CN101600489A - 使用来自烟气的so2对氨进行酸洗 - Google Patents

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Abstract

一种能够被操作用于清洁包含着二氧化碳和二氧化硫的工艺气体的气体清洁系统，包括组合式冷却与清洁系统(16)和CO2吸收器。组合式冷却与清洁系统(16)包括第一气体－液体接触装置(50)，该第一气体－液体接触装置位于CO2吸收器的上游，并且能够被操作用于借助于冷却液体来冷却工艺气体，并且将工艺气体的二氧化硫吸收到冷却液体中，从而获得包含着硫酸盐的冷却液体。组合式冷却与清洁系统(16)还包括第二气体－液体接触装置(94)，该第二气体－液体接触装置位于CO2吸收器的下游，并且能够被操作用于通过使得包含着氨的工艺气体与包含着硫酸盐的冷却液体接触而从已在CO2吸收器中经过处理的工艺气体去除氨。

Description

使用来自烟气的SO2对氨进行酸洗
相关申请的交叉引用
该申请主张于2007年01月31日提交的、具有系列号US60/887,357的、题目为“USE OF SO2 FROM FLUE GAS FOR ACIDWASH OF AMMONIA”的共同未决美国临时申请的优先权，其公开在本文中通过引用被全部并入。
技术领域
本发明涉及一种清洁包含二氧化碳和二氧化硫的工艺气体的方法，所述方法包括借助于以下步骤从工艺气体至少部分地去除二氧化碳：在第一步骤中，冷却该工艺气体，并且在第二步骤中，使得已冷却工艺气体与氨化溶液(ammoniated solution)或者浆液接触从而吸收至少一部分的二氧化碳。
本发明还涉及一种气体清洁系统，该系统能够被操作用于清洁包含二氧化碳和二氧化硫的工艺气体，所述气体清洁系统包括一种能够被操作用于冷却工艺气体的组合式冷却与清洁系统、以及一种包括有CO2吸收器的二氧化碳去除系统，通过使得已冷却工艺气体与氨化溶液或者浆液接触从而吸收至少一部分的二氧化碳，该CO2吸收器能够被操作用于从工艺气体至少部分地去除二氧化碳。
背景技术
在燃烧设备例如发电设备中，在例如煤、油、泥煤、废料之类的燃料燃烧时产生热的工艺气体，这种热工艺气体经常被称作烟气，除了其它成分以外，烟气特别是包含二氧化碳，CO2。将二氧化碳释放到大气的负面环境效果已经得到广泛共识，并且已经导致对适于从在上述燃料燃烧时产生的热工艺气体去除二氧化碳的过程展开研究。
WO 2006/022885描述了用于从烟气吸收二氧化碳的一种这样的过程。在WO 2006/022885中描述的过程中，首先借助于常规的空气污染控制过程如颗粒收集器、NOx和SO2控制器、酸雾捕集装置等处理烟气。烟气然后在常规的空气污染控制过程之后具有大约40-70℃的温度。烟气然后借助于其中利用冷水冷却烟气的直接接触冷却而被冷却至优选地0-20℃。烟气然后被送至CO2吸收器，在该CO2吸收器中使得烟气与贫二氧化碳的低温氨化浆液或者溶液形成接触。二氧化碳在氨化浆液或者溶液中被吸收，而且包含着非常少量的污染物和二氧化碳的清洁烟气离开CO2吸收器。富二氧化碳的氨化浆液或者溶液在再生器中再生，在该再生器中在大约50-200℃的温度下并且在高压下二氧化碳被剥离以形成被浓缩的富二氧化碳流。
在WO 2006/022885中描述的过程的一个问题在于，从CO2吸收器释放的清洁烟气将会包含相当数量的氨。在WO 2006/022885中，描述了借助于在CO2吸收器中的低烟气温度、在CO2吸收器的浆液中的低NH3/CO2比率以及在将烟气释放到大气之前对烟气进行的冷水清洗，能够将清洁烟气的氨浓度保持为尽可能得低。这种水清洗能够将清洁烟气中的氨浓度降至大约100至1000ppm的范围，并且优选地降至大约100至400ppm的范围，对于将这种烟气排放到大气而言，该浓度仍然太高。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种有效率和在环境方面可接受的、用于从工艺气体去除二氧化碳的方法。
借助于一种清洁包含着二氧化碳和二氧化硫的工艺气体的方法实现了这个目的，所述方法包括借助于以下步骤从工艺气体至少部分地去除二氧化碳，在第一步骤中，冷却该工艺气体，并且在第二步骤中，使得已冷却工艺气体与氨化溶液或者浆液接触从而吸收至少一部分的二氧化碳，该方法特征在于，
所述第一步骤包括：借助于使得工艺气体与冷却液体直接接触而冷却工艺气体，并且将工艺气体的至少一部分二氧化硫吸收到冷却液体中，从而获得包含硫酸盐的冷却液体，
所述第二步骤包括：将已冷却工艺气体与氨化溶液或者浆液相接触，以从工艺气体至少部分地去除二氧化碳，并且形成包含氨的工艺气体，并且在第三步骤中，借助于使得包含氨的工艺气体与包含硫酸盐的冷却液体直接接触而从包含氨的工艺气体至少部分地去除氨。
