CN103582519A

CN103582519A - 用于从烟气中去除热量和水分的方法和装置

Info

Publication number: CN103582519A
Application number: CN201280022511.2A
Authority: CN
Inventors: 克里斯多夫·H·贝尔彻斯; 伊恩·R·麦格雷戈; 史蒂夫·弗朗
Original assignee: Drystill Holdings Inc
Current assignee: Drystill Holdings Inc
Priority date: 2011-03-08
Filing date: 2012-03-07
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2032-03-07
Also published as: US9360252B2; WO2012119235A1; CN103582519B; EP2683463A4; EP2683463A1; CA2866560A1; CA2866560C; EP2683463B1; US20140150493A1

Abstract

本发明公开了一种利用含水量为M的烟气的方法。所述烟气被引入浓盐水中，所述浓盐水适于放热地吸收水分。同时，热量被回收。这产生了热量，富含水的盐水和水分含量小于M的气体。通过蒸馏富含水的盐水，能重新获得浓盐水，以生产水。在整个吸收中，盐水的温度T在220°F-300°F之间能保持温度变化在2°F内。热回收与工作流体的气-液相变相关。热流的终点与工作流体的气-液相变相关。工作流体为液体时，其只因重力、对流或毛细作用而流动，工作流体为气体时，其只因扩散或对流作用而流动。该热流能驱动锅炉产生蒸汽。含水量M的重量百分比可以大于15%。

Description

用于从烟气中去除热量和水分的方法和装置

技术领域

本发明涉及节能领域。

背景技术

普遍承认烟气中常包含热量和水分。在水资源受限的环境中，例如，在位于沙漠的石油燃料发电厂的环境中，从烟气中提取水是熟知的。也已知例如从烟气中提取热以预热锅炉给水。但是，使用传统的技术常常只能从烟气中提取相对适中的热量；如果过度的热量被提取，则会出现冷凝，可能导致在许多应用中出现不希望的腐蚀。还有，由于在可能发现烟气的区域（即有人居住的区域）中水的来源相对广泛，使用已知的方法从烟气中回收水分很少是有经济效益的。

发明内容

本发明的一个方面是利用相对潮湿的烟气的方法，所述方法包括以下步骤：

i.将所述潮湿的烟气引入到盐水流，所述盐水适于放热性地从烟气中吸收水分，以产生热量；同时回收热量，从而产生热流，富含水的盐水流和相对干燥的烟气；和

ii.从所述富含水的盐水中重新获得盐水，以产生水流；

所述方法的特征在于：

·整个热量回收步骤中的盐水的温度保持在220°F-300°F之间的某个固定温度的2°F的变化幅度以内；和/或

·热量回收与工作流体从液态到气态的相变相关；所述热流的终点与所述工作流体从气态到液态的相变相关；在液态时，所述工作流体仅由于重力、对流和毛细作用中的一个或多个作用而流动;在气态时，所述工作流体仅由于扩散和对流中的一个或多个作用而流动；和/或

·所述热流直接驱动锅炉产生正压蒸汽；和/或

·所述潮湿的烟气的含水量重量百分比大于12%；和/或

·通过对所述富含水的盐水的多效应蒸馏来重新获得盐水；

在所述方法中：

·所述工作流体能被容纳在多个热管内；

·在使用中，热管能用作填充式吸收塔；

·所述富含水的盐水能与所述相对潮湿的烟气处于气液平衡;

·所述盐水能与所述相对干燥的烟气处于气液平衡；和

·所述方法能用于来自DDGS（Dried Distillers Grains with Soluble,干酒糟高蛋白）干燥器并通过热氧化炉输送的烟气。

本发明的另一个方面是利用烟气、液体供给和盐水流的装置，所述盐水适于从烟气中放热地吸收水分，以产生热量；

所述装置包括：烟道；容器，所述容器在使用中接收来自所述液体供给的液体，并且所述容器具有包括顶部空间的内部，所述容器以隔开的关系被设置在所述烟道内，以在所述容器和烟道之间限定流体通道，并且在使用中，烟气通过该流体通道；布料器，所述布料器在使用中接收盐水，并将所述盐水引导至所述流体通道；多个热管，每个所述热管在所述流体通道和所述容器的所述内部之间引导，所述热管的表面在使用中以在填充式吸收塔中的填充的方式工作，从而便于从烟气中吸收水分，并产生热量和淡盐水，所述热管进一步从所述流体通道回收热量，并将所述热量传给所述容器中的液体，以产生气体；导管，用于从所述容器的顶部空间排出气体；收集器，用于收集所述淡盐水；以及再生器，用于接收所述淡盐水，再生盐水，并产生水流。

