KR20180132777A - 온도 변동 흡착 가스 분리를 포함하는 연소 시스템 - Google Patents

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KR20180132777A
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안드레 볼렛
소헤일 키아비
Original Assignee
인벤티스 써멀 테크놀로지스 인코포레이티드
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Abstract

연소후 방출물 저감을 위한, 정전기 집진기, 선택적 연도 가스 탈황기, 및 온도 변동 흡착 가스 분리기를 포함하는 연소 시스템 및 연소 시스템의 동작 방법이 제공된다. 매우 낮은 압력의 증기 스트림이 온도 변동 흡착 가스 분리기를 위한 제1 재생 스트림으로서 이용될 수 있고, 매우 낮은 압력의 증기 스트림은 선택적으로 매우 낮은 압력의 증기 터빈 또는 보조 보일러로부터 회수될 수 있다. 온도 변동 흡착 가스 분리기 내의 적어도 하나의 흡착성 재료의 재생에 적합한 온도의 유체 스트림이 제2 재생 스트림으로서 이용될 수 있고, 유체 스트림은 정전기 집진기, 산화제 예열기, 또는 보조 가열기로부터 선택적으로 회수될 수 있다.

Description

온도 변동 흡착 가스 분리를 포함하는 연소 시스템
본 기술은 일반적으로 화석 연료 연소기에 의해서 생산되는 연소 가스의 온도 변동 흡착 가스 분리를 위한 프로세스 및 그 시스템에 관한 것이다. 보다 특히, 본 기술은 이산화탄소의 온도 변동 흡착 가스 분리를 포함하는 석탄-연소 보일러의 동작 프로세스 및 이를 포함하는 시스템에 관한 것이다.
다-성분 가스 혼합물의 흡착 분리에서 이용하기 위한 온도 변동 흡착 방법이 당업자에게 공지되어 있다. 많은 통상적인 온도 변동 흡착 프로세스가 흡착성 재료에서 공급 가스 혼합물의 하나의 성분을 우선적으로 흡착하기 위해서, 흡착된 성분을 나머지 공급 가스 성분으로부터 분리하기 위해서, 그리고 후속하여 흡착된 성분을 탈착시킴으로써 흡착성 재료를 재생하기 위해서 이용되며, 그러한 재생은 흡착성 재료의 순환적 재사용을 가능하게 할 수 있다. 일부 방법에서, 증기 형태의 물 스트림이 흡착성 재료의 재생을 위한 재생 스트림으로서 이용될 수 있다. 그러나, 당해 분야의 다른 방법에 따라, 고온의 다른 유체 스트림, 예를 들어, 연소 가스 스트림, 고온 불활성 가스 스트림 또는 고온 공기 스트림이 또한 흡착성 재료를 재생하기 위한 재생 스트림으로서 이용될 수 있다.
가스 분리가 요구될 수 있는 산업적 프로세스의 하나의 유형은, 예를 들어 열, (연소 연도 가스 스트림으로도 알려진) 연소 가스 스트림, 및 예를 들어 연소 가스의 팽창 및/또는 적절한 작업 유체의 팽창을 통한 기계적 동력을 생산하기 위해서 산화제 및 전형적으로 탄소를 함유하는 연료가 연소되는, 연소 프로세스를 포함한다. 예를 들어 연소 가스 스트림으로부터 이산화탄소 가스를 제거 및/또는 격리하는 것과 같이, 연소 가스 스트림으로부터 하나 이상의 가스 성분을 분리하는 것이 바람직할 수 있다.
온도 변동 흡착 가스 분리를 포함하는 연소 프로세스 및 시스템에서, 흡착성 재료의 재생을 위해서 소비되는 증기의 양 또는 큰 에너지의 증기의 양(또는 증기 스트림의 유용한 에너지)을 줄이는 것이 바람직할 수 있는데, 이는 스팀의 이용 가능성이 제한될 수 있고 및/또는 스팀이 큰 가치를 가질 수 있기 때문이며, 이는 종래 기술의 일부 양태에 따른 온도 변동 흡착 가스 분리 프로세스를 포함하는 연소 기반 시스템의 운영 비용의 증가를 초래할 수 있다. 일부 알려진 설계에서 재생을 위한 스팀 소비를 줄이기 위한 노력에서, 흡착성 재료를 적어도 부분적으로 재생하기 위해서 및/또는 흡착성 재료의 적어도 일부를 재생하기 위해서, 대안적인 재생 스트림, 예를 들어, 연소 가스 스트림을 이용하기 위한 시도가 있었을 수 있다. 그러나, 일부 그러한 적용예에서, 연소 가스 스트림은 바람직하지 않게 높은 레벨의 오염물질, 예를 들어, 미립자를 포함할 수 있고, 이는 재생을 위해서 이용되는 경우에 흡착성 재료의 성능을 바람직하지 못하게 감소시킬 수 있다. 또한, 예를 들어 연도 가스 탈황기와 같은, 일부 연소후 방출 저감 프로세스 및 장치를 이용하는 일부 적용예에서, 흡착성 재료의 재생을 위해서 요구되는 온도에서의 연소 가스 스트림의 이용 가능성이 제한되거나 존재하지 않을 수 있다.
본 개시 내용에 따른 여러 실시예에서, 온도 변동 흡착 가스 분리기를 포함하는 연소 시스템이:
예열된 일차 산화제 스트림 및 예열된 이차 산화제 스트림을 형성하기 위해서, 일차 산화제 스트림을 회수하기 위해 일차 산화제 팬을 통해서 일차 산화제 공급원에, 이차 산화제 스트림을 회수하기 위해 이차 산화제 팬을 통해서 이차 산화제 공급원에 유체적으로 연결된 산화제 예열기;
연료 스트림을 포함하는 연료 공급원;
연료 공급원으로부터의 연료 스트림과 함께 연소시켜 연소 가스 스트림을 생성하기 위해서, 예열된 일차 산화제 스트림 및 예열된 이차 산화제 스트림 중 적어도 하나를 산화제 예열기로부터 회수하도록 유체적으로 연결되고, 연소 가스 스트림을 산화제 예열기 내로 진입시키도록 유체적으로 연결된 연소기;
급수 공급원;
저온측(cold side) 내의 물 스트림 및/또는 응축물 스트림을 고압 증기 스트림으로 변환하기 위해서, 연소기 및 산화제 예열기에 유체적으로 연결된 고온측, 및 급수 공급원으로부터 물 및/또는 응축물 스트림 중 적어도 하나를 회수하도록 유체적으로 연결된 저온측을 가지는 통합형 열 교환기;
제1 처리된 연소 가스 스트림을 형성하기 위해서, 연소 가스 스트림을 통합형 열 교환기의 고온측으로부터 회수하도록 유체적으로 연결된 미립자 수집기;
미립자 수집기로부터 제1 처리된 연소 가스 스트림의 일부를 회수하도록 유체적으로 연결된 직접 접촉 냉각기;
적어도 제1 성분을 공급 스트림으로부터 분리하기 위해서, 제1 처리된 연소 가스 스트림의 일부를 재생 스트림으로서 미립자 수집기로부터 회수하기 위해, 제1 처리된 연소 가스 스트림을 공급 스트림으로서 직접 접촉 냉각기로부터 회수하도록 유체적으로 연결된 온도 변동 흡착 가스 분리기를 포함한다.
개시 내용에 따른 추가적인 실시예에서, 온도 변동 흡착 가스 분리기를 포함하는 연소 시스템이:
예열된 일차 산화제 스트림 및 예열된 이차 산화제 스트림을 형성하기 위해서, 일차 산화제 스트림을 회수하기 위해 일차 산화제 팬을 통해서 일차 산화제 공급원에, 이차 산화제 스트림을 회수하기 위해 이차 산화제 팬을 통해서 이차 산화제 공급원에 유체적으로 연결된 산화제 예열기;
연료 공급원;
연료 공급원으로부터 연료 스트림을 회수하기 위해서, 그리고 연소 가스 스트림을 산화제 예열기 내로 진입시키기 위해서, 예열된 일차 산화제 스트림 및 예열된 이차 산화제 스트림을 회수하도록 유체적으로 연결된, 연소 가스 스트림 생산을 위한 연소기;
급수 공급원;
저온측 내의 물 및/또는 응축물 스트림을 고압 증기 스트림으로 변환하기 위해서, 연소기 및 산화제 예열기에 유체적으로 연결된 고온측, 및 급수 공급원으로부터 물 및/또는 응축물 스트림 중 적어도 하나를 회수하도록 유체적으로 연결된 저온측을 가지는 통합형 열 교환기;
제1 처리된 연소 가스 스트림을 형성하기 위해서, 연소 가스 스트림을 산화제 예열기로부터 회수하도록 유체적으로 연결된 미립자 수집기 중 적어도 하나, 및
제2 처리된 연소 가스 스트림을 형성하기 위해서, 미립자 수집기로부터 제1 처리된 연소 가스 스트림을 또는 산화제 예열기로부터 연소 가스 스트림을 회수하도록 유체적으로 연결된 연도 가스 탈황기;
미립자 수집기 및 연도 가스 탈황기 중 적어도 하나로부터 제2 처리된 연소 가스 스트림의 적어도 일부를 회수하도록 유체적으로 연결된 직접 접촉 냉각기; 및
적어도 제1 성분을 공급 스트림으로부터 분리하기 위해서, 제2 처리된 연소 가스 스트림을 직접 접촉 냉각기로부터 회수하도록 유체적으로 연결된 온도 변동 흡착 가스 분리기를 포함한다.
여러 실시예에서, 미립자 수집기 및 온도 변동 흡착 가스 분리기를 포함하는 연소 시스템의 동작 프로세스가 제공된다. 하나의 그러한 실시예에서, 프로세스는:
연료 스트림을 연소기 내로 진입시키고, 산화제 스트림을 연소기 내로 진입시키고, 연료 스트림과 산화제 스트림을 연소시켜 연소 가스 스트림을 생산하는 단계;
연소 가스 스트림을, 연소 가스 스트림에 비해서 미립자 레벨이 감소된 제1 처리된 연소 가스 스트림을 형성하는 미립자 수집기 내로 진입시키는 단계;
제1 처리된 연소 가스 스트림의 적어도 일부를, 제1 처리된 연소 가스 스트림의 온도를 감소시키는 직접 접촉 냉각기 내로 진입시켜, 공급 스트림을 형성하는 단계;
온도 변동 흡착 가스 분리기 내의 적어도 하나의 흡착성 재료에서 공급 스트림의 적어도 제1 성분을 흡착시키기 위해서 공급 스트림을 온도 변동 흡착 가스 분리기 내로 진입시키고 제1 생산 스트림을 온도 변동 흡착 가스 분리기로부터 회수하는 단계;
온도 변동 흡착 가스 분리기 내의 적어도 하나의 흡착성 재료에 흡착된 제1 성분의 제1 부분을 탈착시키기 위해서 저압 증기 스트림을 온도 변동 흡착 가스 분리기 내로 진입시키고 제2 생산 스트림을 온도 변동 흡착 가스 분리기로부터 회수하는 단계, 및
온도 변동 흡착 가스 분리기 내의 흡착성 재료에 흡착된 제1 성분의 제2 부분을 탈착시키기 위해서 제1 처리된 연소 가스 스트림의 적어도 일부를 온도 변동 흡착 가스 분리기 내로 진입시키고 제3 생산 스트림을 온도 변동 흡착 가스 분리기로부터 회수하는 단계를 포함한다.
여러 실시예에서, 미립자 수집기, 연도 가스 탈황기 및 온도 변동 흡착 가스 분리기를 포함하는 연소 시스템의 동작 프로세스가 제공된다. 하나의 그러한 실시예에서, 프로세스는:
일차 산화제 스트림을, 예열된 일차 산화제 스트림을 형성하는 산화제 예열기 내로 진입시키고, 이차 산화제 스트림을, 예열된 이차 산화제 스트림을 형성하는 산화제 예열기 내로 진입시키고, 예열된 일차 산화제 공급원과 조합하여 조합된 연료 스트림을 형성하기 위해서 연료 스트림을 진입시키는 단계;
예열된 이차 산화제 스트림 및 조합된 연료 스트림을 보일러 내로 진입시키고, 예열된 이차 산화제 스트림 및 조합된 연료 스트림을 연소시켜, 연소 가스 스트림을 생산하는 단계;
연소 가스 스트림을 산화제 예열기 내로 진입시키는 단계,
연소 가스 스트림을 미립자 수집기 내로 진입시켜, 제1 처리된 연소 가스 스트림을 형성하는 단계;
제1 처리된 연소 가스 스트림을 정전기 집진기(electrostatic precipitator) 내로 진입시켜, 제2 처리된 연소 가스 스트림을 형성하는 단계;
제2 처리된 연소 가스 스트림의 적어도 일부를 직접 접촉 냉각기 내로 진입시켜, 공급 스트림을 형성하는 단계;
온도 변동 흡착 가스 분리기 내의 적어도 하나의 흡착성 재료에서 공급 스트림의 적어도 제1 성분을 흡착시키기 위해서 공급 스트림을 온도 변동 흡착 가스 분리기 내로 진입시키고 제1 생산 스트림을 온도 변동 흡착 가스 분리기로부터 회수하는 단계, 및
온도 변동 흡착 가스 분리기 내의 적어도 하나의 흡착성 재료에 흡착된 제1 성분의 제1 부분을 탈착시키기 위해서 저압 증기 스트림을 온도 변동 흡착 가스 분리기 내로 진입시키고 제2 생산 스트림을 온도 변동 흡착 가스 분리기로부터 회수하는 단계를 포함한다.
여러 실시예에서, 연소기, 증기 터빈, 및 온도 변동 흡착 가스 분리기를 포함하는 연소 시스템의 동작 프로세스가 제공된다. 하나의 그러한 실시예에서, 프로세스는:
연료 스트림을 연소기 내로 진입시키고, 산화제 스트림을 연소기 내로 진입시키고, 연료 스트림과 산화제 스트림을 연소시켜, 연소 가스 스트림을 생산하는 단계;
물 스트림 및/또는 응축물 스트림 중 적어도 하나를 열 교환 장치 내로 진입시키는 단계;
열 교환 장치 내에서 물 스트림 및/또는 응축물 스트림을 고압 증기 스트림으로 변환하기 위해서, 열 교환 장치와 접촉되도록 연소 가스 스트림을 지향시키는 단계, 및
고압 증기 스트림을 중압 터빈 및 저압 터빈 중 적어도 하나를 가지는 증기 터빈 내로 진입시키는 단계를 포함한다.
도 1은, 정전기 집진기, 온도 변동 흡착 가스 분리기, 및 저압 증기 터빈을 포함하는, 본 개시 내용의 실시예에 따른 연소 시스템을 도시한 단순화된 개략도이다. 저압 증기 스트림이 저압 증기 터빈으로부터 회수될 수 있고 제1 재생 스트림으로서 온도 변동 흡착 가스 분리기 내로 진입될 수 있다. 정전기 집진기로부터 회수된 제1 처리된 연소 가스 스트림의 일부가 공급 스트림 및 제2 재생 스트림으로서 온도 변동 흡착 가스 분리기 내로 진입될 수 있다.
도 2는, 정전기 집진기, 온도 변동 흡착 가스 분리기, 및 보조 보일러를 포함하는, 다른 실시예에 따른 연소 시스템을 도시한 단순화된 개략도이다. 보조 보일러는 응축물 스트림 및/또는 물 스트림을 저압 증기 스트림으로 변환하기 위해서 이용될 수 있고, 그러한 저압 증기 스트림은 보조 보일러로부터 회수될 수 있고 제1 재생 스트림으로서 온도 변동 흡착 가스 분리기 내로 진입될 수 있다. 정전기 집진기로부터 회수된 제1 처리된 연소 가스 스트림의 일부가 공급 스트림 및 제2 재생 스트림으로서 온도 변동 흡착 가스 분리기 내로 진입될 수 있다.
도 3은, 정전기 집진기, 연도 가스 탈황기, 온도 변동 흡착 가스 분리기, 및 저압 증기 터빈을 포함하는, 추가적인 실시예에 따른 연소 시스템을 도시한 단순화된 개략도이다. 제3 처리된 연소 가스 스트림의 적어도 일부가 연도 가스 탈황기로부터 회수될 수 있고, 공급 스트림으로서 온도 변동 흡착 가스 분리기 내로 진입될 수 있다. 저압 증기 스트림이 저압 증기 터빈으로부터 회수될 수 있고 제1 재생 스트림으로서 온도 변동 흡착 가스 분리기 내로 진입될 수 있다. 예열된 산화제 스트림의 일부가 산화제 예열기로부터 회수될 수 있고 제2 재생 스트림으로서 온도 변동 흡착 가스 분리기 내로 진입될 수 있다.
도 4는, 정전기 집진기, 연도 가스 탈황기, 온도 변동 흡착 가스 분리기, 및 보조 보일러를 포함하는, 대안적인 실시예에 따른 연소 시스템을 도시한 단순화된 개략도이다. 제3 처리된 연소 가스 스트림의 적어도 일부가 연도 가스 탈황기로부터 회수될 수 있고, 공급 스트림으로서 온도 변동 흡착 가스 분리기 내로 진입될 수 있다. 보조 보일러는 응축물 스트림 및/또는 물 스트림을 저압 증기 스트림으로 변환하기 위해서 이용될 수 있고, 그러한 저압 증기 스트림은 보조 보일러로부터 회수될 수 있고 제1 재생 스트림으로서 온도 변동 흡착 가스 분리기 내로 진입될 수 있다. 예열된 산화제 스트림의 일부가 산화제 예열기로부터 회수될 수 있고 제2 재생 스트림으로서 온도 변동 흡착 가스 분리기 내로 진입될 수 있다.
도 5는 정전기 집진기, 연도 가스 탈황기, 온도 변동 흡착 가스 분리기, 저압 증기 터빈, 및 보조 가열기를 포함하는, 추가적인 실시예에 따른 연소 시스템을 도시한 단순화된 개략도이다. 제3 처리된 연소 가스 스트림의 적어도 일부가 연도 가스 탈황기로부터 회수될 수 있고, 공급 스트림으로서 온도 변동 흡착 가스 분리기 내로 진입될 수 있다. 저압 증기 스트림이 저압 증기 터빈으로부터 회수될 수 있고 제1 재생 스트림으로서 온도 변동 흡착 가스 분리기 내로 진입될 수 있다. 보조 가열기를 이용하여 온도 변동 흡착 가스 분리기로부터의 제4 제품 스트림의 일부의 온도를 높일 수 있다. 제4 제품 스트림의 일부가 보조 가열기로부터 회수될 수 있고 제2 재생 스트림으로서 온도 변동 흡착 가스 분리기 내로 진입될 수 있다.
도 6은, 정전기 집진기, 연도 가스 탈황기, 온도 변동 흡착 가스 분리기, 보조 보일러 및 보조 가열기를 포함하는, 다른 실시예에 따른 연소 시스템을 도시한 단순화된 개략도이다. 제3 처리된 연소 가스 스트림의 적어도 일부가 연도 가스 탈황기로부터 회수될 수 있고, 공급 스트림으로서 온도 변동 흡착 가스 분리기 내로 진입될 수 있다. 보조 보일러는 응축물 스트림 및/또는 물 스트림을 저압 증기 스트림으로 변환하기 위해서 이용될 수 있고, 그러한 저압 증기 스트림은 보조 보일러로부터 회수될 수 있고 제1 재생 스트림으로서 온도 변동 흡착 가스 분리기 내로 진입될 수 있다. 보조 가열기를 이용하여 온도 변동 흡착 가스 분리기로부터의 제4 제품 스트림의 일부의 온도를 높일 수 있다. 제4 제품 스트림의 일부가 보조 가열기로부터 회수될 수 있고 제2 재생 스트림으로서 온도 변동 흡착 가스 분리기 내로 진입될 수 있다.
도 7은, 제2 제품 스트림을 온도 변동 흡착 가스 분리기로부터 회수하기 위한, 제1 스테이지 응축기, 토출기, 제2 스테이지 응축기, 압축기를 포함하는, 본 개시 내용의 실시예에 따른 온도 변동 흡착 가스 분리기 구성을 도시한 단순화된 개략도이다.
도면 중 몇몇 도면 전반에 걸쳐, 유사한 참조 번호가 상응하는 부분을 나타낸다.
일부 통상적인 연소 시스템이, 예를 들어, 정전기 집진기(이하에서 "ESP"로 지칭됨), 기계적 수집기 또는 사이클론, 직물 필터 또는 백하우스(baghouse), 습식 스크러버, 또는 디젤 미립자 필터와 같은 미립자 필터, 또는 그 조합과 같은, 연소 가스 스트림으로부터 미립자의 양 또는 레벨을 줄이기 위한 연소후 방출 저감 장치를 이용할 수 있다. 일부 통상적인 시스템은 또한, 예를 들어, 연도 가스 탈황기(이하에서 "FGD"로 지칭됨)와 같은, 연소 가스 스트림으로부터.황 산화물(이하에서 "SOx"로 지칭됨)의 양 또는 레벨을 줄이기 위한 연소후 방출 저감 장치를 이용할 수 있다. 일부 통상적인 연소 시스템 적용예에서, 연소기, 예를 들어, 석탄-연소 보일러로부터 생산된 연소 가스 스트림이, 온도 변동 흡착 가스 분리기 및 온도 변동 흡착 가스 분리 프로세스에서 흡착성 재료의 재생을 위한 재생 스트림으로 이용하기에 바람직한 적합한 양의 열 에너지 또는 그러한 이용에 바람직한 적합한 온도를 포함할 수 있다. 그러나, (예를 들어 ESP에 의한 프로세싱 또는 처리의 상류로부터 그리고 그에 앞서서) 연소 가스 스트림이 또한 높은 레벨의 미립자를 포함할 수 있고, 이는 TSA 분리기를 위한 공급 스트림 및/또는 TSA 분리기내의 흡착성 재료의 재생을 위한 재생 스트림으로 이용하기에 바람직하지 않은 연소 가스 스트림을 초래할 수 있다. 또한, FGD를 이용하는 통상적인 연소 시스템에서, 미립자 레벨이 감소된 FGD 하류의 그리고 그에 의해서 프로세스된 제1 처리된 연소 가스 스트림은, 재생을 위해서 요구되는 것과 관련하여 충분하지 않은 양의 열 에너지 또는 그보다 낮은 온도를 포함할 수 있고, 결과적으로 흡착성 재료의 재생을 위한 재생 스트림으로 이용하기에 바람직하지 않은 FGD의 제1 처리된 연소 가스 스트림을 초래할 수 있다.
본 개시 내용의 일 양태에서, 예를 들어, (고체, 분쇄된, 가스화된 또는 다른 형태의 석탄-연료형 연소기, 예를 들어 석탁-연소형 발전 플랜트를 포함하는) 석탄-연소 연소기, 바이오매스(buomass) 고체 및/또는 액체 연료 연소기, 증기 발생기/보일러 연소기, (예를 들어 프로세스 유체 및/또는 가스를 가열하기 위해서 정제 및/또는 산업적 프로세스에서 이용될 수 있는) 프로세스 가열기 연소기, 또는 디젤 엔진 또는 다른 적합한 내연기관을 포함하는, 연료 연소기(이하에서 "연소기"로 지칭됨)를 포함하는 연소 시스템의 동작을 위한 프로세스가 제공된다. 하나의 그러한 양태에서, 연소 시스템은 또한 선택적인 미립자 수집기, 및 온도 변동 흡착 가스 분리기(이하에서 "TSA 분리기"로 지칭됨)를 포함할 수 있다.
본 개시 내용에 따른 실시예에서, 온도 변동 흡착 가스 분리 프로세스(이하에서 "TSA 프로세스"로 지칭됨) 및 TSA 분리기를 이용하여, 적어도 제1 유체 성분 및 제2 유체 성분을 포함하는 다-성분 유체 혼합물로부터, 적어도 하나의 유체 성분, 예를 들어, 제1 성분을 분리할 수 있다. 일 양태에서, TSA 프로세스는 적어도 하나의 흡착 단계 및 하나 이상의 재생 단계, 예를 들어, TSA 분리기 내의 적어도 하나의 흡착성 재료(이하에서 "흡착성 재료"로 지칭됨)에 흡착된 적어도 하나의 성분, 예를 들어, 제1 성분의 적어도 제1 부분을 탈착하기 위한 제1 재생 단계, 및 선택적으로, TSA 분리기 내의 흡착성 재료 상에 흡착된 적어도 하나의 성분, 예를 들어 제1 성분의 적어도 제2 부분을 탈착하기 위한 및/또는 다른 성분, 예를 들어, 제3 성분을 탈착하기 위한 제2 재생 단계를 이용할 수 있다. 일 양태에서, TSA 프로세스는 또한, 흡착 접촉부 및/또는 TSA 분리기의 흡착 구역으로부터 다른 유체 성분을 탈착 또는 스위핑(sweep)하기 위한, 및/또는 흡착 단계의 시작에 앞서서 접촉부 및/또는 TSA 분리기의 구역 내의 흡착성 재료의 온도를 변화시키기 위한 선택적인 컨디셔닝 단계를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 적어도 하나의 재생 단계, 예를 들어 제1 재생 단계가, TSA 분리기 내의 흡착성 재료의 가열에 의해서, 또는 흡착성 재료의 온도 변동 및/또는 부분적 압력 변동(예를 들어, 제1 재생 스트림의 적어도 하나의 성분 및 적어도 하나의 흡착성 재료에 흡착된 적어도 하나의 성분의 부분적 압력 또는 농도의 차), 및/또는 흡착 에너지의 열의 변동, 예를 들어 제1 재생 스트림의 적어도 하나의 성분 및 적어도 하나의 흡착성 재료에 흡착된 적어도 하나의 성분의 흡착 에너지의 열의 차이에 의해서, 일차적으로 구동될 수 있다. 다른 실시예에서, 하나 이상의 이차 탈착 메커니즘, 예를 들어, 온도 변동, 부분압 변동, 진공, 퍼지, 또는 예를 들어 퍼지 유체를 이용한 변위 퍼지가 또한 하나 이상의 흡착된 성분의 탈착에서 이용될 수 있다. 하나의 그러한 실시예에서, 흡착 재료에 흡착된 성분의 탈착을 위한 부가적인 재생 단계가: TSA 분리기 내의 흡착 재료의 온도의 변동, TSA 분리기 내의 성분의 부분적인 압력 또는 농도의 변동, TSA 분리기의 압력의 변동, 흡착 에너지의 열의 변동, 또는 변위 퍼지, 중 하나 이상에 의해서 일차적으로 구동될 수 있다. 일 양태에서, 선택적인 컨디셔닝 단계가 변위 퍼지에 의해서 일차적으로 구동될 수 있다. 따라서, 본 개시 내용의 양태가 예시적인 TSA 프로세스 및 예시적인 TSA 분리기를 참조하여 개시되지만, 특히 적어도 하나의 프로세스 단계, 예를 들어 재생 또는 컨디셔닝 단계가 대기압-이하 또는 부분적 진공 압력과 같은 감소된 압력에서 실시될 수 있는 특정 실시예에서, 접촉부 내에 포함된 적어도 하나의 흡착성 재료로 및/또는 그로부터 하나 이상의 성분을 흡착 및 특히 탈착하는 것이 비제한적으로: 흡착성 재료의 온도 또는 흡착성 재료에/그로부터 흡착/탈착되는 하나 이상의 유체 성분의 흡착의 열 중 하나 이상의 열적 변동, TSA 분리기 내의 성분의 부분적인 압력 또는 농도의 변동, TSA 분리기의 압력의 변동, 흡착 에너지의 열의 변동, 또는 변위 퍼지, 또는 그 조합과 같은, 하나 이상의 흡착 구동력에 의해서 구동될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 개시 내용에서 설명된 임의의 실시예 또는 양태를 위해서, 여기에서 개시된 프로세스 및 시스템의 다양한 고려된 적용예에 따른 유체 성분의 흡착 및/또는 탈착을 적절히 제공할 수 있도록, 본 개시 내용에서 언급된, 예시적인 TSA 프로세스 및 분리기 실시예와 같은, 흡착 프로세스 및 시스템이, 비제한적으로, 그러한 흡착 구동력의 임의의 하나 이상 또는 조합을 포함할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
본 개시 내용의 일 양태에 따라, 적어도 제1 성분, 예를 들어, 이산화탄소(이하에서 "CO2"로 지칭됨), 황 산화물, 질소, 산소, 및/또는 중금속을 다-성분 유체 혼합물로부터 분리하기 위해서, 예시적인 TSA 프로세스 및 예시적인 TSA 분리기가 제공된다. 하나의 그러한 양태에서, 다-성분 유체 혼합물이, 예를 들어, 연소기에 의해서 생성된 연소 가스 스트림 또는 연도 가스 스트림을 포함할 수 있다. 일 양태에서, 다-성분 유체 혼합물은 예시적인 TSA 프로세스 및 예시적인 TSA 분리기를 위한 공급 스트림으로서 이용될 수 있고, 적어도 제1 성분 및 제2 성분, 예를 들어, 질소(이하에서 "N2"로 지칭됨)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, TSA 프로세스는 흡착 단계, 제1 재생 단계, 선택적인 제2 재생 단계 및 선택적인 컨디셔닝 단계를 포함하는 한편, TSA 분리기는, 적어도 하나의 외장 내에 수용된, 4개의 구역, 예를 들어 제1 구역, 제2 구역, 제3 구역, 및 제4 구역을 통해서 중심 축을 중심으로 순환 또는 회전되는, 적어도 하나의 흡착성 재료를 가지는 하나의 회전 접촉부를 포함한다. 예시적인 TSA 프로세스 중에, TSA 프로세스의 제1 단계 또는 흡착 단계가 TSA 분리기의 제1 구역 내에서 발생될 수 있고, TSA 프로세스의 제2 단계 또는 제1 재생 단계가 TSA 분리기의 제2 구역 내에서 발생될 수 있고, TSA 프로세스의 선택적인 제3 단계 또는 선택적인 제2 재생 단계가 TSA 분리기의 제3 구역 내에서 발생될 수 있고, 그리고 TSA 프로세스의 선택적인 제4 단계 또는 선택적인 컨디셔닝 단계가 TSA 분리기의 제4 구역 내에서 발생될 수 있다. 대안적으로, TSA 프로세스의 부가적인 단계 및 TSA 분리기의 부가적인 구역, 예를 들어 (제1 재생 구역에 인접할 수 있고 및/또는 순서상 제1 재생 구역 이전일 수 있는) 예비-재생 구역 내에서 발생될 수 있는 (흡착 단계 이후 및 제1 재생 단계 이전의) 예비-재생 단계, 및 접촉부의 (흡착 구역의 측면에 인접할 수 있는) 리플럭스 구역(reflux zone) 내에서 발생될 수 있는 (흡착 단계 이전의 또는 이후의) 리플럭스 단계가 이용될 수 있다. 본 개시 내용의 실시예에서, TSA 분리기는, 비제한적으로, 예를 들어, 건조제, 활성 탄소, 흑연, 탄소 분자체(molecular sieve), 활성 알루미나, 분자체, 알루미노포스페이트, 실리코알루미노포스페이트, 제올라이트 흡착제, 이온 교환 제올라이트, 친수성 제올라이트, 소수성 제올라이트, 개질된 제올라이트, 천연 제올라이트, 파우자사이트, 클리노틸로라이트, 모르데나이트, 금속-교환된 실리코-알루미노포스페이트, 단-극성 수지, 양-극성 수지, 방향족 가교-결합 폴리스티렌 매트릭스, 브롬화 방향족 매트릭스, 메타크릴산 에스테르 공중합체, 탄소 섬유, 탄소 나노튜브, 나노 재료, 금속 염 흡착제, 과염소산염, 옥살산염, 알칼라인 토금속 입자, ETS, CTS, 금속 산화물, 지지된 알칼리 카보네이트, 알칼리-촉진 하이드로탈사이트, 화학흡착제, 아민, 유기-금속 반응물, 및 금속 유기 프레임워크 흡착제 재료, 및 그 조합을 포함하는, 공급 스트림으로부터 적어도 하나의 유체 성분의 희망 흡착을 실시하기 위한 임의의 적합한 흡착성 재료를 이용할 수 있다.
