工藝氣體的脫硫和冷卻的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種清潔含二氧化硫的工藝氣體的方法，所述方法包括在第一氣體清潔裝置中通過(guò)使工藝氣體與海水接觸來(lái)從工藝氣體除去二氧化硫以生成經(jīng)至少部分地清潔的工藝氣體。在布置成與第一氣體清潔裝置直接流體連接的第二氣體清潔裝置中，冷卻已通過(guò)第一氣體清潔裝置的經(jīng)至少部分地清潔的工藝氣體以從其冷凝水，從而生成具有減少的水蒸氣含量的工藝氣體。將第二氣體清潔裝置中生成的至少一部分冷凝水送至第一氣體清潔裝置。本發(fā)明還涉及一種用于清潔含二氧化硫的工藝氣體的氣體清潔系統(tǒng)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】工藝氣體的脫硫和冷卻
發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種通過(guò)使工藝氣體與海水接觸以從所述工藝氣體除去二氧化硫來(lái)清潔含二氧化硫的工藝氣體的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]許多工業(yè)過(guò)程中產(chǎn)生含二氧化硫SO2的工藝氣體。一種此類(lèi)工業(yè)過(guò)程為燃料如煤、石油、泥炭、廢物等在燃燒裝置如發(fā)電廠中的燃燒。在此類(lèi)發(fā)電廠中，生成含污染物的熱工藝氣體(常被稱(chēng)為煙氣)，所述污染物包括酸性氣，如二氧化硫so2。在煙氣可被排放到周?chē)諝庵?，需要從煙氣盡可能多地除去酸性氣。其中生成含污染物的工藝氣體的工業(yè)過(guò)程的另一實(shí)例為從氧化鋁電解生產(chǎn)鋁。在該過(guò)程中，在電解池的通風(fēng)罩內(nèi)生成含二氧化硫SO2的工藝氣體。
[0003]WO 2008/105212公開(kāi)了一種包含鍋爐、蒸汽輪機(jī)系統(tǒng)和海水洗滌器的鍋爐系統(tǒng)。鍋爐通過(guò)燃料的燃燒生成蒸汽輪機(jī)系統(tǒng)中采用的高壓蒸汽以發(fā)電。海水自海洋收集并用作蒸汽輪機(jī)系統(tǒng)的DCC中的冷卻介質(zhì)。海水然后被用在海水洗滌器中以從鍋爐中生成的煙氣吸收二氧化硫S02。二氧化硫SO2被吸收在海水中并形成亞硫酸根和/或亞硫酸氫根離子。來(lái)自海水洗滌器的排出廢海水被送至曝氣池。用空氣鼓泡通過(guò)曝氣池中的排出廢海水以借助空氣中所含的氧氣來(lái)將亞硫酸根和/或亞硫酸氫根離子氧化成硫酸根離子以與排出廢海水一起釋放回海洋。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用以清潔含二氧化硫的工藝氣體如在含氧氣體的存在下燃燒燃料的鍋爐中生成的富二氧化碳煙氣的基于海水的方法和系統(tǒng)，所述方法在二氧化硫除去效率和工藝整合方面有所改進(jìn)。
[0005]本發(fā)明的另一目的是提供一種用以清潔含二氧化硫的工藝氣體的需要較少資本費(fèi)用的方法和系統(tǒng)。
[0006]在第一個(gè)方面，上述目的通過(guò)以下方法實(shí)現(xiàn)，所述方法包括:
在第一氣體清潔裝置中，通過(guò)使工藝氣體與海水接觸來(lái)從工藝氣體除去二氧化硫以生成經(jīng)至少部分地清潔的工藝氣體；
在布置成與第一氣體清潔裝置直接流體連接的第二氣體清潔裝置中，冷卻已通過(guò)所述第一氣體清潔裝置的所述經(jīng)至少部分地清潔的工藝氣體以從其冷凝水，從而生成具有減少的水蒸氣含量的工藝氣體，和
將第二氣體清潔裝置中生成的至少一部分冷凝水送至第一氣體清潔裝置。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的方法可有利地用在工業(yè)碳捕集和封存(CCS)應(yīng)用中，例如氧燃料鍋爐島(oxyfuel boiler island)中。與先前的基于海水的方法相比，通過(guò)在如上所述布置成直接流體連接的裝置中將二氧化硫除去與冷卻操作組合，本發(fā)明的方法可實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的二氧化硫(SO2，以及其他硫氧化物SOxJn SO3)除去。[0008]在已知的工業(yè)CCS應(yīng)用中，冷卻在與堿性二氧化硫除去分開(kāi)的酸性段中進(jìn)行。通常需要酸性條件以避免在例如冷卻設(shè)備中形成碳酸鹽。碳酸鹽的形成可能導(dǎo)致例如填料和換熱器表面上的結(jié)垢或積垢。在本發(fā)明的方法中，冷卻可與去除二氧化硫的堿性段直接流體連接地進(jìn)行而不增加碳酸鹽形成的風(fēng)險(xiǎn)。此外，海水在例如管道系統(tǒng)中的攜帶(其可能有害，因?yàn)槠鋵?dǎo)致腐蝕)可得到進(jìn)一步最小化。[0009]工藝氣體在氣體清潔裝置中的冷卻可實(shí)現(xiàn)水蒸氣從工藝氣體的冷凝。離開(kāi)第二氣體清潔裝置的工藝氣體因此比已通過(guò)第一氣體清潔裝置的所述經(jīng)至少部分地清潔的工藝氣體含較低的量的水蒸氣。僅含較低量水蒸氣的工藝氣體從而被送去進(jìn)一步處理，例如氣體壓縮操作。
