CN104507550B - 用于净化含有co2和nox的湿气体流的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于净化气体流的装置，该气体流包括以体积计量的至少0.02％的水、以及CO2和NOX，该装置包括吸附器，其特征在于，该吸附器包括：腔体(1)；吸附剂(2)，该吸附剂(2)包括在腔体(1)中；碳钢外壳(3)；不锈钢内壳(4)，在所述内壳和所述外壳之间形成在10至100mm宽度之间的空间间隙，其中所述空间间隙与所述腔体所处的压力相等。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于净化含有CO2和NOX的湿气体流的装置并且涉及一种采用此装置的净化工艺。
术语“湿气体”理解成意指这样的气体，其具有大于30％的、优选大于80％的相对湿度、更优选在工作条件下水饱和、或者甚至过饱和，因为气体可含有夹带的液态水颗粒。
术语“含有CO2”理解成意指大于20mol％、优选大于50mol％、更优选地大于80mol％的CO2含量。
术语“含有NOX”理解成意指NOX(或硝酸)的含量大于或等于10ppm (以摩尔计量)，优选大于100ppm。
背景技术
为了减小人类排放到大气中的CO2的排放量，已开发出用于捕集给定工艺中所产生的CO2的工艺。从由工艺所产生的气体中提取出CO2、可选地将它净化并且最终一般将它压缩以便在管线中运输CO2是一个问题。此处理通常需要至少部分地干燥CO2。
从氧燃料燃烧类型的工艺所产生的气体具有高的CO2含量，因为氮气已在燃烧前从空气中移除。这些气体还含有由燃烧产生的一定百分比的 NOX(主要为NO和NO2)。这些NOX会以NO、NO2的形式且还以由 NO转化成NO2以及NO2转化成HNO3所产生的硝酸(HNO3)的形式进入旨在干燥CO2的吸附器，特别是在压缩和冷却后发生净化的情况下。 HNO3由吸附器的吸附剂保持并且NO和NO2部分地被保持。在吸附器中，加快了NO转化成NO2和NO2转化成HNO3的反应并且平衡向着形成 HNO3的方向移动。当再生吸附剂时，在之前吸附的NOX的解吸期间，在吸附期间所聚集的水存在的情况下还有形成硝酸的可能性。所述硝酸会以高浓度在水中发现。此热的硝酸具有凝结在吸附器的、与壳套和再生气体的出口端平齐的壁上的倾向性，所述壁由于不可避免的热损失(甚至在先进的绝热条件的情况下)稍冷些。此外，因为再生从顶部向底部发生，酸性液体具有流向干燥器的底部的倾向性，这一般是优选的，以便通过利用重力来促进所述液体的排放。
然而在由于再生热而高于环境温度的这些温度下，也会增加腐蚀动力过程。为了防止与热的浓缩硝酸的存在相关联的吸附器内腐蚀的问题，现有技术的一个解决方案是由NAG(硝酸级)类型的非腐蚀材料制成吸附器。然而，该解决方案相当于将吸附器的成本约乘以3。
另一已知的解决方案是将一种由耐腐蚀的贵重材料制成的涂层涂敷至壳套的内表面，该壳套可由碳钢制成。该过程通常称为电镀。然而，对于大尺寸的设备，所述电镀仅由考虑到所需要的装置的数量有限的公司实施。与电镀相关联的成本费用可大部分地抵消部分地使用较便宜的材料的优点。利用此解决方案，需要提防局部腐蚀(端部、与内部的连接处)的风险。
一个可能的改进是仅仅电镀可被腐蚀的壳套的部分。然而，难以真正地确信壳套的一个部分不会受到腐蚀(与吸附剂的老化相关联的前部的增进、操作条件的修改、液态水的夹带、等等)。因此，部分电镀不会100％实现失效保护。
因此，所面对的一个问题是提供一种新颖的净化装置，该净化装置不受制于材料腐蚀的问题，同时限制了成本的影响。
发明内容
本发明的一个解决方案为一种用于净化包括至少0.02％(以体积计量) 的水、CO2和NOX的气体流的装置，该装置包括吸附器，其特征在于，该吸附器包括：
-腔体；
-吸附剂，该吸附剂包括在腔体中；