본 개시 내용의 일 실시예에서, 온도 변동 흡착 가스 분리기, 및 예를 들어, 정전기 집진기와 같은 선택적인 미립자 수집기를 포함하는 연소 시스템의 동작 프로세스가 제공된다. 하나의 그러한 실시예에서, 온도 변동 흡착 가스 분리기는 적어도 제1 성분(예를 들어, 이산화탄소(이하에서 "CO2"로 지칭됨), 황 산화물, 질소, 산소, 및/또는 중금속)을 공급 스트림으로부터 분리할 수 있다. 연소 시스템의 연소기 또는 보일러를 위해서 이용되는 일차 산화제 스트림이 하나 이상의 일차 산화제 공급원으로부터 회수될 수 있고, 일차 산화제 팬 내로 그리고 산화제 예열기 내로 진입되어 일차 산화제 스트림의 온도를 예를 들어 약 250 내지 300 ℃까지 증가시켜 예열된 일차 산화제 스트림을 형성할 수 있다. 연료 공급원은 연소기 또는 보일러를 위해서 이용되는 연료 스트림을 진입시켜, 예열된 일차 산화제 스트림과 조합하여 연소기 또는 보일러 내로 진입될 수 있는 조합된 연료 스트립을 형성한다. 연소기 또는 보일러를 위해서 이용되는 이차 산화제 스트림이 하나 이상의 이차 산화제 공급원으로부터 회수될 수 있고, 이차 산화제 팬 내로 그리고 이차 산화제 스트림의 온도를 높이기 위한 산화제 예열기 내로 진입될 수 있다. 하나의 그러한 실시예에서, 이차 산화제 스트림의 온도가 예를 들어 약 250 내지 300 ℃까지 증가되어, 예열된 이차 산화제 스트림이 보일러 내로 진입하기 전에, 예열된 이차 산화제 스트림을 형성한다. 예열된 이차 산화제 스트림 및 조합된 연료 스트림이 혼합되고 연소되어 연소 가스 스트림 및 열을 생성한다.
일 실시예에서, 선택적으로 연소기 또는 보일러와 통합될 수 있는 통합형 열 교환기는, 연소기로부터 연소 가스 스트림을 회수하도록 유체적으로 연결된 고온측 및 급수 공급원에 유체적으로 연결된 저온측을 포함한다. 연소 가스 스트림은 열을 통합형 열 교환기에 공급할 수 있고, 통합형 열 교환기는, 통합형 열 교환기의 저온측에서 급수 공급원으로부터 회수된 물 및/또는 응축물 스트림을 고압 증기 스트림으로 변환한다. 고압 증기 스트림이 통합형 열 교환기의 고온측으로부터 회수될 수 있고, 선택적으로, 증기 터빈, 예를 들어, 고압 터빈 또는 스테이지, 중압 터빈 또는 스테이지, 및 저압 터빈 또는 스테이지를 가지는 다수 스테이지 증기 터빈으로 진입되어, 예를 들어, 발전기에 동력을 공급하거나, 선택적으로 산업적 프로세스를 위해서 이용되고 그에 진입된다.
개시 내용의 일 양태에서, 연소 가스 스트림이 통합형 열 교환기의 고온측으로부터 회수되고 산화제 예열기 내로 진입되며, 여기에서 연소 가스 스트림은 열을 공급하고 전달하여, 산화제 예열기 내로 진입되는 일차 산화제 스트림 및 이차 산화제 스트림의 온도를 높인다. 연소 가스 스트림은 산화제 예열기로부터 회수되고 프로세싱을 위해서 선택적인 미립자 수집기, 예를 들어 정전기 집진기 또는 ESP 내로 진입되며, 정전기 집진기에서 연소 가스 스트림 내의 미립자가 분리될 수 있고, 그에 따라 연소 가스 스트림 내의 미립자의 양 또는 레벨에 비해서 감소된 미립자의 양 또는 레벨을 가지는 제1 처리된 연소 가스 스트림을 형성한다. 하나의 그러한 실시예에서, 제1 처리된 연소 가스 스트림이 예를 들어 약 150 내지 200 ℃ 범위의 온도를 가질 수 있다. 제1 처리된 연소 가스 스트림은 ESP로부터 회수될 수 있고 팬, 예를 들어, 흡출 송풍 팬(induced draft fan) 내로 진입될 수 있고, 그러한 팬은 제1 처리된 연소 가스 스트림을 선택적인 연소 가스 밸브, 예를 들어 전환기 밸브 내로 지향 및 진입시키고, 그러한 밸브는 제1 처리된 연소 가스 스트림의 적어도 일부를 대기 분위기 내로의 분산 및 방출 그리고 연소 시스템으로부터의 회수를 위한 스택(stack)에 대해서 선택적으로 지향시키고 진입시킬 수 있다.
일 프로세스 실시예에서, 선택적 연소 가스 밸브가 또한 제1 처리된 연소 가스 스트림의 적어도 일부를 부스터 팬 내로 선택적으로 지향 및 진입시킬 수 있고, 부스터 팬은 이어서 제1 처리된 연소 가스 스트림을 열 전달 장치, 예를 들어, 직접 접촉 냉각기(이하에서 "DCC"으로 지칭됨)로 지향 및 진입시켜, 제1 처리된 연소 가스 스트림의 온도를 낮춘다. 하나의 그러한 실시예에서, DCC은, 예시적인 TSA 프로세스의 제1 단계 또는 흡착 단계 중에 제1 처리된 연소 가스 스트림이 공급 스트림으로서 TSA 분리기의 제1 구역 내로 진입되기 전에, 제1 처리된 연소 가스 스트림의 온도를, 예를 들어, 약 50 ℃ 이하의, 또는 구체적으로 약 40 ℃ 이하의, 또는 더 구체적으로 약 30 ℃ 이하의 온도로 감소시킬 수 있다. 제1 처리된 연소 가스 스트림이 TSA 분리기의 제1 구역 내의 적어도 하나의 흡착성 재료와 접촉됨에 따라, 제1 처리된 연소 가스 스트림의 제1 성분, 예를 들어 CO2의 적어도 일부가 적어도 하나의 흡착성 재료에 의해서 흡착되어, 제1 성분을 제1 처리된 연소 가스 스트림의 비흡착 성분으로부터 분리할 수 있다. 제1 처리된 연소 가스 스트림 및/또는 제1 처리된 연소 가스 스트림의 비흡착 성분의 일부가, 공급 스트림에 비해서 제1 성분이 고갈될 수 있고 TSA 분리기의 제1 구역으로부터 회수될 수 있는 제1 생산 스트림을 형성할 수 있다. 제1 생산 스트림은 더 높은 온도의 제1 처리된 연소 가스 스트림의 부분과 선택적으로 조합되도록 지향될 수 있고, 그에 따라 대기 분위기 내로의 분산 및 방출 그리고 연소 시스템으로부터의 회수를 위한 스택 내로 연도 가스 스트림으로서 진입될 수 있는, 제2 처리된 연소 가스 스트림을 충분한 부력으로 형성할 수 있다. 선택적으로, 제1 생산 스트림의 적어도 일부는, 예시적인 TSA 프로세스의 제1 단계 또는 흡착 단계 중에 TSA 분리기의 제1 구역 내로 진입되는 공급 스트림의 일부를 형성하도록, 주기적으로 지향될 수 있다. 제1 처리된 연소 가스 스트림의 적어도 일부를 TSA 분리기를 위한 공급 스트림으로서 이용하는 것은, 유리하게, 미립자 오염으로 인해서 발생될 수 있는 적어도 하나의 흡착 재료 및/또는 TSA 분리기의 성능 저하를 감소시킬 수 있다.
다른 프로세스 실시예에서, 예를 들어 저압 증기 스트림 형태인, 예를 들어 제3 성분 또는 물(이하에서 "H2O"로 지칭됨) 스트림을 포함하는 제1 재생 스트림이, 예를 들어 증기 터빈의 중압 터빈과 저압 터빈 사이의 위치에서 또는 저압 터빈의 하류에서 증기 터빈으로부터 회수될 수 있고, 매우 저압의 증기 터빈 또는 VLP 터빈 내로 진입되어, 기계적으로 커플링된 장치, 예를 들어, 보조 발전기, 물 펌프 또는 팬에 동력을 공급할 수 있다. 하나의 그러한 실시예에서, VLP 터빈이 그러한 기계적으로 커플링된 장치에 동력을 공급할 수 있고, 그에 따라 연소 시스템의 효율을 유리하게 높일 수 있다. 일 실시예에서, 예를 들어 약 300 kPa 절대(absolute) 미만, 또는 구체적으로 약 150 kPa 절대 미만, 또는 더 구체적으로 약 20 kPa 절대 미만의 매우 낮은 압력의 증기 스트림이 VLP 터빈으로부터 회수될 수 있고, 예시적인 TSA 프로세스의 제2 단계 또는 제1 재생 단계 중에 제1 재생 스트림으로서 TSA 분리기의 제2 구역 내로 진입될 수 있고, 이는 적어도 하나의 흡착성 재료의 온도를 증가시켜, 적어도 하나의 흡착성 재료에 흡착된 제1 성분의 적어도 일부를 탈착시킬 수 있다. 제1 재생 스트림, 예를 들어 제3 성분 또는 H2O, 및/또는 TSA 분리기의 제2 구역 내의 적어도 하나의 흡착성 재료에 흡착된, 탈착된 성분, 예를 들어, 제1 성분 또는 CO2의 적어도 일부가, TSA 분리기의 제2 구역으로부터 회수될 수 있는 제2 생산 스트림을 형성할 수 있다. 제2 생산 스트림은, 응축 가능 성분, 예를 들어, 제3 성분 또는 H2O를 제2 생산 스트림으로부터 분리하여, 응축물 스트림 및 정제된 제2 생산 스트림을 형성하는, 적어도 하나의 응축기, 예를 들어, 물 분리기, 냉각기, 또는 응축 열 교환기 내로 진입될 수 있고, 정제된 제2 생산 스트림은 실질적으로 제1 성분을 포함하는 높은 순도일 수 있는 한편, 응축기 및 유체적으로 연결된 TSA 분리기의 제2 구역 내의 압력 감소를 유발한다. 일 실시예에서, 그러한 압력 감소는, 응축기 하류에 유체적으로 연결된, 적어도 하나의 펌프, 예를 들어, 대기압 이하의 유입구 압력에서 동작되는 토출기, 진공 펌프, 압축기 또는 다수-스테이지 압축기, 또는 밸브, 예를 들어, 체크 밸브를 이용함으로써 보조되고 및/또는 유지될 수 있다. 하나의 그러한 실시예에서, TSA 분리기의 제2 구역 내의 결과적인 압력 감소는 적어도 하나의 흡착성 재료에 흡착된 적어도 하나의 성분의 탈착을 보조할 수 있다. 추가적인 실시예에서, 정제된 제2 생산 스트림이 적어도 하나의 응축기로부터 회수될 수 있고 압축기, 예를 들어 중간 스테이지 냉각을 가지는 다수 스테이지 압축기 내로 진입될 수 있고, 그에 따라, 압축기 및 연소 시스템으로부터 회수될 수 있고 최종 이용부로 지향될 수 있는 높은 압력의 고순도의 압축된 제2 생산 스트림을 생산할 수 있으며, 최종 이용부는, 제2 생산물로서의 이산화탄소의 흡착 가스 분리의 경우에, 예를 들어, 격리(sequestration), 향상된 오일 회수, 또는 산업적 프로세스를 포함할 수 있다. 대안적으로, 증기 스트림, 예를 들어, 고압 증기 스트림, 저압 증기 스트림, 또는 매우 낮은 압력의 증기 스트림의 일부가 보일러 또는 증기 터빈으로부터 회수될 수 있고, 예시적인 TSA 프로세스의 제2 단계 또는 제1 재생 단계 중에 제1 재생 스트림으로서 TSA 분리기의 제2 구역 내로 진입될 수 있고, 및/또는 복수의 제1 재생 스트림, 예를 들어, 저압 증기 스트림 및 (공급 스트림 또는 제1 처리된 연소 가스 스트림에 비해서) 제1 성분이 부화된(enriched) 또는 재생에 적합한 압력 및/또는 온도에서 제1 성분을 실질적으로 포함하는 유체 스트림이 이용될 수 있다. 선택적으로, 복수의 매우 낮은 압력의 증기 스트림이 VLP 터빈으로부터 회수될 수 있고 복수의 TSA 분리기 내로 진입될 수 있다.
대안적인 프로세스 실시예에서, 복수의 응축기, 예를 들어, 물 분리기, 냉각기, 또는 응축 열 교환기가 이용될 수 있고 직렬로 유체적으로 연결될 수 있으며, 선택적으로, 적어도 하나의 밸브, 예를 들어, 체크 밸브, 및/또는, 체크 밸브 및/또는 응축기들 사이에 및/또는 응축기 하류에 유체적으로 연결된, 적어도 하나의 펌프, 예를 들어, 대기압 이하의 유입구 압력에서 동작되는 토출기, 진공 펌프, 압축기 또는 다수 스테이지 압축기를 갖는다. 하나의 그러한 대안적인 실시예에서, TSA 분리기의 제2 구역으로부터 회수된 제2 생산 스트림이, 응축물 스트림 및 실질적으로 제1 성분을 포함하는 고순도의 정제된 제2 생산 스트림을 형성하는 한편, 응축기 및 유체적으로 연결된 TSA 분리기의 제2 구역 내의 압력 감소 또는 압력 강하를 유발하는 제1 스테이지 응축기 내로 진행될 수 있다. 정제된 제2 생산 스트림은 제1 스테이지 응축기로부터 회수될 수 있고 토출기의 저압 포트 내로 진입될 수 있는 한편, 응축물 스트림은 제2 스테이지 응축기로부터 회수될 수 있고 선택적으로 연소 시스템 내에서 프로세스를 위해서 이용될 수 있다. 선택적으로, 높은 압력의 고순도의 압축된 제2 생산 스트림의 적어도 일부가 압축기로부터 회수될 수 있고 토출기의 고압 포트 내로 원동 스트림(motive stream)으로서 진입될 수 있으며, 이는 토출기의 저압 포트에서의 압력을 감소시킬 수 있고, 제1 스테이지 응축기 및 TSA 분리기의 제2 구역 내에서 압력을 감소시키는 것 및/또는 감소된 압력을 유지하는 것을 보조할 수 있다. 토출기의 저압 포트 및 고압 포트 내로 진입되는 제2 생산 스트림이 토출기 내에서 조합될 수 있고, 이는 이어서 토출기로부터 회수될 수 있고 제2 스테이지 응축기 내로 진입될 수 있고 그에 따라 유체적으로 연결된 상류 응축기 및 접촉부의 압력 강하를 증가 및/또는 유지시켜, 응축물 스트림 및 제1 스테이지 응축기로부터 회수된 정제된 제2 생산 스트림보다 순도가 더 높을 수 있는 정제된 제2 생산 스트림을 형성한다. 정제된 제2 생산 스트림은 제2 스테이지 응축기 및/또는 토출기로부터 회수될 수 있고, 압축기 내로 진입될 수 있는 한편, 응축물 스트림은 제2 스테이지 응축기로부터 회수될 수 있고 선택적으로 연소 시스템 내에서 프로세스를 위해서 이용될 수 있다. 선택적으로, 부가적인 응축기 스테이지, 펌프 및/또는 밸브를 이용하여 응축 가능 성분을 정제된 제2 생산 스트림으로부터 더 분리할 수 있고, 응축기 및 TSA 분리기의 제2 구역의 압력 강하를 증가 및/또는 유지할 수 있다.
다른 대안적인 프로세스 실시예에서, 보조 보일러를 이용하여 TSA 분리기를 위한 제1 재생 스트림으로서 이용하기 위한 매우 낮은 압력의 증기 스트림을 생성할 수 있고, 대안으로서 VLP 터빈 및 VLP 터빈 또는 증기 터빈으로부터의 증기 스트림을 이용할 수 있다. 물 공급원, 예를 들어, DCC, 압축기 및/또는 연소 시스템 외부의 공급원이 물 스트림 및/또는 응축물 스트림을 보조 보일러 내로 진입시켜, 응축물 및/또는 물 스트림을, 예를 들어 약 300 kPa 절대 미만 또는 구체적으로 약 150 kPa 미만의, 매우 낮은 압력의 증기 스트림으로 변환시킨다. 선택적으로, 응축물 스트림의 적어도 일부가 응축기 및 DCC 중 적어도 하나로부터 회수될 수 있고, 매우 낮은 압력의 증기 스트림의 일부로의 변환을 위해서 보조 보일러 내로 진입될 수 있다. 보조 보일러는, 응축물 및/또는 물 스트림을 증기 스트림으로 변환하기 위한, 임의의 적합한 장치, 예를 들어, 보일러 또는 열 교환기일 수 있다. 하나의 그러한 실시예에서, 매우 낮은 압력의 증기 스트림이 보조 보일러로부터 회수될 수 있고, 예시적인 TSA 프로세스의 제2 단계 또는 제1 재생 단계 중에, 제1 재생 스트림으로서 TSA 분리기의 제2 구역 내로 진입될 수 있다. 매우 낮은 압력의 증기 스트림은 TSA 분리기 내의 적어도 하나의 흡착성 재료의 온도를 높일 수 있고, 이는 적어도 하나의 흡착성 재료에 흡착된 제1 성분의 적어도 일부의 탈착을 초래할 수 있다. 제1 재생 스트림, 예를 들어 제3 성분 또는 H2O, 및/또는 TSA 분리기의 제2 구역 내의 적어도 하나의 흡착성 재료에 흡착된, 탈착된 성분, 예를 들어, 제1 성분 또는 CO2의 적어도 일부가, TSA 분리기의 제2 구역으로부터 회수될 수 있는 제2 생산 스트림을 형성할 수 있다. 제2 생산 스트림이 적어도 하나의 응축기, 예를 들어, 물 분리기, 냉각기, 또는 응축 열 교환기 내로 진입되어, 응축물 스트림 및 실질적으로 제1 성분을 포함하는 고순도일 수 있는 정제된 제2 생산 스트림을 형성할 수 있다. 정제된 제2 생산 스트림이 적어도 하나의 응축기로부터 회수될 수 있고 압축기, 예를 들어 중간 스테이지 냉각을 가지는 다수 스테이지 압축기 내로 진입될 수 있고, 그에 따라, 압축기 및 연소 시스템으로부터 회수될 수 있고 최종 이용부로, 예를 들어, 격리, 향상된 오일 회수, 또는 산업적 프로세스로 지향될 수 있는 높은 압력의 고순도의 압축된 제2 생산 스트림을 생산할 수 있다. 선택적으로, 복수의 응축기가 이용될 수 있고, 직렬로 유체적으로 연결될 수 있으며, 선택적으로, 적어도 하나의 펌프, 예를 들어, 대기압 이하의 유입구 압력에서 동작되는 토출기, 진공 펌프, 압축기 또는 다수-스테이지 압축기, 또는 밸브, 예를 들어, 응축기들 사이에 및/또는 응축기의 하류에 유체적으로 연결된 체크 밸브를 갖는다. 선택적인 토출기는, 압축기로부터 고순도의 그리고 높은 압력의 압축된 제2 생산 스트림의 적어도 일부를 회수하도록 유체적으로 연결되고, 압축된 제2 생산 스트림을 토출기를 위한 원동 스트림으로서 진입시킨다. 응축기 또는 펌프로부터 회수된 정제된 제2 생산 스트림이 압축기 내로 진입될 수 있다.
추가적인 프로세스 실시예에서, 선택적인 연소 가스 밸브가 또한, 예시적인 TSA 프로세스의 제3 단계 또는 제2 재생 단계 중에, 제1 처리된 연소 가스 스트림의 적어도 일부를 제2 재생 스트림으로서 TSA 분리기의 제3 구역 내로 선택적으로 지향 및 진입시켜, 적어도 하나의 흡착성 재료에 흡착된 적어도 하나의 성분, 예를 들어, 제1 성분 및/또는 제3 성분의 적어도 일부를 탈착시킬 수 있다. 제2 재생 스트림, 예를 들어, 제1 처리된 연소 가스 스트림, 및/또는 TSA 분리기의 제3 구역 내의 잔류 성분의 적어도 일부가, TSA 분리기의 제3 구역으로부터 회수될 수 있는 제3 생산 스트림을 형성할 수 있다. 제3 생산 스트림은 팬 내로 유동되도록 지향될 수 있고, 팬은, 예시적인 TSA 프로세스의 제1 단계 또는 흡착 단계 중에 공급 스트림의 일부로서 TSA 분리기의 제1 구역 내로 진입시키기 위해 제1 처리된 연소 가스 스트림과 선택적으로 조합하기 위해서 제3 생산 스트림을 지향 및 진입시킬 수 있다. 연소 가스 스트림 내의 미립자의 양 또는 레벨에 비해서 미립자의 양 또는 레벨이 감소되고 TSA 분리기의 제3 구역 내의 적어도 하나의 흡착성 재료로부터 성분을 탈착시키는데 필요한 적절한 양의 열 에너지 또는 적절한 온도를 가지는 제1 처리된 연소 가스 스트림의 진입 및 이용은, 유리하게, TSA 분리기 내의 적어도 하나의 흡착성 재료를 재생하기 위해서 소모되는 증기의 양을 감소시키고, TSA 분리기 내의 적어도 하나의 흡착성 재료의 미립자 오염으로 인한 성능 저하를 감소시킨다. 대안적으로, 제2 재생 스트림이 공기 스트림, 불활성 가스 스트림, 또는 (공급 스트림 또는 제1 처리된 연소 가스 스트림에 비해서) 제1 성분이 부화된 또는 실질적으로 제1 성분을 포함하는, 재생에 적합한 압력 및/또는 온도의 유체 스트림을 포함할 수 있다.
프로세스 실시예에서, 컨디셔닝 스트림이 컨디셔닝 공급원으로부터 회수될 수 있고, 예시적인 TSA 프로세스의 제4 단계 또는 컨디셔닝 단계 중에, TSA 분리기의 제4 구역 내로 진입될 수 있다. 컨디셔닝 스트림은 TSA 분리기의 제4 구역 내의 적어도 하나의 흡착성 재료로부터 성분을 탈착 또는 스위핑할 수 있고 및/또는 적어도 하나의 흡착성 재료의 온도를 변경할 수 있다. 컨디셔닝 스트림 및/또는 TSA 분리기의 제4 구역 내의 잔류 성분, 예를 들어 제1 성분 및/또는 제3 성분의 적어도 일부가, 예를 들어 약 40 내지 60 ℃의 온도에서 TSA 분리기의 제4 구역으로부터 회수될 수 있는 제4 생산 스트림을 형성할 수 있다. 제4 생산 스트림은 팬, 예를 들어 흡출 송풍 팬 내로 진입될 수 있고, 그리고 선택 사항으로서, 산화제 예열기 및 보일러로 진입되는 이차 산화제 스트림의 적어도 일부를 형성하도록 선택적으로 지향될 수 있고 및/또는 선택 사항으로서 산화제 예열기 및 보일러에 진입되는 일차 산화제 스트림의 적어도 일부를 형성하도록 적어도 주기적으로 선택적으로 지향될 수 있다.
본 개시 내용에 따른 다른 프로세스 실시예에서, 선택적인 미립자 수집기(예를 들어, 정전기 집진기), 연도 가스 탈황기, 및 온도 변동 흡착 가스 분리기를 포함하는 연소 시스템의 동작을 위한 프로세스가 제공된다. 하나의 그러한 실시예에서, 온도 변동 흡착 가스 분리기는 적어도 제1 성분, 예를 들어, 이산화탄소(이하에서 "CO2"로 지칭됨), 황 산화물, 질소, 산소, 및/또는 중금속을 공급 스트림으로부터 분리할 수 있다. 연소 시스템의 연소기 또는 보일러를 위해서 이용되는 일차 산화제 스트림이 하나 이상의 일차 산화제 공급원으로부터 회수될 수 있고, 일차 산화제 팬 내로 그리고 산화제 예열기 내로 진입되어 일차 산화제 스트림의 온도를 예를 들어 약 250 내지 300 ℃ 초과까지 증가시켜, 예를 들어, 예열된 일차 산화제 스트림을 형성할 수 있다. 연료 공급원은 연소기 또는 보일러를 위해서 이용되는 연료 스트림을 진입시켜, 예열된 일차 산화제 스트림과 조합하여 연소기 또는 보일러 내로 진입될 수 있는 조합된 연료 스트립을 형성한다. 연소기 또는 보일러를 위해서 이용되는 이차 산화제 스트림이 하나 이상의 이차 산화제 공급원으로부터 회수될 수 있고, 이차 산화제 팬 내로 그리고 산화제 예열기 내로 진입되어 이차 산화제 스트림의 온도를 예를 들어 약 250 내지 300 ℃ 초과까지 증가시켜, 예열된 이차 산화제 스트림이 보일러 내로 진입되기 전에, 예열된 일차 산화제 스트림을 형성할 수 있다. 예열된 이차 산화제 스트림 및 조합된 연료 스트림이 혼합되고 연소되어 연소 가스 스트림 및 열을 생성한다.
선택적으로 연소기 또는 보일러와 통합될 수 있는 통합형 열 교환기는, 연소기로부터 연소 가스 스트림을 회수하도록 유체적으로 연결된 고온측 및 급수 공급원으로부터 물 및/또는 응축물 스트림을 회수하도록 유체적으로 연결된 저온측을 포함한다. 연소 가스 스트림은 열을 통합형 열 교환기에 공급할 수 있고, 통합형 열 교환기는, 통합형 열 교환기의 저온측에서 급수 공급원으로부터 회수된 물 및/또는 응축물 스트림을 고압 증기 스트림으로 변환한다. 고압 증기 스트림이 통합형 열 교환기의 고온측으로부터 회수될 수 있고, 선택적으로, 증기 터빈, 예를 들어, 고압 터빈 또는 스테이지, 중압 터빈 또는 스테이지, 및 저압 터빈 또는 스테이지를 가지는 다수 스테이지 증기 터빈으로 진입되어, 예를 들어, 발전기에 동력을 공급하거나, 선택적으로 산업적 프로세스를 위해서 이용되고 그에 진입된다.
하나의 그러한 실시예에서, 연소 가스 스트림이 통합형 열 교환기의 고온측으로부터 회수되고 산화제 예열기 내로 진입되며, 여기에서 연소 가스 스트림은 열을 공급하여, 산화제 예열기 내로 진입되는 일차 및 이차 산화제 스트림의 온도를 높일 수 있다. 연소 가스 스트림은 산화제 예열기로부터 회수되고 프로세싱을 위해서 선택적인 미립자 수집기, 예를 들어 정전기 집진기 또는 ESP 내로 진입되며, 정전기 집진기에서 연소 가스 스트림 내의 미립자가 분리될 수 있고, 그에 따라 연소 가스 스트림 내의 미립자의 양 또는 레벨에 비해서 감소된 미립자의 양 또는 레벨을 가지는 제1 처리된 연소 가스 스트림을 형성한다. 일 양태에서, 제1 처리된 연소 가스 스트림의 온도가 예를 들어 150 내지 200 ℃로 증가될 수 있다. 제1 처리된 연소 가스 스트림이 ESP로부터 회수될 수 있고 팬, 예를 들어, 흡출 송풍 팬 내로 진입될 수 있으며, 그러한 팬은 제1 처리된 연소 가스 스트림을 연도 가스 탈황기 또는 FGD 내로 지향 및 진입시키고, 여기에서 황 산화물이 제1 처리된 연소 가스 스트림으로부터 분리되어, 연소 가스 스트림 내의 미립자 및 황 산화물의 레벨에 비해서 감소된 미립자 레벨 및 감소된 황 산화물 레벨을 가지는 제3 처리된 연소 가스 스트림을 형성한다. 일 양태에서, 제3 처리된 연소 가스 스트림이 예를 들어 약 40 내지 60 ℃의 온도를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 제3 처리된 연소 가스 스트림이 FGD로부터 회수될 수 있고 선택적인 연소 가스 밸브, 예를 들어 전환기 밸브 내로 진입될 수 있고, 그러한 밸브는 제3 처리된 연소 가스 스트림의 적어도 일부를, 주변 분위기 내로의 분산 및 방출 및 연소 시스템으로부터의 회수를 위한 스택으로 선택적으로 지향 및 진입시킬 수 있다.
