专利名称：再循环tsa再生气体至锅炉用于氧燃料操作的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于从含NOx和至少一种“不可冷凝的”气体作为污染物的二氧化碳气体中至少去除二氧化氮(NO2)的方法。本方法通常也从进料气体中至少去除NO、N20、 水、SOj^n CO中的一种或多种，如果其在气体中作为另外的污染物存在。本发明特别应用于净化粗二氧化碳，例如燃料的氧燃料(oxyfuel)燃烧产生的烟道气，所述燃料如烃、含碳燃料和生物质。该方法特别应用于处理来自于电站的烟道气，其中在锅炉中燃烧粉煤产生蒸汽用于发电。
背景技术：
术语“S0X”指的是硫的氧化物并包含二氧化硫(SO2)和三氧化硫(SO3)。术语“N0X” 指的是氮的氧化物并主要包含NO和二氧化氮(NO2)。NOx可包含一种或多种其它氮的氧化物，包括N20、N204及队03。现已声称全球变暖的主要原因之一是由于人类的影响在大气中温室气体污染物的增加。排放的主要的温室气体，二氧化碳(CO2),在大气中的浓度从工业革命前的270ppm 增长至当前值约378ppm。CO2浓度的继续增长是不可避免的直至CO2的排放得以抑制。主要的(X)2排放源是燃烧化石燃料的电力站及以石油为燃料的车辆。为继续生产国家需要维持其经济和生活方式的电力量，使用化石燃料是必需的。 因此，需要设计有效方式使得可捕集来自燃烧化石燃料的发电站中的(X)2以能够将其储存起来而非放空到大气中。可储存于深海中；地质地层中如含盐水层(saline aquifer)；或枯竭油(d印leted oil)地层或天然气地层(natural gas formation)。可选地，CO2可用于提高原油采收率(enhanced oil recovery) (EOR)0氧燃料燃烧工艺通过在纯氧中燃烧含碳燃料或烃燃料从而产生纯的由(X)2和水蒸气组成的燃烧产物气体，来试图减轻CO2排放的有害影响。该工艺将导致烟道气中氮气(N2) 的缺乏以及非常高的燃烧温度，其在加热炉或锅炉中是不实际的。为了减低燃烧温度，总烟道气体物流中的一部分通常在冷却后典型地循环返回到燃烧器。一篇题巨 ^ "Oxy-combustion processes for CO2 capture from advanced supercritical PF and NGCC power plants，，(Dillon 等；发表于 GHGT-7，Vancouver，2004 年9月)的文献描述了采用氧燃料燃烧工艺从燃烧粉煤的电站锅炉(power boiler)捕集 C02，其公开的内容在此通过引用并入。氧燃料燃烧产生主要包含(X)2的粗烟道气，还有污染物例如水蒸气；“不可冷凝的”气体，即来自于化学过程中的不易通过冷却而冷凝的气体，例如过量的燃烧氧气(O2)， 和/或源自于任何空气泄漏进入该系统的02、N2、和氩气(Ar)；以及酸性气体例如作为来自燃料中组分的氧化产物而产生的或通过队和A在高温下的结合而产生的S03、SO2、氯化氢 (HC1)、N0和N02。烟道气中存在的气态杂质的精确浓度取决于多种因素，例如燃料组成；燃烧器中队的浓度；燃烧温度；以及燃烧器和加热炉的设计。通常，最终的经净化的(X)2产物理想地应作为高压流体物流产生，以传输进入管道用于输送到储存地或使用地点，例如在EOR中。CO2必须是干燥的以避免例如碳钢管道的腐蚀。CO2杂质水平必须不危及地质储存地点的完整性，特别是如果CO2用于E0R，输送和储存必须不破坏规定输送和处理气体物流的国际和国家条约和规章。因此，为了生产最终的适于储存或使用的CO2产品，有必要净化来自于锅炉或加热炉的粗烟道气以除去水蒸气；SOx ；NOx ；可溶的气态杂质例如HCl ；和“不可冷凝的”气体例如 02、N2 禾口 Ar。通常，在有关利用氧燃料工艺进行CO2捕集领域中的现有技术至今集中于利用当前技术水平在(X)2回收和净化系统中在(X)2压缩机组(train)上游去除SOx和N0X。去除SOj^P NOx基于烟道气脱硫(FGD)方案，例如利用石灰石浆料使气体涤气(scriAbing) 接着通过空气氧化产生石膏，和利用多种技术例如低NOx燃烧器、过量燃烧或采用还原剂例如氨或尿素在升高的温度下在有或无催化剂的情况下的NOx还原。“Oxyfuel Combustion For Coal-Fired Power Generation With CO2 Capture-Opportunities And Challenges” (Jordal 等，GHGT-7，Vancouver, 2004)公开了使用脱硫和 NOx 还原技术的常规S0x/N0x去除。这种工艺能用于常规的燃煤锅炉。W02009/010690A和W02009/010691A公开了一种方法用于净化二氧化碳进料气体
如来自氧燃料燃烧工艺的烟道气。该方法包括预处理步骤(a)去除烟道气中至少一种杂质，压缩步骤(b)以压缩烟道气，和二氧化碳净化步骤(c)其中在冷循环中通过冷却和部分冷凝气体生成纯二氧化碳液体。W02009/010690A的方法特征在于在步骤(a)和(c)之间提供净化步骤去除NOx和/或水。公开了净化步骤可涉及包括吸附剂床的吸附系统，该床可通过再循环部分在吸附系统生成的经净化的气体得到再生。US2009/0013871A，US2009/0013868A 和 US2009/0013717A 公开了一种方法用于净
化粗二氧化碳进料气体如来自氧燃料燃烧系统的烟道气。该进料气体在约大气压下经预处理去除颗粒和/或S0X，将其压缩然后在升高的压力下预处理以去除水和/或N0X。然后该气体经受低温净化生成液体二氧化碳。高压预处理步骤可包括吸附，且可将用于吸附系统再生的气体再循环至氧燃料燃烧系统。EP0417922A公开了一种方法用于净化产生的二氧化碳气体，例如作为来自氨或氢气生产或来自发酵工艺的气态副产物。将二氧化碳进料气体压缩并使用第一吸附剂干燥， 经干燥的气体经冷却和蒸馏为底部液体二氧化碳和废塔顶馏出物。使用第二吸附剂从废塔顶馏出物中回收二氧化碳并再循环至压缩器进料。在放空至大气前将来自第二吸附剂的部分二氧化碳消耗的气体加热并用于使第一吸附剂再生。US5614000A公开了一种结合的变温吸附(TSA)/变压吸附(PSA)(或“TEPSA”)循环用于操作吸附系统从空气中去除水和二氧化碳。US6511640A, US5914455A, US2003/0064014A 和 US5906675A 公开了层状吸附床用于去除杂质例如水、氢气(H2)、一氧化碳(C0)、二氧化碳、NOx和来自气体物流例如空气的痕量烃。该床可包括床内催化剂用以将CO转化为二氧化碳。优选的催化剂是霍加拉特 (hopcalite)型催化剂。US2003/164092A公开了一种用于从进料气体物流中去除队0的工艺，其中进料气体物流穿过吸附剂，所述吸附剂在30°C具有0. 12s-1或更高的氮气扩散参数和79mmol/atm 或更高的队0容量。合适的吸附剂包括CaX沸石。该工艺特别应用于空气的预净化在低温空气分离工艺之前去除水、二氧化碳和n2o。已知二氧化碳选择渗透膜可用于从放空气体物流中回收二氧化碳。例如， EP0410845A公开了在二氧化碳液化工艺中使用膜单元从汽提塔塔顶馏出物蒸气中回收气体。此外，US2008/0176174A公开了使用膜单元从富含不可冷凝气体的蒸气中回收二氧化碳和氧气。在氧燃料燃烧系统中产生烟道气，在低温工艺中产生蒸气以净化来自烟道气的二氧化碳。将经回收的二氧化碳和氧气再循环至氧燃料燃烧单元。存在持续的需要去开发新方法用于从二氧化碳气体中去除NOx和其它污染物，包括水、SOj^P C0，特别是从粗二氧化碳气体例如在氧燃料燃烧工艺如燃烧粉煤的发电锅炉所涉及工艺产生的烟道气中。
发明内容
本发明一个目的是提供方法和设备用于从含NOx和至少一种不可冷凝的气体作为污染物的二氧化碳气体中至少去除no2。本发明优选具体实施方式
的一个目的是也除去水，如果水在二氧化碳气体中作为另外的污染物存在。本发明优选具体实施方式
的另一个目的是，当作为另外的污染物存在时，NO、N2O, SOx和CO也被除去。优选具体实施方式
的进一步的目的是控制来自氧燃料燃烧工艺中NOpSOj^n CO的排放水平。优选具体实施方式
的另一个的目的是能够捕集从整合的NOx和/或SOx去除系统中可能损失的NOx和/或S0X。优选具体实施方式
的进一步的目的是能使整合的NOx和SOx去除系统的设计更有效。优选具体实施方式
的另外进一步的目的是延长在用于从二氧化碳气体中至少去除NO2的选择吸附剂系统的吸附剂床内的氧化催化剂的寿命。按照本发明的第一方面，提供了方法用于从含NOx和至少一种“不可冷凝的”气体作为污染物的二氧化碳进料气体中至少去除NO2,所述方法包括在第一升高的压力下将二氧化碳进料气体穿过第一吸附系统，该系统选择性吸附至少NO2以生成至少基本上不含NO2的二氧化碳气体，该第一吸附系统包括至少一个吸附剂床；净化所述至少基本上不含NO2的二氧化碳气体以生成经净化的二氧化碳和含至少主要部分的不可冷凝的气体(一种或多种)的二氧化碳贫乏的蒸气；在第二升高的压力下从所述二氧化碳贫乏的蒸气中回收二氧化碳以生成富含二氧化碳的气体和富含所述不可冷凝气体(一种或多种)的二氧化碳消耗的气体；和使用至少部分所述富含二氧化碳的气体去再生第一吸附系统的至少部分吸附剂床(一个或多个)并产生富含NO2的再生气体。能控制这些污染物的排放水平。此外，当富含NO2的气体再循环至整合的氧燃料燃烧系统时，NOx在锅炉中可被破坏，并且当SOx在再循环物流中存在时，在离开锅炉的烟道气中SOx 的浓度增加从而利于从锅炉下游去除S0X。此外，在这些具体实施方式
