CN108290111A - 用于从发电循环去除燃烧产物的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种从利用高压循环流体的发电循环中去除污染物的系统。该系统包括第一直接接触冷却塔，其被设置为冷却高压循环流体并将从循环流体中去除SO2的流体物流冷凝。第一再循环泵与第一直接接触冷却塔流体连通。第一塔包括被设置为循环冷却的CO2产物物流的出口，并且第二直接接触冷却塔被设置为接收来自出口的冷却的CO2产物物流的至少一部分。第二直接接触冷却塔被设置为冷却CO2产物物流并将从CO2产物物流去除NOx的流体物流冷凝。第二再循环泵与第二塔流体连通。提供了相关的方法。

Description

用于从发电循环去除燃烧产物的系统和方法
技术领域
本发明涉及用于从发电循环去除产物的系统和方法。特别地，提供了从利用高压再循环工作流体的发电循环去除酸性气体污染物的系统和方法。
背景技术
在第8,596,075号美国专利中描述了利用化石燃料的燃烧以及作为工作流体的二氧化碳来发电的系统和方法，其全部内容通过引用并入本文。估计表明，根据非碳能源的开发和部署，化石燃料将继续提供未来100年全球电力需求的大部分。然而，已知的通过燃烧烃燃料(诸如化石燃料和/或合适的生物质)的发电方法受到能源成本上升和减少二氧化碳(CO2)产生和排放的需要的限制。全球变暖越来越多地被认为是发达国家和发展中国家CO2排放量增加的潜在灾难性后果。近期，太阳能和风能可能无法替代由化石燃料和/或其它烃燃料燃烧所产生的电力。此外，核电还有包括核材料扩散和核废料处置的相关危险。
如上所述的由燃烧发电现在越来越担负着捕获高压CO2的需求以便将其输送到封存点、强化采油作业和/或一般管线注入以再使用。目前的发电系统和方法，诸如高效联合循环发电厂，很难满足这种捕获CO2的需求；捕获CO2所引起的附加载荷可能会导致非常低的热效率。此外，实现所需的CO2捕获水平的资金成本很高。与向大气排放CO2的系统相比，这些和其它复杂状况导致明显更高的电力成本(例如，增加多达50-70％)。日益变暖的行星和/或碳排放税可能会对发电的环境和经济方面造成灾难性影响。因此，本领域中存在对如下系统和方法的需要：其通过捕获CO2来提供具有减少的CO2排放的高效发电，这可提供较低的电力成本以及改进的封存和存储所捕获的CO2的容易性。
克服捕获CO2的热力学负担的一种方法是使用具有适于管线注入的压力的基本纯的CO2工作流体的高效发电循环。这种方法以采用再循环跨临界、超临界和/或超超临界工作流体的设计而赢得了越来越高的普及度。这些工作流体(其主要包括氧燃烧形成的CO2)被保持在操作窗口中，所述操作窗口在发电循环内的点处与适合于管线注入的压力和温度一致。在这些一致的点处，CO2可以从发电循环安全地排放到管线和/或需要这种高度加压和纯化的CO2的下游再利用过程中，同时仍然保持发电循环内的高效率。
一种这样的发电循环可利用烃类燃料的氧燃烧为布雷顿式发电循环中的完全回收的、跨临界的二氧化碳工作流体提供动力，这在前面提到的第8,596,075号美国专利中公开。在多个方面，发电循环固有地捕获从具有所需的封存或管线压力的烃类燃料的燃烧形成的基本100％的CO2。此外，所捕获的CO2具有相当高的纯度。在使用天然气作为可燃烧燃料的方面，这样的发电循环可获得与通常的联合循环系统所获得的效率基本相同的热效率，而不会降低在高达300巴以及超过300巴的压力下捕获CO2的效率。特别是，当所利用的可燃烧燃料含有低浓度的硫和氮(诸如天然气)时，从循环产生的CO2可以所需的摩尔纯度排放到CO2管线中，而几乎不需要额外的后处理步骤。
固体燃烧燃料，诸如不同品级的煤、石油焦、沥青或生物质，可能含有较高浓度的硫、氮和其它源于燃料的杂质。当利用这种燃料时，它们必须首先在高压气化器中用基本纯的氧气化，以产生燃料气体。然后将燃料气体清洁去除任何剩余的颗粒，冷却、压缩至所需的燃烧压力，然后将其引入到用于氧-燃料燃烧的发电循环的燃烧器。另外，可利用含有较高浓度含硫化合物的酸性天然气。源于燃料的杂质，诸如含硫和氮的化合物，在氧化之前不会从燃料气体中去除。因此，燃料气体保留了相当大浓度的杂质，取决于主要燃料源，所述杂质可能包含H2S、COS、CS2、NH3、HCN、Hg和其它痕量组分。
燃料气体的氧-燃料燃烧产生相对纯的CO2物流、一定量水(H2O)和任何残余的燃烧后化合物，其可包括分子氧(O2)。如果在发电循环中使用空气分离单元，则可能存在相对低浓度的分子氮(N2)和氩(Ar)，氮也可能源自任何设计的空气进入。此外，含硫和含氮化合物可能与故意保持过量的剩余氧化剂发生其它氧化反应。这种氧化可能导致几种杂质的形成，这些杂质源自主要燃料或部分氧化过程，并且在氧-燃料燃烧器和/或在发电循环的其它高温区域中产生。杂质可能包括硫氧化物(SOx)，诸如二氧化硫(SO2)和三氧化硫(SO3)，它们在源于燃料的硫在高温下氧化时形成。其它杂质可包括氮氧化物(NOx)，诸如氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)，其主要在燃料中所含的氮化合物和/或通过系统密封件进入的源自空气的氮在高温下氧化时形成。另外，在氧化期间可能形成其它痕量杂质，诸如Hg。这些硫和氮的氧化化合物被称为“酸性气体”，由于它们是产生酸雨的主要催化剂而受到环境法规的限制，当它们以其水相存在时也可能会腐蚀设备，因此需要在发电循环的至少一些部分中去除氧化化合物和/或维持氧化化合物低于某个阈值极限。应将这些氧化组分从发电循环中去除，以防止这些有毒杂质排放到大气中并保护内部工艺设备。因此，产生较高浓度硫和氮的燃烧衍生气体需要在再循环和/或排放之前进行后处理。
尽管存在若干在燃烧之前从燃料去除硫和/或氮的工艺(即，燃烧前去除工艺)或从发电循环结束时排出的工艺气体中去除痕量酸性气体的工艺(即，燃烧后去除工艺)，仍需要如下的去除过程：该过程有利地使用再循环设计的发电循环，所述发电循环使用跨临界、超临界和/或超超临界工作流体。这种去除系统可有利地提供用于以所需的回收CO2浓度与燃料中碳之比将CO2回收(recycling)到发电循环中。这种发电循环理想地提供了回收的CO2工作流体物流和/或产物CO2物流中的受控的低杂质浓度。可以允许有效的可持续处置和保护内部设备的形式去除杂质。这样的去除过程理想地满足半闭环过程内的若干工艺需要(诸如冷却、冷凝和污染物从回收的工作流体的去除)，建造和维护相对便宜，具有低附加罚金，并且采用简单的控制和操作策略。
授予Allam等人的第8,580,206号美国专利(其全部内容通过引用并入本文)公开了在升高压力下在分子氧和水存在下从气态CO2中去除SO2和/或NOx的方法。具体而言，提供了一种利用一系列气相和/或液相反应步骤的方法，其中一氧化氮(NO)在升高的反应物分压下被氧化形成二氧化氮(NO2)。该氧化过程可控制一系列反应的总体速率。随后NO2将二氧化硫(SO2)氧化形成三氧化硫(SO3)，且NO2被还原为NO。SO3随后溶解在液态水中形成硫酸(H2SO4)。最终结果是使用NOx作为催化剂将SO2转化为H2SO4。所述一系列反应由下面列出的方程描述。
2NO+O2＝2NO2 方程A
SO2+NO2＝SO3+NO 方程B
SO3+H2O＝H2SO4 方程C
实验数据证实了理论反应计算，其表明当NOx浓度高于100ppm并且压力高于约10巴并且氧分压为约0.1巴或更高时，SO2浓度可在10秒内降低至非常低的水平(例如，低于50ppm(摩尔))。参见，例如Murciano,L.,White,V.,Petrocelli,F.,Chadwick,D.,“Sourcompression process for removal of SOx and NOx from oxyfuel-derived CO2,”Energy Procedia 4(2011)pp.908-916；and White,V.,Wright,A.,Tappe,S.,and Yan,J.,“The Air Products VattenfallOxyfuel CO2Compression and Purification PilotPlant at SchwarzePumpe,”Energy Procedia 37(2013)1490-1499，其全部内容通过引用并入本文。
另外，第8,580,206号美国专利公开了使用这种已知的一系列反应去除一种或多种污染物，其可包括在由产生蒸汽的氧-燃料锅炉所提供的主要包含CO2的物流中的SO2和/或NOx。特别地，该系统包括燃烧粉煤的蒸汽锅炉和氧-燃料燃烧系统，其回收除净产物富CO2物流之外的基本全部烟道气。将烟道气与纯O2氧化剂物流混合并被提供给燃煤燃烧器，这导致NOx浓度至少部分地基于燃烧器绝热火焰温度而被迫使达到平衡水平。燃烧器绝热火焰温度可高到足以达到烟道气NOx浓度的近平衡条件。在本领域中还需要在发电中从输出物流中去除污染物(特别是酸性气体)的系统和方法。
