TW201343241A - 用於減少冷卻機能量消耗之具有熱交換器的氣體處理系統 - Google Patents

用於減少冷卻機能量消耗之具有熱交換器的氣體處理系統 Download PDF

Info

Publication number
TW201343241A
TW201343241A TW102100457A TW102100457A TW201343241A TW 201343241 A TW201343241 A TW 201343241A TW 102100457 A TW102100457 A TW 102100457A TW 102100457 A TW102100457 A TW 102100457A TW 201343241 A TW201343241 A TW 201343241A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
stage
gas
inlet
outlet
fluid communication
Prior art date
Application number
TW102100457A
Other languages
English (en)
Inventor
Sanjay Kumar Dube
Michael Charles Balfe
Rameshwar Shamrao Hiwale
Joseph Paul Naumovitz
Original Assignee
Alstom Technology Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alstom Technology Ltd filed Critical Alstom Technology Ltd
Publication of TW201343241A publication Critical patent/TW201343241A/zh

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J15/00—Arrangements of devices for treating smoke or fumes
    • F23J15/02—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of purifiers, e.g. for removing noxious material
    • F23J15/04—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of purifiers, e.g. for removing noxious material using washing fluids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/1456—Removing acid components
    • B01D53/1475—Removing carbon dioxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46—Removing components of defined structure
    • B01D53/48—Sulfur compounds
    • B01D53/50—Sulfur oxides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46—Removing components of defined structure
    • B01D53/62—Carbon oxides
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J15/00—Arrangements of devices for treating smoke or fumes
    • F23J15/06—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of coolers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2252/00—Absorbents, i.e. solvents and liquid materials for gas absorption
    • B01D2252/10—Inorganic absorbents
    • B01D2252/102—Ammonia
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J2215/00—Preventing emissions
    • F23J2215/20—Sulfur; Compounds thereof
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J2215/00—Preventing emissions
    • F23J2215/50—Carbon dioxide
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J2219/00—Treatment devices
    • F23J2219/40—Sorption with wet devices, e.g. scrubbers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/30—Technologies for a more efficient combustion or heat usage
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/32—Direct CO2 mitigation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)
  • Gas Separation By Absorption (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

本發明係關於一種氣體處理系統，其包含具有彼此分離之第一側及第二側之熱交換器。該第一側界定第一入口及第一出口且該第二側界定第二入口及第二出口。直接接觸式冷凍機與該第一出口流體連通，直接接觸式加熱器與該第一入口流體連通及/或氣體精煉機(polisher)與該第一入口及該第一出口流體連通。該氣體處理系統包含與該第二入口及/或該第二出口流體連通之氨精煉系統。

