用于从发电循环去除燃烧产物的系统和方法技术方案

本公开涉及一种从利用高压循环流体的发电循环中去除污染物的系统。该系统包括第一直接接触冷却塔，其被设置为冷却高压循环流体并将从循环流体中去除SO2的流体物流冷凝。第一再循环泵与第一直接接触冷却塔流体连通。第一塔包括被设置为循环冷却的CO2产物物流的出口，并且第二直接接触冷却塔被设置为接收来自出口的冷却的CO2产物物流的至少一部分。第二直接接触冷却塔被设置为冷却CO2产物物流并将从CO2产物物流去除NOx的流体物流冷凝。第二再循环泵与第二塔流体连通。提供了相关的方法。

System and method for removing combustion products from power generation cycle

The disclosure relates to a system for removing contaminants from a power generation cycle using high pressure circulating fluid. The system includes a first direct contact cooling tower, which is set to cool the high-pressure circulation fluid and to cool the flow of fluid that removes SO2 from the circulating fluid. The first recirculation pump communicates with the first direct contact cooling tower. The first column includes the exit of the CO2 product logistics set up as circulating cooling, and the second direct contact cooling tower is set to be at least part of the CO2 product logistics that receives the cooling from the exit. Second the direct contact cooling tower is set to cool the CO2 product stream and to cool the fluid from the CO2 product logistics to NOx fluid. The second recirculating pump is connected with the second tower. The relevant methods are provided.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于从发电循环去除燃烧产物的系统和方法
本专利技术涉及用于从发电循环去除产物的系统和方法。特别地，提供了从利用高压再循环工作流体的发电循环去除酸性气体污染物的系统和方法。
技术介绍
在第8,596,075号美国专利中描述了利用化石燃料的燃烧以及作为工作流体的二氧化碳来发电的系统和方法，其全部内容通过引用并入本文。估计表明，根据非碳能源的开发和部署，化石燃料将继续提供未来100年全球电力需求的大部分。然而，已知的通过燃烧烃燃料(诸如化石燃料和/或合适的生物质)的发电方法受到能源成本上升和减少二氧化碳(CO2)产生和排放的需要的限制。全球变暖越来越多地被认为是发达国家和发展中国家CO2排放量增加的潜在灾难性后果。近期，太阳能和风能可能无法替代由化石燃料和/或其它烃燃料燃烧所产生的电力。此外，核电还有包括核材料扩散和核废料处置的相关危险。如上所述的由燃烧发电现在越来越担负着捕获高压CO2的需求以便将其输送到封存点、强化采油作业和/或一般管线注入以再使用。目前的发电系统和方法，诸如高效联合循环发电厂，很难满足这种捕获CO2的需求；捕获CO2所引起的附加载荷可能会导致非常低的热效率。此外，实现所需的CO2捕获水平的资金成本很高。与向大气排放CO2的系统相比，这些和其它复杂状况导致明显更高的电力成本(例如，增加多达50-70％)。日益变暖的行星和/或碳排放税可能会对发电的环境和经济方面造成灾难性影响。因此，本领域中存在对如下系统和方法的需要：其通过捕获CO2来提供具有减少的CO2排放的高效发电，这可提供较低的电力成本以及改进的封存和存储所捕获的CO2的容易性。