中，由于来自该系统的任何损失都简单地经再循环从而使NOj^n SOx去除系统的设计可更为有效。此外，当02在富含二氧化碳的气体中存在，且选择吸附系统的吸附剂床含氧化催化剂时，O2使至少部分催化剂再生，从而延长了催化剂的寿命。按照本发明的第二方面，提供了设备用于从包含NOx和至少一种不可冷凝的气体作为污染物的二氧化碳进料气体中去除至少NO2，该设备包括第一吸附系统，用于在第一升高的压力下从进料气体中选择性吸附至少NO2以生成至少基本上不含NO2的二氧化碳气体，该第一吸附系统包括至少一个吸附剂床；二氧化碳净化系统，用于净化所述至少基本上不含NO2的二氧化碳气体以生成经净化的二氧化碳和包含至少主要部分不可冷凝气体(一种或多种)的二氧化碳贫乏的蒸气；导管布置，用于将至少基本上不含NO2的二氧化碳气体从所述第一吸附系统进料至所述二氧化碳净化系统；二氧化碳回收系统，用于在第二升高的压力下从所述二氧化碳贫乏的蒸气中回收二氧化碳以生成富含二氧化碳的气体和富含不可冷凝气体(一种或多种)的二氧化碳消耗的气体；导管布置，用于将二氧化碳贫乏的蒸气从所述二氧化碳净化系统进料至所述二氧化碳回收系统；导管布置，用于将至少部分所述富含二氧化碳的气体进料至所述第一吸附系统以再生该第一吸附系统的至少部分吸附剂床(一个或多个)并生成富含NO2的再生气体。
图1是本发明一个具体实施方式
的代表性示意图；图2是对于第一吸附系统的吸附剂床的代表性示意图，其中该吸附剂床有三个吸附剂层；图3是对于第一吸附系统的吸附剂床的代表性示意图，其中该吸附剂床有四个吸附剂层；图4是取自US2008/0176174A的对比例的流程图；禾口图5是基于图4所述工艺的本发明一个具体实施方式
的流程图。
具体实施例方式本发明的方法包括将二氧化碳进料气体在第一升高的压力下通过能选择性吸附至少NO2的第一吸附系统以生成至少基本上不含NO2的二氧化碳气体，该第一吸附系统包括至少一个吸附剂床；净化至少基本上不含NO2的二氧化碳气体以生成经净化的二氧化碳和含至少主要部分的不可冷凝气体(一种或多种)的二氧化碳贫乏的蒸气；在第二升高的压力下从二氧化碳贫乏的蒸气中回收二氧化碳以生成富含二氧化碳的气体和富含不可冷凝气体(一种或多种)的二氧化碳消耗的气体；和使用至少部分富含二氧化碳的气体去再生第一吸附系统的至少部分吸附剂床(一个或多个)并生成富含NO2的再生气体。应指出在以下讨论的气体物流中各种组分表示的百分比为以干基计算的近似的摩尔百分比(mol%)。此外，整个说明书中讨论的所有压力是绝对压力并非表压，除非有其它的说明。术语“升高的压力”意指显著大于大气压的压力。例如，该术语意指排除了比大气压力升高极小的压力，例如那些由吹风机或鼓风机提供的为推动气体通过在约大气压力下操作的设备的压力提升。认为这种极小的压力升高在本发明的范围中是不显著的。第一升高的压力通常为至少2bar (0. 2MPa)，例如至少!Bbar (0. 3MPa)，优选至少约^ar(0.5MPa)，更优选至少约lObar(lMPa)。第一升高的压力通常不超过约 IOObar(IOMPa),优选不超过约50bar(5MPa)。在优选具体实施方式
中，第一升高的压力为从 3bar 至约 50bar (0. 3MPa 至 5MPa)，例如从约 5bar 至约 50bar (0. 5MPa 至 5MPa)或从约 20bar至50baH2MPa至5MPa)。第一升高的压力可以是约30bar (3MPa)。该方法适于净化来自任何来源的含NOx和至少一种不可冷凝的气体作为污染物的二氧化碳进料气体。该方法特别应用于从“不纯的”二氧化碳进料气体例如含约90mol%至约95m0l%二氧化碳的二氧化碳气体中去除至少NO2，更特别的用于从“粗的”二氧化碳气体例如含约40mol %至约90mol %二氧化碳的二氧化碳进料气体中去除N02。在优选具体实施方式
中，二氧化碳进料气体具有约60mol %至约90mol %的二氧化碳；优选的，约65mol %至约85mol%的二氧化碳。在优选具体实施方式
中，二氧化碳进料气体是或源自在富含&的气体中由通常选自烃、含碳燃料和生物质的燃料的氧燃料燃烧产生的烟道气。合适的烃燃料包括天然气；和 C1至C6烃例如甲烷和乙烷。合适的含碳燃料包括煤例如褐煤、次烟煤、烟煤和无烟煤。本发明特别应用在燃料是含硫的含碳燃料例如粉煤的情况中。富含O2的气体是比空气具有更高浓度A的气体，例如超过约21%的O2，优选至少 80%的02。使用纯O2例如至少95%的O2是优选的。这种高含量O2的存在提高了燃烧温度，潜在地至过高的水平。因此，从燃烧工艺中产生的烟道气通常再循环至氧燃料燃烧系统以缓和燃烧温度并控制热流。通常，烟道气的显著部分例如约60%至约80%以这种方式再循环。因此通过本方法处理的烟道气通常是离开氧燃料燃烧系统的总烟道气的约20%至约 40%。这种烟道气是粗二氧化碳气体，一般具有约40mol %至约90mol %的二氧化碳。本发明特别应用于处理在工业燃烧过程中产生的大体积烟道气，例如在发电的锅炉中涉及的燃烧过程。经本发明处理的烟道气流速通常为约200kmol/h至约40000kmol/h。二氧化碳进料气体中存在的NOx的量一般为IOOppm至lOOOOppm，通常约500ppm 至约3000ppm。大部分NOx通常是NO和作为NOx中第二大组分的N02。NOx可包括其它氮氧化物例如N20、N2O4和N2O3，但这些氧化物一般比NO2具有更小的量。然而，在二氧化碳进料气体中可能显著部分，例如高达50%，的NOx是N2O,剩余的通常主要是NO2和N0。当进料气体是或源于来自氧燃料燃烧工艺的烟道气时，通过队和/或燃料中含氮化合物与燃烧系统中的A反应生成NOx。进料气体包括至少一种“不可冷凝的”气体，即不容易通过冷却来冷凝的来自于化学过程的气体。该不可冷凝的气体通常选自A ;N2 ；Ar ；稀有气体例如氪(Kr)和氙(Xe)；和它们的混合物。通常地，这些气体全部存在于进料气体中。当进料气体是或源自氧燃料燃
8烧工艺产生的烟道气时，O2通常存在于进料气体中，其来自于燃烧工艺使用的过量02，和来自于侵入燃烧系统的空气，该空气也导致了气体中存在N2、Ar、Kr和Xe。进料气体通常至少含此处讨论的全部相关氧化反应所需的充足的02，且一般含过量02。在这方面，O2的存在量通常为进料气体的约0. 至约15%，例如约至约8%。 由于氧化速率一般随氧气浓度增加，进料气体优选含至少1 %的02，更优选至少3%的02，最优选至少5%的02。当进料气体中的&不足时(或根本不含O2)，可从外部来源将&加入至进料气体。当在进料气体中存在时，N2的存在量通常为进料气体的约5%至约30% ；Ar的存在量通常为进料气体的约0. 至约10% ；Kr存在的量通常为约0. 5ppm至约1. 5ppm ；Xe 存在的量通常为约30ppb至约150ppb。水也通常存在于进料气体中，在进料气体中的量通常不超过2 %，例如不超过1 % 或不超过5000ppm。当进料气体是或源自烟道气时，烟道气中水的量取决于许多因素，包括不仅在于燃料组成和燃烧条件，而且在于是否有和如果有，在多大程度上，在压缩前通过水洗冷却烟道气。在这种情况下，存在的水量将取决于在进入压缩系统入口的条件下的饱和蒸气压。作为一般原则，烟道气中水量通常为约0. 至约30%。例如，在约IbaHO. IMPa) 下，进入压缩器的10°C进料提供了约1. 2%的水，20°C至40°C进料将提供约2%至8%的水， 以及60°C进料将提供约20%的水。在压缩过程压缩烟道气至第一升高的压力之前或期间烟道气中的大部分水将被去除。压缩后烟道气中水的浓度取决于在烟道气物流的温度和总烟道气压力下其在二氧化碳中的蒸气压。然而，对于本发明优选的操作温度和压力，充足的水可能存在以便在低温二氧化碳净化工艺中凝固。当存在时，二氧化碳进料气体中SO2污染物的量通常超过50ppm，但不超过约 lOOOOppm，通常为约IOOppm至约5000ppm。当进料气体是或源自来源于氧燃料燃烧工艺中的烟道气时，SOx通过燃料中存在的元素硫和/或含硫化合物的燃烧产生。当存在时，二氧化碳进料气体中CO污染物的量通常超过约50ppm，但不超过约 lOOOOppm，通常为约IOOppm至约5000ppm。当进料气体是或源自来源于氧燃料燃烧工艺中的烟道气时，CO作为燃料不完全燃烧的结果存在。除NOx、不可冷凝气体(一种或多种)、水、SOj^P CO外，来源于氧燃料燃烧工艺的烟道气通常还包含其它污染物，包括固体颗粒例如粉煤灰(fly ash)和烟灰；氯化氢(HCl)； 氟化氢(HF) ；二硫化碳(C&) ；二硫化氢(H2S)；氰化氢(HCN)；挥发性有机化合物(VOCs)例如CHCl3 ；金属包括汞、砷、铁、镍、锡、铅、镉、钒、钼和硒；以及这些金属的化合物。本发明优选的具体实施方式
进一步的优点是吸附剂床(一个或多个)中存在的氧化催化剂也可用于氧化烟道气中存在的其它物类如汞、HCN、胂(ArH3)、和其它杂质。在具体实施方式
中，当二氧化碳进料气体是或源自氧燃料燃烧单元中产生的烟道气时，来自燃烧单元的烟道气通常通过水洗进行预处理以去除固体颗粒(例如烟灰和/或粉煤灰)和水溶性组分(例如HF、HC1和/或SO3)。此外，可使用装置如袋式除尘器或静电除尘器过滤烟道气以加强颗粒的去除。在本方法中在第一吸附系统前从烟道气中去除SA可能是可取的。在一些具体实施方式
中，通过在常规烟道气脱硫单元中在约大气压下与含水浆料形式的碱性吸附剂材料如石灰石反应去除S02。在其它具体实施方式
