TWI543808B - 用於乾燥來自富氧燃燒製程之富含二氧化碳之溼氣體流之方法 - Google Patents

用於乾燥來自富氧燃燒製程之富含二氧化碳之溼氣體流之方法 Download PDF

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Description

用於乾燥來自富氧燃燒製程之富含二氧化碳之溼氣體流之方法
本發明係關於一種用於乾燥來自富氧燃燒製程之富含CO2之溼氣體流之方法，特定言之，利用乾燥劑(吸附劑)實施吸附製程及再生此吸附劑之乾燥方法。
來自富氧燃燒製程之富含CO2之溼氣體流需經處理以移除第一壓縮步驟期間或之後之H2O。由於需避免固體水合物或腐蝕物質之形成，使下游分離或注射製程期間不含水相，故需限制富含CO2之溼氣體流中之水分。就此乾燥步驟或製程而言，常使用容納至少一乾燥劑之至少一容器來吸附來自沿一個方向通過該乾燥劑之富含CO2之溼氣體流之水分。為使乾燥劑再生，沿相反方向提供通過乾燥劑床之流動。常見裝置係兩個乾燥器，其中一者處於運作，而另一者待命，且各自處於再生模式。
文獻WO 2009/071816 A2揭示一種於高壓下乾燥富含二氧化碳之氣體之方法，其中於一吸附乾燥單元中清潔富含二氧化碳之氣體，該吸附乾燥單元包含以循環方式操作之至少兩吸附劑瓶，其中一瓶供應有用於乾燥之富含二氧化碳之氣體，而另一個瓶藉由乾燥單元所產生之乾氣體流加壓及再生，該乾燥單元在對至少一個瓶進行第一加壓時產生富含二氧化碳之至少一乾氣體，在此期間將不同於來自乾燥單元之產物之加壓氣體提供至該瓶。
由此已知方法展現之缺點係，將所產生之富含二氧化碳之乾氣體用作再生氣體及在再生之後將該氣體排放至大氣。此導致不利之CO2損失。另一方面，CO2再偱環會不利地提高用於壓縮之能量需求。
以上缺點及缺陷係藉由用於乾燥來自富氧燃燒製程之富含CO2之溼氣體流之方法克服或減輕，該方法包含：將富含CO2之溼氣體流壓縮至乾燥製程操作壓力，於至少一冷卻器中冷卻富含CO2之溼氣體流，或於容納至少一乾燥劑床之至少一乾燥器中乾燥富含CO2之溼氣體流及藉由以與富含CO2之溼氣體流之流動方向相反之方向使經加熱之再生氣體通過該乾燥器來再生該乾燥劑床，於一純化製程中將富含CO2之乾氣體流分離為經純化之CO2氣體流及富含氮氣及氧氣之廢氣體流，藉此將富含氮氣及氧氣之廢氣體流用作再生氣體，及在再生之後，藉由自壓縮機導出之富含CO2之加壓氣體流將乾燥器清洗至少一次，及藉此以自壓縮機導出之富含CO2之加壓氣體流將乾燥器上料至乾燥製程操作壓力，然後實施各乾燥製程。本發明之其他有利實施例可參見附接專利申請範圍。
本發明方法提供一種具有低CO2損失且能量上高效率之乾燥來自富氧燃燒製程之富含CO2之溼氣體流之方法。更具體言之，該用於乾燥來自富氧燃燒製程之富含CO2之溼氣體流之方法提供以下優點：
-　因將具有低CO2含量之氣體流用於乾燥器中之乾燥劑再生而具有較低CO2損失，
-　減少乾燥及再生製程期間之能量消耗。
本發明之其他特徵及優點將藉由以上僅以非限制性實例方式及參照附圖給出之本發明實施例論述得以闡明。
來自富氧燃燒製程之富含CO2之溼氣體流需經處理以移除第一壓縮步驟期間或之後之H2O。由於需避免固體水合物或腐蝕物質之形成，使CO2純化製程之下游分離或注射製程期間無水相，故需限制富含CO2之溼氣體流中之水分。
