TW201302621A - 煙道氣凝結器中壓縮凝結物之調節 - Google Patents

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本發明係關於一種調節在氣體純化單元之壓縮段中產生之凝結物之方法。本發明亦係關於用於此方法之系統。

Description

煙道氣凝結器中壓縮凝結物之調節
本發明係關於一種調節煙道氣凝結器中之壓縮凝結物之方法。本發明亦係關於用於調節壓縮凝結物之系統。
本發明係關於在一或多個階段中使在壓縮富含CO2氣流及隨後冷卻過程中獲得之凝結物脫氣。在先前已知系統中,凝結物直接返回廢水處理系統。已在連接源與處理系統之管道中直接對凝結物進行最終必需調節。
對於操作中之當前規模之工廠,前述解決方法可以勝任。然而,對於商業規模單元,如前述之方法將因下水道系統中重氣體(如CO2)之積聚及/或廢水處理廠之無控制釋放而給操作者帶來窒息之潛在危險。因此,需要用於調節凝結物及使凝結物脫氣之更為安全之系統。
本發明之一目標為提供一種自級間冷卻器系統中產生之凝結物移除氣體、尤其CO2氣體之方法。
在本發明之一實施例中,提供一種調節在氣體純化單元之壓縮段中產生之凝結物的方法。該方法包含以下步驟:a)壓縮來自氣體冷卻、凝結及/或清除裝置之富含二氧化碳煙道氣;b)冷卻氣體低於水露點;c)使包含二氧化碳、在b)之冷卻期間形成之凝結物再循環至氣體冷卻、凝結及/或清除裝置之下端入口; d)將步驟c)之凝結物引入至氣體冷卻、凝結及/或清除裝置;e)使凝結物脫氣,藉以將富含二氧化碳蒸氣釋放至氣體冷卻、凝結及/或清除裝置之下端之氣相中。
藉由本發明之方法可避免水處理系統中混濁及CO2積聚形成。又,藉由自凝結物流移除富含CO2氣相可避免下水道及水處理系統中之其他不合需要之組分(諸如令人窒息或有毒組分)。
藉由該方法達成之其他優勢為可達成比用習知方法高達0.3%之CO2回收。所達成之另一操作優勢在於,由於在脫氣之後僅單相流入系統,因此在設備中需要較小管道。
在本發明之另一實施例中,提供一種如上調節在氣體純化單元之壓縮段中產生之凝結物之方法,其中該方法亦包含燃燒後CO2捕獲純化。適用燃燒後CO2捕獲純化系統之實例為例如基於胺之吸收、冷凍氨吸收或需要在CO2移除及壓縮之前使煙道氣冷卻並部分水凝結的任何其他方法。
在一實施例中,該方法亦包含步驟d)將步驟c)之凝結物引入至配置於氣體冷卻、凝結及/或清除裝置內之獨立區室中,用於凝結物的蒸氣脫離/釋放及視情況選用之調節(例如中和)。
由於在壓縮期間分壓之增加或由於酸之形成促進重金屬浸出富含CO2煙道氣,因此凝結之水、壓縮廢水可含有較高量雜質。雖然可使用現有設備,但藉由此實施例可各別地處理含有較高量之雜質組分(如酸或重金屬)之壓縮廢 水。因此,藉由本發明,提供一種節省用於安裝之地塊空間且降低投資新型替代設備成本之方法。
另一實施例為一種如下方法,其中步驟d)包含d)將步驟c)之凝結物引入至氣體冷卻、凝結及/或清除裝置之下半部分中。
此實施例在凝結物不太受污染且其可與煙道氣凝結器之下半部分之水/液體混合的情況下適合。
