具有氨回收的基于冷凍氨的二氧化碳捕集系統(tǒng)及使用方法
【專利摘要】從硫酸銨流中回收氨的方法包括使所述硫酸銨流與石灰漿液反應(yīng)以形成包含硫酸鈣和氨的漿液；將所述包含硫酸鈣和氨的漿液提供到構(gòu)造成從所述漿液中回收氨的汽提器中；將來自冷凍氨法的熱源用于所述汽提器；和自所述汽提器提取氨蒸氣流。本發(fā)明還公開了進行所述方法的系統(tǒng)。本發(fā)明還要求保護從硫酸鈉流中回收氫氧化鈉的方法，做法是，使所述硫酸鈉流與石灰漿液反應(yīng)；在增稠器中分離所形成的硫酸鈣；和從所述增稠器中提取氫氧化鈉。
【專利說明】具有氨回收的基于冷凍氨的二氧化碳捕集系統(tǒng)及使用方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
本申請要求2011年7月I日提交的美國臨時申請61/503，732號的權(quán)益，該美國臨時申請以全文引用的方式結(jié)合到本文中來。
[0002]背景
概括地講，本發(fā)明涉及捕集夾帶在煙氣中的CO2的系統(tǒng)和方法。更詳細地講，本發(fā)明涉及從碳捕集系統(tǒng)中的冷凍氨法的硫酸銨副產(chǎn)物中有效地回收氨。
[0003]世界上使用的大部分能量來源于諸如煤炭、油和天然氣的含碳和氫的燃料的燃燒。除了碳和氫之外，這些燃料還含有氧、水分和不合需要的污染物，諸如SOx，例如so2、so3等；N0X ;汞；氯；及其他痕量元素。對于在燃燒期間釋放的污染物的破壞作用的認識觸發(fā)了對自發(fā)電站、煉油廠及其他工業(yè)過程的排放實施甚至更嚴格的限制。這類工廠的操作人員實現(xiàn)接近零的污染物排放的壓力在增加。
[0004]已經(jīng)響應(yīng)獲得接近零的污染物排放的需要，研發(fā)了許多方法和系統(tǒng)。系統(tǒng)和方法包括但不限于脫硫系統(tǒng)(稱為濕煙氣脫硫系統(tǒng)(“WFGD”)和干煙氣脫硫系統(tǒng)(“DFGD”)、微粒過濾器(例如包括袋濾器、微粒收集器等)以及使用一種或多種從煙氣中吸收污染物的吸收劑。吸收劑的實例包括但不限于活性碳、氨、石灰石等。
[0005]已經(jīng)表明氨以及胺溶液從煙氣流中有效地除去CO2以及諸如二氧化硫(SO2)和氯化氫(HCl)的其他污染物。在一個特定的申請中，CO2在低于煙氣脫硫系統(tǒng)的出口溫度的溫度下[例如0-30攝氏度(0-30°C)]吸收在氨化溶液中。保留在來自濕煙氣脫硫(WFDS)和/或干煙氣脫硫(DFGD)的煙氣中的SOx污染物例如502403常由氨捕集以生成硫酸銨排出流。硫酸銨在碳捕集的氨還原階段還由廢煙氣生成。硫酸銨可作為市售肥料使用，但硫酸銨副產(chǎn)物的加工會耗能量耗投資成本。在一些情況下，需要使用結(jié)晶、蒸發(fā)、團聚設(shè)備來生成用于市售用途的肥料產(chǎn)品。另外，現(xiàn)場可能需要用于室內(nèi)儲存硫酸銨副產(chǎn)物的大面積的筒倉/料倉以確保設(shè)備利用率。另外，在硫酸銨流中可能存在痕量的金屬，可能需要作為有害廢物進一步處理或處置硫酸銨流。例如，對于使用胺溶液的CO2捕集系統(tǒng)，在煙氣中存在的硫化合物將與胺試劑反應(yīng)且使其無用?；腔陌芬蚨仨殢U棄并用新鮮試劑補充。結(jié)果由于考慮硫所需要的較大設(shè)備以及較高試劑補給率而造成操作成本和投資成本較高。
[0006]處理和/或處置來自碳捕集系統(tǒng)的硫酸銨副產(chǎn)物的一種供選的方法利用石灰煮沸方法，其中將硫酸銨轉(zhuǎn)化成硫酸鈣并將氨回收。然而，該供選方法使用大量熱來轉(zhuǎn)化硫酸銨并回收氨。
[0007]因此，在本領(lǐng)域中需要處理碳捕集系統(tǒng)中的硫酸銨副產(chǎn)物并回收氨的改善的系統(tǒng)和方法。
[0008]概要
