TW201235086A - A method for drying a wet CO2 rich gas stream from an oxy-combustion process - Google Patents

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Description

201235086 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種用於乾燥來自富氧燃燒製程之富含 c〇2之溼氣體流之方法，特定言之，利用乾燥劑（吸附劑） 實施吸附製程及再生此吸附劑之乾燥方法。 【先前技術】 來自富氧燃燒製程之富含c〇2之溼氣體流需經處理以移 除第一壓縮步驟期間或之後之H2〇。由於需避免固體水合 物或腐蝕物質之形成，使下游分離或注射製程期間不含水 相，故需限制富含c〇2之溼氣體流中之水分。就此乾燥步 驟或製程而言，常使用容納至少一乾燥劑之至少一容器來 吸附來自沿一個方向通過該乾燥劑之富含C02之溼氣體流 之水分。為使乾燥劑再生，沿相反方向提供通過乾燥劑床 之流動。常見裝置係兩個乾燥器，其中一者處於運作，而 另一者待命，且各自處於再生模式。 文獻WO 2009/071816 A2揭示一種於高壓下乾燥富含二 氧化碳之氣體之方法，其中於一吸附乾燥單元中清潔富含 二氧化碳之氣體，該吸附乾燥單元包含以循環方式操作之 至少兩吸附劑瓶中一瓶供應有用於乾燥之富含二氧化 碳之氣體，而另 而另-個瓶藉由乾燥單元所產生之乾氣體流加
乾燥單元之產物之加壓氣體提供至該瓶。 由此已知方法展現之缺點係，將 ’將所產生之富含二氧化碳 】61035.doc 201235086 之乾氣體用作再生氣體及在再生之後將該氣體排放至大 氣。此導致不利之C〇2損失。另一方面，C〇2再循環會不 利地提高用於壓縮之能量需求。 【發明内容】 以上缺點及缺陷係藉由用於乾燥來自富氧燃燒製程之富 含C〇2之溼氣體流之方法克服或減輕，該方法包含：將富 含C〇2之溼氣體流壓縮至乾燥製程操作壓力，於至少一冷 卻器中冷卻富含C〇2之溼氣體流，或於容納至少一乾燥劑 床之至少一乾燥器中乾燥富含CO2之溼氣體流及藉由以與 富含C〇2之溼氣體流之流動方向相反之方向使經加熱之再 生氣體通過該乾燥器來再生該乾燥劑床，於一純化製程中 將备含C〇2之乾氣體流分離為經純化之c〇2氣體流及富含 氮氣及氧氣之廢氣體流，藉此將富含氮氣及氧氣之廢氣體 用作再生軋體，及在再生之後，藉由自壓縮機導出之富 含C〇2之加壓氣體流將乾燥器清洗至少一次，及藉此以自 壓縮機導出之富含co2之加壓氣體流將乾燥器上料至乾燥 製程操作壓力’然後實施各乾燥製程。本發明之其他有利 實施例可參見附接專利申請範圍。 本發明方法提供-種具有低C 〇 2損失且能量上高效率之 乾燥f自富氧燃燒製程之富含C02之座氣體流之方法。更 ^體言之’該用於乾燥來自富氧燃燒製程之富含C02之渔 氣體流之方法提供以下優點： -因將具有低CO,含景夕裔脚m 里之乳體&用於乾燥器中之乾燥劑 再生而具有較低co2損失， 161035.doc 201235086 _減少乾燥及再生製程期間之能量消耗β 【實施方式】 本發明之其他特徵及優點將藉由以上僅以非限制性實例 方式及參照附圖給出之本發明實施例論述得以闡明。 來自富氧燃燒製程之富含eh之溼氣體流需經處理以移 除第一壓縮步驟期間或之後之Η2〇。