CN102883996A - 用于产生二氧化碳流的***和方法 - Google Patents
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Abstract
一种烟道气流处理***，包括用于燃烧燃料以产生烟道气流的燃料反应器，所述烟道气流包含水蒸气、一氧化碳和二氧化碳。所述***包括在燃料反应器下游的氧化催化剂和处理单元，所述氧化催化剂配置为接收烟道气流并氧化一氧化碳而形成富二氧化碳烟道气流，所述处理单元液化富二氧化碳烟道气流中的二氧化碳并产生废气。
Description
背景技术
1. 领域
本发明总体上涉及用于产生二氧化碳流的***和方法。更具体来讲，本发明涉及在使用化学回路燃烧***的烟道气流处理***中产生二氧化碳流。
2. 相关技术
化学回路燃烧(CLC)是一种提供二氧化碳(CO2)内在分离(inherent separation)的燃烧技术。通常，CLC使用两个反应器：一个空气反应器和一个燃料反应器。固体氧载体(可为金属)将氧气从空气转移到燃料。燃料进料至燃料反应器，在燃料反应器中燃料被氧载体氧化且氧载体被还原并返回空气反应器，在空气反应器中氧载体被氧化且氧化燃料和还原载体的回路持续进行。来自燃料反应器的出口物流(一般被称为烟道气)通常包含CO2和水蒸气。然而，根据燃料的不同，所述烟道气可能还包含痕量污染物。当CO2被液化或压缩以供进一步运输时，烟道气中的水蒸气通过冷却和冷凝从CO2中分离。
由于其在燃料反应器中有限的停留时间和游离氧的缺乏，所述CO2流可能被不完全燃烧的产物污染，所述产物例如一氧化碳(CO)、氢气(H2)和甲烷(CH4)。此外，所述烟道气流可能被可能漏入锅炉的空气稀释。
例如CO、H2和CH4的污染物比CO2更难在CO2液化期间液化。所述污染物表现为通常被称为废气的不可冷凝相。废气内污染物的水平常常过高而不能在不经进一步处理的情况下排放至大气中。将废气循环至燃料反应器会导致烟道气中N2和其它惰性气体的逐渐积累，且还可能稀释CO2流，从而降低CLC***的效率。
因此，需要用于高效处理废气而不影响CLC***的方法或***。
概述
根据本文示出的方面，提供产生液化二氧化碳流的方法，所述方法包括：产生包含一氧化碳和水蒸气的烟道气流；使烟道气流经受用于氧化一氧化碳的氧化催化剂的作用，从而产生富二氧化碳烟道气流；和处理所述富二氧化碳烟道气流以形成液化二氧化碳流。
根据本文示出的其它方面，提供烟道气流处理***，所述***包括：用于燃烧燃料以产生烟道气流的燃料反应器，所述烟道气流包含水蒸气、一氧化碳和二氧化碳；在燃料反应器下游的氧化催化剂，所述氧化催化剂配置为接收烟道气流并氧化一氧化碳以形成富二氧化碳烟道气流；和用于液化所述富二氧化碳烟道气流中的二氧化碳并产生废气的处理单元。
根据本文示出的其它方面，提供用于减少由烟道气流处理***排放的污染物的量的方法，所述方法包括：通过燃烧在化学回路燃烧***的燃料反应器中的燃料产生烟道气流，所述烟道气流包含水蒸气和一氧化碳；通过除去所述烟道气流中的水蒸气和一氧化碳形成液化二氧化碳流；在所述液化二氧化碳流形成期间产生废气；和提供至少一部分所述废气至所述化学回路燃烧***中的空气反应器，从而减少由烟道气流处理***排放的污染物的量。
上述和其它特征通过下文的附图和详细描述举例说明。
附图简述
现在参考附图，这些附图为示例性实施方案，其中相同元素为相同编号：
图1为本文公开的***的一个实施方案的示意性框图；且
图2为本文公开的***的一个实施方案的示意性框图。
详述
图1示出了具有燃烧***120的烟道气流处理***100。燃烧***120可为任何能够燃烧燃料122以形成烟道气124的***。图1中示出的燃烧***120为化学回路燃烧***，其包括空气反应器126和燃料反应器128。在这点上，烟道气流处理***100不受限制，原因是燃烧***120可为其它燃烧***，包括但不限于锅炉、高炉(furnace)等。
