IT202000020473A1 - Sistema e metodo di abbattimento di biossido di carbonio a base di ammoniaca, e refrigeratore a contatto diretto per essi - Google Patents
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Description
SISTEMA E METODO DI ABBATTIMENTO DI BIOSSIDO DI CARBONIO A BASE DI AMMONIACA, E REFRIGERATORE A CONTATTO DIRETTO PER ESSI
DESCRIZIONE
CAMPO TECNICO
[0001] Forme di realizzazione dell'invenzione riguardano genericamente tecnologie per ridurre le emissioni di biossido di carbonio da gas di combustione od altre sorgenti di biossido di carbonio, e pi? specificamente a sistemi e metodi per l'abbattimento di biossido di carbonio a base di ammoniaca, cio? per rimuovere biossido di carbonio dal gas di combustione.
ARTE ANTERIORE
[0002] La maggior parte dell'energia usata nel mondo ? derivata dalla combustione di combustibili contenenti carbonio e idrogeno quali carbone, petrolio e gas naturale (combustibili fossili). Oltre al carbonio e all'idrogeno, questi combustibili contengono ossigeno, umidit? e contaminanti quali ceneri, zolfo (spesso in forma di ossidi di zolfo, indicati con SOx), composti di azoto (spesso in forma di ossidi di azoto, indicati con NOx), cloro, mercurio e tracce di altri elementi.
[0003] La consapevolezza degli effetti dannosi dei contaminanti rilasciati nell'atmosfera durante la combustione ha avviato l'adozione di limiti sempre pi? stringenti sulle emissioni dagli impianti di potenza, dalle raffinerie e da altri processi industriali. Vi ? una sollecitazione crescente verso gli operatori di tali impianti per raggiungere una emissione quasi nulla di contaminanti.
[0004] Nella combustione di combustibile, quale ad esempio carbone, petrolio, torba, rifiuti, biocombustibile, gas naturale e simili, usati per la produzione di potenza o per la produzione di materiali quali cemento, acciaio e vetro, e simili, viene generato un flusso di gas di combustione caldo. Il gas di combustione caldo contiene, tra gli altri inquinanti, grandi quantit? di biossido di carbonio (CO2), che ? responsabile del cosiddetto effetto serra e relativo aumento della temperatura globale.
[0005] Numerosi sistemi e processi sono stati sviluppati allo scopo di ridurre le emissioni di contaminanti. Questi sistemi e processi comprendono, ma non sono limitati a, sistemi di desolforazione, filtri di particolato, nonch? all'impiego di uno o pi? sorbenti che assorbono contaminanti dal gas di combustione. Esempi di sorbenti comprendono, ma non sono limitati a, carbone attivo, ammoniaca, calcare, e simili.
[0006] Si ? rilevato che l'ammoniaca rimuove efficientemente biossido di carbonio nonch? altri contaminanti, quali biossido di zolfo e cloruro di idrogeno dai flussi di gas di combustione. In una applicazione particolare, l'assorbimento e la rimozione di biossido di carbonio da un flusso di gas di combustione tramite ammoniaca vengono condotti a bassa temperatura, ad esempio fra 0 e 20?C. Questi sistemi sono basati su un cosiddetto processo ad ammoniaca refrigerata (brevemente CAP). Per salvaguardare l'efficienza del sistema e per aderire agli standard di emissione, ? desiderabile mantenere l'ammoniaca all'interno del sistema di trattamento del flusso di gas di combustione, cio? non deve essere rilasciata ammoniaca nell'atmosfera.
[0007] In sistemi CAP dell'arte corrente, dopo che CO2 ? stato rimosso dal flusso di gas di combustione in un assorbitore di biossido di carbonio, il gas di combustione contiene una grande quantit? di ammoniaca che viene emanata dal solvente usato nell'assorbitore di biossido di carbonio. Per limitare perdite di ammoniaca la tecnologia CAP prevede una cosiddetta sezione di lavaggio di ammoniaca (lavaggio dell'NH3), indicata anche come stazione di lavaggio ad acqua. La stazione di lavaggio ad acqua o sezione di lavaggio dell'NH3 comprende una colonna a riempimento, nella quale il gas di combustione ? posto in contatto diretto con un flusso di acqua. Per aumentare la efficienza della rimozione di NH3 dal gas di combustione, il flusso di acqua pu? essere precedentemente condizionato per quanto riguarda il pH utilizzando un idoneo acido, quale acido solforico. L'acqua ricca in ammoniaca che esce dal lavaggio di NH3 viene poi rigenerata in un sistema a colonna dedicato, la colonna di strippaggio, in cui acqua e ammoniaca vengono separate. L'acqua viene convogliata ad un riscaldatore a contatto diretto, l'ammoniaca viene riciclata verso l'assorbitore di biossido di carbonio.
[0008] Il riscaldatore ha contatto diretto ? un'altra colonna che riscalda il gas di combustione che fuoriesce dal lavaggio di NH3. Questo ha due effetti: la generazione di un flusso di acqua fredda che viene utilizzato nel refrigeratore a contatto diretto; e il riscaldamento del gas di combustione alla temperatura minima richiesta per la sua dispersione al camino. L'acqua alimentata al riscaldatore a contatto diretto proviene dal refrigeratore a contatto diretto.
[0009] L'umidit? nel gas di combustione pu? accumularsi nella soluzione ionica mentre questa circola fra il sistema di cattura del CO2 e il sistema di rigenerazione. Allo scopo di rimuovere questa umidit? dalla soluzione ionica, uno stripper ausiliario configurato come dispositivo di contatto gas-liquido, riceve una porzione della soluzione ionica circolante. In questo dispositivo, soluzione ionica calda viene depressurizzata per formare una fase gassosa contenente il vapore dei componenti a basso punto di ebollizione della soluzione (principalmente ammoniaca e biossido di carbonio), e una fase liquida contenente i componenti ad alto punto di ebollizione della soluzione. Una porzione del componente in fase gassosa viene assorbita nel mezzo di strippaggio del gas di combustione e riportata ai serbatoi dell'assorbitore del processo di ammoniaca refrigerata. La fase liquida contenente solfato di ammonio viene inviata al sistema di refrigeratore a contatto diretto per lo spurgo tramite un flusso di spurgo del solfato di ammonio.
[0010] Il CAP secondo l'arte corrente richiede una notevole quantit? di vapor d'acqua per il funzionamento del sistema di strippaggio.
[0011] Problemi simili sorgono in altri sistemi e metodi di abbattimento o cattura di CO2 a base ammoniaca e relativi metodi, ad esempio in sistemi che utilizzano ammoniaca e carbonato di potassio o idrossido di potassio.
[0012] Vari sforzi e investigazioni sono stati condotti per ridurre questa richiesta di vapor d'acqua. Una delle idee pi? promettenti consisteva nell'utilizzo di gas di combustione in ingresso come agente di strippaggio. Strategie di abbattimento a base di ammoniaca sono state sviluppate in altri campi di applicazione (vedasi ad esempio EP 0885843 A1). Queste sono considerate costituire il background dell'idea di base, illustrata anche nell'articolo "Process Modeling of an Advanced NH3 Abatement and Recycling Technology in the Ammonia-Based CO2 Capture Process" di Kangkang LI, Hai You, Moses Tade, Paul Feron, Jingwen You e Shujuan Wang. Gli autori hanno semplicemente trasferito il principio a base di fosfato dell'arte anteriore a un sistema di reazione a base di carbonato. Tuttavia, gli autori non hanno risolto i problemi associati con l'elaborazione di un flusso reale di gas di combustione. Poich? il gas di combustione da processi di combustione usualmente contiene, oltre ad azoto, biossido di carbonio e ossigeno anche acqua oltre a tracce di componenti quali ossidi di zolfo, ossidi di azoto e materiale solido, un metodo e un sistema funzionale devono coprire la gestione di tutti questi componenti.
[0013] Un impianto e un metodo perfezionati per la rimozione di biossido di carbonio basati sul CAP ? descritto ad esempio in US2018/0169569, il cui contenuto ? incorporato qui per riferimento.
[0014] La tecnologia CAP corrente ? ancora suscettibile di ulteriori sviluppi per raggiungere una efficienza migliorata, ad esempio in termini di consumi energetici ed efficienza nella gestione dei materiali coinvolti nel processo.
