用于含氣溶膠的工藝氣體的氣體洗滌的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】用于含氣溶膠的工藝氣體的氣體洗滌的方法和系統(tǒng)
[0001]本發(fā)明涉及用于含氣溶膠的工藝氣體的氣體洗滌的方法，所述方法使用含胺溶劑作為洗滌劑，所述洗滌劑在吸收塔中與工藝氣體接觸并且在解吸塔中再生并且在冷卻之后返回吸收塔。
[0002]特別地，所述通過含胺溶劑從工藝氣體中除去酸性氣體的方法被證明可以大規(guī)模用于化學(xué)工業(yè)和石油化學(xué)工業(yè)以及天然氣工業(yè)。特別地，這些方法在近年來在使用化石燃料的發(fā)電廠或鋼工業(yè)和水泥工業(yè)中的使用獲得了 CCS(二氧化碳捕獲和儲存)意義。二氧化碳分離技術(shù)特別在采用化石燃料運行的發(fā)電廠中的廣泛使用使得需要采取措施以減少來自分離裝置的排放。特別是在大量工藝氣體流的情況下，所述措施是相當重要的。例如，大型發(fā)電機組的煙氣流在2至4百萬m3/h之間。用于減少來自分離裝置的排放的措施不僅用于環(huán)境保護和相關(guān)裝置的可批準性，而且降低CO2分離的操作成本。
[0003]在現(xiàn)有技術(shù)中基本上已知的問題是，在吸收塔的塔頂以氣態(tài)形式或以洗滌劑霧排出的形式發(fā)生值得注意的洗滌劑損失。在典型的胺洗滌工藝中，首先在精洗塔中調(diào)節(jié)工藝氣體，從而調(diào)節(jié)用于胺洗滌工藝的最佳氣體溫度，并且通過添加添加劑洗滌干擾性痕量物質(zhì)。然后在洗滌塔或吸收塔中在低的溫度下用胺水溶液，例如用水與單乙醇胺(MEA)的混合物洗滌工藝氣體中的相關(guān)酸性氣體組分，例如C02。負載(》2的洗滌劑在逆流換熱器中通過貧CO2的洗滌劑預(yù)熱之后被引入解吸塔(也被稱為汽提塔或再生塔)。在解吸塔中通過加熱溶劑使CO2以氣態(tài)形式釋放。在逆流換熱器中冷卻之后，貧CO2的洗滌劑被再次引入吸收塔。
[0004]所述方法例如通過EP 2 131 945 BI已知，所述文獻以引用的方式全部并入本文用于公開的目的。為了最小化來自洗滌劑的胺和揮發(fā)性分解產(chǎn)物的排放，吸收塔具有位于吸收器頂部的水洗滌器，在所述水洗滌器中通過經(jīng)冷卻的循環(huán)水與貧CO2的工藝氣體的直接接觸使胺和其它有機痕量物質(zhì)由氣相轉(zhuǎn)移到液相，由此降低氣相中的胺和其它有機痕量物質(zhì)的濃度并且因此減少排放。根據(jù)工藝和胺性能可以設(shè)置其它后洗滌步驟，在所述后洗滌步驟中可以向洗滌水添加與胺發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的組分。通過所述措施，胺的排放水平可以降低至貧CO2的工藝氣體中的源自化學(xué)反應(yīng)的平衡熱力學(xué)的相對較低的濃度，更確切地說是通過由于胺與所添加的反應(yīng)物的反應(yīng)造成的胺的蒸汽壓的降低。
[0005]然而科研裝置的研究表明，排放濃度實際上比通過平衡熱力學(xué)和蒸汽壓預(yù)期的值高I至2個數(shù)量級。其原因似乎是洗滌劑的排出機制主要基于氣溶膠顆粒的排放，所述氣溶膠顆粒負載來自洗滌劑的胺和有機痕量物質(zhì)。
