用于集成的烟道气处理和苏打灰生产的装置和方法.pdf

利用碳化-煅烧回路的烟道气处理系统(2)和利用Solvay法的苏打灰生产系统(3)的装置(1)，其将从烟道气处理系统(2)提取的CaO和热量用于苏打灰生产系统(3)。

权利要求书
1.   一种装置(1)，其为利用碳化-煅烧回路的烟道气处理系统(2)和利用Solvay法的苏打灰生产系统(3)，其特征在于将从所述烟道气处理系统(2)提取的CaO和热量用于所述苏打灰生产系统(3)。

2.   权利要求1的装置(1)，其特征在于
所述烟道气处理系统(2)包含：
碳化器(5)，用于接受来自燃烧过程的烟道气(FG)，并且使包含在所述烟道气(FG)中的二氧化碳与CaO组合，以产生CaCO3，
煅烧器(6)，用于接受来自所述碳化器(5)的CaCO3，并且通过热量将其分离成为二氧化碳和CaO，和
所述苏打灰生产系统(3)包含：
至少一个第一反应器(31)，用于进行以下反应
NaCl+CO2+NH3+H2O → NaHCO3+NH4Cl
至少一个第二反应器(32)，用于进行以下反应
2NH4Cl+CaO → 2NH3+CaCl2+H2O
至少一个第三反应器(33)，用于进行以下反应
2NaHCO3 → Na2CO3+H2O+CO2。

3.   权利要求2的装置(1)，其特征在于还包含
在所述煅烧器(6)和所述至少一个第二反应器(32)之间用于CaO的供应管线(40)，以将CaO从所述烟道气处理系统(2)供应至所述苏打灰生产系统(3)，和
至少一个换热器(42a-f)，以从所述烟道气处理系统(2)回收热量和将其供应至所述苏打灰生产系统(3)。

4.   权利要求3的装置(1)，其特征在于所述至少一个换热器(42a)与所述碳化器(5)的烟道气排放管线(20)连接。

5.   权利要求2的装置(1)，其特征在于所述煅烧器(6)为间接加热的煅烧器并且具有燃烧器(8)，具有与所述碳化器(5)连接的燃烧产物排放管线(11)。

6.   权利要求5的装置(1)，其特征在于所述至少一个换热器(42b)与所述煅烧器(6)的燃烧产物排放管线(11)连接。

7.   权利要求5的装置，其特征在于
所述煅烧器(6)的燃烧产物排放管线(11)具有烟道气调节系统(13)，
在所述调节系统(13)下游在所述煅烧器(6)的烟道气排放管线(11)和所述碳化器(5)的烟道气排放管线(20)之间连接辅助换热器(42c)，用于加热从所述碳化器(5)排放的烟道气，
在所述辅助换热器(42c)的下游，所述换热器(42d)与所述碳化器(5)的烟道气排放管线(20)连接。

