烟气处理方法

烟气处理方法
【专利摘要】本发明涉及用于净化含有二氧化碳和污染物的工艺气体的方法和系统，做法是：使所述工艺气体与碱溶液或浆液直接接触，并将所述工艺气体的至少一部分污染物捕获在所述碱溶液或浆液中；和使污染物贫化的工艺气体与冷却液直接接触以形成冷却的工艺气体；其中将所述碱溶液或浆液与所述冷却液分离。
【专利说明】烟气处理方法
发明领域
[0001]本发明涉及采用冷冻氨法(CAP)以从工艺气体中除去二氧化碳的烟气净化方法和系统。
【背景技术】
[0002]在诸如发电站的燃烧成套设备中诸如煤、油、泥煤、废物等燃料的燃烧中产生热工艺气体，该热工艺气体常称为烟气，其含有二氧化碳CO2以及其他组分。已经广泛认识到了释放二氧化碳到大气中的不利环境影响，并且已经促使研发适合从在上述燃料的燃烧中产生的热工艺气体中除去二氧化碳的方法。还存在产生大量CO2的其他工业，例如包括水泥工业和钢铁工业。
[0003]基于冷冻氨的系统和方法(CAP)提供从诸如后燃烧烟气流的气流中捕获并除去CO2的成本相对低的方法。这种系统和方法的实例先前已经公开在题为“包括CO2去除的燃烧气体超净化(Ultra Cleaning of Combustion Gas Including the Removal of CO2)，，的已公开的国际专利申请WO 2006/022885中。术语“冷冻”是指在冷冻氨法中CO2吸收器的操作温度，其通常在0-20°C范围内且优选在0-10°C范围内。在WO 2006/022885中描述的方法中，从烟气流中吸收CO2通过使在吸收器中的冷冻氨化溶液或浆液与含有CO2的烟气流接触来实现。含有所吸收的CO2的氨化溶液随后通过在增加的压力下加热而再生，由此从该溶液中除去CO2，且可将再生的溶液再用于CO2吸收过程。
[0004]US 2008/0178733提供了具有组合的冷却和净化系统的气体净化系统，其包括位于CO2吸收器上游且操作用以借助于冷却液冷却工艺气体且吸收工艺气体的二氧化硫到冷却液中以便获得含有硫酸盐的冷却液的第一气液接触装置。该组合的冷却和净化系统还包括位于CO2吸收器下游且操作用以借助于使含有氨的工艺气体与含有硫酸盐的冷却液接触而从已经在CO2吸收器中处理过的工艺气体中除去氨的第二气液接触装置。
[0005]冷却液的硫酸盐和冷却液的从烟气中除去的氨有时用于制造可作为肥料使用的硫酸铵副产物。
[0006]US 2008/0178733的气体净化系统非常适合处理如例如由燃烧较高品质燃料的现代发电站所生成的相对清洁的CO2富化烟气流(例如颗粒物质和重金属少)。然而，诸如水泥或钢铁制造、燃烧较低品质的煤或废物的工业过程可产生与大多数发电站的特征相比具有较高的酸、颗粒物质和/或重金属含量的烟气。虽然大多数水泥厂将静电沉淀器与烟气骤冷器组合使用来降低粒子和重金属浓度，但相当高的残留物水平保留在烟气中。剩余的颗粒物质和重金属内含物可污染冷却液，使液体副产物的预定使用复杂化。

【发明内容】

[0007]本发明的一个目的在于提供用于净化含有二氧化碳和诸如二氧化硫、重金属和颗粒物质的污染物的工艺气体的改善的冷冻氨法和系统。
[0008]根据本文中说明的方面，提供净化含有二氧化碳和污染物的工艺气体的方法，所述方法包括以下步骤:
使所述工艺气体与碱溶液或浆液直接接触，且将所述工艺气体的至少一部分污染物捕获在所述碱溶液或衆液中；和
使污染物贫化的工艺气体与冷却液直接接触以形成冷却的工艺气体；
其中将所述碱溶液或浆液与所述冷却液分离。
[0009]根据一些实施方案，所述方法还包括以下步骤:
使所述冷却的工艺气体与氨化溶液或浆液直接接触以从所述工艺气体中至少部分地除去二氧化碳并形成含有氨的工艺气体；和
使所述含有氨的工艺气体与洗涤液直接接触以从所述工艺气体中至少部分地除去氨。
