[RU]

В заявке описана система для удаления загрязняющих примесей из цикла генерации мощности, в котором используется циркулирующая текучая среда высокого давления. Система содержит первый башенный холодильник прямого контакта, выполненный с возможностью охлаждения циркулирующей текучей среды высокого давления и конденсации потока текучей среды, с которым из циркулирующей текучей среды удаляется SO ₂ . Первый рециркуляционный насос сообщается по потоку с первым башенным холодильником прямого контакта. Первая башня включает выход, выполненный с возможностью сообщения циркуляции охлажденному потоку CO ₂ продукта, и второй башенный холодильник прямого контакта выполнен с возможностью приема с этого выхода по меньшей мере части охлажденного потока CO ₂ продукта. Второй башенный холодильник прямого контакта выполнен с возможностью охлаждения потока CO ₂ продукта и конденсации потока текучей среды, с которым из потока CO ₂ продукта удаляется NO _x . Второй рециркуляционный насос сообщается по потоку со второй башней. Предложен также соответствующий способ.

(57) Реферат / Формула:

В заявке описана система для удаления загрязняющих примесей из цикла генерации мощности, в котором используется циркулирующая текучая среда высокого давления. Система содержит первый башенный холодильник прямого контакта, выполненный с возможностью охлаждения циркулирующей текучей среды высокого давления и конденсации потока текучей среды, с которым из циркулирующей текучей среды удаляется SO ₂ . Первый рециркуляционный насос сообщается по потоку с первым башенным холодильником прямого контакта. Первая башня включает выход, выполненный с возможностью сообщения циркуляции охлажденному потоку CO ₂ продукта, и второй башенный холодильник прямого контакта выполнен с возможностью приема с этого выхода по меньшей мере части охлажденного потока CO ₂ продукта. Второй башенный холодильник прямого контакта выполнен с возможностью охлаждения потока CO ₂ продукта и конденсации потока текучей среды, с которым из потока CO ₂ продукта удаляется NO _x . Второй рециркуляционный насос сообщается по потоку со второй башней. Предложен также соответствующий способ.

---

Евразийское (21) 201890986 (13) A1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОЙ ЗАЯВКЕ
(43) Дата публикации заявки 2018.11.30
(22) Дата подачи заявки 2016.10.21
(51) Int. Cl.
B01D 53/60 (2006.01) B01D 53/78 (2006.01) F23J15/04 (2006.01) B01D 53/56 (2006.01)
B01D 53/64 (2006.01)
(54) СИСТЕМА И СПОСОБ УДАЛЕНИЯ ПРОДУКТОВ ГОРЕНИЯ ИЗ ЦИКЛА ГЕНЕРАЦИИ МОЩНОСТИ
(31) 62/244,411
(32) 2015.10.21
(33) US
(86) PCT/US2016/058104
(87) WO 2017/070466 2017.04.27
(88) 2017.06.22
(71) Заявитель:
8 РИВЕРЗ КЭПИТЛ, ЛЛК (US)
(72) Изобретатель:
Аллам Родни Джон (GB), Лу Сицзя, Мартин Скотт Томас (US)
(74) Представитель:
Веселицкая И.А., Веселицкий М.Б., Кузенкова Н.В., Каксис Р.А., Белоусов Ю.В., Куликов А.В., Кузнецова Е.В., Соколов Р.А., Кузнецова Т.В. (RU)
(57) В заявке описана система для удаления загрязняющих примесей из цикла генерации мощности, в котором используется циркулирующая текучая среда высокого давления. Система содержит первый башенный холодильник прямого контакта, выполненный с возможностью охлаждения циркулирующей текучей среды высокого давления и конденсации потока текучей среды, с которым из циркулирующей текучей среды удаляется SO2. Первый рециркуляционный насос сообщается по потоку с первым башенным холодильником прямого контакта. Первая башня включает выход, выполненный с возможностью сообщения циркуляции охлажденному потоку CO2 продукта, и второй башенный холодильник прямого контакта выполнен с возможностью приема с этого выхода по меньшей мере части охлажденного потока CO2 продукта. Второй башенный холодильник прямого контакта выполнен с возможностью охлаждения потока CO2 продукта и конденсации потока текучей среды, с которым из потока CO2 продукта удаляется NOx. Второй рециркуляционный насос сообщается по потоку со второй башней. Предложен также соответствующий способ.
131858
СИСТЕМА И СПОСОБ УДАЛЕНИЯ ПРОДУКТОВ ГОРЕНИЯ ИЗ ЦИКЛА
ГЕНЕРАЦИИ МОЩНОСТИ
Область техники
Настоящее изобретение относится к системам и способам удаления продуктов горения из цикла генерации мощности (энергии). В частности, обеспечены системы и методы удаления загрязняющих примесей в виде 10 кислотного газа из цикла генерации мощности, в котором используется рециркуляционное рабочее тело высокого давления.
Уровень техники
Системы и способы генерации мощности, в которых используется сжигание органического топлива (топлив) в присутствии диоксида углерода в качестве
15 рабочего тела, описаны в патенте US 8,596,075, в полном объеме включенном в данное описание в качестве ссылки. По оценкам в ближайшие 100 лет основная потребность мирового производства электроэнергии будет удовлетворяться за счет использования органического топлива (топлив), хотя одновременно будут развиваться и использоваться неуглеродные источники энергии. Известные
20 способы генерации мощности путем сжигания углеводородных топлив, таких как органическое топливо (а) и/или подходящая биомасса, ограничены, однако, растущей себестоимостью энергии и стремлением к снижению выработки и эмиссии диоксида углерода (СОг). Все больше и больше представляется, что глобальное потепление потенциально влечет за собой катастрофические
25 последствия из-за увеличения выбросов СО2 развитыми и развивающимися
странами. Солнечная и ветровая энергия, вероятно, не в состоянии заменить в ближайшем будущем генерацию мощности за счет сжигания органического топлива (топлив) и/или других углеводородных топлив. Кроме того, ядерная энергетика влечет за собой связанные с ней опасности, в которые входят
30 быстрый рост количества ядерных материалов и захоронение ядерных отходов.
Как отмечено выше, энергия, выработанная за счет сжигания, в настоящее время все более обременяется желанием улавливать СО2 высокого давления для доставки в установки консервации, операции добычи нефти вторичными
методами и/или нагнетания в магистральный трубопровод для повторного использования. Это стремление к улавливанию СО2 трудновыполнимо в современных способах и системах генерации мощности, таких как высокоэффективные установки с комбинированным циклом; вынужденная 5 непроизводственная нагрузка, связанная с улавливанием СО2, может привести к очень низкому тепловому КПД. Кроме того, очень велики капитальные затраты на достижение желательного уровня улавливания СО2. Эти и другие усложнения приводят к существенному возрастанию себестоимости электроэнергии (например, вплоть до 50-70%) по сравнению с системами, выбрасывающими СО2
10 в атмосферу. Возрастающие потепление планеты и/или налогообложение
эмиссии углерода могут катастрофически повлиять на окружающую среду и экономку генерации мощности. Соответственно, в предшествующем уровне техники существует потребность в системах и способах, обеспечивающих высокую эффективность генерации мощности при снижении выбросов СО2 за
15 счет его улавливания и обеспечивающих сниженную стоимость электроэнергии и упрощенные секвестирование (изоляцию) и накопление уловленного СО2.
Одним из подходов к преодолению термодинамических потерь от повторного улавливания СО2 связан с высокоэффективным циклом генерации мощности, в котором используется рабочее тело на основе в основном чистого
20 СО2 с давлением, пригодным для нагнетания в трубопроводную магистраль. Этот подход получил все растущую популярность в конструкциях, в которых используются рециркуляционные транскритические и/или сверхкритические рабочие тела. Эти рабочие тела, преимущественно содержащие СО2, полученный при сжигании в атмосфере кислорода, поддерживаются в рабочем окне, которое
25 в точках, лежащих внутри цикла генерации мощности, совпадает с давлениями и температурами, пригодными для нагнетания в трубопроводную магистраль. В этих совпадающих точках СО2 может быть безопасно отведен из цикла генерации мощности в трубопроводную магистраль и/или в находящийся ниже по потоку процесс повторного использования, в котором требуется такой
30 сжатый и очищенный СО2, при сохранении в то же время высокой эффективности цикла генерации мощности.
В одном из таких циклов генерации мощности используется сжигание в атмосфере кислорода углеводородного топлива для сообщения энергии полностью рекуперированному рабочему телу на основе транскритического диоксида углерода в брайтоновском цикле генерации мощности, как это описано 5 в ранее упомянутом патенте US 8,596,075. В различных аспектах в таком цикле генерации мощности по его природе улавливается по существу 100 % СОг, сформированного при горении углеводородного топлива и имеющего требуемую возможность консервации или давление, соответствующее давлению в магистральном трубопроводе. Кроме того, уловленный СО2 имеет, в основном,
10 высокую чистоту. В случаях, когда в качестве горючего топлива используется природный газ, в таком цикле генерации мощности может достигаться тепловой КПД по существу эквивалентный получаемому в обычных системах с комбинированным циклом без снижения эффективности на улавливание СО2 при давлениях вплоть до и превышающих 300 бар. В частности, если используемое
15 горючее топливо содержит небольшие концентрации серы и азота, как
природный газ, полученный в цикле СО2 может быть отведен в магистраль СО2 с требуемой молярной чистотой и лишь с небольшой дополнительной обработкой или вообще без нее.
Твердые горючие топлива, такие как угли переменного класса,
20 коксующиеся, битум или биомасса, могут содержать повышенные концентрации серы и азота, а также другие получающиеся из них загрязняющие примеси. При использовании таких топлив они сначала должны быть превращены в газ в основном с чистым кислородом в газификаторе высокого давления для получения топливного газа. Топливный газ затем очищается от остаточных
25 твердых микропримесей, охлаждается, сжимается до давления, требуемого в процессе горения, и затем вводится в камеру сгорания цикла генерации мощности для сжигания в присутствии кислорода. Кроме того, может использоваться сернистый природный газ, включающий повышенные концентрации серосодержащих соединений. Получаемые из топлива
30 загрязняющие примеси, такие как серосодержащие и азотосодержащие
соединения, не удаляются из топливного газа перед окислением. По существу в топливном газе сохраняются значительные концентрации загрязняющих
примесей, в которые могут входить H2S, COS, CS2, NH3, HCN, Hg и другие микрокомпоненты в зависимости от исходного источника топлива.
При сжигании топлива в присутствии кислорода образуется поток относительно чистого СО2, некоторое количество воды (Н2О) и различные, 5 возникшее в процессе горения остаточные соединения, которые могут включать молекулярный кислород (О2). В случае использования в системе генерации мощности блока разделения воздуха могут присутствовать относительно низкие концентрации молекулярного азота (N2) и аргона (Аг) наряду с азотом, происходящим от запланированного проникновения воздуха. Кроме того, с
10 остаточным окислителем, избыток которого может преднамеренно поддерживаться, могут вступать в окислительные реакции сера и азотосодержащие соединения. Такое окисление может приводить к образованию нескольких видов загрязняющих примесей, получающихся или из исходного топлива, или из процесса частичного окисления в камере сгорания в присутствии
15 кислорода и/или на других участках с высокой температурой цикла генерации
мощности. Загрязняющие примеси могут включать оксиды серы (SOx), такие как диоксид серы (SO2) и триоксид серы (SO3), образующиеся при окислении полученной из топлива серы при высокой температуре. Другие загрязняющие примеси могут включать оксиды азота (NOx), такие как оксид азота (N0) и
20 диоксид азота (NO2), образующиеся преимущественно при
высокотемпературном окислении соединений азота, содержащихся в топливе, и/или азота, поступающего с воздухом, проникающим через уплотнения системы. Кроме того, при окислении могут формироваться другие загрязняющие микропримеси, такие как Hg. Эти окислительные соединения серы и азота,
25 известные как "кислотные газы", являются предметом природоохранительного законодательства, так как они служат основным катализатором возникновения кислотного дождя и могут приводить к коррозии оборудования при их присутствии в жидкой фазе, и, следовательно, существует необходимость в их удалении и/или поддержании окислительных компонентов ниже определенного
30 порогового значения по меньшей мере в некоторых частях цикла генерации мощности. Эти окислительные компоненты должны быть удалены из цикла генерации мощности для предотвращения выброса этих токсичных
загрязняющих примесей в атмосферу и для защиты внутреннего технологического оборудования. Соответственно, получившиеся при горении газы, создающие повышенные концентрации серы и азота, требуют дополнительной обработки перед направлением на рециркуляцию и/или 5 выпуском.
Хотя существует несколько процессов для удаления серы и/или азота из топлива перед его сжиганием (то есть процессы удаления перед горением) или для удаления следов кислотных газов из технологического газа, выпускаемого в конце цикла генерации мощности (то есть процессы удаления после горения),
10 существует необходимость в процессе удаления, в котором предпочтительно используется рециркуляционная схема цикла генерации мощности, в которой задействовано трнскритическое, сверхкритическое и/или ультра-сверхкритическое рабочее тело. Такая система удаления может предпочтительно обеспечить рециркуляцию СОг в цикл генерации мощности при заданном
15 отношении концентрации рециркуляционного СО2 к углероду в топливе. В таком цикле генерации мощности идеально обеспечиваются регулируемые низкие концентрации загрязняющих примесей в потоке рециркуляционного рабочего тела на основе СО2 и/или в потоке СО2 продукта. Загрязняющие примеси могут удаляться в форме, обеспечивающей эффективную и надежную
20 работу и защиту задействованного оборудования. Такой процесс удаления
должен в идеале удовлетворять нескольким технологическим нуждам в схеме с полузамкнутым контуром, например, средства для охлаждения, конденсации и удаления загрязняющих примесей из рециркуляционного рабочего тела должны быть недорогими при изготовлении и эксплуатации, иметь низкие паразитные
25 потери и подчиняться простой стратегии управления и работы.