中，通过在A存在下在固体SA氧化催化剂上在升高的压力下氧化SA生成SO3，然后通过SO3与水反应，将SA转化为含水硫酸冷凝物。 在另外的具体实施方式
中，通过在N0X、O2和水存在下在升高的压力下将烟道气保持足以将 SO2转化为硫酸冷凝物的一段时间，从而将SA转化为硫酸冷凝物。在本方法中在二氧化碳进料气体净化之前去除烟道气中的部分NOx也可能是可取的。在常规SCR工艺中烟道气中的部分NOx可转化为队，或通过在A和水存在下保持烟道气在升高的压力可转化为硝酸冷凝物。这些具体实施方式
具有的优点是第一吸附系统只需去除剩余的N02(以及，可能的，其它杂质如SO2)并且对于这些上游工艺还可进行优化。以这种方式，上游302/^0!￡去除系统的设计余量可以是宽松的，且作为这些组分允许的SOj^P NOx的下滑(slippage)可通过第一吸附系统捕集。在一个优选具体实施方式
中，含和NOx的烟道气在升高的压力下在&和水存在下保持足以将SO2R化为硫酸冷凝物以及将部分NOxR化为硝酸冷凝物的一段时间，从而提供SA消耗的、NOx贫乏的二氧化碳气体，其在分离酸冷凝物之后可作为本方法的进料气体使用。按照在此称为“酸性压缩(sour compression) ”或“酸气(sour gas)”反应的以
下系列反应形成硫酸(和硝酸)
(i) 2NO + O2 ^ 2N02
(ii) 2N02 + H2O ^ HNO2 + HNO3
(iii) 3HN02 ^ HNO3 + 2NO + H2O
(iv) NO2 + SO2 η NO+ SO3(ν) S03+H20 — H2SO4l^TWrSff^ (Counce, R. M. (1997), "A literature review of nitrogen oxide absorption into water and dilute nitric acid，，,Technical Report(技术报告) 0RNL/TM-5921，0ak Ridge National Laboratory)，确定反应(i)的速率随反应压力增加而增大。发明人认识到在升高的压力下实施该方法改进了反应(i)的速率。可使用酸性压缩反应，在单独的升高的压力下例如在上述对于第一升高的压力的优选范围内，且优选在约与第一吸附系统的第一升高的压力(承受用于实施本方法的设备中的任何内在压力损失)相同的升高的压力下，或在超过一个升高的压力下去除S02/N0X。 例如，基本上全部的SO2和一些NOx可通过酸性压缩反应(i)至(ν)在初始升高的压力下去除，该压力从至少约:3bar(0. IMPa)至小于第一升高的压力，例如约IObar至约20bar(l至 2MPa)。然后该气体可经进一步压缩，且部分剩余的NOx可通过酸性压缩反应(i)至(ii)在约第一升高的压力例如在约30bar(3MPa)下去除。在酸气反应器系统中发生的发生的酸性压缩反应的温度可为室温至低于酸露点。 例如，温度可为约20°C至约150°C，例如约25°C至约100°C，或约30°C至约50°C。所述或每个酸气反应器系统简单的为在升高的压力下可发生反应的给定流速提供了充足的体积。酸气反应器系统通常包括可加压的反应器容器例如管或输送管；槽罐； 吸收塔；湿涤气塔；流化或移动床；填充塔或柱；和文丘里涤气器。当酸气反应器系统包括对流气/液接触塔时，酸冷凝物可从塔底部去除，经泵抽、冷却并作为回流物进料至塔顶部。酸气反应器系统中的停留时间(即接触时间或“保持”时间)决定了酸性压缩反应的程度或范围。在这方面，将NOx转化为硝酸所需的时间段通常比将SO2转化为硫酸所需的更长。该时间段通常不超过1000s，优选不超过600s。该时间段通常超过k，例如超过IOs 或超过20s。该时间段可为k至约600s，例如约IOs至约500s或约1 至约200s。应指出虽然只要压力和温度条件允许酸性压缩反应就会开始，但反应通常仅在约k后且一般仅在约IOs或甚至20s后发展到显著的程度。US2007/01223^A1提供了酸性压缩反应和结合该反应从烟道气中去除SOjJP/或 NOx的方法的进一步的细节，其公开的内容在此通过引用并入。如果在任何这种预处理后烟道气处于大气压下，那么将其压缩至第一升高的压力以形成通过该方法净化的二氧化碳进料气体。然而，如果进料气体来自于某来源，例如加压的氧燃料燃烧系统或已经处于所需第一升高的压力下的加压的预处理步骤，那么可能不需进一步的压缩。进料气体可在单级或超过一级中压缩，有或没有使用热交换器的级间冷却。如果使用级间冷却，那么可提供设备(例如“分液器”罐)捕集和去除在压缩步骤期间形成的任何冷凝物。通常将二氧化碳进料气体在约10°C至约60°C的第一温度下进料至第一吸附系统。在这方面，压缩后进料气体的温度范围可从室温至约500°C。如果将气体多级压缩，那么可计算和仔细控制该气体级间冷却的程度以便使提供的进料气体不仅处于第一升高的压力而且处于想要的吸附温度，使得该气体任何另外的压缩后的加热或冷却最小或甚至完全消除。可选择的，进料气体温可在压缩后按需要调整。例如，可通过与冷却剂例如冷却水的间接热交换将气体冷却至想要的吸附温度，或可通过与热传递流体例如蒸汽的间接热交换将气体加热至想要的吸附温度。第一吸附系统通常在二氧化碳压缩机组的下游。在这种具体实施方式
中，在二氧化碳净化步骤或二氧化碳回收步骤前气体不经进一步的压缩，且第二升高的压力与承受设备中的任何内在压降的第一升高的压力相同。然而，第一吸附系统可处于压缩机组的中间级。在这种具体实施方式
中，将气体在第一吸附步骤后压缩至第二升高的压力。第一吸附系统包括至少一个吸附剂床。所述或每个床包括至少一层吸附剂材料用于从进料气体中选择性吸附至少N02。合适的NO2吸附剂材料包括氧化铝、硅胶、沸石、和 (负载或非负载的)金属氧化物例如F%03、CUO和MnO以及它们的混合物例如霍加拉特型 (CuO/MnO)材料。这种吸附剂材料也吸附氮的更高氧化物。！^e2O3与NO2在O2存在下在室温条件下反应形成狗(NO3) 3，其可通过在温度约200°C的热再生转化回相应氧化物。在这方面 CuO和MnO显示了相似的化学性质。第一吸附系统生成至少基本上不含NO2的二氧化碳气体。通过“基本上不含N02”， 本发明人意指二氧化碳气体中NO2的浓度降至小于lOOppm，且吸附系统通常使NOx的浓度减小至少75%。在具体实施方式
中对于二氧化碳气体特别重要的是至少基本上不含NO2,其中二氧化碳气体在低温例如低于0°C经净化生成液体二氧化碳以避免净化期间任何显著量的NO2从气体中冻析(freeze out)。至少基本上不含NO2的二氧化碳气体通常在低温下例如低于0°C净化以生成作为液体的经净化的二氧化碳。二氧化碳可通过如下净化冷却气体，然后在蒸馏塔系统中蒸馏该经冷却的气体以生成二氧化碳液体塔底物和含至少主要部分不可冷凝气体的二氧化碳贫乏的塔顶馏出物蒸气。然而，在优选具体实施方式
中，二氧化碳通过如下净化冷却气体， 以使气体中的二氧化碳冷凝并生成二氧化碳液体和含大部分不可冷凝气体(例如N2、Ar和 O2)的第一二氧化碳贫乏的蒸气，然后在第一相分离系统中分离这些相。可将第一二氧化碳贫乏的蒸气进一步冷却以使另外的二氧化碳冷凝并生成含不可冷凝气体的第二二氧化碳贫乏的蒸气。可从第二相分离系统的第二二氧化碳贫乏的蒸气中分离另外的液体二氧化碳。二氧化碳液体和另外的二氧化碳可结合成液体二氧化碳产品。通过低温二氧化碳净化工艺所生产的二氧化碳液体的纯度通常为至少90%，典型地至少95 %，优选至少99 %。不可冷凝气体(一种或多种)的“主要部分”是进料气体中总不可冷凝气体(一种或多种)的至少50 %，通常至少60 %，优选至少70 %。对于高纯度液体二氧化碳产品(例如至少98%的二氧化碳)，所述主要部分通常是来自进料气体的不可冷凝气体(一种或多种)的至少90%，一般至少95%，以及优选至少99%。在更低水平的二氧化碳富集(例如其中至少基本上不含NO2的二氧化碳气体含85%的二氧化碳并产生低纯度例如95%的液体二氧化碳)，所述主要部分通常为至少70%，一般至少80%，以及优选至少85%。为避免浪费二氧化碳贫乏的蒸气中的压力能量，在至少一个压力驱动的工艺中在第二升高的压力下从二氧化碳贫乏的蒸气中回收二氧化碳，例如通过使二氧化碳贫乏的蒸气越过阀门膨胀。此外，改进了二氧化碳从该工艺中的总回收。第二升高的压力通常为至少2bar (0. 2MPa)，例如至少!Bbar (0. 3MPa)，优选至少约^ar(0.5MPa)，更优选至少约lObar(lMPa)。第二升高的压力通常不超过约 IOObar(IOMPa),优选不超过约50bar(5MPa)。在优选具体实施方式
中，第二升高的压力为 3bar 至约 50bar (0. 3MPa 至 5MPa)，例如约 5bar 至约 50bar (0. 5MPa 至 5MPa)，或约 20bar 至 50bar (2MPa至5MPa)。第二升高的压力可为约30bar (3MPa)。第二升高的压力优选与第一升高的压力相同。实际上，由于用于实施该方法的设备中任何内在的压降，第二升高的压力可稍微小于第一升高的压力。在一些具体实施方式
中，通过渗透穿过二氧化碳选择性渗透膜生成富含二氧化碳的气体(作为渗透级分)和二氧化碳消耗的气体(作为保留级分)，在第二升高的压力下从二氧化碳贫乏的蒸气中回收二氧化碳。在其中二氧化碳进料气体包括O2作为另外的污染物的具体实施方式
中，部分所述 O2优选和二氧化碳一起回收使得富含二氧化碳的气体包括02，因此富含NO2的再生气体也包括02。在用于使选择性吸附系统中吸附剂床(一个或多个)再生的气体中具有O2的优点是可将该床(一个或多个)中存在的氧化催化剂再生从而延长了催化剂的寿命。US2008/0176174A公开了一个使用膜分离系统从源自氧燃料燃烧工艺中产生的烟道气的二氧化碳贫乏的蒸气中回收二氧化碳的工艺实例，其公开的内容在此通过引用并入。