这种方法的一个优点在于，以有效率方式从工艺气体去除了二氧化碳，而不使得其它物质例如氨被排放到环境。在第一步骤中冷却的工艺气体的二氧化硫被吸收并且被作为这样一种物质而加以利用，所述物质使得有可能在第三步骤中有效地从包含氨的工艺气体去除氨。工艺气体的一种酸性成分即二氧化硫因此被利用来吸收一种碱性成分，即氨，可以说，氨形成了在第二步骤中被添加到工艺气体的污染物，从而这两种成分事实上相互中和。因此，利用二氧化碳、二氧化硫和氨，工艺气体被非常有效地清洁，从而工艺气体可以随后被释放到大气而不引起对于环境或者人类健康的负面效果。
根据一个实施例，包含着硫酸盐的冷却液体在第三步骤中借助于包含着氨的工艺气体而被冷却，由此被冷却的冷却液体在第一步骤中被利用来冷却工艺气体。在第三步骤中，对于包含着硫酸盐的冷却液体的冷却使其更加适于作为所述第一步骤中的冷却介质而被再次使用，由此在大的程度上关闭该过程的液体平衡。包含氨着的工艺气体将被包含着硫酸盐的冷却液体加热，从而使得工艺气体更加适于被释放到大气。
根据另一实施例，所述第一步骤包括借助于第一气体-液体接触装置冷却该工艺气体并且吸收冷却液体中的二氧化硫，并且所述第三步骤包括借助于第二气体-液体接触装置而利用包含着硫酸盐的冷却液体从包含着氨的工艺气体去除氨。该气体-液体接触装置改进了在气体与液体之间的直接接触，并且增加了在液体与气体之间的热交换，以及在冷却液体中对二氧化硫和氨的吸收。
根据一个实施例，在所述第三步骤中，包含着氨的工艺气体中的氨和包含着硫酸盐的冷却液体中的硫酸盐在水溶液中至少部分地反应以形成硫酸铵。硫酸铵对于人类健康而言的确是无害的，并且它还是相当惰性的，从而是不大可能发生二氧化硫从冷却液体的再蒸发。在适当处理之后，硫酸铵可以被用作肥料。
根据一个实施例，在第一步骤中被利用来冷却工艺气体的冷却液体在热交换器中被处理以再生能量。这个实施例的一个优点在于，可以在该过程的另一个部分中(例如在其中再生来自CO2吸收器的富CO2浆液或者溶液的再生器中)使用该能量。
根据一个实施例，在第一步骤中获得的包含着硫酸盐的冷却液体的pH值，被控制在大约4至6的pH范围中。已经发现，这个pH范围适合于获得包含着低浓度的污染物(包括氨)的清洁工艺气体。
根据一个实施例，该工艺气体在于所述第一步骤中被冷却之前，在二氧化硫去除装置中被处理以去除它的二氧化硫含量的一部分，二氧化硫去除装置的效率受到控制以获得包括着一定数量二氧化硫的、将在所述第一步骤中被处理的工艺气体，基于摩尔数，所述二氧化硫数量与将在所述第三步骤中被处理的、包含着氨的工艺气体中的氨的数量具有大约1∶2的关系。这个实施例的一个优点在于，在第一步骤中被去除的二氧化硫的数量能够被控制以对应于包含着硫酸盐用于在第三步骤中吸收氨的冷却液体中所需要的数量。
根据一个实施例，第二步骤包括借助于水清洗装置从包含着氨的工艺气体部分地去除氨，该水清洗装置的效率受到控制以获得包括一定数量氨的、将在所述第三步骤中被处理的包含着氨的工艺气体，基于摩尔数，所述氨的数量与将在所述第一步骤中被处理的工艺气体的二氧化硫数量具有大约2∶1的关系。这个实施例的一个优点在于，将在第三步骤中被去除的氨的数量能够被控制以对应于在第一步骤中在冷却液体中被吸收并且形成包含着硫酸盐的冷却液体的二氧化硫的数量。
根据一个实施例，硫酸被添加到冷却液体以控制它的pH值。这个实施例的一个优点在于，例如在当考虑到将在第三步骤中将要去除的氨的数量时在第一步骤中去除的二氧化硫的数量不足的情况下，硫酸为包含着硫酸盐的冷却液体提供了增加的、快速的和低成本的除氨能力。
本发明又一目的在于提供一种气体清洁系统，该系统能够被操作用于以有效率和在环境方面可接受的方式从工艺气体去除二氧化碳。
借助于一种能够被操作用于清洁包含着二氧化碳和二氧化硫的工艺气体的气体清洁系统实现了这个目的，所述气体清洁系统包括一种能够被操作用于冷却工艺气体的组合式冷却与清洁系统，和一种包括有CO2吸收器的二氧化碳去除系统，通过使得已冷却工艺气体与氨化溶液或者浆液接触从而吸收至少一部分的二氧化碳，该CO2吸收器能够被操作用于从工艺气体至少部分地去除二氧化碳，该气体清洁系统特征在于，
该组合式冷却与清洁系统包括第一气体-液体接触装置，该第一气体-液体接触装置相对于工艺气体的流动方向位于CO2吸收器的上游，并且能够被操作用于借助于使得工艺气体与冷却液体直接接触而冷却工艺气体，并且将工艺气体的至少一部分二氧化硫吸收到冷却液体中，从而获得包含着硫酸盐的冷却液体，该组合式冷却与清洁系统进一步包括第二气体-液体接触装置，该第二气体-液体接触装置相对于工艺气体的流动方向位于CO2吸收器的下游，并且能够被操作用于借助于使得包含着氨的工艺气体与包含着硫酸盐并且已被形成于所述第一气体-液体接触装置中的冷却液体直接接触而从在CO2吸收器中已被处理并且包括着氨的工艺气体至少部分地去除氨。