由於需避免固體水合 物或腐#物質之形《，使叫純化製程之下游分離或注射 製程期f曰1無水才目，㈣限制富含c〇2之溼氣體流中之水 分。 依照圖卜使富含C〇2之溼氣體流1(該氣體流亦可命名為 .來自富氧燃燒製程之熱條件之煙道氣流）經由管線U引導 至一壓縮機2及在該壓縮機中將該氣體壓縮至較佳在丨〇與 60 bar之間之乾燥製程操作壓力。該壓縮機2一般具有多個 壓縮台及因此亦可在一中間壓縮台處安裝乾燥單元6ι、 6.2。最佳地，作為乾燥製程操作壓力之壓力係於乃至η bar範圍内選擇。因此，可藉由壓縮台排放2與乾燥器&^、 6.2之間之一冷凝步驟來最小化乾燥製程之水負載量。於 圖1中所示之本發明實施例中’引導位於壓縮機2下游之熱 氣體流1(經由管線⑴及於至少__冷卻器，較佳於兩個冷卻 器3.1及3.2中冷卻。進一步較佳地，佈置位於冷卻器下 游之一煙道氣處理裝置4用於移除Hg、s〇x、灰塵及類似 物質，及較佳佈置位於冷卻器3.2下游之一蒸氣液體分離 器5用於將冷凝水分自氣體流分離及佈置經由管線μ引向 廢水處理（未顯示）之一液體出口。提供煙道氣處理裝置4延 161035.doc 201235086 長位於乾燥器6」、6·2中之乾燥劑7.卜7.2之使用期限，同 時提供蒸氣液體分離器5將有助於減小乾操器HU之尺 寸。 。，佳將兩乾燥肢！、6 2佈置於冷卻器3卜3 2下游以乾 燥田gC〇2之渔氣體流1。各乾择哭卢仏 合靶岛器谷納用於吸附富含C02 之澄氣體流1中之水分之至少-乾燥劑固定床7」、7_2。根 據本發明，各乾燥器6.卜6.2以乾燥模式及再生模式交替 工作。於乾燥模式中，富合Γ 3 C〇2之溼氣體流1係藉由乾燥劑 7.2乾燥及於再生模式中’乾燥劑7卜7.2係藉由再生 氣體流9再生。依照圖卜乾燥器Μ處於乾㈣式及㈣ 盗6」處於再生模式或待命模式。因此，若使用兩或更多 個乾無器 以如上所述般進行使用。間門…、⑽及⑴⑴可相 應地打開及/或關閉。 本發明之另一較佳實施例提供一 種佈局，其具有串聯操 作之兩乾燥器6.1、6·2(圖中並去_、 “ I圆甲1未顯不），其規定係改變富 含C〇2之氣體流1通過乾燥器6 G.2之順序以防止水滲漏 至下游系統中。於此等佈局中，富 . 田3 C〇2之氧體流1首先通 過之乾燥器6.1、6·2亦將隨後先5,丨、去甘 通便无到達其吸附容限。依照改 變之順序藉由使氣體旁通來將此乾燥器6 ι、Μ自操作分 離’隨後實施再生及重置至操作中，彼意指再次使富含 C〇2之氣體流1通過經再生之乾燥器6J6 2。 在乾燥器6.1、6.2下游，富含>妙尸 田S L〇2之乾氣體流（乾煙道氣 流）8會經由一純化製程（未顯示） )其中畐含〇02之乾氣體 161035.doc 201235086 流8分離為幾乎純之c〇2氣體流及含有大量氮氣及氧氣之廢 氣體流。 根據本發明，將含有氮氣及氧氣之廢氣用作再生氣體9 及經由管線12以與富含C〇2之溼氣體流丨之流動方向相反之 流動方向引導至乾燥器61、6 2，及於乾燥器6〖、6 2之再 生模式期間，使乾燥劑7.丨、7 2中之水分脫附。將再生氣 體•·引導至乾燥器6.1、6.2之前，藉由一加熱器1 〇將其加 熱至較佳高於16〇t及低於3〇〇t之溫度。於乾燥模式期 間，再生氣體流9使用較富含c〇2之溼氣體流j更低之壓 力。該再生製程會週期性複現，但循環時間係視乾燥劑 7·1、7.2(吸附劑）及富含eh之溼氣體流1之水分含量而 定。 