專利名稱：處理廢氣的方法和系統(tǒng)，和分離二氧化碳的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及處理廢氣的方法和系統(tǒng)。
背景技術：
在從發(fā)電廠、化工裝置等等的燃煤鍋爐以及煉鐵廠的鼓風爐、煉焦爐、轉換器等等中排放的廢氣中所含的有害氣體組分如硫氧化物和氮氧化物通過使用例如濕脫硫裝置或使用采用脫氮催化劑的脫氮裝置來分離和脫除。此外，使用活性炭的所謂物理吸收方法已知是分離和脫除有害氣體組分的更有效方法。
同時，近年來，大氣中二氧化碳量持續(xù)增加，因此其與大氣溫度升高即所謂溫室效應的關系正在成為焦點問題。二氧化碳產(chǎn)生量的增加主要是由礦物燃料燃燒所引起。因此，從環(huán)境觀點考慮，要求發(fā)電廠、化工裝置等要將排放到大氣的廢氣中二氧化碳限制在盡可能少的量。(參考文獻1日本專利申請公開出版物No.2000-317302。)在這樣的環(huán)境中，就處理從例如燃煤鍋爐以及煉鐵廠的鼓風爐、煉焦爐、轉換器等等中排放的廢氣來說，需要將二氧化碳有效地回收同時將有害氣體組分如氮氧化物和硫氧化物有效地脫除。因此，需要一個能夠有效地和連續(xù)地依次脫除有害氣體組分和回收二氧化碳的廢氣處理系統(tǒng)。
此外，就處理從例如燃LNG鍋爐等排放的廢氣來說，需要將二氧化碳有效地回收同時將有害氣體組分如氮氧化物有效地脫除。因此，需要一個能夠有效地和連續(xù)地依次脫除有害氣體組分和回收二氧化碳的工藝流程。
至于這些廢氣的處理，需要有效地回收二氧化碳，同時需要有效地脫除有害氣體組分如氮氧化物和硫氧化物。因此，需要一個能夠有效地和連續(xù)地依次脫除有害氣體組分和回收二氧化碳的廢氣處理系統(tǒng)。
這里，對于回收廢氣中所含二氧化碳的技術而言，從廢氣中分離出二氧化碳的技術是重要的基本技術。例如，參考文獻1公開了此類技術，該技術中將廢氣中的二氧化碳凝固成干冰并加以分離，然后加熱并加壓成液態(tài)二氧化碳。該參考文獻所公開的方法可按例如

圖11所示來實施。該圖所示的方法中，使欲從中分離出二氧化碳的氣體1103在熱交換器的熱輸送管1102內流動而冷卻劑1100則沿著輸送管外流動，由此將氣體中所含二氧化碳凝固成干冰并用收集容器1104收集它。將收集容器1104所含的干冰1105輸送到液化設備1106中并液化成液態(tài)二氧化碳1107，回收起來。需要指出的是將所收集的干冰1105進行液化的理由是便于儲存和運輸。
圖11所示方法會在熱輸送管1102的內部有干冰沉淀。因此，所沉淀的干冰會堵塞熱輸送管1102的通道，而使這一裝置難以連續(xù)地或自動地操作。此外，由于凝固段的收集容器1104和液化段的液化設備1106分別是單獨的設備，因此需要一各能將二氧化碳從收集容器1104輸送到液化設備1106的機構。也就是說，對于圖11所示的方法，從氣體中分離二氧化碳的過程不能連續(xù)和有效地進行，并且如果尤其是應用于產(chǎn)生大量廢氣的來源如熱電站和煉鐵廠，該方法在性能方面可能不足。
本發(fā)明鑒于以上背景而完成，本發(fā)明的目的是提供一種能夠從廢氣中有效脫除有害氣體組分和回收二氧化碳的廢氣處理方法和系統(tǒng)。
解決問題的方式根據(jù)本發(fā)明的權利要求1，提供一種廢氣處理方法，它包括讓廢氣流過冷卻劑使之冷卻到使氮氧化物液化或凝固但二氧化碳不會凝固的第一溫度，由此將廢氣中所含的有害氣體組分氮氧化物液化或凝固從而將它們從廢氣中分離出來的第一過程；和將廢氣冷卻到使二氧化碳凝固的第二溫度，由此將廢氣中所含的二氧化碳凝固從而將它從廢氣中分離出來的第二過程。
這里，第一溫度是二氧化碳不會液化或凝固但水分和氮氧化物會液化或凝固的溫度。第二溫度是使二氧化碳凝固的溫度。
本方法將含有害氣體組分的廢氣冷卻到能液化或凝固氮氧化物但不會凝固二氧化碳的第一溫度，由此將廢氣中所含的氮氧化物液化或凝固從而將其從廢氣中分離(第一過程)，然后將該廢氣冷卻到能凝固二氧化碳的第二溫度，由此使廢氣中所含的二氧化碳凝固從而將它從廢氣中分離出來(第二過程)。在第一過程中，二氧化碳留在廢氣中沒有從廢氣中分離出來，在隨后的第二過程中，無疑是要回收二氧化碳。這樣，對含氮氧化物作為有害氣體組分的廢氣來說，脫除有害氣體組分之后能夠有效地回收二氧化碳。
根據(jù)本發(fā)明的權利要求2，提供按權利要求1的廢氣處理方法，包括讓廢氣流過冷卻劑使之冷卻到使氮氧化物和硫氧化物液化或凝固但不會凝固二氧化碳的第一溫度，從而將廢氣中所含的作為有害氣體組分的氮氧化物和硫氧化物液化或凝固而將它們從廢氣中分離出來的第一過程；和將廢氣冷卻到能凝固二氧化碳的第二溫度，由此將廢氣中所含的二氧化碳凝固從而將它從廢氣中分離出來的第二過程。
這里，第一溫度是二氧化碳不會液化或凝固但水分、氮氧化物和硫氧化物會液化或凝固的溫度。第二溫度是使二氧化碳凝固的溫度。
本方法將含有有害氣體組分的廢氣冷卻到能液化或凝固氮氧化物和硫氧化物但不會凝固二氧化碳的第一溫度，由此將廢氣中所含的氮氧化物和硫氧化物液化或凝固從而將它們從廢氣中分離(第一過程)，然后將該廢氣到冷卻能凝固二氧化碳的第二溫度，由此使廢氣中所含的二氧化碳凝固從而將它從廢氣中分離出來(第二過程)。在第一過程中，二氧化碳留在廢氣中沒有從廢氣中分離出來，在隨后的第二過程中，無疑是要回收二氧化碳。這樣，對含氮氧化物和硫氧化物作為有害氣體組分的廢氣來說，脫除有害氣體組分之后能夠有效地回收二氧化碳。
根據(jù)本發(fā)明的權利要求3，提供按權利要求2的廢氣處理方法，它包括一個將第一過程從廢氣分離出的有害氣體組分的溫度升高到蒸發(fā)冷卻劑但不蒸發(fā)有害氣體組分的溫度，由此分離有害氣體組分和冷卻劑的過程。
根據(jù)本發(fā)明，冷卻劑可與毒氣體組分分離并可靠地回收從而得以有效利用。
根據(jù)本發(fā)明的權利要求4，提供按權利要求3的廢氣處理方法，它包括一個將與有害氣體組分分離的冷卻劑作為一種能使廢氣經(jīng)其流過的冷卻劑進行循環(huán)的過程。
因為冷卻劑以這種方式循環(huán)使用，該冷卻劑得以高效利用。
根據(jù)本發(fā)明的權利要求5，提供按權利要求2-4任何一項的廢氣處理方法，它包括一個將第一過程從廢氣中分離出的有害氣體組分的溫度提高到可以蒸發(fā)硫氧化物但不蒸發(fā)氮氧化物的溫度，由此將有害氣體組分所含的硫氧化物和氮氧化物分離的過程。
照此，能夠從廢氣中分離出有害氣體組分所含的氮氧化物，這樣可將有害氣體組分所含的硫氧化物和氮氧化物分離。
根據(jù)本發(fā)明的權利要求6，提供按權利要求2-5任何一項的廢氣處理方法，其中冷卻劑包括二甲醚、甲醇、乙醇、甲苯和乙苯中的任何一種。
要求冷卻劑能在有害氣體組分被液化或凝固的溫度下不會凝固，以便能在第一過程中將冷卻劑與液化或凝固的有害氣體組分分離。此外，為了用冷卻劑有效地液化或凝固有害氣體組分，要求冷卻劑具有容易吸收有害氣體組分的特性。還有，為了在第二過程中有效地從廢氣中回收二氧化碳，要求該冷卻劑具有幾乎不吸收二氧化碳的特性。二甲醚、甲醇、乙醇、甲苯和乙苯中的任何一種都滿足這一要求。
根據(jù)本發(fā)明的權利要求7，提供按權利要求2-6任何一項的廢氣處理方法，其中第一過程包括一個從廢氣中分離出廢氣所含水分的過程。
在第一過程中將廢氣中所含水分分離出來，這樣能夠在第二過程中有效地回收二氧化碳。
根據(jù)本發(fā)明的權利要求8，提供按權利要求2-7任何一項的廢氣處理方法，其中第二過程包括一個將固體二氧化碳(干冰)進行液化的過程。
這樣，通過將固體二氧化碳(干冰)液化，改進了二氧化碳的可儲存性和可輸送性且改進了可處置性。
根據(jù)本發(fā)明的權利要求9，提供按權利要求2-8任何一項的廢氣處理方法，其中在第一過程之前要進行一個將冷卻至大約室溫后的廢氣通過與水進行熱交換來脫除廢氣中所含水分、有害氣體組分和粉塵的預處理過程。
通過進行這一預處理過程，水分、有害氣體組分和粉塵能夠可靠地從廢氣中脫除。
根據(jù)本發(fā)明的權利要求10，提供一種廢氣處理系統(tǒng)，它包括第一裝置，該裝置用來實施一個讓廢氣流過冷卻劑使之冷卻到使氮氧化物液化或凝固但不會凝固二氧化碳的第一溫度，由此將廢氣中所含的有害氣體組分氮氧化物液化或凝固而將它們從廢氣中分離出來的過程；和第二裝置，該裝置用來實施一個將廢氣冷卻到凝固二氧化碳的第二溫度，由此使廢氣中所含二氧化碳凝固從而將它從廢氣中分離出來的過程。
根據(jù)本發(fā)明的權利要求11，提供按權利要求10的廢氣處理系統(tǒng)，它包括第一裝置，該裝置用來實施一個讓廢氣流過冷卻劑使之冷卻到使氮氧化物和硫氧化物液化或凝固但不會凝固二氧化碳的第一溫度，從而將廢氣中所含有害氣體組分氮氧化物和硫氧化物液化或凝固而將它們從廢氣中分離出來的過程；和第二裝置，該裝置用來實施一個將廢氣冷卻到凝固二氧化碳的第二溫度，由此使廢氣中所含的二氧化碳凝固從而將它從廢氣中分離出來的過程。
根據(jù)本發(fā)明的權利要求12，提供按權利要求11的廢氣處理系統(tǒng)，它包括一個將用第一裝置從廢氣中分離出的有害氣體組分溫度提高到使與有害氣體組分混合的冷卻劑蒸發(fā)但有害氣體組分不會蒸發(fā)的溫度，由此分離有害氣體組分和冷卻劑的裝置。
根據(jù)本發(fā)明的權利要求13，提供按權利要求11的廢氣處理系統(tǒng)，它包括一個將與有害氣體組分分離的冷卻劑作為一種能使廢氣經(jīng)其流過的冷卻劑進行循環(huán)的裝置。
根據(jù)本發(fā)明的權利要求14，提供按權利要求11-13任何一項的廢氣處理系統(tǒng)，它包括一個將用第一裝置從廢氣中分離出的有害氣體組分的溫度提高到蒸發(fā)硫氧化物但不蒸發(fā)氮氧化物的溫度，由此將有害氣體組分所含的硫氧化物和氮氧化物分離的裝置。
根據(jù)本發(fā)明的權利要求15，提供按權利要求11-14任何一項的廢氣處理系統(tǒng)，其中冷卻劑包括二甲醚、甲醇、乙醇、甲苯和乙苯中的任何一種。
根據(jù)本發(fā)明的權利要求16，提供按權利要求11-15任何一項的廢氣處理系統(tǒng)，其中第一裝置包括一個能從廢氣中分離出廢氣所含水分的裝置。
根據(jù)本發(fā)明的權利要求17，提供按權利要求11-16任何一項的廢氣處理系統(tǒng)，其中第二裝置包括一個可將固體二氧化碳(干冰)液化的裝置。
根據(jù)本發(fā)明的權利要求18，提供按權利要求11-17任何一項的廢氣處理系統(tǒng)，它包括一個在實施第一裝置的過程之前要實施一個將冷卻至大約室溫后的廢氣通過與水進行熱交換來脫除廢氣中所含水分、有害氣體組分和粉塵的預處理過程的裝置。
根據(jù)本發(fā)明的權利要求19，提供一種廢氣處理方法，其特征在于它包括讓燃LNG鍋爐排放的廢氣流過冷卻劑使之冷卻到使氮氧化物液化或凝固但二氧化碳不會凝固的第一溫度，由此將廢氣中所含的有害氣體組分氮氧化物液化或凝固從而將其從廢氣中分離出來的第一過程；和將廢氣冷卻到使二氧化碳凝固的第二溫度，由此將廢氣中所含的二氧化碳凝固從而將它從廢氣中分離出來的第二過程。
本方法將燃LNG鍋爐排放的廢氣冷卻到能液化或凝固氮氧化物但不會凝固二氧化碳的第一溫度，由此將廢氣中所含的氮氧化物液化或凝固從而將其從廢氣中分離(第一過程)，然后將該廢氣冷卻到能凝固二氧化碳的第二溫度，由此使廢氣中所含的二氧化碳凝固從而將它從廢氣中分離出來(第二過程)。在第一過程中，二氧化碳留在廢氣中沒有從廢氣中分離出來，在隨后的第二過程中，無疑是要回收二氧化碳。這樣，對含氮氧化物作為有害氣體組分的廢氣來說，脫除有害氣體組分之后能夠有效地回收二氧化碳。