发明内容
本发明在多个方面涉及从发电循环中去除污染物的方法和系统。特别地，本公开的多个方面可提供从发电循环中去除酸性气体污染物的系统，所述系统包括串联的高效燃烧器和涡轮机以及高压再循环工作流体(例如，再循环CO2工作流体)的物流。该系统包括被设置为冷却高压再循环工作流体的第一直接接触冷却塔(cooling tower)(例如，直接接触反应器传质塔)。第一直接接触冷却塔进一步被设置为将从冷却的高压再循环工作流体中去除SO2的流体物流冷凝。在另一方面，第一直接接触冷却塔可被设置为冷凝如下流体物流：该物流体物流从冷却的高压再循环工作流体中去除SO2以及一部分NOx(如果需要的话)。该系统还包括与第一直接接触冷却塔流体连通的第一再循环泵。另外，第一直接接触冷却塔的出口被设置为分配冷却的CO2产物物流。该系统还包括被设置为接收来自第一直接接触冷却塔出口的冷却的CO2产物物流的至少一部分的第二直接接触冷却塔(例如，直接接触反应器传质塔)。根据一些方面，第二直接接触冷却塔可被设置为在已将冷却的CO2产物物流循环通过发电系统的压缩机和/或泵之后接收冷却的CO2产物物流的至少一部分。第二直接接触冷却塔冷却CO2产物物流并冷凝以下流体物流：该物流体物流从冷却的CO2产物物流中去除NOx和/或任何残余SOx。第二再循环泵与第二直接接触冷却塔流体连通。
在另一方面，提供了一种从发电循环中去除污染物的方法，特别是从利用串联的高效燃烧器和涡轮机以及高压再循环工作流体(例如，再循环CO2工作流体)的发电循环中去除酸性气体污染物。所述方法包括控制被引入到第一直接接触冷却塔的高压再循环工作流体中的NOx浓度。另外，该方法包括在第一直接接触冷却塔中冷却高压再循环工作流体。该方法可包括冷凝以下流体物流：该物流体物流被设置为从第一直接接触冷却塔中的冷却的高压再循环工作流体中去除SO2。该方法还可包括从第一直接接触冷却塔中提取冷却的高压再循环工作流体作为CO2产物物流并将CO2产物物流分成回收的再循环工作流体物流和净CO2产物物流。该方法包括将净CO2产物物流提供给第二直接接触冷却塔。另外，该方法可包括向第二直接接触冷却塔提供纯水物流。在多个方面，该方法包括冷却第二直接接触冷却塔中的净CO2产物物流，并冷凝以下流体物流：该物流体物流从第二直接接触冷却塔中的冷却的净CO2产物物流中去除NOx和/或任何残余SOx。该方法还包括从第二直接接触冷却塔中提取纯化的CO2产物物流。
在一个方面，高压再循环流体可与用于燃烧的燃料和氧化剂一起被引入到燃烧器中，使得产生包括再循环CO2工作流体和多种燃烧产物的高压高温流体物流。这种燃烧产物和再循环CO2工作流体的混合物可包括酸性气体诸如NOx和SO2以及其它痕量杂质诸如汞(Hg)。所产生的流体物流可被引入到发电装置诸如涡轮机中，然后经由回热式热交换器高温热回收到进入的物流，所述回热式热交换器加热进入的高压再循环CO2工作流体，同时冷却涡轮机排气。
在一个方面，在于发电循环中排气之前，可去除燃烧衍生的水和/或酸性气体污染物(诸如SO2和NOx)以便满足可接受的封存和/或管线产物规格用于重新使用和/或将CO2注入三次采油井。从回收的CO2再循环工作流体物流中去除SO2和/或NOx可进一步保护系统组件免受因腐蚀性含水酸诸如硫酸(H2SO4)和/或硝酸(HNO3)的形成所导致的腐蚀。
根据一些方面，可能需要将离开回热式热交换器的CO2工作流体冷却到足够低的温度以去除冷凝水并且将回收的CO2工作流体有效地压缩和泵送至期望的高再循环压力。另外，如本文所述，可能需要将从燃烧循环中形成的CO2作为具有所需纯度规格的CO2产物物流去除。
在一些方面，系统可包括两个蒸汽/液体多级接触装置(例如，直接接触反应器传质塔)。第一直接接触反应器传质塔可用作直接接触CO2气体冷却器和酸性气体去除装置。第一塔可被嵌入在主再循环过程中，其中当CO2气体被冷却到接近大气温度时，低压CO2物流中的大部分剩余水蒸汽被冷凝。本文所述的催化气相和液相反应可发生在该第一塔内。特别是，当存在具有至少0.1巴分压的过量氧并且存在高浓度NOx(即至少100ppm)时，可能会发生催化反应。另外，当气体与液态水之间的接触水平足够高并且提供了合适停留时间以使涉及SO2向H2SO4转化的反应进行完全时，催化反应可发生在第一塔中。
根据一些方面，第二直接接触反应器传质塔可提供用于处理从再循环过程连续排出的净CO2产物物流。净CO2产物物流可具有低于约50ppm的SO2浓度。另外，净CO2产物物流可能具有升高的NOx浓度。在一些方面，在收集净CO2产物物流作为最终气体产物之前，可能需要将NOx浓度降低到低于约20ppm，并且优选降低到低于约10ppm。
在本公开内容多个方面中的重要因素是维持在涡轮机中和在回热式热交换器排出流中的高浓度NOx，这意味着大部分NOx必须保留在再循环流体中。在涡轮机和回式热交换器排出流中保持期望的高浓度NOx可在最短停留时间内在第一直接接触反应器传质塔中完成一系列催化气体反应。在一些方面，因为对第一塔中的反应条件进行调整以提供具有适当低SO2浓度的排出物流以及限制任何NOx从物流中的去除的任何NOx与氧和水反应的有限时间量，物流中的NOx的浓度被维持在所需的高水平。因此，第一塔中被转化为HNO3的NOx的量被保持在最低限度。在一些方面，离开第一塔的高压回收CO2产物物流中约少于10％的NOx被转化为HNO3。根据另一方面，离开第一塔的高压回收CO2产物物流中约少于5％的NOx被转化为HNO3。第一塔中NOx到HNO3的有限转化可得到基本包含H2SO4的来自第一塔的第一出口物流和基本包含具有高浓度NOx的高压回收CO2物流的来自第一塔的第二出口物流。
在一些方面，发电循环可在燃料燃烧部分中提供额外的NOx生产，在这里纯氧进料用CO2稀释以提供通常约15％-35％(摩尔)的O2组成和在约1800℃至约2500℃范围内的绝热燃烧温度。回收的CO2工作流体物流随后可与燃烧器中的燃烧产物混合以提供约1150℃的典型混合温度，这可能不会导致混合涡轮机入口物流中的NOx的任何明显形成或破坏。混合涡轮机入口物流中的NOx的明显形成和/或破坏的这种缺乏是本公开多个方面的一项特征，其特别针对利用CO2作为工作流体的发电循环。这样的发电循环回收大量经预热的高压CO2，后者在燃烧之后与燃烧产物混合，随后合并的物流进入动力涡轮机。
本文所述的多个方面提供了独立控制回收的CO2物流中的NOx浓度。这种对NOx浓度的独立控制允许最小化第一直接接触反应器传质塔中的接触停留时间和尺寸，这可使低压CO2物流中的NOx浓度保持基本恒定而仅有一小部分(诸如对于燃煤发电循环来说约在3％至20％之间)作为硝酸损失，所述硝酸在第一直接接触反应器传质塔中从净CO2产物物流中被去除。少量NOx的损失可由在动力循环燃烧器中和/或在一些方面中由可利用催化剂上的氨氧化的NOx发生器形成的少量NOx补偿。经过涡轮机的通道也可提供至约750℃的温降而不改变NOx的浓度。在第二接触器中形成硝酸的已知的一系列反应如下：
2NO+O2＝2NO2 方程D
2NO2+H2O＝HNO2+HNO3 方程E
3HNO2＝HNO3+2NO+H2O 方程F
离开第二直接接触反应器传质塔的产物气体因此基本不含SO2和NOx。在一些方面，通过使H2SO4与石灰岩在连续搅拌釜反应器中反应，可容易地将H2SO4转化为石膏(一种由二水合硫酸钙(CaSO4·2H2O)组成的软质硫酸盐矿物)，这导致形成了用于商业用途或在脱水后弃置的不可滤出的固体石膏产品。可能含有相对高浓度硝酸的第二塔可通过将汞用硝酸直接转化为硝酸汞来去除汞。
本公开的多个方面提供了利用已知的一系列反应从离开发电循环的动力涡轮机的总燃烧产物中分离一定量的SO2，所述发电循环利用回收的CO2作为工作流体。一个方面可提供进入发电循环的回流式热交换器的高压回收CO2物流，其基本没有SO2污染。另一方面可提供来自发电循环的产物CO2物流，其基本不含SO2和NOx污染。另外，来自发电循环的产物CO2物流可基本不含源于主要燃料的汞。
本公开的方面提供了一种去除污染物的系统，其允许再循环、再生、氧-燃料燃烧、跨临界CO2发电循环以利用含有升高的硫、氮和/或其它源于燃料的杂质的燃料并且以基本完全去除这些杂质的方式运行。基本完全去除这些污染物保护了内部处理设备并最终提供基本不含SO2、NOx、Hg和/或其它杂质的产物CO2物流，同时提供用于实现其它处理/循环目标的有效功能。