依照圖1，使富含CO2之溼氣體流1(該氣體流亦可命名為來自富氧燃燒製程之熱條件之煙道氣流)經由管線11引導至一壓縮機2及在該壓縮機中將該氣體壓縮至較佳在10與60 bar之間之乾燥製程操作壓力。該壓縮機2一般具有多個壓縮台及因此亦可在一中間壓縮台處安裝乾燥單元6.1、6.2。最佳地，作為乾燥製程操作壓力之壓力係於25至55 bar範圍內選擇。因此，可藉由壓縮台排放2與乾燥器6.1、6.2之間之一冷凝步驟來最小化乾燥製程之水負載量。於圖1中所示之本發明實施例中，引導位於壓縮機2下游之熱氣體流1(經由管線11)及於至少一冷卻器，較佳於兩個冷卻器3.1及3.2中冷卻。進一步較佳地，佈置位於冷卻器3.1下游之一煙道氣處理裝置4用於移除Hg、SOx、灰塵及類似物質，及較佳佈置位於冷卻器3.2下游之一蒸氣液體分離器5用於將冷凝水分自氣體流分離及佈置經由管線13引向廢水處理(未顯示)之一液體出口。提供煙道氣處理裝置4延長位於乾燥器6.1、6.2中之乾燥劑7.1、7.2之使用期限，同時提供蒸氣液體分離器5將有助於減小乾燥器6.1、6.2之尺寸。
較佳將兩乾燥器6.1、6.2佈置於冷卻器3.1、3.2下游以乾燥富含CO2之溼氣體流1。各乾燥器容納用於吸附富含CO2之溼氣體流1中之水分之至少一乾燥劑固定床7.1、7.2。根據本發明，各乾燥器6.1、6.2以乾燥模式及再生模式交替工作。於乾燥模式中，富含CO2之溼氣體流1係藉由乾燥劑7.1、7.2乾燥及於再生模式中，乾燥劑7.1、7.2係藉由再生氣體流9再生。依照圖1，乾燥器6.2處於乾燥模式及乾燥器6.1處於再生模式或待命模式。因此，若使用兩或更多個乾燥器6.1、6.2，則該等乾燥器較佳係以並聯方式佈置以如上所述般進行使用。閥門20.1、20.2及17.1、17.2可相應地打開及/或關閉。
本發明之另一較佳實施例提供一種佈局，其具有串聯操作之兩乾燥器6.1、6.2(圖中並未顯示)，其規定係改變富含CO2之氣體流1通過乾燥器6.1、6.2之順序以防止水滲漏至下游系統中。於此等佈局中，富含CO2之氣體流1首先通過之乾燥器6.1、6.2亦將隨後先到達其吸附容限。依照改變之順序藉由使氣體旁通來將此乾燥器6.1、6.2自操作分離，隨後實施再生及重置至操作中，彼意指再次使富含CO2之氣體流1通過經再生之乾燥器6.1、6.2。
在乾燥器6.1、6.2下游，富含CO2之乾氣體流(乾煙道氣流)8會經由一純化製程(未顯示)，其中富含CO2之乾氣體流8分離為幾乎純之CO2氣體流及含有大量氮氣及氧氣之廢氣體流。
根據本發明，將含有氮氣及氧氣之廢氣用作再生氣體9及經由管線12以與富含CO2之溼氣體流1之流動方向相反之流動方向引導至乾燥器6.1、6.2，及於乾燥器6.1、6.2之再生模式期間，使乾燥劑7.1、7.2中之水分脫附。將再生氣體流9引導至乾燥器6.1、6.2之前，藉由一加熱器10將其加熱至較佳高於160℃及低於300℃之溫度。於乾燥模式期間，再生氣體流9使用較富含CO2之溼氣體流1更低之壓力。該再生製程會週期性複現，但偱環時間係視乾燥劑7.1、7.2(吸附劑)及富含CO2之溼氣體流1之水分含量而定。