在所述装置中：

·所述收集器由蓄水池限定，所述烟道可以包括垂直地从所述收集器延伸的烟囱，所述烟囱由环形壁限定，所述环形壁具有入口，其被限定为通过该入口接收烟气；

·所述容器可以是长圆形，具有垂直的侧部，并被设置成与所述烟囱同圆心；

·所述多个热管可以被分层布置,每层中的热管共同限定一个栅格；

·每个热管可以具有弯曲的形状;

·每个栅格可以具有洋葱形圆顶的锥台的形状，所述洋葱形圆顶是这样的类型，即，具有由凸面限定的球状的下部和带有至顶端逐渐变细的凹面的上部，以及分别限定所述锥台的位于所述下部的最宽部分和下部与上部的过渡之间的水平面，和位于所述下部和上部的过渡与顶端之间的水平面；

·所述容器可以从所述多个热管的上方和下方突出。

通过下述详细的描述，并参考附图，本发明的优点、特征和特点将变得清楚，其中将在下文中对附图进行简单的说明。

附图说明

图1是根据本发明的一个示例性实施例的装置的示意图;

图2是对应图1中的被圆圈包围的区域2的该示例性实施例的结构的透视图；

图3是图2中的结构的视图，其中烟道以假想线的形式示出，以显示其内部；

图4是图3中的被圆圈包围的区域4的放大图；

图5是图3中的被圆圈包围的区域5的放大图；

图6是图4中的一部分的放大图，显示了示例性实施例中的被隔离的栅格；和

图7是本发明的方法的一个示例性实施例的示意图。

具体实施方式

现在参考图1-7，其显示了上述的示例性实施例。

参考图1，其以示意的形式显示了收集器20,烟道22,容器24,布料器26,多个热管28,导管30和再生器32，它们共同形成了示例性装置34，并且它们在所有实施例中都具有在本申请的发明内容部分所指出的作为本发明装置特征的那些功能。

在图2-6中详细示出了蓄水池20,烟道22,容器24,布料器26,多个热管28和导管30,它们共同限定了吹脱吸收模块36。在本文中，吹脱吸收模块有时被称为SAM。

在此，可以看出，这里的收集器20是具有排水通道38的浅碟形蓄水池。

可以看出该烟道22包括从收集器20垂直延伸的烟囱40，烟囱40由环形壁42限定，所述环形壁形成了收集器20的延展，并具有气体入口44，通过该气体入口邻接收集器20，并且还具有盐水入口46，通过该盐水入口邻接烟囱40的顶部。

该容器24是长圆形的，并带有直立的侧部48，该容器与烟囱40以同圆心并间隔的关系设置，以在容器24和烟囱40之间限定流体通道50。容器24的内部是顶部空间52。在容器24的底部的附近设有液体入口54，如图1所示。

该布料器26由板56和多个烟囱58限定。板56是环形的，并且被设置成接近容器24的顶部并位于盐水入口46的下方，以阻隔流体通道50。每个烟囱58从板56向上延伸到盐水入口46上方的高度。在每个烟囱58的底部有气体通路60，其延伸穿过板56。烟囱58之间的板56的表面具有穿孔62，以使穿过板56流体连通。

热管28是常规类型，即每个管28是部分排空管，用于传热和容纳工作流体。在热管内的热界面，液体形式的工作流体与导热固体表面接触，并通过从该表面吸热变成蒸汽。蒸汽在扩散或对流或二者的共同作用下流到热管中的冷界面，在那里冷凝回液体，释放潜热。然后液体通过毛细作用或重力作用返回到热界面，在热界面再次蒸发并重复该循环。

