CN102380221A - 酸雾的去除 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及酸雾的去除。使用至少一个在升高的压力(通常为至少2bar(0.2MPa)，例如在约4bar(0.4MPa)至约50bar(5MPa))操作的纤维床除雾器可有效地从气流除去酸雾。本发明特别应用于处理二氧化碳烟道气的方法中，其中将SO2和/或NOx污染物在升高的压力下分别转化为硫酸冷凝物和/或硝酸冷凝物。

Description

酸雾的去除
技术领域
本发明一般涉及从气体物流中除去酸雾(acid mist)的方法。特别地，本发明涉及通过除去酸雾来净化二氧化碳。本发明特别应用于净化含SOx和NOx的烟道气(flue gas)，该烟道气是由选自烃燃料和含碳燃料(carbonaceous fuels)的燃料的富氧燃烧(oxyfuel combustion)产生的，其中二氧化硫(SO2)和NOx分别转化为至少硫酸冷凝物和硝酸冷凝物。 
背景技术
术语“SOx”指的是硫的氧化物并包含SO2和三氧化硫(SO3)。术语“NOx”指的是氮的氧化物并主要包含一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)。NOx可包含一种或多种其它氮的氧化物，包括N2O、N2O4及N2O3。 
现已声称全球变暖的主要原因之一是由于人类的影响在大气中温室气体污染的增加。释放的主要的温室气体，二氧化碳(CO2)，在大气中的浓度已经从工业革命前的270ppm增长至当前值约378ppm。CO2浓度的继续增长是不可避免的，直至CO2排放得以抑制。主要的CO2排放源是燃烧化石燃料的发电站及以石油产品为燃料的交通工具。 
为继续生产国家所需要的维持其经济和生活方式的电力量，使用化石燃料是必需的。因此，需要设计有效方式来通过其而可以捕集来自燃烧化石燃料的发电站的CO2，从而可以将其储存起来而非释放到大气中。储存可以是深海底；在地质层组中如盐水层(saline aquifer)；或枯竭油或天然气层(depleted oil or natural gas formation)。可选地，CO2可用于强化采油(enhanced oil recovery，EOR)。 
富氧燃烧工艺通过在纯氧中燃烧碳质燃料或烃燃料通过产生由CO2和水蒸汽组成的纯燃烧产物气体，来试图减轻CO2排放的有害影响。该工艺将导致烟道气中不存在氮气(N2)，以及非常高的燃烧温度(其在熔炉或锅炉中是不实际的)。为了调节燃烧温度，总烟道气物流中的一部分典型地再循环(通常在冷却后)返回到燃烧器。 
题目为“Oxy-combustion processes for CO2 capture from advanceds supercritical  PF and NGCC power plants”(Dillon等；发表于GHGT-7，Vancouver，2004年9月)的文献描述了用于从燃烧粉煤的动力锅炉(power boiler)捕集CO2的富氧工艺(oxyfuel process)，其公开内容在此引入作为参考。 
富氧燃烧产生主要包含CO2的粗烟道气，还含有污染物例如水蒸汽；“不可冷凝的”气体，即来自于化学过程、不易通过冷却而冷凝的气体，例如过量的燃烧氧气(O2)，和/或源自于任何泄漏进入系统的空气的O2、N2和氩气(Ar)；以及酸性气体例如作为来自燃料中组分的氧化产物而产生的或通过N2和O2在高温的结合而产生的SO3、SO2、氯化氢(HCl)、NO和NO2。烟道气中存在的气态杂质的精确浓度取决于多种因素，例如燃料组成；燃烧器中N2的浓度；燃烧温度；以及燃烧器和炉的设计。 
通常，最终的经净化的CO2产物理想地应作为高压流体物流产生，以传输进入管道用于输送进行储存或输送到使用地点，例如在EOR中。CO2必须是干燥的以避免例如碳钢管道的腐蚀。CO2杂质水平必须不危及地质储存地点的完整性，特别是如果CO2将用于EOR，以及所述输送和储存必须不违反规定气体物流输送和处理的国际和国家条约和规章。 
因此，为了生产最终的适于储存或使用的CO2产品，需要净化来自于锅炉或熔炉的粗烟道气以除去水蒸气；SOx；NOx；可溶的气态杂质例如HCl；和“不可冷凝的”气体例如O2、N2和Ar。 
通常，在利用富氧工艺进行CO2捕集领域中的现有技术至今仍集中于利用当前技术水平在CO2回收和净化系统中在CO2压缩机组(train)上游除去SOx和NOx。除去SOx和NOx基于烟道气脱硫(FGD)方案，例如利用石灰石浆液洗涤气体(scrubbing)接着空气氧化产生石膏，和利用多种技术的NOx还原，例如低NOx燃烧器、过烧(over firing)或在升高的温度在有或无催化剂的情况下采用还原剂例如氨或脲。“Oxyfuel Combustion For Coal-Fired Power Generation With CO2Capture-Opportunities And Challenges”(Jordal等，GHGT-7，Vancouver，2004)公开了使用脱硫和NOx还原技术的常规SOx/NOx除去。这种工艺能用于常规的燃煤锅炉。 
US2007/0122328A1(授权为US7416716B1)公开了用于从烃或含碳燃料的富氧燃烧产生的粗二氧化碳气体中除去SO2和NOx的最早为人所知的方法，其中除去步骤在CO2回收和净化系统的CO2压缩机组中发生。由于酸性气体随二氧 化碳烟道气一起压缩，所以该方法被称为“酸压缩(sour compression)”方法。该方法包括在O2和水和，当要除去SO2时，NOx的存在下，在一个或多个升高的压力下，将粗二氧化碳气体保持足够的时间，以将SO2转化为硫酸和/或将NOx转化为硝酸；并从粗二氧化碳气体中分离所述硫酸和/或硝酸。 
众所周知的是利用冷凝过程产生硫酸和/或硝酸会导致“酸雾”的形成，其为液体酸冷凝物的气溶胶。在本发明的情境中，术语“气溶胶”指的是在气体中的细小液滴的悬浮体。在酸气溶胶或雾例如硫酸雾中液滴的尺寸范围可以是约0.05微米至约10微米(μm)。 
为了满足苛刻的环境排放规章，必须从排出物流中有效地除去酸雾。就此而言，在美国来自硫酸工厂的硫酸雾允许排放至大气中的最大排放量为0.15lb(68g)酸雾/吨100％生成的硫酸，其计算出约11ppmv的排放浓度。该最大量与欧洲的要求近似。此外，酸雾是高腐蚀性的并且如果不将其除去至足够的程度将会损坏下游处理设备。因此，需要减少或清除来自形成硫酸和/或硝酸冷凝物的工艺的流出气体中的酸雾。 
然而，存在一个问题，因为一般对于酸雾，特别是平均颗粒尺寸小于约3μm的酸冷凝物液滴，已证实很难从气体物流中除去。 
