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TW201414534A - 製程氣體的脫硫及冷卻 - Google Patents

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TW201414534A
TW201414534A TW102131862A TW102131862A TW201414534A TW 201414534 A TW201414534 A TW 201414534A TW 102131862 A TW102131862 A TW 102131862A TW 102131862 A TW102131862 A TW 102131862A TW 201414534 A TW201414534 A TW 201414534A
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TW
Taiwan
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cleaning device
gas
gas cleaning
process gas
cooling liquid
Prior art date
Application number
TW102131862A
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English (en)
Inventor
Olaf Stallmann
Gerhard Heinz
Original Assignee
Alstom Technology Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

本發明係關於一種清潔含有二氧化硫之一製程氣體之方法，該方法包括在一第一氣體清潔裝置中藉由使該製程氣體與海水接觸而自該製程氣體移除二氧化硫以產生一經至少部分地清潔之製程氣體。在與該第一氣體清潔裝置直接流體連接地配置之一第二氣體清潔裝置中，冷卻已通過該第一氣體清潔裝置之該經至少部分地清潔之製程氣體以自其冷凝水，藉此產生具有一減少之水蒸氣含量之一製程氣體。將在該第二氣體清潔裝置中產生之該經冷凝水之至少一部分傳遞至該第一氣體清潔裝置。此外，本發明係關於一種用於清潔含有二氧化硫之一製程氣體之氣體清潔系統。

Description

製程氣體的脫硫及冷卻
本發明係關於一種藉由使該製程氣體與海水接觸以自該製程氣體移除二氧化硫而清潔含有二氧化硫之一製程氣體之系統及方法。
在諸多工業製程中產生含有二氧化硫(SO2)之製程氣體。一個此工業製程係在一燃燒廠(諸如一電廠)中一燃料(諸如煤、石油、泥炭、廢料等)之燃燒。在此一電廠中，產生含有包含諸如二氧化硫(SO2)之酸性氣體之污染物之一熱製程氣體(通常稱為一煙道氣體)。在可將該煙道氣體放出至環境空氣之前自該煙道氣體儘可能多地移除該等酸性氣體係必要的。其中產生含有污染物之一製程氣體之一工業製程之另一實例係鋁自氧化鋁之電解生產。在彼製程中，在電解池之排氣罩內產生含有二氧化硫(SO2)之一製程氣體。
WO 2008/105212揭示包括一鍋爐之一鍋爐系統、一蒸汽輪機系統及一海水洗氣器。該鍋爐藉由一燃料之燃燒產生在用於產生電力之蒸汽輪機系統中利用之高壓蒸汽。海水係自海洋收集且在蒸汽輪機系統之一DCC中用作一冷卻媒介。然後海水在海水洗氣器中用於自在鍋爐中產生之煙道氣體吸收二氧化硫(SO2)。二氧化硫(SO2)吸收於海水中且形成亞硫酸鹽離子及/或亞硫酸氫鹽離子。使來自海水洗氣器之流出海水轉送至一曝氣池。空氣鼓泡通過曝氣池中之流出海水以用於亞硫酸鹽離子及/或亞硫酸氫鹽離子藉助於空氣中含有之氧氣氧化成 硫酸鹽離子以與流出海水一起釋放返回至海洋。
本發明之一目的係提供一種用於清潔含有二氧化硫之一製程氣體(諸如在存在含有氧氣之一氣體之情況下燃燒一燃料之在一鍋爐中產生之一富含二氧化碳之煙道氣體)之基於海水方法及系統，該方法關於二氧化硫移除效率及製程整合進行改良。
本發明之另一目的係提供一種用於清潔含有二氧化硫之一製程氣體之需要較少資本支出之方法及系統。