[0010]如在US 2008/0178733中描述，现有技术的冷冻氨法流程的冷却和净化系统的第一阶段首先用洗涤步骤，使用溶解了氨的溶液捕获SO2且使SO2形成亚硫酸盐，根据所溶解的O2的利用度将亚硫酸盐氧化以形成硫酸盐，由此生成打算作为肥料使用的硫酸铵溶液。经烟气进入冷冻氨法成套设备的重金属或酸性组分具有聚集在冷却和净化系统的第一阶段的趋势，引起污染液体副产物、最终使其不适合作为肥料使用的问题。US 2008/0178733的冷却和净化系统还考虑使用硫酸铵溶液以与冷却步骤结合来捕获S02。
[0011]根据本文所述的方面的气体净化方法和系统包括对现有技术冷冻氨法流程的改进，在应用到具有较高酸、颗粒物质和/或重金属含量的工艺气体时其改善了冷冻氨法的操作。这在水泥或钢铁生产设施中是有利的，在这些设施中生成具有高含量的例如二氧化硫、重金属和颗粒物质的烟气。
[0012]为了避免硫酸铵副产物污染的复杂情况，针对工艺气体的重金属和颗粒内含物引入碱净化步骤并在该气体进入冷冻氨法冷却和净化系统之前除去残留的so2。在所述碱净化步骤中颗粒物质和其他污染物可捕获在体积相对小的液体中，这有利于所形成溶液/浆液的处理(work-up)、再循环和/或废物管理。
[0013]在本文中结合“碱溶液或浆液”和“碱净化”使用的术语“碱”泛指具有高于7的PH值的水溶液。
[0014]根据一些实施方案，所述碱溶液或浆液包含NaOH或Ca (OH)20
[0015]根据一些实施方案，所述碱溶液或浆液具有8或更高的pH值。
[0016]本发明人还发现可有利地使体积流量低且具有高颗粒物质和重金属含量的所得液体浆液至少部分地返回产生工艺气体的过程中或将其送去废物处理或处置。例如，在水泥制造的情况下，可将来自所得浆液的固体分离(例如，通过旋流分离器、离心机或过滤器)并使其返回到窑炉中。来自所分离的固体的挥发性组分经烟气离开窑炉，同时大部分重金属保持结合到在窑炉中的固体上且与水泥熟料一起离开。使来自所述碱净化步骤的固体返回到其中产生工艺气体的过程可显著地减少来自所述系统的总废物流。
[0017]根据本文所述的方面引入碱净化的优势在于其允许将重金属和酸性组分再综合利用(reintegration)回到工业过程，同时防止例如硫酸铵的冷冻氨法副产物的污染。所述碱净化系统的优势还在于其在没有与使用硫酸铵溶液的洗涤步骤相关的NH3或SO2损失的情况下在增加的工艺温度下提供高效的SO2去除。本文所述的碱净化系统可容易地施用到现有的冷冻氨系统。
[0018]所述碱净化优选在高于所述工艺气体的露点的温度下进行，以避免在所述工艺气体中的水蒸气大批冷凝，导致所述碱溶液或浆液稀释。由于这个原因，所述碱溶液或浆液的碱或苛性碱化合物应该选自在所述碱净化步骤的操作温度下具有足够低的蒸气压的化合物，以避免碱或苛性碱化合物损失到所述工艺气体中。具体地讲，氨由于其在相关操作温度下的高蒸气压而不适合作为根据本文所述的方面的碱或苛性碱化合物，氨会导致例如冷却系统的下游系统污染。
[0019]根据一些实施方案，使所述工艺气体与碱溶液或浆液直接接触的步骤在高于所述工艺气体的露点的温度下进行。
[0020]根据一些实施方案，使所述工艺气体与碱溶液或浆液直接接触的步骤不包括在所述工艺气体中存在的水蒸气的任何实质上的冷凝。
[0021]所述碱净化优选独立于所述冷冻氨法的其他涤气或洗涤操作、特别是冷却步骤、CO2吸收、任选的水洗和氨去除步骤进行。这意味着涤气或洗涤液，特别是冷却液、氨化溶液或浆液、和氨去除和任选的水洗步骤的洗涤液或其组分并不用于碱净化步骤/系统中。独立于冷冻氨法的其他涤气或洗涤操作进行碱净化允许独立地优化所述碱溶液或浆液的参数(例如，温度、体积流量、PH和固体含量)。这允许所述碱净化在低体积流量、高固体含量下且在相对较高的温度和pH值下有效地进行。
