废气冷凝器中的压缩冷凝物的调节

摘要

本发明涉及气体净化单元的压缩部分中生成的冷凝物的调节方法。本发明还涉及用于该方法的系统。

说明书

发明领域

本发明涉及废气冷凝器中的压缩冷凝物的调节方法。本发明还涉及压缩冷凝物的调节系统。

发明背景

本发明涉及在压缩富CO₂气流和随后的一个或多个阶段中冷却的过程中得到的冷凝物的脱气。在先前已知系统中，将冷凝物直接送回废水处理系统。最后直接在连着废水来源和处理系统的管道系统中对冷凝物进行必要的调节。

对于一般规模的运转企业而言，先前描述的解决方案是适当的。然而，对于工业规模的单位而言，由于重气体如CO₂在污水管系统的累积和/或在废水处理厂的不受控制的释放，如前述一样的方法会给操作者带来窒息的潜在风险。因此，需要更安全的系统对冷凝物进行调节和脱气。

发明概述

本发明的目的是提供从级间冷却器的系统中产生的冷凝物中除去气体，特别是CO₂气体的方法。

在本发明的一个实施方案中，提供气体净化单元的压缩部分中生成的冷凝物的调节方法。该方法包括以下步骤：

a) 压缩来自气体冷却、冷凝和/或清洁装置的富二氧化碳废气；

b) 使气体冷却至水露点以下；

c) 将在b)中冷却期间形成的包括二氧化碳的冷凝物再循环至气体冷却、冷凝和/或清洁装置的下端的入口；

d) 将步骤c)的冷凝物引入气体冷却、冷凝和/或清洁装置；

e) 使冷凝物脱气，由此将富二氧化碳蒸汽释放进入气体冷却、冷凝和/或清洁装置下端中的蒸汽相。

通过本发明的方法，有可能避免CO₂在水处理系统中形成汽团和蓄积物。也可通过将富CO₂蒸汽相从冷凝物流中除去，避免其它不想要的成分，诸如污水管和水处理系统中的窒息或有毒组分。

用本方法实现的其它优点有，与常规方法相比，可实现较高的至多0.3%的CO₂回收。实现的另一操作优点是，由于脱气后只有单一相在系统中流动，所需的装置中的管道更小。

本发明的另一个实施方案提供如上的气体净化单元的压缩部分中生成的冷凝物的调节方法，其中的方法还包括燃烧后CO₂捕获净化。适用的燃烧后CO₂捕获净化系统的实例有，例如基于胺的吸收、冷氨吸收或需要在除去或压缩CO₂之前冷却废气和废气的部分水冷凝的其它任何方法。

在一个实施方案中，该方法还包括步骤d)，即为了蒸汽分离/释放和任选的冷凝物的调节(例如中和)，将步骤c)的冷凝物引入排布在气体冷却、冷凝和/或清洁装置内的单独的隔室。

冷凝的水，由于压缩期间的分压增加或由于促进重金属沥滤出(leaching out)富CO₂废气的酸形成，受压废水可能含有较大量的杂质。通过该实施方案，有可能处理分别含有较大量的各种组分的杂质如酸或重金属的压缩废水，同时可采用现有设备。因此，通过本发明，提供一种节省新的供选择设备的安装占地空间(plot space)和低投资成本的方法。