8.   权利要求3的装置(1)，其特征在于所述换热器(42e)与来自所述煅烧器(6)的二氧化碳排放管线(45)连接。

9.   权利要求3的装置(1)，其特征在于所述换热器(42f)与用于CaO的供应管线(40)连接。

10.   权利要求1的装置(1)，其特征在于用于所述苏打灰生产系统(3)的二氧化碳从所述烟道气处理系统(2)提取。

11.   权利要求2和10的装置(1)，其特征在于在所述煅烧器(6)和所述第一反应器(31)之间还包含二氧化碳供应分支(47)。

12.   权利要求3的装置(1)，其特征在于在所述至少一个换热器(42a-f)和重质苏打灰生产步骤(39)之间还提供至少一个热流体供应管线(43)。

13.   权利要求1的装置(1)，其特征在于所述碳化器(5)还接受来自所述煅烧器(6)的燃烧产物。

14.   一种方法，其为利用碳化-煅烧回路的烟道气处理和利用Solvay法的苏打灰生产，其特征在于从烟道气处理系统提取CaO和热量用于苏打灰生产。

15.   权利要求14的方法，其特征在于从所述碳化-煅烧回路提取用于苏打灰生产的二氧化碳。

说明书用于集成的烟道气处理和苏打灰生产的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于集成的烟道气处理和苏打灰生产的装置和方法。
背景
苏打灰(碳酸钠Na2CO3)用于许多工业过程；因此，需要生产大量的苏打灰。用于苏打灰生产的最常用的方法目前为所谓的Solvay法。Solvay法根据以下总反应工作
2NaCl+CaCO3 → Na2CO3+CaCl2。
因此，为了生产苏打灰，必须向反应供应NaCl、石灰石CaCO3 (以根据分解反应CaCO3 → CaO+CO2生产CaO；CaO随后用于苏打灰生产)和热量。在苏打灰生产期间，氨NH3也用作试剂之一，但是在Solvay法结束时使氨再生，因此不需要供应新的氨或者仅需要有限程度供应。
在燃烧过程(例如大型发电设备的锅炉或工业装置的炉)的下游，通常需要烟道气处理系统，以降低排放至法律规定的限度内。通常必须控制二氧化碳CO2排放，并且通常提供烟道气处理系统以捕集来自燃烧过程的包含在烟道气中的二氧化碳CO2。
存在多种不同的二氧化碳捕集系统。一种这样的二氧化碳捕集系统为所谓的碳化-煅烧回路。根据该系统，将烟道气供应至碳化器，其中包含在烟道气中的CO2与金属氧化物(通常为CaO)组合，以形成金属碳酸盐化合物，例如CaCO3。该过程在约650℃下发生。
金属碳酸盐化合物(例如CaCO3)送往煅烧器内，其中在900-1050℃的温度下，通过热量，使金属碳酸盐化合物CaCO3分解成为金属氧化物(例如CaO)和二氧化碳CO2。二氧化碳可因此被除去，并且送往进一步处理和/或储存。将CaO再循环至碳化器中。
本发明人已发现将利用Solvay法的苏打灰生产与烟道气处理系统集成的方式。
概述
本公开的一方面包括提供一种用于集成的烟道气处理和苏打灰生产的装置和方法，其允许提高的总体效率。
通过提供根据所附权利要求的装置和过程，得到这些和其它方面。
有利地，苏打灰生产过程所需的石灰CaO和热量从烟道气处理系统提取。这允许使用来自烟道气处理系统的副产物作为试剂或热源用于苏打灰生产过程，使得不需要或减少尤其是用在苏打灰生产过程的新的石灰CaO或燃料燃烧。
附图简述
由装置和方法的优选但非排他的实施方案的描述，其它特性和优点将更加显而易见，在附图中通过非限制性实例的方式来说明，其中：
图1显示本发明的装置的一个实例。
附图标记
1 烟道气处理系统和苏打灰生产系统的装置
2 烟道气处理系统
3 苏打灰生产系统
5 碳化器
6 煅烧器
7 换热器
8 燃烧器
9 燃料源
10 空气/氧源
11 燃烧产物排放管线
13 调节系统
14 风扇
16 第一冷却器
17 第二冷却器
18 调节单元
20 烟道气排放管线
30 反应器
31 第一反应器
32 第二反应器
33 第三反应器
35 浆料制备步骤
37 轻苏打灰
38 重质苏打灰(dense soda ash)