В патенте US 8,580,206 на имя Аллам и др., в полном объеме включенном в данное описание в качестве ссылки, раскрыты способы удаления SO2 и/или NOx из газообразного СО2 при повышенном давлении и в присутствии молекулярного кислорода и воды. В частности, обеспечен процесс, в котором используется
30 последовательность стадий реакций в газовой и/или жидкой фазе, приводящая к окислению оксида азота (NO) с образованием диоксида азота (NO2) при повышенном парциальном давлении реагентов. Этот окислительный процесс
может регулировать суммарную скорость протекания последовательности реакций. NO2 затем окисляет диоксид серы (SO2), образуя триоксид серы (SO3), a NO2 восстанавливается обратно до NO. SO3 затем растворяется в жидкой воде с образованием азотной кислоты (H2SO4). Конечным результатом является 5 превращение SO2 в H2SO4 при использовании N0X в качестве катализатора. Последовательность реакций описывается уравнениями, приведенными ниже.
2NO+02=2N02 Уравнение А
S02+N02=S03+NO Уравнение Б
S03+H20=H2S04 Уравнение В
Экспериментальные данные подтвердили теоретические расчеты реакций,
10 что свидетельствует о том, что концентрация SO2 может быть снижена до очень низкого уровня (например, ниже 50 ррт (молярных)) менее, чем за 10 секунд, при превышении концентрации NOx 100 ppm и давлении более приблизительно 10 бар, и парциальном давлении кислорода приблизительно 0,1 бар или выше. Смотри, например, Murciano, L., White, V., Petrocelli, F., Chadwick, D., "Sour
15 compression process for removal of Sox and NOx from oxyfuel-derived CO2," Energy Procedia 4 (2011) pp.. 908-916; а также White, V., Wright, A., Tappe, S., and Yan, J., "The Air Products Vattenfall Oxyfuel CO2 Compression and Purification Pilot Plant at Schwarze Pumpe," Energy Procedia 37 (2013) 1490-1499, которые в полном объеме включены в данное описание в качестве ссылки.
20 Кроме того в патенте US 8,580,206 раскрыто использование этой известной
последовательности реакций для удаления одной или нескольких загрязняющих примесей, которые могут содержать SO2 и/или NOx, в потоке, преимущественно включающем СО2, полученный при окислении топлива в энергетическом бойлере при производстве пара. В частности, такая система может включать
25 паровой бойлер с распыленным подожженным углем и систему сжигания
топлива в присутствии кислорода, в которой рециркулируется по существу весь топочный газ за исключением потока, обогащенного чистым СО2 продуктом. Топочный газ смешивается с потоком окислителя на основе чистого О2 и
направляется в угольные камеры сгорания, что приводит к тому, что концентрация NOx возрастает до равновесного уровня, определяемого по меньшей мере частично температурой адиабатического пламени в камере сгорания. Температура адиабатического пламени в камере сгорания может быть 5 достаточно высока для достижения близких к равновесным условий для
концентрации NOx в топливном газе. В предшествующем уровне сохраняется потребность в способах и системах для удаления загрязняющих примесей, в частности кислотных газов, из выходных потоков при генерации мощности. Сущность изобретения
10 В различных аспектах настоящее изобретение относится к способам и
системам для удаления загрязняющих примесей из цикла генерации мощности. В частности в различных аспектах настоящего изобретения может обеспечиваться система для удаления загрязняющих примесей в виде кислотного газа из цикла генерации мощности, включающего высокоэффективную камеру сгорания и
15 подключенную последовательно турбину, а также поток рециркуляционного
рабочего тела высокого давления (например, рециркуляционного рабочего тела на основе СО2). Система содержит первый башенный холодильник прямого контакта (смешивающего типа), например, колонну массопереноса реактора прямого контакта, выполненный с возможностью охлаждения
20 рециркуляционного рабочего тела высокого давления. Первый башенный
холодильник прямого контакта выполнен также с возможностью конденсации потока текучей среды, удаляющего SO2 из рециркуляционной текучей среды высокого давления. В другом аспекте первый башенный холодильник прямого контакта может быть выполнен с возможностью конденсации потока текучей
25 среды, удаляющего SO2 и, при необходимости, часть NOx из охлажденного
рециркуляционного рабочего тела высокого давления. Система также содержит первый рециркуляционный насос, сообщающийся с первым башенным холодильником прямого контакта. Кроме того, выход первого башенного холодильника прямого контакта выполнен с возможностью раздачи
30 охлажденного потока СО2 продукта. Система содержит также второй башенный холодильник прямого контакта (например, колонну массопереноса реактора прямого контакта), выполненный с возможностью приема по меньшей мере
части охлажденного потока СО2 продукта с выхода первого башенного холодильника прямого контакта. Согласно некоторым аспектам второй башенный холодильник прямого контакта может быть выполнен с возможностью приема по меньшей мере части охлажденного потока СО2 продукта после 5 прокачки этого потока через компрессор и/или насос системы генерации
мощности. Во втором башенном холодильнике прямого контакта охлаждается поток СО2 продукта, и конденсируется поток текучей среды, удаляющий NOx и/или некоторый остаточный SOx из охлажденного потока СО2 продукта. Второй рециркуляционный насос сообщается со вторым башенным холодильником
10 прямого контакта.
В другом аспекте обеспечен способ удаления загрязняющих примесей из цикла генерации мощности и, в частности, удаления загрязняющих примесей в виде кислотного газа из цикла генерации мощности, в котором используется высокоэффективная камера сгорания и установленная последовательно турбина,
15 а также рециркуляционное рабочее тело высокого давления (например, рециркуляционное рабочее тело на основе СО2). Способ включает регулирование концентрации NOx в рециркуляционном рабочем теле высокого давления, вводимом в первый башенный холодильник прямого контакта. Кроме того, способ включает охлаждение рециркуляционного рабочего тела высокого
20 давления в первом башенном холодильнике прямого контакта. Способ может включать конденсацию потока текучей среды, предназначенного для удаления SO2 из охлажденного рециркуляционного рабочего тела высокого давления в первом башенном холодильнике прямого контакта. Способ может также включать вывод охлажденного рециркуляционного рабочего тела высокого
25 давления из первого башенного холодильника прямого контакта в виде потока СО2 продукта и разделение этого потока СО2 продукта на поток повторно используемого рециркуляционного рабочего тела и поток чистого СО2 продукта. Способ включает направление потока чистого СО2 продукта во второй башенный холодильник прямого контакта. Кроме того, способ может включать
30 обеспечение потока чистой воды во второй башенный холодильник прямого контакта. В различных аспектах способ включает охлаждение потока чистого СО2 продукта во втором башенном холодильнике прямого контакта и
конденсацию потока текучей среды, удаляющего NOx и/или остаточный SOx из
охлажденного потока чистого СО2 продукта во втором башенном холодильнике
прямого контакта. Способ также включает выведение потока очищенного СО2
продукта из второго башенного холодильника прямого контакта.
5 В одном из аспектов рециркуляционная текучая среда высокого давления
может вводиться в камеру сгорания наряду с топливом и окислителем для горения, так что образуется поток высокотемпературной текучей среды высокого давления, содержащий рециркуляционное рабочее тело на основе СО2 и группу продуктов горения. Эта смесь продуктов горения и рециркуляционного
10 рабочего тела на основе СО2 может содержать кислотные газы, такие как NOx и SO2, и другие загрязняющие примеси, такие как ртуть (Hg). Результирующий поток текучей среды может вводиться в устройство генерации мощности, такое как турбина, за чем следует рекуперация высокотемпературного тепла во входящий поток посредством рекуперативного теплообменника, нагревающего
15 поступающее рециркуляционное рабочее тело высокого давления на основе СО2 одновременно с охлаждением выхлопного газа турбины.
В одном из аспектов перед направлением в цикл генерации мощности полученные при горении вода и/или загрязняющие примеси в виде кислотных газов, таких как SO2 и NOx, могут удаляться для удовлетворения
20 соответствующих требований при секвестировании и/или направлении в
трубопроводную магистраль для повторного использования и/или нагнетания в скважины при третичных способах добычи нефти. Удаление SO2 и/или NOx из потока повторно используемого рециркуляционного рабочего тела на основе СО2 может защитить компоненты системы от коррозии, возникающей в
25 результате образования агрессивных кислот, таких как серная кислота (H2SO4) и/или азотная кислота.
Согласно некоторым аспектам может быть желательным охлаждение рабочего тела на основе СО2, выходящего из рекуперативного теплообменника, до достаточно низкой температуры с целью удаления сконденсировавшейся
30 воды и обеспечение эффективного сжатия и нагнетания повторно используемого рабочего тела на основе СО2 до требуемого высокого давления рециркуляции.
Кроме того, может быть желательным удаление СО2, образовавшегося в цикле горения, в виде потока СО2 продукта с требуемыми параметрами по чистоте, как здесь описано.
В некоторых аспектах система может включать два парожидкостных 5 многоступенчатых контактных устройства (например, колонны массопереноса реактора прямого контакта). Первая колонна массопереноса реактора прямого контакта может функционировать как газовый холодильник СО2 прямого контакта и устройство удаления кислотного газа. Первая колонна может быть включена в основной рециркуляционный процесс, в котором большая часть
10 остаточных водяных паров, содержащихся в потоке СО2 низкого давления,
конденсируется при охлаждении газообразного СО2 до температуры, близкой к температуре окружающей среды. В этой первой колонне могут протекать описанные здесь каталитические реакции в газовой и жидкой фазах. В частности, эти каталитические реакции могут протекать при наличии
15 избыточного окислителя с парциальным давлением по меньшей мере 0,1 бар и значительной концентрации NOx (то есть по меньшей мере 100 ррт). Кроме того, в первой колонне каталитические реакции могут протекать при достаточном контакте между газом и жидкой водой и обеспечении соответствующего резидентного времени для протекания до полного завершения
20 реакций превращения SO2 в H2SO4.
Согласно некоторым аспектам во второй колонне массопереноса реактора прямого контакта может обеспечиваться обработка потока чистого СО2 продукта, непрерывно выводимого из рециркуляционного процесса. Поток чистого СО2 продукта может содержать концентрацию SO2 ниже 50 ррт. Кроме
25 того, поток чистого СО2 продукта может содержать повышенную концентрацию NOx. В некоторых аспектах может быть желательным снижение концентрации NOx ниже приблизительно 20 ррт и предпочтительно ниже приблизительно 10 ррт перед сбором чистого СО2 продукта в виде выходного газообразного продукта.
30 Важным фактором в различных аспектах настоящего изобретения является
поддержание высокой концентрации NOx в турбине и в выходном потоке
рекуперативного теплообменника, что означает необходимость сохранения большой части NOx в рециркуляционной текучей среде. Поддержание требуемой высокой концентрации NOx в турбине и выходном потоке рекуперативного теплообменника может обеспечить завершение последовательности 5 каталитических газовых реакций в первой колонне массопереноса реактора прямого контакта за минимальное резидентное время. В некоторых аспектах концентрация NOx в потоке поддерживается на заданном повышенном уровне, так как условия протекания реакции в первой колонне подбираются так, что выходной поток имеет надлежаще низкую концентрацию SO2 и ограниченный
10 промежуток времени для того, чтобы некоторое количество NOx прореагировало с кислородом и водой, что ограничивает удаление NOx из потока. Фактически количество NOx, превращенного в HNO3 в первой колонне, поддерживается на минимуме. В некоторых аспектах приблизительно менее 10 % NOx в рециркуляционном потоке СО2 продукта высокого давления, выходящем из
15 первой колонны, превращается в HNO3. В других аспектах приблизительно менее 5% NOx в рециркуляционном потоке СО2 продукта высокого давления, выходящем из первой колонны, превращается в HNO3. Ограниченное превращение NOx в HNO3 в первой колонне может привести к тому, что первый выходной поток из первой колонны содержит в основном H2SO4, и второй
20 выходной поток из первой колонны содержит в основном рециркуляционный
поток СО2 продукта высокого давления, имеющий высокую концентрацию NOx.
В некоторых аспектах цикл генерации мощности может обусловливать выработку избыточного NOx в секции сжигания топлива, в которой чистый подаваемый кислород разбавляется СО2 для обеспечения содержания О2,
25 составляющего обычно приблизительно 15% - 35% (молярных), и температуры адиабатического горения, лежащей в диапазоне приблизительно от 1800°С до приблизительно 2500°С. Рециркуляционный поток рабочего тела на основе СО2 может затем в камере сгорания смешиваться с продуктами горения, обеспечивая типичную температуру смеси, составляющую приблизительно 1150°С, что
30 может не привести к значительному образованию или разложению NOx в
смешанном входном потоке турбины. Это отсутствие значительного образования и/или разложения NOx в смешанном входном потоке турбины является одним из отличительных свойств различных аспектов настоящего изобретения, конкретно относящихся к циклам генерации мощности, в которых СО2 используется в 5 качестве рабочего тела. В таких циклах генерации мощности рециркулируется большое количество предварительно нагретого СО2 высокого давления, смешиваемого с продуктами горения после цикла горения и перед поступлением объединенного потока в энергетическую турбину.
