CN104718411B - 控制由氧‑燃烧过程产生的酸性化合物 - Google Patents

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Abstract

本发明通常涉及排放控制领域，特别涉及新的和有用的方法和/或系统，通过其控制、处理和/或减少在各种气体酸性化合物和/或气体酸性前体化合物(例如，SOx、NOx等)氧‑燃烧期间(例如，在压缩步骤和/或冷却步骤期间)产生的各种液基酸性化合物。在一个实施方式中，本发明涉及一种方法和/或系统，通过其将这样的一种或多种液基酸性化合物回收到烟气和/或一个或多个氧‑燃烧发电系统的排放控制和/或烟气处理设备中。

Description

控制由氧-燃烧过程产生的酸性化合物
涉及的申请数据
本专利申请要求2012年6月28日提出的名称为“由氧-燃烧过程产生的酸性化合物的控制方法”的美国临时专利申请No.61/665,886的优先权，并且本专利申请是其非临时申请。因此结合该专利申请的全文作为参考，恰如全部在此完全地阐述。
发明领域和背景
1.发明领域
本发明通常涉及排放控制领域，并且特别地，涉及一种新的和有用的方法和/或系统，通过其控制、处理和/或减少在各种气体酸性化合物和/或气体酸性前体化合物(例如，SOx、NOx等)氧-燃烧的一个或多个后燃阶段或后燃过程期间(例如，在压缩步骤和/或冷却步骤期间)产生的各种液基酸性化合物。在一个实施方式中，本发明涉及一种方法和/或系统，通过其将这样的一种或多种液基酸性化合物回收到烟气和/或一个或多个氧-燃烧发电系统的排放控制和/或烟气处理设备中。
2.相关技术的说明
众所周知，利用煤炭发电具有各种缺点。其中之一是产生二氧化碳，排放温室气体，许多人相信该气体加重了全球变暖问题。因此已经发展了各种用于碳的捕获、利用或存储(CCUS)的技术以表明对全球性气候的关注。关于这样的关注，已经研究出用于碳捕获的各种技术，包括氧-燃烧。
如本领域技术人员公知的，氧-燃料燃烧(或氧-燃烧)是燃烧燃料的过程，使用与大气相比氮含量较少的氧化剂(例如，烟气和氧的组合、纯氧、或氧和一种或多种惰性气体的组合)，而不是空气或大气作为主要的氧化剂。由于空气的氮成分减少或不存在，空气的氮成分不转变为氮氧化物，或者在不存在完全氧-燃烧的情况下被加热。
在发电领域的研究已经转向使用一种或多种化石燃料、或碳质燃料作为燃烧燃料进行氧-燃烧来发电。现在进行的研究是在燃烧化石燃料的发电厂中采用贫氮气体或气体混合物，而不是空气。在一个这种提出的方法中，几乎所有的氮从输入空气中除去，产生大约95％的氧的气流并且随后与例如再循环烟气混合。用纯氧燃烧在一些情况下会导致过高的火焰温度，所以混合物通过与回收的烟气混合而被稀释。回收的烟气(RFG)还可以用来携带燃料进入锅炉内，并且确保充分的对流传热。氧-燃料燃烧产生大约比空气燃料燃烧减少大约75％的烟气，并且产生主要由CO2和H2O组成的排气。
使用氧-燃料燃烧或氧-燃烧的理由是产生容易提纯、压缩和/或分离的富CO2的烟气。氧-燃料燃烧与传统的空气燃烧的发电厂相比具有明显的优点。非限制性的优点有：(i)燃烧产物(主要包括离开工艺的烟气)的质量和体积，减少了大约75％；(ii)烟气压缩和提纯设备的尺寸可以减少大约75％；(iii)烟气主要是CO2，适于通过如将CO2转换成为液体或超临界流体而分离和使用或隔离处理；(iv)在烟气中不希望的组分的浓度明显更高，使得更容易在工艺中对其进行分离；(v)大多数烟气杂质(例如，水和酸性气体)可凝结，其使得通过分离和冷却的压缩成为可能；(vi)可以对压缩热进行捕获和再利用，而不是在烟气中损失；和(vii)因为包含在燃烧空气中的氮的量大大地减少和/或消除，因此氮氧化物产品大大地减少和/或消除。
从经济角度来说，氧-燃烧比传统的空气燃烧花费更多。这是因为氧-燃烧依赖通过各种技术减少燃烧空气中氮的量，因此导致燃烧空气中存在的或可利用的氧的百分比增加。氧分离过程需要大量能量，导致成本增加，这通过烟气处理厂(CPU)实现的节余而得以证明。例如，低温空气分离可以消耗通过由化石或含碳的燃料燃烧发电厂产生的大约15％的电力。然而，各种新技术例如膜技术和化学回路技术正在发展，其可用于减少这种成本。
在煤炭能源领域，氧-燃烧具有实现接近零排放的煤炭发电厂的可能性，包括CO2。为了捕获CO2，存在一个预燃方法，被称为集成气化联合循环(IGCC)和两个基于后燃的技术途径：氧-燃烧(如上所述)和CO2洗涤。氧-燃烧被用于整个发电厂工艺，本身提供接近零的排放。CO2洗涤可以用于所有的或部分的发电厂排放。
为了理解如何达到这种低排放水平，参考图1中的过程示意图，其描绘了常规燃烧与氧-煤炭燃烧的对比。用于常规燃烧的氧化剂主要是大气，其包含稍多于78％体积百分数的氮和稍少于21％体积百分数的氧。这导致烟气通常地包含大约68％到大约73％的氮，大约13％到大约16％的二氧化碳，大约5％到大约10％的水蒸汽，加上一些氧及其他较少的化合物(在发生烟气脱硫之后测量)。另一方面，用于氧-燃烧的氧化剂几乎是纯氧，包含大约95％或更多的氧，剩余的是一些氮和一些氩。为了替代在使用空气的常规燃烧中由氮产生的气体体积，将烟气回收到锅炉中。这反过来导致提供给压缩净化单元(CPU)的烟气包含大约70％体积百分数或更多的二氧化碳，剩余的主要是水、氩、氮和氧。由此，从图1可以看出，由来自空气分离单元(ASU)的氧代替燃烧空气。通常随着空气通过传统的空气燃料燃烧传送的氮被基本上排除。代替地，在这种典型的设置中，一部分富CO2烟气返回到传统的喷嘴/燃烧器系统，回收的烟气(主要是CO2)代替炉中的氮。氧-燃烧中的CO2以类似于空气-燃烧系统中的氮的方式影响炉的运行和传热。这些特点允许将该技术用于翻新和更新改造的应用。氧-燃烧产生烟气，主要是CO2，而不是氮，并且包括其它燃烧产物(虽然NOx的量大大地减少)。不再循环到锅炉的烟气的部分被送到压缩净化单元(CPU)。