根据又一方面，提供了一种从发电系统中去除SO2以及氮氧化物NO和NO2的方法。所述发电系统可使用CO2作为具有燃烧器的回热式布雷顿循环中的工作流体，在所述燃烧器中将至少含有H2S、NH3、HCNH2和/或COCH4的气体燃料用纯O2燃烧，然后将燃烧气体混合，所述燃烧气体现在含有SO2和/或NO的氧化组分以及较低温度的CO2回收物流，后者已在布雷顿动力循环的回热式热交换器中被加热。然后合并的物流通过发电涡轮机，并经过回热式热交换器排放，由此加热CO2回收物流。SO2去除可通过如下方式进行：在NO和O2之间反应，这可形成NO2，接着将NO2与SO2反应，这可形成SO3并且再生NO，随后将SO3和H2O反应形成H2SO4。去除SO2后的NO和NO2去除可通过如下反应进行：由O2氧化NO形成NO2，与水形成HNO2和/或HNO3，随后可将HNO2转化为HNO3和NO加水。该方法的特征可在于在第一蒸汽/液体多级接触单元中运行SO2去除反应，在所述接触单元中SO2水平被降低至低于约50ppm，并且进料物流中少于约10％的NO被转化为硝酸。另一方面，该方法的特征可在于在第一蒸汽/液体多级接触单元中运行SO2去除反应，在所述接触单元中SO2水平被降低至低于约50ppm，并且进料物流中少于约5％的NO被转化为硝酸。此外，该方法还可包括将第一液体/蒸汽多级接触单元的CO2进料中的受控氮氧化物浓度保持在如下水平：其允许在第一液体/蒸汽多级接触单元中的SO2去除和硝酸损失被维持在所需值。该方法还可包括通过添加来自燃烧器NOx形成的新鲜NO和添加来自外部源的额外氮氧化物来控制第一液体/蒸汽多级接触单元入口中的氮氧化物浓度，并且允许氮氧化物浓度经由累积效应上升到期望值。该方法还可包括通过以下方式维持并控制在冷却后形成第一液体/蒸汽多级接触单元的入口物流的涡轮机废气中的氮氧化物浓度：将温度介于约500℃至约800℃之间的高压CO2回收物流与燃烧产物混合，得到涡轮机入口处的介于约900℃至约1200℃之间的混合温度，由此使得进入和离开燃烧器的NOx的量的变化小于5％。该方法还可包括从离开第一液体/蒸汽多级接触单元的气体物流中取出净CO2产物物流并使该净CO2产物物流通过第二逆流气/液接触器，其停留时间足够长以允许从净CO2产物气中去除氮氧化物至低于约25ppm。该方法还可包括为每个接触单元/接触器配置包括泵和冷却器的液体泵，后者为每个接触单元/接触器提供回流液体物流。该方法还可包括使用改变液体回流速率和改变第一液体/蒸汽多级接触单元的氮氧化物入口浓度的组合以控制第一液体/蒸汽多级接触单元中的反应，从而实现期望的SO2去除和期望的低水平HNO3形成。该方法还可包括控制第二逆流气/液接触器中的回流速率，以便实现期望的净CO2产物物流中的低浓度氮氧化物。
在一个或多个实施方式中，根据本公开的方法可特别地涉及从动力循环产物物流中去除酸性气体。动力循环物流可以是来自使用回收的CO2工作流体的发电循环的物流，并且该物流可具体为燃烧产物物流，其任选地已被扩展用于发电和/或任选地已通过回热式热交换器来降低其温度。合适的发电循环(包括系统及其使用方法)在以下文件中描述：Palmer等人的第9,068,743号美国专利，Allam等人的第9,062,608号美国专利，Palmer等人的第8,986,002号美国专利，Allam等人的第8,959,887号美国专利，Palmer等人的第8,869,889号美国专利，Allam等人的第8,776,532号美国专利，和Allam等人的第8,596,075号美国专利，其公开内容通过引用并入本文。
在一些实施方式中，根据本公开的方法可包括以下步骤：
执行发电循环；
将来自发电循环的含有CO2、SOx和NOx的产物物流引导到第一直接接触冷却塔；
使第一直接接触冷却塔中的含CO2、SOx和NOx的产物物流与第一逆流循环含水液体物流接触；
经由在含水液体物流存在下产物物流中的SO2和NO2之间的反应去除存在于第一直接接触冷却塔中的产物物流中的至少一部分SO2；
从第一直接接触冷却塔中排出含有CO2和NOx的回收物流；和
将包含CO2和NOx的回收物流的至少一部分输送回发电循环。
在一个或多个实施方式中，如上所述的方法可包含以下陈述中的一个或多个，该陈述可以任何数量和顺序组合。
第一逆流循环含水液体物流可包含H2SO4。例如，第一逆流循环含水液体物流可以是其中包含一定含量的H2SO4的水物流。
基于包含CO2、SOx和NOx的产物物流的总质量，含有CO2、SOx和NOx的产物物流可含有至少10ppm的NOx。如本文进一步所述的，产物物流优选地包含至少该含量的NOx，以有助于在第一直接接触冷却塔中的SO2去除。
基于包含CO2、SOx和NOx的产物物流的总质量，包含CO2、SOx和NOx的产物物流可含有至少15ppm，至少20ppm或至少25ppm的NOx。这样的范围被理解为包括可基于其它反应条件计算的上限。例如，基于包含CO2、SOx和NOx的产物物流的总质量，上限可以是200ppm、500ppm、1000ppm或5000ppm。
基于包含CO2、SOx和NOx的产物物流的总质量，包含CO2、SOx和NOx的产物物流可包含约10ppm至约1000ppm，约12ppm至约750ppm，或约15ppm至约500ppm的NOx。如果需要，也可使用更窄的范围，诸如基于包含CO2、SOx和NOx的产物物流的总质量的约10ppm至约150ppm或约10ppm至约100ppm的NOx的范围。
含有CO2、SOx和NOx的产物物流中的NOx浓度可控制在如下范围内：使得含有CO2、SOx和NOx的产物物流中少于50质量％的NOx在第一直接接触冷却塔中被转化为HNO3。上述NOx浓度范围可特别有用地防止NOx在第一直接接触冷却塔中过量转化为HNO3。优选地，将含有CO2、SOx和NOx的产物物流中少于25质量％、少于20质量％、少于15质量％、少于10质量％、少于5质量％或少于1质量％的NOx在第一直接接触冷却塔中被转化为HNO3。在一些实施方式中，在第一直接接触冷却塔中，含有CO2、SOx和NOx的产物物流中基本没有NOx被转化为HNO3。在这样的实施方式中，应理解的是，“基本没有”包含在含有CO2、SOx和NOx的产物物流中0至0.5质量％的NOx。
从第一直接接触冷却塔排出的包含CO2和NOx的回收物流可包括存在于被引入到第一直接接触冷却塔中的含有CO2、SOx和NOx的产物物流中的至少90质量％的NOx。在一些实施方式中，从第一直接接触冷却塔中排出的包含CO2和NOx的回收物流可包括存在于被引入到第一直接接触冷却塔中的含有CO2、SOx和NOx的产物物流中的至少50质量％、至少75质量％、至少90质量％、至少95质量％、至少98质量％或在至少99质量％的NOx。
从第一直接接触冷却塔排出的包含CO2和NOx的回收物流可基本不含SO2，其中应当理解的是，“基本不含”SO2可包括痕量，诸如基于含有CO2和NOx的回收物流的总质量小于5ppm。在一些实施方式中，基于含有CO2和NOx的回收物流的总质量，从第一直接接触冷却塔排出的含有CO2和NOx的回收物流可包含小于100ppm、小于50ppm、小于25ppm或小于15ppm的量的SO2。
通过在第一直接接触冷却塔的上游添加NOx可调节含有CO2、SOx和NOx的产物物流中的NOx浓度。例如，通过在位于第一直接接触冷却塔上游的燃烧器中结合氮源与燃料和氧化剂，可在第一直接接触冷却塔的上游添加NOx。作为另一个实例，可在第一直接接触冷却塔上游将NOx直接添加到含有CO2、SOx和NOx的产物物流中。更具体地，在第一直接接触冷却塔上游直接添加到含有CO2、SOx和NOx的产物物流的NOx可由氨生成，诸如在催化反应器中。然而，应理解，含有CO2、SOx和NOx的产物物流中的合适量的NOx可通过利用含有足够量氮的燃料实现。
可通过增加或减少来自第一再循环泵的排出流量来调节含有CO2、SOx和NOx的产物物流中的NOx浓度，所述第一再循环泵设置为接收来自第一直接接触冷却塔的液体产物物流并且将该液体产物物流再循环进入第一直接接触冷却塔。
该方法可被设置为使得包含CO2和NOx的回收物流中的至少一部分NOx被引导回到发电循环。
包含CO2和NOx的回收物流可分为再循环工作流体物流和净CO2产物物流，其中所述再循环工作流体物流被引导回发电循环。
该方法还可包括以下步骤：
将包含CO2和NOx的回收物流的至少一部分导入第二直接接触冷却塔；
使第二直接接触冷却塔中的含有CO2和NOx的回收物流与第二逆流循环含水液体物流接触；经由NO2和水之间的反应从第二直接接触冷却塔中的含CO2和NOx的再循环物流中去除至少一部分NO2；和
从第二直接接触冷却塔中排出含有CO2的物流。
第二逆流循环含水液体物流可包含HNO3。
该方法还可包括在将含有CO2和NOx的回收物流导入第二直接接触冷却塔之前将O2添加到含CO2和NOx的再循环物流中。
该方法还可包括在将含有CO2和NOx的回收物流引入第二直接接触冷却塔之前压缩含CO2和NOx的再循环物流。
在将包含CO2和NOx的再循环物流的至少一部分导入第二直接接触冷却塔中之前，可利用发电循环中的压缩机压缩包含CO2和NOx的再循环物流。
含有CO2和NOx的回收物流可被分成再循环部分和净生产部分，其中所述再循环部分被引导回到发电循环，且所述净生产部分被引导到第二直接接触冷却塔。
从前述内容显而易见的是，本公开还涉及构造用于从动力循环产物物流中去除酸性气体的系统。这样的系统可包括根据本文所述的方法被描述为适合使用的任何元件。在一个或多个实施方式中，根据本公开的系统可包括以下内容：