这个气体清洁系统的一个优点在于，对于去除二氧化硫并且对于利用形式为包含于冷却液体中的硫酸盐的、已被去除的二氧化硫来从工艺气体去除氨而言，它是有效率的，所述工艺气体已在二氧化碳去除系统中被处理，并且由于这种处理而包含氨。因此，对于外部添加剂例如硫酸的需要将是非常有限的。除了分别地作为用于二氧化硫和氨的吸收器，该两个气体-液体接触装置还将用作热传递装置，该热传递装置能够被分别地操作用于在工艺气体于二氧化碳去除系统中被处理之前冷却工艺气体，以及，在被释放到大气之前加热工艺气体。
根据一个实施例，第二气体-液体接触装置能够被操作用于借助于包含着氨的工艺气体来冷却包含着硫酸盐的冷却液体，液体输送装置能够被操作用于从第二气体-液体接触装置到第一气体-液体接触装置再循环至少一部分已被冷却的冷却液体。这个实施例的一个优点在于，液体平衡几乎是关闭的，从而在该冷却液体于第二气体-液体接触装置中被冷却之后，该冷却液体在第一气体-液体接触装置中被再次使用。
根据一个实施例，该组合式冷却与清洁系统包括控制装置，该控制装置能够被操作用于控制包含着硫酸盐的冷却液体的pH值。控制包含着硫酸盐的冷却液体的pH值改进了在第二气体-液体接触装置中对于从包含着氨的工艺气体去除氨的控制。
根据说明和权利要求，本发明进一步的目的和特征将会显而易见。
附图说明
参考以下附图能够更好地理解本发明的很多方面。在图中的构件未必按照比例，而是在清楚地图解本发明的原理时予以强调。而且，在图中，相似的引用数字在所有的几个视图中标识相对应的部件。现在将参考附图更加详细地描述本发明，其中：
图1是描绘电力设备的一个实例的概略侧视图。
图2是描绘组合式冷却与清洁系统的一个实例的概略侧视图。
图3是根据本发明一个实施例的方法的主要步骤的概略示意图。
具体实施方式
如在本说明全文中使用地，单位“ppm”指的是按照体积的每百万份数。
图1是概略侧视图并且图示从其一侧看到的电力设备1。电力设备1包括锅炉2。在例如煤或者油这样的燃料燃烧期间，在锅炉2中产生经常被称作烟气的热工艺气体。包含污染物质(包括尘土颗粒、二氧化硫SO2、三氧化硫SO3、和二氧化碳CO2)的烟气经由气体管道4离开锅炉2。气体管道4能够被操作用于将烟气转送到常规的空气污染控制系统6。该常规的空气污染控制系统6包括形式为例如静电除尘器这样的尘土收集器8，在US4,502,872中描述了静电除尘器的一个实例。进而，常规的空气污染控制系统6包括管道10，管道10能够被操作用于将烟气从尘土收集器8转送到形式为湿式洗涤器的、有时被称作烟气脱硫系统(FGD)的二氧化硫去除装置12。能够在EP 0162536A1中发现湿式洗涤器的一个实例。在这种湿式洗涤器中，借助于使得烟气与石灰浆接触而从烟气去除二氧化硫。在燃煤或者燃油的电力设备中的烟气包含着当富硫煤或者油燃烧时形成的SO2。在典型的电力设备中，在二氧化硫去除装置12中捕集到大约90至98％的SO2，并且烟气在离开这种二氧化硫去除装置12时通常包含大约20至200ppm的SO2。二氧化硫去除装置12也能够是所谓的干式系统，在WO 2004/026443A1中例解了它的一个实例，其中烟气与被润湿的吸收性材料相接触。
常规的空气污染控制系统6能够包括另外的装置，诸如用于从烟气去除氮氧化物的例如在US5,555,849中所述类型的选择性催化还原反应器，为了使得图示清楚的原因，这种另外的装置在图1中未示出。包括有非常少量的大多数种类的污染物、但是其中大部分为具有初始浓度二氧化碳的烟气经由管道14离开常规的空气污染控制系统6。管道14能够被操作用于将烟气转送到将在下文中更加详细地描述的组合式冷却与清洁系统16。在管道14中转送的烟气通常具有49至60℃(120至140°F)的温度、处于环境压力下，并且是水饱和的。
烟气经由管道18离开组合式冷却与清洁系统16。在管道18中的烟气具有0至20℃、优选地为0至10℃的温度。管道18能够被操作用于将烟气转送到二氧化碳去除系统20。二氧化碳去除系统20相当地类似于参考具有申请号PCT/US2005/012794的WO 2006/022885的图1而说明的二氧化碳去除系统。在WO2006/022885中说明的那种二氧化碳去除系统类型有时被称作冷氨过程(Chilled Ammonia Process)CAP。0至20℃、优选地为0至10℃的烟气温度适用于二氧化碳去除系统20。
因此，参考本申请的图1，二氧化碳去除系统20包括CO2吸收器22，其中以与在WO2006/022885中所述类似的方式使得烟气与氨化浆液或者溶液形成接触。管路24能够被操作用于借助于高压泵(为了清楚起见在图1中未示意)将富CO2浆液或者溶液从CO2吸收器22转送到再生器26。利用加热器30中的加热流28向再生器26供热。在再生器26中的高压和高温引起高压气态CO2流32被释放。管路34能够被操作用于将已在冷却器(图1中未示意)中冷却的贫CO2氨化溶液或者浆液从再生器26返回到CO2吸收器22。
