用於處理被汙染的鹼性胺基酸鹽溶液的方法和裝置的製作方法

2023-05-23 17:08:51

專利名稱：用於處理被汙染的鹼性胺基酸鹽溶液的方法和裝置的製作方法
用於處理被汙染的鹼性胺基酸鹽溶液的方法和裝置本發明涉及一種用於處理被汙染的溶液，尤其是被汙染的鹼性胺基酸鹽溶液的方法。本發明還涉及一種處理被汙染的用於吸收二氧化碳的溶液的裝置。在用於產生電能的燒化石燃料的電廠設備中，通過燃燒化石燃料產生了含二氧化碳的煙氣。為了避免或減少二氧化碳排放，必須將二氧化碳從煙氣中分離出來。為了將二氧化碳從混合氣中分離出來，通常已知各種方法。尤其是使用吸收-解吸方法來在燃燒過程之後將二氧化碳從煙氣中分離出來。在此，大規模地用吸收劑將二氧化碳從煙氣中洗出。在典型的吸收-解吸過程中，煙氣在吸收塔中與作為洗滌劑的選擇性吸收劑接觸，以及在此被洗滌劑吸收。現在載有二氧化碳的吸收劑為了二氧化碳的分離和吸收劑的再生而被導入解吸塔中。裝載後的吸收劑被加熱，其中，二氧化碳再次從吸收劑解吸以及形成再生的吸收劑。再生的吸收劑被重新導給吸收塔，它在那裡又可以從含二氧化碳的廢氣中吸收二氧化碳。常用的吸收劑表現出了良好的選擇性以及對有待分離的二氧化碳的高容量。特別適用的是基於胺(例如單乙醇胺)的吸收劑。在化工行業中，通常也使用胺溶液作為吸收劑。通過吸收劑與煙氣接觸，除二氧化碳外，還將大量來自煙氣的雜質和煙氣副產物帶到吸收劑內。吸收劑也由於持續的熱負荷而隨時間流逝在吸收-解吸過程中受損。因此必須不間斷地替換吸收劑。在此，始終有較大量的未經使用的吸收劑隨著雜質和降解產物一起從吸收-解吸過程排出。在使用以胺為基礎的吸收劑時，胺可以通過蒸餾回收。胺溶液和酸性煙氣副組分一起形成了穩定的鹽。通過胺溶液的蒸餾淨化，亦即通過蒸發易揮發的胺和緊接其後的冷凝，實現了很難沸騰的雜質的分離以及因此實現胺溶液的淨化。但胺的用於蒸餾淨化的顯著的蒸氣壓也意味著，在吸收-解吸過程期間，少量胺隨清潔後的煙氣一起排出到環境中，這造成不期望的空氣負荷。此外，蒸餾淨化工藝需要很高的能量消耗。反之，胺基酸鹽則不具有可測量的蒸氣壓，以及因而也無法與煙氣一起排出到環境空氣中。當然出於這個原因也無法對胺基酸鹽溶液進行蒸餾處理。迄今為止未公開任何用於胺基酸鹽溶液的淨化方法。因此必須完全清除排出的那部分使用過的胺基酸鹽溶液。本發明所要解決的技術問題是，提供一種用於處理被汙染的鹼性胺基酸鹽溶液的方法，其能在工業上使用並且具有高效率。本發明所要解決的另一個技術問題是，提供一種用於處理被汙染的鹼性胺基酸鹽溶液的裝置，其能集成在二氧化碳分離裝置中。本發明針對方法的技術問題按照本發明通過一種按權利要求1所述用於處理被汙染的鹼性胺基酸鹽溶液的方法解決。在第一個過程步驟中，將二氧化碳引入胺基酸鹽溶液中，此時碳酸鹽和/或氨基甲酸鹽沉澱析出。在另一第二個過程步驟中，沉澱析出的碳酸鹽和/或氨基甲酸鹽被濾出，此時產生了濾液。在又一第三個過程步驟中，濾液被冷卻，由此結晶出胺基酸和/或胺基酸鹽。在另一第四個過程步驟中，胺基酸和/或胺基酸鹽最終被濾出。胺基酸和/或胺基酸鹽然後在最後的第五個過程步驟中被再次放入溶液中，從而由此回收了一種經處理的胺基酸鹽溶液。在此，本發明基於這樣一種想法，S卩，通過選擇性結晶來處理被汙染的鹼性胺基酸鹽溶液。