在一第一態樣中，藉助於包括以下項之一方法達成上文提及之目的：在一第一氣體清潔裝置中，藉由使該製程氣體與海水接觸而自該製程氣體移除二氧化硫以產生一經至少部分地清潔之製程氣體；在與該第一氣體清潔裝置直接流體連接地配置之一第二氣體清潔裝置中，冷卻已通過該第一氣體清潔裝置之該經至少部分地清潔之製程氣體以自其冷凝水，藉此產生具有一減少之水蒸氣含量之一製程氣體，及將在該第二氣體清潔裝置中產生之該經冷凝水之至少一部分傳遞至該第一氣體清潔裝置。
可在工業碳捕獲及儲存(CCS)應用中(諸如在一富氧燃料鍋爐島中)有利地使用根據本發明之方法。與先前基於海水之方法相比，本方法可藉由在如上文所闡述直接流體連接地配置之裝置中組合二氧化硫移除與冷卻操作實現經改良之二氧化硫(SO2，以及其他硫氧化物；SOx，諸如SO3)之移除。
在已知工業CCS應用中，在與鹼性二氧化硫移除分離之一酸性階段執行冷卻。通常需要酸性條件以便避免在例如冷卻設備中之碳酸鹽形成。碳酸鹽形成可致使在例如填料及熱交換器表面上之垢積或結 垢。在本方法中，在不增加碳酸鹽形成之風險之情況下可與二氧化硫移除之鹼性階段直接流體連接地執行冷卻。另外，可進一步最小化例如管道系統中之海水遺留物(其可係有害的，乃因其致使腐蝕)。
在氣體清潔裝置中對該製程氣體之冷卻實現來自製程氣體之水蒸氣之冷凝。離開該第二氣體清潔裝置之該製程氣體因此含有比已通過該第一氣體清潔裝置之該經至少部分地清潔之製程氣體低之一水蒸氣量。因此，含有僅一低水蒸氣量之一製程氣體經轉送供進一步處理，例如氣體壓縮操作。
該經冷凝水之至少一部分自該第二裝置至該第一裝置之傳遞可係有利的，乃因其允許在例如一CCS製程之其他部分中利用該經冷凝水。此外，此可減小該方法之總體水消耗。
根據一項實施例，該第二氣體清潔裝置中之冷卻包括使該經至少部分地清潔之製程氣體與一冷卻液體接觸以自其冷凝水，藉此進一步產生一用過之冷卻液體。藉由使用一冷卻液體(例如，水)，可有效地冷卻該經部分地清潔之製程氣體且可藉此藉由冷凝有效地減少該製程氣體中所包括之水蒸氣含量。另外，可藉由與一冷卻液體之此直接接觸移除該經部分地清潔之製程氣體中之二氧化硫之硫含量之大部分。
根據一項實施例，該方法進一步包括在該第二氣體清潔裝置中淨化該經部分地清潔之製程氣體以自其進一步移除二氧化硫，藉此產生一經清潔製程氣體。此實施例之一優點係可進一步減少製程氣體中之SOx化合物(及其他微量物之含量)，以使得產生一經清潔製程氣體。
根據一項實施例，該方法進一步包括藉由供應一鹼性物質將該冷卻液體之pH值控制在4、5至7範圍內。此實施例之一優點係4、5至7之一pH且更佳地5至6之一pH可改良二氧化硫移除效率。因此，在該 第二氣體清潔裝置中達成一良好氣體淨化效應。可自對該冷卻液體具有一高pH影響之物質選擇該鹼性物質。此確保該冷卻液體之二氧化硫吸收能力保持為高而同時具有僅一小鹼性物質消耗率。一鹼性物質之一項非限制性實例係氫氧化鈉。
根據一項實施例，在該第二氣體清潔裝置中對該製程氣體之冷卻將該製程氣體之溫度減小10℃至55℃，諸如20℃至55℃、諸如30℃至55℃。在此實施例中，離開該第二裝置之該製程氣體因此具有比已通過該第一裝置之該經部分地清潔之氣體之溫度低之一溫度。在該第二氣體清潔裝置中具有一相異溫度梯度可進一步改良來自該經部分地清潔之製程氣體之水蒸氣之冷凝且可同時進一步改良二氧化硫及/或SOx移除。
根據一項實施例，該方法進一步包括用過之冷卻液體返回至該第二氣體清潔裝置；其中在該返回期間，將在將海水進料提供至該第一氣體清潔裝置之前使該用過之冷卻液體經受與該海水進料之熱交換。因此在熱交換之後，使用過之冷卻液體轉送至該第二氣體清潔裝置供再次用於冷卻該製程氣體。在該方法中用過之冷卻液體之再循環及熱交換藉由(舉例而言)改良該第二氣體清潔裝置中之液體循環之溫度控制來實現對熱轉移之有效控制。此外，有效溫度控制防止該第二氣體清潔裝置之乾涸且因此維持液體平衡。
根據一項實施例，將在該第二裝置中產生之所有剩餘水傳遞至該第一裝置。在某些例項中，將在該第二氣體清潔裝置中產生之所有經冷凝水傳遞至該第一氣體清潔裝置。在其他例項中，將在該第二氣體清潔裝置中產生之經冷凝水之一部分添加至冷卻液體之再循環以便保持液體平衡，而同時將剩餘水直接傳遞至該第一氣體清潔裝置。以此方式，可最佳化該第二氣體清潔裝置之液體平衡。
