubbles, and stripping CO 2 from the high CO 2 absorbent solution. CO 2 content.
27. В другом аспекте предложен способ улавливания СО2 на основе биокатализатора, включающий приведение газа, содержащего СО2, в контакт с абсорбирующим раствором для получения абсорбирующего раствора с высоким содержанием СО2, и применение любого из указанных выше способов отпарки СО2 для десорбции СО2 из абсорбирующего раствора с высоким содержанием СО2, тем самым получая абсорбирующий раствор с низким содержанием СО2 и газ с высоким содержанием СО2.27. In another aspect, a biocatalyst-based CO 2 capture method is provided, comprising contacting a gas containing CO 2 with an absorption solution to obtain an absorption solution with a high CO 2 content, and using any of the above CO 2 stripping methods to desorption the CO 2 from a high CO 2 absorption solution, thereby obtaining a low CO 2 absorption solution and a high CO 2 gas.
28. В другом аспекте предложен способ десорбции СО2 из содержащего биокатализатор абсорбирующего раствора с высоким содержанием СО2, в испарителе, причем способ включает подачу содержащего биокатализатор абсорбирующего раствора с высоким содержанием СО2, в испаритель и нагревание содержащего биокатализатор абсорбирующего раствора с высоким содержанием СО2 для одновременного генерирования отпарного газа и создания движущей силы для десорбции СО2 из содержащего биокатализатор абсорбирующего раствора с высоким содержанием СО2. В некоторых вариантах реализации испаритель может представлять собой испаритель с падающей пленкой или его аналоги.28. In another aspect, there is provided a method for desorption of CO 2 from a biocatalyst-containing high-CO 2 absorption solution in an evaporator, the method comprising supplying a biocatalyst-containing high-CO 2 absorption solution to the evaporator and heating the biocatalyst-containing high-CO 2 absorption solution 2 to simultaneously generate a stripping gas and provide a driving force for the desorption of CO 2 from the biocatalyst-containing absorbent solution with a high CO 2 content. In some embodiments, the evaporator may be a falling film evaporator or equivalent.
29. В другом аспекте предложено применение испарителя для генерирования отпарного газа для отпарки СО2 из содержащего биокатализатор абсорбирующего раствора с высоким содержанием СО2, и получения содержащего биокатализатор абсорбирующего раствора с низким содержанием СО2. В некоторых вариантах реализации испаритель применяют для генерирования отпарного газа из содержащего биокатализатор абсорбирующего раствора с высоким содержанием СО2. В других вариантах реализации испаритель применяют для генерирования отпарного газа из содержащего биокатализатор абсорбирующего раствора с низким содержанием СО2. В некоторых вариантах реализации испаритель может представлять собой испаритель с падающей пленкой.29. In another aspect, it is proposed to use an evaporator to generate a stripping gas for stripping CO 2 from a biocatalyst-containing absorption solution with a high CO 2 content, and producing a biocatalyst-containing absorption solution with a low CO 2 content. In some embodiments, an evaporator is used to generate boil-off gas from a biocatalyst-containing absorption solution with a high CO 2 content. In other embodiments, an evaporator is used to generate boil-off gas from a biocatalyst-containing low CO 2 absorbent solution. In some embodiments, the evaporator may be a falling film evaporator.
30. Хотя изобретение будет описано в связи с примерными вариантами осуществления, следует понимать, что оно не предназначено для ограничения объема изобретения такими вариантами осуществления. Напротив, оно предназначено для охвата всех альтернатив, модификаций и эквивалентов, которые могут быть включены, как определено в настоящем описании. Цели, преимущества и другие особенности настоящего изобретения станут более очевидными и понятными после прочтения следующего неограничивающего описания настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи.30. Although the invention will be described in connection with exemplary embodiments, it should be understood that it is not intended to limit the scope of the invention to such embodiments. On the contrary, it is intended to cover all alternatives, modifications and equivalents that may be included as defined herein. The objects, advantages and other features of the present invention will become more apparent and understood after reading the following non-limiting description of the present invention with reference to the accompanying drawings.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
31. Варианты реализации способа улавливания СО2 на основе биокатализатора и сходных блоков представлены и также понимаются в связи со следующими фигурами.31. Embodiments of a biocatalyst-based CO 2 capture method and similar units are presented and also understood in connection with the following figures.
32. Фигура 1 представляет собой упрощенную схему способа улавливания СО2 на основе биокатализа, включающего абсорбционную зону и отпарную зону (уровень техники).32. Figure 1 is a simplified diagram of a biocatalysis-based CO 2 capture method including an absorption zone and a stripping zone (prior art).
33. Фигура 2 представляет собой упрощенную схему способа улавливания СО2 на основе биокатализатора, в котором ребойлер заменен испарителем с падающей пленкой.33. Figure 2 is a simplified diagram of a biocatalyst-based CO 2 capture method in which the reboiler is replaced by a falling film evaporator.
34. Фигура 2а представляет собой схематическое изображение испарителя с падающей пленкой.34. Figure 2a is a schematic illustration of a falling film evaporator.
35. Фигура 3 представляет собой схему конфигурации блока отпарки, в отпарной газ, необходимый для блока отпарки, подается через контур отпарного газа, согласно первому варианту реализации.35. Figure 3 is a configuration diagram of a stripper unit in which the stripping gas required for the stripper unit is supplied through a stripper gas loop according to the first embodiment.
36. Фигура 3а представляет собой схему конфигурации блока отпарки, где отпарной газ, необходимый для блока отпарки, подается через контур отпарного газа, согласно второму варианту реализации, при этом отпарной газ вводится через множество отверстий для нагнетания, распределенных вдоль высоты блока отпарки.36. Figure 3a is a diagram of a stripper configuration where the stripper gas required for the stripper is supplied through a stripper gas loop according to the second embodiment, wherein the stripper gas is introduced through a plurality of injection ports distributed along the height of the stripper.
37. Фигура 3b представляет собой схему конфигурации блока отпарки, в котором отпарной газ, необходимый для блока отпарки, подается через контур отпарного газа согласно третьему варианту реализации, в котором абсорбирующий раствор выводится из различных секций блока отпарки для нагрева и повторно вводится в блок отпарки через нагревательные контуры.37. Figure 3b is a configuration diagram of a stripper unit in which the stripper gas required for the stripper is supplied through a stripper gas loop according to a third embodiment in which the absorbent solution is withdrawn from various sections of the stripper unit for heating and reintroduced to the stripper unit through heating circuits.
38. Фигура 4 представляет собой схему способа улавливания СО2 на основе биокатализатора, включающего отпарной газ и испарительный контур согласно первому варианту реализации.38. Figure 4 is a diagram of a biocatalyst-based CO 2 capture method including a stripping gas and an evaporation loop according to the first embodiment.
39. Фигура 4а представляет собой схему способа улавливания СО2 на основе биокатализатора, включающего отпарной газ и испарительный контур согласно второму варианту реализации.39. Figure 4a is a diagram of a biocatalyst-based CO 2 capture method including a stripping gas and an evaporation loop according to a second embodiment.
40. Фигура 4b представляет собой схему способа улавливания СО2 на основе биокатализатора, включающего отпарной газ и испарительный контур согласно альтернативному варианту реализации, где газ, используемый в испарительном контуре, используется в системе с замкнутым контуром.40. Figure 4b is a diagram of a biocatalyst-based CO 2 capture method including a flash gas and a flash loop according to an alternative embodiment where the gas used in the flash loop is used in a closed loop system.
41. Фигура 5 представляет собой схему способа улавливания СО2 на основе биокатализатора, где отпарной газ, необходимый для блока отпарки, подается через контур отпарного газа, и где отпарная жидкость не смешивается с водой и имеет более низкую плотность, чем вода.41. Figure 5 is a diagram of a biocatalyst-based CO 2 capture method where the stripping gas required for the stripping unit is supplied through a stripping gas loop, and where the stripping liquid is immiscible with water and has a lower density than water.
42. Фигура 5а представляет собой схему способа улавливания СО2 на основе биокатализатора, где отпарной газ, необходимый для блока отпарки, подается через контур отпарного газа, и где отпарная жидкость не смешивается с водой и имеет более высокую плотность, чем вода.42. Figure 5a is a diagram of a biocatalyst based CO 2 capture process where the stripping gas required for the stripping unit is supplied through a stripping gas loop and where the stripping liquid is immiscible with water and has a higher density than water.
43. Фигура 6 представляет собой схему способа улавливания СО2 на основе биокатализатора, где отпарной газ, необходимый для блока отпарки, представляет собой газ, поступающий из внешнего источника.43. Figure 6 is a diagram of a biocatalyst based CO 2 capture method where the stripping gas required for the stripping unit is a gas supplied from an external source.
44. Фигура 6а представляет собой схему способа улавливания СО2 на основе биокатализатора, где отпарной газ, необходимый для блока отпарки, представляет собой газ, поступающий из внешнего источника и где газ нагревается перед подачей в блок отпарки.44. Figure 6a is a diagram of a biocatalyst-based CO 2 capture method where the stripping gas required for the stripper is a gas supplied from an external source and where the gas is heated before being supplied to the stripper.
45. Фигура 7 представляет собой схему способа улавливания СО2 на основе биокатализатора, где блок отпарки представляет собой испаритель с падающей пленкой, а отпарной газ представляет собой пар, испаренный из абсорбирующего раствора.45. Figure 7 is a diagram of a biocatalyst-based CO 2 capture method where the stripper unit is a falling film evaporator and the stripper gas is vapor evaporated from the absorption solution.
46. Фигура 7а представляет собой схему способа улавливания СО2 на основе биокатализатора, где блок отпарки состоит из двух испарителей с падающей пленкой, работающих параллельно, а отпарной газ представляет собой пар, испаренный из абсорбирующего раствора.46. Figure 7a is a diagram of a biocatalyst-based CO 2 capture method where the stripper unit consists of two falling film evaporators operating in parallel and the stripping gas is vapor evaporated from the absorption solution.
47. Фигура 7b представляет собой схему способа улавливания СО2 на основе биокатализатора, где блок отпарки состоит из двух испарителей с падающей пленкой, работающих последовательно, а отпарной газ представляет собой пар, испаренный из абсорбирующего раствора.47. Figure 7b is a diagram of a biocatalyst-based CO 2 capture process where the stripper unit consists of two falling film evaporators operating in series and the stripping gas is vapor evaporated from the absorption solution.
48. Фигура 7с представляет собой схему способа улавливания СО2 на основе биокатализатора, где блок отпарки состоит из двух испарителей с падающей пленкой, работающих последовательно, и где отпарной газ из первого испарителя с падающей пленкой является источником тепла для второго испарителя с падающей пленкой.48. Figure 7c is a schematic of a biocatalyst-based CO 2 capture method where the stripper unit consists of two falling film evaporators operating in series, and where the stripping gas from the first falling film evaporator is the heat source for the second falling film evaporator.
49. Хотя изобретение будет описано в связи с примерными вариантами осуществления, следует понимать, что оно не предназначено для ограничения объема изобретения этими вариантами осуществления. Напротив, оно предназначено для охвата всех альтернатив, модификаций и эквивалентов, которые могут быть включены, как определено в прилагаемой формуле изобретения.49. Although the invention will be described in connection with exemplary embodiments, it should be understood that it is not intended to limit the scope of the invention to these embodiments. On the contrary, it is intended to cover all alternatives, modifications and equivalents that may be included as defined in the appended claims.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯIMPLEMENTATION OF THE INVENTION
50. Настоящие технические решения относятся к области улавливания СО2 на основе биокатализаторов. Газ, содержащий СО2, может быть топочным газом после сгорания, технологическим газом, биогазом или природным газом из различных источников. В частности, настоящее изобретение относится к способам улавливания СО2 на основе карбоангидразы, в которых биокатализатор карбоангидраза присутствует в абсорбирующем растворе и протекает с этим раствором через газожидкостный контактор. Более конкретно, в настоящем изобретении раскрыты способы/процессы, позволяющие увеличить срок службы биокатализатора и снизить стоимость биокатализатора в технологии.50. These technical solutions relate to the field of CO 2 capture based on biocatalysts. The CO 2 -containing gas may be combustion flue gas, process gas, biogas or natural gas from various sources. In particular, the present invention relates to carbonic anhydrase-based CO 2 capture methods in which the carbonic anhydrase biocatalyst is present in an absorption solution and flows with that solution through a gas-liquid contactor. More specifically, the present invention discloses methods/processes to increase the life of the biocatalyst and reduce the cost of the biocatalyst technology.
51. Недавние исследования ясно продемонстрировали, что, помимо рН и температуры, третий параметр имеет очень важное влияние на стабильность биокаталитического процесса: скорость образования новых границ раздела газ-жидкость. Это явление происходит в абсорбционном блоке, блоке отпарки, и, что более важно, в ребойлере, присоединенном к блоку отпарки, который обеспечивает отпарной газ, обычно пар, путем кипячения абсорбирующего раствора. Было ясно продемонстрировано, что скорость потери активности биокатализатора напрямую связана со скоростью потока генерируемого пара в ребойлере. Фактически, именно высокая скорость кипения, обеспечивающая высокую скорость образования границы раздела газ-жидкость, в основном вызывает потерю активности биокатализатора в процессе улавливания СО2.51. Recent studies have clearly demonstrated that, in addition to pH and temperature, a third parameter has a very important influence on the stability of the biocatalytic process: the rate of formation of new gas-liquid interfaces. This phenomenon occurs in the absorption unit, the stripper unit, and, more importantly, in the reboiler attached to the stripper unit, which provides stripping gas, usually steam, by boiling the absorption solution. It has been clearly demonstrated that the rate of loss of biocatalyst activity is directly related to the flow rate of the generated steam in the reboiler. In fact, it is the high boiling rate, which provides a high rate of gas-liquid interface formation, that mainly causes the loss of biocatalyst activity during CO 2 capture.