根據(jù)本發(fā)明的權利要求20，提供按權利要求19的廢氣處理方法，它包括一個將第一過程凝固的氮氧化物引入到固液分離器，由此分離氮氧化物和冷卻劑的過程。
這樣，就能將有害氣體組分和與其混合的冷卻劑分離開來。
根據(jù)本發(fā)明的權利要求21，提供按權利要求20的廢氣處理方法，它包括一個將固液分離器所分離的液體溫度提高到蒸發(fā)冷卻劑但不蒸發(fā)有害氣體組分的溫度，由此分離出冷卻劑的過程。
根據(jù)本發(fā)明，由于冷卻劑能夠有效地回收，該冷卻劑得以高效利用。
根據(jù)本發(fā)明的權利要求22，提供按權利要求21的廢氣處理方法，它包括一個將從液體中分離出的冷卻劑作為讓廢氣經(jīng)其流過的冷卻劑進行循環(huán)的過程。
因為冷卻劑以這種方法循環(huán)地使用，冷卻劑得以高效利用。
根據(jù)本發(fā)明的權利要求23，提供按權利要求19-22任何一項的廢氣處理方法，其中冷卻劑包括二甲醚、甲醇、乙醇、甲苯和乙苯中的任何一種。
要求冷卻劑能在有害氣體組分被液化或凝固的溫度下不會凝固，以便能在第一過程中將冷卻劑與液化或凝固的有害氣體組分分離。此外，為了用冷卻劑有效地液化或凝固有害氣體組分，要求冷卻劑具有容易吸收有害氣體組分的特性。還有，為了在第二過程中有效地從廢氣中回收二氧化碳，要求該冷卻劑具有幾乎不吸收二氧化碳的特性。二甲醚、甲醇、乙醇、甲苯和乙苯中的任何一種都滿足這一要求。
根據(jù)本發(fā)明的權利要求24，提供按權利要求19-23任何一項的廢氣處理方法，其中第一過程包括一個從廢氣中分離出廢氣所含水分的過程。
照此，在第一過程中，將廢氣中所含水分分離出來，這樣就能夠在第二過程中有效地回收二氧化碳。
根據(jù)本發(fā)明的權利要求25，提供按權利要求19-24任何一項的廢氣處理方法，其中第二過程包括一個將固體二氧化碳(干冰)進行液化的過程。
這樣，通過將固體二氧化碳(干冰)液化，改進了二氧化碳的可儲存性和可輸送性且改進了可處置性。
根據(jù)本發(fā)明的權利要求26，提供按權利要求19-25任何一項的廢氣處理方法，其中在第一過程之前要進行一個將冷卻至大約室溫后的廢氣通過與水進行熱交換來脫除廢氣中所含水分和有害氣體組分的預處理過程。
通過進行這一預處理過程，水分和有害氣體組分能夠可靠地從廢氣中脫除。
根據(jù)本發(fā)明的權利要求27，提供按權利要求19-26任何一項的廢氣處理方法，其中第一和第二過程至少一個的廢氣或冷卻劑因LNG用作氣體燃料時所產(chǎn)生的蒸發(fā)熱而被冷卻。
這樣，通過利用LNG用作氣體燃料時所產(chǎn)生的蒸發(fā)熱來冷卻至少第一和第二過程之一的廢氣或冷卻劑，冷卻用能量得以節(jié)省。
根據(jù)本發(fā)明的權利要求28，提供了一種廢氣處理系統(tǒng)，它包括第一裝置，該裝置用來實施一個讓燃LNG鍋爐排放的廢氣流過冷卻劑使之冷卻到能使氮氧化物液化或凝固但不會凝固二氧化碳的第一溫度，由此將廢氣中所含的有害氣體組分氮氧化物液化或凝固而將它們從廢氣中分離出來的過程；和第二裝置，該裝置用來實施一個將廢氣冷卻到能凝固二氧化碳的第二溫度，由此使廢氣中所含二氧化碳凝固從而將它從廢氣中分離出來的過程。
根據(jù)本發(fā)明的權利要求29，提供按權利要求28的廢氣處理系統(tǒng)，它包括一個將第一裝置凝固的氮氧化物引入到固液分離器，由此分離氮氧化物和冷卻劑的裝置。
根據(jù)本發(fā)明的權利要求30，提供按權利要求29的廢氣處理系統(tǒng)，它包括將固液分離器所分離的液體溫度提高到可以蒸發(fā)冷卻劑但不蒸發(fā)有害氣體組分的溫度，由此分離出冷卻劑的裝置。
根據(jù)本發(fā)明的權利要求31，提供按權利要求30的廢氣處理系統(tǒng)，它包括一個將從液體中分離出的冷卻劑作為使廢氣經(jīng)其流過的冷卻劑進行循環(huán)的裝置。
根據(jù)本發(fā)明的權利要求32，提供按權利要求28-31任何一項的廢氣處理系統(tǒng)，其中冷卻劑包括二甲醚、甲醇、乙醇、甲苯和乙苯中的任何一種。
根據(jù)本發(fā)明的權利要求33，提供按權利要求28-32任何一項的廢氣處理系統(tǒng)，其中第一裝置包括從廢氣中分離出廢氣所含水分的裝置。
根據(jù)本發(fā)明的權利要求34，提供按權利要求28-33任何一項的廢氣處理系統(tǒng)，特征在于第二裝置包括一個可將固體二氧化碳(干冰)液化的裝置。
根據(jù)本發(fā)明的權利要求35，提供按權利要求28-34任何一項的廢氣處理系統(tǒng)，它包括一個在實施第一裝置的過程之前要實施一個將冷卻至大約室溫后的廢氣通過與水進行熱交換來脫除廢氣中所含水分和有害氣體組分的預處理過程的裝置。
根據(jù)本發(fā)明的權利要求36，提供按權利要求28-35任何一項的廢氣處理系統(tǒng)，其中在第一和第二裝置至少一個中的廢氣或冷卻劑因LNG用作氣體燃料時所產(chǎn)生的蒸發(fā)熱而被冷卻。
根據(jù)本發(fā)明的權利要求37，提供一種廢氣處理系統(tǒng)，它包括第一裝置，該裝置將廢氣流過冷卻劑使之冷卻到能使氮氧化物和硫氧化物液化或凝固但不會凝固二氧化碳的溫度，從而將廢氣中所含有害氣體組分氮氧化物和硫氧化物液化或凝固而將它們從廢氣中分離出來的過程；和第二裝置，該裝置使已脫除氮氧化物和硫氧化物的廢氣流過一個耐壓容器來冷卻和凝固二氧化碳，氣密關閉該耐壓容器，升高固體二氧化碳的溫度進行蒸發(fā)，由于二氧化碳在耐壓容器中蒸發(fā)使得壓力升高而使二氧化碳液化，和將已液化的二氧化碳排出到耐壓容器外。
這樣，在這一系統(tǒng)中，第一裝置將含有害氣體組分的氣體冷卻到可液化或凝固氮氧化物和硫氧化物但不凝固二氧化碳的溫度，由此將廢氣中所含的作為有害氣體組分的氮氧化物和硫氧化物液化或凝固從而將它們從廢氣中分離出來。因此，在第一裝置中，二氧化碳留在廢氣中沒有從廢氣中分離出來，隨后在第二裝置中，無疑是要回收二氧化碳。采用第二裝置，二氧化碳能夠在同一耐壓容器中凝固和液化。根據(jù)本發(fā)明的廢氣處理系統(tǒng)，能夠通過簡單的裝置從廢氣中分離二氧化碳，由此實現(xiàn)了在低成本下有效地和可靠地從廢氣中回收二氧化碳的工藝流程。并且，在不使用特殊液化裝置的情況下，二氧化碳能夠以能貯存和輸送的液體形式排出。因此，本發(fā)明的廢氣處理系統(tǒng)能夠有效地、可靠地從含有害氣體組分如氮氧化物和硫氧化物的廢氣中回收二氧化碳，同時脫除該有害氣體組分。
根據(jù)本發(fā)明的權利要求38，提供按權利要求37的廢氣處理系統(tǒng)，它包括一個將用第一裝置從廢氣中分離出的有害氣體組分溫度提高到使與有害氣體組分混合的冷卻劑蒸發(fā)但有害氣體組分不蒸發(fā)的溫度，由此分離有害氣體組分和冷卻劑的裝置。
用這種方法，能夠將冷卻劑可靠地從有害氣體組分中分離并且可靠地回收，由此得以有效利用。
根據(jù)本發(fā)明的權利要求39，提供按權利要求37或38的廢氣處理系統(tǒng)，它包括一個將用第一裝置從廢氣中分離出的有害氣體組分的溫度提高到蒸發(fā)硫氧化物但不蒸發(fā)氮氧化物的溫度，由此將有害氣體組分所含的硫氧化物和氮氧化物分離的裝置。
用這種方法，能夠從廢氣中分離出有害氣體組分中所含的氮氧化物，由此能夠將有害氣體組分中所含的硫氧化物和氮氧化物分離。
根據(jù)本發(fā)明的權利要求40，提供廢氣處理系統(tǒng)，它包括第一裝置，該裝置該裝置用來實施一個讓燃LNG鍋爐排放的廢氣流過冷卻劑使之冷卻到使氮氧化物液化或凝固但不會凝固二氧化碳的第一溫度，由此將廢氣中所含的有害氣體組分氮氧化物液化或凝固而將它們從廢氣中分離出來的過程；和第二裝置，該裝置將已脫除氮氧化物的廢氣流過一個耐壓容器來冷卻和凝固二氧化碳，氣密關閉該耐壓容器，升高固體二氧化碳的溫度進行蒸發(fā)，由于二氧化碳在耐壓容器中蒸發(fā)使得壓力升高而使二氧化碳液化，和將已液化的二氧化碳排出到耐壓容器外。
在這一系統(tǒng)中，第一個裝置將燃LNG鍋爐排放的氣體冷卻到可液化或凝固氮氧化物但不凝固二氧化碳的第一溫度，由此將廢氣中所含的作為有害氣體組分的氮氧化物液化或凝固從而將它們從廢氣中分離出來。因此，在第一裝置中，二氧化碳留在廢氣中沒有從廢氣中分離出來，隨后在第二裝置中，無疑是要回收二氧化碳。采用第二裝置，二氧化碳能夠在同一耐壓容器中凝固和液化。根據(jù)本發(fā)明的廢氣處理系統(tǒng)，能夠通過簡單的裝置從廢氣中分離二氧化碳，由此實現(xiàn)了在低成本下有效地和可靠地從廢氣中回收二氧化碳的工藝流程。并且，在不使用特殊液化裝置的情況下，二氧化碳能夠以能貯存和輸送的液體形式排出。因此，本發(fā)明的廢氣處理系統(tǒng)能夠有效地、可靠地從含有害氣體組分如氮氧化物的廢氣中回收二氧化碳，同時脫除該有害氣體組分。
根據(jù)本發(fā)明的權利要求41，提供按權利要求40的廢氣處理系統(tǒng)，它包括一個將第一裝置凝固的氮氧化物引入到固液分離器，由此分離氮氧化物和冷卻劑的裝置。
用這種方法，毒氣體組分和與其混合的冷卻劑能夠有效地、可靠地分離。
根據(jù)本發(fā)明的權利要求42，提供按權利要求41的廢氣處理系統(tǒng)，它包括一個將固液分離器所分離的液體溫度提高到蒸發(fā)冷卻劑但不蒸發(fā)有害氣體組分的溫度，由此分離出冷卻劑的裝置。
用這種方法，能夠有效地回收冷卻劑，因此得以有效利用。
根據(jù)本發(fā)明的權利要求43，提供按權利要求37-42任何一項的廢氣處理系統(tǒng)，特征在于冷卻劑包括二甲醚、甲醇、乙醇、甲苯和乙苯中的任何一種。
要求冷卻劑能在有害氣體組分被液化或凝固的溫度下不會凝固，以便能在第一過程中將冷卻劑與液化或凝固的有害氣體組分分離。此外，為了用冷卻劑有效地液化或凝固有害氣體組分，要求冷卻劑具有容易吸收有害氣體組分的特性。還有，為了在第二過程中有效地從廢氣中回收二氧化碳，要求該冷卻劑具有幾乎不吸收二氧化碳的特性。二甲醚、甲醇、乙醇、甲苯和乙苯中的任何一種都滿足這一要求。
根據(jù)本發(fā)明的權利要求44，提供按權利要求37-43任何一項的廢氣處理系統(tǒng)，其中用第二裝置進行的二氧化碳冷卻和凝固是通過讓含二氧化碳的氣體接觸耐壓容器所提供的有冷卻劑流過的冷卻劑流管外部來進行的。
這樣，干冰沉積在冷卻劑流管的外部，傳熱管的內部通路不會阻塞。因此，很容易進行連續(xù)或自動操作。
根據(jù)本發(fā)明的權利要求45，提供按權利要求37-44任何一項的廢氣處理系統(tǒng)，其中冷卻劑流管為回形排布。
這樣，將冷卻劑流管回形排布可以確保氣體和冷卻劑流管之間有足夠的接觸面積，因而可有效地凝固二氧化碳。
根據(jù)本發(fā)明的權利要求46，提供一種分離二氧化碳的方法，該方法包括讓含有二氧化碳的氣體流過一個耐壓容器來冷卻和凝固二氧化碳，氣密關閉該耐壓容器，升高固體二氧化碳的溫度進行蒸發(fā)，由于二氧化碳在耐壓容器中蒸發(fā)使得壓力升高而使二氧化碳液化，和將已液化的二氧化碳排出到耐壓容器外。
根據(jù)本發(fā)明，二氧化碳能夠在同一耐壓容器中凝固和液化。以上方法能夠由簡單裝置實施，并且能夠以低成本高效和可靠地從氣體中分離出二氧化碳。此外，在不使用特殊液化裝置的情況下，二氧化碳能以可貯存和可輸送的液體形式排出。
