的方法和設(shè)備的制造方法
【專利說明】從煙氣^中去除SOx和G〇2的方法和設(shè)備
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求2011年11月7日遞交的美國臨時專利申請No. 61 /628，823的權(quán)益。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明提供一種從氧燃料燃燒發(fā)電廠去除二氧化硫和二氧化碳的方法。
【背景技術(shù)】
[0004] 化石燃料的燃燒產(chǎn)生具有稀釋的S〇2和C〇2的煙氣，該稀釋的S〇2和C〇2難以在單一 的去除工藝中去除?，F(xiàn)有技術(shù)中去除它們是用煙氣脫硫工藝(FGD)去除S0 2,然后用溶劑洗 滌去除C02。該F⑶工藝需要使用試劑如石灰漿，并且該工藝產(chǎn)生了廢棄物，如需要在廠區(qū)外 處置的硫酸鈣。用于從該煙氣中捕獲CO 2的現(xiàn)有技術(shù)是利用溶劑洗滌。許多溶劑是發(fā)展欠缺 的，包括耐受燃煤鍋爐煙氣中的雜質(zhì)以及低的溶劑再生能量的胺?，F(xiàn)有的溶劑技術(shù)需要大 量的水蒸汽以再生用于回收的廢溶劑，并且會降低多至25%的發(fā)電廠輸出。
[0005] 另一個從煙氣中捕獲CO2的方法是使用氧燃料燃燒。在氧燃料燃燒鍋爐中，使用高 純度的氧氣，通常95%的氧氣或更高，燃燒化石燃料(煤炭，油或氣體）。該燃燒方法降低了 煙氣中氮的含量，因此有助于二氧化碳捕獲。來自氧燃料燃燒鍋爐中的煙氣體積僅約為具 有相同大小的空氣燃燒鍋爐中的煙氣體積的25 %。首先冷卻該煙氣以回收在煙氣中的水蒸 汽。與空氣燃燒鍋爐煙氣中的約為14%的CO2相比較，干燥的氧燃料煙氣含有約為90 %的 C02。使用氧燃料燃燒消除了對CO2濃縮工藝如胺廠的需求。
[0006] 電力行業(yè)正在開發(fā)的通用氧燃料燃燒工藝通常包括濕煙氣脫硫單元(FGD)用于 SO2捕獲，然后CO2凈化單元(CPU)。部分脫硫氣體再循環(huán)回到鍋爐中作為調(diào)節(jié)氣體以猝滅由 于氧氣燃燒的爐溫。該CPU包括低溫型冷卻和從氧氣和氮氣中分離C〇2,該氧氣和氮氣由于 空氣泄漏在排放控制設(shè)備的下游滲透至煙氣中。
[0007] 該發(fā)明提供了以聯(lián)合工藝而不是以兩個獨立的工藝去除SO2和CO2的方法。此外，使 用本發(fā)明，去除的SO 2是可以在管道中傳送的液體產(chǎn)品，并且是可銷售的產(chǎn)品?？梢钥刂艭O2 產(chǎn)品純度以滿足最終產(chǎn)品的應(yīng)用。聯(lián)合去除SOdPCO2的工藝不產(chǎn)生脫硫廢棄物，并提供了用 于碳捕獲的低投資成本選擇。該工藝優(yōu)于在美國專利申請No. 7，416，716中描述的聯(lián)合去除 SOx和C〇2的工藝，其中S〇2作為硫酸而不是液體產(chǎn)品去除。該工藝還優(yōu)于在美國專利申請 No. 6，737，031中描述的工藝，其中需要鈣基試劑以捕獲S〇2。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明涉及一種從煙氣中聯(lián)合去除S〇2和C〇2的方法，該方法包括去除一個初級分 餾柱以及兩個精制柱中的CO2和S0 2。該方法包含以下步驟:a)熱煙氣預處理，包括利用干燥 吸附劑注射去除煙氣S03;b)利用多級壓縮器壓縮該處理過的熱煙氣;c)分離C0 2、S02與非冷 凝氣體;d)將該CO2和SO2送入單獨的精制柱；以及e)將來自該初級分餾柱以及兩個精制柱中 的流合并用于能量回收。
【附圖說明】
[0009] 圖1為聯(lián)合去除工藝的流程圖；
[0010] 圖2顯示了初級分離柱結(jié)構(gòu)；
[0011] 圖3和圖4分別顯示了CO2和SO2柱。
【具體實施方式】
[0012] 在氧燃料燃燒發(fā)電廠，化石燃料在具有氧氣的爐中燃燒。氧燃料燃燒的煙氣主要 包含二氧化碳、水蒸汽、二氧化硫和少量其他氣體。本發(fā)明提供了用冷卻、分餾和分離水蒸 汽、二氧化硫和二氧化碳來去除這些組分的方法。二氧化硫被分離并可以以氣體或液體形 式輸送用于出口。二氧化碳也可以被分離和壓縮輸送到外部用于工業(yè)用途或封存。
