CN102933282B - 烟道气处理和渗透物硬化 - Google Patents

Abstract

本发明涉及将烟道气处理（特别是CO₂螯合）与反渗透（RO）渗透物的硬化相结合。烟道气被压缩并被注入到加压水中，所述加压水或是冷却水或是RO渗透物。溶解有CO₂的水或者被分配到海洋中以进行CO₂的生物学固定，或者在RO渗透物的情况下，与石灰石混合以使产物水硬化。

Description

烟道气处理和渗透物硬化

背景技术

1．技术领域

本发明涉及烟道气处理和水脱盐，更具体地，涉及发电设备和脱盐设备的协同联系。

2．背景技术

图1是现有技术系统的示意图，所述系统用于处理烟道气并提供CO₂以使来自脱盐设备（如反渗透（RO）设备130）的产物水（渗透物）酸化。

现有技术系统包括具有CO₂再生器的发电设备61，其后面是汽提塔（strippertower，提馏塔）62。发电设备61产生烟道气81，烟道气包括CO₂、N₂、O₂和其他气体。烟道气中的一些在冷却器和洗涤器单元71中和吸收塔72中得到处理。为了产生CO₂，烟道气81经历包括KMnO₄扩散器64、纯化塔65和CO₂干燥塔66的处理链，最后由CO₂冷凝器67冷凝，并以液态储存在液态CO₂容器中。

为了使RO产物水酸化，液态CO₂与渗透物混合，或者使CO₂在渗透物中发泡。然后向酸化的渗透物中加入石灰石以用于使水硬化。

该处理过程复杂并且成本高。

发明内容

本发明的一个方面提供了一种系统，其包括：压缩器，其连接到设备的烟道气出口，并设置为将从所述烟道气出口获得的烟道气压缩到指定的压力，烟道气包括CO₂；水源，供应加压水；吸收器，其连接至水源并设置为喷淋来自水源的水，所述吸收器还连接至压缩器，并设置为将压缩的烟道气注入到喷淋水中以将烟道气中超过50%的CO₂溶解在生成水中；和水接收单元，其连接至吸收器，并设置为接收来自所述吸收器的溶解有烟道气的水，并将生成水中溶解的CO₂转化（remove）为有机或矿化形式。

附图说明

为了更好地理解本发明的实施例并且显示如何实行本发明的实施例，下面将仅通过实例对附图进行参考，其中在全文中相同的附图标记表示相应的元件或部分。

在附图中：

图2到4是示出了根据本发明一些实施例的系统的高标准示意框图，并且

图5是示出了根据本发明一些实施例的方法的高标准流程图。

附图和下列具体实施方式一起使本领域技术人员更清楚在实践中本发明是如何实施的。

具体实施方式

现在详细地参考附图，强调指出示出的细节仅是作为实例，并且仅仅是为了本发明的优选实施例的解释性讨论的目的，为了提供对本发明的原理和概念方面的最有用和易于理解的描述而提供了显示的细节。在这点上，没有尝试更详细地显示本发明的结构细节，只是尝试对本发明的基本理解所必须的内容，详细描述连同附图一起能够使本领域技术人员更加清楚本发明的若干形式在实践中是如何实施的。

在详细地解释本发明的至少一个实施例之前，应该理解的是本发明不局限于其在以下描述或者附图中示出的结构细节上的应用以及部件的设置。本发明可以应用到其他实施例上或者以各种方式实行或实施。另外，还应该理解的是这里使用的措辞和术语是为了描述的目的，不应该将其看做是限制性的。

图2是示出了根据本发明一些实施例的系统100的高标准示意框图。

系统100包括：压缩器112、吸收器110和水接收单元（图2中示出为功率交换器120和蓄水池80）。

压缩器112连接至设备90的烟道气出口上，并设置为将从所述出口获得的烟道气压缩到指定的压力，例如20巴（bar），这允许烟道气81溶解到吸收器110中喷淋的水中。烟道气81包括CO₂、N₂、O₂和其他气体。