离开锅炉的烟气使用传统的微粒和脱硫系统清洗，这是本领域技术人员公知的。余留的微粒进一步在CPU中过滤以保护压缩机系统。在将一部分烟气回收到锅炉并且将剩余的送到CPU之前，使用初级的和精细的洗涤器将烟气中的硫和湿气降低到需要的水平。余留的痕量SO2在CPU中移除。由于余留的燃烧产生的NOx在CPU中以可凝结物的形式而被几乎完全移除，因此不需要NOx去除系统(例如SCR或SNCR)。汞在一个或多个洗涤器和/或CPU中被移除。为了在CPU的出口提供管线质量的CO2，必须在CPU中移除少量的惰性组分。在来自ASU(典型地95％体积百分数的纯氧)和来自渗入空气的氧中存在的少量氧、氮和氩随着极少量的一些余留燃烧产物例如一氧化碳(CO)一起被排出到大气中。
根据以上所述，各种新的排放问题的出现与氧-燃烧有关。例如，存在于来自氧-燃烧的烟气中的各种组分导致当烟气受到例如压缩时，产生各种液基酸性化合物。例如，多种所提出的氧-燃烧方法采用压缩(例如湿压缩)烟气作为使所述烟气中存在的二氧化碳适于存储(或再利用)的步骤。在CPU内压缩湿烟气的过程期间，产生或将产生一种或多种液基酸性化合物，并且必须对其进行处理和/或将其去掉。另外，需要处理的其它液基酸性化合物可以在氧-燃烧的其它阶段例如水洗、冷却、各种吸附和再生过程等的期间产生。过去，这种废弃物流在单独的废物处理工艺和/或系统中进行处理。
如上所述，本领域需要一种用于处理和/或控制在氧-燃烧过程的各种后燃阶段期间产生的液基酸性化合物的方法和/或系统，而不需要分离废物处理的过程和/或系统。
发明内容
本发明通常涉及排放控制领域，并且特别涉及新的和有用的方法和/或系统，通过其控制、处理和/或减少在各种气体酸性化合物和/或气体酸性前体化合物(例如，SOx、NOx等)的氧-燃烧的一个或多个后燃阶段、或后燃过程期间(例如，在压缩步骤和/或冷却步骤期间)产生的各种液基酸性化合物。在一个实施方式中，本发明涉及一种方法和/或系统，通过其将这样的一种或多种液基酸性化合物回收到烟气和/或一个或多个氧-燃烧发电系统的排放控制和/或烟气处理设备中。
因此，本发明的一个方面描绘了一种用于处理在氧-燃烧过程期间产生的一种或多种酸性化合物的方法，该方法包括以下步骤：(i)由至少一种含碳燃料的氧-燃烧而产生烟气气流，其中烟气气流包含至少一种类型的气体酸性化合物和/或气体酸性前体化合物；(ii)通过利用至少一个烟气处理装置处理烟气气流，以移除在其中存在的至少一种气体酸性化合物和/或气体酸性前体化合物的至少一部分；(iii)使得来自步骤(ii)的至少一部分烟气气流进行至少一个压缩步骤和/或冷却步骤，以便移除在其中存在的至少一种另外的气体酸性化合物和/或气体酸性前体化合物，其中压缩步骤和/或冷却步骤产生由于去除至少一种另外的气体酸性化合物和/或气体酸性前体化合物而产生的液基酸性废弃物流，和酸被耗尽的或贫酸的烟气气流；(iv)回收至少一部分液基酸性废弃物流到步骤(ii)的至少一个烟气处理装置，在其中用于处理或中和，和(v)使得酸被耗尽的或贫酸的烟气气流进行二氧化碳回收，以便在一部分余留的酸被耗尽的或贫酸的烟气气流释放到大气之前，回收存在于酸被耗尽的或贫酸的烟气气流中的大部分二氧化碳。
本发明的另一方面，提供一种用于处理在氧-燃烧过程期间产生的一种或多种酸性化合物的方法，该方法包括以下步骤：(a)由至少一种含碳燃料的氧-燃烧产生烟气气流，其中烟气气流包含至少一种类型的气体酸性化合物和/或气体酸性前体化合物；(b)通过利用至少一个烟气处理装置处理烟气气流，以移除在其中存在的至少一种气体酸性化合物和/或气体酸性前体化合物的至少一部分；(c)使得来自步骤(b)的至少一部分烟气气流进行至少一个压缩步骤和/或冷却步骤，以便移除其中存在的至少一种另外的气体酸性化合物和/或气体酸前体化合物，其中压缩步骤和/或冷却步骤产生由于去除至少一种另外的气体酸性化合物和/或气体酸性前体化合物而产生的液基酸性废弃物流，和酸被耗尽的或贫酸的烟气气流；(d)回收至少一部分液基酸性废弃物流到步骤(b)中的至少一个烟气处理装置中，在其中用于处理或中和；(e)对酸被耗尽的或贫酸的烟气气流使用至少一种附加的排放控制和/或烟气处理技术；和(f)使得酸被耗尽的或贫酸的烟气气流进行二氧化碳回收，以便在一部分余留的酸被耗尽的或贫酸的烟气气流释放到大气之前，回收存在于酸被耗尽的或贫酸的烟气气流中的大部分二氧化碳。