[0006]WO 2013/004731 Al中已經(jīng)討論了上述問題。所述申請中的出發(fā)點是，洗滌劑的排出基本上由煙氣/工藝氣體的飛灰中的超細固體顆粒造成，所述超細固體顆粒充當工藝氣體中的成霧劑或充當凝結(jié)核。霧的形成還歸因于如下情況:經(jīng)汽提/經(jīng)再生和經(jīng)冷卻的洗滌劑以相對于經(jīng)富集的洗滌劑的相對高的溫差返回吸收器，因此造成飽和氣體混合物的突然冷卻和伴隨而來的霧的形成。WO 2013/004731 Al中相應(yīng)提出了所述問題的解決方案，將經(jīng)再生的洗滌劑和經(jīng)富集的洗滌劑之間的溫差限制于<5°C，從而抑制洗滌劑霧的形成。
[0007]為了解決上述問題，EP 2 578 297 Al中提出了另一方法。在所述文獻中，霧的形成歸因于工藝氣體的產(chǎn)生氣溶膠的氣態(tài)成分，例如氣相中的S03、NH03、HCL以及水蒸氣。在位于蒸汽發(fā)生器的煙氣脫硫下游的CO2洗滌器的情況下，因此建議通過在冷卻器中冷卻工藝氣體使所述氣體成分由氣相轉(zhuǎn)變成霧相/冷凝相。因此產(chǎn)生的霧然后在除霧器/液滴分離器中從CO2分離上游的工藝氣體流中分離。
[0008]就此而言，WO 2013/004731 Al中也討論了除霧器和濕式靜電沉淀器的使用，然而其不適用于大規(guī)模工藝例如煙氣洗滌。此外，例如除霧器只能有效分離量級為I至3μπι的氣溶膠顆粒。
[0009]例如文獻EP2 578 297 AUEP 2 578 298 AUEP 2 578 295 Al和EP 2 578 296Al中討論了上述問題以及相似的解決方案。已知的上述措施基本上適用于減少胺的排放，但是減少量級不完全令人滿意。
[0010]因此本發(fā)明所基于的目的是提供用于含氣溶膠的工藝氣體的氣體洗滌的方法和系統(tǒng)以及含胺溶劑作為洗滌劑的用途，其中明顯減少胺排放。
[0011]通過具有權(quán)利要求1的特征的方法實現(xiàn)所述目的。有利的實施方案在從屬權(quán)利要求中給出。
[0012]此外通過相應(yīng)的根據(jù)權(quán)利要求7的含氣溶膠的工藝氣體的氣體洗滌系統(tǒng)實現(xiàn)所述目的。
[0013]本發(fā)明所基于的認識是:其實際原因在于洗滌劑的排出機制主要基于氣溶膠顆粒的排放，所述氣溶膠顆粒負載來自洗滌劑的胺和有機痕量物質(zhì)。然而申請人在研究中發(fā)現(xiàn)，為了減少排放，決定性的是除去或最小化工藝氣體流中的尺寸< 0.2μπι的固體顆粒(氣溶膠顆粒)。正是極細氣溶膠顆粒造成極細霧滴的形成，所述極細霧滴不能經(jīng)受采用常規(guī)的液滴分離器或濕式靜電沉淀器從工藝氣體流中的分離。
[0014]根據(jù)本發(fā)明因此提出，在吸收塔中的氣體洗滌之前用水提高工藝氣體的相對低的水蒸氣濃度，優(yōu)選提高至>0.8的飽和度，使得水從氣相中冷凝至工藝氣體中所包含的氣溶膠顆粒，并且造成相關(guān)氣溶膠顆粒的生長。該直徑變大，例如至I至1Mi的尺寸的作用在于變大的氣溶膠顆粒在之后的方法步驟中可以由工藝氣體保留?？梢酝ㄟ^氣體導(dǎo)管中的相應(yīng)內(nèi)裝部件或者例如借助于電場進行沉淀。
[0015]本發(fā)明還可以總結(jié)如下:根據(jù)本發(fā)明，在進入真正的胺分離工藝之前實現(xiàn)對由胺分離工藝中的排放負責(zé)的尺寸范圍為至多0.2μπι的固體顆粒的沉淀。通過洗滌和之后沉淀相關(guān)氣溶膠顆粒造成尺寸范圍〈0.2μπι的固體顆粒的沉淀或減少。