在硫酸工业中已采用纤维床除雾器(fiber bed mist eliminators)在排放废气之前捕集硫酸雾。以这种方式使用纤维床除雾器的实例公开在US3540190A，US3948624A，US4348373A，US4818257A和US5139544中。在每一情况中，将含酸雾的进料气体在约大气压力供应至一个或多个纤维床除雾器。 
发明人注意到没有任何工业在升高的压力下使用纤维床除雾器。 
US3432263A公开了一种在约5bar至约50bar(0.5MPa至5MPa)的升高的压力下操作的制备硫酸的方法，其中元素硫在富氧燃烧单元中燃烧生成SO2，其进而被催化氧化形成SO3。随后该SO3在从约50℃至约200℃的温度被水吸收以产生浓硫酸水溶液。残留气体被加热、膨胀并随后排放至大气中。然而，该参考文献完全未提及酸雾产生以及随后从残留气体除去的问题。 
由于对于烟道气脱硫(FGD)工艺中给定体积的气体产生的酸雾量远小于硫酸工艺中，所以迄今为止FGD工艺中的焦点首先主要在于防止酸雾的形成而不是除去可能已经形成的酸雾。例如，Denmark的Haldor 
Figure BSA00000571708000031
A/S的US5198206公开了一种工艺，其中硫酸雾的排放通过“异相成核控制”保持低于5ppmv， 其包含在冷却塔或冷凝器的上游向含SO3和水的气体流中添加特定量的固体颗粒的烟或气溶胶。该固体颗粒可由具有多于2个碳原子的烃或硅酮的燃烧产生，或可作为来自电弧或焊接的烟加入。该固体颗粒充当微小的成核中心，其促进硫酸的冷凝。事实上，根据由Haldor 
Figure BSA00000571708000041
A/S发表的题为“The 
Figure BSA00000571708000042
SNOXTMtechnology for cleaning flue gas from combustion of petroleum coke and high sulfur petroleum residues”(2006年5月修改)的改进文献，通过异相成核控制避免了在冷凝器中形成气溶胶。US4348373，也属于Haldor 
Figure BSA00000571708000043
公开了一种减少酸雾形成的替代工艺，其包括在硫酸塔中小心地控制酸循环物流的温度。这些工艺都在约大气压力操作。
在发电应用中在约大气压力下操作的FGD工艺中硫酸雾形成的问题使用湿静电除尘器(wet electrostatic precipitators，WESP)也已经得以解决，其为利用诱导的静电电荷从气流中除去颗粒的颗粒收集设备。涉及以这种方式使用WESP的工艺公开于JP2009/195860A和“Experiences of wet type electrostatic precipitator successfully applied for SO3 mist removal in boilers using high sulfur content fuel”(Fujishima and Nagata；Mitsubishi Heavy Industries，Ltd.；ICESP IX会议；南非；2004年5月17-21日)中。 
已建议在于122psia(8.4bar)和82°F(28℃)操作的HCl涤气器中使用网垫(mesh pads)捕集酸雾(案例研究#1；“The Engineered Mist Eliminator”手册；ACS Industries Inc.，休斯顿，德克萨斯州77053，美国；2004)。然而，虽然网垫在升高的压力对于除去酸雾中的具有大于约5μm的平均直径的液滴是相当有效的，但是它们用于升高的压力应用是受限的，因为它们不适合除去酸雾中的平均直径小于约5μm的液滴。就此而言，网垫对于5μm或更高的液滴尺寸显示了约99％的良好雾去除。然而，此类型的除雾器的“d50”值为约2.5μm，即在2.5μm液滴尺寸预计只有50％去除，而2.5μm液滴尺寸是所预期的大部分酸雾的液滴尺寸。 
需要开发在升高的压力下从气体例如二氧化碳物流中有效除去酸雾的新方法，特别是从粗二氧化碳气体例如在富氧燃烧工艺中产生的烟道气。该新方法应当除去至少基本上全部酸雾，优选全部酸雾。此外，该新方法应当能有效地除去平均直径小于约5μm的气溶胶中的酸雾液滴。该方法还应当理想地在资金和操作费用两方面比现有技术更简单和更便宜。 
特别地，本发明优选实施方式的一个目的是通过提供有效手段而改进 US2007/0122328A1中公开的方法，通过所述方法可以在升高的压力下将酸雾从二氧化碳气中除去。 
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种从气体物流中除去酸雾(acid mist)的方法，所述方法包括使所述气体物流通过至少一个纤维床除雾器以产生聚结的酸冷凝物(coalesced acid condensate)和至少基本上不含酸雾的气体物流，其中所述气体物流在升高的压力供应到所述一个或多个纤维床除雾器。 
本发明方法特别应用于在以下过程中从二氧化碳气体除去酸雾，所述过程从由烃燃料或含碳燃料的富氧燃烧工艺产生的烟道气除去SO2和/或NOx，其中SO2转化为硫酸冷凝物并且NOx转化为硝酸冷凝物。 
本发明方法在升高的压力将酸雾从气体物流例如二氧化碳除去。特别地，本发明方法有效且高效地除去酸雾或气溶胶中的平均直径小于约5μm的液滴。此外，本发明方法在资金和操作费用两方面比现有技术更简单和更便宜。进一步的，本发明方法可以毫无困难地结合到公开于US2007/0122328A1中的方法中。 
根据本发明的第二方面，提供了从气体物流中除去酸雾的设备，所述设备包括： 
适合在升高的压力下操作的可加压的容器，所述容器包括由分隔壁划分为第一区和第二区的内部；到所述第一区的气体进口；和自所述第二区的气体出口； 
至少一个设置在所述分隔壁上的纤维床除雾器，提供从所述第一区至所述第二区的气体流动路径；和 
用于从所述第二区除去聚结的酸冷凝物的液体出口。 
附图说明
图1是本发明一个实施方案的示意图。 
具体实施方式
所述方法包括使含酸雾的气体物流通过至少一个纤维床除雾器以产生聚结的酸冷凝物和至少基本上不含酸雾的气体物流。该气体物流在升高的压力供应到所述一个或多个纤维床除雾器。 
在优选的实施方案中，所述方法包括将二氧化碳进料气体中的SO2和/或NOx 污染物转化为至少一种其无机酸衍生物，以产生耗乏一种或多种污染物的(contaminant(s)-depleted)二氧化碳气体物流和作为酸冷凝物的所述一种或多种无机酸衍生物；一部分所述酸冷凝物以酸雾的形式悬浮在一种或多种污染物耗乏的二氧化碳气体中。这些优选的实施方案还包括将至少一部分未作为酸雾悬浮的所述酸冷凝物从一种或多种污染物耗乏的二氧化碳气体物流中分离；和通过将所述物流在升高的压力下通过至少一个纤维床除雾器从一种或多种污染物耗乏的二氧化碳气体物流中除去酸雾，以产生聚结的酸冷凝物和至少基本上不含所述酸雾的一种或多种污染物耗乏的二氧化碳气体物流。 
