[发明专利]通过与氧化剂和与水性物流接触除去工艺物流中的杂质

说明书

本发明涉及用于改善工艺物流中一种或多种物质的除去的系统和方法，例如在电力生产工艺中形成的燃烧产物流。所述系统和方法尤其可以包括使工艺物流与高级氧化剂和水接触。

技术领域

本发明涉及用于从工艺物流，例如电力生产循环中的工作流体中去除不需要的气体的方法和系统。

背景技术

化石燃料的燃烧主要导致CO₂和H₂O的形成。如果燃烧中使用的燃料或氧化剂供应含有硫和/或氮化合物，则除了主要副产物CO₂和H₂O之外，还会形成诸如硫氧化物(“SOx”)和氮氧化物(“NOx”)等杂质。除了可能形成SOx和NOx之外，化石燃料的非理想燃烧还会产生一氧化碳(CO)，同时允许未燃烧的烃通过燃烧室滑动而不会发生部分氧化。另外，其他可燃气体如NH₃、H₂S和COS可以存在于排气流(exhaust stream)中。例如，当这种排气已经存在于输入燃料物流中时，由于滑动，至少一部分这样的气体可能保留在排气中。同样，当存在于作为围绕燃烧室的旁路提供的外部流动物流中时，这种气体可以存在于排气物流中。在某些情况下，提供给燃烧系统的燃料气还可能含有诸如Hg等污染物和其他痕量金属和细颗粒物质的污染物。鉴于各种排放控制要求，必须在烟气释放到环境之前除去这些物质组。

常规的燃烧后NOx除去通常通过选择性催化还原(SCR)进行。在这种工艺中，使烟气通过催化剂床，其中NOx在升高的温度(例如，约350℃至约450℃)下与NH₄接触。这种相互作用导致N₂和H₂O形成。

通过烟气脱硫(FGD)在发电设施中除去SOx。使碱性浆液与烟气接触，通过烟气中的SOx化合物与浆液中的碱性化合物反应，使固体颗粒沉淀。石膏(CaSO₄·2H₂O)是这种相互作用的典型产物。FGD过程通常在大的洗涤塔(scrubbing column)中在接近环境压力和低温(例如，小于约100℃)下发生。

也可以使用称为加氢处理的替代燃烧前硫除去方式控制SOx排放。在这种工艺中，气态燃料/液态燃料在环境温度或升高的温度(例如，约300℃至约400℃)和升高的压力(例如，约30巴(bar)或更高)下通过催化剂床，以剥离原料中的H₂S。然后必须通过几种方法之一将H₂S转化为元素硫或硫酸。

为了控制CO排放，可以使用催化氧化剂。烟气在升高的温度(例如，约260℃至约500℃)下通过催化剂床，其中通过还原催化剂表面将CO转化为CO₂。应当注意的是，电力系统所用的大多数现代燃烧系统被设计成使CO形成最小化，因此不经常使用除去。

用于除去废气(例如，H₂S和COS)的其他常规方法，包括易燃部分的燃烧(flaring)(或燃烧(burning))。最初这可能是简单的工艺，但是监管标准可以增加要求，例如提供洗涤单元(例如，FGD)以除去各种受管制的污染物。如果包括可燃气体的物流不被认为是“废”物流，则可能需要催化氧化。然而，这被理解为不希望的工作和成本增加的来源，因为需要预热载有烃的工艺流体以及提供用于注入工艺物流的催化剂和额外氧气的附加成本。

通常使用袋过滤和静电沉淀(ESP)从废气(exhaust gas)中除去诸如Hg、痕量金属和颗粒物质等污染物。这些工艺导致大量能量损失，这是由于随着作为靶向的细颗粒尺寸和充电ESP板以吸引阳离子和阴离子化合物所需的电能变化而在袋过滤时产生的压降。