Description

用於減少冷卻機能量消耗之具有熱交換器的氣體處理系統 (相關申請案之交叉參考)
本申請案主張2012年1月6日提出申請之臨時專利申請案第61/583,900號在35 U.S.C.§119(e)下之權利，其揭示內容之全部內容以引用方式併入本文中。
本發明概言之係關於用於基於氨之二氧化碳(CO2)去除系統中之氣體處理系統，且更具體而言係關於用於減少基於氨之CO2去除系統中所利用冷卻機之能量消耗之具有熱交換器的煙道氣處理系統。
世界上所使用之能量可源於諸如煤、石油、泥炭、廢棄物及天然氣等含有碳及氫之燃料之燃燒。除碳及氫外，該等燃料亦含有氧、水分及污染物。該等燃料之燃燒使得產生含有以下物質之煙道氣流：污染物(呈灰分形式)、二氧化碳(CO2)、硫化合物(通常呈氧化硫形式，稱為「SOx」)、氮化合物(通常呈氧化氮形式，稱為「NOx」)、氯、汞及其他痕量元素。已察覺到在燃燒期間釋放之污染物具有損壞效應，此使得應對來自發電設備、精煉器及其他工業過程之逸出物實施極嚴格限制。該等設備之操作者達成接近零污染物逸出之壓力日愈增加。然而，自煙道氣流去除污染物需要大量能量。
根據本文所揭示之態樣，提供一種氣體處理系統(例如煙道氣處理系統)，其包含具有彼此分離之第一側及第二側之熱交換器。此一熱交換器之一實例係管殼式熱交換器。第一側界定第一入口及第一出口且第二側界定第二入口及第二出口。直接接觸式冷凍機可與第一出口流體連通。直接接觸式加熱器可與第一入口流體連通。CO2吸收器可與第一入口及第一出口流體連通。氣體處理系統包含與第二入口及/或第二出口流體連通之氨精煉系統。氨精煉系統可自氣體去除氨且亦加熱氣體。
在本文所定義之另一態樣中，熱交換器可操作以影響流經直接接觸式冷凍機之氣體之約5℃至約25℃之溫度降低。
在本文所揭示之又一態樣中，提供尤其用於環境溫度通常較高之氣候中之氣體處理系統。舉例而言，氣體處理系統尤其用於在一年中大部分時間內來自冷凍塔循環水系統之冷凍水大於約25℃之氣候中。氣體處理系統亦可用於以下系統中：其中循環水之溫度大於與氣體處理系統連通之CO2吸收器中之流體溫度。
氣體處理系統具有包含第一直接接觸式冷凍機(DCC)之第一級。第一DCC界定第一氣體入口及第一氣體出口。第一氣體入口與氣體源流體連通，該氣體源係(例如)用於粉碎煤之爐或在氣體渦輪中燃燒天然氣之組合循環發電設備。氣體處理系統具有包含第二DCC之第二級。第二DCC界定第二氣體入口及第二氣體出口。第一氣體出口與第二氣體入口流體連通。氣體處理系統亦具有包含第三DCC之第三級。第三DCC界定第三氣體入口及第三氣體出口。第二氣體出口與第三氣體入口流體連通。此外，冷卻機與第三級流體連通。氣體處理系統進一步具有包含第一直接接觸式加熱器(DCH)之第四級。第一DCH界定第四氣體入口及第四氣體出口。氣體處理系統亦具有包括第二DCH之第五級。第二DCH界定第五氣體入口及第五氣體出口。第四氣體出口 與第五氣體入口流體連通。此外，氣體處理系統包含熱交換器。熱交換器具有彼此分離之第一側及第二側。第一側界定第一流體入口及第一流體出口且第二側界定第二流體入口及第二流體出口。第一流體入口與第五級流體連通且第一流體出口與第二級流體連通。第二流體入口及第二流體出口與第四級流體連通。
第一、第二及第三級協作以將供應至其中之熱氣體之溫度自約40℃至60℃冷凍至約5℃至10℃。在第四及第五級中將氣體自約5℃至10℃加熱至約40℃至60℃。第一級中之冷卻通常係藉由來自冷卻塔之冷卻水來影響。第二級中之冷凍通常係藉由來自熱交換器之冷凍水來影響。熱交換器在第四級中使用自第二級中之氣體提取之熱量來加熱氣體，由此冷凍第二級中之氣體。第三級中之冷凍係藉由冷卻機來影響。藉由由熱交換器提供之冷凍來減少冷卻機上之負荷。
此外，諸如硫酸銨(AS)溶液等流體可流經熱交換器之第二側。因此，穿過熱交換器之AS溶液之溫度升高約5℃至約20℃。加熱AS溶液且蒸發氣體中之水會增加AS溶液之濃度。舉例而言，將AS溶液之濃度增加至約40重量%(±5重量%)。將AS溶液之濃度增加至約40重量%會減少所需AS沖洗之量。因AS沖洗之量有所減少，故所需沖洗系統之大小小於採用濃度小於約35%之AS溶液之氣體系統。
在本文所揭示之再一態樣中，提供尤其用於環境溫度通常較低之氣候中之氣體處理系統。舉例而言，氣體處理系統尤其用於在一年中大部分時間內來自冷凍塔循環水系統之冷凍水小於約25℃之氣候中。氣體處理系統亦可用於以下系統中：其中循環水之溫度小於與氣體處理系統連通之CO2吸收器中之流體溫度。
氣體處理系統具有包含第一DCC之第一級，該第一DCC界定第一氣體入口及第一氣體出口。在一實施例中，第一氣體入口與煙道氣源流體連通，該煙道氣源係(例如)用於粉碎煤之爐或在氣體渦輪中燃燒 天然氣之組合循環發電設備。氣體處理系統進一步具有包括第二DCC之第二級。第二DCC界定第二氣體入口及第二氣體出口。第一氣體出口與第二氣體入口流體連通。此外，冷卻機與第二級流體連通。氣體處理系統亦具有包含第一DCH之第三級。第一DCH界定第三氣體入口及第三氣體出口。氣體處理系統進一步具有包含第二DCH之第四級，該第二DCH界定第四氣體入口及第四氣體出口。第三氣體出口與第四氣體入口流體連通。氣體處理系統亦包含具有彼此分離之第一側及第二側之熱交換器。第一側界定第一流體入口及第一流體出口且第二側界定第二流體入口及第二流體出口。第一流體入口及第一流體出口與CO2吸收器流體連通。第二流體入口及第二流體出口與第四級流體連通。
在一實施例中，第二冷卻機與CO2吸收器流體連通。此外，熱交換器可將進入第一流體入口之流體之溫度降低約5℃至約20℃。流體溫度之此一降低會減少第二冷卻機上之負荷。
在一實施例中，在第一級之上游定位有煙道氣精煉機(polisher)且與該第一級流體連通。煙道氣精煉機尤其用於處理來自燃燒經粉碎煤之爐之煙道氣。在該等情形下，煙道氣精煉機去除自爐排放之煙道氣中之SO2、SO3及飛灰。
10‧‧‧煙道氣處理系統
11‧‧‧AS沖洗管線
12‧‧‧6級直接接觸式冷凍機(DCC)/直接接觸式加熱器(DCH)堆疊
14‧‧‧隔板
16‧‧‧熱交換器
19‧‧‧第一冷卻機系統
20‧‧‧第一級
21‧‧‧煙道氣入口
22‧‧‧上游源
23‧‧‧第一煙道氣通道
24‧‧‧氨入口
25‧‧‧AS出口
26‧‧‧第一幫浦
27‧‧‧第一液體分配系統
28‧‧‧管線
29‧‧‧噴嘴
30‧‧‧第二級
31‧‧‧第二煙道氣通道
32‧‧‧入口
33‧‧‧第二液體分配系統
34‧‧‧冷凍塔
35‧‧‧管線
36‧‧‧冷凍側出口
37‧‧‧入口
38‧‧‧導管
39‧‧‧第二幫浦
40‧‧‧第三級
41‧‧‧第一出口
42‧‧‧第三煙道氣通道
43‧‧‧入口
44‧‧‧第三液體分配系統
50‧‧‧第四級
51‧‧‧入口
52‧‧‧出口
53‧‧‧致冷系統
54‧‧‧第四煙道氣通道
55‧‧‧煙道氣出口
57‧‧‧入口
58‧‧‧第四液體分配系統
59‧‧‧出口
59A‧‧‧管線
60‧‧‧第五級
61‧‧‧第二入口
62‧‧‧第二出口
63‧‧‧入口
64‧‧‧出口
65‧‧‧第三幫浦
66‧‧‧入口
67‧‧‧第五液體分配系統
68‧‧‧煙道氣入口
69‧‧‧第五煙道氣通道
70‧‧‧第六級
71‧‧‧第一入口
72‧‧‧出口
73‧‧‧分支連接件
74‧‧‧管道
75‧‧‧出口
76‧‧‧管線
77‧‧‧NH3水洗滌系統/基於冷卻氨之CO2吸收器
78‧‧‧CO2吸收器/NH3水洗滌系統
79‧‧‧入口
80‧‧‧出口
81‧‧‧第四幫浦
82‧‧‧管線
85‧‧‧管線
87‧‧‧第六液體分配系統
110‧‧‧煙道氣處理系統
112‧‧‧5級直接接觸式冷凍機(DCC)/直接接觸式加熱器 (DCH)
114‧‧‧隔板
116‧‧‧熱交換器
120‧‧‧第一級
121‧‧‧入口
130‧‧‧第二級
134‧‧‧冷凍塔
141‧‧‧第一出口
141A‧‧‧分支連接件
141B‧‧‧管線
150‧‧‧第三級
160‧‧‧第四級
161‧‧‧第二入口
162‧‧‧第二出口
170‧‧‧第五級
171‧‧‧第一入口
177‧‧‧CO2吸收器
178‧‧‧NH3水洗滌系統
183‧‧‧氨再生器系統
184‧‧‧第二基於致冷之冷卻機系統
186‧‧‧入口
188‧‧‧分支連接件
190‧‧‧入口
191‧‧‧入口
192‧‧‧出口
193‧‧‧出口
210‧‧‧煙道氣處理系統
211‧‧‧AS沖洗管線
212‧‧‧5級直接接觸式冷凍機(DCC)/直接接觸式加熱器(DCH)堆疊
214‧‧‧隔板
216‧‧‧熱交換器
219‧‧‧第一冷卻機系統
221‧‧‧煙道氣入口
222‧‧‧上游源
230‧‧‧第一級
231‧‧‧第一煙道氣通道
232‧‧‧入口
233‧‧‧第一液體分配系統
234‧‧‧冷凍塔
235‧‧‧管線
236‧‧‧冷凍側出口
237‧‧‧入口
238‧‧‧導管
239‧‧‧第二幫浦
240‧‧‧第二級
241‧‧‧第一出口
242‧‧‧第二煙道氣通道
243‧‧‧入口
244‧‧‧第二液體分配系統
250‧‧‧第三級
251‧‧‧入口
252‧‧‧出口
253‧‧‧致冷系統
254‧‧‧第三煙道氣通道
255‧‧‧煙道氣出口
257‧‧‧入口
258‧‧‧第三液體分配系統
259‧‧‧出口
259A‧‧‧管線
260‧‧‧第四級
261‧‧‧第二入口
262‧‧‧第二出口
263‧‧‧入口
264‧‧‧出口
265‧‧‧第三幫浦
266‧‧‧入口
267‧‧‧第四液體分配系統
268‧‧‧煙道氣入口
269‧‧‧第四煙道氣通道
270‧‧‧第五級
271‧‧‧第一入口
272‧‧‧出口
273‧‧‧分支連接件
