從氣體流去除酸性氣體的制作方法
【專利摘要】提供了從氣流中去除酸性氣體的裝置、系統(tǒng)和方法。氣流包括廢氣流或天然氣氣流。所述方法包括獲得水性混合物中的次氯酸鹽和碳酸鹽或碳酸氫鹽，以及將所述水性混合物與所述氣流混合以從硫基酸性氣體和氮基酸性氣體產(chǎn)生硫酸鹽或硝酸鹽。本公開的一些實(shí)施方案涉及從氣流中的CO2產(chǎn)生碳酸鹽洗滌試劑和/或碳酸氫鹽洗滌試劑。還公開了其他內(nèi)容。
【專利說明】從氣體流去除酸性氣體
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求于2014年1月17日提交的第61 /928，965號美國臨時(shí)申請的優(yōu)先權(quán)。在 無放棄聲明的情況下，特別將上述公開內(nèi)容的全文通過引用并入本文。
[0003] 背景
[0004] A.發(fā)明領(lǐng)域
[0005] 本發(fā)明一般涉及從氣流中去除酸性氣體的領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及通過從濃 縮的氣流中吸收所述酸性氣體，從而從氣流中去除H 2S、N0x、S0x和其他污染物，然后分別生 成有用的副產(chǎn)物，包括碳酸鹽、碳酸氫鹽、硝酸鹽和/或硫酸鹽。
[0006] B.相關(guān)技術(shù)描述
[0007] 如今世界上使用的大部分能源來自于含碳和氫的燃料的燃燒，所述燃料例如煤、 石油和天然氣。除了碳和氫之外，這些燃料可以含有氧、水分、以及污染物，例如H 2S、在燃燒 中形成SOx的其他含硫化合物、在燃燒時(shí)形成NOx的含氮化合物、二氧化碳、汞和其他微量元 素。意識到燃燒中釋放的或存在于未燃燒燃料中的酸性氣體污染物的有害作用，啟動(dòng)執(zhí)行 了對發(fā)電廠、精煉廠和其他工業(yè)過程的排放越發(fā)嚴(yán)格的限制。因此，由監(jiān)管者和市場帶來的 壓力增大，以實(shí)現(xiàn)酸性氣體污染物的接近零排放并減少CO 2的排放。
[0008] 已存在的胺法可以非選擇性地從煙氣氣流去除c〇dra2s。幾乎所有的胺法都試圖 再生胺，基本上將它們用作催化劑;通常用于從天然氣中洗滌CO 2和H2S的一種胺為二乙醇胺 (DEA)。許多胺法的缺點(diǎn)之一是，它們經(jīng)受存在以熱穩(wěn)定胺鹽(HSAS)形式的污染物的問題， 通過形成氯化物的鹽、硫酸鹽、甲酸鹽、乙酸鹽、草酸鹽、氰化物的鹽、硫氰化物的鹽和硫代 硫酸鹽，這降低了在系統(tǒng)中洗滌的效率。胺系統(tǒng)通常遇到的其他問題包括胺系統(tǒng)中的注射 化學(xué)品濃縮、系統(tǒng)中的烴類冷凝、以及胺系統(tǒng)中積聚的（不溶)微?；驊腋」腆w。在不同品牌 下存在各種基于胺的系統(tǒng)，但多數(shù)在一定程度上具有上述列舉的問題。
[0009] 為符合政府規(guī)定，去除諸如H2S和CO2的酸性氣體是必要的，并且希望更加有效且以 更低成本來進(jìn)行。
[0010] 概述
[0011 ]本公開的實(shí)施方案涉及設(shè)備、系統(tǒng)和方法，以用0.01%至12%濃度的漂白劑 (NaCl0)與0.01 %至12 %濃度的碳酸氫鈉(NaH⑶3)的專有水性混合物，從氣流中去除硫基 酸性氣體和/或氮基酸性氣體。所述系統(tǒng)能夠靶向諸如H 2S的酸性氣體，同時(shí)允許諸如甲烷 (CH4)和乙烷(C2H6)的有機(jī)物通過而不發(fā)生反應(yīng)。使用這種系統(tǒng)，例如，可以通過在天然氣精 煉廠、發(fā)電廠或其他加工工廠安裝這種洗滌系統(tǒng)來凈化含有酸性氣體污染物的天然氣氣 流。
[0012]本公開內(nèi)容的實(shí)施方案涉及設(shè)備、系統(tǒng)和方法，以去除在吸收塔中的硫基酸性氣 體和/或氮基酸性氣體?？梢詫⒃谶^程的不同部分生成的碳酸氫鹽/碳酸鹽流導(dǎo)入吸收塔， 并用作封存硫基酸性氣體和氮基酸性氣體的試劑。這類實(shí)施方案還可以包括用于生成氫氧 化物試劑的氯堿池，所述氫氧化物試劑可以直接用于封存C0 2,并且間接(通過使其與(：12反 應(yīng)以產(chǎn)生次氯酸鹽)用于封存硫基酸性氣體和氮基酸性氣體。
[0013] 本公開的一個(gè)方面涉及有效減少氣流中污染物的系統(tǒng)，其包括:第一組混合設(shè)備， 其適于將氫氧化物與氣流混合以產(chǎn)生第一混合物，其中所述氣流中的二氧化碳和/或一氧 化碳可以與氫氧化物反應(yīng)以產(chǎn)生第一液體流出物中的碳酸氫鹽產(chǎn)物或者碳酸氫鹽與碳酸 鹽產(chǎn)物的組合；以及第二組混合設(shè)備，其適于將次氯酸鹽和碳酸氫鹽產(chǎn)物或者碳酸氫鹽與 碳酸鹽產(chǎn)物的組合與所述氣流混合以產(chǎn)生第二混合物，其中氮基酸性氣體或硫基酸性氣體 可以與所述次氯酸鹽和碳酸氫鹽產(chǎn)物或者碳酸氫鹽與碳酸鹽產(chǎn)物的組合反應(yīng)，以產(chǎn)生第二 液體流出物中的硝酸鹽產(chǎn)物或硫酸鹽產(chǎn)物，其中在至少一部分氣流流經(jīng)第一組混合設(shè)備之 前，所述氣流流經(jīng)第二組混合設(shè)備。
[0014] 本公開的另一個(gè)方面涉及有效減少氣流中污染物的量的方法，其包括：（a)獲得水 性混合物中的氫氧化物；（b)獲得水性混合物中的次氯酸鹽；（C)將所述氫氧化物與氣流中 的二氧化碳混合，以產(chǎn)生第一混合物中的碳酸氫鹽產(chǎn)物或者碳酸鹽與碳酸氫鹽產(chǎn)物的組 合，由此以礦產(chǎn)物形式封存二氧化碳；以及(d)將次氯酸鹽和來自第一混合物的碳酸氫鹽產(chǎn) 物或碳酸鹽與碳酸氫鹽產(chǎn)物的組合中的至少一部分與氣流中的硫基酸性氣體或氮基酸性 氣體混合，以產(chǎn)生第二混合物中的硝酸鹽產(chǎn)物或硫酸鹽產(chǎn)物，由此封存酸性氣體。
[0015] 本公開的另一個(gè)方面涉及洗滌天然氣氣流的方法，其中洗滌階段由以下組成或基 本上由以下組成:將次氯酸鹽氧化劑和碳酸氫鹽吸收劑與天然氣氣流中的硫基酸性氣體或 氮基酸性氣體混合，以產(chǎn)生混合物中的硝酸鹽產(chǎn)物或硫酸鹽產(chǎn)物，由此封存酸性氣體。
[0016] 如本文中所使用，短語"氣流"包括含有至少一種酸性氣體的氣流。氣流的實(shí)例包 括原料天然氣氣流和諸如煙氣氣流的廢氣流。氣流可以由使用碳基燃料燃燒的發(fā)電過程、 制造過程、工業(yè)過程或天然儲層開采過程產(chǎn)生。
[0017] 酸性氣體可以是碳基、硫基和/或氮基的，并且可以包含!125、5(^、勵(lì)\和0) 2。氮氧化 物(NOx)包括勵(lì)、勵(lì)2、犯03、財(cái)) 5和相關(guān)的二聚體。硫氧化物（3(^)包括302和303?？梢詮乃鰧?shí) 施方案中去除的其他酸性氣體包括HF和HCl。
[0018] 如本文中所使用，術(shù)語"碳酸鹽"或"碳酸鹽產(chǎn)物"通常定義為包含碳酸根基團(tuán) [CO3]2^的礦物組分。因此，該術(shù)語涵蓋了碳酸鹽/碳酸氫鹽混合物以及僅含有碳酸根離子的 物質(zhì)。術(shù)語"碳酸氫鹽"和"碳酸氫鹽產(chǎn)物"通常定義為含有碳酸氫根基團(tuán)[H⑶ 3]P的礦物組 分。因此，該術(shù)語涵蓋了碳酸鹽/碳酸氫鹽混合物以及僅含有碳酸氫根離子的物質(zhì)。
[0019]如本文中所使用，術(shù)語"封存"通常用來指其中部分或全部的效果為從點(diǎn)排放源去 除C02,并將該CO2以一些形式進(jìn)行儲存以防止其返回大氣的技術(shù)或?qū)嵺`。該術(shù)語的使用并不 排除將任何形式的所述實(shí)施方案認(rèn)作是"封存"技術(shù)。
[0020] 如本文中所使用，術(shù)語"低壓電解"和"LVE"用來指在電流密度低于約4kA/m2下的 電解。