不希望受任何特定理论限制，发明人认为纤维床除雾器利用三种机理收集酸雾。 
首先，当大于约3μm的颗粒的动量阻止它们跟随(following)纤维周围的气体流线(gas stream lines)时，大于约3μm的颗粒被收集。不跟随在纤维周围的流线，这些较大的颗粒突破流线，撞击纤维并从而被纤维收集。该机理被称为“惯性撞击”。 
第二，平均直径为约1μm至约3μm的颗粒当它们流动通过纤维时趋向于跟随气体流线。在约半径长度内经过纤维的任何这些中间尺寸的颗粒都趋于被纤维截获。例如，在0.5μm内经过纤维的1μm的颗粒将会被纤维收集。该机理称为“直接拦截”。 
最后，平均直径小于约1μm的细颗粒具有由与气体分子碰撞引起的无规左右运动。例如，0.1μm的颗粒将具有约10倍于1μm颗粒的无规运动，极大地增加了与纤维碰撞的可能性。该机理称为“布朗运动”或“布朗扩散”。 
用于直径小于约1μm的雾滴的主要分离机理为布朗运动(如上所述)。对于更大的颗粒通过增加气体流速或气体速度来提高纤维床过滤器性能。因此，对于撞击和拦截机理，增加气体速度对于收集效率具有有利影响。这是由于以下事实：通过提高纤维和液滴之间碰撞或接触的可能性较高的速度增加了发生捕获的可能性。 
然而，发明人已经意识到在升高的压力下操作纤维床除雾器降低了实际气体流速，因此提供了较低的表观气体速度(superficial gas velocity)。虽然较低的流速可能对撞击和拦截机理具有不利影响，但是通过为通过无规分子运动进行的分离提供更适宜的(即较低的)速度，其出人意料地对纤维床元件的扩散效率(布 朗运动)具有正面影响。 
发明人认为，为了通过布朗运动进行的收集能够工作，需要相对“静态(quiescient)”的区域以增强无规颗粒运动。这就是较高压力操作的有利之处，因为较高压力操作导致较低的实际速度。工艺气体速度(process gas velocity)按以下关系与气相和液相密度成比例： 
Vα(pL-ρG)/ρG
其中，“V”为速度；“ρL”为液相的密度；和“ρG”为气相的密度。作为例子，20％在水中硫酸在35℃的液体密度为1500kg/m3；在1bar(0.1MPa)，80％二氧化碳与余量N2、O2和Ar的气体密度为1.6kg/m3；在30bar(3MPa)，80％二氧化碳与余量N2、O2和Ar的气体密度为56kg/m3。在这个实例中，对于1bar(0.1MPa)Vα937以及对于30bar(3MPa)Vα26。由于升高的压力，这是36倍低的速度比例，其预计将导致改善的性能(对于相同的装置尺寸)和/或更小的装置面积要求(对于相同的工艺气流)(以布朗运动方式)。 
术语“升高的压力”意指显著高于大气压力的压力。例如，该术语意在排除超过大气压力的小的压力提升，例如为迫使气体通过在约大气压力操作的设备而由鼓风机或风扇提供的那些提升。这种较小的压力升高在本发明的上下文中被认为是不显著的。 
所述升高的压力可至少为2bar(0.2MPa)，举例来说，至少3bar(0.3MPa)，或至少5bar(0.5MPa)。所述升高的压力通常不超过100bar(10MPa)，优选不超过50bar(5MPa)。在优选的实施方案中，所述升高的压力为约4bar至约50bar(0.4MPa至5MPa)。 
本发明可特别应用于从含有SO2和NOx作为污染物的二氧化碳进料气体中除去SO2和NOx的方法，其中SO2转化为至少硫酸冷凝物并且，任选地，NOx转化为至少硝酸冷凝物。本发明特别应用于以这种方式从二氧化碳进料气体中除去SO2和NOx的方法，该二氧化碳进料气体是选自烃燃料和含碳燃料的燃料的富氧燃烧产生的烟道气或衍生自选自烃燃料和含碳燃料的燃料的富氧燃烧产生的烟道气。 
应该注意的是，以下讨论的气体物流中对各种组分给出的百分比是基于干基(dry basis)计算的近似摩尔百分比(mol.％)。此外，除非另有说明，否则贯穿说明书中所讨论的所有压力都是绝对压力而不是表压。 
所述方法适于从任何气体物流除去酸雾。但是，该方法特别应用于从含至少40％二氧化碳的气体物流除去酸雾，或其中所述酸雾包含至少一种选自亚硫酸、硫酸、亚硝酸和硝酸的酸冷凝物。所述酸雾通常含有硫酸冷凝物和硝酸冷凝物。 
所述方法可结合于方法中以从二氧化碳进料气体中除去选自SO2和NOx的至少一种污染物，所述二氧化碳进料气体中含有所述一种或多种污染物。该方法适于从任何来源(例如否则是纯二氧化碳的来源)的二氧化碳进料气体除去一种或多种所述污染物。然而，该方法特别应用于从“不纯的”二氧化碳进料气体除去一种或多种所述污染物，例如含有约90％至约95％二氧化碳的二氧化碳气体，以及更特别地应用于从“粗”二氧化碳气体中除去污染物，例如含有从约40％至约90％二氧化碳的二氧化碳进料气体。在优选的实施方案中，所述二氧化碳进料气体含有约60％至约95％的二氧化碳；优选地，约65％至约85％的二氧化碳。 
在优选的实施方案中，所述二氧化碳进料气体是，或衍生自，通过选自烃燃料和含碳燃料的燃料的燃烧产生的烟道气。在这样的实施方案中，所述方法通常包括选自烃燃料和含碳燃料的至少一种燃料，在富氧气体，例如，含有至少80％O2的气体中的燃烧，任选地与来自所述燃烧过程的循环烟道气一起来调节燃烧的温度并控制热通量。这种烟道气是粗二氧化碳气体，通常含有约40％至约90％的二氧化碳。 
所述方法可用于从流速为约200kmol/h至约40,000kmol/h的气体物流中除去酸雾。SO2和/或NOx可作为酸冷凝物从具有这种流速的二氧化碳进料气体中除去，其对于在富氧燃烧工艺中产生的纯烟道气而言是典型的。 
当存在时，二氧化碳进料气体中SO2污染物的量通常大于50ppm但不超过约10,000ppm，并且通常是约100ppm至约5,000ppm。 
当存在时，二氧化碳进料气体中NOx污染物的量通常大于100ppm但不超过10,000ppm，并且通常是约500ppm至约3,000ppm。大多数所述NOx通常为NO，N02是NOx中含量第二的组分。所述NOx可包括氮的其它氧化物例如N20、N2O4和N2O3，但这些氧化物的量通常比N02小。 
当二氧化碳进料气体含有02作为进一步的污染物时，02通常以进料气体的约0.1％至约15％存在，例如约1％至约8％。 
当二氧化碳进料气体含有水作为进一步的污染物时，水的存在量由多种因素决定。例如，当进料气体由燃料的富氧燃烧产生时，气体中存在的水量将不仅取决于燃料的组成和燃烧条件，而且取决于烟道气在压缩之前是否通过在水中洗涤而冷却以及如果这样的话烟道气在压缩之前通过在水中洗涤而冷却的程度。在这种情况下，水的存在量将取决于压缩机进口条件下的饱和蒸汽压。作为一般指导，水的量通常为进料气体的约0.1％至约30％。例如，在约1bar(0.1MPa)，至压缩机的10℃进料提供约1.2％的水，20℃至40℃的进料将提供约2％至8％的水，60℃的进料将提供约20％的水。 