하나의 그러한 프로세스 실시예에서, 선택적 연소 가스 밸브가 또한 제3 처리된 연소 가스 스트림의 적어도 일부를 부스터 팬 내로 선택적으로 지향 및 진입시킬 수 있고, 부스터 팬은 이어서 제3 처리된 연소 가스 스트림을 열 전달 장치, 예를 들어, 직접 접촉 냉각기 또는 DCC로 지향 및 진입시켜, 제3 처리된 연소 가스 스트림의 온도를 낮춘다. 하나의 그러한 실시예에서, 예시적인 TSA 프로세스의 제1 단계 또는 흡착 단계 중에 제3 처리된 연소 가스 스트림이 공급 스트림으로서 TSA 분리기의 제1 구역 내로 진입되기 전에, 제3 처리된 연소 가스 스트림의 온도를, 예를 들어, 약 50 ℃ 이하의, 또는 구체적으로 약 40 ℃ 이하의, 또는 더 구체적으로 약 30 ℃ 이하로 감소시킬 수 있다. 제3 처리된 연소 가스 스트림이 TSA 분리기의 제1 구역 내의 적어도 하나의 흡착성 재료와 접촉됨에 따라, 제3 처리된 연소 가스 스트림의 제1 성분(일 실시예에서, 예를 들어 CO2를 포함할 수 있다)의 적어도 일부가 적어도 하나의 흡착성 재료에 의해서 흡착되어, 제1 성분을 제3 처리된 연소 가스 스트림의 비-흡착 성분으로부터 분리할 수 있다. 제3 처리된 연소 가스 스트림 및/또는 제3 처리된 연소 가스 스트림의 비흡착 성분의 일부가, 공급 스트림에 비해서 제1 성분이 고갈될 수 있고 TSA 분리기의 제1 구역으로부터 회수될 수 있는 제1 생산 스트림을 형성할 수 있다. 제1 생산 스트림은 더 높은 온도의 제1 처리된 연소 가스 스트림의 부분과 선택적으로 조합되도록 지향될 수 있고, 그에 따라 대기 분위기 내로의 분산 및 방출 그리고 연소 시스템으로부터의 회수를 위한 배출 스택 내로 연도 가스 스트림으로서의 진입을 제공하기 위한 충분한 부력을 바람직하게 가질 수 있는 제4 처리된 연소 가스 스트림을 형성한다. 선택적으로, 제1 생산 스트림의 적어도 일부는, 예시적인 TSA 프로세스의 제1 단계 또는 흡착 단계 중에 TSA 분리기의 제1 구역 내로 진입되는 공급 스트림의 일부를 형성하도록, 주기적으로 지향될 수 있다. 일 실시예에서, 제3 처리된 연소 가스 스트림의 적어도 일부를 TSA 분리기를 위한 공급 스트림으로서 이용하는 것은, 유리하게, 미립자 오염으로 인해서 발생될 수 있는 적어도 하나의 흡착 재료 및/또는 TSA 분리기의 성능 저하를 감소시킬 수 있다.
다른 프로세스 실시예에서, 예를 들어, 저압 증기 스트림 형태의 제3 성분 또는 물(이하에서 "H2O"로 지칭됨) 스트림을 포함하는 제1 재생 스트림이, 예를 들어 중압 터빈과 저압 터빈 사이의 위치에서 또는 저압 터빈의 하류에서 증기 터빈으로부터 회수될 수 있고, 매우 낮은 압력의 증기 터빈 또는 VLP 터빈 내로 진입되어, 기계적으로 커플링된 장치, 예를 들어, 전기 보조 발전기, 물 펌프 또는 팬에 동력을 공급할 수 있고, 유리하게, 연소 시스템의 효율을 증가시킬 수 있다. 일 실시예에서, 예를 들어 약 300 kPa 절대 미만, 또는 구체적으로 약 150 kPa 절대 미만, 또는 더 구체적으로 약 20 kPa 절대 미만의 매우 낮은 압력의 증기 스트림이 VLP 터빈으로부터 회수될 수 있고, 예시적인 TSA 프로세스의 제2 단계 또는 제1 재생 단계 중에 제1 재생 스트림으로서 TSA 분리기의 제2 구역 내로 진입될 수 있고, 이는 적어도 하나의 흡착성 재료의 온도를 증가시켜, 적어도 하나의 흡착성 재료에 흡착된 제1 성분의 적어도 일부를 탈착시킬 수 있다. 제1 재생 스트림, 예를 들어 제3 성분 또는 H2O, 및/또는 TSA 분리기의 제2 구역 내의 적어도 하나의 흡착성 재료에 흡착된, 탈착된 성분, 예를 들어, 제1 성분 또는 CO2의 적어도 일부가, TSA 분리기의 제2 구역으로부터 회수될 수 있는 제2 생산 스트림을 형성할 수 있다. 제2 생산 스트림은, 응축 가능 성분, 예를 들어, 제3 성분 또는 H2O를 제2 생산 스트림으로부터 분리하여, 응축물 스트림 및 정제된 제2 생산 스트림을 형성하는, 적어도 하나의 응축기, 예를 들어, 물 분리기, 냉각기, 또는 응축 열 교환기 내로 진입될 수 있고, 정제된 제2 생산 스트림은, 응축기 내의 압력 감소를 유발하면서, 실질적으로 제1 성분을 포함하는 바람직하게 높은 순도일 수 있고 TSA 분리기의 제2 구역에 유체적으로 연결될 수 있다. 하나의 그러한 실시예에서, 그러한 압력 감소는, 응축기 하류에 유체적으로 연결된, 적어도 하나의 펌프, 예를 들어, 대기압 이하의 유입구 압력에서 동작되는 토출기, 진공 펌프, 압축기 또는 다수-스테이지 압축기, 또는 밸브, 예를 들어, 체크 밸브를 이용함으로써 보조되고 및/또는 유지될 수 있다. 일 양태에서, TSA 분리기의 제2 구역 내의 결과적인 압력 감소는 적어도 하나의 흡착성 재료에 흡착된 적어도 하나의 성분의 탈착을 보조할 수 있다. 정제된 제2 생산 스트림이 적어도 하나의 응축기 및/또는 펌프로부터 회수될 수 있고 압축기, 예를 들어 중간 스테이지 냉각을 가지는 다수 스테이지 압축기 내로 진입될 수 있고, 그에 따라, 압축기 및 연소 시스템으로부터 회수될 수 있고 최종 이용부로, 예를 들어, 격리, 향상된 오일 회수, 또는 산업적 프로세스로 지향될 수 있는 높은 압력의 고순도의 압축된 제2 생산 스트림을 생산할 수 있다. 대안적으로, 증기 스트림, 예를 들어, 고압 증기 스트림, 저압 증기 스트림, 또는 매우 낮은 압력의 증기 스트림의 일부가 보일러 또는 증기 터빈으로부터 회수될 수 있고, 예시적인 TSA 프로세스의 제2 단계 또는 제1 재생 단계 중에 제1 재생 스트림으로서 TSA 분리기의 제2 구역 내로 진입될 수 있고, 및/또는 복수의 제1 재생 스트림, 예를 들어, 제1 저압 증기 스트림, (공급 스트림, 연소 가스 스트림 또는 처리된 연소 가스 스트림에 비해서) 제1 성분이 부화된 유체 스트림 및/또는 실질적으로 제1 성분을 포함하는 유체 스트림이 이용될 수 있다. 선택적으로, 복수의 매우 낮은 압력의 증기 스트림이 VLP 터빈으로부터 회수될 수 있고 복수의 TSA 분리기 내로 진입될 수 있다.
대안적인 프로세스 실시예에서, 복수의 응축기, 예를 들어, 물 분리기, 냉각기, 또는 응축 열 교환기가 이용될 수 있고 직렬로 유체적으로 연결될 수 있으며, 선택적으로, 적어도 하나의 밸브, 예를 들어, 체크 밸브, 및/또는, 체크 밸브 및/또는 응축기들 사이에 및/또는 응축기 하류에 유체적으로 연결된, 적어도 하나의 펌프, 예를 들어, 대기압 이하의 유입구 압력에서 동작되는 토출기, 진공 펌프, 압축기 또는 다수 스테이지 압축기를 갖는다. TSA 분리기의 제2 구역으로부터 회수된 제2 생산 스트림이, 응축물 스트림 및 실질적으로 제1 성분을 포함하는 고순도의 정제된 제2 생산 스트림을 형성하는 한편, 응축기 및 유체적으로 연결된 TSA 분리기의 제2 구역 내의 압력 강하를 유발하는 제1 스테이지 응축기 내로 진행될 수 있다. 정제된 제2 생산 스트림은 제1 스테이지 응축기로부터 회수될 수 있고 토출기의 저압 포트 내로 진입될 수 있는 한편, 응축물 스트림은 제2 스테이지 응축기로부터 회수될 수 있고 선택적으로 연소 시스템 내에서 프로세스를 위해서 이용될 수 있다. 선택적으로, 높은 압력의 고순도의 압축된 제2 생산 스트림의 적어도 일부가 압축기로부터 회수될 수 있고 토출기의 고압 포트 내로 원동 스트림으로서 진입될 수 있으며, 이는 토출기의 저압 포트에서의 압력을 감소시킬 수 있고, 제1 스테이지 응축기 및 TSA 분리기의 제2 구역 내에서 압력을 감소시키는 것 및/또는 감소된 압력을 유지하는 것을 보조할 수 있다. 토출기의 저압 포트 및 고압 포트 내로 진입되는 제2 생산 스트림이 토출기 내에서 조합될 수 있고, 이는 이어서 토출기로부터 회수될 수 있고 제2 스테이지 응축기 내로 진입될 수 있고 그에 따라 유체적으로 연결된 상류 응축기 및 접촉부의 압력 강하를 증가 및/또는 유지시켜, 응축물 스트림 및 제1 스테이지 응축기로부터 회수된 정제된 제2 생산 스트림보다 순도가 더 높은 정제된 제2 생산 스트림을 형성한다. 정제된 제2 생산 스트림은 제2 스테이지 응축기로부터 회수될 수 있고, 압축기 내로 진입될 수 있는 한편, 응축물 스트림은 제2 스테이지 응축기로부터 회수될 수 있고 선택적으로 연소 시스템 내에서 프로세스를 위해서 이용될 수 있다. 선택적으로, 부가적인 응축기 스테이지, 펌프 및/또는 밸브를 이용하여 응축 가능 성분을 정제된 제2 생산 스트림으로부터 더 분리할 수 있고, 응축기 및 TSA 분리기의 제2 구역의 압력 강하를 증가 및/또는 유지할 수 있다.
대안적인 프로세스 실시예에서, 보조 보일러를 이용하여, 예를 들어, TSA 분리기를 위한 재생 스트림으로서, 예를 들어 제1 재생 스트림으로서 이용하기 위한 증기 스트림, 예를 들어, 매우 낮은 압력의 증기 스트림을 생성할 수 있고, 대안으로서 VLP 터빈 및 VLP 터빈 또는 증기 터빈으로부터의 증기 를 이용할 수 있다. 물 공급원, 예를 들어, DCC, 압축기 및/또는 연소 시스템 외부의 공급원이 물 스트림 및/또는 응축물 스트림을 보조 보일러 내로 진입시켜, 응축물 및/또는 물 스트림을, 예를 들어 약 300 kPa 절대 미만 또는 구체적으로 약 150 kPa 미만의, 또는 도 구체적으로 약 20 kPa 미만의 매우 낮은 압력의 증기 스트림으로 변환시킨다. 선택적으로, 응축물 스트림의 적어도 일부가 응축기 및 DCC 중 적어도 하나로부터 회수될 수 있고, 매우 낮은 압력의 증기 스트림의 일부로의 변환을 위해서 보조 보일러 내로 진입될 수 있다. 보조 보일러는, 응축물 및/또는 물 스트림을 증기 스트림으로 변환하기 위한, 임의의 적합한 장치, 예를 들어, 보일러 또는 열 교환기일 수 있다. 매우 낮은 압력의 증기 스트림이 보조 보일러로부터 회수될 수 있고, 예시적인 TSA 프로세스의 제2 단계 또는 제1 재생 단계 중에, 제1 재생 스트림으로서 TSA 분리기의 제2 구역 내로 진입될 수 있다. 하나의 그러한 실시예에서, 매우 낮은 압력의 증기 스트림은 TSA 분리기 내의 적어도 하나의 흡착성 재료의 온도를 높일 수 있고, 이는 적어도 하나의 흡착성 재료에 흡착된 제1 성분의 적어도 일부의 탈착을 초래할 수 있다. 제1 재생 스트림, 예를 들어 제3 성분 또는 H2O, 및/또는 TSA 분리기의 제2 구역 내의 적어도 하나의 흡착성 재료에 흡착된, 탈착된 성분, 예를 들어, 제1 성분 또는 CO2의 적어도 일부가, TSA 분리기의 제2 구역으로부터 회수될 수 있는 제2 생산 스트림을 형성할 수 있다. 제2 생산 스트림은, 응축 가능 성분, 예를 들어, 제3 성분 또는 H2O를 제2 생산 스트림으로부터 분리하여, 응축물 스트림 및 정제된 제2 생산 스트림을 형성하는, 적어도 하나의 응축기, 예를 들어, 물 분리기, 냉각기, 또는 응축 열 교환기 내로 진입될 수 있고, 정제된 제2 생산 스트림은, 응축기 내의 압력 감소를 유발하면서, 실질적으로 제1 성분을 포함하는 높은 순도일 수 있고 TSA 분리기의 제2 구역에 유체적으로 연결될 수 있다. 특별한 실시예에서, 그러한 압력 감소는, 응축기 하류에 유체적으로 연결된, 적어도 하나의 펌프, 예를 들어, 대기압 이하의 유입구 압력에서 동작되는 토출기, 진공 펌프, 압축기 또는 다수-스테이지 압축기, 또는 밸브, 예를 들어, 체크 밸브를 이용함으로써 보조되고 및/또는 유지될 수 있다. 하나의 그러한 실시예에서, TSA 분리기의 제2 구역 내의 결과적인 압력 감소는 적어도 하나의 흡착성 재료에 흡착된 적어도 하나의 성분의 탈착을 보조할 수 있다. 높은 순도의 정제된 제2 생산 스트림이 적어도 하나의 응축기로부터 회수될 수 있고 압축기, 예를 들어 중간 스테이지 냉각을 가지는 다수 스테이지 압축기 내로 진입될 수 있고, 그에 따라, 압축기 및 연소 시스템으로부터 회수될 수 있고 최종 이용부로, 예를 들어, 격리, 향상된 오일 회수, 또는 산업적 프로세스로 지향될 수 있는 높은 압력의 압축된 제2 생산 스트림을 생산할 수 있다. 선택적으로, 복수의 응축기가 이용될 수 있고, 직렬로 유체적으로 연결될 수 있으며, 선택적으로, 적어도 하나의 펌프, 예를 들어, 대기압 이하의 유입구 압력에서 동작되는 토출기, 진공 펌프, 압축기 또는 다수-스테이지 압축기, 또는 밸브, 예를 들어, 응축기들 사이에 및/또는 응축기의 하류에 유체적으로 연결된 체크 밸브를 갖는다. 선택적인 토출기는, 압축기로부터 고순도의 그리고 높은 압력의 압축된 제2 생산 스트림의 적어도 일부를 회수하도록 유체적으로 연결되고, 압축된 제2 생산 스트림의 적어도 일부를 토출기를 위한 원동 스트림으로서 진입시킨다. 응축기 또는 토출기로부터 회수된 제2 생산 스트림이 압축기 내로 진입될 수 있다. 대안적으로, 증기 스트림, 예를 들어, 고압 증기 스트림, 저압 증기 스트림, 또는 매우 낮은 압력의 증기 스트림의 일부가 보일러 또는 증기 터빈으로부터 회수될 수 있고, 예시적인 TSA 프로세스의 제2 단계 또는 제1 재생 단계 중에 제1 재생 스트림으로서 TSA 분리기의 제2 구역 내로 진입될 수 있고, 및/또는 복수의 제1 재생 스트림, 예를 들어, (공급 스트림 또는 제3 처리된 연소 가스 스트림에 비해서) 제1 성분이 부화된 또는 재생에 적합한 압력 및/또는 온도에서 제1 성분을 실질적으로 포함하는 유체 스트림 및 저압 증기 스트림이 이용될 수 있다. 선택적으로, 복수의 매우 낮은 압력의 증기 스트림이 VLP 터빈으로부터 회수될 수 있고 복수의 TSA 분리기 내로 진입될 수 있다.
특별한 프로세스 실시예에서, 예열된 이차 산화제 스트림의 일부가 산화제 예열기로부터 회수될 수 있고, 예시적인 TSA 프로세스의 제3 단계 또는 제2 재생 단계 중에, TSA 분리기 내로 제2 재생 스트림으로서 지향 및 진입될 수 있다. 예열된 이차 산화제 스트림은, 예를 들어, 약 250 내지 300 ℃의 적절한 온도에서 산화제 예열기로부터 회수될 수 있다. 하나의 그러한 실시예에서, 예열된 이차 산화제 스트림이 선택적인 보충적 열 교환기 내로 선택적으로 진입될 수 있고, 그에 따라, TSA 분리기의 제3 구역 내로의 진입에 앞서서, 예열된 이차 산화제 스트림의 온도를, 예를 들어 약 100 내지 180 ℃, 보다 특히 약 130 내지 150 ℃의, 제2 재생 스트림에 적합한 온도까지 감소시킨다. 하나의 그러한 실시예에서, 제2 재생 스트림은, TSA 분리기의 제3 구역 내의 적어도 하나의 흡착성 재료에 흡착된 적어도 하나의 성분, 예를 들어, 제1 성분 및/또는 제3 성분의 적어도 일부를 탈착시킬 수 있다. 제2 재생 스트림 또는 예열된 이차 산화제 스트림, 및/또는 TSA 분리기의 제3 구역 내의 잔류 성분의 적어도 일부가, TSA 분리기의 제3 구역으로부터 회수될 수 있는 제3 생산 스트림을 형성할 수 있다. 일 실시예에서, 제3 생산 스트림이 팬, 예를 들어, 흡출 송풍 팬 내로 유동되도록 지향될 수 있고, 여기에서 제3 생산 스트림이 진입 및 조합되어 이차 산화제 스트림의 적어도 일부를 형성할 수 있다. 예시적인 TSA 프로세스의 제3 단계 또는 제2 재생 단계 중에 제2 재생 스트림으로서 예열된 이차 산화제 스트림의 일부를 진입시키고 이용하는 것은, 유리하게, TSA 프로세스 및 TSA 분리기를 포함하는 새로운 또는 기존 연소 시스템을 위한 부가적인 장비의 필요성을 감소시킬 수 있고, 및/또는 기존 연소 시스템의 개장을 위한 변경 범위를 감소시킬 수 있다. 대안적으로, 예를 들어 약 100 내지 180 ℃, 또는 보다 특히 약 130 내지 150 ℃의, 제2 재생 스트림에 적합한 온도에서 예열된 이차 산화제 스트림의 부분을 공급 및 회수하도록, 산화제 예열기가 변경될 수 있고, 이는 선택적인 보충적 열 교환기를 대체할 수 있다.
추가적인 대안적인 프로세스 실시예에서, 적합한 유체 스트림, 예를 들어: TSA 분리기로부터 회수된 제1, 제2, 제4 또는 제4 생산 스트림의 일부, 공기 스트림, 산화제 스트림, 불활성 가스 스트림, (공급 스트림 또는 제1 처리된 연소 가스 스트림에 비해서) 제1 성분이 부화된 유체 스트림 또는 실질적으로 제1 성분을 포함하는 유체 스트림 중 하나 이상이 제2 재생 스트림으로서 이용될 수 있고 제2 재생 스트림 공급원, 예를 들어, TSA 분리기, 주변 공기, 주변 공기 팬, 불활성 가스 공급원, TSA의 생산 스트림을 위한 압축기 또는 압축기의 중간 스테이지로부터 회수될 수 있고, 그리고 유체 스트림의 온도를, TSA 분리기 내로의 진입에 앞서서, TSA 분리기 내의 적어도 하나의 흡착성 재료의 재생에 적합한 또는 재생 스트림으로서 적합한 온도까지 높이도록 보조 가열기 내로 진입될 수 있다. 하나의 그러한 실시예에서, 보조 가열기는 가스-대-가스 열 교환기, 액체-대-가스 열 교환기, 연소 가열기, 증기 압축기, 제2 생산 스트림을 위한 압축기의 중간 스테이지 냉각기, 전기 가열기, 또는 그 임의 조합을 포함할 수 있다. 일 양태에서, 제4 생산 스트림의 일부가, 예를 들어, 약 40 내지 60 ℃의 온도에서 TSA 분리기의 제4 구역으로부터 회수될 수 있고, 보조 가열기, 예를 들어, 가스-대-가스 열 교환기 내로 진입될 수 있고, 이는, TSA 분리기의 제3 구역 내로 제2 재생 스트림으로서 진입되기에 앞서서, 온도를, 예를 들어, 약 100 ℃보다 높은, 또는 보다 특히 약 130 ℃보다 높은 TSA 분리기 내의 적어도 하나의 흡착성 재료의 재생에 적합한 온도까지 높일 수 있다. 제2 재생 스트림은, TSA 분리기의 제3 구역 내의 적어도 하나의 흡착성 재료에 흡착된 적어도 하나의 성분, 예를 들어, 제1 성분 및/또는 제3 성분의 적어도 일부를 탈착시킬 수 있다. 제2 재생 스트림, 예를 들어, 제4 생산 스트림, TSA 분리기의 제3 구역 내에서 탈착된 및/또는 잔류하는 성분의 적어도 일부가, TSA 분리기의 제3 구역으로부터 회수될 수 있고 팬, 예를 들어 흡출 송풍 팬 내로 지향될 수 있는 제3 생산 스트림을 형성할 수 있다. 제3 생산 스트림은 팬으로부터 회수될 수 있고, 이차 산화제 팬 및 산화제 예열기 내로 진입되기 전에, 이차 산화제 스트림과 선택적으로 조합되도록 지향될 수 있다. 선택적으로, 보일러에 의해서 생산된 연소 가스 스트림의 일부가 보일러 또는 산화제 예열기로부터 회수될 수 있고, 보조 가열 내로 진입되어 보조 가열기에 열을 공급하고 전달하여, TSA 분리기 내의 적어도 하나의 흡착성 재료의 재생에 적합한 또는 TSA 분리기를 위한 제2 재생 스트림, 예를 들어, TSA 분리기로부터의 제4 생산 스트림으로 이용하기에 적합한 유체 스트림의 온도를 증가시킨다. 연소 가스 스트림의 일부가 보조 가열기로부터 회수될 수 있고, 이는, 보조 가열기 내로의 진입 그리고 ESP 내로의 진입에 앞서서, 연소 가스 스트림의 온도에 비해서 낮은 온도일 수 있다. 대안적으로, 임의의 적합한 가스 또는 액체 스트림, 예를 들어, 압축기로부터의 가스 스트림, 또는 VLP 터빈으로부터 회수된 증기 스트림을 이용하여 보조 가열기를 위한 열을 공급 및 전달할 수 있다. 대안적으로, 보조 가열기는 액체 또는 가스 연료를 이용하는 연소 가열기, 예를 들어, 천연 가스-연소 가열기, 프로판-연소 가열기, 가솔린-연소 가열기, 또는 디젤-연소 가열기를 포함할 수 있다.
추가적인 프로세스 실시예에서, 컨디셔닝 스트림이 컨디셔닝 공급원으로부터 회수될 수 있고, 예시적인 TSA 프로세스의 제4 단계 또는 컨디셔닝 단계 중에, TSA 분리기의 제4 구역 내로 진입될 수 있다. 컨디셔닝 스트림은 TSA 분리기의 제4 구역 내의 적어도 하나의 흡착성 재료로부터 성분을 탈착 또는 스위핑할 수 있고 및/또는 적어도 하나의 흡착성 재료의 온도를 변경할 수 있다. 컨디셔닝 스트림 및/또는 TSA 분리기의 제4 구역 내의 잔류 성분, 예를 들어 제1 성분 및/또는 제3 성분의 적어도 일부가, 예를 들어 약 40 내지 60 ℃의 온도에서 TSA 분리기의 제4 구역으로부터 회수될 수 있는 제4 생산 스트림을 형성할 수 있다. 제4 생산 스트림은 팬, 예를 들어 흡출 송풍 팬 내로 진입될 수 있고, 그리고 선택 사항으로서, 산화제 예열기 및 보일러로 진입되는 이차 산화제 스트림의 적어도 일부를 형성하도록 선택적으로 지향될 수 있고 및/또는 선택 사항으로서 산화제 예열기 및 보일러에 진입되는 일차 산화제 스트림의 적어도 일부를 형성하도록 적어도 주기적으로 선택적으로 지향될 수 있다. 산화제 예열기 및 보일러에 진입되는 일차 산화제 스트림의 적어도 일부를 형성하기 위해서 제4 생산 스트림의 적어도 일부를 지향시키는 것은, 예열된 이차 산화제 스트림의 일부가 TSA 분리기의 제3 구역을 위한 재생 스트림으로서 이용되는 경우에, 유리하게, TSA 분리기의 제3 구역에서 탈착된 성분, 예를 들어 CO2의 농도의 재순환 및/또는 축적을 제한하고 및/또는 감소시킨다.
대안적인 실시예에서, 재생-전 단계(흡착 단계 후 및 제1 재생 단계 이전)가 (예를 들어, 제1 재생 구역에 인접하여 위치된 및/또는 순서 상으로 제1 재생 구역 앞서는) 재생-전 구역 내에서 이용될 수 있고, 이는 재생-전 스트림, 예를 들어, 증기 스트림 및/또는 공급 스트림에 비해서 제1 성분이 부화된 유체 스트림을 흡착제 접촉부의 재생-전 구역 내로 진입하는 것, 재생-전 구역 내의 적어도 하나의 흡착성 재료에 흡착된, 적어도 하나의 성분, 예를 들어, 제1 성분의 적어도 일부를 탈착시키는 것을 포함한다. 하나의 그러한 실시예에서, 재생-전 스트림의 적어도 일부 및 적어도 하나의 흡착성 재료로부터 탈착된 성분의 일부가, 재생-전 구역 및 접촉부로부터 회수될 수 있는 해비 리플럭스 스트림(a heavy reflux stream)을 형성할 수 있다. (흡착 단계 전 또는 후의) 리플럭스 단계가 접촉부의 (예를 들어, 흡착 구역의 측면에 인접하여 위치된) 리플럭스 구역 내에서 이용될 수 있고, 여기에서 해비 리플럭스 스트림이 재순환되거나 리플럭스 구역 내로 진입될 수 있고, 해비 리플럭스 스트림의 적어도 하나의 성분, 예를 들어, 제1 성분의 적어도 일부가 리플럭스 구역 내의 적어도 하나의 흡착성 재료에서 흡착될 수 있다. 하나의 그러한 실시예에서, 해비 리플럭스 스트림 내의 비-흡착 성분의 적어도 일부가, 공급 스트림에 비해서, 적어도 하나의 성분, 예를 들어, 제1 성분이 고갈될 수 있는 제5 생산 스트림을 형성 또는 생산할 수 있고, 리플럭스 구역, 접촉부, TSA 분리기 및 연소 시스템으로부터 회수될 수 있다.
도 1은 본 개시 내용의 실시예에 따른 연소 시스템(1)을 도시한 단순화된 개략도로서, 그러한 시스템은 미립자 수집기(예를 들어, 정전기 집진기 또는 ESP)(37), TSA 분리기(100), 및 매우 낮은 압력의 증기 터빈(이하에서, "VLP 터빈"으로 지칭됨) 또는 VLP 터빈(121)을 포함한다. TSA 분리기(100)는, 다-성분 유체 혼합물 또는 공급 스트림, 예를 들어, 연소 시스템(1) 내의 연소기에 의해서 생산된, 연소 가스 스트림 또는 연도 가스 스트림으로부터, 적어도 제1 성분, 예를 들어, 이산화탄소(이하에서 "CO2"로 지칭됨), 황 산화물, 질소, 산소, 및/또는 중금속을 흡착 가스 분리하기 위해서 연소 시스템(1)과 통합될 수 있다. (연소기로부터 회수된 연소 가스 스트림 내의 미립자의 레벨에 비해서) 미립자 레벨이 감소된 ESP에 의해서 프로세스된 제1 처리된 연소 가스 스트림을 TSA 분리기를 위한 공급 스트림 및/또는 재생 스트림으로서 이용하는 것은, 유리하게, 오염으로 인해서 발생될 수 있는 TSA 분리기 내의 흡착성 재료의 성능 저하를 줄일 수 있다. VLP 터빈을 이용하는 것은, 유리하게, 연소 시스템의 전체적인 효율을 증가시킬 수 있다.
일 실시예에서, 연소 시스템(1)은, 선택적으로 일차 산화제 공급원(20), 일차 산화제 팬(22), 선택적으로 이차 산화제 공급원(26), 이차 산화제 팬(28), 고온측(도 1에 미도시) 및 일차 회로 및 이차 회로(도 1에 모두 도시되지 않음)를 포함하는 저온측을 가지는 산화제 가열기 또는 산화제 예열기(30), 선택적으로 연료 공급원(24), 통합된 열 교환기(도 1에 미도시)를 가지는 연소기 또는 보일러(34), 급수 공급원(50), 증기 터빈(51), 예를 들어, 고압 터빈 또는 스테이지, 중압 터빈 또는 스테이지, 및 저압 터빈 또는 스테이지(모두 도 1에 미도시)를 가지는 다수 스테이지 증기 터빈, VLP 터빈(121), ESP(37), 팬(39), 선택적으로 밸브(101), 부스터 팬(110), 직접 접촉 냉각기 또는 DCC(113), 제1 구역(115), 제2 구역(123), 제3 구역(131) 및 제4 구역(142)을 가지는 TSA 분리기(100), 응축기(125), 압축기(127), 팬(133), 팬(144), 및 스택(141)을 포함할 수 있다.
일차 산화제 공급원(20)은 일차 산화제 팬(22), 산화제 예열기(30)의 저온측(도 1에 미도시)의 일차 회로, 및 보일러(34)에 유체적으로 연결될 수 있다. 연료 공급원(24)이 보일러(34)에 유체적으로 연결될 수 있다. 일차 산화제 공급원(20)은, 선택적으로 일차 산화제 스트림(146)의 적어도 일부를 형성하기 위해서, 일차 산화제 스트림(21), 예를 들어, 대기 공기 스트림을 진입시키도록 유체적으로 연결되고, 그러한 일차 산화제 스트림이 일차 산화제 팬(22) 내로 진입되어 일차 산화제 스트림(23)을 형성할 수 있고, 일차 산화제 스트림(23)은 산화제 예열기(30)의 저온측(도 1에 미도시)의 일차 회로 내로 진입되어 예를 들어 약 250 내지 300 ℃의 온도의 예열된 일차 산화제 스트림(31)을 생산할 수 있다. 연료 공급원(24), 예를 들어, 석탄 또는 분쇄된 석탄이, 선택적으로 예열된 일차 산화제 산화제 스트림(31)과 조합되어, 보일러(34) 내로 진입될 수 있는 조합된 연료 스트림(33)을 형성하기 위해서 연료 스트림(25)을 진입시키도록 유체적으로 연결된다.