在另一態樣中，提供一種用於清潔含有二氧化硫之一製程氣體 之氣體清潔系統，該系統包括：一第一氣體清潔裝置，其經配置以用於接收含有二氧化硫之該製程氣體、用於接收海水進料且用於使該製程氣體與海水接觸以自該製程氣體移除二氧化硫，藉此產生一經至少部分地清潔之製程氣體；一第二氣體清潔裝置，其與該第一氣體清潔裝置直接流體連接地配置以用於接收已通過該第一氣體清潔裝置之該經至少部分地清潔之製程氣體且用於藉助於冷卻該經部分地清潔之製程氣體以自其冷凝水來移除至少該經部分地清潔之製程氣體之水含量之一部分，藉此產生具有一減少之水蒸氣含量之一製程氣體；其中該第一氣體清潔裝置經配置以用於接收在該第二氣體清潔裝置中產生之該經冷凝水之至少一部分。
應理解，在適用時，本發明預計關於本發明之方法態樣所揭示之特定實施例以及優點作為與本發明之系統態樣同等相關之實施例及優點且反之亦然。因此，若關於一第一態樣揭示等效實施例之特定優點則不針對一第二態樣進一步詳述其。
本氣體清潔系統之一優點係其提供關於移除二氧化硫及水蒸氣以及關於操作及投資成本兩者皆係有效的製程氣體之一清潔。舉例而言，藉由直接流體連接地配置該第一裝置及該第二裝置來減少系統之規劃空間要求。更具體而言，可減小總體系統大小(諸如該第一裝置與該第二裝置之組合之剖面面積及高度)。
根據一項實施例，該第二氣體清潔裝置經配置以用於接收一冷卻液體且用於使該經部分地清潔之製程氣體與該冷卻液體接觸，藉此進一步產生一用過之冷卻液體。在某些例項中，該第二裝置可包括經配置以用於使該製程氣體與該冷卻液體接觸之一直接接觸式冷卻器。
另一選擇係，該第二氣體清潔裝置可包括經配置以用於直接冷卻該經部分地清潔之製程氣體之一管DCC。在此實施例中，在該第二 氣體清潔裝置中不利用用於與該製程氣體直接接觸之冷卻液體。
根據一項實施例，該第二氣體清潔裝置具備用於使該冷卻液體與該經至少部分地清潔之製程氣體接觸之一填充材料。以此方式，可以不產生可損壞下游設備之大量極小液體液滴之一方式達成該冷卻液體與該經至少部分地清潔之製程氣體之間的有效接觸。
根據一項實施例，該第二氣體清潔裝置具備經配置以用於藉由供應一鹼性物質控制該冷卻液體之pH之一pH控制裝置。此可實現自該經部分地清潔之製程氣體之二氧化硫之更有效移除及該第二氣體清潔裝置中之更廉價鋼材料之利用。
根據一項實施例，該氣體清潔系統進一步包括經配置以用於在將海水進料傳遞至該第一氣體清潔裝置之前接收該海水進料且用於接收在該第二氣體清潔裝置中產生之用過之冷卻液體之一熱交換器，該熱交換器經配置以用於在該海水進料與該用過之冷卻液體之間交換熱。除了提供如關於該方法態樣所揭示之優點以外，此一熱交換器亦可充當用於形成該第二氣體清潔裝置中之一期望之溫度梯度之一槓桿且因此用於進一步促進來自該經部分地清潔之製程氣體之水蒸氣之冷凝。
根據一項實施例，提供一煙道或一管道以用於使已通過該第一氣體清潔裝置之該製程氣體直接轉送至該第二氣體清潔裝置。一煙道或管道可因此在該第一裝置與該第二裝置之間關於氣體提供該直接流體連接。已通過該第一氣體清潔裝置之後，使該經部分地清潔之製程氣體直接轉送或傳遞至該第二氣體清潔裝置。
根據一項實施例，一液體收集貯器提供於該第一氣體清潔裝置與該第二氣體清潔裝置之間，該液體收集貯器經配置以用於收集在該第二氣體清潔裝置中產生之經冷凝水且用於使該經冷凝水之至少部分直接轉送至該第一氣體清潔裝置。因此，該液體收集貯器提供該第二 氣體清潔裝置與該第一氣體清潔裝置之間的對應直接液體連接。
根據一項實施例，該第一氣體清潔裝置經配置以用於接收在該第二氣體清潔裝置中產生之所有經冷凝水。在此實施例中，該第一氣體清潔裝置能夠處置所有經冷凝水；亦即不必將水傳遞至任何地方。在某些例項中，該第一氣體清潔裝置經配置以用於接收在該第二氣體清潔裝置中產生之所有剩餘水。
根據一項實施例，該第二氣體清潔裝置提供於相同柱或塔內之該第一氣體清潔裝置之頂部上。此實施例具有進一步減小規劃空間要求或系統之佔用面積以及減小系統之總體高度之優點。
將自說明及申請專利範圍明瞭本發明之其他目的及特徵。
1‧‧‧電廠
2‧‧‧鍋爐
3‧‧‧靜電集塵器