SOMMARIO
[0015] Secondo un aspetto, viene qui descritto un refrigeratore a contatto diretto per un sistema di abbattimento di biossido di carbonio a base di ammoniaca. Il refrigeratore a contatto diretto comprende un percorso di flusso di gas di combustione che si estende da un ingresso del gas di combustione ad una uscita del gas di combustione. Il refrigeratore a contatto diretto comprende inoltre una prima sezione di trattamento ed una seconda sezione di trattamento disposte lungo il percorso del flusso di gas di combustione. La prima sezione di trattamento ? atta a strippare ammoniaca da un flusso di acqua di lavaggio ricca in ammoniaca per mezzo del flusso di gas di combustione cosicch? l'ammoniaca viene rimossa dal flusso di acqua di lavaggio ricca in ammoniaca e trascinata dal gas di combustione nella successiva seconda sezione di trattamento.
[0016] La seconda sezione di trattamento ? atta a raffreddare il flusso di gas di combustione ricco in ammoniaca che esce dalla prima sezione di trattamento, cos? che all'uscita del refrigeratore a contatto diretto ? ottenuto gas di combustione ricco in ammoniaca raffreddato alla temperatura corretta per la rimozione di biossido di carbonio
[0017] La prima sezione di trattamento ? disposta a monte della seconda sezione di trattamento rispetto al flusso di gas di combustione lungo il percorso del flusso di gas di combustione. Inoltre il refrigeratore a contatto diretto comprende un ingresso di acqua di lavaggio ricca in ammoniaca e una uscita di acqua di lavaggio povere in ammoniaca. L'ingresso di acqua di lavaggio ricca in ammoniaca ? disposto fra la prima sezione di trattamento e la seconda sezione di trattamento. Inoltre l'uscita dell'acqua di lavaggio povera di ammoniaca ? disposta a monte della prima sezione di trattamento.
[0018] Rispetto ai refrigeratori a contatto diretto dell'arte corrente, pertanto, secondo il nuovo refrigeratore a contatto diretto qui descritto, le sezioni di trattamento sono disposte cosicch? l'ammoniaca venga strippata dall'acqua di lavaggio ad una temperatura pi? alta e il gas di combustione ? raffreddato ad una temperatura idonea per la successiva rimozione di biossido di carbonio quando esso ? stato caricato di ammoniaca tramite strippaggio.
[0019] Quando il refrigeratore a contatto diretto ? disposto in un sistema di abbattimento di biossido di carbonio a base di ammoniaca, si ottiene un processo particolarmente efficiente per la rimozione del biossido di carbonio. In forme di realizzazione qui descritte si ottiene ad esempio una riduzione dell'energia termica richiesta.
[0020] Secondo un altro aspetto, viene qui descritto un sistema di abbattimento di biossido di carbonio a base di ammoniaca. Il sistema comprende un refrigeratore a contatto diretto come delineato sopra, e altre unit? quali in particolare un assorbitore di biossido di carbonio disposto a valle e in accoppiamento di fluido con il refrigeratore a contatto diretto ed avente un ingresso di gas di combustione ed una uscita di gas di combustione. In forme di realizzazione qui descritte, l'assorbitore di biossido di carbonio ? atto ad assorbire biossido di carbonio gassoso dal gas di combustione, che entra nell'assorbitore di biossido di carbonio provenendo dal refrigeratore a contatto diretto, tramite una soluzione a base di ammoniaca, per formare una soluzione a base di ammoniaca ricca di CO2 che esce dall'assorbitore attraverso una uscita del biossido di carbonio. Il sistema pu? anche comprendere una stazione di lavaggio ad acqua in accoppiamento di fluido attraverso un ingresso di gas di combustione con l'assorbitore di biossido di carbonio, e atta ad assorbire l'ammoniaca trascinata dal gas di combustione.
[0021] Secondo ancora un ulteriore aspetto, viene qui descritto un metodo per l'abbattimento di biossido di carbonio, cio? di rimozione di biossido di carbonio, usando un sistema a base di ammoniaca.
[0022] Secondo forme di realizzazione qui descritte, il processo di abbattimento di biossido di carbonio comprende le seguenti fasi:
far fluire un flusso di gas di combustione ricco in CO2 in controcorrente con un flusso di acqua di lavaggio ricca in ammoniaca e strippare ammoniaca con esso dal flusso di acqua di lavaggio ricca in ammoniaca, per ottenere un flusso di gas di combustione ricco in CO2 e ricco in ammoniaca;
raffreddare il flusso di gas di combustione ricco in CO2 e ricco in ammoniaca tramite raffreddamento per contatto diretto con un flusso di acqua refrigerata per raggiungere una temperatura del gas di combustione atta alla rimozione di biossido di carbonio;
far fluire il flusso raffreddato di gas di combustione ricco in CO2 e ricco in ammoniaca attraverso un assorbitore di biossido di carbonio e portare in contatto il flusso di gas di combustione raffreddato ricco in CO2 e ricco in ammoniaca con una soluzione a base di ammoniaca per assorbire da esso biossido di carbonio e produrre una soluzione a base di ammoniaca ricca di CO2 e ottenere un flusso di gas di combustione povero di CO2 e povero di ammoniaca;
rimuovere biossido di carbonio dalla soluzione a base di ammoniaca ricca di CO2.
[0023] Ulteriori forme di realizzazione e caratteristiche del refrigeratore a contatto diretto, del sistema di abbattimento di biossido di carbonio e del metodo per la rimozione di biossido di carbonio secondo la presente descrizione sono delineate nella descrizione dettagliata che segue e sono definite nelle rivendicazioni allegate, che formano parte integrante della presente descrizione.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI
[0024] Un migliore apprezzamento delle forme di realizzazione dell?invenzione e dei molti vantaggi di essa pu? essere ottenuto dalla descrizione dettagliata che segue con riferimento agli allegati disegni, in cui:
la Fig.1 ? un diagramma schematico di un sistema di rimozione di biossido di carbonio a base di ammoniaca secondo la presente descrizione, utilizzante un processo ad ammoniaca raffreddata (CAP);
la Fig.2 ? un ingrandimento del refrigeratore a contatto diretto del sistema della Fig.1; e
la Fig.3 ? un diagramma schematico di un sistema di rimozione di biossido di carbonio a base di ammoniaca secondo la presente descrizione utilizzante un processo a sali misti (MSP).
DESCRIZIONE DETTAGLIATA
[0025] Vengono qui descritti perfezionamenti a sistemi per la rimozione o abbattimento del biossido di carbonio contenuto in un flusso di gas di combustione, utilizzante una tecnologia a base di ammoniaca. Per migliorare l'efficienza complessiva del sistema, viene descritto un nuovo refrigeratore a contatto diretto, attraverso il quale gas di combustione fluisce prima di essere elaborato in un assorbitore. Il refrigeratore a contatto diretto comprende una prima sezione, in cui gas di combustione ricco di biossido di carbonio e un flusso di acqua di lavaggio ricca in ammoniaca vengono in contatto l'una con l'altra, cosicch? il gas di combustione caldo in ingresso estrae ammoniaca dal flusso di acqua di lavaggio. Il refrigeratore a contatto diretto comprende inoltre una sezione di raffreddamento in cui il gas di combustione ricco in ammoniaca viene raffreddato in contatto diretto con un flusso di acqua refrigerata.
[0026] Vengono qui descritti anche un sistema di rimozione o abbattimento di biossido di carbonio a base di ammoniaca, comprendente il sopra menzionato refrigeratore a contatto diretto, nonch? un metodo per la rimozione o l'abbattimento di biossido di carbonio. Viene ottenuto un processo pi? efficiente per la rimozione di biossido di carbonio, con un circuito pi? semplice, un bilanciamento dell'acqua pi? accurato e un ridotto consumo di energia termica.
[0027] Un diagramma schematico di un sistema 1 di abbattimento o cattura di CO2 basato su ammoniaca secondo forme di realizzazione della presente descrizione ? illustrato in Fig.1. La forma di realizzazione della Fig.1 ? basata sul processo ad ammoniaca raffreddata (CAP). Tuttavia, gli esperti del ramo comprenderanno che diverse nuove caratteristiche della presente descrizione possono essere incorporate in altri sistemi di cattura o abbattimento di CO2 a base ammoniaca, raggiungendo vantaggi similari.
[0028] Il sistema 1 comprende un refrigeratore a contatto diretto 3, in cui un flusso di gas di combustione ricco di CO2 in ingresso viene caricato con ammoniaca e raffreddato prima di essere alimentato ad un assorbitore di biossido di carbonio 5 in accoppiamento di fluido con il refrigeratore a contatto diretto 3. Nell'assorbitore di biossido di carbonio 5, CO2 contenuto nel gas di combustione viene rimosso dal gas di combustione tramite assorbimento attraverso una soluzione acquosa di ammoniaca. Gas di combustione ricco di ammoniaca e povero di CO2 esce dall'assorbitore di biossido di carbonio 5 all'estremit? superiore e soluzione acquosa di ammoniaca ricca in CO2 viene raccolta nel fondo dell'assorbitore 5.