根據本發明，在乾燥劑7.1、7.2再生之後以富含CO2之氣體流將乾燥器6.1、6.2清洗或清潔至少一次，且該清洗氣體流係自壓縮機2之出口獲得。乾燥器6.1、6.2之清洗係藉由以富含CO2之氣體流進行部份加壓實施，接著使乾燥器6.1、6.2減壓至大氣壓或分別返回至上游製程或乾燥製程。需進行清洗以減小因再生氣體流9進入乾燥器6.1、6.2而混入之諸如氮氣之惰性氣體之含量。依照圖1，富含CO2之氣體流較佳係直接自壓縮機2之出口(位於冷卻器3.1、3.2上游)經由管線14獲取。根據圖2中所示之另一較佳實施例，用於清洗乾燥器6.1、6.2之富含CO2之氣體流係自冷卻器3.1、3.2下游經管線15獲取及在加熱器10中加熱至至少80℃，然後使該富含CO2之氣體流用於清洗乾燥器6.1、6.2。藉由將富含CO2之氣體流加熱至上述溫度，可避免因氣體擴散至具有再生氣體壓力之乾燥容器所導致之固體CO2形成。
根據本發明，為了將乾燥器6.1、6.2重置至操作模式，在再生製程及/或清洗製程之後，藉由富含CO2之氣體流使乾燥器6.1、6.2中之壓力提高至乾燥製程操作壓力。依照圖1，用於提高乾燥器6.1、6.2中之壓力之富含CO2之氣體流較佳係直接自壓縮機2之出口(位於冷卻器3.1、3.2上游)經管線14獲取。根據圖2中所示之另一較佳實施例，用於提高乾燥器6.1、6.2中之壓力之富含CO2之氣體流係自冷卻器3.1、3.2下游經管線15獲取及在加熱器10中加熱，然後將該富含CO2之氣體流引導至乾燥器6.1、6.2。因此，富含CO2之熱氣體流(藉由壓縮機2或藉由加熱器10加熱)係用於裝料乾燥器6.1、6.2。
藉由在本發明之乾燥製程之前裝料乾燥器6.1、6.2，則可防止在再生製程與乾燥製程之間之變換期間發生壓力波動，係因壓力波動可導致諸如乾燥器床(乾燥劑床)壓實/粉碎或床升之破壞，防止上行加壓流動，及壓縮機2可能發生之關停或製程中斷。因此，提供位於入口中之至少一閥門16.1、16.2及位於出口管路(或直接接合於乾燥器6.1、6.2上)中之至少一閥門17.1、17.2以降低及/或提高乾燥器6.1、6.2中之壓力。用於分別減小壓力或緩解乾燥器6.1、6.2之常見方法為經由閥門18.1、18.2將所容納氣體送至大氣。此亦可藉由裝料再生氣體實施。若正常供料及產物管線受阻，則實施此操作。
藉由將本發明之富含CO2之熱氣體流用於裝料乾燥器6.1、6.2以替代使用來自乾燥器6.1、6.2之乾冷CO2流，可避免乾燥器6.1、6.2中所使用之材料及乾燥劑7.1、7.2發生熱應力。藉由使用本發明之熱氣體流，可避免絕熱膨脹至乾燥器6.1、6.2中之後因低溫而導致乾冰形成(最壞情況)，係因膨脹之熱氣體流亦具有較低但不太冷之溫度。富含CO2之熱氣體流之溫度係由壓縮機2之壓縮關係決定且較佳係於80與140℃之間。於其他情況中，當在加熱器10中加熱富含CO2之氣體流時，較佳先將其加熱至至少80℃，然後將富含CO2之氣體流用於裝料乾燥器6.1、6.2。
就乾燥器6.1、6.2之第一次加壓或裝料而言，在系統建立之後便無需特殊裝置。此較佳係藉由保證在壓縮機啟動時用於吸附操作所需之所有乾燥器6.1、6.2中之所有乾燥劑床7.1、7.2對壓縮機2打開而得以實現，彼意指使適當的閥門打開。
