用于处理气体流且尤其用于处理烟气流的设备和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于处理气体流且尤其用于处理烟气流的设备。此外，本发明涉及一种用于处理气体流的相应的方法。
【背景技术】
[0002]在气候变化的背景下，全球的目标是:降低有害物质到大气中的排放。这尤其适用于在大气中积聚的二氧化碳(CO2)的排放，所述排放妨碍地球的热辐射从而作为温室效应导致地表温度提高。
[0003]尤其在用于产生电能的燃烧化石的电力设备中因燃烧化石燃料形成含二氧化碳的烟气。为了避免或为了降低二氧化碳到大气中的排放，必须将二氧化碳从烟气中分离。相应地，尤其在现有的燃烧化石的发电厂中探讨适当的措施，以便在燃烧之后从废气中分离所产生的二氧化碳(燃烧后捕集)。
[0004]对此，作为技术上的实现方案，将烟气在燃烧之后与适当的清洗介质接触，其中包含在烟气中的气态二氧化碳溶解在清洗介质中或者在化学意义上被吸收。清除掉二氧化碳的废气最后被释放到大气中。装载有二氧化碳的清洗介质能够通过被吸收的二氧化碳的解吸而再生并且重新用于从烟气中吸收二氧化碳。在此，常见的清洗介质基于伯胺、仲胺或叔胺并且显示出良好的选择性和对二氧化碳而言高的容量。
[0005]然而，在燃烧后捕集工艺中从烟气中分离0)2时由于除了二氧化碳之外还包含在烟气中的有害物质，例如固体颗粒、氧化硫(SOx)和氧化氮(NOx)而产生问题，所述有害物质经由烟气进入到CO2分离过程中。在此，例如由于出自清洗介质中的胺与出自烟气中的氧化氮的反应直接通过分解产物或经由副反应产生疑似会致癌的亚硝胺(N-亚硝基化合物)。因为所形成的亚硝胺具有低的蒸汽压，所以其经由被清洁的烟气共同排放到大气中。因此在CO2分离时将亚硝胺浓度降低到最小是绝对必要的。
[0006]为了将气态的有害物质、如SO3^PNOx，同样还有固体颗粒在进入到CO2分离设备中之前从烟气中分离，烟气通常在清洗设备中预清洁。在此，例如将除尘器用于清洁烟气中的固体，将脱硫单元用于去除30:(并且将所谓的脱硝设施(DeNOx设施)用于去除NO x。
[0007]借助于该方法，就预清洁而言通常能够去除包含在烟气中的有害物质的大部分。然而不能够排除尤其是氧化氮的剩余份额残留在烟气中。随后该有害物质与烟气共同地被输送给CO2分离设备并且在那里与清洗介质形成有害气体和分解产物，如尤其是上述亚硝胺。
【发明内容】
[0008]因此，本发明的第一目的是，提出一种常用的设备，所述设备在避免在CO2分离过程中形成不期望的分解产物和副产物的同时实现相对于常用的设备简化的烟气处理。
[0009]本发明的第二目的是提出一种方法，所述方法在烟气处理时关于形成分解产物和副产物方面被优化。
[0010]本发明的第一目的根据本发明通过一种用于处理气体流且尤其用于处理烟气流的设备来实现，所述设备包括:用于借助于清洗介质从气体流中去除有害物质的清洗设备；以及连接在清洗设备下游的、具有吸收器和解吸器的、用于借助于清洗介质从气体流中分离二氧化碳的分离设备。在此，清洗设备和分离设备设立用于使用相同的清洗介质。
[0011]本发明以如下事实为出发点:在CO2分离设备中，尤其由于随烟气带入的有害物质且尤其是氧化氮，至今为止仅受限制地防止分解产物和副产物的形成。尽管对烟气进行预清洁，但是在烟气中通常总是残留一定份额的有害物质。该残余份额随烟气被输送给用于二氧化碳的分离设备并且在那里与清洗介质发生反应，由此有利于形成所不期望的副产物和/或分解产物。使用具有如下添加物的清洗介质至今为止也不能够确保几乎完全地去除氧化氮，所述添加物例如能够通过与包含在烟气中的氧化氮的反应来降低氧化氮的浓度。
[0012]在考虑上述内容的情况下，本发明认识到:如果不仅用于分离包含在气体流中的有害物质的清洗设备而且用于从气体流中分离二氧化碳的分离设备构成为使得它们适合于使用相同的清洗介质，那么能够禁止在从烟气中分离CO2时形成不期望的产物。
[0013]通过对这两个处理步骤、即对于在烟气进入到0)2分离设备中之前对其预清洁以去除有害物质和对于在CO2分离设备之内的吸收-解吸过程使用相同的清洗介质，能够确保可靠且成本适宜地处理烟气。