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可使用标准二氧化碳选择性聚合膜。由于二氧化碳和A比不可冷凝气体如N2和 Ar在多数分离聚合物中具有更高的溶解性和扩散能力，二氧化碳和，当存在时，O2将选择性渗过该膜，在低压例如在等于或接近大气压下生成富含二氧化碳(和O2)的物流。在其它具体实施方式
中，在第二升高的压力下通过使用包含至少一个能选择性吸附二氧化碳的吸附剂床的第二吸附系统进行选择吸附，从二氧化碳贫乏的蒸气中回收二氧化碳，从而生成二氧化碳消耗的气体。在第二吸附系统的床(一个或多个)的再生中生成富含二氧化碳的气体。如果使用PSA系统回收二氧化碳，所用的吸附剂是尺寸选择性的吸附剂例如碳分子筛或小孔无机吸附剂如沸石或钛硅酸盐。由于二氧化碳(和O2)比不可冷凝气体(N2和 Ar)具有更小的分子直径，其将会选择性吸附在小孔吸附剂上，产生高压流出物物流，富含不可冷凝气体(一种或多种)如队和Ar。低压(等于或接近大气压)再生流出物将富含二氧化碳和(如果二氧化碳贫乏的蒸气中存在)O2，且其为用于使干燥剂再生的低压气体。可使用膜分离、选择性吸附或这两种工艺的结合在一个或多个步骤中从二氧化碳贫乏的蒸气中回收二氧化碳。当二氧化碳进料气体是或源自氧燃料燃烧系统中产生的烟道气时，该方法优选包括循环至少部分富含NO2的再生气体至氧燃料燃烧系统。以这种方式回到燃烧系统的NOx 通过燃烧工艺受到破坏从而降低了 NOx排放。如果富含NO2的再生气体中存在02，那么以这种方式再循环O2将降低氧燃料燃烧工艺中对于“新” O2的需求，从而潜在的降低了前段 (front-end)氧气产生系统如低温空气分离单元(ASU)的尺寸。有利的，二氧化碳回收系统也尽可能多的回收O2而不过度回收其它不可冷凝气体如N2和Ar。也就是说，二氧化碳回收系统相比其它不可冷凝组分应对O2更具选择性。因此，二氧化碳贫乏的蒸气具有第一 A浓度，和富含二氧化碳的气体具有第二 A浓度。在优选具体实施方式
中，第二 A浓度比第一 A浓度更大。当将富含二氧化碳/ 的气体再循环至氧燃料燃烧系统时，并非需要全部的气体用于再生，因此部分可直接送至氧燃料燃烧系统。此外，可将再循环至燃烧系统的气体直接送至锅炉或燃烧炉。然而，代替直接供应给锅炉或燃烧炉，气体可用于稀释进料至氧燃料燃烧系统的A进料。如果二氧化碳分离系统和ASU邻近，则这将是有利的，使得可使用输入锅炉的单管。可选择的，可将富含二氧化碳/O2的气体加入烟道气再循环物流。在一些具体实施方式
中，使用这些再循环位置中至少两个的组合。可将富含NO2的再生气体再循环至压缩器系统的进料，或优选至氧燃料燃烧系统。 当该方法包括将富含NO2的再生气体再循环至氧燃料燃烧系统时，该方法可包括冷却再生气体以生成含水酸冷凝物并在再循环所述气体前去除所述含水酸冷凝物。以这种方式，在气体再循环回到燃烧单元前将水和酸(一种或多种)从气体中“分液(knock out)”。在其它具体实施方式
中，该方法可包括加热再生气体以防止在再循环所述气体前生成含水冷凝物。这样，避免了在再循环回到氧燃料燃烧系统前在湿气体物流中形成酸。可选择的，可冷却再生气体以分液一些水和酸(一种或多种)，然后被加热以在将其再循环至燃烧系统前防止从气体中冷凝出另外的酸/水。二氧化碳进料气体具有第一流速以及用于使吸附剂床(一个或多个)再生的部分富含二氧化碳的气体具有第二流速。在优选具体实施方式
中，第二流速为第一流速的约5%至约25%。在一些具体实施方式
中，第一吸附系统也可从进料气体中吸附N0，使得至少基本上不含NO2的二氧化碳气体是至少基本上不含NOx的，且富含NO2的再生气体包含NO。对于 “基本上不含N0X”，发明人指吸附系统降低NOx浓度至少75%，且NOx浓度通常减少至不超过lOOppm。在这样的具体实施方式
中，第一吸附系统包括至少一层可逆的NOx吸附剂材料例如氧化铝、硅胶、沸石和(负载的或非负载的)金属氧化物，包括i^203、CU0和MnO。优选的NO吸附剂包括Si/Al比超过25的沸石。更低Si/Al的沸石倾向于不成比例的NO。具有低阳离子含量的沸石将吸附NO而没有这种不成比例。在吸附剂没有去除进料物流中的全部NO的情况中，NO将通常集中于在二氧化碳回收步骤中产生的低压物流中，这是由于NO比N2和Ar具有更小的分子直径，因此将比N2 和Ar更快的通过聚合物膜扩散或通过小孔吸附剂被选择吸附。这样，用作吸附剂再生气体的富含二氧化碳的气体通常富含N0。在其它具体实施方式
中，第一吸附系统可包括NO氧化催化剂以在O2存在下氧化 NO生成被第一吸附系统吸附的NO2,并在吸附剂床(一个或多个)的再生中解吸，使得富含 NO2的再生气体包括另外的N02。至少基本上不含NO2的二氧化碳气体至少基本上不含N0X。NO2比NO吸附更强烈，于是向更高氧化物的转化导致了更大的NOx容量。典型催化剂包括混合的过渡金属氧化物，包括CuO/MnO(霍加拉特)型材料。在分层床系统中，第一吸附系统可包含至少一个干燥剂层，接着至少一个含氧化催化剂的层，然后至少一个吸附剂层用于去除NO2和形成的任何其它更高的氮氧化物。最末层(一个或多个)可与催化剂层(一个或多个)相同，因为多相催化剂的第一级是将气体化学吸附在固体催化剂表面， 并使得这些材料也作为可再生吸附剂材料使用。为使NO(和C0)氧化催化剂起作用，经处理的气体物流必须为干燥的和不含SOx 的。当SOx和氧气存在时，金属氧化物可逆地形成硫化物。通过形成金属碳酸盐(例如 MnCHCO2 — MnCO3)，CO2物流中催化剂也潜在地缓慢失活。由于催化剂放于干燥剂床中，其通常周期性热再生。这种热再生将任何不需要的碳酸盐转化为活性金属氧化物。催化剂也可通过与NO2反应形成硝酸盐缓慢失活，但硝酸盐在约200°C温度下的热再生将使硝酸盐变回氧化物。在气体中存在使床(一个或多个)再生的O2也确保了催化剂是被氧化的，即活性形式。第一吸附系统可包括NO还原催化剂以在还原气体存在下将NO还原产生N2。在这样的具体实施方式
中，至少基本上不含NO2的二氧化碳气体富含N2。合适的还原气体包括 C0(应存在于源自氧燃料烟道气的进料气体中)、甲烷或氨。合适的催化剂包括基于过渡金属的催化剂和基于贵金属的催化剂，合适催化剂的例子包括氧化钒和氧化钨催化剂。二氧化碳进料气体可包含队0作为另外的污染物。在这样的具体实施方式
中，第一吸附系统可从进料气体中吸附N2O以确保通过吸附系统去除进料气体中至少75%的NOx以及气体中NOx的浓度通常减少至不超过lOOppm。当去除N2O时，吸附剂系统的吸附剂床(一个或多个)优选包含一个或多个N2O选择性吸附剂材料层。合适的材料包括钙交换的沸石或镁交换的沸石并包括 US2003/0164092A公开的吸附剂，其公开的内容在此通过引用并入。这种材料合适的例子包括CaX和5A。交换的水平优选约50%至100%，例如约80%，即沸石中大部分阳离子应为钙阳离子或镁阳离子相对于例如标准13X材料中的钠阳离子。二氧化碳进料气体通常包括水作为另外的污染物，特别是如果进料气体是或源自氧燃料燃烧产生的烟道气。在这样的具体实施方式
中，第一吸附系统从进料气体中吸附水使得至少基本上不含NO2的二氧化碳气体是至少基本上干燥的，且富含NO2的再生气体是湿的。对于“基本上干燥”，本发明人指气体基本上不含水，通常含不超过IOppm的水。当从进料气体中去除水时，第一吸附剂系统的吸附剂床(一个或多个)可包括能同时去除水和NOx的一个或多个吸附剂材料层。然而，在优选具体实施方式
中，包含进口端和出口端的吸附剂床(一个或多个)在进口端包括一个或多个层以去除水，和随后在进口端下游包括一个或多个另外的层以去除NOx。在这样的具体实施方式
中，相对于进料步骤端调整吸附剂床(一个或多个)的尺寸从而使前面的水前进至NOxK附剂层(一个或多个)。 这从吸附剂中置换了 N0X，使其在气相中的浓度增加。然后NOx在床另外的下游再吸附。由于NOx在更高分压下吸附(因而有更高的吸附剂容量)，所需吸附剂材料的总吸附剂量因而被潜在的降低。此外，吸附剂材料上NOx的浓度也可增加从而可有助于能够使用的一些再生技术。适于在第一吸附系统中吸附水的吸附剂材料如干燥剂材料包括氧化铝、硅胶、多孔玻璃、沸石和活性炭。优选的，进口端吸附剂在水载量10wt%时应具有的吸附水热少于 15kcal/gmoL·如此优选的吸附剂包括活性氧化铝、硅胶和活性炭。二氧化碳进料气体也可包括SOx作为另外的污染物，特别是如果进料气体是或源自含碳燃料的氧燃料燃烧产生的烟道气且如果上游脱硫步骤允许一些SOx下滑。在这样的具体实施方式
中，第一吸附系统优选从进料气体中吸附SOx，使得所述至少基本上不含NO2 的二氧化碳气体至少基本上不含S0X，以及富含NO2的再生气体包含S0X。对于“基本上不含 S0X”，本发明人指气体通常具有不超过Ippm的S0X。优选的干燥剂也对于SO2具有显著的容量。因此，当进料气体中含SA作为另外的污染物时，干燥剂部分可设计为去除水和SA 二者。合适的SA吸附剂材料包括用于去除NOx的吸附剂材料如氧化铝、硅胶和沸石。如果将SOx与NOx —起从进料气体中去除，并再循环回到氧燃料燃烧系统，那么在预处理步骤从工艺中将去除基本上全部的经再循环的SOx以在应用本方法前使烟道气脱硫O二氧化碳进料气体通常包含CO作为另外的污染物。在这样的具体实施方式