本发明的另一方面，提供一种用于处理在氧-燃烧过程期间产生的一种或多种酸性化合物的方法，该方法包括以下步骤：(I)由至少一种含碳燃料的氧-燃烧产生烟气气流，其中烟气气流包含至少一种类型的气体酸性化合物和/或气体酸性前体化合物；(II)通过利用至少一个烟气处理装置处理烟气气流，以移除在其中存在的至少一种气体酸性化合物和/或气体酸性前体化合物的至少一部分；(III)使得来自步骤(II)的烟气气流进行至少一个压缩步骤和/或冷却步骤，以便移除其中存在的至少一种另外的气体酸性化合物和/或气体酸性前体化合物，其中压缩步骤和/或冷却步骤产生由于去除至少一种气体酸性化合物和/或气体酸性前体化合物而产生的液基酸性废弃物流，和酸被耗尽的或贫酸的烟气气流；(IV)回收至少一部分液基酸性废弃物流到步骤(II)中的至少一个烟气处理装置中，在其中用于处理或中和；(V)对酸被耗尽的或贫酸的烟气气流使用至少一种附加的排放控制和/或烟气处理技术；和(VI)使得酸被耗尽的或贫酸的烟气气流进行二氧化碳回收，以便在一部分余留的酸被耗尽的或贫酸的烟气气流释放到大气之前，回收存在于酸被耗尽的或贫酸的烟气气流中的大部分的二氧化碳，其中液基酸性废弃物流被分成至少两股液基酸性废弃物流，随后每股分开的液基废弃物流的一部分在步骤(II)的至少一个烟气处理装置中被回收，在其中进行处理或中和。
本发明的另一方面，提供如图所示和在此描述的用于氧-燃烧的方法，该方法包括回收在氧-燃烧过程中在用于处理的一部分整体氧-燃烧过程中产生的至少一种液基酸性废弃物流的步骤。
本发明的另一方面，提供如图所示和在此描述的用于氧-燃烧的系统，该系统包括回收在氧-燃烧过程中在用于处理的一部分整体氧-燃烧过程中产生的至少一种液基酸性废弃物流。
本发明描述的各种新颖的特点由附加的权利要求指出特性并且形成本公开的一部分。为了更好地理解本发明，它的操作的优点和特殊的益处通过使用它而获得，附图和本发明的典型实施例中描述的内容作为参考。
附图说明
图1是在常规煤炭燃烧与氧-煤炭燃烧的对比中燃烧“空气”和燃烧烟气之间的差异的示意图；
图2是根据本发明的一种用于回收各种酸性化合物的方法的一个实施方式的示意图；
图3是根据本发明的一种用于回收各种酸性化合物的方法的另一个实施方式的示意图；
图4是根据本发明的一种用于回收各种酸性化合物的方法的又一个实施方式的示意图；和
图5是根据本发明的一种用于回收各种酸性化合物的方法的再一个实施方式的示意图。
发明内容
在此使用的术语“排放”宽泛地解释为包括气体燃烧排放以及在用于处理或清洗产生的燃烧烟气的各种过程期间产生的液体或其它排放。此外，虽然本发明采用术语氧-燃烧进行描述，但本发明并不限于此。相反地，本发明的方法和/或系统可以在出现处理和/或移除液基酸性化合物的需求的任何情况下使用，所述液基酸性化合物由各种气体酸性废物和/或气体酸性前体废物(例如，SOx、NOx等)产生，各种气体酸性废物和/或气体酸性前体废物受到冷凝以产生来自烟气的一种或多种液基酸性化合物和/或酸性废水。
如上所述，本发明通常涉及排放控制领域，特别地涉及一种新的和有用的方法和/或系统，通过其控制、处理和/或减少在各种气体酸性化合物和/或气体酸性前体化合物(例如，SOx、NOx等)氧-燃烧期间(例如，在压缩步骤和/或冷却步骤期间)产生的各种液基酸性化合物。在一个实施方式中，本发明涉及一种方法和/或系统，通过其将这样的一种或多种液基酸性化合物回收到烟气和/或一个或多个氧-燃烧发电系统的排放控制和/或烟气处理设备中。
回到图2，图2描述了本发明的一个实施方式。在图2的实施方式中，以框图形式示出了本发明的氧-燃烧系统100。如图2所示，本发明的系统100包括提供合适的化石燃料的至少一个氧-燃烧过程102。合适的化石燃料包括但不限于油、煤炭、天然气、焦油沙、沥青或任何其两个或更多的组合。如本领域技术人员所知的，氧-燃烧利用氧化剂、输入气体或燃烧燃料气体，其通常包含大约95体积％或更多的氧。这样的氧化剂或输入气体可以与或不与回收的烟气(RFG)混合。根据与氧化剂、输入气体或燃烧燃料气体混合的回收烟气(RFG)的量，混合物可以包含多于21体积％的氧，剩余的氧化剂或输入气体主要是二氧化碳和水的组合。在一个实施方式中，用于氧-燃烧过程102的化石燃料是任何合适类型的煤炭(例如，低硫煤、粉河盆地煤等)，并且用于粉煤的运载气体是来自氧-燃烧过程的回收的燃烧烟气。
在另一个实施方式中，用于氧-燃烧过程102的氧化剂、输入气体或燃烧燃料气体包含大于约22体积％的氧，大于约25体积％的氧，大于约30体积％的氧，大于约35体积％的氧，大于约40体积％的氧，大于约45体积％的氧，大于约50体积％的氧，大于约55体积％的氧，大于约60体积％的氧，大于约65体积％的氧，大于约70体积％的氧，大于约75体积％的氧，大于约80体积％的氧，大于约85体积％的氧，大于约90体积％的氧，甚至大于约90体积％的氧，剩余气流主要是二氧化碳和水的组合。在这里以及在说明书和权利要求书的其他地方，单独的数值和/或范围限定可以组合以形成新的和/或未公开的范围。
通过任何合适的氧-燃烧过程102产生的烟气通过烟道104传输到烟气处理106，在其中将燃烧烟气中的一种或多种物质移除。如本领域技术人员可以理解的，烟道104，并且就此而言本发明的任何烟道，可以由本领域技术人员公知的任何合适的材料形成。这种材料包括但不限于金属管道、金属合金管道等。
在排放控制和/或烟气处理期间从烟气中除去的化合物可以包括但不限于SOx(例如，SO2、SO3等)、NOx和/或一种或多种微粒中的至少一种。在一些实施方式中，本领域技术人员可以理解的，待移除的NOx(例如，NO、NO2、N2O4、N2O5等)的量可以不需要一个或多个NOx控制系统，因为氧-燃烧过程本身使NOx的产生最小化到与CPU结合的点，可以不去除或不需要去除NOx。本领域技术人员可以理解的，可以利用任何合适的SOx去除技术实现SOx的去除。合适的SOx去除技术包括但不限于湿烟气脱硫工艺，干烟气脱硫工艺，喷雾干燥洗涤工艺，设计成回收商用品质硫酸的湿硫酸工艺，设计成移除来自烟气的二氧化硫、氮氧化物和微粒的SNOX烟气脱硫工艺，直接接触冷却器抛光洗涤器(DCCPS)，或其任何两种或更多种的组合。