52. В нижеследующем описании термин «примерно» означает в пределах допустимого диапазона ошибок для конкретного значения, как определено средним специалистом в данной области техники, что будет частично зависеть от того, как значение измеряется или определяется, т.е. ограничения системы измерения. Принято считать, что мера точности 10% является приемлемой и включает в себя термин «примерно».52. In the following description, the term "about" means within the acceptable range of error for a particular value, as determined by one of ordinary skill in the art, which will depend in part on how the value is measured or determined, i.e. limitations of the measurement system. It is generally accepted that a measure of accuracy of 10% is acceptable and includes the term "about".
53. В приведенном выше описании вариант осуществления представляет собой пример или реализацию настоящего изобретения. Различные варианты появления «одного варианта осуществления», «варианта осуществления», «некоторых вариантов осуществления» или «некоторых вариантов реализации» не обязательно все относятся к одним и тем же вариантам осуществления. Хотя различные признаки изобретения могут быть описаны в контексте одного варианта осуществления, эти признаки также могут быть предоставлены отдельно или в любой подходящей комбинации. И наоборот, хотя настоящее изобретение может быть описано здесь в контексте отдельных вариантов осуществления для ясности, настоящее изобретение также может быть реализовано в единственном варианте осуществления.53. In the above description, the embodiment is an example or implementation of the present invention. The various appearances of “one embodiment,” “an embodiment,” “some embodiments,” or “some embodiments” do not necessarily all refer to the same embodiments. Although various features of the invention may be described in the context of a single embodiment, these features may also be provided separately or in any suitable combination. Conversely, although the present invention may be described herein in the context of individual embodiments for the sake of clarity, the present invention may also be practiced in a single embodiment.
54. Стоит упомянуть, что во всем нижеследующем описании, когда единственное число и неопределенная форма используется для введения элемента, оно означает «только один», а скорее может означать «один или более». Также следует понимать, что если в описании указано, что компонент, признак, структура или характеристика «может», «мог бы», «может» или «мог быть» включены, этот конкретный компонент, признак, структура или характеристика не обязательно включены.54. It is worth mentioning that throughout the following description, when the singular and indefinite form is used to introduce an element, it means “only one,” but rather may mean “one or more.” It should also be understood that while the specification states that a component, feature, structure or characteristic "may", "could", "could" or "could" be included, that particular component, feature, structure or characteristic is not necessarily included.
55. Описанные в настоящее время техники улавливания СО2 на основе биокатализатора включают в себя контроль скорости образования границы раздела газ-жидкость, чтобы повлиять на срок службы биокатализатора. В частности, в настоящей заявке предложены способы, которые минимизируют образование новых границ раздела газ-жидкость и увеличивают срок службы биокатализатора в способе.55. Currently described biocatalyst-based CO 2 capture techniques involve controlling the rate of gas-liquid interface formation to influence the life of the biocatalyst. In particular, this application provides methods that minimize the formation of new gas-liquid interfaces and increase the life of the biocatalyst in the process.
56. Настоящее описание следует рассматривать в свете следующих определений: Абсорбер или абсорбционный блок.56. This description should be considered in the light of the following definitions: Absorber or absorption unit.
57. Абсорбер (также называемый в настоящей заявке абсорбционным блоком) представляет собой газожидкостный контактор, который может представлять собой, например, насадочную колонну, тарельчатую колонну или вращающийся насадочный слой.57. An absorber (also referred to herein as an absorption unit) is a gas-liquid contactor, which may be, for example, a packed column, a tray column, or a rotating packed bed.
Отпарная колоннаStripping column
58. Отпарная колонна (также называемая в настоящей заявке блоком отпарки) представляет собой газожидкостный контактор, который может представлять собой насадочную колонну, тарельчатую колонну, распылительный реактор, вращающийся насадочный слой или испаритель с падающей пленкой. 58. A stripper (also referred to herein as a stripper) is a gas-liquid contactor that can be a packed column, tray column, spray reactor, rotating packed bed, or falling film evaporator.
Абсорбирующий растворAbsorbing solution
59. Абсорбирующий раствор представляет собой водный раствор, который может включать по меньшей мере одно из следующих соединений: K2CO3, KHCO3, Na2CO3, NaHCO3, третичные амины, третичные алканоламины, третичные аминокислоты. Абсорбирующий раствор включает растворы, не образующие карбамат.59. The absorbent solution is an aqueous solution that may include at least one of the following compounds: K 2 CO 3 , KHCO 3 , Na 2 CO 3 , NaHCO 3 , tertiary amines, tertiary alkanolamines, tertiary amino acids. The absorbent solution includes solutions that do not form a carbamate.
Газ с высоким содержанием СО2 Gas with high CO 2 content
60. Газ с высоким содержанием СО2 представляет собой газовую фазу, выходящую из отпарной колонны, до любых последующих обработок или стадий способа.60. The CO 2 -rich gas is the gas phase leaving the stripping column, prior to any subsequent treatments or process steps.
БиокатализаторBiocatalyst
61. Биокатализаторы, которые можно применять в настоящих способах, выбраны из группы, состоящей из ферментов, липосом, микроорганизмов, клеток животных, клеток растений и любой их комбинации. Биокатализатор можно применять в растворимой форме или в иммобилизованной форме, то есть закрепленным на частице или заключенным внутри пористой матрицы. Для обеих форм доставки биокатализатора, биокатализатор находится в потоке вместе с абсорбирующим раствором в абсорбирующем блоке и десорбирующем блоке. Следует отметить, что биокатализатор предпочтительно может представлять собой фермент, такой как карбоангидраза. Фермент может присутствовать в абсорбирующем растворе в концентрации фермента примерно 0-2 г/л, необязательно примерно 0,05-1 г/л, также необязательно примерно 0,1-0,3 г/л.61. Biocatalysts that can be used in the present methods are selected from the group consisting of enzymes, liposomes, microorganisms, animal cells, plant cells, and any combination thereof. The biocatalyst can be used in soluble form or in immobilized form, that is, attached to a particle or embedded within a porous matrix. For both forms of biocatalyst delivery, the biocatalyst is in-line with the absorbent solution in an absorbent block and a stripping block. It should be noted that the biocatalyst may preferably be an enzyme such as carbonic anhydrase. The enzyme may be present in the absorbent solution at an enzyme concentration of about 0-2 g/L, optionally about 0.05-1 g/L, and optionally about 0.1-0.3 g/L.
62. Фермент карбоангидраза, который имеет относительно низкую молекулярную массу, может быть приготовлен как часть комплекса, чтобы увеличить его размер. Могут быть получены различные типы ферментных комплексов. Среди них есть комплексы с применением цельных клеток, таких как эритроциты. Однако при применении эритроцитов ферменты быстро вытекают и теряются. Карбоангидраза может быть иммобилизована на поверхности материала носителя микрочастиц, заключена в материале носителя микрочастиц или их комбинации. В другом необязательном аспекте карбоангидраза также может быть представлена в виде поперечно-сшитых ферментных агрегатов (CLEA), а материал носителя включает часть карбоангидразы и сшивающего агента. В еще одном необязательном аспекте карбоангидраза представлена в виде поперечно-сшитых ферментных кристаллов (CLEC), а материал носителя включает часть карбоангидразы. Выбранные материалы и способы должны обеспечивать стабилизацию фермента, чтобы сделать его более устойчивым к условиям процесса, позволять ферменту оставаться иммобилизованным, то есть фиксированным или захваченным на/в материале носителя при применении в процессе. Другими словами, материалы и химические связи (при применении химического способа) должны оставаться стабильными в течение длительного периода времени, чтобы обеспечить долгосрочную стабильность фермента в процессе.62. The enzyme carbonic anhydrase, which has a relatively low molecular weight, can be prepared as part of a complex to increase its size. Various types of enzyme complexes can be prepared. Among them there are complexes using whole cells, such as red blood cells. However, when red blood cells are used, enzymes quickly leak and are lost. Carbonic anhydrase may be immobilized on the surface of the microparticle carrier material, embedded in the microparticle carrier material, or a combination thereof. In another optional aspect, the carbonic anhydrase may also be presented in the form of cross-linked enzyme aggregates (CLEA), and the carrier material includes a portion of the carbonic anhydrase and a cross-linking agent. In yet another optional aspect, the carbonic anhydrase is provided in the form of cross-linked enzyme crystals (CLECs) and the carrier material includes a portion of the carbonic anhydrase. The materials and methods selected must stabilize the enzyme to make it more resistant to process conditions, allowing the enzyme to remain immobilized, that is, fixed or entrapped on/in the carrier material when applied to the process. In other words, the materials and chemical bonds (when using a chemical method) must remain stable over a long period of time to ensure long-term stability of the enzyme in the process.
63. В настоящем изобретении предложены способы снижения скорости потери активности биокатализатора в способах улавливания СО2 путем предложения альтернативных конфигураций способа, в которых кипение почти отсутствует, в где биокатализатор в абсорбирующем растворе протекает через абсорбционный и десорбционный блоки. Ниже рассмотрены три варианта.63. The present invention provides methods for reducing the rate of loss of biocatalyst activity in CO 2 capture processes by providing alternative process configurations in which there is little to no boiling, in which the biocatalyst in the absorbent solution flows through absorption and desorption units. Three options are discussed below.
64. В первом варианте пар получают путем направления абсорбирующего раствора с низким содержанием СО2 в испаритель вместо ребойлера. Ребойлер обычно применяют в способах улавливания СО2 для выработки пара из абсорбирующего раствора с низким содержанием СО2. Пар образуется при кипячении абсорбирующего раствора, т.е. когда в растворе образуются пузырьки водяного пара. Образование этих пузырьков пара приводит к образованию новых границ раздела газ/жидкость (пузырьки пара из абсорбирующего раствора), которые, как было установлено, вредны для биокатализатора. Чтобы свести к минимуму образование пузырьков, ребойлер (12) (Фигура 1) можно заменить испарителем, в котором рабочие условия подобраны таким образом, чтобы пар образовывался путем испарения, то есть вода испарялась на поверхности водного раствора. В таких рабочих условиях образование новых границ раздела газ/жидкость является минимальным и происходит исключительно за счет потока абсорбирующего раствора в испарителе. В таком устройстве почти исключено образование пузырьков, и поэтому фермент карбоангидраза подвергается минимальному воздействию новых границ раздела газ/жидкость.64. In the first option, steam is produced by sending a low CO 2 absorbent solution to an evaporator instead of a reboiler. A reboiler is commonly used in CO 2 capture processes to produce steam from a low CO 2 absorbent solution. Steam is generated when the absorbent solution is boiled, i.e. when water vapor bubbles form in a solution. The formation of these vapor bubbles results in the formation of new gas/liquid interfaces (vapor bubbles from the absorbent solution), which have been found to be detrimental to the biocatalyst. To minimize the formation of bubbles, the reboiler (12) (Figure 1) can be replaced by an evaporator, in which the operating conditions are selected so that steam is generated by evaporation, that is, water evaporates on the surface of the aqueous solution. Under such operating conditions, the formation of new gas/liquid interfaces is minimal and occurs solely due to the flow of the absorbent solution in the evaporator. In such a device, the formation of bubbles is almost eliminated, and therefore the carbonic anhydrase enzyme is minimally exposed to new gas/liquid interfaces.
65. Во втором варианте отпарной газ подается не после испарения или кипения абсорбирующего раствора, а из внешнего контура отпарного газа, где отпарной газ может конденсироваться, например, вода. Абсорбирующий раствор не подается в ребойлер и, следовательно, не подвергается никаким условиям кипения. Ребойлер (12) (Фигура 1) удален из конфигурации способа.65. In the second option, the stripping gas is supplied not after evaporation or boiling of the absorbent solution, but from the external stripping gas circuit, where the stripping gas can condense, for example, water. The absorbent solution is not fed to the reboiler and therefore is not subjected to any boiling conditions. The reboiler (12) (Figure 1) is removed from the process configuration.
66. В третьем варианте ребойлер (12) (Фигура 1) удален из процесса, и отпарной газ, необходимый для блока отпарки, представляет собой неконденсирующийся газ. Абсорбирующий раствор не подвергается кипячению. Отпарной газ представляет собой неконденсируемый газ, такой как воздух или азот.66. In a third embodiment, the reboiler (12) (Figure 1) is removed from the process and the stripping gas required for the stripping unit is a non-condensable gas. The absorbent solution is not boiled. The stripping gas is a non-condensable gas such as air or nitrogen.
67. Рабочие условия в абсорбционном блоке могут включать температуру абсорбции примерно 10-60°С и давление абсорбции примерно 1-40 бар. Рабочие условия в блоке отпарки могут включать температуру отпарки примерно 50-80°С и давление отпарки примерно 0,1-1 атм.67. Operating conditions in the absorption unit may include an absorption temperature of about 10-60°C and an absorption pressure of about 1-40 bar. Operating conditions in the stripping unit may include a stripping temperature of about 50-80°C and a stripping pressure of about 0.1-1 atm.
Вариант 1: Испаритель с падающей пленкойOption 1: Falling Film Evaporator
68. В первом варианте предложена замена ребойлера испарителем. Испарители применяют во многих отраслях промышленности, таких как пищевая, химическая, фармацевтическая и молочная промышленность, для концентрирования растворов или суспензий. В таких вариантах применения необходимо удалить воду из этих растворов или суспензий, чтобы получить продукт желаемого качества. В данных вариантах применения водяной пар отводится, тогда как конечным продуктом является концентрированный раствор. Например, для приготовления сгущенного молока из натурального молока выпаривают более 45% воды.68. In the first option, it is proposed to replace the reboiler with an evaporator. Evaporators are used in many industries, such as the food, chemical, pharmaceutical and dairy industries, to concentrate solutions or suspensions. In such applications, it is necessary to remove water from these solutions or suspensions to obtain a product of the desired quality. In these applications, the water vapor is removed while the end product is a concentrated solution. For example, to prepare condensed milk, more than 45% of the water is evaporated from natural milk.