[0021] 術(shù)語"聯(lián)接"定義為連接的，但不一定是直接連接的，且不一定是機(jī)械連接的。如果 兩個(gè)物體可以相互聯(lián)接，則它們是"可聯(lián)接的"，并且當(dāng)聯(lián)接時(shí)，它們?nèi)钥梢员硎緸?可聯(lián)接 的"。除非文中另外明確地要求，否則可聯(lián)接的物體也是可去聯(lián)接的，反之亦然。其中第一結(jié) 構(gòu)與第二結(jié)構(gòu)可聯(lián)接的一個(gè)非限制性方式為將第一結(jié)構(gòu)配置為聯(lián)接(或配置為可聯(lián)接)于 第二結(jié)構(gòu)。
[0022]術(shù)語"一個(gè)/種(a)"和"一個(gè)/種(an)"定義為一個(gè)/種或多個(gè)/種，除非本公開另外 明確地要求。術(shù)語"另一個(gè)/種"定義為至少第二個(gè)/種或更多個(gè)/種。術(shù)語"基本上"和"約"定 義為至少接近于(且包括)給定的值或狀態(tài)(優(yōu)選為10%以內(nèi)，更優(yōu)選為1%以內(nèi)，且最優(yōu)選 為0.1%以內(nèi)）。
[0023] 術(shù)語"基本上"、"近似"和"約"定義為大部分是但不一定完全是本領(lǐng)域普通技術(shù)人 員所理解的特定內(nèi)容(且包括完全是特定內(nèi)容）。在任何公開的實(shí)施方案中，術(shù)語"基本上"、 "近似"或"約"可以替換為特定內(nèi)容的"[百分比]以內(nèi)"，其中所述百分比包括0.1 m 5% 和 10%〇
[0024] 術(shù)語"有效的"，當(dāng)該術(shù)語用于本說明書和/或權(quán)利要求書中時(shí)，意指適于達(dá)到期望 的、預(yù)定的或預(yù)期的結(jié)果。
[0025] 術(shù)語"包含"（以及其任何形式）、"具有"（以及其任何形式）、"包括"（以及其任何形 式)和"含有"（以及其任何形式)是開放式的連系動(dòng)詞。因此，"包含"、"具有"、"包括"或"含 有" 一個(gè)或多個(gè)要素的任何本文的設(shè)備、系統(tǒng)和方法具有該一個(gè)或多個(gè)要素，但不限于僅具 有該一個(gè)或多個(gè)要素。同樣地，"包含"、"具有"、"包括"或"含有"一個(gè)或多個(gè)特征的設(shè)備、系 統(tǒng)或方法的要素具有這一個(gè)或多個(gè)特征，但不限于僅具有這一個(gè)或多個(gè)特征。另外，諸如 "第一"和"第二"的術(shù)語僅用于區(qū)別結(jié)構(gòu)或特征，而并非將不同的結(jié)構(gòu)或特征限于特定的次 序。
[0026] 此外，能夠以某種方式執(zhí)行功能或進(jìn)行配置的結(jié)構(gòu)，則能夠以至少這種方式執(zhí)行 功能或進(jìn)行配置，但也可以以未列出的方式執(zhí)行功能或進(jìn)行配置。
[0027] 即使未經(jīng)描述或說明，一個(gè)實(shí)施方案的特征可以應(yīng)用于其他的實(shí)施方案，除非由 本公開明確禁止或由實(shí)施方案的性質(zhì)明確禁止。
[0028] 任何本文的設(shè)備、系統(tǒng)和方法可以由或基本上由任何所述要素和/或特征和/或步 驟組成，而不是包含/包括/含有/具有任何所述要素和/或特征和/或步驟。因此，在任一權(quán) 利要求中，術(shù)語"由……組成"或"基本上由……組成"可以替代任何上文所記載的開放式的 連系動(dòng)詞，以便改變當(dāng)使用所述開放式連系動(dòng)詞時(shí)給定權(quán)利要求的范圍。
[0029] 下文提供了上述實(shí)施方案和其他實(shí)施方案的相關(guān)細(xì)節(jié)。
[0030] 附圖簡述
[0031] 以下附圖以實(shí)例的方式說明而非限定。出于簡潔和清楚的目的，給定結(jié)構(gòu)的每個(gè) 特征可以不在出現(xiàn)該結(jié)構(gòu)的每張圖中標(biāo)出。相同的參考編號不一定指代同一結(jié)構(gòu)。然而，相 同的參考編號可用于指代類似的特征或具有類似功能的特征，同樣地類似的特征或具有類 似功能的特征可以由不同的參考編號表明。
[0032] 圖1為示出使用次氯酸鹽和碳酸氫鹽的酸性氣體去除單元的一個(gè)實(shí)施方案的主要 特征的流程圖。
[0033] 圖2為示出酸性氣體去除單元的一個(gè)實(shí)施方案的主要特征的流程圖，其中所述酸 性氣體去除單元具有使用次氯酸鹽和碳酸氫鹽的第一階段和使用氫氧化鈉制備碳酸氫鹽 的第二階段。該流程圖還示出了如何整合所述單元使得一個(gè)單元的產(chǎn)物可以作為另一單元 的反應(yīng)物。
[0034]圖3a和圖3b示出了 H2S去除的研究結(jié)果，即，分別為H2S去除百分比隨時(shí)間變化的圖 以及吸收液的溫度隨時(shí)間變化的圖。
[0035]圖4a和圖4b分別示出了NOx去除研究的研究參數(shù)和研究結(jié)果。
[0036] 詳細(xì)描述
[0037] 本發(fā)明涉及至少兩個(gè)階段的吸收過程，其中從氣流中去除了酸性氣體，如C02、H2S、 NOx和/或S0X，并將其轉(zhuǎn)化為碳酸鹽、碳酸氫鹽、硫酸鹽或硝酸鹽。本公開的方法和裝置的實(shí) 施方案包括以下常規(guī)組成中的一個(gè)或多個(gè)：（1)水性脫碳過程，由此將氣態(tài)CO 2吸收至水性 苛性混合物中，然后與氫氧化物反應(yīng)以形成碳酸鹽和/或碳酸氫鹽產(chǎn)物；（2)分離過程，由此 從液體混合物中分離碳酸鹽和/或碳酸氫鹽產(chǎn)物；（3)鹽水電解過程，用于產(chǎn)生在脫碳過程 中在吸收劑流體中使用的氫氧化鈉；（4)水性氧化過程，由此將酸性氣體吸收至水性氧化混 合物中，然后與次氯酸鹽和碳酸氫鹽反應(yīng)以形成硫酸鹽和/或硝酸鹽產(chǎn)物；（5)分離過程，由 此從水溶液混合物中提取氧化過程中生成的硫酸鹽和/或硝酸鹽產(chǎn)物；（6)次氯酸鹽生成過 程，用于產(chǎn)生用作部分水性氧化混合物的次氯酸鹽；以及(7)對來自脫碳、氧化和電解過程 的副產(chǎn)物的另外的處理或利用，所述副產(chǎn)物包括氯氣、氫氣、鹽酸、碳酸鹽和碳酸氫鹽、硝酸 鹽、硫酸鹽和漂白劑。下文更加詳細(xì)地闡述了這些常規(guī)組成中的每一個(gè)。
[0038] 當(dāng)本發(fā)明的許多實(shí)施方案消耗一些能源以實(shí)現(xiàn)從氣流中吸收酸性氣體并實(shí)現(xiàn)本 文描述的本公開實(shí)施方案的其他目的時(shí)，本公開的某些實(shí)施方案的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它們提供 了優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的生態(tài)效率，同時(shí)吸收大部分或全部的酸性氣體，包括CO 2、H2S、SOx和NOx的 至少一種或任何組合。
[0039] 不同于本領(lǐng)域的其他過程，某些實(shí)施方案將二氧化碳和其他酸性氣體封存成為經(jīng) 濟(jì)上有用的化學(xué)物，并且同時(shí)產(chǎn)生有用的副產(chǎn)物，如碳酸鈉、碳酸氫鈉、次氯酸鈉、氯氣、鹽 酸和氫氣。由于所述過程的副產(chǎn)物是經(jīng)濟(jì)上有用的，其價(jià)值補(bǔ)償了去除酸性氣體的成本，并 且在適當(dāng)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，有可能使得封存過程自身是可盈利的。此外，不同于本領(lǐng)域的其他 過程，CO 2的封存生成了可用于封存其他酸性氣體的副產(chǎn)物，這還加入至成本且提高了生態(tài) 效率。
[0040] 區(qū)別于其他的CO2去除過程，本公開的某些實(shí)施方案的另一個(gè)額外的益處是，在一 些市場條件下，相比所需的反應(yīng)物或者凈電力或廠房折舊成本，其產(chǎn)物是非常有價(jià)值的。換 言之，某些實(shí)施方案是可獲利地生產(chǎn)氯-氫-碳酸鹽產(chǎn)物以及硝酸鹽和/或硫酸鹽產(chǎn)物的工 業(yè)方法，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對酸性氣體顯著去除。