[0029] Biossido di carbonio viene rimosso dalla soluzione acquosa di ammoniaca ricca di CO2 raccolta nel fondo dell'assorbitore 5 in un rigeneratore 7 in accoppiamento di fluido con l'assorbitore di biossido di carbonio 5. Una stazione 9 di lavaggio di CO2 ? in accoppiamento di fluido attraverso un ingresso di biossido di carbonio 9.1 con il rigeneratore 7 e riceve biossido di carbonio dal rigeneratore 7 per rimuovere da esso ammoniaca residua, prima di scaricare il biossido di carbonio dal sistema attraverso una uscita di biossido di carbonio 9.2.
[0030] Il gas di combustione povero di CO2 e ricco di ammoniaca che esce superiormente dall'assorbitore 5 di biossido di carbonio ? alimentato ad una stazione di lavaggio ad acqua 11 (o stazione di lavaggio di NH3), dove la maggior parte dell'ammoniaca contenuta nel gas di combustione viene rimossa facendo fluire il flusso di gas di combustione attraverso la stazione di lavaggio ad acqua 11 in contro corrente con acqua di lavaggio povera di ammoniaca proveniente da un riscaldatore a contatto diretto 13. Il flusso di gas di combustione povero di ammoniaca e povero di CO2 viene poi alimentato al riscaldatore a contatto diretto 13 ed infine scaricato nell'atmosfera.
[0031] Un flusso di acqua ricca in ammoniaca viene raccolto all'uscita della stazione di lavaggio ad acqua 11 e alimentato al refrigeratore a contatto diretto 3, come descritto in maggiore dettaglio pi? avanti.
[0032] Nella forma di realizzazione della Fig.1, il riscaldatore a contatto diretto 13 e la stazione di lavaggio ad acqua 11 sono combinati in una singola colonna 12, in cui il riscaldatore a contatto diretto 13 ? disposto nella sezione superiore della colonna 12 e la stazione di lavaggio ad acqua 11 ? disposta nella sezione inferiore della colonna 12. Questa disposizione ? particolarmente vantaggiosa, ad esempio dal punto di vista della compattezza e della semplicit?.
[0033] Tuttavia, in altre forme di realizzazione, non mostrate, la stazione di lavaggio ad acqua 11 e il riscaldatore a contatto diretto 13 possono essere configurati come componenti circuitali separati in accoppiamento l'uno con l'altro.
[0034] Come si comprender? dalla descrizione che segue, il sistema 1 pu? comprendere ulteriori equipaggiamenti secondo necessit?, in accordo con le esigenze dello specifico processo CAP o altro processo eseguito in esso. Equipaggiamenti noti dall'arte anteriore e non necessari per una completa comprensione della presente descrizione non sono mostrati e non sono descritti in maniera specifica.
[0035] In termini generali, un flusso di gas di combustione fluisce attraverso il refrigeratore a contatto diretto 3 in controcorrente con un flusso di liquido refrigerante (acqua refrigerata), e con un flusso di soluzione di lavaggio ammoniata (soluzione di acqua ricca in ammoniaca). La soluzione di lavaggio ricca in ammoniaca viene ricevuta dal riscaldatore a contatto diretto 13, dalla stazione di lavaggio ad acqua 11 e dalla stazione di lavaggio di CO2 9, come verr? descritta in maggiore dettaglio nel seguito.
[0036] L'ammoniaca verr? strippata per mezzo del gas di combustione dalla soluzione di lavaggio e il flusso di gas di combustione caricato di ammoniaca fluir? attraverso l'assorbitore di biossido di carbonio 5, in contro flusso con un flusso di soluzione a base di ammoniaca povera di CO2 dal rigeneratore 7. CO2 viene rimosso dal gas di combustione ricco di CO2 e ricco di ammoniaca nell'assorbitore 5 di biossido di carbonio per mezzo della soluzione a base di ammoniaca e una soluzione a base di ammoniaca ricca di CO2 raccolta nel fondo dell'assorbitore di biossido di carbonio 5 viene alimentata al rigeneratore 7. Ammoniaca e CO2 sono separate in un processo di rigenerazione endotermico, tramite il quale l'ammoniaca viene riportata all'assorbitore di biossido di carbonio 5 e la CO2 ? alimentata alla stazione 9 di lavaggio di CO2 per ulteriore rimozione da essa di ammoniaca residua, come sopra menzionato.
[0037] nella stazione di lavaggio ad acqua 11 ammoniaca ancora contenuta nel flusso di gas di combustione povero di CO2 e povero di ammoniaca viene ulteriormente recuperata prima di far fluire il flusso di gas di combustione povero di CO2 e povero di ammoniaca attraverso il riscaldatore a contatto diretto 13, dove il gas di combustione viene riscaldato per contatto diretto con un fluido di riscaldamento prima di essere scaricato in atmosfera. La rimozione di ammoniaca residua dal flusso di gas di combustione povero di CO2 e povero di ammoniaca viene ottenuta facendo fluire il flusso di gas di combustione in contro corrente con acqua di lavaggio povera di ammoniaca proveniente dal riscaldatore a contatto diretto 13.
[0038] Come risultato del processo sopra riassunto, biossido di carbonio viene rimosso dal gas di combustione nella parte superiore della stazione di lavaggio di CO2 9 e raccolto e stoccato, oppure utilizzato in un processo chimico opportuno, riducendo cos? l'emissione di CO2 dal gas di combustione, che viene rilasciato nell'ambiente dal riscaldatore a contatto diretto 13.
[0039] Andando ora in maggiore dettaglio, il refrigeratore a contatto diretto 3 comprende un alloggiamento 3.1 che forma una colonna con una pluralit? di ingressi e di uscite, da descrivere. Una rappresentazione pi? dettagliata del refrigeratore a contatto diretto 3 ? mostrata in Fig.2. Il refrigeratore a contatto diretto 3 comprende una prima sezione di trattamento 3.2 e una seconda sezione di trattamento 3.3 (vedasi in particolare Fig.2). La prima sezione di trattamento 3.2 sar? indicata anche come sezione di strippaggio, e la seconda sezione di trattamento 3.3 verr? indicata anche come sezione di raffreddamento, per le ragioni che appariranno chiare nel seguito. Disporre le due sezioni una sopra l'altra ? particolarmente vantaggioso, in particolare poich? questo consente una facile circolazione del gas di combustione attraverso le due sezioni. Tuttavia non si esclude in linea di principio la possibilit? di disporre le sezioni affiancate.
[0040] Il refrigeratore a contatto diretto 3 comprende inoltre un primo ingresso 3.4 atto a ricevere un flusso in ingresso di gas di combustione. Il primo ingresso 3.4 sar? indicato di seguito anche come ingresso di gas di combustione 3.4. L'ingresso di gas di combustione 3.4 ? in accoppiamento di fluido con un condotto di alimentazione di gas di combustione 15, attraverso cui il gas di combustione da trattare entra nel sistema 1.
[0041] Il refrigeratore a contatto diretto 3 comprende inoltre una prima uscita 3.5, indicata qui di seguito anche come uscita del gas di combustione 3.5. L'uscita del gas di combustione 3.5 ? in accoppiamento di fluido attraverso un condotto 17 con il fondo dell'assorbitore di biossido di carbonio 5. Come descritto in maggiore dettaglio nel seguito, un flusso di gas di combustione ricco in ammoniaca e raffreddato fluisce attraverso la prima uscita 3.5 verso l'assorbitore di biossido di carbonio 5. Un ventilatore, non mostrato, lungo il condotto 17 pu? promuovere la circolazione di gas di combustione in esso.
[0042] Pi? specificamente, il primo ingresso 3.4 e la prima uscita 3.5 sono disposti, rispettivamente, nel fondo del refrigeratore a contatto diretto 3 e nella parte superiore del refrigeratore a contatto diretto 3. Il primo ingresso 3.4 ? disposto sotto la prima sezione di trattamento 3.2 (sezione di strippaggio) e la prima uscita 3.5 disposta al di sopra della seconda sezione di trattamento 3.3 (sezione di raffreddamento).
[0043] Viene cos? definito un percorso di flusso 19 del gas di combustione nel refrigeratore a contatto diretto 3, il quale si estende dal basso verso l'alto dal primo ingresso 3.4 alla prima uscita 3.5. Il percorso di flusso di gas di processo 19 si estende attraverso la prima sezione di trattamento 3.2 e attraverso la seconda sezione di trattamento 3.3 in sequenza, la prima sezione di trattamento 3.2 essendo disposta a monte della seconda sezione di trattamento 3.3 rispetto al verso del flusso del gas di combustione dal primo ingresso 3.4 alla prima uscita 3.5.