4‧‧‧進料管
5‧‧‧氧氣供應管道
6‧‧‧管道
7‧‧‧管道
8‧‧‧入口
9‧‧‧下部部分
10‧‧‧濕洗氣器塔
11‧‧‧內部
12‧‧‧中心部分
13‧‧‧噴霧配置
14‧‧‧供應管
15‧‧‧泵
16‧‧‧吸入管
17‧‧‧海洋
18‧‧‧海水洗氣器/壓力管/進料管/管
19‧‧‧流出管
20‧‧‧直接接觸式冷卻器
21‧‧‧管道
22‧‧‧泵
24‧‧‧管
25‧‧‧塔
26‧‧‧填充材料
27‧‧‧液體分配器
28‧‧‧除霧器
29‧‧‧管道
30‧‧‧風扇
31‧‧‧熱交換器
32‧‧‧管
33‧‧‧管
34‧‧‧pH感測器
35‧‧‧熱交換器
40‧‧‧組合氣體清潔系統/氣體清潔系統
41‧‧‧下部部分
42‧‧‧第一氣體清潔裝置/濕洗氣器區段/濕洗氣器塔/海水洗氣器/濕洗氣器區段/濕洗氣區段
43‧‧‧內部
44‧‧‧中心部分
45‧‧‧第二氣體清潔裝置/直接接觸式冷卻器區段/直接接觸式冷卻器
46‧‧‧煙道配置
47‧‧‧管
48‧‧‧液體分配器
49‧‧‧填充材料
50‧‧‧頂部蓋配置/頂部蓋
51‧‧‧液體收集貯器/塔盤
52‧‧‧冷卻媒介冷卻管/管
55‧‧‧泵
56‧‧‧管
57‧‧‧管
58‧‧‧上部部分
60‧‧‧熱交換器
61‧‧‧管
62‧‧‧管
63‧‧‧溢流管
F‧‧‧箭頭/煙道氣體
現將參考隨附圖式更詳細闡述本發明，其中：圖1係具有先前技術之一基於海水氣體清潔系統之一電廠之一示意性側視剖面圖。
圖2係先前技術之一直接接觸式冷卻器之一示意性側視剖面圖。
圖3係根據本發明之一項實施例之一氣體清潔系統之一示意性側視剖面圖。
如在整個說明中所使用，術語「經清潔」、「清潔」及「經部分地清潔之」應主要理解為係指自一製程氣體移除SOx化合物(諸如二氧化硫及三氧化硫)。
當用以闡述裝置之間的連接及相對位置時，「直接流體連接」應理解為提供氣體及液體之直接轉送或通道之一連接。直接流體連接之一項特定實例係其中該第二氣體清潔裝置毗鄰地(諸如在該第一氣體清潔裝置之頂部)定位之一系統。
圖1係圖解說明根據先前技術之一電廠1之一示意性側視剖面 圖。電廠1包括其中經由進料管4供應之一燃料(諸如煤、石油、泥炭、天燃氣或廢料)在存在經由氧氣供應管道5供應之氧氣之情況下燃燒之一鍋爐2。舉例而言，可以空氣形式及/或以氧氣與循環氣體之一混合物之形式供應氧氣，假使鍋爐2係一所謂的「氧燃料」鍋爐。燃料之燃燒產生呈一煙道氣體形式之一熱製程氣體。燃料中所含有之硫物種在燃燒後旋即至少部分地形成二氧化硫SO2，其形成煙道氣體之一部分。
煙道氣體可自鍋爐2經由一流體地連接之管道6流動至呈一靜電集塵器3形式之一選用之粉塵移除裝置。靜電集塵器3(在美國4,502,872中闡述其之一實例)用於自煙道氣體移除粉塵粒子。作為一替代方案，可使用另一類型之粉塵移除裝置，例如，一織物過濾器(在美國4,336,035中闡述其之一實例)。
大多粉塵粒子視情況已自其移除之煙道氣體自靜電集塵器3經由一流體地連接之管道7流動至一海水洗氣器18。海水洗氣器18包括一濕洗氣器塔10。一入口8配置於濕洗氣器塔10之一下部部分9處。管道7流體地連接至入口8以使得自靜電集塵器3經由管道7流動之煙道氣體可經由入口8進入濕洗氣器塔10之內部11。
在進入內部11之後，煙道氣體垂直向上流動穿過濕洗氣器塔10，如由箭頭F所指示。濕洗氣器塔10之中心部分12配備有彼此上下垂直配置之若干噴霧配置13。在圖1之系統中，存在三個此等噴霧配置13，且在一濕洗氣器塔10中通常存在1個至20個此等噴霧配置13。每一噴霧配置13包括一供應管14及流體地連接至每一供應管14之若干噴嘴。經由供應管14供應至噴嘴之海水成為霧狀且在濕洗氣器塔10之內部11接觸煙道氣體以自其吸收二氧化硫(SO2)。
一泵15經配置以用於經由流體地連接之吸入管16自海洋17泵送海水，且經由流體地連接之壓力管18使海水轉送至流體地連接之供應 管14。
成為霧狀之海水藉助於濕洗氣器塔10之內部11中之噴嘴在濕洗氣器塔10內向下流動且自向上垂直流動至濕洗氣器塔10之內部11內之煙道氣體F吸收二氧化硫。作為藉由海水之二氧化硫之此吸收一結果，隨著該海水向下流動至濕洗氣器塔10之內部11內其逐漸轉變成流出海水。流出海水收集於濕洗氣器塔10之下部部分9中且經由流體地連接之流出管19自濕洗氣器塔10轉送至海洋或至一流出海水處理系統(未展示)。