[0041 ] I.流程圖：使用次氯酸鹽/碳酸氫鹽吸收酸性氣體
[0042]圖1描述了例示本公開的裝置和方法的常規(guī)示例性實(shí)施方案的簡化流程圖。提供 該圖僅為例示性目的，因此其僅描述本公開的特定實(shí)施方案，且并非意在以任何方式限制 權(quán)力要求的范圍。
[0043] 在圖1所示的實(shí)施方案中，待洗滌的氣流2在次氯酸鹽/碳酸氫鹽洗滌器105處進(jìn)入 系統(tǒng)100。將洗滌器105配置為使用次氯酸鹽和碳酸氫鹽作為反應(yīng)物從氣流2去除（例如，降 低濃度)包含含硫化合物和/或含氮化合物的酸性氣體。通過這種過程從氣流2中去除的酸 性氣體可以包括H 2S、N0x、S0x中的至少一種及其組合。洗滌器105中發(fā)生的可能的化學(xué)反應(yīng) 的實(shí)例包括以下反應(yīng)。
[0044] H2S:
[0045] H2S(g)+4NaC10(aq)^H2S〇4(aq)+4NaCl(aq) (1)
[0046] H2SO4 (aq) +2NaHC03 (aq) ^Na2SO4 (aq) +2C02 (aq)+2H20 (I) (2)
[0047] SOx:
[0048] 2S〇2(g)+2H2〇(l)+〇2(g)-2H2S〇4(aq) (3)
[0049] S〇3(g)+H2〇(l)-H2S〇4(aq) (4)
[0050] H2SO4 (aq) +2NaHC03 (aq) ^Na2SO4 (aq) +2C02 (g)+2H20 (I) (5)
[0051] NOx:
[0052] N0( g)+NaC10(aq) ^NaCl (aq)+N02(g) (6)
[0053] 2N0(g)+3NaC10(aq)+H20(l)-3NaCl(aq)+2HN03(aq) (7)
[0054] 2N〇2 (g) +NaClO (aq) +H2O (I) ^NaCl (aq) +2HN03 (aq) (8)
[0055] HNO3 (aq) +NaHCO3 (aq) ^NaNO3 (aq) +CO2 (g) +H2O (I) (9)
[0056] 2N〇2 (g)+2NaHC03 (aq) ^NaNO3 (aq) +NaNO2 (aq)+2C02 (g) +H2O (I) (10)
[0057] NaN〇2(aq)+NaC10(aq)-NaN〇3(aq)+NaCl (aq) (11)
[0058] 洗滌器105可以是適于引入氣流2使其與含有次氯酸鹽和碳酸氫鹽的液相接觸的 任何濕法洗滌配置，以便有效地降低氣流2中存在的含氮化合物和含硫化合物的量。在所示 實(shí)施方案中，分別將碳酸氫鹽和次氯酸鹽反應(yīng)物遞送至洗滌器105,例如分別經(jīng)由路線11和 路線30。在各種實(shí)施方案中，洗滌器105可以是填充或未填充的泡罩塔。在所示實(shí)施方案中， 洗滌器105包括一組降液管106,將降液管106配置為產(chǎn)生再循環(huán)回路以再循環(huán)含有次氯酸 鹽和碳酸氫鹽的液相。在一些實(shí)施方案中，系統(tǒng)100可以包括兩個(gè)洗滌器105,并且氣流2可 以選擇性地導(dǎo)向至其中之一或進(jìn)入兩者。在一些實(shí)施方案中，在其中一個(gè)洗滌器105內(nèi)的液 相可以基本上替換為新制的反應(yīng)器溶液，同時(shí)氣流2通過另一個(gè)洗滌器105。例如經(jīng)由路線5 可以輸送洗滌器105中產(chǎn)生的硝酸鹽、硫酸鹽和/或碳酸氫鹽產(chǎn)物用于進(jìn)一步處理或儲存。 [0059] 如果需要，在進(jìn)入洗滌器105之前，可以例如在分離罐103中處理氣流2以去除任何 重金屬、微粒和殘余的水分。當(dāng)氣流為天然氣或煙氣氣流時(shí)可能會(huì)需要這種處理。在各種實(shí) 施方案中，分離罐103可以配置為通過在混合有氣流2的分離罐103中噴灑稀釋的氫氧化物 溶液流來去除重金屬、微粒。氫氧化物溶液的濃度可以為以重量計(jì)0.5%、1%、1.5%、2%、 2.5 %、3 %、3.5 %，或其間的任何值。一部分酸性氣體，尤其是硫基酸性氣體，也可以在該過 程中去除。在其他實(shí)施方案中，例如下文描述的圖2中所示的一個(gè)實(shí)施方案中，分離罐103可 以位于洗滌器105之后，以便在氣流2進(jìn)入下文描述的塔110/111之前去除氣流2中殘余的含 硫的酸性氣體和含氮的酸性氣體。
[0060] II.流程圖：二氧化碳和其他酸性氣體的吸收
[0061] 圖2描述了例示本公開的裝置和方法的常規(guī)示例性實(shí)施方案的簡化流程圖。提供 該圖僅為例示性目的，因此其僅描述本發(fā)明的特定實(shí)施方案，且并非意在以任何方式限制 權(quán)力要求的范圍。
[0062] 在圖2所示的實(shí)施方案中，待洗滌和待脫碳的氣流2在次氯酸鹽/碳酸氫鹽洗滌器 1〇5(例如上文所述的洗滌器)處進(jìn)入系統(tǒng)200。該洗滌過程的副產(chǎn)物C0 2(參見，例如反應(yīng)式 (2)、（5)、（9)和（10))成為了離開洗滌器105的氣流2的一部分。因此，在各種實(shí)施方案中，離 去氣流2有可能包含氣流中最初存在的CO 2和由洗滌器105中的過程而生成的CO2副產(chǎn)物兩 者。在其他實(shí)施方案中，氣流2可以僅包含CO 2副產(chǎn)物。
[0063] 可以將從洗滌器105流出的氣流2區(qū)別地引入被串聯(lián)配置的吸收/碳酸鹽化塔110 或鼓泡/碳酸氫鹽化塔111。在所述實(shí)施方案中，可以例如經(jīng)由路線20將來自氯堿池 120的氫 氧化物輸送至吸收/碳酸鹽化塔110,以便根據(jù)由反應(yīng)式12所表示的反應(yīng)，與引入吸收/碳酸 鹽化塔110的氣流2的部分中存在的二氧化碳反應(yīng)。在一些實(shí)施方案中，在引入氯堿池 120之 前，可以將氯堿池 120中生成的氫氧化物溶液的濃度稀釋至優(yōu)選的濃度。
[0064] 2NaOH+C〇2^Na2C03+H2〇 (12)
[0065] 例如經(jīng)由路線10將一部分來自吸收/碳酸鹽化塔110的包含碳酸鈉的液相傳輸至 鼓泡/碳酸氫鹽化塔111，以便通過與液相中殘余的CO 2反應(yīng)引發(fā)碳酸鹽至碳酸氫鹽的轉(zhuǎn)化， 如反應(yīng)式13所示。在所述實(shí)施方案中，例如根據(jù)反應(yīng)(2 )、（ 5 )、（ 9)和（10 )，例如經(jīng)由路線11 將在塔111中生成的至少一部分碳酸氫鹽輸送至洗滌器105進(jìn)行消耗。
[0066] Na2C〇3+C〇2+H20^ 2NaHC03 (13)
[0067] 可以使用本領(lǐng)域技術(shù)人員所應(yīng)用的化學(xué)、化學(xué)工程和/或材料科學(xué)以及例如美國 專利7，727，374(通過引用將其整體并入本文）中所教導(dǎo)的原理和技術(shù)，將吸收/碳酸鹽化塔 110和鼓泡/碳酸氫鹽化塔111中發(fā)生的脫碳過程進(jìn)一步改進(jìn)、優(yōu)化和規(guī)模放大。
[0068] 在通過洗滌器105并且通過塔110和塔111之一或兩者后，所述氣流已顯著降低了 酸性氣體的水平。然后氣流2可以進(jìn)行下一步驟，這將取決于使用所述過程的具體應(yīng)用。例 如，工業(yè)過程氣流可能需要進(jìn)一步清洗或直接排入大氣。在其他實(shí)施方案中，例如在清洗天 然氣氣流的情況下，可以將該氣流輸送用于另一位點(diǎn)、用于發(fā)電或儲存以便之后使用。 [0069]將輔助性過程和裝置整合到系統(tǒng)200中以生成用于上述吸收過程的另外的反應(yīng) 物，并且包括氯堿池120和次氯酸鹽反應(yīng)器130。氯堿池120使用電能以驅(qū)動(dòng)反應(yīng)式14所示的 反應(yīng)。