274‧‧‧管道
275‧‧‧出口
276‧‧‧管線
277‧‧‧CO2吸收器
278‧‧‧NH3水洗滌系統
279‧‧‧入口
280‧‧‧出口
281‧‧‧第四幫浦
282‧‧‧管線
287‧‧‧第五液體分配系統
310‧‧‧煙道氣處理系統
312‧‧‧4級直接接觸式冷凍機(DCC)/直接接觸式加熱器(DCH)
314‧‧‧隔板
316‧‧‧熱交換器
321‧‧‧入口
322‧‧‧上游源
330‧‧‧第一級
334‧‧‧冷凍塔
341‧‧‧第一出口
341A‧‧‧分支連接件
341B‧‧‧管線
350‧‧‧第二級
360‧‧‧第三級
361‧‧‧第二入口
362‧‧‧第二出口
370‧‧‧第四級
371‧‧‧第一入口
377‧‧‧CO2吸收器
378‧‧‧NH3水洗滌系統
383‧‧‧氨再生器系統
384‧‧‧第二基於致冷之冷卻機系統
386‧‧‧入口
388‧‧‧分支連接件
390‧‧‧入口
391‧‧‧入口
392‧‧‧出口
393‧‧‧出口
A‧‧‧連接方塊
現參照圖式，其中所有相似部件具有相似編號；圖1係本文所揭示氣體處理系統之示意圖；圖2係本文所揭示另一氣體處理系統之示意圖；圖3係本文所揭示另一煙道處理系統之示意圖；且圖4係本文所揭示另一煙道處理系統之示意圖。
如圖1中所圖解說明，通常藉由編號10來指示用於基於冷卻氨之 CO2去除系統中之煙道氣處理系統。煙道氣處理系統10在煙道氣精煉機(例如，第一級20)中接收煙道氣，其中在藉由上游煙道氣處理系統(例如洗滌器、靜電沈澱器及袋濾室，未展示)進行初步處理之後自煙道氣去除殘餘污染物及微粒物質。然後在多級冷凍機(例如，直接接觸式冷凍機，其具有第二級30、第三級40及第四級50冷凍機)中冷凍經精煉煙道氣，從而備用於將經冷凍(例如，冷卻)煙道氣傳輸至CO2吸收器78中，如下文所闡述。CO2吸收器78使用基於氨或胺之溶液吸收來自冷凍煙道氣之CO2。將貧CO2煙道氣與由煙道氣吸收之NH3一起自CO2吸收器排放至NH3水洗滌系統77中以用於自貧CO2煙道氣初步去除NH3。隨後將貧CO2煙道氣傳送至另一NH3去除系統(例如，直接接觸式加熱器之第五級60及第六級70)，其中將貧CO2煙道氣加熱且藉由去除殘餘NH3來進行精煉，然後排放至堆疊(未展示)中。
煙道氣處理系統10包含熱交換器16，其在第五級60中幫助加熱煙道氣且在第三級40中幫助冷凍煙道氣。使用熱交換器16減少了用於冷凍第四級50中之煙道氣之冷卻機系統19上之負荷，由此與先前技術系統相比提高煙道氣處理系統10之效率，如下文所闡述。在一實施例中，熱交換器可操作以影響流經直接接觸式冷凍機之氣體之約5℃至約25℃之溫度降低，如本文所闡述。
參照圖1，煙道氣處理系統10包含配置於共同塔中之6級直接接觸式冷凍機(DCC)/直接接觸式加熱器(DCH)堆疊12。在圖1中所圖解說明之實施例中，DCC包含與第二級30流體連通之第一級20。DCC亦包含與第二級30及第四級50流體連通且定位於其間之第三級40。第二級30定位於第一級20與第三級40之間。DCH包含與第六級70流體連通之第五級60。第一級係用於自富CO2煙道氣(例如自燃燒經粉碎煤之爐(未展示)排放之煙道氣)去除污染物(例如殘餘SO2、SO3及飛灰)之精煉系統。第五級60係用於自貧CO2煙道氣去除殘餘NH3之NH3精煉系 統。DCC及DCH藉由定位於第四級50與第五級60之間之隔板14以機械方式彼此耦合。煙道氣處理系統10包含界定彼此分離之第一側及第二側之熱交換器16。熱交換器16之第一側界定與第六級70流體連通之第一入口71及與第三級40流體連通之第一出口41。熱交換器16之第二側界定第二入口61(其用於接收藉由經冷卻貧CO2煙道氣冷凍之流體(例如，AS溶液))及第二出口62(其用於排放在熱交換器16中加熱後之流體)，第二入口61及第二出口62各自與第五級60流體連通。在一實施例中，熱交換器16係非直接接觸式熱交換器，例如但不限於管殼式熱交換器。
儘管展示及闡述煙道氣處理系統10具有6級，但本揭示內容並不限於此，此乃因可採用具有任一DCC及/或DCH級數之煙道氣處理系統。舉例而言，下文參照圖2闡述具有5級(亦即，第一級120、第二級130、第三級150、第四級160及第五級170，其分別類似於圖1之煙道氣處理系統10之第一級20、第二級30、第四級50、第五級60及第六級70，但並無對應於圖1之DCC之第三級40之級)之煙道氣處理系統110。此外，下文參照圖3闡述具有5級(亦即，第一級230、第二級240、第三級250、第四級260及第五級270，其分別類似於圖1之煙道氣處理系統10之第二級30、第三級40、第四級50、第五級60及第六級70，但並無對應於圖1之DCC之第一級20之級)之煙道氣處理系統210。另外，下文參照圖4闡述具有4級(亦即，第一級330、第二級350、第三級360及第四級370，其分別類似於圖1之煙道氣處理系統10之第二級30、第四級50、第五級60及第六級70，但並無對應於圖1之DCC之第一級20或第三級40之級)之煙道氣處理系統310。
此外，儘管展示及闡述一個熱交換器16，但本揭示內容並不限於此，此乃因可採用一個以上熱交換器。儘管展示及闡述第四級50及第五級60在共同塔中彼此耦合及定位，但本揭示內容並不限於此，此 乃因第四及第五級可彼此分離。儘管闡述將煙道氣處理系統10用於處理煙道氣，但本揭示內容並不限於此，此乃因處理系統10亦可用於處理其他氣體。
煙道氣處理系統10之DCC包含第一冷卻機系統19，第一冷卻機系統19具有與第四級50流體連通之入口51及出口52。第一冷卻機系統19包含致冷系統53，致冷系統53冷凍經由入口51及出口52流經其之流體，如下文所闡述。熱交換器16可操作以減少冷卻機系統19之冷凍需求。
如圖1中所圖解說明，DCC之第一級20係用於自富CO2煙道氣去除污染物(例如殘餘SO2、SO3及飛灰)之煙道氣精煉系統。第一級20包含用於接收來自上游源22(例如但不限於洗滌器或燃燒粉碎煤之爐)之富CO2煙道氣之煙道氣入口21。具有用於煙道氣精煉之第一級20之煙道氣處理系統10亦可用於處理來自具有氣體渦輪(例如，天然氣燃燒氣體渦輪)之組合循環發電設備的煙道氣。然而，如下文參照圖3及4所闡述，可刪除用於處理來自該等組合循環發電設備之煙道氣之煙道氣精煉用第一級20，此乃因藉由在氣體渦輪中燃燒天然氣所生成之SO2、SO3及飛灰之含量較低或不存在。
第一級20亦包含與第二級30連通且用於將煙道氣傳送至第二級中之第一煙道氣通道23。第一級20包含用於將氨溶液(例如硫酸銨(AS))供應至第一級之氨入口24。第一級20包含與第一幫浦26之入口流體連通之AS出口25。第一幫浦26界定經由管線28與第一液體分配系統27流體連通之出口。第一液體分配系統27佈置於由第一級20界定之內部區域中。第一液體分配系統27經組態具有複數個噴嘴29，該等噴嘴可操作以將AS(例如pH為約4至6之AS溶液)分散至第一級20之內部區域中，從而使得AS可與污染物(例如但不限於來自煙道氣之SO2、SO3及飛灰)連通且去除該等污染物。
如圖1中所圖解說明，DCC之第二級30係冷凍機(例如，直接接觸式冷凍機)級，其用於降低流經其之富CO2煙道氣之溫度以備用於基於冷卻氨之CO2吸收器77中的CO2去除，如本文中所闡述。第二級30經組態以經由第一煙道氣通道23接收來自第一級20之煙道氣。第二級30包含與第三級40連通以用於將煙道氣傳送至第三級中之第二煙道氣通道31。第二級30包含入口32，入口32與佈置於由第二級30界定之內部區域中之第二液體分配系統33流體連通。第二液體分配系統33經組態類似於上述第一液體分配系統27。入口32與所供應之冷凍液體(例如來自冷凍塔34之循環水)流體連通。經由自冷凍塔之冷凍側出口36延伸之管線35提供在入口32與冷凍塔34之間的流體連通。冷凍塔34包含與第六級70之出口72流體連通之入口37。冷凍塔34包含用於使空氣流流經冷凍塔之導管38。
仍參照圖1，DCC之第三級40係冷凍機(例如，直接接觸式冷凍機)級，其用於降低流經其之富CO2煙道氣之溫度以備用於基於冷卻氨之CO2吸收器77中的CO2去除，如本文中所闡述。第三級40經組態以經由第二煙道氣通道31接收來自第二級30之煙道氣。第三級40包含與第四級50連通以用於將煙道氣傳送至第四級中之第三煙道氣通道42。第三級40包含入口43，入口43與佈置於由第三級40界定之內部區域中之第三液體分配系統44流體連通。第三液體分配系統44經組態類似於上述第一液體分配系統27。入口43與用於冷凍第三級40中之煙道氣之熱交換器16之第一出口41流體連通。
仍參照圖1，DCC之第四級50係冷凍機(例如，直接接觸式冷凍機)級，其用於降低流經其之富CO2煙道氣之溫度以備用於基於冷卻氨之CO2吸收器77中的CO2去除，如本文中所闡述。第四級50經組態以經由第三煙道氣通道42接收來自第三級40之煙道氣。第四級50包含與煙道氣出口55連通以用於將離開第四級之經冷凍富CO2煙道氣傳送至 CO2吸收器77(參見標記為A之連接方塊(connecting block))中之第四煙道氣通道54。第四級50包含入口57，入口57與佈置於由第四級50界定之內部區域中之第四液體分配系統58流體連通。第四液體分配系統58經組態類似於上述第一液體分配系統27。入口57與第一冷卻機系統19之出口52流體連通。第四級50包含與第一冷卻機系統19之入口51流體連通之出口59，第一冷卻機系統19用於冷凍第四級50中之煙道氣。在一實施例中，第二幫浦39佈置於連接第四級50之出口59與第一冷卻機系統19之入口51之管線59A中以用於穿過管線59A傳送流體。