所述二氧化碳进料气体通常含有至少一种不可冷凝的(non-condensable)气体，其选自由以下组成的组：氮气(N2)、氩气(Ar)；稀有气体例如氪(Kr)和氙(Xe)，和它们的混合物。当存在于二氧化碳进料气体中时，N2通常的存在量为进料气体的约5％至约30％；Ar通常的存在量为进料气体的约0.1mol％至约10mol％；Kr通常的存在量为约0.5ppm至约1.5ppm；和Xe通常的存在量为约30ppb至约150ppb。 
在富氧燃烧工艺中产生的烟道气通常含有作为主要组分的二氧化碳，和SOx、NOx以及不可冷凝的气体O2、N2、Ar、Kr和Xe。SOx由燃料中存在的元素硫和/或含硫化合物的燃烧产生。烟道气中存在的O2来自于燃烧中使用的过量O2和来自于进入燃烧单元的空气，所述进入燃烧单元的空气也导致烟道气中N2、Ar、Kr和Xe的存在。NOx由燃烧单元中的N2与O2的反应产生。这些组分通常以如上所述的量存在。 
烟道气中的其它组分包括固体颗粒例如飞灰和烟灰(soot)；水；CO；HCl；CS2；H2S；HCN；HF；挥发性有机化合物(VOCs)例如CHCl3；金属包括汞、砷、铁、镍、锡、铅、镉、钒、钼和硒；以及这些金属的化合物。 
当存在时，SO2主要转化为硫酸(H2SO4)作为其无机酸衍生物，尽管亚硫酸(H2SO3)也可存在，虽然通常仅以相对小的量存在。例如，该方法中所转化的SO2总量的0％至约30％认为通常转化为亚硫酸，余量为硫酸。如果存在，亚硫酸将为由SO2与水的平衡反应形成的亚硫酸氢根阴离子(HSO3 -)的水溶液形式。 
当存在时，NOx主要转化为硝酸(HNO3)作为其无机酸衍生物，尽管亚硝酸(HNO2)也可存在，虽然通常仅以相对小的量存在。例如，该方法中所转化的NOx总量的0％至约16％认为通常转化为亚硝酸，余量为硝酸。通过二氧化氮在水中 的歧化反应形成亚硝酸与硝酸。当是水溶液时，亚硝酸迅速地分解为二氧化氮、硝酸和水。 
一部分酸冷凝物以酸雾的形式产生。由所述方法产生的处于酸雾形式的酸冷凝物占酸冷凝物总量的比例通常是约0.01％至约2％。例如，考虑90％SOx和70％NOx的酸转化以及0.3g酸雾/Nm3工艺气体的设计酸雾加载，发明人计算出设计的(即最大的)酸雾比例为约1％。剩余部分不作为酸雾悬浮在气体物流中。与之相反，剩余部分通常以非悬浮的酸冷凝物形式存在。 
在升高的压力操作，必须考虑在减压后除雾器纤维的保持。由于可能产生的高气体速度，快速减压可能会导致纤维损失。因此，应该提供保持纤维的机构，例如丝笼(wire cage)或网篮(mesh basket)。这样，根据本发明的纤维床除雾器通常含有至少一个纤维层，其包含在外和内耐酸金属笼装配体之间以形成致密填充的单元。纤维优选在床中无规分布。 
在一些实施方案中，所述除雾器具有单个纤维床并且单个纤维床除雾器的实例在US3540190中公开了，其公开内容在此引入作为参考。在其它的实施方案中，所述除雾器具有至少两个纤维床。这些床可包括第一纤维床以收集酸雾颗粒，和与该第一床邻近的第二纤维床以阻止所收集的酸雾颗粒的再次夹带。双纤维床除雾器的一个实例公开于US4818257，其公开内容在此引入作为参考。这些例示的纤维床除雾器将适合用于本发明，只要它们按照需要进行改变以在升高的压力操作。 
纤维床除雾器通常为具有中空圆筒构造的单元，包括外表面和内表面，并在一端密封。相反的一段开放以允许气体进入或离开该单元。该单元可以设置为使得含酸雾的气体从该单元的外表面至内表面(如US3540190中)，或从该单元的内表面至外表面(如US4818257中)径向通过一个或多个纤维床。 
所述纤维通常是无机纤维例如玻璃纤维，尽管也可使用由其它耐酸材料制成的纤维，所述耐酸材料例如聚酯；聚氯乙烯；聚烯烃例如聚乙烯和聚丙烯；聚对苯二甲酸乙二醇酯；含氟聚合物例如TeflonTM；以及尼龙。所述纤维通常是没有涂覆的，尽管也可以进行涂覆，例如采用提供疏液或亲水性质的材料。所述纤维可具有任何合适的构造，但是优选弯曲的或波浪形的纤维。所述纤维床除雾器可含有不同纤维的混合物。
合适纤维的平均纤维直径可为约5μm至约500μm，例如约5μm至约100μm， 或约5μm至约50μm。 
床中的纤维可被压缩至约5至约201b/fi3(80至320kg/m3)的堆积密度(bulk density)。一般而言，直径较小的纤维比直径较大的纤维需要更高的填充密度(packing density)。例如，对于直径为约5μm至约15μm的纤维通常需要约8至约20lb/ft3(128至320kg/m3)的填充密度，而对于直径为约15μm至约30μm的纤维通常需要约5至约10lb/fi3(80至160kg/m3)的填充密度。特别地，除雾器可含有压缩至约7至约12lb/ft3(112至192kg/m3)的填充密度的直径为约8μm至约20μm的纤维。 
所述纤维床可具有约85％至约99％的至少基本上均匀的床空隙度。当除雾器具有两个纤维床时，第一纤维的空隙度可为约85％至95％，第二纤维床的空隙度可为约95％至约99％。 
发明人认为由纤维收集的酸冷凝物颗粒聚结在纤维上形成液滴，由于跨越床的压降，所述液滴朝纤维床的远表面迅速地移动通过纤维床，并且在途中随着收集酸雾尺寸持续增加。在所述远表面处在纤维上形成酸冷凝物膜且在重力作用下从床中排出。在纤维床底部收集的酸冷凝物随后可根据需要分配。 
存在跨越纤维床除雾器的内在压降(inherent pressure drop)。在升高的压力，发明人认为该压降通常为约5mbar至约50mbar(0.5kPa至5kPa)。 
由所述方法的优选实施方案产生的一种或多种污染物耗乏的二氧化碳气体至少基本上不含酸雾。术语“基本上不含”意指二氧化碳气体包含的酸雾不多于约10份每十亿份(“ppbv”)，优选酸雾不多于100份每万亿份(“pptv”)。在优选的实施方案中，一种或多种污染物耗乏的二氧化碳气体不含酸雾。 
所述方法的优选实施方案可通常除去至少80％存在于二氧化碳进料气体中的任何SO2污染物以生成SO2耗乏的二氧化碳气体。所述方法通常除去至少90％的任何SO2污染物并且，在一些实施方案中，所述方法除去二氧化碳气体中基本上所有(例如至少95％)的任何SO2污染物以生成基本上无SO2的二氧化碳气体。 
所述方法的优选实施方案可通常除去至少40％存在于二氧化碳进料气体中的任何NOx污染物以生成NOx贫乏的(NOx-lean)二氧化碳气体。所述方法通常除去至少60％的任何NOx污染物并且，在一些实施方案中，所述方法除去至少90％的任何NOx污染物。优选地，所述方法除去至少大量的(bulk of)任何NOx污染物，例如，约40％至约99.9％并且，在一些优选的实施方案中，约60％至约95％。 