-外壳，该外壳由碳钢制成；
-内壳，该内壳由不锈钢制成，在所述内壳和所述外壳之间形成在10 至100mm宽度之间的、优选地在20至70mm宽度之间的空间间隙，所述空间间隙与腔体所处的压力相等。
附图说明
图1示意性地示出本发明的装置；
图2示意性地示出本发明的装置；和
图3示意性地示出本发明的装置的分离罐。
具体实施方式
本发明的一个解决方案为一种用于净化包括至少0.02％(以体积计量) 的水、CO2和NOX的气体流的装置，该装置包括吸附器，其特征在于：
-腔体1；
-吸附剂2，该吸附剂2包括在腔体1中；
-外壳3，该外壳3由碳钢制成；
-内壳4，该内壳4由不锈钢制成，在所述内壳和所述外壳之间形成在10至100mm宽度之间的、优选地在20至70mm宽度之间的空间间隙，所述空间间隙与腔体1所处的压力相等。
应注意的是，双内壳使得能够保护吸附器免受腐蚀的影响，同时碳钢外壳使得能够承受压力(1至60bar)。
实际上，内壳可由彼此围绕的多个壳组成，该多个壳以几毫米至几十毫米的距离分开。此系统的优点是利用气体本身作为绝缘物来形成非常良好的热绝缘，所述气体相对于固体具有较低的热导率。
实际上，虽然可设想多层内壳，但是具有两个壳的解决方案是推荐的，因为通过在壳套和(内部的)外壳之间的空间间隙已构成非常有效的热绝缘。此系统(1个壳套、2个内壳)通常称为“双充气间隙”。
在此情况下，仅最内部的壳可由不锈钢制成，其他一个或多个壳例如由碳钢制成，如吸附器的壳套。
在内壳和外壳(壳套)之间、如在“双充气间隙”情况下(2个充气间隙通常足够保证非常好的热绝缘，但还可设想的是采用更多的间隙)的两个内壳之间的间隙在任何时刻均处在吸附器中起主导作用的压力下。因此，此单个或多个内壳除了保持吸附剂以外不具有机械强度的作用，并且所述单个或多个内壳的厚度是最小的。
因此，各个壁间的空间间隙必须处于充分的气体连接中，以使得操作压力的各种变化在增压和降压的情况下即刻地在两侧上起作用。可以说，这些气体空间处于相等的压力下，但是可以具有几十毫巴的压力差，该压力差取决于操作阶段和/或吸附器中的高度，其由于通过吸附床的压力损失而产生。
这种气体连接在干燥气体侧完成，以使得没有水能够在由标准材料 (不是非腐蚀类型)制成的板上冷凝。
根据情况，根据本发明的装置可具有一个或更多个以下特征：
-所述空间间隙借助于气体连接与腔体处于相等的压力下，该气体连接在考虑气体流的路径时通向吸附剂2的下游的腔体1中；
-内壳分成至少两个内壳，所述至少两个内壳形成双壳；
-在两个内壳中，仅吸附器的最内部的内壳是由不锈钢制成的；
-外壳分成壳套6、在气体流的入口侧的第一基部5和在气体流的出口侧的第二基部，并且内壳4设置为与壳套6平齐(即两者对应地设置) 并且在第一基部5上方延续(参见图1)。
-外壳分成壳套6、在气体流的入口侧的第一基部5和在气体流的出口侧的第二基部，双内壳设置为与壳套平齐，并且在第一基部5上电镀形成不锈钢板7(参见图2)。在此示例中，所述不锈钢板焊接至吸附器的下基部并且部分地用作吸附剂的支承件。采用此解决方案，电镀限制在设备的一部分，因此减小了生产的成本。
-所述吸附器包括分离罐8，该分离罐与第一基部相集成或接合，以使得能够将酸性冷凝液与在待净化的气体流的入口侧上离开的气体分离，并且所述吸附器还包括用于排出脱去其冷凝液的所述气体的出口管(参见图3)。
-所述吸附器包括作为吸附剂的硅胶。
-所述装置的管道是可腐蚀的。
应注意的是，在吸附器包括与壳套平齐的双内壳且不锈钢板覆盖下基部的情况下，不锈钢保护部分确保在双壳和下基部之间的连续性。
本发明的另一主题为一种用于净化包括至少0.02％(以体积计量)的水、CO2和NOX的气体流的方法，该方法采用根据本发明的装置，其中所述吸附器进行净化循环，该净化循环包括吸附步骤和采用再生气体的再生步骤，并且其特征在于，在再生步骤期间在吸附器中存在硝酸和液态水。