管道36能够被操作用于将具有低浓度二氧化碳的烟气从CO2吸收器22转送到水清洗容器38，水清洗容器38是可选的并且能够被操作用于从已在CO2吸收器22中经过处理的烟气去除氨，NH3。水清洗容器38能够与在WO 2006/022885中参考那件申请的图3作为附图标记356所描述的水清洗容器具有类似的设计。返回本申请的图1，冷水或者冷的并且稍微酸性的溶液的液流40在热交换器42中被冷却并且被供应到水清洗容器38。管道44能够被操作用于将已在水清洗容器38中经过清洁的烟气转送到组合式冷却与清洁系统16，用以如将在下文中更加详细描述的那样进行进一步的清洁。
管道46能够被操作用于将已在组合式冷却与清洁系统16中被进一步清洁的烟气转送到将已被清洁的烟气释放到大气的烟道48。
图2更加详细地示意组合式冷却与清洁系统16。来自二氧化硫去除装置12的烟气经由在前文中已经参考图1说明的管道14进入组合式冷却与清洁系统16。烟气首先到达形式为具有塔形的第一直接接触冷却器50的第一气体-液体接触装置。通过使其与形式为经由管路52供应的、具有例如20.5℃[69°F]的温度的冷却水的冷却液体直接地接触，第一直接接触冷却器50能够被操作用于有效率地冷却烟气。一组喷嘴54能够被操作用于在能够具有结构填料或者另一种适当类型的气体-液体接触填充物的形式的接触装置56之上分配冷却水。具有例如57℃[135°F]的温度的烟气经由气体进口58进入第一直接接触冷却器50并且通过接触装置56而被向上转送。烟气经由气体出口60在21℃[70°F]的温度下离开第一直接接触冷却器50。在热交换下，冷却水和烟气在接触装置56中相互接触。在位于第一直接接触冷却器50的底部处的罐62中收集暖热的冷却水。在罐62中收集的冷却水具有例如55.5℃[132°F]的温度。薄雾消除器64位于该组喷嘴54上方，其目的在于收集被烟气夹带的水滴。
第一直接接触冷却器50是一种被设计成在容器的两端上实现低的温差的逆流气体-液体接触容器。在第一直接接触冷却器50的顶部处，即，在经由管路52供应的冷的冷却水与将要经由气体出口60离开第一直接接触冷却器50的烟气之间的温差被设计成小于3℃[5°F]，并且优选地大约0.6℃[1°F]。类似地，在第一直接接触冷却器50的底部处，即，在收集于罐62中以进一步输送的暖热的冷却水与将要经由气体进口58进入第一直接接触冷却器50的烟气之间的温差被设计成小于3℃[5°F]，并且优选地大约0.6℃[1°F]。降低温差引起烟气的最大冷却和冷却水的最大加热。降低将要经由气体出口60离开第一直接接触冷却器50的烟气的温度节约了在该过程下游处的冷却电力。
管道66能够被操作用于将来自气体出口60的烟气转送到第一间接冷却器68和第二间接冷却器70。管路72将冷却液体供应到第一间接冷却器68并且供应到致冷器74。致冷器74在将冷却液体供应到第二间接冷却器70之前进一步冷却该冷却液体。管路76从第一和第二间接冷却器68、70返回已被用过的冷却液体。能够在图2中未示出的冷却塔中对于在管道72、76中循环着的冷却液体进行冷却
在前文已经参考图1而描述的管道18能够被操作用于将具有0至20℃、优选地为0至10℃的所需温度的烟气从第二间接冷却器70转送到也已经在前面参考图1描述的二氧化碳去除系统20。
泵78能够被操作用于经由管路80将收集于第一直接接触冷却器50的罐62中的暖热冷却水转送到热交换器82。在热交换器82中，暖热的冷却水被从大约55.5℃[132°F]冷却至例如大约35℃[95°F]。因此，暖热的冷却水被用作在该过程中将要在别处利用的热源。因此，否则将被浪费并且在冷却塔84中排除的热量被转移到热交换器82并且被用于再生。在管路80中转送的、较高温度的暖热的冷却水改进了废能利用并且因此改进了电力设备1的总体能量效率。
管路86能够被操作用于将冷却水从热交换器82转送到冷却塔84。在热交换器82中出于有用目的而未被排除的热量在冷却塔84中作为废能而被排除。周边空气经由进口管道88而被供应到冷却塔84并且根据为人熟知的冷却塔原理而对暖热的冷却水进行冷却。被加热的周边空气经由出口管道90离开冷却塔84。具有大约25℃[77°F]的温度的已被冷却的冷却液体经由管路92离开冷却塔84。
组合式冷却与清洁系统16还包括形式为具有塔形的第二直接接触冷却器94的第二气体-液体接触装置。第二直接接触冷却器94能够被操作用于通过使得冷却液体与冷却烟气直接地接触而有效率地冷却借助于管路92而被供应到第二直接接触冷却器94的冷却液体，所述冷却烟气已经流经参考图1说明的整个二氧化碳去除系统20并且利用在前文中已经参考图1描述的管道44而被转送到第二直接接触冷却器94的气体入口96。已经在二氧化碳去除系统20中去除烟气中的大多数二氧化碳，当该烟气进入气体入口96时，具有例如5℃[41°F]的温度。