SO2和/或NOx可通过任何包括冷凝步骤的合适方法分别转化为硫酸和/或硝酸。例如，SO2和/或NO可在O2的存在下在至少一种固体氧化催化剂上氧化以分别生成SO3和/或NO2，其可在水的存在下在低于酸露点的温度冷凝以分别形成硫酸冷凝物和/或硝酸冷凝物。所述催化剂通常是过渡金属氧化物例如负载在惰性载体上的五氧化二钒。O2可加入到二氧化碳气体中，尽管至少足量的且经常过量的O2可能已经作为污染物存在于该气体中。这种氧化反应优选发生在升高的压力，例如约5bar至约50bar(0.5MPa至5MPa)，和升高的温度下，例如约300℃至约700℃。 
一旦被氧化，通常将气体在水的存在下冷却至从环境温度到低于酸露点的温度，以促进形成酸冷凝物。所述气体被冷却到的温度可为约20℃至约150℃，例如约25℃至约100℃，优选约30℃至约50℃。应该注意的是，在这些温度的优选范围内酸雾形成的可能性可能增加。 
可将水加入到得到的含SO3和/或NO2的二氧化碳气体中，尽管至少足量的且经常过量的水可能已经作为污染物存在于该气体中。 
然而，优选通过将二氧化碳进料气体在O2和水以及当要除去SO2时NOx的存在下在反应器系统中保持在一个或多个升高的压力下足以将NOx转化为硝酸的时间，将SO2和/或NOx分别转化为硫酸冷凝物和/或硝酸冷凝物。在这些实施方案中，该方法包括将聚结的酸冷凝物循环至反应器系统内的至少一个点。 
通过以下的一系列反应，其在此称为“酸压缩(sour compression)”反应，在O2和水的存在下，NO转化为硝酸，SO2转化为硫酸： 
Figure BSA00000571708000121
Figure BSA00000571708000123
Figure BSA00000571708000124
Figure BSA00000571708000125
已经确定反应(i)的速率随着反应压力的增加而增加。对于所述酸压缩反应一个或多个升高的压力通常为至少约3bar(0.3MPa)例如至少约5bar(0.5MPa)。所述升高的压力通常不大于100bar(10MPa)，并且优选不大于50bar(5MPa)。在优选的实施方案中，所述升高的压力为约5bar至约50bar(0.5MPa至5MPa)。 
如果聚结的酸冷凝物的压力等于其要循环的反应器系统中的点处的升高的压力，通常聚结的酸冷凝物不经调节压力而循环。然而，当聚结的酸冷凝物的压力不等于聚结的酸冷凝物要循环的一个或多个点处的反应器系统的一个或多个升高的压力时，该方法通常包括在循环聚结的酸冷凝物之前，调节聚结的酸冷凝物的压力与循环点处反应器系统的升高的压力相等。 
由于跨越一个或多个纤维床除雾器的内在压降，聚结的酸冷凝物的压力通常低于反应器系统的升高的压力。在这种情况下，所述方法可包括在循环液体至反应器系统之前将酸冷凝物泵至(pumping)所需的升高的压力。 
循环聚结的酸冷凝物通过将反应性化合物保留在系统中通常改善了所述酸压缩反应的效率和可靠性。该益处通过将关键的反应物和产物保留在系统中可提高反应的总转化率，导致更大的工艺效率。 
所述酸压缩反应在升高的压力下进行。由于本发明设计为在升高的压力下操作，所以将聚结的酸冷凝物循环至酸压缩反应器系统将改善酸压缩过程而不增加复杂性，例如附加的外部过滤系统。 
循环液体酸冷凝物也减少了步骤的数量以及处理酸副产物的需要，并且限制了酸损失，其还可具有增加工艺安全性的额外益处。 
如果要除去SO2而NOx没有作为进一步的污染物已存在于进料气体中，那么可将NOx添加至反应器系统上游的气体中。要添加的NOx的量可为约100pm至约10000ppm，例如约500ppm至约3000ppm。然而，如上所述，本发明特别应用于净化被两种污染物污染的二氧化碳进料气体的方法中，在这种情况下未必需要额外的NOx。 
可将O2和/或水添加至反应器系统上游的二氧化碳进料气体中。然而，在优选的实施方案中，无论如何进料气体中都存在至少足量的且经常过量量的这些组分，在这种情况下将不需要额外的O2和/或水。 
在反应器系统中发生酸压缩反应的温度可以是环境温度至低于酸露点。例如，所述温度可以是约20℃至约150℃，例如约25℃至约100℃，或约30℃至约50℃。 
反应器系统中的停留时间(即接触时间或“滞留(hold up)”时间)决定了酸压缩反应的程度或范围。就此而论，NOx转化为硝酸所需的时间通常长于SO2转化为硫酸所需的时间。该时间通常不大于1000s，且优选不大于600s。该时间通常 大于5s，例如大于10s或大于20s。该时间可以是5s至约600s，例如约10s至约500s或约15s至约200s。应该注意的是，虽然一旦压力和温度条件允许所述酸压缩反应就会开始，但是所述反应仅在约5s之后，并且通常仅在约10s或甚至20s之后通常才进行至显著程度。 
用于所述酸压缩反应的反应器系统仅为给定的流速提供了足够的体积，在其内所述反应可在一个或多个升高的压力下发生。所述反应器系统通常包括至少一个可加压的反应器容器例如管或沟槽；罐；吸收柱；湿洗涤塔；流化床或移动床；填料塔或柱；和文丘里洗涤器。当反应器系统包括逆流气/液接触柱时，酸冷凝物可从柱底部取出，泵送、冷却并作为回流物输送至柱顶部。 
所述反应器系统可包括单个可加压的反应器容器，用于在合适压力范围内在单个升高的压力下操作。在其它的实施方案中，所述反应器系统可包括至少两个(相同或不同的)可加压的反应器容器，用于在相同或不同的升高的压力下操作。 
当存在至少两个用于在不同的升高的压力操作的反应器容器时，可提供气体压缩装置以将气态流出物从第一容器的升高的操作压力压缩至第二容器的升高的操作压力。该气体压缩装置可以是多级气体压缩器的至少一级。 
在一个特别优选的实施方案中，所述反应器系统包括第一气/液接触柱，用于在第一升高的压力下操作，和第二气/液接触柱，用于在比所述第一升高的压力更高的第二升高的压力下操作。所述第一和第二升高的压力通常都在以上指定的优选范围内。所述第一升高的压力可为约10bar至约20bar(1MPa至2MPa)，和所述第二升高的压力可为约25bar至约35bar(2.5MPa至3.5MPa)。当SO2和NOx都在将在这些实施方案中处理的二氧化碳气体中作为污染物存在时，这两个柱通常生成混合的酸冷凝物，其中第一柱主要产生硫酸冷凝物和第二柱主要产生硝酸冷凝物。 
US2007/0122328A1中提供了所述酸压缩反应本身和适合的酸压缩反应器系统的进一步细节，其公开的内容在此引入作为参考。 
将SO2和/或NOx转化为一种或多种无机酸衍生物的所述反应的一个或多个升高的压力优选选择为使得含酸雾的一种或多种污染物耗乏的二氧化碳气体可直接供应给一个或多个纤维床除雾器而不用调节压力。在这些实施方案中，所述污染物转化反应的升高的压力与到一个或多个纤维床除雾器的升高的进料压 力相同，所述除雾器在设备中经受任何内在压降。 
