CN103338842B - 气体处理方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及用于清洁包含二氧化碳和二氧化硫的气体流(5)的方法，包括在二氧化碳去除阶段(3)中从气体流去除二氧化碳；所述方法包括：a)在硫去除阶段(10)中，通过使气体流与包括氨的液体直接接触以将二氧化硫从气体流吸收到液体中，使得气体流为二氧化硫贫化的，从而从气体流中去除二氧化硫；b)在气体冷却阶段(12)中冷却气体流，使得形成经冷却气体流；c)在二氧化碳去除阶段中，通过使气体流与含氨液体接触以将二氧化碳从气体流吸收到液体中，使得气体流为二氧化碳贫化且富含氨的，从而从经冷却的二氧化硫贫化的气体流中去除二氧化碳；d)在氨去除阶段(23)中，通过使气体流与酸性液体直接接触以将氨从气体流吸收到酸性液体中，使得气体流为氨贫化的，从而从二氧化碳贫化的气体流去除氨；以及e)在气体加热阶段(28)中加热氨贫化的气体流，使得形成经加热气体流；其中，来自阶段a)的用过液体的至少一部分被抽出和引导以用于在阶段a)中重新使用，并且来自阶段d)的用过液体的至少一部分被抽出和引导以用于在阶段d)中重新使用。本公开还涉及用于清洁气体流的系统。

Description

气体处理方法和系统
技术领域
本申请涉及用于从气体流中去除诸如二氧化碳(CO2)和二氧化硫(SO2)的污染物的方法和系统。
背景技术
在诸如煤、油、泥煤、垃圾等的燃料在诸如发电设备的燃烧设备中燃烧时，产生常常称为烟气的热工艺气体，该气体尤其包含二氧化碳(CO2)。将二氧化碳释放到大气的负面环境效应已广为人知，并且已导致适于从在上述燃料的燃烧中产生的热工艺气体去除二氧化碳的工艺的发展。
WO 2006/022885涉及一种用于从烟气中去除CO2的方法。在WO 2006/022885的方法中，烟气最初借助于常规空气污染控制方法处理，例如借助于颗粒收集器、用于NOx和SO2控制的装置、酸雾捕集装置等。离开常规空气污染控制处理装置的烟气通常保持约40-80℃的温度。该方法的下一步骤涉及将烟气冷却至优选地0-25℃的温度。在常常被称为直接接触冷却的该步骤中，冷却借助于冷水实现。在冷却之后，烟气被运送至CO2吸收器，在其中，通过使烟气与具有低二氧化碳含量的低温含氨浆料或溶液接触而发生实际的CO2去除。这允许将CO2从烟气吸收到含氨浆料或溶液中。离开CO2吸收器的烟气包含非常少量的污染物和二氧化碳。富CO2含氨浆料或溶液在再生器中再生，在再生器中，二氧化碳在约50-200℃的温度下和高压下被汽提，以在再生器塔顶处形成浓缩的富CO2流。
发明内容
在本公开的第一方面，提供了一种用于清洁包含二氧化碳和二氧化硫的气体流的方法，包括在二氧化碳去除阶段中从气体流去除二氧化碳；该方法包括：
a)在硫去除阶段中，通过使气体流与包括氨的液体直接接触以将二氧化硫从气体流吸收到液体中，使得气体流为二氧化硫贫化的，从而从气体流中去除二氧化硫；
b)在气体冷却阶段中冷却气体流，使得形成经冷却气体流；
c)在二氧化碳去除阶段中，通过使气体流与含氨液体接触以将二氧化碳从气体流吸收到液体中，使得气体流为二氧化碳贫化且富含氨的，从而从经冷却的二氧化硫贫化的气体流中去除二氧化碳；
d)在氨去除阶段中，通过使气体流与酸性液体直接接触以将氨从气体流吸收到酸性液体中，使得气体流为氨贫化的，从而从二氧化碳贫化的气体流中去除氨；以及
e)在气体加热阶段中加热氨贫化的气体流，使得形成经加热气体流；
其中，来自阶段a)的用过液体的至少一部分被抽出和引导以用于在阶段a)中重新使用，并且来自阶段d)的用过液体的至少一部分被抽出和引导以用于在阶段d)中重新使用。
在上述方法中，硫去除在独立于冷却和其它清洁阶段的单独阶段a)中被控制。这允许高效控制二氧化硫(SO2)和可选地诸如三氧化硫(SO3)、氯化氢(HC1)和氟化氢(HF)的其它酸性气体从气体流的去除，这继而影响整个气体清洁过程的效率。在阶段a)中酸性气体的减少可消除对下游设备构造的更昂贵耐腐蚀材料的需求。硫去除阶段还可以一浓度提供包括呈硫酸铵形式的吸收硫的液体，该浓度可独立于环境条件保持在高水平。
类似地，在阶段d)中氨从气体流的去除与其它污染物的去除独立且分开地控制。这允许高效控制从气体流的氨去除并帮助独立于环境条件维持吸收氨在从阶段d)产生的酸性气体中的高浓度。
如上指出，冷却在与用于污染物去除的阶段分开的阶段中进行。冷却可在一个或多个单独的冷却步骤中进行。应当理解，冷却可在硫去除之前和/或硫去除之后进行。
加热在单独阶段中在用于加热氨贫化气体流的一个或可能更多加热步骤中类似地进行。在加热之后，经加热且清洁的气体流可释放至环境。
在本公开的另一方面，提供了一种用于清洁包含二氧化碳和二氧化硫的气体流的气体清洁系统，其包括二氧化碳去除布置，该系统包括：
硫去除装置，其相对于气体流的流向布置在二氧化碳去除布置的上游，构造成接收气体流并使气体流与包括氨的液体接触，以形成并排放二氧化硫贫化的气体流；
气体冷却布置，其相对于气体流的流向布置在二氧化碳去除布置的上游，构造成接收和冷却气体流并排放经冷却的气体流；