[0010]將來(lái)自所述第二裝置的至少一部分冷凝水送至所述第一裝置可能是有利的，因?yàn)槠淇蓪?shí)現(xiàn)冷凝水在例如CCS工藝的其他部分中的利用。這可能還減少方法的總耗水量。
[0011]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，在第二氣體清潔裝置中的冷卻包括使所述經(jīng)至少部分地清潔的工藝氣體與冷卻液接觸以從其冷凝水，由此進(jìn)一步生成用過(guò)的冷卻液。通過(guò)使用冷卻液，例如水，所述經(jīng)部分地清潔的工藝氣體可得到高效冷卻并且工藝氣體中包含的水蒸氣的含量可因此通過(guò)冷凝而高效減少。此外，所述經(jīng)部分地清潔的工藝氣體中的許多剩余的二氧化硫含量可因這樣的與冷卻液的直接接觸而除去。
[0012]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，所述方法還包括在第二氣體清潔裝置中精制所述經(jīng)部分地清潔的工藝氣體以自其進(jìn)一步除去二氧化硫，從而生成經(jīng)清潔的工藝氣體。該實(shí)施方案的一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于，工藝氣體中SOx化合物(及其他痕量物)的含量可進(jìn)一步減少，以便生成經(jīng)清潔的工藝氣體。
[0013]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，所述方法還包括通過(guò)供給堿性物質(zhì)來(lái)控制冷卻液的pH值使之在4.5-7范圍內(nèi)。該實(shí)施方案的一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于，4.5-7的pH、更優(yōu)選地5_6的pH可改進(jìn)二氧化硫除去效率。因此在第二氣體清潔裝置中獲得良好的氣體精制效果。堿性物質(zhì)可選自對(duì)冷卻液具有聞的pH影響的物質(zhì)。這將確保冷卻液的二氧化硫吸收能力保持聞而具有僅僅小的堿性物質(zhì)消耗率。堿性物質(zhì)的一個(gè)非限制性實(shí)例為氫氧化鈉。
[0014]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，工藝氣體在第二氣體清潔裝置中的冷卻使工藝氣體的溫度降低10-55°C，例如20-55°C，例如30_55°C。在該實(shí)施方案中，離開(kāi)所述第二裝置的工藝氣體的溫度因此比已通過(guò)所述第一裝置的經(jīng)部分地清潔的氣體的溫度要低。在第二氣體清潔裝置中具有明顯的溫度梯度可進(jìn)一步改進(jìn)水蒸氣從所述經(jīng)部分地清潔的工藝氣體的冷凝并可同時(shí)進(jìn)一步改進(jìn)二氧化硫和/或SOx除去。
[0015]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，所述方法還包括將用過(guò)的冷卻液返回到第二氣體清潔裝置；其中在所述返回期間，在將海水進(jìn)料提供給第一氣體清潔裝置之前，使用過(guò)的冷卻液經(jīng)受與海水進(jìn)料的換熱。換熱后，用過(guò)的冷卻液因此被送至第二氣體清潔裝置以再次用來(lái)冷卻工藝氣體。用過(guò)的冷卻液的再循環(huán)和換熱通過(guò)例如改進(jìn)第二氣體清潔裝置中液體循環(huán)的溫度控制而可實(shí)現(xiàn)所述方法中傳熱的高效控制。高效的溫度控制還防止第二氣體清潔裝置的變干并因此保持液體平衡。
[0016]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，所述第二裝置中生成的所有過(guò)剩的水均被送至所述第一裝置。在一些情況下，第二氣體清潔裝置中生成的所有冷凝水均被送至第一氣體清潔裝置。在其他情況下，第二氣體清潔裝置中生成的一部分冷凝水被加到冷卻液的再循環(huán)中以保持液體平衡，而過(guò)剩的水被直接送至第一氣體清潔裝置。這樣，第二氣體清潔裝置的液體平衡可得以?xún)?yōu)化。
[0017]在另一個(gè)方面，提供了一種用于清潔含二氧化硫的工藝氣體的氣體清潔系統(tǒng)，其包含:
第一氣體清潔裝置，布置成接收含二氧化硫的工藝氣體、用于接收海水進(jìn)料并且用于使工藝氣體與海水接觸以從工藝氣體除去二氧化硫，從而生成經(jīng)至少部分地清潔的工藝氣體；