[0070] 2NaCl+2H20^2Na0H+Cl2+H2 (14)
[0071] 例如經(jīng)由路線20可以將在池 120中生成的氫氧化鈉遞送至吸收/碳酸鹽化塔110和 次氯酸鹽反應(yīng)器130之一或兩者。將至少一部分氯氣(也是來自氯堿池120)例如經(jīng)由路線22 遞送至次氯酸鹽反應(yīng)器130和HCl燃燒器140之一或兩者。
[0072] 在次氯酸鹽反應(yīng)器130中，至少一部分氯氣與至少一部分堿金屬氫氧化物接觸(例 如，鼓入通過）以根據(jù)反應(yīng)15產(chǎn)生次氯酸鹽溶液?？梢詫⒅辽僖徊糠执温人猁}溶液送入洗滌 器105,例如經(jīng)由路線30?？梢詫⑾礈炱?05不需要的次氯酸鈉作為暢銷的漂白劑運(yùn)往市場。
[0073] 2Na0H+Cl2^Na0Cl+NaCl+H20. (15)
[0074] 為捕獲在氯堿池120中生成且未用于次氯酸鹽反應(yīng)器130的氯氣，可以例如分別經(jīng) 由路線22和路線21將由氯堿池120產(chǎn)生的氯氣和氫氣遞送至HCl燃燒器140,以產(chǎn)生氯化氫。 生成的HCl可以被移至用于儲存的罐或經(jīng)由路線40輸送。凈反應(yīng)可以由反應(yīng)式16表示：
[0075] C12+H2-2HC1 (16)
[0076]在所示實(shí)施方案中，在洗滌器105之后，例如在分離罐103中將氣流2進(jìn)行處理以去 除殘余的SOx和NOx酸性氣體。例如，分離罐103可以配置為通過在混有氣流2的分離罐103中 噴灑稀釋的氫氧化物溶液流來吸收殘余的SO x和NOx。稀釋的氫氧化物流的濃度可以為以重 量計(jì)0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%，或其間的任何值。在所述實(shí)施方案中，在稀 釋的氫氧化物溶液中的氫氧化物是在氯堿池 120中生成的。
[0077] 可以將至少一部分來自洗滌器105的含有硝酸鹽和/或硫酸鹽（例如NaNO3和/或 NaSO4)的經(jīng)反應(yīng)的液相，例如經(jīng)由路線5,輸送至肥料生成單元150。在單元150中，來自洗滌 器105的液相可以根據(jù)下文提供的反應(yīng)式17和18,與氨反應(yīng)生成硫酸銨和/或硝酸銨?？梢?例如經(jīng)由路線50將反應(yīng)式17和18的液相/固相產(chǎn)物輸送用于進(jìn)一步處理或儲存。如同系統(tǒng) 100,系統(tǒng)200可以包括兩個(gè)洗滌器105,并且氣流2可以選擇性地進(jìn)入其中之一或進(jìn)入兩者。 在一些實(shí)施方案中，雙洗滌器105可有助于將液相輸送至單元150,并且有助于吸收流體的 補(bǔ)充。
[0078] 通過上述過程，由脫碳生成的碳酸氫鹽副產(chǎn)物可以與次氯酸鹽一同使用，以便在 洗滌器105中洗滌各種酸性氣體的氣流，并且因用碳酸氫鹽洗滌而生成的CO 2可以被脫碳過 程再次捕獲。另外，為了經(jīng)濟(jì)收益可以出售許多生成的副產(chǎn)物，例如次氯酸鈉和碳酸氫納。 硫酸鹽和硝酸鹽副產(chǎn)物可以容易地進(jìn)行處理，或可以進(jìn)一步處理生成肥料以獲得經(jīng)濟(jì)收 益。
[0079] 可以使用本領(lǐng)域技術(shù)人員所應(yīng)用的化學(xué)、化學(xué)工程和/或材料科學(xué)的原理和技術(shù)， 將這些方法和設(shè)備進(jìn)一步改進(jìn)、優(yōu)化和規(guī)模放大。此類原理和技術(shù)在以下中有所教導(dǎo)：例 如，在美國專利申請公開2006/0185985和2009/0127127;于2005年9月22日提交的第7,727， 374號美國專利;于2005年9月20日提交的第60/718，906號美國臨時(shí)專利申請;于2005年1月 10日提交的第60/642,698號美國臨時(shí)專利申請;于2004年9月23日提交的第60/612,355號 美國臨時(shí)專利申請；于2008年9月22日提交的第12/235,482號美國專利申請;于2007年9月 20日提交的第60/973，948號美國臨時(shí)申請；于2008年2月29日提交的第61/032，802號美國 臨時(shí)申請;于2008年3月3日提交的第61/033，298號美國臨時(shí)申請;于2008年9月19日提交的 第PCT/US08/77122號國際申請；以及于2013年1月11日提交的第2013/0202516號美國專利 公開。在不放棄權(quán)利的情況下，通過引用將上述各個(gè)引用的公開的全文(包括任何附件)具 體地并入本文。
[0080] 包括上述實(shí)例以說明本發(fā)明的具體實(shí)施方案。然而，根據(jù)本公開，本領(lǐng)域的技術(shù)人 員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到在不偏離本發(fā)明精神和范圍的情況下，可以對所公開的具體實(shí)施方案進(jìn)行多 種改變并仍然獲得相同或類似的結(jié)果。
[0081] III.水性封存(吸收)氣流中的酸性氣體，并將其轉(zhuǎn)化為硝酸鹽和/或硫酸鹽
[0082] 如上文所述，在某些實(shí)施方案中，本公開的裝置和方法利用了水性封存過程，由此 將酸性氣體吸收至水性苛性混合物中，然后在該處酸性氣體與次氯酸鹽和碳酸氫鹽反應(yīng)以 形成硫酸鹽和/或硝酸鹽產(chǎn)物。在本公開的實(shí)施方案中，將次氯酸鈉和碳酸氫鈉用作洗滌試 劑。當(dāng)引入酸性氣體接觸次氯酸鈉水溶液和碳酸氫鈉水溶液時(shí)，獲得的產(chǎn)物取決于氣流的 組成。通常，所述產(chǎn)物包括硝酸鈉(NaNO 3)和硫酸鈉(Na2S〇4)。在本公開的一些實(shí)施方案中， 大部分硫基酸性氣體和氮基酸性氣體以這種方式反應(yīng)，例如，有至少70 %、75 %、80%、 85%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%、99·1%、99·2%、99·3%、 99.4%、99.5%、99.6%、99.7%、99.8%或99.9%的酸性氣體以這種方式反應(yīng)。
[0083] 所述過程的條件和試劑的量可以根據(jù)氣流的組成進(jìn)行改變，不論是氣流僅包含硫 基酸性氣體，還是僅包含氮基酸性氣體，或它們的一些組合。通常，次氯酸鈉和碳酸氫鈉的 濃度可以各自為以重量計(jì)0.1%至約12%，例如0.6%、0.7%、0.8%、0.9%、1%、1.5%、 2%、2·5%、3%、3·5%、4%、4·5%、5%、5·5%、6%、6·5%、7%、7·5%、8%、8·5%、9%、 9.5%、10%、10.5%、11%、11.5%，或其間的任何值或范圍。例如，在某些實(shí)施方案中，次氯 酸鈉的濃度為以重量計(jì)約0.5%至約6%、至約5%、至約4%、或至約3%。同樣地，在某些實(shí) 施方案中，碳酸氫鈉的濃度為以重量計(jì)約0.5%至約8%、至約7%、至約6%、至約5%、至約 4%、或至約3%。另外，在各種實(shí)施方案中，次氯酸鹽與碳酸氫鹽的摩爾比可以為約5:1至約 1:1，例如約4:1、3:1或2:1。例如，次氯酸鹽與碳酸氫鹽的摩爾比可以為約2:1至約5:1或至 約4:1。洗滌器105內(nèi)液相的pH值可以是中性至堿性的，例如pH值為約7、7.5、8、8.5、9、9.5、 10、10.5、11或其間的任何值或范圍。
[0084] 硝酸鹽和/或硫酸鹽產(chǎn)物的形成可以在寬范圍的溫度和壓力內(nèi)發(fā)生。關(guān)于溫度，例 如，進(jìn)入的氣體可以為約20°C至約140°C，并且進(jìn)入的液體試劑進(jìn)料可以為約10°C至約100 °C。并且，例如，吸收塔內(nèi)的頂部空間壓力可以為約Iatm至約3atm。
[0085] 在各種實(shí)施方案中，洗滌器105可以為噴霧塔、填充或未填充的泡罩塔或其串聯(lián)， 或者為適于引入吸收劑溶液有效地與氣流接觸的任何其他的混合配置。