이차 산화제 공급원(26)은 이차 산화제 팬(28), 산화제 예열기(30)의 저온측(도 1에 미도시)의 이차 회로, 및 보일러(34)에 유체적으로 연결될 수 있다. 이차 산화제 공급원(26)은, 선택적으로 이차 산화제 스트림(148)의 적어도 일부를 형성하기 위해서, 이차 산화제 스트림(27), 예를 들어, 대기 공기 스트림을 진입시키도록 유체적으로 연결되고, 그러한 이차 산화제 스트림이 이차 산화제 팬(28) 내로 진입되어 이차 산화제 스트림(29)을 형성할 수 있고, 이차 산화제 스트림(29)은 산화제 예열기(30)의 저온측(도 1에 미도시)의 이차 회로 내로 진입되어 예를 들어 약 250 내지 300 ℃의 온도의 예열된 이차 산화제 스트림(32)을 생산할 수 있다. 예열된 이차 산화제 스트림(32)이 보일러(34) 내로 진입될 수 있다.
보일러(34)의 통합형 열 교환기 또는 구체적으로 통합형 열 교환기의 저온측(모두 도 1에 미도시)이 급수 공급원(50), 증기 터빈(51), 및 VLP 터빈(121)에 유체적으로 연결될 수 있다. 통합형 열 교환기(도 1에 미도시)의 고온측은, 보일러(34)로부터 연소 가스 스트림을 회수하도록 유체적으로 연결될 수 있다. 보일러(34)는 산화제 예열기(30)의 저온측(도 1에 미도시) 및 고온측(도 1에 미도시)의 일차 및 이차 회로, ESP(37), 팬(39), 선택적인 연소 가스 밸브(101), 부스터 팬(110), DCC(113), TSA 분리기(100)의 제1 구역(115), 스택(41) 및 주위 분위기(42)에 유체적으로 연결될 수 있다. 보일러(34)는 산화제 예열기(30)의 저온측(도 1에 미도시)의 이차 회로로부터 예열된 이차 산화제 스트림(32)을 회수할 수 있고, 통합형 열 교환기(도 1에 미도시)의 고온측 및 보일러(34)로부터 예를 들어 약 500 내지 600 ℃ 온도의 연소 가스 스트림(35)으로서 회수될 수 있는 다-성분 유체 혼합물 또는 연소 가스 스트림을 생산하기 위해서, 조합된 연료 스트림(33)과 함께 예열된 이차 산화제 스트림(32)의 적어도 일부를 연소시킬 수 있다.
급수 공급원(50)은, 물 스트림(52) 및/또는 응축물 스트림(도 1에 미도시) 중 적어도 하나를, 보일러(34)와 통합된, 적어도 하나의 통합형 열 교환기(도 1에 미도시)의 저온측 내로 진입하도록 유체적으로 연결될 수 있다. 연소 가스 스트림(35)은, 적어도 하나의 통합형 열 교환기(도 1에 미도시)의 저온측 내의 물 스트림(52)에 열을 전달하고 그러한 물 스트림을 고압 증기 스트림(53)으로 변환할 수 있고, 그러한 고압 증기 스트림은 증기 터빈(51), 예를 들어, 고압 터빈 또는 스테이지, 중압 터빈 또는 스테이지, 및 저압 터빈 또는 스테이지를 가지는 다수 스테이지 증기 터빈 내로 진입되어, 선택적으로 발전기(도 1에 미도시)에 동력을 공급할 수 있다. 저압 증기 스트림(54)은, 예를 들어, 저압 터빈 하류의, 증기 터빈(51)으로부터 회수될 수 있고, 응축기(도 1에 미도시)를 통해서, 급수 공급원(50)으로 재순환될 수 있다.
연소 가스 스트림(35)이 통합형 열 교환기(도 1에 미도시)의 고온측 및 보일러(34)로부터 회수될 수 있고 산화제 예열기(30)의 고온측(도 3에 미도시) 내로 진입될 수 있으며, 여기에서 연소 가스 스트림(35)은 산화제 예열기(30)의 저온측(도 1에 미도시)의 일차 및 이차 회로에 열을 전달할 수 있다. 연소 가스 스트림(35)은, 예를 들어 약 200 내지 250 ℃의 온도에서 연소 가스 스트림(36)으로서 산화제 예열기(30)로부터 회수될 수 있다. 연소 가스 스트림(36)은 ESP(37) 내로 진입될 수 있고, 여기에서 연소 가스 스트림(36) 내의 미립자, 예를 들어, 비산 재(fly ahs)의 일부(도 1에 미도시)가 ESP(37)에 의해서 분리 및 제거되어, 연소 가스 스트림(35 및 36) 내의 미립자의 양 또는 레벨에 비해서 미립자의 양 또는 레벨이 감소된 제1 처리된 연소 가스 스트림(38)을 형성할 수 있다. ESP(37)에 의해서 분리된 미립자(도 1에 미도시)가 연소 시스템(1)으로부터 회수될 수 있다. 제1 처리된 연소 가스 스트림(38)은 예를 들어 약 150 내지 200 ℃의 온도일 수 있고, 팬(39), 예를 들어 흡출 송풍 팬 내로 진입되어, 제1 처리된 연소 가스 스트림(40)을 형성할 수 있다.
시스템 실시예에서, 선택적인 연소 가스 밸브(101), 예를 들어 전환기 밸브가 스택(41)에, 팬(39)을 통해서 ESP(37)에, DCC(113) 및 부스터 팬(110)을 통해서 TSA 분리기(100)의 제1 구역(115)에, 그리고 TSA 분리기(100)의 제3 구역(131)에 유체적으로 연결될 수 있다. 선택적인 연소 가스 밸브(101)는, 주위 분위기(42) 내로의 연도 가스 스트림(118)으로서 연소 시스템(1)으로부터 방출 및 분산시키기 위해서 스택(41) 내로 진입 전에 제2 처리된 연소 가스 스트림(117)의 일부를 선택적으로 형성하기 위해서, 제1 처리된 연소 가스 스트림(102)으로서 제1 처리된 연소 가스 스트림(40)의 적어도 일부를 지향시키도록; 제1 처리된 연소 가스 스트림(103)으로서 제1 처리된 연소 가스 스트림(40)의 적어도 일부를 지향시키도록; 및/또는 제1 처리된 연소 가스 스트림(130)으로서 제1 처리된 연소 가스 스트림(40)의 적어도 일부를 지향시키도록 유체적으로 연결될 수 있다. 대안적으로, 선택적인 연소 가스 밸브(101)는 제1 처리된 연소 가스 스트림(102)으로서 제1 처리된 연소 가스 스트림(40)의 적어도 일부를 지향시킬 수 있고, 제1 처리된 연소 가스 스트림(103)으로서 제1 처리된 연소 가스 스트림(40)의 적어도 일부를 지향시킬 수 있으며, 그리고 제1 처리된 연소 가스 스트림(103)의 일부를 제1 처리된 연소 가스 스트림(130) 내로 지향시키기 위해서 선택적인 부가적 유동 전환 장치(도 1에 미도시)를 이용할 수 있다.
TSA 분리기(100)는, 적어도 하나의 외장(도 1에 미도시) 내에 수용된, 4개의 구역, 예를 들어, 제1 구역(115), 제2 구역(123), 제3 구역(131), 및 제4 구역(142)을 통해서 중앙 축을 중심으로 순환 또는 회전되는 적어도 하나의 접촉부(도 1에 명확하게 도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따른 예시적인 TSA 프로세스 중에, TSA 프로세스의 제1 단계 또는 흡착 단계가 제1 구역(115)에서 발생될 수 있고, TSA 프로세스의 제2 단계 또는 제1 재생 단계가 제2 구역(123) 내에서 발생될 수 있고, TSA 프로세스의 제3 단계 또는 제2 재생 단계가 제3 구역(131) 내에서 발생될 수 있고, 그리고 TSA 프로세스의 제4 단계 또는 컨디셔닝 단계가 제4 구역(142) 내에서 발생될 수 있다.
본 개시 내용에 따른 시스템 실시예에서, TSA 분리기(100)의 제1 구역(115)은, 예시적인 TSA 프로세스의 제1 단계 또는 흡착 단계 중에 제1 처리된 연소 가스 스트림(114)을 다-성분 유체 혼합물 또는 공급 스트림으로서 진입시키기 위해서, 팬(39), 선택적인 연소 가스 밸브(101), 부스터 팬(110), 및 DCC(113)을 통해서 ESP(37)에 유체적으로 연결될 수 있다. 다-성분 유체 혼합물은 적어도 제1 성분, 예를 들어: 이산화탄소, 황 산화물, 질소, 산소 및/또는 중금속 중 하나 이상; 및 제2 성분, 예를 들어 질소(이하에서 "N2"로서 지칭됨)를 포함할 수 있다. TSA 분리기(100)의 제1 구역(115)이 또한 스텍(41)에 그리고 그에 의해서 주위 분위기(42)에 유체적으로 연결될 수 있다. 일 실시예에서, (연소 가스 스트림(35 및 36) 내의 미립자의 레벨에 비해서) 미립자 레벨이 감소된 정전기 집진기로부터 회수된 제1 처리된 연소 가스 스트림을 공급 스트림으로서 이용하는 것은, 미립자 오염으로 인한 TSA 분리기(100) 내의 흡착 재료의 성능 저하를 바람직하게 감소시킬 수 있다. 제1 처리된 연소 가스 스트림(103)이 선택적인 연소 가스 밸브(101)로부터 회수되고 부스터 팬(110) 내로 진입되어, DCC(113) 내로 진입될 수 있는 제1 처리된 연소 가스 스트림(111) 및 제1 처리된 연소 가스 스트림(112)의 적어도 일부를 형성할 수 있다. 제1 처리된 연소 가스 스트림(112)의 온도가 DCC(113)에 의해서 감소되어, 예를 들어 약 50 ℃ 이하, 또는 보다 특히 약 40 ℃ 이하, 또는 더 구체적으로 약 30 ℃ 이하 온도의 제1 처리된 연소 가스 스트림(114)을 생산할 수 있고, 이는 TSA 분리기(100)의 제1 구역(115) 내로 진입될 수 있고, 여기에서 제1 처리된 연소 가스 스트림(114)의 제1 성분, 예를 들어 CO2의 적어도 일부가 적어도 하나의 흡착 재료(도 1에 미도시)에 의해서 흡착되어, 제1 성분을 제1 처리된 연소 가스 스트림(114)의 비-흡착 성분으로부터 분리할 수 있다. 제1 처리된 연소 가스 스트림(114)의 일부 및/또는 제1 처리된 연소 가스 스트림(114)의 비-흡착 성분은 제1 생산 스트림(116)을 형성할 수 있고, 제1 생산 스트림(116)은 공급 스트림 또는 제1 처리된 연소 가스 스트림(112)에 비해서 제1 성분이 고갈될 수 있고 TSA 분리기(100)의 제1 구역(115)으로부터 회수될 수 있으며 선택적으로 제1 처리된 연소 가스 스트림(102)의 일부와 조합될 수 있으며, 그에 따라 연도 가스 스트림(118)으로서 연소 시스템(1)으로부터 주위 분위기(42) 내로 방출 및 분산시키기 위해서 스택(41) 내로 진입될 수 있는 제2 처리된 연소 가스 스트림(117)을 형성한다. 선택적으로, TSA 분리기(100)의 제1 구역(115)이 재순환 회로(도 1에 미도시)와 유체적으로 연결될 수 있고, 여기에서 적어도 주기적으로, 제1 생산 스트림(116)의 적어도 일부가 TSA 분리기(100)의 제1 구역(115)으로부터 회수될 수 있고, TSA 분리기(100)의 제1 구역(115) 내로 진입되는 제1 처리된 연소 가스 스트림(112) 또는 제1 처리된 연소 가스 스트림(114)의 일부를 형성하도록, 주기적으로 지향될 수 있다.
시스템 실시예에서, TSA 분리기(100)의 제2 구역(123)이 선택적인 VLP 터빈(121), 증기 터빈(51) 및 보일러(34)에 유체적으로 연결되어, 예시적인 TSA 프로세스의 제2 단계 또는 제1 재생 단계 중에, 제1 재생 스트림으로서, 예를 들어 약 300 kPa 절대 미만, 또는 구체적으로 약 150 kPa 절대 미만, 또는 더 구체적으로 약 20 kPa 절대 미만의, 매우 낮은 압력의 증기 스트림(122) 형태의 실질적으로 제3 성분, 예를 들어, 또는 물(이하에서 "H2O"로 지칭됨)을 포함하는 유체 스트림을 진입시킬 수 있다. TSA 분리기(100)의 제2 구역(123)이, 예를 들어, 응축기(125), 압축기(127), 및 산업적 프로세스와 같은 최종 이용부(129)에 유체적으로 연결될 수 있다. 증기 터빈(51)은, 예를 들어, 중압 터빈과 저압 터빈 사이의 또는 저압 터빈 하류의 위치에 유체적으로 연결되어, 저압 증기 스트림(120)이 VLP 터빈(121) 내로 진입시킬 수 있고, VLP 터빈은 기계적으로 커플링된 장치(도 1에 미도시) , 예를 들어, 보조 발전기, 팬 또는 펌프에 동력을 공급할 수 있다. VLP 터빈(121)은, 매우 낮은 압력의 증기 스트림(122)을 TSA 분리기(100)의 제2 구역(123) 내로 진입시켜, 적어도 하나의 흡착성 재료(도 1에 미도시)의 온도를 높이도록, 그리고 적어도 하나의 흡착성 재료(도 1에 미도시)에 흡착된 제1 성분의 적어도 일부가 탈착되도록, 유체적으로 연결될 수 있다. 제1 재생 스트림 또는 매우 낮은 압력의 증기 스트림(122) 및/또는, TSA 분리기(100)의 제2 구역(123) 내의 적어도 하나의 흡착성 재료(도 1에 미도시)에 흡착된, 탈착된 성분, 예를 들어, 제1 성분 또는 CO2의 적어도 일부가, TSA 분리기(100)의 제2 구역(123)으로부터 회수될 수 있는 제2 생산 스트림(124)을 형성할 수 있다. 제2 생산 스트림(124)이 응축기(125), 예를 들어, 물 분리기, 냉각기, 또는 응축 열 교환기 내로 진입되어, 응축 가능 성분, 예를 들어 제3 성분 또는 H2O를 제2 생산 스트림(124)으로부터 분리하여, 응축물 스트림(도 1에 미도시) 및 바람직하게 순도가 높을 수 있는 정제된 제2 생산 스트림(126)을 형성할 수 있다. 정제된 제2 생산 스트림(126)이 응축기(125)로부터 회수되고 압축기(127) 내로 진입되어, 연소 시스템(1)으로부터의 회수 및 최종 이용부(129)로의 지향에 앞서서, 고온 및 고순도의 압축된 제2 생산 스트림(128)을 생산할 수 있고, 최종 이용부는, 일 실시예에서, 예를 들어, 격리, 향상된 오일 회수 또는 산업적 프로세스를 포함할 수 있다. 선택적으로, 압축기(127)의 유입구가 대기압 이하의 압력에서 동작될 수 있다. 선택적으로 적어도 하나의 펌프, 예를 들어, 대기압 이하의 유입구 압력에서 동작되는 토출기, 진공 펌프, 압축기 또는 다수-스테이지 압축기, 또는 밸브, 예를 들어, 체크 밸브(모두 도 1에 미도시)가 응축기(125) 하류 및 압축기(127) 상류에 유체적으로 연결될 수 있다. 대안적인 실시예에서, TSA 분리기(100)의 제2 구역(123)은, 매우 낮은 압력의 증기 스트림(122)을 저압 증기 스트림(120)의 일부로서 증기 터빈(51)으로부터 또는 고압 증기 스트림(50)의 일부로서 보일러(34)로부터 회수하도록 유체적으로 연결될 수 있다.
시스템 실시예에서, TSA 분리기(100)의 제3 구역(131)은, 예시적인 TSA 프로세스의 제3 단계 또는 제2 재생 단계 중에 제2 재생 스트림으로서 제1 처리된 연소 가스 스트림(40) 또는 제1 처리된 연소 가스 스트림(130)의 적어도 일부를 진입시키기 위해서, 팬(39) 그리고 선택적으로 연소 가스 밸브(101)를 통해서 ESP(37)에 유체적으로 연결될 수 있다. TSA 분리기(100)의 제3 구역(131)은 또한 DCC(113) 및 팬(133)을 통해서 TSA 분리기(100)의 제1 구역(115)에 유체적으로 연결될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 처리된 연소 가스 스트림(130)은 예를 들어 약 100 내지 180 ℃, 또는 보다 특히 약 130 내지 150 ℃의 온도일 수 있고, 선택적인 연소 가스 밸브(101)로부터 회수될 수 있고 TSA 분리기(100)의 제3 구역(131) 내로 진입되어, 적어도 하나의 흡착성 재료(도 1에 미도시)에 흡착된, 적어도 하나의 성분, 예를 들어, 제1 성분 및/또는 제3 성분의 적어도 일부를 탈착시킬 수 있다. 제2 재생 스트림 또는 제1 처리된 연소 가스 스트림(130), 잔류 성분, 및/또는 TSA 분리기(100)의 제3 구역(131) 내의 흡착된 성분의 적어도 일부가, TSA 분리기(100)의 제3 구역(132)으로부터 회수될 수 있는 제3 생산 스트림(132)을 형성할 수 있다. 제3 생산 스트림(132)이 팬(133) 내로 진입되어 제3 생산 스트림(134)을 형성할 수 있고, 이는 선택적으로 제1 처리된 연소 가스 스트림(111)에 진입되고 조합되어 제1 처리된 연소 가스 스트림(112)의 일부를 형성할 수 있다. 일 실시예에서, 연소 가스 스트림(35 및 36) 내의 미립자의 레벨에 비해서 미립자의 레벨이 감소되고, 예를 들어, TSA 분리기(100)의 제3 구역(131) 내의 적어도 하나의 흡착성 재료(도 1에 미도시)로부터 성분을 탈착시키는데 필요한 적절한 양의 열 에너지 또는 적절한 온도를 가지는, 팬(39)을 통해서 ESP(37)로부터 회수된 제1 처리된 연소 가스 스트림(40) 및 제1 처리된 연소 가스 스트림(130)을 이용하는 것은, 유리하게, TSA 분리기(100) 내의 적어도 하나의 흡착성 재료(도 1에 미도시)를 재생하기 위해서 소모되는 증기의 양을 감소시키고, TSA 분리기(100) 내의 적어도 하나의 흡착성 재료(도 1에 미도시)의 미립자 오염으로 인한 성능 저하를 감소시킬 수 있다.
시스템 실시예에서, TSA 분리기(100)의 제4 구역(142)이 산화제 예열기(30), 일차 팬 산화제 팬(22), 이차 산화제 팬(28), 및 팬(144)을 통해서 보일러(34)에 유체적으로 연결될 수 있고, 그에 따라 선택적으로 제4 생산 스트림(147)을 이차 산화제 스트림(148)의 적어도 일부로서 그리고 선택적으로 제4 생산 스트림(145)의 적어도 일부를 일차 산화제 스트림(146)의 적어도 일부로서 산화제 예열기(30) 내로 진입시킬 수 있다. TSA 분리기(100)의 제4 구역(142)은 또한 컨디셔닝 공급원(140), 예를 들어, 주위 분위기에 유체적으로 연결될 수 있고, 예시적인 TSA 프로세스의 제4 단계 또는 컨디셔닝 단계 중에, 컨디셔닝 스트림(141), 예를 들어 주위 공기 스트림을 TSA 분리기(100)의 제4 구역(142) 내로 진입시킬 수 있다. 하나의 그러한 실시예에서, 컨디셔닝 스트림(141)은 TSA 분리기(100)의 제4 구역(142)으로부터 성분을 탈착 또는 스위핑시킬 수 있고 및/또는 TSA 분리기(100)의 제4 구역(142) 내의 적어도 하나의 흡착성 재료(도 1에 미도시)의 온도를 변화시킬 수 있다. 컨디셔닝 스트림(141) 및/또는 TSA 분리기(100)의 제4 구역(142) 내의 잔류 성분, 예를 들어 제1 성분 및/또는 제3 성분의 적어도 일부가 TSA 분리기(100)의 제4 구역(142)으로부터 회수될 수 있는 제4 생산 스트림(143a)을 형성할 수 있다. 일 실시예에서, (예를 들어 약 40 내지 60 ℃의 온도일 수 있는) 제4 생산 스트림(143a)이 팬(144), 예를 들어 흡출 송풍 팬 내로 진입되어, 제4 생산 스트림(145)을 형성할 수 있다. 선택적으로, 제4 생산 스트림(145)의 적어도 일부가, 일차 산화제 스트림(146)을 형성하도록 지향될 수 있거나 일차 산화제 스트림(21)과 조합되어 일차 산화제 스트림(146)을 생산하도록 지향될 수 있다. 제4 생산 스트림(145)의 적어도 일부는, 이차 산화제 스트림(148)을 형성하도록 지향될 수 있거나 이차 산화제 스트림(27)과 조합되어 이차 산화제 스트림(148)을 형성하도록 지향될 수 있는 제4 생산 스트림(147)을 형성할 수 있다. 대안적인 구성에서, 팬(144)이 컨디셔닝 공급원(140) 및 TSA 분리기(100)의 제4 구역(142)에 유체적으로 연결되어 컨디셔닝 스트림(141)을 컨디셔닝 공급원(140)으로부터 회수할 수 있고 컨디셔닝 스트림(141)을 TSA 분리기(100)의 제4 구역(142) 내로 진입시킬 수 있다.
연소 시스템(1)의 대안적인 실시예에서, 연소 시스템(1) 내의 저압 증기 스트림(120), VLP 터빈(121), 및 매우 낮은 압력의 증기 스트림(122)이 선택적인 보조 보일러(도 1에 미도시)에 의해서 대체되어, 응축기(125)로부터 회수된 응축물 스트림(도 1에 미도시) 및 부가적인 물 스트림(도 1에 미도시)을, 예시적인 TSA 프로세스의 제2 단계 또는 제1 재생 단계 중에 제1 재생 스트림으로서 이용하기 위해서, 증기 스트림으로 전환시킨다. 예시적인 그러한 실시예에 따른 대안적인 구성이 도 2에 도시되어 있다.
도 2는 본 개시 내용의 대안적인 실시예에 따른 연소 시스템(2)을 도시한 단순화된 대략도이고, (예를 들어 정전기 집진기 또는 ESP(37)를 포함할 수 있는) 선택적인 미립자 수집기(37), TSA 분리기(100), 및 보조 보일러(151)를 포함한다. TSA 분리기(100)는, 연소 시스템(2) 내의 연소기에 의해서 생산된, 다-성분 유체 혼합물 또는 공급 스트림(예를 들어, 연소 가스 스트림 또는 연도 가스 스트림)으로부터, (예를 들어: 이산화탄소, 황 산화물, 질소, 산소, 및/또는 중금속 중 하나 이상을 포함할 수 있는) 적어도 제1 성분을 흡착 가스 분리하기 위해서 연소 시스템(2)과 통합될 수 있다. 연소 시스템(2)은, 선택적으로 일차 산화제 공급원(20), 일차 산화제 팬(22), 선택적으로 이차 산화제 공급원(26), 이차 산화제 팬(28), 고온측(도 2에 미도시) 및 일차 회로 및 이차 회로(도 2에 모두 도시되지 않음)를 포함하는 저온측을 가지는 산화제 가열기 또는 산화제 예열기(30), 선택적인 연료 공급원(24), 통합형 열 교환기(도 2에 미도시)를 가지는 연소기 또는 보일러(34), 급수 공급원(50), 증기 터빈(51), 예를 들어, 고압 터빈 또는 스테이지, 중압 터빈 또는 스테이지, 및 저압 터빈 또는 스테이지(모두 도 2에 미도시)를 가지는 다수 스테이지 증기 터빈, ESP(37), 팬(39), 선택적인 연소 가스 밸브(101), 부스터 팬(110), 직접 접촉 냉각기 또는 DCC(113), 제1 구역(115), 제2 구역(123), 제3 구역(131) 및 제4 구역(142)을 가지는 TSA 분리기(100), 응축기(125), 압축기(127), 보조 보일러(151), 팬(133), 팬(144), 및 스택(141)을 포함한다.
대안적인 실시예에서, TSA 분리기(100)의 제2 구역(123) 및 연소 시스템(2)이 보조 보일러(151) 및 응축기(125)에 유체적으로 연결되어, 매우 낮은 압력의 증기 스트림(152)을 보조 보일러(151)로부터 회수할 수 있고, 예시적인 TSA 프로세스의 제2 단계 또는 제1 재생 단계 중에, 매우 낮은 압력의 증기 스트림(152)을 제1 재생 스트림으로서 진입시킬 수 있다. TSA 분리기(100)의 제2 구역(123) 및 연소 시스템(2)은 또한 압축기(127) 및 최종 이용부(129)에 유체적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, DCC(113), 압축기(127) 및/또는 물 공급원(도 2에 미도시)으로부터 회수된 물 또는 응축물 스트림(도 2에 미도시) 그리고 선택적으로 응축기(125)로부터 회수된 응축물 스트림(150)이 보조 보일러(151) 내로 진입되어, 물 및/또는 응축물 스트림(도 2에 미도시)을 매우 낮은 압력의 증기 스트림(152)으로 변환할 수 있고, 이는, 일 실시예에서, 예를 들어 약 300 kPa 절대 미만, 또는 특히 약 150 kPa 절대 미만, 또는 보다 특히 약 20 kPa 절대 미만의 증기 압력을 가질 수 있다. 보조 보일러(151)는, 응축물 및/또는 물 스트림을 증기 스트림으로 변환하기 위한, 임의의 적합한 유체 가열 장치, 예를 들어, 보일러 또는 열 교환기일 수 있다.
대안적인 실시예에서, 연소 시스템(도 1 또는 도 2에 미도시)이 TSA 분리기를 포함하고, 그러한 TSA 분리기는 연도 가스 탈황기 및 선택적인 미립자 수집기, 예를 들어, 정전기 집진기, 기계적 수집기 또는 사이클론, 직물 필터 또는 백하우스, 습식 스크러버 또는 미립자 필터(예를 들어, 디젤 미립자 필터)에 유체적으로 연결되며, 여기에서 TSA 분리기는, 연도 가스 탈황기로부터, 연소기로부터 회수된 연소 가스 스트림 내의 황 산화물 및 미립자의 양 또는 레벨에 비해서 황 산화물 및 미립자의 양 또는 레벨이 감소된 제3 처리된 연소 가스 스트림의 적어도 일부를 회수하고, 공급 스트림의 적어도 일부로서 TSA 분리기 내로 진입시키거나, 특히, 공급 스트림의 적어도 일부로서 TSA 분리기의 제1 구역 내로 진입시킨다. TSA 분리기는, 적어도 제1 성분(예를 들어: 이산화탄소, 황 산화물, 질소, 산소 및/또는 중금속 중 하나 이상)을, 연도 가스 탈황기로부터 회수된, 다-성분 유체 혼합물 또는 공급 스트림으로부터 흡착 가스 분리하기 위해서 연소 시스템과 통합될 수 있다. TSA 분리기가 또한 선택적인 미립자 수집기에 유체적으로 연결될 수 있고, 그에 따라 제1 처리된 연소 가스 스트림의 일부를 재생 스트림으로서 TSA 분리기 내로 진입시킬 수 있거나, 특히, 제1 처리된 연소 가스 스트림의 일부를 제2 재생 스트림으로서 TSA 분리기 내로 진입시킬 수 있거나, 보다 특히 제1 처리된 연소 가스 스트림의 일부를 제2 재생 스트림으로서 TSA 분리기의 제3 구역 내로 진입시킬 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 대안적인 실시예에서, 도 1에 도시된 연소 시스템(1) 및 도 2에 도시된 연소 시스템(2)은, 예를 들어 팬(39), DCC(113), 부스터 팬(110) 및 선택적인 연소 가스 밸브(101)를 통해서, ESP(37)와 TSA 분리기(100)의 제1 구역(115) 사이에 유체적으로 연결될 수 있는 선택적인 연도 가스 탈황기(도 1 및 도 2에 미도시)를 포함할 수 있다. TSA 분리기(100)의 제3 구역(131)은, 예시적인 TSA 프로세스의 제3 단계 또는 제2 재생 단계 중에 제2 재생 스트림으로서 제1 처리된 연소 가스 스트림(40) 또는 제1 처리된 연소 가스 스트림(130)의 적어도 일부를 회수하고 진입시키기 위해서, 팬(39)을 통해서 선택적인 연도 가스 탈황기(도 1 및 도 2에 미도시)에 유체적으로 연결될 수 있다.
도 3은 본 개시 내용의 실시예에 따른 연소 시스템(3)을 도시한 단순화된 개략도이고, 이는, 매우 낮은 압력의 증기 터빈 또는 VLP 터빈(121)과 함께, 연도 가스 탈황기 또는 FGD(300) 및 미립자 수집기(예를 들어, 정전기 집진기) 또는 ESP(37), 및 TSA 분리기(100)를 포함한다. TSA 분리기(100)는, 다-성분 유체 혼합물 또는 공급 스트림, 예를 들어, 연소 시스템(3) 내의 연소기에 의해서 생산된, 연소 가스 스트림 또는 연도 가스 스트림으로부터, 적어도 제1 성분(예를 들어, 이산화탄소(이하에서 "CO2"로 지칭됨), 황 산화물, 질소, 산소, 및/또는 중금속)을 흡착 가스 분리하기 위해서 연소 시스템(3)과 통합될 수 있다. 정전기 집진기 및 연도 가스 탈황기를 이용하는 연소 시스템은, 연소기 또는 보일러로부터 회수된 미처리된 연소 가스 스트림 내의 미립자 및 SOx의 레벨에 비해서, 미립자 및 황 산화물(본원에서 SOx로 지칭됨)의 레벨이 감소된 제3 처리된 연소 가스 스트림을 생산할 수 있다. 그러나, 일 실시예에서, 연도 가스 탈황기로부터 회수된 제3 처리된 연소 가스 스트림은, TSA 프로세스 및 TSA 분리기를 위한 재생 스트림으로서 이용하기에 바람직한 온도보다 낮은 온도일 수 있다. 일 실시예에서, 전형적으로 연소기 내의 연소를 위한 산화제 스트림으로서 이용되는 높은 온도의 예열된 이차 산화제 스트림의 일부가 TSA 프로세스 및 TSA 분리기를 위한 재생 스트림으로서 이용될 수 있다.
