專利名稱：來自富氧燃燒工藝的煙道氣的處理的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及一種從燃料例如烴燃料；碳質(zhì)燃料；或生物質(zhì)的富氧燃燒產(chǎn)生的煙道氣中去除一氧化碳(CO)的方法。該方法也可用于從煙道氣中去除一氧化氮(NO)。該發(fā)明特別應(yīng)用于處理煤粉燃燒的發(fā)電廠中富氧燃燒工藝的煙道氣。
背景技術(shù)：
術(shù)語“S0X”指的是硫的氧化物并包含二氧化硫(SO2)和三氧化硫(SO3)。術(shù)語“N0X” 指的是氮的氧化物并主要包含NO和二氧化氮(NO2)。NOx可包含一種或多種包括隊(duì)0、N2O4 及N2O3的其它氮的氧化物?，F(xiàn)已聲稱全球變暖的主要原因之一是由于人類的影響大氣中溫室氣體污染物的增加。排放的主要的溫室氣體，二氧化碳(CO2),在大氣中的濃度從工業(yè)革命前的270ppm增長(zhǎng)至當(dāng)前值約378ppm。CO2濃度的繼續(xù)增長(zhǎng)是不可避免的直至CO2的排放得以抑制。主要的(X)2排放源是燃燒化石燃料的電力站及以石油為燃料的車輛。為繼續(xù)生產(chǎn)國(guó)家需要維持其經(jīng)濟(jì)和生活方式的電力而使用化石燃料是必需的。因此，需要設(shè)計(jì)有效方式捕集來自發(fā)電站燃燒化石燃料中的(X)2以將其儲(chǔ)存起來而非釋放到大氣中?？煞獯嬗谏詈Ｖ?；地質(zhì)建造中如鹽水層；或廢油或天然氣層?？蛇x地，CO2可用于提高原油采收率(EOR)技術(shù)。富氧燃燒工藝通過在純氧中燃燒一種碳質(zhì)燃料或烴燃料從而產(chǎn)生一種由(X)2和水蒸汽組成的凈燃燒氣體產(chǎn)物，試圖減輕CO2排放的有害影響。該工藝將導(dǎo)致煙道氣中氮?dú)?(N2)的缺乏以及非常高的燃燒溫度，其在熔爐或鍋爐中是不實(shí)際的。為了緩和燃燒溫度，總煙道氣流中的一部分通常在冷卻后返回燃燒器中循環(huán)利用。一篇題巨 ^ "Oxy-combustion processes for CO2 capture from advanced supercritical PF and NGCC power plants，，(Dillon 等；發(fā)表于 GHGT-7，Vancouver，2004 年9月)的文獻(xiàn)描述了采用富氧燃燒工藝捕集由煤粉燃燒的發(fā)電鍋爐產(chǎn)生的CO2，其公開的內(nèi)容在此引入作為參考。富氧燃燒產(chǎn)生的粗煙道氣主要包含CO2，還有污染物例如水蒸汽；CO ；“不可冷凝的”氣體，即來自于化學(xué)過程中的不易通過冷卻而冷凝的氣體，例如過量的燃燒氧氣(O2)， 和/或源自于任何空氣泄漏進(jìn)入該系統(tǒng)的02、N2和氬氣(Ar)；以及酸性氣體例如作為燃料中組分的氧化產(chǎn)物而產(chǎn)生的或通過隊(duì)和A在高溫下的結(jié)合而產(chǎn)生的S03、SO2、氯化氫 (HC1)、N0和N02。煙道氣中存在的氣態(tài)雜質(zhì)的精確濃度取決于多種因素，例如燃料組成；燃燒器中A和N2的水平；燃燒溫度；以及燃燒器和熔爐的設(shè)計(jì)。通常，最終的經(jīng)凈化的(X)2產(chǎn)品理想的應(yīng)作為一種高壓流體物流生產(chǎn)以傳輸進(jìn)入管道輸送到倉庫或使用位置，例如E0R。CO2應(yīng)當(dāng)是干燥的以避免例如碳鋼管的腐蝕。CO2雜質(zhì)水平不應(yīng)當(dāng)危及儲(chǔ)存地點(diǎn)的地質(zhì)完整性，特別是如果(X)2用于E0R，輸送和儲(chǔ)存不應(yīng)當(dāng)破壞規(guī)定輸送和氣流處理的國(guó)際和國(guó)家條約和規(guī)章。