[发明专利]径向逆流碳捕获和烟道气洗涤

说明书

发明背景

本发明涉及移动的离心式气体分离，并涉及对气体排放流进行的机械辅助的高湍流洗涤。不包括膜或其他死端过滤媒介(dead-endfiltration media)，也不包括用于静电分离的任何装置。这是一种新的碳捕获方法，适用于高容积的又热又脏的低浓度废气流，诸如来自燃煤电厂的烟道气。

本发明的分离方法包括对轻馏分和重馏分进行区别性径向平流输送。轻馏分(包括氮气和水蒸汽)通过背压和轴向抽吸径向向内平流输送，而同时地，重馏分(包括二氧化碳、NOx、SOx以及微粒)通过离心式叶轮径向向外平流输送。来自燃煤电厂的烟道气是主要的应用，但是，其他工业废气以及天然气都可以通过这里公开的装置和方法离心地分离并清洁。

在授予McCutchen的美国专利5,688,377(1997)中，我公开了一种用于流体混合物分离的外周地供给、机械地驱动的径向逆流装置(peripherally fed mechanically driven radial counterflowdevice)。在诸如McCutchen‘377的外周地供给装置(peripherallyfed device)中，对烟道气的轴向供给和应用以便去除微粒和其他洗涤的优势的改进是不明显的，已分离的重馏分将与进入的原料混合。因此，碳捕获将是不可能的。

术语气体排放流是指气体流体混合物，诸如来自燃煤电站和工业锅炉的烟道气，来自天然气、柴油或石油的燃烧的排气，以及来自城市和医疗废弃物焚化炉、水泥和石灰窑、金属熔炉、石油炼厂、玻璃熔炉和硫酸制造设施的排放物。气体排放流除了包括可凝结的气体和悬浮微粒，还包括诸如二氧化碳和氮气的不可凝结气体。气体排放流的各种组成物，不论气体、液体或固体，都是馏分。

湿法洗涤使用喷射液体以接触气体排放流中的洗涤目标。在洗涤悬浮微粒的情况下，喷射液体可以是水，或者在洗涤SOx的情况下，喷射液体可以是诸如石灰石和水的含水洗涤浆。对于NOx和SOx洗涤，在喷射液体中的试剂和目标馏分之间发生化学反应，结果产生无害的产物。通过喷射的含水胺类溶液洗涤二氧化碳是本领域已知的用于碳捕获的一种方法。SOx的干洗涤将石灰石粉末喷射到烟道气中。飞灰的湿法洗涤通过与水接触而团聚细小微粒，结果产生飞灰浆。

洗涤的目的是将气体排放流分离成不想要的浓缩的馏分流和想要的馏分的分离流。对于烟道气洗涤，不想要的馏分包括飞灰和其他悬浮微粒、NOx、SOx以及二氧化碳；想要的馏分是氮气、水蒸汽、氧气和氩气，所有这些可以被安全地排放到大气。对于天然气洗涤，想要的馏分是甲烷，而不想要的馏分包括二氧化碳、硫化氢、水、微粒、汞以及硫醇。

平流输送是响应于压力梯度或质量力(body force)的输送。术语径向表示相对于某点或线向外或向内的方向。例如，离心泵从其转动轴线径向向外平流输送流体。

气体排放流的区别性径向平流输送是径向向外平流输送重馏分并且同时径向向内平流输送轻馏分。用于所述径向流的参考线是所述至少一个离心式叶轮的转动轴线。不同的平流输送力作用在相反的方向上并作用在不同的组分上。重馏分通过来自离心式叶轮的动量输送径向向外平流输送。同时地，轻馏分通过轴向抽吸并通过背压径向向内平流输送。

因此，区别性径向平流输送与目前本领域已知的离心式气体分离不同。两种转动结合产生了区别性径向平流输送：一种转动是至少一个离心式叶轮的转动，另一种是在与叶轮垂直的平面中的涡流。两种转动的轴线大致正交。

离心式气体分离由于区别的离心力而根据转动轴线周围的密度径向分层。共同径向加速度(common radial acceleration)影响所有馏分。该共同加速度当乘以质量时变成区别的离心力，该区别的离心力引起重馏分在外周处聚集，结果使得轻馏分径向向内移动至转动轴线。尽管对于轻馏分和重馏分，离心力的大小不同，但对于所有馏分，离心力的方向相同。并非是离心力平流输送重馏分而向心力平流输送轻馏分。仅有一个力，其由一个转动产生。

煤烟