根據本發明，在乾燥劑7丨、72再生之後以富含c〇2之 氣體流將㈣器6」、6.2清洗或清潔至少—次，且該清洗 氣體流^自壓縮機2之出D獲得。乾燥器61、6.2之清洗係 藉由以富含(：02之氣體流進行部份加壓實施，接著使乾燥 β 6.1、6.2減壓至大氣壓或分別返回至上游製程或乾燥製 程。需進行清洗以減小因再生氣體流9進人乾燥器6ι、Μ 而混入之諸如氮氣之惰性氣體之含量。依照圖i，富含⑺2 之氣體流較佳係直接自壓縮機2之出口（位於冷卻器Η、 3.2上游）經由管線14獲取。m丄 _ 又取根據圖2中所示之另一較佳實施 例，用於清洗乾燥器6 1 , Λ • 、6.2之富含c〇2之氣體流係自冷 钟β 3.1、3.2下游纟^線15獲取及在加熱器财加熱至至 v8〇 C &後使心含叫之氣體流用於清洗乾燥器6 1、 161035.doc 201235086 6 ·2。藉由將富含c〇2之氣體流加熱至上述溫度，可避免因 氣體擴散至具有再生氣體壓力之乾燥容器所導致之固體 C〇2形成。 根據本發明’爲了將乾燥器6.1、6.2重置至操作模式， 在再生製程及/或清洗製程之後’藉由富含C〇2之氣體流使 乾燥器ό. 1、6.2中之壓力提高至乾燥製程操作壓力。依照 圖1，用於提尚乾燥器6.1、6.2中之壓力之富含c〇2之氣體 較佳係直接自壓縮機2之出口（位於冷卻器3 1、3 · 2上游） 經管線14獲取。根據圖2中所示之另一較佳實施例，用於 提高乾燥器6.1、6_2中之壓力之富含c〇2之氣體流係自冷 卻器3.1、3.2下游經管線15獲取及在加熱器1〇中加熱，然 後將該富含c〇2之氣體流引導至乾燥器6 j、6 2。因此， 富含c〇2之熱氣體流（藉由壓縮機2或藉由加熱器1〇加熱）係 用於裝料乾燥器6.1、6.2。 藉由在本發明之乾燥製程之前裝料乾燥器61、6.2，則 可防止在再生製程與乾燥製程之間之變換期間發生壓力波 動，係因壓力波動可導致諸如乾燥器床（乾燥劑床）壓實/粉 碎或床升之破壞，防止上行加壓流動，及壓縮機2可能發 生之關停或製程中斷。因此，提供位於入口中之至少一閥 門16，！、16.2及位於出口管路（或直接接合於乾燥器^.卜 t)·2上）宁之至少 A K冋祀琛器 .1、6.2中之壓力。用於分別減小壓力或緩解乾燥器 6.2之常見方法為經由閥⑽」、18 2將所容納氣體送至大 氣。此亦可藉由裳料再生氣體實施。若正常供料及產物管 161035.doc 201235086 線受阻，則實施此操作。 藉由將本發明之富含c〇2之熱氣體流用於裝料乾燥器 6.1、6.2以替代使用來自乾燥器61、6.2之乾冷C〇2流，可 避免乾燥器6· 1、6.2中所使用之材料及乾燥劑7.1、7.2發生 熱應力。藉由使用本發明之熱氣體流，可避免絕熱膨脹至 乾燥器6.1、6·2中之後因低溫而導致乾冰形成（最壞情 況）’係因膨脹之熱氣體流亦具有較低但不太冷之溫度。 富含C〇2之熱氣體流之溫度係由壓縮機2之壓縮關係決定且 較佳係於80與140。(：之間。於其他情況中，當在加熱器1〇 中加熱富含C〇2之氣體流時，較佳先將其加熱至至少 80 c ’然後將富含c〇2之氣體流用於裝料乾燥器61、 6.2。 就乾燥器6· 1、6.2之第一次加壓或裝料而言，在系統建 立之後便無需特殊裝置。此較佳係藉由保證在壓縮機啟動 ^用於吸附操作所需之所有乾燥器.6.1、6.2中之所有乾燥 4床7.1、7.2對壓縮機2打開而得以實現，彼意指使適當的 閥門打開。 