在圖1中所圖解說明之實施例中，DCH之第五級60係直接接觸式加熱器，該直接接觸式加熱器係用於加熱其中之貧CO2煙道氣。第五級亦係用於去除來自貧CO2煙道氣之殘餘NH3之NH3精煉系統。第五級60包含入口63，入口63用於將硫酸(S2SO4)供應至由第五級界定之內部區域中，從而用於在藉由硫酸加熱煙道氣時自煙道氣去除NH3。第五級60包含出口64，出口64與第三幫浦65之抽吸側連通以用於傳送已因將熱量轉移至煙道氣而冷凍之硫酸。第三幫浦65之出口與熱交換器16之第二入口61流體連通，熱交換器16利用經冷凍硫酸來冷凍自冷凍塔34接收之流體(例如水)，如本文所闡述。第三幫浦65之出口亦與AS沖洗管線11流體連通，AS沖洗管線11連接至AS沖洗系統(未展示)以用於調節AS濃度。第五級60包含入口66，入口66與佈置於由第五級60界定之內部區域中之第五液體分配系統67流體連通。第五液體分配系統67經組態類似於上述第一液體分配系統27。入口66與熱交換器16之第二出口62流體連通。在所圖解說明之實施例中，流經第二入口61之流體流入熱交換器16之殼側中且經由第二出口62離開。另一流體(例如，來自循環水系統之水)流經熱交換器16之第一入口71進入佈置於殼側中之管道74之內部區域中且經由第一出口41排放。熱交換器16之第一入口71與管線35上之分支連接件73流體連通。
煙道氣處理系統10包含基於氨及/或胺之CO2捕獲系統(包含(例如)用於自煙道氣去除CO2之CO2吸收器77)及水洗滌系統(例如，NH3水洗滌系統78，其用於接收貧CO2煙道氣且用於去除在CO2吸收器中由貧CO2煙道氣吸收之氨)，如圖1中所展示且類似於彼等揭示於以下專利中者：2009年9月9日提出申請且標題為「Chilled Ammonia Based CO2 Capture System with Water Wash System」之共同擁有且共同待決之美國專利申請案第12/556,043號(公開案第US 2010-0083831號)；及2010年8月3日提出申請且標題為「Method and System for Capturing and Utilizing Energy Generated in a Flue Gas Stream Processing System」之美國專利申請案第12/849,128號(公開案第2001/0068585號)，其全部內容皆以引用方式併入本文中。第五級60包含煙道氣入口68。煙道氣入口68與78定位於煙道氣入口68上游之NH3水洗滌系統流體連通。NH3水洗滌系統78與定位於NH3水洗滌系統上游之CO2吸收器77流體連通。CO2吸收器77經由出口55及管線76與第四級50流體連通。第五級60亦包含提供第五級60與第六級70之間之流體連通之第五煙道氣通道69。
如圖1中所圖解說明，第六級70經組態以經由第五煙道氣通道69接收來自第五級60之經冷凍貧CO2煙道氣且進行加熱。第六級70包含自第六級排放煙道氣之出口75。在一實施例中，將煙道氣自出口75排放至堆疊中。第六級70包含與第二級30之出口80流體連通之入口79。入口79與佈置於由第六級70界定之內部區域中之第六液體分配系統87流體連通。第六液體分配系統87經組態類似於上述第一液體分配系統27。在連接第二級30之出口80及第六級70之入口79之管線82中提供第四幫浦81。
在圖1中所圖解說明之實施例中，第一級20經由管線85與第五級60流體連通以用於調節佈置於第五級60中之AS溶液之濃度及pH。
圖2之煙道氣處理系統110與圖1之煙道氣處理系統10類似。因此，向相似元件指派以數字1開頭之類似元件編號。如圖2中所圖解說明，通常藉由編號110來指示用於基於冷卻氨之CO2去除系統中之煙道氣處理系統110。煙道氣處理系統110包含5級直接接觸式冷凍機(DCC)/直接接觸式加熱器(DCH)112，其包含具有第一級120、第二級130及第三級150(分別類似於圖1之第一級20、第二級30及第四級50)之DCC。然而，圖2之煙道氣處理系統110之DCC並無對應於圖1中DCC之第三級40之級。DCH包含第四級160及第五級170，其分別類似於圖1之第五級60及第六級70。
在圖2中所圖解說明之實施例中，第一級120與第二級130流體連通。第二級130與第一級130及第三級150流體連通且定位於其間。第四級160與第五級170流體連通。DCC及DCH藉由定位於第三級150與第四級160之間之隔板114以機械方式彼此耦合。
第一級120、第二級130、第三級150、第四級160及第五級170經組態分別類似於上文所闡述DCC/DCH 12之第一級20、第二級30、第四級50、第五級60及第六級70，且具有下列明顯例外。煙道氣處理系統110包含界定彼此分離之第一側及第二側之熱交換器116。第一側界定第一入口171及第一出口141。第二側界定第二入口161及第二出口162。在一實施例中，熱交換器116係非直接接觸式熱交換器，例如但不限於管殼式熱交換器。
第一入口171及第一出口141與CO2吸收器177流體連通。CO2吸收器177界定兩個入口190及191及兩個出口192及193。CO2吸收器177經由管線141B與熱交換器116流體連通，管線141B連接熱交換器之第一出口141及CO2吸收器之入口191。CO2吸收器177之出口192與氨再生器系統183流體連通。CO2吸收器177之出口192包含與熱交換器116之第一入口171流體連通之分支連接件188。第二基於致冷之冷卻機系統 184經由入口190與CO2吸收器177流體連通。第二冷卻機系統184包含與氨再生器183流體連通之入口186。在一實施例中，熱交換器116之第一出口141包含與第二冷卻機系統184流體連通之分支連接件141A。CO2吸收器177之出口193與NH3水洗滌系統178流體連通。熱交換器116可操作以減少第二冷卻機系統184之冷凍需求，如下文所詳細闡述。
如圖3中所圖解說明，用於基於冷卻氨之CO2去除系統中之煙道氣處理系統210類似於圖1之煙道氣處理系統10，因此，向類似元件指派以數字2開頭之類似元件編號。煙道氣處理系統210包含5級直接接觸式冷凍機(DCC)/直接接觸式加熱器(DCH)堆疊212。在圖3中所圖解說明之實施例中，DCC包含與第二級240流體連通之第一級230，該等級類似於圖1之DCC第二級30及第三級40。第三級250定位於DCC之第二級240與DCH之第四級260之間。然而，圖3之煙道氣處理系統210之DCC並不包含類似於圖1之第一級20之煙道氣精煉級。在圖3之煙道氣處理系統210中已刪除用於煙道氣精煉之第一級20，此乃因來自利用氣體渦輪之組合循環發電設備之煙道氣中之SO2、SO3及飛灰的含量較低或不存在。
參照圖3，煙道氣處理系統210之DCH包含與第五級270流體連通之第四級260。第四級260係用於自煙道氣去除殘餘NH3之NH3精煉系統。DCC及DCH藉由定位於第三級250與第四級260之間之隔板214彼此耦合。煙道氣處理系統210包含界定彼此分離之第一側及第二側之熱交換器216。熱交換器216之第一側界定與第五級270流體連通之第一入口271及與第二級240流體連通之第一出口241。熱交換器216之第二側界定各自與第四級260流體連通之第二入口261及第二出口262。在一實施例中，熱交換器216係非直接接觸式熱交換器，例如但不限於管殼式熱交換器。
參照圖3，煙道氣處理系統210之DCC包含具有與第四級250流體連通之入口251及出口252之第一冷卻機系統219。第一冷卻機系統219包含冷凍流經入口251及出口252之流體之致冷系統253，如下文所闡述。熱交換器216可操作以減少冷卻機系統219之冷凍需求。
如圖3中所圖解說明，DCC之第一級230包含用於接收來自上游源222(例如但不限於用於燃燒天然氣之具有氣體渦輪之組合循環發電設備)之富CO2煙道氣之煙道氣入口221。第一級230包含與第二級240連通以用於將煙道氣傳送至第三級中之第一煙道氣通道231。第一級230包含與佈置於由第一級230界定之內部區域中之第一液體分配系統233流體連通之入口232。第一液體分配系統233經組態類似於上述第一液體分配系統27(參照圖1)。入口232與所供應之冷凍液體(例如來自冷凍塔234之循環水)流體連通。經由自冷凍塔之冷凍側出口236延伸之管線235來提供入口232與冷凍塔234之間之流體連通。冷凍塔234包含與第五級270之出口272流體連通之入口237。冷凍塔234包含使空氣流流經冷凍塔之導管238。
仍參照圖3，第二級240係經組態以經由第一煙道氣通道231自第一級230接收富CO2煙道氣之DCC。第二級240包含與第三級250連通以用於將煙道氣傳送至第四級中之第二煙道氣通道242。第二級240包含與佈置於由第二級240界定之內部區域中之第二液體分配系統244流體連通之入口243。第二液體分配系統244經組態類似於上述第一液體分配系統27(參照圖1)。入口243與熱交換器216之第一出口241流體連通。
仍參照圖3，第三級250係經組態以經由第二煙道氣通道242自第二級240接收富CO2煙道氣之DCC。第三級250包含與煙道氣出口255連通以用於將富CO2煙道氣傳送離開第三級之第三煙道氣通道254。第三級250包含與佈置於由第三級250界定之內部區域中之第三液體分 配系統258流體連通之入口257。第三液體分配系統258經組態類似於上述第一液體分配系統27(參照圖1)。入口257與第一冷卻機系統219之出口252流體連通。第三級250包含與第一冷卻機系統219之入口251流體連通之出口259。在一實施例中，第二幫浦239佈置於管線259A中，管線259A連接第三級250之出口259與第一冷卻機系統219之入口251以用於傳送流體穿過管線259A。