在一个实施方式中，可以使用任何合适的微粒去除和/或收集工艺以减少和/或消除在本发明的烟气处理部分期间的烟气中的微粒物质的量。如本领域技术人员可以理解的，合适的微粒控制工艺包括但不限于静电式除尘器(ESP)、袋捕尘室或其任何组合。
在工段106中一个或多个烟气处理过程(例如，排放控制过程，如SOx洗涤、微粒收集、汞去除等)完成之后，将此时清洗过的烟气通过烟道108输送到一个或多个过滤和初级压缩单元110。一个或多个过滤和初级压缩单元110设计成开始处理用于最终二氧化碳回收和/或捕获的烟气。或者，在另一个实施方式中，一个或多个过滤和初级压缩单元110可以取消和由加压烟气的系统替代，以便使得烟气适于进一步处理以实现最终的二氧化碳回收和/或捕获。由此，在一个实施方式中图2的工段110可以取消。在对一个或多个过滤和初级压缩单元110中的烟气处理之后，将如此处理过的烟气通过烟道112运送到一个或多个次级压缩单元114(例如，湿压缩单元)，在此将至少一种气体酸性化合物和/或至少一种气体酸性前体化合物从烟气气流中除去。这种气体酸性化合物和/或气体酸性前体化合物包括但不限于SOx、NOx、氟化氢、氯化氢、溴化氢、二氧化碳、硫基酸、盐酸、氢氟酸、氢溴酸、硝酸、碳酸、或其中任何两种或更多种的混合物、或其中任何三种或更多种的混合物，或其中任何四种或更多种的混合物，或其中任何五种的混合物，乃至其中任何六种或更多种的混合物。一般而言，湿压缩过程使水和酸性化合物浓缩，因为烟气中的一种或多种气体酸性化合物和/或气体酸性前体化合物具有比二氧化碳更低的露点或冷凝点。考虑到在这个过程中存在水，由此产生的废弃物流倾向于由一种或多种液基酸性化合物组成，所述液基酸性化合物包括但不限于一种或多种的硝酸、硫酸、碳酸、盐酸、氢氟酸、氢溴酸、或其任何两种或更多种的混合物、或其任何三种或更多种的混合物、或其任何四种或更多种的混合物、或其任何五种或更多种的混合物、乃至其任何六种或更多种的混合物。来自一种或多种典型的湿压缩单元114的废弃物流的pH值范围在大约-1到大约3.5之间、或大约-0.5到大约3、乃至大约0到大约3。在此，以及在说明书和权利要求的其他地方，单独的数值和/或范围限定可以组合以形成新的和/或未公开的范围。
在一个或多个典型的湿压缩单元114中，将存在于烟气气流中的每一种单独的一种或多种气体酸性化合物和/或一种或多种气体酸性前体化合物的至少大约25重量％从烟气气流中除去。在另一个实施方式中，将至少大约30重量％、至少大约40重量％、或至少大约50重量％、或至少大约60重量％、或至少大约70重量％、或至少大约75重量％、或至少大约80重量％、或至少大约85重量％、或至少大约90重量％、或至少大约95重量％、或乃至至少大约98重量％、或更多的存在于烟气气流中的一种或多种气体酸性化合物和/或一种或多种气体酸性前体化合物从烟气气流中除去。如上所述，对于每种单独的气体酸性化合物和/或气体酸性前体化合物的去除水平，在一个例子中，可以与烟气气流中的任何一种或多种其它气体酸性化合物和/或一种或多种气体酸性前体化合物的不同。在另一个实施方式中，对于存在于烟气气流中的全部气体酸性化合物或一种或多种气体酸性前体化合物的去除水平大约是相同的。在此，以及在说明书和权利要求的其他地方，单独的数值和/或范围限定可以组合以形成新的和/或未公开的范围。在另一个实施方式中，在湿压缩过程期间，将所有的或者100％的任何气体酸性化合物和/或气体酸性前体化合物从烟气气流中除去。
由于湿压缩过程中存在的水在一个或多个湿压缩单元114中传导，因此产生至少一种液基酸性废物或酸性废弃物流。这种废弃物流必须预先送去废水处理，在此利用本领域技术人员公知的许多废水处理工艺中的任何一种对来自一个或多个湿压缩单元114的废弃物流中的酸性特性进行中和。然而，本发明有益的是它容许通过管道、管或其它运输介质128将来自一个或多个湿压缩单元114的酸性废弃物流回收到存在的任何一个或多个基础烟气处理工艺。本领域技术人员显而易见的，管道128不限于任何一种结构。相反地，可以利用任何合适的结构或运输方法，只要这种结构或运输方法设计成能安全地和经济地运输酸性废弃物流、液基酸性废弃物流和/或强酸性液基废物。应当注意的是，在说明书和权利要求中，术语酸性废弃物流、液基酸性废弃物流和/或强酸性的液基废物可替换地使用，即使这些术语的含义稍有不同。
在一个实施方式中，管道/管128将至少一部分液基酸性废弃物流提供到在排放控制工段106中的至少一个SOx洗涤器的上游。在一个实施方式中，来自一个或多个压缩单元114的至少大约25重量％的酸性废弃物流在排放控制工段106的一个或多个SOx洗涤器中进行处理。在另一个实施方式中，至少大约30重量％、至少大约40重量％、至少大约50重量％、或至少大约60重量％、或至少大约70重量％、或至少大约75重量％、或至少大约80重量％、或至少大约85重量％、或至少大约90重量％、或至少大约95重量％、乃至至少大约98重量％、或更多的来自一个或多个压缩单元114的酸性废弃物流在排放控制工段106的一个或多个SOx洗涤器中进行处理。如上所述，在管道/管128中的酸性废弃物流的pH值在大约-1到大约3.5、或从大约-0.5到大约3、乃至从大约0到大约3的范围之内。