圖2係圖解說明根據先前技術通常形成一CCS系統之一部分之一直接接觸式冷卻器(DCC)20之一示意性剖面圖。DCC 20包括填充有一填充材料26之一塔25，填充材料26用於提供來自例如一基於石灰石之濕洗氣器或一噴霧乾燥器吸收器之通常含有二氧化碳的一煙道氣體與藉助於管24中之泵22在DCC 20中循環之冷卻液體之間的良好接觸。一液體分配器27經配置以用於將冷卻液體(例如，水)均勻地分配於填充材料上。
煙道氣體經由管道21供應至塔25之下部端且垂直向上移動穿過塔25、以一逆向流動方式與向下流動穿過填充材料26之冷卻液體接觸。在塔25之上部端處，配置一除霧器28。除霧器28自煙道氣體移除液體液滴。
一熱交換器31配置於管24中，如圖2中所圖解說明。熱交換器31冷卻傳輸至管24中之冷卻液體。一冷卻媒介經由一管32供應至熱交換器31且經由一管33離開熱交換器31。冷卻媒介可來自一冷卻塔。
如圖2中所圖解說明，供應至DCC 20之熱交換器31之冷卻媒介具有適合於充分冷卻在管24中循環之冷卻液體之一溫度。在與冷卻液體之直接接觸後，煙道氣體旋即在DCC 20之填充材料26中經冷卻。作為此冷卻(通常至低於關於水蒸氣之飽和溫度之一溫度之一冷卻)之一 結果，水在DCC 20內側自煙道氣體冷凝。因此，經由管道29離開DCC 20之煙道氣體將具有比進入DCC 20之煙道氣體低之一水含量。一風扇30經配置以用於使煙道氣體轉送至(例如)一氣體處理單元(未展示)。
一pH感測器34經配置以用於量測轉送至管24中之冷卻液體之pH。一控制單元(未展示)通常經配置以用於接收來自pH感測器34之一信號。該控制單元控制一鹼性物質(諸如NaOH)自一毗鄰鹼性物質儲存器(未展示)之供應。因此，控制單元通常比較如藉助於pH感測器34所量測之pH與一pH設定點。當由pH感測器34所量測之pH低於pH設定點時，控制單元將一信號發送至一鹼供應裝置(例如，呈一泵形式)目的在於經由一管(未展示)將鹼性物質自儲存器泵送至管24以便增大冷卻液體之pH。
在離開DCC 20之前，煙道氣體通過移除煙道氣體流所夾帶之液體液滴之除霧器28。在某些例項中，可在一熱交換器(未展示)中再加熱管道29之煙道氣體以便增加管道29之煙道氣體之溫度。再加熱可以此方式使已通過除霧器28之某些極小液滴及霧蒸發。
現將參考圖3闡述本發明之一實施例。
圖3係圖解說明根據本發明之一項實施例之一組合氣體清潔系統40之一示意性剖面圖。含有二氧化硫之煙道氣體(例如)自鍋爐2視情況如圖1中所圖解說明經由一粉塵移除裝置3在管道7中流動至第一氣體清潔裝置42。煙道氣體經由入口8進入第一氣體清潔裝置42(例如濕洗氣器區段)之內部43。
在已進入濕洗氣器區段42之內部43之後，煙道氣體垂直向上流動穿過濕洗氣器區段42。濕洗氣器區段42之中心部分44配備有彼此上下垂直配置之若干噴霧配置13。在圖3之實施例中，配置四個此等噴霧配置13。可存在安裝於一濕洗氣器區段42中之2個至7個此等噴霧配 置13。取決於製程，操作中之噴霧配置之數目可小於所安裝噴霧配置之數目。每一噴霧配置13包括一供應管14及流體地連接至每一供應管14之若干噴嘴。經由供應管14供應至噴嘴之海水成為霧狀且在濕洗氣器塔42之內部43接觸煙道氣體以自其吸收二氧化硫(SO2)。
一泵15經配置以用於經由流體地連接之吸入管16自海洋17泵送海水，且經由流體地連接之壓力管18使海水轉送至流體地連接之供應管14。在某些例項中，供應至管14之海水可係在其在海水洗氣器42中用作洗氣水之前在例如與鍋爐2相關聯之蒸汽輪機系統中先前用作冷卻水之海水。
成為霧狀之海水在系統之濕洗氣器區段42之內部43中向下流動且自垂直向上流動之煙道氣體吸收二氧化硫。二氧化硫至海水中之吸收產生一經至少部分地清潔之煙道氣體及流出海水。該流出海水收集於氣體清潔系統之濕洗氣器區段42之下部部分41中。可經由流體地連接之流出管19使流出海水轉送至海洋或至一選用之流出海水處理系統。