在圖3中所圖解說明之實施例中，第四級260係加熱其中之貧CO2煙道氣之DCH。第四級260亦係用於自CO2煙道氣去除殘餘NH3之NH3精煉系統。第四級260包含將硫酸(S2SO4)供應至由第四級界定之內部區域中之入口263。第四級260包含與第三幫浦265之抽吸側流體連通之出口264。第三幫浦265之出口與熱交換器216之第二入口261流體連通。第三幫浦265之出口亦與連接至AS沖洗系統(未展示)之AS沖洗管線211流體連通。第四級260包含與佈置於由第四級260界定之內部區域中之第四液體分配系統267流體連通之入口266。第四液體分配系統267經組態類似於上述第一液體分配系統27(參照圖1)。入口266與熱交換器216之第二出口262流體連通。在所圖解說明之實施例中，流經第二入口261之流體流入熱交換器216之殼側中且經由第二出口262離開。另一流體(例如，來自循環水系統之水)流經熱交換器216之第一入口271進入佈置於殼側中之管道274之內部區域中且經由第一出口241排放。熱交換器216之第一入口271與管線235上之分支連接件273流體連通。
參照圖3，第四級260包含煙道氣入口268。煙道氣入口268與定位於煙道氣入口268上游之NH3水洗滌系統278流體連通。NH3水洗滌系統278與定位於NH3水洗滌系統上游之CO2吸收器277流體連通。CO2吸收器277經由出口255及管線276與第三級250流體連通。第四級260亦包含提供第四級260與第五級270之間之流體連通之第四煙道氣通道 269。
如圖3中所圖解說明，第五級270經組態以經由第四煙道氣通道269自第四級260接收煙道氣。第五級270包含自第五級排放煙道氣之出口275。在一實施例中，將煙道氣自出口275排放至堆疊中。第五級270包含與第一級230之出口280流體連通之入口279。入口279與佈置於由第五級270界定之內部區域中之第五液體分配系統287流體連通。第五液體分配系統287經組態類似於上述第一液體分配系統27(參照圖1)。第四幫浦281提供於連接第一級230之出口280及第五級270之入口279之管線282中。
圖4之煙道氣處理系統310類似於圖2之煙道氣處理系統10。因此，向相似元件指派類似元件編號，其中前導數字1由數字3代替。如圖4中所圖解說明，通常藉由編號310來指示用於基於冷卻氨之CO2去除系統中之煙道氣處理系統310。煙道氣處理系統310包含4級直接接觸式冷凍機(DCC)/直接接觸式加熱器(DCH)312，其具有第一級330、第二級350、第三級360及第四級370，該等級分別類似於圖1之煙道氣處理系統10之第二級30、第四級50、第五級60及第六級70。然而，圖4之煙道氣處理系統310並無對應於圖1之煙道氣處理系統10之第一級20或第三級40的級。
在圖4中所圖解說明之實施例中，第一級330與第二級350流體連通。第三級360與第四級370流體連通。DCC及DCH藉由定位於第二級350與第三級360之間之隔板314以機械方式彼此耦合。
圖4中所圖解說明之第一級330、第二級350、第三級360及第四級370經組態類似於如上文針對圖2中所圖解說明之煙道氣處理系統110所闡述之第二級130、第三級150、第四級160及第五級170。然而，第一級330包含用於接收來自上游源322(例如但不限於用於燃燒天然氣之具有氣體渦輪之組合循環發電設備)之煙道氣之入口321。
參照圖4，煙道氣處理系統310包含界定彼此分離之第一側及第二側之熱交換器316。第一側界定第一入口371及第一出口341。第二側界定第二入口361及第二出口362。在一實施例中，熱交換器316係非直接接觸式熱交換器，例如但不限於管殼式熱交換器。
參見圖4，第一入口371及第一出口341與CO2吸收器377流體連通。CO2吸收器377界定兩個入口390及391及兩個出口392及393。CO2吸收器377經由管線341B與熱交換器316流體連通，管線341B連接熱交換器之第一出口341及CO2吸收器之入口391。CO2吸收器377之出口392與氨再生器系統383流體連通。CO2吸收器377之出口392包含與熱交換器316之第一入口371流體連通之分支連接件388。第二基於致冷之冷卻機系統384經由入口390與CO2吸收器377流體連通。第二冷卻機系統384包含與氨再生器383流體連通之入口386。在一實施例中，熱交換器316之第一出口341包含與第二冷卻機系統384流體連通之分支連接件341A。CO2吸收器377之出口393與NH3水洗滌系統378流體連通。熱交換器316可操作以減少第二冷卻機系統384之冷凍需求，如下文所詳細闡述。
在圖1之煙道氣處理系統10之操作期間，DCC將經由入口121供應之熱煙道氣之溫度自約40℃至60℃冷凍至約5℃至10℃。冷凍發生於第二級30、第三級40及第四級50中。DCH將煙道氣自約5℃至10℃加熱至約40℃至60℃。加熱發生於第五級60及第六級70中。
第二級30中之冷凍通常係藉由來自冷凍塔34之冷凍水來影響。第三級40中之冷凍通常係藉由來自熱交換器之冷凍水來影響。熱交換器16使用自第三級40中之煙道氣提取之熱量加熱第五級60中之煙道氣，由此冷凍第三級中之煙道氣。第四級50中之冷凍係藉由第一冷卻機系統19來影響。藉由由熱交換器16提供之冷凍來減少冷卻機系統19上之負荷。第五級60中之加熱係藉由上述熱交換器16來影響。第六級 70中之加熱係藉由第二級30中吸收來自流經其之煙道氣之熱量的水流來影響。
第一級20使用氨溶液(例如pH為約4至6之硫酸銨(AS)溶液)處理熱煙道氣以去除來自熱煙道氣之SO2、SO3及飛灰。在約40℃至60℃之溫度下經由第一煙道氣通道23將煙道氣自第一級20排放至第二級30中。藉由使第二級30中之煙道氣通過供應至第二液體分配系統33之水噴霧來將該煙道氣自約40℃至60℃冷凍至約30℃至40℃。在約15℃至25℃之溫度下經由入口32將水供應至液體分配系統33。自冷凍塔34供應供應至入口32之水。因此，供應至第二液體分配系統33之水之溫度取決於環境條件，例如通過冷凍塔34之導管38之空氣流之溫度。
經由第二煙道氣通道31將煙道氣傳送至第三級40中。在第三級40中藉由熱交換器16將煙道氣自約30℃至40℃冷凍至約15℃至25℃。因此，熱交換器可操作以影響流經第三級40之煙道氣之約5℃至約25℃之溫度降低。在一實施例中，熱交換器可操作以影響流經第三級40之煙道氣之約8℃至約12℃之溫度降低。
端視環境溫度條件，熱交換器16自冷凍塔34接收溫度為約15℃至25℃之水。熱交換器16影響自冷凍塔34供應至熱交換器之水之約5℃至約15℃之溫度降低。因此，在約10℃至15℃之溫度下將水自熱交換器供應至第三液體分配系統44中。使煙道氣通過供應至第三液體分配系統44中之水噴霧。
將溫度為約5℃至10℃之硫酸銨(AS)溶液自第五級60傳送穿過熱交換器16之第二側。將熱量自熱交換器16之第一側中之水轉移至熱交換器之第二側中之AS溶液中。將AS溶液在熱交換器16中加熱至約15℃至25℃。因此，熱交換器16影響在入口61處進入熱交換器之第二側之AS溶液之約10℃至15℃之溫度升高。
經由第三煙道氣通道42將煙道氣傳送至第四級50中。藉由第一 冷卻機系統19將煙道氣在第四級50中自約15℃至25℃冷凍至約5℃±5℃。舉例而言，使煙道氣通過供應至第四液體分配系統58之水噴霧。在約5℃±5℃之溫度下經由入口57將水供應至第四液體分配系統58中。自第一冷卻機系統19經由出口52供應供應至入口57之水。因此，第一冷卻機系統19影響流經第四級50之煙道氣之約10℃至15℃之溫度降低。經由穿過第四煙道氣通道54、出口55及管線76之路徑將煙道氣自第四級50排放至CO2吸收器77中。在約5℃±5℃之溫度下將煙道氣自第四級50排放。
CO2吸收器77自煙道氣去除CO2，然後將貧CO2煙道氣傳送至NH3水洗滌系統78中以用於自煙道氣去除氨。在約5℃±5℃下將煙道氣自NH3水洗滌系統78傳輸至DCH之第五級60中。將煙道氣在第五級60中自約5℃±5℃加熱至約15℃至25℃。第五級60係氨精煉系統，其自硫酸與煙道氣中所含之氨之反應產生AS。經由第三幫浦65使AS溶液循環穿過第五級60及熱交換器16之殼側。在約17℃至25℃之溫度下將AS溶液自熱交換器16之第二出口62供應至液體分配系統67中。液體分配系統67將AS溶液噴霧至第五級60之內部區域中以用於與煙道氣連通且自煙道氣去除NH3。AS溶液之噴霧將煙道氣之溫度升高至約15℃至25℃。將AS溶液在熱交換器中自約5℃±5℃加熱至約15℃至25℃。AS溶液之加熱及煙道氣中之水蒸發增加了AS溶液之濃度。舉例而言，將AS溶液之濃度增加至約40重量%(±5重量%)。將AS溶液之濃度增加至約40重量%減少了需要經由AS沖洗管線11進行之AS沖洗量。可藉由經由再循環管線85傳送第一級20中所含之AS溶液部分來進一步控制AS溶液之濃度。在約15℃至20℃之溫度下經由第五煙道氣通道69將煙道氣自第五級60傳送至第六級70中。
在第六級中藉由將煙道氣暴露於自第二級30之出口80供應之水噴霧中來將煙道氣自約15℃至25℃加熱至約40℃至60℃。在約40℃至 60℃之溫度下經由第四幫浦81及管線82自第二級30之出口80供應水。將40℃至60℃水傳送至液體分配系統87，液體分配系統87將水噴霧至由第六級70界定之內部區域中。經由出口75將煙道氣自第六級70排放至堆疊中。端視環境溫度，將噴霧至第六級70之內部區域中之水冷凍至約15℃至25℃且經由出口72自第六級排放至冷凍塔34中以用於進一步冷凍。