6.2之操作模式（乾燥、再生、清洗、裝 16_1 、 16.2 、 17.1 、 17_2 、 18.1 、 18.2 、 根據乾燥器6.1、 料或待命），使閥門 19-1 ' 19.2 ' 20 1 . • 、20,2、21及22打開或關閉。例如，於乾 燥製程期間，鉍、降 乾知益6.2之閥門20.2及17·2(或乾燥器6丨之 协^ .1及丨7·1)打開，乾燥器6.2之所有其他閥門關閉。 62之19期間，閥門21(僅存在於圖2之實例）、乾燥器 及18.2(或乾燥器6_1之閥門19丨及18丨）打開，乾 161035.doc 201235086 燥器ό·2之所有其他閥門關閉（包括僅存在於圖2之實例中之 閥門22)。於清洗製程期間，閥門22(僅存在於圖2之實例 中）及乾燥器6.2之16.2(或乾燥器6.1之閥門16.1)打開且在 達到特定壓力水準，較佳10至丨5 bar之壓力之後關閉。隨 後打開閥門18.2(或乾燥器6.1之閥門18.1)以對系統再次減 壓。可重複此順序以防止雜質含量過高。於其他情況中， 乾燥器6.1、6.2之裝料可藉由打開閥門22(僅存在於圖2之 實例中）及乾燥器6.2之閥門16.2(或乾燥器6.1之閥門16.1) 來啟動’乾燥器6.2之所有其他閥門關閉（包括僅存在於圖2 之貫例中之閥門2 1)。當乾燥器6.1、6.2中之壓力水準達到 乾燥製程操作壓力水準時，可打開管線丨丨2及其製程閥門 20.2及乾燥器6.2之閥門17.2(或管線u」及其閥門2〇」及乾 燥器6.1之閥門17.1：)以將各乾燥器重置為吸附操作，彼意 指乾燥操作。 本發明之乾燥及再生製程提供針對能量消耗及低c〇2損 失之最佳解決方式。 雖然本發明已參照各示例性實施例進行描述，然而熟習 本項技術者將琿解，可在不脫離本發明範圍下進行各種變 化及其元件可經等效物替代。此外，可實施許多修改以使 本發明教義適應具體情況或材料而不脫離本發明之實質範 圍。因此，本發明並非限制於作為實施本發明之最佳模式 而揭不之具體實施例，本發明將包括屬於附接專利申請範 圍内之所有貫施例。 【圖式簡單說明】 161035.doc 12 201235086 富氧燃燒製程之 富氧燃燒製程之 圖1係根據第一實施例之用於乾燥來 富含C〇2之溼氣體流之方法之示意圖， 圖2係根據第二實施例之用於乾燥來 富含C〇2之溼氣體流之方法之示意圖。 " 【主要元件符號說明】 1 富含co2之溼氣體流 2 壓縮機 3.1 冷卻器 3.2 冷卻器 4 煙道氣處理裝置 5 蒸氣液體分離器 6.1 乾燥器 6.2 乾燥器 7.1 乾燥劑床 7.2 乾燥劑床 8 昌含c〇2之乾氣體流 9 再生氣體 10 加熱器 11 管線 11.1 管線 11.2 管線 12 管線 13 管線 14 管線 161035.doc -13- 201235086 15 管線 16.1 閥門 16.2 閥門 17.1 閥門 17.2 閥門 18.1 閥門 18.2 閥門 19.1 閥門 19.2 閥門 20.1 閥門 20.2 閥門 21 闊門 22 閥門 161035.doc

Claims (1)