传输元件，其被设置为从动力循环的组件传输含有CO2、SOx和NOx的动力循环产物物流；
第一直接接触冷却塔，其被设置为在反应条件下接收来自动力循环的组件的含有CO2、SOx和NOx的动力循环产物物流，使得至少一部分SO2从其中被去除并且含有CO2和NOx的回收物流从第一直接接触冷却塔输出；
与第一直接接触冷却塔流体连通的第一再循环泵，其被设置为接收来自第一直接接触冷却塔的液体物流并将所述液体物流的至少一部分再循环至第一直接接触冷却塔；和
传输元件，其被设置为将包含CO2和NOx的再循环物流的至少一部分传输到动力循环的组件。
在一个或多个实施方式中，如上所述的系统可以涵盖以下陈述中的一个或多个，该陈述可以以任何数量和顺序组合。
所述系统还可包括第二直接接触冷却塔，其被设置为在反应条件下接收来自第一直接接触冷却塔的含有CO2和NOx的回收物流的至少一部分，由此从其中去除包含CO2和NOx的再循环物流中的至少一部分NOx，并且从第二直接接触冷却塔输出含有CO2的物流。
所述系统还可包括与第二直接接触冷却塔流体连通的第二再循环泵，所述第二再循环泵被设置为接收来自第二直接接触冷却塔的液体物流并将液体物流的至少一部分再循环至第二直接接触冷却塔。
所述系统还可包括位于第二直接接触冷却塔上游和第一直接接触冷却塔下游的O2输入。
所述系统还可包括位于第二直接接触冷却塔上游和第一直接接触冷却塔下游的压缩机。
本发明包括但不限于以下实施方式。
实施方式1.一种从动力循环产物物流中去除酸性气体的方法，所述方法包括：执行发电循环；将来自发电循环的含有CO2、SOx和NOx的产物物流导入第一直接接触冷却塔；使含有CO2、SOx和NOx的产物物流在第一直接接触冷却塔中与第一逆流循环含水液体物流接触；经由在含水液体物流存在下产物物流中的SO2和NO2之间的反应，去除第一直接接触冷却塔中的产物物流中存在的至少一部分SO2；从第一直接接触冷却塔中排出含有CO2和NOx的回收物流；和将含有CO2和NOx的回收物流的至少一部分输送回发电循环。
实施方式2：如任何先前或后续实施方式所述的方法：其中第一逆流循环含水液体物流包含H2SO4。
实施方式3：如任何先前或后续实施方式所述的方法：其中基于含有CO2、SOx和NOx的产物物流的总质量，含有CO2、SOx和NOx的产物物流包含至少10ppm的NOx。
实施方式4：如任何先前或后续实施方式所述的方法：其中含有CO2、SOx和NOx的产物物流中的NOx浓度被控制在如下范围内：使得含有CO2、SOx和NOx的产物物流中少于50质量％的NOx在第一直接接触冷却塔中被转化为HNO3。
实施方式5：如任何先前或后续实施方式所述的方法：其中从第一直接接触冷却塔中排出的含有CO2和NOx的回收物流包括被引入到第一直接接触冷却塔中的含有CO2、SOx和NOx的产物物流中所存在的NOx的至少90质量％。
实施方式6：如任何先前或后续实施方式所述的方法：其中从第一直接接触冷却塔中排出的含有CO2和NOx的回收物流基本不含SO2，或者包含其量少于50ppm的SO2，所述量基于含有CO2和NOx的回收物流的总质量。
实施方式7：如任何先前或后续实施方式所述的方法：其中通过在第一直接接触冷却塔上游添加NOx来调节含有CO2、SOx和NOx的产物物流中的NOx的浓度。
实施方式8：如任何先前或后续实施方式所述的方法：其中通过在位于第一直接接触冷却塔上游的燃烧器中将氮源与燃料和氧化剂结合而在第一直接接触冷却塔的上游添加NOx。
实施方式9：如任何先前或后续实施方式所述的方法：其中在第一直接接触冷却塔上游将NOx直接添加到含有CO2、SOx和NOx的产物物流中。
实施方式10：如任何先前或后续实施方式所述的方法：其中在第一直接接触冷却塔上游被直接添加到含有CO2、SOx和NOx的产物物流中的NOx由氨生成。
实施方式11：如任何先前或后续实施方式所述的方法：其中通过增加或减少来自第一再循环泵的排放流量来调节含有CO2、SOx和NOx的产物物流中的NOx浓度，所述第一再循环泵被设置为接收来自第一直接接触冷却塔接收液体产物物流并将液体产物物流再循环到第一直接接触冷却塔中。
实施方式12：如任何先前或后续实施方式所述的方法：其中将含有CO2和NOx的回收物流的至少一部分NOx引导回到发电循环中。
实施方式13：如任何先前或后续实施方式所述的方法：其中将含有CO2和NOx的回收物流分成再循环工作流体物流和净CO2产物物流，其中所述再循环工作流体物流被引导回发电循环。
实施方式14：如任何先前或后续实施方式所述的方法：还包括：将含有CO2和NOx的回收物流的至少一部分导入第二直接接触冷却塔；使含有CO2和NOx的回收物流在第二直接接触冷却塔中与第二逆流循环含水液体物流接触；经由NO2和水之间的反应从第二直接接触冷却塔中的含有CO2和NOx的回收物流中去除至少一部分NO2；和从第二直接接触冷却塔中排出含有CO2的物流。
实施方式15：如任何先前或后续实施方式所述的方法：其中第二逆流循环含水液体物流包含HNO3。
实施方式16：如任何先前或后续实施方式所述的方法：还包括在将含有CO2和NOx的回收物流引导到第二直接接触冷却塔中之前，将O2添加到含有CO2和NOx的回收物流中。
实施方式17：如任何先前或后续实施方式所述的方法：其中在将含有CO2和NOx的回收物流的至少一部分引导到第二直接接触冷却塔中之前，使用发电循环中的压缩机压缩含有CO2和NOx的回收物流。
实施方式18：如任何先前或后续实施方式所述的方法：其中含有CO2和NOx的回收物流被分成再循环部分和净生产部分，其中所述再循环部分被引导回到发电循环，所述净生产部分被引导至第二直接接触冷却塔。
实施方式19：一种从动力循环产物物流中去除酸性气体的系统，包括：传输元件，其被设置为传输来自动力循环的组件的含有CO2、SOx和NOx的动力循环产物物流；第一直接接触冷却塔，其被设置为在反应条件下接收来自动力循环的组件的含有CO2、SOx和NOx的动力循环产物物流，使得从其中去除至少一部分SO2并且从第一直接接触冷却塔输出含有CO2和NOx的回收物流；第一再循环泵，其与第一直接接触冷却塔流体连通，并被设置为接收来自第一直接接触冷却塔的液体物流和将该液体物流的至少一部分再循环至第一直接接触冷却塔；和传输元件，其被设置为将含有CO2和NOx的回收物流的至少一部分传输到动力循环的组件。
实施方式20：如任何前述或后续实施方式所述的系统：还包括：第二直接接触冷却塔，其被设置为在反应条件下接收来自第一直接接触冷却塔的含有CO2和NOx的回收物流的至少一部分，使得从其中去除含有CO2和NOx的回收物流的至少一部分NO2并且从第二直接接触冷却塔输出含有CO2的物流；和第二再循环泵，其与第二直接接触冷却塔流体连通，并被设置为接收来自第二直接接触冷却塔的液体物流并且将该液体物流的至少一部分再循环至第二直接接触冷却塔。
实施方式21：如任何前述或后续实施方式所述的系统：还包括位于第二直接接触冷却塔上游和第一直接接触冷却塔下游的O2输入。
实施方式20：如任何前述或后续实施方式所述的系统：还包括位于第二直接接触冷却塔上游和第一直接接触冷却塔下游的压缩机。
通过阅读以下详细描述以及下面简要描述的附图，本公开的这些和其它特征、方面和优点将变得显而易见。本发明包括上述实施方式中的两个、三个、四个或更多个的任何组合，以及本公开中阐述的任何两个、三个、四个或更多个特征或元素的组合，而不管这些特征或元素是否明确地结合在本文的具体实施方式描述中。本公开旨在从整体上阅读，使得公开的发明的任何可分离特征或元素在其多个方面和实施方式中的任何一个中应被视为可组合，除非上下文另有明确说明。
附图说明
由此已经以前述一般性术语描述了本公开，现在将参考附图，附图不一定按比例绘制，并且其中：
图1A示出了根据本公开一个方面的发电系统的示意性流程图，该发电系统包括与高压再循环流体组合的串联的高效燃烧器和涡轮机，其被设置为从系统中去除酸性气体污染物；
图1B示出了根据本公开一个方面的发电系统的示意性流程图，该发电系统包括与高压再循环流体组合的串联的高效燃烧器和涡轮机，其被设置为从系统中去除酸性气体污染物；
图2示出了根据本公开一个方面的相对于第一直接接触反应器传质塔入口处的升高的NO浓度水平的分别在第一和第二直接接触反应器传质塔中的SOx和NOx的去除时间的图表；和
图3示出了根据本公开一个方面的相对于第二直接接触反应器传质塔中的期望的NO出口浓度的在完全去除SOx后的NOx去除的停留时间的图表。
具体实施方式
现在将在下文中参考其示例性方面更全面地描述本公开。这些示例性方面被描述为使得本公开将是彻底和完整的，并且将本公开的范围充分地传达给本领域技术人员。实际上，本公开可以以许多不同的形式表达，并且不应被解释为限于本文阐述的方面；相反，提供这些方面是为了使本公开满足适用的法律要求。如在说明书和所附权利要求中所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一/一种/一个(a,an)”和“所述/该(the)”包括复数指示物。
