控制由氧-燃烧过程产生的酸性化合物的制作方法
【专利说明】控制由氧-燃烧过程产生的酸性化合物
涉及的申请数据
[0001]本专利申请要求2012年6月28日提出的名称为“由氧-燃烧过程产生的酸性化合物的控制方法”的美国临时专利申请N0.61/665，886的优先权，并且本专利申请是其非临时申请。因此结合该专利申请的全文作为参考，恰如全部在此完全地阐述。
发明领域和背景
1.发明领域
[0002]本发明通常涉及排放控制领域，并且特别地，涉及一种新的和有用的方法和/或系统，通过其控制、处理和/或减少在各种气体酸性化合物和/或气体酸性前体化合物(例如，50!￡、顯!￡等)氧-燃烧的一个或多个后燃阶段或后燃过程期间(例如，在压缩步骤和/或冷却步骤期间)产生的各种液基酸性化合物。在一个实施方式中，本发明涉及一种方法和/或系统，通过其将这样的一种或多种液基酸性化合物回收到烟气和/或一个或多个氧-燃烧发电系统的排放控制和/或烟气处理设备中。
2.相关技术的说明
[0003]众所周知，利用煤炭发电具有各种缺点。其中之一是产生二氧化碳，排放温室气体，许多人相信该气体加重了全球变暖问题。因此已经发展了各种用于碳的捕获、利用或存储(CCUS)的技术以表明对全球性气候的关注。关于这样的关注，已经研究出用于碳捕获的各种技术，包括氧-燃烧。
[0004]如本领域技术人员公知的，氧-燃料燃烧(或氧-燃烧)是燃烧燃料的过程，使用与大气相比氮含量较少的氧化剂(例如，烟气和氧的组合、纯氧、或氧和一种或多种惰性气体的组合)，而不是空气或大气作为主要的氧化剂。由于空气的氮成分减少或不存在，空气的氮成分不转变为氮氧化物，或者在不存在完全氧-燃烧的情况下被加热。
[0005]在发电领域的研究已经转向使用一种或多种化石燃料、或碳质燃料作为燃烧燃料进行氧-燃烧来发电。现在进行的研究是在燃烧化石燃料的发电厂中采用贫氮气体或气体混合物，而不是空气。在一个这种提出的方法中，几乎所有的氮从输入空气中除去，产生大约95 %的氧的气流并且随后与例如再循环烟气混合。用纯氧燃烧在一些情况下会导致过高的火焰温度，所以混合物通过与回收的烟气混合而被稀释。回收的烟气(RFG)还可以用来携带燃料进入锅炉内，并且确保充分的对流传热。氧-燃料燃烧产生大约比空气燃料燃烧减少大约75%的烟气，并且产生主要由0)2和H 20组成的排气。
[0006]使用氧-燃料燃烧或氧-燃烧的理由是产生容易提纯、压缩和/或分离的富CO2的烟气。氧-燃料燃烧与传统的空气燃烧的发电厂相比具有明显的优点。非限制性的优点有:
(i)燃烧产物(主要包括离开工艺的烟气)的质量和体积，减少了大约75%; (ii)烟气压缩和提纯设备的尺寸可以减少大约75%; (iii)烟气主要是CO2，适于通过如将CO2转换成为液体或超临界流体而分离和使用或隔离处理；(iv)在烟气中不希望的组分的浓度明显更高，使得更容易在工艺中对其进行分离；(V)大多数烟气杂质(例如，水和酸性气体)可凝结，其使得通过分离和冷却的压缩成为可能；(vi)可以对压缩热进行捕获和再利用，而不是在烟气中损失；和(vii)因为包含在燃烧空气中的氮的量大大地减少和/或消除，因此氮氧化物产品大大地减少和/或消除。
[0007]从经济角度来说，氧-燃烧比传统的空气燃烧花费更多。这是因为氧-燃烧依赖通过各种技术减少燃烧空气中氮的量，因此导致燃烧空气中存在的或可利用的氧的百分比增力口。氧分离过程需要大量能量，导致成本增加，这通过烟气处理厂(CPU)实现的节余而得以证明。例如，低温空气分离可以消耗通过由化石或含碳的燃料燃烧发电厂产生的大约15%的电力。然而，各种新技术例如膜技术和化学回路技术正在发展，其可用于减少这种成本。
[0008]在煤炭能源领域，氧-燃烧具有实现接近零排放的煤炭发电厂的可能性，包括C02。为了捕获CO2，存在一个预燃方法，被称为集成气化联合循环(IGCC)和两个基于后燃的技术途径:氧-燃烧(如上所述)和CO2洗涤。氧-燃烧被用于整个发电厂工艺，本身提供接近零的排放。0)2洗涤可以用于所有的或部分的发电厂排放。