本發明之另一實施例為如上方法,其包括以下步驟:步驟c)使步驟b)之凝結物再循環至用於釋放富含二氧化碳蒸氣之容器中且調節凝結物;d)遞送富含二氧化碳蒸氣至氣體冷卻、凝結及/或清除裝置。
此實施例之一優勢在於,其提供升級包括含有大量雜質(如酸或重金屬)之壓縮廢水之溶液的便利方式。
在本發明之一實施例中,提供一種用於調節在氣體純化單元之壓縮段中產生之凝結物的系統。氣體清除系統包含氣體冷卻、凝結及/或清除裝置(即所謂煙道氣凝結器),其操作地用來接收至少一部分部分清除之富含二氧化碳煙道氣;操作地用來移除至少一部分部分清除之富含二氧化碳煙道氣之水含量以自其中凝結水;用於壓縮富含二氧化碳煙道氣之構件;用於自富含二氧化碳煙道氣凝結水蒸氣之構件;用於釋放包括於水中之一部分二氧化碳且使其返回煙道氣之構件。
在本發明之一實施例中,系統亦包含含有燃燒後CO2捕獲純化單元之氣體純化單元。
燃燒後CO2捕獲純化單元可為用於基於胺之吸收的單元。另一選擇將為在冷凍氨系統中進行燃燒後CO2捕獲純化。
本發明之另一實施例為一種如上所述用於清除及/或調節凝結物之系統,其中將包含富含二氧化碳氣相之水引入煙道氣凝結器底部之獨立區室中。系統亦可包含用於調節剩餘經脫氣凝結物之構件。調節意謂例如在進一步處理之前中和凝結物。
中和可藉由習知方法(如添加鹼性試劑(例如苛性鈉等))來進行。
藉由以上實施例達成之優勢為可使用現有系統,且藉由以上實施例亦需要較少管道以及較少安全裝置。
在如上所述用於清除及/或調節凝結物之系統之一個實施例中,包含富含二氧化碳氣相之水係經引入煙道氣凝結器之底部液位中。
在如上所述用於清除及/或調節凝結物之系統之另一實施例中,該系統包含:用於遞送包含富含二氧化碳氣相之水至用於分離水及富含二氧化碳氣相之容器的構件。系統中亦可包括用於調節剩餘經脫氣凝結物(例如藉由中和)之構件。另外,系統亦可包括用於將釋放之二氧化碳引入至煙道氣凝結器中之構件。
此實施例之一優勢為凝結物之脫氣及煙道氣凝結器不必實體上靠近彼此定位。又,送回蒸氣之管道之尺寸及長度可比用於凝結物之管道設備更小且為更便宜材料。
現將參考隨附圖式更詳細地描述本發明。
圖1為鍋爐系統1如自其側面所見之示意圖。鍋爐系統1包含鍋爐2(在此實施例中為富氧燃料鍋爐)、如4示意性指示之蒸汽渦輪機、呈靜電沈澱器6形式之微粒移除裝置及氣體清除系統8作為主要組件。氣體清除系統8包含呈濕式洗氣器10形式之第一氣體清除裝置及呈煙道氣凝結器12形式之第二氣體清除裝置作為其主要組件。
燃料(諸如煤或油)包含於燃料儲存器14中且可經由供給管16供應至鍋爐2。氧氣源18以本身已知之方式操作地用來提供氧氣。氧氣源18可為自空氣操作地用來分離氧氣之空氣分離裝置、氧氣分離膜、儲罐或任何其他向鍋爐系統1提供氧氣之來源。供給管20操作地用來遞送所產生之氧氣(通常包含90體積%至99.9體積%之氧氣O2)至鍋爐2。管道22操作地用來遞送含有二氧化碳之再循環煙道氣至鍋爐2。如圖1所指示,供應管20在鍋爐2上游連接管道22,使得氧氣與含有二氧化碳之再循環煙道氣可在鍋爐2上游彼此混合而形成氣體混合物,其通常含有約22體積%至50體積%之氧氣、其餘部分主要為二氧化碳及水蒸氣。因為幾乎無空氣進入鍋爐2,所以幾乎無氮氣供應至鍋爐2。