[0022]根据一些实施方案，所述污染物包括二氧化硫、重金属和颗粒物质。
[0023]根据一些实施方案，所述工艺气体由发电站、水泥制造设施或钢铁制造设施产生。诸如燃烧较低品质的煤炭(或废物)的水泥和钢铁制造的工业过程可产生与大多数发电站的特征相比具有较高的酸或重金属含量的烟气。
[0024]根据一些实施方案，所述工艺气体通过燃烧诸如低品质的煤炭或废物的低品质燃料而产生。
[0025]根据一些实施方案，所述工艺气体由水泥制造设施或钢铁制造设施产生。施用根据本文所述的方面的碱净化在水泥或钢铁制造设施中是有利的，因为在所述设施中，含有从工艺气体中捕获的重金属和二氧化硫的碱溶液或浆液可容易地返回到产生所述工艺气体的过程中。根据一些实施方案，所述工艺气体由水泥制造设施产生。
[0026]根据一些实施方案，含有从所述工艺气体中捕获的污染物的碱溶液或浆液至少部分地返回到产生所述工艺气体的过程中。
[0027]根据一些实施方案，将从所述工艺气体中捕获或在所述碱溶液或浆液中形成的颗粒物质至少部分地从所述碱溶液或浆液中分离。该构造提供双重优势:i)将碱溶液保留在碱净化液体回路中，减少补给碱或苛性碱化合物消耗，和ii)提供将要返回到例如水泥制造的工业过程的高固含量的材料。
[0028]根据本文所述的方面弓I入碱净化在生成作为副产物的硫酸铵的冷冻氨系统中可特别有利。
[0029]根据一些实施方案，所述洗涤液包含例如得自加入的硫酸的硫酸盐。
[0030]根据一些实施方案，使所述含有氨的工艺气体的氨和所述含有硫酸盐的洗涤液的硫酸盐至少部分地反应以在水溶液中形成硫酸铵。
[0031]根据一些实施方案，所形成的硫酸铵至少部分地用于肥料制造中。
[0032]根据其他方面，提供用于净化含有二氧化碳和污染物的工艺气体的气体净化系统，所述气体净化系统包括: 碱净化系统，其包括操作用以通过使所述工艺气体与碱溶液或浆液直接接触并将所述工艺气体的至少一部分污染物捕获在所述碱溶液或浆液中而从所述工艺气体中至少部分地除去污染物的气液接触装置；和
冷却系统，其包括操作用以通过使污染物贫化的工艺气体与冷却液直接接触而冷却所述污染物贫化的工艺气体的气液接触装置；
其中将所述碱溶液或浆液与所述冷却液分离。
[0033]根据一些实施方案，所述气体净化系统还包括:
CO2吸收器(10)，其包括操作用以通过使冷却的工艺气体与氨化溶液接触、吸收至少一部分二氧化碳而从所述工艺气体中至少部分地除去二氧化碳的气液接触装置(9);和
氨去除系统(4)，其包括操作用以通过使含有氨的工艺气体与洗涤液直接接触而从所述工艺气体中至少部分地除去氨的气液接触装置(33)，所述工艺气体已经在CO2吸收器
(10)中处理且包含氨。
[0034]所述气体净化系统的特点和优点与上文关于气体净化方法描述的特点和优点相对应。
[0035]根据一些实施方案，所述污染物包括二氧化硫、重金属和颗粒物质。
[0036]根据一些实施方案，所述气体净化系统与燃烧诸如低品质煤炭或废物的低品质燃料的工艺集成。
[0037]根据一些实施方案，所述气体净化系统与发电站、水泥制造设施或钢铁制造设施集成。
[0038]根据一些实施方案，所述气体净化系统与水泥制造设施或钢铁制造设施集成。
[0039]根据一些实施方案，所述气体净化系统与水泥制造设施集成。
[0040]根据一些实施方案，所述碱净化系统构造成使含有从所述工艺气体中吸收的污染物的碱溶液或浆液至少部分地返回产生所述工艺气体的过程中。
[0041]根据一些实施方案，所述碱净化系统还包括操作用以从溶液中至少部分地分离在所述碱溶液或浆液中形成的固体的液/固分离器。
[0042]本发明的其他目的、特点和优点将自本说明书和权利要求书中显而易见。以上描述的特点及其他特点由以下图和详述例示。
【专利附图】

【附图说明】