因此，為了生產(chǎn)最終的適于儲(chǔ)存或使用的(X)2產(chǎn)品，有必要凈化來自于鍋爐或熔爐的粗煙道氣以除去水蒸氣；CO ；SOx ；NOx ；可溶的氣態(tài)雜質(zhì)例如HCl ；和“不可冷凝的”氣體例如O2、N2和Ar。也有必要降低和理想地消除例如CO、NOx和SOx的雜質(zhì)排放至大氣中。通常，在有關(guān)利用富氧工藝進(jìn)行(X)2捕集領(lǐng)域中的現(xiàn)有技術(shù)至今集中于利用當(dāng)前技術(shù)水平在CO2回收和凈化系統(tǒng)中在CO2壓縮機(jī)組上游去除SOx和N0X。SOx和NOx去除基于煙道氣脫硫(FGD)方案例如利用石灰石漿料使氣體凈化并伴隨空氣氧化產(chǎn)生石膏，利用各種技術(shù)例如低NOx燃燒器，過量燃燒或采用還原劑例如氨水或尿素在升高的溫度下有或無催化劑的情況下使 NOx 還原。"Oxyfuel Combustion For Coal-Fired Power Generation With CO2Capture-Opportunities And Challenges，，(Jordal 等，GHGT-7, Vancouver, 2004) 公開了使用脫硫和NOx還原技術(shù)的常規(guī)S0x/N0x去除。這種工藝能用于常規(guī)的燃煤鍋爐。US2007/0122328A1(授權(quán)為US7416716B1)公開了從由烴燃料或碳質(zhì)燃料的富氧燃燒產(chǎn)生的粗二氧化碳?xì)怏w中去除SO2和NOxW第一種已知的方法，其中去除步驟發(fā)生于 CO2回收和凈化系統(tǒng)的(X)2壓縮機(jī)組中。由于酸氣體與二氧化碳煙道氣一起被壓縮，因此該工藝稱為“酸壓縮”工藝。該方法包括在A和水的存在下將粗二氧化碳保持在升高的壓力并且，當(dāng)去除SA和NOx時(shí)，有足夠的時(shí)間將SA轉(zhuǎn)化為硫酸和/或?qū)Ox轉(zhuǎn)化為硝酸；以及將所述硫酸和/或硝酸從粗二氧化碳?xì)庵蟹蛛x。眾所周知的還有使用一系列催化劑分別將CO和NO氧化為(X)2和N02。例如， GB998771描述了“霍加拉特劑(hopcalite) ”的使用，其為一種銅氧化物和錳氧化物的混合物，在氦的凈化工藝中在5至IOpsig (140至179kPa)和240°C下將CO氧化為二氧化碳(和將氫氣(H2)轉(zhuǎn)化為水)。隨后利用分子篩將(X)2去除。US2003/0153632A1描述了從合成氣(“合成氣”)中去除仏的工藝，其通過在壓力從大氣壓至約IOOOpsi (6. 9MPa)或更高下和在溫度為20-600°C下將合成氣通過基于在金屬/金屬氧化物的催化劑。該催化劑利用合成氣中的A促進(jìn)合成氣中的CO氧化為二氧化碳。還描述了利用催化作用降低來自不同形式的空氣助燃燃燒的CO和NO排放。例如， GB411655描述了使用貴金屬催化劑(鉬和銠)或霍加拉特劑氧化碳黑和CO以清潔來自內(nèi)燃機(jī)的廢氣。此外，GBM42444A也描述了使用霍加拉特劑氧化廢氣中的N0。該反應(yīng)在大氣壓下和溫度為30至86°C下發(fā)生。其公開了廢氣的濕度應(yīng)從0. 035至0. 9kg/kg干氣。Spassova等(Journal ofCatalysis ；185 ；43-57 ； 1999)描述了在環(huán)境溫度下使用霍加拉特催化劑同時(shí)氧化CO和還原N0。其它將NO還原為N2的催化劑是已知的，且通常稱為選擇性催化還原(“SCR”)催化劑。例如，US5260043A描述了在含化的煙道氣中將NOx和CO分別轉(zhuǎn)化為隊(duì)和CO的工藝，其使用一種金屬交換的結(jié)晶沸石催化劑和CH4作為還原劑。