减少工业过程中的CO2排放的方法和系统技术方案

一种用于减少工业过程中的CO2排放的方法和集成系统。所述方法和集成系统(100)使用化学吸收剂从第一气体流(104)捕获二氧化碳(CO2)气体以产生与第一气体流相比具有较高浓度的一氧化碳(CO)气体和较低浓度的CO2气体的第二气体流(106)。所述第二气体流中的所述CO气体用于在与氢气(H2)(138)的放热反应(108)中产生C5到C20烃。使用在所述放热反应中产生的热量的至少一部分，通过释放从所述第一气体流捕获的所述CO2气体(128)来再生所述化学吸收剂。在所述放热反应期间捕获的热量可以任选地首先用于发电，其中在发电之后剩余的热量用于热再生所述化学吸收剂。

Methods and systems to reduce CO2 emissions in industrial processes

A method and integrated system for reducing CO2 emissions in industrial processes. The method and the integrated system (100) use a chemical absorbent to capture a carbon dioxide (CO2) gas from the first gas flow (104) to produce a second gas flow (106) with a high concentration of carbon monoxide (CO) gas and a lower concentration of CO2 gas compared with the first gas flow. The said CO gas in the second gas stream is used to generate C5 to C20 hydrocarbons in an exothermic reaction (108) with hydrogen (H2) (138). The chemical absorbents are regenerated by releasing at least part of the heat generated in the exothermic reaction by releasing the CO2 gas (128) captured from the first gas flow. The heat captured during the exothermic reaction can be selected first for electricity generation, in which the remaining heat after power generation is used for the thermal regeneration of the chemical absorbent.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】减少工业过程中的CO2排放的方法和系统
本公开一般涉及工业过程，并且更尤其涉及减少来自工业过程的排出气体的CO2气体排放。
技术介绍
各种工业过程产生含有二氧化碳(CO2)和其它含碳产物(如一氧化碳(CO))的排出气体。这类排出气体的实例包括来自钢铁制造业的那些(例如高炉煤气、氧气转炉煤气或焦炉煤气)。这些排出气体具有在约10到50体积百分比(体积％)范围内的CO2气体浓度和约10到80vol.％范围内的CO气体浓度。排出气体还可以含有如氢气的其它气体、烃和/或如氮气的惰性气体，其量可达约50体积％。烟气是排放气体的一个实例。在排放到大气中之前，由于其毒性，废气中的CO气体需要转化为CO2气体。可以使用燃烧过程产生CO2气体以及可用于各种过程的热量。然而，高浓度CO2气体和氮气显着降低排出气体中存在的CO气体的卡路里浓度，导致使用废气的积极性下降。尽管如此，有毒/有害的CO气体在排放之前必须转化为CO2气体。因此，经常排出气体燃烧以将CO气体转化成另外的CO2气体，而不尝试回收电力生产中产生的热量。无论采用何种工艺，燃烧排出气体或在能源生产过程中使用排出气体都会产生额外的CO2气体，并将其排放到大气中。在一些地区，例如欧洲，排放大量CO2气体的工业根据其使用生产CO2气体的原料征税和/或被要求购买CO2交易权，往往使这种能源生产过程不经济。为了尽量减少释放，可以捕获CO2气体并存储或用于一个或多个工业过程。举例来说，存在将CO2气体用作原料的工业过程。但是，这些应用通常需要浓缩和高纯度的CO2气体。