圖2之煙道氣處理系統110之操作類似於上述煙道氣處理系統10，只是具有下述明顯例外。因煙道氣處理系統110並不包含對應於煙道氣處理系統10之第三級之級，故熱交換器116之第一入口171並不與冷凍塔134流體連通且第一出口141並不與第三級流體連通。而是，因熱交換器116與CO2吸收器177流體連通，故熱交換器冷凍自CO2吸收器供應之含有CO2之溶液。將自CO2吸收器177所排放溶液之約85%至90%經由穿過第二吸收器出口192、再生器183及第二冷卻機入口186之路徑傳送至第二冷卻機系統184中。將自CO2吸收器177所排放溶液之約10%至15%經由穿過分支連接件188及第一入口171之路徑傳送至熱交換器116中。在熱交換器116之管道側中將溶液溫度自約30℃±5℃冷凍至約15℃至約20℃。因此，熱交換器116影響進入熱交換器之第一側171之溶液之約5℃至約20℃之溫度降低。經由第一出口141自熱交換器116排放經冷凍溶液且經由第一吸收器入口191使其進入CO2吸收器177中。將自熱交換器116所排放經冷凍溶液之一部分經由分支連接件141A排放至第二冷卻機系統184中。與並無該熱交換器之可比系統相比，將經冷凍溶液排放至第二冷卻機系統184中或排放至CO2吸收器177中減少了第二冷卻機系統184所需之冷凍量。
在圖3之煙道氣處理系統210之操作期間，DCC將經由入口221供應之熱煙道氣之溫度自約40℃至60℃冷凍至約5℃至10℃。冷凍發生於第一級230、第二級240及第三級250中。DCH將煙道氣自約5℃至10 ℃加熱至約40℃至60℃。加熱發生於第四級260及第五級270中。
第一級230中之冷凍通常係藉由來自冷凍塔234之冷凍水來影響。第二級240中之冷凍通常係藉由來自熱交換器216之冷凍水來影響。在第四級260中熱交換器216使用自第二級240中之煙道氣提取之熱量來加熱煙道氣，由此冷凍第三級250中之煙道氣。第三級250中之冷凍係藉由第一冷卻機系統219來影響。藉由由熱交換器216提供之冷凍來減少冷卻機系統219上之負荷。第四級260中之加熱係藉由上述熱交換器216來影響。第五級270中之加熱係藉由第一級230中吸收來自流經其之煙道氣之熱量的水流來影響。
藉由使煙道氣通過供應至第二液體分配系統233之水噴霧來將煙道氣在第一級230中自約40℃至60℃冷凍至約30℃至40℃。在約15℃至25℃之溫度下經由入口232將水應至液體分配系統233。自冷凍塔234供應供應至入口232之水。因此，供應至第二液體分配系統233之水之溫度取決於環境條件，例如通過冷凍塔234之導管238之空氣流之溫度。
經由第一煙道氣通道231將煙道氣傳送至第二級240中。在第二級240中藉由熱交換器216將煙道氣自約30℃至40℃冷凍至約15℃至25℃。因此，熱交換器可操作以影響流經第二級240之煙道氣之約5℃至約25℃之溫度降低。在一實施例中，熱交換器可操作以影響流經第二級240之煙道氣之約8℃至約12℃之溫度降低。
端視環境溫度條件，熱交換器216自冷凍塔234接收溫度為約15℃至25℃之水。熱交換器216影響自冷凍塔234供應至熱交換器之水之約5℃至約15℃之溫度降低。因此，在約10℃至15℃之溫度下將水自熱交換器216供應至第二液體分配系統244中。使煙道氣通過供應至第二液體分配系統244中之水噴霧。
將溫度為約5℃至10℃之硫酸銨(AS)溶液自第四級260傳送穿過熱 交換器216之第二側。將熱量自熱交換器216之第一側中之水轉移至熱交換器之第二側中之AS溶液中。將AS溶液在熱交換器216中加熱至約15℃至25℃。因此，熱交換器216影響將在入口261處進入熱交換器之第二側之AS溶液之約10℃至15℃之溫度升高。
經由第二煙道氣通道242將煙道氣傳送至第三級250中。藉由第一冷卻機系統219將煙道氣在第三級250中自約15℃至25℃冷凍至約5℃±5℃。舉例而言，使煙道氣通過供應至第三液體分配系統258之水噴霧。在約5℃±5℃之溫度下經由入口257將水供應至第三液體分配系統258中。自第一冷卻機系統219經由出口252供應供應至入口257之水。因此，第一冷卻機系統219影響流經第三級250之煙道氣之約10℃至15℃之溫度降低。經由穿過第三煙道氣通道254、出口255及管線276之路徑將煙道氣自第三級250排放至CO2吸收器277中。在約5℃±5℃之溫度下將煙道氣自第三級250排放。
CO2吸收器277自煙道氣去除CO2，然後將該煙道氣傳送至NH3水洗滌系統278中以用於自煙道氣去除氨。在約5℃±5℃下將煙道氣自NH3水洗滌系統278傳輸至DCH之第四級260中。將煙道氣在第四級260中自約5℃±5℃加熱至約15℃至25℃。第四級260係氨精煉系統，其自硫酸與煙道氣中所含之氨之反應產生AS。經由第三幫浦265使AS溶液循環穿過第四級260及熱交換器216之殼側。在約17℃至25℃之溫度下將AS溶液自熱交換器216之第二出口262供應至液體分配系統267中。液體分配系統267將AS溶液噴霧至第四級260之內部區域中以用於與煙道氣連通且自煙道氣去除NH3。AS溶液之噴霧將煙道氣之溫度升高至約15℃至25℃。將AS溶液在熱交換器中自約5℃±5℃加熱至約15℃至25℃。AS溶液之加熱及煙道氣中之水蒸發增加了AS溶液之濃度。舉例而言，將AS溶液之濃度增加至約40重量%(±5重量%)。將AS溶液之濃度增加至約40重量%減少了需要經由AS沖洗管線211進行之 AS沖洗量。在約15℃至20℃之溫度下經由第四煙道氣通道269將煙道氣自第四級260傳送至第五級270中。
在第五級中藉由將煙道氣暴露於自第一級230之出口280供應之水噴霧中來將煙道氣自約15℃至25℃加熱至約40℃至60℃。在約40℃至60℃之溫度下經由第四幫浦281及管線282自第一級230之出口280供應水。將40℃至60℃水傳送至液體分配系統287，液體分配系統287將水噴霧至由第五級270界定之內部區域中。經由出口275將煙道氣自第五級270排放至堆疊中。端視環境溫度，將噴霧至第五級270之內部區域中之水冷凍至約15℃至25℃且經由出口272自第五級排放至冷凍塔234中以用於進一步冷凍。
圖4之煙道氣處理系統310之操作類似於上述煙道氣處理系統110。因煙道氣處理系統110並不包含對應於圖1之煙道氣處理系統10之第三級30之級，故熱交換器316之第一入口371並不與冷凍塔334流體連通且第一出口341並不與第三級流體連通。而是，因熱交換器316與CO2吸收器377流體連通，故熱交換器冷凍自CO2吸收器供應之含有CO2之溶液。將自CO2吸收器377所排放溶液之約85%至90%經由穿過第二吸收器出口392、再生器383及第二冷卻機入口386之路徑傳送至第二冷卻機系統384中。將自CO2吸收器177所排放溶液之約10%至15%經由穿過分支連接件388及第一入口371之路徑傳送至熱交換器116中。在熱交換器316之管道側中將溶液溫度自約30℃±5℃冷凍至約15℃至約20℃。因此，熱交換器316影響進入熱交換器之第一側371之溶液之約5℃至約20℃之溫度降低。經由第一出口341自熱交換器316排放經冷凍溶液且經由第一吸收器入口391使其進入CO2吸收器377中。將自熱交換器316所排放經冷凍溶液之一部分經由分支連接件341A排放至第二冷卻機系統384中。與並無該熱交換器之可比系統相比，將經冷凍溶液排放至第二冷卻機系統384中或排放至CO2吸收器 377中減少了第二冷卻機系統384所需之冷凍量。
儘管已參照各種實例性實施例闡釋了本揭示內容，但彼等熟習此項技術者應理解，可對該等實施例作出各種改變且可使用其等效物替代其要素，此並不背離本發明之範圍。此外，為適應特定情況或材料，亦可對本發明之教示內容作出多項改變，此並不背離本發明之基本範圍。因此，本文並非意欲將本發明限制於所揭示之作為實施本發明最佳設想模式之特定實施例，而係意欲使本發明涵蓋所有屬於隨附申請專利範圍之範圍內之實施例。
10‧‧‧煙道氣處理系統
11‧‧‧AS沖洗管線
12‧‧‧6級直接接觸式冷凍機(DCC)/直接接觸式加熱器(DCH)堆疊
14‧‧‧隔板
16‧‧‧熱交換器
19‧‧‧第一冷卻機系統
20‧‧‧第一級
21‧‧‧煙道氣入口
22‧‧‧上游源
23‧‧‧第一煙道氣通道
24‧‧‧氨入口
25‧‧‧AS出口
26‧‧‧第一幫浦
27‧‧‧第一液體分配系統
28‧‧‧管線
29‧‧‧噴嘴
30‧‧‧第二級
31‧‧‧第二煙道氣通道
32‧‧‧入口
33‧‧‧第二液體分配系統
34‧‧‧冷凍塔
35‧‧‧管線
36‧‧‧冷凍側出口
37‧‧‧入口
38‧‧‧導管
39‧‧‧第二幫浦
40‧‧‧第三級
41‧‧‧第一出口
42‧‧‧第三煙道氣通道
43‧‧‧入口
44‧‧‧第三液體分配系統
50‧‧‧第四級
51‧‧‧入口
52‧‧‧出口
53‧‧‧致冷系統
54‧‧‧第四煙道氣通道
55‧‧‧煙道氣出口
57‧‧‧入口
58‧‧‧第四液體分配系統
59‧‧‧出口
59A‧‧‧管線
60‧‧‧第五級
61‧‧‧第二入口
62‧‧‧第二出口
63‧‧‧入口
64‧‧‧出口
65‧‧‧第三幫浦
66‧‧‧入口
67‧‧‧第五液體分配系統
68‧‧‧煙道氣入口
69‧‧‧第五煙道氣通道
70‧‧‧第六級
71‧‧‧第一入口
72‧‧‧出口
73‧‧‧分支連接件
74‧‧‧管道
75‧‧‧出口
76‧‧‧管線
77‧‧‧NH3水洗滌系統/基於冷卻氨之CO2吸收器
78‧‧‧CO2吸收器/NH3水洗滌系統
79‧‧‧入口
80‧‧‧出口
81‧‧‧第四幫浦
82‧‧‧管線
85‧‧‧管線
87‧‧‧第六液體分配系統
A‧‧‧連接方塊