本發明在此利用了一點，即，胺基酸的結晶特性與pH值強烈關聯。在圖6中示出了胺基酸的結晶特性。該圖表示出了胺基酸鹽的溶解度和PH值的典型的關聯。在吸收-解吸過程中使用的胺基酸鹽溶液通常具有在約10和13之間的極高的pH值。在這些條件下，胺基酸作為羧酸鹽存在。羧酸鹽由於其負電荷而能良好地溶於水。本發明現在發現，胺基酸的水溶性通過PH值下降而降低。胺基酸在所謂的等電點上表示出最小的水溶性。胺基酸在那裡作為羧酸鹽以及作為銨的形式保持均衡(兩性離子)。但不必恰好就是等電點，在等電點上，結晶以特別高的產率進行。用於使甲基丙氨酸鉀結晶的最佳pH值例如在9. O至9. 5。
為了降低pH值，特別有利的是使用二氧化碳，因為二氧化碳是一種在總過程中存在的成分。此外，總過程還包括一種解吸過程，因而二氧化碳在解吸過程中可以再次從處理好的胺基酸鹽溶液中除去，以便再次達到胺基酸鹽溶液所需的鹼性。根據胺基酸鹽優選採用的反應路徑的不同，在排放二氧化碳時，特別形成了胺基酸的氨基甲酸酯(鹽)或重碳酸酯(鹽)或碳酸酯(鹽)。在形成重碳酸酯(鹽)的胺基酸鹽的情況下，所形成的重碳酸酯(鹽)通常還要比胺基酸鹽本身更不易溶解，所以在放氣時，鹼性碳酸氫鹽與二氧化碳通常析出碳酸氫鉀。結晶固體被濾出且殘留的母液被輸送給結晶反應器，溶液在結晶反應器中被冷卻。胺基酸在此以純淨形式析出。通過按本發明的方法，首先能將雜質分離，雜質在以胺基酸鹽為基礎的溶劑中因通過煙氣或通過溶劑降解的引入而以很小的濃度產生。胺基酸在此通過添加二氧化碳而在PH值上受到影響，因而純淨的胺基酸被結晶出來且雜質可以用殘餘溶液(母液)分離。緊接著胺基酸鹽再次被溶解且作為活性物質再次使用在溶液中。該方法也適用於胺基酸鹽溶液，胺基酸鹽溶液的胺基酸優選形成氨基甲酸酯(鹽)取代重碳酸酯(鹽)。在該方法的有利的優化步驟中，被汙染的鹼性胺基酸溶液在引入二氧化碳之前被濃縮。由此能達到結晶化的胺基酸的更高的產率。此外，有很少的胺基酸鹽餘留在剩餘溶液(母液)中，它必須和分離後的雜質一起被清除。胺基酸鹽溶液的濃縮在此有利地通過使用始終在總過程中存在的低壓蒸氣壓完成。總過程包括用於二氧化碳的分離裝置，該分離裝置同樣為了解吸過程而需要蒸汽。此外，總過程還包括一種燃燒化學燃料的發電過程，在該發電過程中，產生了用於獲得能量的熱蒸汽。通過胺基酸鹽溶液的濃縮，溶劑被蒸發，溶劑在之後的冷凝過程中冷卻並且冷凝為冷凝物。冷凝物現在可以有利地再次用於溶解濾出的胺基酸或胺基酸鹽以及因此用於回收經處理的胺基酸鹽溶液。冷凝物由此被儘可能保持在迴路中，因此省去了溶劑(水)的附加的引入。在所述方法的另一個有利的設計方案中，析出的碳酸酯和/或碳酸鹽同樣再次在經處理的胺基酸鹽溶液中溶解。以此方式再次將鉀輸送給經處理的胺基酸鹽溶液，因而形成了用於選擇性吸收二氧化碳的吸收劑。碳酸酯和/或碳酸鹽在此包括碳酸酯(鹽)和重碳酸酯(鹽)。不然在不使用在所述方法中通過析出獲得的碳酸酯和/或碳酸鹽的情況下就必須附加地再次豐富經處理的胺基酸鹽溶液的重碳酸鉀含量。在實施所述方法之後產生的母液除了雜質外還包含較大量的已溶解的胺基酸。因此有利的是，再次將母液的一股分流返回給蒸發器以及因而再一次輸送給淨化裝置。所述方法以有利地方式集成在二氧化碳的分離過程中使用。分離過程在此包括吸收過程和解吸過程。