的氣體流中去除一氧化碳的方法和單元以及從離開所述單元的流中回收能量的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于從包含至少45% CO2、更特別地高于80% 0)2的氣體流中去除CO的裝置和方法。本發(fā)明尤其應(yīng)用于從富氧燃燒過程中獲得的氣體流的凈化。
【背景技術(shù)】
[0002]在大氣中二氧化碳濃度的增加是地球變暖的重大原因。人類起源的0)2通過在熱電站中化石燃料的燃燒而必然地排放到大氣中。
[0003]熱電站，通過燃料燃燒，可以釋放能夠用于產(chǎn)生蒸汽和可選的機械或電能的熱。燃燒產(chǎn)生的煙氣向大氣中釋放大量的C02。除了 CO2，其他分子釋放到大氣中并且產(chǎn)生污染，例如氮氧化物(NOx)，硫氧化物(SOx)，和一氧化碳(CO)。
[0004]尤其考慮到施加的有限的閾值，減少一氧化碳排放是至關(guān)重要的。目前，僅僅對于處理條件的改進，在減少在燃燒室中一氧化碳的產(chǎn)生的意義下，可能減少一氧化碳的排放。為了達到這一點，可以增加過量的氧化劑(尤其是來自空氣的氧氣)，以使得煤或天然氣的氧化最大化，因而將一氧化碳氧化至二氧化碳。但是這種減少是不夠的。采用這種技術(shù)所達到的一氧化碳排放閾值仍然很高。
[0005]由此出發(fā)，面對的一個問題是提供使得改進包含至少45% CO2的進料氣體流的凈化以減少一氧化碳的大氣排放成為可能的裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的一個方案是用于凈化包含至少45% 0)2和CO的氣體流的裝置，所述裝置包括:
[0007](i)用于壓縮氣體流的第一壓縮機，
[0008](ii)用于冷卻壓縮氣體流的熱交換器，
[0009](iii)用于分離在熱交換器中產(chǎn)生的頂部氣體的分離器罐，
[0010](iv)放置于由分離器罐所產(chǎn)生的頂部氣體的線路中的加熱器2，
[0011](V)用于氧化由加熱器2所產(chǎn)生的氣體流中的壓縮CO的催化氧化單元3，和
[0012](vi)放置于催化氧化單元下游的渦輪5。
[0013]需注意的是，放置于由催化氧化單元上游的分離器罐所產(chǎn)生的頂部氣體的線路中的加熱器能夠加熱氣體流至介于90°C和140°C之間的溫度。確實，催化氧化必須在高溫進行，換言之，在90°C到200°C之間的溫度下進行。
[0014]根據(jù)第二個可替代方案和為了獲得對于0)2回收率而言更好的效率，裝置包括:
[0015](i)用于壓縮氣體流的第一壓縮機，
[0016](ii)用于冷卻壓縮氣體流的熱交換器，
[0017](iii)用于分離熱交換器中所產(chǎn)生的頂部氣體的第一分離器罐，
[0018](iv)放置在由第一分離器罐所產(chǎn)生的頂部氣體的線路中的第二分離器罐，
[0019](V)放置在由第一分離器罐所產(chǎn)生的頂部氣體的線路中并位于第一和第二分離器罐之間的第二壓縮機，
[0020](vi)放置在由第二分離器罐所產(chǎn)生的頂部氣體的線路中的加熱器2，
[0021](vii)用于氧化由加熱器所產(chǎn)生的氣體流中的壓縮CO的催化氧化單元3，和
[0022](viii)放置在第二催化氧化單元下游的渦輪5。
[0023]該第二裝置使得改善CO2回收效率成為可能。另一個改善在于在第一和第二分離器罐之間、優(yōu)選在第二壓縮機和第二分離器罐之間安裝催化氧化單元。確實，首先在第二壓縮機下游和第二分離器罐上游放置催化氧化單元可以增加CO2的回收效率，數(shù)量級對于進料煙氣中約700ppm的CO而言為0.1%。
[0024]術(shù)語“催化氧化單元”理解為意味著包含用于催化反應(yīng)的催化劑和對于氧化必須的氧化劑。在本文的文本中，催化劑優(yōu)選為與鉑和/或鈀起反應(yīng)的鋁基，并且氧化劑為氧氣。