該反應(yīng)發(fā)生在250至700°C 和在0.5 M 300atm(50kPa至30MPa)下。氨氣(NH3)作為還原劑與SCR催化劑一起使用。US2008/0038174A1教導(dǎo)了用于NOx的SCR兩床體系。第一催化劑床含有混合的金屬氧化物而第二床含有負(fù)載的貴金屬催化劑。該文獻(xiàn)指出該催化劑體系可用于在廢氣中去除氮的氧化物，該廢氣由例如柴油、汽油、煤等的燃料的燃燒產(chǎn)生。催化劑體系的測(cè)試在含有10% O2，各自150ppm的NO和而2，5%水，以及余量的隊(duì)的反應(yīng)氣，及5L-NA發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣中進(jìn)行。持續(xù)需要開發(fā)新的方法和設(shè)備從燃料的富氧燃燒產(chǎn)生的煙道氣中去除C0，優(yōu)選與SOjn NOx —起，以及由此不僅降低排放濃度，而且優(yōu)選降低釋放至大氣中的雜質(zhì)總量，特別是在工業(yè)規(guī)模上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種從燃料的富氧燃燒產(chǎn)生的煙道氣中去除CO的方法和設(shè)備，特別是在工業(yè)規(guī)模上。本發(fā)明另外的目的是提供一種方法和設(shè)備，用于不僅降低CO的排放濃度，而且降低從該煙道氣釋放至大氣中的CO總量。本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案的目的是提供一種也可從該煙道氣中去除NO的方法和設(shè)備，優(yōu)選不僅降低該雜質(zhì)的排放濃度，而且降低釋放至大氣中的該雜質(zhì)的總量。本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案的另一個(gè)目的是提供一種方法和設(shè)備，其與現(xiàn)有的NO2去除技術(shù)兼容，或者降低或消除去除NO2的需要。本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案的其它目的是提供一種方法和設(shè)備，其與現(xiàn)有的二氧化碳捕集技術(shù)兼容。本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案的其它目的還有提供一種方法和設(shè)備，其與現(xiàn)有的SOx去除技術(shù)兼容。根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，提供了一種從含二氧化碳、CO和至少一種不可冷凝的氣體的煙道氣中去除CO的方法，所述方法包括在富氧燃燒系統(tǒng)中由燃料的富氧燃燒產(chǎn)生所述煙道氣；和使所述煙道氣，或由此衍生的含CO的氣體，在第一升高的溫度和第一升高的壓力下，在A的存在下與至少一個(gè)含CO氧化催化劑的催化劑床接觸，從而將CO轉(zhuǎn)化為二氧化碳并生成含至少一部分所述可冷凝氣體的富二氧化碳?xì)怏w。本發(fā)明將存在于由燃料的富氧燃燒產(chǎn)生的煙道氣中的至少大量CO去除，并且不僅降低CO的排放濃度，而且降低排放至大氣中的CO總量。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是該方法和設(shè)備還從煙道氣中去除至少大量的N0，或者通過將其轉(zhuǎn)化為NO2 (其可使用現(xiàn)有的NO2技術(shù)去除)，或者通過將其轉(zhuǎn)化為隊(duì)，其可釋放至大氣中而不受限制，由此避免了 NO2去除技術(shù)的需要。