根據(jù)本發(fā)明的權利要求47，提供按權利要求46的分離二氧化碳的方法，其中冷卻和凝固操作是通過讓含二氧化碳的氣體接觸耐壓容器所提供的有冷卻劑流過的冷卻劑流管外部來進行的。
根據(jù)本發(fā)明，干冰沉積在冷卻劑流管的外部，傳熱管的內部通路不會阻塞。因此，很容易進行連續(xù)或自動操作。
根據(jù)本發(fā)明的權利要求48，提供按權利要求47的分離二氧化碳的方法，其中冷卻劑流管為回形排布。
這樣，將冷卻劑流管回形排布可以確保氣體和冷卻劑流管之間有足夠的接觸面積，因而可有效地凝固二氧化碳。
根據(jù)本發(fā)明的權利要求49，提供按權利要求46的分離二氧化碳的方法，其中通過耐壓容器中配置的傳熱管或電加熱器來升高凝固二氧化碳的溫度。
根據(jù)本發(fā)明的權利要求50，提供按權利要求46的分離二氧化碳的方法，其中耐壓容器有一個讓含有二氧化碳的氣體流入到耐壓容器中的氣體進口、一個使耐壓容器中的氣體排出耐壓容器外的氣體出口和一個使液化二氧化碳排出耐壓容器外的液體出口。
根據(jù)本發(fā)明的權利要求51，提供按權利要求46或47的分離二氧化碳的方法，其中氣體包括氮氧化物或硫氧化物。
根據(jù)本發(fā)明的權利要求52，提供一種分離二氧化碳的方法，該方法使用了一個具有讓氣體流入其中的氣體進口、使其中的氣體排出的氣體出口和使其中的液體排出的液體出口的耐壓容器，一個安裝在耐壓容器中的冷卻器和一個用于提高耐壓容器內部溫度的傳熱設備；所述方法包括讓含有二氧化碳的氣體經(jīng)氣體進口流入耐壓容器；使氣體接觸冷卻器，從而冷卻和凝固二氧化碳；關閉氣體進口和氣體出口，從而使耐壓容器氣密關閉；用傳熱設備升高固體二氧化碳的溫度進行蒸發(fā)；由于二氧化碳在耐壓容器中蒸發(fā)使得壓力升高而使二氧化碳液化；和經(jīng)氣體出口將液化二氧化碳排出到耐壓容器外。
根據(jù)本發(fā)明的權利要求53，提供一種分離二氧化碳的裝置，包括一個具有讓氣體流入其中的氣體進口、使其中的氣體排出的氣體出口、使其中的液體排出的液體出口、控制流經(jīng)氣體進口的氣體量的控制閥、控制經(jīng)由氣體出口排出的氣體量的控制閥和控制經(jīng)由液體出口排出的液體量的控制閥的耐壓容器；一個安裝在耐壓容器中的冷卻器和一個用于提高耐壓容器內部溫度的傳熱設備。
附圖簡述圖1示出根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的廢氣處理系統(tǒng)的布局圖；圖2A示出了當將二氧化硫濃度為80ppm的模擬氣體流過根據(jù)本發(fā)明實施方案的DME時，模擬氣體中二氧化硫濃度變化的測量結果；圖2B示出了一個根據(jù)本發(fā)明實施方案的用于測量二氧化硫和一氧化氮在冷卻劑中溶解量的裝置圖；圖2C示出了根據(jù)本發(fā)明實施方案的模擬廢氣的組成；圖2D示出了根據(jù)本發(fā)明實施方案測量二氧化硫和一氧化氮在冷卻劑中溶解量的結果；圖2E示出了一個根據(jù)本發(fā)明實施方案用于測量二氧化碳回收率與模擬氣體溫度關系關系的干冰升華器24的布局圖；圖2F是根據(jù)本發(fā)明實施方案由圖2E中箭頭A指示方向上觀察時干冰升華器24的側視圖；圖2G示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方案測量二氧化碳回收率與模擬氣體溫度關系的結果；圖3示出根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的廢氣處理系統(tǒng)的布局圖；圖4A示出了當將二氧化硫濃度為80ppm的模擬氣體流過根據(jù)本發(fā)明實施方案的DME時，模擬氣體中二氧化硫濃度變化的測量結果；圖4B示出了一個根據(jù)本發(fā)明實施方案的用于測量二氧化硫和一氧化氮在冷卻劑中溶解量的裝置圖；圖4C示出了根據(jù)本發(fā)明實施方案的模擬廢氣的組成；圖4D示出了根據(jù)本發(fā)明實施方案測量二氧化硫和一氧化氮在冷卻劑中溶解量的結果；圖4E示出了一個根據(jù)本發(fā)明實施方案用于測量二氧化碳回收率與模擬氣體溫度關系的干冰升華器24的布局圖；圖4F是根據(jù)本發(fā)明實施方案由圖2E中箭頭A指示方向上觀察時干冰升華器24的側視圖；圖4G示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方案測量二氧化碳回收率與模擬氣體溫度關系的結果；圖5示出根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的廢氣處理系統(tǒng)的布局圖；圖6示出了當將二氧化硫濃度為80ppm的模擬氣體流過根據(jù)本發(fā)明實施方案的DME時，模擬氣體中二氧化硫濃度變化的測量結果；
圖7示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的二氧化碳分離器30的布局圖；圖8示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案用二氧化碳分離器30分離廢氣中所含二氧化碳方法的工藝流程；圖9是二氧化碳的T-P(溫度-壓力)圖；圖10示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的廢氣處理系統(tǒng)的布局圖；和圖11是圖解一種分離二氧化碳的技術。
<參考數(shù)字的解釋>
10廢氣源，11熱交換器，13冷凝器，14出料貯罐，17脫水塔，18DME冷卻塔，20DME分離塔，22組分分離塔，23可逆熱交換器，24干冰升華器，25旋風分離器，26干冰熔化設備，27液化碳酸儲罐，28固液分離器，30二氧化碳分離器，40制冷器，50出料處理裝置，51煙囪。
實施本發(fā)明的最佳方式下面將參考附圖來詳細描述根據(jù)本發(fā)明的廢氣處理系統(tǒng)的優(yōu)選實施方案。
＝第一實施方案＝圖1示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施方案的廢氣處理系統(tǒng)的示意圖。本實施方案的廢氣處理系統(tǒng)提供一個能從廢氣源10如發(fā)電廠、化工裝置等的燃煤鍋爐或燒重油鍋爐以及煉鐵廠的鼓風爐、煉焦爐、轉換器等排放的包括有害氣體組分如氮氧化物和硫氧化物的廢氣中有效回收所含二氧化碳同時能有效脫除廢氣中所含水分和有害氣體組分的工藝流程。
在本方案的廢氣處理系統(tǒng)中，在其預處理過程中，將從廢氣源10排放的包括有害氣體組分如氮氧化物和硫氧化物的廢氣引入到熱交換器11所含的工業(yè)用水和冷凝器13中，從而冷卻到室溫左右。然后，在第一過程中，將冷卻至室溫左右的廢氣在脫水塔17中冷卻到不會使二氧化碳凝固的第一溫度，從而使廢氣中所含水分和氮氧化物和硫氧化物液化或凝固并從廢氣中分離出來。接著，在第二過程中，將已分離出水分、氮氧化物和硫氧化物的廢氣在干冰升華器24中冷卻到比第一溫度低的第二溫度，從而使廢氣中所含的二氧化碳凝固并從廢氣中分離出來。
盡管第一過程中分離出的有害氣體組分與冷卻劑混合在一起。但優(yōu)選將冷卻劑進行循環(huán)并得以有效利用，以便能高效地操作廢氣處理系統(tǒng)。因此，在本實施方案中，利用冷卻劑和有害氣體組分之間的蒸發(fā)溫度差，采用蒸發(fā)方法使冷卻劑與有害氣體組分分離并被回收，且回收的冷卻劑再次被用作冷卻劑。需要指出的是，盡管蒸發(fā)方法需要熱能，但可通過采用低沸點冷卻劑來減少該熱能。
為了在第二過程中有效地回收廢氣中所含的二氧化碳，當液化或凝固水分和有害氣體組分時二氧化碳必須不能液化或凝固。熱電站廢氣中的二氧化碳在低于預定溫度時會凝固成干冰。因此，為了不讓二氧化碳凝固，脫水塔17出口處的氣體溫度必須高于該預定溫度。
在第一過程中，要求冷卻劑在有害氣體組分被液化或凝固的溫度下本身不凝固，以便從液化或凝固的有害氣體組分中分離出冷卻劑。此外，為了有效地液化或凝固有害氣體組分，要求冷卻劑具有容易吸收有害氣體組分的特性。并且，為了在第二過程中有效地從廢氣中回收二氧化碳，要求冷卻劑具有二氧化碳不易溶解其中的性能。
滿足這些要求的特定冷卻劑是二甲醚(以下稱作DME)?？墒褂贸酌岩酝馄渌镔|作為冷卻劑，只要它們滿足冷卻劑的要求就行。例如，能滿足這些要求的無機鹽(氯化鈉，氯化鉀等)、溴化合物(溴化鋰，溴代溴化物(bromo bromide)，等等)、醚(二甲醚、甲基醚等)、醇(甲醇、乙醇等)、硅油、石蠟烴(丙烷、丁烷等)、烯屬烴等可用作冷卻劑。為了將液化或凝固的有害氣體組分與冷卻劑分離，冷卻劑與有害氣體組分間有很大沸點差更為有利。從此類觀點考慮，醚和醇優(yōu)選作為冷卻劑。
圖2A示出了當使二氧化碳濃度為10％的模擬氣體流過根據(jù)本發(fā)明實施方案的DME時模擬氣體中二氧化碳濃度變化的測量結果。如該圖中所示，當模擬氣體開始流過DME時，由于模擬氣體溶于DME中故模擬氣體中二氧化碳的濃度暫時下降，過一段時間后，逐漸變成接近循環(huán)通過DME之前時的濃度(10％)。這是因為二氧化碳在DME中飽和之后，幾乎不再有二氧化碳溶于DME。為了證實DME易吸收有害氣體組分如氮氧化物和硫氧化物，本發(fā)明人做了一個讓包括有害氣體組分(二氧化氮60ppm，二氧化硫80ppm，氨10ppm)的模擬氣體循環(huán)通過DME的實驗。結果證實了在模擬氣體開始流過DME之后的約1小時中模擬氣體中所有有害氣體組分濃度變成1ppm或更低。
接著，詳細描述本實施方案的廢氣處理系統(tǒng)的具體流程。首先，在預處理中，從廢氣源10排放的包括有害氣體組分如氮氧化物和硫氧化物的廢氣被引入到熱交換器11中，在熱交換器11中引入了借助海水泵12供應的海水(例如，25℃)和從制冷器40循環(huán)來的冷卻劑如乙二醇。從廢氣源10引入的廢氣(例如55℃)穿過熱交換器11因此而被海水和冷卻劑冷卻至室溫左右。
隨后將在熱交換器11中冷卻至室溫左右的廢氣引入到冷凝器13中，并將引入冷凝器13的廢氣導入冷凝器13所含的工業(yè)用水中。由此，將廢氣中所含的水分、有害氣體組分、粉塵和類似物脫除。從廢氣中移出的包括水分、有害氣體組分、粉塵和類似物的液化水暫時貯存在出料貯槽14中，隨后用出料泵15引入到出料處理裝置50中。最后將穿過冷凝器13的廢氣用廢氣鼓風機16引入到脫水塔17中。需要指出的是，在冷凝器13中與工業(yè)用水的熱交換使廢氣從室溫左右冷卻到例如5℃。
在脫水塔17中，廢氣被進一步脫水并脫除有害氣體組分。通過脫除在廢氣中所含的水分，廢氣中所含的二氧化碳隨后能夠有效地回收。
廢氣是在脫水塔17的下端被引入脫水塔17中。使引入脫水塔17的廢氣(例如，5℃)流過按鼓泡方法裝入脫水塔17的用來冷卻廢氣的冷卻劑DME。引入到脫水塔17的廢氣通過與DME熱交換而被冷卻至冷卻溫度，在該溫度下在廢氣中所含的水分和有害氣體組分如氮氧化物和硫氧化物被液化或凝固，而二氧化碳沒有凝固。通過將廢氣冷卻到該溫度，有害氣體組分被液化或凝固且因此與廢氣分離，而二氧化碳在廢氣中保持為氣體。