这些热管28被分层64布置，每个热管28在流体通道50和容器24的内部之间引导，并具有弯曲形状，并且，每层的热管28共同限定栅格66。

如图6所示，每个栅格66具有大致为洋葱形圆顶的锥台的形状。

·洋葱形圆顶是这样的建筑类型（未示出），即，具有由凸面限定的球状的下部和带有至顶端逐渐变细的凹面的上部；和

·分别限定所述锥台的位于所述下部的最宽部分和下部与上部的过渡部分之间的水平面，以及位于所述下部和上部的过渡部分与顶端之间的水平面。

虽然未示出洋葱形圆顶，但是通过图6中的标号68和70分别示出了对应于上部和下部的栅格的部分。

热管28被布置成使得容器24从多个热管28的上方和下方突出。

该导管30延伸穿过烟囱40的侧壁42，接近收集器20,由此向上穿过容器24的底部和容器24的内部，到达顶部空间52。

可以理解该示例性装置能利用潮湿的馈入气体（例如烟气），液体供给和适于从馈入气体放热地吸收水分以产生热量的浓盐水流。

在使用中：

·馈入气体通过入口44被导入烟道22；

·来自所述供给的液体通过液体入口54被引入容器24；

·浓盐水通过入口46被引入布料器26；

·浓盐水穿过穿孔62从其顶部进入流体通道50；同时，馈入气体从其底部进入流体通道50；

·当盐水和馈入气体相互逆流穿过时，热管28的表面以类似于在填充式吸收塔中的填充的方式作用，从而便于盐水从馈入气体中吸收水分；这产生了富含水的盐水和热量，前者与烟气处于气液平衡，后者由热管28同时被从流体通道50回收，并被传递到容器24中的液体，以产生过程气体；

·在容器24内部产生的过程气体进入到容器的顶部空间52，并在此经导管30被排放；

·富含水的盐水落入蓄水池20并通过排水道38被导入再生器32；和

·在再生器32内,富含水的盐水被闪蒸，以重新生成浓盐水，并产生水流，由图1中的箭头98示出。

现在参考图7，其中显示了本发明的方法和装置的一个示例性用途。

在此，显示了乙醇工厂的一部分。

参考区域8内所包围的图7的一部分，即，啤酒柱72，蒸馏柱74,76，脱水设备78，旋转式干燥器80和热氧化炉82，可以理解，该结构是传统的结构。

在使用中，布置了形成乙醇纯化系统（未示出）的一部分的蒸馏柱74和76，与啤酒柱72一起，用于多效蒸馏，即，利用正压蒸汽驱动第一蒸馏柱74；来自第一蒸馏柱74的水蒸气用于驱动第二蒸馏柱76；来自第二蒸馏柱76的水蒸气用于驱动啤酒柱72。来自啤酒柱72的底部的未过滤的酒糟被泵入脱水装置78，并被分成浆和块状物，所述块状物被转移至旋转式干燥器80，以产生DDGS和尾气。尾气穿过氧化炉82，以去除芳香烃。在传统设备中（未示出），燃料（例如天然气）将用于为第一蒸馏柱提供正压蒸汽，冷凝热交换器将用于从离开热氧化炉的烟气中获取热量。在该示例性实施例中，该功能替代地由图7中的平衡提供，这将理解为大体上对应于图1的结构，并包括在225°F工作的锅炉24，在260°F工作的SAM36，泵86，多效应解吸单元88和蒸发式冷却塔90。在使用中，来自热氧化炉82的400°F烟气，其包含重量百分比40%的水，被馈送到SAM36的底部，65%的LiBr盐水被馈送到布料器26。烟气的显热以及与吸收的热量有关的潜热，通过热管28被传递到锅炉24，以产生用于第一蒸馏柱74的5psig蒸汽。来自SAM36收集器的重量百分比58%的LiBr盐水在多效应解吸单元88中使用工厂蒸汽被解吸，以重新获得浓盐水，并产生低质量蒸汽，所述低质量蒸汽通过蒸发冷却设备90被脱水。工厂蒸汽中大约需要5,500BTU/gal来点火解吸单元88，其在5psig蒸汽中产生约10,400BTU/gal热量，产生4,900BTU/gal乙醇生产的热量的净节约。在该应用中，对于每加仑乙醇生产，大约额外节约0.33加仑的水。

鉴于对具体的示例性实施例进行了描述和说明，可以理解，本发明并不受此限制。

而是，在任何存在有以下情况的应用的环境中，本发明都应该被理解为是有利的，这些情况包括：

o正压蒸汽的用途；和

o潮湿的烟气

烟气应该具有重量百分比最低约12%的含水量；当含水量显著低于该含量时，与所含水蒸气的潜热相关的能量将通常不够使吸收器温度维持在220°F，并且低于该温度，通常得不到有用的蒸汽热量。

普通技术人员将容易理解本发明能在其他应用中被利用的方式，因此，并不需要也没有对此提供详细的描述。但是，可以理解，当温度升高，LiBr盐水的吸收能力将下降；因此，将期望吹脱吸收模块通常被设计成在220-300°F范围内工作。并且，LiBr盐水在升高的浓度中倾向于结晶，这将引起设备损坏；基于该原因，浓盐水将通常被设计为在重量百分比不高于70%LiBr下进入SAM。

通过调节盐水的流速，在吸收器的顶部的浓盐水的平衡温度和在吸收器的底部的平衡温度可以是相同的，并且在其通过吸收器时，该盐水的温度基本不变，即，在温度变化约2F°内。不是出于受理论束缚，但是相信其在热交换效率方面是有利的，因为，通常在恒定温差的条件下，热交换器的利用是最有效的。

