烟道气的处理方法和装置与流程

1.本发明涉及处理在碳捕集利用和/或封存(或固存(sequestration))ccus中的含有co2的高温烟道气。


背景技术：

2.含有co2的高温烟道气的主要来源是燃烧工艺和装置，即炉。燃烧工艺或炉使燃料与氧化剂例如空气一起燃烧，燃料通常是烃，例如天然气，或燃料油或固体可燃材料(煤，电弧炉(eaf)的消耗性电极等)。
3.除了热量之外，这些燃烧工艺和炉还产生烟道气。烟道气通常是多种组分的混合物，其组成取决于燃烧工艺参数，包括燃料的类型、氧化剂的类型、燃烧化学计量、温度等。
4.典型的烟道气组分是：
5.·
co2和水(通常来自燃料的氧化)，
6.·
氧气(特别是当在氧化剂的化学计量过量的情况下燃烧时)，
7.·
氮气(例如其可以与氧化剂一起加入炉中，特别是当空气或富含氧气的空气用作氧化剂或由于空气进入炉时)，
8.·
杂质，例如nox、sox、灰尘等。
9.不纯的含有co2的高温烟道气的其它来源例如是用于电解非铁金属的工艺，其中电解槽的阴极室产生含有co2的烟道气。
10.二氧化碳(co2)被视为导致全球变暖的主要因素。已建议用于减少co2人为排放的各种方法之一是ccus。ccus工艺的碳捕集步骤要求从烟道气提纯co2。
11.当烟道气在高温下排出时，必须将烟道气冷却到适用于一些下游工艺操作的温度，这些操作需要从烟道气去除杂质(例如desox、denox和通过过滤器去除颗粒)。
12.通常，通过将环境空气注入烟道气来进行冷却。通过空气注入冷却烟道气的方式导致烟道气的体积增加，由此增加用于处理烟道气的下游设备的尺寸和成本。另外，采用空气注入以冷却烟道气的方式会降低在烟道气中的co2浓度，进而在ccus情况下增加用于co2提纯和浓缩的操作和投资成本。
13.在换热器中用外部流体进行间接烟道气冷却，其中烟道气不与冷却剂混合，这种间接冷却方式可以用于代替空气注入方式，和可以甚至允许利用来自烟道气的热量；但是由于烟道气的高温，这种方式需要高成本，不总是在技术上可行。
14.专利us5743929和us5925326描述了另一种解决方案，其涉及用含水骤冷液将烟道气骤冷，但是这需要单独的用于处理废骤冷液的设备。