包括至少一个二氧化碳吸收器的二氧化碳去除布置，其被构造成接收经冷却的二氧化硫贫化的气体流并使气体流与含氨液体接触，以形成并排放二氧化碳贫化且富含氨的气体流；
氨去除装置，其相对于气体流的流向布置在二氧化碳去除布置的下游，构造成从二氧化碳去除布置接收气体流并使气体流与酸性液体接触，以形成并排放氨贫化的气体流；以及
气体加热布置，其相对于气体流的流向布置在二氧化碳去除布置的下游，构造成接收氨贫化的气体流，以加热气体流并排放经加热的气体流；
其中，硫去除装置被构造成接收和重新使用从硫去除装置排放的用过液体的至少一部分，并且氨去除装置被构造成接收和重新使用从氨去除装置排放的用过液体的至少一部分。
应当理解，在方法方面的以上讨论在适用部分中与系统方面相关，还应当理解，在系统方面的讨论在适用部分中与方法方面相关。
本发明的另外的目的和特征将从详细描述和权利要求显而易见。
附图说明
现在参照附图，附图为示例性实施例，且其中相同元件标号相同：
图1是描绘根据本公开的气体清洁系统的一个示例的示意图。
图2是描绘根据本公开的气体清洁系统的一个示例的示意图。
图3是描绘根据本公开的气体清洁系统的一个示例的示意图。
具体实施方式
根据本公开的气体清洁方法和系统可用于清洁任何类型的包含二氧化碳的工艺气体，例如来自诸如熔炉、过程加热器、焚烧炉、快装锅炉和电站锅炉的任何燃烧装置的烟气。在诸如煤或油的燃料的燃烧期间产生的热工艺气体或烟气包含污染物质，包括粉尘颗粒、二氧化碳(CO2)、二氧化硫(SO2)和三氧化硫(SO3)。烟气可被运送至常规空气污染控制系统，该系统根据气体源而可包括集尘器、用于NOx和SO2控制的设备、酸雾捕集装置、有时称为烟气脱硫系统(FGD)的SO2去除装置等。在所谓的湿式或干式洗涤器中，通过使烟气与石灰石或石灰基浆料或其它碱基液体接触，可从烟气中部分去除SO2。离开包括SO2去除装置的此类常规空气污染系统的烟气通常包含少于200ppm的SO2，具有40-80℃的温度，并且处于环境压力下。根据所用的洗涤方法，离开常规空气污染系统的烟气还可饱含水。
在于气体清洁系统中或根据本公开的气体清洁方法被处理之前，气体流可在如上所述包括SO2去除装置的常规空气污染系统中处理。
不管任何预处理，进入本公开的气体清洁过程或系统的气体流可包含酸性气体，例如残余的SO2、SO3、氯化氢(HCl)和氟化氢(HF)。气体流中包含的大部分SO2和其它酸性气体通常可在如本文公开的方法的硫去除阶段a)中通过吸收到包括氨的液体中而被捕集。
在本公开的硫去除阶段和/或二氧化碳去除阶段使用的包括氨(NH3)的液体和含氨液体或溶液可以是任何类型的包含氨的液体，例如液体溶液，尤其是水溶液。含氨液体中的氨可例如呈铵离子和/或溶解分子氨的形式。含氨液体通常是含水的，并且可由例如水、氨、硫酸铵以及它们的衍生物组成。
此外，特别是在二氧化碳去除阶段中，含氨液体可包括促进剂(promoter)，以增强在含氨液体对CO2的捕集中涉及的化学反应动力。促进剂的非限制性示例包括胺(例如哌嗪)或酶(例如，碳酸酐酶或其类似物)，其可呈溶液形式或其可固定在固体或半固体表面上。
应当理解，如本文所用的术语“贫化”和“富含”应解释为相对术语，而不应解释为绝对术语。因此，当液体或气体被描述为“贫化”或“富含”某种组分时，这意味着与在导致贫化或富集的过程阶段之前的含量相比该液体在某种组分上具有减小或增加的含量。
通过将SO2吸收或溶解到包括氨的液体中以形成在水溶液中氧化为硫酸铵的亚硫酸铵，可实现在硫去除阶段由包括氨的液体从气体流捕集SO2。SO2和可选地其它酸性气体(例如HCl、HF、SO3)以及颗粒的去除在硫去除阶段中通常发生在绝热饱和温度下。可允许冷却阶段在对于SO2捕集而言过低的低pH下操作。在冷却阶段从烟气冷凝的水分可在冷却塔中蒸发。冷却塔可设计成经受酸性条件。
当阶段a)中的硫去除在阶段b)中的冷却之前进行时，硫去除阶段可在高温(饱和条件)下操作。高温减少了水从气体流的冷凝，这继而可允许独立于环境条件在从阶段a)产生的液体中维持较高硫酸铵(AS)浓度。因此，根据所进行的气体预处理(如果有)的类型，硫去除阶段可在例如40℃至80℃(例如在45℃至60℃)下发生。在沉淀物的可选去除之后，包括氨的液体被引导以在硫去除阶段中重新使用。
当在硫去除之前进行冷却时，硫去除阶段可在诸如0-20℃、0-15℃或在约5℃的低温下操作。在这种低温下，非常少的水保留在烟气中，并且没有额外的水分会从气体流冷凝。大部分水分可在硫去除阶段之前的冷却阶段中冷凝。如上所述，在硫去除阶段保持最少的水冷凝可帮助维持高且恒定的AS浓度。此外，在冷却之后和二氧化碳去除之前进行硫去除可消除氨泄漏到气体流和后续(多种)冷却液体中的风险。
用于硫去除的包括氨(NH3)的液体的pH值可被方便地控制在4和6之间(例如5和6之间)的范围内。pH控制可通过添加NH3来实现。
通过将例如呈溶解分子CO2、碳酸盐、氨基甲酸盐或碳酸氢盐形式的任何形式的CO2吸收或溶解到含氨液体中，可实现在二氧化碳去除阶段中通过含氨液体从气体流捕集CO2。利用含氨液体的CO2捕集可导致气体流中的少量氨。因此，在离开二氧化碳去除阶段的气体流中存在低浓度的氨，即，气体流为富含氨的。