由此能有利地直接從二氧化碳的解吸過程提取引入所述方法所需的二氧化碳。因此利用了在總過程中存在的組分，以及可以省去用於降低PH值的材料的額外供應。在總過程中存在的吸收過程在此同樣可以有利地用於再次解吸包含在經處理的胺基酸鹽溶液中的二氧化碳以及因此再次達到用於在分離過程的吸收過程中選擇性吸收二氧化碳的胺基酸鹽溶液所需的鹼性。本發明的針對裝置的技術問題按照本發明通過一種處理被汙染的用於二氧化碳的吸收劑的裝置解決，該裝置帶有第一反應器、通過管路連接在第一反應器上的第一過濾器、通過管路連接在第一過濾器上的第二反應器、連接在第二反應器上的第二過濾器以及連接在第二過濾器上的溶解器。按本發明的方法有利地在一種用於處理被汙染的吸收劑的裝置中運行。特別有利的是，該裝置可以集成在用於二氧化碳的分離裝置中運行。分離裝置包括吸收劑迴路和用於二氧化碳的存儲器。第一反應器在此通過用於輸送二氧化碳的管路與存儲器連接，以及通過用於輸送被汙染的溶劑的管路與吸收劑迴路連接。由此可以直接從吸收劑迴路中將待處理的吸收劑導入到用於處理被汙染的吸收劑的裝置中。以及來自分離裝置的已經分離的二氧化碳也能用於所述裝置。在所述裝置的一種有利的設計方案中，在第一反應器上遊連接有蒸發器。蒸發器連接在蒸汽管路上，因而蒸發器能通過可輸送的蒸汽加熱。蒸汽管路將蒸發器例如與燃燒化學燃料的電廠設備的蒸汽發生器連接起來。由此在電廠設備的在運行中可供使用的蒸汽能夠用於用來加熱的蒸發器，因此省去了用於蒸發器的附加的熱能。在所述裝置的一種有利的擴展設計方案中，蒸發器通過管路與溶解器連接。來自蒸發器的冷凝後的蒸汽可以作為溶劑通過管路輸送給溶解器。因此可以繼續使用來自蒸發器的冷凝後的蒸汽以及必須沒有任何額外的組分作為溶劑從外部引入。此外，在一種相宜的擴展設計方案中，第一過濾器也通過線路與溶解器連接。由此在第一反應器內析出的胺基酸鹽能再次使用在溶解器中。接下來藉助示意性附圖詳細闡釋本發明的實施例。附圖中

圖1示出了用於處理被汙染的鹼性胺基酸鹽溶液的方法；圖2示出了在圖1所示方法上遊的濃縮過程；圖3示出了圖1和圖2的方法的一種擴展設計；圖4示出了一種處理被汙染的用於二氧化碳的吸收劑的裝置；圖5示出了圖4的處理被汙染的用於二氧化碳的吸收劑的裝置的一種擴展設計。圖1所示的處理方法I主要包括五個相繼的方法步驟。在處理方法I的第一個方法步驟10中，引入了二氧化碳2和被汙染的胺基酸鹽溶液3。第一個方法步驟10在此優選在處在50和70°C之間的溫度Tl下發生。此外有利的是，二氧化碳2通過攪拌或混合引入到被汙染的胺基酸鹽溶液3中。通過被汙染的胺基酸鹽溶液3與二氧化碳2的接觸而析出了碳酸酯和/或碳酸鹽4。由碳酸酯和/或碳酸鹽和母液6構成的懸浮液5離開方法步驟10，以及被輸送給第二個方法步驟11。在第二個方法步驟11中，析出的碳酸酯和/或碳酸鹽4，例如碳酸氫鉀，被從母液6濾出並且與母液6分離地從方法步驟11導出。母液6被輸送給第三個方法步驟12。在第三個方法步驟12中，母液6被吸取熱量Q優選調到在10°C和50°C之間的溫度T2。由此冷卻母液6並且出現了胺基酸或胺基酸鹽7的結晶。由胺基酸或胺基酸鹽7和母液6構成的懸浮液8離開第三個方法步驟，以及被輸送給第四個方法步驟13。·