本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案還與現(xiàn)有的二氧化碳回收和/或SOx去除技術(shù)兼容，并由此可與其集成。根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，提供了一種從含二氧化碳、CO和至少一種不可冷凝的氣體的煙道氣中去除CO的設(shè)備，所述設(shè)備包括富氧燃燒系統(tǒng)，其用于燃料的富氧燃燒產(chǎn)生所述煙道氣；和包含至少一個(gè)含CO氧化催化劑的催化劑床的加壓催化反應(yīng)器系統(tǒng)，其在O2的存在下在第一升高的溫度和第一升高的壓力下將所述煙道氣中的CO轉(zhuǎn)化為二氧化碳，以生成含至少一部分所述不可冷凝氣體的富二氧化碳?xì)怏w。附圖簡(jiǎn)述

圖1是描述本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的簡(jiǎn)要流程圖；圖2是描述本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施方案的簡(jiǎn)要流程圖；圖3是描述圖1中描述的實(shí)施方案中的一部分排列的流程圖，其為富氧燃燒系統(tǒng) 6的下游；
圖4是描述本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施方案的流程圖；和圖5是描述本發(fā)明第四個(gè)實(shí)施方案的流程圖。發(fā)明詳述本方法包括在富氧燃燒系統(tǒng)中由燃料的富氧燃燒產(chǎn)生煙道氣；和使該煙道氣，或由此衍生的含CO的氣體，在第一升高的溫度和第一升高的壓力下，在O2的存在下與至少一個(gè)含CO氧化催化劑的催化劑床接觸，從而將CO轉(zhuǎn)化為二氧化碳并生成含至少一部分來自該煙道氣的不可冷凝氣體的富二氧化碳?xì)怏w。必須注意的是以下討論中所指出的氣流中各種組分的百分比是近似的摩爾百分比(mol. 以干基計(jì)。此外，除非另有說明，貫穿說明書中所討論的所有壓力是絕對(duì)壓力而不是表壓。富氧燃燒包括通常選自烴燃料、碳質(zhì)燃料和生物質(zhì)的燃料在富氧氣體中的燃燒。 合適的烴燃料包括天然氣；和(^至(6的烴例如甲烷和乙烷。合適的碳質(zhì)燃料包括煤例如褐煤、亞煙煤、煙煤和無煙煤。本發(fā)明特別應(yīng)用于燃料為含硫的碳質(zhì)燃料例如粉煤的情況。該富A氣體是一種A濃度高于空氣的氣體，例如高于約21 % O2,并優(yōu)選至少80% 02。優(yōu)選使用純O2，例如至少95% 02。如此高量的A的存在會(huì)使燃燒溫度升高，可能達(dá)到過量水平。因此，由燃燒工藝產(chǎn)生的煙道氣的大部分，例如約60%至約80%，通常循環(huán)至富氧燃燒系統(tǒng)以調(diào)節(jié)燃燒的溫度并控制熱通量。因此，由本方法所處理的煙道氣通常為離開富氧燃燒系統(tǒng)的總煙道氣量的約20%至約40%。本發(fā)明特別應(yīng)用于處理大量的在工業(yè)燃燒工藝?yán)绨òl(fā)電廠的鍋爐中的燃燒工藝中產(chǎn)生的煙道氣。本發(fā)明所處理的煙道氣的流速通常為約200kmol/h至約40000kmol/ h。由富氧燃燒工藝中產(chǎn)生的煙道氣是一種“粗”二氧化碳?xì)怏w，通常含有約40%至約 90%的二氧化碳，例如約60%至約90%的二氧化碳，或約65%至約85%的二氧化碳。衍生自該煙道氣的含CO的氣體通常含有的二氧化碳濃度要低于煙道氣中的。通常，該含CO的氣體含有約20%至約40%的二氧化碳。除二氧化碳之外，煙道氣還含有富氧燃燒系統(tǒng)中不完全燃燒或部分燃燒產(chǎn)生的 CO。