中，第一吸附系统从进料气体中吸附CO使得至少基本上不含NO2的二氧化碳气体至少基本上不含CO。对于“基本上不含⑶”，本发明人指将进料气体中至少75%的CO通过第一吸附系统去除，通过仅仅吸附或通过吸附和接下来的氧化成二氧化碳。如果在第一吸附系统不存在 CO催化剂，一些CO可移动至富含NO2的气体，但通常至少大部分CO留在二氧化碳消耗的气体中并被排出。第一吸附系统可包括CO氧化催化剂以在A存在下氧化CO生成CO2,使得至少基本上不含NO2的二氧化碳气体包含另外的二氧化碳。适于将NO氧化为NO2的催化剂通常也适于将CO氧化为二氧化碳。使第一吸附系统再生可使用PSA循环、TSA循环、真空变换吸附循环(VSA)、或这些循环的至少两个的结合，例如TEPSA循环，如在US5614000公开的内容，该公开的内容在此通过引用并入。
15CN 102380281 A
说明书
13/29 页 第一吸附系统可在任何合适的压力下再生，但通常在约大气压下再生。富含NO2W 再生气体通常具有的压力足以将至少部分气体再循环至氧燃料燃烧系统而无需另外的压缩。富含NO2的再生气体的温度在再生循环过程中变化。对于PSA循环，富含NO2的再生气体的最高气体温度通常为约60°C。然而，对于TSA循环，该温度的峰值可以为约200°C。在一些具体实施方式
中，富含二氧化碳的气体用于使第一吸附系统的全部吸附剂床(一个或多个)再生。然而，在其它具体实施方式
中，富含二氧化碳的气体用于使第一吸附系统的部分吸附剂床(一个或多个)再生，且该床(一个或多个)的剩余部分使用至少一种其它的再生气体再生。在这些其它的具体实施方式
中，富含二氧化碳的气体可用于使 NOx和其它(非水)化合物从吸附剂床(一个或多个)解吸，且富含NO2的再生气体可再循环至氧燃料燃烧单元。在将足量的NOx等解吸后，富含二氧化碳的气体可直接送至氧燃料燃烧单元，且其它再生气体(一种或多种)可用于解吸剩余的NOj^P，如果存在的，水。其它合适的再生气体包括富含不可冷凝气体(一种或多种)的二氧化碳消耗的气体和来自ASU 的不含二氧化碳/水的气体或来自ASU的废气。第二再生气体相比富含二氧化碳的气体一般容易更大量地获得。拥有更多的第二再生气体具有某些优点。例如，在TSA再生中，切换为第二气体将使热脉冲更快地推动经过床，减少了再生所需时间。此外，这表明能减少循环时间，降低所需吸附剂的量。对于PSA/ VSA再生，更高流速表明将去除更大量的水，增加吸附剂材料的动力学容量，也降低所需吸附剂的量如果使用不同的吸附剂去除水和N0x/S0x并使用热再生，可看到另外的优点。用于热再生的热脉冲将在干燥前通过N0x/S0xK附剂，因此，N0x/S0x将在水之前被驱动从吸附剂床离开。如果含&的富含二氧化碳的气体此时作为再生气体使用，那么可将这些组分收集并再循环至锅炉。可能足够的是提供恰好充足的热量以通过热再生使N0x/S0x吸附剂再生。 然后使用PSA(即冷却气体流)简单地将干燥剂再生。在再生气体从含&的富含二氧化碳的气体切换为第二再生气体后，那么可能存在初始阶段，其中仍将气体送至锅炉而不是放空，以便能够“冲洗”第一吸附系统和将容器内剩余的二氧化碳/O2保留在系统中。第一吸附系统通常包括至少两个并联的吸附床，使得至少一个吸附床可处于吸附阶段而剩余的床(一个或多个)被再生。每个吸附床在可加压的容器中。对于每个吸附床可加压的容器可与系统中用于保存压力能量的至少一个气体储存容器保持气体流动联通。在具有两个床的吸附系统的正常操作下，在升高的压力下向一个容器中进料，一个容器在低压下再生。当将进料的床再生时，将其减压使得能在低压下再生。在减压期间从容器中放出的气体可简单的取出并进料回压缩系统的进口。然而，在这种情况下，气体中全部的压力能量损失并不得不使用压缩系统重新供应。可选择的，代替将所有气体进料回压缩系统的进料中，可将气体进料至压缩系统的不同级。随容器中压力下降，那么在减压步骤期间经抽取的气体压力也会降低。然后将气体进料至压缩系统的合适级，取决于在任何时间点的气体压力。以这种方式，压缩该降压的出口气体回升至进料压力所需的能量小于如果将气体进料至压缩系统进料。当第一吸附系统包括超过两个容器时，代替将在减压步骤期间抽取的气体送至压缩系统，可将其进料至另一个需要重新加压的容器，即该容器压力提升使得能对其进料。这些已知为平衡步骤。
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然而，当只有两个容器或更多容器而操作不同步时，问题出现。至少一个床必须进行进料，使得当一个床停止时，第二个床必须已处于压力下并准备在线工作。因此，在两个床的情况下，没有床处于低压使得在减压期间抽取气体的能够放入。可将气体送入压缩器。 然而，可代替的方法是包括气体储存容器。然后部分减压气体可放入该储存容器，即在吸附剂床和储存容器间的压力可被平衡。那么一旦吸附剂床经完全减压和再生，就能与储存容器重新连接，在减压步骤期间加入至储存容器的气体可加回吸附床。这减少了为将吸附剂床重新加压至进料压力而供应的气体量，即节约了压力能量。在储存容器间和/或其它床间可使用多个平衡步骤以尽可能多的回收减压步骤期间损失的气体。因此，在使用多级压缩系统的具体实施方式
中，来自吸附容器的气体可在合适的压力供应至压缩系统的该级。例如，多级压缩系统的级可为lbar(0. IMPa)至;3bar(03. MPa)至9bar(0.9MPa)至30bar (3MPa)。如果没有采用平衡步骤且吸附容器被简单地降压， 当吸附容器的压力从30bar (3MPa)降至9bar (0. 9MPa)时，那么气体被送至9bar (0. 9MPa) 的压缩器级出口。当容器压力从9bar(0.9MPa)降至!Bbar (0. 3MPa)时，那么气体被送至 3bar(0. 3MPa)的压缩器级出口，等。在级间水分液罐之前或之后可将气体送至压缩器。在例如约2bar(0. 2MPa)的最终压力下可将来自降压的部分气体收集在单独的储存容器中。 然后将已储存的气体放回进入吸附容器，其来自再生步骤之后以冲洗再生气体的空隙。如果在吸附容器内部的最终再生气体是富含O2的，那么可将该气体再循环至氧燃料燃烧系统。如果再生气体是富含队的，那么可将该气体放空至大气。在降压步骤进行最后的部分期间放出的二氧化碳被送至压缩器系统的进口或燃烧系统。一般通过将进料气体或产物气体进料至吸附容器来进行床(一个或多个)的再加压。在再加压期间，二氧化碳将被吸附且这可导致温度显著升高。例如，对于硅胶，在环境温度下1至30bar(0. 1至3MPa)时的Δ 二氧化碳负载为约4mmol/g，二氧化碳吸附热为约4. 5kcal/gmol。对于再加压增加的绝热温度为约70°C (即4X 10_3mol/gX4500cal/ mol/0. 25cal/g°C ) 对于氧化铝相应值为约45°C。当进料气体穿过吸附床进料时该温度热脉冲能从吸附剂床中推出，并进入二氧化碳净化步骤的下游。该温度脉冲能显著扰乱该下游工艺，特别是如果下游工艺是低温净化工艺。因此，可能需要方法来减轻再加压后该温度升高的影响。一种方法是同时(例如并联步骤)对进料初始运行再加压的床和至少一个其它的吸附剂床。因而结合两种产品物流将使在通往下游二氧化碳净化工艺的进口观察到的温度变化减小。对于该并联步骤可代替地或另外地，可将热交换器放在吸附容器和下游二氧化碳净化工艺之间，将其设计和控制成使下游温度变化最小。富含不可冷凝气体(一种或多种)的二氧化碳消耗的气体可经膨胀产生功率。此类膨胀可在任何和全部级之前在许多具有预热的中间级中进行。可使用蒸汽、热水、或从压缩二氧化碳进料气体获得的部分压缩热量来进行预热。送至二氧化碳回收步骤的进料压力可在不同的水平，如果通过中间级实施膨胀。在本发明第一方面的优选具体实施方式
中，提供了用于从氧燃料燃烧系统产生的包含水、NOx, O2和队作为污染物的二氧化碳烟道气中去除水和至少NO2的方法，该方法包括
将二氧化碳烟道气在第一升高的压力下通过第一吸附系统，该第一吸附系统选择性吸附水和NO2以产生干燥的不含NO2的二氧化碳气体，该第一吸附系统包括至少一个吸附剂床；在低于0°C净化所述不含NO2的二氧化碳气体以生成液体形式的经净化的二氧化碳和包含至少主要部分所述A和N2的二氧化碳贫乏的蒸气；在第二升高的压力下从所述二氧化碳贫乏的蒸气中回收二氧化碳和O2以生成含 O2的富含二氧化碳的气体和富含队的二氧化碳消耗的气体；使用至少部分所述富含二氧化碳的气体去再生所述第一吸附系统的至少部分吸附剂床(一个或多个)并生成含A的富含NO2的再生气体；以及将至少部分所述富含NO2的再生气体再循环至氧燃料燃烧系统。按照本发明的设备包括第一吸附系统，用于在第一升高的压力下从二氧化碳进料气体中选择性吸附至少NO2以生成至少基本上不含NO2的二氧化碳气体。第一吸附系统包括至少一个吸附剂床。该设备进一步包括二氧化碳净化系统以净化至少基本上不含NO2的二氧化碳气体，从而生成经净化的二氧化碳和包含至少主要部分的所述不可冷凝气体(一种或多种)的二氧化碳贫乏的蒸气；导管布置，用于将至少基本上不含NO2W二氧化碳气体从第一吸附系统进料至二氧化碳净化系统；二氧化碳回收系统，用于在第二升高的压力下从二氧化碳贫乏的蒸气中回收二氧化碳以生成富含二氧化碳的气体和富含不可冷凝气体 (一种或多种)的二氧化碳消耗的气体；导管布置，用于将二氧化碳贫乏的蒸气从二氧化碳净化系统进料至二氧化碳回收系统；和导管布置，用于将至少部分的富含二氧化碳的气体进料至第一吸附系统以再生第一吸附系统的至少部分吸附剂床(一个或多个)并生成富含 NO2的再生气体。在一些具体实施方式