在操作中，化学回路燃烧***120包括氧载体130，所述氧载体130将氧气从存在于空气反应器126中的空气转移至提供至燃料反应器128的燃料122中。燃料122在燃料反应器128中被氧载体130氧化且氧载体被还原并作为还原的氧载体132返回空气反应器126。将还原的氧载体132在空气反应器126中氧化，且氧化燃料122和还原氧载体130的回路持续进行。氧载体130可为金属，所述金属例如但不限于镍、铜、铁、锰、镉和钴。
如图1中所示，化学回路燃烧***120可包括一个或多个旋风分离器134，所述旋风分离器促进氧载体130从贫化空气(depleted air)的分离和烟道气流124从还原的氧载体132的分离。
燃料反应器128中燃料122的氧化产生烟道气流124，所述烟道气流124的一部分可被循环至燃料反应器128。烟道气流124通常包含一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)和水蒸气。然而，根据燃料的不同，烟道气流124可还包含不同浓度的痕量污染物，例如但不限于硫氧化物(SOx)、氮氧化物(NOx)、汞、氢气(H2)和甲烷。烟道气流124可还包括例如飞尘和未燃燃料(被称为“未燃物”)。
氧化一氧化碳所需的氧气可由漏入锅炉154的空气流152引入，烟道气流124经过锅炉154。氧化一氧化碳形成二氧化碳，所述二氧化碳可在处理单元150中被冷凝和液化。漏入锅炉154的空气流152的量通常为烟道气流124的烟道气体积的约2%。
可进行存在于烟道气流124中的污染物的去除，做法是在引入至处理单元150之前将烟道气流提供至污染物去除***140。污染物去除***140的实例包括但不限于粒子去除设备、脱硫***(例如湿烟道气脱硫***(WFGD)或干烟道气脱硫***(DFGD))、氮氧化物(NOx)去除***、汞去除***(例如，活性炭)和诸如此类，和其组合。从烟道气流124中去除至少一部分所述污染物产生富二氧化碳烟道气流124’，所述富二氧化碳烟道气流124’引入至处理单元150。
处理单元150在除去任何残余污染物以产生二氧化碳流156和废气158的同时，冷凝并液化存在于富二氧化碳烟道气流124’中的二氧化碳。二氧化碳流156以液化形态运输至另一位置以压缩、使用和/或储存。
废气158通常包含未从烟道气流124中除去的物料，所述物料例如氮气、氢气、氧气和一氧化碳。
在如图1所示的一个实施方案中，如果存在于烟道气流124的一氧化碳小于烟道气流中的二氧化碳浓度的约百分之一体积(1%体积)，则至少一部分废气158可返回至空气反应器126。
烟道气流124中一氧化碳浓度的测量可通过测量设备160实现。所述测量设备160可为任何能够实现一氧化碳浓度测量的设备。测量设备160的实例包括但不限于传感器或燃烧气分析仪，例如Fyrite®分析仪。测量仪器160可与控制器170连接，所述控制器170例如能够接受来自用户的操作指令172并为用户提供关于测得浓度的数据174的数据处理器。
在如图2所示的另一个实施方案中，如果存在于烟道气流124的一氧化碳浓度为或大于烟道气流124中的二氧化碳浓度的约百分之一体积(1%体积)，则废气158不返回空气反应器126而是提供至大气。此外，所述富二氧化碳烟道气流124’在引入处理单元150前经历进一步处理。特别地，氧化催化剂180被置于燃料反应器128下游介于污染物去除***140和处理单元150之间的位置。氧化催化剂180促进存在于富二氧化碳烟道气流124’的一氧化碳的氧化以形成二氧化碳。