在實際操作中,供應至鍋爐2之氣體體積中,空氣體積小於 3%,其主要以空氣洩漏形式進入鍋爐2。鍋爐2操作地用來使經由供給管16供應之燃料在經由管道22供應之與再循環煙道氣(含有二氧化碳)混合的氧氣存在下燃燒。蒸汽管24操作地用來將鍋爐2中由於燃燒產生之蒸汽遞送至操作地用來產生呈電功率形式之功率的蒸汽渦輪機4。管道26操作地用來將鍋爐2中產生之富含二氧化碳煙道氣遞送至靜電沈澱器6。「富含二氧化碳煙道氣」意謂經由管道26離開鍋爐2之煙道氣將含有至少40體積%之二氧化碳CO2。通常離開鍋爐2之煙道氣中超過50體積%將為二氧化碳。「富含二氧化碳煙道氣」之其餘部分將為約20體積%至50體積%之水蒸氣(H2O)、2體積%至7體積%之氧氣(O2)(因為在鍋爐2中氧氣稍微過量通常為較佳)及總計約0至10體積%之其他氣體(主要包括氮氣(N2)及氬氣(Ar),因為很少可完全避免一些空氣洩漏)。
靜電沈澱器6自富含二氧化碳煙道氣移除大部分粉塵粒子。作為靜電沈澱器之替代,可使用織物過濾器來移除粉塵粒子。管道28操作地用來自靜電沈澱器6遞送富含二氧化碳煙道氣至氣體清除系統8之濕式洗氣器10。
濕式洗氣器10包含循環泵30、漿液循環管32及配置於濕式洗氣器10中之一組漿液噴嘴34。漿液噴嘴34操作地用來將漿液精細分佈於濕式洗氣器10中以達成送至濕式洗氣器10之漿液與煙道氣之間的良好接觸。
至少部分清除之富含二氧化碳煙道氣經由管道44離開濕式洗氣器10,該管道將煙道氣遞送至氣體分配點46。在定 位於濕式洗氣器10與凝結器12之間的氣體分配點46處,如關於部分清除之富含二氧化碳煙道氣之流動方向可見,部分清除之富含二氧化碳煙道氣被分成兩個部分,亦即經由管道22再循環回到鍋爐2之第一流及經由管道48遞送至凝結器12之第二流。凝結器12具備循環泵50,該循環泵操作地用來經由凝結器12中之循環管52使冷卻液循環,循環之方式將在下文中進行更詳細描述。
煙道氣凝結器12,其中冷卻煙道氣低於其水露點且回收由所得凝結釋放之熱作為低溫熱。煙道氣之水含量可例如自饋入煙道氣凝結器之煙道氣之約40體積%降低為離開煙道氣凝結器之煙道氣之約5體積%。視煙道氣凝結器中之pH值及溫度而定,煙道氣凝結亦可導致煙道氣中之硫氧化物SOX減少。硫氧化物被捕獲於所形成凝結物中且與煙道氣分離。此外,自先前二氧化硫移除步驟夾帶於煙道氣中之洗滌液或漿液(例如石灰漿)在凝結期間得以移除。
在凝結器12中循環之冷卻液冷卻部分清除之富含二氧化碳煙道氣至低於其飽和溫度(就水蒸氣而言)之溫度,且因此導致自濕式洗氣器10遞送的部分清除之富含二氧化碳煙道氣中之至少一部分水蒸氣含量凝結。凝結水經由處置管54離開凝結器12。將經由管道54離開凝結器12之一部分凝結水經由管道56遞送至濕式洗氣器10作為補充水。將另一部分凝結水經由管道58遞送至水處理單元60,其中凝結水在處置之前經處理。清除之富含二氧化碳煙道氣經由管道62離開凝結器12且遞送至氣體加工單元(GPU)64,其中清 除之富含二氧化碳煙道氣經壓縮隨後低溫CO2分離。
在CO2分離系統中,藉由壓縮及凝結使CO2與煙道氣之輕氣體(例如N2、Ar、O2)至少部分分離。壓縮之二氧化碳因此經由管道43離開CO2分離系統且輸送離開供進一步使用或儲存,其有時稱為「CO2封存」。