В различных описанных здесь аспектах обеспечивается независимое
10 регулирование концентрации NOx в рециркуляционном потоке СО2. Это
независимое регулирование концентрации NOx дает возможность минимизации резидентного времени контакта и размера первой колонны массопереноса реактора прямого контакта, что может обеспечить то, что концентрация NOx в потоке СО2 низкого давления остается в основном постоянной, и лишь
15 небольшая часть, приблизительно от 3 до 20% для цикла генерации мощности на сжигании угля, теряется в виде азотной кислоты, которая удаляется из потока чистого СО2 продукта в первой колонне массопереноса реактора прямого контакта. Потеря небольшого количества NOx может быть скомпенсирована небольшим количеством NOx, образованного в камере сгорания энергетического
20 цикла и/или, в некоторых аспектах, от генератора NOx, в котором может
использоваться окисление аммиака в присутствии катализатора. Прохождение через турбину может также привести к падению температуры приблизительно до 750°С без изменения концентрации NOx. Известная последовательность реакций образования азотной кислоты в контактном устройстве включает следующее:
2NO+02=2N02
Уравнение Г
2NO2+H2OHNO2+HNO3
Уравнение Д
3HN02=HN03+2NO+H20
Уравнение Е
Таким образом, газ конечной переработки, выходящий из второй колонны массопереноса реактора прямого контакта, в основном свободен от SO2 и NOx. В
некоторых аспектах H2SO4 может быть легко превращена в гипс, мягкий сульфатный минерал, состоящий из дигидрата сернокислого кальция (CaSC> 4 2Н2О), в реакции H2SO4 с известняком в корпусном реакторе непрерывного перемешивания, что приведет к образованию невыщелачиваемого 5 твердого гипсового продукта для коммерческого использования или захоронения после обезвоживания. Во второй колонне, в которой может быть относительно высокая концентрация азотной кислоты, может удаляться ртуть путем непосредственного превращения ртути в реакции с азотной кислотой в нитрат ртути.
10 В различных аспектах настоящего изобретения обеспечивается
использование последовательности известных реакций для отделения некоторого количества SO2 от общего потока продуктов горения, выходящих из энергетической турбины цикла генерации мощности, в котором используется в качестве рабочего тела рециркуляционный СО2. В одном из аспектов
15 изобретения обеспечивается рециркуляционный поток СО2 высокого давления, который поступает в рекуперативный теплообменник цикла генерации мощности, и который в основном свободен от загрязнения SO2. В другом аспекте может обеспечиваться поток СО2 продукта из цикла генерации мощности, который в основном свободен от загрязнения как SO2, так и NOx.
20 Кроме того, поток СО2 продукта из цикла генерации мощности может быть в основном свободен от ртути, получающейся от исходного топлива.
В различных аспектах настоящего изобретения обеспечивается система для удаления загрязняющих примесей, в которой могут применяться циклы генерации мощности, основанные на рециркуляции, рекуперации, сжигании
25 топлива в присутствии кислорода и транскритическом СО2, с целью
использования топлив с повышенным содержанием серы, азота и/или других топлив, производящих загрязняющие примеси, и которая действует при полном, в основном, удалении этих примесей. В основном полное удаление этих загрязняющих примесей защищает внутреннее технологическое оборудование и
30 в конечном счете обеспечивает поток СО2 продукта, по существу свободный от
SO2, N0X, Hg и/или других загрязняющих примесей, при одновременном обеспечении эффективного выполнения других технологических задач.
Согласно еще одному аспекту обеспечен способ удаления SO2 и оксидов азота N0 и NO2 из системы генерации мощности. В системе генерации 5 мощности может использоваться СО2 в качестве рабочего тела в рекуперативном цикле Брайтона, включающем камеру сгорания, в которой сжигается газообразное топливо, содержащее по меньшей мере H2S, NH3, HCNH2 и/или СОСН4, с чистым О2, за чем следует смешивание газообразных продуктов горения, которые теперь содержат окисленные компоненты SO2 и/или N0, с
10 низкотемпературным рециркуляционным потоком СО2, нагретым в рекуперативном теплообменнике энергетического цикла Брайтона. Объединенный поток затем проходит через энергетическую турбину, выхлопы которой пропускаются через рекуперативный теплообменник, нагревая тем самым рециркуляционный поток СО2 Удаление SO2 может совершаться за счет
15 реакций между N0 и О2, в которых может образовываться NO2, и за которыми следует реакция NO2 с SO2, в которой может образовываться SO3 и восстанавливаться N0, за чем может последовать реакция SO3 с Н2О, приводящая к образованию H2SO4. Удаление N0 и NO2 после удаления SO2 может быть выполнено за счет реакций между N0, окисленным кислородом до
20 образования NO2, и водой с формированием HNO2 и/или HNO3, за чем может следовать превращение HNO2 в HNO3 и N0 плюс воду. Способ может отличаться проведением реакций удаления SO2 в первом парожидкостном многоступенчатом контактном блоке, в котором уровень SO2 снижается ниже приблизительно 50 ррт, и менее 10% от N0 в подаваемом потоке превращается
25 в азотную кислоту. В другом аспекте способ может отличаться проведением
реакций удаления SO2 в первом парожидкостном многоступенчатом контактном блоке, в котором уровень SO2 снижается ниже приблизительно 50 ррт, и менее 5% от N0 в подаваемом потоке превращается в азотную кислоту. Кроме того, способ может также включать поддержание концентрации азотной кислоты в
30 СО2, подаваемом в первый парожидкостный многоступенчатый контактный
блок, на уровне, позволяющем удаление SO2 и потери азотной кислоты в первом парожидкостном многоступенчатом контактном блоке сохранять на заданном уровне. Способ может также включать регулирование концентрации оксидов азота на входе первого парожидкостного многоступенчатого контактного блока 5 путем добавления свежего N0 из камеры сгорания, формирующей N0X, и добавления дополнительных оксидов азота от внешнего источника, а также обеспечения роста концентрации оксидов азота до заданного значения за счет накопительного эффекта. Способ может также включать поддержание и регулирование концентрации оксидов азота в выхлопах турбины, которые после
10 охлаждения образуют входной поток первого парожидкостного
многоступенчатого контактного блока, путем смешивания рециркуляционного потока СО2 высокого давления, имеющего температуру между приблизительно 500°С и приблизительно 800°С, с продуктами горения, получая в результате промежуточную температуру на входе турбины, лежащую между
15 приблизительно 900°С и приблизительно 1200°С, так что образуется менее 5% разницы между количеством NOx, поступающим в камеру сгорания и выходящим из нее. Способ может также включать отбор потока чистого СО2 продукта от газового потока, выходящего из первого парожидкостного многоступенчатого контактного блока и пропускание его через второй
20 противоточный газожидкостный контактный аппарат, имеющий резидентное время достаточно высокое, чтобы обеспечить удаление оксидов азота из газообразного чистого СО2 продукта до значений, ниже приблизительно 25 ррт. Способ может также включать обеспечение каждого контактного блока/контактного аппарата гидравлическим насосом, содержащим насос и
25 холодильник, что создает в каждом контактном блоке/контактном аппарате обратный жидкостный поток. Способ может также включать использование комбинаций переменных скоростей обратного жидкостного потока и переменных входных концентраций оксидов азота в первом парожидкостном многоступенчатом контактном блоке для регулирования в нем реакции так,
30 чтобы достичь желательного удаления SO2 при заданном низком уровне
образования HNO3. Способ может также включать регулирование скорости обратного потока во втором противоточном газожидкостном контактном
аппарате, так чтобы достичь требуемой низкой концентрации оксидов азота в потоке чистого СО2 продукта.
В одном или нескольких вариантах выполнения способ по настоящему изобретении может быть, в частности, ориентирован на удаление кислотного 5 газа из потока продукта энергетического цикла. Поток продукта цикла
генерации мощности может представлять собой поток из цикла генерации мощности, в котором используется рециркуляционный СО2 в качестве рабочего тела, и этот поток конкретно может быть потоком продуктов горения, который опционально может расширяться для генерации мощности и/или опционально
10 пропускаться через рекуперативный теплообменник для снижения его
температуры. Соответствующие циклы генерации мощности (включая как системы, так и способы их использования) раскрыты в патентах U.S. 9,068,743 на имя Палмер и др., 9,062,608 на имя Аллам и др., 8,986,002 на имя Палмер и др., 8,959,887 на имя Аллам и др., 8,869,889 на имя Палмер и др., 8,776,532 на
15 имя Аллам и др., 8,596,075 на имя Аллам и др., полное содержание которых включено в данное описание в качестве ссылок.
В некоторых вариантах выполнения способ согласно настоящему изобретению может включать следующие стадии: выполнение цикла генерации мощности;
20 направление потока продукта, содержащего СО2, SOx, и NOx, из цикла
генерации мощности в первый башенный холодильник прямого контакта;
приведение в контакт в первом башенном холодильнике прямого контакта потока продукта, содержащего СО2, SOx, и NOx, с первым противонаправленным циркуляционным жидкостным водным потоком;
25 удаление по меньшей мере части SO2, присутствующего в потоке продукта,
в первом башенном холодильнике прямого контакта за счет реакции между SO2 и NO2 в потоке продукта в присутствии жидкостного водного потока;
выведение из первого башенного холодильника прямого контакта рециркуляционного потока, содержащего СО2 и NOx; и
30 направление по меньшей мере части рециркуляционного потока,
содержащего СО2 и NOx, обратно в цикл генерации мощности.
В одном или нескольких вариантах выполнения способ, как отмечено выше, может заключать в себе одно или несколько следующих положений.
Первый противонаправленный циркуляционный водный жидкостный поток может содержать H2SO4. Например, первый противонаправленный 5 циркуляционный водный жидкостный поток может быть потоком воды с некоторым количеством заключенной в ней H2SO4.
Поток продукта, содержащий СО2, SOx, и NOx, может содержать по меньшей мере 10 ppm NOx исходя из общей массы потока продукта, содержащего СО2, SOx, и NOx. Как также здесь описано, поток продукта 10 предпочтительно включает указанное количество NOx, что способствует удалению SO2 в первом башенном холодильнике прямого контакта.
Поток продукта, содержащий СО2, SOx, и NOx, может содержать по меньшей мере 15 ррт, по меньшей мере 20 ррт или по меньшей мере 25 ррт NOx исходя из общей массы потока продукта, содержащего СО2, SOx, и NOx. 15 Понятно, что такие диапазоны включают верхнюю границу, которая может быть подсчитана по дополнительным параметрам реакции. Например, верхняя граница может составлять 200 ррт, 500 ррт, 1000 ррт или 5000 ррт исходя из общей массы потока продукта, содержащего СО2, SOx и NOx.
Поток продукта, содержащего СО2, SOx и NOx, может включать 20 приблизительно от 10 до приблизительно 1000 ррт, приблизительно от 12 до 750 ррт или приблизительно от 15 до 500 ppm NOx исходя из общей массы потока продукта, содержащего СО2, SOx и NOx. При желании, могут использоваться более узкие рамки, например, приблизительно от 10 до приблизительно 150 ррт, приблизительно от 10 до приблизительно 100 ррт исходя из общей массы 25 потока продукта, содержащего СО2, SOx NOx.
Концентрацию NOx в потоке продукта, содержащем СО2, SOx, и NOx, можно регулировать в некотором диапазоне, так чтобы менее 50 масс.% NOx, в потоке продукта, содержащем СО2, SOx, и NOx, превращалось в HNO3 в первом башенном холодильнике прямого контакта. Приведенные диапазоны 30 концентраций NOx, в частности, могут быть пригодны для предотвращения избыточного превращения NOx в HNO3 в первом башенном холодильнике
прямого контакта. Предпочтительно менее 25%, менее 20%, менее 15%, менее 10%, менее 5% или менее 1% по массе NOx в потоке продукта, содержащем СОг, SOx и NOx, превращается в HNO3 в первом башенном холодильнике прямого контакта. В некоторых вариантах выполнения в первом башенном холодильнике 5 прямого контакта в потоке продукта, содержащем СО2, SOx, and NOx, по существу не происходит превращения NOx в HNO3. Понятно, что в таких вариантах выполнения понятие "по существу не" включает от 0 до 0,5 мас.% NOx в потоке продукта, содержащем СО2, SOx и NOx.
Рециркуляционный поток, содержащий СО2 и NOx и выведенный из
10 первого башенного холодильника прямого контакта, может включать по
меньшей мере 90 масс.% NOx, присутствующего в рециркуляционном потоке, содержащем СО2, SOx и NOx, и введенном в первый башенный холодильник прямого контакта. В некоторых вариантах выполнения рециркуляционный поток, содержащий СО2 и NOx и выведенный из первого башенного
15 холодильника прямого контакта, может включать по меньшей мере 50%, по
меньшей мере 75%, по меньшей мере 90%, по меньшей мере 95%, по меньшей мере 98% или по меньшей мере 99% по массе NOx, присутствующего в рециркуляционном потоке, содержащем СО2, SOx и NOx и введенном в первый башенный холодильник прямого контакта.
20 Рециркуляционный поток, включающий СО2 и NOx и выведенный из
первого башенного холодильника прямого контакта, может по существу не содержать SO2, при этом нужно понимать, что "по существу не содержать SO2" может включать следовые количества, такие как 5 ррт исходя из общей массы рециркуляционного потока, содержащего СО2 и NOx. В некоторых вариантах
25 выполнения рециркуляционный поток, включающий СО2 и NOx и выведенный из первого башенного холодильника прямого контакта, может содержать SO2 в количестве менее 100 ррт, менее 50 ррт, менее 25 ррт или менее 15 ррт исходя из общей массы рециркуляционного потока, содержащего СО2 и NOx.