本文公開了基于冷凍氨的二氧化碳捕集且特別用于回收在該方法中利用的氨的方法和系統(tǒng)。在一個實施方案中，從硫酸銨流回收氨的一種示例性方法包括使所述硫酸銨流與石灰漿液反應(yīng)以形成包含硫酸鈣和氨的漿液；將所述包含硫酸鈣和氨的漿液提供到構(gòu)造成從所述漿液中回收氨的汽提器中；將來自冷凍氨法的熱源用于所述汽提器；和從所述汽提器中提取氨蒸氣流。
[0009]在另一實施方案中，從硫酸鈉流中回收氫氧化鈉的方法包括使所述硫酸鈉流與石灰漿液反應(yīng)以形成包含硫酸鈣和氫氧化鈉的漿液；將所述包含硫酸鈣和氫氧化鈉的漿液提供到構(gòu)造成從所述氫氧化鈉中分離所述硫酸鈣的石膏增稠器中；從所述石膏增稠器中提取氫氧化鈉流。
[0010]從硫酸銨流中回收氨的系統(tǒng)包括在冷凍氨法中由脫硫裝置和/或二氧化碳去除系統(tǒng)生成的硫酸銨流；與所述硫酸銨流流體連通的石灰消解研磨機，其中所述石灰消解研磨機構(gòu)造成將石灰消解以形成石灰漿液；與所述石灰消解研磨機流體連通的至少一個反應(yīng)槽，所述至少一個反應(yīng)槽構(gòu)造成使所述石灰漿液與所述硫酸銨流反應(yīng)并生成包含硫酸鈣和氨的漿液；與所述至少一個反應(yīng)槽流體連通的汽提器，其中所述汽提器構(gòu)造成從所述包含硫酸鈣和氨的漿液中除去所述氨并形成氨蒸氣流；和換熱器，所述換熱器與所述汽提器流體連通且構(gòu)造成在來自所述冷凍氨法的熱源流與所述包含硫酸鈣和氨的漿液之間交換熱。
[0011]可通過參考本發(fā)明的各種特點的以下詳述及其中所包括的實施例來更容易地理解本發(fā)明。
[0012]附圖簡述
現(xiàn)在參考附圖，其中相同的元件以相同方式編號:
圖1為表示發(fā)電站的一個實例的示意性視圖；
圖2為表示組合型冷卻和凈化系統(tǒng)的一個實例的示意性視圖；
圖3為表示具有用于回收氨的石灰煮沸系統(tǒng)的冷凍氨法系統(tǒng)的一個實例的示意性視圖；及
圖4為表示利用氫氧化鈉來捕集酸性氣體的冷凍氨和先進胺法系統(tǒng)的一個實例的示意性視圖。
[0013]發(fā)明詳述
本發(fā)明公開了在碳捕集系統(tǒng)(“CCS”)中有效處理冷凍氨法(“CAP”)的酸性氣體捕集和氨還原階段的硫酸銨副產(chǎn)物的系統(tǒng)和方法。所述系統(tǒng)和方法概括地包括綜合利用在石灰煮沸方法中的某些CCS流以轉(zhuǎn)化硫酸銨副產(chǎn)物，從而減少所述石灰煮沸方法所需要的能量。更詳細地講，這些綜合利用的CCS流可包含來自CAP的熱源，諸如來自氨汽提器的塔頂餾分或來自再生器的二氧化碳貧化溶液。在系統(tǒng)內(nèi)使用這種現(xiàn)有的熱源以提供熱到石灰煮沸方法減少了與使用石灰煮沸方法來處理/處置硫酸銨副產(chǎn)物相關(guān)的能量負擔。雖然將提到CAP和設(shè)備，但本發(fā)明也可用于先進胺和氧-燃料方法及照此構(gòu)造的設(shè)備中。
[0014]如所提到的，硫酸銨可在CCS內(nèi)的至少兩個位置生成。例如，硫酸銨可為來自在直接接觸冷卻器中的二氧化硫去除階段的副產(chǎn)物流或者其也可在CAP方法的直接接觸加熱器階段中形成，在此氨正被從煙氣中除去，其更貧二氧化碳氣體。下文參考圖1更詳細地描述硫酸銨的兩種來源，圖1示意性地示出了發(fā)電站I。發(fā)電站I包括鍋爐2。在諸如煤炭或油的燃料的燃燒期間，在鍋爐2中產(chǎn)生常被稱為煙氣的熱工藝氣體。含有包括塵粒、二氧化硫SO2、三氧化硫SO3和二氧化碳CO2的污染物質(zhì)的煙氣經(jīng)由氣體管道4離開鍋爐2。氣體管道4構(gòu)造成使煙氣前進到常規(guī)空氣污染控制系統(tǒng)6。常規(guī)空氣污染控制系統(tǒng)6包括以例如靜電沉淀器或織物過濾器形式的集塵器8。另外常規(guī)空氣污染控制系統(tǒng)6包括構(gòu)造成使來自集塵器8的煙氣前進到以濕式滌氣器或干式滌氣器形式的有時被稱為煙氣脫硫系統(tǒng)(FGD)的二氧化硫去除裝置12的管道10。在濕式/干式滌氣器中，至少一部分二氧化硫借助于使煙氣與通常為石灰/石灰石的堿或基于氨的滌氣溶液接觸而從煙氣中除去。在燃煤或燃油發(fā)電站中的煙氣含有二氧化硫，該二氧化硫在含硫煤炭或油燃燒時形成。氨、二氧化硫和氧氣的反應(yīng)生成硫酸銨。如將在下文更詳細地論述，將該硫酸銨副產(chǎn)物流送到石灰煮沸工藝，在其中可將其轉(zhuǎn)化成硫酸鈣和氨，該氨可經(jīng)由該系統(tǒng)再循環(huán)回去。