根據乾燥器6.1、6.2之操作模式(乾燥、再生、清洗、裝料或待命)，使閥門16.1、16.2、17.1、17.2、18.1、18.2、19.1、19.2、20.1、20.2、21及22打開或關閉。例如，於乾燥製程期間，乾燥器6.2之閥門20.2及17.2(或乾燥器6.1之閥門20.1及17.1)打開，乾燥器6.2之所有其他閥門關閉。於再生製程期間，閥門21(僅存在於圖2之實例)、乾燥器6.2之19.2及18.2(或乾燥器6.1之閥門19.1及18.1)打開，乾燥器6.2之所有其他閥門關閉(包括僅存在於圖2之實例中之閥門22)。於清洗製程期間，閥門22(僅存在於圖2之實例中)及乾燥器6.2之16.2(或乾燥器6.1之閥門16.1)打開且在達到特定壓力水準，較佳10至15 bar之壓力之後關閉。隨後打開閥門18.2(或乾燥器6.1之閥門18.1)以對系統再次減壓。可重複此順序以防止雜質含量過高。於其他情況中，乾燥器6.1、6.2之裝料可藉由打開閥門22(僅存在於圖2之實例中)及乾燥器6.2之閥門16.2(或乾燥器6.1之閥門16.1)來啟動，乾燥器6.2之所有其他閥門關閉(包括僅存在於圖2之實例中之閥門21)。當乾燥器6.1、6.2中之壓力水準達到乾燥製程操作壓力水準時，可打開管線11.2及其製程閥門20.2及乾燥器6.2之閥門17.2(或管線11.1及其閥門20.1及乾燥器6.1之閥門17.1)以將各乾燥器重置為吸附操作，彼意指乾燥操作。
本發明之乾燥及再生製程提供針對能量消耗及低CO2損失之最佳解決方式。
雖然本發明已參照各示例性實施例進行描述，然而熟習本項技術者將理解，可在不脫離本發明範圍下進行各種變化及其元件可經等效物替代。此外，可實施許多修改以使本發明教義適應具體情況或材料而不脫離本發明之實質範圍。因此，本發明並非限制於作為實施本發明之最佳模式而揭示之具體實施例，本發明將包括屬於附接專利申請範圍內之所有實施例。
1．．．富含CO2之溼氣體流
2．．．壓縮機
3.1．．．冷卻器
3.2．．．冷卻器
4．．．煙道氣處理裝置
5．．．蒸氣液體分離器
6.1．．．乾燥器
6.2．．．乾燥器
7.1．．．乾燥劑床
7.2．．．乾燥劑床
8．．．富含CO2之乾氣體流
9．．．再生氣體
10．．．加熱器
11．．．管線
11.1．．．管線
11.2．．．管線
12．．．管線
13．．．管線
14．．．管線
15．．．管線
16.1．．．閥門
16.2．．．閥門
17.1．．．閥門
17.2．．．閥門
18.1．．．閥門
18.2．．．閥門
19.1．．．閥門
19.2．．．閥門
20.1．．．閥門
20.2．．．閥門
21．．．閥門
22．．．閥門
圖1係根據第一實施例之用於乾燥來自富氧燃燒製程之富含CO2之溼氣體流之方法之示意圖，
圖2係根據第二實施例之用於乾燥來自富氧燃燒製程之富含CO2之溼氣體流之方法之示意圖。
1．．．富含CO2之溼氣體流
2．．．壓縮機
3.1．．．冷卻器
3.2．．．冷卻器
4．．．煙道氣處理裝置
5．．．蒸氣液體分離器
6.1．．．乾燥器
6.2．．．乾燥器
7.1．．．乾燥劑床
7.2．．．乾燥劑床
8．．．富含CO2之乾氣體流
9．．．再生氣體
10．．．加熱器
11．．．管線
11.1．．．管線
11.2．．．管線
12．．．管線
13．．．管線
14．．．管線
16.1．．．閥門
16.2．．．閥門
17.1．．．閥門
17.2．．．閥門
18.1．．．閥門
18.2．．．閥門
19.1．．．閥門
19.2．．．閥門
20.1．．．閥門
20.2．．．閥門

Claims (13)