Концентрация NOx в потоке продукта, содержащем СО2, SOx и NOx, может
30 корректироваться добавлением NOx выше по потоку первого башенного
холодильника прямого контакта. Например, NOx может добавляться выше по
потоку первого башенного холодильника прямого контакта путем соединения источника азота с топливом и окислителем в камере сгорания выше по потоку первого башенного холодильника прямого контакта. Как еще один пример, NOx может добавляться непосредственно в поток продукта, содержащий СО2, SOx и 5 NOx, выше по потоку первого башенного холодильника прямого контакта. В частности, NOx, добавляемый непосредственно в поток продукта, содержащий СО2, SOx и NOx, выше по потоку первого башенного холодильника прямого контакта, может вырабатываться из аммиака, например, в каталитическом реакторе. Однако понятно, что соответствующее количество NOx в потоке
10 продукта, содержащем СО2, SOx и NOx, может быть обеспечено путем использования топлива, содержащего достаточное количество азота.
Концентрация NOx в потоке продукта, содержащем СО2, SOx и NOx, может корректироваться увеличением или уменьшением выходного потока из первого рециркуляционного насоса, выполненного с возможностью приема жидкостного
15 потока продукта из первого башенного холодильника прямого контакта и
рециркуляции жидкостного потока продукта в первый башенный холодильник прямого контакта.
Способ может быть сформирован так, что по меньшей мере часть NOx в рециркуляционном потоке, содержащем СО2 и NOx, направляется обратно в 20 систему генерации мощности.
Рециркуляционный поток, содержащий СО2 и NOx, может разделяться на поток рециркуляционного рабочего тела, направляемый обратно в цикл генерации мощности, и поток чистого СО2 продукта.
Способ может также включать следующие стадии:
25 направление по меньшей мере части рециркуляционного потока,
содержащего СО2 и NOx, во второй башенный холодильник прямого контакта.
приведение в контакт во втором башенном холодильнике прямого контакта рециркуляционного потока, содержащего СО2 и NOx, со вторым противонаправленным водным жидкостным потоком;
удаление по меньшей мере части NO2 из рециркуляционного потока, содержащего СО2 и NOx, во втором башенном холодильнике прямого контакта за счет реакции между NO2 и водой; и
выведение из второго башенного холодильника прямого контакта потока, 5 содержащего СО2.
Второй противонаправленный циркуляционный водный жидкостный поток может содержать HNO3.
Способ может также включать добавление О2 к рециркуляционному потоку, содержащему СО2 и NOx, перед направлением рециркуляционного 10 потока, содержащего СО2 и NOx, во второй башенный холодильник прямого контакта.
Способ может также включать сжатие рециркуляционного потока, содержащего СО2 и NOx, перед направлением рециркуляционного потока, содержащего СО2 и NOx, во второй башенный холодильник прямого контакта.
15 Перед направлением по меньшей мере части рециркуляционного потока,
содержащего СО2 и NOx, во второй башенный холодильник прямого контакта рециркуляционный поток, содержащий СО2 и NOx, может сжиматься с использованием компрессора в цикле генерации мощности.
Рециркуляционный поток, содержащий СО2 и NOx, может разделяться на
20 рециркуляционную часть, направляемую обратно в цикл генерации мощности, и часть чистого продукта, направляемую во второй башенный холодильник прямого контакта.
Как очевидно из вышесказанного, настоящее изобретение относится также к системе, выполненной с возможностью удаления кислотного газа из потока 25 продукта энергетического цикла. Такая система может содержать любой
элемент, описанный как пригодный для использования согласно раскрытому здесь способу. В одном или нескольких вариантах выполнения система согласно настоящему изобретению может включать следующее:
элемент переноса, выполненный с возможностью доставки потока продукта 30 энергетического цикла, содержащего СО2, SOx, и NOx, от одного из компонентов энергетического цикла;
первый башенный холодильник прямого контакта, выполненный с возможностью приема потока продукта энергетического цикла, содержащего СО2, SOx, и NOx, от этого компонента энергетического цикла в таких условиях реакции, что по меньшей мере часть SO2 из него удаляется, и циркуляционный поток, содержащий СО2 и NOx, выводится из первого башенного холодильника прямого контакта;
первый рециркуляционный насос, сообщающийся с первым башенным холодильником прямого контакта и выполненный с возможностью приема жидкостного потока из первого башенного холодильника прямого контакта и рециркуляции по меньшей мере части этого жидкостного потока в первый башенный холодильник прямого контакта; и
элемент переноса, выполненный с возможностью доставки по меньшей мере части циркуляционного потока, содержащего СО2 и NOx, к одному из компонентов энергетического цикла.
В одном или нескольких вариантах выполнения система, как отмечено выше, может заключать в себе одно или несколько следующих положений, которые могут сочетаться в любом количестве и порядке.
Система может также содержать второй башенный холодильник прямого контакта, выполненный с возможностью приема по меньшей мере части циркуляционного потока, содержащего СО2 и NOx, из первого башенного холодильника прямого контакта в таких условиях реакции, что по меньшей мере часть NO2 в циркуляционном потоке, содержащем СО2 и NOx, из него удаляется, и поток, содержащий СО2, выводится из второго башенного холодильника прямого контакта.
Система может также содержать второй рециркуляционный насос, сообщающийся со вторым башенным холодильником прямого контакта и выполненный с возможностью приема жидкостного потока из второго башенного холодильника прямого контакта и рециркуляции по меньшей мере части этого жидкостного потока во второй башенный холодильник прямого контакта.
Система может также содержать ввод О2, расположенный выше по потоку второго башенного холодильника прямого контакта и ниже по потоку первого башенного холодильника прямого контакта.
Система может также содержать компрессор, расположенный выше по 5 потоку второго башенного холодильника прямого контакта и ниже по потоку первого башенного холодильника прямого контакта.
Изобретение включает следующие варианты осуществления, не ограничиваясь ими.
Вариант 1: Способ удаления кислотного газа из потока продукта 10 энергетического цикла, включающий: выполнение цикла генерации мощности; направление потока продукта, содержащего СО2, SOx, и NOx, из цикла генерации мощности в первый башенный холодильник прямого контакта; приведение в контакт в первом башенном холодильнике прямого контакта потока продукта, содержащего СО2, SOx, и NOx, с первым противонаправленным 15 циркуляционным жидкостным водным потоком; удаление по меньшей мере части SO2, присутствующего в потоке продукта, в первом башенном холодильнике прямого контакта за счет реакции между SO2 и NO2 в потоке продукта в присутствии жидкостного водного потока; выведение из первого башенного холодильника прямого контакта рециркуляционного потока, 20 содержащего СО2 и NOx; и направление по меньшей мере части
рециркуляционного потока, содержащего СО2 и NOx, обратно в цикл генерации мощности.
Вариант 2: Способ по любому из предшествующих или последующих вариантов: в котором первый противонаправленный циркуляционный водный 25 жидкостный поток содержит H2SO4.
Вариант 3: Способ по любому из предшествующих или последующих
вариантов: в котором поток продукта, содержащий СО2, SOx, и NOx, содержит
по меньшей мере 10 ppm NOx исходя из общей массы потока продукта,
содержащего СО2, SOx, и NOx.
30 Вариант 4: Способ по любому из предшествующих или последующих
вариантов: в котором концентрация NOx в потоке продукта, содержащем СО2,
S0X, и N0X, регулируется в некотором диапазоне, так чтобы менее 50 масс.% NOx, в потоке продукта, содержащем СО2, SOx, и NOx, превращалось в HNO3 в первом башенном холодильнике прямого контакта.
Вариант 5: Способ по любому из предшествующих или последующих 5 вариантов: в котором рециркуляционный поток, содержащий СО2 и NOx и
выведенный из первого башенного холодильника прямого контакта, включает по меньшей мере 90 масс.% NOx, присутствующего в рециркуляционном потоке, содержащем СО2, SOx и NOx, и введенном в первый башенный холодильник прямого контакта.
10 Вариант 6: Способ по любому из предшествующих или последующих
вариантов: в котором рециркуляционный поток, содержащий СО2 и NOx и выведенный из первого башенного холодильника прямого контакта, по существу не включает SO2 или содержит SO2 в количестве, меньшем 50 ррт исходя из общей массы рециркуляционного потока, содержащего СО2 и NOx.
15 Вариант 7: Способ по любому из предшествующих или последующих
вариантов: при этом концентрация NOx в потоке продукта, содержащем СО2, SOx, и NOx, корректируется введением NOx выше по потоку первого башенного холодильника прямого контакта.
Вариант 8: Способ по любому из предшествующих или последующих
20 вариантов: в котором NOx добавляется выше по потоку первого башенного
холодильника прямого контакта путем соединения источника азота с топливом и окислителем в камере сгорания выше по потоку первого башенного холодильника прямого контакта.
Вариант 9: Способ по любому из предшествующих или последующих
25 вариантов: в котором NOx добавляется непосредственно в поток продукта,
содержащий СО2, SOx, и NOx, выше по потоку первого башенного холодильника прямого контакта.
Вариант 10: Способ по любому из предшествующих или последующих вариантов: в котором NOx добавленный непосредственно в поток продукта,
30 содержащий СО2, SOx и NOx, выше по потоку первого башенного холодильника прямого контакта, вырабатывается из аммиака.
Вариант 11: Способ по любому из предшествующих или последующих вариантов: в котором концентрация NOx в потоке продукта, содержащем СО2, SOx и NOx, корректируется увеличением или уменьшением выходного потока из первого рециркуляционного насоса, выполненного с возможностью приема 5 жидкостного потока продукта из первого башенного холодильника прямого контакта и рециркуляции жидкостного потока продукта в первый башенный холодильник прямого контакта.
Вариант 12: Способ по любому из предшествующих или последующих вариантов: в котором по меньшей мере часть NOx рециркуляционного потока,
10 содержащего СО2 и NOx, направляется обратно в цикл генерации мощности.
Вариант 13: Способ по любому из предшествующих или последующих вариантов: в котором рециркуляционный поток, содержащий СО2 и NOx, разделяется на поток рециркуляционного рабочего тела, направляемый обратно в цикл генерации мощности, и поток чистого СО2 продукта.
15 Вариант 14: Способ по любому из предшествующих или последующих
вариантов: включающий также: направление по меньшей мере части рециркуляционного потока, содержащего СО2 и NOx, во второй башенный холодильник прямого контакта; приведение в контакт во втором башенном холодильнике прямого контакта рециркуляционного потока, содержащего СО2 и
20 NOx, со вторым противонаправленным водным жидкостным потоком; удаление по меньшей мере части NO2 из рециркуляционного потока, содержащего СО2 и NOx, во втором башенном холодильнике прямого контакта за счет реакции между NO2 и водой; и выведение из второго башенного холодильника прямого контакта потока, содержащего СО2.
25 Вариант 15: Способ по любому из предшествующих или последующих
вариантов: в котором второй противонаправленный циркуляционный водный жидкостный поток может содержать HNO3.
Вариант 16: Способ по любому из предшествующих или последующих вариантов: включающий также добавление О2 к рециркуляционному потоку,
30 содержащему СО2 и NOx, перед направлением рециркуляционного потока,
содержащего СО2 и NOx, во второй башенный холодильник прямого контакта.
Вариант 17: Способ по любому из предшествующих или последующих вариантов: в котором перед направлением по меньшей мере части рециркуляционного потока, содержащего СО2 и NOx, во второй башенный холодильник прямого контакта рециркуляционный поток, содержащий СО2 и 5 NOx, сжимается с использованием компрессора в цикле генерации мощности.
Вариант 18: Способ по любому из предшествующих вариантов: в котором рециркуляционный поток, содержащий СО2 и NOx, разделяется на рециркуляционную часть, направляемую обратно в цикл генерации мощности, и часть чистого продукта, направляемую во второй башенный холодильник
10 прямого контакта.
Вариант 19: Система для удаления кислотного газа из потока продукта энергетического цикла, включающая: элемент переноса, выполненный с возможностью доставки потока продукта энергетического цикла, содержащего СО2, SOx, и NOx, от одного из компонентов энергетического цикла; первый
15 башенный холодильник прямого контакта, выполненный с возможностью
приема потока продукта энергетического цикла, содержащего СО2, SOx, и NOx, от этого компонента энергетического цикла в таких условиях реакции, что по меньшей мере часть SO2 из него удаляется, и циркуляционный поток, содержащий СО2 и NOx, выводится из первого башенного холодильника прямого
20 контакта; первый рециркуляционный насос, сообщающийся с первым башенным холодильником прямого контакта и выполненный с возможностью приема жидкостного потока от первого башенного холодильника прямого контакта и рециркуляции по меньшей мере части этого жидкостного потока в первый башенный холодильник прямого контакта; и элемент переноса, выполненный с
25 возможностью доставки по меньшей мере части циркуляционного потока, содержащего СО2 и NOx, к одному из компонентов энергетического цикла.
Вариант 20: Система по любому из предшествующих или последующих вариантов: содержащая также: второй башенный холодильник прямого контакта, выполненный с возможностью приема по меньшей мере части циркуляционного
30 потока, содержащего СО2 и NOx, из первого башенного холодильника прямого контакта в таких условиях реакции, что по меньшей мере часть NO2 в циркуляционном потоке, содержащем СО2 и NOx, из него удаляется, и поток,
содержащий СО2, выводится из второго башенного холодильника прямого контакта; и второй рециркуляционный насос, сообщающийся со вторым башенным холодильником прямого контакта и выполненный с возможностью приема жидкостного потока от второго башенного холодильника прямого 5 контакта и рециркуляции по меньшей мере части этого жидкостного потока во второй башенный холодильник прямого контакта.