这些工业过程的实例包括水泥业，饮料业(例如在碳酸饮料的生产中)，用于通过所谓的干重整工艺或与水蒸汽重整相结合的合成气生成，或与蒸汽重整和通过所谓的三重整部分氧化或用于通过用H2化学转化来生产甲醇。然而，在燃烧过程中产生的CO2气体的浓度和/或纯度通常不足以以用作这类应用中的原料。隔离排出气体中的CO2气体的过程通常也需要一定程度的能量输入，从而产生比所捕获的更多的CO2。换句话说，CO2转化和/或隔离过程往往是热力学不利的，这需要额外的CO2形成的能量输入。举例来说，已知通过基于胺的溶液吸收CO2对于吸收CO2气体是非常有效和选择性的。然而，从这类溶液中回收CO2也称为再生步骤，是高度吸热的。因此，这种再生过程需要能量，从而导致额外的能量消耗并因此增加CO2气体的排放。因此，需要改进减少含CO和CO2气体的排出中的CO2排放。
技术实现思路
本公开提供有助于减少工业过程中产生的排出气体的CO2排放同时还产生有价值的烃原料的方法和集成系统。所述方法包括：用化学吸收剂从第一气体流捕获二氧化碳(CO2)气体，其中第一气体流包括一氧化碳(CO)气和CO2气体，以产生与第一气体流相比具有较高浓度的CO气体和较低浓度的CO2气体的第二气体流；用氢气(H2)和第二气体流中的CO气体从费-托反应(Fischer-Tropschreaction)产生烃，其中费-托反应产生热量；以及使用费-托反应中产生的至少一部分热量通过释放从第一气体流捕获的CO2气体来再生化学吸收剂。第一气体流的CO气体与CO2气体的摩尔比(CO气体的摩尔数:CO2气体的摩尔数)是0.5:1到10:1，其中第一气体流也可以具有CO气体与CO2气体(CO气体的摩尔数:CO2气体的摩尔数)是0.5:1到2.5:1。从费-托反应产生烃包括产生C5到C20烃，其中来自H2气体源的H2气体和用于从费-托反应产生C5到C20烃的第二气体流中的CO气和H2气体以1:1到3:1范围内的H2气体与CO气体(H2气体的摩尔数:CO气体的摩尔数)的摩尔比反应。如上所述，费-托反应产生热量，所述热量的一部分可用于通过释放从第一气体流中捕获的CO2气体来再生化学吸收剂。费-托反应期间产生的热量也可用于发电，其中发电的废热用作费-托反应期间产生的热量的部分以再生化学吸收剂。尤其是，本公开的集成系统包括：CO2吸收系统，所述CO2吸收系统具有用于至少具有CO气体和CO2气体的第一气体流的入口，其中所述CO2吸收系统利用化学吸收剂从第一气体流捕获CO2气体，以产生与第一气体流相比具有较高浓度的CO气体和较低浓度的CO2气体的第二气体流；连接到氢气(H2)源并连接到CO2吸收系统以接收第二气体流的费-托反应器，其中所述费-托反应器用于催化产生来自费-托反应的烃与来自所述H2气体源和来自所述第二气体流的CO气体和H2气体，其中所述费-托反应产生热量；连接到费-托反应器以捕获费-托反应期间产生的热量的热交换器；以及连接到CO2吸收系统和热交换器的CO2解吸系统，其中由连接到费-托反应器的热交换器捕获的热量的至少一部分热再生CO2解吸系统中的化学吸收剂以释放捕获的CO2气体。费-托反应器可以在200℃到260℃范围内的温度和0.5Mpa到5MPa范围内的压力下与钴催化剂一起操作。在另一实施例中，由费-托反应器的热交换器捕获的热量首先用于发电，其中在发电之后剩余的废热用于热再生CO2解吸系统中的化学吸收剂。附图说明图1提供根据本公开的集成系统的图示。图2提供根据本公开的集成系统的图示。具体实施方式对导致有害气候变化的温室气体人为排放的关注正在增加。二氧化碳(CO2)已被确定为主要温室气体之一，并且例如在工业过程的排出气体中释放。这类工业过程包括但不限于化石燃料能源设施、炼钢设施、生物质能源设施、天然气处理设施、合成燃料电厂、炼油厂、石化生产工厂以及化石燃料制氢工厂。在某些情况下，这些废气也含有CO，例如在钢铁工业的废气中就是这种情况。在排放到大气中之前，由于其毒性，废气中的CO气体需要转化为CO2气体。燃烧过程可用于产生CO2气体以及可用于各种过程的热量。为了防止释放CO2气体，已经提出了各种捕获技术。在这些捕获技术中，认为化学吸收最适合从这些工业过程的排出气体中捕获CO2气体的。然而，化学吸收需要能量来再生富含CO2的化学吸收剂。通常，再生化学吸收剂所需的能量也会产生CO2气体，这会降低捕获CO2气体的整体效率和有效性。为了解决这个问题，本公开提供方法和集成系统，所述方法和集成系统有助于减少工业过程中产生的排出气体的CO2排放，同时还产生可以从化石来源替代碳基产品(即石油或天然气)的有价值烃产物。本文讨论的方法和集成系统利用化学吸收剂从第一气体流捕获CO2气体，以产生与第一气体流相比具有较高浓度的CO气体和较低浓度的CO2气体的第二气体流。