[0015]常規(guī)空氣污染控制系統(tǒng)6可包括其他裝置，諸如用于從煙氣中除去氮氧化物的選擇性催化還原反應(yīng)器，出于對圖示清晰的考慮，在圖1中沒有示出這類其他裝置。包含很少量的多數(shù)污染物、但仍然包含大多數(shù)初始濃度二氧化碳的煙氣經(jīng)管道14離開常規(guī)空氣污染控制系統(tǒng)6。管道14構(gòu)造成使煙氣前進到組合型冷卻和凈化系統(tǒng)16。該煙氣隨后經(jīng)管道18離開組合型冷卻和凈化系統(tǒng)16。在管道18中的煙氣具有約0-30°C、特別是0_5°C的溫度。管道18構(gòu)造成使煙氣前進到二氧化碳去除系統(tǒng)20。如先前所述，本文所述的二氧化碳去除系統(tǒng)20類型有時被稱為冷凍氨法CAP。CAP的另一示例性實施方案描述在WO2006/022885中，其通過全文引用的方式結(jié)合到本文中來。
[0016]二氧化碳去除系統(tǒng)20包括CO2吸收器22，在CO2吸收器22中使煙氣與氨化漿液或溶液接觸。管路24構(gòu)造成借助于高壓泵(出于對清晰性的考慮而沒有示出)使CO2富集漿液或溶液從CO2吸收器22前進到再生器26。通過在加熱器30中的熱流28提供熱到再生器26。在再生器26中的高壓和高溫引起高壓氣態(tài)CO2流32釋放。管路34構(gòu)造成使已經(jīng)在冷卻器(未示出)中冷卻的CO2貧化氨化溶液或漿液從再生器26返回到CO2吸收器22。如隨后將描述，該CO2貧化氨化溶液或漿液的至少一部分可轉(zhuǎn)向石灰煮沸工藝以提供熱到石灰與硫酸銨的吸熱反應(yīng)。換熱器25可安置在吸收器22和再生器26之間以控制在這兩個部件之間循環(huán)的管路24和34中的物流的溫度以及降低在再生器26中的能量消耗。
[0017]管道36構(gòu)造成使現(xiàn)在具有低二氧化碳濃度的煙氣從CO2吸收器22前進到水洗容器38，水洗容器38能操作成從已經(jīng)在CO2吸收器22中處理過的煙氣中除去氨NH3。冷水或冷且稍微酸性的溶液的物流40在換熱器42中冷卻且供應(yīng)到水洗容器38。管道44構(gòu)造成使已經(jīng)在水洗容器38中凈化的煙氣前進到組合型冷卻和凈化系統(tǒng)16以便借助于硫酸從煙氣中進一步除去氨。
[0018]氨汽提器45可安置成與水洗容器38流體連通。氨汽提器45構(gòu)造成回收從水洗容器38中的煙氣捕集的氨。在氨汽提器48中，現(xiàn)在含有從煙氣中除去的氨的水流可在沸騰除去污染物的溫度下加熱以形成汽提器廢氣流47，同時剩余的液相可經(jīng)水洗容器38繼續(xù)返回。該氨汽提器在下文更詳細地描述，且如將看到的，其可在發(fā)電站內(nèi)的其他位置使用。類似于吸收器22和再生器26對，換熱器43可安置在水洗容器38和氨汽提器45之間以控制在這兩個部件之間循環(huán)的物流的溫度以及降低在汽提器45中的能量消耗。
[0019]管道46構(gòu)造成使已經(jīng)在組合型冷卻和凈化系統(tǒng)16中進一步凈化的煙氣前進到煙囪48，煙囪48將凈化的煙氣釋放到大氣中。
[0020]圖2更詳細地示出了組合型冷卻和凈化系統(tǒng)16。組合型冷卻和凈化系統(tǒng)16包括預(yù)調(diào)節(jié)區(qū)段100、后調(diào)節(jié)區(qū)段150，且其與二氧化碳去除系統(tǒng)20流體連通。該預(yù)調(diào)節(jié)區(qū)段和該后調(diào)節(jié)區(qū)段液體連接地布置以使得在所述區(qū)段之一中用過的液體可在另一區(qū)段中再次使用，這點在下文進一步詳細解釋。