通过将例如呈溶解分子氨形式的任何形式的氨吸收或溶解到酸性液体中，可实现在氨去除阶段通过酸性液体从气体流捕集NH3。用于氨去除的酸性液体的pH值可被控制到低于4，例如在3和4之间的范围内。酸性液体可为包括硫酸铵的液体。在此情况下，pH控制可通过将硫酸(H2SO4)添加到液体而实现。这样，可通过在液体中形成硫酸铵来实现氨去除。氨去除阶段d)的效率还可导致从CO2捕集设备的氨排放被控制到期望的环境和设备容许极限。在任何沉淀物从液体中的可选去除之后，液体在氨去除阶段被重新用于氨去除。
由于NH3和CO2很易挥发，CO2去除通常可在降低的温度下进行，以便减少在二氧化碳去除阶段从含氨液体到气体流的NH3损耗。此外，通过含氨液体从气体流中去除/吸收CO2可为放热反应。因此，气体流在其被运送到二氧化碳去除阶段之前在气体冷却阶段被冷却。
气体冷却阶段可包括至少一个气体冷却步骤，以用于将气体流冷却至方便CO2去除和从气体流冷凝水的温度。因此，在气体流进入二氧化碳去除阶段之前，气体流可被冷却至小于20℃(例如在0-20℃的范围内)、小于15℃(例如在5-15℃的范围内)的温度或大约5℃的温度。
气体冷却阶段b)可在硫去除阶段a)之前或硫去除阶段a)之后进行。
气体加热阶段可类似地包括至少一个气体加热步骤，以用于在将气体释放到环境之前加热气体流。
因此，在该方法的一个实施例中，气体冷却阶段b)包括在气体冷却步骤中通过以下方式冷却气体流：使气体流与冷却液体接触，以允许热量从气体传递到冷却液体并从气体冷凝水，使得气体流被冷却且液体被加热；并且
加热阶段e)包括在气体加热步骤中通过以下方式加热来自氨去除阶段d)的氨贫化的气体流：使气体流与加热液体接触，以允许热量从液体传递到气体，使得气体流被加热且液体被冷却；并且
气体冷却步骤和气体加热步骤处于液体连接，使得来自气体冷却步骤的经加热液体的热能被传递到来自气体加热步骤的经冷却液体，以形成用于在气体加热步骤中使用的经加热液体和用于在气体冷却步骤中使用的经冷却液体。
因此，气体冷却和加热步骤由此起到热交换步骤的作用，其中，热形式的能量在气体冷却步骤中从气体流传递到冷却液体，得到经加热的冷却液体，并且在气体加热步骤从加热液体传递到气体流，得到经冷却的加热液体。
在以上冷却和加热步骤中使用的液体可以是适合于以液体形式在从约5℃至约60℃、例如从约20℃至约60℃的温度范围内典型地在大气压下操作的任何冷却/加热介质。备选地，例如如果冷却步骤在硫去除步骤之前进行，则在冷却步骤中使用的液体可以是适于以液体形式在从约5℃至约100℃、例如从约50℃至约80℃的温度范围内典型地在大气压下操作的任何冷却/加热介质。这种常规的冷却/加热介质的非限制性示例为水，可能地还包含一些添加化合物。
在一个实施例中，来自气体冷却步骤的经加热的冷却液体可经受与来自气体加热步骤的经冷却的加热液体的热交换，以对来自气体加热步骤的经冷却液体在于气体加热步骤中重新使用之前加热，并且对来自气体冷却步骤的经加热液体在于气体冷却步骤中重新使用之前冷却。由热交换产生的经冷却液体可在被重定向至气体冷却步骤之前在例如工艺冷却塔中经受进一步冷却。
如本文所用，“热交换”或“换热”表示其中热被有意地从诸如气体、液体的一种介质传递到另一介质的过程步骤。换热导致相比该过程步骤之前离开该过程步骤的一种介质更冷，而离开该过程步骤的一种介质更热。换热可以是直接的，其中两种介质物理上相遇，或者间接的，其中介质例如由允许热传递的固体壁分离。热交换可例如在填料塔、板式塔、板框式热交换器或壳管式热交换器中发生。
在另一实施例中，与用于在气体加热步骤中加热的液体相同的液体被用于在气体冷却步骤中冷却。因此，气体冷却步骤和气体加热步骤处于液体连接，使得来自气体冷却步骤的经加热液体的至少一部分被抽出和引导以在气体加热步骤中用作加热液体，而来自气体加热步骤的经冷却液体的至少一部分被抽出和引导以在气体冷却步骤中用作冷却液体。
也被称为第一气体冷却步骤的如上所述的气体冷却步骤可作为本文公开的方法的第一步骤或在硫去除阶段之后进行。
为了在相同液体在如上所述的气体冷却和气体加热步骤中使用时进一步回收热能，该方法还可包括在液体冷却步骤中通过以下方式冷却来自气体加热步骤的经冷却液体：在引导用于在如上所述的冷却步骤(以下称作第一气体冷却步骤)中使用的经冷却液体和用于在氨去除阶段中使用的酸性液体之前，使经冷却液体与来自氨去除阶段的酸性液体接触，以允许热从经冷却液体传递到酸性液体，使得经冷却液体被进一步冷却且酸性液体被加热。因此，液体经受热交换，以便进一步冷却旨在用于气体冷却的液体和加热旨在用于氨去除的液体。以这种方式在将其重定向至氨去除阶段之前加热酸性液体可有助于控制整体水平衡。在环境条件和在适用情况下工艺冷却塔和/或蒸发冷凝器例如需要进一步冷却气体冷却步骤的液体和因此气体流时，如上所述的液体冷却步骤可方便地包括在过程中。
在一些情形下，来自酸性液体的冷能量可被用来冷却在气体清洁过程的其它部分内的其它过程流中的一些。
此外，在一些情形下，例如当进入本公开的过程的气体流保持高温时，可能需要进一步冷却，使得可达到进入CO2去除阶段的气体的期望低温。在这种情况下，该过程的冷却阶段b)还可包括：