[0043]参考以下附图，本发明的许多方面可变得更加透彻。所述图为例示性的实施方案，其中相同的元件以相同方式编号。
[0044]图1为表不气体清洁系统的一个实施方案的不意性侧视图。
[0045]图2为表不碱净化系统的一个实施方案的不意性侧视图。
【具体实施方式】
[0046]在本说明书中使用的单位“ppm”是指基于体积计算的百万分率。
[0047]在本说明书中使用的单位“％”是指基于体积计算的百分比。
[0048]术语“烟气”和“工艺气体”在本说明书中可互换使用。
[0049]气体净化系统例如可用于发电站、水泥制造设施或钢铁制造设施中。该气体净化系统特别可用于诸如产生与大多数发电站的特征相比具有较高的酸、颗粒物质和/或重金属含量的烟气的诸如水泥或钢铁制造的工业过程中。
[0050]在诸如煤或油的燃料的燃烧期间，产生常被称为烟气或工艺气体的热工艺气体。含有包括尘粒、二氧化硫SO2、三氧化硫SO3和二氧化碳CO2的污染物质的烟气经由气道离开锅炉。该气道操作用以使烟气前进到常规空气污染控制系统。从工业过程或相关空气污染控制系统送来的烟气应当具有针对水含量和环境压力调节的温度。根据该工业过程，水露点温度可为约40-约80°C。
[0051]图1示意性说明气体净化系统I的实施方案。该系统包括具有冷却系统3和氨去除系统4的气体调理阶段2及包括CO2吸收器10和任选的水洗容器17的CO2去除阶段5。气体净化系统I还包括碱净化系统(alkaline cleaning system, ACS) 6。
[0052]CO2去除阶段2类似于在WO 2006/022885中描述的二氧化碳去除系统。在WO2006/022885中所描述类型的二氧化碳去除系统有时称为冷冻氨法(Chilled AmmoniaProcess, CAP)。0_20°C、优选0_10°C的烟气温度适合CO2去除阶段5。冷却系统3操作用以将烟气冷却到适合CO2去除阶段5的温度。
[0053]因此，参考本申请的图1，CO2去除阶段5包括CO2吸收器10，在该CO2吸收器10中使冷却的烟气以与如在WO 20010/022885中所述类似的方式与包含氨的液体接触。管道11操作用以借助于高压泵12使富CO2的浆液或溶液从CO2吸收器10前进到再生器13。通过加热器将热提供到再生器13。在再生器13中的高压和高温引起高压气态CO2流14释放。管道15操作用以使已经在冷却器中冷却的贫CO2的氨化溶液或浆液从再生器13返回到CO2吸收器10中。
[0054]导管16操作用以使具有低浓度的CO2的烟气从CO2吸收器10前进到水洗容器17中，该水洗容器17为任选的且操作用以从已经在CO2吸收器10中处理过的烟气中除去氨順3。水洗容器17可具有与如在WO 2006/022885中所述的水洗容器类似的设计。冷水或冷且略显酸性的溶液的物流经由管道18供应到水洗容器17。导管19操作用以使已经在水洗容器17中净化的烟气前进到氨去除系统4以便进一步净化。
[0055]碱净化系统(ACS) 6、冷却系统3和氨去除系统4将在下文更详细地描述。
[0056]在典型的现有的冷冻氨气体净化系统中，该冷却系统还用于除去诸如SO2酸性气态组分以及还用于除去诸如颗粒物质和重金属的其他污染物，这些污染物通常存在于湿或干烟气脱硫(FGD)系统或通常采用的其他空气品质控制系统下游的气流中。
[0057]根据本文描述的实施方案的气体净化系统还包括相对于气流的主流向布置在冷却系统3的上游的碱净化系统6。
[0058]任选地在如上所述的常规空气污染控制系统中加工的烟气经由导管20进入ACS6中。该ACS包括至少一个气液接触装置21。各个气液接触装置布置成使气流与碱溶液或浆液接触。该接触可优选以逆流流动进行，以使得气体在一端(通常在底部)进入气液接触装置，而液体在另一端(通常在顶部)进入气液接触装置。具有含量减少的SO2、颗粒物质和/或重金属的烟气经导管22离开ACS且前进到冷却系统3。