[0021]相對于氣流的流向布置在二氧化碳去除系統(tǒng)20上游的預(yù)調(diào)節(jié)區(qū)段100包括使該氣流與液體直接接觸的許多氣液接觸裝置。相對于氣流的流向布置在二氧化碳去除系統(tǒng)20下游的后調(diào)節(jié)區(qū)段150類似地包括使該氣流與液體直接接觸的許多氣液接觸裝置。
[0022]該預(yù)調(diào)節(jié)區(qū)段和該后調(diào)節(jié)區(qū)段的氣液接觸裝置可集成在包括多于一個依次布置的氣液接觸裝置的多個容器中，以使得進料到該容器的氣流在離開該容器之前依次進入和離開各氣液接觸裝置?；蛘?，該預(yù)調(diào)節(jié)區(qū)段和該后調(diào)節(jié)區(qū)段的各氣液接觸裝置可獨立地作為串聯(lián)連接的單獨的氣液接觸容器布置，以使得氣流依次進入和離開各氣液接觸容器。
[0023]各氣液接觸裝置布置成使氣流與液體接觸。該接觸可以逆流流動進行，以使得氣體在一端(通常在底部)進入氣液接觸裝置且液體溶液在另一端(通常在頂部)進入氣液接觸裝置。
[0024]在一個氣液接觸裝置中使用的液體通常至少部分地收集在該氣液接觸裝置的底部或收集在與該氣液接觸裝置的底部液體連接的單獨的緩沖或儲存槽中，以使得離開該氣液接觸裝置的液體收集在其中。在如上所述的集成容器中，液體可從一個氣液接觸裝置收集并移出且任選地重新引導(dǎo)到同一氣液接觸裝置或位于第一裝置上游或下游的另一氣液接觸裝置中。
[0025]該煙氣以相反方向前進且可穿過所收集的液體或與所收集的液體并行。在這種情況下，液體收集接受器可布置在不管是單獨布置還是集成布置的兩個氣液接觸裝置之間，且可例如包括傾斜的收集塔板或泡罩塔板。所述液體收集接受器還可包括一個或多個構(gòu)造成用于除去所收集的液體的液體出口。
[0026]在圖2中的系統(tǒng)16的預(yù)調(diào)節(jié)區(qū)段100經(jīng)在氣液接觸裝置106的底部104的氣體入口 102接收諸如煙氣的氣流。也稱作脫硫裝置106的氣液接觸裝置構(gòu)造成從煙氣中除去S02。在脫硫裝置106中，具有例如40-80°C、諸如45-60°C的溫度的煙氣向上前進且在煙氣飽和溫度下與包含氨的具有約4-6的pH值的液體接觸。該液體經(jīng)由管路108供應(yīng)且通過一組噴嘴110或具有用于液體分配的孔的管路在脫硫裝置之上分配。脫硫裝置106含有結(jié)構(gòu)化填充物或另一合適的氣液接觸填料。
[0027]SO2和諸如HC1、HF、S03的任選的其他酸性氣體通過在與包含在該液體中的氨接觸時形成硫酸銨而從煙氣中除去。含有例如40重量％、諸如15-40重量％的硫酸銨的用過的液體收集在脫硫裝置的底部104處的液體收集接受器中。溶解的硫酸銨通過排出流112除去。剩余的液體經(jīng)由管路108引導(dǎo)以便在脫硫裝置106中再次使用。該液體的pH值可通過將氨加到該裝置的底部104 (未示出)來調(diào)節(jié)。
[0028]離開脫硫裝置106的SO2貧化煙氣經(jīng)液體收集接受器116進入另一氣液接觸裝置114。含有結(jié)構(gòu)化填充物或另一合適的氣液接觸填料的氣液接觸裝置114也被稱作氣體冷卻裝置114。煙氣因此穿過在該氣體冷卻裝置中使用的液體，之后進入氣體冷卻裝置114。在氣體冷卻裝置114中，仍具有例如40-80°C、特別是45-60°C的高溫的SO2貧化煙氣在向上前進的同時與冷卻液體直接接觸。根據(jù)環(huán)境條件和例如工藝冷卻塔操作而具有例如5-35°C的溫度且基本由水組成的冷卻液體經(jīng)管路118供應(yīng)且通過一組噴嘴119或具有用于液體分配的孔的管路在該氣體冷卻裝置之上分配。氣體冷卻裝置114因此通過從煙氣傳遞熱到冷卻液而充當換熱裝置。另外，所有的水從該煙氣中冷凝?？蓪⑽锪?18送到冷卻塔或機械冷卻器或者冷卻塔和機械冷卻器兩者的組合中，之后使其返回到氣體冷卻裝置114。