在第二气体冷却步骤中通过以下方式冷却来自第一气体冷却步骤的气体流：使气体流与第二冷却液体接触，以允许热从气体传递到冷却液体并从气体冷凝水，使得气体流被冷却且液体被加热。用于冷却气体流的液体例如可为水。可从用过的液体脱去任何冷凝物，并且液体可以可选地被再定向以用于在第二气体冷却步骤中使用。
应当理解，气体冷却阶段可包括任何合适数量的气体冷却步骤，例如至少一个气体冷却步骤，且在一些情形下如上所述两个气体冷却步骤。在其它情形下，气体冷却阶段可包括三个、四个或更多气体冷却步骤。在这种情况下，气体冷却步骤可以可选地为液体接触，使得在一个步骤中用于冷却的液体可被运送以在另一步骤中用于冷却操作。
类似地，气体加热阶段可包括一个或多个(例如两个)气体加热步骤，以用于在将气体流释放到环境之前加热该气体流。气体加热步骤的数量可被调整，以便确保气体浮力足够在例如工厂烟囱中释放。
根据例如环境条件，该过程还可包括通过使来自第二气体冷却步骤的经加热液体经受与冷却介质的热交换使得形成经冷却液体而在第二液体冷却步骤中冷却经加热液体；以及引导经冷却液体，以在第二气体冷却步骤中作为第二冷却液体重新使用。在用于第二液体冷却步骤中之前用于提供冷却介质的设备可以是带有制冷剂的机械制冷布置或使用环境条件的工艺冷却塔。应当理解，在该液体冷却步骤中使用的冷却介质的温度可作为环境条件的函数变化。类似地，如果使用机械制冷布置，则制冷器负载可作为环境条件的函数变化。在用于第二液体冷却步骤中之前用于冷却介质的冷却的工艺冷却塔的使用还可允许由于蒸发而从该过程去除过量的冷凝水分。
应当指出，与气体清洁方法的示例相关的不同参数的讨论在适用情况下同等地与气体清洁系统的以下示例相关。
根据气体清洁系统的本公开，气体冷却布置可相对于气体流的流向布置在硫去除装置的下游，且构造成从硫去除装置接收二氧化硫贫化的气体流。备选地，硫去除装置可相对于气体流的流向布置在气体冷却布置的下游，且构造成从气体冷却布置接收经冷却的气体流。
根据气体清洁系统的本公开，气体冷却布置包括气体冷却装置，其被构造成接收气体流并使气体流与冷却液体接触，以形成并排放经冷却气体流和经加热液体；并且
该气体加热布置包括气体加热装置，其被构造成接收从氨去除装置排放的氨贫化的气体流并使气体流与加热液体接触，以形成并排放经加热气体流和经冷却液体。
如上文刚刚描述的系统还包括热交换器，其被构造成从气体加热装置接收经冷却液体并使其与来自气体冷却装置的经加热液体接触，以形成并排放用于在气体加热装置中重新使用的经加热的加热液体和用于在气体冷却装置中重新使用的经冷却的冷却液体。
在如上所述系统的备选实施例中，气体加热装置可被构造成接收从气体冷却装置排放的经加热液体的至少一部分以用作加热液体，并且气体冷却装置可被构造成接收从气体加热装置排放的经冷却液体的至少一部分以用作冷却液体。
当如上所述的气体加热装置和气体冷却装置被布置成液体连接使得用于在一个装置中冷却/加热的液体被运送以在另一装置中用作冷却/加热液体时，该系统可在一些情形下包括热交换器，其被构造成从气体加热装置接收经冷却的加热液体并使其与来自氨去除装置的酸性液体接触，以形成并排放用于在气体冷却装置中使用的经冷却的冷却液体和用于在氨去除装置中重新使用的经加热的酸性液体。
气体冷却布置还可包括第二气体冷却装置，其被构造成接收从上述气体冷却装置(以下称为第一气体冷却装置)排放的气体流并使气体流与第二冷却液体接触，以形成并排放经冷却气体流和经加热液体。应当指出，气体冷却布置可包括至少一个气体冷却装置。在适当时，气体冷却布置可包括两个、三个、四个或更多气体冷却装置，其被构造成将气体流冷却至适于高效CO2去除的温度。
该系统还可包括液体冷却装置，其被构造成接收从第二气体冷却装置排放的经加热液体的至少一部分并使经加热液体与冷却介质接触，以形成并排放经冷却液体；其中，第二气体冷却装置被构造成接收从液体冷却装置排放的经冷却液体的至少一部分以用作第二冷却液体。如上文关于第二液体冷却步骤所述，液体冷却装置可以例如是带有制冷剂的机械制冷布置或者使用环境条件的工艺冷却塔。
参照图1，现在将讨论气体清洁系统的具体示例。气体清洁系统1包括预调节段2、通常也称为CO2吸收段的CO2去除段3、以及后调节段4。预调节段和后调节段布置成液体连接，使得在其中一段中使用的液体可在另一段中重新使用，如下文进一步详细解释的。
相对于气体流的流向布置在CO2去除段3上游的预调节段2包括一些气体-液体接触装置以用于使气体流与液体直接接触。相对于气体流的流向布置在CO2去除段3下游的后调节段4类似地包括一些气体-液体接触装置以用于使气体流与液体直接接触。
预调节段和后调节段的气体-液体接触装置可一体化在包括按顺序布置的不止一个气体-液体接触装置的容器中，使得进给至容器的气体流在离开容器之前按顺序进入和离开每个气体-液体接触装置。备选地，预调节段和后调节段的气体-液体接触装置中的每一个可独立地布置为串联连接的单独的气体-液体接触容器，使得气体流按顺序进入和离开每个气体-液体接触容器。
每个气体-液体接触装置被布置成使气体流与液体接触。该接触可对流进行，使得气体在一端(通常在底部)进入气体-液体接触装置，而液体溶液在另一端(通常在顶部)进入气体-液体接触装置。