第二气体流中的CO气体与氢气(H2)一起用于在费-托反应中生产烃。烃形成本质上节省了CO2气体的排放，因为CO气体转化为有价值的产物，而不是经历燃烧产生更多的CO2气体。在费-托反应中产生的至少一部分热量用于利用释放从第一气体流捕获的CO2气体再生富含CO2的化学吸收剂。在费-托反应期间捕获的热量也可以任选地首先用于发电，其中发电后剩余的热量然后用于热再生富含CO2的化学吸收剂。因此，本公开出人意料地提供了从一般将浪费的含CO的废物流产生有价值的烃，同时在低净能量输入下捕获CO2气体。如本文所用，术语“排出气体(effluentgas/effluentgases)”是指任何至少包含CO2气体和CO气体的后处理气体。一种或多种排出气体的实例包括烟气、废本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法，包含：用化学吸收剂从第一气体流捕获二氧化碳(CO2)气体，其中所述第一气体流包括一氧化碳(CO)气体和CO2气体，以产生与第一气体流相比具有较高浓度的CO气体和较低浓度的CO2气体的第二气体流；用氢气(H2)和所述第二气体流中的所述CO气体从费‑托反应(Fischer‑Tropsch reaction)产生烃，其中所述费‑托反应产生热量；以及使用所述费‑托反应中产生的所述热量的至少一部分，通过释放从所述第一气体流捕获的所述CO2气体来再生所述化学吸收剂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.17 US 62/2564591.一种方法，包含：用化学吸收剂从第一气体流捕获二氧化碳(CO2)气体，其中所述第一气体流包括一氧化碳(CO)气体和CO2气体，以产生与第一气体流相比具有较高浓度的CO气体和较低浓度的CO2气体的第二气体流；用氢气(H2)和所述第二气体流中的所述CO气体从费-托反应(Fischer-Tropschreaction)产生烃，其中所述费-托反应产生热量；以及使用所述费-托反应中产生的所述热量的至少一部分，通过释放从所述第一气体流捕获的所述CO2气体来再生所述化学吸收剂。2.根据权利要求1所述的方法，其中以所述第一气体流的总体积百分比计，所述第一气体流具有至少20体积百分比(体积％)的CO气体和CO2气体的组合量。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一气体流的所述CO气体与所述CO2气体的摩尔比(CO气体的摩尔数:CO2气体的摩尔数)为0.5:1到10:1。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述第一气体流的所述CO气体与所述CO2气体的摩尔比(CO气体的摩尔数:CO2气体的摩尔数)为0.5:1到2.5:1。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中从所述第一气体流捕获CO2气体进一步包括捕获气相中的至少一种其它物质，其中所述物质具有选自胺、硫、磷酸盐和氰化物的群组的部分。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中从所述费-托反应产生烃包括产生C5到C20烃。7.根据权利要求6所述的方法，其中用于从所述费-托反应产生所述C5到C20烃的所述H2气体和所述第二气体流中的所述CO气体以1:1到3:1的范围内的H2气体与CO气体的摩尔比(H2气体的摩尔数:CO气体的摩尔数)反应。8.根据权利要求6到7中任一项所述的方法，进一步包括将所述费-托反应之后剩余的CO气体和H2气体的至少一部分返回到所述第二气体流。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括利用在所述费-托反应期间产生的所述热量发电，其中发电过程中的废热作为所述费-托反应中产生的所述热量的所述部分用于再生所述化学吸收剂。10.一种集成系统，包含：CO2吸收系统，具有用于第一气体流的入口，所述第一气体流至少具有CO气体和CO2气体，其中所述CO2吸收系统利用化学吸收剂从所述第一气体流捕获CO2气体以产生与第一气体流相比具有较高浓度的CO气体和较低浓度的CO2气体的第二气体流；费-托反应器，所述费-托反应器连接到氢气(H...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·达维迪安，S·哥图斯，C·比舒维尔，M·瑞坦比克，A·M·马雷克，P·E·赫鲁嫩代克，G·R·迈马，
申请(专利权)人：陶氏环球技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US