69. Можно применять различные типы испарителей, а именно: испарители с принудительной циркуляцией, с естественной циркуляцией, с распределяемой пленкой, трубчатые и испарители восходящей пленкой, трубчатые испарители с падающей пленкой, трубчатые испарители с восходящей/падающей пленкой, пластинчатый испаритель с восходящей пленкой, пластинчатые испарители с падающей пленкой и пластинчатые испарители с восходящей/падающей пленкой. Среди них испарители с падающей пленкой (трубчатые или пластинчатые) являются предпочтительными, поскольку они обеспечивают очень короткое время пребывания в оборудовании, хорошие коэффициенты теплопередачи и могут работать в условиях вакуума, когда испарение воды происходит при более низких температурах по сравнению с атмосферным давлением или более высоким давлением. Он получил широкое признание для концентрирования термочувствительных продуктов в пищевой промышленности.69. Various types of evaporators can be used, namely: forced circulation, natural circulation, distributed film, tubular and rising film evaporators, tubular falling film evaporators, tubular rising/falling film evaporators, plate rising film evaporators, falling film plate evaporators and rising/falling film plate evaporators. Among them, falling film evaporators (tubular or plate) are preferred as they provide very short residence times, good heat transfer coefficients and can operate under vacuum conditions where water evaporation occurs at lower temperatures compared to atmospheric pressure or higher pressure. It is widely accepted for concentrating heat-sensitive products in the food industry.
70. Схематическое изображение трубчатого испарителя с падающей пленкой представлено на Фигуре 2а. Трубчатый испаритель с падающей пленкой (2а-7) состоит из кожуха и трубок. Концентрируемая жидкость (2а-3) подается в верхней части испарителя в распределитель. Распределитель предназначен для равномерного распределения жидкости по каждой трубке. Это важно, чтобы избежать появления сухих участков на поверхности трубок, которые могут снизить производительность. Жидкость подается внутрь стенок, где образует пленку. Пленка жидкости опускается вниз под действием силы тяжести. Нисходящий поток усиливается параллельным нисходящим потоком образующегося пара. Это приводит к образованию более тонкой и быстро движущейся пленки, сокращает время контакта с жидкостью и улучшает коэффициенты теплопередачи. Нагревающая текучая среда (2а-1), которая может представлять собой пар, горячую воду или любую горячую текучую среду, обладающую энергией, позволяющей воде испаряться из жидкости, подается в оболочку и обеспечивает тепловую энергию, необходимую для нагрева нагреваемой жидкости для концентрирования и выпаривания воды из жидкости. Смесь жидкость/пар выводится из системы (2а-4). Нагревающая текучая среда, теперь в конденсированной форме и/или при более низкой температуре, выходит из оболочки в нижней части (2а-2). Остаточная жидкость пленки и пар разделяются в нижней части оболочки и в расположенном ниже по потоку сепараторе капель (2а-8). Концентрированная жидкость (2а-5) выходит в нижней части сепаратора, в то время как пар (2а-6) собирается в верхней части сепаратора. Часть концентрированной жидкости может быть возвращена обратно на вход испарителя для обеспечения достаточного смачивания трубок. Особенностями испарителя с падающей пленкой являются щадящее испарение, в основном проводимое в условиях вакуума, чрезвычайно короткое время пребывания жидкости в испарителе, низкий перепад давления, высокая энергоэффективность, позволяющая работать при небольшой разнице температур между технологической и нагревающей текучей средой, простое управление процессом и автоматизация, гибкое управление. Этот тип испарителя особенно подходит для продуктов, чувствительных к температуре. 71. Основываясь на вышеуказанных преимуществах испарителя с падающей пленкой, ребойлер можно заменить испарителем с падающей пленкой. Соответствующая конфигурация способа показана на Фигуре 2. Сначала СО2-содержащий газ (1), подается в абсорбционный блок (2). Газообразный СО2 абсорбируется противотоком абсорбирующего раствора (4). Очищенный газ (3) с низким содержанием СО2, выводится из процесса улавливания СО2 в атмосферу или направляется для применения или дополнительной обработки. Абсорбирующий раствор с высоким содержанием СО2 (5) перекачивается (6) и протекает через два теплообменника (7) и (8) для повышения его температуры перед его входом в блок отпарки (9). Теплообменник (8) не является обязательным. В случае, когда используется теплообменник (8), который позволяет испарять часть воды из раствора, образовавшийся пар может быть извлечен и закачан ниже в насадку блока отпарки (9), чтобы действовать как отпарной газ (без иллюстрации). Абсорбирующий раствор (10) с низким содержанием СО2 выходит из блока отпарки (9). Часть потока (10), потока (11), перекачивается (17) в испаритель (21), где раствор нагревается и вода испаряется. Образуется поток (22). Поток (22) содержит пар, концентрированный абсорбирующий раствор с низким содержанием, и может также содержать газообразный СО2. Поток (22) пара собирается и направляется в блок отпарки (9). Газ (19) с высоким содержанием СО2, выходящий из блока отпарки (9), может подаваться в конденсатор (14), где пар конденсируется. Затем газожидкостный поток (20d) направляется в сепаратор (14а), где газ с высокой концентрацией СО2 (20b) выходит из сепаратора (14а) и направляется через компрессор/вакуумный насос (36) для дальнейшего применения или обработки в виде потока (20). Конденсированный пар (20а) возвращается в процесс для смешивания с регенерированным абсорбирующим раствором (4). Поток (20 с) представляет собой подачу технологической воды.70. A schematic representation of a tubular falling film evaporator is shown in Figure 2a. The tubular falling film evaporator (2a-7) consists of a casing and tubes. The concentrated liquid (2a-3) is supplied to the distributor at the top of the evaporator. The distributor is designed to distribute liquid evenly throughout each tube. This is important to avoid dry spots on the surface of the tubes, which can reduce performance. The liquid is fed inside the walls, where it forms a film. The liquid film falls down under the influence of gravity. The downward flow is enhanced by the parallel downward flow of the resulting steam. This results in a thinner, faster moving film, reducing fluid contact time and improving heat transfer coefficients. A heating fluid (2a-1), which may be steam, hot water, or any hot fluid having the energy to evaporate water from a liquid, is supplied to the shell and provides the thermal energy necessary to heat the liquid to be heated to concentrate and evaporate the water. from liquid. The liquid/steam mixture is removed from the system (2a-4). The heating fluid, now in condensed form and/or at a lower temperature, exits the shell at the bottom (2a-2). Residual film liquid and vapor are separated at the bottom of the shell and in the downstream droplet separator (2a-8). The concentrated liquid (2a-5) comes out at the bottom of the separator, while the steam (2a-6) collects at the top of the separator. Some of the concentrated liquid can be returned back to the evaporator inlet to ensure sufficient wetting of the tubes. The features of the falling film evaporator are gentle evaporation, mainly carried out under vacuum conditions, extremely short residence time of the liquid in the evaporator, low pressure drop, high energy efficiency allowing operation with a small temperature difference between the process and heating fluid, simple process control and automation, flexible management. This type of evaporator is especially suitable for temperature sensitive products. 71. Based on the above advantages of falling film evaporator, the reboiler can be replaced by falling film evaporator. The corresponding configuration of the method is shown in Figure 2. First, CO 2 -containing gas (1) is supplied to the absorption unit (2). CO 2 gas is absorbed by the countercurrent of the absorbent solution (4). Purified gas (3) with a low CO 2 content is removed from the CO 2 capture process into the atmosphere or sent for use or additional processing. The CO 2 -rich absorbent solution (5) is pumped (6) and flows through two heat exchangers (7) and (8) to raise its temperature before entering the stripping unit (9). The heat exchanger (8) is optional. In the case where a heat exchanger (8) is used, which allows some of the water from the solution to evaporate, the resulting steam can be recovered and pumped down into the stripper nozzle (9) to act as a stripping gas (not illustrated). An absorbent solution (10) with a low CO 2 content leaves the stripping unit (9). Part of the stream (10), stream (11), is pumped (17) into the evaporator (21), where the solution is heated and the water evaporates. Flow (22) is formed. Stream (22) contains steam, a low content concentrated absorbent solution, and may also contain CO 2 gas. The steam stream (22) is collected and sent to the stripping unit (9). The CO 2 -rich gas (19) leaving the stripper (9) can be fed to a condenser (14) where the steam is condensed. The gas-liquid stream (20d) is then directed to a separator (14a) where the high CO2 concentration gas (20b) exits the separator (14a) and is directed through a compressor/vacuum pump (36) for further use or processing as a stream (20) . The condensed steam (20a) is returned to the process to be mixed with the regenerated absorbent solution (4). The flow (20 s) represents the process water supply.
72. В альтернативной конфигурации, которая не проиллюстрирована, поток (22) может подаваться в сепаратор, в котором газовая и жидкая фазы могут быть разделены и собраны отдельно. Жидкая фаза (концентрированный раствор) может быть направлена обратно в резервуар в нижней части блока отпарки (9) или смешана с потоком (10) или (15) для направления в абсорбционный блок (2). Затем газовая фаза может быть направлена обратно в отпарную колонну (9). В отличие от пищевой, молочной, фармацевтической и химической промышленности, газовая и жидкая фазы повторно закачиваются в один и тот же технологический блок (блок отпарки (9)), тогда как в пищевой промышленности концентрированный раствор и пар имеют разное назначение. Еще одно отличие от традиционного заключается в том, что необходимо выпарить менее 20% (по массе) раствора.72. In an alternative configuration, which is not illustrated, stream (22) may be supplied to a separator in which the gas and liquid phases may be separated and collected separately. The liquid phase (concentrated solution) can be sent back to the reservoir at the bottom of the stripping unit (9) or mixed with the stream (10) or (15) to be directed to the absorption unit (2). The gas phase can then be sent back to the stripping column (9). Unlike the food, dairy, pharmaceutical and chemical industries, the gas and liquid phases are re-injected into the same process unit (stripping unit (9)), while in the food industry the concentrated solution and steam have different purposes. Another difference from the traditional one is that less than 20% (by weight) of the solution must be evaporated.
73. Вариант 2: Контур отпарного газа73. Option 2: Boil-off gas circuit
74. Во втором варианте ребойлер удаляют из способа и заменяют внешним контуром отпарного газа (Фигура 3). Контур отпарного газа представляет собой процесс, в котором отпарную жидкость применяют для получения отпарного газа. Отпарная жидкость из резервуара (25) направляется (27) в ребойлер (24) и подвергается кипячению с образованием пара, действующего как отпарной газ (28), который вводится в нижнюю часть отпарной колонны (9). Отпарной газ проходит вверх через отпарную колонну, где он контактирует с абсорбционным раствором с высоким содержанием СО2 (поток 5'), обеспечивая десорбцию СО2 и испарение воды из раствора. Смесь (19) отпарного пара/водяного пара/СО2 выходит из отпарной колонны и направляется в конденсатор (14). Отпарной газ и водяной пар конденсируются (26) и перемещаются в резервуар (25). Резервуар содержит отпарную жидкость и жидкую воду. В зависимости от природы отпарной жидкости могут быть приняты различные конфигурации способа, как будет описано ниже. Газ (20b) с высокой концентрацией СО2 сжимается (36) и выходит из процесса (поток 20) для дальнейшего применения или хранения. Абсорбирующий раствор с низким содержанием СО2 выходит из блока отпарки (поток 10) и перекачивается (насос 16) в абсорбционный блок (поток 15). Поток (27а) представляет собой питающий поток для отпарной жидкости.74. In the second option, the reboiler is removed from the process and replaced with an external boil-off gas loop (Figure 3). The stripping gas loop is a process in which stripping liquid is used to produce stripping gas. The stripping liquid from the reservoir (25) is sent (27) to the reboiler (24) and is boiled to form steam, acting as a stripping gas (28), which is introduced into the bottom of the stripping column (9). The stripping gas passes upward through the stripper column, where it contacts the high CO 2 absorption solution (stream 5'), desorption of the CO 2 and evaporation of water from the solution. The stripping steam/steam/CO 2 mixture (19) leaves the stripping column and is sent to the condenser (14). The stripping gas and water vapor are condensed (26) and moved to a tank (25). The reservoir contains stripping liquid and liquid water. Depending on the nature of the stripping liquid, different process configurations can be adopted, as will be described below. The gas (20b) with a high concentration of CO 2 is compressed (36) and exits the process (stream 20) for further use or storage. An absorbent solution with a low CO 2 content leaves the stripping unit (stream 10) and is pumped (pump 16) into the absorption unit (stream 15). Stream (27a) is the feed stream for the stripping liquid.
75. Также следует отметить, что поток (27) может быть нагрет до температуры, близкой к температуре ребойлера, с применением теплообменника, перед его входом в ребойлер (не показан на Фигуре 3).75. It should also be noted that stream (27) can be heated to a temperature close to that of the reboiler using a heat exchanger before entering the reboiler (not shown in Figure 3).
76. В первом варианте осуществления отпарной пар (28) можно вводить на разной высоте (от 28а до 28g) вдоль отпарной колонны, как показано на Фигуре 3а. Эта конфигурация позволяет свести к минимуму температурный градиент по всей отпарной колонне и повысить производительность отпарки. Пар, действующий как отпарной газ, движется вверх через отпарную колонну и контактирует с абсорбирующим раствором с высоким содержанием СО2. По мере того протекания абсорбирующего раствора вниз, и вследствие градиента концентрации СО2 между отпарным газом и абсорбирующим раствором, СО2 десорбируется. Пар также может конденсироваться в растворе. Газ (19) с высоким содержанием СО2, выходящий из отпарной колонны (9), содержит отпарной газ, водяной пар и СО2; и направляется в конденсатор (14), где конденсируется вода и образуется газ (20b) с высокой концентрацией СО2. Затем газ (20b) с высокой концентрацией СО2 сжимается в компрессоре (36) и направляется в виде потока (20) в дополнительные установки для применения, обработки и/или хранения.76. In the first embodiment, stripping steam (28) can be introduced at different heights (from 28a to 28g) along the stripping column, as shown in Figure 3a. This configuration minimizes the temperature gradient throughout the stripper column and increases stripping productivity. The steam, acting as a stripping gas, moves upward through the stripping column and comes into contact with the CO 2 -rich absorbent solution. As the absorbent solution flows downward, and due to the CO 2 concentration gradient between the stripping gas and the absorbent solution, the CO 2 is desorbed. Steam may also condense in the solution. The CO 2 -rich gas (19) leaving the stripping column (9) contains stripping gas, water vapor and CO 2 ; and is sent to the condenser (14), where water is condensed and gas (20b) with a high concentration of CO 2 is formed. The high CO 2 concentration gas (20b) is then compressed in a compressor (36) and sent as a stream (20) to additional units for use, processing and/or storage.