[0009]为了理解如何达到这种低排放水平，参考图1中的过程示意图，其描绘了常规燃烧与氧-煤炭燃烧的对比。用于常规燃烧的氧化剂主要是大气，其包含稍多于78%体积百分数的氮和稍少于21%体积百分数的氧。这导致烟气通常地包含大约68%到大约73%的氮，大约13%到大约16%的二氧化碳，大约5%到大约10%的水蒸汽，加上一些氧及其他较少的化合物(在发生烟气脱硫之后测量)。另一方面，用于氧-燃烧的氧化剂几乎是纯氧，包含大约95%或更多的氧，剩余的是一些氮和一些氩。为了替代在使用空气的常规燃烧中由氮产生的气体体积，将烟气回收到锅炉中。这反过来导致提供给压缩净化单元(CPU)的烟气包含大约70%体积百分数或更多的二氧化碳，剩余的主要是水、氩、氮和氧。由此，从图1可以看出，由来自空气分离单元(ASU)的氧代替燃烧空气。通常随着空气通过传统的空气燃料燃烧传送的氮被基本上排除。代替地，在这种典型的设置中，一部分富CO2烟气返回到传统的喷嘴/燃烧器系统，回收的烟气(主要是CO2)代替炉中的氮。氧-燃烧中的CO2以类似于空气-燃烧系统中的氮的方式影响炉的运行和传热。这些特点允许将该技术用于翻新和更新改造的应用。氧-燃烧产生烟气，主要是CO2,而不是氮，并且包括其它燃烧产物(虽然量大大地减少)。不再循环到锅炉的烟气的部分被送到压缩净化单元(CPU)。
[0010]离开锅炉的烟气使用传统的微粒和脱硫系统清洗，这是本领域技术人员公知的。余留的微粒进一步在CPU中过滤以保护压缩机系统。在将一部分烟气回收到锅炉并且将剩余的送到CPU之前，使用初级的和精细的洗涤器将烟气中的硫和湿气降低到需要的水平。余留的痕量302在CPU中移除。由于余留的燃烧产生的^,在CPU中以可凝结物的形式而被几乎完全移除，因此不需要N0x去除系统(例如SCR或SNCR)。汞在一个或多个洗涤器和/或CPU中被移除。为了在CPU的出口提供管线质量的CO2,必须在CPU中移除少量的惰性组分。在来自ASU(典型地95%体积百分数的纯氧)和来自渗入空气的氧中存在的少量氧、氮和氩随着极少量的一些余留燃烧产物例如一氧化碳(CO) —起被排出到大气中。
[0011]根据以上所述，各种新的排放问题的出现与氧-燃烧有关。例如，存在于来自氧-燃烧的烟气中的各种组分导致当烟气受到例如压缩时，产生各种液基酸性化合物。例如，多种所提出的氧-燃烧方法采用压缩(例如湿压缩)烟气作为使所述烟气中存在的二氧化碳适于存储(或再利用)的步骤。在CPU内压缩湿烟气的过程期间，产生或将产生一种或多种液基酸性化合物，并且必须对其进行处理和/或将其去掉。另外，需要处理的其它液基酸性化合物可以在氧-燃烧的其它阶段例如水洗、冷却、各种吸附和再生过程等的期间产生。过去，这种废弃物流在单独的废物处理工艺和/或系统中进行处理。
[0012]如上所述，本领域需要一种用于处理和/或控制在氧-燃烧过程的各种后燃阶段期间产生的液基酸性化合物的方法和/或系统，而不需要分离废物处理的过程和/或系统。
【发明内容】
[0013]本发明通常涉及排放控制领域，并且特别涉及新的和有用的方法和/或系统，通过其控制、处理和/或减少在各种气体酸性化合物和/或气体酸性前体化合物(例如，sox、呢等)的氧-燃烧的一个或多个后燃阶段、或后燃过程期间(例如，在压缩步骤和/或冷却步骤期间)产生的各种液基酸性化合物。在一个实施方式中，本发明涉及一种方法和/或系统，通过其将这样的一种或多种液基酸性化合物回收到烟气和/或一个或多个氧-燃烧发电系统的排放控制和/或烟气处理设备中。
[0014]因此，本发明的一个方面描绘了一种用于处理在氧-燃烧过程期间产生的一种或多种酸性化合物的方法，该方法包括以下步骤:(i)由至少一种含碳燃料的氧-燃烧而产生烟气气流，其中烟气气流包含至少一种类型的气体酸性化合物和/或气体酸性前体化合物；(ii)通过利用至少一个烟气处理装置处理烟气气流，以移除在其中存在的至少一种气体酸性化合物和/或气体酸性前体化合物的至少一部分；(iii)使得来自步骤(ii)的至少一部分烟气气流进行至少一个压缩步骤和/或冷却步骤，以便移除在其中存在的至少一种另外的气体酸性化合物和/或气体酸性前体化合物，其中压缩步骤和/或冷却步骤产生由于去除至少一种另外的气体酸性化合物和/或气体酸性前体化合物而产生的液基酸性废弃物流，和酸被耗尽的或贫酸的烟气气流；(iv)回收至少一部分液基酸性废弃物流到步骤
(ii)的至少一个烟气处理装置，在其中用于处理或中和，和(V)使得酸被耗尽的或贫酸的烟气气流进行二氧化碳回收，以便在一部分余留的酸被耗尽的或贫酸的烟气气流释放到大气之前，回收存在于酸被耗尽的或贫酸的烟气气流中的大部分二氧化碳。
[0015]本发明的另一方面，提供一种用于处理在氧-燃烧过程期间产生的一种或多种酸性化合物的方法，该方法包括以下步骤:(a)由至少一种含碳燃料的氧-燃烧产生烟气气