[发明专利]用于处理富CO2烟雾的方法和设备

说明书

本发明涉及用于俘获和提纯燃烧烟道气，特别是氧燃烧烟道气或来自水泥作业的烟道气中存在的CO₂的CPU方法，其具有在压缩以前进行的预干燥阶段以在该方法的上游除去所述烟道气中可能存在的至少一部分水和任选汞。

由碳基材料燃烧例如以生产能量而产生的烟道气包含大量具有不同性质的挥发性化合物。

这对化石燃料如“低价值”烃，特别是煤，或液态烃如油来说比“较高价值”的那些如天然气更重要。

这些烟道气主要包含CO₂、水(蒸气)、氧化剂携带的大气气体(通常称为“不可冷凝产物”)，例如当空气用作氧化剂时主要包含残留氧气、氮气和氩气，以及酸性气体如SO_x和NO_x；通常源自所用碳基材料的固体颗粒和许多其它次要化合物，特别是金属如汞、砷等。

化合物的性质和它们的量另外取决于所用燃烧方法。

因此，用“纯”氧气代替空气燃烧，也称为“氧燃烧”使得特别可使烟道气富集CO₂。这然后促进旨在在排到环境中以前除去烟道气中显著份额的CO₂的随后方法的使用。使用用于俘获和提纯CO₂的装置的这些提纯方法通常称为“CO₂CPU方法”(CPU意指压缩和提纯装置)或更简单地“CPU方法”。

一般而言，这种CPU方法旨在生产实质上纯的CO₂，这需要除去待处理烟道气中包含的所有其它化合物。

为此，通常使用使得可顺序地除去杂质的一系列连续装置操作。

实际上，一个主要问题在于设法冷凝一部分烟道气，即形成烟道气主要部分的水蒸气，以避免水夹带一部分酸性气体。这是因为产生酸性水可证明对方法的随后阶段所用的设备，特别是压缩机和它的冷却系统有害。

因此必要的是能在CPU方法的分离阶段除去水和酸性气体。

一般而言，在CPU方法中，酸性气体在压缩烟道气以前例如通过用碱性吸收剂如碳酸钙洗涤而除去，所述压缩然后产生一部分水蒸气的液化，然后通过吸附而干燥气体，例如以除去残留水。这是因为旨在产生提纯CO₂的CPU方法的最后部分通常使用一个(或数个)不接收待处理引入气体中的水的深冷阶段。

更具体而言，用于处理源自氧燃烧的烟道气的CPU方法通常包括如下连续阶段：

a)如果需要的话，冷却，其旨在将烟道气的温度降至与方法相适合的值，

即一般而言至小于100℃，通常50-70℃，一般60℃附近的温度。该阶段伴随将烟道气中存在的充分部分的水和杂质冷凝。在该阶段中，气体在低压下，即在小于1.2绝对巴下，更一般在小于大气压力的压力下，即在真空下。

b)借助一个或多个例如用氢氧化钠或碳酸钙的洗涤操作除去一部分酸性气体，特别是SO_x和NO_x。因此，使用CPU方法，通过冷凝，避免在方法的随后阶段，对所用设备，即压缩机和与其相关的冷却系统有害的酸性液相的所有或部分出现。

c)将由b)产生的气体压缩以实现所需最终压力，例如1-74绝对巴，通常2-30绝对巴的高压。

d)任选关于高压气体的洗涤操作以除去某些残留杂质。

e)如方法的随后阶段f)的干燥操作为深冷阶段(CO₂的三相点附近，即-56℃附近的温度)且气体可能不包含水，水会凝固而产生冰，且会有阻塞某些深冷设备件的风险。干燥可以以不同的方式进行，例如借助能捕集充有CO₂的气流中存在的水的吸附剂，例如用一个(或多个)氧化铝、硅胶或沸石型的吸附剂床；或通过低温捕集。

f)将气体的温度降至约CO₂的三相点，即至约-56℃，并通过蒸馏存在的不可冷凝气体而除去，即尤其是大气气体，即主要是O₂、N₂和/或Ar。

在该阶段中，使用常规深冷装置，例如冷箱和一个或多个深冷蒸馏塔。尽管该CPU方法通常用于工业中，但在实践中观察到在某些操作条件下它不是充分有效的。

因此，当引入烟道气富含某些源自“低价值”烃燃烧的挥发性化合物，特别是汞，实际上甚至砷和/或硒时，发现这些具体化合物的脱除通常是困难的，并产生昂贵的设备投资，因为它需要加入特殊阶段和/或装置。这对方法的收益性和/或总生产力是有害的。

此外，在方法的“环境”部分中，即在压缩机的冷却器中压缩和冷却期间存在水的问题。