中，二氧化碳回收系统可包括具有渗透侧(permeate side) 和保留侧(retentate side)的二氧化碳选择性渗透膜分离系统。在其它具体实施方式
中， 二氧化碳回收系统包括第二吸附系统，该系统包含至少一个选择性吸附二氧化碳的吸附剂床。该设备优选包括氧燃料燃烧系统，用于在&存在下燃烧选自烃和含碳燃料的燃料，从而产生热量和二氧化碳烟道气；和导管布置，用于将至少部分的所述富含NO2的再生气体从所述第一吸附系统再循环至所述氧燃料燃烧系统。本发明包括以下方面#1.于从含NOx和至少一种不可冷凝的气体作为污染物的二氧化碳进料气体中除去至少NO2的方法，所述方法包括将所述二氧化碳进料气体在第一升高的压力下通过第一吸附系统，该第一吸附系统选择性吸附至少NO2以产生至少基本上不含NO2的二氧化碳气体，所述第一吸附系统包括至少一个吸附剂床；净化所述至少基本上不含NO2的二氧化碳气体以生成经净化的二氧化碳和包含至少主要部分的所述不可冷凝气体(一种或多种)的二氧化碳贫乏的蒸气；在第二升高的压力下从所述二氧化碳贫乏的蒸气中回收二氧化碳以生成富含二氧化碳的气体和富含所述不可冷凝气体(一种或多种)的二氧化碳消耗的气体；和使用至少部分的所述富含二氧化碳的气体去再生所述第一吸附系统的至少部分的所述吸附剂床(一个或多个)并生成富含M)2的再生气体。#2. 一种按照#1所述的方法，其中所述第一吸附系统还从所述进料气体中吸附 NO,使得所述至少基本上不含NO2的二氧化碳气体至少基本上不含N0X，且所述富含NO2的再生气体包含NO。#3. 一种按照#1或#2所述的方法，其中所述第一吸附系统包括NO氧化催化剂以在O2存在下氧化NO生成被所述第一吸附系统吸附并通过所述吸附剂床(个或多个)的再生解吸的NO2,使得所述富含NO2的再生气体包含另外的N02。#4. 一种按照#1或#2所述的方法，其中所述第一吸附系统包括NO还原催化剂以在还原性气体存在下还原NO生成队，所述至少基本上不含NO2的二氧化碳气体富含N2。#5. —种按照#1至#4中任一项所述的方法，其中所述二氧化碳进料气体包含N2O 作为另外的污染物，且所述第一吸附系统从所述进料气体中吸附N2O,使得所述至少基本上不含NO2的二氧化碳气体是至少队0贫乏的，且所述富含NO2的再生气体包含N20。#6. 一种按照#1至#5中任一项所述的方法，其中所述二氧化碳进料气体包含水作为另外的污染物，且所述第一吸附系统从所述进料气体中吸附水，使得所述至少基本上不含NO2的二氧化碳气体是至少基本上干燥的，且所述富含NO2的再生气体包含水。#7. 一种按照#1至#6中任一项所述的方法，其中所述二氧化碳进料气体包含SOx 作为另外的污染物，且所述第一吸附系统从所述进料气体中吸附sox，使得所述至少基本上不含NO2的二氧化碳气体至少基本上不含S0X，且所述富含NO2的再生气体包含S0X。#8. —种按照#1至#7中任一项所述的方法，其中所述二氧化碳进料气体包含CO 作为另外的污染物，且所述第一吸附系统从所述进料气体中吸附C0，使得所述至少基本上不含NO2的二氧化碳气体至少基本上不含CO。#9. 一种按照#1至#8中任一项所述的方法，其中所述第一吸附系统包括CO氧化催化剂以在化存在下氧化CO生成二氧化碳，使得所述至少基本上不含NO2的二氧化碳气体包含另外的二氧化碳。#10. 一种按照#1至#9中任一项所述的方法，其中在所述第二升高的压力下通过渗透穿过二氧化碳选择性渗透膜从所述二氧化碳贫乏的蒸气中回收二氧化碳以生成所述富含二氧化碳的气体作为渗透级分和所述二氧化碳消耗的气体作为保留级分。#11. 一种按照#1至#10中任一项所述的方法，其中在所述第二升高的压力下通过使用包含至少一个选择性吸附二氧化碳的吸附剂床的第二吸附系统进行选择吸附来从所述二氧化碳贫乏的蒸气中回收二氧化碳，从而生成所述二氧化碳消耗的气体，所述富含二氧化碳的气体通过所述第二吸附系统的所述床(一个或多个)的再生产生。#12. 一种按照#1至#11中任一项所述的方法，其中所述二氧化碳进料气体包含 O2作为另外的污染物，部分所述A和二氧化碳一起回收，使得所述富含二氧化碳的气体包含O2，和所述富含NO2的再生气体包含02。#13. 一种按照#12所述的方法，其中所述二氧化碳贫乏的蒸气具有第一 &浓度， 所述富含二氧化碳的气体具有比在所述二氧化碳贫乏的蒸气中的所述第一化浓度更高的
第二 O2浓度。#14. 一种按照#1至#13中任一项所述的方法，如权利要求1所述的方法，其中所述二氧化碳进料气体具有第一流速，用于再生所述吸附床(一个或多个)的所述富含二氧化碳的气体的所述部分具有第二流速，该流速是所述二氧化碳进料气体的所述第一流速的约5%至约25%。#15. 一种按照#1至#14中任一项所述的方法，其中所述富含二氧化碳的气体用于再生所述第一吸附系统的全部所述吸附剂床(一个或多个)。#16. 一种按照#1至#14中任一项所述的方法，其中所述富含二氧化碳的气体用于再生所述第一吸附系统的部分的所述吸附剂床(一个或多个)，所述床(一个或多个)的剩余部分使用至少一种其它的再生气体再生。#17. 一种按照#1至#16中任一项所述的方法，其中所述二氧化碳进料气体是或源自在氧燃料燃烧系统中产生的烟道气，所述方法包括将至少部分所述富含NO2的再生气体再循环至所述氧燃料燃烧系统。#18. 一种按照#17所述的方法，其中所述富含NO2的再生气体所处的压力足以将所述气体再循环至所述氧燃料燃烧系统而无需另外的压缩。#19. 一种按照#17或#18所述的方法，包括冷却所述富含NO2的再生气体以产生含水冷凝物，并在再循环所述再生气体前去除所述含水冷凝物。#20. 一种按照#17至#19中任一项所述的方法，如权利要求17所述的方法，包括加热所述富含NO2的再生气体以防止在再循环所述气体前产生含水冷凝物。#21.用于从氧燃料燃烧系统产生的包含水、NOxW2和N2作为污染物的二氧化碳烟道气中去除水和至少NO2的方法，所述方法包括在第一升高的压力下将所述二氧化碳烟道气穿过选择性吸附水和NO2的第一吸附系统以生成干燥的基本上不含NO2的二氧化碳气体，所述第一吸附系统包括至少一个吸附剂床；在低于0°C净化所述干燥的基本上不含NO2的二氧化碳气体以生成液体形式的经净化的二氧化碳和包含至少主要部分的所述O2和队的二氧化碳贫乏的蒸气；在第二升高的压力下从所述二氧化碳贫乏的蒸气中回收二氧化碳和O2以生成含 O2的富含二氧化碳的气体和富含队的二氧化碳消耗的气体；使用至少部分所述富含二氧化碳的气体去再生所述第一吸附系统的至少部分的所述吸附剂床(一个或多个)并生成含A和水的富含NO2的再生气体；以及将至少部分所述富含NO2的再生气体再循环至所述氧燃料燃烧系统。#22.用于从包含NOx和至少一种不可冷凝的气体作为污染物的二氧化碳进料气体中去除至少NO2的设备，所述设备包括第一吸附系统，用于在第一升高的压力下从所述进料气体中选择性吸附至少NO2 以生成至少基本上不含NO2的二氧化碳气体，所述第一吸附系统包括至少一个吸附剂床；二氧化碳净化系统，用于净化所述至少基本上不含NO2的二氧化碳气体以生成经净化的二氧化碳和包含至少主要部分的所述不可冷凝气体(一种或多种)的二氧化碳贫乏的蒸气；导管布置，用于将至少基本上不含NO2的二氧化碳气体从所述第一吸附系统进料至所述二氧化碳净化系统；二氧化碳回收系统，用于在第二升高的压力下从所述二氧化碳贫乏的蒸气中回收二氧化碳以生成富含二氧化碳的气体和富含所述不可冷凝气体(一种或多种)的二氧化碳消耗的气体导管布置，用于将二氧化碳贫乏的蒸气从所述二氧化碳净化系统进料至所述二氧化碳回收系统；导管布置，用于将至少部分所述富含二氧化碳的气体进料至所述第一吸附系统以再生所述第一吸附系统的至少部分的所述吸附剂床(一个或多个)并生成富含NO2的再生气体。#23. 一种按照#22所述的设备，其中所述二氧化碳回收系统包括具有渗透侧和保留侧的二氧化碳选择性渗透膜分离系统。#24. 一种按照#22或#23所述的设备，其中二氧化碳回收系统包括含有至少一个选择性吸附二氧化碳的吸附剂床的第二吸附系统。#25. 一种按照#22至#24所述的设备，包括氧燃料燃烧系统，用于在O2存在下燃烧燃料以产生热量和二氧化碳烟道气；和导管布置，用于将至少部分所述富含NO2的再生气体从所述第一吸附系统再循环至所述氧燃料燃烧系统。以下讨论了在附图中举例的本发明的具体实施方式
。参照图1，将粉煤物流2与O2物流4 (95 % O2 ； 1 % N2 ；和4 % Ar) 一起进料至氧燃料燃烧系统6，在该系统中煤经燃烧生成热量和烟道气。将烟道气物流8从氧燃料燃烧单元6 中去除，在洗涤塔(未显示)中洗涤以去除水溶组分如SO3和此1，从而生成经洗涤的烟道气，将该烟道气进料至压缩系统的第一级10，在此将气体压缩到约15bar(l. 5MPa)的初始升高压力。然后将经压缩的烟道气物流12(72% CO2 ；19% N2 ；3% Ar ；6% O2 ；和至少水、SOx* NOx作为污染物)进料至SO2转化反应器系统14，在其中将烟道气中的SO2转化为硫酸冷凝物。在SO2去除系统14中，在初始升高的压力下在来自烟道气的O2和水的存在下在第一酸气反应器(未显示)中将经压缩的烟道气保持足以将SO2转化为硫酸冷凝物并产生SO2消耗的烟道气的一段时间。在该段时间期间，烟道气中的一些NOx也可转化为硝酸冷凝物。从 SO2消耗的烟道气中分离(混合的)酸冷凝物，并去除(混合的)酸冷凝物物流28并按需要进一步处理。从SO2转化反应器系统14去除经分离的SO2消耗的烟道气物流16，并进料至压缩系统的第二级20，在此将气体压缩到约30bar(3MPa)的第一升高的压力。在第一升高的压力下将经压缩的SO2消耗的烟道气物流22进料至NOx去除系统 24，其中SO2消耗的烟道气中的部分NOx转化为硝酸冷凝物。在NOx去除系统24中，在第一升高的压力下在来自烟道气的O2和水的存在下在第二酸气反应器(未显示)中将经压缩的 SO2消耗的烟道气保持足以将部分NOx转化为硝酸冷凝物并产生NOx贫乏的烟道气的一段时间。在这段时间期间在SO2消耗的烟道气中存在的剩余SO2也将转化为硫酸冷凝物。从NOx 贫乏的烟道气中分离(混合的)酸冷凝物，去除(混合的)酸冷凝物物流18并按需要进一步处理。在第一升高的压力下将经分离的NOx贫乏的烟道气物流26 (73% CO2 ；19% N2 ；3% Ar ；5% O2 ；和至少水和NOx作为污染物)作为二氧化碳进料气体通过第一吸附系统30的吸附剂床(一个或多个)(未显示)。在第一吸附剂系统内从进料气体中吸附NO、NO2和水以生成干燥的基本上不含NOx的二氧化碳气体物流32(73% CO2 ；19% N2 ；3% Ar ；和5% O2)。如果在NOx贫乏的烟道气中存在任何CO或任何剩余的S0X，那么这些污染物通过吸附在第一吸附系统30的吸附床(一个或多个)表面也将从气体中去除。