Вариант 21: Система по любому из предшествующих или последующих вариантов: содержащая также ввод О2, расположенный выше по потоку второго башенного холодильника прямого контакта и ниже по потоку первого башенного
10 холодильника прямого контакта.
Вариант 22: Система по любому из предшествующих или последующих вариантов: содержащая также компрессор, расположенный выше по потоку второго башенного холодильника прямого контакта и ниже по потоку первого башенного холодильника прямого контакта.
15 Эти и другие свойства, аспекты и преимущества изобретения станут
понятны из прочтения нижеследующего подробного описания и сопровождающих чертежей, кратко описанных далее. Изобретение включает любую комбинацию из двух, трех, четырех или более вышеупомянутых вариантов выполнения, а также комбинации из любых двух, трех, четырех или
20 более свойств или элементов, приведенных в данном описании, вне зависимости от того, прямо ли такие свойства или элементы скомбинированы в описанном конкретном варианте выполнения изобретения. Данное описание предназначено для прочтения в целом, так что любые разделяемые свойства или элементы раскрытого изобретения в любых различных вариантах их выполнения и
25 толкованиях должны рассматриваться как обладающие возможностью комбинирования до тех пор, пока в контексте ясно не оговорено другое. Краткое описание чертежей
Далее изобретение рассмотрено более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых не обязательно с соблюдением масштаба схематически 30 показано:
на фиг. 1А - блок-схема системы генерации мощности, в которую входят высокоэффективная камера сгорания и установленная последовательно с ней турбина, в сочетании с рециркуляционной текучей средой высокого давления,
причем система выполнена с возможностью удаления из нее загрязняющих примесей в виде кислотного газа согласно одному и аспектов настоящего изобретения.
на фиг. 1Б - блок-схема системы генерации мощности, в которую входят высокоэффективная камера сгорания и установленная последовательно с ней турбина, в сочетании с рециркуляционной текучей средой высокого давления, причем система выполнена с возможностью удаления из нее загрязняющих примесей в виде кислотного газа согласно одному и аспектов настоящего изобретения.
на фиг. 2 - графическое представление времени удаления SOx и NOx в первой и второй колоннах массопереноса реактора прямого контакта, соответственно, в зависимости от возрастания уровней концентрации N0 на входе первой колонны массопереноса реактора прямого контакта согласно одному из аспектов настоящего изобретения; и
на фиг. 3 - графическое представление резидентного времени удаления N0X после полного удаления S0X в зависимости от заданной выходной концентрации N0X во второй колонне массопереноса реактора прямого контакта согласно одному из аспектов настоящего изобретения.
Подробное описание осуществления изобретения
Далее представленное изобретение будет изложено более полно со ссылкой на приводимые в качестве примера аспекты его выполнения. Эти иллюстративные аспекты представлены так, чтобы данное описание было законченным и исчерпывающим, полностью раскрывая объем изобретения специалисту в данной области техники. Действительно, изобретение может быть реализовано во многих различных вариантах и не должно рассматриваться как ограниченное приведенными ниже вариантами выполнения, тем более что эти варианты представлены так, чтобы данное описание удовлетворяло всем действующим нормативным требованиям. В приведенном описании и в приложенной формуле изобретения использование форм единственного числа включает множественность объектов, до тех пор, пока не оговорено иное.
Настоящее изобретение направлено на систему генерации мощности, выполненную с возможностью удаления из нее загрязняющих примесей. Как показано на фиг. 1А и 1Б, система 50 для удаления кислотных газов из системы
18, 19 генерации мощности может быть выполнена с возможностью удаления из системы 18, 19 отдельных загрязняющих кислотных газов (например, SOx, NOx и/или им подобных). На фиг. 1А и 1Б блок 19 представляет базовый компонент системы генерации мощности, который может содержать в одном из аспектов 5 камеру сгорания, турбину и теплообменник. Аналогично, блок 18 представляет дополнительные базовые компоненты системы генерации мощности, такие как, например, компрессор и/или насос. В системе 18, 19 генерации мощности может использоваться топливный газ, такой как, например, углеводородный топливный газ. В некоторых аспектах используемое топливо может рассматриваться как
10 необработанный или обработанный в минимальной степени сернистый газ или как необессеренный газ, содержащий метан и углеводородные молекулы с более длинной цепочкой в добавление к сере, азот и/или другие производные от топлива загрязняющие добавки, в которые могут входить сероводород (H2S), сернистый карбонил (COS), сероуглерод (CS2), аммиак (NH3), цианистый
15 водород (HCN) и/или ртуть (Hg), все они в восстановленной форме. В некоторых аспектах в системе 18, 19 генерации мощности может использоваться топливный газ, преимущественно содержащий монооксид углерода и водород наряду с загрязняющими примесями, в которые могут входить сероводород (H2S), сернистый карбонил (COS), сероуглерод (CS2), аммиак (NH3), цианистый
20 водород (HCN) и/или ртуть, все они в восстановленной форме.
Топливный газ может получаться любым известным способом. Исключительно в качестве иллюстрации топливный газ может получаться в кислородном газификаторе угля, в таком как газификатор с водяным охлаждением типа GE-Texaco, с полным удалением шлака, за которым следует
25 охлаждение топливного газа с передачей тепла в энергетический цикл, удаление конденсированной воды, сжатие топливного газа до давления, составляющего, например, приблизительно 320 бар.
Топливный газ (вне зависимости сформирован ли он как приведено выше или представляет собой необработанный или обработанный в минимальной
30 степени сернистый газ или необессеренный газ, как упомянуто выше) сжигается в камере сгорания системы генерации мощности в потоке, содержащем окислитель, преимущественно представляющий собой комбинацию из О2 и СО2
(в некоторых вариантах выполнения смесь приблизительно из 25 % 02 и 75 % СОг (молярных)). Это приводит к образованию продуктов горения, содержащих СО2, Н2О и О2. Предпочтительно поток продуктов горения содержит 2% (молярных) избыточного О2. Относительно большое количество 5 рециркуляционного СО2 (например, под давлением приблизительно 300 бар и при температуре приблизительно 720°С) смешивается с продуктами горения (например, в камере сгорания) для получения смешанного потока продуктов горения (например, при температуре приблизительно 1150°С и давлении приблизительно 300 бар). Давление этого потока продуктов горения снижается
10 (например, приблизительно до 30 бар при выходной температуре
приблизительно 750°С) при его прохождении через турбину системы генерации мощности. Затем поток охлаждается в рекуперативном теплообменнике, нагревая рециркуляционный поток СО2. Понятно, что выше приведен иллюстративный набор параметров, и значения температуры, давления и т.д.
15 могут корректироваться при необходимости.
В блоке 19 поток 4 выходит с холодного края рекуперативного теплообменника при существенно сниженных температуре (например, приблизительно 65°С и давлении (например, приблизительно 29 бар). В этой точке поток состоит преимущественно из СО2 с некоторым количеством воды
20 (Н2О), находящейся в основном в жидкой фазе (например, составляющей
приблизительно 85% по массе) и содержащей некоторое количество, оставшееся в паровой фазе. Кроме того, поток 4 содержит оксидные соединения серы и азота (SOx и NOx) наряду с другими микрокомпонентами, такими как ртуть (Hg), получившаяся при окислении вредных примесей, содержащихся в топливном
25 газе.
Поток продуктов горения, выходящий из блока 19, может содержать некоторое количество NOx, или он может быть в основном свободен от NOx. Желательно регулировать содержание NOx в потоке, так чтобы оно было достаточно высоким для вступления в реакцию с SOx, как описано далее. В 30 различных вариантах выполнения поток продуктов горения (например, поток 4), поступающий в первую колонну 30 массопереноса реактора прямого контакта (как описано далее), может, в частности, содержать СО2, SOx и NOx. Понятно,
что термин SOx обозначает наличие любого оксида серы и не ограничен конкретным оксидом серы до тех пор, пока специально не обозначено иное (так, как ссылка на включающий SOx поток, конкретно содержащий SO2). Содержащий SOx поток может включать один вид оксида серы или смесь разных видов оксидов серы. Понятно, что термин NOx обозначает наличие любого оксида азота и не ограничен конкретным оксидом азота до тех пор, пока специально не обозначено иное (так, как ссылка на включающий NOx поток, конкретно содержащий N0). Содержащий NOx поток может включать один вид оксида азота или смесь разных видов оксидов азота. Ссылка на удаление кислотного газа может, в частности, обозначать удаление или SOx, или NOx или их обоих.
Как показано на фиг. 1А и 1Б, система 18, 19 генерации мощности с системой 50 удаления загрязняющих примесей кислотного газа может включать две колонны массопереноса реактора прямого контакта. Первая колонна 30 массопереноса может быть выполнена с возможностью удаления SO2 в виде H2SO4 из потока чистого СО2 продукта , в то время как вторая колонна 40 массопереноса может быть выполнена с возможностью удаления NO и/или NO2 в виде HNO3 из потока чистого СО2 продукта , отведенного из основного рециркуляционного потока. В некоторых аспектах вторя колонна 40 массопереноса может быть выполнена с возможностью удаления NO и/или NO2 в виде HNO3 из потока чистого СО2 продукта перед введением рециркуляционной текучей среды высокого давления в компрессорный элемент 18 системы генерации мощности, как показано на фиг. 1А. В другом аспекте, как показано на фиг. 1Б, вторя колонна 40 массопереноса может быть выполнена с возможностью удаления NO и/или NO2 в виде HNO3 из потока чистого СО2 продукта после введения рециркуляционной текучей среды высокого давления в компрессорный элемент 18 системы генерации мощности. Необходимые компоненты для этого массопереноса, включая катализатор газовой фазы NOx, присутствуют в технологическом потоке 4 текучей среды, поступающей в первую колонну 30 массопереноса, в которой удаляется SO2 в виде H2SO4.
Согласно некоторым аспектам эти компоненты включают SO2, NO, NO2, О2 и Н20.
Согласно одному из аспектов поток 4 поступает в основание первой колонны 30 массопереноса, которая может представлять собой 5 многоступенчатую колонну прямого контакта жидкости/пара в противотоке и может содержать внутренние средства обеспечения контакта, такие как тарелки, структурированная набивка, случайным образом распределенная набивка и/или т.п. Первая колонна 30 массопереноса снабжена нижней выходной трубой 6, которая или подает поток 7 жидкого чистого продукта, или соединяется с
10 первым циркуляционным насосом 31 через входную линию 8. Выходная линия 9 первого циркуляционного насоса идет к первому теплообменнику 22 с водяным охлаждением, выдающему охлажденный жидкостный поток 10 в верхнюю часть первой колонны 30 массопереноса.
В некоторых аспектах в первой колонне 30 массопереноса входной,
15 обогащенный СО2 поток 4 охлаждается от приводимой в качестве примера
температуры приблизительно 65°С за счет охлажденного рециркуляционного потока 10 текучей среды, опускающегося противотоком через внутреннюю контактную среду, до температуры, почти близкой к температуре окружающей среды. В частности, СО2 охлаждается до минимальной температуры,
20 приближающейся к температуре охлаждающей воды. Согласно одному из
иллюстративных аспектов СО2 охлаждается приблизительно до 16°С, в то время как температура охлаждающей воды достигает приблизительно 13°С. По мере прохождения СО2 потока вверх через контактную среду он охлаждается почти до температуры окружающей среды, вода затем конденсируется, и протекают
25 реакции удаления загрязняющих примесей. Эти реакции удаления загрязняющих примесей проходят, во-первых, в газовой фазе через окисление NO до NO2 с использованием остаточного избытка О2 во входном, обогащенном СО2 потоке 4. Затем SO2 окисляется за счет NO2 с образованием SO3 и NO. В третьих, SO3 реагирует с водой (Н2О), образуя H2SO4 в жидкой фазе, что удаляет SO2. В этом
30 процессе NO действует как катализатор в жидкой фазе. Приведенные реакции удаления загрязняющих примесей детально описываются следующими уравнениям:
NO + V2 02 = N02
Уравнение Ж
N02 = N204
Уравнение 3
2 N02 + H20 = HN02 + HNO
Уравнение И
3 HN02 = HNO3 + 2 NO + S03
Уравнение К
N02 + S02 = NO + S03
Уравнение Л
S03 +H20 = H2S04
Уравнение M
Эти реакции хорошо изучены как схема действия процесса в свинцовой камере для получения серной кислоты. Кроме того, эти реакции могут быть описаны следующим образом: Уравнение Ж представляет кинетически регулируемую газовую фазу; Уравнение 3 - газовую фазу с регулируемым 5 равновесием и устойчивой кинетикой; Уравнение И представляет кинетически регулируемую жидкую фазу; Уравнение К - жидкую фазу с регулируемым равновесием и с быстрой кинетикой; Уравнение Л - газовую фазу с регулируемым равновесием и быстрой кинетикой; и Уравнение М представляет растворение в водной фазе, которое может быть запроектировано в контактном
10 аппарате для осуществления достаточно быстрого процесса.
При повышенном давлении, составляющем приблизительно 29 бар, в присутствии избыточной жидкой воды, при парциальном давлении 02, составляющем приблизительно 0,58 бар, и при содержании S02 в количестве приблизительно от 100 до приблизительно 2000 ррт и содержании NOx в
15 количестве приблизительно от 20 до приблизительно 2000 ррт в потоке 4 эти реакции протекают самопроизвольно и быстро. Кроме того, представленная система регулируется так, чтобы обеспечивать концентрацию S02 в потоке 11, выходящем сверху первой колонны 30 массопереноса, ниже приблизительно 50 ррт, в то время как концентрация HN02 и HNO3 в потоке 7 жидкого, чистого
20 продукта ниже приблизительно 1 %.