布置成與第一氣體清潔裝置直接流體連接的第二氣體清潔裝置，用于接收已通過(guò)第一氣體清潔裝置的所述經(jīng)至少部分地清潔的工藝氣體并且用于通過(guò)冷卻所述經(jīng)部分地清潔的工藝氣體以從其冷凝水而除去所述經(jīng)部分地清潔的工藝氣體的至少一部分水含量，從而生成具有減少的水蒸氣含量的工藝氣體；
其中所述第一氣體清潔裝置布置成接收第二氣體清潔裝置中生成的至少一部分冷凝水。
[0018]應(yīng)理解，關(guān)于本發(fā)明的方法方面中公開(kāi)的具體實(shí)施方案以及優(yōu)勢(shì)如同本發(fā)明的系統(tǒng)方面等同地相關(guān)的實(shí)施方案和優(yōu)勢(shì)(如適用)那樣被考慮，反之亦然。因此不再對(duì)第二方面詳細(xì)闡述等價(jià)實(shí)施方案的特定優(yōu)勢(shì)，如果它們已關(guān)于第一方面公開(kāi)了的話(huà)。
[0019]本發(fā)明的氣體清潔系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于，其提供工藝氣體的清潔，所述清潔既在二氧化硫和水蒸氣的除去方面高效也在運(yùn)行和投資成本方面高效。通過(guò)直接流體連接地布置所述第一和第二裝置，例如，系統(tǒng)的場(chǎng)所空間要求將減小。更具體而言，總體系統(tǒng)尺寸如所述第一和第二裝置的組合的橫截面積和高度可減小。
[0020]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，第二氣體清潔裝置布置成接收冷卻液并且使所述經(jīng)部分地清潔的工藝氣體與冷卻液接觸，由此進(jìn)一步生成用過(guò)的冷卻液。在一些情況下，所述第二裝置可包含直接接觸冷卻器，其布置成使所述工藝氣體與所述冷卻液接觸。
[0021]或者，第二氣體清潔裝置可包含管式DCC，其布置成用于所述經(jīng)部分地清潔的工藝氣體的間接冷卻。在此實(shí)施方案中，第二氣體清潔裝置中不采用與工藝氣體直接接觸的冷卻液。
[0022]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，第二氣體清潔裝置提供有填料材料以使冷卻液與所述經(jīng)至少部分地清潔的工藝氣體接觸。這樣，可以不生成大量非常小的液滴的方式獲得冷卻液與所述經(jīng)至少部分地清潔的工藝氣體之間的高效接觸，非常小的液滴可能損害下游設(shè)備。
[0023]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，第二氣體清潔裝置提供有pH控制裝置，其布置成通過(guò)堿性物質(zhì)的供給來(lái)控制冷卻液的pH。這可實(shí)現(xiàn)二氧化硫從所述經(jīng)部分地清潔的工藝氣體的高效除去以及在第二氣體清潔裝置中采用更便宜的鋼材。
[0024]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，氣體清潔系統(tǒng)還包含換熱器，其布置成在海水進(jìn)料被送至第一氣體清潔裝置之前接收海水進(jìn)料并且接收第二氣體清潔裝置中生成的用過(guò)的冷卻液，所述換熱器布置成在海水進(jìn)料與用過(guò)的冷卻液之間交換熱。除提供關(guān)于方法方面所公開(kāi)的優(yōu)勢(shì)之外，這樣的換熱器還可起到杠桿的作用以在第二氣體清潔裝置中產(chǎn)生期望的溫度梯度并因此進(jìn)一步促進(jìn)水蒸氣從所述經(jīng)部分地清潔的工藝氣體的冷凝。
[0025]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，提供了煙?或?qū)Ч芤詫⒁淹ㄟ^(guò)第一氣體清潔裝置的工藝氣體直接送至第二氣體清潔裝置。煙?或?qū)Ч芸梢虼颂峁┧龅谝缓偷诙b置之間就氣體而論的直接流體連接。在已通過(guò)第一氣體清潔裝置之后，所述經(jīng)部分地清潔的工藝氣體被直接送至或通向第二氣體清潔裝置。
[0026]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，在第一和第二氣體清潔裝置之間提供了液體收集容器，所述液體收集容器布置成收集第二氣體清潔裝置中生成的冷凝水并且直接送至少一部分所述冷凝水至第一氣體清潔裝置。因此，液體收集容器提供了第二氣體清潔裝置與第一氣體清潔裝置之間相應(yīng)的直接流體連接。
[0027]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，第一氣體清潔裝置布置成接收第二氣體清潔裝置中生成的所有冷凝水。在此實(shí)施方案中，第一氣體清潔裝置能夠應(yīng)付所有所述冷凝水；即沒(méi)有水得要送至其他地方。在一些情況下，第一氣體清潔裝置布置成接收第二氣體清潔裝置中生成的所有過(guò)剩的水。