Claims (20)

  1. 一種氣體處理系統，其包括：熱交換器，其具有彼此分離之第一側及第二側，該第一側界定第一入口及第一出口且該第二側界定第二入口及第二出口；以下構件中之至少一者：與該第一出口流體連通之直接接觸式冷凍機、與該第一入口流體連通之直接接觸式加熱器及與該第一入口及該第一出口流體連通之CO2吸收器；及氨精煉系統，其與該第二入口及該第二出口中之至少一者流體連通。
  2. 如請求項1之氣體處理系統，其中該熱交換器可操作以進行流經該直接接觸式冷凍機之氣體之約5℃至約25℃之溫度降低。
  3. 如請求項1之氣體處理系統，其中該第一入口與冷凍塔流體連通且該熱交換器可操作以進行自該冷凍塔接收之流體之約5℃至約15℃之溫度降低。
  4. 如請求項1之氣體處理系統，其中該氨精煉系統可操作以在約5℃至約10℃之溫度下向該第二入口供應流體。
  5. 如請求項1之氣體處理系統，其中該直接接觸式加熱器與該氨精煉系統流體連通。
  6. 如請求項1之氣體處理系統，其中該直接接觸式冷凍機與至少一個額外直接接觸式冷凍機流體連通。
  7. 如請求項6之氣體處理系統，其中該至少一個額外直接接觸式冷凍機與基於致冷之冷卻機流體連通。
  8. 如請求項7之氣體處理系統，其中該基於致冷之冷卻機可操作以進行流經該至少一個額外直接接觸式冷凍機之氣體之約10℃至約15℃之溫度降低。
  9. 如請求項1之氣體處理系統，其中該熱交換器可操作以進行進入該第二側之流體之約10℃至約15℃之溫度升高。
  10. 如請求項9之氣體處理系統，其中該熱交換器可操作以進行該流體之約35重量%至約45重量%之硫酸銨濃度。
  11. 如請求項1之氣體處理系統，其包括與該直接接觸式冷凍機流體連通之氣體精煉機(polisher)且該氣體精煉機可操作以自該氣體去除SO2、SO3及微粒物質中之至少一者。
  12. 如請求項1之氣體處理系統，其中該氨精煉系統可操作以自該氣體去除氨。
  13. 如請求項1之氣體處理系統，其包括與該CO2吸收器連通之基於致冷之冷卻機。
  14. 如請求項13之氣體處理系統，其中該基於致冷之冷卻機與該熱交換器流體連通。
  15. 一種氣體處理系統，其包括：第一級，其包括界定第一氣體入口及第一氣體出口之第一直接接觸式冷凍機；第二級，其包括界定第二氣體入口及第二氣體出口之第二直接接觸式冷凍機，該第一氣體出口與該第二氣體入口流體連通；第三級，其包括界定第三氣體入口及第三氣體出口之第三直接接觸式冷凍機，該第二氣體出口與該第三氣體入口流體連通；冷卻機，其與該第三級流體連通；第四級，其包括界定第四氣體入口及第四氣體出口之第一直接接觸式加熱器；第五級，其包括界定第五氣體入口及第五氣體出口之第二直 接接觸式加熱器，該第四氣體出口與該第五氣體入口流體連通；熱交換器，其具有彼此分離之第一側及第二側，該第一側界定第一流體入口及第一流體出口且該第二側界定第二流體入口及第二流體出口；且該第一流體入口與該第五級流體連通，該第一流體出口與該第二級流體連通且該第二流體入口及該第二流體出口與該第四級流體連通。
  16. 如請求項15之氣體處理系統，其包括佈置於該第四級及該熱交換器之該第二側中之硫酸銨溶液，且該熱交換器可操作以進行進入該第二流體入口之該硫酸銨溶液之約10℃至約15℃之溫度升高。
  17. 如請求項15之氣體處理系統，其進一步包括定位於該第一級上游且與其流體連通之氣體精煉機。
  18. 一種氣體處理系統，其包括：第一級，其包括界定第一氣體入口及第一氣體出口之第一直接接觸式冷凍機；第二級，其包括界定第二氣體入口及第二氣體出口之第二直接接觸式冷凍機，該第一氣體出口與該第二氣體入口流體連通；冷卻機，其與該第二級流體連通；第三級，其包括界定第三氣體入口及第三氣體出口之第一直接接觸式加熱器；第四級，其包括界定第四氣體入口及第四氣體出口之第二直接接觸式加熱器，該第三氣體出口與該第四氣體入口流體連通； 熱交換器，其具有彼此分離之第一側及第二側，該第一側界定第一流體入口及第一流體出口且該第二側界定第二流體入口及第二流體出口；且該第一流體入口及該第一流體出口與CO2吸收器流體連通且該第二流體入口及該第二流體出口與該第四級流體連通。
  19. 如請求項15之氣體處理系統，其中該熱交換器可操作以進行進入該第一流體入口之流體之約5℃至約20℃之溫度降低。
  20. 如請求項18之氣體處理系統，其進一步包括定位於該第一級上游且與其流體連通之氣體精煉機。
TW102100457A 2012-01-06 2013-01-07 用於減少冷卻機能量消耗之具有熱交換器的氣體處理系統 TW201343241A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201261583900P 2012-01-06 2012-01-06
US13/726,813 US20130175004A1 (en) 2012-01-06 2012-12-26 Gas treatment system with a heat exchanger for reduction of chiller energy consumption