[0086] 使用H2S與CO2的氣態(tài)混合物，并將其鼓入通過次氯酸鹽-碳酸氫鹽溶液，從而進(jìn)行 了用次氯酸鹽-碳酸氫鹽溶液封存H 2S的實(shí)驗(yàn)室規(guī)模研究。該研究的結(jié)果證明了功效，并且 對次氯酸鹽與碳酸氫鹽的濃度和相對比例如何影響封存提供了啟示。在下文的表1和表2中 示出了測試的參數(shù)和結(jié)果。圖3a繪出了H 2S去除百分比隨時(shí)間變化的圖，且圖3b繪出了液相 溫度的圖。在2.5小時(shí)的運(yùn)行時(shí)間后，從氣體中去除的H2S百分比開始下降，同樣溫度也開始 下降。這可能是由于次氯酸鹽的濃度降低，正如以批模式運(yùn)行的測試中生成的數(shù)據(jù)。
[0087] 表1-4"塔組成
L 〇〇91 J 處利用貧WNO、N〇2、S〇2和/或CO2的谷柙氣態(tài)混合物，開將該氣體混合物鼓人通過 次氯酸鹽-碳酸氫鹽溶液，從而進(jìn)行了用次氯酸鹽-碳酸氫鹽溶液封存NOx的實(shí)驗(yàn)室規(guī)模研 究。研究結(jié)果示出，不同組合的氣體和不同濃度的次氯酸鹽和碳酸氫鹽可以極大地影響NO 分子的總體反應(yīng)性，并且一定程度上可以由被處理的氣流的組成來調(diào)整反應(yīng)器的具體組成 使其適合。圖4a和圖4b的表中分別示出了該研究的測試參數(shù)和結(jié)果。該研究的結(jié)果證明了 功效，并且對次氯酸鹽和碳酸氫鹽的濃度和相對比例如何影響封存提供了啟示。具有更高 含量漂白劑的溶液和更大的氣流趨于捕獲更多的N0,可能是由于漂白劑與NO具有更好的接 觸。
[0092]雖然所述洗滌器105的實(shí)施方案使用次氯酸鈉，但是普通技術(shù)人員應(yīng)理解，可以使 用多種次氯酸鹽或其混合物獲得類似的化學(xué)過程和氧化反應(yīng)，所述次氯酸鹽包括但不限于 次氯酸鉀、次氯酸鈣和次氯酸鎂。同樣地，所述實(shí)施方案還使用碳酸氫鈉，然而普通技術(shù)人 員應(yīng)理解，可以使用多種碳酸鹽、碳酸氫鹽或者碳酸鹽和/或碳酸氫鹽的混合物獲得類似的 化學(xué)過程和氧化反應(yīng)，所述碳酸鹽和碳酸氫鹽包括但不限于碳酸鈉、碳酸氫鈉、碳酸鉀、碳 酸氫鉀、碳酸鈣、碳酸氫鈣、碳酸鎂和碳酸氫鎂。
[0093] IV.水性脫碳(吸收)氣流中的CO2并將其轉(zhuǎn)化為碳酸鹽或碳酸氫鹽
[0094] 如上文所述，在某些實(shí)施方案中，本公開的裝置和方法利用了經(jīng)由吸收/碳酸鹽化 塔110和鼓泡/碳酸氫鹽化塔111的水性脫碳過程，由此將氣態(tài)CO 2吸收至水性苛性混合物 中，然后在該處CO2與氫氧化物反應(yīng)以形成碳酸鹽和碳酸氫鹽產(chǎn)物。在本公開的許多實(shí)施方 案中，將氫氧化鈉用作主要的吸收劑流體。已知各種濃度的氫氧化鈉易于洗滌C〇2。當(dāng)引入 二氧化碳接觸氫氧化鈉水溶液時(shí)，可以形成從純的碳酸氫鈉 （N a H C 0 3)到純的碳酸鈉 (Na2CO3)的一系列產(chǎn)物，并且可以產(chǎn)生將平衡驅(qū)向任一方向的不同條件。在本公開的一些實(shí) 施方案中，大部分或幾乎全部的二氧化碳以這種方式反應(yīng)。在一些實(shí)施方案中，反應(yīng)可進(jìn)行 至完全(或接近完全），并且可以獲得所期望的碳酸鹽產(chǎn)物的足夠濃度(通過各種方式通過 過程化學(xué)或水的去除），以便引發(fā)碳酸氫鹽、碳酸鹽或兩者的混合物的沉淀。
[0095] 在一些實(shí)施方案中，當(dāng)引入二氧化碳接觸氫氧化鈉水溶液時(shí)，反應(yīng)塔內(nèi)的流體接 近反應(yīng)式13所示的行為。發(fā)生的兩個(gè)反應(yīng)過程為：
[0096] 1.初始吸收階段，其中CO2容易被吸收：隨著CO2進(jìn)入液體，其吸收至該流體中以形 成碳酸，然后碳酸與氫氧化物反應(yīng)。隨著MT濃度降低，流體的吸收能力下降，并且當(dāng)(MT濃度 耗盡時(shí)吸收結(jié)束并且在一些情況下發(fā)生逆反。在這一部分過程中，上述反應(yīng)式12中所示的 反應(yīng)是放熱的，并且?guī)缀鮾H形成碳酸鹽。
[0097] 2.第二轉(zhuǎn)化階段，其中⑶2被吸收，但不如前述步驟有利。隨著CO2進(jìn)入液體，CO 2形 成碳酸。然后該碳酸與進(jìn)入的碳酸鹽溶液反應(yīng)，由以下凈化學(xué)計(jì)量形成碳酸氫鈉溶液：
[0098] Na2CO3 (aq) +H2O (I) +CO2 (aq) ^ 2NaHC03 (aq) (13)
[0099] 在各種實(shí)施方案中，如圖2所例示的，碳酸氫鹽的形成在兩個(gè)單獨(dú)的塔中發(fā)生，一 個(gè)塔用于產(chǎn)生碳酸鈉，而另一個(gè)室用于產(chǎn)生碳酸氫鈉。在各種實(shí)施方案中，各個(gè)室可以是噴 霧塔、填充或未填充的泡罩塔或其串聯(lián)，或者是適于引入氫氧化物溶液或碳酸鹽溶液有效 地接觸氣流的任何其他的混合配置，用于在塔110的情況下吸收成為碳酸鹽以及在塔111的 情況下轉(zhuǎn)化為碳酸氫鹽。
[0100] 在本公開的各種實(shí)施方案中，在整個(gè)系統(tǒng)中可以產(chǎn)生寬范圍量的碳酸氫鹽/碳酸 鹽/苛性產(chǎn)物/漂白劑/其他所期望的產(chǎn)物。然而，洗滌酸性氣體所需的碳酸氫鹽的量取決于 氣流的組成。在某些實(shí)施方案中，較高濃度的硫基酸性氣體和/或氮基酸性氣體會(huì)需要更多 的碳酸氫鈉被引導(dǎo)至洗滌器105,而相反地，較低濃度的酸性氣體需要較少的碳酸氫鈉。
[0101] 可以使用本領(lǐng)域技術(shù)人員所應(yīng)用的化學(xué)、化學(xué)工程和/或材料科學(xué)的原理和技術(shù)， 將這些方法和設(shè)備進(jìn)一步改進(jìn)、優(yōu)化和規(guī)模放大。此類原理和技術(shù)在如下進(jìn)行教導(dǎo)：例如， 在于2005年9月22日提交的第7，727，374號美國專利；于2005年9月20日提交的第60/718， 906號美國臨時(shí)專利申請;于2005年1月10日提交的第60/642，698號美國臨時(shí)專利申請;于 2004年9月23日提交的第60/612,355號美國臨時(shí)專利申請；于2008年9月22日提交的第12/ 235，482號美國專利申請；于2007年9月20日提交的第60/973，948號美國臨時(shí)申請；于2008 年2月29日提交的第61/032，802號美國臨時(shí)申請;于2008年3月3日提交的第61/033，298號 美國臨時(shí)申請;于2008年9月19日提交的第PCT/US08/77122號國際申請和于2013年1月11日 提交的第2013/0202516號美國專利公開。在不放棄權(quán)利的情況下，通過引用將上述引用的 各個(gè)公開的全文(包括任何附件)具體地并入本文。
[0102] V ·分離產(chǎn)物
[0103]關(guān)于塔110和/或塔111的液流，碳酸氫鈉(NaHCO3或碳酸氫鈉）和碳酸鈉(Na2CO 3或 蘇打粉）的形成在寬范圍的溫度和壓力下發(fā)生，并且對于給定不同的CO2分壓力，提供了不 同的平衡終點(diǎn)。通過操作堿性濃度、試劑和/或氣體流速、溫度、壓力和流體深度中的一種或 多種，可以發(fā)生碳酸鹽沉淀和/或碳酸氫鹽沉淀的形成。在各種實(shí)施方案中，可以改變試劑 流速和/或氣體流速以便引發(fā)碳酸鹽沉淀和/或碳酸氫鹽沉淀的形成。此外，在一些實(shí)施方 案中，可以通過機(jī)械分離(例如，離心)和/或與進(jìn)氣的熱能交換將碳酸鹽/碳酸氫鹽沉淀從 液相分離或干燥。可選地或另外地，在某些實(shí)施方案中，用于分離過程的熱可以來源于最初 的電解中產(chǎn)生的氫氣。