吸收器110连接到供应加压水（例如，20巴）的水源。如图2所示，水源可以包括用作发电设备90中的冷却水82的泵送海水。通过如下面解释的压力交换器120可以执行供应到吸收器110的水的加压，以便在高压回路中交换液体的同时保持所形成的压力。

吸收器110被设置为将加压水以喷射形式喷淋到来自压缩器112的水压缩烟道气81中。注入的烟道气中的大部分CO₂（例如超过50%）在压力下溶解到喷淋水中，以产生富含溶解气体（主要是CO₂）的生成水。系统100利用了相对于其他烟道气组分的溶解性（例如，在20巴时，O₂约为10ppm，N₂约为1ppm）而言，CO₂在水中的高溶解性（约为1200ppm）。

水接收单元连接至吸收器110，并设置为从所述吸收器接收溶解有烟道气的水，并将溶解的CO₂从生成水中转化为有机或矿物形式。例如，在图2中，使生成水转移穿过功率交换器（以维持其高压）并将其分配到蓄水池80（如海洋）中。在海洋中，溶解的CO₂通过藻类转化为有机物，其他气体组分可以蒸发。

因此，系统100从烟道气中除去CO₂并使CO₂能够在蓄水池80（如海洋）中用于生物过程和矿化过程，从而减少发电设备90释放到大气中的CO₂。

如图2所示，功率交换器120具有低压（LP）入口120A、低压出口120B、高压入口120C和高压出口120D。功率交换器120设置为在保持各自压力的同时在低压回路与高压回路之间交换流体。

功率交换器120连接至水源，例如冷却水源93（所述冷却水源被设置为用于冷却冷凝器92，该冷凝器接收来自发电设备90的涡轮机91的蒸汽），并且所述功率交换器被设置为在低压入口120A接收自水源的水。

功率交换器120连接到泵111上，所述泵设置为接收并加压来自吸收器110的生成水。功率交换器120设置为在高压入口120C接收来自泵111的已加压生成水。

功率交换器120被设置为从高压出口120D排出来自低压入口120A的已被来自高压入口120C已加压生成水加压的水，以及被设置为从低压出口120B排出来自高压入口120C的已减压的加压生成水。

吸收器110连接到功率交换器120的高压出口120D上，以接收来自所述高压出口的水以进行喷淋。

当供应到吸收器110中的水是产生烟道气81的同一设备90的冷却水82时，系统提供用于CO₂去除和吸收的解决方案。海洋可以是冷却水82的来源，也可以是富含CO₂的水排放到其中以用于有机CO₂利用的蓄水池80。

图3是示出了根据本发明一些实施例的系统100的高水准示意框图。

系统100包括压缩器112、吸收器110和水接收单元（图3中示出为硬化的产物水85B）。

压缩器112连接至设备90的烟道气出口，并被设置为将从搜索设备获得的烟道气81压缩至指定的压力例如20巴，这允许烟道气81溶解到在吸收器110中喷淋的水中。烟道气81包括CO₂、N₂、O₂和其他气体。

吸收器110连接至供应加压水的水源。如图3所示，水源可以包括来自反渗透（OR）设备130的渗透物或产物水84。产物水84在进入吸收器110之前由泵111加压至例如20巴的压力。

吸收器110被设置为以喷射方式将加压的产物水喷淋到来自压缩器112的压缩有烟道气81的水中。注入的烟道气中的大部分CO₂（例如超过50%）在压力下溶解到喷淋水中，以产生富含溶解气体（主要是CO₂）的生成水。系统100利用了相对于其他烟道气组分的溶解性（例如，在20巴时，O₂约为10ppm，N₂约为1ppm）而言，CO₂在水中的高溶解性（约为1200ppm）。

水接收单元连接至吸收器110，并被设置为从所述吸收器接收富含有溶解的CO₂的产物水，并使CO₂矿化为CaCO₃或MgCO₃以硬化产物水。

系统100不仅从烟道气81中除去CO₂，还协同作用地使RO设备130的渗透物84酸化，以省却费成本地添加液态CO₂的需要（见图1）。

当海水80是用于提供烟道气81的设备90的冷却水82的来源时，来自RO设备130的盐水可排放到海洋80中，或与排放的冷却水混合以降低其盐浓度，因此提供与设备90的第二个协同作用。