39 重质苏打灰生产步骤
40 供应管线
42a-f 换热器
43 热流体供应管线
45 二氧化碳排放管线
47 二氧化碳供应分支
FG 烟道气。
示例性实施方案的详细说明
参考附图，这些显示利用碳化-煅烧回路的烟道气处理系统2和利用Solvay法苏打灰生产系统3的装置1。
烟道气处理系统包含碳化器5和煅烧器6。
碳化器5接受来自燃烧过程的烟道气FG，并且使包含在烟道气中的二氧化碳与金属氧化物(例如CaO)组合，以产生碳化的金属化合物，例如CaCO3。
在碳化器处发生的反应因此为：
CO2+CaO → CaCO3。
该反应在约600-650℃的温度下发生。
煅烧器6接受来自碳化器5的碳化的金属化合物CaCO3，并且通过热量将其分离成为二氧化碳CO2和金属氧化物CaO。
在煅烧器6处发生的反应因此为：
CaCO3 → CO2+CaO。
该反应在约900-1050℃的温度下发生。
此外，烟道气处理系统2包括换热器7，用于将从煅烧器6送往碳化器5的CaO的热量转移至从碳化器5送往煅烧器6的CaCO3。
煅烧器6提供有燃烧器8，其使用来自来源10的空气或氧燃烧来自来源9的燃料；煅烧器6优选为间接加热的煅烧器，即，来自燃烧器8的燃烧产物不与CO2和包含在煅烧器6中的其它气体和产物混合。这允许使用高品质燃料以及低品质燃料。
示于图中的煅烧器为经由换热表面借助间接传热的间接加热煅烧器的一个实例。在其它实例中，还可提供经由传热介质(例如，携带热量的惰性固体)借助直接传热的间接加热煅烧器。此外，直接煅烧也是可能的，例如使用氧燃烧(即，在氧存在下燃烧燃料)。燃烧器8的燃烧产物经由管线11并且通过调节系统13 (例如除尘单元和/或脱硫单元等)和风扇14送往碳化器5。调节系统13和风扇14无论如何不是必需的，并且根据需要可使用或不使用。
从煅烧器6排放的二氧化碳CO2在第一冷却器16中冷却，随后在第二冷却器17中冷却，随后通过调节单元18，并且再循环返回至煅烧器6。
在冷却器16处，再循环的二氧化碳CO2用作从煅烧器6释放的二氧化碳CO2的冷却介质；在冷却器17处，通常使用另一种流体作为二氧化碳CO2的冷却介质，例如像空气或水或来自外部来源的另一种热流体。
除去二氧化碳CO2的烟道气通过管线20从碳化器5排放。
苏打灰生产系统3通常包含反应器30，用于生产盐水，其可在Solvay法中用作NaCl源；该反应器30无论如何不是必需的，并且根据设计和需要而使用。
反应器30与一个或多个第一反应器31连接，其中发生以下反应：
NaCl+CO2+NH3+H2O → NaHCO3+NH4Cl。
该反应通常在实践中在多个步骤中进行，每一个步骤可在不同的反应器中进行。
第一反应器31与第二反应器32和第三反应器33连接。
NH4Cl例如经由第三反应器33转移至第二反应器32，将NaHCO3转移至第三反应器33。
在第二反应器32处，发生以下反应：
2NH4Cl+CaO → 2NH3+CaCl2+H2O。
用于该反应的CaO由浆料制备步骤35供应，其将石灰乳供应至第二反应器32中。NH3从第二反应器32送往第一反应器31。
在第三反应器33处，发生以下反应：
2NaHCO3 → Na2CO3+H2O+CO2。
在重质苏打灰生产步骤39之后，该反应允许生产轻苏打灰37或重质苏打灰38。清楚的是，可生产任何密度的苏打灰，而不只是轻苏打灰和重质苏打灰。例如还可生产中等致密的苏打灰。
有利地，用于苏打灰生产系统3的CaO和热量从烟道气处理系统2提取。
在该方面，经由例如在槽或反应器中实施的浆料制备步骤35，在煅烧器6和第二反应器32之间，装置1具有用于CaO的供应管线40；供应管线40允许将CaO从烟道气处理系统2供应至苏打灰生产系统3。
此外，装置1还具有一个或多个换热器42a-42f和在换热器42a-f和至少第三反应器33和/或重质苏打灰生产步骤39之间的一个或多个热流体供应管线43。换热器42a-f和热流体供应管线43允许从烟道气处理系统2回收热量并且将其供应至苏打灰生产系统3。