[0028]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，第二氣體清潔裝置提供在同一柱或塔內(nèi)第一氣體清潔裝置之上。此實(shí)施方案具有進(jìn)一步減少場(chǎng)所空間需要或系統(tǒng)占地面積(footprint)以及減少系統(tǒng)的總高度的優(yōu)勢(shì)。
[0029]從說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)，本發(fā)明的其他目的和特征將顯而易見(jiàn)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0030]下面結(jié)合附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明，在附圖中:
圖1為具有現(xiàn)有技術(shù)的基于海水的氣體清潔系統(tǒng)的發(fā)電廠的示意性側(cè)剖視圖。
[0031]圖2為現(xiàn)有技術(shù)的直接接觸冷卻器的示意性側(cè)剖視圖。
[0032]圖3為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的氣體清潔系統(tǒng)的示意性側(cè)剖視圖。
[0033]最佳實(shí)施方式
如整個(gè)說(shuō)明書(shū)中所用，術(shù)語(yǔ)“經(jīng)清潔的”、“清潔的”和“經(jīng)部分地清潔的”應(yīng)主要理解為指SOx化合物如二氧化硫和三氧化硫從工藝氣體的除去。
[0034]當(dāng)用來(lái)描述裝置之間的連接和相對(duì)位置時(shí)，“直接流體連接”應(yīng)理解為提供氣體和液體的直接傳送的連接或通路。直接流體連接的一個(gè)具體實(shí)例為其中第二氣體清潔裝置位于第一氣體清潔裝置鄰近例如在其上方的系統(tǒng)。
[0035]圖1為示意性側(cè)剖視圖，示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)電廠I。發(fā)電廠I包括鍋爐2，其中在經(jīng)由氧供給導(dǎo)管5供給的氧的存在下燃燒經(jīng)由進(jìn)給管道4供給的燃料如煤、石油、泥炭、天然氣或廢物。在鍋爐2為所謂的“氧-燃料”鍋爐的情況下，氧可例如以空氣的形式和/或以氧氣與再循環(huán)氣體的混合物的形式供給。燃料的燃燒生成呈煙氣形式的熱工藝氣體。燃燒后，燃料中所含的硫物種至少部分地形成二氧化硫SO2，其形成煙氣的一部分。
[0036]煙氣可自鍋爐2經(jīng)由流體連接的導(dǎo)管6流向呈靜電沉淀器3形式的任選的除塵裝置。靜電沉淀器3 (其實(shí)例見(jiàn)述于US 4，502，872中)用來(lái)從煙氣除去塵粒。作為替代方案，可使用另一類(lèi)型的除塵裝置，例如織物過(guò)濾器(其實(shí)例見(jiàn)述于US 4，336，035中)。
[0037]已從其任選地除去大多數(shù)塵粒的煙氣自靜電沉淀器3經(jīng)由流體連接的導(dǎo)管7流向海水洗滌器18。海水洗滌器18包含濕式洗滌塔10。入口 8布置在濕式洗滌塔10的下部9處。導(dǎo)管7流體連接至入口 8，使得自靜電沉淀器3經(jīng)由導(dǎo)管7流動(dòng)的煙氣可經(jīng)由入口 8進(jìn)入濕式洗滌塔10的內(nèi)部11。
[0038]在進(jìn)入內(nèi)部11后，煙氣垂直地向上流經(jīng)濕式洗滌塔10，如箭頭F所指示。濕式洗滌塔10的中央部分12裝配有若干彼此在上方垂直地布置的噴霧裝置13。在圖1的系統(tǒng)中有三個(gè)這樣的噴霧裝置13，通常濕式洗滌塔10中有I至20個(gè)這樣的噴霧裝置13。每個(gè)噴霧裝置13包含供給管14和若干流體連接至每個(gè)供給管14的噴嘴。經(jīng)由供給管14供給到噴嘴的海水被霧化并在濕式洗滌塔10的內(nèi)部11中接觸煙氣以自其吸收二氧化硫S02。
[0039]泵15布置以自海洋17經(jīng)由流體連接的抽吸管16泵送海水并經(jīng)由流體連接的壓力管18送海水至流體連接的供給管14。
[0040]濕式洗滌塔10的內(nèi)部11中由噴嘴霧化的海水在濕式洗滌塔10內(nèi)向下流動(dòng)并自濕式洗滌塔10的內(nèi)部11內(nèi)以F所示方向垂直地向上流動(dòng)的煙氣吸收二氧化硫。由于海水對(duì)二氧化硫的如此吸收，隨著其在濕式洗滌塔10的內(nèi)部11內(nèi)向下流動(dòng)，海水逐漸變成排出廢海水。排出廢海水被收集在濕式洗滌塔10的下部9中并自濕式洗滌塔10經(jīng)由流體連接的排出管19送至海洋或至排出廢海水處理系統(tǒng)(未示出)。