图4是示出了根据本发明一些实施例的系统100的高标准示意框图。

系统100包括清洁单元117，其连接在压缩器112与吸收器110之间，或者连接在压缩器112之前（图4中没有示出）。

清洁单元117连接在113的后面，所述鼓风机将烟道气81（包含例如6-17%CO₂）传导到直接接触冷却塔114以进行冷却。清洁单元117包括高锰酸盐清洁单元115，所述高锰酸盐清洁单元被设置为使烟道气与高锰酸盐溶液进行气-液接触，以产生第一阶段处理的烟道气，其中所有的有毒气体（例如NO₂）均被氧化。

清洁单元117还包括活性炭单元116，所述活性炭单元被设置为使第一阶段处理的烟道气与活性炭进行气-固接触，该活性炭从烟道气中吸收有机物，以产生空气混合物81A中的清洁CO₂。空气混合物81A中的清洁的CO₂溶解在RO渗透物84中以产生酸化产物85A。

系统100还可包括石灰石反应器140，所述石灰石反应器连接至吸收器110，并设置为使所接收的生成富含CO₂的产物水85A与石灰石接触，以使CO₂矿化进而硬化产物水85B。来自产物水85B的多余CO₂在可解析塔145中被汽提的空气流去除。残留的CO₂可被处理，转化为空气混合物81A中的CO₂，或者溶解在排放到蓄水池80的水中。

在例示性方案中，发电设备90的CO₂产量为每天30-56吨CO₂，这可以提供用于相关水脱盐设备中的每天19-36吨CO₂，因此同时螯合（sequester）来自烟道气81中的CO₂并且省却了在渗透物后处理中费成本地添加CO₂。

图5是示出了根据本发明一些实施例的方法200的高标准流程图。

方法200包括下面的步骤：将获得的包括CO₂的烟道气压缩到指定的压力（步骤201），例如20巴；在吸收器中喷淋加压水（例如在20巴）（步骤210）；将压缩的烟道气注入到喷淋水中（步骤215）以将烟道气中超过50%的CO₂溶解在生成水中（步骤217）；并且将生成水中的溶解CO₂转化为有机形式或矿物形式（步骤220）。

在实施例中，方法200包括：使用加压冷却水作为喷淋水（步骤221）；并且将带有溶解CO₂的冷却水转移移除到蓄水池中（步骤222），例如移除到通过藻类消耗CO₂的蓄水池中。

在实施例中，方法200进一步包括通过功率交换器泵送（步骤223）来自蓄水池的冷却水以用于在吸收器中进行喷淋。通过功率交换器执行使冷却水转移回到（步骤222）蓄水池中。冷却水和烟道气可以与同一个发电设备相关。蓄水池可以是海洋，水可以是海水。溶解的CO₂可通过海洋中的藻类消耗。

方法200可以包括将供应加压冷却水的高压回路与除去溶解有CO₂的冷却水的低压回路分离以使抽吸功率守恒（步骤224）。

在实施例中，方法200包括通过从反渗透（RO）设备泵送产物水（231）以便在吸收器中进行喷淋（步骤210），使用RO渗透物作为喷淋水（步骤230）。

方法200可以包括处理和清洁具有升高水平CO₂的烟道气（步骤202）以及通过使烟道气与高锰酸盐溶液气-液接触（步骤206）且使烟道气与活性炭气-固接触（步骤208）而从烟道气中产生空气混合物中的清洁CO₂（步骤204）（见图4）。

在实施例中，方法200包括使空气混合物中的清洁CO₂渗透至反渗透（RO）渗透物（步骤232）以产生富含CO₂的酸化渗透物（步骤234）；并且通过使富含CO₂的酸化渗透物与石灰石接触且允许过量CO₂逸出而产生再矿物化产物（步骤240），从而通过将CO₂矿化为CaCO₃而实现溶解的CO₂（步骤220）的转化以硬化产物水。