在一个优选的实施方案中，所述方法包括通过以下方式从二氧化碳进料气体物流中除去SO2和NOx：在O2和水的存在下将二氧化碳进料气体在一个或多个升高的压力下在反应器系统中保持足以将SO2转化为硫酸和将NOx转化为硝酸从而生成SO2耗乏的、NOx贫乏的二氧化碳气体物流以及酸冷凝物形式的硫酸和硝酸的一段时间，所述酸冷凝物的一部分作为酸雾悬浮在SO2耗乏的、NOx贫乏的二氧化碳气体中；从该SO2耗乏的、NOx贫乏的二氧化碳气体物流中分离至少一部分未作为酸雾悬浮的所述酸冷凝物；通过使该物流通过至少一个纤维床除雾器，从所述SO2耗乏的、NOx贫乏的二氧化碳气体物流中除去酸雾以产生聚结的酸冷凝物和至少基本上不含酸雾的SO2耗乏的、NOx贫乏的二氧化碳气体物流，其中该SO2耗乏的、NOx贫乏的二氧化碳气体物流在升高的压力下供应给一个或多个纤维床除雾器；和在反应器系统内循环该聚结的酸冷凝物。 
在二氧化碳进料气体是富氧燃烧单元中产生的烟道气或衍生自富氧燃烧单元中产生的烟道气的实施方案中，该来自于所述燃烧单元的烟道气通常通过用水洗涤而进行预处理以除去固体颗粒(例如烟灰和/或飞灰)和水溶性组分(例如HF、HCl和/或SO3)。此外，可使用设备例如袋滤室或静电除尘器过滤该烟道气，以增强颗粒去除。 
经任何这样的预处理之后如果该烟道气处于大气压力，那么其被压缩至升高的压力以形成将要通过所述方法净化的二氧化碳进料气体。然而，如果进料气体源自已经处在所需升高的压力下的来源，例如加压的富氧燃烧系统或加压的预处理步骤，则不需要压缩。 
进料气体可在单级中或在多于一级中被压缩，有或无使用热交换器进行的级间冷却。如果使用级间冷却，那么应提供设备(例如“分液”罐)以捕集和除去任何在压缩步骤期间形成的冷凝物。 
压缩后进料气体的温度可以是环境温度至约500℃，受中间冷却程度的控制。如果气体在多级中被压缩，那么可计算出并小心地控制该气体被中间冷却的程度从而提供不仅处在所需的升高的压力而且处在所需的温度的进料气体，从而气体的任何附加的压缩后加热或冷却被最小化或甚至完全消除。可选择地，可在压缩之后根据需要调节进料气体的温度。例如，该气体可采用冷却剂，例如冷却水，通过间接热交换冷却至所需的反应温度，或该气体可采用传热流体， 例如蒸汽，通过间接热交换加热至所需的反应温度。 
由本发明的优选实施方案产生的所述SOx耗乏的(NOx贫乏的)二氧化碳气体的至少一部分可经过进一步处理以净化二氧化碳。例如，本发明的方法可与在升高的压力下操作的二氧化碳回收和净化系统结合。考虑设备中的任何内在压降，本发明的一个或多个升高的压力和下游系统的升高的压力通常将选择为使得该SO2耗乏的(NOx贫乏的)二氧化碳气体，或由其衍生的SO2耗乏的(NOx贫乏的)二氧化碳气体，可不需任何压力调节而提供给下游系统。 
在优选的实施方案中，其中所述气体包含水蒸汽和“不可冷凝的”气体例如N2、O2和Ar，该SOx耗乏的(NOx贫乏的)二氧化碳气体通常被干燥、净化以除去该“不可冷凝的”组分，并压缩至约80bar(8MPa)至约250bar(25MPa)的管道压力。所述气体随后可储存于地质层组中或深海场所中，或可用于EOR工艺中。 
所述SO2耗乏的(NOx贫乏的)二氧化碳气体可在干燥剂干燥器中干燥并随后冷却至接近其三相点(triple point)的温度，在那里该“不可冷凝的”组分作为排放物流中的气体被除去。该过程通过将进料气体压力固定在合适的水平，例如约20bar(2MPa)至约40bar(4MPa)，使得二氧化碳随排放物流的损失最小化。 
用于本发明的合适“不可冷凝的”组分除去过程描述在“Oxyfuel corversion of heaters and boilers for CO2 capture”(Wilkinson等，Second National Conference on Carbon Sequestration；2003年5月5-8日；华盛顿)；US2008/0173584A1；US2008/0173585A1；和US2008/0176174A1中，其每个公开的内容在此引用作为参考。如果本发明方法用于从富氧燃烧工艺中产生的烟道气中除去SO2和NOx并与这些“不可冷凝的”组分除去方法之一结合，那么该结合的方法通常导致从95％到99.99％的CO2纯度，和90％到99％的CO2回收率。 
所述设备包括适于在升高的压力下操作的可加压的容器。该容器包括由分隔壁分为第一区(通常为下区)和第二区(通常为上区)的内部；到所述第一区的气体进口，和自所述第二区的气体出口。该设备还包括至少一个安装在分隔壁上的纤维床除雾器，提供从所述第一区至第二区的气体流动路径；和用于从该第二区除去聚结的酸冷凝物的液体出口。 
在优选的实施方案中，所述设备包括反应器系统，其用于通过以下方式从含有所述一种或多种污染物的二氧化碳进料气体除去选自由SO2和NOx组成的组中的至少一种污染物：在一个或多个升高的压力下在O2和水以及当要除去SO2 时NOx的存在下将所述进料气体保持足以将所述污染物转化为其至少一种无机酸衍生物的时间以产生一种或多种污染物耗乏的二氧化碳气体和作为酸冷凝物的一种或多种无机酸衍生物；和分离系统，用于从一种或多种污染物耗乏的所述二氧化碳气体物流分离未作为酸雾悬浮的酸冷凝物。在这种实施方案中，所述至少一个加压的容器是该反应器系统的组件。例如，该设备的可加压的容器是反应器系统的气/液接触柱。 
所述设备可进一步包括导管机构用于在反应器系统中循环来自液体出口的聚结的酸冷凝物。可在反应器系统的内部或外部提供用于循环聚结的酸冷凝物的所述导管机构(conduit arrangement)。该导管机构可包含调节聚结的酸冷凝物的压力的压力调节机构。 
当所述反应器系统包含气/液接触柱(column)时，所述聚结的酸冷凝物可循环至柱的储槽(sump)中或循环到在柱中填充部分上方提供的液体分布器。 
所述聚结的酸冷凝物可经由至少一个料封管(seal leg)水力循环至反应器系统以密封压差或通过经由压力传送装置循环至反应器系统。 
在料封管(seal leg)中，液体的液压高度克服了除雾器(和，可能地，反应器填充，如果有的话)的压降并使得液体循环返回反应器系统。在包括用于酸压缩反应的至少两个不同的压力级的实施方案中，如果在较高的压力级中提供料封管，那么来自较高压力级的冷凝物可容易地转移至较低的压力级。 
压力传送指的是利用可获得的更高压力的工艺气体通过间歇对含冷凝物的容器加压并打开通向较低压力下游处理容器的阀门分批传送冷凝的液体。该液体将流出容器底部并只要容器中存在剩余液面就继续流动直到其排尽。 
所述反应器系统可在与分离系统不同的容器中。然而，在优选的实施方案中，所述分离系统在与反应器系统相同的容器中提供。例如，当反应器系统是气/液接触柱时，该分离器系统可包括所述柱的储槽和在所述柱底部或在所述柱底部附近的出口以允许液体冷凝物底从柱除去。 