77. В другом варианте осуществления, показанном на Фигуре 3b, отпарной пар (28) вводится в нижнюю часть отпарной колонны. Однако в разных секциях отпарной колонны абсорбирующий раствор отводится с помощью насоса, затем нагревается с помощью теплообменника, а затем возвращается в блок отпарки. Несколько нагревательных контуров, такие как 29, 30 и 31, могут присутствовать по высоте отпарной колонны. Абсорбирующий раствор может быть отведен из нижней части насадочного слоя и повторно закачан в верхнюю часть того же насадочного слоя. В качестве альтернативы абсорбирующий раствор может быть отведен из верхней части насадочного слоя и повторно закачан в нижнюю часть того же насадочного слоя.77. In another embodiment, shown in Figure 3b, stripping steam (28) is introduced into the bottom of the stripping column. However, in different sections of the stripping column, the absorbent solution is withdrawn using a pump, then heated using a heat exchanger, and then returned to the stripping unit. Several heating circuits, such as 29, 30 and 31, may be present along the height of the stripping column. The absorbent solution can be withdrawn from the bottom of the packed bed and reinjected into the top of the same packed bed. Alternatively, the absorbent solution may be withdrawn from the top of the packed bed and reinjected into the bottom of the same packed bed.
78. Для обоих вариантов реализации количество нагревательных контуров или отверстий для нагнетания зависит от высоты колонны, энергии, необходимой для нагнетания, и экономики процесса.78. For both implementations, the number of heating loops or injection ports depends on the height of the column, the energy required for injection, and the economics of the process.
79. Два предыдущих варианта осуществления, то есть разные места нагнетания и нагревательные контуры, также можно применять к конфигурации способа, показанной на Фигуре 2.79. The two previous embodiments, i.e. different injection locations and heating circuits, can also be applied to the method configuration shown in Figure 2.
80. Что касается природы отпарной жидкости, ключевыми свойствами соответствующей отпарной жидкости являются следующие:80. Regarding the nature of the stripping liquid, the key properties of the appropriate stripping liquid are the following:
81. Она должна находиться в паровой или газовой фазе в условиях операции отпарки.81. It must be in the vapor or gas phase under the conditions of the stripping operation.
82. Паровая или газовая фаза должна легко конденсироваться при температуре немного ниже температуры отпарки.82. The vapor or gas phase should condense easily at a temperature slightly below the stripping temperature.
83. Отпарные жидкости могут быть выбраны из воды, водных растворов и жидких органических соединений, обладающих соответствующими свойствами. Жидкости или растворы можно разделить на два класса: смешивающиеся с водой и несмешивающиеся с водой. В зависимости от свойств жидкостей или растворов возможны различные конфигурации способа, как описано ниже.83. Stripping liquids can be selected from water, aqueous solutions and liquid organic compounds having appropriate properties. Liquids or solutions can be divided into two classes: water-miscible and water-immiscible. Depending on the properties of the liquids or solutions, various process configurations are possible, as described below.
Отпарная жидкость: Жидкость, содержащая водуStripping liquid: Liquid containing water
84. В первом варианте осуществления отпарная жидкость содержит воду. Она может представлять собой чистую воду или водный раствор, например, солевой раствор (NaCl, KCl, K2CO3, Na2CO3). Концентрация соли может быть отрегулирована для достижения желаемой температуры кипения. Когда водный раствор применяют в качестве отпарной жидкости, его состав или концентрация соли регулируются таким образом, чтобы температура кипения раствора была немного выше, чем рабочая температура блока отпарки.84. In the first embodiment, the stripping liquid contains water. It can be pure water or an aqueous solution, for example, saline solution (NaCl, KCl, K 2 CO 3 , Na 2 CO 3 ). The salt concentration can be adjusted to achieve the desired boiling point. When an aqueous solution is used as stripping liquid, its composition or salt concentration is adjusted so that the boiling point of the solution is slightly higher than the operating temperature of the stripper.
85. Отпарной пар, покидающий ребойлер, имеет температуру, равную температуре отпарки, или немного выше, чтобы образовался перегретый пар. Предпочтительно температура отпарного пара, покидающего ребойлер, не более чем на 15°С выше, чем температура отпарки, более предпочтительно, не более чем на 10°С выше, чем в блоке отпарки, и наиболее предпочтительно не более чем на 5°С выше температуры отпарки. Способ представляет собой такой, как описано на Фигурах 3, 3а и 3b. Поскольку процесс отпарки является эндотермическим, существует вероятность того, что отпарной пар конденсируется в блоке отпарки. Как следствие, вода будет смешиваться с абсорбирующим раствором на водной основе, разбавляя абсорбирующий раствор и, следовательно, изменяя характеристики процесса. Чтобы уменьшить влияние конденсации воды и разбавления абсорбирующего раствора, раскрыты различные конфигурации способа, которые показаны на Фигурах 4, 4а и 4b.85. The stripping steam leaving the reboiler is at a temperature equal to the stripping temperature or slightly higher to produce superheated steam. Preferably, the temperature of the stripping steam leaving the reboiler is no more than 15°C higher than the stripper temperature, more preferably no more than 10°C higher than the stripper temperature, and most preferably no more than 5°C higher than the stripper temperature steaming. The method is as described in Figures 3, 3a and 3b. Since the stripping process is endothermic, there is a possibility that the stripping steam will condense in the stripping unit. As a consequence, water will mix with the water-based absorbent solution, diluting the absorbent solution and therefore changing the process characteristics. To reduce the effect of water condensation and dilution of the absorbent solution, various process configurations are disclosed, which are shown in Figures 4, 4a and 4b.
86. Ссылаясь на Фигуры 4, 4а и 4b, пар образуется в контуре отпарного газа, где отпарная жидкость представляет собой воду или солевой раствор. Способ дополнительно включает испарительный контур для поддержания качества абсорбирующего раствора перед подачей в абсорбер.86. Referring to Figures 4, 4a and 4b, steam is generated in the stripping gas loop, where the stripping liquid is water or brine. The method further includes an evaporation circuit to maintain the quality of the absorbent solution before entering the absorber.
87. Первая конфигурация способа показана на Фигуре 4. Описание сосредоточено на контуре отпарного газа и управлении конденсированным отпарным паром в контуре испарения. В нижней части отпарной колонны резервуар разделен на два отсека 9а и 9b. Отсек 9а содержит абсорбирующий раствор с низким содержанием СО2, а отсек 9b содержит отпарную жидкость, которая может представлять собой воду или водный раствор. Жидкость из отсека 9b перекачивается (насос 44) в ребойлер (24). Жидкость кипит, образуется водяной пар (пар) (47), который вводится в качестве отпарного пара в нижнюю часть отпарной колонны (9). Температура водяного пара зависит от композиции раствора и рабочей температуры в ребойлере. Отпарной пар движется вверх и контактирует с нисходящим абсорбирующим раствором, содержащим СО2. Когда оба потока контактируют, СО2 выделяется из абсорбирующего раствора, вода может испаряться из абсорбирующего раствора, отпарной пар остывает, и часть отпарного пара может конденсироваться и объединяться с абсорбирующим раствором. Отпарной пар покидает отпарную колонну вместе с выделившимся газом СО2 и водяным паром (19). Газовая смесь (19) направляется в конденсатор (14), где конденсируются пар и отпарной пар. Смесь (34) газ/жидкость направляется в резервуар (32), где жидкая и газовая фазы разделяются. Газовая фаза (35) с высокой концентрацией СО2, выходящая из резервуара (32), сжимается (36) и направляется (поток 20) в дополнительные блоки обработки, процессы или блоки хранения. Жидкая фаза (40), покидающая резервуар, затем смешивается с потоком (45) до его входа в ребойлер (24). Абсорбирующий раствор (10) с низким содержанием СО2, который может иметь повышенное содержание воды из-за сконденсированного отпарного пара, перекачивается (насос 16) и направляется к теплообменникам (7) и (18) перед подачей в абсорбционный блок (2). Часть потока (15), потока (42), направляется в испарительный контур.87. A first configuration of the method is shown in Figure 4. The description focuses on the stripe gas loop and control of the condensed stripe steam in the evaporator loop. At the bottom of the stripping column, the tank is divided into two compartments 9a and 9b. Compartment 9a contains a low CO 2 absorbent solution, and compartment 9b contains stripping liquid, which may be water or an aqueous solution. The liquid from compartment 9b is pumped (pump 44) to the reboiler (24). The liquid boils, producing water vapor (steam) (47), which is introduced as stripping steam into the bottom of the stripping column (9). The steam temperature depends on the solution composition and the operating temperature of the reboiler. The stripping steam moves upward and comes into contact with the descending absorbent solution containing CO 2 . When both streams are in contact, CO 2 is released from the absorbent solution, water can evaporate from the absorbent solution, the stripping steam cools, and a portion of the stripping steam can condense and combine with the absorbent solution. The stripping steam leaves the stripping column along with the evolved CO 2 gas and water vapor (19). The gas mixture (19) is sent to the condenser (14), where the steam and stripping steam are condensed. The gas/liquid mixture (34) is directed to a reservoir (32), where the liquid and gas phases are separated. The gas phase (35) with a high concentration of CO 2 leaving the reservoir (32) is compressed (36) and sent (stream 20) to additional processing units, processes or storage units. The liquid phase (40) leaving the tank is then mixed with the stream (45) before it enters the reboiler (24). The low CO 2 absorbent solution (10), which may have a higher water content due to condensed stripping steam, is pumped (pump 16) and directed to heat exchangers (7) and (18) before being supplied to the absorption unit (2). Part of the stream (15), stream (42), is sent to the evaporation circuit.
88. Задачей испарительного контура является удаление воды, добавленной к абсорбирующему раствору в отпарной колонне, и восстановление исходной композиции абсорбирующего раствора. Испарительный контур включает испарительный барабан (48), работающий при давлении ниже, чем давление в блоке отпарке. При входе в испарительный барабан (48) часть воды, присутствующей в растворе, испаряется. Жидкая фаза (58), выходящая из испарительного барабана (48), имеющая пониженное содержание воды, перекачивается (насос 59), и поток (60) смешивается с потоком (15'). Пар, образующийся в испарительном барабане (57), направляется в компрессор (49), а затем в охлаждающую установку (50), где вода частично конденсируется. Смесь газ/жидкость (51) направляется в резервуар (52), где разделяются газовая и жидкая фазы. Газовая фаза (53) выбрасывается в атмосферу. Поток (53) состоит из СО2 и водяного пара. Жидкая фаза (54), в основном состоящая из воды, восстанавливается, перекачивается (поток 56) и в конечном итоге смешивается с потоками (45) и (40) в контуре отпарного газа. В качестве альтернативы поток (54) может быть смешан с потоком (15').88. The purpose of the evaporation loop is to remove water added to the absorbent solution in the stripping column and restore the original composition of the absorbent solution. The evaporation circuit includes an evaporation drum (48) operating at a pressure lower than the pressure in the stripper. Upon entering the evaporation drum (48), part of the water present in the solution evaporates. The liquid phase (58) leaving the flash drum (48), having a reduced water content, is pumped (pump 59) and the stream (60) is mixed with the stream (15'). The steam generated in the evaporation drum (57) is sent to the compressor (49) and then to the cooling unit (50), where the water is partially condensed. The gas/liquid mixture (51) is directed to a reservoir (52), where the gas and liquid phases are separated. The gas phase (53) is released into the atmosphere. Stream (53) consists of CO 2 and water vapor. The liquid phase (54), mainly consisting of water, is recovered, pumped (stream 56) and ultimately mixed with streams (45) and (40) in the boil-off gas loop. Alternatively, stream (54) may be mixed with stream (15').
89. В альтернативной конфигурации испарительный барабан можно заменить испарителем с падающей пленкой.89. In an alternative configuration, the evaporation drum can be replaced by a falling film evaporator.
90. Вторая конфигурация способа показана на Фигуре 4а. Этот второй вариант осуществления является аналогичным варианту осуществления на Фигуре 4 в отношении контура отпарного газа. В этом втором варианте осуществления лишняя вода, присутствующая в абсорбирующем растворе, удаляется после ее циркуляции через теплообменник (7), но до ее поступления в холодильник (18). Часть потока (15') направляется в насадочную колонну (65). Поток (61) подается в верхнюю часть колонны и течет вниз через насадочный материал. По мере движения он контактирует с сухим газом или с газом ниже его уровня водонасыщенности (63). Часть воды, присутствующей в абсорбирующем растворе, испаряется и выходит из насадочной колонны с газовым потоком (64). Поток (64) может быть высвобожден в атмосферу или восстановлен для дополнительной обработки. Абсорбирующий раствор, покидающий насадочную колонну (62), имеющий пониженное содержание воды, смешивается с абсорбционным потоком (15') с низким содержанием СО2. Затем смесь (15'') охлаждают и подают в абсорбционную колонну (2).90. A second configuration of the method is shown in Figure 4a. This second embodiment is similar to the embodiment in Figure 4 with respect to the boil-off gas circuit. In this second embodiment, excess water present in the absorbent solution is removed after it has circulated through the heat exchanger (7) but before it enters the refrigerator (18). Part of the flow (15') is directed to a packed column (65). Stream (61) is supplied to the top of the column and flows down through the packing material. As it moves, it comes into contact with dry gas or gas below its water saturation level (63). Some of the water present in the absorbent solution evaporates and exits the packed column with the gas stream (64). Stream (64) may be released to the atmosphere or recovered for further processing. The absorption solution leaving the packed column (62), having a reduced water content, is mixed with the absorption stream (15') with a low CO 2 content. The mixture (15'') is then cooled and fed into the absorption column (2).