為了證實脫水塔17具有從廢氣中脫除有害氣體組分的功能，測量溶于冷卻劑的二氧化硫(SO2)和一氧化氮(NO)量。圖2B示出了用于這一測量的裝置圖。如該圖中所示，此裝置210有一個能產(chǎn)生模擬廢氣的混合器211、一個模擬脫水塔17的冷卻模擬廢氣用冷卻容器212(例如，試管或燒杯)、一個將模擬廢氣引入到冷卻容器212的進氣管213和一個將累積在冷卻容器212上部的氣體排放到冷卻容器以外的排氣管214，它們按照在圖中所示那樣來連接。
冷卻容器212含有甲苯(0到5℃，100cc的量)作為冷卻劑。進氣管設定為其開口位于甲苯的液面以下。此外，由混合器所混合的二氧化碳(CO2)、二氧化硫(SO2)、一氧化氮(NO)和氮氣(N2)的混合物用作模擬廢氣。圖2C示出了模擬廢氣的組成。在模擬廢氣以1l/h的恒定速度引入的條件下進行測量。
圖2D示出了測量結果。在該圖中，以冷卻劑(甲苯)溫度與二氧化硫(SO2)和一氧化氮(NO)溶解量(ppm)之間關系的曲線圖示出測量結果。在該曲線圖中繪出的兩條曲線分別表示根據(jù)SRK(Soave-Redlich-Kwong)所計算的二氧化硫(SO2)和一氧化氮(NO)溶解量(ppm)的理論值。在曲線圖上標記的圓圈表示通過測量所獲得的實測值，二氧化硫(SO2)溶解量的實測值是48(ppm)和一氧化氮(NO)溶解量的實測值是0.1(ppm)。這里，在與標記圓圈對應的溫度下，二氧化硫(SO2)溶解量的理論值是36(ppm)和一氧化氮(NO)溶解量的理論值是0.07(ppm)?？梢钥闯觯瑢崪y值之中的任何一個幾乎與它的理論值相符。
從以上測量得到證實，可以根據(jù)冷卻劑溫度從理論上獲得二氧化硫(SO2)和一氧化氮(NO)溶解量，并且能夠在脫水塔17中將有害氣體組分從廢氣中有效地分離出去。
將DME在DME冷卻塔18中冷卻并循環(huán)供應到脫水塔17中。用循環(huán)泵19將制冷器/熱交換器40冷卻的冷卻劑(液氮)經(jīng)DME冷卻塔18進行循環(huán)。DME通過與冷卻劑熱交換而被冷卻。
通過使廢氣流過脫水塔17，DME進而含有水分和液化或凝固的有害氣體組分，之后被引入到固液分離塔20中以供再使用。被引入到DME分離塔20中的DME通過與海水間接熱交換來升高溫度(例如，升高到-20℃)。在此溫度下，水分和有害氣體組分是液體或固體，而DME是氣體。因此，DME上升到DME分離塔20的上部，由此與其它組分分離。將上升到DME分離塔20上部的DME自該處回收并引入到DME冷卻塔18中，并再引入脫水塔17。按此方式，循環(huán)使用DME。這樣，通過循環(huán)利用冷卻劑DME，本實施方案的廢氣處理系統(tǒng)整體進行操作來高效利用冷卻劑。
將留在DME分離塔20中的來自脫水塔17的液體或固體水分和有害氣體組分用輸送泵21引入到組分分離塔22中。引入組分分離塔22的水分和有害氣體組分通過在組分分離塔22中與海水間接熱交換來升高溫度(例如提高到5℃)。在這一溫度下，水分和二氧化氮是液體而二氧化硫是氣體。將二氧化硫氣體從組分分離塔22上邊排出并引入到熱交換器11中，由此用作冷卻劑來冷卻來自廢氣源10的廢氣(例如為5℃)。通過以這一方式將二氧化硫用作冷卻劑，整個系統(tǒng)的冷卻用能耗得以減少，由此實現(xiàn)高效處理。
將用作冷卻劑之后的廢氣通過熱交換升高溫度(升高至例如45℃)，并經(jīng)煙囪51排出到系統(tǒng)外。同時，將除二氧化硫外留在組分分離塔22中的液化水和有害氣體組分如二氧化氮引入到出料處理裝置50中。
將升至脫水塔17上部的包括二氧化碳的廢氣引入到可逆熱交換器23中。引入可逆熱交換器23的廢氣通過在可逆熱交換器23中與來自旋風分離器25(下文描述)的廢氣進行熱交換而被冷卻，然后被引入干冰升華器24中。引入干冰升華器24中的廢氣通過與借助制冷器/熱交換器40在干冰升華器24中循環(huán)通過的冷卻劑(液氮)進行間接熱交換而被冷卻。
為了證實干冰升華器24中的二氧化碳(CO2)回收率，測量二氧化碳(CO2)回收率與模擬氣體溫度的關系。圖2E、2F示出了用于這一測量的干冰升華器24的布局。圖2E是干冰升華器24的側視圖且圖2F是由圖2E中箭頭A指示方向看到的干冰升華器24的側視圖。如圖所示，干冰升華器24包括兩個直立布置的第一圓柱體241(例如由SUS304制成)，在第一圓柱體241之下水平布置(即，垂直于第一圓柱體241)的第二圓柱體242，它與第一圓柱體241的內部聯(lián)通。在第一圓柱體241內布置有冷卻劑(例如液氮)循環(huán)通過的冷卻劑流管244(材料銅；長900mm，20圈，外部面積7.1m2)。冷卻劑流管244外表面上形成螺旋狀鰭狀物(未示出)來增加與二氧化碳(CO2)的接觸面積。第一圓柱體241和第二圓柱體242的兩端端各自用塞子246封閉。
15％二氧化碳(CO2)和85％氮氣(N2)的混合物用作模擬氣體。當模擬氣體以670升/分鐘的流速自第一圓柱體241之一的預定位置處所設定的入口248引入并從另一個第一圓柱體241的預定位置處所設定的出口249排出而使其流過設備時進行測量。引入干冰升華器24內部空間247的模擬氣體通過與冷卻劑流管244的外部接觸而被冷卻到能使二氧化碳(CO2)凝固但氮氣(N2)不會凝固的溫度。這樣，模擬氣體中的二氧化碳就變成干冰，沉積在第二圓柱體242內。同時，模擬氣體中的氮氣組分從出口249排出。
圖2G示出了測量結果。在該圖中，使用二氧化碳(CO2)濃度為15％的模擬氣體，用曲線圖表示從出口249排出的模擬氣體的溫度與二氧化碳(CO2)回收率之間的關系。正如該測量結果所示，證實了用干冰升華器24能夠有效地回收二氧化碳(CO2)。
將干冰升華器24中產(chǎn)生的干冰引入旋風分離器25，分離干冰和廢氣。其中，廢氣被引入可逆熱交換器23中并如前所述起冷卻劑作用。由于干冰升華器24中所冷卻的廢氣用作可逆熱交換器23中的冷卻劑，整個系統(tǒng)的冷卻能耗得以減少，因此實現(xiàn)了高效處理。將可逆熱交換器23中用作冷卻劑的廢氣引入熱交換器11并在熱交換器11中再次用作冷卻劑。然后，通過煙囪51將它排放到系統(tǒng)以外。將廢氣排放到大氣中是為了將一部分廢氣排放到系統(tǒng)以外以減少廢氣在系統(tǒng)中的積聚。因此，排放到大氣的廢氣中二氧化碳的濃度非常低。
將旋風分離器25所分離出的干冰引入干冰熔化設備26中，使干冰加壓并液化。通過將干冰液化，使二氧化碳在可儲存性和可輸送性方面得以改進，并且變得易于處置。為了高效地液化大量所產(chǎn)生的干冰，一種在日本專利申請公開出版物No.2000-317302等中公開的采用螺桿型推出機構的設備或類似設備可用作干冰熔化設備26。液化后的二氧化碳被貯存在液化碳酸儲罐27中并可作為液化碳酸用于各種目的。
若不用圖1所示的包括干冰升華器24、旋風分離器25和干冰熔化設備26的布局，可改換采用圖2E的干冰升華器24的布局，在這種情況下，可以使用三個或三個以上的第一圓柱體241，不限于它們兩個。
這里，制冷器40通過利用能量如電能反復地壓縮和膨脹氮氣使氮氣冷卻為冷卻劑。冷卻操作所產(chǎn)生的液氮用于冷卻經(jīng)由熱交換器11循環(huán)的乙二醇和將冷卻劑例如經(jīng)DME冷卻塔18、干冰升華器24等循環(huán)的與此液氮分處不同通道的液氮進行冷卻。制冷器40包括渦輪式壓縮機41(氮氣增壓設備)、循環(huán)氮氣壓縮機42、用于膨脹冷卻劑來獲得低溫的制冷設備43、以液氮作為冷卻劑與乙二醇和借助另外通道循環(huán)的液氮進行熱量交換的熱交換器44等等。
如上所述，本實施方案的廢氣處理系統(tǒng)能夠從燃煤鍋爐、重油燃燒鍋爐或煉鐵廠的鼓風爐、煉焦爐或轉換器排放的包括有害氣體組分如氮氧化物和硫氧化物的廢氣中有效脫除水分和有害氣體組分，并且能夠在有效脫除水分和有害氣體組分的同時從廢氣中有效地回收二氧化碳。
這里，需要從廢氣中脫除的有害氣體例如包括一氧化碳、氮氧化物(NOx)如一氧化氮、硫氧化物(SOx)如一氧化硫和鹵素化合物如氟化氫。通過適當設定二氧化碳的凝固溫度和有害氣體組分的液化或凝固溫度并選擇合適的冷卻劑，能夠有效地脫除有害氣體組分。也就是說，通過讓包括另一類型有害氣體的廢氣流過冷卻劑使之冷卻至第一溫度，該廢氣中所含的有害氣體被液化或凝固并從廢氣中分離出來，并且通過將廢氣冷卻至低于第一溫度的第二溫度，使廢氣中所含的二氧化碳被凝固并從廢氣中分離出來，這樣得以實現(xiàn)本廢氣處理系統(tǒng)。
＝第二實施方案＝圖3示出了根據(jù)本發(fā)明第二實施方案的廢氣處理系統(tǒng)的示意圖。本實施方案的廢氣處理系統(tǒng)提供一個能從廢氣源10如發(fā)電廠、化工裝置等燃LNG鍋爐排放的包括有害氣體組分如氮氧化物的廢氣中有效回收所含二氧化碳同時能有效脫除廢氣中所含水分和有害氣體組分的工藝流程。
在本方案的廢氣處理系統(tǒng)中，在其預處理過程中，將從廢氣源10排放的包括有害氣體組分如氮氧化物的廢氣引入到熱交換器11所含的工業(yè)用水和冷凝器13中，從而冷卻到室溫左右。然后，在第一過程中，將冷卻至室溫左右的廢氣在脫水塔17中冷卻到不會使二氧化碳凝固的第一溫度，從而使廢氣中所含水分和氮氧化物液化或凝固并從廢氣中分離出來。接著，在第二過程中，將已分離出水分和氮氧化物的廢氣在干冰升華器24中冷卻到比第一溫度低的第二溫度，從而使廢氣中所含的二氧化碳凝固并從廢氣中分離出來。
第一過程中分離出的有害氣體組分與冷卻劑混合在一起。優(yōu)選將冷卻劑進行循環(huán)并得以有效利用，以便能高效地操作廢氣處理系統(tǒng)。因此，在這一實施方案中，利用冷卻劑和有害氣體組分之間的蒸發(fā)溫度差，采用蒸發(fā)方法使冷卻劑與有害氣體組分分離并被回收，且回收的冷卻劑再次被用作冷卻劑。需要指出的是，盡管蒸發(fā)方法需要熱能，但可通過采用低沸點冷卻劑來減少該熱能。
為了在第二過程中有效地回收廢氣中所含的二氧化碳，當液化或凝固水分和有害氣體組分時二氧化碳必須不能液化或凝固。燃LNG鍋爐廢氣中的二氧化碳在低于預定溫度時會凝固成干冰。因此，為了不讓二氧化碳凝固，脫水塔17出口處的氣體溫度必須高于該預定溫度。
在第一過程中，要求冷卻劑在有害氣體組分被液化或凝固的溫度下本身不凝固，以便從液化或凝固的有害氣體組分中分離出冷卻劑。此外，為了有效地液化或凝固有害氣體組分，要求冷卻劑具有容易吸收有害氣體組分的特性。并且，為了在第二過程中有效地從廢氣中回收二氧化碳，要求冷卻劑具有二氧化碳不易溶解其中的性能。
滿足這些要求的特定冷卻劑是二甲醚(以下稱作DME，冷凍點-141.5℃，沸點-24.9℃)?？墒褂贸酌岩酝馄渌镔|作為冷卻劑，只要它們滿足冷卻劑的要求就行。例如，能滿足這些要求的無機鹽(氯化鈉，氯化鉀等)、溴化合物(溴化鋰，溴代溴化物(bromobromide)，等等)、醚(二甲醚、甲基醚等)、醇(甲醇、乙醇等)、硅油、石蠟烴(丙烷、丁烷等)、烯屬烴等可用作冷卻劑。為了將液化或凝固的有害氣體組分與冷卻劑分離，冷卻劑與有害氣體組分間有很大沸點差更為有利。從此類觀點考慮，醚和醇優(yōu)選作為冷卻劑。
圖4A示出了當使二氧化碳濃度為10％的模擬氣體流過根據(jù)本發(fā)明實施方案的DME時模擬氣體中二氧化碳濃度變化的測量結果。如該圖中所示，當模擬氣體開始流過DME時，由于模擬氣體溶于DME中故模擬氣體中二氧化碳的濃度暫時下降，過一段時間后，逐漸變成接近循環(huán)通過DME之前時的濃度(10％)。這是因為二氧化碳在DME中飽和之后，幾乎不再有二氧化碳溶于DME。為了證實DME易吸收有害氣體組分如氮氧化物，本發(fā)明人做了一個讓包括有害氣體組分(二氧化氮60ppm，二氧化硫80ppm，氨10ppm)的模擬氣體循環(huán)通過DME的實驗。結果證實了在模擬氣體開始流過DME之后的約1小時中模擬氣體中所有有害氣體組分濃度變成1ppm或更低。