특별한 실시예에서, 보일러(34) 내의 연소를 위한 높은 온도의 산화제 스트림으로서 이용되는 예열된 이차 산화제 스트림(32) 또는 예열된 산화제 스트림(330)의 일부가 TSA 분리기(100) 내에서 재생 스트림으로서 이용될 수 있거나, 특히, TSA 분리기(100) 내의 제2 재생 스트림으로서 이용될 수 있거나, 보다 특히 TSA 분리기(100)의 제3 구역(131) 내의 제2 재생 스트림으로서 이용될 수 있다. 하나의 그러한 실시예에서, 예열된 산화제 스트림(330)을 재생 스트림으로서 이용하는 것은, 유리하게, 재생 스트림으로서 증기 이외의 것을 이용하는 것에 의해서, TSA 분리기(100) 내의 적어도 하나의 흡착성 재료(도 3에 미도시)를 재생하기 위해서 소비되는 증기의 양을 감소시킬 수 있고, 연소 시스템(3)에 실질적으로 부가적인 장비를 부가하지 않고, 유리하게, 통상적인 연소 또는 보일러 시스템 내에 전형적으로 존재하는 유체 스트림의 일부를 이용할 수 있다.
일 실시예에서, 연소 시스템(3)은, 선택적으로 일차 산화제 공급원(20), 일차 산화제 팬(22), 선택적으로 이차 산화제 공급원(26), 이차 산화제 팬(28), 고온측(도 3에 미도시) 및 일차 회로 및 이차 회로(도 3에 모두 도시되지 않음)를 포함하는 저온측을 가지는 산화제 가열기 또는 산화제 예열기(30), 선택적인 보충 열 교환기(도 3에 미도시), 선택적인 연료 공급원(24), 통합형 열 교환기(도 3에 미도시)를 가지는 연소기 또는 보일러(34), 급수 공급원(50), 증기 터빈(51), 예를 들어, 고압 터빈 또는 스테이지, 중압 터빈 또는 스테이지, 및 저압 터빈 또는 스테이지(모두 도 3에 미도시)를 가지는 다수 스테이지 증기 터빈, VLP 터빈(121), ESP(37), 팬(39), 선택적인 연소 가스 밸브(101), 부스터 팬(110), DCC(113), 제1 구역(115), 제2 구역(123), 제3 구역(131) 및 제4 구역(142)을 가지는 TSA 분리기(100), 응축기(125), 압축기(127), 팬(144), 팬(332), 및 스택(141)을 포함한다.
일차 산화제 공급원(20)은 일차 산화제 팬(22), 산화제 예열기(30)의 저온측(도 3에 미도시)의 일차 회로, 및 보일러(34)에 유체적으로 연결될 수 있다. 연료 공급원(24)이 보일러(34)에 유체적으로 연결될 수 있다. 일차 산화제 공급원(20)은, 선택적으로 일차 산화제 스트림(350)의 적어도 일부를 형성하기 위해서, 일차 산화제 스트림(21), 예를 들어, 대기 공기 스트림을 진입시키도록 유체적으로 연결될 수 있고, 그러한 일차 산화제 스트림이 일차 산화제 팬(22) 내로 진입되어 일차 산화제 스트림(23)을 형성할 수 있고, 일차 산화제 스트림(23)은 산화제 예열기(30)의 저온측(도 3에 미도시)의 일차 회로 내로 진입되어 예를 들어 약 250 내지 300 ℃의 온도의 예열된 일차 산화제 스트림(31)을 생산할 수 있다. (예를 들어, 석탄 또는 분쇄된 석탄 중 하나 이상을 포함할 수 있는) 연료 공급원(24)이, 예열된 일차 산화제 산화제 스트림(31)과 조합되어, 보일러(34) 내로 진입될 수 있는 조합된 연료 스트림(33)을 형성하기 위해서 연료 스트림(25)을 진입시키도록 유체적으로 연결된다.
일 양태에서, 이차 산화제 공급원(26)은 이차 산화제 팬(28), 산화제 예열기(30)의 저온측(도 3에 미도시)의 이차 회로, 및 보일러(34)에 유체적으로 연결될 수 있다. 이차 산화제 공급원(26)은, 선택적으로 이차 산화제 스트림(351)의 적어도 일부를 형성하기 위해서, 이차 산화제 스트림(27), 예를 들어, 대기 공기 스트림을 진입시키도록 유체적으로 연결되고, 그러한 이차 산화제 스트림이 이차 산화제 팬(28) 내로 진입되어 이차 산화제 스트림(29)을 형성할 수 있고, 이차 산화제 스트림(29)은 산화제 예열기(30)의 저온측(도 3에 미도시)의 이차 회로 내로 진입되어, 일 실시예에서 예를 들어 약 250 내지 300 ℃의 온도로 제공될 수 있는, 예열된 이차 산화제 스트림(32)을 생산할 수 있다. 예열된 이차 산화제 스트림(32)이 보일러(34) 내로 진입될 수 있다.
일 양태에서, 보일러(34)의 통합형 열 교환기 또는 구체적으로 통합형 열 교환기의 저온 회로(모두 도 3에 미도시)가 급수 공급원(50), 증기 터빈(51), 및 VLP 터빈(121)에 유체적으로 연결될 수 있다. 통합형 열 교환기(도 3에 미도시)의 고온측은, 보일러(34)로부터 연소 가스 스트림을 수용하도록 유체적으로 연결될 수 있다. 보일러(34)는 산화제 예열기(30)의 저온측(도 3에 미도시) 및 고온측(도 3에 미도시)의 일차 및 이차 회로, ESP(37), 팬(39), FGD(300), 선택적인 연소 가스 밸브(101), 부스터 팬(110), DCC(113), TSA 분리기(100)의 제1 구역(115), 스택(41) 및 주위 분위기(42)에 유체적으로 연결될 수 있다. 보일러(34)는 산화제 예열기(30)의 저온측(도 3에 미도시)의 이차 회로로부터 예열된 이차 산화제 스트림(32)을 회수할 수 있고, 일 실시예에서 예를 들어 약 500 내지 600 ℃ 온도로 회수될 수 있는, 통합형 열 교환기(도 3에 미도시)의 고온측 및 보일러(34)로부터 회수된, 다-성분 유체 혼합물 또는 연소 가스 스트림(35)을 생산하기 위해서, 조합된 연료 스트림(33)과 함께 예열된 이차 산화제 스트림(32)의 적어도 일부를 연소시킬 수 있다.
급수 공급원(50)은, 물 스트림(52) 및/또는 응축물 스트림(도 1에 미도시) 중 적어도 하나를, 보일러(34)와 통합된, 적어도 하나의 통합형 열 교환기(도 3에 미도시) 내로 진입하도록 유체적으로 연결될 수 있다. 연소 가스 스트림(35)은 열을 전달할 수 있고 적어도 하나의 통합형 열 교환기(도 3에 미도시)의 저온측 내의 물 스트림(52)을, 발전기(도 3에 미도시)에 선택적으로 동력을 공급하는 증기 터빈(51) 내로 진입될 수 있는 고압 증기 스트림(53)으로 변환할 수 있다. 저압 증기 스트림(54)은, 예를 들어, 저압 터빈 하류의, 증기 터빈(51)으로부터 회수될 수 있고, 응축기(도 3에 미도시)를 통해서, 급수 공급원(50)으로 재순환될 수 있다.
연소 가스 스트림(35)이 통합형 열 교환기(도 3에 미도시)의 고온측 및 보일러(34)로부터 회수될 수 있고 산화제 예열기(30)의 고온측(도 3에 미도시) 내로 진입될 수 있으며, 여기에서 연소 가스 스트림(35)은 산화제 예열기(30)의 저온측(도 3에 미도시)의 일차 및 이차 회로에 열을 전달할 수 있다. 연소 가스 스트림(35)은, 일 실시예에서 예를 들어 약 200 내지 250 ℃의 온도로 회수될 수 있는, 연소 가스 스트림(36)으로서 산화제 예열기(30)로부터 회수될 수 있다. 하나의 그러한 실시예에서, 연소 가스 스트림(36)은 ESP(37) 내로 진입될 수 있고, 여기에서 연소 가스 스트림(36) 내의 미립자, 예를 들어, 비산 재의 일부(도 3에 미도시)가 ESP(37)에 의해서 분리 및 제거되어, 연소 가스 스트림(35 및 36) 내의 미립자의 레벨에 비해서 미립자의 레벨이 감소된 제1 처리된 연소 가스 스트림(38)을 형성할 수 있다. 일 양태에서, ESP(37)에 의해서 분리된 미립자(도 3에 미도시)가 연소 시스템(3)으로부터 회수될 수 있다. 특별한 실시예에서, 제1 처리된 연소 가스 스트림(38)은 예를 들어 약 150 내지 200 ℃의 온도일 수 있고, 팬(39), 예를 들어 흡출 송풍 팬 내로 진입되어, FGD(300)에 진입될 수 있는 제1 처리된 연소 가스 스트림(40)을 형성할 수 있다. 제1 처리된 연소 가스 스트림(40) 내의 SOx의 적어도 일부가 FGD(300)에 의해서 분리 및 제거되어, 일 실시예에서 예를 들어 약 40 내지 60 ℃의 온도일 수 있고, 연소 가스 스트림(35 및 36) 내의 미립자 및 SOx의 레벨에 비해서 SOx 및 미립자의 레벨이 감소된, 제3 처리된 연소 가스 스트림(301)을 형성할 수 있다.
일 실시예에서, 선택적인 연소 가스 밸브(101), 예를 들어 전환기 밸브가, FGD(300)에, 스택(41)에, DCC(113)을 통해서 TSA 분리기(100)의 제1 구역(115)에, 그리고 부스터 팬(110)에 유체적으로 연결될 수 있다. 선택적인 연소 가스 밸브(101)는, 주위 분위기(42) 내로의 연도 가스 스트림(314)으로서 연소 시스템(3)으로부터 방출 및 분산시키기 위해서 스택(41) 내로의 진입 전에 제4 처리된 연소 가스 스트림(313)의 일부를 선택적으로 형성하기 위해서, 제3 처리된 연소 가스 스트림(302)으로서 제3 처리된 연소 가스 스트림(301)의 적어도 일부를 지향시키도록, 및/또는 제3 처리된 연소 가스 스트림(303)으로서 제3 처리된 연소 가스 스트림(301)의 적어도 일부를 지향시키도록 유체적으로 연결될 수 있다.
TSA 분리기(100)는, 적어도 하나의 외장(도 3에 미도시) 내에 수용된, 4개의 구역, 예를 들어, 제1 구역(115), 제2 구역(123), 제3 구역(131), 및 제4 구역(142)을 통해서 중앙 축을 중심으로 순환 또는 회전되는 적어도 하나의 접촉부(도 3에 명확하게 도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 예시적인 TSA 프로세스 중에, TSA 프로세스의 제1 단계 또는 흡착 단계가 제1 구역(115)에서 발생될 수 있고, TSA 프로세스의 제2 단계 또는 제1 재생 단계가 제2 구역(123) 내에서 발생될 수 있고, TSA 프로세스의 제3 단계 또는 제2 재생 단계가 제3 구역(131) 내에서 발생될 수 있고, 그리고 TSA 프로세스의 제4 단계 또는 컨디셔닝 단계가 제4 구역(142) 내에서 발생될 수 있다.
일 실시예에서, TSA 분리기(100)의 제1 구역(115)은, 예시적인 TSA 프로세스의 제1 단계 또는 흡착 단계 중에 제3 처리된 연소 가스 스트림(311)을 다-성분 유체 혼합물 또는 공급 스트림으로서 진입시키기 위해서, 팬(39), FGD(300), 선택적인 연소 가스 밸브(101), 부스터 팬(110), 및 DCC(311)을 통해서 ESP(37)에 유체적으로 연결될 수 있다. 다-성분 유체 혼합물은 예를 들어: 이산화탄소, 황 산화물, 질소, 산소 및/또는 중금속 중 하나 이상; 및 제2 성분, 예를 들어 질소(이하에서 "N2"로서 지칭됨)를 포함할 수 있는) 적어도 제1 성분을 포함할 수 있다. TSA 분리기(100)의 제1 구역(115)이 또한 스텍(41)에 및 주위 분위기(42)에 유체적으로 연결될 수 있다. 제3 처리된 연소 가스 스트림(303)이 선택적인 연소 가스 밸브(101)로부터 회수되고 부스터 팬(110) 내로 진입되어, DCC(113) 내로 진입될 수 있는 제3 처리된 연소 가스 스트림(310)을 형성할 수 있다. 제3 처리된 연소 가스 스트림(310)의 온도가 DCC(113)에 의해서 감소되어, 일 실시예에서 예를 들어 약 50 ℃ 이하, 또는 보다 특히 약 40 ℃ 이하, 또는 보다 더 구체적으로 약 30 ℃ 이하 온도로 생산될 수 있는 제3 처리된 연소 가스 스트림(311)을 생산할 수 있고, 이는 TSA 분리기(100)의 제1 구역(115) 내로 진입될 수 있고, 여기에서 제3 처리된 연소 가스 스트림(311)의 제1 성분, 예를 들어 CO2의 적어도 일부가 적어도 하나의 흡착 재료(도 3에 미도시)에 의해서 흡착되어, 제1 성분을 제3 처리된 연소 가스 스트림(311)의 비-흡착 성분으로부터 분리할 수 있다. 하나의 그러한 실시예에서, 제3 처리된 연소 가스 스트림(311)의 일부 및/또는 제3 처리된 연소 가스 스트림(311)의 비-흡착 성분은 제1 생산 스트림(312)을 형성할 수 있고, 그러한 제1 생산 스트림은 공급 스트림 또는 제3 처리된 연소 가스 스트림(311)에 비해서 제1 성분이 고갈될 수 있고 TSA 분리기(100)의 제1 구역(115)으로부터 회수될 수 있으며 선택적으로 제3 처리된 연소 가스 스트림(302)의 일부와 조합될 수 있으며, 그에 따라 연도 가스 스트림(314)으로서 연소 시스템(3)으로부터 주위 분위기(42) 내로 방출 및 분산시키기 위해서 스택(41) 내로 진입될 수 있는 제4 처리된 연소 가스 스트림(313)을 형성한다. 선택적으로, TSA 분리기(100)의 제1 구역(115)이 재순환 회로(도 3에 미도시)와 유체적으로 연결될 수 있고, 여기에서 적어도 주기적으로, 제1 생산 스트림(312)의 적어도 일부가 TSA 분리기(100)의 제1 구역(115)으로부터 회수될 수 있고, TSA 분리기(100)의 제1 구역(115) 내로 진입되는 제3 처리된 연소 가스 스트림(310) 또는 제3 처리된 연소 가스 스트림(311)의 일부를 형성하도록, 주기적으로 지향될 수 있다.
특별한 실시예에서, TSA 분리기(100)의 제2 구역(123)이 선택적인 VLP 터빈(121), 증기 터빈(51) 및 보일러(34)에 유체적으로 연결되어, 예시적인 TSA 프로세스의 제2 단계 또는 제1 재생 단계 중에, 제1 재생 스트림으로서, 예를 들어 약 300 kPa 절대 미만, 또는 구체적으로 약 150 kPa 절대 미만, 또는 더 구체적으로 약 20 kPa 절대 미만의, 매우 낮은 압력의 증기 스트림(122) 형태의 실질적으로 제3 성분, 예를 들어, 또는 물(이하에서 "H2O"로 지칭됨)을 포함하는 유체 스트림을 회수 및 진입시킬 수 있다. TSA 분리기(100)의 제2 구역(123)이, 예를 들어, 응축기(125), 압축기(127), 및 최종 이용부(129)에 유체적으로 연결될 수 있다. 증기 터빈(51)은, 예를 들어, 중압 터빈과 저압 터빈 사이의 또는 저압 터빈 하류의 위치에 유체적으로 연결되어, 저압 증기 스트림(120)이 VLP 터빈(121) 내로 진입시킬 수 있고, VLP 터빈은 기계적으로 커플링된 장치(도 3에 미도시) , 예를 들어, 보조 발전기, 팬 또는 펌프에 동력을 공급할 수 있다. 일 실시예에서, VLP 터빈(121)은, 매우 낮은 압력의 증기 스트림(122)을 TSA 분리기(100)의 제2 구역(123) 내로 진입시켜, 적어도 하나의 흡착성 재료(도 3에 미도시)의 온도를 높이도록, 그리고 적어도 하나의 흡착성 재료(도 3에 미도시)에 흡착된 제1 성분의 적어도 일부가 탈착되도록, 유체적으로 연결될 수 있다. 제1 재생 스트림 또는 매우 낮은 압력의 증기 스트림(122) 및/또는, TSA 분리기(100)의 제2 구역(123) 내의 적어도 하나의 흡착성 재료(도 3에 미도시)에 흡착된, (예를 들어, CO2와 같은 제1 성분을 포함하는) 탈착된 성분의 적어도 일부가, TSA 분리기(100)의 제2 구역(123)으로부터 회수될 수 있는 제2 생산 스트림(124)을 형성할 수 있다. 제2 생산 스트림(124)이 응축기(125), 예를 들어, 물 분리기, 냉각기, 또는 응축 열 교환기 내로 진입되어, 응축 가능 성분, 예를 들어 제3 성분 또는 H2O를 제2 생산 스트림(124)으로부터 분리하여, 응축물 스트림(도 3에 미도시) 및 순도가 높을 수 있는 정제된 제2 생산 스트림(126)을 형성할 수 있다. 정제된 제2 생산 스트림(126)이 응축기(125)로부터 회수되고 압축기(127) 내로 진입되어, 연소 시스템(3)으로부터의 회수 및 최종 이용부(129)로의 지향에 앞서서, 고온 및 고순도의 압축된 제2 생산 스트림(128)을 생산할 수 있고, 최종 이용부는, 일 실시예에서, 예를 들어, 격리, 향상된 오일 회수 또는 산업적 프로세스를 포함할 수 있다. 선택적으로, 압축기(127)의 유입구가 대기압 이하의 압력에서 동작될 수 있다. 선택적으로 적어도 하나의 펌프, 예를 들어, 대기압 이하의 유입구 압력에서 동작되는 토출기, 진공 펌프, 압축기 또는 다수-스테이지 압축기, 또는 밸브, 예를 들어, 체크 밸브(모두 도 1에 미도시)가 응축기(125) 하류 및 압축기(127) 상류에 유체적으로 연결될 수 있다. 대안적인 실시예에서, TSA 분리기(100)의 제2 구역(123)은, 매우 낮은 압력의 증기 스트림(122)을 저압 증기 스트림(120)의 일부로서 증기 터빈(51)으로부터 또는 고압 증기 스트림(50)의 일부로서 보일러(34)로부터 회수하도록 유체적으로 연결될 수 있다.
다른 특별한 실시예에서, TSA 분리기(100)의 제3 구역(131)은 산화제 예열기(30)의 저온측(도 3에 미도시)의 이차 회로, 이차 산화제 팬(28), 및 이차 산화제 공급원(26)에 유체적으로 연결될 수 있고, 그에 따라, 예시적인 TSA 프로세스의 제3 단계 또는 제2 재생 단계 중에, 제2 재생 스트림으로서의 이용을 위해서, 예열된 이차 산화제 스트림(32)의 적어도 일부를 예열된 산화제 스트림(330)으로서 진입시킬 수 있다. TSA 분리기(100)의 제3 구역(131)은 또한 산화제 예열기(30)의 저온측(도 3에 미도시)의 이차 회로, 이차 산화제 팬(28) 및 팬(332)을 통해서 보일러(34)에 유체적으로 연결될 수 있다. 일 실시예에서, 예열된 이차 산화제 스트림(32)의 일부가 예를 들어 약 250 내지 300 ℃의 온도에서 제공될 수 있고 선택적인 보충적 열 교환기(도 3에 미도시) 내로 진입될 수 있고, 그에 따라 예열된 산화제 스트림(330)의 온도를, 일 실시예에서, 예를 들어 약 100 내지 180 ℃, 또는 특히 약 130 내지 150 ℃의 온도일 수 있는, 제2 재생 스트림에 적합한 온도로 감소시킬 수 있다. 예열된 산화제 스트림(330)이 선택적으로 제어되고 TSA 분리기(100)의 제3 구역(131) 내로 진입되어, 적어도 하나의 흡착성 재료(도 3에 미도시)에 흡착된, 적어도 하나의 성분, 예를 들어, 제1 성분 및/또는 제3 성분의 적어도 일부를 탈착시킬 수 있다. 제2 재생 스트림 또는 예열된 산화제 스트림(330), 잔류 성분, 및/또는 TSA 분리기(100)의 제3 구역(131) 내의 탈착된 성분의 적어도 일부가, TSA 분리기(100)의 제3 구역(332)으로부터 회수될 수 있는 제3 생산 스트림(131)을 형성할 수 있다. 제3 생산 스트림(331)이 팬(332), 예를 들어 흡출 송풍 팬 내로 진입되어, 이차 산화제 팬(28) 내로 유동되기 전에, 선택적으로 진입될 수 있고 이차 산화제 스트림(27)과 조합되어 이차 산화제 스트림(351)의 일부를 형성할 수 있는, 제3 생산 스트림(333)을 형성할 수 있다. 하나의 그러한 실시예에서, 예시적인 TSA 프로세스의 제3 단계 또는 제2 재생 단계 중에 TSA 분리기를 위한 재생 스트림으로서 또는 제2 재생 스트림으로서 예열된 이차 산화제 스트림(32) 또는 예열된 산화제 스트림(330)의 적어도 일부를 이용하는 것은, 유리하게, TSA 프로세스 및 TSA 분리기를 포함하는 새로운 또는 기존 연소 시스템을 위한 부가적인 장비의 필요성을 감소시킬 수 있고, 및/또는 기존 연소 시스템의 개장을 위한 변경 범위를 감소시킬 수 있다. 대안적인 실시예 구성에서, 팬(332)이 산화제 예열기(30)의 저온측(도 3에 미도시)의 이차 회로 및 TSA 분리기(100)의 제3 구역(131)에 유체적으로 연결되어, 예열된 산화제 스트림(330)을 산화제 예열기(30)의 저온측(도 3에 미도시)의 이차 회로로부터 회수할 수 있고 그리고 예열된 산화제 스트림(330)을 TSA 분리기(100)의 제3 구역(131) 내로 진입할 수 있다. 대안적으로, 예열된 산화제 스트림(330)이, 일 실시예에서 예를 들어 약 100 내지 180 ℃, 또는 특히 약 130 내지 150 ℃의 온도일 수 있는, 제2 재생 스트림에 적합한 온도의 예열된 산화제 스트림(330)을 공급하도록 변경될 수 있는, 산화제 예열기(도 3에 미도시)의 저온측(도 3에 미도시)의 이차 회로로부터 회수될 수 있고, 이는 선택적인 보충적 열 교환기(도 3에 미도시)를 대체할 수 있다.
일 실시예에서, TSA 분리기(100)의 제4 구역(142)은, 산화제 예열기(30)의 저온측(도 3에 미도시)의 일차 및 이차 회로, 일차 산화제 팬(22), 이차 산화제 팬(28) 및 팬(144)을 통해서, 보일러(34)에 유체적으로 연결될 수 있고, 그에 따라, 제4 생산 스트림(143a, 및 145)의 적어도 일부를 일차 산화제 스트림(350, 23) 및 예열된 일차 산화제 스트림(31)의 적어도 일부 그리고 그리고 조합된 연료 스트림(33)으로서 보일러(34) 내로 선택적으로 진입시킬 수 있고, 및/또는 제4 생산 스트림(143a, 145, 및 147)의 적어도 일부를 적어도 일부의 이차 산화제 스트림(351, 29) 및 예열된 산화제 스트림(32)으로서 보일러(34) 내로 진입시킬 수 있다. TSA 분리기(100)의 제4 구역(142)은 또한 컨디셔닝 공급원(140), 예를 들어, 주위 분위기에 유체적으로 연결될 수 있고, 예시적인 TSA 프로세스의 제4 단계 또는 컨디셔닝 단계 중에, 컨디셔닝 스트림(141), 예를 들어 주위 공기 스트림을 TSA 분리기(100)의 제4 구역(142) 내로 진입시킬 수 있다. 컨디셔닝 스트림(141)은 TSA 분리기의 제4 구역(142) 내의 적어도 하나의 흡착성 재료(도 3에 미도시)로부터 성분을 탈착 또는 스위핑할 수 있고 및/또는 적어도 하나의 흡착성 재료의 온도를 변경할 수 있다. 컨디셔닝 스트림(141) 및/또는 TSA 분리기(100)의 제4 구역(142) 내의 잔류 성분, 예를 들어 제1 성분 및/또는 제3 성분의 적어도 일부가 TSA 분리기(100)의 제4 구역(142)으로부터 회수될 수 있는 제4 생산 스트림(143a)을 형성할 수 있다. 일 실시예에서, 제4 생산 스트림(143a)이 예를 들어 약 40 내지 60 ℃의 온도에서 회수될 수 있고, 팬(144)(예를 들어 흡출 송풍 팬) 내로 진입되어, 제4 생산 스트림(145)을 형성할 수 있다. 제4 생산 스트림(145)의 적어도 일부는, 이차 산화제 스트림(148)을 형성하도록 선택적으로 지향될 수 있거나 이차 산화제 스트림(27)과 조합되어 이차 산화제 스트림(351)을 형성하도록 선택적으로 지향될 수 있는 제4 생산 스트림(147)을 형성할 수 있다. 제4 생산 스트림(145)의 적어도 일부가, 일차 산화제 스트림(350)을 형성하도록 적어도 주기적으로 선택적으로 지향될 수 있거나 일차 산화제 스트림(21)과 조합되어 일차 산화제 스트림(350)을 생산하도록 선택적으로 지향될 수 있다. 하나의 그러한 실시예에서, 일차 산화제 스트림(350)의 적어도 일부를 형성하기 위해서 제4 생산 스트림(145)의 적어도 일부를 지향시키는 것은, 유리하게, 실질적으로 유체적으로 연결된 루프 내에서 발생될 수 있는, TSA 분리기(100)의 제3 구역(131) 내에서 탈착된 성분, 예를 들어, 제1 성분 또는 CO2의 농도의 재순환 및/또는 축적을 제한 및/또는 감소시킬 수 있고, 그러한 루프는, 예를 들어, 예열된 산화제 스트림(330), TSA 분리기(100)의 제3 구역(131), 제3 생산 스트림(331), 팬(332), 제2 생산 스트림(333), 제3 생산 스트림(334), 이차 산화제 스트림(351), 이차 산화제 팬(28), 이차 산화제 스트림(29), 산화제 예열기(30)의 저온측(도 3에 미도시)의 이차 회로, 및 예열된 이차 산화제 스트림(32)을 포함한다. 대안적인 실시예에서, 팬(144)이 컨디셔닝 공급원(140) 및 TSA 분리기(100)의 제4 구역(142)에 유체적으로 연결되어 컨디셔닝 스트림(141)을 컨디셔닝 공급원(140)으로부터 회수할 수 있고 컨디셔닝 스트림(141)을 TSA 분리기(100)의 제4 구역(142) 내로 진입시킬 수 있다.
대안적인 실시예에서, 연소 시스템(3), 연소 시스템(3) 내의 저압 증기 스트림(120), VLP 터빈(121), 및 매우 낮은 압력의 증기 스트림(122)이 보조 보일러(도 3에 미도시)에 의해서 대체되어, 응축기(125)로부터 회수된 응축물 스트림(도 3에 미도시) 및 부가적인 물 스트림(도 3에 미도시)을, 예시적인 TSA 프로세스의 제2 단계 또는 제1 재생 단계 중에 제1 재생 스트림으로서 이용하기 위해서, 증기 스트림으로 전환시킨다. 예시적인 그러한 실시예에 따른 대안적인 구성이 도 4에 도시되어 있다.
도 4는 본 개시 내용의 대안적인 실시예에 따른 연소 시스템(4)을 도시한 단순화된 대략도이고, 연도 가스 탈황기(또는 FGD)(300) 및 미립자 수집기(37)(예를 들어 정전기 집진기 또는 ESP(37)), TSA 분리기(100), 및 보조 보일러(151)를 포함한다. TSA 분리기(100)는, 연소 시스템(4) 내의 연소기에 의해서 생산된, 다-성분 유체 혼합물 또는 (예를 들어, 연소 가스 스트림 또는 연도 가스 스트림을 포함할 수 있는) 공급 스트림으로부터, (일 실시예에서, 예를 들어: 이산화탄소, 황 산화물, 질소, 산소, 및/또는 중금속 중 하나 이상을 포함할 수 있는) 적어도 제1 성분을 흡착 가스 분리하기 위해서 연소 시스템(4)과 통합될 수 있다. 연소 시스템(4)은, 선택적으로 일차 산화제 공급원(20), 일차 산화제 팬(22), 선택적인 이차 산화제 공급원(26), 이차 산화제 팬(28), 고온측(도 4에 미도시) 및 일차 회로 및 이차 회로(도 4에 모두 도시되지 않음)를 포함하는 저온측을 가지는 산화제 가열기 또는 산화제 예열기(30), 선택적인 연료 공급원(24), 통합형 열 교환기(도 4에 미도시)를 가지는 연소기 또는 보일러(34), 급수 공급원(50), 증기 터빈(51), 예를 들어, 고압 터빈 또는 스테이지, 중압 터빈 또는 스테이지, 및 저압 터빈 또는 스테이지(모두 도 4에 미도시)를 가지는 다수 스테이지 증기 터빈, ESP(37), 팬(39), FGD(300), 선택적인 연소 가스 밸브(101), 부스터 팬(110), 직접 접촉 냉각기 또는 DCC(113), 제1 구역(115), 제2 구역(123), 제3 구역(131) 및 제4 구역(142)을 가지는 TSA 분리기(100), 응축기(125), 압축기(127), 보조 보일러(151), 팬(332), 팬(144), 및 스택(41)을 포함한다.
대안적인 실시예에서, TSA 분리기(100)의 제4 구역(123) 및 연소 시스템(4)이 보조 보일러(151) 및 응축기(125)에 유체적으로 연결되어, 매우 낮은 압력의 증기 스트림(152)을 보조 보일러(151)로부터 회수할 수 있고, 예시적인 TSA 프로세스의 제2 단계 또는 제1 재생 단계 중에, 매우 낮은 압력의 증기 스트림(152)을 제1 재생 스트림으로서 진입시킬 수 있다. TSA 분리기(100)의 제4 구역(123) 및 연소 시스템(4)은 또한 압축기(127) 및 최종 이용부(129)에 유체적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, DCC(113), 압축기(127) 및/또는 물 공급원(도 4에 미도시)으로부터 회수된 물 또는 응축물 스트림(도 4에 미도시) 그리고 선택적으로 응축기(125)로부터 회수된 응축물 스트림(150)이 보조 보일러(151) 내로 진입되어, 물 및/또는 응축물 스트림(도 4에 미도시)을 매우 낮은 압력의 증기 스트림(152)으로 변환할 수 있고, 이는, 일 실시예에서, 예를 들어 약 300 kPa 절대 미만, 또는 특히 약 150 kPa 절대 미만, 또는 보다 특히 약 20 kPa 절대 미만 압력의 증기 스트림을 가질 수 있다. 보조 보일러(151)는, 응축물 및/또는 물 스트림을 증기 스트림으로 변환하기 위한, 임의의 적합한 장치, 예를 들어, 보일러 또는 열 교환기일 수 있다.