[0014]清洗介质(第一过程阶段)一方面用于减少或去除烟气中的干扰组分(有害气体、固体颗粒和重金属)进而防止其被带入到分离设备中(第二过程阶段)。另一方面，清洗介质实现通过常见的吸收-解吸过程在相应的分离设备中从烟气中分离二氧化碳。
[0015]换而言之，由于清洗设备和0)2分离设备适合于使用相同的清洗介质，能够实施用于烟气清洁的两阶段的过程，使得在第一过程阶段中有针对性地分离有害物质，并且在第二过程阶段中通过随后分离二氧化碳来净化几乎完全地清除掉所不期望的组分的烟气。
[0016]被清洁的烟气在经过清洗设备之后不包含或者仅包含极少量的有害物质进而能够被输送给分离设备。由于事先去除有害物质，抑制或至少显著地减少所不期望的副产物和分解产物的形成和在此尤其是亚硝胺的形成。
[0017]此外，通过该设计方案在共同的清洗设备中实施烟气的冷却连同分离有害物质。这一方面显著地节约投资成本并且显著地降低主过程中的、即二氧化碳的分离过程中的有害物质。也能够省去输送独立的清洗介质、例如氢氧化钠(NaOH)，由此废料流能够显著地下降进而能够减少运营成本。
[0018]基本上，在燃煤电厂中燃烧时所产生的烟气在三个依次跟随的阶段中被清洁。在第一阶段中，在烟气脱氮时从烟气中去除氧化氮，由此通常应用所谓的SCR方法(选择性催化反应)。随后，对烟气除尘以去除固体颗粒。在第三步骤中，烟气经受脱硫以去除氧化硫。
[0019]当前，为了预清洁，尤其使用例如呈预洗塔形式的预清洗器、即清洗设备的一部分、。在清洗设备(第一过程阶段)中或在其预清洗器中进行预清洁或烟气的冷却。在此，从烟气中去除有害物质。
[0020]在预清洁之后残留在烟气中的二氧化碳通常通过借助于清洗介质的吸收-解吸过程从相应的气体流中洗出。为了分离，将烟气输送给作为常用的CO2分离设备的一部分的吸收器。为了有利于在吸收器中的吸收过程，烟气通常在进入吸收器中之前在所谓的烟道气体冷却器中被冷却。当前，在清洗设备中去除有害物质的同时就已经有利地进行了冷却。烟气的对于CO2在清洗介质中的吸收所需要的降低的温度因此能够与第一预清洁在一个步骤中进行。
[0021]气体流在吸收器内部与清洗介质接触，其中在那里部分组分和CO2被吸收或可逆地结合。被清洁的烟气从吸收器中排出，而被装载的清洗介质在温度提高的情况下被导入到解吸器中以分离C02。在解吸器中，分离通常以热学的方式进行，这就是说，二氧化碳通过输送热量被解吸和放出并且随后能够被输送用于存储或使用。再生的清洗介质从解吸器回引至吸收器并且随后重新被提供用于从烟气中吸收C02。
[0022]优选地，使用氨基酸盐作为清洗介质。通过使用氨基酸盐作为用于清洗设备和CO2分离设备的共同的清洗介质，可以借助于现有的或已经存在的回收过程处理烟气。水状的氨基酸盐溶液在此是适当的。在使用氨基酸盐作为吸收介质时，已证实有利的是:使用如下氨基酸盐，所述氨基酸盐具有包含氢、烷基、羟烷基和氨基烃基的基团中的碳取代物的氨基酸盐。此外优选的是，使用如下氨基酸盐，所述氨基酸盐具有包含氢、烷基、羟烷基和卤代烷基的基团中的氮取代物。又能够使用单独的氨基酸盐、例如甘氨酸的钾盐或其他的氨基酸。也能够使用不同的氨基酸盐的混合物作为吸收介质。此外优选的是，氨基酸盐是金属盐、尤其是喊金属盐。
[0023]在本发明的一个尤其有利的设计方案中，包括用于清洗介质的具有多个回收器的再生级。在再生级中或在分别与再生级相关联的回收器中将分解产物以及不可再生的反应产物与清洗介质分离。这例如能够借助于蒸馏进行，其中在分离干扰组分之后冷凝的清洗介质重新被输送给清洗设备。在此，回收器在再生清洗介质的情况下用于有针对性地提取干扰物质以及从烟气中获取可用的产物。
[0024]基本上，再生级或者再生级的所述回收器或每个回收器能够与解吸器流体连接。因此，在解吸后清除掉二氧化碳的清洗介质在再生级中再生。
[0025]然而关于再生级的设置已证实尤其有利的是:再生级与清洗设备的回引管道流体耦联。清洗设备的回引管道在此优选连接到清洗设备的预清洗器上。以这种方式，能够将在清洗设备中循环的清洗介质从预清洗器起输送给再生级并且相应地处理或再生。用于达到解吸条件以从清洗介质中放出二氧化碳的温度提高不是必需的。通过与清洗设备耦联的再生级，因此避免了高温并且在清洗介质再生时在不形成所不期望的且危险的副产物和分解产物、如亚硝胺的情况下分离有害物质。
[0026]在预清洁之后包含在烟气中的氧化硫的、至今为止一起被带入到分离设备中并且仅