接著，詳細描述本實施方案的廢氣處理系統(tǒng)的具體流程。首先，在預處理中，從廢氣源10如燃LNG鍋爐排放的包括有害氣體組分如氮氧化物的廢氣被引入到熱交換器11中，在熱交換器11中引入了借助海水泵12供應的海水(例如，25℃)和從制冷器40循環(huán)來的冷卻劑如乙二醇。從廢氣源10引入的廢氣(例如55℃)穿過熱交換器11因此而被海水和冷卻劑冷卻至室溫左右。
隨后將在熱交換器11中冷卻至室溫左右的廢氣引入到冷凝器13中，并將引入冷凝器13的廢氣導入冷凝器13所含的工業(yè)用水中。由此，將廢氣中所含的水分、有害氣體組分、粉塵和類似物脫除。從廢氣中移出的包括水分、有害氣體組分、粉塵和類似物的液化水暫時貯存在出料貯槽14中，隨后用出料泵15引入到出料處理裝置50中。最后將穿過冷凝器13的廢氣用廢氣鼓風機16引入到脫水塔17中。需要指出的是，在冷凝器13中與工業(yè)用水的熱交換使廢氣冷卻到室溫左右(例如5℃)。
在脫水塔17中，廢氣被進一步脫水并脫除有害氣體組分。通過脫除在廢氣中所含的水分，廢氣中所含的二氧化碳能夠隨后有效地回收。
廢氣是在脫水塔17的下端被引入脫水塔17中。使引入脫水塔17的廢氣(例如，5℃)流過按鼓泡方法裝入脫水塔17的用來冷卻廢氣的冷卻劑DME。引入到脫水塔17的廢氣通過與DME熱交換而被冷卻至冷卻溫度，在該溫度下在廢氣中所含的水分和有害氣體組分如氮氧化物被液化或凝固，而二氧化碳沒有凝固。通過將廢氣冷卻到該溫度，有害氣體組分被液化或凝固且因此與廢氣分離，而二氧化碳在廢氣中保持為氣體。
為了證實脫水塔17具有從廢氣中脫除有害氣體組分的功能，測量溶于冷卻劑的二氧化硫(SO2)和一氧化氮(NO)量。圖4B示出了用于這一測量的裝置圖。如該圖中所示，此裝置210有一個能產(chǎn)生模擬廢氣的混合器211、一個模擬脫水塔17的冷卻模擬廢氣用冷卻容器212(例如，試管或燒杯)、一個將模擬廢氣引入到冷卻容器212的進氣管213和一個將累積在冷卻容器212上部的氣體排放到冷卻容器以外的排氣管214，它們按照在圖中所示那樣來連接。
冷卻容器212含有甲苯(0到5℃，100cc的量)作為冷卻劑。進氣管設定為其開口位于甲苯的液面以下。此外，由混合器所混合的二氧化碳(CO2)、二氧化硫(SO2)、一氧化氮(NO)和氮氣(N2)的混合物用作模擬廢氣。圖4C示出了模擬廢氣的組成。在模擬廢氣以1l/h的恒定速度引入的條件下進行測量。
圖4D示出了測量結果。在該圖中，以冷卻劑(甲苯)溫度與二氧化硫(SO2)和一氧化氮(NO)溶解量(ppm)之間關系的曲線圖示出測量結果。在該曲線圖中繪出的兩條曲線分別表示根據(jù)SRK(Soave-Redlich-Kwong)所計算的二氧化硫(SO2)和一氧化氮(NO)溶解量(ppm)的理論值。在曲線圖上標記的圓圈表示通過測量所獲得的實測值，二氧化硫(SO2)溶解量的實測值是48(ppm)和一氧化氮(NO)溶解量的實測值是0.1(ppm)。這里，在與標記圓圈對應的溫度下，二氧化硫(SO2)溶解量的理論值是36(ppm)和一氧化氮(NO)溶解量的理論值是0.07(ppm)?？梢钥闯觯瑢崪y值之中的任何一個幾乎與它的理論值相符。
從以上測量得到證實，可以根據(jù)冷卻劑溫度從理論上獲得二氧化硫(SO2)和一氧化氮(NO)溶解量，并且能夠在脫水塔17中將有害氣體組分從廢氣中有效地分離出去。
將來自冷卻DME用的DME冷卻塔18的DME循環(huán)供應到脫水塔17中。用循環(huán)泵19將制冷器/熱交換器44冷卻的冷卻劑(液氮)經(jīng)DME冷卻塔18進行循環(huán)。DME通過與冷卻劑熱交換而被冷卻。
通過使廢氣流過脫水塔17，DME進而含有水分和液化或凝固的有害氣體組分，隨后被引入到固液分離塔28中。注意在這一階段中，DME和水分及有害氣體組分凝固物處于沙冰狀態(tài)(淤漿)。固液分離塔28將DME與水分和有害氣體組分凝固物分離開來。由固液分離塔28分離出的DME被引入到DME分離塔20以便再使用該DME。被引入到DME分離塔20的DME會殘留一些水分和有害氣體組分。
從脫水塔17引入到DME分離塔20的DME通過與海水間接熱交換來使溫度升高(例如升高到5℃)。在這一溫度下，水分和有害氣體組分是液體或固體，而DME是氣體。因此，DME氣體上升到DME分離塔20的上部，由此被分離出去。將上升到DME分離塔20上部的DME自該處回收并引入到DME冷卻塔18中，并再引入脫水塔17。按此方式，循環(huán)使用DME。這樣，通過循環(huán)利用冷卻劑DME，本實施方案的廢氣處理系統(tǒng)整體進行操作來高效利用冷卻劑。同時，將留在DME分離塔20中的液體或固體水分和有害氣體組分引入到出料處理裝置50中。
將上升至脫水塔17上部的包括二氧化碳的廢氣引入到可逆熱交換器23中。引入可逆熱交換器23的廢氣通過在可逆熱交換器23中與來自旋風分離器25(下文描述)的廢氣進行熱交換而被冷卻，然后被引入干冰升華器24中。引入干冰升華器24中的廢氣通過與借助制冷器/熱交換器40在干冰升華器24中循環(huán)通過的冷卻劑(液氮)進行間接熱交換而被冷卻。
為了證實干冰升華器24中的二氧化碳(CO2)回收率，測量二氧化碳(CO2)回收率與模擬氣體溫度的關系。圖4E、4F示出了用于這一測量的干冰升華器440的布局。圖4E是干冰升華器440的側視圖且圖4F是由圖4E中箭頭A指示方向看到的干冰升華器440的側視圖。如圖所示，干冰升華器440包括兩個直立布置的第一圓柱體441(例如由SUS304制成)，在第一圓柱體441之下水平布置(即，垂直于第一圓柱體441)的第二圓柱體442，它與第一圓柱體441的內部聯(lián)通。在第一圓柱體441內布置有冷卻劑(例如液氮)循環(huán)通過的冷卻劑流管444(材料銅；長900mm，20圈，外部面積7.1m2)。冷卻劑流管444外表面上形成螺旋狀鰭狀物(未示出)來增加與二氧化碳(CO2)的接觸面積。第一圓柱體441和第二圓柱體442的兩端各自用塞子446封閉。
15％二氧化碳(CO2)和85％氮氣(N2)的混合物用作模擬氣體。當模擬氣體以670升/分鐘的流速自第一圓柱體441之一的預定位置處所設定的入口448引入并從另一個第一圓柱體441的預定位置處所設定的出口449排出而使其流過設備時進行測量。引入干冰升華器440內部空間447的模擬氣體通過與冷卻劑流管444的外部接觸而被冷卻到能使二氧化碳(CO2)凝固但氮氣(N2)不會凝固的溫度。這樣，模擬氣體中的二氧化碳就變成干冰，沉積在第二圓柱體442內。同時，模擬氣體中的氮氣組分從出口449排出。
圖4G示出了測量結果。在該圖中，使用二氧化碳(CO2)濃度為15％的模擬氣體，用曲線圖表示從出口449排出的模擬氣體的溫度與二氧化碳(CO2)回收率之間的關系。正如該測量結果所示，證實了用干冰升華器24能夠有效地回收二氧化碳(CO2)。
將干冰升華器24中產(chǎn)生的干冰引入旋風分離器25，分離干冰和廢氣。其中，廢氣被引入可逆熱交換器23中并如前所述起冷卻劑作用。由于干冰升華器24中所冷卻的廢氣用作可逆熱交換器23中的冷卻劑，整個系統(tǒng)的冷卻能耗得以減少，因此實現(xiàn)了高效處理。將可逆熱交換器23中用作冷卻劑的廢氣引入熱交換器11并在熱交換器11中再次用作冷卻劑。然后，通過煙囪51將它排放到系統(tǒng)以外。將廢氣排放到大氣中是為了將一部分廢氣排放到系統(tǒng)以外以減少廢氣在系統(tǒng)中的積聚。因此，排放到大氣的廢氣中二氧化碳的濃度非常低。
將旋風分離器25所分離出的干冰引入干冰熔化設備26中，使干冰加壓并液化。通過將干冰液化，使二氧化碳在可儲存性和可輸送性方面得以改進，并且變得易于處置。為了高效地液化大量所產(chǎn)生的干冰，一種在日本專利申請公開出版物No.2000-317302等中公開的采用螺桿型推出機構的設備或類似設備可用作干冰熔化設備26。液化后的二氧化碳被貯存在液化碳酸儲罐27中并可作為液化碳酸用于各種目的。
若不用圖3所示的包括干冰升華器24和旋風分離器25的布局，可改換采用圖4E的干冰升華器440的布局，在這種情況下，可以使用三個或三個以上的第一圓柱體441，不限于它們兩個。
這里，通過利用LNG 60的蒸發(fā)熱，制冷器/熱交換器44將循環(huán)通過熱交換器11的乙二醇和循環(huán)通過DME冷卻塔18、干冰升華器24等的冷卻劑如液氮進行冷卻。例如在使用LNG作為氣體燃料的發(fā)電廠中，LNG是在-150℃到-165℃溫度的液態(tài)下運輸并儲存于LNG罐或類似設備中。當LNG用作氣體燃料時，LNG從大氣或海水獲得蒸發(fā)熱來升高溫度并氣化，同時制冷器/熱交換器44利用這一蒸發(fā)熱來冷卻冷卻劑如乙二醇和液氮。也就是說，廢氣或冷卻劑是通過利用LNG用作氣體燃料時所產(chǎn)生的蒸發(fā)熱來冷卻的。通過使用LNG的蒸發(fā)熱來凝固和分離廢氣中所含的二氧化碳的技術已公開在例如日本專利申請公開出版物No.H08-12314等中。
如上所述，本實施方案的廢氣處理系統(tǒng)能夠從燃LNG鍋爐或類似設備排放的包括有害氣體組分如氮氧化物的廢氣中有效脫除水分和有害氣體組分，并且能夠在有效脫除水分和有害氣體組分的同時從廢氣中有效地回收二氧化碳。
這里，需要從廢氣中脫除的有害氣體例如包括一氧化碳、氮氧化物(NOx)如一氧化氮、硫氧化物(SOx)如一氧化硫和鹵素化合物如氟化氫。通過適當設定二氧化碳的凝固溫度和有害氣體組分的液化或凝固溫度并選擇合適的冷卻劑，能夠有效地脫除有害氣體組分。也就是說，通過讓包括另一類型有害氣體的廢氣流過冷卻劑使之冷卻至第一溫度，該廢氣中所含的有害氣體被液化或凝固并從廢氣中分離出來，并且通過將廢氣冷卻至低于第一溫度的第二溫度，使廢氣中所含的二氧化碳被凝固并從廢氣中分離出來，這樣得以實現(xiàn)本廢氣處理系統(tǒng)。
＝第三實施方案＝圖5示出了根據(jù)本發(fā)明第三實施方案的廢氣處理系統(tǒng)的示意圖。本實施方案的廢氣處理系統(tǒng)提供一個能從廢氣源10如發(fā)電廠、化工裝置等的燃煤鍋爐或燒重油鍋爐以及煉鐵廠的鼓風爐、煉焦爐、轉換器等排放的包括有害氣體組分如氮氧化物和硫氧化物的廢氣中有效回收所含二氧化碳同時能有效脫除廢氣中所含水分和有害氣體組分的工藝流程。
在本方案的廢氣處理系統(tǒng)中，在其預處理過程中，將從廢氣源10排放的包括有害氣體組分如氮氧化物和硫氧化物的廢氣引入到熱交換器11所含的工業(yè)用水和冷凝器13中，從而冷卻到室溫左右。然后，在第一過程中，將冷卻至室溫左右的廢氣在脫水塔17中冷卻到不會使二氧化碳凝固的第一溫度，從而使廢氣中所含水分、硫氧化物和氮氧化物液化或凝固并從廢氣中分離出來。接著，在第二過程中，將已從中分離出水分、氮氧化物和硫氧化物的廢氣引入二氧化碳分離器30中，使廢氣中所含的二氧化碳冷卻并凝固使其分離出來，然后將分離出來的二氧化碳液化并出料。
盡管第一過程中分離出的有害氣體組分與冷卻劑混合在一起。但優(yōu)選將冷卻劑進行循環(huán)并得以有效利用，以便能高效地操作廢氣處理系統(tǒng)。因此，在本實施方案中，利用冷卻劑和有害氣體組分之間的蒸發(fā)溫度差，采用蒸發(fā)方法使冷卻劑與有害氣體組分分離并被回收，且回收的冷卻劑再次被用作冷卻劑。需要指出的是，盡管蒸發(fā)方法需要熱能，但可通過采用低沸點冷卻劑來減少該熱能。