도 5는 실시예 연소 시스템(5)을 도시한 단순화된 개략도이고, 이는, 연도 가스 탈황기 또는 FGD(300) 및 미립자 수집기, 예를 들어, 정전기 집진기 또는 ESP(37), 및 TSA 분리기(100), 부가적인 보조 가열기(531)를 갖는 매우 낮은 압력의 증기 터빈 또는 VLP 터빈(121)을 포함한다. TSA 분리기(100)는, 다-성분 유체 혼합물 또는 공급 스트림, 예를 들어, 연소 시스템(5) 내의 연소기에 의해서 생산된, 연소 가스 스트림 또는 연도 가스 스트림으로부터, 적어도 제5 성분, 예를 들어, 이산화탄소, 황 산화물, 질소, 산소, 및/또는 중금속을 흡착 가스 분리하기 위해서 연소 시스템(1)과 통합될 수 있다. 정전기 집진기 및 연도 가스 탈황기를 이용하는 연소 시스템은, 연소기 또는 보일러로부터 회수된 미처리된 연소 가스 스트림 내의 미립자 및 SOx의 레벨에 비해서, 미립자 및 SOx의 레벨이 감소된, 처리된 연소 시스템을 생산할 수 있다. 그러나, 연도 가스 탈황기로부터 회수된 제3 처리된 연소 가스 스트림은, TSA 프로세스 및 TSA 분리기를 위한 재생 스트림으로서 이용하기에 바람직한 온도보다 낮은 온도일 수 있다. 보조 가열기는, 재생 스트림으로서의 이용을 위한 적합한 유체 스트림의 온도를, 적어도 하나의 흡착성 재료의 재생에 적합한 온도 또는 TSA 프로세스 또는 TSA 분리기를 위한 재생 스트림에 적합한 온도까지 높이기 위해서 이용될 수 있다.
일 실시예에서, 보조 가열기(531), 예를 들어 가스-대-가스 열 교환기, 액체-대-가스 열 교환기, 가스-연소 가열기, 액체-연소 가열기, 고체 연료-연소 가열기를 이용하여 적합한 유체 스트림, 예를 들어, 공기 스트림, TSA 분리기로부터의 생산 스트림, (예를 들어, 연소 가스 스트림(35) 또는 제3 처리된 연소 가스 스트림(311)에 비해서) 제1 성분이 부화된 유체 스트림, 실질적으로 제1 성분을 포함하는 유체 스트림, 연소기 내의 연소를 위해서 전형적으로 이용되는 산화제 스트림, 또는 불활성 가스 스트림의 온도를, 적어도 하나의 흡착성 재료를 재생하기에 적합한 온도까지 증가시키며, 이는 이어서 TSA 분리기(100) 내의 재생 스트림으로서 이용될 수 있고, 또는 특히 TSA 분리기(100) 내의 제2 재생 스트림으로서 이용될 수 있고, 또는 보다 특히, TSA 분리기(100)의 제3 구역(131) 내의 제2 재생 스트림으로서 이용될 수 있다. 하나의 그러한 실시예에서, 보조 가열기(531)는, 연소기 내의 연소를 위해서 전형적으로 이용되는 산화제 스트림의 일부를 이용하는 것이 바람직하지 못한, 예를 들어, 기존 연소 시스템을 개장하여야 할 수 있는, 연소 시스템 적용예에서 유리하게 이용될 수 있다. 재생 스트림으로서 증기 이외의 것, 예를 들어 높은 온도의 제4 생산 스트림을 이용하는 것은, 유리하게, TSA 분리기(100) 내의 적어도 하나의 흡착성 재료(도 5에 미도시)의 재생을 위해서 소비되는 증기의 양을 줄일 수 있다.
연소 시스템(5)은, 선택적인 일차 산화제 공급원(20), 일차 산화제 팬(22), 선택적인 이차 산화제 공급원(26), 이차 산화제 팬(28), 고온측(도 5에 미도시) 및 일차 회로 및 이차 회로(도 5에 모두 도시되지 않음)를 포함하는 저온측을 가지는 산화제 가열기 또는 산화제 예열기(30), 선택적인 연료 공급원(24), 통합형 열 교환기(도 5에 미도시)를 가지는 연소기 또는 보일러(34), 급수 공급원(50), 증기 터빈(51), 예를 들어, 고압 터빈 또는 스테이지, 중압 터빈 또는 스테이지, 및 저압 터빈 또는 스테이지(모두 도 5에 미도시)를 가지는 다수 스테이지 증기 터빈, VLP 터빈(121), ESP(37), 팬(39), FGD(300), 선택적인 연소 가스 밸브(101), 부스터 팬(110), DCC(113), 제1 구역(115), 제2 구역(123), 제3 구역(131) 및 제4 구역(142)을 가지는 TSA 분리기(100), 응축기(125), 압축기(127), 보조 가열기(531), 팬(144), 팬(332), 및 스택(41)을 포함한다.
일차 산화제 공급원(20)은 일차 산화제 팬(22), 산화제 예열기(30)의 저온측(도 5에 미도시)의 일차 회로, 및 보일러(34)에 유체적으로 연결될 수 있다. 연료 공급원(24)이 보일러(34)에 유체적으로 연결될 수 있다. 일차 산화제 공급원(20)은, 선택적으로 일차 산화제 스트림(350)의 적어도 일부를 형성하기 위해서, 일차 산화제 스트림(21), 예를 들어, 대기 공기 스트림을 진입시키도록 유체적으로 연결되고, 그러한 일차 산화제 스트림이 일차 산화제 팬(22) 내로 진입되어 일차 산화제 스트림(23)을 형성할 수 있고, 일차 산화제 스트림(23)은 산화제 예열기(30)의 저온측(도 5에 미도시)의 일차 회로 내로 진입되어 예를 들어 약 250 내지 300 ℃의 온도의 예열된 일차 산화제 스트림(31)을 생산할 수 있다. (예를 들어, 일 실시예에서 석탄 또는 분쇄된 석탄을 포함할 수 있는) 연료 공급원(24)이, 예열된 일차 산화제 산화제 스트림(31)과 조합되어, 보일러(34) 내로 진입될 수 있는 조합된 연료 스트림(33)을 형성하기 위해서 연료 스트림(25)을 진입시키도록 유체적으로 연결된다.
이차 산화제 공급원(26)은 이차 산화제 팬(28), 산화제 예열기(30)의 저온측(도 5에 미도시)의 이차 회로, 및 보일러(34)에 유체적으로 연결될 수 있다. 이차 산화제 공급원(26)은, 선택적으로 이차 산화제 스트림(351)의 적어도 일부를 형성하기 위해서, 이차 산화제 스트림(27), 예를 들어, 대기 공기 스트림을 진입시키도록 유체적으로 연결되고, 이차 산화제 팬(28) 내로 진입되어, 산화제 예열기(30)의 저온측(도 5에 미도시)의 이차 회로 내로 진입될 수 있는 이차 산화제 스트림(29)을 형성하고, 그에 따라, 일 실시예에서 예를 들어 약 250 내지 300 ℃의 온도로 제공될 수 있는, 예열된 이차 산화제 스트림(32)을 생산할 수 있다. 예열된 이차 산화제 스트림(32)이 보일러(34) 내로 선택적으로 진입될 수 있다.
보일러(34)의 통합형 열 교환기 또는 구체적으로 통합형 열 교환기의 저온 회로(모두 도 5에 미도시)이 급수 공급원(50), 증기 터빈(51), 및 VLP 터빈(121)에 유체적으로 연결될 수 있다. 통합형 열 교환기(도 1에 미도시)의 고온측은, 보일러(34)로부터 연소 가스 스트림을 수용하도록 유체적으로 연결될 수 있다. 보일러(34)는 보조 가열기(531) 산화제 예열기(30)의 저온측(도 5에 미도시) 및 고온측(도 5에 미도시)의 일차 및 이차 회로, ESP(37), 팬(39), FGD(300), 선택적인 연소 가스 밸브(101), 부스터 팬(110), DCC(113), TSA 분리기(100)의 제1 구역(115), 스택(41) 및 주위 분위기(42)에 유체적으로 연결될 수 있다. 보일러(34)는 산화제 예열기(30)의 저온측(도 5에 미도시)의 이차 회로로부터 예열된 이차 산화제 스트림(32)을 회수할 수 있고, 일 실시예에서 예를 들어 약 500 내지 600 ℃ 온도로 회수될 수 있는, 통합형 열 교환기(도 5에 미도시)의 고온측 및 보일러(34)로부터 회수된, 다-성분 유체 혼합물 또는 연소 가스 스트림(35)을 생산하기 위해서, 조합된 연료 스트림(33)과 함께 예열된 이차 산화제 스트림(32)의 적어도 일부를 연소시킬 수 있다.
급수 공급원(50)은, 물 스트림(52) 및/또는 응축물 스트림(도 5에 미도시) 중 적어도 하나를, 보일러(34)와 통합된, 적어도 하나의 통합형 열 교환기(도 5에 미도시) 내로 진입하도록 유체적으로 연결될 수 있다. 연소 가스 스트림(35)은 열을 전달할 수 있고 적어도 하나의 통합형 열 교환기(도 5에 미도시)의 저온측 내의 물 스트림(52)을, 발전기(도 5에 미도시)에 선택적으로 동력을 공급하는 증기 터빈(51) 내로 진입될 수 있는 고압 증기 스트림(53)으로 변환할 수 있다. 저압 증기 스트림(54)은, 예를 들어, 저압 터빈 하류의, 증기 터빈(51)으로부터 회수될 수 있고, 응축기(도 5에 미도시)를 통해서, 급수 공급원(50)으로 재순환될 수 있다.
연소 가스 스트림(35)이 통합형 열 교환기(도 5에 미도시)의 고온측 및 보일러(34)로부터 회수될 수 있고 산화제 예열기(30)의 고온측(도 5에 미도시) 내로 진입될 수 있으며, 여기에서 연소 가스 스트림(35)은 산화제 예열기(30)의 저온측(도 5에 미도시)의 일차 및 이차 회로에 열을 전달할 수 있다. 연소 가스 스트림(35)은, 일 실시예에서 예를 들어 약 200 내지 250 ℃의 온도로 회수될 수 있는, 연소 가스 스트림(36)으로서 산화제 예열기(30)로부터 회수될 수 있다. 연소 가스 스트림(36)은 ESP(37) 내로 진입될 수 있고, 여기에서 연소 가스 스트림(36) 내의 미립자, 예를 들어, 비산 재의 일부(도 5에 미도시)가 ESP(37)에 의해서 분리 및 제거되어, 연소 가스 스트림(35 및 36) 내의 미립자의 레벨에 비해서 미립자의 레벨이 감소된 제1 처리된 연소 가스 스트림(38)을 형성할 수 있다. ESP(37)에 의해서 분리된 미립자(도 5에 미도시)가 연소 시스템(5)으로부터 회수될 수 있다. 일 양태에서, 제1 처리된 연소 가스 스트림(38)은 예를 들어 약 150 내지 200 ℃의 온도에서 회수될 수 있고, 팬(39), 예를 들어 흡출 송풍 팬 내로 진입되어, FGD(300)에 진입될 수 있는 제1 처리된 연소 가스 스트림(40)을 형성할 수 있다. 제1 처리된 연소 가스 스트림(40) 내의 SOx의 적어도 일부가 FGD(300)에 의해서 분리 및 제거되어, 일 실시예에서 예를 들어 약 40 내지 60 ℃의 온도일 수 있고, 연소 가스 스트림(35 및 36) 내의 미립자 및 SOx의 레벨에 비해서 SOx 및 미립자의 레벨이 감소된, 제3 처리된 연소 가스 스트림(301)을 형성할 수 있다.
일 실시예에서, 선택적인 연소 가스 밸브(101), 예를 들어 전환기 밸브가 FGD(300)에, 스택(41)에, DCC(113)을 통해서 TSA 분리기(100)의 제1 구역(115)에, 그리고 부스터 팬(110)에 유체적으로 연결될 수 있다. 선택적인 연소 가스 밸브(101)는, 주위 분위기(42) 내로의 연도 가스 스트림(314)으로서 연소 시스템(5)으로부터 방출 및 분산시키기 위해서 스택(41) 내로의 진입 전에 제4 처리된 연소 가스 스트림(313)의 일부를 선택적으로 형성하기 위해서, 제3 처리된 연소 가스 스트림(302)으로서 제3 처리된 연소 가스 스트림(301)의 적어도 일부를 지향시키도록, 및/또는 제3 처리된 연소 가스 스트림(303)으로서 제3 처리된 연소 가스 스트림(301)의 적어도 일부를 지향시키도록 유체적으로 연결될 수 있다.
TSA 분리기(100)는, 적어도 하나의 외장(도 5에 미도시) 내에 수용된, 4개의 구역, 예를 들어, 제1 구역(115), 제2 구역(123), 제5 구역(131), 및 제4 구역(142)을 통해서 중앙 축을 중심으로 순환 또는 회전되는 적어도 하나의 접촉부(도 5에 미도시)를 포함할 수 있다. 예시적인 TSA 프로세스 중에, TSA 프로세스의 제1 단계 또는 흡착 단계가 제1 구역(115)에서 발생될 수 있고, TSA 프로세스의 제2 단계 또는 제1 재생 단계가 제2 구역(123) 내에서 발생될 수 있고, TSA 프로세스의 제3 단계 또는 제2 재생 단계가 제3 구역(131) 내에서 발생될 수 있고, 그리고 TSA 프로세스의 선택적인 제4 단계 또는 컨디셔닝 단계가 제4 구역(142) 내에서 발생될 수 있다.
일 실시예에서, TSA 분리기(100)의 제1 구역(115)은, 예시적인 TSA 프로세스의 제1 단계 또는 흡착 단계 중에 제3 처리된 연소 가스 스트림(311)을 다-성분 유체 혼합물 또는 공급 스트림으로서 진입시키기 위해서, 예를 들어 팬(39), FGD(300), 선택적인 연소 가스 밸브(101), 부스터 팬(110), 및 DCC(311)을 통해서 ESP(37)에 유체적으로 연결될 수 있다. 다-성분 유체 혼합물은 예를 들어: 이산화탄소, 황 산화물, 질소, 산소 및/또는 중금속 중 하나 이상; 및 제2 성분, 예를 들어 질소(이하에서 "N2"로서 지칭됨)를 포함할 수 있는) 적어도 제1 성분을 포함할 수 있다. TSA 분리기(100)의 제1 구역(115)이 또한 스텍(41)에 및 주위 분위기(42)에 유체적으로 연결될 수 있다. 제3 처리된 연소 가스 스트림(303)이 선택적인 연소 가스 밸브(101)로부터 회수되고 부스터 팬(110) 내로 진입되어, DCC(113) 내로 진입될 수 있는 제3 처리된 연소 가스 스트림(310)을 형성할 수 있다. 제3 처리된 연소 가스 스트림(310)의 온도가 DCC(113)에 의해서 감소되어, 일 실시예에서 예를 들어 약 50 ℃ 이하, 또는 특히 약 40 ℃ 이하, 또는 보다 더 구체적으로 약 30 ℃ 이하 온도로 생산될 수 있는 제3 처리된 연소 가스 스트림(311)을 생산할 수 있고, 이는 TSA 분리기(100)의 제1 구역(115) 내로 진입될 수 있고, 여기에서 제3 처리된 연소 가스 스트림(311)의 제1 성분, 예를 들어 CO2의 적어도 일부가 적어도 하나의 흡착 재료(도 5에 미도시)에 의해서 흡착되어, 제1 성분을 제3 처리된 연소 가스 스트림(311)의 비-흡착 성분으로부터 분리할 수 있다. 제3 처리된 연소 가스 스트림(311)의 일부 및/또는 제3 처리된 연소 가스 스트림(311)의 비-흡착 성분은 제1 생산 스트림(312)을 형성할 수 있고, 그러한 제1 생산 스트림은 공급 스트림 또는 제3 처리된 연소 가스 스트림(311)에 비해서 제1 성분이 고갈될 수 있고 TSA 분리기(100)의 제1 구역(115)으로부터 회수될 수 있으며 선택적으로 제3 처리된 연소 가스 스트림(302)의 일부와 조합될 수 있으며, 그에 따라 연도 가스 스트림(314)으로서 연소 시스템(5)으로부터 주위 분위기(42) 내로 방출 및 분산시키기 위해서 스택(41) 내로 진입될 수 있는 제4 처리된 연소 가스 스트림(313)을 형성한다. 선택적으로, TSA 분리기(100)의 제1 구역(115)이 재순환 회로(도 5에 미도시)와 유체적으로 연결될 수 있고, 여기에서 적어도 주기적으로, 제1 생산 스트림(312)의 적어도 일부가 TSA 분리기(100)의 제1 구역(115)으로부터 회수될 수 있고, TSA 분리기(100)의 제1 구역(115) 내로 진입되는 제3 처리된 연소 가스 스트림(310) 또는 제3 처리된 연소 가스 스트림(311)의 일부를 형성하도록, 주기적으로 지향될 수 있다.
일 실시예에서, TSA 분리기(100)의 제2 구역(123)이 선택적인 VLP 터빈(121), 증기 터빈(51) 및 보일러(34)에 유체적으로 연결되어, 예시적인 TSA 프로세스의 제2 단계 또는 제1 재생 단계 중에, 제1 재생 스트림으로서, 예를 들어 일 실시예에서 약 300 kPa 절대 미만, 또는 특히 약 150 kPa 절대 미만, 또는 보다 특히 약 20 kPa 절대 미만의 압력의 증기 스트림을 포함할 수 있는, 매우 낮은 압력의 증기 스트림(122) 형태의 실질적으로 제3 성분, 예를 들어, 또는 물(이하에서 "H2O"로 지칭됨)을 포함하는 유체 스트림을 회수 및 진입시킬 수 있다. TSA 분리기(100)의 제2 구역(123)이, 예를 들어, 응축기(125), 압축기(127), 및 최종 이용부(129)에 유체적으로 연결될 수 있다. 증기 터빈(51)은, 예를 들어, 중압 터빈과 저압 터빈 사이의 또는 저압 터빈 하류의 위치에 유체적으로 연결되어, 저압 증기 스트림(120)이 VLP 터빈(121) 내로 진입시킬 수 있고, VLP 터빈은 기계적으로 커플링된 장치(도 5에 미도시) , 예를 들어, 보조 발전기, 팬 또는 펌프에 동력을 공급할 수 있다. VLP 터빈(121)은, 매우 낮은 압력의 증기 스트림(122)을 TSA 분리기(100)의 제2 구역(123) 내로 진입시켜, 적어도 하나의 흡착성 재료(도 5에 미도시)의 온도를 높이도록, 그리고 적어도 하나의 흡착성 재료(도 5에 미도시)에 흡착된 제1 성분의 적어도 일부가 탈착되도록, 유체적으로 연결될 수 있다. 제1 재생 스트림 또는 매우 낮은 압력의 증기 스트림(122) 및/또는, TSA 분리기(100)의 제2 구역(123) 내의 적어도 하나의 흡착성 재료(도 1에 미도시)에 흡착된, 탈착된 성분, 예를 들어, 제1 성분 또는 CO2의 적어도 일부가, TSA 분리기(100)의 제2 구역(123)으로부터 회수될 수 있는 제2 생산 스트림(124)을 형성할 수 있다. 제2 생산 스트림(124)이 응축기(125), 예를 들어, 물 분리기, 냉각기, 또는 응축 열 교환기 내로 진입되어, 응축 가능 성분, 예를 들어 제3 성분 또는 H2O를 제2 생산 스트림(124)으로부터 분리하여, 응축물 스트림(도 5에 미도시) 및 순도가 높을 수 있는 정제된 제2 생산 스트림(126)을 형성할 수 있다. 정제된 제2 생산 스트림(126)이 응축기(125)로부터 회수되고 압축기(127) 내로 진입되어, 연소 시스템(5)으로부터의 회수 및 최종 이용부(129)로의 지향에 앞서서, 고온 및 고순도의 압축된 제2 생산 스트림(128)을 생산할 수 있고, 최종 이용부는, 일 실시예에서, 예를 들어, 격리, 향상된 오일 회수 또는 산업적 프로세스를 포함할 수 있다. 선택적으로, 압축기(127)의 유입구가 대기압 이하의 압력에서 동작될 수 있다. 선택적으로 적어도 하나의 펌프, 예를 들어, 대기압 이하의 유입구 압력에서 동작되는 토출기, 진공 펌프, 압축기 또는 다수-스테이지 압축기, 또는 밸브, 예를 들어, 체크 밸브(모두 도 5에 미도시)가 응축기(125) 하류 및 압축기(127) 상류에 유체적으로 연결될 수 있다. 대안적인 실시예에서, TSA 분리기(100)의 제2 구역(123)은, 매우 낮은 압력의 증기 스트림(122)을 증기 터빈(51)으로부터 또는 고압 증기 스트림(53)의 일부를 보일러(34)로부터 회수하도록 유체적으로 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 예시적인 TSA 프로세스의 제3 단계 또는 제2 재생 단계 중에 제2 재생 스트림으로서 제4 생산 스트림(533)을 회수 및 진입시키기 위해서, TSA 분리기(100)의 제3 구역(131)이 보조 가열기(531), TSA 분리기(100)의 제4 구역(142), 또는 컨디셔닝 공급원(140)에 유체적으로 연결될 수 있다. TSA 분리기(100)의 제3 구역(131)은 또한 산화제 예열기(30)의 저온측(도 5에 미도시)의 이차 회로, 이차 산화제 팬(28) 및 팬(332)을 통해서 보일러(34)에 유체적으로 연결될 수 있다. 일 실시예에서 예를 들어 약 40 내지 60 ℃의 온도일 수 있는 제4 재생 스트림(143a)이 TSA 분리기(100)의 제4 구역(142)으로부터 회수될 수 있고, 여기에서 제4 재생 스트림(143a)의 일부 또는 제4 재생 스트림(143b)이 보조 가열기(153) 내로 진입될 수 있고, 보조 가열기는 제4 생산 스트림(143b)의 온도를, 일 실시예에서 예를 들어 약 100 내지 180 ℃, 보다 특히 약 130 내지 150 ℃의 온도일 수 있는, 적어도 하나의 흡착성 재료를 재생시켜 제2 재생 스트림 또는 제4 생산 스트림(533)을 형성하기에 적합한 온도까지 높일 수 있다. 제4 생산 스트림(533)이 선택적으로 제어되고 제2 재생 스트림으로서 TSA 분리기(100)의 제3 구역(131) 내로 진입되어, 적어도 하나의 흡착성 재료(도 5에 미도시)에 흡착된, 적어도 하나의 성분, 예를 들어, 제1 성분 및/또는 제3 성분의 적어도 일부를 탈착시킬 수 있다. 제2 재생 스트림 또는 제4 생산 스트림(533), 잔류 성분, 및/또는 TSA 분리기(100)의 제3 구역(131) 내의 탈착된 성분이, TSA 분리기(100)의 제3 구역(533)으로부터 회수될 수 있는 제3 생산 스트림(131)을 형성할 수 있다. 제3 생산 스트림(331)이 팬(332), 예를 들어 흡출 송풍 팬 내로 진입되어, 이차 산화제 팬(28) 내로 유동되기 전에, 선택적으로 진입될 수 있고 이차 산화제 스트림(27)과 조합되어 이차 산화제 스트림(351)의 일부를 형성할 수 있는, 제3 생산 스트림(333)을 형성할 수 있다. 보조 가열기(531)는 보일러(34) 및 ESP(37)에 유체적으로 연결될 수 있고, 그에 따라 연소 가스 스트림(530)을 보일러(34)로부터 회수하고 연소 가스 스트림(530)을 보조 가열기(531) 내로 진입시킬 수 있고, 그리고 연소 가스 스트림(532)을 보조 보일러(531)로부터로부터 회수하고 연소 가스 스트림(532)를 ESP(37) 내로 진입시키거나, ESP(37) 내로의 진입에 앞서서 연소 가스 스트림(36)과 조합되도록 연소 가스 스트림(532)을 진입시킬 수 있다. 보조 가열기(531)로부터 회수된 연소 가스 스트림(532)은, 보조 가열기(531) 내로 진입된 연소 가스 스트림(530)에 비해서 감소된 또는 낮은 온도일 수 있다.
대안적인 실시예 구성에서, 팬(332)은 TSA 분리기(100)의 제4 구역(142) 및 보조 가열기(531)에 유체적으로 연결될 수 있고, 그에 따라 제4 생산 스트림(143a) 또는 제4 생산 스트림(143b)을 TSA 분리기(100)의 제4 구역(142)으로부터 회수하고 제4 생산 스트림(143a) 또는 제4 생산 스트림(143b)을 보조 가열기(531) 내로 진입시킬 수 있고, 또는 팬(332)이 보조 가열기(531) 및 TSA 분리기(100)의 제3 구역(131)에 유체적으로 연결될 수 있고, 그에 따라 제4 생산 스트림(533)을 보조 가열기(531)로부터 회수할 수 있고 제4 생산 스트림(533)을 재생 스트림으로서, 예를 들어 제2 재생 스트림으로서 TSA 분리기(100)의 제3 구역(131) 내로 진입시킬 수 있다. 대안적으로, 보조 가열기(531)가 산화제 예열기(30)의 고온 측(도 5에 미도시) 및 ESP(37)에 유체적으로 연결될 수 있고, 그에 따라 연소 가스 스트림(530)을 산화제 예열기(30)의 고온측(도 5에 미도시)으로부터 회수할 수 있고 연소 가스 스트림(530)을 보조 가열기(531) 내로 진입시킬 수 있고, 연소 가스 스트림(532)을 보조 보일러(531)로부터 회수할 수 있고 연소 가스 스트림(532)을 ESP(37) 내로 진입시킬 수 있다. 대안적으로: 보조 가열기(531)가 TSA 분리기(100)의 제2 구역(123) 및 TSA 분리기(100)의 제3 구역(131)에 유체적으로 연결될 수 있고, 그에 따라 제2 생산 스트림(124)의 적어도 일부를 적어도 주기적으로 수용할 수 있고, 제2 재생 스트림을 형성하는 제2 생산 스트림(124)의 적어도 일부의 온도를 높일 수 있고 그리고 높은 온도의 제2 생산 스트림(124)의 적어도 일부를 제2 재생 스트림으로서 TSA 분리기(100)의 제3 구역(131) 내로 진입시킬 수 있다. 일 실시예에서, 보조 가열기(531)가 응축기(125) 및 TSA 분리기(100)의 제3 구역(131)에 유체적으로 연결될 수 있고, 그에 따라 정제된 제2 생산 스트림(126)의 적어도 일부를 적어도 주기적으로 수용할 수 있고, 제2 재생 스트림을 형성하는 제2 생산 스트림(126)의 적어도 일부의 온도를 높일 수 있고 높은 온도의 정제된 제2 생산 스트림(126)의 적어도 일부를 제2 재생 스트림으로서 TSA 분리기(100)의 제3 구역(131) 내로 진입시킬 수 있으며, 보조 가열기(531)가 압축기(127)에 유체적으로 연결되어 압축된 제2 생산 스트림의 적어도 일부를 압축기(127)의 중간 스테이지 또는 압축된 제2 생산 스트림(128)로부터 회수할 수 있고, 압축된 제2 생산 스트림의 적어도 일부의 온도를 높일 수 있고 그리고 높은 온도의 압축된 제2 생산 스트림의 적어도 일부를 제2 재생 스트림으로서 TSA 분리기(100)의 제3 구역(131) 내로 진입시킬 수 있다.
일 실시예에서, TSA 분리기(100)의 제4 구역(142)은, 산화제 예열기(30)의 저온측(도 5에 미도시)의 일차 및 이차 회로, 일차 산화제 팬(22), 이차 산화제 팬(28) 및 팬(144)을 통해서, 보일러(34)에 유체적으로 연결될 수 있고, 그에 따라, 제4 생산 스트림(143a, 및 145)의 적어도 일부를 일차 산화제 스트림(350, 23) 및 예열된 일차 산화제 스트림(31)의 적어도 일부 그리고 그리고 조합된 연료 스트림(33)으로서 보일러(34) 내로 선택적으로 진입시킬 수 있고, 및/또는 제4 생산 스트림(143a, 145, 및 147)의 적어도 일부를 적어도 일부의 이차 산화제 스트림(351, 29) 및 예열된 산화제 스트림(32)으로서 보일러(34) 내로 선택적으로 진입시킬 수 있다. TSA 분리기(100)의 제4 구역(142)은 또한 컨디셔닝 공급원(140), 예를 들어, 주위 분위기에 유체적으로 연결될 수 있고, 예시적인 TSA 프로세스의 제4 단계 또는 컨디셔닝 단계 중에, 컨디셔닝 스트림(141), 예를 들어 주위 공기 스트림을 TSA 분리기(100)의 제4 구역(142) 내로 진입시킬 수 있다. 일 실시예에서, 컨디셔닝 스트림(141)은 TSA 분리기의 제4 구역(142) 내의 적어도 하나의 흡착성 재료(도 5에 미도시)로부터 성분을 탈착 또는 스위핑할 수 있고 및/또는 적어도 하나의 흡착성 재료의 온도를 변경할 수 있다. 컨디셔닝 스트림(141) 및/또는 TSA 분리기(100)의 제4 구역(142) 내의 잔류 성분, 예를 들어 제1 성분 및/또는 제3 성분의 적어도 일부가 TSA 분리기(100)의 제4 구역(142)으로부터 회수될 수 있는 제4 생산 스트림(143a)을 형성할 수 있다. 일 양태에서, 제4 생산 스트림(143a)이 예를 들어 약 40 내지 60 ℃의 온도에서 회수될 수 있고, 팬(144), 예를 들어 흡출 송풍 팬 내로 진입되어, 제4 생산 스트림(145)을 형성할 수 있다. 제4 생산 스트림(145)의 적어도 일부는, 이차 산화제 스트림(351)을 형성하도록 선택적으로 지향될 수 있거나 이차 산화제 스트림(27)과 조합되어 이차 산화제 스트림(351)을 형성하도록 선택적으로 지향될 수 있는 제4 생산 스트림(147)을 형성할 수 있다. 제4 생산 스트림(145)의 적어도 일부가, 일차 산화제 스트림(350)을 형성하도록 적어도 주기적으로 선택적으로 지향될 수 있거나 일차 산화제 스트림(21)과 조합되어 일차 산화제 스트림(350)을 생산하도록 선택적으로 지향될 수 있다. 대안적인 실시예 구성에서, 팬(144)은 컨디셔닝 공급원(140) 및 TSA 분리기(100)의 제4 구역(142)에 유체적으로 연결될 수 있고, 그에 따라 컨디셔닝 공급원(140)으로부터 컨디셔닝 스트림(141)을 회수할 수 있고 컨디셔닝 스트림(141)을 TSA 분리기(100)의 제4 구역(142) 내로 진입시킬 수 있고, 또는 TSA 분리기(100)의 제2 구역(142), 보조 가열기(531), 일차 산화제 팬(22) 및 이차 산화제 팬(28)에 유체적으로 연결될 수 있고, 그에 따라 제4 생산 스트림(143a)을 TSA 분리기(100)의 제4 구역(142)으로부터 회수할 수 있고, 제4 생산 스트림(143b, 145 및 147)을 보조 보일러(531), 일차 산화제 팬(22) 및 이차 산화제 팬(28) 내로 진입시킬 수 있다.