GPU中之CO2分離係藉助於壓縮煙道氣及凝結而達成。用於凝結煙道氣流中之二氧化碳(CO2)之CO2分離系統係如圖1之鍋爐系統所示進行實施。
CO2分離系統64可視情況包含至少一個具有至少一個且通常兩個至十個壓縮階段之壓縮機44用於壓縮富含二氧化碳煙道氣。煙道氣壓縮機操作地用來壓縮煙道氣至當煙道氣之溫度降低至低於-20°之溫度、較佳至-51°之溫度時GPU之CO2分離段(未詳細展示)中之氣態CO2轉化為液體形式所處之壓力。富含二氧化碳煙道氣通常在多級壓縮機中被壓縮至約20巴或更高之壓力,諸如約33巴。各壓縮階段可配置為獨立單元。作為替代方案,若干壓縮階段可藉由共用驅動軸來操作。壓縮機44、44'、44"、44'''亦可在一或多個壓縮階段之下游分別包含氣體冷卻單元70、70'、70"、80及82。氣體冷卻單元可經進一步組態以收集並處置在壓縮及/或冷卻富含二氧化碳煙道氣期間所形成之任何液體凝結物。
圖2進一步說明煙道氣凝結器12且壓縮機44、44'、44"、44'''亦可包含氣體冷卻單元70、70'、70"。液體凝結物經由管道72、73、74自各氣體冷卻單元遞送且在管道78 中收集至置於氣體冷卻、凝結及/或清除裝置12之下半部分66中之區室67。78之入口係置於管道48之入口下方。在獨立區室上方安裝內部屋頂,從而防止自煙道氣凝結器夾帶冷卻液。
亦可能在獨立區室67內安裝液位控制器(未展示),且測定液體之最小及最大液位。獨立區室67中之液體可與區室66中之液體保持在不同液位。
內部屋頂較佳為傾斜以使冷卻液落下至區室66中。
在較佳實施例中,在多級壓縮機中獲得之富含二氧化碳煙道氣係經由管道75遞送至第一氣體冷卻器。
視情況藉由熱交換器80將富含二氧化碳煙道氣在氣體視情況進入汞吸收器81之前冷卻至約60度之溫度。維持在汞吸收器81之後獲得之氣體溫度超出煙道氣之露點溫度10℃至15℃。
隨後將富含二氧化碳煙道氣遞送至第二氣體冷卻器82,其中降低溫度至低於水露點,且在於CO2乾燥及分離系統(未展示)中進一步加工煙道氣之前在容器83中分離液態水。
廢水可自容器83經由管道76遞送以在78中合併且再循環至區室67。
在用於氣體冷卻、凝結及/或清除凝結物之煙道氣凝結器之獨立區室67中收集凝結物。使凝結物脫氣,藉以將富含二氧化碳蒸氣釋放至氣體冷卻、凝結及/或清除裝置(12)之下端(66)之氣相中。隨後,視情況對凝結物進行調節, 因此例如藉由用苛性鈉(氫氧化鈉(NaOH))處理來中和凝結物。
獨立區室67中獲得之經脫氣及調節凝結物可經由管道54及泵53被遞送至根據習知方法之廢水處理。若污染物之量適用於進一步使用,則水亦可再循環至洗氣器(圖1經由管道56再循環至濕式洗氣器10)。
視情況,可以來自使用空氣之習知鍋爐系統之煙道氣饋入煙道氣凝結器12。工廠亦可包括燃燒後CO2捕獲純化單元94。氣體自煙道氣凝結器12遞送至單元94。燃燒後CO2捕獲純化可為基於胺之吸收系統或冷凍氨CO2捕獲系統。其他習知系統及方法亦可應用於燃燒後CO2捕獲純化。
從所得(then)CO2貧乏煙道氣中分離CO2且將濃縮CO2送至壓縮單元44。出自燃燒後單元94之殘餘煙道氣可發送至煙囪(stack)。