物流32被进料至二氧化碳净化系统34，在该系统中通过对冷却剂(未显示)的间接热交换冷却该物流以冷凝气体中的二氧化碳并生成二氧化碳液体和包含大部分不可冷凝气体(例如N2、Ar和O2)的二氧化碳贫乏的蒸气，然后其在相分离单元(未显示)中分离。二氧化碳贫乏的蒸气可通过间接热交换(未显示)经进一步冷却以冷凝另外的二氧化碳并生成包含不可冷凝气体的二氧化碳消耗的蒸气。可在另外的相分离单元(未显示)中从二氧化碳消耗的蒸气中分离另外的液体二氧化碳。从二氧化碳净化系统34中去除经净化的二氧化碳液体物流36 (96% CO2 ；2% N2 ； 1 % Ar;和O2)，并可进一步按需要加压(未显示)并送至储存或在EOR中使用。从二氧化碳净化系统34中去除二氧化碳贫乏的蒸气物流38(29% CO2 ；51% N2 ； 7%Ar;和13%02)，并在第二升高的压力下(与第一升高的压力相同，经受在第二压缩级20 的下游设备中任何内在的压降)进料至包含至少一个二氧化碳选择性渗透膜分离系统(未显示)的二氧化碳回收系统40。二氧化碳和氧透过该膜分离系统中的膜(一个或多个)以生成富含二氧化碳/O2的气体作为渗透级分，以及富含N2和Ar的二氧化碳消耗的气体作为保留级分。从二氧化碳回收系统40中去除二氧化碳消耗的气体物流44(7% CO2 ；73% N2 ；9% Ar ；和10% O2)，在膨胀系统(未显示)中将其膨胀产生功率且将所得经膨胀的气体放空至大气中。从二氧化碳回收系统40中去除在约为大气压下的富含二氧化碳/O2的气体物流 42(62% CO2 ；16% N2 ；5% Ar ；和16% O2)，并在没有压力调整的情况下将其再循环至第一吸附系统30，在其中用于使吸附剂床(一个或多个)再生并生成含NO和水的富含NO2的再生气体。从第一吸附系统30中去除富含NO2的再生气体物流46(62% CO2 ；16% N2 ；5% Ar ； 16% O2 ；和至少水和NOx作为污染物)并再循环至氧燃料燃烧系统6以提供燃烧所需的部分02。吸附在第一吸附系统30的吸附剂床(一个或多个)上的任何CO和SOx将通过再
生解吸并与富含NO2的再生气体一起再循环至氧燃料燃烧系统6。图2和3描述了在第一吸附系统30的吸附剂床中选择的可能的层排列。在两图中，由进入床的物流26和离开床的物流32指明了在第一吸附系统的吸附/再生循环的吸附阶段中二氧化碳进料气体的流向。在图2描述的床层的第一排列中，2A层是选自硅胶、多孔玻璃；沸石和它们的混合物的酸稳定干燥剂；2B层比2A层有更高的水容量并选自活性氧化铝、硅胶、3A沸石和它们的混合物；2C层比2B层有更高的水容量，例如3A沸石。在图2描述的床层的第二排列中，2A层是选自氧化铝、硅胶、活性碳和它们的混合物的干燥剂；2B层是选自氧化铝、硅胶、沸石和它们的混合物的可逆的SOx吸附剂；2C层是选自氧化铝、硅胶、沸石；金属氧化物(负载的或纯的，即非负载的)和它们的混合物的可逆的NOx吸附剂。2A层的干燥剂优选沸石，因为它们具有低热量的水吸附和低亨利定律常数。这使得水以变压模式解吸并降低了水解吸对沸石所需的热能(和加热器功率)。由于硫酸的产生并接着从沸石结构中榨取铝离子，SOx在水和O2存在下能化学攻击沸石。然而，在没有水存在下由于硫酸的还原受到限制，沸石能可逆地吸附sox。因此，干燥剂层2A担当了可 逆的SOx吸附剂的防护床。对于最末层2C层的关键挑战是去除NO。预期进料物流26中的大部分NOx是NO。 大多数吸附剂对于NO的吸附剂容量少于对NO2的。因此，该排列中的2C层需要高NO容量的吸附剂。可能的吸附剂材料包括过渡金属交换的沸石和过渡金属氧化物负载型材料。在图2描述的床层的第三排列中，2A层是选自氧化铝、硅胶、活性碳和它们的混合物的干燥剂；2B层是选自氧化铝、硅胶、沸石和它们的混合物的可逆的SOx吸附剂；2C层是选自氧化铝、硅胶、沸石；金属氧化物和它们的混合物的可逆的NO2吸附剂。所述第三排列的最初两层2A和2B层与第二排列的最初两层是相同的。然而，最末层2C层吸附进料物流26中全部的NO2并允许至少一些NO离开第一吸附系统。由于吸附剂通常具有的NO2容量比NO容量更高，最末层的长度能够比在第一排列中更小，这是因为只需要去除N02。在如下具体实施方式
中需要去除NO2 其中在低温即低于0°C的过程中在第一吸附剂系统的下游净化二氧化碳，该过程生成液体二氧化碳或另外其将冻析。然而， 在这种低温过程中NO不会冻析。与此相反，NO将最后在二氧化碳贫乏的蒸气中和最终在富含二氧化碳的气体中用于再生第一吸附系统的吸附剂床(一个或多个)。在图3描述的床层的第一排列中，3A层是选自氧化铝、硅胶、活性碳和它们的混合物的干燥剂；3B层是选自氧化铝、硅胶、沸石和它们的混合物的可逆的SOx吸附剂；3C层是选自基于过渡金属的催化剂、基于贵金属的催化剂和它们的混合物的(负载的或非负载的)C0/N0氧化催化剂(或C0/N0吸附剂)；3D层是选自氧化铝、硅胶、沸石、金属氧化物和它们的混合物的可逆的NO2吸附剂。在该排列的最初两层3A和3B层与前述排列是相同的，即干燥剂层跟着可逆的SOx 去除层。第三层3C层是床内催化剂层，用以将进料物流26中的任何CO和NO分别氧化为 CO2和N02。由于NO2比NO更易于吸附，由NO到NO2的转化降低了用于去除NOx所需的吸附剂床的尺寸。在催化剂层3C前必须去除水和SOx，因为水和SOx (由此3A和3B层)会使所用氧化催化剂(例如霍加拉特型(CuO/MnO)催化剂)失活。因此，在去除水和SOx后，氧化催化剂能将CO转化为CO2以及将NO转化为NO2。最终吸附剂层3D层是用于可逆的NO2吸附的材料。该排列的优点包括从进料气体中去除任何CO和降低用于去除NO2所需的层的长度。在图3描述的床层的第二排列中，3A层是选自氧化铝、硅胶、活性碳和它们的混合物的干燥剂；3B层是选自氧化铝、硅胶、沸石和它们的混合物的可逆的SOx吸附剂；3C层是选自过渡金属催化剂、贵金属催化剂和它们的混合物的(负载的或非负载的)N0还原氧化催化剂(或C0/N0吸附剂)；3D层是选自氧化铝、硅胶、沸石、金属氧化物和它们的混合物的可逆的NO2吸附剂。图3的第二排列与第一排列是相同的，除了催化剂层3C层是与在SCR工艺中所用相似的NO还原催化剂。典型的催化剂包括氧化钒和氧化钨。在该排列中，在合适的还原气例如CO或NH3存在下在催化剂上将存在于进料气体26中的NO转化为N2。该排列的优点包括从进料气体中去除CO和在低温二氧化碳净化工艺中从NO转化的N2不会冻结且也不是有毒气体，因此可放空而无需回收。图4的流程图基于US2008/0176174A中图2描述的工艺且已经并入本说明书中以便与本发明相比较。本申请中图1和图4之间相同的特征具有同样的附图标记。在图4中，在约30bar (3MPa)的第一升高的压力下将烟道气物流26进料至第一吸附系统30，该系统包含两个并联的吸附剂床C103。通过在吸附剂床(一个或多个)上的 吸附从烟道气中去除水且干燥的烟道气离开吸附剂系统30。将干燥的烟道气物流32进料至低温二氧化碳净化系统34，在其中通过在热交换系统ElOl中的间接热交换使该物流冷却并部分冷凝以生成两相物流48，将该两相物流进料至第一相分离器系统C 101，在此分离物流的蒸气相和液相。含基本上纯二氧化碳的液相作为物流50被去除，物流50穿过膨胀阀VlOl以产生约17. 5bar(l. 7MPa)的经膨胀的二氧化碳液体物流52。通过在热交换系统ElOl中的间接热交换使物流52受热以生成变暖的二氧化碳物流54，然后将其在第一压缩系统KlOl中压缩以生成约IlObar(IlMPa)下的经压缩的二氧化碳物流86。通过在热交换系统E105中对冷却剂的间接热交换使物流86冷却以生成经冷却的、经压缩的二氧化碳物流36。从第一相分离器系统ClOl中作为物流56去除包含二氧化碳和来自烟道气的大部分不可冷凝气体的蒸气相，通过在热交换系统E102中的间接热交换使其冷却生成两相物流60，其被进料至第二相分离器系统C102，在此分离该物流的蒸气相和液相。含基本上纯二氧化碳的液相被作为物流74去除，通过在热交换系统E102中的间接热交换使其受热以生成变暖的二氧化碳物流76，其然后穿过膨胀阀V102以产生约 8. 7bar(0. 8MPa)下的经膨胀的二氧化碳物流78。通过在热交换系统E102和ElOl中的间接热交换使物流78受热以生成变暖的二氧化碳物流80，将其在第二压缩系统K102中压缩以生成约17. 4bar(l. 7MPa)下的经压缩的二氧化碳物流82。通过在热交换系统E104中对冷却剂的间接热交换使物流82冷却以生成经冷却的、经压缩的二氧化碳物流84，其在被进一步压缩至约IlObar(IlMPa)之前与物流54结合。将包含来自烟道气的大部分不可冷凝气体的二氧化碳贫乏的蒸气相从第二相分离器C102中作为物流62去除，通过在热交换系统E102和ElOl中的间接热交换使其受热以生成变暖的富含不可冷凝气体的气体物流38，将其在约30bar(3MPa)进料至包含选择性膜分离系统MlOl的二氧化碳回收系统40。在膜分离系统MlOl中二氧化碳和O2透过膜(一个或多个)生成富含二氧化碳/O2的气体作为渗透级分和富含N2和Ar的二氧化碳消耗的气体作为保留级分。将富含二氧化碳/O2的气体物流66再循环至氧燃料燃烧系统(未显示)生成烟道气。通过在热交换系统E103中的间接热交换加热富含N2/Ar的气体物流64以生成经加热气体物流68，将其在膨胀系统K103中膨胀生成经膨胀的富含N2/Ar的气体物流70。物流70用于(任选在将其至少部分加热后)使吸附剂系统30的吸附剂床C103再生。然后通常将已用的再生物流72放空。图5的流程图描述了基于图4所述工艺的本发明的具体实施方式