[0013] 圖1為聯(lián)合去除SOx和CO2的工藝流程圖。將來自化石燃料燃燒爐排氣管的熱煙氣 (1)用干燥的吸附劑處理進行SO3去除（2)，其中干石灰或天然堿可以用作所述吸附劑。在去 除SO3后，煙氣中的顆粒用袋濾室(3)去除。不含顆粒的氣體在用于進一步清洗微量材料的 水洗滌柱中洗滌并在水洗器(4)中冷卻。在洗滌后，將該洗滌后的煙氣輸送到具有中央冷卻 器(5)的多級壓縮單元，在該單元對CO 2和SO2進行冷凝。冷凝的液體進入初級分離柱(6)，在 該初級分離柱對非冷凝的SO 2和CO2進行分離。將來自初級分離柱的富CO2的流取出在精制柱 (7)中進行進一步分餾，并從將來自初級分離柱的富SO 2的流取出在精制柱(8)中進行的進 一步分餾。最終產(chǎn)品是高純度的SO2和CO2。
[0014] 該工藝可以分為如下子系統(tǒng)：熱煙氣預處理;壓縮和冷卻；初級分離;CO2精制柱； SO2精制柱；以及能量回收。
[0015] 預處理
[0016] 熱煙氣（1)預處理包括通過干燥吸附劑注射（2)去除煙氣S〇3。候選干燥劑是天然 堿，其為經(jīng)商業(yè)證明用于選擇性地在煙氣中去除SO 3的化學品。SO3存在于煙氣中，尤其是如 果在鍋爐中燃燒的燃料是焦炭或重油，其中釩存在于燃料中時。釩是在鍋爐中將SO 2轉(zhuǎn)化至 SO3的催化劑。SO3的去除降低了煙氣下游硫酸的形成。在大量的SO3被去除后，該煙氣需要進 一步的用袋濾室或靜電沉淀器(3)清洗。然后不含顆粒的煙氣在水洗器(4)中洗滌和冷卻。 為了控制水洗器中水的酸性，可以加入堿性材料以增加其PH值以及使用水排放(water blowdown)控制水質(zhì)。該預處理系統(tǒng)經(jīng)商業(yè)證明是為聯(lián)合去除S〇2和C〇2工藝制備原料氣所必 要的。
[0017] 壓縮和冷卻
[0018] 處理過的煙氣通過具有中央冷卻器(5)的多級壓縮器壓縮至約680psia。該壓縮器 的最后一級的出口氣體通過制冷劑冷卻至低于室溫。
[0019] 初級分離柱
[0020] 圖2顯示了初級分離柱的結(jié)構(gòu)。冷卻的煙氣進入發(fā)生SO2XO2與非冷凝氣體分離的 初級分離柱(6)。該柱裝配有加熱的再沸器(11)，以及具有氣液分離罐(12)的冷卻回流熱交 換器。排出氣體（13)具有非常低的CO 2和SO2含量，并通過膨脹器(26)排放用于能量回收。供 應(yīng)至再沸器的熱量從壓縮器的中央冷卻器和其他廢熱源回收。
[0021 ]從選擇的進料位置(tray 1 〇cat i on)取出富C〇2的流（10)。其位于臨近柱的中間位 置，但其確切的位置需要基于實際的項目中煙氣組成而確定。該富CO2的流(10)輸送至〇)2精 制柱⑴。
[0022] 從再沸器通過其堰孔(weir well)取出富SO2的流（14)。將其輸送至SO2精制柱(8)。
[0023] 如果將煤炭燃燒鍋爐煙氣用作原料氣，初級分離柱可以進行78% (重量）的0)2回 收，以及99% (重量）的SO2的回收。
[0024] CO2精制柱
[0025] 圖3顯示了 CO2柱。該CO2精制柱(7)包含再沸器和具有氣液分離罐（16)的制冷冷卻 回流冷卻器。供應(yīng)給再沸器（15)的熱量是從發(fā)電廠回收的少量廢熱?；亓髋欧盼铮?7)主要 包含非冷凝氣體，并與來自其他柱的排放物合并，輸送至膨脹器(26)用于能量回收。將從再 沸器的堰孔取出的高純度⑶ 2產(chǎn)品（18)，與來自SO2柱的柱頂回流冷凝線路（reflux overhead condensate line)(21)中的⑶2流合并，輸送至壓縮器（23)以增加輸出壓力 (send-out pressure)。
[0026] SO2精制柱
[0027]圖4顯示了 SO2柱。該SO2精制柱(8)包含再沸器和具有氣液分離罐(20)的制冷冷卻 回流冷卻器。供應(yīng)給再沸器（19)的熱量是從發(fā)電廠回收的少量廢熱。柱頂回流排放物(22) 被排放至膨脹器(26)，回流冷凝物(21)主要包含C0 2,與流（18)合并，輸送至CO2產(chǎn)品壓縮器 (23)。
[0028]能量回收
[0029]所有柱中的排放氣體流是高壓氣體。將從初級柱排放的流（13)，來自CO2精制柱的 流（17)，以及來自SO2精制柱的流(22)合并，并在加熱器(25)中加熱，然后在最終排放前被 輸送至膨脹器(26)用于能量回收。
[0030] 性能