В одном из аспектов изобретения эти концентрации получаются путем регулирования входной концентрации NOx в потоке 4 и/или регулирования
выходного потока 9 из первого циркуляционного насоса 31, что обеспечивает возможность корректировки отношения жидкости к пару и, следовательно, эффективности разделения в первой колонне 30 массопереноса. В другом аспекте концентрация NOx в обогащенном С02 входном потоке 4 может 5 корректироваться, в то время как выходной поток 9 из первого циркуляционного насоса 31 остается постоянным, так чтобы обеспечивать соответствующие значения концентрации S02 в потоке 11, выходящем сверху первой колонны 30 массопереноса, и/или концентрации HN02 и HNO3 в жидкостном потоке 7 чистого продукта.
10 Согласно некоторым аспектам изобретения, как показано на фиг. 1А,
выходной поток 11 С02 продукта, поступающий с верха первой колонны 30 массопереноса, может разделяться. Например, как показано на фиг. 1А, основная часть потока 11 С02 продукта отводится как используемый повторно, рециркуляционный поток 1А текучей среды, поступающий на элементы 18
15 сжатия и перекачки системы 19 генерации мощности, в то время как поток 2А чистого продукта поступает во вторую колонну 40 массопереноса. Согласно другому аспекту, как показано на фиг. 1Б, весь выходной поток 11 С02 продукта, поступающий с верха первой колонны 30 массопереноса, может быть подан на элемент 18 сжатия и перекачки системы генерации мощности как
20 используемый повторно, рециркуляционный поток 1В текучей среды. После прохождения используемым повторно, рециркуляционным потоком текучей среды по меньшей мере через один элемент 18 сжатия и/или перекачки рециркуляционное рабочее тело 3 может быть разделено так, что поток 2В чистого продукта поступает во вторую колонну 40 массопереноса после
25 прохождения через по меньшей мере один элемент 18 сжатия системы генерации мощности. Конструкция второй колонны 40 массопереноса обеспечивает достаточное время контакта и эффективность разделения для протекания реакций, приводящих к образованию оксида азота. Вторая колонна 40 массопереноса может включать нижний выходной жидкостный поток 12,
30 который может быть разделен на поток 13 товарного оксида азота и
рециркуляционный поток 14 оксида азота. Понятно, что эти потоки оксида азота представляют собой водосодержащие потоки с переменной долей оксида азота.
В одном из аспектов рециркуляционный поток 14 оксида азота проходит через второй циркуляционный насос 41. Выходной поток 15 второго циркуляционного насоса 41 подается в теплообменник 23 с охлаждением водой и/или окружающим воздухом, создающий охлажденный, разбавленный входной поток 5 16 второй колонны 40 массопереноса.
В некоторых аспектах вторая колонна 40 массопереноса содержит вторую контактную секцию, расположенную выше точки входа охлажденного, разбавленного потока 16 оксида азота. Вторая контактная секция, расположенная над точкой входа охлажденного, разбавленного потока 16 оксида
10 азота, может орошаться входным потоком 24 чистой воды. В одном из аспектов расход во входном потоке 24 чистой воды может корректироваться для получения требуемой концентрации HNO3 в потоке 13 чистого оксида азота. Этот расход может также влиять на эффективное исключение выноса оксидов в поток 17 конечного чистого С02 продукта. Поток 17 конечного чистого С02
15 продукта будет по существу свободен от микровключений оксидов и будет
иметь низкую, соответствующую техническим требованиям концентрацию S02 и NOx.
В одном из аспектов последовательность реакций массопереноса может выполняться в первой колонне 30 массопереноса реактора прямого контакта с 20 получение достаточного количества газа для жидкостного контакта, при котором SO3, образованный в газовой фазе, быстро и эффективно преобразуется в H2SC> 4 в жидкой фазе.
Первая колонна 30 массопереноса может содержать структурированную и/или случайным образом распределенную набивку и/или перегонные тарелки,
25 выполненные с возможностью прохождения в противотоке газа и жидкости.
Кроме того, первая колонна 30 массопереноса может содержать нижний подвод для приема обогащенного С02 входного потока 4 и верхний подвод для приема охлажденного рециркуляционного, потока 10 разбавленной кислоты. При таком устройстве первой колонны 30 массопереноса может быть сформирован
30 замкнутый контур охлаждающей текучей среды, рециркулирующей через
теплообменник 22 непрямого нагрева. В некоторых аспектах тепло, отбираемое в первой колонне 30 массопереноса, может передаваться в средство охлаждения
до температуры окружающей среды, такое как циркуляционная система с охлаждающей водой, которая может содержать башенный холодильник и/или воздушный вентиляторный холодильник с принудительной конвекцией. Кроме того, первая колонна 30 массопереноса может содержать 5 эффективный каплеуловитель, размещенный выше контактной секции.
Каплеуловитель может быть выполнен с возможностью выведения разбавленной H2SO4 из выходного потока 11 С02 продукта с целью защиты расположенного ниже по потоку компрессорного оборудования от коррозии; растворы, содержащие H2SO4, имеют тенденцию к образованию неприятного тумана.
10 Альтернативно может быть установлена дополнительная секция контактной среды, орошаемая потоком чистой воды для разбавления кислотных микровключений и/или удаления выносов кислотных микровключений. Дополнительная секция контактной среды может вводиться для оптимизации газожидкостного контакта, что может ускорить реакции массопереноса, в
15 которых получается серная кислота, может ограничить потребность в
дополнительной охлаждающей среде и может конденсировать образовавшуюся при горении остаточную воду из рециркуляционного потока после эффективной рекуперации тепла от выхлопного потока в рекуперативном теплообменнике системы генерации мощности. Желательно, чтобы оптимизация газожидкостного
20 контакта, ограничение потребности в дополнительной охлаждающей среде и/или конденсация остаточной, образовавшейся при горении Н2О, происходили при разумных размерах колонны и времени обработки.
Согласно некоторым аспектам условия в камере сгорания системы 19 генерации мощности обеспечивают незначительный выход N0 за счет
25 соединения азота, азотсодержащих компонентов топлива и/или азота,
поступающего при проникновении воздуха через уплотнения системы, с избыточным кислородом при типичных температурах горения, составляющих приблизительно от 1500°С до приблизительно 2500°С, типичных давлениях горения, составляющих приблизительно от 100 бар до приблизительно 500 бар, и
30 избытке О2, который может содержать приблизительно от 0 мол.% до
приблизительно 5 мол.% О2 после горения и смешивания с рециркуляционным СО2 высокого давления. В одном из аспектов могут быть желательными более
высокие температуры пламени, так как преобладающее значение может иметь механизм термического образования N0. Желательно сохранять это количество N0, поскольку увеличенная концентрация N0 способствует протеканию и ускорению реакций удаления SO2 в H2SO4 в первой колонне 30 массопереноса, 5 обеспечивая их достаточную скорость. Сохранение N0, выработанного в камере сгорания, можно производить конструктивными средствами, такими как, например, накоплением N0 в системе с полузамкнутым контуром и (или ) минимизацией конверсии газообразного NO2 (образованного в реакции N0 с О2) в жидкую HNO3. Накопление N0 в системе с полузамкнутым контуром может
10 обеспечиваться специфической конструкцией системы 18, 19 генерации
мощности, и минимизация преобразования газообразного NO2 в жидкую HNO3 может достигаться подбором резидентного времени первой колонны 30 массопереноса так, чтобы селективно удалять SO2 согласно описанному.
В одном из аспектов концентрация N0 может поддерживаться высокой за
15 счет тщательного подбора средств прямого контакта в первой колонне 30 массопереноса, так чтобы иметь резидентное время, при котором минимизируется преобразование NO2 в HNO2 и/или в HNO3. В частности, было установлено, что, пока SO2 присутствует в охлажденных турбинных выхлопах, NO2, получившийся при окислении N0 кислородом, немедленно переходит
20 обратно в N0 в реакции с SO2. Тем самым немедленный переход NO2 обратно в N0 сохраняет высокую концентрацию катализатора в газовой фазе. При этом раз достаточно большое количество SO2 непрерывно удаляется из газовой фазы в жидкую фазу за счет преобразования SO2 в H2SO4, происходят последующие реакции, в которых NO2 растворяется в воде с формированием HNO2 и HNO3.
25 Кроме того, в одном из предпочтительных аспектов в первой колонне 30
массопереноса обеспечиваются условия для превращения меньшего количества N0 в HNO2 и/или HNO3 за счет второй последовательности реакций в первой колонне 30 массопереноса. Например, условия в первой колонне 30 массопереноса могут обеспечивать обогащенный СО2 выходной поток 11,
30 покидающий первую колонну массопереноса, в которой менее 30 масс.% NOx
превращается в HNO2 и/или HNO3. В некоторых аспектах приблизительно менее
5 % N0X превращается в HNO2 и/или HNO3 перед выходом рециркуляционного рабочего тела высокого давления из первой колонны массопереноса. Преобразование большего количества N0 в HNO2 и/или HNO3 снизило бы концентрацию N0 во входном, богатом СО2 потоке 4, выходящем из турбины 5 системы 19 генерации мощности и поступающем в первую колонну 30
массопереноса, снижая тем самым скорость превращения SO2 в H2SO4. Кроме того, некоторое количество превращенных HNO2 и/или HNO3 выходит из первой колонны 30 массопереноса в жидкостном потоке 7 серной кислоты и может быть затем нейтрализовано. Реальное количество превращенного NOx подбирается с
10 учетом конкретной технологической потребности.
При выборочном удалении SO2 в первой колонне 30 массопереноса в ее рециркуляционной текучей среде может также накапливаться серная кислота (и/или следы HNO3). В одном из аспектов в жидкостном потоке серной кислоты может присутствовать небольшая концентрация HNO3, но ее значение может
15 быть сведено к минимуму. Реакция HNO3 со ртутью, полученной из угля,
протекает первоначально во второй колонне 40 массопереноса с образованием азотнокислой ртути. Смешивание H2SO4 + HNO2 + HNO3 может также перевести другие загрязняющие примеси с низкой концентрацией в растворимые соли, которые могут быть удалены в жидкой кислотной фазе. Дополнительно или
20 альтернативно остаточная серная кислота, образованная в первой колонне 30 массопереноса, может быть подвергнута реакции с водной пульпой измельченного известняка и/или другого подходящего щелочного соединения для превращения H2SO4 в сернокислый кальций. Полученный сернокислый кальций может отводиться в твердом виде и направляться на коммерческое
25 использование или удаляться. Кроме того, на этой стадии может выводиться СО2 в виде чистого продукта, который может объединяться с потоком 1 чистого СО2 из цикла генерации мощности и/или отводиться в общем или отдельном потоке 17 вентиляции системы в трубопроводную линию 21 для транспортировки. В некоторых аспектах NO, полученного естественным образом в данном
30 процессе, может оказаться недостаточно для катализа достаточного удаления SO2 из технологического газа. Согласно одному из аспектов в систему 50
генерации мощности может быть введен дополнительный поток 5, содержащий в основном N0. В некоторых аспектах N0 может быть получен, например, окислением аммиака (NH3) смесью, содержащей кислород и/или диоксид углерода, в блоке 20 выработки N0 в присутствии катализатора. Введение 5 чистого N2 в систему 18, 19 генерации мощности может быть нежелательным, так как оно может оказать существенное влияние на динамику системы. Например, введение чистого N2 может изменить важные параметры рабочего тела, такие как сжимаемость текучей среды. Путем регулирования входной концентрации N0, поступающего в первую колонну 30 массопереноса,
10 введением N0 в дополнительном потоке 5 может регулироваться требуемое
время удаления SO2 из технологического газа, оставаясь в заданном диапазоне резидентного времени колонны. Главным в этом механизме регулирования является то, что N0 можно не потреблять до тех пор, пока по существу весь SO2 не будет удален. По существу, первая колонна 30 массопереноса может быть
15 налажена и/или спроектирована за счет точного регулирования входной
концентрации N0 так, чтобы удалялся почти весь SO2 (например, 99,99%) без существенного выведения N0. Конкретная концентрация N0 может быть определена по входной концентрации SO2, а также по заданному резидентному времени удаления SO2. Например, согласно одному из аспектов концентрация
20 N0 на входе первой колонны 30 массопереноса может составлять
приблизительно 152 ррт, и концентрация SO2 там же - приблизительно 1318 ррт. В некоторых аспектах коэффициент дефлегмации как в первой колонне 30 массопереноса, так и во второй колонне 40 массопереноса можно регулировать путем регулирования расходов через первый и/или второй циркуляционные
25 насосы 31, 41. В некоторых аспектах один из вариантов системы генерации мощности может предусматривать резидентное время, которое может быть оптимизировано так, что при завершении удаления SO2 и отделении газовой фазы от жидкой фазы превращение N0 в HNO2 и/или HNO3 может не происходить.