대안적인 실시예에서, 연소 시스템(5), 연소 시스템(5) 내의 저압 증기 스트림(120), VLP 터빈(121), 및 매우 낮은 압력의 증기 스트림(122)이 보조 보일러(도 5에 미도시)에 의해서 대체되어, 응축기(125)로부터 회수된 응축물 스트림(도 5에 미도시) 및 부가적인 물 스트림(도 5에 미도시)을, 예시적인 TSA 프로세스의 제2 단계 또는 제1 재생 단계 중에 제1 재생 스트림으로서 이용하기 위해서, 증기 스트림으로 전환시킨다. 예시적인 그러한 실시예에 따른 대안적인 구성이 도 6에 도시되어 있다.
도 6은 본 개시 내용의 대안적인 실시예에 따른 연소 시스템(6)을 도시한 단순화된 대략도이고, 연도 가스 탈황기 또는 FGD(300) 및 미립자 수집기(37)(예를 들어 정전기 집진기 또는 ESP(37)), TSA 분리기(100), 보조 가열기(531), 및 보조 보일러(151)를 포함한다. TSA 분리기(100)는, 연소 시스템(6) 내의 연소기에 의해서 생산된, 다-성분 유체 혼합물 또는 또는 공급 스트림, 예를 들어, 연소 가스 스트림 또는 연도 가스 스트림으로부터, (일 실시예에서, 예를 들어: 이산화탄소, 황 산화물, 질소, 산소, 및/또는 중금속 중 하나 이상을 포함할 수 있는) 적어도 제1 성분을 흡착 가스 분리하기 위해서 연소 시스템(6)과 통합될 수 있다. 연소 시스템(6)은, 선택적으로 일차 산화제 공급원(20), 일차 산화제 팬(22), 선택적인 이차 산화제 공급원(26), 이차 산화제 팬(28), 고온측(도 6에 미도시) 및 일차 회로 및 이차 회로(도 6에 모두 도시되지 않음)를 포함하는 저온측을 가지는 산화제 가열기 또는 산화제 예열기(30), 선택적인 연료 공급원(24), 통합형 열 교환기(도 6에 미도시)를 가지는 연소기 또는 보일러(34), 급수 공급원(50), (일 실시예에서, 예를 들어, 고압 터빈 또는 스테이지, 중압 터빈 또는 스테이지, 및 저압 터빈 또는 스테이지를 가지는 다수 스테이지 증기 터빈을 포함할 수 있는) 증기 터빈(51), ESP(37), 팬(39), FGD(300), 선택적인 연소 가스 밸브(101), 부스터 팬(110), 직접 접촉 냉각기 또는 DCC(113), 제1 구역(115), 제2 구역(123), 제3 구역(131) 및 제4 구역(142)을 가지는 TSA 분리기(100), 응축기(125), 압축기(127), 보조 가열기(531), 보조 보일러(151), 팬(332), 팬(144), 및 스택(41)을 포함한다.
대안적인 실시예에서, TSA 분리기(100)의 제2 구역(123) 및 연소 시스템(6)이 보조 보일러(151) 및 응축기(125)에 유체적으로 연결되어, 매우 낮은 압력의 증기 스트림(152)을 보조 보일러(151)로부터 회수할 수 있고, 예시적인 TSA 프로세스의 제2 단계 또는 제1 재생 단계 중에, 매우 낮은 압력의 증기 스트림(152)을 제1 재생 스트림으로서 진입시킬 수 있다. TSA 분리기(100)의 제2 구역(123) 및 연소 시스템(6)은 또한 압축기(127) 및 최종 이용부(129)에 유체적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, DCC(113), 압축기(127) 및/또는 물 공급원(도 6에 미도시)으로부터 회수된 물 또는 응축물 스트림(도 6에 미도시) 그리고 선택적으로 응축기(125)로부터 회수된 응축물 스트림(150)이 보조 보일러(151) 내로 진입되어, 물 및/또는 응축물 스트림(도 6에 미도시)을 매우 낮은 압력의 증기 스트림(152)으로 변환할 수 있고, 이는, 일 실시예에서, 약 300 kPa 절대 미만, 또는 특히 약 150 kPa 절대 미만, 또는 보다 특히 약 20 kPa 절대 미만 압력의 증기 스트림을 포함할 수 있다. 보조 보일러(151)는, 응축물 및/또는 물 스트림을 증기 스트림으로 변환하기 위한, 임의의 적합한 장치, 예를 들어, 보일러 또는 열 교환기일 수 있다.
도 7은, 본 개시 내용의 실시예에 따라, 전술한 연소 시스템(1 내지 6) 및 TSA 분리기를 위해서 이용될 수 있는, 제1 스테이지 응축기, 펌프 또는 구체적으로 토출기, 제2 스테이지 응축기, 및 압축기를 이용하는 예시적인 구성을 도시한다. TSA 분리기(100)의 제2 구역(123)이 제1 스테이지 응축기(601), 토출기(603), 제2 스테이지 응축기(605), 압축기(127), 및 최종 이용부(129)에 유체적으로 연결된다. 제1 스테이지 응축기(601) 및 제2 스테이지 응축기(605)는, 예를 들어, 응축기, 물 분리기, 냉각기, 또는 응축 열 교환기일 수 있고, 냉각제 공급원(도 7에 미도시)에 유체적으로 연결될 수 있다. 냉각제 스트림, 예를 들어 주위 공기 스트림 또는 물 스트림(모두 도 7에 미도시)이 제1 스테이지 응축기(601) 및 제2 스테이지 응축기(605)에 공급되고 그로부터 회수될 수 있고, 그에 따라 제1 스테이지 응축기(601) 및 제2 스테이지 응축기(605)를 냉각시키고 그로부터 열을 제거할 수 있다. 제2 생산 스트림(124)은 TSA 분리기(100)의 제2 구역(123)으로부터 회수될 수 있고 제1 스테이지 응축기(601) 내로 진입될 수 있고, 여기에서 응축 가능 구성요소, 예를 들어, 제3 구성요소 또는 H2O가 응축되어, 응축물 스트림(606) 및 고순도의 정제된 제2 생산 스트림(602)을 형성하는 한편, 제1 스테이지 응축기(601) 및 TSA 분리기(100)의 제2 구역(123) 내의 압력 강하를 생성할 수 있다. 정제된 제2 생산 스트림(602)이 제1 스테이지 응축기(601)로부터 회수되고 토출기(603)의 저압 포트(도 7에 미도시) 내로 진입될 수 있다. 고순도 및 높은 압력의 압축된 제2 생산 스트림(610)이, 예를 들어, 제1 압축 스테이지 이후에 압축기(127)로부터 회수될 수 있고, 토출기(603)의 고압 포트(도 7에 미도시) 내로 원동 스트림으로서 진입될 수 있고, 이는 제1 스테이지 응축기(601) 및 TSA 분리기(100)의 제2 구역(123) 내의 압력을 더 감소시키고 및/또는 감소된 압력을 유지할 수 있다. TSA 분리기(100)의 제2 구역(123) 내의 압력 감소는, 유리하게, 적어도 하나의 흡착성 재료에 흡착된 성분의 탈착을 도울 수 있고 재생 프로세스 및 제1 재생 단계 중의 증기 소비를 줄일 수 있다. 정제된 제2 생산 스트림(604)이 토출기(603)으로부터 회수되고 제2 스테이지 응축기(605) 내로 진입될 수 있고, 여기에서 응축 가능 성분, 예를 들어 제3 성분 또는 H2O가 응축되어, 응축물 스트림(607) 및 고순도의 정제된 제2 생산 스트림(126)을 형성할 수 있다. 정제된 제2 생산 스트림(126)이 제2 스테이지 응축기(605)로부터 회수될 수 있고 압축기(127) 내로 진입될 수 있고, 그러한 압축기는 정제된 제2 생산 스트림(126)의 압력을 높여, 압축기(127)로부터 회수될 수 있고 최종 이용부(129)로 지향될 수 있는 압축된 제2 생산 스트림(128)을 생성할 수 있다. 일 실시예에서, 응축물 스트림(606)이 제1 스테이지 응축기(601)로부터 회수될 수 있고, 응축물 스트림(607)이 선택적으로 적어도 하나의 펌프(도 7에 미도시)로 제2 스테이지 응축기(605)로부터 회수되고 선택적으로 조합되어 응축물 스트림(150)을 형성할 수 있다. 압축기(127)는, 압축기(127)로부터 회수될 수 있는 응축물 스트림(611)을 생성할 수 있다. 선택적으로, 직렬로 유체적으로 연결된 부가적인 응축기, 응축기 스테이지, 펌프, 및 밸브(모두 도 7에 미도시)가 이용될 수 있다. 선택적으로, 압축기(127)가, 선택적으로 보조 가열기 또는 보조 열 교환기를 통해서, TSA 분리기(100), 예를 들어 제1 재생 구역 또는 제2 재생 구역에 유체적으로 연결될 수 있고, 여기에서 압축된 제2 생산 스트림의 적어도 일부가, 재생 스트림으로서의, 예를 들어 제1 및/또는 제2 재생 스트림의 적어도 일부로서의 이용을 위해서, 압축기(127)의 하류에서 또는 압축기(127)의 중간 스테이지에서 회수될 수 있다. 보조 가열기 또는 보조 열 교환기가 압축된 제2 생산 스트림의 온도를, 적어도 하나의 흡착성 재료의 재생에 적합한 온도 또는 재생 스트림에 적합한 온도까지 높일 수 있다.
도 1, 도 2, 도 3, 도 4, 도 5, 및 도 6을 참조하면, 대안적인 실시예에서, TSA 분리기(100)는, 구역 및 유체 스트림이 구역들을 통해서 이동되는 접촉부와 관련하여 정지적인 둘 이상의 구역, 유체 스트림 및 구역이 정지적인 접촉부와 관련하여 이동될 수 있는 둘 이상의 구역, 하나의 외장 내에 수용된 복수의 접촉부, 또는 개별적인 외장 내에 수용된 복수의 접촉부를 포함할 수 있다. TSA 분리기(100)는 부가적인 구역, 예를 들어, 재생 구역 및 재생 단계 또는 제1 재생 구역 및 제1 재생 단계에 인접하여 및/또는 그 이전에 위치된 재생-전 구역, 및 흡착 구역 및 흡착 단계에 인접하여 및/또는 순서 상으로 흡착 구역 및 흡착 단계 이전 또는 순서 상으로 그 이후 중 하나에 위치된 리플럭스 구역을 포함할 수 있고, 재생-전 구역 및 리플럭스 구역은 해비 리플럭스 스트림을 재생-전 구역으로부터 회수하고 해비 리플럭스 스트림을 리플럭스 구역 내로 진입시키도록 유체적으로 연결될 수 있고, 재생-전 구역은 재생-전 스트림, 예를 들어 증기 스트림, 공기 스트림, 또는 제1 성분이 부화된 스트림을 재생-전 스트림 공급원으로부터 수용하도록 유체적으로 연결될 수 있고, 리플럭스 구역은 제5 생산 스트림을 리플럭스 구역으로부터 회수하도록 유체적으로 연결될 수 있고, 예를 들어, 스택을 통해서 주위 분위기로 배출될 수 있다. 대안적으로, TSA 분리기로부터 진입되고 회수되는 임의의 유체 스트림이 TSA 분리기로부터 진입되고 회수되는 공급 스트림의 방향과 관련하여 동류(co-current) 또는 향류(counter-current) 방향으로 유동될 수 있는, 연소 시스템 및 TSA 분리기가 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 적어도 하나의 미립자 수집기, 예를 들어, 기계적 수집기 또는 사이클론, 직물 필터 또는 백하우스, 습식 스크러버 및 디젤 미립자 필터를 이용하여, 정전기 집진기에 대한 대안으로서, 연소 가스 스트림으로부터 미립자의 레벨을 감소시킬 수 있다. 일 양태에서, 일차 산화제 공급원(20), 이차 산화제 공급원(26) 및 컨디셔닝 공급원(140)이 하나 이상의 산화제 공급원일 수 있다. 연소기 내의 연소를 위한 반응물로서 이용되는 산화제 스트림은, 비제한적으로, 산소가 보충된 또는 대기 레벨보다 높게 산소가 부화된 공기, 실질적으로 산소, 산소가 고갈된 공기, 주위 공기보다 적은 산소를 포함하는 가스 스트림, 및 재순환된 연소 가스를 포함할 수 있다. 다른 양태에서, 연소 시스템의 연소기는: 가스 터빈 연소기와 같은 터빈 연료 연소기, 조합된 사이클 가스 터빈 연소기, 경질 탄화수소 연소기, 액체-연료(예를 들어, 연소되는 오일/등유/디젤/가솔린/제트 연료 및 다른 액체 연료) 연소기, (석탄-연소된 발전 플랜트와 같은, 고체, 분쇄된, 가스화된 또는 다른 형태의 석탄-연료형 연소기를 포함하는) 석탄-연소 연소기, 바이오매스 고체 및/또는 액체 연료 연소기, 증기 발생기/보일러 연소기, 및 (예를 들어, 정제 및/또는 프로세스 유체 및/또는 가스를 가열하기 위한 산업적 프로세스에서 이용될 수 있는) 프로세스 가열기 연소기, 예를 들어, 화석-연료와 같은 탄소계 연료를 연소하기 위한, 내부 연소 또는 왕복 엔진, 터빈, 또는 퍼니스(furnace)를 포함하는, 예를 들어 임의 연소기 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 연소 시스템은, 산화제 스트림을 연료 스트림과 혼합하고 연소시켜 연소 가스 스트림을 형성하기 위해서, 산화제 공급원으로부터의 산화제 스트림 및 연료 공급원으로부터의 연료 스트림을 회수하도록 유체 연결된 연소기를 포함할 수 있고, 연소기는 연소 가스 스트림을 미립자 수집기 내로 진입시키도록 유체적으로 연결될 수 있다. 직접 접촉 냉각기는, TSA 분리기를 위한 공급 스트림으로서 이용되는 처리된 연소 가스 스트림의 온도를 낮추기 위해서 이용되는 임의의 적합한 열 전달 또는 열 교환 장치일 수 있다. 산화제 예열기는 임의의 적합한 예열기, 예를 들어, 회전 열 교환기를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 연소 시스템 동작 프로세스가 제공되고, 연소 시스템은: 연료 공급원; 산화제 공급원; 연소기, 급수 공급원; 열 교환 장치; 선택적인 적어도 하나의 배출물 후처리 장치; 증기 터빈; 보조 급수 공급원; 보조 열 교환기; 선택적인 매우 낮은 압력의 증기 터빈(본원에서 "VLP 터빈"으로 지칭됨); 흡착 가스 분리기; 및 응축기를 포함한다. 연로 스트림이 연료 공급원으로부터 회수될 수 있고 연소기, 예를 들어 보일러 또는 가스 터빈, 또는 내연기관 내로 진입될 수 있다. 산화제 스트림은 산화제 공급원으로부터 회수될 수 있고 연소기 내로 진입될 수 있으며, 연소기에서 연료 스트림 및 산화제 스트림이 혼합되고 연소되어 연소 가스 스트림을 생산할 수 있다. 물 및/또는 응축물 스트림이 급수 공급원으로부터 회수될 수 있고 열 교환 장치, 예를 들어, 가스-대-액체 열 교환기, 보일러와 통합된 통합형 열 교환기, 열 회수 증기 발생기의 저온측 내로 진입될 수 있다. 연소기는, 연소 가스 스트림을 열 교환 장치의 고온측 내로 진입시키도록 유체적으로 연결될 수 있고, 그에 따라 열을 공급하여 열 교환 장치의 저온측 내의 물 및/또는 응축물 스트림을 고압 증기 스트림으로 변환할 수 있고, 고압 증기 스트림은 이어서 증기 터빈 내로 진입될 수 있다. 연소 가스 스트림의 적어도 일부가 연소기 및/또는 열 교환 장치의 고온측 중 적어도 하나로부터 회수될 수 있고 TSA 분리기, 예를 들어, TSA 분리기의 제1 구역 내로 진입될 수 있고, 그에 따라 적어도 제1 성분, 예를 들어, 이산화탄소, 황 산화물, 질소 및/또는 중금속을 공급 스트림, 예를 들어, 연소 가스 스트림으로서 다-성분 유체 혼합물로부터 분리할 수 있다. 고압 증기 스트림이, 예를 들어, 고압 터빈, 중압 터빈 및 저압 터빈으로 지향될 수 있다. 고압 증기 스트림의 일부가, 바람직하게 선택적으로 주위 압력 보다 높은 저압(예를 들어, 증기 터빈이 해수면의 높이에 있을 때, 약 100 kPa)에서 저압 증기 스트림으로서 증기 터빈으로부터 회수될 수 있다. 주위 압력이 약 100 kPa를 포함하는 하나의 그러한 예시적인 실시예에서, 저압 증기 스트림은, 예를 들어, 중압 터빈 하류 및 저압 터빈 상류, 또는 저압 터빈 하류의 위치에서 증기 터빈으로부터, 예를 들어, 약 600 kPa 절대 미만 및 선택적으로 약 100 kPa 절대 초과, 또는 구체적으로 약 300 kPa 절대 미만 및 선택적으로 약 100 kPa 절대 초과, 또는 더 구체적으로 200 kPa 절대 미만 및 선택적으로 약 100 kPa 절대 초과, 또는 가장 구체적으로 약 150 kPa 절대 미만 및 선택적으로 약 100 kPa 절대 초과의 압력을 포함할 수 있다. 증기 터빈으로부터 회수된 저압 증기 스트림이: 보조 열 교환기의 저온측에서 물 및/또는 응축물 스트림을, 예를 들어 약 300 kPa 절대 미만, 또는 구체적으로 약 200 kPa 절대 미만, 또는 더 구체적으로 150 kPa 절대 미만의, 매우 낮은 압력의 증기 스트림으로 변환하기 위한 열 공급원으로서 보조 열 교환기의 고온측 내로, 또는 매우 낮은 압력의 증기 스트림을 VLP 터빈으로부터 회수하기 전에, 적어도 하나의 기계적으로 커플링된 장치, 예를 들어 보조 발전기, 펌프 또는 압축기에 동력을 공급하기 위해서 VLP 터빈 내로 진입될 수 있다. 물 및/또는 응축물 스트림은 보조 급수 공급원으로부터 회수될 수 있고 보조 열 교환기의 저온측으로 진입될 수 있고, 그에 따라 매우 낮은 압력의 증기 스트림을 생산할 수 있다. 매우 낮은 압력의 증기 스트림은 보조 열 교환기의 저온측으로부터 회수될 수 있고, 매우 낮은 압력의 증기 스트림의 적어도 일부는, 보조 열 교환기 또는 VLP 터빈으로부터 매우 낮은 압력의 증기 스트림을 회수하기에 앞서서, 선택적인 VLP 터빈 및 적어도 하나의 기계적으로 커플링된 장치, 예를 들어 보조 발전기, 펌프 또는 압축기에 동력을 공급하도록 선택적으로 진입 및 이용될 수 있다. 매우 낮은 압력의 증기 스트림의 적어도 일부가 보조 열 교환기의 저온측으로부터 회수될 수 있고 재생 스트림, 예를 들어 제1 재생 스트림으로서 TSA 분리기 내로 진입되어, TSA 분리기로부터 회수될 수 있는 TSA 분리기의 생산 스트림, 예를 들어 제2 생산 스트림의 일부를 형성하기 전에, TSA 분리기 내의 적어도 하나의 흡착성 재료의 적어도 일부를 재생할 수 있다. 제2 생산 스트림이 응축기, 예를 들어 응축 열 교환기 내로 진입되어, 응축물 스트림 및 정제된 제2 생산 스트림을 분리 및 생산할 수 있다. 응축기로부터 회수된 응축물 스트림이 선택적으로 재순환되고 보조 급수 공급원 내로 진입될 수 있다. 보조 열 교환기의 저온측 및 보조 응축물 공급원을 열 교환 장치의 저온측으로부터 유체적으로 분리하는 것은, 유리하게, 열 교환 장치의 저온측 내로 진입되는 오염물질을 줄일 수 있다. 하나의 그러한 실시예에서, VLP 터빈을 이용하는 것은, 유리하게, 배출되거나 이용되지 않을 수 있는 에너지를 회수 및 이용할 수 있고, 및/또는 재생 스트림으로서 매우 낮은 압력의 증기 스트림을 이용하는 것은, 유리하게, 고에너지의 고압 증기 스트림의 소비를 줄이며, 이는 TSA 프로세스 및 TSA 분리기의 운영 비용을 결과적으로 감소시킬 수 있다. 대안적으로, 저압 증기 스트림의 일부가 증기 터빈으로부터 회수될 수 있고, 예시적인 TSA 프로세스의 제2 단계 또는 제1 재생 단계 중에, 제1 재생 스트림으로서 TSA 분리기의 제2 구역 내로 진입될 수 있다.
일 실시예에서, 연소 시스템은: 연료 공급원; 및 산화제 공급원; 연소 가스 스트림을 생산하기 위해서 연료 공급원으로부터 연료 스트림을 그리고 산화제 공급원으로부터 산화제 스트림을 회수하도록 유체적으로 연결된, 연소기, 예를 들어, 보일러, 가스 터빈 또는 내연 기관; 급수 공급원; 고압 증기 스트림을 생산하기 위해서, 물 및/또는 응축물 스트림을 급수 공급원으로부터 회수하도록 유체적으로 연결된 저온측 및 연소기로부터 연소 가스 스트림의 적어도 일부를 회수하도록 유체적으로 연결된 고온측을 가지는, 열 교환 장치, 예를 들어, 보일러 또는 열 회수 증기 발생기 내의 통합형 열 교환기; 연소기 및/또는 열 교환 장치 중 적어도 하나로부터 연소 가스 스트림의 적어도 일부를 회수하도록 유체적으로 연결된, 선택적인 적어도 하나의 배출물 후처리 장치, 예를 들어, 미립자 수집기 및/또는 연도 가스 탈황기; 적어도 저압 증기 스트림을 생산하기 위해서 저온측 열 교환 장치로부터 고압 증기 스트림을 회수하도록 유체적으로 연결된 적어도 하나의 증기 터빈; 예를 들어, 약 300 kPa 절대 미만, 또는 구체적으로 약 200 kPa 절대 미만, 또는 더 구체적으로 150 kPa 절대 미만의 매우 낮은 압력의 증기 스트림을 생산하기 위해서 증기 터빈으로부터 저압 증기 스트림을 회수하도록 유체적으로 연결된 선택적인 매우 낮은 압력의 증기 터빈 또는 VLP 터빈; 보조 급수 공급원; 물 및/또는 응축물 스트림을 보조 열 교환기의 저온측 내로 회수하도록 유체적으로 연결된 그리고 증기 터빈으로부터의 저압 증기 스트림 또는 열 교환 장치의 고온측으로부터의 연소 가스 스트림 중 적어도 하나를 회수하고 보조 열 교환기의 고온측 내로 진입시키도록 유체적으로 연결된 보조 열 교환기; 및 연소기, 열 교환 장치의 고온측 또는 배출물 후처리 장치 중 적어도 하나로부터 생산된 연소 가스 스트림의 적어도 일부를 공급 스트림으로서 온도 변동 흡착 가스 분리기의 제1 구역 내로 회수하도록 유체적으로 연결된, 저압 증기 스트림을 제1 재생 스트림으로서 증기 터빈으로부터 온도 변동 흡착 가스 분리기의 제2 구역 내로 회수하도록 선택적으로 유체적으로 연결된, 그리고 매우 낮은 압력의 증기 스트림을 제1 재생 스트림으로서 VLP 터빈으로부터 온도 변동 흡착 가스 분리기의 제2 구역 내로 회수하도록 선택적으로 유체적으로 연결된, 매우 낮은 압력의 증기 스트림을 제1 재생 스트림으로서 보조 열 교환기의 저온측으로부터 온도 변동 흡착 가스 분리기의 제2 구역 내로 회수하도록 선택적으로 유체적으로 연결된 온도 변동 흡착 가스 분리기를 포함한다. 하나의 그러한 실시예에서, VLP 터빈은, 예를 들어 중압 터빈 하류 및 저압 터빈 상류에서, 또는 저압 터빈의 하류에서 증기 터빈에 유체적으로 연결되어, 주위 압력 초과의 저압 증기 스트림을 증기 터빈으로부터 회수할 수 있고, 증기 터빈으로부터의 저압 증기 스트림이 VLP 터빈 내로 진입되어, VLP 터빈 및 기계적으로 커플링된 장치, 예를 들어 보조 발전기에 동력을 공급할 수 있다. 선택적으로, VLP 터빈은 복수의 유체적으로 연결된 증기 터빈으로부터 복수의 저압 증기 스트림을 회수할 수 있다.
대안적인 실시예에서, 연소 시스템은: 연료 공급원; 및 산화제 공급원; 연소 가스 스트림을 생산하기 위해서 연료 공급원으로부터 연료 스트림을 그리고 산화제 공급원으로부터 산화제 스트림을 회수하도록 유체적으로 연결된, 연소기, 예를 들어, 보일러, 가스 터빈 또는 내연 기관; 급수 공급원; 고압 증기 스트림을 생산하기 위해서 연소기로부터 연소 가스 스트림의 적어도 일부를 회수하도록 유체적으로 연결된 그리고 물 및/또는 응축물 스트림을 급수 공급원으로부터 회수하도록 유체적으로 연결된, 열 교환 장치, 예를 들어, 보일러 또는 열 회수 증기 발생기 내의 통합형 열 교환기; 연소기 및/또는 열 교환 장치 중 적어도 하나로부터 연소 가스 스트림의 적어도 일부를 회수하도록 유체적으로 연결된, 선택적인 적어도 하나의 배출물 후처리 장치, 예를 들어, 미립자 수집기 및/또는 연도 가스 탈황기; 예를 들어, 약 300 kPa 절대 미만, 또는 구체적으로 약 200 kPa 절대 미만, 또는 더 구체적으로 150 kPa 절대 미만의 매우 낮은 압력의 증기 스트림을 생산하기 위해서, 선택적으로 저압 스테이지로서 선택적인 배압 터빈을 가지는, 열 교환 장치로부터 고압 증기 스트림을 회수하도록 유체적으로 연결된 적어도 하나의 증기 터빈; 부가적인 동력을 생성하기 위해서, 예를 들어 보조 발전기에 동력을 공급하기 위해서, 매우 낮은 압력의 증기 스트림의 적어도 일부를 증기 터빈으로부터 회수하도록 유체적으로 연결된 증기 터빈으로부터 선택적으로 분리된 응축 증기 터빈; 및 연소기, 열 교환 장치 및/또는 배출물 후처리 장치 중 적어도 하나로부터 연소 가스 스트림의 적어도 일부를 회수하도록 그리고 연소 가스 스트림을, 예를 들어, TSA 분리기의 제1 구역 내로 진입시키도록 유체적으로 연결된, 그리고 증기 터빈으로부터 회수된 매우 낮은 압력의 증기 스트림의 일부를 회수하도록 그리고 매우 낮은 압력의 증기 스트림을, 예를 들어, TSA 분리기의 제2 구역으로 진입시키도록 유체적으로 연결된, TSA 분리기를 포함한다. 매우 낮은 압력의 증기 스트림의 적어도 일부가 응축 증기 터빈 내로 진입되고 진행될 수 있고, 그에 따라 적어도 하나의 기계적으로 커플링된 장치, 예를 들어 보조 발전기에 동력을 공급할 수 있으며, 그에 따라 부가적인 전기 동력을 생성하고 및/또는 에너지 손실을 감소시킬 수 있는 한편, 매우 낮은 압력의 증기 스트림의 일부가 이용될 수 있고 재생 스트림으로서 TSA 분리기 내로 진입될 수 있다. 대안적으로, 저압 증기 스트림의 일부가 증기 터빈으로부터 회수될 수 있고, 예시적인 TSA 프로세스의 제2 단계 또는 제1 재생 단계 중에, 제1 재생 스트림으로서 TSA 분리기의 제2 구역 내로 진입될 수 있다.
다른 대안적인 실시예에서, 연소 시스템은: 연료 공급원; 및 산화제 공급원; 연소 가스 스트림을 생산하기 위해서 연료 공급원으로부터 연료 스트림을 그리고 산화제 공급원으로부터 산화제 스트림을 회수하도록 유체적으로 연결된, 연소기, 예를 들어, 보일러, 가스 터빈 또는 내연 기관; 급수 공급원; 고압 증기 스트림을 생산하기 위해서, 연소 가스 스트림의 적어도 일부를 연소기로부터 회수하도록 유체적으로 연결된 그리고 물 및/또는 응축물 스트림을 회수하기 위해서 급수 공급원에 유체적으로 연결된 열 교환 장치, 예를 들어, 보일러 또는 열 회수 증기 발생기 내의 통합형 열 교환기; 연소기 및/또는 열 교환 장치 중 적어도 하나로부터 연소 가스 스트림의 적어도 일부를 회수하도록 유체적으로 연결된, 선택적인 적어도 하나의 배출물 후처리 장치, 예를 들어, 미립자 수집기 및/또는 연도 가스 탈황기; 적어도 저압 증기 스트림을 생산하기 위해서 열 교환 장치로부터 고압 증기 스트림을 회수하도록 유체적으로 연결된, 예를 들어, 고압 터빈, 중압 터빈 및 저압 터빈을 가지는 증기 터빈; 증기 터빈으로부터 예를 들어, 증기 터빈의 중압 터빈 하류, 증기 터빈의 저압 터빈 상류, 또는 증기 터빈의 저압 터빈 하류로부터 저압 증기 스트림의 적어도 일부를 회수하도록 그리고 보조 열 교환기의 고온측 내로 저압 증기 스트림을 진입시키도록 유체적으로 연결된 그리고, 예를 들어, 약 300 kPa 절대 미만, 또는 구체적으로 약 200 kPa 절대 미만, 또는 더 구체적으로 150 kPa 절대 미만의, 매우 낮은 압력의 증기 스트림을 생산하기 위해서, 물 및/또는 응축물 스트림을 보조 급수 공급원으로부터 회수하도록 그리고 보조 열 교환기의 저온측 내로 물 및/또는 응축물 스트림을 진입시키도록 유체적으로 연결된, 보조 열 교환기; 연소기, 열 교환 장치 및/또는 배출물 후처리 장치 중 적어도 하나로부터 연소 가스 스트림의 적어도 일부를 회수하도록 그리고 연소 가스 스트림의 적어도 일부를, 예를 들어, TSA 분리기의 제1 구역 내로 진입시키도록 유체적으로 연결된, 그리고 보조 열 교환기의 저온측으로부터 매우 낮은 압력의 증기 스트림을 회수하도록 그리고 매우 낮은 압력의 증기 스트림을 TSA 분리기의 제2 구역으로 진입시키도록 유체적으로 연결된, TSA 분리기; 및 제2 생산 스트림을 TSA 분리기의 제2 구역으로부터 회수하도록 유체적으로 연결된 그리고 선택적으로 응축물 스트림을 응축기로부터 회수하도록 그리고 응축물 스트림을 보조 급수 공급원 내로 진입시키도록 유체적으로 연결된 응축기를 포함할 수 있다. 보조 급수 공급원은, 선택적으로, 직접 접촉 냉각기, 응축기 및/또는 압축기로부터 적어도 하나의 응축물 스트림을 회수하도록 유체적으로 연결될 수 있다. 대안적으로, 저압 증기 스트림의 일부가 증기 터빈으로부터 회수될 수 있고, 예시적인 TSA 프로세스의 제2 단계 또는 제1 재생 단계 중에, 제1 재생 스트림으로서 TSA 분리기의 제2 구역 내로 진입될 수 있다.