為了在第二過程中有效地回收廢氣中所含的二氧化碳，當液化或凝固水分和有害氣體組分時二氧化碳必須不能液化或凝固。熱電站廢氣中的二氧化碳在低于預定溫度時會凝固成干冰。因此，為了不讓二氧化碳凝固，脫水塔17出口處的氣體溫度必須高于該預定溫度。
在第一過程中，要求冷卻劑在有害氣體組分被液化或凝固的溫度下本身不凝固，以便從液化或凝固的有害氣體組分中分離出冷卻劑。此外，為了有效地液化或凝固有害氣體組分，要求冷卻劑具有容易吸收有害氣體組分的特性。并且，為了在第二過程中有效地從廢氣中回收二氧化碳，要求冷卻劑具有二氧化碳不易溶解其中的性能。
滿足這些要求的特定冷卻劑是二甲醚(以下稱作DME)?？墒褂贸酌岩酝馄渌镔|作為冷卻劑，只要它們滿足冷卻劑的要求就行。例如，能滿足這些要求的無機鹽(氯化鈉，氯化鉀等)、溴化合物(溴化鋰，溴代溴化物(bromo bromide)，等等)、醚(二甲醚、甲基醚等)、醇(甲醇、乙醇等)、硅油、石蠟烴(丙烷、丁烷等)、烯屬烴等可用作冷卻劑。為了將液化或凝固的有害氣體組分與冷卻劑分離，冷卻劑與有害氣體組分間有很大沸點差更為有利。從此類觀點考慮，醚和醇優(yōu)選作為冷卻劑。
圖6示出了當使二氧化碳濃度為10％的模擬氣體流過根據(jù)本發(fā)明實施方案的DME時模擬氣體中二氧化碳濃度變化的測量結果。如該圖中所示，當模擬氣體開始流過DME時，由于模擬氣體溶于DME中故模擬氣體中二氧化碳的濃度暫時下降，過一段時間后，逐漸變成接近循環(huán)通過DME之前時的濃度(10％)。這是因為二氧化碳在DME中飽和之后，幾乎不再有二氧化碳溶于DME。為了證實DME易吸收有害氣體組分如氮氧化物和硫氧化物，本發(fā)明人做了一個讓包括有害氣體組分(二氧化氮60ppm，二氧化硫80ppm，氨10ppm)的模擬氣體循環(huán)通過DME的實驗。結果證實了在模擬氣體開始流過DME之后的約1小時中模擬氣體中所有有害氣體組分濃度變成1ppm或更低。
接著，詳細描述本實施方案的廢氣處理系統(tǒng)的具體流程。首先，在預處理中，從廢氣源10排放的包括有害氣體組分如氮氧化物和硫氧化物的廢氣被引入到熱交換器11中，在熱交換器11中引入了借助海水泵12供應的海水(例如，25℃)和從制冷器40循環(huán)來的冷卻劑如乙二醇。從廢氣源10引入的廢氣(例如55℃)穿過熱交換器11而被海水和冷卻劑冷卻至室溫左右。
隨后將在熱交換器11中冷卻至室溫左右的廢氣引入到冷凝器13中，并將引入冷凝器13的廢氣導入冷凝器13所含的工業(yè)用水中。由此，將廢氣中所含的水分、有害氣體組分、粉塵和類似物脫除。從廢氣中移出的包括水分、有害氣體組分、粉塵和類似物的液化水暫時貯存在出料貯槽14中，隨后用出料泵15引入到出料處理裝置50中。最后將穿過冷凝器13的廢氣用廢氣鼓風機16引入到脫水塔17中。需要指出的是，在冷凝器13中與工業(yè)用水的熱交換使廢氣從室溫左右冷卻到例如5℃。
在脫水塔17中，廢氣被進一步脫水并脫除有害氣體組分。通過脫除在廢氣中所含的水分，廢氣中所含的二氧化碳隨后能夠有效地回收。
廢氣是在脫水塔17的下端被引入脫水塔17中。使引入脫水塔17的廢氣(例如，5℃)流過按鼓泡方法裝入脫水塔17的用來冷卻廢氣的冷卻劑DME。引入到脫水塔17的廢氣通過與DME熱交換而被冷卻至冷卻溫度，在該溫度下廢氣中所含的水分和有害氣體組分如氮氧化物和硫氧化物被液化或凝固，而二氧化碳沒有凝固。通過將廢氣冷卻到該溫度，有害氣體組分被液化或凝固且因此與廢氣分離，而二氧化碳在廢氣中保持為氣體。
將來自DME冷卻塔18的DME循環(huán)供應到脫水塔17中。用循環(huán)泵19將制冷器40冷卻的冷卻劑(液氮)循環(huán)供給到DME冷卻塔18。在DME冷卻塔18中，DME通過與冷卻劑熱交換而被冷卻。
將已流過脫水塔17的DME引入到DME分離塔20中。此DME含水分和液化或固化的有害氣體組分。被引入到DME分離塔20中的DME通過與海水間接熱交換來升高溫度(例如，升高到-20℃)。在此溫度下，水分和有害氣體組分是液體或固體，而DME是氣體。因此，DME上升到DME分離塔20的上部，由此與其它組分分離。將上升到DME分離塔20上部的DME自該處回收并引入到DME冷卻塔18中，并再引入脫水塔17。按此方式，循環(huán)使用DME。這樣，通過循環(huán)利用冷卻劑DME，本實施方案的廢氣處理系統(tǒng)整體進行操作來高效利用冷卻劑。
將留在DME分離塔20中的液體或固體水分和有害氣體組分用輸送泵21引入到組分分離塔22中。引入組分分離塔22的水分和有害氣體組分通過在組分分離塔22中與海水間接熱交換來升高溫度(例如提高到5℃)。在這一溫度下，水分和二氧化氮是液體而二氧化硫是氣體。將二氧化硫氣體從組分分離塔22上邊排出并引入到熱交換器11中，由此用作冷卻劑來冷卻來自廢氣源10的廢氣(例如為55℃)。通過以這一方式將二氧化硫用作冷卻劑，整個系統(tǒng)的冷卻用能耗得以減少，由此實現(xiàn)高效處理。
將用作冷卻劑之后的廢氣通過熱交換升高溫度(升高至例如45℃)，并經(jīng)煙囪51排出到系統(tǒng)外。同時，將除二氧化硫外留在組分分離塔22中的液化水和有害氣體組分如二氧化氮引入到出料處理裝置50中。
將升至脫水塔17上部的包括二氧化碳的廢氣引入到可逆熱交換器23中。引入可逆熱交換器23的廢氣在其中被冷卻并引入到二氧化碳分離器30中。二氧化碳分離器30將二氧化碳從廢氣中分離出來并液化，將分離出的二氧化碳出料。二氧化碳分離器30的詳細布局和作用將在下文詳述。
液化后的二氧化碳被輸送和貯存在液化碳酸儲罐27中。同時將已在二氧化碳分離器30內從中分離出二氧化碳的廢氣引入可逆熱交換器23中作為冷卻劑，然后再引入熱交換器11中。在熱交換器11中用作冷卻劑后，將廢氣經(jīng)煙囪51排放到系統(tǒng)外的大氣中。將廢氣排放到大氣中是為了將一部分廢氣排放到系統(tǒng)以外以減少廢氣在系統(tǒng)中的積聚。因此，排放到大氣的廢氣中二氧化碳的濃度非常低。
這里，制冷器40通過利用能量如電能反復地壓縮和膨脹氮氣使氮氣冷卻為冷卻劑。冷卻操作所產(chǎn)生的液氮用于冷卻經(jīng)由熱交換器11循環(huán)的乙二醇和將冷卻劑例如經(jīng)DME冷卻塔18、干冰升華器24等循環(huán)的與此液氮分處不同通道的液氮進行冷卻。制冷器40包括渦輪式壓縮機41(氮氣增壓設備)、循環(huán)氮氣壓縮機42、用于膨脹冷卻劑來獲得低溫的制冷設備43、以液氮作為冷卻劑與乙二醇和借助另外通道循環(huán)的液氮進行熱量交換的熱交換器44等等。
如上所述，本實施方案的廢氣處理系統(tǒng)能夠從燃煤鍋爐、重油燃燒鍋爐或煉鐵廠的鼓風爐、煉焦爐或轉換器排放的包括有害氣體組分如氮氧化物和硫氧化物的廢氣中有效脫除水分和有害氣體組分，并且能夠在有效脫除水分和有害氣體組分的同時從廢氣中有效地回收二氧化碳。
這里，需要從廢氣中脫除的有害氣體例如包括一氧化碳、氮氧化物(NOx)如一氧化氮、硫氧化物(SOx)如一氧化硫和鹵素化合物如氟化氫。通過適當設定二氧化碳的凝固溫度和有害氣體組分的液化或凝固溫度并選擇合適的冷卻劑，能夠有效地脫除有害氣體組分。也就是說，通過讓包括另一類型有害氣體的廢氣流過冷卻劑使之冷卻至第一溫度，該廢氣中所含的有害氣體被液化或凝固并從廢氣中分離出來，并且通過將廢氣冷卻至低于第一溫度的第二溫度，使廢氣中所含的二氧化碳被凝固并從廢氣中分離出來，這樣得以實現(xiàn)本廢氣處理系統(tǒng)。
<二氧化碳分離器30>
下面詳細描述二氧化碳分離器30的布局和作用。圖7示出根據(jù)本發(fā)明實施方案的二氧化碳分離器30的布局圖。在該圖中，耐壓容器310是由金屬(例如不銹鋼)制成的基本為矩形的容器，長、寬和高約有幾米。在耐壓容器310頂面的預定位置處開出一個氣體入口321以使從可逆熱交換器23引出的廢氣經(jīng)此流入。并且，在耐壓容器310底面的預定位置開出一個氣體出口322以使廢氣中除二氧化碳外的組分排放出來。而且，在耐壓容器310底面與氣體出口322分開的預定位置處開出一個液體出口323以便將耐壓容器310底部累積的液化二氧化碳排出。為使經(jīng)氣體入口321流入的廢氣在耐壓容器310中停留預定的時間或更長時間，氣體出口322開在一個與氣體入口321有預定距離的位置處。
連接到氣體入口321的管線(氣體流入管331)裝有一個用來調節(jié)廢氣流入量的控制閥341。并且，連接到氣體出口322的管線(氣體排放管332)裝有一個用來調節(jié)廢氣排放量的控制閥342。而且，連接到液體出口323的管線(液體排出管333)裝有一個用來調節(jié)液態(tài)二氧化碳排出量的控制閥343。通過關閉全部控制閥341、342、343，則該耐壓容器310處于氣密封閉狀態(tài)。
在耐壓容器310內，配置有金屬(例如銅或不銹鋼)制成的冷卻劑流管(冷卻器)312，作為冷卻劑的液氮(LN2)經(jīng)該管進行循環(huán)。作為冷卻劑的液氮是由制冷器40提供的。用于控制冷卻劑流量的控制閥341裝在冷卻劑流管312的上游。為了確保冷卻劑流管312能與流經(jīng)耐壓容器310的廢氣之間有足夠的接觸面積，將其分成兩部分冷卻劑流管312。在該耐壓容器中冷卻劑流管312是回形排布的，由此進一步確保了與氣體之間有足夠的接觸面積。
傳熱管(傳熱設備)313被埋入耐壓容器310的壁內。傳熱管313的上游裝有一個控制閥(未示出)來控制流經(jīng)傳熱管313的加熱介質流量。加熱介質例如是干空氣并且是從熱源314輸送到傳熱管313。通過使用從制冷器40循環(huán)來的冷卻劑作為加熱介質，則整個系統(tǒng)的能量得以有效利用。若傳熱管313不是埋入耐壓容器310的壁內，則可替換成將其裝在耐壓容器310內。另外，若是不用傳熱管313，則可換成使用電加熱器(例如，硅橡膠加熱器或氟樹脂加熱器)。
耐壓容器310裝有各種傳感器如測量耐壓容器310中氣體溫度的傳感器和測量冷卻劑流管312表面溫度的傳感器。各傳感器的輸出值被輸入到測量設備或計算機(未示出)中并由操作員監(jiān)測。在耐壓容器310的預定位置處裝有一個小窗口(未示出)，透過該窗口能夠觀察到耐壓容器310的內部。
將參考圖8所示的工藝流程來描述用二氧化碳分離器30將廢氣中的二氧化碳分離出來的方法。假設在初始狀態(tài)下，控制閥341、342、343全部被關閉(S801)。
首先，打開控制閥344，冷卻劑(液氮)開始流過冷卻劑流管312(S802)。這里，冷卻劑流管312的表面溫度要降低到能使二氧化碳凝固而有害氣體組分如氮氧化物不會液化的溫度。圖9是二氧化碳的T-P(溫度-壓力)圖。如該圖所示，二氧化碳的升華點在1個大氣壓下為-78.5℃。因此，若假設為1個大氣壓，則冷卻劑流管312的表面溫度至少為-78.5℃或更低。
當冷卻劑流管312的表面溫度達到上述溫度時，則打開控制閥341、342，將欲分離出二氧化碳的氣體流經(jīng)控制閥341，開始流過耐壓容器310(S803)。流過耐壓容器310的氣體被冷卻劑流管312所冷卻，從而使氣體中所含的二氧化碳在冷卻劑流管312的外部沉淀成干冰350(S804)。同時，流入耐壓容器310的廢氣流過耐壓容器310并經(jīng)由控制閥342排出耐壓容器310之外(S805)。