此外，在一个或多个换热器42a-f处可利用的热量还可直接转移至第三反应器33和/或重质苏打灰生产步骤39；在该方面，例如在一个或多个换热器42a-f处，其加热用于第三反应器33和/或重质苏打灰生产步骤39的过程介质。
例如，可使用以下方案中的一个或多于一个：
-换热器42a可与碳化器5的烟道气排放管线20连接；
-换热器42b可与煅烧器6的燃烧产物排放管线11连接；
-辅助换热器42c可在调节系统13下游在煅烧器6的燃烧产物排放管线11和碳化器5的烟道气排放管线20之间连接，用于加热从碳化器5排放的烟道气，并且换热器42d在辅助换热器42c下游与碳化器5的烟道气排放管线20进一步连接；
-换热器42e可与来自煅烧器6的二氧化碳排放管线45连接；
-换热器42f可与用于CaO的供应管线40连接。
此外，可预期进一步集成烟道气处理系统2和苏打灰生产系统3。
例如，用于苏打灰生产系统3的二氧化碳CO2可从烟道气处理系统2提取。
在该方面，在煅烧器6 (例如，其可与管线45连接，进而与煅烧器6连接)和第一反应器31之间，装置1可具有二氧化碳供应分支47。
由所描述和说明的内容，装置的操作是显而易见的，并且基本上如下。
在碳化器5处的温度为600-650℃，在煅烧器处的温度为900-1050℃，在第三反应器33并且还优选在重质苏打灰生产步骤处的温度为150-250℃。
将烟道气FG与在煅烧器6处产生的燃烧产物一起供应至碳化器5中。
在碳化器处，包含在烟道气和燃烧产物中的CO2与CaO组合，形成CaCO3。
将除去二氧化碳CO2的烟道气经由管线20释放至大气；当通过管线20时，烟道气在换热器42a中冷却，以将其热量转移至热流体；通过冷却燃烧产物，随后在辅助换热器42c中加热烟道气，以从燃烧产物回收热量；烟道气随后在换热器42d中再次冷却，以将其热量转移至热流体。
热流体用于加热第三反应器33和/或重质苏打灰生产步骤39和/或苏打灰生产系统3的其它反应器和/或步骤。
在煅烧器6处，通过热量将CaCO3分离成为CaO和CO2。
CaO部分供应返回至碳化器5，部分供应至第二反应器32，优选但不必然经由浆料制备步骤35，用于苏打灰生产系统3。
有利地，因为CaO来自煅烧器6，其具有高温，所以在换热器42f处，将CaO冷却，以将其热量转移至用于加热第三反应器33和/或重质苏打灰生产步骤39和/或苏打灰生产系统3的其它反应器和/或步骤的热流体。
在煅烧器6处产生的燃烧产物经由管线11引向碳化器5；这些燃烧产物在换热器42b处冷却，以将其热量转移至用于加热第三反应器33和/或重质苏打灰生产步骤39和/或苏打灰生产系统3的其它反应器和/或步骤的热流体。
来自煅烧器6的二氧化碳CO2经过换热器16、17和调节单元18，随后在换热器42e处进一步冷却。
在换热器42e处，将二氧化碳CO2冷却，以将其热量转移至用于加热第三反应器33和/或重质苏打灰生产步骤39和/或苏打灰生产系统3的其它反应器和/或步骤的热流体。
换热器17可用于加热热流体，以将热量转移至苏打灰生产系统3，或者其可使用不用于苏打灰生产系统3的冷却介质，例如为了优化在调节单元18处的二氧化碳处理和煅烧器6的效率。
来自管线45的二氧化碳CO2可经由分支47部分供应至第一反应器31，部分返回至煅烧器6，并且可部分捕集或以其他方式使用。
自然地，换热器42a-f (和换热器17，当其用于将来自烟道气处理系统2的热量传输至苏打灰生产系统3时)可加热苏打灰生产系统3的相同或不同的反应器/步骤。例如所有的换热器可供应热量同时用于第三反应器33和重质苏打灰生产步骤39二者，或者一些换热器可提供热量用于第三反应器33，而其它换热器可提供热量用于重质苏打灰生产步骤39；这两种方案的组合也是可能的。
本公开还涉及利用碳化-煅烧回路的烟道气处理和利用Solvay法的苏打灰生产的方法。所述方法包括从烟道气处理系统提取用于苏打灰生产的CaO和热量。
此外，用于苏打灰生产的二氧化碳CO2可从碳化-煅烧回路提取。
自然地，所描述的特征可彼此独立地提供。
在实践中，可根据需要和当前技术水平选择所用的材料和尺寸。