다른 대안적인 실시예에서, 연소 시스템은: 연료 공급원; 및 산화제 공급원; 연소 가스 스트림을 생산하기 위해서 연료 공급원으로부터 연료 스트림을 그리고 산화제 공급원으로부터 산화제 스트림을 회수하도록 유체적으로 연결된, 연소기, 예를 들어, 보일러, 가스 터빈 또는 내연 기관; 급수 공급원; 고압 증기 스트림을 생산하기 위해서, 열 공급원으로서 연소 가스 스트림의 적어도 일부를 연소기로부터 회수하도록 유체적으로 연결된 그리고 물 및/또는 응축물 스트림을 회수하기 위해서 급수 공급원에 유체적으로 연결된 열 교환 장치, 예를 들어, 보일러 또는 열 회수 증기 발생기 내의 통합형 열 교환기; 연소기 및/또는 열 교환 장치 중 적어도 하나로부터 연소 가스 스트림의 적어도 일부를 회수하도록 유체적으로 연결된, 선택적인 적어도 하나의 배출물 후처리 장치, 예를 들어, 미립자 수집기 및/또는 연도 가스 탈황기; 보조 급수 공급원; 선택적으로 열 교환 장치와 통합된 보조 열 교환기로서, 보조 열 교환기의 고온측이 선택적으로 연소기, 배출물 후처리 장치, 또는 열 교환 장치 중 적어도 하나로부터 연소 가스 스트림의 적어도 일부를 회수하도록 유체적으로 연결되고 그리고 물 및/또는 응축물 스트림을 보조 급수 공급원으로부터 회수 및 진입시키도록 그리고 물 및/또는 응축물 스트림을 보조 열 교환기의 저온 측 내로 진입시켜, 예를 들어 약 300 kPa 절대 미만, 또는 구체적으로 약 200 kPa 절대 미만, 또는 더 구체적으로 150 kPa 절대 미만의, 매우 낮은 압력의 증기 스트림을 생산하도록 유체적으로 연결되는, 보조 열 교환기; 선택적으로 보조 열 교환기로부터 매우 낮은 압력의 증기 스트림의 적어도 일부를 회수하도록 유체적으로 연결된 선택적으로 매우 낮은 압력의 증기 터빈 또는 VLP 터빈; 연소기, 열 교환 장치 및/또는 배출물 후처리 장치, 예를 들어 TSA 분리기의 제1 구역 중 적어도 하나로부터 연소 가스 스트림의 적어도 일부를 회수하도록 그리고 보조 열 교환기의 저온측으로부터 매우 낮은 압력의 증기 스트림의 적어도 일부를 회수하도록 그리고 매우 낮은 압력의 증기 스트림을 TSA 분리기의 제2 구역으로 진입시키도록 유체적으로 연결된, TSA 분리기; 및 제2 생산 스트림을 TSA 분리기의 제2 구역으로부터 회수하도록 유체적으로 연결된 그리고 선택적으로 응축물 스트림을 응축기로부터 회수하도록 그리고 응축물 스트림을 보조 급수 공급원 내로 진입시키도록 유체적으로 연결된 응축기를 포함할 수 있다. 보조 급수 공급원은, 응축물 스트림, 예를 들어 응축기로부터 회수된 응축물 스트림 및 TSA 분리기의 제2 생산 스트림, 직접 접촉 냉각기, 응축기, 및/또는 압축기로부터의 응축물 스트림을 가열할 수 있는 열 교환기에 열을 공급하고 전달하기 위해서 적어도 하나의 응축물 스트림을 회수하도록 선택적으로 유체적으로 연결될 수 있다. VLP 터빈은 기계적으로 커플링된 장치, 예를 들어 보조 발전기에 동력을 공급하여 부가적인 동력을 생산할 수 있다. 대안적으로, 저압 증기 스트림의 일부가 증기 터빈으로부터 회수될 수 있고, 예시적인 TSA 프로세스의 제2 단계 또는 제1 재생 단계 중에, 제1 재생 스트림으로서 TSA 분리기의 제2 구역 내로 진입될 수 있다.
본원에서 설명된 예시적인 실시예는 기술 범위를 개시된 정확한 형태로 포괄하거나 제한하기 위한 것이 아니다. 실시예는 당업자가 기술의 교시 내용을 이해할 수 있도록 기술의 원리 및 그 적용예 그리고 실제적인 이용을 설명하도록 선택되고 기술되었다.
당업자에게 자명한 바와 같이, 전술한 개시 내용으로부터, 이러한 기술의 범위로부터 벗어나지 않고도, 이러한 기술의 실시에 있어서 많은 변경 및 수정이 가능할 것이다. 따라서, 기술의 범위는 이하의 청구범위에 의해서 규정된 것에 따라 구성된다.

Claims (43)

  1. 온도 변동 흡착 가스 분리기를 포함하는 연소 시스템으로서:
    (a) 일차 산화제 공급원에 그리고 이차 산화제 공급원에 유체적으로 연결되고, 예열된 일차 산화제 스트림 및 예열된 이차 산화제 스트림을 제공하도록 동작될 수 있는, 산화제 예열기;
    (b) 연료 공급원;
    (c) 연소 가스 스트림을 생성하기 위해서, 상기 예열된 일차 산화제 스트림 및 상기 예열된 이차 산화제 스트림 중 적어도 하나를 상기 산화제 예열기로부터 회수하도록, 그리고 연료 스트림을 상기 연소를 위한 연료 공급원으로부터 회수하도록, 유체적으로 연결되고, 상기 연소 가스 스트림을 상기 산화제 예열기 내로 진입시키도록 유체적으로 연결된 연소기;
    (d) 급수 공급원;
    (e) 저온측으로부터 고압 증기 스트림을 생산하기 위해서, 상기 연소기에 유체적으로 연결된 고온측, 및 상기 급수 공급원으로부터 물 및/또는 응축물 스트림 중 적어도 하나를 회수하도록 유체적으로 연결된 저온측을 가지는 통합형 열 교환기;
    (f) 제1 처리된 연소 가스 스트림을 형성하기 위해서, 상기 연소 가스 스트림을 상기 산화제 예열기로부터 회수하도록 유체적으로 연결된 미립자 수집기;
    (g) 상기 미립자 수집기로부터 상기 제1 처리된 연소 가스 스트림의 일부를 회수하도록 유체적으로 연결된 직접 접촉 냉각기; 및
    (h) 적어도 제1 성분을 포함하는 공급 스트림으로서 상기 제1 처리된 연소 가스 스트림을 상기 직접 접촉 냉각기로부터 회수하도록, 그리고 재생 스트림으로서 상기 제1 처리된 연소 가스 스트림의 일부를 상기 미립자 수집기로부터 회수하도록 유체적으로 연결되고, 그리고 상기 제1 성분의 적어도 일부를 상기 공급 스트림으로부터 분리하여 제2 생산 스트림을 생산하도록 동작될 수 있는, 온도 변동 흡착 가스 분리기를 포함하는, 연소 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고압 증기 스트림을 상기 통합형 열 교환기로부터 회수하도록 유체적으로 연결된 제1 증기 터빈, 및 저압 증기 스트림을 상기 제1 증기 터빈으로부터 회수하도록 그리고 매우 낮은 압력의 증기 스트림을 생산하도록 유체적으로 연결된 제2 증기 터빈을 더 포함하고, 상기 제2 증기 터빈은 상기 매우 낮은 압력의 증기 스트림을 상기 온도 변동 흡착 가스 분리기 내로 진입시키도록 유체적으로 연결되는, 연소 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    응축물 스트림을 형성하기 위해서 상기 제2 생산 스트림을 상기 온도 변동 흡착 가스 분리기로부터 회수하도록 유체적으로 연결된 응축기, 및 저압 증기 스트림을 생산하기 위해서 상기 응축물 스트림의 적어도 일부를 상기 응축기로부터 회수하도록 유체적으로 연결된 보조 보일러를 더 포함하고, 상기 보조 보일러는 상기 저압 증기 스트림을 상기 온도 변동 흡착 가스 분리기 내로 진입시키도록 유체적으로 연결되는, 연소 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 온도 변동 흡착 가스 분리기는 제3 생산 스트림을 생산하도록 동작될 수 있고, 상기 제3 생산 스트림을 상기 온도 변동 흡착 가스 분리기로부터 회수하도록 그리고 상기 제3 생산 스트림을 진입되는 공급 스트림의 일부로서 상기 온도 변동 흡착 가스 분리기 내로 진입시키도록 유체적으로 연결되는, 연소 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    제4 생산 스트림을 생산하기 위해서 컨디셔닝 스트림을 상기 온도 변동 흡착 가스 분리기 내로 진입시키도록 유체적으로 연결된 컨디셔닝 공급원을 더 포함하고, 상기 온도 변동 흡착 가스 분리기는 상기 제4 생산 스트림을 상기 산화제 예열기 내로 진입시키도록 유체적으로 연결되는, 연소 시스템.
  6. 온도 변동 흡착 가스 분리기를 포함하는 연소 시스템으로서:
    (a) 일차 산화제 공급원에 그리고 이차 산화제 공급원에 유체적으로 연결되고 예열된 일차 산화제 스트림 및 예열된 이차 산화제 스트림을 제공하도록 동작될 수 있는 산화제 예열기;
    (b) 연료 공급원;
    (c) 연소 가스 스트림을 생성하기 위해서, 상기 예열된 일차 산화제 스트림 및 상기 예열된 이차 산화제 스트림 중 적어도 하나를 상기 산화제 예열기로부터 회수하도록, 그리고 연료 스트림을 상기 연소를 위한 연료 공급원으로부터 회수하도록, 유체적으로 연결되고, 상기 연소 가스 스트림을 상기 산화제 예열기 내로 진입시키도록 유체적으로 연결된 연소기;
    (d) 급수 공급원;
    (e) 저온측으로부터 고압 증기 스트림을 생산하기 위해서, 상기 연소기에 유체적으로 연결된 고온측, 및 상기 급수 공급원으로부터 물 및/또는 응축물 스트림 중 적어도 하나를 회수하도록 유체적으로 연결된 저온측을 가지는 통합형 열 교환기;
    (f) 제1 처리된 연소 가스 스트림을 형성하기 위해서, 상기 연소 가스 스트림을 상기 산화제 예열기로부터 회수하도록 유체적으로 연결된 미립자 수집기;
    (g) 제3 처리된 연소 가스 스트림을 형성하기 위해서, 상기 제1 처리된 연소 가스 스트림을 상기 미립자 수집기로부터 회수하도록 유체적으로 연결된 연도 가스 탈황기;
    (h) 상기 제3 처리된 연소 가스 스트림의 적어도 일부를 상기 연도 가스 탈황기로부터 회수하도록 유체적으로 연결된 직접 접촉 냉각기, 및
    (i) 적어도 제1 성분을 포함하는 공급 스트림으로서 상기 직접 접촉 냉각기로부터 상기 제3 처리된 연소 가스 스트림을 회수하도록 유체적으로 연결되고, 상기 제1 성분의 적어도 일부를 상기 공급 스트림으로부터 분리하도록 동작될 수 있는 온도 변동 흡착 가스 분리기를 포함하는, 연소 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 온도 변동 흡착 가스 분리기는 상기 일차 예열된 산화제 스트림 또는 상기 이차 예열된 산화제 스트림의 일부를 재생 스트림으로서 상기 산화제 예열기로부터 회수하도록 유체적으로 연결되는, 연소 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    보조 가열기를 더 포함하고, 상기 온도 변동 흡착 가스 분리기는 상기 보조 가열기로부터 재생 스트림을 회수하도록 유체적으로 연결되는, 연소 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 보조 가열기는 상기 온도 변동 흡착 가스 분리기의 제2 생산 스트림, 정제된 제2 생산 스트림, 상기 온도 변동 흡착 가스 분리기의 제3 생산 스트림, 또는 상기 온도 변동 흡착 가스 분리기의 제4 생산 스트림 중 적어도 하나의 적어도 일부를 회수하도록 유체적으로 연결되는, 연소 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 보조 가열기는, 상기 연소 가스 스트림의 적어도 일부를 회수하기 위해서, 상기 연소기, 통합형 열 교환기, 또는 상기 산화제 예열기 중 적어도 하나에 유체적으로 연결되는, 연소 시스템.
  11. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    저압 증기 스트림을 생산하기 위해서 상기 고압 증기 스트림을 상기 통합형 열 교환기로부터 회수하도록 유체적으로 연결된 제1 증기 터빈, 및 매우 낮은 압력의 증기 스트림을 생산하기 위해서 상기 저압 증기 스트림을 상기 제1 증기 터빈으로부터 회수하도록 유체적으로 연결된 제2 증기 터빈을 더 포함하고, 상기 매우 낮은 압력의 증기 터빈은 상기 매우 낮은 압력의 증기 스트림을 상기 온도 변동 흡착 가스 분리기 내로 진입시키도록 유체적으로 연결되는, 연소 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 온도 변동 흡착 가스 분리기는 고압 증기 스트림, 저압 증기 스트림 또는 매우 낮은 압력의 증기 스트림 중 적어도 하나를 재생 스트림으로서 상기 통합형 열 교환기, 상기 제1 증기 터빈, 및 상기 제2 증기 터빈 중 적어도 하나로부터 회수하도록 유체적으로 연결되는, 연소 시스템.
  13. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    응축물 스트림을 형성하기 위해서 제2 생산 스트림을 상기 온도 변동 흡착 가스 분리기로부터 회수하도록 유체적으로 연결된 응축기, 및 저압 증기 스트림을 생산하기 위해서 상기 응축물 스트림의 적어도 일부를 상기 응축기로부터 회수하도록 유체적으로 연결된 보조 보일러를 더 포함하고, 상기 보조 보일러는 상기 저압 증기 스트림을 상기 온도 변동 흡착 가스 분리기 내로 진입시키도록 유체적으로 연결되는, 연소 시스템.
  14. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 온도 변동 흡착 가스 분리기는 상기 온도 변동 흡착 가스 분리기에 의해서 생산된 제3 생산 스트림을 상기 산화제 가열기 내로 진입시키도록 유체적으로 연결되는, 연소 시스템.
  15. 제6항에 있어서,
    제4 생산 스트림을 생산하기 위해서 컨디셔닝 스트림을 상기 온도 변동 흡착 가스 분리기 내로 진입시키도록 유체적으로 연결된 컨디셔닝 공급원을 더 포함하고, 상기 온도 변동 흡착 가스 분리기는 상기 제4 생산 스트림을 상기 산화제 예열기 내로 진입시키도록 유체적으로 연결되는, 연소 시스템.
  16. 미립자 수집기 및 온도 변동 흡착 가스 분리기를 포함하는 연소 시스템의 동작 방법으로서:
    (a) 연료 스트림 및 산화제 스트림을 연소기 내로 진입시키고, 상기 연료 스트림을 상기 산화제 스트림과 함께 연소시켜, 미립자 및 적어도 제1 성분을 포함하는 연소 가스 스트림을 생산하는 단계;
    (b) 상기 연소 가스 스트림에 비해서 미립자가 고갈된 제1 처리된 연소 가스 스트림을 생산하기 위해서, 상기 연소 가스 스트림을 미립자 수집기 내로 진입시키고 상기 미립자의 적어도 일부를 제거하는 단계;
    (c) 상기 제1 처리된 연소 가스 스트림의 적어도 일부를 직접 접촉 냉각기 내로 진입시키고 상기 제1 처리된 연소 가스 스트림의 온도를 감소시켜 공급 스트림을 형성하는 단계;
    (d) 상기 온도 변동 흡착 가스 분리기 내의 적어도 하나의 흡착성 재료에서 제1 성분의 적어도 일부를 흡착시키기 위해서 상기 공급 스트림을 상기 온도 변동 흡착 가스 분리기 내로 진입시키고, 상기 공급 스트림에 비해서 상기 제1 성분이 고갈된 제1 생산 스트림을 상기 온도 변동 흡착 가스 분리기로부터 회수하는 단계;
    (e) 상기 온도 변동 흡착 가스 분리기 내의 적어도 하나의 흡착성 재료에 흡착된 상기 제1 성분의 제1 부분을 탈착시키기 위해서 저압 증기 스트림을 상기 온도 변동 흡착 가스 분리기 내로 진입시키고, 제2 생산 스트림을 상기 온도 변동 흡착 가스 분리기로부터 회수하는 단계, 및
    (f) 상기 온도 변동 흡착 가스 분리기 내의 흡착성 재료에 흡착된 상기 제1 성분의 제2 부분을 탈착시키기 위해서 상기 제1 처리된 연소 가스 스트림의 적어도 일부를 상기 온도 변동 흡착 가스 분리기 내로 진입시키고, 제3 생산 스트림을 상기 온도 변동 흡착 가스 분리기로부터 회수하는 단계를 포함하는, 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 저압 증기 스트림이 매우 낮은 압력의 증기 스트림을 포함하고, 상기 단계(e)에 앞서서, 물 스트림 및 상기 연소 가스 스트림을 통합형 열 교환기 내로 진입시키는 단계, 상기 물 스트림을 고압 증기 스트림으로 변환하는 단계, 상기 고압 증기 스트림을 적어도 하나의 증기 터빈 내로 진입시키는 단계, 및 적어도 상기 매우 낮은 압력의 증기 스트림을 상기 적어도 하나의 증기 터빈으로부터 회수하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 단계(e)에 앞서서, 응축물 스트림 또는 물 스트림 중 적어도 하나를 보조 보일러 내로 진입시키는 단계, 상기 응축물 스트림 또는 상기 물 스트림 중 적어도 하나를 저압 증기 스트림으로 변환하는 단계, 및 상기 저압 증기 스트림을 상기 보조 보일러로부터 회수하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  19. 제16항에 있어서,
    컨디셔닝 스트림을 상기 온도 변동 흡착 가스 분리기 내로 진입시키는 단계 및 제4 생산 스트림을 상기 온도 변동 흡착 가스 분리기로부터 회수하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제4 생산 스트림을 상기 산화제 스트림의 일부로서 상기 연소기 내로 진입시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  21. 제16항에 있어서,
    상기 산화제 스트림이 예열된 산화제 스트림을 포함하는, 방법.
  22. 제16항에 있어서,
    상기 제2 생산 스트림을 적어도 하나의 응축기 내로 진입시키는 단계, 응축물 스트림을 형성하는 단계, 및 상기 적어도 하나의 응축기 및 상기 온도 변동 흡착 가스 분리기 내의 적어도 하나의 유체 압력을 감소시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  23. 미립자 수집기, 연도 가스 탈황기 및 온도 변동 흡착 가스 분리기를 포함하는 연소 시스템의 동작 방법으로서:
    (a) 일차 산화제 스트림 및 이차 산화제 스트림을, 예열된 일차 산화제 스트림 및 예열된 이차 산화제 스트림을 형성하는 산화제 예열기 내로 진입시키고, 상기 예열된 일차 산화제 스트림과 조합하여 조합된 연료 스트림을 형성하기 위해서 연료 스트림을 진입시키는 단계;
    (b) 상기 예열된 이차 산화제 스트림 및 상기 조합된 연료 스트림을 보일러 내로 진입시키고, 상기 예열된 이차 산화제 스트림 및 상기 조합된 연료 스트림을 연소시켜, 미립자 및 적어도 제1 성분을 포함하는 연소 가스 스트림을 생산하는 단계;
    (c) 상기 연소 가스 스트림을 상기 산화제 예열기 내로 진입시키는 단계;
    (d) 상기 연소 가스 스트림에 비해서 미립자가 고갈된 제1 처리된 연소 가스 스트림을 생산하기 위해서, 상기 연소 스트림을 상기 미립자 수집기 내로 진입시키고 상기 미립자의 제1 부분을 제거하는 단계;
    (e) 상기 연소 가스 스트림에 비해서 미립자가 고갈된 제3 처리된 연소 가스 스트림을 생산하기 위해서, 상기 제1 처리된 연소 가스 스트림을 상기 정전기 집진기 내로 진입시키고 상기 미립자의 제2 부분을 제거하는 단계;
    (f) 상기 제3 처리된 연소 가스 스트림의 적어도 일부를 직접 접촉 냉각기 내로 진입시켜, 공급 스트림을 생산하는 단계;
    (g) 상기 온도 변동 흡착 가스 분리기 내의 적어도 하나의 흡착성 재료에서 상기 공급 스트림의 제1 성분의 적어도 일부를 흡착시키기 위해서 상기 공급 스트림을 상기 온도 변동 흡착 가스 분리기 내로 진입시키고, 상기 공급 스트림에 비해서 상기 제1 성분이 고갈된 제1 생산 스트림을 상기 온도 변동 흡착 가스 분리기로부터 회수하는 단계; 및
    (h) 상기 온도 변동 흡착 가스 분리기 내의 적어도 하나의 흡착성 재료에 흡착된 상기 제1 성분의 제1 부분을 탈착시키기 위해서 저압 증기 스트림을 상기 온도 변동 흡착 가스 분리기 내로 진입시키고, 제2 생산 스트림을 상기 온도 변동 흡착 가스 분리기로부터 회수하는 단계를 포함하는, 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 저압 증기 스트림이 매우 낮은 압력의 증기 스트림을 포함하고, 상기 단계(h)에 앞서서, 물 스트림을, 상기 물 스트림을 고압 증기 스트림으로 변환하는 통합형 열 교환기 내로 진입시키는 단계, 상기 고압 증기 스트림을 적어도 하나의 증기 터빈 내로 진입시키는 단계, 적어도 상기 매우 낮은 압력의 증기 스트림을 상기 적어도 하나의 증기 터빈으로부터 회수하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  25. 제23항에 있어서,
    상기 단계(h)에 앞서서, 응축물 스트림 또는 물 스트림 중 적어도 하나를 보조 보일러 내로 진입시키는 단계, 상기 응축물 스트림 또는 상기 물 스트림 중 적어도 하나를 저압 증기 스트림으로 변환하는 단계, 및 상기 저압 증기 스트림을 상기 보조 보일러로부터 회수하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  26. 제23항에 있어서,
    상기 온도 변동 흡착 가스 분리기 내의 적어도 하나의 흡착성 재료에 흡착된 상기 제1 성분의 제2 부분을 탈착시키기 위해서 상기 예열된 이차 산화제 스트림의 일부를 상기 온도 변동 흡착 가스 분리기 내로 진입시키고, 제3 생산 스트림을 상기 온도 변동 흡착 가스 분리기로부터 회수하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 이차 산화제 스트림과 조합하기 위해서 상기 제3 생산 스트림을 진입시키는 단계 및 상기 이차 산화제 스트림을 상기 산화제 예열기 내로 진입시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  28. 제23항에 있어서,
    컨디셔닝 스트림을 상기 온도 변동 흡착 가스 분리기 내로 진입시키는 단계 및 제4 생산 스트림을 상기 온도 변동 흡착 가스 분리기로부터 회수하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 이차 산화제 스트림과 조합하기 위해서 상기 제4 생산 스트림을 진입시키는 단계 및 상기 이차 산화제 스트림을 상기 산화제 예열기 내로 진입시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  30. 제28항 또는 제29항에 있어서,
    상기 일차 산화제 스트림과 조합하기 위해서 상기 제4 생산 스트림을 적어도 주기적으로 진입시키는 단계 및 상기 일차 산화제 스트림을 상기 산화제 예열기 내로 진입시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  31. 제28항에 있어서,
    상기 제4 생산 스트림의 온도를 적어도 하나의 흡착성 재료의 재생에 적합한 온도까지 높이기 위해서 상기 제4 생산 스트림의 일부를 보조 가열기 내로 진입시키는 단계, 상기 제4 생산 스트림을 상기 보조 가열기로부터 회수하는 단계, 및 상기 온도 변동 흡착 가스 분리기 내의 적어도 하나의 흡착성 재료에 흡착된 상기 제1 성분의 제2 부분을 탈착시키기 위해서 상기 제4 생산 스트림을 상기 온도 변동 흡착 가스 분리기 내로 진입시키고 제3 생산 스트림을 상기 온도 변동 흡착 가스 분리기로부터 회수하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 연소 가스 스트림의 일부를 상기 보조 가열기 내로 진입시키는 단계, 상기 연소 가스 스트림의 상기 부분을 상기 보조 가열기로부터 회수하는 단계, 및 상기 연소 가스 스트림의 상기 부분을 상기 미립자 수집기 내로 진입시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  33. 제23항에 있어서,
    상기 제2 생산 스트림을 적어도 하나의 응축기 내로 진입시키는 단계, 응축물 스트림을 형성하는 단계, 및 상기 적어도 하나의 응축기 및 상기 온도 변동 흡착 가스 분리기 내의 적어도 하나의 유체 압력을 감소시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  34. 연소기, 증기 터빈, 및 온도 변동 흡착 가스 분리기를 포함하는 연소 시스템의 동작 방법으로서:
    (a) 연료 스트림을 연소기 내로 진입시키고, 산화제 스트림을 상기 연소기 내로 진입시키고, 상기 연료 스트림을 상기 산화제 스트림과 함께 연소시켜, 연소 가스 스트림을 생산하는 단계;
    (b) 물 스트림 및/또는 응축물 스트림 중 적어도 하나를 열 교환기 내로 진입시키는 단계;
    (c) 상기 열 교환기와 접촉되도록 상기 연소 가스 스트림을 지향시키고, 상기 열 교환기 내에서 상기 물 스트림 및/또는 응축물 스트림 중 적어도 하나를 고압 증기 스트림으로 변환시키는 단계, 및
    (d) 상기 고압 증기 스트림을, 고압 터빈, 중압 터빈 및 저압 터빈을 포함하는 통합형 증기 터빈 내로 진입시키는 단계를 포함하는, 방법.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 고압 증기 스트림의 일부를 저압 증기 스트림으로서 상기 중압 터빈의 하류 및 상기 저압 터빈의 상류로부터 회수하고 상기 저압 증기 스트림의 적어도 일부를 보조 열 교환기 내로 진입시키는 단계, 물 스트림 또는 응축물 스트림 중 적어도 하나를 상기 보조 열 교환기 내로 진입시키는 단계, 물 스트림 또는 응축물 스트림 중 적어도 하나를 매우 낮은 압력의 증기 스트림으로 변환시키는 단계, 및 상기 매우 낮은 압력의 증기 스트림을 상기 온도 변동 흡착 가스 분리기 내로 진입시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  36. 제34항에 있어서,
    상기 고압 증기 스트림의 일부를 저압 증기 스트림으로서 상기 저압 터빈의 하류로부터 회수하고 상기 저압 증기 스트림을 보조 열 교환기 내로 진입시키는 단계, 물 스트림 또는 응축물 스트림 중 적어도 하나를 상기 보조 열 교환기 내로 진입시키는 단계, 물 스트림 또는 응축물 스트림 중 적어도 하나를 매우 낮은 압력의 증기 스트림으로 변환시키는 단계, 및 상기 매우 낮은 압력의 증기 스트림을 상기 온도 변동 흡착 가스 분리기 내로 진입시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  37. 제34항에 있어서,
    물 스트림 또는 응축물 스트림 중 적어도 하나를, 상기 물 스트림 또는 응축물 스트림 중 적어도 하나를 저압 증기 스트림으로 변환하는 보조 열 교환기 내로 진입시키는 단계, 상기 저압 증기 스트림을, 매우 낮은 압력의 증기 스트림을 형성하는 매우 낮은 압력의 증기 터빈 내로 진입시키는 단계, 상기 매우 낮은 압력의 증기 스트림을 상기 매우 낮은 압력의 증기 터빈으로부터 회수하는 단계, 및 상기 매우 낮은 압력의 증기 스트림을 상기 온도 변동 흡착 가스 분리기 내로 진입시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  38. 제34항에 있어서,
    상기 고압 증기 스트림의 일부를 저압 증기 스트림으로서 상기 중압 터빈의 하류 및 상기 저압 터빈의 상류로부터 회수하고 상기 저압 증기 스트림의 적어도 일부를 매우 낮은 압력의 증기 터빈 내로 진입시키는 단계, 매우 낮은 압력의 증기 스트림을 형성하는 단계, 및 상기 매우 낮은 압력의 증기 스트림을 상기 온도 변동 흡착 가스 분리기 내로 진입시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  39. 제35항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 온도 변동 흡착 가스 분리기 내의 적어도 하나의 흡착성 재료 상에 흡착된 제1 성분의 적어도 일부를 탈착시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  40. 제37항 또는 제38항에 있어서,
    상기 매우 낮은 압력의 증기 터빈은, 기계적으로 커플링된 장치에 동력을 공급하도록 기계적으로 연결되는, 방법.
  41. 제40항에 있어서,
    상기 기계적으로 커플링된 장치가 발전기를 포함하는, 방법.
  42. 제34항에 있어서,
    상기 열 교환기가 가스-대-액체 열 교환기, 보일러와 통합된 열 교환기, 또는 열 회수 증기 발생기 중 적어도 하나를 포함하는, 방법.
  43. 제34항에 있어서,
    상기 연소기가 보일러, 가스 터빈, 또는 내연기관 중 적어도 하나를 포함하는, 방법.
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