在此，以及在说明书和权利要求的其他地方，单独的数值和/或范围限定可以组合以形成新的和/或未公开的范围。根据包含在管道/管128中的酸性废弃物流的pH值，在排放控制工段106中的一个或多个SOx洗涤器中使用的材料的量可能不得不增加。例如，石灰石、石灰、碳酸氢钠、或其它用于在排放控制工段106的一个或多个洗涤器中中和SOx的碱性试剂的量可能不得不增加，以便对通过管道/管128回收到一个或多个SOx洗涤器中的酸性废弃物流实现所希望的中和。应当注意的是，本发明不局限于任何一种特殊的碱性试剂或SOx洗涤器的类型。相反地，可以将来自一个或多个压缩单元114(例如，湿压缩单元)的酸性废弃物流提供给在排放控制工段106中的任何合适类型的SOx洗涤器，只要这种洗涤器能够设计成能处理液基和/或气基酸性物质形式的增加的酸性负荷即可。
转向图2的剩余部分，在一个或多个压缩单元114完成从在氧-燃烧过程102中产生的烟气气流中移除一种或多种酸性化合物之后，将烟气随后通过烟道116运送到干燥和汞去除阶段118，在此将存在于烟气中的任何汞通过任何合适的汞捕获技术移除。合适的汞捕获技术包括但不限于使用一种或多种卤素气体和/或卤素化合物的汞氧化捕获技术、使用一种或多种汞吸附剂(例如，粉状活性炭或者溴化的粉状活性炭)的捕获、汞氧化技术(例如，SCR，用汞氧化催化剂化合物和/或一种或多种汞氧化化合物的汞氧化)等。在汞捕获和干燥过程完成之后，将烟气气流通过烟道120提供到冷箱工段122。
在冷箱工段122中的处理期间，烟气气流中的大部分二氧化碳通过冷凝成液态而与存在于烟气气流中的其它气态组分分离。在这个阶段其它气态组分包括但不限于氩气、氧气、氮气、或其任何两种或多种的混合物。随后将进入冷箱工段122之前的烟气气流中的大部分二氧化碳转换为适于碳运输和使用或分离的状态。考虑到从碳捕获的冷箱工段122的烟气气流中除去的二氧化碳的量，所除去的二氧化碳的量至少是存在于进入冷箱工段122之前的烟气气流中的二氧化碳总量的大约50重量％。在另一个实施方式中，所去除的用于随后分离或工业使用的二氧化碳的量是存在于进入冷箱工段122之前的烟气气流中的二氧化碳总量的至少大约60重量％、或至少大约70重量％、或至少大约80重量％、或至少大约85重量％、或至少大约90重量％、或至少大约95重量％，或至少大约98重量％、或更多。在此，以及在说明书和权利要求的其他地方，单独的数值和/或范围限定可以组合以形成新的和/或未公开的范围。
紧接着，在二氧化碳压缩、冷凝和泵送工段126(又名压缩净化单元(CPU))中将液态二氧化碳泵送、进一步冷凝和/或加压，以便使二氧化碳便于运输、使用和/或分离。将余留的不可凝结气体送到出口。如上所述，此时提供到工段126的气体是极富二氧化碳的并且包含很少直至没有酸性气体、氮、氧、氩、空气等。在一个实施方式中，提供到工段126的气体是至少大约80重量％的二氧化碳、至少大约85重量％的二氧化碳、至少大约90重量％的二氧化碳、至少大约95重量％的二氧化碳、或至少大约98重量％的二氧化碳、乃至100％的二氧化碳。在此，以及在说明书和权利要求的其他地方，单独的数值和/或范围限定可以组合以形成新的和/或未公开的范围。
来自冷箱工段122的余留的不可凝结烟气随后通过烟道132进行运输，并且当需要时进一步地进行加工，并且通过任何合适的方法释放到大气。应当注意的是，由于在剩余烟气气流排放到“烟囱”外之前除去的物质的量，由氧-燃烧过程产生的至少大约50体积％的烟气气流被捕获并且在任何烟气排放到外面大气之前除去。在另一个实施方式中，将至少大约60体积％、至少大约70体积％、至少大约75体积％、至少大约80体积％、或至少大约85体积％、或更多的最初的烟气气流在任何烟气排放到外面大气之前除去。在此，以及在说明书和权利要求的其他地方，单独的数值和/或范围限定可以组合以形成新的和/或未公开的范围。
在另一个实施方式中，可以在冷箱工段122中将存在于系统100的工段106、110、114和118的处理之后的、在烟气气流或气流中的任何余留的气体酸性化合物和/或气体酸性前体化合物除去，并且将其以气体或液体形式通过烟道或者管道/管130送回到压缩部分114，用于去除和转换为液基酸性废弃物流。如果是气体形式，随后能够将这种酸性废弃物流变为液体形式，并且通过管道/管128将其送到在烟气处理工段106上游的至少一个SOx洗涤器，如以上详细描述的。
本领域技术人员显而易见的，图2的氧-燃烧系统100可以具有附加的传统工段和/或传统组件，其没有在其中特别地示出。例如，系统100具有至少一个空气分离单元，以向燃烧过程提供氧，从而这种燃烧过程可以被认为是氧-燃烧。
考虑到系统100，应当注意的是，由这种过程产生的酸性废物的回收典型地直到氧-燃烧已经完成之后才发生。如本领域技术人员公知的，在启动燃烧过程期间可以不认为是氧-燃烧。这是因为氧-燃烧过程可以使用空气启动，并且此后转变为氧-燃烧。在这种情况下，需要花费一些时间以产生被回收的足够的烟气，以便在燃烧过程中用接近纯的氧来置换空气，以便消除周围空气中的氮及其他成分，因此实现连续的氧-燃烧。相应地，在一个实施方式中，在实现稳定的氧-燃烧之前，通过压缩工段114产生的液基酸性废弃物流非常少或不存在，因而回收到工段106的一个或多个洗涤器中是不切实际的、不可能的或者不必要的。在另一个实施方式中，如果是这样的话，不管上游发生的燃烧的类型如何，来自压缩工段114的任何液基酸性废弃物流的所希望的回收，都可以回收到工段106的一个或多个洗涤器中。