一组喷嘴98能够被操作用于在可以类似于接触装置56的接触装置100之上分配由管路92供应的冷却水。经由气体入口96进入的烟气被向上转送，通过接触装置100，并且经由气体出口102在24.5℃[76°F]的温度下离开第二直接接触冷却器94。气体出口102被连接到管道46，该管道46在前文中已经参考图1描述的并且能够被操作用于将来自组合式冷却与清洁系统16的清洁烟气转送到烟道48。在热交换下，冷却水和烟气在接触装置100中相互接触。在位于第二直接接触冷却器94的底部处的罐104中收集已被冷却的冷却水。如在前文参考管路52所述，在罐104中收集的冷却水具有例如20.5℃[69°F]的温度。泵106能够被操作用于经由管路52将冷却水从罐104转送到第一直接接触冷却器50。薄雾消除器108位于该组喷嘴98上方，其目的在于收集被烟气夹带的水滴。
第二直接接触冷却器94是被设计成在容器的两端上实现低的温差的一种逆流气体-液体接触容器。在第二直接接触冷却器94的顶部处，即，在经由管路92供应的冷却水与将要经由气体出口102离开第二直接接触冷却器94的烟气之间的温差被设计成小于3℃[5°F]，并且优选地为大约0.6℃[1°F]。清洁烟气的较高温度改进了它的浮力并且降低了再加热负荷，该再加热负荷即，如果需要的话，将清洁烟气加热到特定温度所需的热量输入。
下表总结了冷却水和烟气在经过组合式冷却与清洁系统16时经历的温度变化：
  烟气   附图标记   温度[℃]   温度[°F]
  入口第一直接接触冷却器   14   57   135
  出口第一直接接触冷却器   66   21   70
  在进一步冷却之后   18   0-10   32-50
  入口第二直接接触冷却器   44   5   41
  出口第二直接接触冷却器   46   24.5   76
表格1：在不同位置处的烟气温度
  冷却水   附图标记   温度[℃]   温度[°F]
  入口第一直接接触冷却器   52   20.5   69
  出口第一直接接触冷却器   80   55.5   132
  在热交换器之后   86   35   95
  入口第二直接接触冷却器   92   25.0   77
  出口第二直接接触冷却器   52   20.5   69
表格2：在不同位置处的冷却水温度
总之，第一直接接触冷却器50借助于冷却水和冷却塔84冷却来自在前文中参考图1描述的常规的空气污染控制系统6的烟气，该冷却水在热交换器82中被冷却。借助于与来自在前面参考图1描述的二氧化碳去除系统20的冷却烟气接触，该冷却水在第二直接接触冷却器94中被进一步冷却。
在管道14中转送的烟气包含着在前文中参考图1描述的二氧化硫去除装置12中未被捕集的残余二氧化硫，SO2。第一直接接触冷却器50也是一种在低温下并且在大约4至6的pH范围中操作的高效率SO2吸收器。将SO2吸收到包含水的冷却液体中使得冷却液体是稍微酸性的。以下主要反应能够例解所述吸收：
SO2(g)+H2O＝＞H2SO3(aq)
实际上，将会在第一直接接触冷却器50中捕集烟气中的全部残余SO2，以及大部分的三氧化硫SO3。pH控制要求将在以后解释的平衡作用。由于SO2在烟气中的浓度低，如前所述，在管道14中转送的烟气中的SO2的浓度将通常为20至200ppm，所以通过在冷却水中吸收SO2而在第一直接接触冷却器50中形成的亚硫酸盐SO3 2-(aq)将自然地被氧化成硫酸盐。能够通过借助于空气管路110将少量的空气以气泡形式输送至第一直接接触冷却器50的底部而提供氧化增强作用，如果需要。氧化反应能够按照以下主要反应发生：
H2SO3(aq)+1/2O2(g)＝＞H2SO4(aq)
如此形成的硫酸H2SO4将在水溶液中分离，并且将降低冷却水的pH。
由于SO2吸收，经由管路80离开第一直接接触冷却器50的冷却水具有相当低的pH，并且如将在下文中描述地，被利用来在第二直接接触冷却器94中从经由管道44而被从二氧化碳去除系统20转送的烟气去除氨。
已经被去除了大部分二氧化碳的烟气经由气体入口96进入第二直接接触冷却器94。根据氨清洗系统，即，在前面参考图1描述的水清洗容器38的设计和操作条件，进入第二直接接触冷却器94的烟气包含大约100至1000ppm的氨，NH3，并且更加一般地为200至400ppm的氨。由于环境原因并且为了减少从该过程损失的氨，被排放到大气的烟气的氨浓度应该低于大约10ppm，并且优选地小于大约1ppm。这能够在第二直接接触冷却器94中实现。
