[发明专利]净化富二氧化碳烟气的方法和装置

说明书

发明领域

本发明涉及净化在锅炉中在含有氧气的气体存在下燃烧燃料产生的含有二氧化硫的富二氧化碳烟气的方法。

本发明还涉及净化含有二氧化硫的富二氧化碳烟气的气体净化系统和锅炉系统。

发明背景

在诸如发电站的燃烧成套设备中诸如煤炭、石油、泥煤、废物等燃料的燃烧产生热工艺气体，该工艺气体含有诸如二氧化硫SO₂的硫氧化物和二氧化碳CO₂以及其他组分。随着环境要求的提高，已经开发了用于从该工艺气体中除去二氧化碳的各种方法。一种这样的方法为所谓的氧-燃料方法。在氧-燃料方法中，燃料如上述的那些燃料在贫氮气气体存在下燃烧。将由氧源提供的氧气供给到锅炉，在其中氧气使燃料氧化。在氧-燃料燃烧过程中，产生富二氧化碳烟气，其二氧化碳内含物可在单独单元中压缩并处置以降低二氧化碳向大气的排放。

氧-燃料锅炉的实例描述在US 2007/0243119中。US 2007/0243119的氧-燃料锅炉产生称为烟气的工艺气体。将烟气引导到微粒收集器以从烟气中除去尘粒。随后，将烟气送到喷雾塔单元，在其中二氧化硫借助于与石灰石浆料接触而除去。该喷雾塔单元还提供烟气的冷却以使烟气的水内含物的一部分冷凝。

发明概述

本发明的一个目的在于提供净化在锅炉中在含有氧气的气体存在下燃烧燃料产生的含有二氧化硫的富二氧化碳烟气的方法，所述方法与现有技术方法相比较在去除效率和/或操作成本方面更有效。

该目的通过净化在锅炉中在含有氧气的气体存在下燃烧燃料产生的含有二氧化硫的富二氧化碳烟气的方法实现，所述方法包括：

在第一气体净化装置中除去在所述锅炉中产生的烟气的二氧化硫内含物的至少80%以产生部分净化的富二氧化碳烟气，

将所述部分净化的富二氧化碳烟气的至少一部分送到与所述第一气体净化装置分开的第二气体净化装置，

在所述第二气体净化装置中冷却所述部分净化的富二氧化碳烟气以使水自此冷凝，由此产生与所述部分净化的富二氧化碳烟气相比具有较低水蒸气浓度的净化的富二氧化碳烟气。

该方法的一个优势在于所述富二氧化碳烟气的二氧化硫内含物的主要部分的去除可在第一气体净化装置中以一定方式进行，该方式在二氧化硫去除效率方面得到优化，而无需对气体的冷却负责任。有效除去二氧化硫的许多气体净化装置包括包含基于钙的吸收剂的浆料和/或湿润的粉尘材料，这类吸收剂尤其在较低温度下趋于导致结垢，这在冷却以引起冷凝时引起注意。另外，在第一气体净化装置中的冷凝也可产生关于控制第一气体净化装置的水平衡的问题。因此，针对该任务优化的在第一气体净化装置中进行二氧化硫的主要去除及在与第一气体净化装置分开的第二气体净化装置中进行冷却提供有效且持久的操作。

根据一个实施方案，在所述第二气体净化装置中冷却所述部分净化的富二氧化碳烟气以使水自此冷凝的所述步骤包括使所述部分净化的富二氧化碳烟气与冷却液直接接触。该实施方案的一个优势在于所述冷却液将有效冷却所述部分净化的富二氧化碳烟气且还将从所述部分净化的富二氧化碳烟气中除去剩余二氧化硫内含物的大部分。因此，所述第二气体净化装置除了充当冷却器以外还将充当气体精加工装置，产生作为最终产物的非常洁净的富二氧化碳烟气。

根据一个实施方案，所述冷却液的pH值借助于供给在20℃下在水中具有至少50g/l的溶解度的碱性物质到所述冷却液中来控制在pH 4-6.5范围内。该实施方案的一个优势在于4-6.5的pH且更优选4.5-6的pH使得二氧化硫的去除有效，因此在第二气体净化装置中实现良好的气体精加工作用。在20℃下在水中具有至少50g/l的溶解度的碱性物质具有不向冷却液中加入任何固体的优势。因此，第二气体净化装置将用基本澄清的液体操作。除了在第二气体净化装置中的结垢问题较少以外，利用具有高溶解度的碱性物质的方法有利地导致二氧化硫的有效去除，因为吸收剂可容易地用于该吸收。优选所述碱性物质选自包括氢氧化钠、氢氧化钾和碳酸钠的碱性物质。除了本身可溶解以外，那些物质还具有与所吸收的二氧化硫所产生的化合物如硫酸Na₂SO₄在水中也具有高溶解度的另外优势，由此进一步减少在第二气体净化装置中的结垢问题。

根据一个实施方案，所述冷却液包含小于10g/l的固体。该实施方案的一个优势在于第二气体净化装置在冷却液中的极低固体浓度下操作将具有极少结垢问题和极少磨耗问题。因此，降低第二气体净化装置的投资和操作成本。