當冷卻劑流管312表面沉淀的干冰350的量達到了預定量(S806是)，則關閉控制閥341、342來氣密關閉耐壓容器310(S807)。另外，關閉控制閥344來停止冷卻劑(液氮)流過冷卻劑流管312(S808)。例如采用透過小窗口肉眼觀察耐壓容器310內部或根據(jù)時間是否已達到預定周期的方法來確定所沉淀的干冰350的量是否達到預定量。
接著，打開控制閥345，讓加熱介質流過傳熱管313(S809)以便使耐壓容器310的內部溫度升高。隨著耐壓容器310內部溫度的升高，冷卻劑流管312表面上沉淀的干冰350開始蒸發(fā)(升華)(S810)。同時，通過干冰350的蒸發(fā)，耐壓容器310的內部壓力會升高。如圖9中所示，二氧化碳的三相點是在5.11大氣壓和-56.6℃。因此，當由于干冰350蒸發(fā)，耐壓容器310內部的溫度和壓力變得高于其三相點的值時，耐壓容器310中一部分二氧化碳開始液化，并且通過液化所產(chǎn)生的液態(tài)二氧化碳會累積在耐壓容器310的底部(S811)。
然后，當沉淀在冷卻劑流管312表面的干冰350完全蒸發(fā)或液化時(S811是)，打開控制閥343。由此將耐壓容器310底部累積的液態(tài)二氧化碳利用耐壓容器310內部的壓力經(jīng)由液體出口323排出到耐壓容器310之外(S813)。例如采用透過小窗口肉眼觀察耐壓容器310內部或根據(jù)時間是否已達到預定周期的方法來確定干冰350是否完全蒸發(fā)或液化。通過將連接液體出口323的液體排出管33內部保持在一個能維持二氧化碳為液體的溫度和壓力下，使二氧化碳能夠在保持為液體的狀態(tài)下被排出耐壓容器310。
如上所述，采用本實施方案的二氧化碳分離器30，能夠高效地分離出氣體中所含的二氧化碳。在關閉控制閥344和傳熱管313的控制閥345之后，通過重復S801和后面的過程，能夠從可逆熱交換器23連續(xù)引出的廢氣中連續(xù)分離出二氧化碳(S814否)。
采用二氧化碳分離器30，使二氧化碳能在同一耐壓容器310內凝固或液化。此外，如上所述，二氧化碳分離器30布局簡單，因而可在低成本下實施。并且，因為二氧化碳分離器30中干冰350是在傳熱管(冷卻劑流管312)外沉淀，故傳熱管313的內部通道不會阻塞，因此很容易進行連續(xù)或自動的操作。并且，無需使用特殊的液化設備，二氧化碳能以便于運輸和儲存的液體形式排出。
控制閥341到345例如可以是電磁閥，借助控制線連接到計算機進行控制，并且通過計算機硬件和在該硬件上運行的控制軟件進行遠程控制。另外，所有或部分上述過程能夠安排成根據(jù)各傳感器的輸出值自動地執(zhí)行。
＝第四實施方案＝圖10示出根據(jù)本發(fā)明第四實施方案的廢氣處理系統(tǒng)的布局圖。此廢氣處理系統(tǒng)能從廢氣源10如發(fā)電廠、化工裝置等燃LNG鍋爐排放的包括有害氣體組分如氮氧化物的廢氣中有效回收所含二氧化碳同時能有效脫除廢氣中所含水分和有害氣體組分在這一廢氣處理系統(tǒng)中，在其預處理過程中，將從廢氣源10排放的包括有害氣體組分如氮氧化物的廢氣引入到熱交換器11所含的工業(yè)用水和冷凝器13中，從而冷卻到室溫左右。然后，在第一過程中，將冷卻至室溫左右的廢氣在脫水塔17中冷卻到不會使二氧化碳凝固的第一溫度，從而使廢氣中所含水分和氮氧化物液化或凝固并從廢氣中分離出來。接著，在第二過程中，將已從中分離出水分和氮氧化物的廢氣引入二氧化碳分離器30中，使廢氣中所含的二氧化碳冷卻并凝固使其分離出來，然后將分離出來的二氧化碳液化并出料。
接著，依次描述本實施方案的廢氣處理系統(tǒng)的具體過程。首先，在預處理過程中，從廢氣源10如燃LNG鍋爐排放的包括有害氣體組分如氮氧化物的廢氣被引入到熱交換器11中，在熱交換器11中引入了借助海水泵12供應的海水(例如，25℃)和從制冷器40循環(huán)來的冷卻劑如乙二醇。從廢氣源10引入的廢氣(例如55℃)穿過熱交換器11而被海水和冷卻劑冷卻至室溫左右。
將冷卻后的廢氣引入到冷凝器13中，然后導入冷凝器13所含的工業(yè)用水中。由此，將廢氣中所含的水分、有害氣體組分、粉塵和類似物脫除。從廢氣中移出的包括水分、有害氣體組分、粉塵和類似物的液化水暫時貯存在出料貯槽14中，隨后用出料泵15引入到出料處理裝置50中。最后將穿過冷凝器13的廢氣用廢氣鼓風機16引入到脫水塔17中。需要指出的是，在冷凝器13中與工業(yè)用水的熱交換使廢氣從室溫左右冷卻到例如5℃。
在脫水塔17中，廢氣被進一步脫水并脫除有害氣體組分。通過脫除在廢氣中所含的水分，廢氣中所含的二氧化碳隨后進行的回收過程中能夠有效地回收。
廢氣是在脫水塔17的下端被引入脫水塔17中。使引入脫水塔17的廢氣(例如，5℃)流過按鼓泡方法裝入脫水塔17的用來冷卻廢氣的冷卻劑DME(例如-90℃)。引入到脫水塔17的廢氣通過與DME熱交換而被冷卻至冷卻溫度，在該溫度下廢氣中所含的水分和有害氣體組分如氮氧化物被液化或凝固，而二氧化碳沒有凝固。雖然水分和二氧化氮被液化或凝固并因此與廢氣分離，而二氧化碳在廢氣中保持為氣體。包括二氧化碳的廢氣上升到脫水塔17的上部并加到可逆換熱器23中。
將來自DME冷卻塔18的冷卻后DME循環(huán)供應到脫水塔17中。用循環(huán)泵19將制冷器/熱交換器44冷卻的冷卻劑(液氮)經(jīng)DME冷卻塔18進行循環(huán)。DME通過與冷卻劑熱交換而被冷卻。
將已在脫水塔17中導入了廢氣的DME引入到固液分離塔28中。注意在這一階段中，DME和水分及有害氣體組分的凝固物處于沙冰狀態(tài)(淤漿)。固液分離塔28將DME與水分和有害氣體組分的凝固物分離開來。由固液分離塔28分離出的DME被引入到DME分離塔20以便再使用該DME。被引入到DME分離塔20的DME會殘留一些水分和有害氣體組分。
從脫水塔17引入到DME分離塔20的DME通過與海水間接熱交換來使溫度升高(例如升高到5℃)。在這一溫度下，水分和有害氣體組分是液體或固體，而DME是氣體。因此，DME氣體上升到DME分離塔20的上部，由此被分離出去。將上升到DME分離塔20上部的DME自該處回收并引入到DME冷卻塔18中，并再引入脫水塔17。按此方式，循環(huán)使用DME。這樣，通過循環(huán)利用冷卻劑DME，本實施方案的廢氣處理系統(tǒng)整體進行操作來高效利用冷卻劑。同時，將留在DME分離塔20中的液體或固體水分和有害氣體組分引入到出料處理裝置50中。
將從脫水塔17引入到可逆熱交換器23中的廢氣在其中進行冷卻并引入到二氧化碳分離器30中。二氧化碳分離器30將二氧化碳從廢氣中分離出來并液化，將分離出的二氧化碳出料。二氧化碳分離器30的詳細布局和作用將在下文詳述。
所排出的液化二氧化碳被輸送和貯存在液化碳酸儲罐27中。同時將已在二氧化碳分離器30內從中分離出二氧化碳的廢氣引入可逆熱交換器23中作為冷卻劑，然后再引入熱交換器11中。在熱交換器11中用作冷卻劑后，將廢氣經(jīng)煙囪51排放到系統(tǒng)外的大氣中。將廢氣排放到大氣中是為了將一部分廢氣排放到系統(tǒng)以外以減少廢氣在系統(tǒng)中的積聚。因此，排放到大氣的廢氣中二氧化碳的濃度非常低。
這里，通過利用LNG的蒸發(fā)熱，制冷器/熱交換器44將循環(huán)通過熱交換器11的乙二醇和循環(huán)通過DME冷卻塔18、干冰升華器24等的冷卻劑如液氮進行冷卻。例如在使用LNG作為氣體燃料的發(fā)電廠中，LNG是在-150℃到-165℃溫度的液態(tài)下運輸并儲存于LNG罐或類似設備中。當LNG用作氣體燃料時，LNG從大氣或海水獲得蒸發(fā)熱來升高溫度并氣化，同時制冷器/熱交換器44利用這一蒸發(fā)熱來冷卻冷卻劑如乙二醇和液氮。也就是說，廢氣或冷卻劑是通過利用LNG用作氣體燃料時所產(chǎn)生的蒸發(fā)熱來冷卻的。通過使用LNG的蒸發(fā)熱來凝固和分離廢氣中所含的二氧化碳的技術已公開在例如日本專利申請公開出版物No.H08-12314等中。
如上所述，本實施方案的廢氣處理系統(tǒng)能夠從燃LNG鍋爐或類似設備排放的包括有害氣體組分如氮氧化物的廢氣中高效地脫除水分和有害氣體組分，而且能夠進一步從廢氣中高效地回收二氧化碳。
盡管上文已描述了欲從廢氣中脫除的有害氣體組分是二氧化氮的情況，但通過選擇適當?shù)睦鋮s劑，與本實施方案相同的工藝流程能夠應用于諸如一氧化碳、其它氮氧化物(NOx)如一氧化氮和鹵素化合物如氟化氫的其它有害氣體組分。
控制閥341到345例如可以是電磁閥，借助控制線連接到計算機進行控制，并且通過計算機硬件和在該硬件上運行的控制軟件進行遠程控制。另外，所有或部分上述過程能夠安排成根據(jù)各傳感器的輸出值自動地執(zhí)行。
雖然已經(jīng)描述了本發(fā)明的實施方案，但是以上實施方案是為了幫助理解本發(fā)明而提供并不是限制本發(fā)明。應該理解的是，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下能夠作各種變化和改變，并且本發(fā)明包括它們的等同方案。
權利要求
1.廢氣處理方法，其特征在于它包括讓廢氣流過冷卻劑使之冷卻到使氮氧化物液化或凝固但二氧化碳不會凝固的第一溫度，由此將廢氣中所含的有害氣體組分氮氧化物液化或凝固從而將它們從廢氣中分離出來的第一過程；和將廢氣冷卻到使二氧化碳凝固的第二溫度，由此將廢氣中所含的二氧化碳凝固從而將它從廢氣中分離出來的第二過程。
2.根據(jù)權利要求1的廢氣處理方法，其特征在于它包括讓廢氣流過冷卻劑使之冷卻到使氮氧化物和硫氧化物液化或凝固但不會凝固二氧化碳的第一溫度，從而將廢氣中所含的作為有害氣體組分的氮氧化物和硫氧化物液化或凝固而將它們從廢氣中分離出來的第一過程；和將廢氣冷卻到能凝固二氧化碳的第二溫度，由此將廢氣中所含的二氧化碳凝固從而將它從廢氣中分離出來的第二過程。
3.根據(jù)權利要求2的廢氣處理方法，其特征在于它包括將第一過程從廢氣分離出的有害氣體組分的溫度升高到蒸發(fā)冷卻劑但不蒸發(fā)有害氣體組分的溫度，由此分離有害氣體組分和冷卻劑的過程。
4.根據(jù)權利要求3的廢氣處理方法，其特征在于它包括將與有害氣體組分分離的冷卻劑作為一種能使廢氣經(jīng)其流過的冷卻劑進行循環(huán)的過程。
5.根據(jù)權利要求2-4任何一項的廢氣處理方法，其特征在于它包括將第一過程從廢氣中分離出的有害氣體組分的溫度提高到可以蒸發(fā)硫氧化物但不蒸發(fā)氮氧化物的溫度，由此將有害氣體組分所含的硫氧化物和氮氧化物分離的過程。
6.根據(jù)權利要求2-5任何一項的廢氣處理方法，特征在于冷卻劑包括二甲醚、甲醇、乙醇、甲苯和乙苯中的任何一種。
7.根據(jù)權利要求2-6任何一項的廢氣處理方法，特征在于第一過程包括一個從廢氣中分離出廢氣所含水分的過程。
8.根據(jù)權利要求2-7任何一項的廢氣處理方法，特征在于第二過程包括一個將固體二氧化碳(干冰)進行液化的過程。
9.根據(jù)權利要求2-8任何一項的廢氣處理方法，特征在于第一過程之前要進行一個將冷卻至大約室溫后的廢氣通過與水進行熱交換來脫除廢氣中所含水分、有害氣體組分和粉塵的預處理過程。