克服捕获CO2的热力学负担的一种方法是使用具有适于管线注入的压力的基本纯的CO2工作流体的高效发电循环。这种方法以采用再循环跨临界、超临界和/或超超临界工作流体的设计而赢得了越来越高的普及度。这些工作流体(其主要包括氧燃烧形成的CO2)被保持在操作窗口中，所述操作窗口在发电循环内的点处与适合于管线注入的压力和温度一致。在这些一致的点处，CO2可以从发电循环安全地排放到管线和/或需要这种高度加压和纯化的CO2的下游再利用过程中，同时仍然保持发电循环内的高效率。一种这样的发电循环可利用烃类燃料的氧燃烧为布雷顿式发电循环中的完全回收的、跨临界的二氧化碳工作流体提供动力，这在前面提到的第8,596,075号美国专利中公开。在多个方面，发电循环固有地捕获从具有所需的封存或管线压力的烃类燃料的燃烧形成的基本100％的CO2。此外，所捕获的CO2具有相当高的纯度。在使用天然气作为可燃烧燃料的方面，这样的发电循环可获得与通常的联合循环系统所获得的效率基本相同的热效率，而不会降低在高达300巴以及超过300巴的压力下捕获CO2的效率。特别是，当所利用的可燃烧燃料含有低浓度的硫和氮(诸如天然气)时，从循环产生的CO2可以所需的摩尔纯度排放到CO2管线中，而几乎不需要额外的后处理步骤。固体燃烧燃料，诸如不同品级的煤、石油焦、沥青或生物质，可能含有较高浓度的硫、氮和其它源于燃料的杂质。当利用这种燃料时，它们必须首先在高压气化器中用基本纯的氧气化，以产生燃料气体。然后将燃料气体清洁去除任何剩余的颗粒，冷却、压缩至所需的燃烧压力，然后将其引入到用于氧-燃料燃烧的发电循环的燃烧器。另外，可利用含有较高浓度含硫化合物的酸性天然气。源于燃料的杂质，诸如含硫和氮的化合物，在氧化之前不会从燃料气体中去除。因此，燃料气体保留了相当大浓度的杂质，取决于主要燃料源，所述杂质可能包含H2S、COS、CS2、NH3、HCN、Hg和其它痕量组分。燃料气体的氧-燃料燃烧产生相对纯的CO2物流、一定量水(H2O)和任何残余的燃烧后化合物，其可包括分子氧(O2)。如果在发电循环中使用空气分离单元，则可能存在相对低浓度的分子氮(N2)和氩(Ar)，氮也可能源自任何设计的空气进入。此外，含硫和含氮化合物可能与故意保持过量的剩余氧化剂发生其它氧化反应。这种氧化可能导致几种杂质的形成，这些杂质源自主要燃料或部分氧化过程，并且在氧-燃料燃烧器和/或在发电循环的其它高温区域中产生。杂质可能包括硫氧化物(SOx)，诸如二氧化硫(SO2)和三氧化硫(SO3)，它们在源于燃料的硫在高温下氧化时形成。其它杂质可包括氮氧化物(NOx)，诸如氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)，其主要在燃料中所含的氮化合物和/或通过系统密封件进入的源自空气的氮在高温下氧化时形成。另外，在氧化期间可能形成其它痕量杂质，诸如Hg。这些硫和氮的氧化化合物被称为“酸性气体”，由于它们是产生酸雨的主要催化剂而受到环境法规的限制，当它们以其水相存在时也可能会腐蚀设备，因此需要在发电循环的至少一些部分中去除氧化化合物和/或维持氧化化合物低于某个阈值极限。应将这些氧化组分从发电循环中去除，以防止这些有毒杂质排放到大气中并保护内部工艺设备。因此，产生较高浓度硫和氮的燃烧衍生气体需要在再循环和/或排放之前进行后处理。尽管存在若干在燃烧之前从燃料去除硫和/或氮的工艺(即，燃烧前去除工艺)或从发电循环结束时排出的工艺气体中去除痕量酸性气体的工艺(即，燃烧后去除工艺)，仍需要如下的去除过程：该过程有利地使用再循环设计的发电循环，所述发电循环使用跨临界、超临界和/或超超临界工作流体。这种去除系统可有利地提供用于以所需的回收CO2浓度与燃料中碳之比将CO2回收(recycling)到发电循环中。这种发电循环理想地提供了回收的CO2工作流体物流和/或产物CO2物流中的受控的低杂质浓度。可以允许有效的可持续处置和保护内部设备的形式去除杂质。这样的去除过程理想地满足半闭环过程内的若干工艺需要(诸如冷却、冷凝和污染物从回收的工作流体的去除)，建造和维护相对便宜，具有低附加罚金，并且采用简单的控制和操作策略。授予Allam等人的第8,580,206号美国专利(其全部内容通过引用并入本文)公开了在升高压力下在分子氧和水存在下从气态CO2中去除SO2和/或NOx的方法。具体而言，提供了一种利用一系列气相和/或液相反应步骤的方法，其中一氧化氮(NO)在升高的反应物分压下被氧化形成二氧化氮(NO2)。该氧化过程可控制一系列反应的总体速率。随后NO2将二氧化硫(SO2)氧化形成三氧化硫(SO3)，且NO2被还原为NO。