[0044] Come sopra menzionato, il refrigeratore a contatto diretto 3 svolge due funzioni. In primo luogo, il flusso di gas che entra nel refrigeratore a contatto diretto 3 attraverso l'ingresso di flusso di gas 3.4 fluisce in controcorrente, cio? in contro flusso, con il flusso di acqua di lavaggio ricca di ammoniaca, per strippare da essa ammoniaca. Il gas di combustione ricco di ammoniaca fluisce attraverso l'uscita del gas di combustione 3.5 nel condotto 17 e verso l'assorbitore di biossido di carbonio 5. In secondo luogo, il gas di combustione che entra nel refrigeratore a contatto diretto 3 ad alta temperatura, ad esempio attorno o superiore a 70?C, viene raffreddato in rapporto di scambio termico a contatto diretto con un fluido refrigerante, specificamente acqua raffreddata in circolazione. Il gas di combustione raffreddato ricco di ammoniaca che esce dal refrigeratore a contatto diretto 3 ha una temperatura di circa 5-10?C, ad esempio, che ? atta ad eseguire la rimozione del biossido di carbonio nell'assorbitore di biossido di carbonio 5.
[0045] Vantaggiosamente lo strippaggio dell'ammoniaca dall'acqua di lavaggio ricca di ammoniaca viene eseguito nella prima sezione di trattamento 3.2, a monte della seconda sezione di trattamento 3.3, dove il gas di combustione viene raffreddato prima di uscire dal refrigeratore a contatto diretto 3.
[0046] Il refrigeratore a contatto diretto 3 comprende un secondo ingresso 3.6 atto a alimentare in esso un flusso di acqua di lavaggio ricca in ammoniaca. Il secondo ingresso 3.6 verr? indicato qui di seguito anche come ingresso di acqua di lavaggio ricca in ammoniaca 3.6. Ugelli 3.7 possono essere in accoppiamento di fluido con il secondo ingresso 3.6 per ricevere acqua di lavaggio ricca in ammoniaca e possono essere atti a spruzzare acqua di lavaggio ricca in ammoniaca in contro flusso nel flusso di gas di combustione che fluisce in una direzione verso l'alto attraverso la prima sezione di trattamento 3.2. Come mostrato in Fig.2, il secondo ingresso 3.6 e gli ugelli 3.7 sono disposti fra la prima sezione di trattamento 3.2 e la seconda sezione di trattamento 3.3.
[0047] Come sar? chiarito nel seguito e come si pu? osservare in Fig.1, il flusso di acqua di lavaggio ricca di ammoniaca viene fornita dalla stazione di lavaggio ad acqua 11 e dalla stazione di lavaggio del biossido di carbonio 9.
[0048] Il refrigeratore a contatto diretto 3 comprende inoltre una seconda uscita 3.8 nel suo fondo, da cui acqua di lavaggio strippata (povera di ammoniaca) e riscaldata viene rimossa dal refrigeratore a contatto diretto 3 e riportata verso il riscaldatore a contatto diretto 13. La seconda uscita 3.8 sar? indicata nel seguito anche come uscita dell'acqua di lavaggio povera di ammoniaca 3.8. L'acqua che esce dal refrigeratore a contatto diretto 3 in 3.8 ? acqua di lavaggio povera di ammoniaca, cio? un flusso di acqua di lavaggio contenente un basso quantitativo di ammoniaca, poich? la maggior parte del contenuto di ammoniaca ? stato strippato dal flusso di gas di combustione e fluisce con esso verso la seconda sezione di trattamento 3.3 del refrigeratore a contatto diretto 3.
[0049] Il refrigeratore a contatto diretto 3 comprende inoltre un terzo ingresso 3.9 e una terza uscita 3.10, indicati anche come ingresso dell'acqua refrigerata 3.9 e uscita dell'acqua refrigerata 3.10. Pi? specificamente, l'ingresso di acqua refrigerata 3.9 ? posizionato nella parte superiore della seconda sezione di trattamento 3.3 e l'uscita dell'acqua refrigerata 10 ? posizionata nella parte inferiore della seconda sezione di trattamento 3.3. L'acqua refrigerata circola in un circuito di raffreddamento 21, che comprende l'ingresso di acqua refrigerata 3.9, gli ugelli 22 in accoppiamento di fluido con l'ingresso di acqua refrigerata 3.9, la seconda sezione di trattamento 3.3 del refrigeratore a contatto diretto 3, l'uscita di acqua refrigerata 3.10 e un condotto di circolazione 23.
[0050] Lungo il condotto di circolazione 23 sono posizionati uno scambiatore di calore 25 e un refrigeratore 27 azionato dal refrigerante. Nello scambiatore di calore 25 l'acqua refrigerata ? parzialmente raffreddata per scambio termico con acqua di lavaggio ricca di ammoniaca dalla stazione di lavaggio ad acqua 11 e dalla stazione di lavaggio del biossido di carbonio 9. Nel refrigeratore 27 acqua che circola nel circuito di raffreddamento 21 viene ulteriormente raffreddata per scambio termico verso un mezzo di refrigerazione.
[0051] Cos?, acqua refrigerata entra nel refrigeratore a contatto diretto 3 attraverso il terzo ingresso 3.9 ed ? spruzzata in controcorrente nel flusso di gas di combustione ricco di ammoniaca che fluisce attraverso la seconda sezione di trattamento 3.3. Acqua scaldata dal calore rimosso dal gas di combustione ricco di ammoniaca si raccoglie in un dispositivo di raccolta di acqua refrigerata 26 disposto fra la prima sezione di trattamento 3.2 e la seconda stazione di trattamento 3.3. Il dispositivo di raccolta di acqua refrigerata 26 pu? comprendere un vassoio a camino o altro dispositivo simile che consente al gas di combustione ricco di ammoniaca di fluire verso l'alto attraverso di esso e all'acqua refrigerata riscaldata di essere raccolta e alimentata verso la terza uscita 3.10.
[0052] Come risultato dello scambio termico nella seconda sezione di trattamento 3.3 del refrigeratore a contatto diretto 3 la temperatura del gas di combustione ricco di ammoniaca viene abbassata al valore richiesto per il recupero di biossido di carbonio tramite assorbimento nell'assorbitore di biossido di carbonio 5.
[0053] Calore rimosso dal flusso di gas di combustione ricco di ammoniaca attraverso la seconda sezione di trattamento 3.3 del refrigeratore a contatto diretto 3 viene utilizzato per preriscaldare acqua di lavaggio ricca in ammoniaca e alimentata, attraverso l'ingresso di acqua di lavaggio ricca in ammoniaca 3.6 e attraverso gli ugelli 3.7, alla prima sezione di trattamento 3.2. Se l'acqua di lavaggio ricca di ammoniaca che esce dello scambiatore di calore 25 non ha raggiunto la temperatura desiderata, un ulteriore riscaldatore 31 pu? essere previsto lungo un condotto 33, che sbocca nell'ingresso di acqua di lavaggio ricca di ammoniaca 3.6.
[0054] Come sopra menzionato, gas di combustione caldo e umido che entra nel refrigeratore a contatto diretto 3 attraverso il primo ingresso 3.4 ? portato in contatto con il flusso di acqua preriscaldata ricca di ammoniaca e decarbonizzata nella prima sezione di trattamento 3.2 del refrigeratore a contatto diretto 3. La temperatura dell'acqua di lavaggio preriscaldata ricca di ammoniaca nel condotto 33 ? selezionata in modo tale che l'effetto di strippaggio dell'ammonica eseguito dal gas di combustione nella prima sezione di trattamento 3.2 del refrigeratore a contatto diretto 3 viene massimizzato e la condensazione di acqua contenuta nel gas di combustione in ingresso ? limitata. A tale scopo, l'acqua ? preferibilmente riscaldata attraverso lo scambiatore di calore 25 e un riscaldatore 31, fino in prossimit? della temperatura del punto di rugiada del gas di combustione.
[0055] Nella prima sezione di trattamento 3.2 del refrigeratore a contatto diretto 3 pu? aver luogo anche una rimozione di ossidi di zolfo SOx formanti sali e alogenati. Ci? pu? ulteriormente ridurre la quantit? di ammoniaca libera presente nell'acqua raccolta nel fondo del refrigeratore a contatto diretto 3 e rimossa attraverso la seconda uscita (uscita dell'acqua) 3.8. Il flusso di acqua di lavaggio povera in ammoniaca che esce dal refrigeratore a contatto diretto 3 alla seconda uscita 3.8 viene alimentata attraverso un condotto 35 verso il riscaldatore a contatto diretto 13.