煙道氣中CO的濃度取決于許多因素，特別是燃燒系統(tǒng)如何操作。例如，使用的02過量越多，排出CO的濃度越低。煙道氣中CO污染物的含量通常為大于約50ppm但不大于約 lOOOOppm，并且通常為約IOOppm至約5000ppm。煙道氣通常含有至少一種不可冷凝的氣體，即一種來自于化學(xué)工藝的不易通過冷卻而冷凝的氣體。該不可冷凝的氣體通常選自O(shè)2 ;N2 ；Ar ；稀有氣體例如氪(Kr)和氙(Xe)； 和其混合物。通常，所有這些氣體都在煙道氣中存在。存在于煙道氣中的O2通常來自于燃燒工藝中使用的過量O2，和燃燒系統(tǒng)中的空氣進(jìn)口，其也是煙道氣中N2、Ar、Kr和Xe存在的原因。煙道氣通常含有至少所有在此討論的相關(guān)氧化反應(yīng)所需的足夠的02，并通常含有過量的02。就此而論，O2通常的存在量為煙道氣的約0. 至約15%，例如約至約8%。 由于氧化的速度隨氧氣濃度的增加而增加，該煙道氣優(yōu)選含至少O2，更優(yōu)選至少3% O2, 最優(yōu)選至少5% 02。當(dāng)煙道氣中的O2不足時(shí)(或無O2)，可從外部來源向煙道氣中加入02。當(dāng)N2存在于煙道氣中時(shí)，其通常的存在量為煙道氣的約5%至約30% ；Ar通常的存在量為煙道氣的約0. 至約10% ；Kr通常的存在量為從約0. 5ppm至約1.5ppm;以及 Xe通常的存在量為從約30ppb至約150ppb。煙道氣通常還含有由燃料中的隊(duì)和/或含氮化合物與化在燃燒系統(tǒng)中反應(yīng)生成的Ν0Χ。當(dāng)NOx存在于煙道氣中時(shí)，其通常的存在量大于IOOppm但不大于lOOOOppm，例如約 500ppm至約3000ppm。多數(shù)NOx通常為NO而NO2是NOx中第二大量的組分。NOx可包括其它氮的氧化物例如隊(duì)0、N2O4和隊(duì)03，但是這些氧化物通常比NO2的含量小。煙道氣通常還含有由燃料中存在的硫元素和/或含硫化合物的燃燒產(chǎn)生的SOx。當(dāng) SO2存在于煙道氣中時(shí)，其通常的存在量大于約50ppm但不大于約lOOOOppm，例如約IOOppm 至約 5000ppm。水通常也存在于煙道氣中。水的存在量取決于多種因素，不僅包括燃料的組成和燃燒條件，而且還有煙道氣在壓縮之前是否由水洗冷卻，以及假如這樣的話其水洗冷卻的程度。在這種情況下，水存在的量將取決于壓縮系統(tǒng)入口條件下的飽和蒸汽壓。作為一般指導(dǎo)，含水量通常為煙道氣的約0. 至約30%。例如，在約IbaHO. IMPa)下，進(jìn)入壓縮機(jī)的10°C的進(jìn)料提供約1. 2%的水，20°C至40°C的進(jìn)料提供約2%至8%的水，60°C的進(jìn)料提供約20%的水。進(jìn)入加壓的催化反應(yīng)器系統(tǒng)的煙道氣，或由其衍生的含CO的氣體，除了二氧化碳之外，通常含有從約1至約40%的A ；最高達(dá)約2000ppm的NO ；從約10至約IOOOppm的CO ； 和不多于約IOOppm的S0X。煙道氣中的其它組分通常包括以下組分中的一種、幾種或全部(主要取決于燃料的含量和燃燒條件)固體顆粒例如飛灰和煙灰；氯化氫(HCl)；氟化氫(HF) ；二硫化碳 (CS2) ；二硫化氫(H2S)；氰化氫(HCN)；揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)例如三氯甲烷(CHCl3)； 金屬包括汞、砷、鐵、鎳、錫、鉛、鎘、釩、鉬和硒；以及這些金屬的化合物。本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案的其它優(yōu)點(diǎn)是CO氧化催化劑對(duì)存在于煙道氣中的其它物質(zhì)例如汞、HCN、三氫化砷 (ArH3)，和其它雜質(zhì)的氧化也是有用的。