本公开涉及一种发电系统，其被设置为从该发电系统去除污染物。如图1A和1B所示，用于从发电系统18、19去除特定酸性气体的系统50可被设置为从发电系统18、19去除特定的酸性气体污染物(例如，SOx、NOx等)。在图1A和1B中，框19示出了发电系统的通用组件，在一个方面其可包括燃烧器、涡轮机和热交换器。类似地，框18示出了发电系统的其它通用组件，诸如，例如，压缩机和/或泵。发电系统18、19可使用燃料气体，诸如，例如，烃类气体。在一些方面中，所使用的燃料可被认为是如下的未处理或最低程度处理的酸性或未脱硫气体：除了硫、氮和/或其它源于燃料的杂质之外，其还含有甲烷和长链烃分子，所述源于燃料的杂质可包括硫化氢(H2S)、羰基硫(COS)、二硫化碳(CS2)、氨(NH3)、氰化氢(HCN)和/或汞(Hg)，所有这些都是还原形式。在一些方面，发电系统18、19可利用主要包括一氧化碳和氢气以及杂质的燃料气体，所述杂质可包括硫化氢(H2S)、羰基硫(COS)、二硫化碳(CS2)、氨(NH3)、氰化氢(HCN)和/或汞(Hg)，所有这些都是还原形式。
燃料气体可通过任何已知的方法生产。作为仅用于说明目的的实例，燃料气体可在诸如GE-Texaco水淬气化器的氧基煤气化器中生产，其中完全去除灰分，然后通过到动力循环的热传递来冷却燃料气体，去除冷凝水并将燃料气体压缩到例如大约320巴的压力。
燃料气体(不论其是如上所述形成或者是如上所述的未处理或最低限度处理的酸性或非脱硫的气体)在发电系统的燃烧器中以包含氧化剂的物流的形式燃烧，所述氧化剂优选为O2和CO2的组合(在一些实施方式中，为约25mol％O2和75mol％CO2的混合物)。这导致包括CO2、H2O和O2的燃烧产物。优选地，燃烧产物物流包含2mol％过量的O2。将相对大量的回收CO2(例如，在约300巴的压力和约720℃的温度下)与燃烧产物(例如在燃烧器中)混合以产生组合的燃烧产物物流(例如，在约1150℃的温度和约300巴的压力下)。当燃烧产物物流经过发电系统涡轮机时，其压力降低(例如，降至约30巴，排放温度约750℃)。随后将该物流在回热式热交换器中相对于加热回收CO2物流进行冷却。应理解的是，上述内容提供了一组示例性的工艺条件，并且可根据需要调节温度、压力等。
物流4在大幅降低的温度(例如约65℃)和压力(例如约29巴)下离开框19中的回热式热交换器的冷端。此时，物流的组成主要是CO2和一定量的水(H2O)，其基本处于液相(例如约85质量％)，还有一些量保持处于气相。另外，物流4包含硫和氮的氧化化合物(SOx和NOx)以及源自燃料气体中杂质氧化的其它痕量组分，诸如汞(Hg)。
离开框19的燃烧产物物流可包含一定量的NOx或者其可基本不含NOx。如在本文中进一步描述的，希望控制物流4中的NOx含量，使得NOx含量足够高以与SOx反应。在多个实施方式中，进入第一直接接触反应器传质塔30(如下所述)的燃烧产物物流(例如物流4)可特别地包含CO2、SOx和NOx。应理解，术语SOx表示任何硫氧化物的存在并且不限于特定的硫氧化物，除非另外特别指明(诸如，提及特别包括SO2的含SOx的物流)。含有SOx的物流可含有单个硫氧化物物种或多个硫氧化物物种的混合物。同样应理解，术语NOx表示任何氮氧化物的存在并且不限于特定的氮氧化物，除非另外特别指明(诸如，提及特别包括NO2的含NOx的物流)。含有NOx的物流可含有单个氮氧化物物种或多个氮氧化物物种的混合物。提及酸性气体去除可特别指示去除SOx和NOx中的一种或两种。
如图1A和1B所示，具有酸性气体污染物去除系统50的发电系统18、19可包括两个直接接触反应器传质塔。第一传质塔30可被设置为从净CO2产物物流中去除H2SO4形式的SO2，而第二传质塔40可被设置为从主要再循环流之外的净CO2产物物流中去除HNO3形式的NO和/或NO2。在一些方面，第二传质塔40可被设置为在高压再循环流体被引入到发电系统的压缩机元件18之前从净CO2产物物流中去除HNO3形式的NO和/或NO2，如图1A所示。在另一方面，如图1B所示，第二传质塔40可被设置为在将高压再循环流体引入发电系统的压缩机元件18之后从净CO2产物物流中去除HNO3形式的NO和/或NO2。包括NOx气相催化剂的用于这种传质的必要组分存在于进入第一传质塔30的工艺流体物流4中，在第一传质塔30中SO2作为H2SO4去除。根据某些方面，这些组分包括SO2、NO、NO2、O2和H2O。
根据一个方面，物流4进入第一传质塔30的底部，所述第一传质塔30可以是多级直接接触逆流液/汽接触塔并且可包括内部接触装置，诸如塔板、规整填料、随机倾倒填料和/或类似物。第一传质塔30具有底部出口管6，该底部出口管6供应净液体产物物流7或经由入口管线8供应第一循环泵31。第一循环泵排放管线9进入第一水冷却热交换器22，该第一水冷却热交换器22将冷却的液体物流10排出到第一传质塔30的顶部。
在一些方面，第一传质塔30将入口富CO2物流4相对于逆流下落通过内部接触介质的冷却再循环流体流动物流10从约65℃的示例性温度冷却至大致接近环境温度。特别地，将CO2冷却至接近冷却水温度的最低温度。根据一个示例性方面，CO2被冷却至约16℃，而冷却水接近约13℃的温度。当入口CO2物流向上流动通过接触介质时，物流冷却至接近环境温度，水进一步冷凝，并且发生污染物去除反应。这些污染物去除反应首先在气相中通过使用入口富CO2物流4中剩余的过量O2将NO氧化成NO2进行。随后，SO2被NO2氧化形成SO3和NO。第三，SO3与水(H2O)反应在液相中形成H2SO4，由此去除SO2。NO在此过程中作为气相催化剂。所涉及的污染物去除反应在下面的方程中详述：
NO+1/2O2＝NO2 方程G
NO2＝N2O4 方程H
2NO2+H2O＝HNO2+HNO3 方程I
3HNO2＝HNO3+2NO+SO3 方程J
NO2+SO2＝NO+SO3 方程K
SO3+H2O＝H2SO4 方程L
这些反应被很好地理解为用于硫酸生产的铅室法的机理。另外，反应可描述如下：方程G是动力学控制的气相反应；方程H是快速动力学平衡控制的气相反应；方程I是动力学控制的液相反应；方程J是快速动力学平衡控制的液相反应；方程K是快速动力学平衡控制的气相反应；和方程L是在水相中的溶解，其可被设计为在接触器内成为足够快的过程。
在约29巴的升高压力下，在过量液态水和约0.58巴的O2分压存在下，并且在物流4中存在约100至约2000ppm的SO2和约20至约2000ppm的NOx的情况下，这些反应自发迅速进行。此外，将系统控制位确保离开第一传质塔30顶部的物流11中的SO2浓度低于约50ppm，而净产物液体物流7中HNO2和HNO3的浓度低于约1％。
在一个方面，这些浓度通过控制物流4中的NOx入口浓度和/或通过控制来自第一循环泵31的排出流9来获得，这提供了液体与蒸汽之比，并由此提供了待调节的第一传质塔30的分离效率。在另一方面，可对入口富CO2物流4中的NOx浓度进行调节，同时来自第一循环泵31的排出流9保持恒定，从而确保离开第一传质塔30顶部的物流11中的SO2浓度和/或净产物液体物流7中HNO2和HNO3的浓度是合适的浓度。
根据一些方面，如图1A所示，离开第一传质塔30顶部的排放CO2产物物流11可被分开。例如，如图1A所示，大部分CO2产物物流11被转为回收的再循环液体物流1A，其进入发电系统19的压缩和泵送元件18，同时净产物物流2A进入第二传质塔40。根据另一方面，如图1B所示，离开第一传质塔30顶部的全部排放CO2产物物流11可作为回收的回收流体物流1B供给到发电系统的压缩和泵送元件18。在回收的再循环流体物流通过发电系统的至少一个压缩和/或泵送元件18之后，高压再循环工作流体3可被分开，使得净产物物流2B在通过发电系统的至少一个压缩元件18之后进入第二传质塔40。第二传质塔40的设计为导致形成硝酸的一系列反应提供足够的接触时间和分离效率。第二传质塔40可包括底部出口液体物流12，其可被分成硝酸产物物流13和硝酸回收物流14。所述硝酸流理解为具有不同硝酸含量的含水流。在一个方面，硝酸回收物流14流通过第二循环泵41。来自第二循环泵41的排出流15被供给到水冷和/或环境空气冷却的热交换器23中，其产生进入第二传质塔40的冷却的入口稀硝酸物流16。
在一些方面，第二传质塔40包括在冷却的稀硝酸物流16的入口点上方的第二接触区段。位于冷却的稀硝酸物流16的入口点上方的第二接触区段可用纯水入口物流24冲洗。在一个方面中，可调节纯水入口物流24的流速以在硝酸产物物流13中获得期望的HNO3浓度。所述流速还可用于有效地去除在最终CO2净产品物流17中携带的酸。最终CO2净产物物流17将基本不含酸颗粒，并且将具有低的SO2和NOx特定浓度。
在一个方面，可通过第一直接接触反应器传质塔30产生足够的气液接触实现该组传质反应，从而允许在气相中形成的SO3快速且有效地转化为液相中的H2SO4。