[0056] Prima di raggiungere il riscaldatore a contatto diretto 13, il pH dell'acqua povera in ammoniaca viene regolato (in 36, Fig.1) aggiungendo un idoneo acido, allo scopo di rimuovere eccesso di acqua che ? stata aggiunta precedentemente al ciclo, nonch? per eliminare solfati di ammonio accumulati risultanti dalla rimozione di SOx dal gas di combustione nel refrigeratore a contatto diretto 3.
[0057] SOx pu? essere rimosso dal gas di combustione come segue. SOx si combina con ammoniaca nella seconda sezione di trattamento 3.3 e il solfato di ammonio risultante sar? disciolto nel condensato dalla seconda sezione di trattamento 3.3. In un separatore 44, da descrivere, solfato di ammonio rimarr? nell'acqua ricircolata attraverso un condotto 75, che verr? combinata nella circolazione principale nella prima sezione di trattamento 3.2 e rimossa da esso dall'uscita di acqua di lavaggio povera di ammoniaca 3.8.
[0058] Solfato di ammonio viene rimosso attraverso un condotto di scarico di acqua di scarico mostrato in 37 in Fig.1. Dopo l'estrazione di acqua di scarto in 37, il pH dell'acqua povera di ammoniaca pu? essere ulteriormente regolato aggiungendo un idoneo acido in 39 (Fig.1), per consentire l'uso del flusso di acqua calda povera in ammoniaca nel riscaldatore a contatto diretto 13 come descritto in maggiore dettaglio nel seguito.
[0059] Come sopra menzionato, dopo lo strippaggio di ammoniaca dall'acqua di lavaggio preriscaldata ricca di ammoniaca nella prima sezione di trattamento (sezione di strippaggio) 3.2, il gas di combustione fluisce attraverso la seconda sezione di trattamento 3.3 dove il gas di combustione viene raffreddato per contatto diretto con acqua refrigerata, fino a raggiungere il livello di temperatura richiesto per il funzionamento dell'assorbitore di biossido di carbonio 5.
[0060] Nella seconda sezione di trattamento (sezione di raffreddamento) 3.3 ha luogo anche la maggior parte della condensazione dell'acqua contenuta nel gas di combustione umido, durante la condensazione dell'acqua, ammoniaca (strippata dal gas di combustione nella sezione di strippaggio 3.2) e CO2 vengono assorbiti nell'acqua condensata. Ammoniaca e CO2 reagiscono per formare carbonati e bicarbonati di ammonio, che vengono rimossi dal refrigeratore a contatto diretto 3 insieme al flusso di acqua refrigerata calda attraverso l'uscita di acqua refrigerata 3.10.
[0061] In forme di realizzazione, il controllo sulla formazione di carbonato di ammonio nel flusso di acqua condensata nella seconda sezione di trattamento 3.3 del refrigeratore a contatto diretto 3 avviene come segue. Acqua contenente nei carbonati di ammonio (comprendenti carbonato di ammonio e/o bicarbonato di ammonio) raccolta nel fondo della seconda sezione di trattamento (sezione di raffreddamento) 3.3 viene nuovamente raffreddata e ricircolata. L'acqua in eccesso che si ? formata durante la condensazione, ricca di carbonati e NH3, ? separata dal flusso di ricircolo in 41. L'acqua in eccesso contenente una elevata concentrazione di carbonati e di NH3 viene alimentata attraverso un condotto 43 ad un separatore di carbonato di ammonio 44, comprendente un riscaldatore/evaporatore 44, nel quale calore Q da una idonea sorgente di calore (non mostrata) viene alimentato per provocare la decomposizione di carbonato di ammonio e bicarbonato di ammonio, contenuti nell'acqua in eccesso alimentata attraverso il condotto 43, in ammoniaca e biossido di carbonio. Questi ultimi sono facilmente separata dal flusso di acqua in un condensatore o una colonna con un sistema di condensazione quale parte dell'unit? 45 e alimentati all'assorbitore di biossido di carbonio 5. Pi? specificamente, il flusso di gas ricco di ammoniaca viene usato nell'assorbitore di biossido di carbonio 5 per formare un solvente per catturare CO2. In alcune forme di realizzazione, l'ammoniaca e il biossido di carbonio che escono dal separatore 44 sono alimentati attraverso un condotto 46 ad un secondo ingresso 5.2 dell'assorbitore di biossido di carbonio 5.
[0062] In altre forme di realizzazione, la fase vapore (ammoniaca e biossido di carbonio) che esce dal riscaldatore/separatore 44 pu? essere alimentata al refrigeratore a contatto diretto 3.
[0063] L'acqua in eccesso povera di carbonato di ammonio dal separatore 44 viene riportata al terzo ingresso 3.6 (condotto 75) e miscelata con il flusso di acqua ricca di ammoniaca che alimenta la prima sezione di trattamento (sezione di strippaggio) 3.2. Questo minimizza il calore Q richiesto nel riscaldatore 31 per preriscaldare il flusso di acqua di lavaggio ricca di ammoniaca alimentata al terzo ingresso 3.6. Inoltre, l'aggiunta di un eccesso di acqua al flusso di acqua ricca di ammoniaca preriscaldata mantiene il contenuto complessivo di sali nel sistema di circolazione dell'acqua basso.
[0064] Come menzionato, il gas di combustione raffreddato caricato con ammoniaca nella seconda sezione di trattamento 3.3 del refrigeratore a contatto diretto 3 ? soggetto a rimozione di CO2 nell'assorbitore di biossido di carbonio 5. Il flusso di gas di combustione ricco di ammoniaca che esce dal refrigeratore a contatto diretto 3 in 3.5, da cui sono stati rimossi i contaminanti quali SOx e la maggior parte dell'acqua nella seconda sezione di trattamento 3.3, viene alimentato attraverso il condotto 17 ad un ingresso 5.1 di gas di combustione dell'assorbitore di biossido di carbonio 5 e posto in contatto con acqua rigenerata ricca di ammoniaca.
[0065] Pi? specificamente, una soluzione a base ammoniaca povera di CO2 dal rigeneratore 7 viene portata in contatto in controcorrente con il gas di combustione per assorbire CO2 gassoso dal flusso di gas di combustione per formare gas di combustione povero di CO2 raccolto nell'estremit? superiore dell'assorbitore di biossido di carbonio 5, e una soluzione o fango ammoniato ricco di CO2 raccolto nel fondo dell'assorbitore di biossido di carbonio 5. La soluzione a base ammoniaca agisce cos? come un sorbente rispetto al biossido di carbonio contenuto nel flusso di gas di combustione che entra nell'assorbitore di biossido di carbonio 5 dal refrigeratore a contatto diretto 3.
[0066] L'assorbitore di biossido di carbonio 5 ? in accoppiamento di fluido con il rigeneratore 7 attraverso condotti 47 e 49. Pi? specificamente, il condotto 47 ? in accoppiamento di fluido con una uscita di biossido di carbonio 5.4 nel fondo dell'assorbitore di biossido di carbonio 5, e il condotto 49 ? in accoppiamento di fluido con un ingresso di ammoniaca 5.5 all'estremit? superiore dell'assorbitore di biossido di carbonio 5. Soluzione a base ammoniaca ricca di CO2 che esce dall'assorbitore di biossido di carbonio 5 al fondo di esso attraverso l'uscita del biossido di carbonio 5.4 viene alimentata attraverso il condotto 47 verso il rigeneratore 7 e rigenerata in esso. Soluzione a base ammoniaca povera di CO2 alimentata dal condotto 49 dal rigeneratore 7 viene alimentata all'estremit? superiore dell'assorbitore di biossido di carbonio 5 attraverso l'ingresso di ammoniaca 5.5.
[0067] Nel rigeneratore 7 la soluzione a base di ammoniaca ricca di CO2 viene rigenerata usando calore Q da una sorgente di calore (non mostrata), ad esempio alimentato utilizzando vapore d'acqua o altro fluido termovettore. Il biossido di carbonio viene cos? separato dalla soluzione a base di ammoniaca ed evapora da essa, e viene raccolto all'estremit? superiore del rigeneratore 7.
[0068] La soluzione a base di ammoniaca rigenerata povera di CO2 viene riportata attraverso il condotto 49 verso l'assorbitore di biossido di carbonio 5. Un recuperatore di calore 51 viene previsto per recuperare calore dalla soluzione a base di ammoniaca povera di CO2 rigenerata che fluisce nel condotto 49 e preriscaldare la soluzione a base di ammoniaca ricca di CO2 che fluisce attraverso il condotto 47, riducendo in questo modo la quantit? di calore Q che deve essere prevista al rigeneratore 7 allo scopo di rigenerare la soluzione a base di ammoniaca.