來自燃燒系統(tǒng)的粗煙道氣通常用水洗以去除固體顆粒和水溶性組分(例如HC1、 HF和/或SO3)。此外，可使用例如堆袋室或靜電除塵器設(shè)備過濾該煙道氣，以增加顆粒的去除。由于煙道氣通常在大氣壓力下，隨后在水洗后將其壓縮至第一升高的壓力。在此階段，至少一部分存在于煙道氣中的任意NOx可由SCR去除以生成隊(duì)。另外的或可選擇的，從煙道氣中去除可使用常規(guī)的FGD方案，例如利用石灰石漿料，或其它堿性吸附劑凈化氣體以產(chǎn)生吸附劑衍生的亞硫酸鹽，之后通過空氣氧化產(chǎn)生硫酸鹽，例如石膏。煙道氣可在單級(jí)或多于一級(jí)壓縮系統(tǒng)中壓縮，使用或沒有使用熱交換器的級(jí)間冷卻。如果使用級(jí)間冷卻，那么可提供捕集和去除任何在壓縮步驟期間形成的冷凝物的手段 (例如“分液”罐)。然而，如果煙道氣產(chǎn)自以下來源，例如加壓的富氧燃燒系統(tǒng)，則其已經(jīng)在所需的第一升高壓力下，不需要壓縮。術(shù)語“升高的壓力”意指明顯高于大氣壓的壓力。例如，該術(shù)語是用來排除超過大氣壓力的較小的壓力提升，如那些由吹風(fēng)機(jī)或鼓風(fēng)機(jī)提供的為推動(dòng)氣體通過在約大氣壓力下操作的設(shè)備的壓力提升。這種較小的壓力升高在本發(fā)明的上下文中被認(rèn)為是不明顯的。第一升高的壓力通常為至少2bar(0. 2MPa)，例如，至少!Bbar (0. 3MPa)，優(yōu)選至少5bar (0. 5MPa)，且更優(yōu)選至少20baH2MPa)。升高的壓力通常不超過約IOObar(IOMPa)且優(yōu)選不超過約50bar (5MPa)。升高的壓力可從約!Bbar至約50bar (0. 3MPa至5MPa)，例如從約 5bar 至約 50bar (0. 5MPa 至 5MPa)，或從約 20bar 至約 50bar (IMPa 至 4MPa)。術(shù)語“升高的溫度”意指明顯高于環(huán)境溫度的溫度。美國(guó)材料實(shí)驗(yàn)協(xié)會(huì)(ASTM)定義了環(huán)境溫度為從50° F至100° F，即從約10°C至約38°C。第一升高的溫度通常為至少約80°C，并優(yōu)選為至少約120°C。第一升高的溫度通常不大于約800°C，例如不大于350°C。在還將NO氧化為NO2的實(shí)施方案中，第一升高的溫度優(yōu)選從約120°C至約300°C，例如從約140°C至約200°C。必須注意的是較高的溫度促進(jìn) CO的氧化，而NO的氧化在較低的溫度下具有較快的反應(yīng)速度。因此，在CO和NO都被氧化的實(shí)施方案中，可獲得CO和NO都被氧化的最佳溫度。如果NO通過催化還原去除，那么通常優(yōu)選較高的溫度。因此，在NO還被還原為N2的實(shí)施方案中，第一升高的溫度優(yōu)選從約100°C 至約700°C，例如從約100°C至約200°C。壓縮后煙道氣的溫度范圍可從環(huán)境溫度至約500°C。如果氣體在多級(jí)中被壓縮，那么可計(jì)算出并小心地控制該氣體在中間冷卻的程度，從而使提供的進(jìn)料氣體不僅在所需的升高的壓力下而且在所需的反應(yīng)溫度下，以便使任何附加的壓縮后的氣體加熱或冷卻最小化或甚至完全消除?？蛇x擇地，可在壓縮之后根據(jù)需要調(diào)節(jié)煙道氣或由其衍生的含CO氣體的溫度。例如，可采用冷卻劑，例如冷卻水，通過間接熱交換將該氣體冷卻至所需的反應(yīng)溫度，或采用傳熱流體，例如蒸汽，通過間接熱交換將該氣體加熱至所需的反應(yīng)溫度。