[0041]圖2為示意性剖視圖，示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，通常形成CCS系統(tǒng)的一部分的直接接觸冷卻器(DCC) 20。DCC 20包括塔25，其填充了填料材料26以提供煙氣與冷卻液之間良好的接觸，所述煙氣通常含二氧化碳，來(lái)自例如基于石灰石的濕式洗滌器或噴霧干燥吸收器，所述冷卻液借助管24中的泵22在DCC 20中循環(huán)。液體分配器27布置成在填料材料上均勻地分配冷卻液例如水。
[0042]煙氣經(jīng)由導(dǎo)管21供給到塔25的下端并垂直向上地移動(dòng)通過(guò)塔25，使得以逆流流動(dòng)的方式與向下流動(dòng)通過(guò)填料材料26的冷卻液接觸。在塔25的上端，布置了除霧器28。除霧器28從煙氣除去液滴。
[0043]換熱器31布置在管24中，如圖2中所示。換熱器31冷卻管24中輸送的冷卻液。冷卻介質(zhì)經(jīng)由管32供給到換熱器31并經(jīng)由管33離開(kāi)換熱器31。冷卻介質(zhì)可來(lái)自冷卻塔。
[0044]供給到DCC 20的換熱器31的冷卻介質(zhì)，如圖2中所示，具有適于充分冷卻管24中循環(huán)的冷卻液的溫度。在DCC 20的填料材料26中，煙氣在與冷卻液直接接觸后冷卻。由于該冷卻(通常為至低于水蒸氣的飽和溫度的溫度的冷卻)，故在DCC 20內(nèi)，水自煙氣冷凝。因此，經(jīng)由導(dǎo)管29離開(kāi)DCC 20的煙氣將具有比進(jìn)入DCC 20的煙氣低的水含量。風(fēng)扇30布置成送煙氣至例如氣體處理單元(未示出)。
[0045]pH傳感器34布置成測(cè)量管24中傳送的冷卻液的pH。通常布置控制單元(未示出)以自pH傳感器34接收信號(hào)。控制單元控制堿性物質(zhì)如NaOH自鄰近的堿性物質(zhì)貯存器(未示出)的供給。因此，控制單元通常比較借助PH傳感器34所測(cè)得的pH與pH設(shè)定點(diǎn)。當(dāng)由PH傳感器34測(cè)得的pH低于pH設(shè)定點(diǎn)時(shí)，控制單元將向堿供給裝置(例如，呈泵的形式)發(fā)送信號(hào)以便堿性物質(zhì)從貯存器經(jīng)由管(未示出)泵送至管24以增大冷卻液的pH。
[0046]在離開(kāi)DCC 20之前，煙氣將通過(guò)除霧器28，除霧器28除去煙氣流所夾帶的液滴。在一些情況下，導(dǎo)管29的煙氣可在換熱器(未示出)中預(yù)熱以提高導(dǎo)管29的煙氣的溫度。預(yù)熱可以這種方式蒸發(fā)已通過(guò)除霧器28的一些非常小的滴和霧。
[0047]下面結(jié)合圖3描述本發(fā)明的實(shí)施方案。
[0048]圖3為示意性剖視圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的組合氣體清潔系統(tǒng)40。含二氧化硫的煙氣例如自鍋爐2在導(dǎo)管7中任選地經(jīng)由除塵裝置3(如圖1中所示)流向第一氣體清潔裝置42。煙氣經(jīng)由入口 8進(jìn)入第一氣體清潔裝置42如濕式洗滌器段的內(nèi)部43。
[0049]在已進(jìn)入濕式洗滌器段42的內(nèi)部43后，煙氣垂直地向上流過(guò)濕式洗滌器段42。濕式洗滌器段42的中央部分44裝配有若干彼此在上方垂直地布置的噴霧裝置13。在圖3的實(shí)施方案中布置有四個(gè)這樣的噴霧裝置13。濕式洗滌器段42中可安裝2至7個(gè)這樣的噴霧裝置13。取決于工藝，運(yùn)行中的噴霧裝置的數(shù)量可小于安裝的噴霧裝置的數(shù)量。每個(gè)噴霧裝置13包含供給管14和若干流體連接至每個(gè)供給管14的噴嘴。經(jīng)由供給管14供給到噴嘴的海水被霧化并在濕式洗滌塔42的內(nèi)部43中接觸煙氣以自其吸收二氧化硫S02。
[0050]泵15布置成自海洋17經(jīng)由流體連接的抽吸管16泵送海水并經(jīng)由流體連接的壓力管18送海水至流體連接的供給管14。在一些情況下，供給到管14的海水可為在該海水在海水洗滌器42中用作洗滌水之前先前在例如伴隨鍋爐2的蒸汽輪機(jī)系統(tǒng)中用作冷卻水的海水。
[0051]霧化的海水在系統(tǒng)的濕式洗滌器段42的內(nèi)部43中向下流動(dòng)并自垂直地向上流動(dòng)的煙氣吸收二氧化硫。二氧化硫被吸收進(jìn)海水中將生成經(jīng)至少部分地清潔的煙氣和排出廢海水。排出廢海水被收集在氣體清潔系統(tǒng)的濕式洗滌器段42的下部41中。排出廢海水可經(jīng)由流體連接的排出管19送至海洋或至任選的排出廢海水處理系統(tǒng)。