圖3說明凝結物經由管道78遞送至煙道氣凝結器之實施例。當凝結物之污染物(contaminant)及污物(pollutant)之量有限時,此實施例適合。凝結物係饋入煙道氣凝結器之下端66中。又,在此實施例中,如上所述,視情況選用之燃燒後CO2捕獲純化單元94可包括在內。
圖4說明使凝結物再循環至容器85之實施例,其中使凝結物脫氣(亦即釋放富含二氧化碳蒸氣)且經由管道78遞送至煙道氣凝結器。在經由泵53及管道54將凝結物遞送至進一步處理(例如用於廢水處理)之前,例如藉由如上所述之中和對其進行調節。
雖然已參考大量較佳實施例描述本發明,但熟習此項技術者應瞭解在不悖離本發明之範疇的情況下可進行各種變化且可用相等物替代其元件。此外,可在不悖離本發明之基本範疇的情況下進行多處修改以使特定情況或材料適應本發明之教示。因此,希望本發明不限於作為本發明之最佳實施方式所揭示的特定實施例,而且本發明將包括屬於隨附申請專利範圍之範疇內的所有實施例。此外,術語第一、第二等之使用不表示任何次序或重要性,而實際上術語第一、第二等用來區別一個元件與另一元件。
1‧‧‧鍋爐系統
2‧‧‧鍋爐/富氧燃料鍋爐
4‧‧‧蒸汽渦輪機
6‧‧‧靜電沈澱器
8‧‧‧氣體清除系統
10‧‧‧濕式洗氣器
12‧‧‧煙道氣凝結器
14‧‧‧燃料儲存器
16‧‧‧供給管
18‧‧‧氧氣源
20‧‧‧供給管
22‧‧‧管道
24‧‧‧蒸汽管
26‧‧‧管道
28‧‧‧管道
30‧‧‧循環泵
32‧‧‧漿液循環管
34‧‧‧漿液噴嘴
43‧‧‧管道
44‧‧‧管道/壓縮機/壓縮單元
44'‧‧‧壓縮機
44"‧‧‧壓縮機
44'''‧‧‧壓縮機
46‧‧‧氣體分配點
48‧‧‧管道
50‧‧‧循環泵
52‧‧‧循環管
53‧‧‧泵
54‧‧‧處置管/管道
56‧‧‧管道
58‧‧‧管道
60‧‧‧水處理單元
62‧‧‧管道
64‧‧‧氣體加工單元(GPU)
66‧‧‧煙道氣凝結器之下端/區室
67‧‧‧獨立區室
70‧‧‧氣體冷卻單元
70'‧‧‧氣體冷卻單元
70"‧‧‧氣體冷卻單元
72‧‧‧管道
73‧‧‧管道
74‧‧‧管道
75‧‧‧管道
76‧‧‧管道
78‧‧‧管道
80‧‧‧熱交換器/氣體冷卻單元
81‧‧‧汞吸收器
82‧‧‧第二氣體冷卻器
83‧‧‧用於分離凝結水及富含二氧化碳煙道氣之容器
94‧‧‧燃燒後CO2捕獲純化單元
圖1為根據一實施例之富氧鍋爐系統之示意側視圖。
圖2為根據第一實施例之包含具有凝結物之獨立區室之煙道氣凝結器之系統的示意側視圖。
圖3為根據第二實施例之包含使凝結物再循環至其中之煙道氣凝結器之系統的示意側視圖。
圖4為根據第三實施例之包含煙道氣凝結器及用於收集凝結物之另一容器之系統的示意側視圖。
12‧‧‧煙道氣凝結器/氣體冷卻、凝結及/或清除裝置
44‧‧‧壓縮機/壓縮單元
44'‧‧‧壓縮機
44"‧‧‧壓縮機
44'''‧‧‧壓縮機
48‧‧‧管道
50‧‧‧循環泵
52‧‧‧循環管
53‧‧‧泵
54‧‧‧管道
58‧‧‧管道
62‧‧‧管道
66‧‧‧煙道氣凝結器之下端/區室
67‧‧‧獨立區室