[0104] 根據(jù)吸收器/系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，從塔110和/或塔111中離去的液流可以包括處于各種平 衡狀態(tài)的水、NaHC03、Na 2C03和其他溶解氣體。在一個(gè)實(shí)施方案中，為了對離去液流進(jìn)行分 離/去除，例如，從碳酸鹽(就該詞的意義而言，"碳酸鹽"意指碳酸鹽與碳酸氫鹽的混合物） 去除/分離水可以包括機(jī)械分離(例如離心分離)和/或增加熱能以便從混合物蒸發(fā)水。在其 他實(shí)施方案中，然后可以將純的碳酸鹽、純的碳酸氫鹽、以及以平衡濃度和/或以淤漿形式 或濃縮形式的兩者混合物定期地輸送至儲存罐和/或卡車/罐車。在其他實(shí)施方案中，可以 將液流轉(zhuǎn)移至蒸發(fā)罐/蒸發(fā)場，在該處諸如水的所述液體可以通過蒸發(fā)移除。
[0105] 在根據(jù)本公開的某些實(shí)施方案的沉淀方法中，液相中的水結(jié)合二氧化碳，使氣體 在接觸時(shí)被吸收，基本上瞬間轉(zhuǎn)化為碳酸根離子。反應(yīng)鏈的此階段可以受傳質(zhì)限制，使得一 旦二氧化碳被吸收，隨后的離子反應(yīng)迅速發(fā)生。然而，對于碳酸氫鹽的形成，該反應(yīng)受反應(yīng) 速率限制。因此，如本文所述的分開這兩個(gè)階段的系統(tǒng)會(huì)是更加高效的，尤其是用于獲得更 高純度的沉淀物。
[0106] 關(guān)于洗滌器105的液流，從洗滌器105離去的液流的組成主要取決于氣流的內(nèi)含 物。離去液流可以包含以各種平衡的水、Na 2 S〇4、NaNO3、NaC I、NaOC I、NaHCO3和其他溶解氣 體。
[0107] 在一個(gè)實(shí)施方案中，為了分離/處理離去液流，例如，從硝酸鹽和硫酸鹽中去除/分 離水，可以包括加熱液體以蒸發(fā)水。在另一個(gè)實(shí)施方案中，可以通過使液流通過硫酸鹽回收 過程，即從NaCl分離硫酸鹽，然后加入CaCl 2以將Na2SO4轉(zhuǎn)化成CaS〇4(其是沉淀)來分離硫酸 鹽。同樣地，在其他實(shí)施方案中，例如在肥料生成單元150中，水相可以與氨反應(yīng)，以根據(jù)反 應(yīng)式17和18生成硫酸銨和/或硝酸銨。以這種方式，可以再生碳酸氫鹽。另外，硫酸銨和/或 硝酸銨產(chǎn)物可以用作肥料。
[0108] Na2 SO4 (aq) +2NH3 (aq)+2H20 (I)+2C〇2 (g) ^ (NH4) 2 SO4 (aq) +2NaHC03 (s) (17)
[0109] NaNO3 (aq) +NH3 (aq) +H2O (I) +CO2 (g) ^NH4NO3 (aq) +NaHCO3 (s) (18)
[0110] 在其他實(shí)施方案中，可以將液流轉(zhuǎn)移至蒸發(fā)罐/蒸發(fā)場，在該處諸如水的液體可以 通過蒸發(fā)移除。
[0111] VI.在低能量下電解用于生產(chǎn)吸收劑流體
[0112] 如上文所述，在某些實(shí)施方案中，本公開的裝置和方法使用氯堿池120來生產(chǎn)在脫 碳過程中用作吸收劑流體的氫氧化鈉。氯堿電解是主要用于生產(chǎn)濃縮的氫氧化鈉(苛性鈉） 和氯氣的電化學(xué)過程，并且在全文相關(guān)文獻(xiàn)中通常由反應(yīng)式14進(jìn)行描述：
[0113] 2NaCl+2H20^2Na0H+H2+Cl2 (14)
[0114] 這種電解通常由以下三種常規(guī)類型的標(biāo)準(zhǔn)電解池來完成：隔膜池、汞池和膜式池。 這些類型的池中的每一種由相同的輸入反應(yīng)物產(chǎn)生了相同的輸出產(chǎn)物。它們彼此的區(qū)別主 要在于反應(yīng)物和產(chǎn)物相互分離的方式。
[0115] 在一個(gè)實(shí)施方案中，由于若干因素可以使用膜式池。第一，出于汞的環(huán)境考慮已減 少了對汞池的需求。第二，隔膜池會(huì)產(chǎn)生相對弱的苛性產(chǎn)物，其含有顯著濃度的鹽和氯離 子，并且需要大量的后續(xù)再處理/分離來從苛性物中去除顯著的鹽內(nèi)含物。第三，氟化聚合 物技術(shù)的改進(jìn)提高了膜式池技術(shù)的壽命和電效率，其中在工業(yè)市場中通常保證膜的壽命超 過5年。并且，在優(yōu)選的實(shí)施方案中，每噸苛性物的功率效率超過了隔膜池和汞池兩者。
[0116] 許多優(yōu)選的實(shí)施方案可以使用以這種功能的膜式池。相比其他氯堿電解過程，膜 式池具有若干優(yōu)點(diǎn)。首先，當(dāng)與隔膜池和汞池相比時(shí)，膜式池既不含有也不產(chǎn)生任何環(huán)境敏 感的排放物(例如，汞），并且是電學(xué)有效的。膜式池還使用了濃縮的/稀釋的/補(bǔ)充的NaCl回 路，使得其可以良好適于用作連續(xù)"鹽回路"處理單元。其次，在膜式池中產(chǎn)生的NaOH不需進(jìn) 一步蒸發(fā)/濃縮，其可以是自然合適的濃度水平用于脫碳過程（例如，以重量計(jì)30-33%的 NaOH)。通過加入小的增量單元，膜式池技術(shù)還可以容易地從實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)按比例放大至工廠 規(guī)模生產(chǎn)。
[0117] 并且，膜式池產(chǎn)生的氫氣是"清潔的"，近似"電子級"，并且相對地不含NaCl或其他 污染物。因此，氫氣可以進(jìn)行壓縮并儲于罐中作為電子級出氣，用于現(xiàn)場發(fā)電，例如與低級 煤混合燃燒，或用于燃燒技術(shù)獲益?？蛇x地，所述氫氣可以用作分離過程的鍋爐燃料。此外， 由膜式工藝產(chǎn)生的氯氣比由其他標(biāo)準(zhǔn)電解過程產(chǎn)生的氯氣具有較少的"濕度"。因此，一階 段式壓縮循環(huán)可足夠用于生產(chǎn)水處理級的氯氣。
[0118] 在某些實(shí)施方案中，在溶液被電解之前向其中加入了酸。所述酸可以是任何形式 的可對溶液提供質(zhì)子化作用的酸，所述酸包括但不限于鹽酸。普通技術(shù)人員應(yīng)理解，可以使 用任何數(shù)量的酸或酸的混合物獲得類似的化學(xué)過程和電解。在一些實(shí)施方案中，所述酸是 在燃燒器140中通過燃燒副產(chǎn)物HdPCl 2而生成的鹽酸。加入溶液的酸的量可以基于最佳質(zhì) 子化速率的確定，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生反應(yīng)物的能量最低并且從產(chǎn)物回收的能量最高。
[0119]可以使用本領(lǐng)域技術(shù)人員所應(yīng)用的化學(xué)、化學(xué)工程和/或材料科學(xué)的原理和技術(shù)， 將這些方法和設(shè)備進(jìn)一步改進(jìn)、優(yōu)化和規(guī)模放大。此類原理和技術(shù)，包括使用低壓電解 (LVE)來改進(jìn)該工藝的熱力學(xué)效率的技術(shù)，在以下中獲得教導(dǎo)：例如，在于2005年9月22日提 交的第7，727，374號美國專利；于2005年9月20日提交的第60/718，906號美國臨時(shí)專利申 請；于2005年1月10日提交的第60/642，698號美國臨時(shí)專利申請；于2004年9月23日提交的 第60/612，355號美國臨時(shí)專利申請;于2008年9月22日提交的第12/235，482號美國專利申 請;于2007年9月20日提交的第60/973，948號美國臨時(shí)申請;于2008年2月29日提交的第61/ 032，802號美國臨時(shí)申請;于2008年3月3日提交的第61/033，298號美國臨時(shí)申請；于2008年 9月19日提交的第PCT/US08/77122號國際申請;和于2013年1月11日提交的第2013/0202516 號美國專利公開。在不放棄權(quán)利的情況下，通過引用將各個(gè)上述引用的公開的全文(包括任 何附件)具體地并入本文。
[0120] VII.生產(chǎn)次氯酸鹽