SO3随后溶解在液态水中形成硫酸(H2SO4)。最终结果是使用NOx作为催化剂将SO2转化为H2SO4。所述一系列反应由下面列出的方程描述。2NO+O2＝2NO2方程ASO2+NO2＝SO3+NO方程BSO3+H2O＝H2SO4方程C实验数据证实了理论反应计算，其表明当NOx浓度高于100ppm并且压力高于约10巴并且氧分压为约0.1巴或更高时，SO2浓度可在10秒内降低至非常低的水平(例如，低于50ppm(摩尔))。参见，例如Murciano,L.,White,V.,Petrocelli,F.,Chadwick,D.,“SourcompressionprocessforremovalofSOxandNOxfromoxyfuel-derivedCO2,”EnergyProcedia4(2011)pp.908-916；andWhite,V.,Wright,A.,Tappe,S.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种从动力循环产物物流中去除酸性气体的方法，所述方法包括：执行发电循环；将来自发电循环的含有CO2、SOx和NOx的产物物流导入第一直接接触冷却塔；使含有CO2、SOx和NOx的产物物流在第一直接接触冷却塔中与第一逆流循环含水液体物流接触；经由在含水液体物流存在下产物物流中的SO2和NO2之间的反应，去除第一直接接触冷却塔中的产物物流中存在的至少一部分SO2；从第一直接接触冷却塔中排出含有CO2和NOx的回收物流；和将含有CO2和NOx的回收物流的至少一部分输送回发电循环。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.10.21 US 62/244,4111.一种从动力循环产物物流中去除酸性气体的方法，所述方法包括：执行发电循环；将来自发电循环的含有CO2、SOx和NOx的产物物流导入第一直接接触冷却塔；使含有CO2、SOx和NOx的产物物流在第一直接接触冷却塔中与第一逆流循环含水液体物流接触；经由在含水液体物流存在下产物物流中的SO2和NO2之间的反应，去除第一直接接触冷却塔中的产物物流中存在的至少一部分SO2；从第一直接接触冷却塔中排出含有CO2和NOx的回收物流；和将含有CO2和NOx的回收物流的至少一部分输送回发电循环。2.根据权利要求1所述的方法，其中第一逆流循环含水液体物流包含H2SO4。3.根据权利要求1所述的方法，其中基于含有CO2、SOx和NOx的产物物流的总质量，含有CO2、SOx和NOx的产物物流包含至少10ppm的NOx。4.根据权利要求1所述的方法，其中含有CO2、SOx和NOx的产物物流中的NOx浓度被控制在如下范围内：使得含有CO2、SOx和NOx的产物物流中少于50质量％的NOx在第一直接接触冷却塔中被转化为HNO3。5.根据权利要求1所述的方法，其中从第一直接接触冷却塔中排出的含有CO2和NOx的回收物流包括被引入到第一直接接触冷却塔中的含有CO2、SOx和NOx的产物物流中所存在的NOx的至少90质量％。6.根据权利要求1所述的方法，其中从第一直接接触冷却塔中排出的含有CO2和NOx的回收物流基本不含SO2，或者包含其量少于50ppm的SO2，所述量基于含有CO2和NOx的回收物流的总质量。7.根据权利要求1所述的方法，其中通过在第一直接接触冷却塔上游添加NOx来调节含有CO2、SOx和NOx的产物物流中的NOx的浓度。8.根据权利要求7所述的方法，其中通过在位于第一直接接触冷却塔上游的燃烧器中将氮源与燃料和氧化剂结合而在第一直接接触冷却塔的上游添加NOx。9.根据权利要求7所述的方法，其中在第一直接接触冷却塔上游将NOx直接添加到含有CO2、SOx和NOx的产物物流中。10.根据权利要求9所述的方法，其中在第一直接接触冷却塔上游被直接添加到含有CO2、SOx和NOx的产物物流中的NOx由氨生成。11.根据权利要求1所述的方法，其中通过增加或减少来自第一再循环泵的排放流量来调节含有CO2、SOx和NOx的产物物流中的NOx浓度，所述第一再循环泵被设置为接收来自第一直接接触冷却塔接收液体产物物流并将液体产物物流再循环到第一直接接触冷却塔中。12.根据权利要求1所述的方法，其中将含有CO2和NOx的回收物流的至少一部分NOx引导回到发电循...

【专利技术属性】
技术研发人员：RJ奥勒姆，吕锡嘉，ST马丁，
申请(专利权)人：八河流资产有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US