  1. 201235086 七、申請專利範圍： 1. 一種乾燥來自富氧燃燒製程之富含eh之溼氣體流之方 法，該方法包含： 將該田3 C〇2之屋氣體流（1 )壓縮至乾燥製程操作壓 力， ' 於至少—冷卻器（3.1、3.2)中冷卻該富含(：02之涯氣體 流（1)， 或於容納至少一乾燥劑床（7.1、7.2)之至少一乾燥器 (6.1、6.2)中乾燥該富含c〇2之渔氣體流⑴及藉由以與該 富含C02之渔氣體流⑴之流動方向相反之方向使經加熱 之再生氣體（9)通過該乾燥器（61、6 2)來再生該乾燥劑 床（7.1 、 7.2)， 於純化製程中將富含c〇2之乾氣體流⑴分離為經純 化之C02氣體流及富含氮氣及氧氣之廢氣體流， 藉此將該富含氮氣及氧氣之廢氣體流㈣再生氣體 (9)， 及在再生之後，藉由自壓縮機(2)導出之富含c〇2之永 壓氣體流將該乾燥器（6」、6.2)清洗至少一次’ f藉此以自該壓縮機(2)導出之富含C〇2之加壓氣體流 將。亥乾燥裔（6· 1、6.2)裝料至乾燥製程操作麗力，然後實 施各乾燥製程。 2.如請求们之方法’其中該乾燥製程操作壓力係於_ 60 bar之間。 月长項1之方法’其中在該再生製程期間該再生氣體 16I035.doc 201235086 (9)之壓力低於該乾燥製程操作壓力。 4.如請求項1之方法，其中用於清洗該乾燥器（6」、6 2)之 富含C〇2之加壓氣體流係直接自該壓縮機（2)不游獲取並 直接供料至該乾燥器（6.1、6.2)。 5·如請求項1之方法，其中用於清洗該乾燥器（6丨、6 2)之 富含c〇2之加壓氣體流係自該冷卻器（31、3 2)下游獲取 及藉由一加熱器（10)加熱至至少8〇t，然後供料至該乾 燥器（6.1 、 6.2)。 6. 如請求項丨之方法，其中用於在各乾燥製程之前裝料該 乾燥器（6」、6.2)之富含C〇2之加壓氣體流係直接自該壓 縮機（2)下游獲取並直接供料至該乾燥器（61、6 2)。 7. 如請求項丨之方法，其中用於在各乾燥製程之前裝料該 乾燥器⑹、6.2)之富含C〇2之加壓氣體流係自該冷卻器 (3·。1、3·2)下游獲取及藉由一加熱器（10)加熱至至少 80°C ’然後供料至該乾燥器（6.丨、6 2)。 8. :請求項i之方法’其中包含於該富含c〇2之渔氣體流⑴ 中之Hg及/或处及/或灰塵係藉由位於該乾燥器⑹、 6.2)上游之一煙道處理裝置（4)移除。 9. 如清求項丨之方法， a ^ 3於〇哀田含C〇2之溼氣體流（1) ^ 邛份蒸氣係藉由位於該乾燥器（6.1、6,2)上游之一 蒸氣液體分離器（5)冷凝及排出。 ' 10. 如請求項1之方法， .哭n〇h 其中°亥再生乳體流（9)係藉由一加孰 〇)加熱至160至3〇〇t之溫度。 ‘， 11. 女响求項i之方法，其中為了乾 田3 之溼氣體流 16I035.doc 201235086 ⑴，使用兩或更多個乾燥器（6·1、6.2)及使其等彼此平 行佈置及藉此一乾燥器處於乾燥模式及其他者則處於再 生模式或待命模式。 ' 12. 如請求項1之方法，其中爲了乾燥該富含c〇2之溼氣體流 (1)，使用兩乾燥器（6」、6 2)及將其等以串聯方式佈置 及藉此使該兩乾燥器（6〗、6 2)處於乾燥模式，或藉由使 該富含C〇2之溼氣體流（丨）旁通該經再生之乾燥器（6 1 6.2)而使該兩乾燥器（6·ι、6 2)中之一者處於再生模气 同時使另一乾燥器（6.1、6.2)處於乾燥模式。 13. 如請求項12之方法，其中在再生之後’將該經再生之乾 燥器（6.1、6.2)設定為該等乾燥器（6.1、6,2)备 ^承列中之第 -一乾燥器（6.1、6.2)。 161035.doc
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