[0121] 如上文所述，在某些實(shí)施方案中，本公開的裝置和方法使用了次氯酸鹽反應(yīng)器 130。收集在池120中的氯堿過程中生成的氯氣，并移至次氯酸鹽反應(yīng)器130和/或HCl燃燒器 140。遞送至次氯酸鹽反應(yīng)器130的氯氣與從氯堿池120直接或間接遞送的氫氧化鈉溶液接 觸(鼓泡）。獲得次氯酸鈉溶液，并且其可以與轉(zhuǎn)化/碳酸氫鹽化塔111中生成的碳酸氫鹽溶 液一同用作洗滌器105中的吸收劑溶液和/或被運(yùn)往市場。
[0122] VIII.回收廢熱
[0123] 因?yàn)楸竟_的某些實(shí)施方案是在發(fā)電廠存在下、或是以由燃燒產(chǎn)生的煙氣或其他 熱氣的形式大量排放CO2的情況下使用的，因此在電化學(xué)池的優(yōu)化中存在足夠的機(jī)會(huì)來利 用這種"廢"熱，這不同于標(biāo)準(zhǔn)的氯堿過程。例如，典型的進(jìn)入煙氣溫度(例如，在靜電沉淀處 理后)很可能是300°C。本公開的系統(tǒng)可以包括熱交換器，其適于將所述煙氣降低至小于300 °C的點(diǎn)，同時(shí)加熱陽極液流體和陰極液流體(其中，對于LVE，通常應(yīng)保持在>87.5°C )。這促 進(jìn)了不存在與陽極液和陰極液加熱器有關(guān)的電損耗的操作。
[0124] 通常，由于發(fā)電廠可得的煙氣的離開溫度為KKTC (通常經(jīng)洗滌）、300°C (沉淀過程 后）和900°C (沉淀進(jìn)入)或其他這類溫度，通過與電回收循環(huán)進(jìn)行熱交換來冷卻進(jìn)入煙氣， 從而引發(fā)大量的廢熱處理，所述循環(huán)的實(shí)例是氨-水循環(huán)(例如，"Kalina"循環(huán)）、蒸汽循環(huán)， 或任何這類完成同樣的熱力學(xué)方式的循環(huán)。由于本公開的一些實(shí)施方案依賴DC電來完成本 公開的試劑/吸收劑的制備，通過用于其他用途的在不存在與DC電轉(zhuǎn)變?yōu)锳C電相關(guān)的正常 變壓器損耗的情況下完成的廢熱回收，可以對該過程進(jìn)行部分地或全部地直接供電。并且， 通過廢熱至工作能源的使用，可以在根本不使用電生成步驟的情況下完成顯著的效率。在 一些條件下，發(fā)現(xiàn)這些廢熱回收能量的量可以完全供動(dòng)力于本公開的實(shí)施方案。
[0125] 同樣地還可以利用系統(tǒng)中其他過程的廢熱回收，以在系統(tǒng)的其他點(diǎn)增加效率。
[0126] 上述說明和實(shí)例提供了結(jié)構(gòu)的完整描述和示例性實(shí)施方案的用途。雖然上文以某 些程度的特殊性或引用一個(gè)或多個(gè)的單個(gè)實(shí)施方案來描述某些實(shí)施方案，但本領(lǐng)域的技術(shù) 人員能夠在不偏離本公開范圍的情況下對所公開的實(shí)施方案進(jìn)行許多改變。因此，本文的 裝置、系統(tǒng)和方法的例示性實(shí)施方案并非意在限制。相反，本文的設(shè)備、系統(tǒng)和方法包括落 入權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有改進(jìn)和替代，并且除所示實(shí)施方案之外的那些實(shí)施方案可以包括 所述實(shí)施方案的部分或全部特征。例如，組分可以合并為單一結(jié)構(gòu)，和/或連接可以替代。而 且，當(dāng)適當(dāng)時(shí)，任何上述實(shí)施例的方面可以與任何其他所述實(shí)施例的方面合并，以形成具有 可比較的或不同的特性并解決相同或不同問題的另外的實(shí)施例。同樣地，將理解上述益處 和優(yōu)點(diǎn)可以涉及一個(gè)實(shí)施方案，或者可以涉及若干實(shí)施方案。
[0127] 權(quán)利要求不應(yīng)被解釋為包括方法加功能限制或者步驟加功能限制，除非分別使用 短語"……的方法"或"……的步驟"將此類限制明確記載在給定權(quán)利要求中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 有效減少氣流中污染物的量的方法，其包括： (a) 獲得水性混合物中的氫氧化物； (b) 獲得水性混合物中的次氯酸鹽； (c) 將所述氫氧化物與所述氣流中的二氧化碳混合，從而產(chǎn)生第一混合物中的碳酸氫 鹽產(chǎn)物或碳酸鹽產(chǎn)物與碳酸氫鹽產(chǎn)物的組合，由此以礦產(chǎn)物形式封存所述二氧化碳;以及 (d) 將所述次氯酸鹽和來自所述第一混合物的碳酸氫鹽產(chǎn)物或碳酸鹽產(chǎn)物與碳酸氫鹽 產(chǎn)物的組合中的至少一部分與所述氣流中的硫基酸性氣體或氮基酸性氣體混合，從而產(chǎn)生 第二混合物中的硝酸鹽產(chǎn)物或硫酸鹽產(chǎn)物，由此封存所述酸性氣體。2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(c)包括改變反應(yīng)平衡以促進(jìn)碳酸氫鹽產(chǎn)物的生 產(chǎn)。3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中獲得所述氫氧化物包括： 獲得第1族的鹽或第2族的鹽； 將所述鹽與酸和水、酸和蒸汽、或者酸、水和蒸汽混合，以產(chǎn)生質(zhì)子化的鹽溶液;并電解 所述質(zhì)子化的鹽溶液以產(chǎn)生所述氫氧化物、氫氣和氯氣。4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其中獲得所述次氯酸鹽包括： 將所述氫氧化物與所述氯氣混合以產(chǎn)生所述次氯酸鹽。5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其還包括:在所述氣流在步驟（c)中混合之前以及所述氣 流在步驟(d)中混合之后，獲得第二水性混合物中的所述氫氧化物，并噴灑所述水性混合物 以與所述氣流混合。6. 如權(quán)利要求4所述的方法，其還包括:在所述氣流在步驟(c)和步驟(d)中混合之前， 在第二水性混合物中獲得所述氫氧化物，并噴灑所述水性混合物以與所述氣流混合。7. 如權(quán)利要求3所述的方法，其還包括使所述氫氣與所述氯氣反應(yīng)以產(chǎn)生鹽酸。8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述質(zhì)子化的鹽溶液包含所述鹽酸的至少一部分。9. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述氣流為天然氣氣流或煙氣氣流。10. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述酸性氣體為NOx、SOx或H2S。11. 如權(quán)利要求10所述的方法，其還包括使硫酸鹽產(chǎn)物或硝酸鹽產(chǎn)物與氨和二氧化碳 反應(yīng)以產(chǎn)生碳酸氫鹽和硫酸銨或硝酸銨。12. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述酸性氣體為SOx或H2S。13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其還包括從第二液體流出物中分離所述硫酸鹽產(chǎn)物，并 將所述硫酸鹽產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為硫酸鈣。14. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述酸性氣體為NOx。15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其還包括適于將所述硝酸鹽產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為硝酸銨的第五 組混合設(shè)備。16. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中將所述次氯酸鹽和所述碳酸氫鹽產(chǎn)物或碳酸鹽與碳 酸氫鹽產(chǎn)物的組合中的至少一部分混合包括，將包含以重量計(jì)〇. 5 %至約5 %的次氯酸鹽和 以重量計(jì)約0.5%至約5%的碳酸氫鹽的溶液或溶液的組合進(jìn)行混合。17. 如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述次氯酸鹽與碳酸氫鹽的摩爾比為約1:1至約5: 1〇18. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述次氯酸鹽是以次氯酸鈉的形式，并且所述氫氧 化物是以氫氧化鈉的形式。19. 洗滌天然氣氣流的方法，其中所述洗滌階段基本上由以下組成： 將次氯酸鹽和碳酸氫鹽與所述天然氣氣流中的硫基酸性氣體或氮基酸性氣體混合以 產(chǎn)生混合物中的硝酸鹽產(chǎn)物或硫酸鹽產(chǎn)物，由此封存所述酸性氣體。20. 如權(quán)利要求19所述的方法，其中所述次氯酸鹽的濃度為以重量計(jì)0.5%至5%，并且 所述碳酸氫鹽的濃度為以重量計(jì)〇. 5 %至5 %。21. 如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述次氯酸鹽與碳酸氫鹽的摩爾比為約1:1至約5: 1〇22. 有效減少氣流中污染物的系統(tǒng)，其包含： 第一組混合設(shè)備，其適于將氫氧化物與氣流混合以產(chǎn)生第一混合物，其中所述氣流中 的二氧化碳能夠與氫氧化物反應(yīng)從而產(chǎn)生第一液體流出物中的碳酸氫鹽產(chǎn)物或碳酸氫鹽 產(chǎn)物與碳酸鹽產(chǎn)物的組合;以及 第二組混合設(shè)備，其適于將次氯酸鹽和所述碳酸氫鹽產(chǎn)物或碳酸氫鹽產(chǎn)物與碳酸鹽產(chǎn) 物的組合與所述氣流混合從而產(chǎn)生第二混合物，其中氮基酸性氣體或硫基酸性氣體能夠與 所述次氯酸鹽和所述碳酸氫鹽產(chǎn)物或碳酸氫鹽產(chǎn)物與碳酸鹽產(chǎn)物的組合反應(yīng)，從而產(chǎn)生第 二液體流出物中的硝酸鹽產(chǎn)物或硫酸鹽產(chǎn)物， 其中在所述氣流的至少一部分流經(jīng)所述第一組混合設(shè)備之前，所述氣流流經(jīng)所述第二 組混合設(shè)備。23. 如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其還包括適于將所述液體流出物輸送至所述第二組混 合設(shè)備以產(chǎn)生所述第二混合物的導(dǎo)管。24. 如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其還包括適于用質(zhì)子化的鹽水溶液電化學(xué)產(chǎn)生所述氫 氧化物的氯堿池，其中所述氯堿池與所述第一組混合設(shè)備流體連通。25. 如權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其還包括適于將來自所述氯堿池的氫氧化物與來自所 述氯堿池的氯氣混合的第三組混合設(shè)備，其中所述氯堿池與所述第三組混合設(shè)備流體連 通，并且其中所述第三組混合設(shè)備與所述第二組混合設(shè)備為流體連通。26. 如權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其還包括適于在所述氣流的至少一部分流經(jīng)所述第一 組混合設(shè)備之前，將來自所述氯堿池的氫氧化物與所述氣流混合的第四組混合設(shè)備。27. 如權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其還包括適于燃燒來自所述氯堿池的氫氣和氯氣以產(chǎn) 生鹽酸的燃燒器。28. 如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中所述鹽酸的至少一部分與所述氯堿池連通以使鹽 水溶液質(zhì)子化。29. 如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中所述氣流為天然氣氣流或煙氣氣流。30. 如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中所述酸性氣體為NOx、SOx或H2S。31. 如權(quán)利要求30所述的系統(tǒng)，其還包括適于將所述硫酸鹽產(chǎn)物或硝酸鹽產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為 硫酸銨或硝酸銨的第五組混合設(shè)備。32. 如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中所述酸性氣體為SOx或H2S。33. 如權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其還包括適于從所述第二液體流出物中分離所述硫酸 鹽產(chǎn)物并形成固體形式的硫酸鈣的第五組混合設(shè)備。34. 如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中所述酸性氣體為NOx。35. 如權(quán)利要求34所述的系統(tǒng)，其還包括適于將所述硝酸鹽產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為硝酸銨的第五 組混合設(shè)備。36. 如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中所述第二混合物包含以重量計(jì)約0.5%至約5%的 次氯酸鹽和以重量計(jì)約〇. 5 %至約5 %的碳酸氫鹽。37. 如權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其中所述次氯酸鹽與碳酸氫鹽的摩爾比為約1:1至約5: 1〇38. 如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中所述第一組混合設(shè)備包含兩個(gè)階段： 第一階段，適于將所述氫氧化物與離開所述第二組混合設(shè)備的一部分所述氣流混合， 從而產(chǎn)生第一階段液體流出物中的碳酸鹽產(chǎn)物，以及 第二階段，適于將所述第一階段液體流出物與離開所述第二組混合設(shè)備的另一部分所 述氣流混合，從而產(chǎn)生所述第一液體流出物中的碳酸氫鹽產(chǎn)物。39. 如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中所述次氯酸鹽是以次氯酸鈉的形式，并且所述氫氧 化物是以氫氧化鈉的形式。
【文檔編號】B01D53/62GK106061583SQ201580011514
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2015年1月16日 公開號201580011514.X, CN 106061583 A, CN 106061583A, CN 201580011514, CN-A-106061583, CN106061583 A, CN106061583A, CN201580011514, CN201580011514.X, PCT/2015/11765, PCT/US/15/011765, PCT/US/15/11765, PCT/US/2015/011765, PCT/US/2015/11765, PCT/US15/011765, PCT/US15/11765, PCT/US15011765, PCT/US1511765, PCT/US2015/011765, PCT/US2015/11765, PCT/US2015011765, PCT/US201511765
【發(fā)明人】艾·亞布隆斯基, 亞歷山大·斯托拉, 亞當(dāng)·熱爾梅娜, 喬·大衛(wèi)·瓊斯
【申請人】斯凱約尼克公司