技术人员将完全有能力计算本发明的特定实施方案所需的纤维床除雾器的数量。然而，在气/液接触柱顶部位于管板(tube sheet)上的纤维床除雾器的数量可以是1至40，尤其取决于柱的尺寸和所处理气体的流速/速度。 
所述一个或多个纤维床除雾器可以位于所述反应器系统内，在所述反应器系统气体产物出口处或在所述反应器系统气体产物出口附近，或在其它系统容 器例如蒸汽/液体分离器中。在优选的实施方案中，其中反应器系统包括至少一个气/液接触柱，所述纤维床可设置在管板上，该管板在柱顶出口附近在柱顶部提供。 
本发明的方面包括： 
#1.从气体物流中除去酸雾的方法，所述方法包括使所述气体物流通过至少一个纤维床除雾器以产生聚结的酸冷凝物和至少基本上不含酸雾的气体物流，其中所述气体物流在升高的压力供应给所述一个或多个纤维床除雾器。 
#2.根据#1的方法，其中所述升高的压力为至少2bar(0.2MPa)。 
#3.根据#1或#2的方法，其中所述升高的压力不大于约100bar(10MPa)。 
#4.根据#1至#3任一项的方法，其中所述升高的压力为约4bar至约50bar(0.4至5MPa)。 
#5.根据#1至#4任一项的方法，其中所述气体物流的流速为约200kmol/h至约40,000kmol/h。 
#6.根据#1至#5任一项的方法，其中所述气体物流的至少40％是二氧化碳气体，并且所述酸雾由至少一种选自亚硫酸、硫酸、亚硝酸和硝酸的酸冷凝物组成。 
#7.根据#1至#6任一项的方法，包括从二氧化碳进料气体物流中通过以下方式除去至少一种选自由SO2和NOx组成的组中的污染物： 
将二氧化碳进料气体中的所述一种或多种污染物转化为至少一种其无机酸衍生物以产生耗乏一种或多种污染物的二氧化碳气体物流和作为酸冷凝物的一种或多种所述无机酸衍生物，所述酸冷凝物的一部分作为所述酸雾悬浮在一种或多种污染物耗乏的所述二氧化碳气体中；和 
从一种或多种污染物耗乏的所述二氧化碳气体物流分离至少一部分未作为酸雾悬浮的所述酸冷凝物以产生含所述酸雾的所述气体物流。 
#8.根据#7的方法，其中通过在反应器系统中在一个或多个升高的压力下在O2和水以及当要除去SO2时NOx的存在下将所述二氧化碳进料气体保持足以将NOx转化为硝酸的时间将所述至少一种污染物转化为所述至少一种其无机酸衍生物，所述方法包括在所述反应器系统内循环所述聚结的酸冷凝物。 
#9.根据#8或#9的方法，其中所述聚结的酸冷凝物处在第一压力，其不等于所述聚结的酸冷凝物将被循环的一个或多个所述点处的所述反应器系统的一 个或多个升高的压力，所述方法包括在循环所述聚结的酸冷凝物之前，调节所述聚结的酸冷凝物的压力与在一个或多个所述点处的所述反应器系统的一个或多个升高的压力相等。 
#10.方法，包括 
通过以下方式从二氧化碳进料气体物流除去SO2和NOx：在反应器系统中在O2和水的存在下将所述二氧化碳进料气体在一个或多个升高的压力下保持足以将SO2转化为硫酸和将NOx转化为硝酸的时间，从而生成SO2耗乏的、NOx贫乏的二氧化碳气体物流以及酸冷凝物形式的所述硫酸和硝酸，所述酸冷凝物的一部分作为所述酸雾悬浮在所述SO2耗乏的、NOx贫乏的二氧化碳气体中； 
从所述SO2耗乏的、NOx贫乏的二氧化碳气体物流分离至少一部分未作为酸雾悬浮的所述酸冷凝物； 
通过使所述物流通过至少一个纤维床除雾器以产生聚结的酸冷凝物和至少基本上不含所述酸雾的SO2耗乏的、NOx贫乏的二氧化碳气体物流，其中所述SO2耗乏的、NOx贫乏的二氧化碳气体物流在升高的压力下供应给所述一个或多个纤维床除雾器，从所述SO2耗乏的、NOx贫乏的二氧化碳气体物流中除去所述酸雾；和 
在所述反应器系统中循环所述聚结的酸冷凝物。 
#11.从气体物流除去酸雾的设备，所述设备包括： 
适合在升高的压力下操作的可加压的容器，所述容器包括由分隔壁划分为第一区和第二区的内部；到所述第一区的气体进口；和自所述第二区的气体出口； 
至少一个设置在所述分隔壁上的纤维床除雾器，提供从所述第一区至所述第二区的气体流动路径；和 
用于从所述第二区除去聚结的酸冷凝物的液体出口。 
#12.根据#11的设备，所述设备包括： 
反应器系统，其用于通过以下方式从含有所述一种或多种污染物的二氧化碳进料气体除去选自由SO2和NOx组成的组中的至少一种污染物：在一个或多个升高的压力下在O2和水以及当要除去SO2时NOx的存在下将所述进料气体保持足以将所述污染物转化为其至少一种无机酸衍生物的时间以产生一种或多种污染物耗乏的二氧化碳气体和作为酸冷凝物的所述一种或多种无机酸衍生物；和 
分离系统，用于从一种或多种污染物耗乏的所述二氧化碳气体物流分离未作为酸雾悬浮的酸冷凝物； 
其中所述至少一个可加压的容器是所述反应器系统的组件。 
#13.根据#12的设备，包括用来在所述反应器系统内从所述液体出口循环聚结的酸冷凝物的导管机构。 
#14.根据#13的设备，其中所述导管机构包含用以调节聚结的酸冷凝物的压力的压力调节机构。
#15.设备，包括： 
反应器系统，其用于通过以下方式从包含作为污染物的SO2和NOx的二氧化碳进料气体除去SO2和NOx：在O2和水的存在下将所述进料气体在一个或多个升高的压力下保持足以将SO2转化为硫酸和将NOx转化为硝酸的时间，从而生成SO2耗乏的、NOx贫乏的二氧化碳气体以及作为酸冷凝物的所述硫酸和硝酸；和 
分离系统，其用于从SO2耗乏的、NOx贫乏的二氧化碳气体物流分离非酸雾形式的酸冷凝物， 
其中所述反应器系统包括： 
适合在升高的压力下操作的可加压的容器，所述容器包括由分隔壁划分为第一区和第二区的内部；到所述第一区的气体进口；和自所述第二区的气体出口； 
至少一个设置在所述分隔壁上的纤维床除雾器，提供从所述第一区至所述第二区的气体流动路径； 
用于从所述第二区除去聚结的酸冷凝物的液体出口；和 
用于在所述反应器系统内从所述液体出口循环聚结的酸冷凝物的导管机构。 
下面是图1中例示的本发明实施方案的讨论。 
参见图1，在富氧燃烧单元(未示出)中产生的经洗涤、压缩和冷却的烟道气物流2在约35℃温度供应到在约30bar(3MPa)升高的压力操作的逆流气/液接触柱4。该烟道气包含约72％二氧化碳、约19％N2，约6％O2和约3％Ar，和约2500ppm SO2和约1500ppm NOx以及其它污染物(包括水和CO)。 
所述柱的功能是提供足够的“滞留”时间使得来自烟道气的SO2和NOx通过上述讨论的酸压缩反应分别转化为酸冷凝物形式的硫酸和硝酸。该柱具有至少 一个填充部分6以帮助提供所需的滞留时间并增加柱内上升气相和下降液相之间的接触。 
酸冷凝物收集为柱4储槽中的底部液体并作为物流8移出。至少一部分该物流在泵(未示出)中泵送，在热交换器(未示出)中通过间接换热器冷却并作为物流10，任选地与额外的补充水(未示出)一起，送入柱顶部，提供到柱4的回流。 