[0059]该碱溶液或浆液包括碱或苛性碱化合物的水溶液。该碱溶液或浆液的碱或苛性碱化合物例如可为NaOH或Ca (OH)20该碱溶液或浆液优选具有8或更高的pH值。该碱溶液或浆液的PH值通过由碱储存和计量系统23引入补给碱或苛性碱化合物或组合物来维持。[0060]进入ACS 6的引入工艺气体包含不同量的水蒸气且在一些情况下可用水蒸气饱和。为了避免由来自引入气流的水蒸气的批量冷凝而引起碱溶液或浆液稀释，该碱净化步骤在高于该工艺气体的露点的温度下进行。由于这个原因，该碱溶液或浆液的碱或苛性碱化合物应该选自在该碱净化步骤的操作温度下具有足够低的蒸气压的化合物，以避免碱或苛性碱化合物损失到该工艺气体中。具体地讲，该碱或苛性碱化合物不应该是氨，这归因于氨在相关操作温度下具有高蒸气压，导致污染例如冷却系统的下游系统。
[0061]当使碱溶液或浆液与工艺气体在气/液接触装置21中接触时，该工艺气体的至少一部分二氧化硫、重金属和颗粒物质被捕获在该碱溶液或浆液中。
[0062]该碱溶液或浆液因此还可含有从该气流中吸收的一定量的污染物，诸如在将来自该气流的二氧化硫和三氧化硫溶解于该碱溶液或浆液中时形成的硫酸盐及其他硫衍生物。该碱溶液或浆液还可含有从该气流中捕获或由于在该碱溶液或浆液中的不同组分之间的化学反应而形成的显著量的颗粒物质。
[0063]使离开该气液接触装置的碱溶液或浆液经液体回路24再循环回到该气液接触装置。
[0064]在ACS 6的液体回路24中的碱溶液或浆液的量可优选保持基本恒定。碱溶液或浆液在该回路中的体积增加通过经一个或多个排出流从该回路中除去碱溶液或浆液来抵消。
[0065]该ACS包括用于除去在液体回路24中循环的一部分碱溶液或浆液的排出流25。可使经排出流25除去的碱溶液或浆液至少部分地返回到产生工艺气体的过程中或将其送去废物处理或处置。
[0066]ACS 6还可任选地包括操作用以至少部分地分离在该碱溶液或浆液中形成的固体的液/固分离器26。液/固分离器26例如可包括旋流分离器、离心机或过滤器。该液/固分离产生低固含量的物流，可使该物流返回到该ACS的气/液接触装置21 ;和高固含量(或污泥)物流27，可使该物流27返回到产生工艺气体的过程或者将其送去废物处理或处置。
[0067]该ACS的主要功能在于:i)从工艺气体中至少部分地除去二氧化硫；ii)从工艺气体中至少部分地除去重金属；和iii)从工艺气体中至少部分地除去颗粒物质。
[0068]气体调理阶段2具有冷却系统3和氨去除系统4，其各自包括一个或多个气液接触
装直。
[0069]烟气经导管22进入冷却系统。冷却系统3 (在本文中还称作“直接接触冷却器”或“DCC (direct contact cooler) ”)包括至少一个气液接触装置28。各个气液接触装置布置成使气流与冷却液接触。该接触可优选以逆流流动进行，以使得气体在一端(通常在底部)进入气液接触装置，而液体在另一端(通常在顶部)进入气液接触装置。冷却的烟气经导管29离开该冷却系统。
[0070]冷却液通常为水或水溶液。该液体可含有从该气流中吸收的一定量的污染物，诸如在将来自该气流的二氧化硫和三氧化硫溶解于冷却液中时形成的硫酸盐及其他硫衍生物。
[0071]将离开该气液接触装置的温热的冷却液例如在冷却塔(未示出)中冷却并经液体回路30再循环到气液接触装置28中。在该冷却塔中，环境空气经由入口导管供应到冷却塔且根据冷却塔的众所周知的原理冷却温热的冷却液。
[0072]在该冷却系统的液体回路30中的冷却液的量优选可保持基本恒定。在该回路中液体的体积的变化可通过向该回路中加入或除去液体来抵消。通常，欲净化的引入烟气将含有一定量的水蒸气，当该气体在冷却系统中冷却时水蒸气至少部分地冷凝，这导致回路中冷却液的体积增加。该增加优选将通过相应的降低来平衡。该降低可例如通过与净化的烟气一起离开系统的水蒸气或在诸如冷却塔的不同冷却装置中或通过在一个或多个排出流31中离开系统的冷却液实现。