轉送至濕洗氣器區段42之該煙道氣體通常具有90℃至180℃之一溫度。在濕洗氣器區段42之內部43中與源自海洋17之相對冷海水接觸後，煙道氣體旋即將部分地經冷卻。可藉由控制供應管14中之海水之供應溫度以及控制操作中之噴霧配置之數目來控制濕洗氣器部分之部分冷卻。煙道氣體可因此在濕洗氣器區段42中冷卻至40℃至75℃之一溫度。可在一選用之熱交換器60中部分地加熱在供應管中所輸送之海水，如將在下文進一步闡述。取決於所供應海水之量，濕洗氣器部分中之液體與氣體比率可在5至20：1之範圍內。
經至少部分地清潔之煙道氣體經由煙道配置46離開濕洗氣區段42，濕洗氣區段42經調適以使煙道氣體轉送至第二氣體清潔裝置45，例如氣體清潔系統40之DCC區段。透過連接至液體收集貯器51(例 如，塔盤)之煙道配置46向上轉送煙道氣體。在煙道配置46上提供一頂部蓋配置50。煙道氣體離開在頂部蓋配置50下面之煙道配置46且在頂部蓋配置50之個別蓋之間通過至DCC區段45之下部部分中。
另一選擇係，一旁路管道(未展示)可經配置以用於使經部分地清潔之煙道氣體自濕洗氣器區段42(第一氣體清潔裝置)轉送至DCC區段(第二氣體清潔裝置)45。一旁路管道可在塔盤51下面具有分離濕洗氣器區段42與DCC區段45之一出口配置及在塔盤51上面具有一入口配置以使得煙道氣體可進入至DCC區段45之內部中。
DCC區段45包括經配置以用於提供經至少部分地清潔之脫二氧化硫之煙道氣體之間的良好接觸之一填充材料49，且冷卻液體藉助於管47中之泵55在DCC區段45中循環。一液體分配器48經配置以用於將冷卻液體分配於填充材料上。液體分配器48(舉例而言，其可係可自美國休斯頓(Houston,USA)的Jaeger Products公司購得之Jaeger Model LD3或Model LD4或可自美國威奇托(Wichita,USA)的Koch-Glitsch LP購得之液體分配器)將液體均與地分配於填充材料49上而不致使小液體液滴之一過度形成。
填充材料49可係為所謂的結構填料類型，舉例而言，可自美國塔爾薩(Tulsa,USA)的Sulzer Chemtech美國公司購得之Mellapak Plus或可自美國威奇托(Wichita,USA)的Koch-Glitsch LP購得之Flexipak。另一選擇係，填充材料49可係為所謂的隨機填料類型，舉例而言，可自美國休斯頓(Houston,USA)的Jaeger Products公司購得之Jaeger Tri-Pack或可自美國威奇托(Wichita,USA)的Koch-Glitsch LP購得之IMTP。
進入DCC區段45之下部部分之煙道氣體垂直向上移動穿過DCC 45、以一逆向流動方式與向下流動穿過填充材料49之冷卻液體接觸。舉例而言，DCC區段45之液體與氣體比率可係2至6：1(諸如3：1)。視情 況，原則上如圖1中所圖解說明，一除霧器可配置於DCC區段之上部部分處。
一熱交換器35配置於管47中。熱交換器35經配置以用於藉助於一冷卻媒介冷卻在管52中所輸送之冷卻液體。此冷卻媒介(例如起源於一冷卻塔之水或含有甘醇之水)經由一管56供應至熱交換器35，且經由一管57離開熱交換器35。在DCC區段45中藉由使經部分地清潔之煙道氣體與呈(例如)清潔水形式之冷卻液體接觸實現經至少部分地清潔之煙道氣體之冷卻。此冷卻促進來自DCC區段45內側之煙道氣體之水蒸氣之冷凝。因此，離開DCC區段45之煙道氣體將具有比進入DCC區段45之煙道氣體低之一水含量。在DCC區段45中產生之經冷凝水與相繼在DCC區段45中被使用之冷卻液體一起向下流動，且收集於塔盤51上。煙道配置46之頂部蓋50防止用過之冷卻液體及經冷凝水進入煙道配置46。
經部分地清潔之煙道氣體在氣體清潔系統40之DCC區段45中顯著地經冷卻，如圖3中所圖解說明。經由DCC區段45之上部部分58離開氣體清潔系統之水蒸氣匱乏之煙道氣體可具有比進入DCC區段45之經部分地清潔之煙道氣體低10℃至55℃之一溫度。此在填充材料49中形成一相異溫度梯度，從而導致來自煙道氣體之水蒸氣之顯著冷凝。