在一个气体-液体接触装置中使用的液体通常至少部分地收集在气体-液体接触装置的底部处或在与气体-液体接触装置的底部液体连接的单独的缓冲器或储罐中，使得离开气体-液体接触装置的液体被收集在其中。在如上所述的一体化容器中，液体可从一个气体-液体接触装置收集和抽出，并且可选地再定向至同一气体-液体接触装置或位于第一装置上游或下游的另一气体-液体接触装置。
烟气在相反方向上被运送并可穿过或傍着所收集的液体行进。在这种情况下，液态收集贮器可布置在两个气体-液体接触装置之间(不论单独或一体地布置)，并且可例如包括倾斜的收集盘或泡罩塔盘。此类液体收集贮器还可包括构造成用于去除所收集液体的一个或多个液体出口。
图1中的系统1的预调节段2经由在气体-液体接触装置10的底部9处的气体入口5接收诸如烟气的气体流。也被称为硫去除装置10的气体-液体接触装置被构造成从烟气中去除SO2。在硫去除装置10中，具有例如40-80℃(例如45-60℃)的温度的烟气被向上运送并与包括氨的液体接触，该液体在烟气饱和温度下具有大约4-6的pH值。液体经由管道6供应并通过一组喷嘴8或带有用于液体分布的孔的管道分布在硫去除装置上方。硫去除装置10包含结构化填料或另一合适的气体-液体接触填充物。
SO2和可选地诸如HC1、HF、SO3的其它酸性气体通过在与包括在液体中的氨接触时形成硫酸铵而从烟气中被去除。包含例如0-40%重量(例如15-40%重量)硫酸铵的用过的液体被收集在硫去除装置的底部9处的液体收集贮器中。溶解的硫酸铵由排出流7去除。剩余液体经由管道6被引导以在硫去除装置10中重新使用。液体的pH值可通过将氨添加到该装置的底部9而调整。
离开硫去除装置10的SO2贫化的烟气经由液体收集贮器11进入另一气体-液体接触装置12。包含结构化填料或另一合适的气体-液体接触填充物的气体-液体接触装置12也被称为气体冷却装置12。烟气因而在进入气体冷却装置12之前穿过在气体冷却装置中使用的液体。在气体冷却装置12中，仍具有例如40-80℃(例如45-60℃)的高温的SO2贫化的烟气在被向上运送的同时与冷却液体直接接触。根据环境条件和例如工艺冷却塔操作而具有例如5-35℃的温度且基本由水组成的冷却液体经由管道14供应，并且由一组喷嘴13或带有用于液体分布的孔的管道分布在气体冷却装置上方。气体冷却装置12因而通过将热从烟气传递到冷却液体而起到热交换装置的作用。此外，任何水从烟气冷凝。
在气体冷却装置12中形成的由此被加热的液体收集在液体收集贮器11中，经由管道15抽出且被运送以便如下所述用在后调节段4中。包含烟气冷凝液体的排出流经由管道16从用过的液体中抽出。
图1的系统1的预调节段因此提供SO2贫化的冷烟气以用于经由管道17供应至CO2去除段3。CO2去除段大致如WO 2006/022885中所述那样设置。WO 2006/022885中描述的二氧化碳去除段的类型有时被称为冷冻氨工艺(CAP)。0-25℃(例如0-10℃)的烟气温度适合于CO2去除段3。
CO2去除段3包括单个CO2吸收器18或一系列CO2吸收器(未示出)，在其中，烟气与经由管道19供应的含氨液体接触。CO2被捕集到含氨液体中，并且所得的富含CO2的浆料或溶液20例如借助于高压泵从(多个)吸收器18传送至再生器(未示出)。再生器中的高压和高温导致高压气态CO2的释放。由再生产生的贫CO2含氨液体或浆料被冷却并经由管道19运送以在CO2吸收器18中重新使用。
管道21操作用于将具有低浓度CO2的烟气从(多个)CO2吸收器18运送至后调节段4。在于后调节段中处理之前，烟气可以可选地经受水洗(未示出)，以便从烟气中去除氨。
后调节段4因而从CO2去除段3接收CO2贫化的烟气，该烟气具有例如0-25℃(例如0-10℃或例如0-5℃)的温度和例如200ppm的氨含量。后调节段至少包括也称为氨去除装置23的第一气体-液体接触装置23，其被布置成经由液体收集贮器22接收经由管道21供应的烟气。氨去除装置23被布置成通过使烟气与包括硫酸铵且具有大约3-4的pH值的酸性液体直接接触而从烟气中至少部分地去除氨。酸性液体经由管道24供应，并且通过一组喷嘴25或通过带有用于液体分布的孔的管道分布在氨去除装置23上方。烟气在装置23的底部处进入并被向上运送通过装置23。在包含结构化填料或另一合适的气体-液体接触填充物的氨去除装置23中，烟气与具有低温度的液体接触。在例如按重量计0-40%(例如15-40%或30-35%)的浓度下的硫酸铵在液体中形成并由排出流26去除。剩余酸性液体经由管道24被引导以在氨去除装置中重新使用。如果需要，液体的pH值可通过将H2SO4添加到该装置的底部而调整。