[0025]催化氧化單元3可以使CO氧化成C02，并且因此產(chǎn)生更多的C02。
[0026]渦輪5本身可以回收與在氧化催化單元出口的氣體的高壓和溫度相關(guān)的部分能
Mo
[0027]取決于情況，根據(jù)本發(fā)明的裝置可以包括一個或多個下列特征:
[0028]-所述裝置包括用于回收由氧化催化單元3和分離器罐所產(chǎn)生的CO2的膜分離單元7，并且渦輪5設(shè)置在由膜分離單元7所產(chǎn)生的剩余氣體9的線路中；
[0029]-所述裝置包括熱交換器6，該熱交換器能夠使用催化氧化單元3出口處的熱量預(yù)熱進入至催化氧化單元3中的氣體流，并且因而冷卻離開催化氧化單元3的氣體流。確實，優(yōu)選冷卻離開催化氧化單元并且因而與膜7接觸的氣體流，因為膜在環(huán)境溫度或者甚至在25°C到_50°C之間的溫度工作最佳；
[0030]-所述裝置包括在膜和渦輪之間的加熱器10。確實，渦輪5要求在膨脹前加熱至50°C和200 °C之間的溫度；
[0031]-所述裝置包括熱交換器6，該熱交換器可以使用催化氧化單元3出口處的熱量加熱由膜7所產(chǎn)生的剩余氣體9并且因而冷卻離開催化氧化單元3的氣體流。在這種情況下，熱交換器6使得可以在渦輪前沒有加熱器10 ;
[0032]-所述裝置包括放置在熱交換器和膜分離單元7之間的冷卻劑4。
[0033]膜分離單元7可以回收C02。因而，將催化氧化單元設(shè)置在膜分離單元7的上游可以回收由催化氧化單元所產(chǎn)生的co2。
[0034]本發(fā)明的另一個方面是用于凈化包含至少45% 0)2和CO的進料氣體流的方法，所述方法使用根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所限定的裝置，并且包括:
[0035]a)在至少一個分離器罐中分離進料氣體流的步驟，
[0036]b)在加熱器2中加熱分離器罐所產(chǎn)生的頂部氣體的步驟，
[0037]c)在存在氧氣的情況下催化氧化在步驟b)中被加熱的氣體流的步驟3，
[0038]d)通過渦輪5回收與在催化氧化單元下游回收的氣體流的壓力與溫度相關(guān)的能量的步驟。
[0039]需注意，在渦輪5內(nèi)，氣體從介于5和50bar之間的壓力膨脹至介于大氣壓力和4bar之間的壓力。
[0040]取決于情況，根據(jù)本發(fā)明的方法可以包括下述特征中的一個或多個:
[0041]-所述方法包括，在步驟c)和d)之間，通過膜分離單元7回收在催化氧化步驟c)中所產(chǎn)生的CO2的步驟；
[0042]-進料氣體流包括氧氣并且該氧氣用于催化氧化步驟c);
[0043]-在所述進料氣體流中CO的濃度小于I%，優(yōu)選小于0.1 % ;
[0044]-在所述進料氣體流中CO2的濃度大于45%，優(yōu)選大于70%;
[0045]-催化氧化步驟c)在5和50bar之間的壓力下進行；
[0046]-進料氣體流是氧-燃料燃燒/富氧燃燒的煙氣的流。
【具體實施方式】
[0047]參照圖1至3，下面將詳細描述本發(fā)明。需注意的是，在每一個附圖中，分離器罐未示出。氣體流I被認為是離開分離器罐的流。
[0048]圖1表示了根據(jù)本發(fā)明的裝置的最簡單版本。確實，該裝置既不包括能回收由最后的催化氧化所產(chǎn)生的CO2的膜，也不包括熱交換器。離開分離器罐的氣體流I在加熱器2中被加熱至介于90°C和140°C之間的溫度，然后在5和50bar之間被引入至催化氧化單元3。用于該催化氧化單元3的氧化劑為最初包含在進料氣體流中的氧氣和/或源自外部源的氧氣。催化氧化單元3可以獲得10ppm數(shù)量級的CO濃度。因而在催化氧化單元出口處回收的氣體流為在5和50bar之間的壓力下的耗盡了 CO和稍微富集了 CO2的氣體流。該富含CO2的流然后在冷卻劑4中冷卻至介于50°C和200°C之間的溫度，然后被送入至渦輪