91. Третья конфигурация способа показана на Фигуре 4b. Этот третий вариант осуществления является аналогичным варианту осуществления, показанному на Фигуре 4а. Как и в предыдущем варианте осуществления, лишняя вода, присутствующая в абсорбирующем растворе (15) с низким содержанием СО2, удаляется после его циркуляции через теплообменник (7), но до входа в холодильник (18). Часть (61) потока (15') направляется в насадочную колонну (65). Поток (61) подается в верхнюю часть колонны и течет вниз через насадочный материал. По мере движения он контактирует с сухим газом или с газом ниже его уровня водонасыщенности (63с). Часть воды, присутствующей в абсорбирующем растворе, испаряется и выходит из насадочной колонны с газовым потоком (64). Поток (64) может быть восстановлен и отправлен в теплообменник (14а), где газ охлаждается, а пар конденсируется. Смесь газ/жидкость (34а) направляют в сепаратор газа/жидкости (32а). Газовый поток (35а), выходящий из сепаратора (32а), подается в вентилятор (36а). Затем он может быть частично выпущен в атмосферу (63а) и/или отправлен обратно (63b) к входу в насадочную колонну (65). Поток воды (40а), покидающий сепаратор (32а), направляется обратно в контур отпарного газа в резервуаре (32). В качестве альтернативы, и не показано, часть потока (40а) может быть смешана с потоком (62) или (15''). Абсорбирующий раствор (62) с низким содержанием, выходящий из насадочной колонны (65), имеющий пониженное содержание воды, смешивается с абсорбирующим потоком (15') с низким содержанием СО2 с образованием смеси (15''). Затем смесь (15'') охлаждается в холодильнике (18) и подается в абсорбционную колонну (2). Поток (63) представляет собой питающий поток.91. A third method configuration is shown in Figure 4b. This third embodiment is similar to the embodiment shown in Figure 4a. As in the previous embodiment, excess water present in the low CO 2 absorption solution (15) is removed after it circulates through the heat exchanger (7) but before entering the refrigerator (18). A portion (61) of the flow (15') is directed to a packed column (65). Stream (61) is supplied to the top of the column and flows down through the packing material. As it moves, it comes into contact with dry gas or gas below its water saturation level (63c). Some of the water present in the absorbent solution evaporates and exits the packed column with the gas stream (64). Stream (64) can be recovered and sent to heat exchanger (14a) where the gas is cooled and the steam is condensed. The gas/liquid mixture (34a) is sent to a gas/liquid separator (32a). The gas stream (35a) leaving the separator (32a) is supplied to the fan (36a). It may then be partially released into the atmosphere (63a) and/or sent back (63b) to the inlet of the packed column (65). The water stream (40a) leaving the separator (32a) is directed back to the boil-off gas circuit in the tank (32). Alternatively, and not shown, a portion of stream (40a) may be mixed with stream (62) or (15''). The low water content absorbent solution (62) exiting the packed column (65) is mixed with the low CO 2 absorbent stream (15') to form a mixture (15''). Then the mixture (15'') is cooled in the refrigerator (18) and fed into the absorption column (2). Stream (63) is a feed stream.
Отпарная жидкость: Жидкое органическое соединениеStripping liquid: Liquid organic compound
92. Чтобы жидкое органическое соединение считалось подходящей отпарной жидкостью, оно должно удовлетворять следующим критериям:92. For a liquid organic compound to be considered a suitable stripping liquid, it must satisfy the following criteria:
- находиться в парообразном или газообразном состоянии в условиях работы блока отпарки;- be in a vapor or gaseous state under operating conditions of the stripping unit;
- находиться в жидком состоянии при температурах немного ниже рабочей температуры отпарной колонны;- be in a liquid state at temperatures slightly below the operating temperature of the stripping column;
- не смешиваться с водными растворами. Это свойство облегчит отделение органического соединения от водного раствора и предотвратит растворение соединения в водном растворе.- do not mix with aqueous solutions. This property will facilitate the separation of the organic compound from the aqueous solution and will prevent the compound from dissolving in the aqueous solution.
93. Исходя из предыдущих критериев, органическое соединение может представлять собой:93. Based on the previous criteria, an organic compound may be:
- углеводород СхНу, где х=5 или 6;- hydrocarbon CxHy, where x=5 or 6;
- галогенированное углеводородное производное;- halogenated hydrocarbon derivative;
- любое другое соединение, отвечающее вышеуказанным критериям.- any other compound that meets the above criteria.
94. Некоторые соединения-кандидаты представляют собой гексан, циклогексан, циклопентан, цис-1,2-дихлорэтен, 2-метилпентан, трихлорэтилен, CHCl2, перфторгексан и тетраметилсилан.94. Some candidate compounds are hexane, cyclohexane, cyclopentane, cis-1,2-dichloroethene, 2-methylpentane, trichlorethylene, CHCl 2 , perfluorohexane and tetramethylsilane.
95. Реализация данной стратегии показана на Фигуре 5. Описание сосредоточено на блоке отпарки и контуре отпарного газа, а также на управлении конденсированным отпарным паром. Отпарная жидкость хранится в резервуаре (25). Она перемещается (поток 66) в ребойлер (24). Отпарная жидкость подвергается кипению и образуется пар или отпарной пар (47), который вводится в нижнюю часть отпарной колонны (9). Температура отпарного пара выше, чем рабочая температура в отпарной колонне (9). Отпарной пар движется вверх и контактирует с нисходящим абсорбирующим раствором (5'), содержащим СО2. Когда оба потока контактируют, СО2 выделяется из абсорбирующего раствора, вода испаряется из водного абсорбирующего раствора, отпарной пар охлаждается, но остается в системе в газообразном состоянии. Отпарной пар не конденсируется, поскольку его температура кипения ниже температуры в отпарной колонне. Отпарной пар покидает отпарную колонну вместе с выделившимся газом СО2 и водяным паром (19). Газ (19) с высоким содержанием СО2 направляется в конденсатор, где пар и отпарной пар конденсируются в воду и отпарную жидкость. Воду и отпарную жидкость (26) перемещают в резервуар (25). Поскольку две жидкие фазы не смешиваются, их можно разделить, а затем использовать по отдельности. В случае, если отпарная жидкость имеет более низкую плотность, чем вода, отпарная жидкость (66) собирается в верхней части резервуара и затем подается в бойлер (24). Вода восстанавливается (67) и объединяется с абсорбирующим раствором с низким содержанием СО2 между теплообменниками (7) и (18). Газ (20b) с высокой концентрацией СО2 сжимается (36) и затем выходит из процесса (20) для дальнейшего использования, обработки или хранения. В случае если отпарная жидкость более плотная, чем вода, процесс будет таким, как показано на Фигуре 5а. В обоих случаях поток (66а) обеспечивает подпитку отпарной жидкости.95. The implementation of this strategy is shown in Figure 5. The description focuses on the stripper unit and stripper gas loop, as well as the control of the condensed stripper steam. The stripping liquid is stored in a tank (25). It moves (stream 66) to the reboiler (24). The stripping liquid boils and produces steam or stripping steam (47), which is introduced into the bottom of the stripping column (9). The stripping steam temperature is higher than the operating temperature in the stripping column (9). The stripping steam moves upward and contacts the descending absorbent solution (5') containing CO 2 . When both streams are in contact, CO 2 is released from the absorbent solution, water evaporates from the aqueous absorbent solution, and the stripping steam is cooled but remains in the system in a gaseous state. The stripping steam does not condense because its boiling point is lower than the temperature in the stripping column. The stripping steam leaves the stripping column along with the evolved CO 2 gas and water vapor (19). The CO2 -rich gas (19) is sent to a condenser where the steam and stripping steam are condensed into water and stripping liquid. Water and stripping liquid (26) are transferred to a tank (25). Because the two liquid phases are immiscible, they can be separated and then used separately. In case the stripping liquid has a lower density than water, the stripping liquid (66) is collected at the top of the tank and then fed to the boiler (24). The water is recovered (67) and combined with the low CO 2 absorbent solution between heat exchangers (7) and (18). The gas (20b) with a high concentration of CO 2 is compressed (36) and then exits the process (20) for further use, processing or storage. If the stripping liquid is denser than water, the process will be as shown in Figure 5a. In both cases, stream (66a) provides replenishment of the stripping liquid.
96. Для обеих конфигураций теплообменник (8) (как показано на Фигурах 1 и 2) может быть добавлен для нагрева абсорбирующего раствора с высоким содержанием, подаваемого в отпарную колонну (9). Нагревательный контур, подобный показанному на Фигуре 3b, может быть добавлен к нижней части отпарной колонны для нагрева абсорбирующего раствора с низким содержанием, находящегося в резервуаре ниже насадочного материала. Эти добавки могут потребоваться для поддержания надлежащих температурных условий в блоке отпарки. Эти дополнительные стадии и связанное с ними оборудование могут быть объединены с различными вариантами осуществления способа, раскрытыми в настоящем документе, в которых отпарная колонна представляет собой насадочную колонну.96. For both configurations, a heat exchanger (8) (as shown in Figures 1 and 2) can be added to heat the high content absorbent solution fed to the stripping column (9). A heating loop similar to that shown in Figure 3b can be added to the bottom of the stripper column to heat the low content absorbent solution located in the tank below the packing material. These additives may be required to maintain proper temperature conditions in the stripper. These additional steps and associated equipment may be combined with various process embodiments disclosed herein in which the stripping column is a packed column.
Вариант 3: Внешний отпарной газOption 3: External boil-off gas
97. В этом третьем варианте ребойлер (12) (Фигура 1) удаляют из способа. Отпарной газ подается с применением внешнего неконденсируемого газа (в условиях процесса). Примерами подходящих неконденсируемых газов являются воздух и азот. Конфигурация способа, соответствующая этому варианту, показана на Фигуре 6. Сначала СО2-содержащий газ (1), подается в абсорбционный блок (2). Газообразный СО2 абсорбируется противотоком абсорбирующего раствора (4). Очищенный газ (3) с низким содержанием СО2, выводится из процесса улавливания СО2 в атмосферу или направляется для применения или дополнительной обработки. Абсорбирующий раствор (5) с высоким содержанием СО2 перекачивается (насос 6) и направляется в первый теплообменник (7). Нагретый раствор с высоким содержанием СО2, содержащий биокатализатор (5'), нагревают в теплообменнике (8) и затем подают в отпарную колонну (9). Теплообменник (8) не является обязательным. Раствор течет вниз, контактирует с отпарным газом, выходит из отпарной колонны (10) и перекачивается (насос 16) в теплообменник (7), а затем в теплообменник (18), а затем поток (4) подается в абсорбционную колонну (2). Отпарной газ (68) вводится в нижнюю часть насадки отпарной колонны. Газ течет вверх, контактирует с абсорбирующим раствором, вследствие наличия градиента концентрации между газовой фазой и жидкой фазой СО2 десорбируется из раствора, а вода испаряется. Газ (19), выходящий из отпарной колонны (9), состоит из СО2, воды и отпарного газа. Затем поток (19) подается в конденсатор (14), где водяной пар конденсируется и отправляется обратно в процесс (70). Газ (69), содержащий СО2 и отпарной газ, выбрасывают в атмосферу, отправляют на хранение или применяют в различных процессах.97. In this third embodiment, the reboiler (12) (Figure 1) is removed from the process. The stripping gas is supplied using external non-condensable gas (under process conditions). Examples of suitable non-condensable gases are air and nitrogen. The process configuration corresponding to this embodiment is shown in Figure 6. First, CO 2 -containing gas (1) is supplied to the absorption unit (2). CO 2 gas is absorbed by the countercurrent of the absorbent solution (4). Purified gas (3) with a low CO 2 content is removed from the CO 2 capture process into the atmosphere or sent for use or additional processing. The absorbent solution (5) with a high CO 2 content is pumped (pump 6) and sent to the first heat exchanger (7). The heated solution with a high CO 2 content containing the biocatalyst (5') is heated in the heat exchanger (8) and then fed to the stripping column (9). Heat exchanger (8) is optional. The solution flows down, contacts the stripping gas, leaves the stripping column (10) and is pumped (pump 16) to the heat exchanger (7) and then to the heat exchanger (18), and then the stream (4) is fed to the absorption column (2). Stripping gas (68) is introduced into the bottom of the stripping column packing. The gas flows upward, comes into contact with the absorbing solution, due to the presence of a concentration gradient between the gas phase and the liquid phase, CO 2 is desorbed from the solution, and water evaporates. The gas (19) leaving the stripping column (9) consists of CO 2 , water and stripping gas. The stream (19) is then fed to a condenser (14) where the water vapor is condensed and sent back to the process (70). Gas (69), containing CO 2 and stripping gas, is released into the atmosphere, sent for storage or used in various processes.
98. Как показано на Фигуре 6а, в другом варианте осуществления температура отпарного газа (68) может быть увеличена, чтобы увеличить градиент концентрации между жидкой и газовой фазами в отпарной колонне и способствовать десорбции СО2 (Фигура 6а). В этом случае отпарной газ (68) подают в теплообменник (72) для его нагревания, а затем поток (71) подают в отпарную колонну (9). Во втором варианте осуществления блок отпарки может работать в условиях вакуума. Пар (70а) обеспечивает подачу технологической воды. В дополнительном варианте осуществления отпарной газ может подаваться в различные места вдоль блока отпарки, как показано на Фигуре 3а.98. As shown in Figure 6a, in another embodiment, the temperature of the stripping gas (68) can be increased to increase the concentration gradient between the liquid and gas phases in the stripper column and promote CO 2 desorption (Figure 6a). In this case, the stripping gas (68) is supplied to the heat exchanger (72) to heat it, and then the stream (71) is supplied to the stripping column (9). In a second embodiment, the stripping unit can be operated under vacuum conditions. Steam (70a) provides the supply of process water. In a further embodiment, the stripping gas may be supplied to various locations along the stripping unit, as shown in Figure 3a.