氨贫化的烟气从氨去除装置运送至后调节段4的第二气体-液体接触装置。第二气体-液体接触装置28也被称为气体加热装置28。烟气穿过液体收集贮器27，在气体加热装置28中用过的液体被收集在该贮器中。包含结构化填料或另一合适的气体-液体接触填充物的气体加热装置28被布置成使具有与在进入氨去除装置时基本相同的温度的烟气与加热液体直接接触。经由管道15供应且通过一组喷嘴29或通过带有用于液体分布的孔的管道分布在装置28上方的加热液体与在预调节段2的气体冷却装置12中用于冷却的液体为基本相同的液体。液体因而具有例如40-80℃(例如45-60℃)的温度，该温度大致对应于进入气体冷却装置12的烟气的温度。当液体在气体加热装置28中与烟气接触时，热量从液体传递到烟气。具有例如40-60℃的温度的经清洁和加热的烟气经由管道30离开气体加热装置并释放到烟囱。在穿过装置之后具有比进入装置之前更低的温度的用过的液体被收集在液体收集贮器27中，经由管道14抽出并被引导以可选地经由工艺冷却塔(未示出)在预调节段的气体冷却装置12中使用。
后调节段4因而通过在将经清洁和加热的烟气释放到烟囱之前去除氨和加热烟气而提供烟气的后清洁。
参照图2，现在将讨论气体清洁系统的另一具体示例。
如图2所描绘的气体清洁系统1包括预调节段2、CO2去除段3和后调节段4，全部在原则上布置为针对图1的系统所述那样。然而，图2中的系统1的预调节段2包括三个气体-液体接触装置。
预调节段的气体-液体接触装置由对应于图1中系统的硫去除装置的硫去除装置10、对应于图1中系统的气体冷却装置的第一气体冷却装置12和下面将更详细描述的第二气体冷却装置32组成。
由气体冷却装置12产生的经冷却的SO2贫化的烟气经由液体收集贮器31进入第二气体冷却装置32。在包含结构化填料或另一合适的气体-液体接触填充物的第二气体冷却装置32中，烟气与第二冷却液体直接接触，该第二冷却液体经由管道34供应且通过一组喷嘴33或通过带有用于液体分布的孔的管道分布在装置上方。根据环境条件具有例如25℃的温度的烟气被向上运送并在与具有例如5℃的温度的第二冷却液体接触时被冷却。此外，水可从烟气冷凝。离开第二气体冷却装置的经冷却烟气经由管道17运送至CO2去除段3，而由例如水组成的用过的冷却液体收集在液体收集贮器31中。
用过的冷却液体之后经由管道35被抽出并被引导至构造成冷却用过液体的热交换器37。在热交换器中，用过液体与另一冷却介质例如来自例如使用诸如氨的制冷剂的机械制冷器的冷却介质接触。由热交换器产生的经冷却液体经由管道34被引导至第二气体冷却装置。排出流36在将用过的冷却液体引导至热交换器之前从该冷却液体去除冷凝物。
在硫去除、预调节段2中的冷却和冷凝之后，烟气被运送至CO2去除段3，CO2去除段3基本上如关于图1的系统1的讨论所描述那样起作用。
在CO2去除段3中的CO2捕集之后，烟气被运送至后调节段4。图2的后调节段4包括两个气体-液体接触装置：与图1的系统的氨去除装置23基本对应的氨去除装置23、以及与图1的系统的气体加热装置28基本对应的气体加热装置28。
然而，图2的系统另外包括热交换器38，其构造成通过使源自气体加热装置28的用过液体40与源自氨去除装置23的用过酸性液体39接触而冷却用过的液体40。通过使管道40的用过液体与管道39的用过酸性液体接触，热量被传递到酸性液体。源自气体加热装置28的由此冷却的液体14被运送至预调节段2的气体冷却装置12。
参照图3，现在将讨论气体清洁系统的另一具体示例。
如图3中描绘的气体清洁系统1包括预调节段2、CO2去除段3和后调节段4。CO2去除段3和后调节段4基本上布置为针对图1的系统所述那样。下面描述图3中的系统1的预调节段2。
图3中的系统1的预调节段2经由在气体冷却装置12的底部11处的气体入口5接收诸如烟气的气体流。烟气在如此前描述的包含结构化填料或另一合适的气体-液体接触填充物的气体冷却装置12中被向上运送，其在此与冷却液体直接接触。具有例如40-80℃(例如45-60℃)的温度的烟气在与冷却液体接触时被冷却且水从气体冷凝，该冷却液体经由管道41供应并通过一组喷嘴13或带有用于液体分布的孔的管道分布在装置上方。
用过的冷却液体经由管道43从装置的底部11抽出并被运送至热交换器42，在此，其与来自气体加热装置28的用过的加热液体46接触。热交换器42允许液体之间的热交换，例如以提供经由管道45供应以在气体加热装置28中使用的经加热的加热液体和经由管道41供应以在气体冷却装置12中使用的经冷却的冷却液体。冷却液体41可以可选地在被引导至冷却装置12之前在工艺冷却塔(未示出)中使用环境条件进一步冷却。
由气体冷却装置12产生的根据环境条件具有例如25℃的温度的经冷却烟气经由液体收集贮器31进入第二气体冷却装置32。图3的第二气体冷却装置32基本上对应于图2的第二气体冷却装置32且对应地操作。
在如前文所述在第二气体冷却装置32中冷却和冷凝之后，烟气经由液体收集贮器9进入作为预调节段的最末气体-液体接触装置的硫去除装置10。硫去除装置10基本上构造为关于图1所述那样。然而，在图3的系统中，SO2的去除在低气体温度下进行，例如0-25℃的温度，例如0-10℃，例如约5℃。如前所述，SO2和可选地诸如HC1、HF、SO3的其它酸性气体通过在与包括在经由管道6供应的液体中的氨接触时形成硫酸铵而从烟气中去除。包含例如0-40%重量(例如15-40%重量)硫酸铵的用过的液体被收集在液体收集贮器9中并从硫去除装置中抽出。硫去除装置10中的低温消除了自烟气的冷凝和因此溶解硫酸铵在排出流44中的稀释。排出流44与包含来自氨去除装置23的吸收氨的用过液体24合并为公共排出流23。这样，可在排出流中维持高硫酸铵浓度，而不论环境条件如何。