一溢流管63可(例如)作為塔盤51之一部分且沿著氣體清潔系統40之側向下延伸地配置以用於處置DCC區段45中之液體之溢流。在DCC區段45中具有一入口及在濕洗氣器區段42之下部部分41中具有一出口之溢流管經配置以用於使主要包括自煙道氣體冷凝之水之一液體(體積)部分自DCC區段45轉送至濕洗氣器區段42。較佳地，將原則上包括在DCC區段45中產生之所有經冷凝水之所有剩餘液體自DCC區段45傳遞至濕洗氣器區段42。
因此，可獨立於DCC區段45中之冷卻液體之任何再循環將在DCC 區段45中產生之經冷凝水傳遞至濕洗氣器區段42。在圖3之實施例中，泵55抽吸管52中之冷卻液體直至一正常液體(體積)位準，而溢流管處置高於正常(體積)位準之液體。此幫助保持DCC區段45之水平衡。
除了冷卻之外，冷卻液體與DCC區段45之填充材料49中之煙道氣體之直接接觸亦將導致進一步移除二氧化硫。DCC區段45因此進一步產生可轉送至(例如)氣體壓縮之一經清潔煙道氣體。與先前技術之海水洗氣器相比，此進一步增大氣體清潔系統之硫移除能力。
變得溶解於DCC 45之冷卻液體中之二氧化硫將導致在管47中循環之冷卻液體之pH值之一減小。一pH感測器(未展示)可經配置以用於感測pH值之此減小且用於命令一泵(未展示)將一鹼性物質自一儲存器(未展示)供應至管47。可基本上如關於圖2所闡述執行pH控制。pH值之設定點通常係pH 4、5至7。已發現此一設定點在無自煙道氣體之一大的且不想要的二氧化碳之移除之情況下提供二氧化硫之有效移除。控制在DCC區段45中循環之冷卻液體之pH值亦將控制二氧化硫之移除效率。因此，通常將pH設定點設定為使得在DCC區段45中移除經部分地清潔之煙道氣體之剩餘二氧化硫含量之至少70%之一值。適合鹼性物質之實例包含氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鉀(KOH)、碳酸鈉(Na2CO3)及碳酸氫鈉(NaHCO3)。通常，最佳鹼性物質係氫氧化鈉(NaOH)。
此外，發生於DCC區段45之填充材料49中之顯著冷凝提供原則上以一氣溶膠形式存在於經部分地清潔之煙道氣體中之三氧化硫(SO3)之一有效移除。假定在填充材料49中冷凝之水很大程度上以噴霧粒子形式冷凝，其使得此等噴霧粒子生長成使得其由在填充材料49中循環之循環冷卻液體捕獲之一大小之液滴。
如上文所闡述藉由有效冷凝及SOx物質之移除，碳酸鹽形成可在 DCC區段45中保持為一最小值。
視情況，另一熱交換器60配置於管47中以用於進一步冷卻在DCC區段45中循環之冷卻液體。熱交換器60中所利用之冷卻媒介係在管18中所輸送之海水進料。海水進料經由一管61進入熱交換器60且經由一管62離開熱交換器。管61及62可流體地連接至管18或至供應管14中之一或多者。為了平衡管47中之冷卻液體之流率，可在管18及供應管14之各個部分處連接管61。熱交換器60因此產生一經冷卻冷卻液體(如與熱交換器60上游之冷卻液體相比)及一經加熱海水進料(如與熱交換器60上游之海水進料相比)。藉由此熱交換器60至氣體清潔系統40之添加，在DCC區段45中提供水蒸氣之更有效冷卻及因此冷凝以及二氧化硫自煙道氣體之移除。另一選擇係，熱交換器60可代替熱交換器35。
在大氣壓及在高於大氣壓之壓力兩者下(例如在5巴至40巴(諸如8巴至20巴)範圍內)皆可有利地利用本發明之氣體清潔系統。
儘管已參考若干較佳實施例闡述本發明，但熟習此項技術者將理解，可在不背離本發明之範疇之情況下做出各種改變且可用其等效物替代其要素。另外，在不背離本發明之本質範疇之情況下可做出諸多修改以使一特定情形或材料適合於本發明之教示。因此，本發明意欲不限制於所揭示的用於實施本發明最佳所涵蓋之模式之特定實施例，但本發明將包含歸屬於隨附申請專利範圍之範疇內之所有實施例。此外，術語第一、第二等之使用不指示任何次序或重要性，而是使用術語第一、第二等來區分一個元件與另一元件。
7‧‧‧管道
8‧‧‧入口
13‧‧‧噴霧配置
14‧‧‧供應管
15‧‧‧泵
16‧‧‧吸入管
17‧‧‧海洋
18‧‧‧海水洗氣器/壓力管/進料管/管
19‧‧‧流出管
35‧‧‧熱交換器
40‧‧‧組合氣體清潔系統/氣體清潔系統
41‧‧‧下部部分
42‧‧‧第一氣體清潔裝置/濕洗氣器區段/濕洗氣器塔/海水洗氣器/濕洗氣器區段/濕洗氣區段
43‧‧‧內部
44‧‧‧中心部分
45‧‧‧第二氣體清潔裝置/直接接觸式冷卻器區段/直接接觸式冷卻器