[0031] 以下表1顯示了氣體組成以及CO2和SO2二者的去除效率。所使用的原料氣組成基于 D0E/NETL研究，No. 2007.1291，修訂版2，日期為2008年8月，名稱為"霧化煤炭富氧燃燒發(fā)電 廠（Pulverized Coal Oxycombustion Power Plants)"。參照發(fā)電廠是燃燒東部瀝青煤的 煤炭燃燒發(fā)電廠。其具有550MW的功率輸出。如表中所示，計算機模擬的去除效率對于0) 2捕 獲約為93.92%，對于SO2捕獲約為99.96%。
[0032] 表1:C02和SO2的去除效率

【主權(quán)項】
1. 一種從煙氣中聯(lián)合去除s〇2和c〇2的方法，包括同時去除一個初級分餾柱以及兩個精 制柱中的C〇2和S〇2，該方法包含： a) 熱煙氣預處理，包括利用干燥吸附劑注射去除煙氣S03; b) 利用多級壓縮器壓縮所述處理過的熱煙氣； C)將C〇2、S〇2與非冷凝氣體分咼； d) 將該〇)2和302送入單獨的精制柱；以及 e) 將來自所述初級分餾柱以及兩個精制柱中的流合并用于能量回收。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中去除的所述S02是液體產(chǎn)品。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中聯(lián)合去除S0#PC02過程不產(chǎn)生脫硫廢棄物。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中利用干燥吸附劑注射去除煙氣S03。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述吸附劑是干石灰或天然堿。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在去除S03以后，用袋濾室或靜電沉淀器進一步凈化 煙氣。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中不含顆粒的煙氣在水洗器中洗滌和冷卻。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，進一步包括堿性材料。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述處理過的煙氣被壓縮至約680psia。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中通過初級分離柱將C02、S02與非冷凝氣體分離。11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中將燃煤鍋爐煙氣用作原料氣。12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述初級分離柱進行60 %至80 %重量的C02回收， 以及95%至100%重量的S02回收。13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述精制柱包括再沸器和具有氣液分離罐的制冷 冷卻回流冷卻器。14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述初級分離柱進行78%重量的C02回收，以及 99%重量的S0 2回收。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種從煙氣中聯(lián)合去除SO2和CO2的方法，該方法包括同時去除一個初級分餾柱以及兩個精制柱中的CO2和SO2。該方法包含：a)熱煙氣預處理，包括通過干燥吸附劑注射去除煙氣SO3；b)通過多級壓縮器壓縮該處理過的熱煙氣；c)將CO2、SO2與非冷凝氣體分離；d)將該CO2和SO2送入單獨的精制柱；以及e)將來自該初級分餾柱以及兩個精制柱中的流合并用于能量回收。
【IPC分類】B01D53/34
【公開號】CN105636672
【申請?zhí)枴緾N201380076788
【發(fā)明人】哈維·溫, 查爾斯·L·金嘆特斯
【申請人】貝克特爾電力公司
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2013年5月23日
【公告號】CA2912158A1, EP3010623A2, WO2014189515A2, WO2014189515A3