转向图3，图3示出了与图2相同的可替代的实施方式，不同之处在于废弃物流128被分成两个或多个分离的废弃物流228a和228b。虽然在图3中只示出了两个单独的供给管道/管228a和228b，但本发明并不限于此。相反地，数量在两个以上的所希望的任何数量的分离的物流可以结合图3的实施方式而使用。如图3示出的，系统200包含来自压缩工段114的两个废弃物流228a和228b，其各自供给和/或循环回到烟气处理工段106。在一个例子中，由压缩工段114产生的液基酸性废弃物流可以被分成两个或多个类似的废弃物流228a和228b，每个的性质就所涉及的pH值而言大约是相似的。另一方面，如果由压缩工段114产生的液基酸性废弃物流被分成两个或多个不同的废弃物流228a和228b，其中的一部分228a可以是强酸性部分，而其中的另一部分228b可以是弱酸性部分。在分离的废弃物流的每一部分的pH值不同的分离的废弃物流方案的一个非限定的例子中，由压缩部分114产生的液基酸性废弃物流被分成强酸性的废弃物流部分具有小于大约1、小于大约0、乃至大约为-1的pH值。在这个实施方式中，由压缩部分114产生的分离的液基酸性废弃物流的另一部分包含极大量的水，并且具有至少大约3、至少大约4、至少大约5、乃至至少大约6的pH值。
转向图4，图4示出了与图2相同的可替代的实施方式，不同之处在于旁通管道和/或管350从压缩工段114提供，以便可以将任何过剩的酸性废弃物流送到合适的废水处理过程。如图4示出的，系统300包含管道/管350，用于处理任何数量的酸性废弃物流，其超过了能够由烟气处理工段106的各种排放控制和/或烟气处理装置处理、处置和/或中和的量。
转向图5，图5示出了与图4相同的可替代的实施方式，除不同之处在于将废弃物流128分成两个或多个分离的废弃物流428a和428b。虽然图5只示出了两个单独的供给管道/管428a和428b，但本发明并不限于此。相反地，数量在两个以上的任何所希望数量的分离的物流可以结合图5的实施方式而使用。如图3示出的，系统400包含来自压缩工段114的两个废弃物流428a和428b，其各自供给和/或循环返回烟气处理工段106。在一个例子中，由压缩部分114产生的液基酸性废弃物流可以分成两个或多个相似的废弃物流428a和428b，每个的性质就所涉及的pH值而言是大约相似的。另一方面，如果将由压缩工段114产生的液基酸性废弃物流分成两个或多个不同的废弃物流428a和428b，其中一部分428a可以是强酸性部分，并且其中另一部分428b可以是弱酸性部分。在分离的废弃物流的每一部分的pH值不同的分离的废弃物流方案的一个非限定的例子中，由压缩工段114产生的液基酸性废弃物流被分成具有小于大约1、小于大约0、或甚至大约是-1的pH值的强酸性废弃物流部分。在这个实施方式中，由压缩工段114产生的分离的液基酸性废弃物流的另一部分包含极大量的水，并且具有至少大约3、至少大约4、至少大约5、或甚至至少大约6的pH值。在此，以及在说明书和权利要求的其他地方，单独的数值和/或范围限定可以组合以形成新的和/或未公开的范围。如图5示出的，系统400还包含管道/管350，如上面关于图3的实施方式的描述，使用管道/管350以处理任何数量的酸性废弃物流，其超过了能够由烟气处理工段106的各种排放控制和/或烟气处理装置处理、处置和/或中和的量。
考虑图2到5中示出的本发明的各种实施方式，在一个实施方式中有必要改进一个或多个SOx洗涤器的一个或多个部件，以便实现和/或维持一种或多种碱性试剂与正在其中进行处理和/或中和的多种酸性废物化合物和/或酸性废弃物流的所需的化学计量比。例如，也许有必要通过增加在任何一个或多个SOx洗涤器中的试剂泵的尺寸和/或容量来增加提供给一个或多个SOx洗涤器的一种或多种碱性试剂的量，所述一个或多个SOx洗涤器用于处理SOx以及来自氧-燃烧发电厂的至少压缩工段114的循环的酸性废弃物流。
实施例
下列例子实际上是非限定的，并且基于由以低硫煤(例如，粉河盆地煤)为燃料并且利用低NOx燃烧器的700MWe氧-燃烧发电厂产生的烟气气流。将参考其中的各种成分并且以图2实施方式的各部分作为参考点给出烟气的成分。当从烟气处理工段106进行到过滤和初级压缩工段110时，烟道108中的烟气的成分是大约817重量ppm的NOx、1体积ppm的SO2、87.25重量％的二氧化碳、1.3重量％的水蒸汽、3.17重量％的氧(O2)、5.08重量％的氮(N2)、3.2重量％的氩气、以及流速为1342.9klb/h。当从过滤和初级压缩工段110进行到次级压缩工段114时，烟道112中的烟气的成分是87.25重量％的二氧化碳、1.3重量％的水蒸汽、3.17重量％的氧(O2)、5.08重量％的氮(N2)、3.2重量％的氩气、以及流速为1342.9klb/h。当从压缩工段114进行到干燥和汞去除工段118时，烟道116中的烟气的成分是87.89重量％的二氧化碳、0.05重量％的水蒸汽、3.34重量％的氧(O2)、5.21重量％的氮(N2)、3.51重量％的氩气、以及流速为1387.9klb/h。当从干燥和汞去除工段118进行到冷箱工段122时，烟道120中的烟气的成分是87.93重量％的二氧化碳、基本上0重量％的水蒸汽、3.34重量％的氧(O2)、5.21重量％的氮(N2)、3.51重量％的氩气、以及流速为1387.2klb/h。