[0052]送至濕式洗滌器段42的煙氣通常具有90_180°C的溫度。在濕式洗滌器段42的內(nèi)部43中與源自海洋17的較冷海水接觸后，煙氣將被部分冷卻。該濕式洗滌器段中的部分冷卻可通過(guò)控制供給管14中海水的供給溫度以及通過(guò)運(yùn)行中的噴霧裝置的數(shù)量來(lái)控制。煙氣可因此在濕式洗滌器段42中被冷卻到40-75°C的溫度。供給管中輸送的海水可在任選的換熱器60中部分地加熱，這將在下文進(jìn)一步描述。取決于供給的海水的量，濕式洗滌器段中液體與氣體比率可在5-20:1范圍內(nèi)。
[0053]所述經(jīng)至少部分地清潔的煙氣經(jīng)由煙囪裝置46離開(kāi)濕式洗滌段42，煙囪裝置46適于送煙氣至氣體清潔系統(tǒng)40的第二氣體清潔裝置45如DCC段。煙氣被向上傳送通過(guò)煙囪裝置46，煙?裝置46連接至液體收集容器51如托盤(pán)。在煙?裝置46上方提供了頂蓋裝置50。煙氣在頂蓋裝置50下方離開(kāi)煙?裝置46并通過(guò)頂蓋裝置50的各個(gè)蓋之間進(jìn)入DCC段45的下部。
[0054]或者，可布置旁通導(dǎo)管(未示出)以自濕式洗滌器段42 (第一氣體清潔裝置)向DCC段(第二氣體清潔裝置)45傳送所述經(jīng)部分地清潔的煙氣。旁通導(dǎo)管可具有出口和入口，出口布置在將濕式洗滌器段42與DCC段45分開(kāi)的托盤(pán)51下方，入口布置在托盤(pán)51上方以便煙氣可進(jìn)入DCC段45的內(nèi)部中。
[0055]DCC段45包含填料材料49，其布置成提供經(jīng)至少部分地清潔除去二氧化硫的煙氣與冷卻液之間良好的接觸，所述冷卻液借助管47中的泵55在DCC段45中循環(huán)。液體分配器48布置成在填料材料上分配冷卻液。液體分配器48 (其可例如為可得自Jaeger Products,Inc, Houston, USA 的 Jaeger LD3 型或 LD4 型或者可得自 Koch-Glitsch LP, Wichita,USA的液體分配器)在填料材料49上均勻地分配液體而不引起小液滴的不當(dāng)形成。
[0056]填料材料49可為所謂的結(jié)構(gòu)化填料類(lèi)型,例如可得自Sulzer Chemtech USA Inc,Tulsa, USA 的 Mellapak Plus 或可得自 Koch-Glitsch LP, Wichita, USA 的 Flexipak?；蛘?，填料材料49可為所謂的無(wú)規(guī)填料類(lèi)型,例如可得自Jaeger Products, Inc, Houston,USA 的 Jaeger Tr1-Pack 或可得自 Koch-Glitsch LP, Wichita, USA 的 IMTP。[0057]進(jìn)入DCC段45的下部的煙氣垂直向上地移動(dòng)通過(guò)DCC 45，使得以逆流流動(dòng)的方式與向下流動(dòng)通過(guò)填料材料49的冷卻液接觸。DCC段45的液體與氣體比率可例如為2-6:1，例如3:1。任選地，可在DCC段的上部處布置除霧器，大體如圖1中所示。
[0058]換熱器35布置在管47中。換熱器35布置成借助冷卻介質(zhì)冷卻管52中輸送的冷卻液。該冷卻介質(zhì)，例如水或源自冷卻塔的含水二醇，經(jīng)由管56供給到換熱器35并經(jīng)由管57離開(kāi)換熱器35。所述經(jīng)至少部分地清潔的煙氣的冷卻在DCC段45中通過(guò)使所述經(jīng)部分地清潔的煙氣與例如清潔水形式的冷卻液接觸來(lái)實(shí)現(xiàn)。此冷卻將促進(jìn)水蒸氣從DCC段45內(nèi)的煙氣中冷凝。因此，離開(kāi)DCC段45的煙氣將具有比進(jìn)入DCC段45的煙氣低的水含量。DCC段45中生成的冷凝水與陸續(xù)變?yōu)橛眠^(guò)的冷卻液一起在DCC段45中向下流動(dòng)并被收集在托盤(pán)51上。煙?裝置46的頂蓋50防止用過(guò)的冷卻液和冷凝水進(jìn)入煙?裝置46。
[0059]所述經(jīng)部分地清潔的煙氣在氣體清潔系統(tǒng)40的DCC段45中大量冷凝，如圖3中所示。經(jīng)由DCC段45的上部58離開(kāi)氣體清潔系統(tǒng)的貧水蒸氣的煙氣可具有比進(jìn)入DCC段45的所述經(jīng)部分地清潔的煙氣低10-55°C的溫度。這將在填料材料49中產(chǎn)生明顯的溫度梯度，從而使得水蒸氣從煙氣顯著冷凝。
[0060]可布置溢流管63，例如作為托盤(pán)51的一部分并沿氣體清潔系統(tǒng)40的邊側(cè)向下延伸，以應(yīng)付DCC段45中液體的溢流。溢流管在DCC段45中具有入口并在濕式洗滌器段42的下部41中具有出口，布置成將主要包含自煙氣冷凝的水的液體(體積)部分自DCC段45送至濕式洗滌器段42。優(yōu)選地，主要包含DCC段45中生成的所有冷凝水的所有過(guò)剩液體均自DCC段45送至濕式洗滌器段42。