在第四個方法步驟13中，結晶的胺基酸或胺基酸鹽7從母液6濾出並且也與母液6分離地從第四個方法步驟13導出。結晶的胺基酸或胺基酸鹽7現在被輸送給第五個方法步驟14。在第五個方法步驟14中進行經處理的胺基酸鹽溶液15的回收。為此將結晶的胺基酸鹽7和溶劑9輸送給第五個方法步驟14，並且結晶的胺基酸鹽7在溶劑中溶解。在此形成的處理好的胺基酸鹽溶液15被從第五個方法步驟14導出。圖2示出了圖1所示的處理方法I的一種有利的擴展設計。為此，濃縮過程16在處理方法I上遊。為清楚起見，沒有額外示出這樣一種實施形式，在該實施形式中，濃縮過程16是處理方法I的組成部分。被汙染的胺基酸鹽溶液3和熱能0被輸送給濃縮過程16，因此被汙染的胺基酸鹽溶液3被濃縮。所輸送的熱能0可以用熱蒸汽18傳遞，熱蒸汽業已通過發電過程的蒸汽發生過程製備。通過被汙染的胺基酸鹽溶液3的濃縮，溶劑被蒸發，並且以冷凝物19的形式，與經濃縮的胺基酸鹽溶液17分離地從濃縮過程16導出。經濃縮的胺基酸鹽溶液17被輸送給之後的處理方法I。圖3示出了處理方法I的一種有利的擴展設計。圖中主要示出了第一個方法步驟10直至第五個方法步驟14、在第一個方法步驟10上遊的濃縮過程16以及燃燒化學燃料的發電過程23。發電過程23在此包括解吸過程20和吸收過程21。在按圖1和圖2的本發明的實施形式的擴展設計中，現在在圖3的實施形式中將來自濃縮過程16的冷凝物19輸送給第五個方法步驟14。冷凝物19在此用作用於溶解碳酸鹽4以及用於實現經處理的胺基酸鹽溶液15的溶劑9。此外還示出的有，從分離過程22中提取輸送給濃縮過程16的被汙染的胺基酸鹽溶液3。此外還示出了二氧化碳2到來自解吸過程20的第一個方法步驟10。解吸過程20具有解析器和存儲器，或用於二氧化碳2的管路，二氧化碳2從該管路中提取。輸送給濃縮過程的熱能β，以熱蒸汽18的形式被從發電過程23的蒸汽發生過程24中提取出來。在此，優選使用在100至150°C之間的熱蒸汽18。在第二個方法步驟11中形成的碳酸酯和/或碳酸鹽4與結晶的胺基酸或胺基酸鹽7被導入到第五個方法步驟14中。最後，在第五個方法步驟14中經處理的胺基酸鹽溶液15被再次引回到分離過程22中。在胺基酸結晶之後餘留的母液被從方法步驟13分離出來並且按份額交還(循環)給分離過程22。在此未示出必須從該過程導出的以及作為廢料清除的份額。
圖4示出了按本發明的處理被汙染的用於二氧化碳的吸收劑的裝置30的一種實施形式。圖4的重要部件為第一反應器32、第一過濾器33、第二反應器34、第二過濾器以及溶解器36。第一反應器32具有用於被汙染的吸收劑的輸送管路37和用於二氧化碳的輸送管路38。輸送管路37連接在用於被汙染的吸收劑的輸入管路的二氧化碳分離裝置(CO2-捕集設備)上。二氧化碳分離裝置在此未被示出。用於二氧化碳的輸送管路38同樣連接在二氧化碳分離裝置上並且用於輸送業已從煙氣分離出來的二氧化碳。第一反應器32包括攪拌機39a並且接在冷卻環路40內，泵41和冷卻器42接在該冷卻迴路中。熱能能夠通過冷卻器42從第一反應器32排出，由此能調整在第一反應器32中的溫度Tl。也可以考慮其它用於調整溫度Tl的方案。為了將懸浮液導出，第一反應器32具有管路43。管路43將第一反應器與第一過濾器33連接起來。泵44接在管路43中。