的气体流中去除一氧化碳的方法和单元以及从离开所述单元的流中回收能量的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于从包含至少45% CO2、更特别地高于80% 0)2的气体流中去除CO的装置和方法。本发明尤其应用于从富氧燃烧过程中获得的气体流的净化。
【背景技术】
[0002]在大气中二氧化碳浓度的增加是地球变暖的重大原因。人类起源的0)2通过在热电站中化石燃料的燃烧而必然地排放到大气中。
[0003]热电站，通过燃料燃烧，可以释放能够用于产生蒸汽和可选的机械或电能的热。燃烧产生的烟气向大气中释放大量的C02。除了 CO2，其他分子释放到大气中并且产生污染，例如氮氧化物(NOx)，硫氧化物(SOx)，和一氧化碳(CO)。
[0004]尤其考虑到施加的有限的阈值，减少一氧化碳排放是至关重要的。目前，仅仅对于处理条件的改进，在减少在燃烧室中一氧化碳的产生的意义下，可能减少一氧化碳的排放。为了达到这一点，可以增加过量的氧化剂(尤其是来自空气的氧气)，以使得煤或天然气的氧化最大化，因而将一氧化碳氧化至二氧化碳。但是这种减少是不够的。采用这种技术所达到的一氧化碳排放阈值仍然很高。
[0005]由此出发，面对的一个问题是提供使得改进包含至少45% CO2的进料气体流的净化以减少一氧化碳的大气排放成为可能的装置。
【发明内容】
[0006]本发明的一个方案是用于净化包含至少45% 0)2和CO的气体流的装置，所述装置包括:
[0007](i)用于压缩气体流的第一压缩机，
[0008](ii)用于冷却压缩气体流的热交换器，
[0009](iii)用于分离在热交换器中产生的顶部气体的分离器罐，
[0010](iv)放置于由分离器罐所产生的顶部气体的线路中的加热器2，
[0011](V)用于氧化由加热器2所产生的气体流中的压缩CO的催化氧化单元3，和
[0012](vi)放置于催化氧化单元下游的涡轮5。
[0013]需注意的是，放置于由催化氧化单元上游的分离器罐所产生的顶部气体的线路中的加热器能够加热气体流至介于90°C和140°C之间的温度。确实，催化氧化必须在高温进行，换言之，在90°C到200°C之间的温度下进行。
[0014]根据第二个可替代方案和为了获得对于0)2回收率而言更好的效率，装置包括:
[0015](i)用于压缩气体流的第一压缩机，
[0016](ii)用于冷却压缩气体流的热交换器，
[0017](iii)用于分离热交换器中所产生的顶部气体的第一分离器罐，
[0018](iv)放置在由第一分离器罐所产生的顶部气体的线路中的第二分离器罐，
[0019](V)放置在由第一分离器罐所产生的顶部气体的线路中并位于第一和第二分离器罐之间的第二压缩机，
[0020](vi)放置在由第二分离器罐所产生的顶部气体的线路中的加热器2，
[0021](vii)用于氧化由加热器所产生的气体流中的压缩CO的催化氧化单元3，和
[0022](viii)放置在第二催化氧化单元下游的涡轮5。
[0023]该第二装置使得改善CO2回收效率成为可能。另一个改善在于在第一和第二分离器罐之间、优选在第二压缩机和第二分离器罐之间安装催化氧化单元。确实，首先在第二压缩机下游和第二分离器罐上游放置催化氧化单元可以增加CO2的回收效率，数量级对于进料烟气中约700ppm的CO而言为0.1%。
[0024]术语“催化氧化单元”理解为意味着包含用于催化反应的催化剂和对于氧化必须的氧化剂。在本文的文本中，催化剂优选为与铂和/或钯起反应的铝基，并且氧化剂为氧气。
[0025]催化氧化单元3可以使CO氧化成C02，并且因此产生更多的C02。
[0026]涡轮5本身可以回收与在氧化催化单元出口的气体的高压和温度相关的部分能
Mo
[0027]取决于情况，根据本发明的装置可以包括一个或多个下列特征:
[0028]-所述装置包括用于回收由氧化催化单元3和分离器罐所产生的CO2的膜分离单元7，并且涡轮5设置在由膜分离单元7所产生的剩余气体9的线路中；
[0029]-所述装置包括热交换器6，该热交换器能够使用催化氧化单元3出口处的热量预热进入至催化氧化单元3中的气体流，并且因而冷却离开催化氧化单元3的气体流。确实，优选冷却离开催化氧化单元并且因而与膜7接触的气体流，因为膜在环境温度或者甚至在25°C到_50°C之间的温度工作最佳；
[0030]-所述装置包括在膜和涡轮之间的加热器10。确实，涡轮5要求在膨胀前加热至50°C和200 °C之间的温度；
[0031]-所述装置包括热交换器6，该热交换器可以使用催化氧化单元3出口处的热量加热由膜7所产生的剩余气体9并且因而冷却离开催化氧化单元3的气体流。在这种情况下，热交换器6使得可以在涡轮前没有加热器10 ;
[0032]-所述装置包括放置在热交换器和膜分离单元7之间的冷却剂4。
[0033]膜分离单元7可以回收C02。因而，将催化氧化单元设置在膜分离单元7的上游可以回收由催化氧化单元所产生的co2。
[0034]本发明的另一个方面是用于净化包含至少45% 0)2和CO的进料气体流的方法，所述方法使用根据权利要求1至7中任一项所限定的装置，并且包括:
[0035]a)在至少一个分离器罐中分离进料气体流的步骤，
[0036]b)在加热器2中加热分离器罐所产生的顶部气体的步骤，
[0037]c)在存在氧气的情况下催化氧化在步骤b)中被加热的气体流的步骤3，
[0038]d)通过涡轮5回收与在催化氧化单元下游回收的气体流的压力与温度相关的能量的步骤。
[0039]需注意，在涡轮5内，气体从介于5和50bar之间的压力膨胀至介于大气压力和4bar之间的压力。
[0040]取决于情况，根据本发明的方法可以包括下述特征中的一个或多个:
[0041]-所述方法包括，在步骤c)和d)之间，通过膜分离单元7回收在催化氧化步骤c)中所产生的CO2的步骤；
[0042]-进料气体流包括氧气并且该氧气用于催化氧化步骤c);
[0043]-在所述进料气体流中CO的浓度小于I%，优选小于0.1 % ;
[0044]-在所述进料气体流中CO2的浓度大于45%，优选大于70%;
[0045]-催化氧化步骤c)在5和50bar之间的压力下进行；
[0046]-进料气体流是氧-燃料燃烧/富氧燃烧的烟气的流。
【具体实施方式】
[0047]参照图1至3，下面将详细描述本发明。需注意的是，在每一个附图中，分离器罐未示出。气体流I被认为是离开分离器罐的流。
[0048]图1表示了根据本发明的装置的最简单版本。确实，该装置既不包括能回收由最后的催化氧化所产生的CO2的膜，也不包括热交换器。离开分离器罐的气体流I在加热器2中被加热至介于90°C和140°C之间的温度，然后在5和50bar之间被引入至催化氧化单元3。用于该催化氧化单元3的氧化剂为最初包含在进料气体流中的氧气和/或源自外部源的氧气。催化氧化单元3可以获得10ppm数量级的CO浓度。因而在催化氧化单元出口处回收的气体流为在5和50bar之间的压力下的耗尽了 CO和稍微富集了 CO2的气体流。该富含CO2的流然后在冷却剂4中冷却至介于50°C和200°C之间的温度，然后被送入至涡轮