氧化催化剂180与空气流152共同工作以氧化存在于烟道气流中的一氧化碳。如果烟道气流124中的一氧化碳浓度小于烟道气流中二氧化碳浓度的约3%体积，则为烟道气流2%体积的空气流152应当足以用于氧化。然而，如果空气流152的体积小于烟道气流124的2%，或一氧化碳浓度为3%体积或更大，则为氧化目的可加入额外的氧气。为增加一氧化碳氧化的效率，或保证空气流152的体积处于期望的水平，可增加漏过锅炉154的空气流的量。另一个选择是，氧气产生单元(例如空气分离机)可提供氧气流182以增加一氧化碳的氧化。
氧化存在于烟道气流124中的一氧化碳允许废气158在烟道气处理***100中的再利用或使含有的污染物浓度对于排放至大气中来说可接受。
尽管本发明已参考多种示例性实施方案加以描述，本领域技术人员应理解，不偏离本发明的范围的情况下可进行多种改变并且等价物可用于替换其中的元素。此外，可进行许多改进以使特定场合或物料适合于本发明的教导而不偏离其实质范围。因此，本发明意欲不限于被考虑作为用于实现本发明的最佳方式公开的特定实施方案，而是本发明包括落入随附的权利要求范围内的所有实施方案。
Claims (17)
1. 产生液化二氧化碳流的方法，所述方法包括：
产生烟道气流，所述烟道气流包含二氧化碳、一氧化碳和水蒸气；
使所述烟道气流经受用于氧化一氧化碳的氧化催化剂的作用，从而产生富二氧化碳烟道气流；和
处理所述富二氧化碳烟道气流以形成液化二氧化碳流。
2. 权利要求1的方法，其中所述烟道气流通过在化学回路燃烧***的燃料反应器中燃烧燃料产生。
3. 权利要求1的方法，其中处理所述富二氧化碳烟道气流产生废气。
4. 权利要求3的方法，所述方法进一步包括：
将废气排至大气。
5. 权利要求1的方法，所述方法进一步包括：
存储所述液化二氧化碳流。
6. 权利要求1的方法，其中所述烟道气流进一步包含选自硫氧化物、氮氧化物、汞和其组合的污染物。
7. 权利要求1的方法，其中所述一氧化碳以二氧化碳浓度的至少1%体积的浓度存在于烟道气流中。
8. 权利要求1的方法，其中使所述烟道气流经受所述氧化催化剂的作用之前，所述方法进一步包括：
使所述烟道气流经受选自脱硫***、粒子去除设备、氮氧化物去除***、汞去除***和其组合的污染物去除***。
9. 权利要求1的方法，所述方法进一步包括：
往所述烟道气流加入氧气。
10. 烟道气流处理***，包括：
用于燃烧燃料以产生烟道气流的燃料反应器，所述烟道气流包含水蒸气、一氧化碳和二氧化碳；
在燃料反应器下游的氧化催化剂，所述氧化催化剂配置为接收烟道气流并氧化一氧化碳以形成富二氧化碳烟道气流；和
用于液化所述富二氧化碳烟道气流中的二氧化碳并产生废气的处理单元。
11. 权利要求10的***，其中所述烟道气流进一步包含选自硫氧化物、氮氧化物、汞和其组合的污染物。
12. 权力要求11的***，所述***进一步包括：
在燃料反应器下游和氧化催化剂上游的污染物去除***，所述污染物去除***选自硫氧化物去除***、氮氧化物去除***、汞去除***及其组合。
13. 权利要求10的***，所述***进一步包括在燃料反应器下游的氧气产生单元，所述氧气产生单元将氧气引入烟道气流。
14. 减少由烟道气流处理***排放的污染物的量的方法，所述方法包括：
通过燃烧在化学回路燃烧***的燃料反应器中的燃料产生烟道气流，所述烟道气流包含水蒸气和一氧化碳；
通过除去所述烟道气流中的水蒸气和一氧化碳形成液化二氧化碳；
在所述液化二氧化碳形成期间产生废气；和
提供至少一部分所述废气至所述化学回路燃烧***中的空气反应器，从而减少由烟道气流处理***排放的污染物的量。
15. 权利要求14的方法，其中所述烟道气流进一步包含选自硫氧化物、氮氧化物、汞、二氧化碳和其组合的污染物。
16. 权利要求15的方法，其中所述废气包含一氧化碳。
17. 权利要求14的方法，其中所述烟道气流中的一氧化碳浓度小于烟道气流中的二氧化碳浓度的1%体积。
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