另一实施方案是一种方法，其中步骤d)包括

d) 将步骤c)的冷凝物引入气体冷却、冷凝和/或清洁装置的下部。该实施方案适用于其中冷凝物受污染较小并可与废气冷凝器下端的水/液体混合的情况。

本发明的另一个实施方案是如上的方法，其包括以下步骤：步骤c) 将步骤b)的冷凝物再循环进入容器，以释放富二化碳蒸汽和调节冷凝物；

d) 将富二氧化碳蒸汽传送至气体冷却、冷凝和/或清洁装置。

该实施方案的优点在于，其提供浓集包含含有大量杂质如酸或重金属的受压废水的溶液的容易的途径。

在本发明的一个实施方案中，提供气体净化单元的压缩部分中生成的冷凝物的调节系统。气体清洁系统包括气体冷却、冷凝和/或清洁装置，即所谓的废气冷凝器，

其有效接收至少一部分经部分地净化的富二氧化碳的废气；

其能从中有效移去经部分地净化的富二氧化碳废气的至少一部分水份至冷凝水；

压缩富二氧化碳废气的装置；

自富二氧化碳废气冷凝水蒸汽的装置；

释放包含在水中的部分二氧化碳并将其送回至废气的装置。

在本发明的一个实施方案中，该系统还包括含有燃烧后CO₂捕获净化单元的气体净化单元。

燃烧后CO₂捕获净化单元可为基于胺的吸收的单元。另一个选择是，燃烧后CO₂捕获净化在冷冻氨系统中进行。

本发明的另一个实施方案是如上所述的清洁和/或调节冷凝物的系统，其中将含富二氧化碳蒸汽相的水引入废气冷凝器底部的单独的隔室。该系统还可包括调节残余的脱气冷凝物的装置。调节意味着例如在进一步处理前中和冷凝物。

可通过常规方法，如加入碱性试剂，例如苛性钠等进行中和。

通过以上实施方案实现的优点在于，其能采用现有系统，并且由此也需要更小的管道，以及更少的安全装置。

在如上所述的清洁和/或调节冷凝物的系统的一个实施方案中，含富二氧化碳蒸汽相的水被引入废气冷凝器的底层。

在如上所述的清洁和/或调节冷凝物的系统的又一个实施方案中，该系统包括：

将含富二氧化碳蒸汽相的水传送至容器，以分离水和富二氧化碳蒸汽相的装置。例如通过中和，调节残余的脱气冷凝物的装置也可包含在系统中。进一步地，系统还可包括将释放的二氧化碳引入废气冷凝器的装置。

该实施方案的优点在于，冷凝物的脱气和废气冷凝器不必在物理上相互邻近布置。与冷凝器的管道设备相比，送回蒸汽的管道的尺寸和长度也可更小且制作材料更便宜。

附图简述

现在参照附图更详细地描述本发明，其中：

图1是根据一个实施方案的氧气炉系统(oxy boiler system)的示意性侧视图。

图2是根据第一个实施方案的系统的示意性侧视图，该系统包括具有单独的冷凝物隔室的废气冷凝器。

图3是根据第二个实施方案的系统的示意性侧视图，该系统包括冷凝物再循环回去的废气冷凝器。

图4是根据第三个实施方案的系统的示意性侧视图，该系统包括废气冷凝器和用于收集冷凝物的单独的容器。

优选实施方案的描述

图1是如从其侧面所见的锅炉系统1的示意略图。锅炉系统1包括(作为主要部件的)锅炉2，在该实施方案中，为氧燃料锅炉，汽轮机，示意性表示为4，呈静电沉淀器6形式的微粒去除装置和气体清洁系统8。作为其主要组成，气体清洁系统8包括呈湿式洗涤器10形式的第一气体清洁装置和呈废气冷凝器12形式的第二气体清洁装置。

燃料，诸如煤或油，包含于燃料贮库14中，可经供应管16供给锅炉2。氧气来源18以其本身已知的方式用来有效提供氧气。氧气来源18可为用来从空气中有效分离出氧气的空气分离工厂、氧分离膜、贮罐，或向系统1供氧的其它任何来源。供应管20用来向锅炉2有效输送生成的氧气，典型地包括90-99.9 %体积的氧气(O₂)。导管22用来向锅炉2有效输送含有二氧化碳的再循环废气。如图1中所示，供应管20联结锅炉2的导管22上游，以致氧气和含有二氧化碳的再循环废气可在锅炉2的上游相互混合，形成含有通常约20-50 %体积氧气的气体混合物，其余部分(balance)主要是二氧化碳和水蒸汽。既然几乎没有空气进入锅炉2，也就几乎没有氮气供给锅炉2。在实际运行中，供给锅炉2的气体体积不到3 %体积是空气，其主要作为空气泄漏进入锅炉2。锅炉2用来有效燃烧经供应管16供给的燃料，在氧气的存在下，燃料与经导管22供应的含有二氧化碳的再循环废气混合。蒸汽管24用来将在锅炉2中因燃烧产生的蒸汽有效输送到汽轮机4，后者用来有效产生呈电力形式的动力。导管26用来将在锅炉2中生成的富二氧化碳废气有效输送至静电沉淀器6。所谓“富二氧化碳废气”意味着经导管26离开锅炉2的废气将含有至少40 %体积的二氧化碳(CO₂)。离开锅炉2的废气往往超过50%体积将是二氧化碳。所谓“富二氧化碳废气”的其余部分将是约20-50%体积的水蒸汽(H₂O)、2-7 %体积氧气(O₂) (由于在锅炉2中往往优选氧气稍微过量)，以及总共约0-10 %(体积)其它气体，主要包括氮气(N₂)和氩气(Ar)，因为空气的某种程度的泄漏很少能够完全避免。