[0069] Il flusso di gas ricco di CO2 che esce dal rigeneratore 7 all'estremit? superiore di esso viene alimentato attraverso un condotto 53 alla stazione di lavaggio del CO2 9 per rimuovere da esso ammoniaca residua. Il flusso di gas ricco di CO2 che fluisce attraverso la stazione di lavaggio del CO2 9 viene posto in contatto e lavato con una porzione di soluzione di lavaggio alimentata dalla stazione di lavaggio ad acqua 11 attraverso un condotto 57. Nella stazione di lavaggio del CO29 ammoniaca, che pu? essere stata trascinata all'esterno del rigeneratore 7 dal flusso di gas ricco di CO2, viene rimossa dal flusso di gas di CO2 e catturata tramite la soluzione di lavaggio ed infine fatta ritornare al refrigeratore a contatto diretto 3 attraverso un condotto 59. CO2 pulito viene raccolto all'estremit? superiore della stazione di lavaggio del CO29 in un condotto 61 e alimentato ad un sistema di stoccaggio (non mostrato) o altra disposizione.
[0070] Dopo la rimozione del CO2, il flusso di gas di combustione povero di CO2 e ricco di ammoniaca che esce dall'assorbitore di biossido di carbonio 5 attraverso una uscita di gas di combustione 5.3 viene alimentato alla stazione di lavaggio ad acqua 11 attraverso un condotto 63 per rimuovere ammoniaca da esso prima di scaricare il gas di combustione nell'atmosfera. Flusso di gas di combustione povero di CO2 e ricco di ammoniaca dall'assorbitore di biossido di carbonio 5 entra nella stazione di lavaggio ad acqua 11 attraverso un ingresso di gas di combustione 11.1. Nella stazione di lavaggio ad acqua (stazione di lavaggio di NH3) 11 il flusso di gas di combustione viene portato in contatto con un flusso di acqua circolante a bassa temperatura che esce dalla stazione di lavaggio ad acqua 11 dall'estremit? superiore di essa per entrare nel riscaldatore a contatto diretto 13.
[0071] La maggior parte dell'acqua usata nella stazione di lavaggio ad acqua 11 ? alimentata dal riscaldatore a contatto diretto 13 attraverso un condotto 65. In forme di realizzazione, il condotto 65 pu? comprendere un refrigeratore alimentato con un refrigerante 67 per portare l'acqua di lavaggio alla temperatura desiderata, ad esempio attorno a 5-10?C, per eseguire la rimozione di ammoniaca residua dal flusso di gas di combustione povero di CO2 e povero di ammoniaca che fluisce dall'assorbitore di biossido di carbonio 5 attraverso la stazione di lavaggio ad acqua 11.
[0072] L'acqua che circola nella stazione di lavaggio ad acqua 11 assorbe la maggior parte dell'ammoniaca presente nel gas di combustione alimentato alla stazione di lavaggio ad acqua 11 dall'assorbitore di biossido di carbonio 5. L'acqua fredda ricca di ammoniaca ? raccolta nel fondo della stazione di lavaggio ad acqua 11 ed esce dalla stazione di lavaggio ad acqua 11 attraverso una uscita 11.2 ed ? alimentata attraverso condotti 69 e 70 attraverso l'ingresso 3.6 alla prima stazione di trattamento 3.2 del refrigeratore a contatto diretto 3. In aggiunta all'acqua ricca di ammoniaca proveniente dalla stazione di lavaggio ad acqua 11, ulteriore acqua ricca di ammoniaca proveniente dalla stazione di lavaggio di CO29 attraverso il condotto 59 ? alimentata alla prima sezione di trattamento 3.2 del refrigeratore a contatto diretto 3.
[0073] Prima di entrare nella prima stazione di trattamento 3.2, l'acqua ricca di ammoniaca proveniente dai condotti 59, 69 e 70 viene preriscaldata nello scambiatore di calore 25. Qui acqua ricca di ammoniaca viene riscaldata tramite scambio di calore contro acqua refrigerata che circola nella seconda stazione di trattamento 3.3 del refrigeratore a contatto diretto 3. La capacit? di refrigerazione usata per raffreddare l'acqua di lavaggio nel refrigeratore 67 viene cos? recuperata. L'acqua riscaldata ricca di ammoniaca viene poi miscelata in 74 con acqua in eccesso povera di carbonato di ammonio recuperata attraverso il condotto 75 dal separatore 44, e viene infine convogliata attraverso il condotto 33 e il riscaldatore 31 alla prima sezione di trattamento (sezione di strippaggio) 3.2 del refrigeratore a contatto diretto 3 per fornire l'ammoniaca necessaria che deve essere strippata dal flusso di gas di combustione 19.
[0074] Se richiesto, una porzione di acqua ricca di ammoniaca dal condotto 70 pu? essere riportata attraverso il condotto 72 al refrigeratore 67 azionato dal refrigerante e da questo alla stazione di lavaggio ad acqua 11, per ridurre la portata di acqua ricca di ammoniaca verso la prima sezione di trattamento 3.2 del refrigeratore a contatto diretto 3.
[0075] Per limitare la concentrazione di ammoniaca nel gas di combustione che lascia il sistema 1, e quindi per soddisfare gli stringenti requisiti di riduzione di rilascio di ammoniaca nell'ambiente, secondo la presente descrizione ammoniaca viene rimossa dal gas di combustione non soltanto nella stazione di lavaggio ad acqua 11, ma anche nel riscaldatore a contatto diretto 13 come segue.
[0076] Nel riscaldatore a contatto diretto 13 gas di combustione che ritorna dall'abbattimento di CO2 (assorbitore di biossido di carbonio 5) e dalla prima rimozione di ammoniaca a bassa temperatura (stazione di lavaggio ad acqua 11), viene riscaldato per scambio termico a contatto diretto con acqua calda povera di ammoniaca che ritorna attraverso il condotto 35 dal refrigeratore a contatto diretto 3. L'acqua che ritorna dal fondo del refrigeratore a contatto diretto 3 verso la sommit? del riscaldatore a contatto diretto 13 pu? avere una temperatura attorno a 55-60?C. In questo modo la considerevole quantit? di acqua condensata nella sezione superiore 3.3 del refrigeratore a contatto diretto 3 viene nuovamente evaporata.
[0077] Inoltre a causa del basso pH dell'acqua che viene riportata dal refrigeratore a contatto diretto 3 verso il riscaldatore a contatto diretto 13, che ? stato raggiunto tramite dosaggio di acido in 36 e in 39 come sopra descritto, l'acqua che entra nel riscaldatore a contatto diretto 13 all'estremit? superiore di esso anch'essa rimuove ammoniaca dal gas di combustione che non ? stata ancora rimossa nella stazione di lavaggio ad acqua 11. Una opportuna regolazione del pH dell'acqua che entra nel riscaldatore a contatto diretto 13 ? un fattore utile nel controllare l'ammoniaca libera presente nell'acqua e quindi infine controlla il contenuto di ammoniaca nel gas di combustione prima del suo rilascio in atmosfera attraverso il camino 81.
[0078] La rimozione attraverso il condotto 43 di eventuali sali volatili, quali carbonato e bicarbonato di ammonio, presenti nell'acqua aggiunta al sistema di circolazione ? un altro fattore utile che contribuisce non soltanto allo strippaggio dell'ammoniaca nella sezione di strippaggio 3.2 e nell'efficienza nella pulizia del gas di combustione, ma minimizza anche il consumo di acido solforico.
[0079] Problemi derivanti da elevate concentrazioni di sali nei flussi di acqua in circolazione, quali la precipitazione sui pacchi delle colonne o simili, sono evitati o sostanzialmente ridotti tramite aggiunta di acqua in eccesso.
[0080] Nel caso in cui il solfato di ammonio che esce in 37 debba essere separato come prodotto secondario, soluzioni esistenti vengono utilizzate ed ? possibile una combinazione del sistema dell'arte corrente con il sistema secondo la presente descrizione. Questo pu? richiedere l'aggiunta di un anello di circolazione per il riscaldatore a contatto diretto 13 e un sistema a colonna per il flusso di acqua di scarico che sostituisce o ? in parallelo alla sopra descritta installazione di evaporatore/condensatore.
[0081] La gestione dell'acqua sopra descritta copre il bilanciamento dell'acqua che proviene dal gas di combustione, il trascinamento dell'acqua nell'assorbitore di biossido di carbonio 5, il controllo dell'acqua in eccesso e di scarico nel refrigeratore a contatto diretto 3 e la presa di acqua da parte del gas di combustione nel riscaldatore a contatto diretto 13. Questo fornisce l'opportunit? di fissare le condizioni di processo in modo tale che possa essere omesso uno stripper addizionale previsto nei sistemi CAP secondo l?arte corrente.