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW201343241A true TW201343241A (zh) 2013-11-01

Family

ID=48743102

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW102100457A TW201343241A (zh) 2012-01-06 2013-01-07 用於減少冷卻機能量消耗之具有熱交換器的氣體處理系統

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20130175004A1 (zh)
TW (1) TW201343241A (zh)
WO (1) WO2013103990A2 (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2853718B1 (en) 2013-09-27 2020-06-24 Ansaldo Energia IP UK Limited Method of exhaust gas treatment for a gas turbine system and exhaust gas treatment assembly
KR101496037B1 (ko) * 2013-10-04 2015-02-26 이동훈 배기가스의 폐열 회수 및 백연 저감 방법 및 장치
US8986640B1 (en) 2014-01-07 2015-03-24 Alstom Technology Ltd System and method for recovering ammonia from a chilled ammonia process
US9452389B2 (en) 2014-02-28 2016-09-27 General Electric Technology Gmbh Apparatus and method for integrating desulfurization and carbon dioxide capture
US11027235B2 (en) * 2015-03-30 2021-06-08 General Electric Technology Gmbh Method and apparatus for reagent recovery in a flue gas processing system
US20180163571A1 (en) * 2016-12-09 2018-06-14 Sebastian Obermeier Oxyfuel power plant process
CN107349759A (zh) * 2017-07-19 2017-11-17 哈尔滨工程大学 一种船舶尾气联合脱硫脱碳处理装置
IT202100005585A1 (it) * 2021-03-10 2022-09-10 Nuovo Pignone Tecnologie Srl Sistema di abbattimento di biossido di carbonio a base di ammoniaca con sezioni sovrapposte
WO2024019960A1 (en) * 2022-07-18 2024-01-25 Evoqua Water Technologies Llc Vertical flow quad-bed dry media scrubber for odor control

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3428220A1 (de) * 1984-07-31 1986-02-13 Linde Ag, 6200 Wiesbaden Verfahren zum abkuehlen oder anwaermen eines gases
US6357259B1 (en) * 2000-09-29 2002-03-19 The Boc Group, Inc. Air separation method to produce gaseous product
JP3969949B2 (ja) * 2000-10-25 2007-09-05 関西電力株式会社 アミン回収方法及び装置並びにこれを備えた脱炭酸ガス装置
JP5021917B2 (ja) * 2005-09-01 2012-09-12 三菱重工業株式会社 Ｃｏ２回収装置及び方法
US20090155889A1 (en) * 2007-12-13 2009-06-18 Alstom Technology Ltd System and method for regeneration of an absorbent solution
US8192530B2 (en) * 2007-12-13 2012-06-05 Alstom Technology Ltd System and method for regeneration of an absorbent solution
CA2711435C (en) * 2008-02-22 2012-10-09 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Co2 recovery apparatus and co2 recovery method
US7846240B2 (en) 2008-10-02 2010-12-07 Alstom Technology Ltd Chilled ammonia based CO2 capture system with water wash system
US8309047B2 (en) * 2009-09-15 2012-11-13 Alstom Technology Ltd Method and system for removal of carbon dioxide from a process gas
US20110068585A1 (en) 2009-09-24 2011-03-24 Alstom Technology Ltd Method and system for capturing and utilizing energy generated in a flue gas stream processing system
US8329128B2 (en) * 2011-02-01 2012-12-11 Alstom Technology Ltd Gas treatment process and system
US9901861B2 (en) * 2011-10-18 2018-02-27 General Electric Technology Gmbh Chilled ammonia based CO2 capture system with wash system and processes of use

Also Published As

Publication number Publication date
WO2013103990A3 (en) 2014-01-16
US20130175004A1 (en) 2013-07-11
WO2013103990A2 (en) 2013-07-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TW201343241A (zh) 用於減少冷卻機能量消耗之具有熱交換器的氣體處理系統
CN103936036B (zh) 集成的二氧化碳去除和氨碱法
US9429318B2 (en) Method and apparatus for separation of carbon dioxide from an off-gas from a fossil-fueled power station
CN105862053B (zh) 盐酸废液再生方法及系统
CN102172470B (zh) 一种联合脱除电厂烟气中硫碳氧化物的方法及装置
TW201231147A (en) Exhaust gas treatment method and apparatus
CN105879596A (zh) 一种吸收式脱硫烟气除湿系统、方法及燃煤企业
CN108176221A (zh) 烧结烟气升温脱硝设备及烧结烟气升温脱硝方法
CN111336540B (zh) 一种喷淋直接接触式高温烟气余热回收系统及方法
CN103894051A (zh) 一种烟气湿法脱硫脱硝一体化系统及方法
CN102951657B (zh) 一种以硫浆和氨水为原料生产硫铵的工艺及设备
TW201334851A (zh) 用於回收氨之具有膜分離器系統之二氧化碳移除系統
CN102345873B (zh) 集成烟气除湿和湿式冷却塔系统
US9010081B2 (en) Combined cycle plant including chilled ammonia based CO2 capture unit and utilizing system produced nitric acid
WO2023050897A1 (zh) 垃圾电厂回转窑燃烧炉烟气低温脱硫脱硝系统
US9452389B2 (en) Apparatus and method for integrating desulfurization and carbon dioxide capture
CN203886407U (zh) 一种烟气净化与余热深度回收一体化装置
CN203033778U (zh) 一种以硫浆和氨水为原料生产硫铵的设备
CN102671517A (zh) 利用烟气热焓进行尿素热解的装置
CN205517224U (zh) 应用于湿法脱硫中的烟气处理系统
CN115608133A (zh) 一种烟气碳捕集系统和对烟气进行碳捕集的方法
CN209205027U (zh) 一种电站锅炉烟气干法脱硝装置
CN207169372U (zh) 一种烟气净化系统
CN215489815U (zh) 一种燃气锅炉烟气余热回收及一体化脱硫脱硝除尘系统
CN204412043U (zh) 一种氨法烟气脱硫装置