[0073]该冷却系统的主要功能在于:i)将烟气温度降低到吸收过程所需要的温度，ii)使在引入工艺气体中所包含的大部分的水蒸气冷凝以使进入CO2吸收器系统的水减至最少，同时显著地减少体积气流或增加CO2浓度，和iii)从工艺气体中除去残留的痕量组分，主要是SO2及其他酸性组分。
[0074]来自CO2吸收器10和任选的水洗容器17的冷烟气经导管19进入氨去除系统4。氨去除系统4 (在本文中还称作“直接接触加热器”或“DCH”)包括至少一个气液接触装置33。各个气液接触装置布置成使离开CO2去除阶段5的气流与洗涤液接触。该接触可优选以逆流流动进行，以使得气体在一端(通常在底部)进入气洗涤液接触装置33，而洗涤液在另一端(通常在顶部)进入该气液接触装置。氨贫化且再次加热的烟气经导管34离开该氨去除系统，该氨去除系统操作用以使烟气前进到释放烟气到大气中的烟囱。
[0075]该洗涤液通常为包含硫酸的水溶液。该洗涤液从离开CO2去除阶段5的气流吸收氨，生成氨贫化的气流和含有来自硫酸的硫酸盐和来自该气流的氨的洗涤液。使硫酸盐和氨在该洗涤液中反应以形成硫酸铵。含有以20-35重量％的浓度的最初溶解的硫酸铵的排出流35从该工段排出以便处置或商业上用作肥料。
[0076]离开该气液接触装置的洗涤液经液体回路36再循环到气液接触装置且该洗涤液的低pH值通过由硫酸储存和计量系统37引入补给硫酸(H2SO4)而维持。
[0077]在氨去除系统4的液体回路36中洗涤液的量可优选保持基本恒定。在该回路中冷却液的体积的变化可通过向回路36中加入或除去液体来抵消。
[0078]该氨去除系统的主要功能在于:i)将离开CO2去除阶段的气流的氨含量降低到适合释放到大气的浓度，和ii)再次加热离开该CO2去除阶段的气流。
[0079]进入氨去除系统4的气流通常处于约7_10°C的温度且具有小于200ppm的氨含量。在氨去除系统4中，该气流的氨含量优选降低到约5ppmv或更低，且在将该气体送到烟囱之前，该气流的温度优选升高到40°C。
[0080]任选将冷却系统3和氨去除系统4布置成液体连接以使得在一个系统中使用的液体可在另一系统中再次使用。例如，可将来自冷却系统3的温热的冷却液用于再次加热在氨去除系统4中的冷气流。
[0081]图1的气体净化系统I与CO2放出工业38集成。具有如本文所述的ACS的气体净化系统优选集成在水泥或钢铁制造设施中。将经管线25和/或27离开ACS的高固含量的物流分别送回到水泥或钢铁制造设施。该高固含量物流例如可在水泥制造设施的窑炉的顶端引入，或者引入钢铁制造设施的鼓风炉中。
[0082]图2更详细地示出了碱净化系统(ACS)和冷却系统的一个实施方案。任选在如上所述的常规空气污染控制系统中加工的烟气经由导管20进入ACS 6中。
[0083]ACS 6包括操作用以通过使烟气与经液体回路24和循环泵39供应的碱溶液或浆液直接接触而从该烟气中除去污染物的气液接触装置21。一组喷嘴操作用以在气液接触装置21之上分配该碱溶液或浆液，该气液接触装置可具有结构化填料或另一合适类型的气液接触填充物的形式。用水饱和且具有例如40-80°C的温度的烟气进入ACS 6且向上前进穿过气液接触装置21。该烟气离开该ACS，其SO2、颗粒物质和/或重金属的含量减少。包含自该烟气捕获的SO2、颗粒物质和/或重金属的碱溶液或浆液收集在气液接触装置21的底部。
