[发明专利]用于清洁烟道气体的冷凝器及方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请为2012年3月30日提交的美国专利申请第13/436,054号的继续申请，并且请求享有所述申请的优先权。

技术领域

本公开内容涉及烟道气体的处理。更具体而言，其涉及用以从烟道气体有效地除去腐蚀物的设备及方法。

背景技术

某些过程诸如含碳燃料的燃烧产生CO₂的气态排放物。CO₂已经确定为温室气体，其似乎有助于全球变暖。由于其作为温室气体的情形，已经开发了减少CO₂排放物的技术，包括：能量效率改进；增加可再生能源诸如太阳能和风能的使用；在性质上促进CO₂的吸收/转化(人工造林)；减少化石燃料的使用；等。

尽管有这些努力和技术，但化石燃料继续提供现今产生的能量的相当大部分。除开发和探寻能量改进和替代物之外，还已经开发了限制或防止CO₂从燃烧释放的技术，包括CO₂捕集和储存(CCS)。使用CCS技术可大致减少释放至大气的CO₂的量。

存在用于CCS的各种方法或技术。技术大体上落入三个区域中的一个中：燃烧后捕集(PCC)，其中CO₂在燃烧之后通过吸收或其它技术来除去；燃烧前(PC)，其中燃料在燃烧之前转化，使得CO₂不是能量生产的产物；以及氧焚烧燃烧，其中燃料在富氧或纯氧中焚烧，而替代环境空气，以浓缩CO₂燃烧产物。

CCS技术的缺陷包括增加资本成本和与技术相关联的附加能量消耗。例如，氧焚烧燃烧产生更浓缩的CO₂流，从而减少处理烟道流以捕集CO₂用于随后储存的能量和资本成本。然而，氧焚烧典型地要求需要能量的空气分离单元来生成纯氧或富氧。为了解决该缺陷，已经使用了载氧体来将氧输送至燃料反应器来开发化学循环燃烧(CLC)。载氧体首先在空气反应器中氧化，并且接着氧化载体输送至燃料反应器，其中，它们在与燃料接触中还原。载体接着返回到空气反应器用于再氧化。通过使用载体，燃烧在富氧气氛中完成，而没有低温地产生富氧气体。

尽管氧焚烧和CLC系统大体上产生具有较高CO₂浓度和大致降低浓度的非反应性空气组分(惰性的)(诸如，氮)的烟道流，但烟道流将包括作为燃烧产物的H₂O。此外，甚至在初始热回收之后，烟道流将仍具有升高的温度。CO₂捕集和处理大体上在气体处理单元(GPU)中完成，该气体处理单元按情况分离CO₂用于除去、储存或再使用。在烟道流可在GPU中处理之前，在其在烟道流中离开烟道反应器时为气态的H₂O大体上从烟道流冷凝出，留下大致浓缩的CO₂。烟道流还在输送至GPU之前冷却。能量损失可从存在于烟道流中的故障或低效热回收和从输送至GPU之前的烟道流的有意冷却中增大的能量消耗两者出现。然而，腐蚀物诸如二氧化硫(SO₂)可存在于烟道流中，并且必须从烟道流清洁以便在输送至GPU之前最小化腐蚀风险。

冷凝器可用于冷凝来自烟道流的水，并且冷却烟道流。冷凝器可为各种类型，包括直接接触冷凝器，其可为具有填充床元件的柱状冷凝器。在具有填充床元件的冷凝器中，外部热交换器可被并入用于从烟道气体回收热，并且有助于冷却烟道气体；然而，所需的是烟道气体的温度与返回冷凝物的温度之间的差应当最小化，典型地不大于4℃。大体上，较高液体负载对于最大化烟道气体冷却是优选的。使用的液体负载越低，需要冷却烟道气体的填充床的面积就越大。然而，增大液体负载将引起烟道气体与返回的冷凝物之间的温差超过温差要求。为了最小化温差，穿过填充床元件的液体负载减小，这降低了从烟道流到冷凝物流的热传递的效率，并且减小了烟道流的冷却。由于最小化温差的要求，需要穿过填充床元件的低液体负载，故需要高塔来充分冷凝H₂O，这牺牲了烟道气体的冷却。因此，需要冷却烟道流的改进的冷凝器和方法来从烟道气体更高效地回收热，冷却输送至GPU的烟道气体，并且从烟道气体除去二氧化硫以避免腐蚀风险。

发明内容