46‧‧‧煙道配置
47‧‧‧管
48‧‧‧液體分配器
49‧‧‧填充材料
50‧‧‧頂部蓋配置/頂部蓋
51‧‧‧液體收集貯器/塔盤
52‧‧‧冷卻媒介冷卻管/管
55‧‧‧泵
56‧‧‧管
57‧‧‧管
58‧‧‧上部部分
60‧‧‧熱交換器
61‧‧‧管
62‧‧‧管
63‧‧‧溢流管

Claims (15)

  1. 一種清潔含有二氧化硫之一製程氣體之方法，其包括：在一第一氣體清潔裝置中，藉由使該製程氣體與海水接觸而自該製程氣體移除二氧化硫以產生一經至少部分地清潔之製程氣體；在與該第一氣體清潔裝置直接流體連接地配置之一第二氣體清潔裝置中，冷卻已通過該第一氣體清潔裝置之該經至少部分地清潔之製程氣體以自其冷凝水，藉此產生具有一減少之水蒸氣含量之一製程氣體，及將在該第二氣體清潔裝置中產生之該經冷凝水之至少一部分傳遞至該第一氣體清潔裝置。
  2. 如請求項1之方法，其中該第二氣體清潔裝置中之冷卻包括：使該經至少部分地清潔之製程氣體與一冷卻液體接觸以自其冷凝水，藉此進一步產生一用過之冷卻液體。
  3. 如請求項2之方法，其進一步包括：在該第二氣體清潔裝置中，淨化該經部分地清潔之製程氣體以自其進一步移除二氧化硫，藉此產生一經清潔製程氣體。
  4. 如請求項3之方法，其進一步包括藉由供應一鹼性物質將該冷卻液體之pH值控制在範圍4、5至7之範圍內。
  5. 如請求項1至4中任一項之方法，其中在該第二氣體清潔裝置中對該製程氣體之冷卻將該製程氣體之溫度減小10℃至55℃。
  6. 如請求項2至4中任一項之方法，其進一步包括：使用過之冷卻液體返回至該第二氣體清潔裝置；其中在該返回期間，在將海水進料提供至該第一氣體清潔裝置之前使該用過之冷卻液體經受與該海水進料之熱交換。
  7. 如請求項1至4中任一項之方法，其包括將在該第二氣體清潔裝置中產生之所有剩餘水傳遞至該第一氣體清潔裝置。
  8. 一種用於清潔含有二氧化硫之一製程氣體之氣體清潔系統，其包括：一第一氣體清潔裝置，其經配置以用於接收含有二氧化硫之該製程氣體、用於接收海水進料且用於使該製程氣體與該海水接觸以自該製程氣體移除二氧化硫，藉此產生一經至少部分地清潔之製程氣體；一第二氣體清潔裝置，其與該第一氣體清潔裝置直接流體連接地配置以用於接收已通過該第一氣體清潔裝置之該經至少部分地清潔之製程氣體且用於藉助於冷卻該經部分地清潔之製程氣體以自其冷凝水而移除該經部分地清潔之製程氣體之水含量之至少一部分，藉此產生具有一減少之水蒸氣含量之一製程氣體；其中該第一氣體清潔裝置經配置以用於接收在該第二氣體清潔裝置中產生之該經冷凝水之至少一部分。
  9. 如請求項8之氣體清潔系統，其中該第二氣體清潔裝置經配置以用於接收一冷卻液體且用於使該經部分地清潔之製程氣體與該冷卻液體接觸，藉此進一步產生一用過之冷卻液體。
  10. 如請求項9之氣體清潔系統，其中該第二氣體清潔裝置具備用於使該冷卻液體與該經至少部分地清潔之製程氣體接觸之一填充材料。
  11. 如請求項9或10之氣體清潔系統，其中該第二氣體清潔裝置具備經配置以用於藉由供應一鹼性物質控制該冷卻液體之pH之一pH控制裝置。
  12. 如請求項9或10之氣體清潔系統，其進一步包括： 一熱交換器，其經配置以用於在將海水進料傳遞至該第一氣體清潔裝置之前接收該海水進料且用於接收在該第二氣體清潔裝置中產生之用過之冷卻液體，該熱交換器經配置以用於在該海水進料與該用過之冷卻液體之間交換熱。
  13. 如請求項8至10中任一項之氣體清潔系統，其中提供一煙道或一管道以用於使已通過該第一氣體清潔裝置之該製程氣體直接轉送至該第二氣體清潔裝置。
  14. 如請求項8至10中任一項之氣體清潔系統，其中一液體收集貯器提供於該第一氣體清潔裝置與該第二氣體清潔裝置之間，該液體收集貯器經配置以用於收集在該第二氣體清潔裝置中產生之經冷凝水且用於使該經冷凝水之至少一部分直接轉送至該第一氣體清潔裝置。
  15. 如請求項8至10中任一項之氣體清潔系統，其中該第二氣體清潔裝置提供於相同柱或塔內之該第一氣體清潔裝置之頂部上。
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