[0061]DCC段45中生成的冷凝水可隨后獨(dú)立地于DCC段45中冷卻液的任何再循環(huán)被送至濕式洗滌器段42。在圖3的實(shí)施方案中，泵55將管52中的冷卻液抽吸至正常液位(體積水平)，同時(shí)溢流管應(yīng)付超出正常液位(體積水平)的液體。這有助于保持DCC段45的水平衡。
[0062]除冷卻外，冷卻液與煙氣在DCC段45的填料材料49中的直接接觸還將導(dǎo)致二氧化硫的進(jìn)一步除去。DCC段45因此還生成經(jīng)清潔的煙氣，其可被送至例如氣體壓縮。與現(xiàn)有技術(shù)的海水洗滌器相比，這將進(jìn)一步增大氣體清潔系統(tǒng)的硫除去容量。
[0063]變得溶解在DCC 45的冷卻液中的二氧化硫?qū)?dǎo)致管47中循環(huán)的冷卻液的pH值降低?？刹贾肞H傳感器(未示出)以感知pH值的此類(lèi)降低并命令泵(未示出)自貯存器(未示出)向管47供給堿性物質(zhì)。pH控制可基本如關(guān)于圖2所述那樣進(jìn)行。pH值的設(shè)定點(diǎn)通常為PH 4.5-7。已發(fā)現(xiàn)這樣的設(shè)定點(diǎn)將提供高效的二氧化硫除去而無(wú)大的、不希望有的二氧化碳自煙氣的除去?？刂艱CC段45中循環(huán)的冷卻液的pH值也將控制二氧化硫的除去效率。因此，PH設(shè)定點(diǎn)通常設(shè)定為使得所述經(jīng)部分地清潔的煙氣的剩余二氧化硫含量中的至少70%在DCC段45中被除去的值。合適的堿性物質(zhì)的實(shí)例包括氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鉀(KOH)、碳酸鈉(Na2CO3)和碳酸氫鈉(NaHCO3)。通常，最優(yōu)選的堿性物質(zhì)為氫氧化鈉(NaOH)。
[0064]DCC段45的填料材料49中發(fā)生的顯著冷凝還提供三氧化硫SO3的高效除去，三氧化硫SO3主要以氣溶膠的形式存在于所述經(jīng)部分地清潔的煙氣中。據(jù)推測(cè)，填料材料49中的水冷凝很大程度上冷凝在氣溶膠顆粒上，從而使得此類(lèi)氣溶膠顆粒生長(zhǎng)為尺寸使得其被填料材料49中循環(huán)的循環(huán)冷卻液捕集的滴。[0065]通過(guò)如上所述高效的冷凝和SOx物質(zhì)除去，DCC段45中碳酸鹽的形成可保持在最低限度。
[0066]任選地，在管47中布置另一換熱器60以進(jìn)一步冷卻DCC段45中循環(huán)的冷卻液。換熱器60中采用的冷卻介質(zhì)為管18中輸送的海水進(jìn)料。海水進(jìn)料經(jīng)由管61進(jìn)入換熱器60并經(jīng)由管62離開(kāi)換熱器。管61和62可流體連接至管18或至一個(gè)或多個(gè)供給管14。為平衡管47中冷卻液的流率，可將管61連接在管18和供給管14的不同位置處。換熱器60因此生成與換熱器60上游的冷卻液相比經(jīng)冷卻的冷卻液以及與換熱器60上游的海水進(jìn)料相比經(jīng)加熱的海水進(jìn)料。通過(guò)向氣體清潔系統(tǒng)40加入該換熱器60，DCC段45中將提供更高效的冷卻和因此水蒸氣冷凝以及二氧化硫從煙氣的除去?；蛘?，換熱器60可代替換熱器35。
[0067]本發(fā)明的氣體清潔系統(tǒng)可有利地在大氣壓力下和高于大氣壓力的壓力下采用，例如在5-40巴、如8-20巴范圍內(nèi)采用。
[0068]雖然結(jié)合若干優(yōu)選實(shí)施方案描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，可作各種改變并且可以等價(jià)物取代其要素而不偏離本發(fā)明的范圍。此外，可作許多修改以使特定的情形或材料適應(yīng)本發(fā)明的教導(dǎo)而不偏離其實(shí)質(zhì)性范圍。因此，本發(fā)明非意在局限于被考慮用于實(shí)施本發(fā)明的最佳方式所公開(kāi)的特定實(shí)施方案，而是，本發(fā)明將包括所有落在附隨的權(quán)利要求的范圍內(nèi)的實(shí)施方案。此外，術(shù)語(yǔ)第一、第二等的使用不代表任何順序或重要性，而是，術(shù)語(yǔ)第一、第二等用來(lái)區(qū)分一個(gè)要素與另一要素。
【權(quán)利要求】