当从冷箱工段122进行到CO2压缩、冷凝和泵送工段126时，烟道124中的烟气的成分是100重量％的二氧化碳、0重量％的水蒸汽、0重量％的氧(O2)、0重量％的氮(N2)、0重量％的氩气、以及流速为1052.7klb/h。当从冷箱工段122进行到压缩工段114中冷凝时，气体形式的烟道130中的烟气的成分是77.86重量％的二氧化碳、基本上0重量％的水蒸汽、6.18重量％的氧(O2)、6.61重量％的氮(N2)、9.35重量％的氩气、以及流速为61.7klb/h。当从冷箱工段122进行到进一步的处理并且最终释放到大气时，烟道132中的烟气的成分是43.62重量％的二氧化碳、基本上0重量％的水蒸汽、15.61重量％的氧(O2)、25.01重量％的氮(N2)、15.76重量％的氩气、以及流速为272.7klb/h。在这个例子以及本发明的各种实施方式的情况下，水和酸性化合物的燃烧烟气的总量在大约1重量％到8重量％，或从大约2重量％到大约重量7％，或从大约3重量％到大约6重量％，乃至从大约4重量％到大约5重量％的范围内。在另一个实施方式中，水和酸性化合物的燃烧烟气的总量在大约5重量％到7.5重量％的范围内。在此，以及在说明书和权利要求的其他地方，单独的数值和/或范围限定可以组合以形成新的和/或未公开的范围。
虽然已经详细地示出并描述了本发明的特定实施例以说明本发明的应用和原理，但可以理解的是其并非限定本发明，而且本发明可以在不脱离这种原理的情况下在其他方面体现。在本发明的一些实施例中，有时有利地使用本发明的某些特征而另一特征没有相应的使用。相应地，所有这种变化和实施例完全落入下列权利要求的范围。

Claims (30)

1.一种用于处理在氧-燃烧过程中产生的一种或多种酸性化合物的方法，该方法包括以下步骤：
(i)由至少一种含碳燃料的氧-燃烧而产生烟气气流，其中烟气气流包含至少一种类型的气体酸性化合物和/或气体酸性前体化合物；
(ii)使用至少一个烟气处理装置来处理烟气气流，以移除其中存在的至少一种气体酸性化合物和/或气体酸性前体化合物的至少一部分；
(iii)使得来自步骤(ii)的至少一部分烟气气流进行至少一个压缩步骤和/或冷却步骤，以便移除其中存在的至少一种另外的气体酸性化合物和/或气体酸性前体化合物，其中压缩步骤和/或冷却步骤得到由于去除至少一种另外的气体酸性化合物和/或气体酸性前体化合物而产生的液基酸性废弃物流，和酸被耗尽的或贫酸的烟气气流；
(iv)回收至少一部分液基酸性废弃物流到步骤(ii)的至少一个烟气处理装置，在其中用于处理或中和，并且将来自步骤(iii)的液基酸性废弃物流的余留部分通过至少一个旁通或溢流线路送到至少一个废水处理工艺中，使得酸被耗尽或贫酸的烟气气流进行至少一个附加的排放控制和/或烟气处理技术；和
(v)使得酸被耗尽或贫酸的烟气气流进行二氧化碳回收，以便在一部分余留的酸被耗尽或贫酸的烟气气流释放到大气之前，回收存在于酸被耗尽或贫酸的烟气气流中的大部分的二氧化碳。
2.如权利要求1的方法，其中所述氧-燃烧过程是基于煤的氧-燃烧过程。
3.如权利要求1的方法，其中所述氧-燃烧过程是基于低硫煤的氧-燃烧过程。
4.如权利要求1的方法，其中步骤(ii)包括通过选自湿烟气脱硫工艺，干烟气脱硫工艺，喷雾干燥洗涤工艺，设计成能回收商用品质硫酸的湿硫酸工艺，设计成能从烟气中除去二氧化硫、氮氧化物和微粒的SNOX烟气脱硫工艺，直接接触冷却器-抛光洗涤器工艺，或其任何两个或多个的组合的一个或多个装置除去SOx。
5.如权利要求1的方法，其中液基酸性废弃物流的pH值在大约-1到大约3.5之间。
6.如权利要求1的方法，其中在步骤(iii)中除去的一种或多种另外的气体酸性化合物和/或气体酸性前体化合物的量，是在步骤(iii)之前存在于烟气气流中的一种或多种气体酸性化合物和/或气体酸性前体化合物总量的至少大约重量50％。
7.如权利要求1的方法，其中在步骤(iii)中除去的至少一种另外的气体酸性化合物和/或气体酸性前体化合物选自SOx、NOx、氟化氢、氯化氢、溴化氢、二氧化碳、硫基酸类、盐酸、氢氟酸、氢溴酸、硝酸、碳酸或其中任何两种或多种的组合。
8.如权利要求1的方法，其中步骤(iv)包括将来自步骤(iii)的至少50重量％的液基酸性废弃物流回收到步骤(ii)中的至少一个烟气处理装置中，在其中进行处理或中和。
9.如权利要求1的方法，其中步骤(iv)包括将来自步骤(iii)的至少90重量％的液基酸性废弃物流回收到步骤(ii)中的至少一个烟气处理装置中，在其中进行处理或中和。
10.一种用于处理在氧-燃烧过程中产生的一种或多种酸性化合物的方法，该方法包括以下步骤：
(a)由至少一种含碳燃料的氧-燃烧产生烟气气流，其中烟气气流包含至少一个类型的气体酸性化合物和/或气体酸性前体化合物；
(b)利用至少一个烟气处理装置处理烟气气流，以移除其中存在的至少一种气体酸性化合物和/或气体酸性前体化合物的至少一部分；
(c)使得来自步骤(b)的至少一部分烟气气流进行至少一个压缩步骤和/或冷却步骤，以便移除其中存在的至少一种另外的气体酸性化合物和/或气体酸性前体化合物，其中压缩步骤和/或冷却步骤得到由于去除至少一种另外的气体酸性化合物和/或气体酸性前体化合物而产生的液基酸性废弃物流，和酸被耗尽或贫酸的烟气气流；
(d)将至少一部分液基酸性废弃物流回收到步骤(b)中的至少一个烟气处理装置中，在其中进行处理或中和，并且将来自步骤(c)的液基酸性废弃物流的余留部分通过至少一个旁通或溢流线路送到至少一个废水处理工艺中，使得酸被耗尽或贫酸的烟气气流进行至少一个附加的排放控制和/或烟气处理技术；