Claims

1.一种利用含水量为M的烟气的方法，所述方法包括以下步骤：

i.将所述烟气引入到浓盐水流，所述浓盐水适于放热地从所述烟气中吸收水分，以产生热量；同时回收热量，从而产生热流、富含水的盐水流和含水量小于M的气体；和

ii.从所述富含水的盐水中重新获得所述浓盐水，以产生水流，所述方法的特征在于：

a.整个吸收步骤中的盐水的温度保持在220°F-300°F之间的温度T的2°F的变化幅度以内；和/或

b.热量回收与工作流体从液态到气态的相变相关；所述热流的终点与所述工作流体从气态到液态的相变相关；在液态时，所述工作流体仅由于重力、对流和毛细作用中的一个或多个作用而流动;在气态时，所述工作流体仅由于扩散和对流中的一个或多个作用而流动；和/或

c.所述热流直接驱动锅炉产生正压蒸汽；和/或

d.含水量M为重量百分比大于12%；和/或

e.通过对所述富含水的盐水的多效应蒸馏来重新获得浓盐水。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在整个所述吸收步骤中，所述盐水的温度保持在温度T的2°F的变化幅度以内。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热量回收与工作流体从液态到气态的相变相关；所述热流的终点与所述工作流体从气态到液态的相变相关；在液态时，所述工作流体仅由于重力、对流和毛细作用中的一个或多个作用而流动;在气态时，所述工作流体仅由于扩散和对流中的一个或多个作用而流动。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热流直接驱动锅炉产生正压蒸汽。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，含水量M为重量百分比大于15%。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过对所述富含水的盐水的多效应蒸馏来重新获得浓盐水。

7.如权利要求3所述的方法，其中所述工作流体被容纳在多个热管内。

8.如权利要求7所述的方法，其中，所述热管在使用中用作填充式吸收塔。

9.如权利要求1-8中任意一项所述的方法，所述富含水的盐水与所述烟气气液平衡。

10.如权利要求1-9中任意一项所述的方法，所述盐水与相对干燥的烟气气液平衡。

11.如权利要求1-10中任意一项所述的方法用于来自DDGS干燥器的烟气的用途。

12.如权利要求1-10中任意一项所述的方法用于来自DDGS干燥器并通过热氧化炉输送的烟气的用途。

13.一种利用烟气、液体供给和浓盐水流的装置，所述浓盐水适于从所述烟气中放热性地吸收水分，以产生热量，所述装置包括：

烟道；

容器，所述容器在使用中接收来自所述供给的液体，并且所述容器具有包括顶部空间的内部，所述容器以隔开的关系被设置在所述烟道内，以在所述容器和烟道之间限定流体通道，并且在使用中，所述烟气通过所述流体通道；

布料器，所述布料器在使用中接收所述浓盐水，并将所述浓盐水引导至所述流体通道；

多个热管，每个所述热管在所述流体通道和所述容器的所述内部之间引导，所述热管的表面在使用中作为填充式吸收塔中的填料的方式工作，从而便于从所述烟气中吸收水分，并产生热量，所述热管进一步从所述流体通道回收热量，并将所述热量传给所述容器中的液体，以产生气体；

导管，用于从所述容器的所述顶部空间排出气体；

收集器，用于收集淡盐水；和

再生器，用于接收所述富含水的盐水，以再生浓盐水，并产生水流；

14.如权利要求13所述的装置，其中所述收集器由蓄水池限定，所述烟道包括垂直地从所述收集器延伸的烟囱，所述烟囱由环形壁限定，所述环形壁具有入口，其被限定为通过该入口接收所述烟气。

15.如权利要求14所述的装置，其中所述容器是长圆形，具有垂直的侧部，并被设置成与所述烟囱同圆心。

16.如权利要求13所述的装置，其中所述多个热管被分层布置,每层中的所述热管共同限定一个栅格。

17.如权利要求16所述的装置，其中每个所述热管具有弯曲的形状。

18.如权利要求16所述的装置，其中每个栅格具有洋葱形圆顶的锥台的形状，所述洋葱形圆顶是这样的类型，即，具有由凸面限定的球状的下部和带有至顶端逐渐变细的凹面的上部，以及分别限定所述锥台的位于所述下部的最宽部分和下部与上部的过渡之间的水平面，和位于所述下部和上部的过渡与所述顶端之间的水平面。

19.如权利要求17或18所述的装置，其中所述容器从所述多个热管的上方和下方突出。