第一過濾器33設計用於將結晶的固體組分，優選碳酸氫鉀，與液體組分分離。第一過濾器33具有用於運輸濾出的固體組分的排出管路45，並且通過管路46與第二反應器34連接。第二反應器34同樣包括攪拌器39b並且能通過冷卻介質的輸送而冷卻，因而能調整溫度T2。在第二反應器34上為了將懸浮液導出而連接有管路47。管路47將第二反應器34與第二過濾器35連接起來。泵48接在管路47中。第二過濾器35同樣如第一過濾器33那樣設計用於將結晶的固體組分，優選胺基酸，與液體組分分離。第二過濾器35為此具有用於運輸濾出的固體組分的排出管路49，並且通過管路50與收集容器51連接。排出管路49將第二過濾器35與溶解器36連接起來。溶解器36加裝有攪拌器39c，例如盤式攪拌器，其具有將結晶的附聚物再次帶至溶液中的功能。為此還可以將溶劑，例如水，輸送給溶解器36。排出管路45也有利地將第一過濾器33與溶解器36連接起來。在溶解器36上連接有回引管路52。未示出的是，回引管路52為了將處理好的吸收劑導出而與用於二氧化碳的分離裝置(C02捕集設備)連接。收集容器51設計用於液體組分並且具有排出管路53，排出管路分支成第一分流管路54和第二分流管路55。泵56接在排出管路53中。第一分流管路54在此連接在第二反應器34上。第二分流管路55設置用於將餘留的液體組分導出。圖5示出了圖4所示的裝置30的一種擴展設計。與圖4有所區別的是，圖5的這個實施例主要額外包括蒸發器57、冷凝器58和固體收集器59。蒸發器57接在用於被汙染的吸收劑的輸送管路37中並且設計成膜式蒸發器。此外在蒸發器57上還連接有蒸汽管路60，該蒸汽管路將蒸發器57與燃燒化學燃料的電廠設備的蒸汽發生器連接起來，並且泵65接在該蒸汽管路中。除了能從蒸發器57導出的懸浮液外，還能通過管路61將蒸汽導出。管路61將蒸發器57與冷凝器58連接起來。在冷凝器58上連接有冷凝物管路62，其將冷凝器58與固體收集器59連接起來。收集容器63和泵64接入冷凝物管路62。在圖5的實施例中，固體收集器59接入排出管路49中並且排出管路45也連接在固體收集器59上。
第一分流管路54在圖5的實施例中連接在第二反應器34上並且此外還連接在用於被汙染的吸收劑37的輸送管路上，因此形成了用於吸收劑的迴路。
權利要求
1.一種用於處理被汙染的鹼性胺基酸鹽溶液(3)的方法(I)，其包括下列步驟-將二氧化碳(2)引入胺基酸鹽溶液(3)中以及由此析出碳酸酯和/或碳酸鹽(4)；-濾出析出的碳酸酯和/或碳酸鹽(4)；-冷卻濾液以及由此結晶出胺基酸和/或胺基酸鹽(X)；-濾出結晶的胺基酸和/或胺基酸鹽(X)；-溶解濾出的胺基酸和/或胺基酸鹽(X)以及由此回收經處理的胺基酸鹽溶液(15)。
2.按權利要求1所述的方法(I)，在該方法中，被汙染的鹼性胺基酸鹽溶液(3)在引入二氧化碳(2)之前被濃縮。
3.按權利要求2所述的方法(1)，在該方法中，為了濃縮而將熱蒸汽(18)引入胺基酸鹽溶液(3)中，此時形成了經濃縮的胺基酸鹽溶液(17)和冷凝物(19)。
4.按權利要求3所述的方法(I)，在該方法中，所述冷凝物(19)用於溶解濾出的胺基酸和/或胺基酸鹽(15)。
5.按權利要求1或4所述的方法(I)，在該方法中，析出的碳酸酯和/或碳酸鹽⑷溶解在經處理的胺基酸鹽溶液(15)中。