第一传质塔30可以是包括具有气体和液体的逆流布置的规整和/或无规填料和/或蒸馏塔盘的塔。另外，第一传质塔30可包括用于接收入口富CO2物流4的底部入口和用于接收冷却的回收稀酸物流的顶部入口。用于第一传质塔30的这种布置可提供闭环冷却流体，其通过间接热交换器22再循环。在一些方面中，第一传质塔30中去除的热可被传递到环境温度冷却装置，诸如冷却水循环系统，其可包括冷却塔和/或强制对流风扇空气冷却器。
另外，第一传质塔30可包括置于接触区段上方的高效除雾器。所述除雾器可被设置为从排放CO2产物物流11中去除夹带的稀H2SO4，以保护下游压缩设备免受腐蚀；包含H2SO4的溶液有形成麻烦的雾的倾向。或者，可安装额外的接触介质区段并用纯水物流冲洗以稀释酸颗粒和/或去除酸颗粒的携带。额外的接触介质区段可提供气液接触的优化，这可促进产生硫酸的传质反应，可限制对额外冷却介质的需求，并且可在经由发电系统中的回热式热交换器从排出物流回收高品位的热之后从再循环物流冷凝剩余的源自燃烧的H2O。气液接触的优化、限制对额外冷却介质的需要和/或冷凝剩余的源自燃烧的H2O理想地在合理的塔尺寸和停留时间内发生。
根据一些方面，发电系统19的燃烧室内的条件通过以下提供用于NO的少量生产：将氮气、燃料中的含氮组分和/或源自通过系统密封件的空气进口的氮气与过量的氧在约1500℃至约2500℃的典型燃烧温度，约100巴至约500巴的典型燃烧压力下结合，并且过量O2在燃烧并与回收的高压CO2混合后可具有在约0mol％至约5mol％的O2范围内的组成。在一个方面，由于热NO形成机理可能主导NO的产生，所以通常可能需要较高的火焰温度。由于NO浓度的增加有助于和促进第一传质塔30中SO2到H2SO4的去除反应以足够的速率进行，保持这种NO量是理想的。从燃烧器产生的NO的保持可通过诸如以下的设计依据来实现：例如通过在半闭环系统内积累NO和/或通过最小化气态NO2(由NO和O2的反应形成)到液态HNO3的转化。NO在半闭环系统中的积累可由发电系统18、19的固有设计提供，并且最小化气态NO2到液态HNO3的转化可通过匹配第一质量塔30的塔停留时间来选择性地去除SO2实现，如本文所述。
在一个方面中，可经由如下方式来保持高的NO浓度：仔细设计第一传质塔30内的直接接触装置，以便具有使NO2向HNO2和/或HNO3的转化最小化的停留时间。特别是，已观察到当SO2存在于冷却的涡轮机排气中，通过用O2氧化NO形成的NO2通过与SO2反应立即被转化回NO。NO2回到NO的立即转化由此保持了气相催化剂的高浓度。在这方面，一旦通过将SO2转化成液相的H2SO4而从气相中永久去除相当大量的SO2，就会发生随后的一系列反应，其中NO2溶解于水形成HNO2和HNO3。另外，一个理想的方面提供了第一传质塔30中的条件以通过第一传质塔30中的第二反应序列将较少量的NO转化成HNO2和/或HNO3。例如，第一传质塔30中的条件可提供离开第一传质塔的富CO2排放物流11，其中少于30质量％的NOx被转化为HNO2和/或HNO3。在一些方面，在高压再循环工作流体离开第一传质塔之前，大约少于5％的NOx转化为HNO2和/或HNO3。将更大量的NO转化成HNO2和/或HNO3将降低离开发电系统19的涡轮机并进入第一传质塔30的入口富CO2物流4中的NO浓度，从而降低SO2到H2SO4的转化率。此外，任何转化的HNO2和/或HNO3在硫酸液体物流7中离开第一传质塔30并且随后可被中和。实际的NOx转化量基于确切的工艺需求是可调的。
SO2在第一传质塔30中的分离去除还可在第一传质塔30的再循环流体中积聚硫酸(和/或痕量HNO3)。在一个方面，在硫酸液体物流中可能存在小量HNO3浓度，但浓度量可控制到最小。HNO3与来源于煤的汞的反应主要发生在第二传质塔40中，形成硝酸汞。混合的H2SO4+HNO2+HNO3也可将其它低浓度杂质转化为可溶性盐，后者可在液态酸相中去除。另外地或可替代地，在第一传质塔30内产生的剩余硫酸可与碎石灰石浆料和/或任何其它合适的碱性化合物/水反应，以将H2SO4转化成硫酸钙。转化的硫酸钙可作为固体去除并且在商业上使用和/或弃置。另外，在该步骤期间可能释放CO2，产生纯净的产物，其可与净动力循环CO2物流1结合和/或转为流向输送管线21的共同或分离的系统排气物流17。
在一些方面，本工艺内产生的NO可能不足以催化SO2从工艺气体中的充分去除。根据一个方面，可将基本包含NO的NO添加物流5引入发电系统5。在一些方面，NO可例如通过在NO生产单元20中在催化剂下用包含氧和/或二氧化碳的混合物来氧化氨(NH3)而产生。向发电系统18、19添加纯N2可能是不希望的，因为这种添加可能导致对系统动力学的剧烈影响。例如，添加纯N2可以改变重要的工作流体性质，诸如流体的可压缩性。通过经由NO添加物流5添加NO来控制第一传质塔30的入口NO浓度，可控制从工艺气体中去除SO2所需的时间落入期望的塔停留时间内。这种控制机理的核心是，直到基本所有SO2都被去除之后才能消耗NO。如此，可通过仔细控制入口NO浓度来调节和/或设计第一反应器传质塔30，以去除几乎所有的SO2(例如99.99％)而不显著去除NO。具体的NO浓度可通过入口SO2浓度以及SO2去除的设计停留时间来确定。例如，根据一个方面，第一传质塔30入口处的NO浓度可约为152ppm，并且第一传质塔30入口处的SO2浓度可以约为1318ppm。在一些方面，第一传质塔30和/或第二传质塔40中的回流比可通过控制第一和/或第二循环泵31、41中的流速来控制。在一些方面，发电系统的一项设计依据可包括塔停留时间，其可被优化使得当SO2去除完成并且气相与液相分离时，可不发生NO向HNO2和/或HNO3的转化。
在包括再循环工艺流体的一个示例性发电系统18、19中，通过调节和/或设置塔停留时间和第一传质塔30入口处的物质浓度，可在工艺物流内保留一定量的NO使得在第一传质塔30内实现期望的SO2去除效率，同时允许NO保留在第一传质塔30出口处的排放CO2产物物流11中。根据一个示例性方面，第一塔停留时间约30秒，且第一塔出口处的NO浓度约为155ppm。在这方面，发生积聚效应，其在回收流体物流1内产生升高的NO浓度，由此可减少NO生产单元20所需用以维持第一直接接触反应器传质塔30中相同的SO2去除速率的NO加入量。这种积聚效应在其中燃烧导致SO2浓度升高的系统中具有特别的影响，从而允许通过提高系统内的NO浓度而显著降低去除时间。
在一些方面，在发电系统5的第一直接接触反应器传质塔30中的冷却和SO2去除之后，排放CO2产物物流11可被拆分为两个物流并被压缩至约100巴至约500巴范围内的压力。次要物流(minor stream)稀释氧物流，形成用于燃烧器中的氧化剂混合物，同时主要流(major stream)在发电系统19的回热式热交换器中被加热至约500℃至约800℃范围内的温度并与燃烧器产物气体混合形成涡轮机入口物流。在这些条件下，由于NO转化成N2和O2和/或通过N2和O2之间的反应形成NO，实际上不会发生NO的破坏。进入第一传质塔30的再生冷却入口富CO2物流4中的NO的量和浓度可高于离开第一传质塔30并进入回收流体物流1的浓度和量，因为在第一传质塔30中形成了少量HNO3，并且存在于净CO2产物物流2中的NOx进入第二传质塔40。
另外，第一和第二传质塔30、40的设计理想地将为以下：使得气体停留时间将导致对于在最大输出到最小衰减(turndown)的整个操作范围上操作的发电系统18、19的合理反应条件。例如，在最大衰减(例如50％涡轮机流量)下，塔停留时间加倍，这可能导致明显更多的NO损失。然而，增加的反应时间可提供用于入口气体中更低的NO浓度，这仍然可允许理想的SO2去除。这种NO浓度可经由在本文中讨论的方式添加和积累来补充。
根据一个示例性方面，第二传质塔40可小于第一传质塔30，并且可插入到发电系统18、19的净CO2产物物流中。另外，较小的第二传质塔40可采用与第一传质塔30相似的反应和/或设计依据，使得较小的第二传质塔40也被设置为去除SO2。较小的第二直接接触反应器传质塔40可随后将NO浓度改变为期望的下游NO浓度，并且可另外或替代地在该过程期间产生HNO2和HNO3。在压缩步骤或一系列压缩步骤之后，塔可在与第一直接接触反应器相似的压力下或在显著升高的压力下操作。根据另一个方面，第二传质塔40可在与第一传质塔30的温度相似的温度下操作，或者与第一传质塔相比在显著升高的温度下操作，并且可取决于最终CO2净产品流17的要求。
第一和第二传质塔30、40的设计可能受到SO2和NO的去除速率特性的影响。例如，随着第一传质塔30中停留时间、压力和NO浓度的增加，SO2去除加快到大约100％的去除速率。因此，可能需要高入口NO浓度来提高SO2去除速率。例如，图2示出了在给定固定停留时间的情况下在第一传质塔30中去除SO2的去除时间随着NO浓度增加而减少的图表。图3示出了一旦SO2已被基本去除，对于期望的出口浓度极限的NO去除时间渐近地接近固定的所需去除时间。这表明，即使在高水平的NO积聚下，在第二传质塔40上将NO去除到期望极限所需的额外时间最终接近渐近时间，而第一传质塔30中的SO2去除时间总是随着过量的NO的加入而减少。这意味着在第一传质塔30中增加NO以增加SO2的去除速率可在第二传质塔40中得以维持，这可被调整和/或设计成渐近去除时间加上相关的安全系数。在一些方面，通过向塔中添加额外的氧可以进一步加速第二接触器中NOx的去除。