如图3描绘的系统的预调节段2因而提供经冷却的SO2贫化的烟气和可选地其它酸性气体。此外，可将从硫去除装置向例如冷却液体中的氨泄漏保持最低，从而减小对氨的单独废液处理的需求。
虽然已结合各种示例性实施例描述了本发明，但本领域技术人员将会理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可做出各种更改并可用等同物替代本发明的元件。此外，在不脱离本发明的实质范围的情况下，可做出许多修改以使特定的情形或材料适应本发明的教导。因此，本发明意图不限于作为为实现本发明所构思的最佳方式而公开的特定实施例，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。

Claims (21)

1.一种用于清洁包含二氧化碳和二氧化硫的气体流的方法，包括在二氧化碳去除阶段中从所述气体流去除二氧化碳；所述方法包括：
a)在硫去除阶段中，通过使所述气体流与包括氨的液体直接接触以将二氧化硫从所述气体流吸收到所述液体中，使得所述气体流为二氧化硫贫化的，从而从所述气体流中去除二氧化硫；
b)在气体冷却阶段中，冷却所述气体流，使得形成经冷却的气体流；
c)在所述二氧化碳去除阶段中，通过使所述气体流与含氨液体接触以将二氧化碳从所述气体流吸收到所述液体中，使得所述气体流为二氧化碳贫化且富含氨的，从而从所述经冷却的二氧化硫贫化的气体流中去除二氧化碳；
d)在氨去除阶段中，通过使所述气体流与酸性液体直接接触以将氨从所述气体流吸收到所述酸性液体中，使得所述气体流为氨贫化的，从而从所述二氧化碳贫化的气体流中去除氨；以及
e)在气体加热阶段中加热所述氨贫化的气体流，使得形成经加热的气体流；
其中，来自阶段a)的用过液体的至少一部分被抽出和引导以用于在阶段a)中重新使用，且来自阶段d)的用过液体的至少一部分被直接地抽出和引导以用于在阶段d)中重新使用，并且其中，用于冷却所述气体流的冷却液体和用于加热所述氨贫化的气体流的加热液体是相同的液体。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，阶段a)在阶段b)之前进行。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，阶段b)在阶段a)之前进行。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述冷却阶段b)包括：
在气体冷却步骤中，通过以下方式冷却所述气体流：使所述气体流与冷却液体接触，以允许热量从所述气体传递到所述冷却液体并从所述气体冷凝水，使得所述气体流被冷却且所述液体被加热；并且
所述加热阶段e)包括：
在气体加热步骤中，通过使所述气体流与加热液体接触，以允许热量从所述液体传递到所述气体，使得所述气体流被加热且所述液体被冷却，从而加热来自阶段d)的所述氨贫化的气体流；并且
所述气体冷却步骤和所述气体加热步骤处于液体连接，使得来自所述气体冷却步骤的所述经加热液体的热能被传递到来自所述气体加热步骤的所述经冷却液体，以形成用于在所述气体加热步骤中使用的经加热液体和用于在所述气体冷却步骤中使用的经冷却液体。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，来自所述气体冷却步骤的所述经加热液体经受与来自所述气体加热步骤的所述经冷却液体的间接热交换，以对来自所述气体加热步骤的所述经冷却液体在于所述气体加热步骤中重新使用之前加热，并且对来自所述气体冷却步骤的所述经加热液体在于所述气体冷却步骤中重新使用之前冷却。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述气体冷却步骤和所述气体加热步骤处于液体连接，使得来自所述气体冷却步骤的所述经加热液体的至少一部分被抽出和引导以在所述气体加热步骤中用作加热液体，并且来自所述气体加热步骤的所述经冷却液体的至少一部分被抽出和引导以在所述气体冷却步骤中用作所述冷却液体。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：
在液体冷却步骤中，通过以下方式冷却来自所述气体加热步骤的所述经冷却液体：在引导用于在所述气体冷却步骤中使用的所述经冷却液体和用于在所述氨去除阶段中使用的所述酸性液体之前，使所述经冷却液体与来自所述氨去除阶段的所述酸性液体接触，以允许热量从所述经冷却液体传递到所述酸性液体，使得所述经冷却液体被进一步冷却且所述酸性液体被加热。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
所述冷却阶段b)还包括：
在第二气体冷却步骤中，通过以下方式冷却来自权利要求4的所述气体冷却步骤的所述气体流：使所述气体流与第二冷却液体接触，以允许热量从所述气体传递到所述冷却液体并从所述气体冷凝水，使得所述气体流被冷却且所述液体被加热。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：