Вариант 4: Испаритель с падающей пленкой в качестве отпарной колонны (газожидкостный контактор)Option 4: Falling film evaporator as stripper (gas-liquid contactor)
99. Газожидкостный контактор в блоке отпарки также может представлять собой испаритель с падающей пленкой, имеющий пластинчатую или трубчатую конфигурацию. Блок отпарки может также состоять из нескольких последовательно или параллельно установленных испарителей с падающей пленкой. В этом случае насадочная колонна, тарельчатая колонна или вращающийся насадочный слой будут удалены. Соответствующие конфигурации способа показаны на Фигуре 7, 7а (для испарителей, установленных параллельно) и 7b (для испарителей, установленных последовательно). Описание этих вариантов осуществления приведено ниже.99. The gas-liquid contactor in the stripper unit may also be a falling film evaporator having a plate or tubular configuration. The stripper unit may also consist of several falling film evaporators installed in series or parallel. In this case, the packed column, tray column or rotating packed bed will be removed. The corresponding process configurations are shown in Figure 7, 7a (for evaporators installed in parallel) and 7b (for evaporators installed in series). These embodiments are described below.
100. Первая конфигурация способа представлена на Фигуре 7 и описана следующим образом: Сначала СО2-содержащий газ (1), подается в абсорбционный блок (2). Газообразный СО2 абсорбируется противотоком абсорбирующего раствора (4). Очищенный газ (3) с низким содержанием СО2, выводится из процесса улавливания СО2 в атмосферу или направляется для применения или дополнительной обработки. Абсорбирующий раствор (5) с высоким содержанием СО2 перекачивается (6) и протекает через первый теплообменник (7), а нагретый поток (5') подается во второй теплообменник (8) для повышения его температуры перед входом в блок отпарки, который представляет собой испаритель с падающей пленкой (73). Теплообменник (8) не является обязательным. Источник тепла обеспечивает энергию, необходимую для испарения части воды, присутствующей в водном абсорбирующем растворе. Когда образуется пар (водяной пар), он действует как отпарной газ и создает движущую силу, вызывающую десорбцию СО2 из абсорбирующего раствора. Смесь жидкость/пар (74) направляется в резервуар (75), где газовая фаза и жидкая фаза разделяются. Жидкая фаза, то есть абсорбирующий раствор (15) с низким содержанием СО2, перекачивается (насос 16) в теплообменник (7), а затем в холодильник (18). Газовая фаза выходит из резервуара (75), поток (76) затем направляется в конденсатор, где водяной пар конденсируется, а затем отправляется обратно в процесс (67). Газ (20b) с высокой концентрацией СО2, покидающий конденсатор, сжимается (36) в виде потока (20), который направляется в другие блоки для обработки, переработки или хранения. Поток (67а) обеспечивает подачу воды в процесс.100. The first configuration of the method is shown in Figure 7 and is described as follows: First, CO 2 -containing gas (1) is supplied to the absorption unit (2). CO 2 gas is absorbed by the countercurrent of the absorbent solution (4). Purified gas (3) with a low CO 2 content is removed from the CO 2 capture process into the atmosphere or sent for use or additional processing. An absorbent solution (5) with a high CO 2 content is pumped (6) and flows through the first heat exchanger (7), and the heated stream (5') is fed into the second heat exchanger (8) to increase its temperature before entering the stripping unit, which is falling film evaporator (73). Heat exchanger (8) is optional. The heat source provides the energy necessary to evaporate some of the water present in the aqueous absorbent solution. When steam (water vapor) is generated, it acts as a stripping gas and provides a driving force that causes CO 2 to be desorbed from the absorbent solution. The liquid/vapor mixture (74) is directed to a reservoir (75) where the gas phase and liquid phase are separated. The liquid phase, that is, the absorbent solution (15) with a low CO 2 content, is pumped (pump 16) into the heat exchanger (7) and then into the refrigerator (18). The gas phase exits the reservoir (75), the stream (76) is then sent to a condenser where the water vapor is condensed and then sent back to the process (67). The high CO 2 concentration gas (20b) leaving the condenser is compressed (36) as a stream (20) which is sent to other units for processing, processing or storage. Stream (67a) supplies water to the process.
101. Конфигурация способа, в которой блок отпарки состоит из двух параллельно работающих испарителей с падающей пленкой, представлена на Фигуре 7а. Способ представляет собой следующий: СО2-содержащий газ (1), подается в абсорбционный блок (2). Газообразный СО2 абсорбируется противотоком абсорбирующего раствора (4). Очищенный газ (3) с низким содержанием СО2, выводится из процесса улавливания СО2 в атмосферу или направляется для применения или дополнительной обработки. Абсорбирующий раствор (5) с высокой концентрацией СО2 перекачивается (6) и протекает через первые теплообменники (7), а затем нагретый раствор (5') подается во второй теплообменник (8) для повышения его температуры перед входом в блок отпарки, который состоит из двух параллельно соединенных испарителей с падающей пленкой (73а и 73b). Теплообменник (8) не является обязательным. Источник тепла обеспечивает энергию, необходимую для испарения части воды, присутствующей в водном абсорбирующем растворе. Когда образуется пар (водяной пар), он действует как отпарной газ и создает движущую силу, вызывающую десорбцию СО2 из абсорбирующего раствора. Смеси жидкость / пар, выходящие из блоков (73а) и (73b), потоки (74а и 74b) направляются в резервуар (75), где газовая фаза и жидкая фаза разделяются. В альтернативной конфигурации потоки (74а) и (74b) могут подаваться в два отдельных резервуара. Жидкая фаза, то есть абсорбирующий раствор (15) с низким содержанием СО2, перекачивается (насос 16) в теплообменник (7), а затем в холодильник (18). Газовая фаза выходит из резервуара (75), поток (76) затем направляется в конденсатор, где водяной пар конденсируется, а затем отправляется обратно в процесс (67). Газ (20b) с высокой концентрацией СО2, покидающий конденсатор (14), сжимается (36), и затем поток (20) направляется в другие блоки для обработки, переработки или хранения. Поток (67а) обеспечивает подачу воды в процесс.102. Конфигурация способа, в которой блок отпарки состоит из двух последовательно работающих испарителей с падающей пленкой, представлена на Фигуре 7b. Способ представляет собой следующий: СО2-содержащий газ (1), подается в абсорбционный блок (2). Газообразный СО2 абсорбируется противотоком абсорбирующего раствора (4). Очищенный газ (3) с низким содержанием СО2, выводится из процесса улавливания СО2 в атмосферу или направляется для применения или дополнительной обработки. Абсорбирующий раствор (5) с высоким содержанием СО2 перекачивается (6) и протекает через первый теплообменник (7), а затем поток (5') направляется во второй теплообменник (8) для повышения его температуры перед входом в первый испаритель с падающей пленкой (73а). Источник тепла обеспечивает энергию, необходимую для испарения части воды, присутствующей в водном абсорбирующем растворе. Когда образуется пар (водяной пар), он действует как отпарной газ и создает движущую силу, вызывающую десорбцию СО2 из абсорбирующего раствора. Смесь жидкость/пар, выходящая из (73а), направляется в резервуар (75а), где газовая фаза и жидкая фаза разделяются. Жидкая фаза (77) подается во второй испаритель с падающей пленкой, источник тепла обеспечивает энергию, необходимую для испарения части воды, присутствующей в водном абсорбирующем растворе. Когда образуется пар (водяной пар), он действует как отпарной газ и создает движущую силу, вызывающую десорбцию СО2 из абсорбирующего раствора. Выходящая смесь жидкость/пар (73b) направляется в резервуар (75b), где газовая фаза и жидкая фаза разделяются, т.е. абсорбирующий раствор (15) с низким содержанием СО2 перекачивается с помощью насоса (16) в теплообменник (7), а затем в холодильник (18). Потоки газа покидают резервуары, при этом потоки (76а и 76b) затем объединяются (поток 76) и направляются в конденсатор (14), где водяной пар конденсируется, а затем отправляется обратно в процесс (67). Газ (20b) с высокой концентрацией СО2, покидающий конденсатор, сжимается (36), а затем газовый поток (20) направляется в другие блоки для обработки, переработки или хранения. Поток (67а) обеспечивает подачу воды в процесс.103. Конфигурация, альтернативная показанной на Фигуре 7b, находится на Фигуре 7 с. Разница между обеими конфигурациями заключается в двух испарителях с падающей пленкой (73а) и (73b). Способ представляет собой следующий: СО2-содержащий газ (1), подается в абсорбционный блок (2). Газообразный СО2 абсорбируется противотоком абсорбирующего раствора (4). Очищенный газ (3) с низким содержанием СО2, выводится из процесса улавливания СО2 в атмосферу или направляется для применения или дополнительной обработки. Абсорбирующий раствор (5) с высоким содержанием СО2 перекачивается (6) и протекает через первый теплообменник (7), а затем поток (5') направляется во второй теплообменник (8) для повышения его температуры перед входом в первый испаритель с падающей пленкой (73а). Источник тепла обеспечивает энергию, необходимую для испарения части воды, присутствующей в водном абсорбирующем растворе. Когда образуется пар (водяной пар), он действует как отпарной газ и создает движущую силу, вызывающую десорбцию СО2 из абсорбирующего раствора. Смесь жидкость/пар, выходящая из испарителя (74а), направляется в резервуар (75а), где газовая фаза и жидкая фаза разделяются. Жидкая фаза (77) подается во второй испаритель с падающей пленкой, газовая фаза (78) подается во второй испаритель с падающей пленкой, работающий при более низком давлении, чем первый испаритель, где она используется в качестве источника тепла для обеспечения энергии, необходимой для испарения части воды, присутствующей в водном абсорбирующем растворе. Когда его тепло передается потоку (77) в испарителе с падающей пленкой, пар конденсируется, восстанавливается и направляется обратно в процесс (поток 80). Остаточный пар и СО2 (поток 79) объединяются с потоком (76). Когда образуется пар (водяной пар), он действует как отпарной газ и создает движущую силу, вызывающую десорбцию СО2 из абсорбирующего раствора. Смесь жидкость/пар выходит из испарителя (73b), поток (74b) направляется в резервуар (75b), где газовая фаза и жидкая фаза разделяются, т.е. абсорбирующий раствор (15) с низким содержанием СО2 перекачивается в теплообменник (7) и затем в холодильник (18). Газовый поток (76), покидающий резервуар (75b), затем направляется в конденсатор (14), где водяной пар конденсируется, а затем направляется обратно в процесс (67). Газ (20b) с высокой концентрацией СО2, покидающий конденсатор, сжимается (36), а поток (20) затем направляется в другие блоки для обработки, переработки или хранения. Поток (67а) обеспечивает подачу воды в процесс.101. A process configuration in which the stripper unit consists of two falling film evaporators operating in parallel is shown in Figure 7a. The method is as follows: CO 2 -containing gas (1) is supplied to the absorption unit (2). CO 2 gas is absorbed by the countercurrent of the absorbent solution (4). Purified gas (3) with a low CO 2 content is removed from the CO 2 capture process into the atmosphere or sent for use or additional processing. An absorbent solution (5) with a high concentration of CO 2 is pumped (6) and flows through the first heat exchangers (7), and then the heated solution (5') is fed into the second heat exchanger (8) to increase its temperature before entering the stripping unit, which consists of two parallel-connected falling film evaporators (73a and 73b). Heat exchanger (8) is optional. The heat source provides the energy necessary to evaporate some of the water present in the aqueous absorbent solution. When steam (water vapor) is generated, it acts as a stripping gas and provides a driving force that causes CO 2 to be desorbed from the absorbent solution. The liquid/vapor mixtures exiting the blocks (73a) and (73b), streams (74a and 74b) are directed to a reservoir (75) where the gas phase and liquid phase are separated. In an alternative configuration, streams (74a) and (74b) may be supplied to two separate reservoirs. The liquid phase, that is, the absorbent solution (15) with a low CO 2 content, is pumped (pump 16) into the heat exchanger (7) and then into the refrigerator (18). The gas phase exits the reservoir (75), the stream (76) is then sent to a condenser where the water vapor is condensed and then sent back to the process (67). The high CO 2 concentration gas (20b) leaving the condenser (14) is compressed (36) and the stream (20) is then sent to other units for processing, processing or storage. Stream (67a) supplies water to the process.102. A process configuration in which the stripper unit consists of two falling film evaporators operating in series is shown in Figure 7b. The method is as follows: CO 2 -containing gas (1) is supplied to the absorption unit (2). CO 2 gas is absorbed by the countercurrent of the absorbent solution (4). Purified gas (3) with a low CO 2 content is removed from the CO 2 capture process into the atmosphere or sent for use or additional processing. The CO2- rich absorbent solution (5) is pumped (6) and flows through the first heat exchanger (7), and then the stream (5') is directed to the second heat exchanger (8) to raise its temperature before entering the first falling film evaporator ( 73a). The heat source provides the energy necessary to evaporate some of the water present in the aqueous absorbent solution. When steam (water vapor) is generated, it acts as a stripping gas and provides a driving force that causes CO 2 to be desorbed from the absorbent solution. The liquid/vapor mixture leaving (73a) is directed to a reservoir (75a) where the gas phase and liquid phase are separated. The liquid phase (77) is supplied to a second falling film evaporator, the heat source providing the energy necessary to evaporate a portion of the water present in the aqueous absorbent solution. When steam (water vapor) is generated, it acts as a stripping gas and creates a driving force that causes CO 2 to be desorbed from the absorbent solution. The exiting liquid/vapor mixture (73b) is directed to a tank (75b) where the gas phase and liquid phase are separated, i.e. an absorbent solution (15) with a low CO 2 content is pumped using a pump (16) into a heat exchanger (7) and then into a refrigerator (18). The gas streams leave the reservoirs, with streams (76a and 76b) then combined (stream 76) and sent to a condenser (14) where the water vapor is condensed and then sent back to the process (67). The high CO 2 concentration gas (20b) leaving the condenser is compressed (36) and then the gas stream (20) is directed to other units for processing, processing or storage. Stream (67a) supplies water to the process.103. An alternative configuration to that shown in Figure 7b is found in Figure 7c. The difference between both configurations lies in the two falling film evaporators (73a) and (73b). The method is as follows: CO 2 -containing gas (1) is supplied to the absorption unit (2). CO 2 gas is absorbed by the countercurrent of the absorbent solution (4). Purified gas (3) with a low CO 2 content is removed from the CO 2 capture process into the atmosphere or sent for use or additional processing. The CO2- rich absorbent solution (5) is pumped (6) and flows through the first heat exchanger (7), and then the stream (5') is directed to the second heat exchanger (8) to raise its temperature before entering the first falling film evaporator ( 73a). The heat source provides the energy necessary to evaporate some of the water present in the aqueous absorbent solution. When steam (water vapor) is generated, it acts as a stripping gas and provides a driving force that causes CO 2 to be desorbed from the absorbent solution. The liquid/vapor mixture leaving the evaporator (74a) is directed to a tank (75a) where the gas phase and liquid phase are separated. The liquid phase (77) is supplied to a second falling film evaporator, the gas phase (78) is supplied to a second falling film evaporator operating at a lower pressure than the first evaporator, where it is used as a heat source to provide the energy required for evaporation part of the water present in the aqueous absorbent solution. When its heat is transferred to stream (77) in the falling film evaporator, the steam is condensed, recovered and sent back to the process (stream 80). Residual steam and CO 2 (stream 79) are combined with stream (76). When steam (water vapor) is generated, it acts as a stripping gas and provides a driving force that causes CO 2 to be desorbed from the absorbent solution. The liquid/vapor mixture leaves the evaporator (73b), the stream (74b) is directed to the tank (75b), where the gas phase and liquid phase are separated, i.e. an absorbent solution (15) with a low CO 2 content is pumped into the heat exchanger (7) and then into the refrigerator (18). The gas stream (76) leaving the reservoir (75b) is then directed to the condenser (14), where the water vapor is condensed and then sent back to the process (67). The high CO 2 concentration gas (20b) leaving the condenser is compressed (36) and the stream (20) is then sent to other units for processing, processing or storage. Stream (67a) supplies water to the process.