[0082] Le tracce di contaminanti non volatili o a bassa volatilit? e l'associata gestione dei sali copre il controllo del sale, le concentrazioni di solidi di tracce nell'acqua in circolazione, nonch? il controllo dell'assorbimento fra la sezione di strippaggio 3.2 e la sezione di raffreddamento 3.3 del refrigeratore a contatto diretto 3. Il funzionamento al di sotto dell'equilibrio di solubilit? del sale aumenta l'affidabilit? e la disponibilit? del sistema. Inoltre, il processo ? atto a soddisfare i pi? stringenti requisiti concernenti le emissioni di ammoniaca.
[0083] La gestione dei sali di ammonio carbonati copre il controllo sulla rispettiva formazione di sale fra la sezione di strippaggio 3.2 e la sezione di raffreddamento 3.3 del refrigeratore a contatto diretto 3, nonch? il trasferimento di sale attraverso il flusso di acqua in eccesso. Questo minimizza il dosaggio richiesto di acido e quindi riduce anche il carico di sale dell'acqua di scarico.
[0084] L'applicazione di tutte le suddette fasi di gestione del funzionamento consente di omettere l'installazione di un sistema a colonna di strippaggio convenzionale, dove il reboiler usualmente richiede fino al 40% del calore di processo totale assorbito. La richiesta di calore del sistema secondo la presente descrizione pu? essere ridotta al 10% o meno della richiesta totale di calore necessario per l'intero sistema di abbattimento del CO2. Questo ? un importante miglioramento nel rendimento del CAP.
[0085] La nuova disposizione della prima e seconda sezione di trattamento 3.2 e 3.3 del refrigeratore a contatto diretto 3 da luogo ad una progettazione pi? efficiente del rimanente circuito del sistema 1, poich? ad esempio ? necessario soltanto un circuito di acqua, anzich? due, come in altri sistemi dell'arte anteriore.
[0086] Come menzionato, mentre il sistema 1 della Fig.1 ? basato sul processo ad ammoniaca refrigerata, aspetti innovativi della presente descrizione possono essere incorporati in un differente processo di abbattimento del biossido di carbonio a base di ammoniaca, come ad esempio un processo a sale misto (MSP). La Fig.3 illustra uno schema di un sistema di abbattimento o rimozione di biossido di carbonio a base ammoniaca che utilizza un processo a sale misto, modificato secondo la presente descrizione. Gli stessi numeri di riferimento indicano parti ed elementi uguali o corrispondenti a quelli illustrati in Fig.1 e sopra descritti. Specificamente, il sistema della Fig.3 differisce dal sistema della Fig.1 principalmente per la differente natura della soluzione a base ammoniaca usata nell'assorbitore 5 e rigenerata nel rigeneratore 7. In Fig.3 ? mostrata una disposizione leggermente modificata dell'assorbitore di biossido di carbonio 5 e del generatore 7, atti a l'impiego con un processo a sale misto.
[0087] Con il refrigeratore a contatto diretto e il rispettivo sistema di rimozione di biossido di carbonio e relativo metodo secondo forme di realizzazione qui descritte, si raggiunge una riduzione del consumo di calore, rispetto ai sistemi e metodi dell'arte corrente. Specificamente, lo strippaggio di ammoniaca viene eseguito usando calore contenuto nel gas di combustione, riducendo cos? la necessit? di fornire calore al sistema, poich? la fase di strippaggio dell'ammoniaca ? eseguita a monte della fase di raffreddamento del gas di combustione nel refrigeratore a contatto diretto.
[0088] Inoltre, in aggiunta ad un migliore migliorato bilanciamento energetico, il sistema ? pi? semplice e richiede un numero ridotto di componenti se confrontato con sistemi e metodi dell'arte anteriore. Non soltanto viene omessa la colonna di strippaggio dell'ammoniaca, poich? lo strippaggio ? eseguito nel refrigeratore a contatto diretto, come descritto in documenti dell'arte anteriore menzionati nella parte introduttiva della presente descrizione. Si ottiene anche un sostanziale risparmio in termini di componenti strutturali rispetto ai sistemi pi? efficienti dell'arte anteriore, poich? ad esempio ? richiesto un singolo circuito dell'acqua anzich? due.
[0089] Sono state qui descritte forme realizzative illustrate negli allegati disegni. Gli esperti del settore comprenderanno che vari modiche, omissioni ed addizioni possono essere eseguite rispetto a quanto qui specificamente descritto senza uscire dall'ambito dell'invenzione come definito nelle allegate rivendicazioni.
Claims (25)
1. Un refrigeratore a contatto diretto (3) per un sistema di abbattimento di biossido di carbonio a base ammoniaca, comprendente:
un percorso di un flusso di gas di combustione (19) che si estende da un ingresso di gas di combustione (3.4) ad una uscita di gas di combustione (3.5);
una prima sezione di trattamento (3.2) e una seconda sezione di trattamento (3.3) disposte lungo il percorso del flusso di gas di combustione (19), in cui la prima sezione di trattamento (3.2) ? disposta a monte della seconda sezione di trattamento (3.3) rispetto al flusso di gas di combustione lungo il percorso di flusso di gas di combustione (19); e
un ingresso di acqua di lavaggio ricca in ammoniaca (3.6) e una uscita di acqua di lavaggio povera in ammoniaca (3.8), in cui l'ingresso di acqua di lavaggio ricca in ammoniaca (3.6) ? disposto fra la prima sezione di trattamento (3.2) e la seconda sezione di trattamento (3.3); e in cui l'uscita di acqua di lavaggio povera in ammoniaca (3.8) ? disposta a monte della prima sezione di trattamento (3.2).
2. Il refrigeratore a contatto diretto (3) della rivendicazione 1, in cui la prima sezione di trattamento (3.2) e la seconda sezione di trattamento (3.3) sono disposte in una colonna (3.1), la seconda sezione di trattamento (3.3) essendo posta sopra alla prima sezione di trattamento (3.2).
3. Il refrigeratore a contatto diretto (3) della rivendicazione 1 o 2, comprendente inoltre un ingresso di acqua refrigerata (3.9) e una uscita di acqua refrigerata (3.10) disposti nella seconda sezione di trattamento (3.3) e atti a circolare acqua refrigerata nella seconda sezione di trattamento (3.3) in contro corrente rispetto al flusso di gas di combustione nel percorso del flusso di gas di combustione (19).
4. Il refrigeratore a contatto diretto (3) della rivendicazione 3, in cui l'ingresso di acqua raffreddata (3.9) e l'uscita di acqua raffreddata (3.10) sono in accoppiamento di fluido con un condotto di circolazione (23), e in cui una disposizione di refrigerazione (27, 25) ? disposta lungo il condotto di circolazione (23), atto a rimuovere calore dall'acqua refrigerata circolante.
5. Il refrigeratore a contatto diretto (3) della rivendicazione 3 o 4, in cui un dispositivo di raccolta di acqua refrigerata (26) ? disposto fra la prima sezione di trattamento (3.2) e la seconda sezione di trattamento (3.3) ed ? atto a raccogliere acqua refrigerata e carbonato di ammonio dalla seconda sezione di trattamento (3.3) e ad inviare l'acqua refrigerata raccolta e il carbonato di ammonio raccolto verso l'uscita di acqua refrigerata (3.10), ed inoltre atto a consentire al gas di combustione ricco in ammoniaca di fluire attraverso di esso dalla prima sezione di trattamento (3.2) alla seconda sezione di trattamento (3.3).
6. Un sistema (1) di abbattimento di biossido di carbonio a base di ammoniaca comprendente un refrigeratore a contatto diretto (3) secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti.
7. Il sistema (1) della rivendicazione 6, comprendente inoltre:
un assorbitore di biossido di carbonio (5) disposto a valle e in accoppiamento di fluido con il refrigeratore a contatto diretto (3) ed avente un ingresso di gas di combustione (5.1) e una uscita di gas di combustione (5.3); in cui l'assorbitore di biossido di carbonio (5) ? atto ad assorbire biossido di carbonio gassoso dal gas di combustione che entra nell'assorbitore di biossido di carbonio (5) dal refrigeratore a contatto diretto (3) tramite una soluzione a base di ammoniaca, per formare una soluzione a base di ammoniaca ricca di CO2 che esce dall'assorbitore di biossido di carbonio (5) attraverso una uscita di biossido di carbonio (5.4); e
una stazione di lavaggio d'acqua (11) in accoppiamento di fluido tramite un ingresso di gas di combustione (11.1) con l'assorbitore di biossido di carbonio (5) e atta ad assorbire trascinamenti di ammoniaca dal gas di combustione.