30 В одной из иллюстративных систем 18, 19 генерации мощности,
содержащих рециркуляционную текучую технологическую среду, количество N0 в технологическом потоке может сохраняться за счет подбора и/или
настройки резидентного времени колонны и концентраций различных компонентов на входе первой колонны 30 массопереноса так, чтобы в ней достигалась заданная эффективность удаления SO2, и в то же время допускалось наличие остаточного N0 в выходном потоке 11 С02 продукта на выходе из этой 5 колонны 30. Согласно одному из иллюстративных аспектов резидентное время первой колонны составляет приблизительно 30 секунд, и концентрация N0 на выходе первой колонны составляет приблизительно 155 ррт. При этом имеет место накопительный эффект, при котором создается повышенная концентрация N0 в потоке 1 рециркуляционной текучей среды, что тем самым может снизить
10 количество добавляемого N0, требуемого из блока 20 выработки N0 для поддержания постоянной скорости удаления SO2 в первой колонне 30 массопереноса реактора прямого контакта. Этот накопительный эффект особенно значим в системах, в которых горение приводит к повышенным концентрациям SO2, позволяя существенно снизить время удаления за счет
15 повышения концентрации N0 в системе.
В некоторых аспектах после охлаждения и удаления SO2 в первой колонне 30 массопереноса реактора прямого контакта системы 50 генерации мощности выходной поток 11 СО2 продукта может быть разделен на два потока и сжат до давления, лежащего в диапазоне приблизительно от 100 бар до приблизительно
20 500 бар. Меньший из потоков разбавляет поток кислорода, формирующий смесь окислителя, используемую в камере сгорания, в то время как больший из потоков нагревается в рекуперативном теплообменнике системы 19 генерации мощности до температуры в диапазоне приблизительно от 500 °С до приблизительно 800 °С и смешивается с выходным газом камеры сгорания,
25 формируя входной поток турбины. В этих условиях фактически не происходит разрушения NO из-за превращения NO в N2 и О2 и/или образования NO в реакции между N2 и О2. Величина концентрации NO в рекуперированном, охлажденном и обогащенном СО2 потоке 4, поступающем в первую колонну 30 массопереноса, может быть выше концентрации и общего содержания,
30 покидающих первую колонну 30 массопереноса и поступающих в поток 1
рециркуляционной текучей среды, так как в колонне 30 формируется небольшое
количество HNO3, и NOx, присутствующий в потоке 2 чистого С02 продукта, поступает во вторую колонну 40 массопереноса.
Кроме того, конструкция первой и второй колонн 30, 40 массопереноса в идеале должна быть такой, чтобы при нахождении в них газа в течение 5 резидентного времени создавались приемлемые условия протекания реакции для систем 18, 19 генерации мощности, действующих во всем рабочем диапазоне от максимума выходной мощности до минимальных значений. Например, при максимальном диапазоне изменения (например, 50 % потока турбины) резидентное время колонны удваивается, что может привести к значительно
10 большим потерям NO. Однако, увеличенное время реакций может обеспечить пониженную концентрацию NO во входящем газе, что все же может сохранить заданное удаление SO2. Эта концентрация NO может быть поднята за счет добавления и накопления рассмотренным выше образом.
Согласно одному из иллюстративных аспектов вторая колонна 40
15 массопереноса может быть меньше первой колонны 30 массопереноса и может быть введена в поток чистого СО2 продукта системы 18, 19 генерации мощности. Кроме того, в меньшей, второй колонне 40 массопереноса могут использоваться те же реакции и/или конструктивные подходы, что и в первой колонне 30 массопереноса, так чтобы меньшая вторая колонна 40 массопереноса
20 также была выполнена с возможностью удаления SO2. Меньшая, вторая колонна 40 массопереноса реактора прямого контакта может затем изменять концентрацию NO до концентрации, заданной для местоположения ниже по потоку, и может дополнительно или альтернативно вырабатывать HNO2 и HNO3 в технологическом процессе. Эта колонна может действовать при давлении,
25 одинаковым с первым реактором прямого контакта, или при значительно увеличенном давлении после стадии сжатия или после нескольких последовательных стадий сжатия. Согласно другому аспекту вторая колонна 40 массопереноса может действовать при температуре, одинаковой с температурой в первой колонне 30 массопереноса, или при значительно увеличенной
30 температуре по сравнению с первой колонной массопереноса, и ее параметры могут зависить от требований к конечному потоку 17 чистого СО2 продукта.
На конструкцию первой и второй колонн 30, 40 массопереноса могут влиять параметры скорости удаления SO2 и N0. Например, удаление SO2 ускоряется приблизительно до стопроцентной скорости удаления при возрастании резидентного времени, давления и концентрации N0 в первой 5 колонне 30 массопереноса. Поэтому высокая входная концентрация N0 может быть желательной для увеличения скорости удаления SO2. Например, на фиг. 2 представлен график, показывающий, что приведенные фиксированное резидентное время, время удаления SO2 в первой колонне 30 массопереноса снижается при увеличении концентрации N0. На фиг. 3 показано, что время
10 удаления N0 по отношению к заданному порогу выходной концентрации асимптотически приближается к фиксированному требуемому времени удаления, как только в основном удален SO2. Это показывает, что даже при высоких уровнях накопления N0 дополнительное время, необходимое для удаления N0 до заданного порога во второй колонне 40 массопереноса, в
15 конечном счете достигает асимптотического времени, в то время как время удаления SO2 в первой колонне 30 массопереноса устойчиво снижается при введении избыточного N0. Это подразумевает, что добавление N0 для увеличения скорости удаления SO2 в первой колонне 30 массопереноса может быть поддержано во второй колонне 40 массопереноса, которая может быть
20 приспособлена и/или спроектирована с ориентацией на асимптотическое время удаления плюс соответствующий коэффициент безопасности. В некоторых аспектах удаление NOx во втором аппарате может быть дополнительно ускорено введением в колонну дополнительного кислорода.
По другим аспектам удаление NOx во второй колонне 40 может быть
25 ускорено за счет сжатия потока 2А и/или 2В до давления, превышающего
давление в первой колонне 30, перед поступлением во вторую колонну. Это ускорит превращение N0 в NO2, как показано в уравнении Ж, так как реакции удаления будут заканчиваться быстрее. Точное значение выходного давления этого компрессора может быть подобрано так, чтобы во второй колонне 40
30 обеспечивалось требуемое удаление. Такие варианты выполнения
проиллюстрированы на фиг. 1А, на которой в линии 2А между Блоком 18 и второй колонной 40 присутствует компрессор 62. Компрессор может быть
необязательным. Альтернативно, обращаясь к фиг. 1В, весь рециркуляционный поток, содержащий СО2 и NOx, может вводиться в Блок 18 системы генерации мощности, где он может подвергнуться сжатию. Соответственно, поток 2В может быть отобран непосредственно из Блока 18 под любым давлением для 5 доставки во вторую колонну 40.
В некоторых вариантах выполнения в этот поток желательно вводить дополнительный кислород до поступления во вторую колонну 40. Как показано на фиг. 1В, введен источник 60 кислорода для подачи кислорода по линии 61а в поток 2В до поступления во вторую колонну 40. Понятно, что такие элементы 10 для введения кислорода аналогично могут использоваться для введения кислорода в линию 2А на фиг. 1А. Источник кислорода может быть необязательным. По другим аспектам введение кислорода и использование повторного сжатия могут производиться для дополнительного ускорения удаления NOx.
15 Настоящее изобретение поясняется также нижеследующим примером (ами),
приведенным для иллюстрации некоторых аспектов настоящего изобретения и не подразумевающим ограничения его объема. Пример 1
Была выполнена оценка относительно системы генерации мощности, в 20 которой используется сжигание в атмосфере кислорода углеродосодержащего топлива для приведение в действие энергетического цикла Брайтона, работающего на полностью рекуперированном сверхкритическом диоксиде углерода. В различных аспектах в такой компоновке по их существу СО2 улавливается при давлении, подходящем для хранения и/или подачи в 25 магистраль. В аспектах, в которых концентрации серы и азота в сжигаемом топливе низки, СО2 может улавливаться с использованием минимальных завершающих операций. Следовательно, СО2, высвобождаемый из цикла, может отводиться в магистраль СО2 с заданной молярной чистотой при минимальной дополнительной завершающей обработке или вообще без нее. Однако, если 30 топливо содержит повышенные концентрации серы и азота, и/или если в систему поступает относительно много воздуха, температуры горения и температуры на горячем краю установки приводят к окислению топлива, а также других
способных окисляться соединений, и могут привести к образованию кислотных
газов, таких как NOx и/или SOx, которые должны быть удалены как для защиты
технологического оборудования, так и для поддержания удовлетворительных
уровней чистоты С02 в магистрали.
5 В одном из примеров система 50 сконфигурирована описанным образом с
первой и второй колоннами массопереноса. Первая колонна массопереноса включена в рециркуляционный поток текучей среды, и в ней SO2 обрабатывается и селективно удаляется из рециркуляционного потока. На входе первой колонны массопереноса в рециркуляционный поток текучей среды добавляется N0 любой
10 подходящей технологией при стабильном расходе, который подбирается так,
чтобы регулировать полное удаление SO2 в первой колонне массопереноса при заданном резидентном времени. В одном из иллюстративных вариантов выполнения скорость инжекции N0 составляет приблизительно 46,67 фунт/ч (21,2 кг/ч), и используется окисление аммиака в присутствии катализатора. В
15 первой колонне массопереноса при давлении приблизительно 30 бар и
температуре приблизительно от 60°F (15,6 °С) до приблизительно 200°F (93,3°С) SO2 удаляется, а большая часть N0 пропускается на выход вместе с рабочим телом и, таким образом, рециркулирует в процессе, приводя к повышенной концентрации N0 во всей системе. Эта повышенная концентрация N0
20 способствует ускорению удаления SO2 в первой колонне массопереноса.
Вторая колонна массопереноса действует на выходе системы генерации мощности при давлении приблизительно 30 бар и приблизительно при температуре окружающей среды. В частности, во второй колонне массопереноса удаляется оставшийся в рабочем теле N0 до заданной концентрации,
25 составляющей приблизительно 20 ррт. Компьютерное моделирование
иллюстративной системы было завершено, и его результаты и соответствующие входные данные, такие как резидентное время и входные и выходные концентрации N0 и SO2, приведены ниже в Таблице 1. Результаты и соответствующие входные данные, приведенные в Таблице 1, предназначены
30 для иллюстрации и не предназначены для ограничения объема настоящего изобретения. Приведенные здесь результаты не предназначены для интерпретации как конкретные, но просто отражают приближенный результат
(например, количество SOx (молярное), выходящее из второй колонны массопереноса и равное 1.39Е-20, обозначает, что из второй колонны массопереноса выходит по существу нулевое количество SOx).
Хотя для полного удаления SO2 увеличение скорости введения N0 в рециркуляционный газовый технологический поток должно уменьшать заданное резидентное время в первой колонне массопереноса, существует баланс между переменной стоимостью мощности прокачки, введением N0, нейтрализацией и капитальными затратами, который однозначно определяет заданное резидентное время для оптимальной скорости удаления SO2 и затраты.
Различные модификации и другие варианты выполнения изобретения могут быть осуществлены специалистом в данной области, которому данное описание предоставляет преимущества, заключающиеся в изложенных в нем идеях и сопровождающих чертежах. Поэтому должно быть понятно, что изобретение не ограничено конкретными приведенными частными вариантами и модификациями, и в объем изобретения, определяемый приложенной формулой изобретения, включены и другие варианты выполнения. Хотя в данном описании могут быть использованы специфические термины, они используются исключительно в общепринятом и описательном смысле, а не в целях внесения ограничений.
ПЕРВОНАЧАЛЬНАЯ ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ удаления кислотного газа из потока продукта энергетического
цикла, включающий:
5 выполнение цикла генерации мощности;
направление потока продукта, содержащего СО2, SOx и NOx, из цикла генерации мощности в первый башенный холодильник прямого контакта;
приведение в контакт в первом башенном холодильнике прямого контакта потока продукта, содержащего СО2, SOx и NOx, с первым противонаправленным 10 циркуляционным жидкостным водным потоком;
удаление по меньшей мере части SO2, присутствующего в потоке продукта, в первом башенном холодильнике прямого контакта за счет реакции между SO2 и NO2 в потоке продукта в присутствии жидкостного водного потока;
выведение из первого башенного холодильника прямого контакта 15 рециркуляционного потока, содержащего СО2 и NOx; и
доставку по меньшей мере части рециркуляционного потока, содержащего СО2 и NOx, обратно в цикл генерации мощности.
2. Способ по п. 1, в котором первый противонаправленный
20 циркуляционный жидкостный водный поток содержит H2SO4.
3. Способ по п. 1, в котором поток продукта, содержащий СО2, SOx и NOx, включает по меньшей мере 10 ppm NOx исходя из общей массы потока продукта, содержащего СО2, SOx и NOx.
4. Способ по п. 1, в котором концентрация NOx в потоке продукта, содержащем СО2, SOx, и NOx, регулируется в некотором диапазоне, так что менее 50 масс.% NOx, в потоке продукта, содержащем СО2, SOx и NOx, превращается в HNO3 в первом башенном холодильнике прямого контакта.
4.
5. Способ по п. 1, в котором рециркуляционный поток, содержащий С02 и NOx и выведенный из первого башенного холодильника прямого контакта, включает по меньшей мере 90 масс.% NOx, присутствующего в рециркуляционном потоке, содержащем С02, SOx и NOx и введенном в первый
5 башенный холодильник прямого контакта.
6. Способ по п. 1, в котором рециркуляционный поток, содержащий С02 и NOx и выведенный из первого башенного холодильника прямого контакта, по существу не содержит S02 или содержит S02 в количестве, меньшем 50 ррт
10 исходя из общей массы рециркуляционного потока, содержащего С02 и N0X.
7. Способ по п. 1, в котором концентрация NOx в потоке продукта, содержащем С02, SOx и NOx, корректируется добавлением NOx выше по потоку первого башенного холодильника прямого контакта.