优选地，将硝酸和水经由分离罐从装置中排出。具体地，双壳和/或不锈钢板会使得水和酸能够流至出口管和分离罐。
再生步骤优选在高于150℃的温度执行。
Claims (11)
1.一种用于净化气体流的装置，所述气体流包括以体积计量的至少0.02％的水并包括CO2和NOX，该装置包括吸附器，其特征在于，该吸附器包括：
-腔体(1)；
-吸附剂(2)，该吸附剂(2)容纳在腔体(1)中；
-外壳(3)，该外壳(3)由碳钢制成；
-内壳(4)，该内壳(4)由不锈钢制成，并且在所述内壳和所述外壳之间形成宽度在10mm和100mm之间的空间间隙，所述空间间隙与所述腔体所处的压力相等，
其中，
-外壳(3)分为壳套(6)、在气体流的入口侧的第一基部(5)和在气体流的出口侧的第二基部，
-内壳(4)与壳套平齐地设置并且在第一基部上方延续，并且
-内壳由彼此围绕的多个壳组成，该多个壳以几毫米至几十毫米的距离分开。
2.一种用于净化气体流的装置，所述气体流包括以体积计量的至少0.02％的水并包括CO2和NOX，该装置包括吸附器，其特征在于，该吸附器包括：
-腔体(1)；
-吸附剂(2)，该吸附剂(2)容纳在腔体(1)中；
-外壳(3)，该外壳(3)由碳钢制成；
-内壳(4)，该内壳(4)由不锈钢制成，并且在所述内壳和所述外壳之间形成宽度在10mm和100mm之间的空间间隙，所述空间间隙与所述腔体所处的压力相等，
其中，
-外壳(3)分为壳套(6)、在气体流的入口侧的第一基部(5)和在气体流的出口侧的第二基部，
-内壳(4)与所述壳套(6)平齐地设置，
-在第一基部(5)上电镀形成有不锈钢板，并且
-内壳由彼此围绕的多个壳组成，该多个壳以几毫米至几十毫米的距离分开。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述空间间隙借助于气体连接与腔体处于相等的压力，所述气体连接在考虑气体流的路径的情况下通向处于吸附剂下游的腔体中。
4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述内壳(4)分为至少两个内壳，所述至少两个内壳形成双壳。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，在两个内壳中，仅吸附器的最内部的内壳是由不锈钢制成的。
6.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述吸附器包括分离罐(8)，该分离罐与第一基部(5)相集成或接合，以使得能够将酸性冷凝液与在待净化的气体流的入口侧离开的气体分离，并且所述吸附器还包括用于排出脱去其冷凝液的所述气体的出口管。
7.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述吸附器包括作为吸附剂(2)的硅胶。
8.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述装置的管道是可腐蚀的。
9.一种用于净化气体流的净化方法，所述气体流包括以体积计量至少0.02％的水并包括CO2和NOX，该净化方法采用根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其中，所述吸附器进行净化循环，该净化循环包括吸附步骤和使用再生气体的再生步骤，其特征在于，在再生步骤期间在吸附器中存在硝酸和液态水。
10.根据权利要求9所述的净化方法，其特征在于，硝酸和液态水经由分离罐(8)从装置中排出。
11.根据权利要求9或10所述的净化方法，其特征在于，所述再生步骤在高于150℃的温度下执行。
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