8. Il sistema (1) della rivendicazione 7, in cui la stazione di lavaggio d'acqua (11) ? in accoppiamento di fluido con un riscaldatore a contatto diretto (13), atto a ricevere gas di combustione dalla sezione di lavaggio d'acqua (11).
9. Il sistema (1) della rivendicazione 8, in cui la stazione di lavaggio d'acqua (11) e il riscaldatore a contatto diretto (13) sono integrati in una singola colonna, in cui la stazione di lavaggio d'acqua (11) ? disposta nella sezione inferiore della colonna e il riscaldatore a contatto diretto (13) ? disposto in una parte superiore della colonna.
10. Il sistema (1) della rivendicazione 8 o 9, in cui il refrigeratore a contatto diretto (3) ? inoltre in accoppiamento di fluido con il riscaldatore a contatto diretto (13) attraverso l'uscita di acqua di lavaggio povera in ammoniaca (3.8), cosicch? acqua di lavaggio povera in ammoniaca dal refrigeratore a contatto diretto (3) viene alimentata al riscaldatore a contatto diretto (13); e in cui il riscaldatore a contatto diretto (13) ? atto a riscaldare il gas di combustione tramite scambio termico per contatto diretto con detta acqua di lavaggio povera in ammoniaca proveniente dal refrigeratore a contatto diretto (3).
11. Il sistema (1) della rivendicazione 10, comprendente inoltre un condotto di collegamento (35) che pone in accoppiamento di fluido l'uscita dell'acqua di lavaggio povera in ammoniaca (3.8) del refrigeratore a contatto diretto (3) con il riscaldatore a contatto diretto (13); in cui almeno un ingresso di acido (36) ? disposto lungo detto condotto di collegamento (35); ed in cui un condotto di scarico di solfato di ammonio (37) ? previsto a valle dell'ingresso di acido (36).
12. Il sistema (1) di una o pi? delle rivendicazioni 7 a 11, in cui il refrigeratore a contatto diretto (3) ? inoltre in accoppiamento di fluido con la stazione di lavaggio d'acqua (11) per ricevere da essa acqua di lavaggio ricca di ammoniaca attraverso un ingresso di acqua di lavaggio ricca in ammoniaca (3.6).
13. Il sistema (1) della rivendicazione 12, comprendente inoltre uno scambiatore di calore (25) atto a trasferire calore dall'acqua refrigerata circolante nella seconda sezione di trattamento (3.3) del refrigeratore a contatto diretto (3) ad acqua di lavaggio ricca in ammoniaca che fluisce dalla stazione di lavaggio d'acqua (11) al refrigeratore a contatto diretto (3).
14. Il sistema (1) di una o pi? delle rivendicazioni 7 a 13, comprendente inoltre un riscaldatore (31) collegato all'ingresso di acqua di lavaggio ricca in ammoniaca (3.6) del refrigeratore a contatto diretto (3), atto a riscaldare acqua di lavaggio ricca in ammoniaca alimentata dalla stazione di lavaggio ad acqua (11) al refrigeratore a contatto diretto (3).
15. Il sistema (1) di una o pi? delle rivendicazioni 7 a 14, comprendente inoltre un separatore di carbonato di ammonio (44), in accoppiamento di fluido con l'uscita di acqua refrigerata (3.10) ed atto a ricevere un flusso laterale di acqua caricata con carbonato di ammonio dall'uscita dell'acqua raffreddata (3.10) del refrigeratore a contatto diretto (3), ed a decomporre carbonati di ammonio in ammoniaca e biossido di carbonio.
16. Il sistema (1) della rivendicazione 15, in cui il separatore di carbonato di ammonio (44) ha una uscita di acqua in accoppiamento di fluido con l'ingresso di acqua di lavaggio ricca in ammoniaca (3.6) del refrigeratore a contatto diretto (3) per riportare acqua povera di carbonato di ammonio dal separatore (44) al refrigeratore a contatto diretto (3).
17. Il sistema (1) della rivendicazione 16, in cui il separatore di carbonato di ammonio (44) ha un?uscita di vapore per riportare flusso di gas ricco in ammoniaca ad uno dei seguenti: l'assorbitore di biossido di carbonio (5); il refrigeratore a contatto diretto (3).
18. Il sistema (1) di una o pi? delle rivendicazioni 7 a 17, comprendente inoltre un rigeneratore (7) in accoppiamento di fluido con l'assorbitore di biossido di carbonio (5) ed atto a ricevere una soluzione a base di ammoniaca ricca di CO2 che esce dall'assorbitore di biossido di carbonio (5), separare da essa biossido di carbonio e riportare la soluzione a base di ammoniaca povera di CO2 all'assorbitore di biossido di carbonio (5).
19. Il sistema (1) della rivendicazione 18, quando dipendente dalla rivendicazione 17, in cui il separatore di carbonato di ammonio (44) ha una uscita di vapore in accoppiamento di fluido con il rigeneratore (5) atto a riportare un flusso di gas ricco in ammoniaca al rigeneratore (7).
20. Il sistema (1) della rivendicazione 18 o 19, comprendente inoltre una stazione di lavaggio di CO2 (9) avente un ingresso di biossido di carbonio (9.1) in accoppiamento di fluido con il rigeneratore (7) per ricevere da esso biossido di carbonio, e una uscita di biossido di carbonio (9.2) atto a scaricare da essa biossido di carbonio; in cui la sezione di lavaggio di CO2 (9) ? atta a ricevere acqua dal riscaldatore a contatto diretto (13), per rimuovere ammoniaca residua dal biossido di carbonio che fluisce attraverso la stazione di lavaggio di CO2 (9); e in cui la stazione di lavaggio del CO2 (9) comprende una uscita di acqua carica di ammoniaca (9.3) in accoppiamento di fluido con l'ingresso di acqua ricca di ammoniaca (3.6) del refrigeratore a contatto diretto (3).
21. Un metodo per rimuovere biossido di carbonio da un gas di combustione utilizzando un processo di abbattimento di biossido di carbonio a base di ammoniaca, comprendente le seguenti fasi:
far fluire un flusso di gas di combustione ricco di CO2 in contro corrente con un flusso di acqua di lavaggio ricca di ammoniaca e strippare ammoniaca dal flusso di acqua di lavaggio ricca di ammoniaca con essa, per ottenere un flusso di gas di combustione ricco di ammoniaca e ricco di CO2;
raffreddare il flusso di gas di combustione ricco di ammoniaca e ricco di CO2 per raffreddamento in contatto diretto con un flusso di acqua refrigerata per raggiungere una temperatura del gas di combustione atta alla rimozione del biossido di carbonio;
far fluire il flusso di gas di combustione ricco di ammoniaca e ricco di CO2, refrigerato attraverso un assorbitore di biossido di carbonio (5) e portare in contatto il flusso di gas di combustione ricco di ammoniaca e ricco di CO2 raffreddato con una soluzione a base ammoniaca per assorbire biossido di carbonio da esso e produrre una soluzione a base di ammoniaca ricca di CO2 e ottenere un flusso di gas di combustione povero di ammoniaca e povero di CO2; e
rimuovere biossido di carbonio dalla soluzione a base di ammoniaca ricca di CO2.
22. Il metodo della rivendicazione 21, in cui la fase di rimuovere biossido di carbonio dalla soluzione a base ammoniaca ricca di CO2 comprende la fase di rigenerare la soluzione a base di ammoniaca ricca di CO2 in un rigeneratore (7), per rimuovere da essa biossido di carbonio e ricircolare una soluzione a base di ammoniaca povera di CO2 verso l'assorbitore di biossido di carbonio (5).
23. Il metodo della rivendicazione 21 o 22, comprendente inoltre la fase di rimuovere ammoniaca dal flusso di gas di combustione povero di ammoniaca e povero di CO2 che esce dall'assorbitore di biossido di carbonio (5) tramite contatto del flusso di gas di combustione povero di ammoniaca e povero di CO2 con una soluzione di acqua povera di ammoniaca in una stazione di lavaggio ad acqua (11), ottenendo un flusso di acqua di lavaggio ricca di ammoniaca.
24. Il metodo della rivendicazione 23, comprendente la fase di riscaldare il flusso di acqua di lavaggio ricco di ammoniaca dalla stazione di lavaggio ad acqua (11) prima di strippare ammoniaca da esso attraverso un flusso in contro corrente con il flusso di gas di combustione ricco di CO2.
25. Il metodo della rivendicazione 24, in cui la fase di riscaldare il flusso di acqua di lavaggio ricco di ammoniaca comprende la fase di far fluire il flusso di acqua di lavaggio ricco di ammoniaca in rapporto di scambio termico con il flusso di acqua refrigerata dopo che detto flusso di acqua refrigerata ha rimosso calore dal flusso di gas di combustione ricco di ammoniaca e ricco di CO2.
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