在管路92中从冷却塔84被转送到第二直接接触冷却器94的冷却水具有大约4至6的pH，这是因为冷却水已经在第一直接接触冷却器50中吸收了二氧化硫，SO2。因此，酸源是烟气中的SO2。稍微酸性的冷却水被用于从经由气体入口96进入第二直接接触冷却器94的烟气捕集氨并且用于在将其释放到大气之前再次加热这个烟气。因此，第二直接接触冷却器94被利用来对于来自已经流经在前文参考图1描述的二氧化碳去除系统20的烟气的氨进行酸洗，并且利用在这种烟气进入二氧化碳去除系统20之前已从烟气去除的、并且在第一直接接触冷却器50中已被氧化成硫酸盐的SO2作为这个酸洗二氧化硫的来源。经由管路92供应到第二直接接触冷却器94的稍微酸性的冷却水是用于经由管道44和气体入口96供应的烟气的高度可溶的低浓度气态氨的优良吸收剂。如由以下反应所示意地，经由管道44供应的烟气的氨NH3与经由管路92供应的冷却水的、已被氧化的SO2即硫酸盐反应以形成被溶解的硫酸铵盐(NH4)2SO4，：
2NH3(g)+H2SO4(aq)＝＞(NH4)2SO4(aq)
为与从1摩尔的SO2形成的硫酸反应，需用2摩尔的氨，即，按照摩尔数，在经由管道14供应到第一直接接触冷却器50的烟气中的SO2与经由管道44供应到第二直接接触冷却器94的氨之间的理想关系优选地是1∶2。经由管道14供应到第一直接接触冷却器50的烟气流的体积比经由管道44供应到第二直接接触冷却器94的烟气流的体积大出大约10％(干燥体积)。据此，当被供应到第一直接接触冷却器50的烟气包含着例如100ppm(基于干燥状态)的SO2时，它将与大约220ppm(基于干燥状态)的、经由管道44被供应到第二直接接触冷却器94的烟气的氨反应并且将其中和。
如果经由管道14被供应到第一直接接触冷却器50的烟气的二氧化硫SO2的数量小于与被从该过程(即在前文中参考图1说明的二氧化碳去除系统20中发生的二氧化碳去除过程)排出的、并且被包含于供应到第二直接接触冷却器94的烟气中的氨进行反应和中和所需的数量，则需要平衡作用。两种选择是优选的：
1.调节(降低)在前文中参考图1说明的二氧化硫去除系统12的去除效率，从而允许它以与氨充分反应所需的足够浓度排放更多的SO2。因此，二氧化硫去除系统12的去除效率被特意地降低，从而在第一直接接触冷却器50中去除较多的二氧化硫SO2，以使得经由管路92被供应到第二接触反应器94的冷却水更加酸性。
2.将硫酸添加到循环以保持pH。酸能够在循环的任何位置处被添加，并且优选地被添加到第一直接接触冷却器50的底部。在图2中，管路112能够被操作用于将硫酸供应到罐62。
如果经由管道44被供应到第二直接接触冷却器94的烟气中的NH3的数量小于与从在前文中参考图1说明的二氧化硫去除系统12排出的SO2所形成的硫酸进行反应并且中和该硫酸所需的数量，则能够通过调节在前文中参考图1描述的氨的水洗、即水清洗容器38的操作而增加氨浓度，从而使得进入第二直接接触冷却器94的烟气包含更多的氨。可替代地，或者另外地，能够通过提高二氧化硫去除装置12的效率而降低SO2的浓度。
作为经由管路114离开第二直接接触冷却器94的罐104的漏液流，从组合式冷却与清洁系统16去除在冷却水中形成的硫酸铵。可以作为补充而供应新鲜的水以在组合式冷却与清洁系统16中保持液体体积恒定。
控制装置116可以是能够被操作用于控制组合式冷却与清洁系统16的操作的。pH计118能够被操作用于测量经由管路80离开第一直接接触冷却器50的暖热的冷却水的pH并且用于向控制装置116发送包含着有关测得pH信息的信号。响应于这种信号，控制装置116可以控制经由管路112的硫酸供应。另外地，或者作为可替代方案，控制装置116可以控制二氧化硫去除装置12和/或水清洗容器38，在前面已经参考图1对这两者进行了说明。再进一步，在当测得pH变得太低并且必须被快速地增加时的情形中，控制装置116还可以经由管路112或者优选地经由分离的管路控制碱(例如氢氧化钠溶液)的供应。控制装置116还可以接收来自氨浓度分析器120的信号，分析器120能够被操作用于测量在离开组合式冷却与清洁系统16的烟气中的氨的浓度。
根据从pH计118接收到的信号，控制装置116可以如在以下表格3中所示意地给出不同的命令：
Figure A20088000375000181
表格3：控制装置116作出的决定
如果来自氨浓度分析器120的信号示意氨的浓度正在接近排放限制，则控制装置116可以决定降低pH设定点，例如，降低至设定点pH4.5，以提高第二直接接触冷却器94的氨去除效率。
因此，第一直接接触冷却器50用于冷却经由管道14供应的烟气，以从这个烟气去除二氧化硫SO2，并且产生稍微酸性的并且被加热的冷却水，在热交换器82中能够从该冷却水中恢复热量。第二直接接触冷却器94用于加热经由管道44供应的烟气，以利用在第一直接接触冷却器50中获得的稍微酸性的冷却水从这个烟气去除氨NH3，该稍微酸性的冷却水由此被中和，并且冷却经由管路92供应的冷却水。
图3以概略方式示出本发明方法的一个实施例的主要步骤。所述清洁工艺气体的方法包括三个主要步骤。