1.一種清潔含二氧化硫的工藝氣體的方法，所述方法包括: 在第一氣體清潔裝置中，通過(guò)使所述工藝氣體與海水接觸來(lái)從所述工藝氣體除去二氧化硫以生成經(jīng)至少部分地清潔的工藝氣體； 在布置成與所述第一氣體清潔裝置直接流體連接的第二氣體清潔裝置中，冷卻已通過(guò)所述第一氣體清潔裝置的所述經(jīng)至少部分地清潔的工藝氣體以從其冷凝水，從而生成具有減少的水蒸氣含量的工藝氣體，和 將所述第二氣體清潔裝置中生成的至少一部分冷凝水送至所述第一氣體清潔裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在所述第二氣體清潔裝置中的冷卻包括使所述經(jīng)至少部分地清潔的工藝氣體與冷卻液接觸以從其冷凝水，由此進(jìn)一步生成用過(guò)的冷卻液。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，所述方法還包括: 在所述第二氣體清潔裝置中精制所述經(jīng)部分地清潔的工藝氣體以自其進(jìn)一步除去二氧化硫，從而生成經(jīng)清潔的工藝氣體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，所述方法還包括通過(guò)供給堿性物質(zhì)來(lái)控制所述冷卻液的pH值使之在4.5-7范圍內(nèi)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中所述工藝氣體在所述第二氣體清潔裝置中的冷卻使所述工藝氣體的溫度降低10-55°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求2-5中任一項(xiàng)的方法，所述方法還包括 將用過(guò)的冷卻液返回到所述第二氣體清潔裝置；其中在所述返回期間，在將海水進(jìn)料提供給所述第一氣體清潔裝置之前，使所述用過(guò)的冷卻液經(jīng)受與所述海水進(jìn)料的換熱。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一`項(xiàng)的方法，所述方法包括將所述第二氣體清潔裝置中生成的所有過(guò)剩的水送至所述第一氣體清潔裝置。
8.一種用于清潔含二氧化硫的工藝氣體的氣體清潔系統(tǒng)，所述氣體清潔系統(tǒng)包含: 第一氣體清潔裝置，布置成接收所述含二氧化硫的工藝氣體、接收海水進(jìn)料并且使所述工藝氣體與所述海水接觸以從所述工藝氣體除去二氧化硫，從而生成經(jīng)至少部分地清潔的工藝氣體； 布置成與所述第一氣體清潔裝置直接流體連接的第二氣體清潔裝置，以接收已通過(guò)所述第一氣體清潔裝置的所述經(jīng)至少部分地清潔的工藝氣體并且通過(guò)冷卻所述經(jīng)部分地清潔的工藝氣體以從其冷凝水而除去所述經(jīng)部分地清潔的工藝氣體的至少一部分水含量，從而生成具有減少的水蒸氣含量的工藝氣體； 其中所述第一氣體清潔裝置布置成接收所述第二氣體清潔裝置中生成的至少一部分冷知水。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的氣體清潔系統(tǒng)，其中所述第二氣體清潔裝置布置成接收冷卻液并且使所述經(jīng)部分地清潔的工藝氣體與所述冷卻液接觸，由此進(jìn)一步生成用過(guò)的冷卻液。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的氣體清潔系統(tǒng)，其中所述第二氣體清潔裝置提供有填料材料以使所述冷卻液與所述經(jīng)至少部分地清潔的工藝氣體接觸。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10的氣體清潔系統(tǒng)，其中所述第二氣體清潔裝置提供有pH控制裝置，所述PH控制裝置布置成通過(guò)堿性物質(zhì)的供給來(lái)控制所述冷卻液的pH。
12.根據(jù)權(quán)利要求9-11中任一項(xiàng)的氣體清潔系統(tǒng)，所述氣體清潔系統(tǒng)還包含 換熱器，所述換熱器布置成在海水進(jìn)料被送至所述第一氣體清潔裝置之前接收海水進(jìn)料并且接收所述第二氣體清潔裝置中生成的用過(guò)的冷卻液，所述換熱器布置成在所述海水進(jìn)料與所述用過(guò)的冷卻液之間交換熱。
13.根據(jù)權(quán)利要求8-12中任一項(xiàng)的氣體清潔系統(tǒng)，其中提供煙囪或?qū)Ч芤詫⒁淹ㄟ^(guò)所述第一氣體清潔裝置的所述工藝氣體直接送至所述第二氣體清潔裝置。
14.根據(jù)權(quán)利要求8-13中任一項(xiàng)的氣體清潔系統(tǒng)，其中在所述第一和第二氣體清潔裝置之間提供液體收集容器，所述液體收集容器布置成收集所述第二氣體清潔裝置中生成的冷凝水并且直接送至少一部分所述冷凝水至所述第一氣體清潔裝置。
15.根據(jù)權(quán)利要求8-14中任一項(xiàng)的氣體清潔系統(tǒng)，其中所述第二氣體清潔裝置提供在同一柱或塔內(nèi)所述第一氣體清潔裝置之上。
【文檔編號(hào)】B01D53/18GK103657349SQ201310396930
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月4日
【發(fā)明者】O.斯塔爾曼恩, G.海恩滋 申請(qǐng)人:阿爾斯通技術(shù)有限公司