在其它方面，可通过在进入第二塔之前将物流2A和/或2B压缩至高于第一塔30的压力来加速第二塔40中的NOx的去除。这将加速如方程G所示的NO到NO2的转化，使得去除反应更快地完成。该压缩机的准确排放压力可被调整以便在第二塔40中实施所需的去除。这样的实施方式在图1A中示出，其中压缩机62存在于框18和第二塔40之间的管线2A中。压缩机可以是可选的。或者，关于图1B，包含CO2和NOx的回收物流的全部内容物可在框18中输入到发电系统，在那里它可以经受压缩。因此，物流2B可在任何压力下直接从框18取出以输送到第二塔40。
在一些实施方式中，可能需要在进入第二塔40之前向物流中添加额外的氧。在图1B中，氧源60被定位成在进入第二塔40之前经由管线61a将氧供应到物流2B。应理解，用于添加氧的这些元件同样适用于将氧添加到图1A中的管线2A。氧源可以是可选的。在其它方面，可加入氧并使用再压缩以进一步加速NOx的去除。
本公开进一步通过以下实施例进行说明，所述实施例被阐述以说明本公开的某些方面，并且不被解释为对其进行限制。
实施例1
对利用含碳燃料的氧-燃烧来为完全回收的、跨临界的二氧化碳布雷顿动力循环提供动力的发电系统进行了评估。这种布置在多个方面固有地在封存和/或管线完备压力下捕获CO2。在燃烧燃料中硫和氮浓度低的方面，可使用最少的后处理步骤来捕获CO2。因此，从循环中释放的CO2可以期望的摩尔纯度排放到CO2管线中，几乎不需要额外的后处理。然而，当燃料含有较高浓度的硫和氮时，和/或当系统的空气进入量相对较高时，燃烧温度和设备热端的高温会氧化燃料以及任何其它可氧化化合物，并且可能产生必须被去除的酸性气体，诸如NOx和/或SOx，以保护工艺设备和满足规定的CO2管线纯度水平。
在一个示例中，系统50以本文所述的方式被设置为具有第一和第二传质塔。第一传质塔被加入回收流体物流中，并且处理和选择性地从回收流体中去除SO2。在第一传质塔的入口处，将NO经由任何合适的过程以稳定流速注入到回收流体物流中，并且被调整以便控制在第一传质塔所提供的给定停留时间内的SO2的完全去除。在一个示例性实施方式中，NO注入速率为约46.67lb/hr并且利用催化剂下的氨氧化。在第一传质塔内，在大约30巴的压力和大约60℉至大约200℉的温度下，SO2被去除，并且大部分NO被允许与工作流体一起离开，并因此在工艺中再循环从而导致全系统范围的NO浓度升高。这种NO浓度升高意味着在第一传质塔内加速SO2的去除。
第二传质塔在发电系统的出口处在大约30巴的压力和大约环境温度下运行。特别地，第二传质塔将工作流体中的残余NO去除到期望的浓度，诸如大约20ppm。实施例系统的计算机模拟已经完成，并且结果和相关输入诸如停留时间和NO和SO2的入口和出口浓度如下表1所示。以下表1中显示的结果和相关输入旨在用于示例性目的，而不旨在限制本公开的范围。本文公开的结果不意图被解释为具体预期，而仅仅是近似结果的指示(即离开第二传质塔的SOx(摩尔分数)的量，1.39E-20，表明基本为零的SOx离开第二传质塔)。
表1-发电系统中第一和第二直接接触反应器传质塔的特性
尽管增加NO向再循环工艺气体物流中的注入速率将减少用以实现总SO2去除的第一直接接触反应器传质塔中所需的停留时间，但是存在泵送负荷、NO添加、中和的可变成本和塔尺寸的建设成本之间的平衡，这将最终确定最佳SO2去除速度和成本所需的停留时间。
对于本发明所属领域的技术人员而言，本发明的许多修改和其它实施方式将受益于前述说明和相关附图中呈现的教导。因此，应理解的是，本发明不限于所公开的特定实施方式，并且修改和其它实施方式旨在被包括在所附权利要求的范围内。尽管在此使用了特定的术语，但它们仅用于一般性和描述性的意义，而不是为了限制的目的。

Claims (22)

1.一种从动力循环产物物流中去除酸性气体的方法，所述方法包括：
执行发电循环；
将来自发电循环的含有CO2、SOx和NOx的产物物流导入第一直接接触冷却塔；
使含有CO2、SOx和NOx的产物物流在第一直接接触冷却塔中与第一逆流循环含水液体物流接触；
经由在含水液体物流存在下产物物流中的SO2和NO2之间的反应，去除第一直接接触冷却塔中的产物物流中存在的至少一部分SO2；
从第一直接接触冷却塔中排出含有CO2和NOx的回收物流；和
将含有CO2和NOx的回收物流的至少一部分输送回发电循环。
2.根据权利要求1所述的方法，其中第一逆流循环含水液体物流包含H2SO4。
3.根据权利要求1所述的方法，其中基于含有CO2、SOx和NOx的产物物流的总质量，含有CO2、SOx和NOx的产物物流包含至少10ppm的NOx。
4.根据权利要求1所述的方法，其中含有CO2、SOx和NOx的产物物流中的NOx浓度被控制在如下范围内：使得含有CO2、SOx和NOx的产物物流中少于50质量％的NOx在第一直接接触冷却塔中被转化为HNO3。
5.根据权利要求1所述的方法，其中从第一直接接触冷却塔中排出的含有CO2和NOx的回收物流包括被引入到第一直接接触冷却塔中的含有CO2、SOx和NOx的产物物流中所存在的NOx的至少90质量％。
6.根据权利要求1所述的方法，其中从第一直接接触冷却塔中排出的含有CO2和NOx的回收物流基本不含SO2，或者包含其量少于50ppm的SO2，所述量基于含有CO2和NOx的回收物流的总质量。
7.根据权利要求1所述的方法，其中通过在第一直接接触冷却塔上游添加NOx来调节含有CO2、SOx和NOx的产物物流中的NOx的浓度。
8.根据权利要求7所述的方法，其中通过在位于第一直接接触冷却塔上游的燃烧器中将氮源与燃料和氧化剂结合而在第一直接接触冷却塔的上游添加NOx。
9.根据权利要求7所述的方法，其中在第一直接接触冷却塔上游将NOx直接添加到含有CO2、SOx和NOx的产物物流中。
10.根据权利要求9所述的方法，其中在第一直接接触冷却塔上游被直接添加到含有CO2、SOx和NOx的产物物流中的NOx由氨生成。
11.根据权利要求1所述的方法，其中通过增加或减少来自第一再循环泵的排放流量来调节含有CO2、SOx和NOx的产物物流中的NOx浓度，所述第一再循环泵被设置为接收来自第一直接接触冷却塔接收液体产物物流并将液体产物物流再循环到第一直接接触冷却塔中。
12.根据权利要求1所述的方法，其中将含有CO2和NOx的回收物流的至少一部分NOx引导回到发电循环中。
13.根据权利要求1所述的方法，其中将含有CO2和NOx的回收物流分成再循环工作流体物流和净CO2产物物流，其中所述再循环工作流体物流被引导回发电循环。
14.根据权利要求1所述的方法，还包括：
将含有CO2和NOx的回收物流的至少一部分导入第二直接接触冷却塔；
使含有CO2和NOx的回收物流在第二直接接触冷却塔中与第二逆流循环含水液体物流接触；
经由NO2和水之间的反应从第二直接接触冷却塔中的含有CO2和NOx的回收物流中去除至少一部分NO2；和
从第二直接接触冷却塔中排出含有CO2的物流。
15.根据权利要求14所述的方法，其中第二逆流循环含水液体物流包含HNO3。
16.根据权利要求14所述的方法，还包括在将含有CO2和NOx的回收物流引导到第二直接接触冷却塔中之前，将O2添加到含有CO2和NOx的回收物流中。
17.根据权利要求14所述的方法，其中在将含有CO2和NOx的回收物流的至少一部分引导到第二直接接触冷却塔中之前，使用发电循环中的压缩机压缩含有CO2和NOx的回收物流。
18.根据权利要求14所述的方法，其中含有CO2和NOx的回收物流被分成再循环部分和净生产部分，其中所述再循环部分被引导回到发电循环，所述净生产部分被引导至第二直接接触冷却塔。
19.一种从动力循环产物物流中去除酸性气体的系统，包括：
传输元件，其被设置为传输来自动力循环的组件的含有CO2、SOx和NOx的动力循环产物物流；
第一直接接触冷却塔，其被设置为在反应条件下接收来自动力循环的组件的含有CO2、SOx和NOx的动力循环产物物流，使得从其中去除至少一部分SO2并且从第一直接接触冷却塔输出含有CO2和NOx的回收物流；
第一再循环泵，其与第一直接接触冷却塔流体连通，并被设置为接收来自第一直接接触冷却塔的液体物流和将该液体物流的至少一部分再循环至第一直接接触冷却塔；和
传输元件，其被设置为将含有CO2和NOx的回收物流的至少一部分传输到动力循环的组件。
20.根据权利要求19所述的系统，还包括：
第二直接接触冷却塔，其被设置为在反应条件下接收来自第一直接接触冷却塔的含有CO2和NOx的回收物流的至少一部分，使得从其中去除含有CO2和NOx的回收物流的至少一部分NO2并且从第二直接接触冷却塔输出含有CO2的物流；和