104. Следует понимать, что любой из вышеупомянутых дополнительных аспектов каждого процесса, способов, систем и единиц может быть объединен с любыми другими их аспектами, если только два аспекта явно не могут быть объединены из-за их взаимоисключаемости.104. It should be understood that any of the above-mentioned additional aspects of each process, method, system and unit may be combined with any other aspect thereof, unless the two aspects clearly cannot be combined due to mutual exclusivity.
РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВEXPERIMENTAL RESULTS
105. Следующие примеры приведены с целью демонстрации влияния кипячения абсорбирующего раствора, содержащего фермент карбоангидразу, на период полураспада фермента в способе, и того, как изменение конфигурации процесса, такое как применение воздуха в качестве отпарного газа, влияет на период полураспада фермента в способе. Данные примеры описывают экспериментальные лабораторные испытания. Программное обеспечение Protreat® от Optimized Gas Treatment Inc применяли там, где требовалось моделирование процесса.105. The following examples are provided to demonstrate the effect of boiling an absorbent solution containing the carbonic anhydrase enzyme on the half-life of the enzyme in the process, and how a change in process configuration, such as the use of air as a stripping gas, affects the half-life of the enzyme in the process. These examples describe experimental laboratory tests. Protreat® software from Optimized Gas Treatment Inc was used where process modeling was required.
Пример 1: Определение периода полураспада карбоангидразы 1Т1 в лабораторном блоке улавливания СО2, включающем ребойлер для производства пара из абсорбирующего раствора с низким содержанием СО2, содержащего фермент 1Т1 (эталонный процесс)Example 1: Determination of the Half-Life of Carbonic Anhydrase 1T1 in a Laboratory CO 2 Capture Unit Including a Reboiler to Produce Steam from a Low CO 2 Absorbing Solution Containing the 1T1 Enzyme (Reference Process)
106. Были проведены тесты для определения периода полураспада карбоангидразы в лабораторном блоке улавливания. Конфигурация способа показана на Фигуре 1. Абсорбирующий раствор представляет собой 1,45 М раствор K2CO3 с содержанием СО2 0,7 моль С/моль K+. Фермент карбоангидразу 1Т1 применяли в концентрации 0,5 г/л. Концентрация СО2 на входе абсорбера составляла 12% (об./об.) по сухому веществу, а температура газа составляла 30°С. Расход жидкости составлял 0,34 литра в минуту. Абсорбер работал при соотношении Ж/Г 15 г/г. Температура раствора в абсорбере составляла 30°С. Абсорбирующий раствор с высоким содержанием нагревали до 60°С перед его поступлением в отпарную колонну. Отпарная колонна работала при абсолютном давлении 30 кПа. Абсорбирующий раствор с низким содержанием, выходящий из отпарной колонны, имел температуру 65°С и разделялся на два потока: первый поток направлялся в абсорбер со скоростью потока 0,34 л/мин. Второй поток подавался в ребойлер со скоростью 0,76 литра в минуту. Ребойлер представлял собой пластинчатый теплообменник. Поток горячей воды с температурой 80°С и скоростью потока 5 литров в минуту обеспечивал энергию, необходимую для нагрева и кипения абсорбирующего раствора с низким содержанием СО2 и производства пара. Тест проводили в течение нескольких дней. В ходе теста образцы отбирали для определения активности фермента в разное время. Затем определяли период полураспада фермента.106. Tests were conducted to determine the half-life of carbonic anhydrase in a laboratory capture unit. The configuration of the method is shown in Figure 1. The absorbent solution is a 1.45 M K 2 CO 3 solution with a CO 2 content of 0.7 mol C/mol K+. The enzyme carbonic anhydrase 1T1 was used at a concentration of 0.5 g/l. The CO 2 concentration at the absorber inlet was 12% (v/v) dry matter, and the gas temperature was 30°C. The fluid flow rate was 0.34 liters per minute. The absorber operated at a L/G ratio of 15 g/g. The temperature of the solution in the absorber was 30°C. The high content absorbent solution was heated to 60° C. before entering the stripping column. The stripping column was operated at an absolute pressure of 30 kPa. The low content absorbent solution leaving the stripping column was at a temperature of 65°C and was divided into two streams: the first stream was sent to the absorber at a flow rate of 0.34 L/min. The second stream was fed into the reboiler at a rate of 0.76 liters per minute. The reboiler was a plate heat exchanger. A stream of hot water at 80°C at a flow rate of 5 liters per minute provided the energy required to heat and boil the low CO 2 absorbent solution and produce steam. The test was carried out over several days. During the test, samples were taken to determine enzyme activity at different times. The half-life of the enzyme was then determined.
107. Для настоящих условий процесса скорость образования пара составляла 4,5 кг/ч, а период полураспада фермента 1Т1 был определен как 12 часов.107. For the present process conditions, the steam production rate was 4.5 kg/h and the half-life of the 1T1 enzyme was determined to be 12 hours.
Пример 2: Влияние рабочих условий в ребойлере на скорость генерации пара и период полураспада фермента 1Т1 при той же конфигурации способа, что и в примере 1Example 2: Effect of operating conditions in the reboiler on the rate of steam generation and half-life of the 1T1 enzyme with the same process configuration as in example 1
108. Чтобы определить влияние скорости генерации пара на период полураспада фермента 1Т1, были проведены дополнительные испытания. Условия испытаний были изменены вокруг ребойлера, другие условия были такими же, как описано в Примере 1. Они приведены в Таблице 1. Для каждого условия скорость генерации пара представлена как соответствующий период полураспада фермента 1Т1.108. To determine the effect of steam generation rate on the half-life of the 1T1 enzyme, additional tests were carried out. The test conditions were changed around the reboiler, other conditions were the same as described in Example 1. These are shown in Table 1. For each condition, the steam generation rate is presented as the corresponding half-life of the 1T1 enzyme.
109. Как видно из Таблицы 1, на период полураспада фермента влияет скорость генерации пара. Чем выше скорость генерации пара, тем меньше период полураспада 1Т1.109. As can be seen from Table 1, the half-life of the enzyme is affected by the rate of steam generation. The higher the rate of steam generation, the shorter the half-life of 1T1.
Пример 3: Период полураспада 1Т1 в лабораторном блоке для улавливания СО2, в которой отпарным газом является воздух. Блок работал в конфигурации способа, показанной на Фигуре 6а, где имеется нагревательный контур для нагрева абсорбирующего раствора с низким содержанием, присутствующего в резервуаре на дне отпарной колонны, и поддержания адекватных температурных условий. ПО. Были проведены испытания для определения периода полураспада карбоангидразы в лабораторном блоке для улавливания, где отпарным газом является воздух. Абсорбирующий раствор представляет собой 1,45 М раствор K2CO3 с содержанием СО2 0,7 моль С/моль K+. Фермент карбоангидразу 1Т1 применяли в концентрации 0,5 г/л. Принципиальная схема установки представляет собой такую, как изображена на Фигуре 6а, где имеется дополнительный теплообменник для нагрева жидкости, присутствующей в резервуаре на дне отпарной колонны. Концентрация СО2 на входе в абсорбер составляла 13,5% (об./об.), а температура газа составляла 30°С. Расход жидкости составлял 0,35 литра в минуту. Абсорбер работал при соотношении Ж/Г 15 г/г. Температура раствора в абсорбере составляла 30°С, а абсорбирующий раствор с высоким содержанием нагревали до 60°С перед его поступлением в отпарную колонну. Отпарная колонна работала при абсолютном давлении 45 кПа. Раствор, выходящий из отпарной колонны, имел температуру 65°С, затем охлаждали и подавали в абсорбер. Воздух с температурой 60°С подавали со скоростью 30 г/мин в нижнюю часть отпарной колонны. Первоначальная эффективность улавливания СО2 составляла 75%. В тех же условиях, но без применения фермента, эффективность улавливания СО2 составляла 15%. Это подтверждает влияние фермента 1Т1 на эффективность улавливания СО2. Тест проводили в течение нескольких дней. В ходе испытания определение активности фермента выполняли в разное время отбора проб. Затем определяли период полураспада фермента.Example 3: Half-life of 1T1 in a laboratory unit for CO 2 capture, in which the stripping gas is air. The unit operated in the process configuration shown in Figure 6a, where there is a heating circuit to heat the low content absorbent solution present in the tank at the bottom of the stripping column and maintain adequate temperature conditions. BY. Tests were conducted to determine the half-life of carbonic anhydrase in a laboratory capture unit where the stripping gas is air. The absorbent solution is a 1.45 M K 2 CO 3 solution with a CO 2 content of 0.7 mol C/mol K+. The enzyme carbonic anhydrase 1T1 was used at a concentration of 0.5 g/l. The schematic diagram of the plant is as shown in Figure 6a, where there is an additional heat exchanger for heating the liquid present in the tank at the bottom of the stripping column. The CO 2 concentration at the absorber inlet was 13.5% (v/v) and the gas temperature was 30°C. The fluid flow rate was 0.35 liters per minute. The absorber operated at a L/G ratio of 15 g/g. The temperature of the absorber solution was 30°C, and the high content absorbent solution was heated to 60°C before entering the stripping column. The stripping column was operated at an absolute pressure of 45 kPa. The solution leaving the stripping column had a temperature of 65°C, then was cooled and fed into the absorber. Air with a temperature of 60°C was supplied at a speed of 30 g/min to the bottom of the stripping column. The initial CO 2 capture efficiency was 75%. Under the same conditions, but without the use of an enzyme, the efficiency of CO 2 capture was 15%. This confirms the influence of the 1T1 enzyme on the efficiency of CO 2 capture. The test was carried out over several days. During the test, enzyme activity determinations were performed at different sampling times. The half-life of the enzyme was then determined.
111. В этих условиях осуществления способа период полураспада 1Т1 составлял 13 дней (312 ч). По сравнению с базовым случаем, представленным в Примере 1, оно представляет собой увеличение на 2500%. По сравнению с другими случаями, представленными в Примере 2 (Таблица 1), оно представляет собой увеличение от 225 до 1735%. Это ясно демонстрирует, что минимизация воздействия фермента на высокие границы раздела фаз газ/жидкость является ключевым параметром процесса для увеличения периода полураспада фермента в процессе улавливания СО2.111. Under these process conditions, the half-life of 1T1 was 13 days (312 hours). Compared to the base case presented in Example 1, this represents an increase of 2500%. Compared to the other cases presented in Example 2 (Table 1), this represents an increase of 225 to 1735%. This clearly demonstrates that minimizing enzyme exposure to high gas/liquid interfaces is a key process parameter for increasing enzyme half-life in CO 2 capture.
Пример 4: Моделирование блока отпарки СО2, включающего контур отпарного газа, где отпарной жидкостью является вода и где генерируемый пар вводили на разной высоте насадочной отпарной колонны - влияние количества точек впрыска (Фигура 3а).Example 4: Simulation of a CO 2 stripping unit, including a stripping gas circuit, where the stripping liquid is water and where the generated steam was introduced at different heights of the packed stripping column - the influence of the number of injection points (Figure 3a).
112. Абсорбирующий раствор, содержащий 1,45 М K2CO3, который содержит фермент 1Т1 в концентрации 0,5 г/л, подавали с расходом 6,46×104 кг/ч в блок отпарки СО2, состоящий из насадочной колонны. Насадочная колонна имеет высоту 25 м и диаметр 1,11 м. Блок очистки работал при температуре 66°С и давлении 30 кПа. Отпарной газ представлял собой водяной пар, который подавали через контур отпарного газа. Температура абсорбирующего раствора с высоким содержанием, подаваемого в блок отпарки, составляла 65°С, а давление составляло 150 кПа. Пар подавали под давлением 30 кПа и при температуре 71°С.112. An absorbent solution containing 1.45 M K 2 CO 3 , which contains the enzyme 1T1 at a concentration of 0.5 g/l, was fed at a flow rate of 6.46×10 4 kg/h into a CO 2 stripping unit consisting of a packed column . The packed column has a height of 25 m and a diameter of 1.11 m. The purification unit operated at a temperature of 66°C and a pressure of 30 kPa. The stripping gas was water vapor, which was supplied through the stripping gas loop. The temperature of the high content absorbent solution supplied to the stripping unit was 65° C. and the pressure was 150 kPa. Steam was supplied at a pressure of 30 kPa and at a temperature of 71°C.