[0029]將在氣體冷卻裝置114中如此形成的加熱的液體收集在液體收集接受器116中，經(jīng)管路120移出且使其前進以便如下所述在后調(diào)節(jié)區(qū)段150中使用。含有煙氣冷凝液體的排出流經(jīng)管路122從用過的液體中移出。圖2的系統(tǒng)16的預(yù)調(diào)節(jié)區(qū)段因此提供冷卻且SO2貧化的煙氣以便經(jīng)管道18供應(yīng)到二氧化碳去除系統(tǒng)20。
[0030]二氧化碳去除系統(tǒng)20包括單個CO2吸收器22。在其他實施方案中，所述系統(tǒng)可包括一系列CO2吸收器。使煙氣與經(jīng)管路34供應(yīng)的氨化液體接觸。CO2捕集到該氨化液體中且所得CO2富集漿液或溶液24例如借助于高壓泵從吸收器22通到再生器26 (在圖1中示出)中。在該再生器中的高壓高溫引起釋放高壓氣態(tài)C02。將由再生產(chǎn)生的CO2貧化氨化液體或漿液冷卻且經(jīng)管路34前進以便在CO2吸收器22中再次使用。
[0031]管道124能操作成使具有低濃度的CO2從CO2吸收器22前進到后調(diào)節(jié)區(qū)段150。在于該后調(diào)節(jié)區(qū)段中加工之前，可任選地對該煙氣進行水洗(未示出)以從該煙氣中除去氨。
[0032]后調(diào)節(jié)區(qū)段150因此從CO2去除系統(tǒng)20接收具有例如0_25°C、諸如0_10°C或諸如0-5°C的溫度和例如200ppm的氨含量的CO2貧化煙氣。該后調(diào)節(jié)區(qū)段至少包括還稱作氨去除裝置152的第一氣液接觸裝置152，第一氣液接觸裝置152布置成經(jīng)液體收集接受器154接收經(jīng)管道124供應(yīng)的煙氣。氨去除裝置152布置成通過使煙氣與包含硫酸銨且具有約3-4的pH值的酸性液體直接接觸而從煙氣中至少部分地除去氨。該酸性液體經(jīng)管路156供應(yīng)且通過一組噴嘴157或通過具有用于液體分配的孔的管路在氨去除裝置152之上分配。該煙氣在裝置152的底部進入且經(jīng)裝置152向上前進。在含有結(jié)構(gòu)化填充物或另一合適的氣液接觸填料的氨去除裝置152中，使該煙氣與具有低溫的液體接觸。在例如0-40重量％、諸如15-40重量％或30-35重量％的濃度下的硫酸銨在該液體中形成且通過排出流158除去。剩余的酸性液體經(jīng)管路156引導(dǎo)以便在氨去除裝置中再次使用。如果需要的話，則該液體的PH值可通過將H2SO4加到該裝置的底部來調(diào)節(jié)。
[0033]使氨貧化煙氣從氨去除裝置前進到后調(diào)節(jié)區(qū)段150的第二氣液接觸裝置中。第二氣液接觸裝置160還被稱作氣體加熱裝置160。該煙氣穿過液體收集接受器157，在氣體加熱裝置160中用過的液體收集在其中。含有結(jié)構(gòu)化填充物或另一合適的氣液接觸填料的氣體加熱裝置160布置成使具有與在進入氨去除裝置時基本相同的溫度的煙氣與加熱液體直接接觸。經(jīng)管路120供應(yīng)且通過一組噴嘴161或通過具有用于液體分配的孔的管路在裝置160之上分配的加熱液體與在預(yù)調(diào)節(jié)區(qū)段100的氣體冷卻裝置114中用于冷卻的液體基本相同。該液體因此具有例如40-80°C、特別是45-60°C的溫度，該溫度大致對應(yīng)于進入氣體冷卻裝置114的煙氣的溫度。當該液體與煙氣在氣體加熱裝置160中接觸時，熱從該液體傳遞到該煙氣。具有例如40-60°C的溫度的凈化并加熱的煙氣經(jīng)管道46離開氣體加熱裝置且釋放到煙囪48 (在圖1中示出)中。與進入該裝置之前相比在穿過該裝置之后具有較低溫度的用過的液體收集在液體收集接受器157中，經(jīng)管路118移出并引導(dǎo)以便任選經(jīng)由工藝冷卻塔(未示出)在預(yù)調(diào)節(jié)區(qū)段的氣體冷卻裝置114中使用。后調(diào)節(jié)區(qū)段150因此通過除去氨和加熱煙氣而提供煙氣的后凈化，之后將凈化并加熱的煙氣釋放到煙囪。