(e)使得酸被耗尽或贫酸的烟气气流进行至少一个附加的排放控制和/或烟气处理技术；和
(f)使得酸被耗尽或贫酸的烟气气流进行二氧化碳回收，以便在一部分余留的酸被耗尽或贫酸的烟气气流释放到大气之前，回收存在于酸被耗尽或贫酸的烟气气流中的大部分二氧化碳。
11.如权利要求10的方法，其中氧-燃烧过程是基于煤的氧-燃烧过程。
12.如权利要求10的方法，其中氧-燃烧过程是基于低硫煤的氧-燃烧过程。
13.如权利要求10的方法，其中步骤(b)包括通过选自湿烟气脱硫工艺，干烟气脱硫工艺，喷雾干燥洗涤工艺，设计成能回收商用品质硫酸的湿硫酸工艺，设计成能从烟气中除去二氧化硫、氮氧化物和微粒的SNOX烟气脱硫工艺，直接接触冷却器-抛光洗涤器工艺，或其中任何两个或多个的组合的一个或多个装置除去SOx。
14.如权利要求10的方法，其中所述液基酸性废弃物流的pH值在大约-1到大约3.5之间。
15.如权利要求10的方法，其中在步骤(c)中除去的一种或多种另外的气体酸性化合物和/或气体酸性前体化合物的量是在步骤(c)之前存在于烟气气流中的一种或多种气体酸性化合物和/或气体酸性前体化合物总量的至少大约50重量％。
16.如权利要求10的方法，其中在步骤(c)中除去的至少一种另外的气体酸性化合物和/或气体酸性前体化合物是选自SOx、NOx、氟化氢、氯化氢、溴化氢、二氧化碳、硫基酸类、盐酸、氢氟酸、氢溴酸、硝酸、碳酸或其中任何两种或多种的组合。
17.如权利要求10的方法，其中步骤(d)包括从步骤(c)中将至少50重量％的液基酸性废弃物流回收到步骤(b)中的至少一个烟气处理装置，在其中进行处理或中和。
18.如权利要求10的方法，其中步骤(e)中的至少一个附加的排放控制和/或烟气处理技术包括通过汞捕获工艺捕获汞。
19.一种用于处理在氧-燃烧过程中产生的一种或多种酸性化合物的方法，该方法包括以下步骤：
(I)由至少一种含碳燃料的氧-燃烧产生烟气气流，其中烟气气流包含至少一种类型的气体酸性化合物和/或气体酸性前体化合物；
(II)通过利用至少一个烟气处理装置处理烟气气流，以移除其中存在的至少一种气体酸性化合物和/或气体酸性前体化合物的至少一部分；
(III)使得来自步骤(II)的烟气气流进行至少一个压缩步骤和/或冷却步骤，以便移除其中存在的至少一种附加的气体酸性化合物和/或气体酸性前体化合物，其中压缩步骤和/或冷却步骤得到由于去除至少一种气体酸性化合物和/或气体酸性前体化合物而产生的液基酸性废弃物流，和酸被耗尽或贫酸的烟气气流；
(IV)将至少一部分液基酸性废弃物流回收到步骤(II)中的至少一个烟气处理装置中，在其中进行处理或中和，并且将来自步骤(III)的液基酸性废弃物流的余留部分通过至少一个旁通或溢流线路送到至少一个废水处理工艺中，使得酸被耗尽或贫酸的烟气气流进行至少一个附加的排放控制和/或烟气处理技术；
(V)使得酸被耗尽或贫酸的烟气气流进行至少一个附加的排放控制和/或烟气处理技术；和
(VI)使得酸被耗尽或贫酸的烟气气流进行二氧化碳回收，以便在一部分余留的酸被耗尽或贫酸的烟气气流释放到大气之前，回收存在于酸被耗尽或贫酸的烟气气流中的大部分二氧化碳，
其中，将液基酸性废弃物流分成至少两股液基酸性废弃物流，随后将每股分离的液基废弃物流的一部分在步骤(II)中的至少一个烟气处理装置中回收，在其中进行处理或中和。
20.如权利要求19的方法，其中氧-燃烧过程是基于煤的氧-燃烧过程。
21.如权利要求19的方法，其中氧-燃烧过程是基于低硫煤的氧-燃烧过程。
22.如权利要求19的方法，其中步骤(II)包括通过选自湿烟气脱硫工艺，干烟气脱硫工艺，喷雾干燥洗涤工艺，设计成能回收商用品质硫酸的湿硫酸工艺，设计成能从烟气中除去二氧化硫、氮氧化物和微粒的SNOX烟气脱硫工艺，直接接触冷却器-抛光洗涤器工艺，或其中任何两个或多个的组合的一个或多个装置除去SOx。
23.如权利要求19的方法，其中所述液基酸性废弃物流的pH值在大约-1到大约3.5之间。
24.如权利要求19的方法，其中在步骤(III)中除去的一种或多种另外的气体酸性化合物和/或气体酸性前体化合物的量是在步骤(III)之前存在于烟气气流中的一种或多种气体酸性化合物和/或气体酸性前体化合物总量的至少大约50重量％。
25.如权利要求19的方法，其中在步骤(III)中除去的至少一种另外的气体酸性化合物和/或气体酸性前体化合物选自SOx、NOx、氟化氢、氯化氢、溴化氢、二氧化碳、硫基酸类、盐酸、氢氟酸、氢溴酸、硝酸、碳酸、或其中任何两种或多种的组合。
26.如权利要求19的方法，其中步骤(Ⅳ)包括从步骤(III)中将至少50重量％的液基酸性废弃物流回收到步骤(II)中的至少一个烟气处理装置中，在其中进行处理或中和。
27.如权利要求19的方法，其中步骤(V)的至少一个附加的排放控制和/或烟气处理技术包括通过汞捕获工艺捕获汞。
28.如权利要求19的方法，其中至少两股液基酸性废弃物流中的至少一股是低pH值物流，并且至少两股液基酸性废弃物流中的至少一股是高pH值物流。
29.如权利要求28的方法，其中至少一股低pH值液基酸性废弃物流具有小于大约1的pH值。
30.如权利要求28的方法，其中至少一股高pH值液基酸性废弃物流具有至少大约3的pH值。
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