在第二液体冷却步骤中，通过使来自所述第二气体冷却步骤的所述经加热的液体经受与冷却介质的热交换而冷却所述经加热的液体，使得形成经冷却的液体；以及
引导所述经冷却的液体，以在所述第二气体冷却步骤中作为所述第二冷却液体重新使用。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，用于硫去除的所述包括氨的液体的pH值被控制在4和6之间的范围内。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，用于氨去除的所述酸性液体的pH值被控制为低于4。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，通过添加硫酸而控制所述酸性液体的pH值。
13.一种用于清洁包含二氧化碳和二氧化硫的气体流的气体清洁系统，包括二氧化碳去除布置，所述系统包括：
硫去除装置，其相对于所述气体流的流向布置在所述二氧化碳去除布置的上游，构造成接收所述气体流并使所述气体流与包括氨的液体接触，以形成并排放二氧化硫贫化的气体流；
气体冷却布置，其相对于所述气体流的流向布置在所述二氧化碳去除布置的上游，构造成接收和冷却所述气体流并排放经冷却的气体流；
包括至少一个二氧化碳吸收器的二氧化碳去除布置，其被构造成接收所述经冷却的二氧化硫贫化的气体流并使所述气体流与含氨液体接触，以形成并排放二氧化碳贫化且富含氨的气体流；
氨去除装置，其相对于所述气体流的流向布置在所述二氧化碳去除布置的下游，构造成从所述二氧化碳去除布置接收所述气体流并使所述气体流与酸性液体接触，以形成并排放氨贫化的气体流；以及
气体加热布置，其相对于所述气体流的流向布置在所述二氧化碳去除布置的下游，构造成接收所述氨贫化的气体流，以加热所述氨贫化的气体流并排放经加热的气体流；
其中，所述硫去除装置被构造成接收和重新使用从所述硫去除装置排放的用过液体的至少一部分，并且所述氨去除装置被构造成直接地接收和重新使用从所述氨去除装置排放的用过液体的至少一部分，并且其中，用于冷却所述气体流的冷却液体和用于加热所述氨贫化的气体流的加热液体是相同的液体。
14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述气体冷却布置相对于所述气体流的流向布置在所述硫去除装置的下游，并且被构造成从所述硫去除装置接收所述二氧化硫贫化的气体流。
15.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述硫去除装置相对于所述气体流的流向布置在所述气体冷却布置的下游，并且被构造成从所述气体冷却布置接收所述经冷却的气体流。
16.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，
所述气体冷却布置包括气体冷却装置，其被构造成接收所述气体流并使所述气体流与冷却液体接触，以形成并排放经冷却的气体流和经加热的液体；并且
所述气体加热布置包括气体加热装置，其被构造成接收从所述氨去除装置排放的所述氨贫化的气体流并使所述气体流与加热液体接触，以形成并排放经加热的气体流和经冷却的液体。
17.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，包括热交换器，其被构造成从所述气体加热装置接收所述经冷却的液体并使其与来自所述气体冷却装置的所述经加热的液体接触，以形成并排放用于在所述气体加热装置中重新使用的经加热的加热液体和用于在所述气体冷却装置中重新使用的经冷却的冷却液体。
18.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述气体加热装置被构造成接收从所述气体冷却装置排放的所述经加热液体的至少一部分以用作所述加热液体，并且所述气体冷却装置被构造成接收从所述气体加热装置排放的所述经冷却液体的至少一部分以用作所述冷却液体。
19.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，包括热交换器，其被构造成从所述气体加热装置接收所述经冷却的加热液体并使其与来自所述氨去除装置的所述酸性液体接触，以形成并排放用于在所述气体冷却装置中使用的经冷却的冷却液体和用于在所述氨去除装置中重新使用的经加热的酸性液体。
20.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述气体冷却布置还包括：
第二气体冷却装置，其被构造成接收从权利要求16的所述气体冷却装置排放的所述气体流并使所述气体流与第二冷却液体接触，以形成并排放经冷却的气体流和经加热的液体。
21.根据权利要求20所述的系统，其特征在于，还包括：
液体冷却装置，其被构造成接收从所述第二气体冷却装置排放的所述经加热液体的至少一部分并使所述经加热液体与冷却介质接触，以形成并排放经冷却的液体；
其中，所述第二气体冷却装置被构造成接收从所述液体冷却装置排放的所述经冷却液体的至少一部分以用作所述第二冷却液体。
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