在第一气体-液体接触装置250中执行的第一步骤包括借助于使得工艺气体与经由管路252供应的冷却液体直接接触而冷却经由管道214供应的工艺气体。在冷却期间，工艺气体的二氧化硫的至少一个部分被冷却液体吸收，从而形成包含着硫酸盐的冷却液体。包含着硫酸盐的这个冷却液体经由管路280离开第一气体-液体接触装置250。具有大约0至20℃的温度的已冷却工艺气体经由管道218离开第一气体-液体接触装置250。
在CO2吸收器222中执行的第二步骤中，使得已冷却工艺气体与氨化溶液或者浆液形成接触。CO2吸收器222的操作能够与在文献WO 2006/022885中参考在该篇文献中具有附图标记134的CO2吸收器所述的类似，并且也与在前面已经参考本说明的图1所述的类似。再生器将被利用，但是为了图示清楚的原因，在图3中未被示出。已经被去除至少一部分的二氧化碳的工艺气体经由管道244离开CO2吸收器222。由于在CO2吸收器222中发生的过程，经由管道244离开CO2吸收器222的工艺气体将包含一些氨，通常为大约100至1000ppm的氨。
在第二气体-液体接触装置294中执行的第三步骤中，使得经由管道244供应的包含着氨的工艺气体与借助于管路280而被供应到第二气体-液体接触装置294的、包含着硫酸盐的冷却液体形成接触。冷却器282(例如热交换器和/或冷却塔)被连接到管路280并且能够被操作用于在包含着硫酸盐的冷却液体被引入第二气体-液体接触装置294之前冷却该冷却液体。在第二气体-液体接触装置294中，包含着氨的工艺气体中的氨被至少部分地吸收到包含着硫酸盐的冷却液体中。同时，包含着氨的工艺气体冷却包含着硫酸盐的冷却液体。包含着硫酸盐的冷却液体经由管路252离开第二气体-液体接触装置294，并且被再循环以返回第一气体-液体接触装置250。已经被去除氨的工艺气体经由清洁气体管道246离开第二气体-液体接触装置294，并且可以被释放到大气。将会理解，在循环冷却液体中的硫酸铵的浓度将随着时间增加，并且将需要一种在图3中未图示的漏泄装置(bleed-off)。进而，并且在图3中也未示出，可能有必要添加一些液体以补偿在漏泄装置中损失的液体。
总之，能够被操作用于清洁包含二氧化碳和二氧化硫的工艺气体的气体清洁系统1包括组合式冷却与清洁系统16和CO2吸收器22。组合式冷却与清洁系统16包括第一气体-液体接触装置50，第一气体-液体接触装置50位于CO2吸收器22上游并且能够被操作用于借助于冷却液体来冷却工艺气体，并且用于将工艺气体的二氧化硫吸收到冷却液体中，从而获得包含着硫酸盐的冷却液体。组合式冷却与清洁系统16还包括第二气体-液体接触装置94，第二气体-液体接触装置94位于CO2吸收器22的下游并且能够被操作用于借助于使得包含着氨的工艺气体与包含着硫酸盐的冷却液体接触而从已在CO2吸收器22中经过处理的工艺气体去除氨。
虽然已经参考多个优选实施例描述了本发明，但是本领域技术人员可以理解，可以作出各种改变，并且等价形式可以替代其元件而不偏离本发明的范围。另外，可以作出很多修改以使得具体情况或者材料适合于本发明的教导而不偏离其实质范围。因此，期望本发明不被限于作为为了执行本发明而被考虑的最佳模式披露的具体实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求的范围内的所有实施例。而且，术语“第一”、“第二”等等的使用并不表示任何次序或者重要性，而是实际上术语“第一”、“第二”等等被用于将元件相互区分开来。

Claims (17)

1.一种清洁包含着二氧化碳和二氧化硫的工艺气体的方法，所述方法包括，通过冷却工艺气体并且使得已冷却工艺气体与氨化溶液或者浆液接触以吸收至少一部分的二氧化碳，而从工艺气体至少部分地去除二氧化碳，所述方法包括以下步骤：
通过使得工艺气体与冷却液体直接接触而冷却工艺气体，并且将工艺气体的至少一部分二氧化硫吸收到冷却液体中，从而获得包含着硫酸盐的冷却液体，
使得已冷却工艺气体与氨化溶液或者浆液相接触，以从工艺气体至少部分地去除二氧化碳，并且形成包含着氨的工艺气体，和
通过使得包含着氨的工艺气体与包含着硫酸盐的冷却液体直接接触而从包含着氨的工艺气体至少部分地去除氨。
2.根据权利要求1的方法，其中，利用包含着氨的工艺气体冷却包含着硫酸盐的冷却液体，在冷却工艺气体时利用由此所冷却的冷却液体。
3.根据权利要求1的方法，其中，通过使用第一气体-液体接触装置(50；250)冷却工艺气体并且吸收冷却液体中的二氧化硫，并且其中，通过使用第二气体-液体接触装置(94；294)而利用包含着硫酸盐的冷却液体来从包含着氨的工艺气体去除氨。
4.根据权利要求1的方法，其中，包含着氨的工艺气体中的氨和包含着硫酸盐的冷却液体中的硫酸盐在水溶液中至少部分地反应以形成硫酸铵。
5.根据权利要求1的方法，其中，被利用来冷却工艺气体的冷却液体在热交换器(82)中被处理以恢复能量。