[0016]經(jīng)證實有利的是，在氣體洗滌之前將工藝氣體中的粒徑〈0.2μπι的氣溶膠顆粒的濃度調(diào)節(jié)至〈60,000顆粒/ cm3 ο
[0017]可以例如使用光譜測量裝置進行工藝氣體中的氣溶膠顆粒的測量。所述測量裝置例如由TSI Incorporated公司以名稱“Fast Mobility Particle Sizer”銷售。使用所述測量裝置能夠?qū)崟r測量量級為5.6至560nm的氣溶膠顆粒及其尺寸分布。
[0018]在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個有利的變體形式中提出，通過用水或含水流體驟冷或者通過加入蒸汽調(diào)節(jié)工藝氣體的水蒸氣濃度?！绑E冷”在技術(shù)上表示通過使用氣-液接觸裝置(驟冷器)蒸發(fā)冷卻從而迅速冷卻熱的氣體。
[0019]例如，也可以通過使工藝氣體經(jīng)過泡沫洗滌器、分散劑洗滌器或氣泡層洗滌器從而調(diào)節(jié)工藝氣體的水蒸氣濃度。所述氣-液接觸裝置為具有多孔板、滾筒板或管內(nèi)裝部件的裝置，其中氣體流動通過液體層或泡沫層。為此，具有比工藝氣體更低溫度的流體施加至多孔板或滾筒內(nèi)裝部件或管內(nèi)裝部件并且工藝氣體流動通過所述流體。
[0020]可以例如使用液滴分離器、電暈氣溶膠分離器或濕式靜電沉淀器進行氣溶膠顆粒的沉淀。
[0021]優(yōu)選地，在通過水蒸氣冷凝生長之后，在電暈氣溶膠分離器中或濕式靜電沉淀器中沉淀氣溶膠顆粒。
[0022]在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個特別優(yōu)選和有利的變體形式中提出，所述方法包括作為含氣溶膠的工藝氣體的來自發(fā)電廠的煙氣的氣體洗滌，其中所述方法包括濕式煙氣脫硫以及煙氣脫硫下游的作為氣體洗滌的CO2分離。
[0023]本發(fā)明還涉及用于含氣溶膠的工藝氣體的氣體洗滌的系統(tǒng)，特別是用于來自發(fā)電廠工藝或鋼制備工藝或水泥制備工藝的煙氣的多步氣體洗滌的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括至少一個優(yōu)選具有靜電過濾器的煙氣排氣管、濕式煙氣脫硫裝置、煙氣脫硫裝置下游的具有吸收塔和解吸塔的CO2洗滌器，其中所述系統(tǒng)包括至少一個驟冷器(優(yōu)選為噴霧洗滌器或噴射冷卻器或至少一個泡沫洗滌器、分散劑洗滌器或氣泡層洗滌器的形式)，其位于靜電過濾器下游和分離塔上游。所述系統(tǒng)還包括至少一個氣溶膠顆粒分離器，所述氣溶膠顆粒分離器位于驟冷器的下游和吸收塔的上游。
[0024]在本發(fā)明的范圍內(nèi)，濕式煙氣脫硫裝置包括洗滌塔或吸收塔形式的濕式洗滌器，在其中使煙氣冷卻，用水飽和并且通過在吸收塔中細流的石灰石懸浮液/石灰乳除去S02。在此產(chǎn)生的石膏懸浮液聚集在吸收塔的塔底并且從塔底排出，并且在水力旋流器中分離產(chǎn)生的石膏之后重新返回。
[0025]根據(jù)本發(fā)明提出，煙氣或工藝氣體在濕式煙氣脫硫之前、之中或之后進行驟冷并且在氣溶膠顆粒分離器中分離由于驟冷而生長的氣溶膠顆粒。
[0026]原則