8. Способ по п. 7, в котором NOx добавляется выше по потоку первого башенного холодильника прямого контакта путем соединения источника азота с топливом и окислителем в камере сгорания выше по потоку первого башенного холодильника прямого контакта.
9. Способ по п. 7, в котором NOx добавляется непосредственно в поток продукта, содержащий С02, SOx и NOx, выше по потоку первого башенного холодильника прямого контакта.
25 10. Способ по п. 9, в котором NOx, добавляемый непосредственно в поток
продукта, содержащий С02, SOx и NOx, выше по потоку первого башенного холодильника прямого контакта, вырабатывается из аммиака.
11. Способ по п. 1, в котором концентрация NOx в потоке продукта, 30 содержащем С02, SOx и NOx, корректируется увеличением или уменьшением выходного потока из первого рециркуляционного насоса, выполненного с
возможностью приема жидкостного потока продукта из первого башенного холодильника прямого контакта и рециркуляции жидкостного потока продукта в первый башенный холодильник прямого контакта.
5 12. Способ по п. 1, в котором по меньшей мере часть NOx в
рециркуляционном потоке, содержащем С02 и NOx, направляется обратно в цикл генерации мощности.
13. Способ по п. 1, в котором рециркуляционный поток, содержащий С02 и 10 NOx, разделяется на поток рециркуляционного рабочего тела, направляемый
обратно в цикл генерации мощности, и поток чистого С02 продукта.
14. Способ по п. 1, включающий:
направление по меньшей мере части рециркуляционного потока, 15 содержащего С02 и NOx, во второй башенный холодильник прямого контакта.
приведение в контакт во втором башенном холодильнике прямого контакта рециркуляционного потока, содержащего С02 и NOx, со вторым противонаправленным циркуляционным жидкостным водным потоком;
удаление по меньшей мере части N02 из рециркуляционного потока, 20 содержащего С02 и NOx, во втором башенном холодильнике прямого контакта за счет реакции между N02 и водой; и
выведение из второго башенного холодильника прямого контакта потока, содержащего С02.
25 15. Способ по п. 14, в котором второй противонаправленный
циркуляционный жидкостный водный поток содержит HNO3.
16. Способ по п. 14, включающий добавление 02 к рециркуляционному потоку, содержащему С02 и NOx, перед направлением рециркуляционного 30 потока, содержащего С02 и NOx, во второй башенный холодильник прямого контакта.
17. Способ по п. 14, в котором перед направлением по меньшей мере части рециркуляционного потока, содержащего С02 и NOx, во второй башенный холодильник прямого контакта рециркуляционный поток, содержащий С02 и
5 NOx, сжимается в цикле генерации мощности с использованием компрессора.
18. Способ по п. 14, в котором рециркуляционный поток, содержащий С02 и NOx, разделяется на рециркуляционную часть, направляемую обратно в цикл генерации мощности, и часть чистого продукта, направляемую во второй
10 башенный холодильник прямого контакта.
19. Система для удаления кислотного газа из потока продукта энергетического цикла, включающая:
элемент переноса, выполненный с возможностью доставки потока продукта 15 энергетического цикла, содержащего С02, SOx, и NOx, от одного из компонентов энергетического цикла;
первый башенный холодильник прямого контакта, выполненный с возможностью приема потока продукта энергетического цикла, содержащего С02, SOx, и NOx, от этого компонента энергетического цикла в таких условиях 20 реакции, что по меньшей мере часть S02 из него удаляется, и рециркуляционный поток, содержащий С02 и NOx, выводится из первого башенного холодильника прямого контакта;
первый рециркуляционный насос, сообщающийся с первым башенным холодильником прямого контакта и выполненный с возможностью приема 25 жидкостного потока из первого башенного холодильника прямого контакта и рециркуляции по меньшей мере части этого жидкостного потока в первый башенный холодильник прямого контакта; и
элемент переноса, выполненный с возможностью доставки по меньшей мере части циркуляционного потока, содержащего С02 и NOx, к одному из 30 компонентов энергетического цикла.
20. Система по п. 19, содержащая:
второй башенный холодильник прямого контакта, выполненный с возможностью приема по меньшей мере части рециркуляционного потока, содержащего С02 и NOx, из первого башенного холодильника прямого контакта в таких условиях реакции, что по меньшей мере часть N02 в циркуляционном потоке, содержащем С02 и NOx, из него удаляется, и поток, содержащий С02, выводится из второго башенного холодильника прямого контакта; и
второй рециркуляционный насос, сообщающийся со вторым башенным холодильником прямого контакта и выполненный с возможностью приема жидкостного потока от второго башенного холодильника прямого контакта и рециркуляции по меньшей мере части этого жидкостного потока во второй башенный холодильник прямого контакта.
21. Система по п. 19, содержащая ввод 02, расположенный выше по потоку второго башенного холодильника прямого контакта и ниже по потоку первого башенного холодильника прямого контакта.
22. Система по п. 19, содержащая компрессор, расположенный выше по потоку второго башенного холодильника прямого контакта и ниже по потоку первого башенного холодильника прямого контакта.
21.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ, измененная по Ст. 34 РСТ
1. Способ удаления кислотного газа из потока продукта энергетического
5 цикла, включающий:
выполнение цикла генерации мощности;
направление потока продукта, содержащего С02, SOx и NOx, из цикла генерации мощности в первый башенный холодильник прямого контакта;
приведение в контакт в первом башенном холодильнике прямого контакта 10 потока продукта, содержащего С02, SOx и NOx, с первым противонаправленным циркуляционным жидкостным водным потоком;
удаление по меньшей мере части S02, присутствующего в потоке продукта,
в первом башенном холодильнике прямого контакта посредством реакции между
S02 и N02 в потоке продукта в присутствии жидкостного водного потока;
15 выведение из первого башенного холодильника прямого контакта
рециркуляционного потока, содержащего С02 и NOx; и
доставку по меньшей мере части рециркуляционного потока, содержащего С02 и NOx, обратно в цикл генерации мощности;
при этом концентрацию NOx в потоке продукта, содержащем С02, SOx и 20 NOx, корректируют введением NOx выше по потоку от первого башенного холодильника прямого контакта.
2. Способ по п. 1, в котором первый противонаправленный циркуляционный жидкостный водный поток содержит H2S04.
3. Способ по п. 1, в котором поток продукта, содержащий С02, SOx и NOx, включает по меньшей мере 10 ppm NOx исходя из общей массы потока продукта, содержащего С02, SOx и NOx.
30 4. Способ по п. 1, в котором концентрацию NOx в потоке продукта,
содержащем С02, SOx и NOx, регулируют в определенном диапазоне, так что
менее 50 масс.% NOx, в потоке продукта, содержащем С02, SOx и NOx, превращается в HNO3 в первом башенном холодильнике прямого контакта.
5. Способ по п. 1, в котором рециркуляционный поток, содержащий С02 и 5 NOx и выведенный из первого башенного холодильника прямого контакта, включает по меньшей мере 90 масс.% NOx, присутствующего в рециркуляционном потоке, содержащем С02, SOx и NOx и введенном в первый башенный холодильник прямого контакта.
10 6. Способ по п. 1, в котором рециркуляционный поток, содержащий С02 и
NOx и выведенный из первого башенного холодильника прямого контакта, по существу не содержит S02 или содержит S02 в количестве, меньшем 50 ррт исходя из общей массы рециркуляционного потока, содержащего С02 и NOx.
15 7. Способ по п. 1, в котором NOx добавляют выше по потоку от первого
башенного холодильника прямого контакта путем объединения источника азота с топливом и окислителем в камере сгорания выше по потоку от первого башенного холодильника прямого контакта.
20 8. Способ по п. 1, в котором NOx добавляют непосредственно в поток
продукта, содержащий С02, SOx и NOx, выше по потоку от первого башенного холодильника прямого контакта.
9. Способ по п. 8, в котором NOx, добавляемый непосредственно в поток 25 продукта, содержащий С02, SOx и NOx, выше по потоку от первого башенного
холодильника прямого контакта, вырабатывают из аммиака.
10. Способ по п. 1, в котором концентрацию NOx в потоке продукта,
содержащем С02, SOx и NOx, корректируют увеличением или уменьшением
30 выходного потока из первого рециркуляционного насоса, выполненного с возможностью приема жидкостного потока продукта из первого башенного
холодильника прямого контакта и рециркуляции жидкостного потока продукта в первый башенный холодильник прямого контакта.
11. Способ по п. 1, в котором по меньшей мере часть NOx в
5 рециркуляционном потоке, содержащем С02 и NOx, направляют обратно в цикл генерации мощности.
12. Способ по п. 1, в котором рециркуляционный поток, содержащий С02 и NOx, разделяют на поток рециркуляционного рабочего тела, направляемый
10 обратно в цикл генерации мощности, и поток чистого С02 продукта.
13. Способ по п. 1, включающий:
направление по меньшей мере части рециркуляционного потока,
содержащего С02 и NOx, во второй башенный холодильник прямого контакта.
15 приведение в контакт во втором башенном холодильнике прямого контакта
рециркуляционного потока, содержащего С02 и NOx, со вторым противонаправленным циркуляционным жидкостным водным потоком;
удаление по меньшей мере части N02 из рециркуляционного потока, содержащего С02 и NOx, во втором башенном холодильнике прямого контакта 20 за счет реакции между N02 и водой; и
выведение из второго башенного холодильника прямого контакта потока, содержащего С02.
14. Способ по п. 14, в котором второй противонаправленный
25 циркуляционный жидкостный водный поток содержит HNO3.
15. Способ по п. 13, включающий добавление 02 к рециркуляционному
потоку, содержащему С02 и NOx, перед направлением рециркуляционного
потока, содержащего С02 и NOx, во второй башенный холодильник прямого
30 контакта.
16. Способ по п. 13, в котором перед направлением по меньшей мере части рециркуляционного потока, содержащего С02 и NOx, во второй башенный холодильник прямого контакта рециркуляционный поток, содержащий С02 и NOx, сжимают в цикле генерации мощности с использованием компрессора.
17. Способ по п. 13, в котором рециркуляционный поток, содержащий С02 и NOx, разделяют на рециркуляционную часть, направляемую обратно в цикл генерации мощности, и часть чистого продукта, направляемую во второй башенный холодильник прямого контакта.
18. Система для удаления кислотного газа из потока продукта энергетического цикла, содержащая:
элемент переноса, выполненный с возможностью доставки потока продукта энергетического цикла, содержащего С02, SOx, и NOx, от одного из компонентов
15 энергетического цикла;
первый башенный холодильник прямого контакта, выполненный с возможностью приема потока продукта энергетического цикла, содержащего С02, SOx и NOx, от упомянутого компонента энергетического цикла в таких условиях реакции, что по меньшей мере часть S02 из него удаляется, и
20 рециркуляционный поток, содержащий С02 и NOx, выводится из первого башенного холодильника прямого контакта;
источник NOx, выполненный с возможностью добавления NOx в поток продукта энергетического цикла, содержащий С02, SOx и NOx, выше по потоку от первого башенного холодильника прямого контакта;
25 первый рециркуляционный насос, сообщающийся с первым башенным
холодильником прямого контакта и выполненный с возможностью приема жидкостного потока из первого башенного холодильника прямого контакта и рециркуляции по меньшей мере части этого жидкостного потока в первый башенный холодильник прямого контакта; и
элемент переноса, выполненный с возможностью доставки по меньшей мере части рециркуляционного потока, содержащего С02 и NOx, к одному из компонентов энергетического цикла.
5 19. Система по п. 18, содержащая:
второй башенный холодильник прямого контакта, выполненный с возможностью приема по меньшей мере части рециркуляционного потока, содержащего С02 и NOx, из первого башенного холодильника прямого контакта в таких условиях реакции, что по меньшей мере часть N02 в рециркуляционном 10 потоке, содержащем С02 и NOx, из него удаляется, и поток, содержащий С02, выводится из второго башенного холодильника прямого контакта; и
второй рециркуляционный насос, сообщающийся со вторым башенным холодильником прямого контакта и выполненный с возможностью приема жидкостного потока из второго башенного холодильника прямого контакта и 15 рециркуляции по меньшей мере части этого жидкостного потока во второй башенный холодильник прямого контакта.
20. Система по п. 18, содержащая ввод 02, расположенный выше по потоку от второго башенного холодильника прямого контакта и ниже по потоку от
20 первого башенного холодильника прямого контакта.
21. Система по п. 18, содержащая компрессор, расположенный выше по потоку от второго башенного холодильника прямого контакта и ниже по потоку от первого башенного холодильника прямого контакта.
3/4
100.00 90.00 80.00 70.00 60.00 50.00 40.00 30.00 20.00 10.00 0.00
1 1" а^фвВремя удаления 2-й колонны масс
"-^Время удаления 1-й колонны масс
....щ. Добавочный NO (фунт/ч)
реактора
реактора
\ ;
\ у*
Vi " <
яг \
¦¦f
-•¦
0 50 100 150 200 250 300
Концентрация NO на входе 1-й колонны масс, реактора
ФИГ. 2
4/4
Время удаления NOx (NOx <20 ppmv) после полного
удаления SOx
NO на выходе (ppmv)
ФИГ. 3
(19)
(19)
(19)
- 4 -
- 3 -
-11 -
- 10 -
-11 -
- 12 -
-11 -
- 12 -
- 13 -
- 13 -
- 15 -
-16 -
- 18 -
- 18 -
-31 -
- 30 -
-31 -
- 32 -
-31 -
- 32 -
- 33 -
- 33 -
- 44 -
- 44 -
- 45 -
- 58 -
- 60 -
- 60 -