[发明专利]燃烧工艺烟气中CO2和SO2的分离与共捕获

说明书

本发明涉及从燃烧过程产生的烟气中同时除去CO₂和SO₂的方法，包括：(a)通过在燃烧装置中燃烧燃料和空气来进行燃烧过程，从而产生包括CO₂和SO₂的排气流；(b)在第一压缩步骤中压缩排气流，从而产生第一压缩气流；(c)提供第一膜，其具有进料侧和渗透物侧，并且选择性地可透过氮气中的CO₂和SO₂以及氧气中的CO₂和SO₂；(d)使第一压缩气流的至少一部分通过进料侧；(e)从进料侧取出贫CO₂和贫SO₂的残余物流；(f)在低于第一压缩气流的压力下从渗透物侧取出富含CO₂和SO₂的第一渗透物流；(g)使第一渗透物流进入分离过程，所述分离过程产生富含CO₂的流和富含SO₂的流。

技术领域

本发明涉及基于膜的气体分离方法，特别是从燃烧气体中同时分离酸性气体如SO₂、NO_x和CO₂。

背景技术

以下呈现的是关于本发明的某些方面的背景信息，因为它们可能涉及在发明内容中提及但不一定详细描述的技术特征。以下讨论不应解释为承认信息与要求保护的发明或所述材料的现有技术效果的相关性。

许多燃料(如煤、石油焦或城市固体废弃物)燃烧产生含有氮气、一些氧气、二氧化碳和100-20,000ppm的二氧化硫和至多200ppm NO_x的烟气。自1990年“清洁空气法”颁布以来，美国和其他国家控制了大部分酸性气体SO₂、NO_x，以及在某些情况下的HCl和HF的排放。近年来，由于CO₂对全球变暖的作用，CO₂的排放也成为研究和调控的主题。

图1示出了配备有排放控制设备的燃煤动力的简单框图。

煤原料流(101)和空气流(102)在锅炉(103)中合并，产生用于驱动蒸汽轮机的高温蒸汽。因为煤含有0.5-2％的硫和至多1％的氮，所以产生的烟气104含有CO₂(通常10-15mol％)、SO₂(0.2-1mol％)和多达1,000ppm的NO₂。几乎所有美国发电厂都具有静电除尘器(105)，有时用袋式除尘器代替以控制颗粒排放。美国煤发电厂还配备有SO₂/NO_x控制系统(107)以除去SO₂和NO_x。仅一个或两个工厂上安装有CO₂控制系统(108)。迄今为止安装的CO₂控制系统都基于胺吸收技术。因为胺吸收剂与SO₂和NO_x反应形成惰性盐沉淀物，所以迄今为止安装的胺系统都位于颗粒和SO₂/NO_x分离系统之后。

然而，在世界上许多地方，正在运行的发电厂没有配备SO₂/NO_x分离系统，并且排放的烟气(109)含有高水平的CO₂、SO₂和NO_x。因此，开发能够在同一分离单元中同时除去SO₂、NO_x和CO₂的分离工艺将是有益的。

在本发明的实施方式中，所有这些组分与CO₂同时从烟气中脱除成单一的浓缩物流。这样，除去和最终分离CO₂、SO₂和NO_x的成本显著降低。

本发明实施方式用于煤发电厂烟气，其为最大且最重要的烟气源，但该方法也可应用于其它气流，包括但不限于通过燃烧石油、焦炭、FCC裂化器和精炼厂中催化再生产生的气流，或水泥厂、钢厂或城市固体废弃物焚烧炉排放的烟气。