技术实现要素：

15.本发明建议了一种用于处理含有co2的烟道气的改良方法，此方法至少部分地克服上述缺点，并且适合用于ccus工艺中。
16.具体而言，本发明涉及处理含有co2和h2o的烟道气的方法。
17.根据所述方法，从烟道气生成单元在第一温度t1下排出烟道气(步骤a)，并将烟道气受控冷却到《t1的温度t2，其中t2是在100-600℃的范围内，优选200-400℃(步骤b)。
18.由此得到的经冷却的烟道气在一个或多个气体清洁和/或干燥阶段中进行预处理(步骤c)。在所述预处理期间，经冷却的烟道气的温度被进一步降低到《t2的温度t3。
19.使由此得到的经预处理的烟道气的第一部分进行ccus(步骤d)，从而降低温室气体co2的排放。
20.根据本发明，使所述经预处理的烟道气的第二部分作为冷却剂在温度t3下循环，并在烟道气的受控冷却期间(步骤b)与烟道气混合。
21.作为替代或与之组合，在步骤d中在《t2的温度t4下得到的部分或完全纯化的co2的一部分可以作为冷却剂循环，并在烟道气的受控冷却期间(步骤b)与烟道气混合。在此情况下，在步骤d的ccus期间，所述经预处理的烟道气的第一部分进行纯化以得到具有固存和/或应用所需的纯度的co2。因此，步骤d包括用于提纯所述第一部分的子步骤。在所述提纯子步骤期间，在经预处理的烟道气的第一部分中的以至少1体积％含量存在的非co2的气态组分被去除，由此得到纯化的co2。在实践中，提纯子步骤可以包括接连多个提纯阶段，并在最终提纯阶段时结束。在所述最终阶段之前的一个或多个阶段得到部分纯化的co2。最终阶段得到上述纯化的co2。应当理解的是，多个提纯阶段可以在分开的提纯设备或在单个提纯设备中进行。例如，在用于提纯流体的蒸馏塔的情况下，最终纯化的流体可以在塔的一个末端得到，而部分纯化的流体可以从与提纯工艺的中间阶段对应的塔中间位置取出。
附图说明
22.图1显示通过本发明方法处理含有co2和h2o的炉烟道气的装置。
具体实施方式
23.在本文中，术语“受控冷却”表示一种冷却工艺，其中进行调节操作以使所冷却的介质在冷却结束时的温度是预定值或在预定范围内。
24.水蒸气的冷凝容易引起在下游设备中的问题；为了防止这种冷凝，烟道气的温度在受控冷却期间保持为100℃或更高。
25.在烟道气已经干燥/除湿之后，烟道气的温度可以被降低到低于100℃，且没有水蒸气在下游设备中冷凝的风险。
26.因此，步骤c的温度t3可以低于100℃。
27.在t1和t3之间的差别越大，所排出的烟道气在与被循环的经预处理的烟道气的第二部分混合时的冷却就越有效，即，需要较少量的被循环的经预处理的烟道气以达到烟道气在受控冷却步骤期间的设定降温。例如，t3可以比t1低至少50℃或多于50℃。
28.相似地，在t1和t4之间的差别越大，所排出的烟道气在与部分或完全纯化的co2混合时的冷却就越有效，即，需要较少量的部分或完全纯化的co2以达到烟道气在受控冷却步骤期间的设定降温。例如，t4可以比t1低至少50℃或多于50℃。
29.影响在步骤b期间以受控方式冷却烟道气的温度(即，上述“预定温度”)的其它因素是在下游工艺步骤中所用的设备的性质。实际上，受控冷却的主要目的是防止热的烟道气损害用于接收经冷却的烟道气的下游设备，例如灰尘过滤设备，并确保下游工艺的最佳
操作。
30.因此，受控冷却步骤包括使排出的烟道气与被循环的经预处理的烟道气的第二部分和/或与被循环的部分或完全纯化的co2进行混合。在本发明方法中，受控冷却步骤b可以完全由这种经由混合来冷却的操作组成，或可以包括经由与被循环的经预处理的烟道气和/或与被循环的部分或完全纯化的co2混合来冷却的操作与一个或多个其它冷却步骤的组合。
31.例如，在从烟道气生成单元排出烟道气后，烟道气可以如下进行受控冷却：首先通过使所述热烟道气与被循环的经预处理的烟道气的第二部分和/或与被循环的部分或完全纯化的co2混合，将热烟道气冷却到》100℃的中间温度t2bis；然后通过热交换进一步受控冷却到温度t2。如上所述，烟道气的高温会导致在换热器中用外部流体进行间接烟道气冷却时出现问题，例如因为受限于用于这种换热器的材料的力学抗性或氧化。通过先经由与被循环的经预处理的烟道气和/或与被循环的部分或完全纯化的co2混合，以受控方式使得所排出的烟道气的温度略微降低到中间温度t2bis，不太昂贵和进而较便宜的材料可以用于构成用于部分冷却混合烟道气料流的热交换设备。
32.或者，当从生成单元排出的烟道气的温度对于所用的换热器而言不太高时，可以通过热交换从排出的烟道气回收可用的热量，从而将排出的烟道气冷却到中间温度t2bis；然后通过部分冷却的烟道气与被循环的经预处理的烟道气和/或与被循环的部分或完全纯化的co2混合，将排出的烟道气进一步冷却到温度t2。实际上，通过热交换从流体(例如烟道气)回收热量的效率一般随着用于提取热量的流体的温度的增加而提高。
33.也可以合并这两种选择。换言之，受控冷却步骤可以包括通过热交换和热回收将烟道气冷却温度t2ter，然后通过部分冷却的烟道气与被循环的经预处理的烟道气和/或与被循环的部分或完全纯化的co2混合，进一步冷却到《t2ter的温度t2bis；在此步骤之后进而进一步经由热交换和热回收被冷却到温度t2。
34.因此，通过热交换从烟道气提取的热量可以用作能源，例如用于加热，用于产生机械能和/或用于产生电能。根据一个优选的实施方案，受控冷却步骤b包含通过热交换进行冷却的步骤，由此从烟道气提取的热量用于将燃料和/或氧化剂预热，然后将它们加入燃烧单元，特别是生成全部或部分热烟道气的燃烧单元。