  1. 一種乾燥來自富氧燃燒製程之富含CO2之溼氣體流之方法，該方法包含：將該富含CO2之溼氣體流(1)壓縮至乾燥製程操作壓力，冷卻該富含CO2之溼氣體流(1)，交替地進行，於容納至少一乾燥劑床(7.1、7.2)之至少一乾燥器(6.1、6.2)中乾燥該富含CO2之溼氣體流(1)，及藉由以與該富含CO2之溼氣體流(1)之流動方向相反之方向使經加熱之再生氣體(9)通過該乾燥器(6.1、6.2)來再生該乾燥劑床(7.1、7.2)，於一純化製程中將富含CO2之乾氣體流(1)分離為經純化之CO2氣體流及富含氮氣及氧氣之廢氣體流，藉此將該富含氮氣及氧氣之廢氣體流用作再生氣體(9)，及在再生之後，藉由自壓縮機(2)導出之富含CO2之加壓氣體流將該乾燥器(6.1、6.2)清洗至少一次，及藉此以自該壓縮機(2)導出之富含CO2之加壓氣體流將該乾燥器(6.1、6.2)裝料至乾燥製程操作壓力，然後實施各乾燥製程。
  2. 如請求項1之方法，其中該乾燥製程操作壓力係於10與60bar之間。
  3. 如請求項1之方法，其中在該再生製程期間該再生氣體(9)之壓力低於該乾燥製程操作壓力。
  4. 如請求項1之方法，其中用於清洗該乾燥器(6.1、6.2)之富含CO2之加壓氣體流係直接自該壓縮機(2)下游獲取並直接供料至該乾燥器(6.1、6.2)。
  5. 如請求項1之方法，其中用於清洗該乾燥器(6.1、6.2)之富含CO2之加壓氣體流係自該冷卻步驟下游獲取及藉由一加熱器(10)加熱至至少80℃，然後供料至該乾燥器(6.1、6.2)。
  6. 如請求項1之方法，其中用於在各乾燥製程之前裝料該乾燥器(6.1、6.2)之富含CO2之加壓氣體流係直接自該壓縮機(2)下游獲取並直接供料至該乾燥器(6.1、6.2)。
  7. 如請求項1之方法，其中用於在各乾燥製程之前裝料該乾燥器(6.1、6.2)之富含CO2之加壓氣體流係自該冷卻步驟下游獲取及藉由一加熱器(10)加熱至至少80℃，然後供料至該乾燥器(6.1、6.2)。
  8. 如請求項1之方法，其中包含於該富含CO2之溼氣體流(1)中之Hg及/或SOx及/或灰塵係藉由位於該乾燥器(6.1、6.2)上游之一煙道處理裝置(4)移除。
  9. 如請求項1之方法，其中包含於該富含CO2之溼氣體流(1)中之一部份蒸氣係藉由位於該乾燥器(6.1、6.2)上游之一蒸氣液體分離器(5)冷凝及排出。
  10. 如請求項1之方法，其中該再生氣體流(9)係藉由一加熱器(10)加熱至160至300℃之溫度。
  11. 如請求項1之方法，其中為了乾燥該富含CO2之溼氣體流(1)，使用兩或更多個乾燥器(6.1、6.2)及使其等彼此並 聯佈置及藉此一乾燥器處於乾燥模式及其他者則處於再生模式或待命模式。
  12. 如請求項1之方法，其中為了乾燥該富含CO2之溼氣體流(1)，使用兩乾燥器(6.1、6.2)及將其等以串聯方式佈置及藉此使該兩乾燥器(6.1、6.2)處於乾燥模式，或藉由使該富含CO2之溼氣體流(1)旁通該經再生之乾燥器(6.1、6.2)而使該兩乾燥器(6.1、6.2)中之一者處於再生模式，同時使另一乾燥器(6.1、6.2)處於乾燥模式。
  13. 如請求項12之方法，其中，再生之後，該經再生之乾燥器(6.1、6.2)係作為該等乾燥器(6.1、6.2)系列中之第二乾燥器(6.1、6.2)。
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