包括酸冷凝物雾的SO2耗乏的、NOx贫乏的二氧化碳气体12离开填充部分6的顶部并通过管板14，管板14上设有至少一个纤维床除雾器16。该除雾器或每个除雾器包括密集填充的玻璃纤维的环形或圆筒形床，支撑于笼或丝网(未示出)的内层和外层之间。以这种方式所述一个或多个除雾器提供了在其上收集酸雾的大表面积。 
在这个例子中，一个或多个除雾器16安置于管板14之上从而气体从一个或多个除雾器16的内部移动到外部。然而，应理解，所述一个或多个除雾器16可安置于管板14上使得气体从一个或多个除雾器16的外部移动到内部或，当有多个除雾器时，在每一个取向至少有一个安置于管板上的除雾器。 
当气体径向通过一个或多个除雾器的纤维床时酸雾被从气体中除去。就此而论，形成所述雾的液体冷凝物的微液滴收集在除雾器16的纤维上并朝外部径向移动通过除雾器16，在途中与其它被收集的微液滴聚结。一旦到达外表面，该聚结的液体冷凝物在除雾器16的外部向下移动至管板14并且随后使用料封管18和密封罐20经管板中的出口再次引入柱4中。该密封罐20提供了液压密封以克服跨越除雾器16的纤维床的内在压差。 
离开一个或多个纤维床除雾器的SO2耗乏的、NOx贫乏的二氧化碳气体22至少基本上不含酸雾并作为物流24由柱中取出。 
本发明的优点包括： 
·限制下游设备包括压缩系统、管道系统及组件，以及变温吸附器(TSAs)的腐蚀，其可允许选择制造下游设备的更低费用的材料和/或对耗乏材料例如吸附剂提供更大的使用寿命； 
·对以下降低的复杂要求：上游分离系统，例如增加的外部蒸汽/液体分离器容器，大的分离高度需要，和/或在反应器柱中的复杂液体分布器。明智地置于工艺中现有容器中的高效除雾器可消除对其它更复杂分离系统的需要；和 
·在柱中更均匀的温度控制，因为返回反应的携带的和基于冷凝的酸液滴 和雾可保持更多的工艺能量。这将导致更大的能量效率以及整个一个或多个填充反应柱更均匀的温度。 
将理解的是，本发明不局限于关于优选实施方案的以上描述的细节，相反可不偏离如以下权利要求中定义的本发明的精神或范围做出大量改动和变化。 

Claims (10)

1.从气体物流中除去酸雾的方法，所述方法包括使所述气体物流通过至少一个纤维床除雾器以产生聚结的酸冷凝物和至少基本上不含酸雾的气体物流，其中所述气体物流在升高的压力供应给所述一个或多个纤维床除雾器。
2.权利要求1的方法，其中所述升高的压力为约4bar至约50bar(0.4至5MPa)。
3.权利要求1的方法，其中所述气体物流的至少40％是二氧化碳气体，并且所述酸雾由至少一种选自亚硫酸、硫酸、亚硝酸和硝酸的酸冷凝物组成。
4.权利要求1的方法，包括从二氧化碳进料气体物流中通过以下方式除去至少一种选自由二氧化硫(SO2)和氮的氧化物(NOx)组成的组中的污染物：
将二氧化碳进料气体中的所述一种或多种污染物转化为至少一种其无机酸衍生物以产生一种或多种污染物耗乏的二氧化碳气体物流和作为酸冷凝物的一种或多种所述无机酸衍生物，所述酸冷凝物的一部分作为所述酸雾悬浮在一种或多种污染物耗乏的所述二氧化碳气体中；和
从一种或多种污染物耗乏的所述二氧化碳气体物流中分离至少一部分未作为酸雾悬浮的所述酸冷凝物以产生含所述酸雾的所述气体物流。
5.权利要求4的方法，其中通过在反应器系统中在一个或多个升高的压力下在氧气(O2)和水以及当要除去SO2时NOx的存在下将所述二氧化碳进料气体保持足以将NOx转化为硝酸的一段时间将所述至少一种污染物转化为所述至少一种其无机酸衍生物，所述方法包括在所述反应器系统内循环所述聚结的酸冷凝物。
6.权利要求5的方法，其中所述聚结的酸冷凝物处在第一压力，其不等于所述聚结的酸冷凝物将被循环的一个或多个所述点处的所述反应器系统的一个或多个升高的压力，所述方法包括在循环所述聚结的酸冷凝物之前，调节所述聚结的酸冷凝物的压力与在一个或多个所述点处的所述反应器系统的一个或多个升高的压力相等。
7.方法，包括：
通过以下方式从二氧化碳进料气体物流除去SO2和NOx：在反应器系统中在O2和水的存在下将所述二氧化碳进料气体在一个或多个升高的压力下保持足以将SO2转化为硫酸和将NOx转化为硝酸的一段时间，从而生成SO2耗乏的、NOx贫乏的二氧化碳气体物流以及酸冷凝物形式的所述硫酸和硝酸，所述酸冷凝物的一部分作为所述酸雾悬浮在所述SO2耗乏的、NOx贫乏的二氧化碳气体中；
从所述SO2耗乏的、NOx贫乏的二氧化碳气体物流中分离至少一部分未作为酸雾悬浮的所述酸冷凝物；和
通过使所述物流通过至少一个纤维床除雾器以产生聚结的酸冷凝物和至少基本上不含所述酸雾的SO2耗乏的、NOx贫乏的二氧化碳气体物流，其中所述SO2耗乏的、NOx贫乏的二氧化碳气体物流在升高的压力下供应给所述一个或多个纤维床除雾器，从所述SO2耗乏的、NOx贫乏的二氧化碳气体物流中除去所述酸雾；和
在所述反应器系统中循环所述聚结的酸冷凝物。
8.从气体物流除去酸雾的设备，所述设备包括：
适合在升高的压力下操作的可加压的容器，所述容器包括由分隔壁划分为第一区和第二区的内部；到所述第一区的气体进口；和自所述第二区的气体出口；
至少一个设置在所述分隔壁上的纤维床除雾器，提供从所述第一区至所述第二区的气体流动路径；和
用于从所述第二区除去聚结的酸冷凝物的液体出口。
9.权利要求8的设备，所述设备包括：
反应器系统，其用于通过以下方式从含有所述一种或多种污染物的二氧化碳进料气体除去选自由SO2和NOx组成的组中的至少一种污染物：在一个或多个升高的压力下在O2和水以及当要除去SO2时NOx的存在下将所述进料气体保持足以将所述污染物转化为其至少一种无机酸衍生物的一段时间以产生一种或多种污染物耗乏的二氧化碳气体和作为酸冷凝物的所述一种或多种无机酸衍生物；和
分离系统，用于从一种或多种污染物耗乏的所述二氧化碳气体物流分离未作为酸雾悬浮的酸冷凝物；
其中所述至少一个可加压的容器是所述反应器系统的组件。
10.设备，包括：
反应器系统，其用于通过以下方式从包含作为污染物的SO2和NOx的二氧化碳进料气体除去SO2和NOx：在O2和水的存在下将所述进料气体在一个或多个升高的压力下保持足以将SO2转化为硫酸和将NOx转化为硝酸的一段时间，从而生成SO2耗乏的、NOx贫乏的二氧化碳气体以及作为酸冷凝物的所述硫酸和硝酸；和
分离系统，其用于从SO2耗乏的、NOx贫乏的二氧化碳气体物流分离非酸雾形式的酸冷凝物，
其中所述反应器系统包括：
适合在升高的压力下操作的可加压的容器，所述容器包括由分隔壁划分为第一区和第二区的内部；到所述第一区的气体进口；和自所述第二区的气体出口；
至少一个设置在所述分隔壁上的纤维床除雾器，提供从所述第一区至所述第二区的气体流动路径；
用于从所述第二区除去聚结的酸冷凝物的液体出口；和
用于在所述反应器系统内从所述液体出口循环聚结的酸冷凝物的导管机构。
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