[0034]現(xiàn)在回到圖3，可將由上述來源(例如，在冷卻和凈化系統(tǒng)16中的氣液接觸裝置106和氣液接觸裝置152)生成的硫酸銨物流引導(dǎo)到石灰煮沸系統(tǒng)200以轉(zhuǎn)化硫酸銨。石灰煮沸系統(tǒng)200構(gòu)造成生成硫酸鈣且由硫酸銨副產(chǎn)物流回收氨。使該氨返回到CAP，由此降低在該系統(tǒng)中的氨消耗。可將由該石灰煮沸工藝生成的硫酸鈣副產(chǎn)物與來自諸如WFGD或DFGD的脫硫裝置的鈣硫副產(chǎn)物流組合，利用石灰石以從該工藝氣流中除去二氧化硫。將諸如來自冷卻和凈化系統(tǒng)16的氣液接觸裝置106、152之一的硫酸銨進料流202在將其經(jīng)換熱器204進料到石灰消解研磨機206的同時加熱?？捎脕碜栽揅AP法的蒸汽冷凝水供應(yīng)208加熱該硫酸銨。石灰消解研磨機206構(gòu)造成使石灰現(xiàn)場消解成漿液。常規(guī)石灰消解研磨機在本領(lǐng)域中已知且本文所述的石灰消解研磨機206可為任何常規(guī)的石灰消解研磨機，諸如立棍、球磨機、滯留消解器(detention slaker)、其組合等。硫酸銨和石灰衆(zhòng)液在反應(yīng)槽210和212中組合。雖然圖3示出了使用兩個反應(yīng)槽，但可考慮石灰煮沸系統(tǒng)200可包括比所示更少或更多的裝置。
[0035]將通過石灰漿液與硫酸銨流的反應(yīng)生成的硫酸鈣和氨的漿液213進料到汽提器214中，由此回收氨。該氨在汽提器214中再生以形成氨蒸氣流216。該氨蒸氣流可再循環(huán)回到CAP，以降低在CAP法中的氨消耗。所述氨蒸氣流的部分217可進料回到組合型冷卻和凈化系統(tǒng)16的預(yù)調(diào)節(jié)區(qū)段100和/或該氨蒸氣流的部分219可進料回到CO2吸收器22以便在其中使用。在發(fā)電站I中氨總消耗的降低將引起材料和能量節(jié)約。將硫酸鈣從汽提器214的底部以漿液流221提取且將其進料到石膏增稠器218或反應(yīng)槽中以便進一步晶體生長。該硫酸鈣漿液的固體在增稠器218中沉降且可作為石膏223從增稠器218的底部提取，隨后可對其進行進一步加工，諸如過濾、脫水、洗滌等。任選的冷凝器220可安置在汽提器214和石膏增稠器218之間以冷卻在進入增稠器218之前的硫酸鈣漿液流222。空氣流227可與冷凝器220流體連通，其中空氣流227構(gòu)造成從漿液流221中提取任何殘留的氨。隨后可將用空氣提取過的氨轉(zhuǎn)移到CAP法的冷卻和凈化階段16。
[0036]如上所述，石灰煮沸系統(tǒng)200代表優(yōu)于其他系統(tǒng)的改善，因為該系統(tǒng)利用發(fā)電站的其他區(qū)域中存在(主要來自CAP)的熱源226，其提供必要的熱給吸熱反應(yīng)以容許從硫酸銨流中回收氨。在一個實施方案中，汽提器214利用來自在CO2去除系統(tǒng)20的再生器26中產(chǎn)生的CO2貧化氨化溶液的熱。換熱器224可與汽提器214流體連通地安置以使得CO2貧化氨化溶液32可加熱在該汽提器內(nèi)的硫酸銨-石灰漿液。汽提器214隨后生成氨蒸氣流216，其可直接用于CAP。常規(guī)石灰煮沸方法生成需要在CAP直接接觸冷卻器(預(yù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)100)內(nèi)蒸發(fā)的氨化液流，由此增加CAP的能量需求。此外，利用加熱的CO2貧化氨化溶液作為汽提器214的熱源進一步降低發(fā)電站I的能量需求。在另一實施方案中，可利用氨汽提器塔頂氣體而不是該CO2貧化氨化溶液作為石灰煮沸系統(tǒng)200的熱源。該氨汽提器塔頂餾分為在氨已從洗液中分離之后離開CAP的氨汽提器的熱氣體。同樣，這通過在不同系統(tǒng)(石灰煮沸系統(tǒng)200)中利用來自該發(fā)電站的一個系統(tǒng)(CAP)的熱源降低了發(fā)電站I的能量需求。在又一實施方案中，熱源226可為自發(fā)電站I引導(dǎo)的低壓蒸汽。