113. Моделирование осуществляли для той же эффективности десорбции СО2 (47%), чтобы определить влияние количества точек впрыска пара на два параметра: скорость конденсации пара в абсорбирующий раствор, требуемый общий расход пара. Результаты моделирования представлены в Таблице 2. Положения отверстий для нагнетания указаны как высота в (м). Положение 0 м соответствует верху блока отпарки.113. Simulations were carried out for the same CO 2 desorption efficiency (47%) to determine the effect of the number of steam injection points on two parameters: the rate of steam condensation into the absorbent solution, the required total steam flow. The simulation results are presented in Table 2. The positions of the injection holes are given as height in (m). The 0 m position corresponds to the top of the stripping unit.
114. Результаты моделирования показывают, что в условиях процесса увеличение количества точек нагнетания пара позволяет снизить скорость конденсации пара в блоке отпарки. Еще одно преимущество состоит в том, что необходимый расход пара существенно снижается.114. Simulation results show that under process conditions, increasing the number of steam injection points makes it possible to reduce the rate of steam condensation in the stripping unit. Another advantage is that the required steam consumption is significantly reduced.
115. В процессе, в котором пар конденсируется в абсорбирующем растворе, выходящем из отпарной колонны, следует использовать конфигурации способа, такие как показанные на Фигурах 4, 4а и 4b, для испарения конденсированного пара и приведения состава абсорбирующего раствора к его характеристикам.115. In a process in which steam is condensed in the absorption solution exiting the stripping column, process configurations such as those shown in Figures 4, 4a and 4b should be used to evaporate the condensed steam and bring the composition of the absorption solution to its characteristics.
Пример 5: Моделирование блока отпарки СО2, включающего контур отпарного газа, в котором отпарной жидкостью является вода, а генерируемый пар вводили в 9 различных точках нагнетания - влияние температуры абсорбирующего раствора с высоким содержанием, подаваемого в блок отпарки.Example 5: Simulation of a CO 2 stripper unit including a stripping gas circuit in which the stripping liquid is water and the generated steam was introduced at 9 different injection points - influence of the temperature of the high content absorbent solution supplied to the stripper unit.
116. Было проведено дополнительное моделирование для определения возможности нагнетания пара без решения проблемы конденсации пара. Одна из рассматриваемых стратегий заключается в нагревании абсорбирующего раствора с высоким содержанием, подаваемого в блок отпарки, до более высокой температуры. Случай, рассматриваемый для иллюстрации влияния более высокой температуры раствора, описан в Примере 4, где пар нагнетается через 9 различных отверстий нагнетания. Результаты моделирования представлены в Таблице 3.116. Additional modeling was carried out to determine the feasibility of steam injection without addressing the steam condensation problem. One strategy being considered is to heat the high content absorbent solution fed to the stripper to a higher temperature. A case considered to illustrate the effect of higher solution temperature is described in Example 4, where steam is injected through 9 different injection ports. The simulation results are presented in Table 3.
117. Результаты моделирования, показанные в Таблице 3, ясно показывают, что при повышении температуры абсорбирующего раствора с высоким содержанием, поступающего в блок отпарки, скорость конденсации пара снижается до требуемого расхода пара. В частности, результаты моделирования показывают, что условия способа можно регулировать, чтобы избежать конденсации пара и, следовательно, необходимости в испарительном контуре для контроля композиции раствора.117. The simulation results shown in Table 3 clearly show that as the temperature of the high content absorbent solution entering the stripping unit increases, the steam condensation rate decreases to the required steam flow rate. In particular, the simulation results show that process conditions can be adjusted to avoid steam condensation and hence the need for an evaporation loop to control the solution composition.
Пример 6: Нагнетание пара через контур отпарного газа в нижней части блока отпарки и добавление двух нагревательных контуров (конфигурация способа, Фигура 3b)Example 6: Injecting steam through the boil-off gas circuit at the bottom of the stripper and adding two heating circuits (process configuration, Figure 3b)
118. Моделирование проводили для определения влияния добавления двух нагревательных контуров к блоку отпарки, где пар вводили в нижнюю часть насадки. Условия способа представляют собой такие, как описано в Примере 4. Что касается двух нагревательных контуров, куда перекачивали 15% абсорбирующего раствора, они включают один насос и один теплообменник. Абсорбирующий раствор поступает в первый контур на 5 м и выходит на 5,5 м. Температура раствора повышается с 60 до 70°С. Во второй нагревательный контур жидкость поступает на 10 м и выходит на 10,5 м. Температура раствора повышается от 63 до 70°С.118. Simulations were carried out to determine the effect of adding two heating circuits to a stripper unit where steam was introduced into the bottom of the packing. The process conditions are as described in Example 4. As for the two heating circuits into which 15% of the absorbent solution was pumped, they include one pump and one heat exchanger. The absorbent solution enters the primary circuit at 5 m and exits at 5.5 m. The temperature of the solution increases from 60 to 70°C. The liquid enters the second heating circuit at 10 m and exits at 10.5 m. The solution temperature rises from 63 to 70 ° C.
119. Результаты моделирования показывают, что в этих условиях способа скорость конденсации пара снижается с 740 до 294 кг/ч, в то время как требуемый расход пара снижается с 2100 до 1850. Однако дополнительная тепловая нагрузка 0,85 ГДж/ч будет необходима. Дополнительное моделирование путем регулирования доли потока растворителя, проходящего через 2 контура до 25, а затем до 35%, показывает, что скорость конденсации пара может быть снижена до 86 кг/ч, а расход пара - до 1700 кг/ч, в то время как требуется дополнительный тепловой режим 1,24 ГДж/ч.119. The simulation results show that under these process conditions the steam condensation rate is reduced from 740 to 294 kg/h, while the required steam flow is reduced from 2100 to 1850. However, an additional heat load of 0.85 GJ/h will be required. Additional modeling by adjusting the proportion of solvent flow passing through the 2 loops to 25 and then to 35% shows that the steam condensation rate can be reduced to 86 kg/h and steam flow to 1700 kg/h, while an additional thermal regime of 1.24 GJ/h is required.
Пример 7: Моделирование очистки воздухаExample 7: Simulation of air purification
120. Топочный газ, содержащий 15% СО2 (об./об.), подлежит обработке для улавливания 90% содержащегося в нем СО2. Топочный газ имел температуру 30°С и давление 111 кПа и подавался с расходом 3250 кг/ч в блок улавливания СО2 по 15 тонн в день. Абсорбирующий раствор, подаваемый в абсорбционный блок, представляет собой 1,45 М K2CO3 при содержании СО2 0,7 моль С/моль K+. Абсорбционный блок работал при соотношении Ж/Г 10 кг/кг. Конструирование отпарные колонны, в которой воздух использовали в качестве отпарного газа, осуществляли с помощью программного обеспечения Protreat® (конфигурация способа показана на Фигуре 6а). В случае, если блок отпарки работает при 30 кПа и 70°С, расход воздуха 75 кг/ ч обеспечивает достаточную регенерацию растворителя для получения 90% производительности блока улавливания. В случае, если блок отпарки работает при давлении 101 кПа и температуре 70°С, требуется расход воздуха 700 кг/ч. В обоих случаях отпарная колонна будет иметь диаметр 1,15 м и высоту 10 м, те же размеры, что и для случая, когда улавливание СО2 будет осуществляться с применением ребойлера и где условия отпарки будут представлять собой давление 30 кПа и температуру 70°С.120. Flue gas containing 15% CO 2 (v/v) must be treated to capture 90% of the CO 2 it contains. The flue gas had a temperature of 30°C and a pressure of 111 kPa and was supplied at a flow rate of 3250 kg/h to the CO 2 capture unit at a rate of 15 tons per day. The absorbent solution supplied to the absorption unit is 1.45 M K 2 CO 3 with a CO 2 content of 0.7 mol C/mol K + . The absorption unit operated at a L/G ratio of 10 kg/kg. The design of the stripping column, which used air as stripping gas, was carried out using Protreat® software (method configuration shown in Figure 6a). If the stripping unit operates at 30 kPa and 70°C, an air flow of 75 kg/h provides sufficient solvent regeneration to obtain 90% of the recovery unit's productivity. If the stripping unit operates at a pressure of 101 kPa and a temperature of 70°C, an air flow of 700 kg/h is required. In both cases, the stripping column will have a diameter of 1.15 m and a height of 10 m, the same dimensions as for the case where CO 2 capture is carried out using a reboiler and where the stripping conditions will be a pressure of 30 kPa and a temperature of 70 ° C .
121. Эти результаты показывают, что очистка воздуха является технически осуществимой и является интересной альтернативой применению ребойлера для генерации отпарного газа. Более того, тот факт, что фермент не подвергается воздействию ребойлера в этой конфигурации способа, приведет к увеличению периода полураспада фермента и, следовательно, к снижению эксплуатационных затрат.121. These results show that air purification is technically feasible and is an interesting alternative to using a reboiler to generate boil-off gas. Moreover, the fact that the enzyme is not exposed to the reboiler in this process configuration will result in an increased half-life of the enzyme and therefore lower operating costs.
Claims (21)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US62/811,949 | 2019-02-28 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2021125037A RU2021125037A (en) | 2023-02-27 |
| RU2818188C2 true RU2818188C2 (en) | 2024-04-25 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2396107C2 (en) * | 2006-03-30 | 2010-08-10 | Асахи Касеи Кемикалз Корпорейшн | Mixture for extraction of carbon dioxide for application or transport |
| WO2012055035A1 (en) * | 2010-10-29 | 2012-05-03 | Co2 Solution Inc. | Enzyme enhanced c02 capture and desorption processes |
| US20150231561A1 (en) * | 2014-02-18 | 2015-08-20 | Akermin, Inc. | Processes and methods for low energy carbon dioxide capture |
| WO2016090357A1 (en) * | 2014-12-05 | 2016-06-09 | Carbon Capture Scientific, Llc | A process for separating a product gas from gaseous mixture |
| DE102016212566A1 (en) * | 2016-06-29 | 2018-01-04 | Siemens Aktiengesellschaft | Process and arrangement for obtaining water from a gas mixture by means of an absorption unit in combination with a thermal water recovery plant |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2396107C2 (en) * | 2006-03-30 | 2010-08-10 | Асахи Касеи Кемикалз Корпорейшн | Mixture for extraction of carbon dioxide for application or transport |
| WO2012055035A1 (en) * | 2010-10-29 | 2012-05-03 | Co2 Solution Inc. | Enzyme enhanced c02 capture and desorption processes |
| US20150231561A1 (en) * | 2014-02-18 | 2015-08-20 | Akermin, Inc. | Processes and methods for low energy carbon dioxide capture |
| WO2016090357A1 (en) * | 2014-12-05 | 2016-06-09 | Carbon Capture Scientific, Llc | A process for separating a product gas from gaseous mixture |
| DE102016212566A1 (en) * | 2016-06-29 | 2018-01-04 | Siemens Aktiengesellschaft | Process and arrangement for obtaining water from a gas mixture by means of an absorption unit in combination with a thermal water recovery plant |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20220118403A1 (en) | Biocatalyst-based co2 stripping techniques and related systems | |
| Ze et al. | Hollow fiber membrane contactor absorption of CO2 from the flue gas: review and perspective | |
| EP2792397B1 (en) | Gas-liquid contact device, distillation device, and heat exchange device | |
| KR101474929B1 (en) | Method and adsorption composition for recovering gaseous components from a gas stream | |
| RU2600348C2 (en) | Method for trapping carbon dioxide from flue gas of power plant and device for implementation thereof | |
| RU2605978C2 (en) | Method and device for extracting gas from gas mixture using venturi ejector | |
| CN103657381B (en) | Flue gas pretreatment and carbon dioxide collecting, purifying and recycling device | |
| CN103476481B (en) | Process for removing heat stable amine salts from amine absorbents | |
| US20120211348A1 (en) | Process to Remove Product Alcohol from a Fermentation by Vaporization Under Vacuum | |
| KR20160055212A (en) | Systems including a condensing apparatus such as a bubble column condenser | |
| WO2013039041A1 (en) | Co2 recovery device and co2 recovery method | |
| US11253812B2 (en) | Apparatus and method for recovering carbon dioxide in combustion exhaust gas | |
| US10040023B2 (en) | Process and apparatus for heat integrated liquid absorbent regeneration through gas desorption | |
| US20130260442A1 (en) | Carbon dioxide capture process with catalytically-enhanced solvent and phase separation | |
| CN115337756B (en) | Absorption device, carbon dioxide capturing system, and carbon dioxide capturing method | |
| KR101726162B1 (en) | Method of resource reuse of stripping system for acid gas capture | |
| JP2022147624A (en) | Amine-containing water concentration system and carbon dioxide recovery system | |
| JP2012170857A (en) | Organic solvent gas treatment apparatus and method | |
| RU2818188C2 (en) | Biocatalyst-based co2 stripping techniques and similar systems | |
| KR102315933B1 (en) | Hybrid water treatment apparatus and method | |
| US9114350B2 (en) | Apparatus and methods for regeneration of precipitating solvent | |
| AU2020229472B2 (en) | Biocatalyst-based CO | |
| CN108602018B (en) | Membrane regeneration system for acid gas capture solvent | |
| CN107778139A (en) | A kind of separation of glycol water energy-saving dewatering removal of impurities and purification method | |
| CN109689184A (en) | The method of osmotic drive membrane process and system and recycling driving solute |