6.按權利要求1至5中任一項所述的方法(I)，在該方法中，從用於二氧化碳的解吸過程(20)中提取引入的二氧化碳(2)。
7.按權利要求1至6中任一項所述的方法(I)，在該方法中，經處理的胺基酸鹽溶液 (15)被輸送給用於二氧化碳的解吸過程，此時包含在經處理的胺基酸鹽溶液(15)中的二氧化碳(2)在解吸過程(20)中被解吸。
8.按權利要求6或7所述的方法(I)，在該方法中，解吸過程(20)是用於二氧化碳的分離過程(22)的組成部分，其集成在燃燒化石燃料的發電過程(23)中。
9.一種處理被汙染的用於二氧化碳的吸收劑的裝置(30)，其包括-第一反應器(32)，被汙染的溶劑和二氧化碳能引入該第一反應器中；-第一過濾器(33)，其通過管路(43)連接在第一反應器(32)上，用於將碳酸酯和/或碳酸鹽從溶劑分離出來；-第二反應器(34)，其通過管路(46)連接在第一過濾器(33)上，用於從溶劑中結晶出胺基酸和/或胺基酸鹽；-第二過濾器(35)，其連接在第二反應器(34)上，用於將結晶出來的胺基酸和/或胺基酸鹽從溶劑分離出來；以及-溶解器(36)，其連接在第二過濾器(35)上，結晶出來的胺基酸和/或胺基酸鹽和溶劑能輸送給該溶解器。
10.按權利要求9所述的裝置(30)，其特徵在於，該裝置(30)集成在用於二氧化碳的分離裝置中，其中分離裝置包括吸收劑迴路和二氧化碳存儲器，以及其中所述第一反應器 (32)通過用於輸送二氧化碳的管路(38)與存儲器連接，且通過用於輸送被汙染的溶劑的管路(37)與吸收劑迴路連接。
11.按權利要求9或10所述的裝置(30)，其特徵在於，蒸發器(57)接在所述第一反應器(32)上遊，蒸發器為了加熱而通過蒸汽管路￠0)與燃燒化學燃料的電廠設備的蒸汽發生器連接。
12.按權利要求9所述的裝置(30)，其特徵在於，蒸發器(57)通過管路與所述溶解器(36)連接，使得冷凝後的蒸汽能作為溶劑輸送給所述溶解器(36)。
13.按權利要求9至12中任一項所述的裝置(30)，其特徵在於，第一過濾器(33)通過用於胺基酸和/或胺基酸鹽的管路與溶解器(45)連接。
14.按權利要求9至13中任一項所述的裝置(30)，其特徵在於，第一反應器(32)與二氧化碳存儲器連接，其是集成在燃燒化石燃料的電廠設備中的用於二氧化碳的分離裝置的一部分。
15.按權利要求9至14中任一項所述的裝置(30)，其特徵在於，溶解器(36)為了將經處理的溶劑導出而與用於二氧化碳的分離裝置的解吸單元連接。
全文摘要
本發明涉及一種用於處理被汙染的鹼性胺基酸鹽溶液(3)的方法(1)。首先將二氧化碳(2)引入胺基酸鹽溶液(3)，由此析出碳酸酯和/或碳酸鹽(4)，濾出碳酸酯或碳酸鹽(4)。然後冷卻殘留的濾液，此時結晶出胺基酸和/或胺基酸鹽(7)，它們同樣被濾出。然後再次溶解濾出後的胺基酸和/或胺基酸鹽(7)，由此回收經處理的胺基酸鹽溶液(15)。本發明還涉及一種用於實施所述方法的裝置(30)。
文檔編號B01D53/62GK103025407SQ201180035816
公開日2013年4月3日 申請日期2011年6月8日 優先權日2010年7月22日
發明者E.L.V.戈瑟爾, R.喬, E.J.M.吉林, R.施奈德, J.範德米爾, D.維多斯 申請人:西門子公司