静电沉淀器6从富二氧化碳废气中除去大部分尘粒。作为对静电沉淀器的替代物，也可用织物过滤器除去尘粒。导管28用来将来自静电沉淀器6的富二氧化碳废气有效输送至气体清洁系统8的湿式洗涤器10。

湿式洗涤器10包括循环泵30、浆状物循环管32和排布在湿式洗涤器10中的一套浆状物喷嘴34。浆状物喷嘴34有效用来在湿式洗涤器10中精细地分配浆状物，并实现在要被输送至湿式洗涤器10的浆状物和废气之间的良好接触。

至少部分清洁的富二氧化碳废气经导管44离开湿式洗涤器10，导管44将废气输送至气体分配点46。在位于湿式洗涤器10和冷凝器12之间的气体分配点46，如就部分清洁的富二氧化碳废气的流向所见到的，部分清洁的富二氧化碳废气被分为两个部分，即，第一流体(first flow)，其经导管22再循环回到锅炉2，和第二流体，其经导管48被输送至冷凝器12。冷凝器12配有循环泵50，其有效用来经冷凝器12中的循环管52以某种方式循环冷却液，该方式在下文将会更详细地描述。

废气冷凝器12，其中的废气被冷却至水的露点以下，且经产生的冷凝作用释放的热量被回收作为低温热量。废气的含水量可，例如从被送入废气冷凝器的废气中的约40 %体积减少至离开废气冷凝器的废气中的约5 %体积。根据废气冷凝器中的pH和温度，废气冷凝也可导致废气中的硫氧化物(SO_X)的减少。硫的氧化物被捕获在形成的冷凝物中并从废气中分离。而且，夹带在来自先前的二氧化硫去除步骤中的废气中的洗液或浆状物，例如，石灰浆，在冷凝期间被除去。

在冷凝器12中循环的冷却液冷却部分清洁的富二氧化碳废气至低于其饱和温度(相对于水蒸汽而言)，并且因此引起从湿式洗涤器10送出的部分清洁的富二氧化碳废气的至少一部分水蒸汽含量冷凝。冷凝水经清除管(disposal pipe) 54离开冷凝器12。经管道54离开冷凝器12的一部分冷凝水作为补充水经管道56被输送至湿式洗涤器10。另一部分冷凝水经管道58被输送至水处理单元60，其中的冷凝水在弃置前被处理。清洁的富二氧化碳废气经导管62离开冷凝器12，并被输送至气体加工单元(GPU) 64，其中清洁的富二氧化碳废气被压缩，随后低温CO₂分离。

在CO₂分离系统中，通过压缩和冷凝，将CO₂至少部分地与废气的轻气体(例如N₂、Ar、O₂)分离。于是经压缩的二氧化碳经导管43离开CO₂分离系统，并被输送去进一步利用或贮存，有时也将其称为“CO₂隔离(CO₂ sequestration)”。

通过压缩废气和冷凝，在GPU中实现CO₂分离。如图1的锅炉系统中所示，实施用于废气流中二氧化碳(CO₂)的冷凝的CO₂分离系统。

CO₂分离系统64可任选地包括具有压缩富二氧化碳废气的至少一个，有代表性地2-10个压缩级的至少一台压缩机44。在GPU (未详细表示)的CO₂分离部分，当废气温度下降到低于-20 o，优选低于-51 o的温度时，废气压缩机用来压缩废气至气态CO₂转化为液态的压力。通常在多级压缩机中，将富二氧化碳废气压缩至约20 bar或更高，诸如约33 bar。各压缩级可安排为单独的装置。作为选择，可通过一个共同驱动轴运行数个压缩级。压缩机44、44’、44’’、44’’’也可包括气体冷却装置70、70’、70’’，一个或多个压缩级的下游的分别为80和82。可进一步用气体冷却装置收集和处置在压缩和/或冷却富二氧化碳废气期间形成的任何液体。