[0037]在一個供選的實施方案中，相同的石灰煮沸系統(tǒng)可用于氣體純化系統(tǒng)和方法中，其中將氫氧化鈉而不是如上所述的氨或石灰石用于CAP中的酸性氣體捕集。在這種系統(tǒng)中，在脫硫裝置12中不是生成硫酸銨流，而是生成硫酸鈉流。應(yīng)當注意，在用基于鈉的滌氣溶液形成硫酸鈉的CCS操作中，使用石灰煮沸系統(tǒng)來形成硫酸鈣和苛性堿。該苛性堿可返回到CCS以允許另外的酸性氣體捕集。因而，水洗系統(tǒng)設(shè)計用來實現(xiàn)到煙囪的所要氨排放以避免生成硫酸銨流。類似地，代替CAP或除了 CAP之外，該系統(tǒng)還可用于先進胺碳捕獲方法。在先進胺法中，將堿和/或堿土金屬氫氧化物試劑引入直接接觸冷卻器50且使其與夾帶在煙氣中的任何SOx (例如，S02、S03)反應(yīng)以形成堿和/或堿土金屬硫鹽水溶液。例如，如果該煙氣包含SO2和SO3且將該氨試劑替換為氫氧化鈉，則所得反應(yīng)提供亞硫酸鈉和/或硫酸鈉水溶液。在除去二氧化硫之后，可將該煙氣送到CO2吸收器和水洗區(qū)段，在其中使煙氣與包含胺化合物(代替氨)的第一洗液例如通過將煙氣鼓泡穿過該第一洗液或通過將該第一洗液噴霧到該煙氣中來接觸。示例性胺化合物包括而不限于單乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、甲基二乙醇胺(MDEA)、二異丙胺(DIPA)和氨基乙氧基乙醇(二甘醇胺)及其組合?；诎返南匆哼€可包含促進劑和/或抑制劑。
[0038]現(xiàn)在回到圖4，示出了用于在利用氫氧化鈉用于在CAP或先進胺碳捕集系統(tǒng)中的酸性氣體捕集的發(fā)電站中的石灰煮沸系統(tǒng)300。系統(tǒng)300類似于系統(tǒng)200操作，不同之處在于不需要單獨的氨回收汽提器214。相反地，使硫酸鈉302在反應(yīng)器310、312中與石灰漿液反應(yīng)。來自CAP/先進胺法的蒸汽冷凝水供應(yīng)308可用于在換熱器304中加熱硫酸鈉。石灰消解研磨機306再次構(gòu)造成使石灰現(xiàn)場消解成漿液。硫酸鈣和氫氧化鈉的漿液313在反應(yīng)槽中生成，隨后將該漿液送到石膏增稠器318，其中再生的氫氧化鈉319可從石膏增稠器318的上部純化，同時硫酸鈣二水合物固體沉降到該增稠器的底部，其中可將石膏323除去并對其進行進一步加工，諸如二次脫水、過濾等?？蓪⒃撌喙腆w處置或銷售，而可使濾液返回CAP/先進胺以便酸性氣體捕集。
[0039]術(shù)語“第一”、“第二”等在本文中不表示任何順序、數(shù)量或重要性，而是用以區(qū)別一種要素與另外的要素。術(shù)語“一個/種”在本文中不表示數(shù)量的限制，而是表示存在所提及項目中的至少一個/種。
[0040]雖然已參考許多例示性實施方案描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當理解的是在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下可進行多種改變且可用等效物替代其要素。另外，可在不脫離本發(fā)明的必要范圍的情況下進行許多修改以適應(yīng)本發(fā)明的教導(dǎo)的特定情形或材料。因此，并非想要將本發(fā)明限制于作為針對實施所預(yù)期的最佳模式公開的特定實施方案，而是本發(fā)明將包括屬于附加權(quán)利要求書范圍內(nèi)的所有實施方案。
【權(quán)利要求】
1.從硫酸銨流中回收氨的方法，所述方法包括: 使所述硫酸銨流與石灰漿液反應(yīng)以形成包含硫酸鈣和氨的漿液； 將所述包含硫酸鈣和氨的漿液提供到構(gòu)造成從所述漿液中回收所述氨的汽提器中； 將來自冷凍氨法的熱源用于所述汽提器；和 從所述汽提器提取氨蒸氣流。
2.權(quán)利要求1的方法，其中利用來自冷凍氨法的熱源包括將來自在所述冷凍氨法中的再生器的二氧化碳貧化氨化溶液的熱與所述包含硫酸鈣和氨的漿液交換。