6.根据权利要求1的方法，其中，包含着硫酸盐的冷却液体的pH值被控制在大约4至6的pH范围中。
7.根据权利要求1的方法，其中，工艺气体在被冷却之前，在二氧化硫去除装置(12)中被处理以去除它的二氧化硫含量的一部分，二氧化硫去除装置(12)的效率受到控制以获得包括一定数量的二氧化硫的工艺气体，基于摩尔数，所述二氧化硫的数量与包含着氨的工艺气体中的氨的数量具有大约1∶2的关系。
8.根据权利要求1的方法，其中，利用水清洗装置(38)从包含着氨的工艺气体部分地去除氨，水清洗装置(38)的效率受到控制以获得包括一定数量的氨的工艺气体，基于摩尔数，所述氨的数量与工艺气体中的二氧化硫的数量具有大约2∶1的关系。
9.根据权利要求1的方法，其中，硫酸被添加到冷却液体以控制冷却液体的pH值。
10.一种用于清洁包含着二氧化碳和二氧化硫的工艺气体的气体清洁系统，所述气体清洁系统包括：
能够被操作用于冷却工艺气体的组合式冷却与清洁系统(16)；
二氧化碳去除系统(20)；
CO2吸收器(22)，通过使得已冷却工艺气体与氨化溶液或者浆液接触从而吸收至少一部分的二氧化碳，所述CO2吸收器能够被操作用于从工艺气体至少部分地去除二氧化碳；
组合式冷却与清洁系统(16)包括第一气体-液体接触装置(50；250)，所述第一气体-液体接触装置相对于工艺气体的流动方向位于CO2吸收器(22；222)的上游，并且能够被操作用于通过使得工艺气体与冷却液体直接接触而冷却工艺气体，并且将工艺气体的至少一部分二氧化硫吸收到冷却液体中，从而获得包含着硫酸盐的冷却液体，
组合式冷却与清洁系统(16)还包括第二气体-液体接触装置(94；294)，所述第二气体-液体接触装置相对于工艺气体的流动方向位于CO2吸收器(22；222)的下游，并且能够被操作用于通过使得包含着氨的工艺气体与包含硫酸盐并且已形成于第一气体-液体接触装置(50；250)中的冷却液体直接接触而从已在CO2吸收器(22；222)中经过处理并且包括氨的工艺气体中至少部分地去除氨。
11.根据权利要求10的气体清洁系统，其中，第二气体-液体接触装置(94；294)能够被操作用于利用包含着氨的工艺气体来冷却包含着硫酸盐的冷却液体，并且其中，液体输送装置(52，106)能够被操作用于从第二气体-液体接触装置(94；294)到第一气体-液体接触装置(50；250)再循环至少一部分已被冷却的冷却液体。
12.根据权利要求10的气体清洁系统，其还包括二氧化硫去除装置(12)，所述二氧化硫去除装置相对于工艺气体的流动方向位于第一气体-液体接触装置(50；250)的上游，并且能够被操作用于去除工艺气体的二氧化硫含量的一部分，二氧化硫去除装置(12)的效率能够受到控制以获得包括一定数量的二氧化硫的、将在所述第一气体-液体接触装置(50；250)中被处理的工艺气体，基于摩尔数，所述二氧化硫数量与将在第二气体-液体接触装置(94；294)中被处理的、包含着氨的工艺气体中的氨的数量具有大约1∶2的关系。
13.根据权利要求10的气体清洁系统，其中所述二氧化碳去除装置(20)还包括水清洗装置(38)，所述水清洗装置相对于工艺气体的流动方向位于第二气体-液体接触装置(94；294)的上游，并且能够被操作用于去除包含着氨的工艺气体中的氨含量的一部分，水清洗装置(38)的效率能够受到控制以获得包括一定数量的氨的、将在所述第二气体-液体接触装置(94；294)中被处理的工艺气体，基于摩尔数，所述氨的数量与将在所述第一气体-液体接触装置(50；250)中被处理的工艺气体中的二氧化硫的数量具有大约2∶1的关系。
14.根据权利要求10的气体清洁系统，其中组合式冷却与清洁系统(16)包括控制装置(116)，所述控制装置能够被操作用于控制包含着硫酸盐的冷却液体的pH值。
15.根据权利要求10的气体清洁系统，其中组合式冷却与清洁系统(16)包括热交换器(82)，所述热交换器能够被操作用于从已在第一气体-液体接触装置(50；250)中被利用来冷却工艺气体的冷却液体恢复能量。
16.一种清洁包含着二氧化碳和二氧化硫的工艺气体的方法，所述方法包括以下步骤：
通过冷却工艺气体而从工艺气体至少部分地去除二氧化碳；和
使得已冷却工艺气体与氨化溶液接触，以吸收至少一部分的二氧化碳。
17.一种清洁包含着二氧化碳和二氧化硫的工艺气体的方法，所述方法包括以下步骤：
通过使得工艺气体与冷却液体直接接触而冷却工艺气体，并且将工艺气体的至少一部分二氧化硫吸收到冷却液体中，从而获得包含着硫酸盐的冷却液体，
使得已冷却工艺气体与氨化溶液或者浆液相接触，以从工艺气体至少部分地去除二氧化碳，并且形成包含着氨的工艺气体，和
通过使得包含着氨的工艺气体与包含着硫酸盐的冷却液体直接接触而从包含着氨的工艺气体至少部分地去除氨。
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