[0084]包含自该烟气捕获的SO2、颗粒物质和/或重金属的碱溶液或浆液经液体回路24前进到液/固分离器26。液/固分离器26包括操作用以至少部分地分离该碱溶液或浆液中的颗粒物质的旋流分离器、离心机或过滤器。该液/固分离器例如可包括旋流分离器、离心机或过滤器。该液/固分离产生低固含量的物流，该物流经液体回路24返回该ACS的气/液接触装置以便捕获其他污染物；和高固含量(或污泥)物流，其经管线27离开该ACS。可使该高固含量(或污泥)物流返回到产生工艺气体的过程或将其送去废物处理或处置。
[0085]为了维持该ACS的液体平衡，来自液/固分离器24的一部分低固含量的物流作为排出流经管道25和产物泵40移出且送去再次使用、废物处理或处置。
[0086]为了维持该碱溶液或衆液的pH值,该ACS包括操作用以引入补给碱或苛性碱化合物的碱储存和计量系统23。该碱溶液或浆液的碱或苛性碱化合物例如可为NaOH或Ca (OH)20
[0087]控制装置(未示出)可操作用以控制ACS 6的操作。该控制装置可包括自动控制器，其可为通用计算机、专用计算装置或其他可编程控制器。该控制装置可包括用于自动或手动测量诸如PH或温度的相关参数的传感器。例如，pH计可操作用以测量离开液/固分离器26的碱溶液或浆液的pH值且传送含有关于所测量的pH信息的信号到该控制装置。响应该信号，该控制装置可控制补给碱或苛性碱化合物从碱储存和计量系统23的供应。
[0088]冷却系统3包括相对于烟气流的主流向单独且依次布置的两个气液接触装置41。
[0089]经导管22离开该ACS的烟气首先到达第一气液接触装置41，第一气液接触装置41在本文中还称作第一直接接触冷却器(DCC)。第一 DCC 41操作用以通过使烟气与经管道42供应的优选为水或水溶液的冷却液接触来冷却烟气。一组喷嘴操作用以将该液体分布在气液接触装置41之上，气液接触装置41可具有结构化填料或另一合适类型的气液接触填充物的形式。烟气经由气体入口进入第一 DCC 41且向上前进穿过气液接触装置41。烟气在降低的温度下经由管道43离开第一 DCC 41。冷却液和烟气在气液接触装置41中在热交换下彼此接触。温热的冷却液收集在第一 DCC 41的底部且经管道44前进。
[0090]经由导管43离开第一 DCC 41的烟气随后到达在本文中也称作第二 DCC的第二气液接触装置45。第二 DCC 45操作用以通过使烟气与经由管道46供应的制冷的冷却液直接接触而进一步冷却烟气。一组喷嘴操作用以将该液体分配在气液接触装置45之上，气液接触装置45可具有结构化填料或另一合适类型的气液接触填充物的形式。烟气经由导管43进入第二 DCC 45且向上前进穿过气液接触装置45。进一步冷却的烟气经由导管29离开第二 DCC。制冷的冷却液和烟气在气液接触装置45中在热交换下彼此接触。在第二 DCC中用过的冷却液收集在第二 DCC 45的底部，经由管道47和循环泵48前进到冷冻器49，且由在冷冻器49中的制冷剂制冷，之后再循环到第二 DCC 45。
[0091]经由导管29离开冷却系统3的烟气具有0_20°C、优选0_10°C的温度。导管29操作用以使烟气前进到CO2去除阶段。在导管29中的烟气可任选经历操作用以将烟气冷却到0-20°C、优选0-10°C的所要温度的一个或多个间接冷却器(未示出)，之后将其进料到CO2吸收器。
[0092]由本文所述的实施方案提供的优势包括:
1)该碱净化系统允许将重金属和酸性组分再综合利用回到工业过程；
2)防止例如硫酸铵的冷冻氨法副产物的污染；
3)碱净化系统在没有与使用硫酸铵溶液的洗涤步骤相关的NH3或SO2损失的情况下在增加的工艺温度下提供高效的SO2去除；
4)该碱净化系统可容易地施用到现有的冷冻氨系统。
[0093]本文所述的所有特征和优势都适用于本文所述的不同方面的气体净化方法和气体净化系统两者。