10.一種廢氣處理系統(tǒng)，其特征在于它包括第一裝置，該裝置用來實施一個讓廢氣流過冷卻劑使之冷卻到使氮氧化物液化或凝固但不會凝固二氧化碳的第一溫度，由此將廢氣中所含的有害氣體組分氮氧化物液化或凝固而將它們從廢氣中分離出來的過程；和第二裝置，該裝置用來實施一個將廢氣冷卻到凝固二氧化碳的第二溫度，由此使廢氣中所含二氧化碳凝固從而將它從廢氣中分離出來的過程。
11.根據(jù)權利要求10的廢氣處理系統(tǒng)，其特征在于它包括第一裝置，該裝置用來實施一個讓廢氣流過冷卻劑使之冷卻到使氮氧化物和硫氧化物液化或凝固但不會凝固二氧化碳的第一溫度，從而將廢氣中所含有害氣體組分氮氧化物和硫氧化物液化或凝固而將它們從廢氣中分離出來的過程；和第二裝置，該裝置用來實施一個將廢氣冷卻到凝固二氧化碳的第二溫度，由此使廢氣中所含的二氧化碳凝固從而將它從廢氣中分離出來的過程。
12.根據(jù)權利要求11的廢氣處理系統(tǒng)，其特征在于它包括將用第一裝置從廢氣中分離出的有害氣體組分溫度提高到使與有害氣體組分混合的冷卻劑蒸發(fā)但有害氣體組分不會蒸發(fā)的溫度，由此分離有害氣體組分和冷卻劑的裝置。
13.根據(jù)權利要求11的廢氣處理系統(tǒng)，其特征在于它包括將與有害氣體組分分離的冷卻劑作為一種能使廢氣經(jīng)其流過的冷卻劑進行循環(huán)的裝置
14.根據(jù)權利要求11-13任何一項的廢氣處理系統(tǒng)，其特征在于它包括將用第一裝置從廢氣中分離出的有害氣體組分的溫度提高到蒸發(fā)硫氧化物但不蒸發(fā)氮氧化物的溫度，由此將有害氣體組分所含的硫氧化物和氮氧化物分離的裝置。
15.根據(jù)權利要求11-14任何一項的廢氣處理系統(tǒng)，特征在于冷卻劑包括二甲醚、甲醇、乙醇、甲苯和乙苯中的任何一種。
16.根據(jù)權利要求11-15任何一項的廢氣處理系統(tǒng)，特征在于第一裝置包括一個能從廢氣中分離出廢氣所含水分的裝置。
17.根據(jù)權利要求11-16任何一項的廢氣處理系統(tǒng)，特征在于第二裝置包括一個可將固體二氧化碳(干冰)液化的裝置。
18.根據(jù)權利要求11-17任何一項的廢氣處理系統(tǒng)，其特征在于它包括在實施第一裝置的過程之前要實施一個將冷卻至大約室溫后的廢氣通過與水進行熱交換來脫除廢氣中所含水分、有害氣體組分和粉塵的預處理過程的裝置。
19.廢氣處理方法，其特征在于它包括讓燃LNG鍋爐排放的廢氣流過冷卻劑使之冷卻到使氮氧化物液化或凝固但二氧化碳不會凝固的第一溫度，由此將廢氣中所含的有害氣體組分氮氧化物液化或凝固從而將其從廢氣中分離出來的第一過程；和將廢氣冷卻到使二氧化碳凝固的第二溫度，由此將廢氣中所含的二氧化碳凝固從而將它從廢氣中分離出來的第二過程。
20.根據(jù)權利要求19的廢氣處理方法，其特征在于它包括將第一過程凝固的氮氧化物引入到固液分離器，由此分離氮氧化物和冷卻劑的過程。
21.根據(jù)權利要求20的廢氣處理方法，其特征在于它包括將固液分離器所分離的液體溫度提高到蒸發(fā)冷卻劑但不蒸發(fā)有害氣體組分的溫度，由此分離出冷卻劑的過程。
22.根據(jù)權利要求21的廢氣處理方法，其特征在于它包括將從液體中分離出的冷卻劑作為讓廢氣經(jīng)其流過的冷卻劑進行循環(huán)的過程。
23.根據(jù)權利要求19-22任何一項的廢氣處理方法，特征在于冷卻劑包括二甲醚、甲醇、乙醇、甲苯和乙苯中的任何一種
24.根據(jù)權利要求19-23任何一項的廢氣處理方法，特征在于第一過程包括一個從廢氣中分離出廢氣所含水分的過程
25.根據(jù)權利要求19-24任何一項的廢氣處理方法，特征在于第二過程包括一個將固體二氧化碳(干冰)進行液化的過程。
26.根據(jù)權利要求19-25任何一項的廢氣處理方法，特征在于第一過程之前要進行一個將冷卻至大約室溫后的廢氣通過與水進行熱交換來脫除廢氣中所含水分和有害氣體組分的預處理過程。
27.根據(jù)權利要求19-26任何一項的廢氣處理方法，其特征在于第一和第二過程至少一個的廢氣或冷卻劑因LNG用作氣體燃料時所產(chǎn)生的蒸發(fā)熱而被冷卻。
28.廢氣處理系統(tǒng)，其特征在于它包括第一裝置，該裝置用來實施一個讓燃LNG鍋爐排放的廢氣流過冷卻劑使之冷卻到使氮氧化物液化或凝固但不會凝固二氧化碳的第一溫度，由此將廢氣中所含的有害氣體組分氮氧化物液化或凝固而將它們從廢氣中分離出來的過程；和第二裝置，該裝置用來實施一個將廢氣冷卻到能凝固二氧化碳的第二溫度，由此使廢氣中所含二氧化碳凝固從而將它從廢氣中分離出來的過程。
29.根據(jù)權利要求28的廢氣處理系統(tǒng)，其特征在于它包括將第一裝置凝固的氮氧化物引入到固液分離器，由此分離氮氧化物和冷卻劑的裝置。
30.根據(jù)權利要求29的廢氣處理系統(tǒng)，其特征在于它包括將固液分離器所分離的液體溫度提高到可以蒸發(fā)冷卻劑但不蒸發(fā)有害氣體組分的溫度，由此分離出冷卻劑的裝置。
31.根據(jù)權利要求30的廢氣處理系統(tǒng)，其特征在于它包括將從液體中分離出的冷卻劑作為使廢氣經(jīng)其流過的冷卻劑進行循環(huán)的裝置。
32.根據(jù)權利要求28-31任何一項的廢氣處理系統(tǒng)，特征在于冷卻劑包括二甲醚、甲醇、乙醇、甲苯和乙苯中的任何一種。
33.根據(jù)權利要求28-32任何一項的廢氣處理系統(tǒng)，特征在于第一裝置包括從廢氣中分離出廢氣所含水分的裝置。
34.根據(jù)權利要求28-33任何一項的廢氣處理系統(tǒng)，特征在于第二裝置包括一個可將固體二氧化碳(干冰)液化的裝置。
35.根據(jù)權利要求28-34任何一項的廢氣處理系統(tǒng)，其特征在于它包括在實施第一裝置的過程之前要實施一個將冷卻至大約室溫后的廢氣通過與水進行熱交換來脫除廢氣中所含水分和有害氣體組分的預處理過程的裝置。
36.根據(jù)權利要求28-35任何一項的廢氣裝置系統(tǒng)，其特征在于在第一和第二裝置至少一個中的廢氣或冷卻劑因LNG用作氣體燃料時所產(chǎn)生的蒸發(fā)熱而被冷卻。
37.廢氣處理系統(tǒng)，其特征在于它包括第一裝置，該裝置將廢氣流過冷卻劑使之冷卻到使氮氧化物和硫氧化物液化或凝固但不會凝固二氧化碳的溫度，從而將廢氣中所含有害氣體組分氮氧化物和硫氧化物液化或凝固而將它們從廢氣中分離出來；和第二裝置，該裝置使已脫除氮氧化物和硫氧化物的廢氣流過一個耐壓容器來冷卻和凝固二氧化碳，氣密關閉該耐壓容器，升高固體二氧化碳的溫度進行蒸發(fā)，由于二氧化碳在耐壓容器中蒸發(fā)使得壓力升高而使二氧化碳液化，和將已液化的二氧化碳排出到耐壓容器外。
38.根據(jù)權利要求37的廢氣處理系統(tǒng)，其特征在于它包括將用第一裝置從廢氣中分離出的有害氣體組分溫度提高到使與有害氣體組分混合的冷卻劑蒸發(fā)但有害氣體組分不蒸發(fā)的溫度，由此分離有害氣體組分和冷卻劑的裝置。
39.根據(jù)權利要求37或38的廢氣處理系統(tǒng)，其特征在于它包括將用第一裝置從廢氣中分離出的有害氣體組分的溫度提高到蒸發(fā)硫氧化物但不蒸發(fā)氮氧化物的溫度，由此將有害氣體組分所含的硫氧化物和氮氧化物分離的裝置。
40.廢氣處理系統(tǒng)，其特征在于它包括第一裝置，該裝置用來實施一個讓燃LNG鍋爐排放的廢氣流過冷卻劑使之冷卻到使氮氧化物液化或凝固但不會凝固二氧化碳的第一溫度，由此將廢氣中所含的有害氣體組分氮氧化物液化或凝固而將它們從廢氣中分離出來的過程；和第二裝置，該裝置將已脫除氮氧化物的廢氣流過一個耐壓容器來冷卻和凝固二氧化碳，氣密關閉該耐壓容器，升高固體二氧化碳的溫度進行蒸發(fā)，由于二氧化碳在耐壓容器中蒸發(fā)使得壓力升高而使二氧化碳液化，和將已液化的二氧化碳排出到耐壓容器外。
41.根據(jù)權利要求40的廢氣處理系統(tǒng)，其特征在于它包括將第一裝置凝固的氮氧化物引入到固液分離器，由此分離氮氧化物和冷卻劑的裝置。
42.根據(jù)權利要求41的廢氣處理系統(tǒng)，其特征在于它包括將固液分離器所分離的液體溫度提高到蒸發(fā)冷卻劑但不蒸發(fā)有害氣體組分的溫度，由此分離出冷卻劑的裝置。
43.根據(jù)權利要求37-42任何一項的廢氣處理系統(tǒng)，特征在于冷卻劑包括三甲醚、甲醇、乙醇、甲苯和乙苯中的任何一種。
44.根據(jù)權利要求37-43任何一項的廢氣處理系統(tǒng)，特征在于用第二裝置進行的二氧化碳冷卻和凝固是通過讓含二氧化碳的氣體接觸耐壓容器所提供的有冷卻劑流過的冷卻劑流管外部來進行的。
45.根據(jù)權利要求37-44任何一項的廢氣處理系統(tǒng)，特征在于冷卻劑流管為回形排布。
46.分離二氧化碳的方法，其特征在于它包括讓含有二氧化碳的氣體流過一個耐壓容器來冷卻和凝固二氧化碳；氣密關閉該耐壓容器；升高固體二氧化碳的溫度進行蒸發(fā)；由于二氧化碳在耐壓容器中蒸發(fā)使得壓力升高而使二氧化碳液化；和將已液化的二氧化碳排出到耐壓容器外。
47.根據(jù)權利要求46的分離二氧化碳的方法，特征在于冷卻和凝固操作是通過讓含二氧化碳的氣體接觸耐壓容器所提供的有冷卻劑流過的冷卻劑流管外部來進行的。
48.根據(jù)權利要求47的分離二氧化碳的方法，特征在于冷卻劑流管為回形排布
49.根據(jù)權利要求46的分離二氧化碳的方法，特征在于通過耐壓容器中配置的傳熱管或電加熱器來升高凝固二氧化碳的溫度。
50.根據(jù)權利要求46的分離二氧化碳的方法，特征在于耐壓容器包括讓含有二氧化碳的氣體流入到耐壓容器中的氣體進口；使耐壓容器中的氣體排出耐壓容器外的氣體出口；和使液化二氧化碳排出耐壓容器外的液體出口。
51.根據(jù)權利要求46或47的分離二氧化碳的方法，特征在于氣體包括氮氧化物或硫氧化物。
52.分離二氧化碳的方法，該方法使用了一個具有讓氣體流入其中的氣體進口、使其中的氣體排出的氣體出口和使其中的液體排出的液體出口的耐壓容器，安裝在耐壓容器中的冷卻器和用于提高耐壓容器內部溫度的傳熱設備；特征在于它包括讓含有二氧化碳的氣體經(jīng)氣體進口流入耐壓容器；使氣體接觸冷卻器，從而冷卻和凝固二氧化碳；關閉氣體進口和氣體出口，從而使耐壓容器氣密關閉；用傳熱設備升高固體二氧化碳的溫度進行蒸發(fā)；由于二氧化碳在耐壓容器中蒸發(fā)使得壓力升高而使二氧化碳液化；和經(jīng)氣體出口將液化二氧化碳排出到耐壓容器外。
53.分離二氧化碳的裝置，其特征在于它包括具有讓氣體流入其中的氣體進口、使其中的氣體排出的氣體出口、使其中的液體排出的液體出口、控制流經(jīng)氣體進口的氣體量的控制閥、控制經(jīng)由氣體出口排出的氣體量的控制閥和控制經(jīng)由液體出口排出的液體量的控制閥的耐壓容器；安裝在耐壓容器中的冷卻器；和用于提高耐壓容器內部溫度的傳熱設備。
全文摘要
一種廢氣處理方法，包括讓燃煤鍋爐或燃LNG鍋爐排放的廢氣流過冷卻劑使之冷卻到使氮氧化物或硫氧化物液化或凝固但二氧化碳不會凝固的第一溫度，由此將廢氣中所含的有害氣體組分氮氧化物液化或凝固從而將它們從廢氣中分離出來；脫除廢氣中所含水分；和將廢氣冷卻到能使二氧化碳凝固的第二溫度，由此將廢氣中所含的二氧化碳凝固從而將它從廢氣中分離出來。
文檔編號B01D53/56GK1956768SQ200580011199
公開日2007年5月2日 申請日期2005年3月2日 優(yōu)先權日2004年3月2日
發(fā)明者平野義男, 引野健治, 角谷貢, 清木義夫, 常岡晉 申請人:中國電力株式會社, 三菱重工業(yè)株式會社