图2进一步说明废气冷凝器12，压缩机44、44’、44’’、44’’’也可包括气体冷却装置70、70’、70’’。 来自各气体冷却装置的液体冷凝物经导管72、73、74输送，并在导管78中收集，至位于气体冷却、冷凝和/或清洁装置12的下端66的隔室67。入口78位于导管48的入口下面。在单独隔室之上安装内顶，以阻止废气冷凝器夹带冷却液。

也可在单独隔室67内安装水平控制仪(未显示)，确定液体的最低和最高水平。单独隔室67中的液体可保持在与隔室66中的液体不同的水平。

优选使内顶倾斜，以使冷却液下落进隔室66。

在优选实施方案中，经导管75将在多级压缩机中得到的富二氧化碳废气输送至第一台气体冷却器。

在气体任选进入汞吸收器81之前，任选经热交换器80将富二氧化碳废气冷却至约60度的温度。将在汞吸收器81之后得到的气体的温度保持在废气露点温度以上10-15℃。

然后将富二氧化碳废气输送至第二气体冷却器82，其中在CO₂干燥和分离系统(未显示)中进一步加工废气之前，将温度降低至水露点以下，并在容器83中分享液体水。

来自容器83的废水可经导管76输送，在78中合并和再循环至隔室67。

在废气冷凝器的单独隔室67中收集冷凝物，用以气体冷却、冷凝和/或清洁冷凝物。使冷凝物脱气，从而将富二氧化碳蒸汽释放进入气体冷却、冷凝和/或清洁装置(12)的下端(66)的蒸汽相。然后，任选地进行冷凝物的调节，因此，例如通过用苛性钠(氢氧化钠(NaOH))处理，中和冷凝物。

根据常规方法，经导管54和泵53将在单独的隔室67中得到的经脱气和经调节的冷凝物输送至废水处理。也可将废水经图1的至湿式洗涤器10的导管56再循环至洗涤器，如果污染物的量对进一步利用是可接受的。

任选地用空气将来自常规锅炉系统的废气供给废气冷凝器12。工厂也可包括用于燃烧后CO₂捕获净化的单元94。将来自废气冷凝器12的气体传送至装置94。燃烧后CO₂捕获净化可为基于胺的吸收系统，或冷氨CO₂捕获系统。也可将其它常规系统和工艺应用于燃烧后CO₂捕获净化。

然后自贫CO₂废气分离CO₂，将浓CO₂传送至压缩单元44。将出自燃烧装置94后的残余废气送去存放。

图3说明一个实施方案，其中将冷凝物经导管78送到废气冷凝器。当冷凝物的致污物和污染物的量有限时，该实施方案是适用的。将冷凝物送入废气冷凝器66的下端。而且，在该实施方案中，可如上所述包括任选的燃烧后CO₂捕获净化单元94。

图4说明一个实施方案，其中将冷凝物再循环至容器85， 其中使冷凝物脱气，即释放富二氧化碳蒸汽，并经导管78输送至废气冷凝器。在其经泵53和导管54传送至进一步处理，例如废水处理前，例如通过如上所述的中和调节冷凝物。

尽管已经参照一些优选的实施方案描述本发明，本领域技术人员应理解，可不脱离本发明的范围地对其要素进行各种改变和等价替换。此外，可在不脱离其基本范围下进行许多修饰，以改变特定情况或材料以适应本发明的讲述。因此，意欲使本发明不受为实现本发明而考虑的作为最佳方式而公开的具体实施方案的限制，而是本发明将包括落在所附权利要求书的范围内的全部实施方案。此外，术语第一、第二等的使用并不表示任何次序或重要性，而宁可说是术语第一、第二等仅用来使各要素之间相互区分。