3.權(quán)利要求1的方法，其中利用來自冷凍氨法的熱源包括將來自氨汽提器塔頂氣體的熱與所述包含硫酸鈣和氨的漿液交換。
4.權(quán)利要求1的方法，其還包括從所述汽提器提取硫酸鈣并將所述硫酸鈣流引入石膏增稠器。
5.權(quán)利要求1的方法，其還包括將所述氨蒸氣流提供到所述冷凍氨法。
6.權(quán)利要求5的方法，其中提供所述氨蒸氣流到所述冷凍氨法包括將所述氨蒸氣流進料到二氧化碳吸收器和/或直接接觸冷卻器。
7.權(quán)利要求1的方法，其還包括在使所述硫酸銨與所述石灰漿液反應(yīng)之前用蒸汽冷凝水加熱所述硫酸銨流。
8.權(quán)利要求1的方法,其還包括通過使包含二氧化硫的冷卻液與氨化溶液接觸生成所述硫酸銨流。
9.權(quán)利要求1的方法，其還包括通過使包含硫氧化物的煙氣與氨水溶液在脫硫裝置中接觸生成所述硫酸銨流。
10.從硫酸鈉流中回收氫氧化鈉的方法，所述方法包括: 使所述硫酸鈉流與石灰漿液反應(yīng)以形成包含硫酸鈣和氫氧化鈉的漿液； 將所述包含硫酸鈣和氫氧化鈉的漿液提供到構(gòu)造成從所述氫氧化鈉中分離所述硫酸鈣的石膏增稠器中；和 從所述石膏增稠器中提取氫氧化鈉流。
11.權(quán)利要求10的方法，其還包括使所述氫氧化鈉再循環(huán)以便在冷凍氨法和/或先進胺法中用于酸性氣體捕集。
12.權(quán)利要求10的方法,其還包括通過使包含硫氧化物的煙氣與氫氧化鈉水溶液在脫硫裝置中接觸生成所述硫酸鈉流。
13.權(quán)利要求12的方法，其中使所述氫氧化鈉再循環(huán)包括提供所述氫氧化鈉到所述脫硫裝置。
14.權(quán)利要求10的方法，其還包括在使所述硫酸鈉與所述石灰漿液反應(yīng)之前用蒸汽冷凝水加熱所述硫酸鈉流。
15.權(quán)利要求10的方法，其還包括從所述石膏增稠器中提取石膏漿液。
16.權(quán)利要求15的方法，其還包括過濾所述石膏漿液和形成石膏固體和濾液。
17.權(quán)利要求16的方法，其還包括提供所述濾液到所述脫硫裝置。
18.從硫酸銨流中回收氨的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:` 在冷凍氨法中由脫硫裝置和/或二氧化碳去除系統(tǒng)生成的硫酸銨流； 與所述硫酸銨流流體連通的石灰消解研磨機，其中所述石灰消解研磨機構(gòu)造成將石灰消解以形成石灰漿液； 與所述石灰消解研磨機流體連通的至少一個反應(yīng)槽，所述至少一個反應(yīng)槽構(gòu)造成使所述石灰漿液與所述硫酸銨流反應(yīng)并生成包含硫酸鈣和氨的漿液； 與所述至少一個反應(yīng)槽流體連通的汽提器，其中所述汽提器構(gòu)造成從所述包含硫酸鈣和氨的漿液中除去所述氨并形成氨蒸氣流；和 換熱器，所述換熱器與所述汽提器流體連通且構(gòu)造成在來自所述冷凍氨法的熱源流與所述包含硫酸鈣和氨的漿液之間交換熱。
19.權(quán)利要求18的系統(tǒng)，其中所述熱源流包含來自氨汽提器的氨汽提器塔頂氣體、來自在所述冷凍氨法內(nèi)的再生器的二氧化碳貧化氨化溶液或來自發(fā)電站的低壓蒸汽。
20.權(quán)利要求19的系統(tǒng)，其中所述冷凍氨法的二氧化碳去除系統(tǒng)包括: 具有至少一個直接接觸冷卻器的冷卻和凈化系統(tǒng)，其用于冷卻煙氣流，冷凝來自所述煙氣流的水和從所述煙氣流中捕集并除去二氧化硫及形成硫酸銨； 具有至少一個吸收器的吸收系統(tǒng)，其構(gòu)造成使用氨化溶液從所述冷卻的煙氣流中吸收二氧化碳；和 包括再生器的再生系統(tǒng)， 其構(gòu)造成從所述吸收并氨化的二氧化碳中分離二氧化碳以形成二氧化碳富化流和二氧化碳貧化氨化溶液。
【文檔編號】C01C1/02GK103619445SQ201280032867
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月1日
【發(fā)明者】D.J.穆拉斯金, S.K.杜貝 申請人:阿爾斯通技術(shù)有限公司