將氣體溫度升高至第一升高的溫度的所需的熱量的至少一部分可通過氣體的壓縮產(chǎn)生。任何剩余的熱量可通過(a) (i)與經(jīng)過明顯熱改變的另一種流體的間接熱交換，(ii)與經(jīng)歷潛在熱改變的另一種包括冷凝流體的流體的間接熱交換，或(b)通過使用電加熱器，或使用任何(a) (i)、(a) ( )和(b)的組合提供。就此而論，煙道氣可通過蒸汽和/或鍋爐進(jìn)料水加熱，例如運(yùn)行富氧燃燒系統(tǒng)的發(fā)電廠。當(dāng)進(jìn)入所述催化劑床時(shí)，通過與煙道氣，或所述由此衍生的含CO的氣體的間接熱交換可將熱量從富二氧化碳?xì)怏w中回收。在給定的流速和在第一升高的溫度和第一升高的壓力下，CO氧化催化劑優(yōu)選的存在量為足以氧化煙道氣中CO的至少50%，例如至少75%，或至少90%。CO氧化催化劑可為混合的金屬氧化物，其中金屬選自銅；錳；鐵；鈷；銀；鎳和鈰。 優(yōu)選的混合金屬氧化物是霍加拉特劑。CO氧化催化劑可基于貴金屬，例如鉬或鈀，優(yōu)選浸漬在合適的載體上例如氧化鋁；氧化鋅；二氧化硅；沸石；二氧化鈦；和氧化鋯。CO氧化催化劑可包含浸漬在合適的載體例如氧化鋁；氧化鋅；二氧化硅；沸石；二氧化鈦；和氧化鋯上的各種高錳酸鹽，例如高錳酸銀和高錳酸鉀，。CO氧化催化劑可為混合金屬氧化物與貴金屬的混合物，含或不含高錳酸鹽。二氧化碳可被強(qiáng)烈地吸附于催化劑表面并會(huì)阻礙氧化反應(yīng)。因此，優(yōu)選二氧化碳容量低且不易于形成碳酸鹽的催化劑。這些催化劑包括氧化銅、氧化鈦和氧化釩。對(duì)于CO氧化催化劑而言水是一種毒物并且，因此，氣體的相對(duì)濕度通常為小于約 10%。通過降低水進(jìn)入的影響，可增加反應(yīng)速度。SOx也會(huì)使大多數(shù)所感興趣的CO氧化催化劑失活。因此，在優(yōu)選的實(shí)施方案中，當(dāng)煙道氣含有SOx時(shí)，該方法包括在煙道氣、或由此衍生的含CO的氣體與催化劑床接觸之前，
8將SOx從煙道氣中去除。就此而論，可通過洗滌來自燃燒系統(tǒng)的粗煙道氣來去除S03。此外， 在FGD工藝中例如利用堿性吸附劑材料凈化氣體去除至少一些，優(yōu)選至少基本上全部的與任何的SO3。在一些實(shí)施方案中，SA轉(zhuǎn)化為硫酸冷凝物，這通過在A的存在下將煙道氣與至少一種固體SA氧化催化劑接觸將SA轉(zhuǎn)化為SO3，其在水的存在下可被冷凝以形成硫酸冷凝物和Sh耗盡的煙道氣。該氧化反應(yīng)優(yōu)選發(fā)生在升高的壓力下，例如從約^ar至約 50bar (0. 5MPa至5MPa)，和升高的溫度下，例如從約300°C至約700°C。一旦被氧化，該氣體通常冷卻到從環(huán)境溫度至低于酸露點(diǎn)的溫度，在水的存在下促進(jìn)酸冷凝物的形成?！八崧饵c(diǎn)”是本領(lǐng)域中涉及溫度的一個(gè)常規(guī)術(shù)語，在該溫度下反應(yīng)條件有利于從 SO3和水的氣相平衡反應(yīng)中生成液體硫酸。該酸露點(diǎn)取決于壓力和其它組分例如
NOx)的濃度，并且壓力較高(或其它組分的濃度較低)意味著酸露點(diǎn)較高。表1提供了來自于文獻(xiàn)(Oil&Gas Journal ；第108卷；第7期；2010年2月22日)中的一些關(guān)于隨壓力
和SO3濃度的變化酸露點(diǎn)如何變化的實(shí)例。
權(quán)利要求