70‧‧‧氣體冷卻單元
70'‧‧‧氣體冷卻單元
70"‧‧‧氣體冷卻單元
72‧‧‧管道
73‧‧‧管道
74‧‧‧管道
75‧‧‧管道
76‧‧‧管道
78‧‧‧管道
80‧‧‧熱交換器/氣體冷卻單元
81‧‧‧汞吸收器
82‧‧‧第二氣體冷卻器
83‧‧‧用於分離凝結水及富含二氧化碳煙道氣之容器
94‧‧‧燃燒後CO2捕獲純化單元

Claims (12)

  1. 一種調節在氣體加工單元(64)之壓縮階段中自富含二氧化碳煙道氣產生之凝結物之方法,該方法包含以下步驟:a)壓縮來自煙道氣凝結器(12)之該富含二氧化碳煙道氣;b)冷卻該富含二氧化碳煙道氣至低於水露點,從而形成含有二氧化碳之該凝結物;c)使在步驟「b」之冷卻期間形成之該凝結物再循環至該煙道氣凝結器(12)之下端(66)之入口;d)使該凝結物脫氣,藉此釋放包含於該凝結物中之該二氧化碳至該煙道氣凝結器(12)之該下端(66)之氣相中。
  2. 如請求項1之方法,其中該氣體加工單元(64)包含燃燒後CO2捕獲純化單元(94)。
  3. 如請求項2之方法,其中該燃燒後CO2捕獲純化單元(94)為基於胺之吸收過程。
  4. 如請求項2之方法,其中該燃燒後CO2捕獲純化單元(94)係在冷凍氨系統中進行。
  5. 如請求項1之方法,其中步驟「d」包含:d)將步驟「b」之該凝結物引入至配置於該煙道氣凝結器(12)內之獨立區室(67)中,使該凝結物釋放該二氧化碳且視情況對該凝結物進行調節。
  6. 一種用於調節在氣體加工單元(64)之壓縮階段中自富含 二氧化碳煙道氣產生之凝結物之系統,該系統包含:煙道氣凝結器(12),其操作地用來接收至少一部分該富含二氧化碳煙道氣;操作地用來移除該富含二氧化碳煙道氣中之至少一部分水;用於壓縮該富含二氧化碳煙道氣之構件;用於自該富含二氧化碳煙道氣凝結含有二氧化碳之水的構件;用於使該凝結水脫氣以釋放包含於該凝結水中之二氧化碳且將該二氧化碳送回至該富含二氧化碳煙道氣的構件。
  7. 如請求項6之系統,其中該氣體加工單元(64)包含燃燒後CO2捕獲純化單元(94)。
  8. 如請求項7之系統,其中該CO2捕獲純化單元(94)包含基於胺之吸收過程。
  9. 如請求項7之系統,其中該燃燒後CO2捕獲純化單元(94)為冷凍氨系統。
  10. 如請求項6之系統,其包含:用於將包含該二氧化碳之該凝結水引入至該煙道氣凝結器(12)之底部之獨立區室(67)中的構件;及用於調節該剩餘經脫氣凝結水之構件。
  11. 如請求項6之系統,其中包含該二氧化碳之該凝結水係經引入至該煙道氣凝結器(12)之底部液位中。
  12. 如請求項6之系統,其進一步包含:用於將該凝結水及該富含二氧化碳煙道氣遞送至用於分離凝結水及富含二氧化碳煙道氣之容器(83)的構件;用於調節該剩餘凝結水之構件;及用於將該釋放之二氧化碳引入至該煙道氣凝結器(12)中之構件。
TW101113324A 2011-04-15 2012-04-13 煙道氣凝結器中壓縮凝結物之調節 TW201302621A (zh)

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