第二再循环泵，其与第二直接接触冷却塔流体连通，并被设置为接收来自第二直接接触冷却塔的液体物流并且将该液体物流的至少一部分再循环至第二直接接触冷却塔。
21.根据权利要求19所述的系统，还包括位于第二直接接触冷却塔上游和第一直接接触冷却塔下游的O2输入。
22.根据权利要求19所述的系统，还包括位于第二直接接触冷却塔上游和第一直接接触冷却塔下游的压缩机。
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ZA (1) ZA201803108B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102959202B (zh) * 2010-07-02 2016-08-03 埃克森美孚上游研究公司 集成系统、发电的方法和联合循环发电系统
KR102091171B1 (ko) * 2018-08-08 2020-03-20 한국생산기술연구원 황산화물 및 질소산화물의 동시 저감이 가능한 가압 하이브리드 응축기
CN109442457A (zh) * 2018-10-17 2019-03-08 单春艳 一种工业用锅炉节能减排装置
US11193421B2 (en) 2019-06-07 2021-12-07 Saudi Arabian Oil Company Cold recycle process for gas turbine inlet air cooling
JP2022546399A (ja) 2019-08-26 2022-11-04 ８ リバーズ キャピタル，エルエルシー オキシ燃料燃焼プロセスにおける火炎制御

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101336353A (zh) * 2005-11-28 2008-12-31 电源开发株式会社 燃烧装置的废气处理方法和装置
CN101837233A (zh) * 2010-05-11 2010-09-22 华北电力大学（保定） 在富氧燃烧锅炉烟气co2捕集中回收so2与no的系统
WO2011140054A2 (en) * 2010-05-03 2011-11-10 Massachusetts Institute Of Technology Carbon dioxide purification
US8580206B2 (en) * 2005-11-28 2013-11-12 Air Products And Chemicals, Inc. Purification of carbon dioxide
US8596075B2 (en) * 2009-02-26 2013-12-03 Palmer Labs, Llc System and method for high efficiency power generation using a carbon dioxide circulating working fluid
CN103534198A (zh) * 2011-03-22 2014-01-22 瓦斯技术研究所 用于从含硫气态流中除去硫的方法和系统

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2001263103A1 (en) * 2000-05-12 2001-11-26 Francis Alix Process for scrubbing flue gas using acids
KR101648054B1 (ko) 2009-02-26 2016-08-12 팔머 랩스, 엘엘씨 고온 및 고압에서 연료를 연소하는 장치 및 방법, 이에 관련된 시스템 및 장비
US8986002B2 (en) 2009-02-26 2015-03-24 8 Rivers Capital, Llc Apparatus for combusting a fuel at high pressure and high temperature, and associated system
US9068743B2 (en) 2009-02-26 2015-06-30 8 Rivers Capital, LLC & Palmer Labs, LLC Apparatus for combusting a fuel at high pressure and high temperature, and associated system
US8425849B2 (en) * 2009-10-19 2013-04-23 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Reclaiming apparatus
US8025860B1 (en) * 2010-07-08 2011-09-27 Air Products And Chemicals, Inc. Removal of acid mists
US8197778B2 (en) * 2010-07-08 2012-06-12 Air Products And Chemicals, Inc. Handling of acids from compressed oxyfuel-derived CO2
US8869889B2 (en) 2010-09-21 2014-10-28 Palmer Labs, Llc Method of using carbon dioxide in recovery of formation deposits
BR112014019522B1 (pt) 2012-02-11 2020-04-07 8 Rivers Capital Llc processo para produção de energia, e sistema para oxidação parcial (pox) e sistema para produção de energia (pps) combinados
JP2016000381A (ja) * 2014-06-11 2016-01-07 三菱日立パワーシステムズ株式会社 酸性ガス処理方法および酸性ガス処理装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101336353A (zh) * 2005-11-28 2008-12-31 电源开发株式会社 燃烧装置的废气处理方法和装置
US8580206B2 (en) * 2005-11-28 2013-11-12 Air Products And Chemicals, Inc. Purification of carbon dioxide
US8596075B2 (en) * 2009-02-26 2013-12-03 Palmer Labs, Llc System and method for high efficiency power generation using a carbon dioxide circulating working fluid
WO2011140054A2 (en) * 2010-05-03 2011-11-10 Massachusetts Institute Of Technology Carbon dioxide purification
CN101837233A (zh) * 2010-05-11 2010-09-22 华北电力大学（保定） 在富氧燃烧锅炉烟气co2捕集中回收so2与no的系统
CN103534198A (zh) * 2011-03-22 2014-01-22 瓦斯技术研究所 用于从含硫气态流中除去硫的方法和系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LAURA TORRENTE MURCIANO ET AL.: "Sour compression process for removal of SOx and NOx from oxyfuel-derived CO2", 《ENERGY PROCEDIA 4》 *

Also Published As

Publication number Publication date
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EA035992B1 (ru) 2020-09-10
US9919268B2 (en) 2018-03-20
WO2017070466A2 (en) 2017-04-27
ZA201803108B (en) 2019-06-26
EP3365094A2 (en) 2018-08-29

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