1.一種從含二氧化碳、CO和至少一種不可冷凝的氣體的煙道氣中去除一氧化碳(CO) 的方法，所述方法包括在富氧燃燒系統(tǒng)中由燃料的富氧燃燒產(chǎn)生所述煙道氣；和使所述煙道氣，或由其衍生的含CO的氣體，在第一升高的溫度和第一升高的壓力下， 在氧氣(O2)的存在下與至少一個(gè)含CO氧化催化劑的催化劑床接觸，從而將CO轉(zhuǎn)化為二氧化碳并生成含至少一部分所述不可冷凝氣體的富二氧化碳?xì)怏w。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述第一升高的溫度為至少80°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，通過與所述煙道氣，或所述由其衍生的含CO的氣體的間接熱交換將熱量從所述富二氧化碳?xì)怏w中回收，供給所述催化劑床。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述第一升高的壓力為至少2bar(0.2MPa)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述煙道氣在低于所述第一升高的壓力的壓力下產(chǎn)生，所述方法包括將所述煙道氣壓縮至所述第一升高的壓力。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，所述方法包括從所述富二氧化碳?xì)怏w，或從由其衍生的含二氧化碳的氣體中回收二氧化碳，以產(chǎn)生回收的二氧化碳和含至少一部分所述不可冷凝氣體的二氧化碳耗盡的氣體。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中通過選自低溫二氧化碳凈化；膜分離；和任何其組合的工藝，從所述富二氧化碳?xì)怏w，或從所述由其衍生的含二氧化碳的氣體中回收二氧化碳。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中至少一部分所述二氧化碳通過膜分離從所述富二氧化碳?xì)怏w，或從所述其此衍生的含二氧化碳的氣體中回收，所述方法包括使所述富二氧化碳?xì)怏w，或所述由其衍生的含二氧化碳的氣體在膜分離系統(tǒng)中分離為富二氧化碳的滲透餾分和富不可冷凝氣體的殘留餾分；和使所述富二氧化碳的滲透餾分，或由其衍生的富二氧化碳?xì)怏w循環(huán)至所述富氧燃燒系統(tǒng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中在循環(huán)至所述富氧燃燒系統(tǒng)之前，所述富二氧化碳的滲透餾分用于再生至少一個(gè)吸附劑床。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中一個(gè)或多個(gè)所述吸附劑床是集成的低溫二氧化碳凈化系統(tǒng)的一部分。
全文摘要
一氧化碳(CO)可從由烴燃料或碳質(zhì)燃料的富氧燃燒產(chǎn)生的煙道氣中去除，通過將煙道氣，或由其衍生的含CO的氣體，在第一升高的溫度下，例如至少80℃，和在第一升高的壓力下，例如至少2bar(0.2MPa)，在氧氣(O2)的存在下與至少一個(gè)含CO氧化催化劑的催化劑床接觸將CO轉(zhuǎn)化為二氧化碳并產(chǎn)生富二氧化碳?xì)怏w。由CO產(chǎn)生的二氧化碳可利用常規(guī)的二氧化碳回收技術(shù)從富二氧化碳?xì)怏w中回收。煙道氣中的NO也可被氧化為二氧化氮(NO2)并利用常規(guī)的NO2去除技術(shù)去除，或可在還原性氣體的存在下還原為氮?dú)?N2)其不必從氣體中去除。
文檔編號(hào)B01D53/62GK102423629SQ201110241879
公開日2012年4月25日 申請(qǐng)日期2011年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月8日
發(fā)明者A.D.賴特, T.C.戈登, V.懷特 申請(qǐng)人:氣體產(chǎn)品與化學(xué)公司