[0094]虽然已经参考许多优选的实施方案描述了本发明，但本领域的技术人员应当理解的是，可在不偏离本发明的范围的情况下进行多种改变且可用等效物替代其要素。另外，可在不脱离本发明的基本范围的情况下进行许多改进以适应本发明的教导的特定情形或材料。因此，并非想要将本发明限制于作为实施本发明所考虑的最佳模式公开的特定实施方案，而是本发明将包括落入随附权利要求书范围内的所有实施方案。此外，使用术语第一、第二等并不表示任何顺序或重要性，术语第一、第二等用以区分一个要素与另一要素。
【权利要求】
1.净化含有二氧化碳和污染物的工艺气体的方法，所述方法包括以下步骤: 使所述工艺气体与碱溶液或浆液直接接触，和将所述工艺气体的至少一部分污染物捕获在所述碱溶液或衆液中；和 使污染物贫化的工艺气体与冷却液直接接触以形成冷却的工艺气体； 其中将所述碱溶液或浆液与所述冷却液分离。
2.权利要求1的方法，其还包括以下步骤: 使所述冷却的工艺气体与氨化溶液或浆液直接接触以从所述工艺气体中至少部分地除去二氧化碳并形成含有氨的工艺气体；和 使所述含有氨的工艺气体与洗涤液直接接触以从所述工艺气体中至少部分地除去氨。
3.前述权利要求中任一项的方法，其中所述碱溶液或浆液包含NaOH或Ca(OH)20
4.前述权利要求中任一项的方法，其中所述碱溶液或浆液具有8或更高的pH值。
5.前述权利要求中任一项的方法，其中使所述工艺气体与碱溶液或浆液直接接触的步骤在高于所述工艺气体的露点的温度下进行。
6.前述权利要求中任一项的方法，其中所述污染物包括二氧化硫、重金属和颗粒物质。
7.前述权利要求中任一项的方法，其中所述工艺气体由水泥制造设施或钢铁制造设施产生。
8.前述权利要求中任一项的方法，其中使含有从所述工艺气体中捕获的污染物的所述碱溶液或浆液至少部分地返回到产生所述工艺气体的过程中。
9.权利要求8的方法，其中将从所述工艺气体中捕获或在所述碱溶液或浆液中形成的颗粒物质至少部分地从所述碱溶液或浆液中分离。
10.用于净化含有二氧化碳和污染物的工艺气体的气体净化系统(I)，所述气体净化系统包括: 碱净化系统(6)，其包括操作用以通过使所述工艺气体与碱溶液或浆液直接接触并将所述工艺气体的至少一部分污染物捕获在所述碱溶液或浆液中而从所述工艺气体中至少部分地除去污染物的气液接触装置(21);和 冷却系统(3)，其包括操作用以通过使污染物贫化的工艺气体与冷却液直接接触而冷却所述污染物贫化的工艺气体的气液接触装置(28)； 其中将所述碱溶液或浆液与所述冷却液分离。
11.权利要求10的气体净化系统，其还包括: CO2吸收器(10)，其包括操作用以通过使冷却的工艺气体与氨化溶液接触、吸收至少一部分二氧化碳而从所述工艺气体中至少部分地除去所述二氧化碳的气液接触装置(9);和 氨去除系统(4)，其包括操作用以通过使含有氨的工艺气体与洗涤液直接接触而从所述工艺气体中至少部分地除去氨的气液接触装置(33)，所述工艺气体已经在CO2吸收器(10)中处理且包含氨。
12.权利要求10-11中任一项的气体净化系统，其中所述污染物包括二氧化硫、重金属和颗粒物质。
13.权利要求10-12中任一项的气体净化系统，其中所述气体净化系统与水泥制造设施或钢铁制造设施集成。
14.权利要求10-13中任一项的气体净化系统，其中所述碱净化系统构造成使含有从所述工艺气体中吸收的污染物的碱溶液或浆液至少部分地返回产生所述工艺气体的过程中。
15.权利要求14的气体净化系统，其中所述碱净化系统(6)还包括操作用以从溶液至少部分地分离在所述碱溶液或浆液中形成的固体的液/固分离器(26)。
【文档编号】B01D47/00GK103908878SQ201410009795
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年1月9日 优先权日:2013年1月9日
【发明者】M.C.巴菲, P.克尼伊斯伯格斯 申请人:阿尔斯通技术有限公司