方法200可以进一步包括使来自RO设备的盐水与冷却水混合以在处理之前稀释盐水，该冷却水与产生烟道气的设备相关。

在上述描述中，实施例是作为本发明的实例或者设施。各种表述“一个实施例”、“实施例”或“一些实施例”不是必须全部指相同的实施例。

虽然本发明的各种特征可以在单个实施例的背景下描述，但是这些特征也可以独立地或者以任何合适的组合描述。相反，虽然这里为了清楚起见而以独立的多个实施例的情况描述了本发明，但是本发明也可以体现为单个实施例。

此外，应该理解的是本发明可以以各种方式实施或实践，并且可以在除了上述概述的实施例之外的实施例中执行本发明。

本发明不局限于这些图示或相应的描述。例如，流程不需要穿过每个显示的框或状态，或者不需与所示出和描述完全相同的顺序。

除非另有说明，这里使用的技术和科学术语的含义为本发明所属领域技术人员普遍理解的含义。

虽然本发明已针对有限数目的实施例进行了描述，但是其不应该解释为限制本发明的保护范围，而是作为一些优选实施例的例证。其他可能的变化、修改和应用也落在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于协同联系发电设备与反渗透脱盐设备的系统，所述系统包括：

压缩器，所述压缩器连接至所述发电设备的烟道气出口且被设置为将从所述烟道气出口获得的烟道气压缩到指定的压力，所述烟道气包括CO₂；

用于所述发电设备的冷却水源，所述冷却水源包括海水；

加压水源，所述加压水源包括从所述反渗透脱盐设备中泵送的渗透水或产物水，其中，所述反渗透脱盐设备被设置为从海水中产生所述产物水以及盐水；

吸收器，所述吸收器连接至所述加压水源且被设置为喷淋来自所述加压水源的水，所述吸收器进一步连接至所述压缩器且被设置为将压缩的烟道气注入到喷淋水中以在生成水中溶解所述烟道气中超过50％的CO₂；

水接收单元，所述水接收单元连接至所述吸收器且被设置为从所述吸收器接收溶解有烟道气的水以及被设置为使来自所述生成水的溶解的CO₂转化为有机形式或矿化形式并且协同地使所述渗透水或产物水酸化；并且其中，来自所述反渗透脱盐设备的盐水被排放在所述水接收单元中和/或与排放的冷却水混合以降低其盐浓度。

2.根据权利要求1所述的系统，进一步包括清洁单元，所述清洁单元连接在所述压缩器与所述吸收器之间，所述清洁单元包括：

高锰酸盐清洁槽，所述高锰酸盐清洁槽被设置为使所述烟道气与高锰酸盐溶液气-液接触，以产生第一阶段的处理烟道气，和

活性炭容器，所述活性炭容器被设置为使所述第一阶段的处理烟道气与活性炭气-固接触，以产生清洁CO₂的处理烟道气。

3.根据权利要求1所述的系统，进一步包括石灰石反应器，所述石灰石反应器连接至所述吸收器且被设置为使接收的生成富含CO₂的产物水与石灰石接触，以矿化所述CO₂进而使所述产物水硬化。

4.一种用于协同联系发电设备与反渗透脱盐设备的方法，所述方法包括：

从海水中引入冷却水到所述发电设备；

将从所述发电设备获得的烟道气压缩到指定的压力，所述烟道气包括CO₂，

从所述反渗透脱盐设备中泵送产物水，以便在吸收器中喷淋加压水，所述反渗透脱盐设备从海水中产生所述产物水以及盐水；

将所述压缩的烟道气注入到所喷淋的水中，以将所述烟道气中超过50％的CO₂溶解在生成水中；

将来自生成水中的溶解的CO₂转化为有机形式或矿化形式，并且协同地使所述渗透水或产物水酸化；以及

将来自所述反渗透脱盐设备的盐水排放到海水中和/或将所述盐水与排放的冷却水混合以降低其盐浓度。

5.根据权利要求4所述的方法，进一步包括通过矿化为CaCO₃而转化溶解的CO₂以硬化所述产物水。

6.根据权利要求4所述的方法，进一步包括通过使所述烟道气与高锰酸盐溶液气-液接触以及与活性炭气-固接触而清洁所述烟道气，从而产生空气混合物中的清洁CO₂的处理烟道气。