。在图5中，没有使用来自二氧化碳回收 系统40的膜分离器系统MlOl的富含N2/Ar的保留气体级分使吸附剂系统30的吸附剂床C103再生。与此相反，使用来自膜分离器系统MlOl的富含O2/ 二氧化碳的渗透气体级分使床C103再生。图5所述工艺中与图4所述工艺具有的相同特征使用同样的附图标记。以下讨论了图5中工艺所具有的不同特征。通过在吸附剂床(一个或多个)C103上的吸附从烟道气中去除水、NO2和N2O,干燥的NOx贫乏的烟道气离开吸附剂系统30。在吸附剂床包括CO氧化催化剂的具体实施方式
中，来自于烟道气中的CO在O2存在下被氧化生成CO2,该CO2与干燥的NOx贫乏的烟道气一起离开吸附剂系统30。此外，当CO氧化催化剂也能氧化NO时，来自于烟道气中的NO在O2 存在下被氧化形成NO2,将其通过吸附剂床C103吸附。可选择地，吸附剂床可包括NO还原催化剂以在还原性气体如甲烷和/或CO存在下将NO还原形成N2,该N2和干燥的NOx贫乏的烟道气一起离开吸附剂系统30。从选择性膜分离系统MlOl的渗透侧去除富含O2/ 二氧化碳的气体物流42，将至少部分该物流进料(任选的在加热这部分物流的至少一部分之后)至吸附系统30以使床 C103再生。在该床再生后，然后将湿的富含NO2的再生气体再循环至氧燃料燃烧系统(未显示)，任选的在与没有用于再生吸附剂床C103的部分富含O2/ 二氧化碳的气体结合后进行。从膜分离系统MlOl的保留侧去除富含N2/Ar的气体物流44，通过在热交换系统E103中的间接热交换将其加热以生成经加热的气体物流68，使该气体物流在膨胀系统 K103中膨胀生成经膨胀的富含N2/Ar的气体物流70。然后可将物流70放空。对比例作为对比例，使用APSEN Plus 软件(版本 2006. 5 ； Aspen Technology, Inc) 对来自US2008/0176174A(参见其中的图2和表3)的图4描述的工艺进行计算机模拟。NO 和NO2的进口浓度从US2008/0176174A的表3中给出的那些浓度改变，CO和N2O作为另外的组分加入。设计吸附单元30仅用于去除水并使用将富含不可冷凝气体(一种或多种) 的二氧化碳消耗的气体膨胀后获得的废气物流70使其再生。通常物流72放空至大气中。没有提供在此处吸附剂床(一个或多个)再生后离开吸附系统30的物流72的温度图，因为该物流温度不是常数，在再生处理期间显著变化。模拟结果示于以下热量和质量平衡表中。
权利要求
1.用于从含NOx和至少一种“不可冷凝的”气体作为污染物的二氧化碳进料气体中除去至少二氧化氮(NO2)的方法，所述方法包括将所述二氧化碳进料气体在第一升高的压力下通过第一吸附系统，该第一吸附系统选择性吸附至少NO2以产生至少基本上不含NO2的二氧化碳气体，所述第一吸附系统包括至少一个吸附剂床；净化所述至少基本上不含NO2的二氧化碳气体以生成经净化的二氧化碳和包含至少主要部分的一种或多种所述不可冷凝气体的二氧化碳贫乏的蒸气；在第二升高的压力下从所述二氧化碳贫乏的蒸气中回收二氧化碳以生成富含二氧化碳的气体和富含一种或多种所述不可冷凝气体的二氧化碳消耗的气体；和使用至少部分的所述富含二氧化碳的气体去再生所述第一吸附系统的至少部分的一个或多个所述吸附剂床并生成富含NO2的再生气体。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述二氧化碳进料气体包含N2O作为另外的污染物， 且所述第一吸附系统从所述进料气体中吸附N2O,使得所述至少基本上不含NO2的二氧化碳气体是至少N2O贫乏的，且所述富含NO2的再生气体包含N20。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述二氧化碳进料气体包含水作为另外的污染物， 且所述第一吸附系统从所述进料气体中吸附水，使得所述至少基本上不含NO2的二氧化碳气体是至少基本上干燥的，且所述富含NO2的再生气体是湿的。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述二氧化碳进料气体包含SOx作为另外的污染物， 且所述第一吸附系统从所述进料气体中吸附S0X，使得所述至少基本上不含NO2的二氧化碳气体至少基本上不含SOx，且所述富含NO2的再生气体包含S0X。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述二氧化碳进料气体包含一氧化碳(CO)作为另外的污染物，且所述第一吸附系统从所述进料气体中吸附⑶，使得所述至少基本上不含NO2 的二氧化碳气体至少基本上不含CO。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述二氧化碳进料气体包含A作为另外的污染物， 部分所述A和二氧化碳一起回收，使得所述富含二氧化碳的气体包含02，和所述富含NO2的再生气体包含O2。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述二氧化碳进料气体具有第一流速，用于再生一个或多个所述吸附剂床的所述富含二氧化碳的气体的所述部分具有第二流速，该第二流速是所述二氧化碳进料气体的所述第一流速的约5%至约25%。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述二氧化碳进料气体是或源自在氧燃料燃烧系统中产生的烟道气，所述方法包括将至少部分所述富含NO2的再生气体或由其得到的再生气体再循环至所述氧燃料燃烧系统。
9.用于从氧燃料燃烧系统产生的包含水、NOxW2和N2作为污染物的二氧化碳烟道气中去除水和至少NO2的方法，所述方法包括在第一升高的压力下将所述二氧化碳烟道气穿过选择性吸附水和NO2的第一吸附系统以生成干燥的基本上不含NO2的二氧化碳气体，所述第一吸附系统包括至少一个吸附剂床；在低于0°c净化所述基本上不含NO2的二氧化碳气体以生成液体形式的经净化的二氧化碳和包含至少主要部分的所述化和N2的二氧化碳贫乏的蒸气；在第二升高的压力下从所述二氧化碳贫乏的蒸气中回收二氧化碳和A以生成含A的富含二氧化碳的气体和富含队的二氧化碳消耗的气体；使用至少部分所述富含二氧化碳的气体去再生所述第一吸附系统的至少部分的一个或多个所述吸附剂床并生成含α和水的富含νο2的再生气体；以及将至少部分所述富含NO2的再生气体再循环至所述氧燃料燃烧系统。
10.用于从包含NOx和至少一种不可冷凝的气体作为污染物的二氧化碳进料气体中去除至少NO2的设备，所述设备包括第一吸附系统，用于在第一升高的压力下从所述进料气体中选择性吸附至少NO2以生成至少基本上不含NO2的二氧化碳气体，所述第一吸附系统包括至少一个吸附剂床；二氧化碳净化系统，用于净化所述至少基本上不含^)2的二氧化碳气体以生成经净化的二氧化碳和包含至少主要部分的一种或多种所述不可冷凝气体的二氧化碳贫乏的蒸气；导管布置，用于将至少基本上不含NO2的二氧化碳气体从所述第一吸附系统进料至所述二氧化碳净化系统；二氧化碳回收系统，用于在第二升高的压力下从所述二氧化碳贫乏的蒸气中回收二氧化碳以生成富含二氧化碳的气体和富含一种或多种所述不可冷凝气体的二氧化碳消耗的气体；导管布置，用于将二氧化碳贫乏的蒸气从所述二氧化碳净化系统进料至所述二氧化碳回收系统；导管布置，用于将至少部分所述富含二氧化碳的气体进料至所述第一吸附系统以再生所述第一吸附系统的至少部分的一个或多个所述吸附剂床并生成富含NO2的再生气体。
全文摘要
本发明涉及再循环TSA再生气体至锅炉用于氧燃料操作，从包含NOx和至少一种“不可冷凝气体”作为污染物的二氧化碳进料气体中去除NO2，通过在第一升高的压力下将进料气体穿过可选择吸附至少NO2的第一吸附系统以生成至少基本上不含NO2的二氧化碳气体。使用净化后的从基本上不含NO2的二氧化碳气体回收的富含二氧化碳的气体使吸附系统至少部分再生。本发明特别应用于从氧燃料燃烧产生的烟道气中去除NOx和水。
文档编号B01D53/02GK102380281SQ20111024931
公开日2012年3月21日 申请日期2011年7月8日 优先权日2010年7月8日
发明者A·D·赖特, J·W·克卢斯特曼, K·B·富加什, P·希金博特姆, T·C·戈登, V·怀特 申请人:气体产品与化学公司