35.对于通过混合来冷却所述排出的烟道气，通过使用具有与排出烟道气的co2含量至少相等(即，等于或大于)的co2含量的经预处理的烟道气(循环的第二部分)，避免了在与空气混合时遇到的排出烟道气的co2含量降低的问题。这同样也适用于在排出的烟道气与来自步骤d(ccus)的部分或完全纯化的co2混合时的情况。
36.因为预处理步骤(步骤c)涉及从烟道气去除多种成分，例如水分、nox和sox，所以通常需要额外步骤以确保所述经预处理的烟道气的co2浓度是至少等于在步骤a期间排出的烟道气的co2浓度。这同样适用于提纯所述经预处理的烟道气的第一部分的ccus子步骤。
37.根据本发明的一个具体实施方案，在步骤b中与烟道气混合的冷却剂对应于在步骤c中得到的经预处理的烟道气的第二部分，其被循环，但不是送到步骤d。
38.另一方面，当在步骤b中与烟道气混合的冷却剂对应于在步骤d中得到部分或完全纯化的co2的循环部分时，在步骤c中得到的所有经预处理的烟道气被送到ccus(步骤d)，且在步骤c中得到的经预处理的烟道气没有循环到步骤b(即，被循环的经预处理的烟道气的
第二部分是零)。
39.如上所述，要处理的全部或部分的含有co2和h2o的烟道气可以由烟道气生成燃烧单元或装置产生，其也称为燃烧炉。在燃烧单元中，含碳的燃料通常与含有21-100体积％氧气的燃烧氧化剂一起燃烧。
40.从空气燃烧(即，用空气作为氧化剂进行燃烧)变换到氧燃烧(即，用具有高于大气氧气浓度的氧气浓度的氧化剂进行燃烧)意味着降低捕集co2的成本，这是因为离开燃烧炉的烟道气具有更高浓度的co2，这是由于氧化剂中的氮气浓度降低，进而在烟道气中的氮气浓度也降低。
41.因此，根据一个特别有用的实施方案，要处理的全部或部分的烟道气是由燃烧单元产生的，在此燃烧单元中用含有至少30体积％且至多100体积％氧气的燃烧氧化剂进行燃烧，更优选含有至少60体积％、甚至更优选至少90体积％氧气。
42.特别受关注的燃烧单元是玻璃熔化炉、玻璃精炼炉、玻璃熔化精炼炉、钢再热炉、电弧炉、非铁冶炼和熔化炉、水泥炉、石灰炉、搪瓷炉和热窑炉(hot stoves)。
43.用于产生可根据本发明处理的烟道气的其它烟道气生成单元包括非铁初级电解槽、铁初级电解槽、炼焦炉、用于熔化玻璃的电炉、用于特殊金属熔化或热处理的电炉。
44.当存在用于产生含有co2和h2o的烟道气的多个装置时，烟道气生成单元可以包含多个这种装置，使得从烟道气生成单元在温度t1下排出的烟道气包含由这些装置产生的烟道气的混合物。
45.根据一个优选的实施方案，第一部分和第二部分的经预处理的烟道气一起对应于在步骤c中得到的全部的经预处理的烟道气。换言之，在预处理之后，在步骤a中从燃烧单元排出的全部烟道气被送到ccus或循环到步骤b。
46.有利的是，被送到ccus的第一部分的经预处理的烟道气含有在步骤a中所排出的烟道气中存在的至少50％、优选至少60％、更优选至少75％的co2，因此提供有效降低co2排放的效果。
47.预处理步骤c通常包括干燥阶段，在干燥阶段期间从烟道气去除水蒸气/水分。
48.预处理步骤c也可以有利地包括从烟道气去除颗粒物、例如灰尘(固体颗粒)和喷洒或雾化液滴(液体颗粒)的操作作为气体清洁阶段的一部分，其中所述颗粒物可以被来自烟道气生成工艺的烟道气夹带。
49.相似地，预处理步骤c可以有用地包括从烟道气去除气态杂质的操作作为气体清洁阶段的一部分，所述气态杂质是以低于1体积％的水平存在于从燃烧单元排出的烟道气中。在来自燃烧单元的烟道气中以这种水平存在的气态杂质的例子是sox，nox，酸化合物(例如hcl、hf、hcn)，vocs(挥发性有机化合物)，氨，非sox的硫化合物(例如h2s、cos)。
50.因此，预处理步骤c可以包含一个或多个以下阶段：
51.·
干燥阶段
52.·
用于去除颗粒物的阶段，其选自：
53.ο去除固体颗粒，和/或
54.ο去除液体颗粒；
55.·
清洁阶段，其选自：
56.ο去除sox(也称为desox)，
57.ο去除nox(也称为denox)，
58.ο去除酸化合物，
59.ο去除voc，
60.ο去除氨，
61.ο去除非sox的硫化合物。
62.预处理步骤c的一个或多个阶段的选择通常是由从烟道气生成单元排出的烟道气的组成以及与ccus工艺的下游设备的相容性来确定。烟道气的组成进而是由烟道气生成单元的性质和其中实施的工艺的参数来确定。
63.例如，在炉中进行的燃烧工艺的参数包括燃料的性质，氧化剂的性质，以及燃料/氧化剂化学计量关系。其它参数是温度和压力。
64.在燃烧单元、例如锅炉中，其中火焰和燃烧气体不会直接与其它工艺介质接触，烟道气的组成是基本上由燃烧参数确定。在燃烧单元、例如大多数金属和玻璃熔化炉中，其中火焰和/或燃烧气体直接与要加热的介质接触(通常称为“装料”或“载荷”)，所排出的烟道气也可以含有存在于所述介质之中或之上的由该介质产生的成分，并且可能必须在本发明方法的预处理步骤c期间从烟道气去除这些成分。
65.通常，步骤c包括颗粒去除阶段，以及nox和sox去除阶段之一或两者，其中颗粒去除阶段优选在nox和/或sox去除阶段之前。
66.预处理步骤c可以包括用于去除颗粒物的过滤阶段，特别是用于去除固体颗粒物。这种过滤阶段可以涉及静电过滤、经由陶瓷过滤器过滤和/或经由袋式过滤器过滤。
67.可用于在预处理步骤c中从烟道气去除颗粒物的其它阶段包括使用机械收集器，例如旋风分离器、重力沉降器或或挡板室，以及使用湿洗涤器。
68.当预处理步骤c包括sox去除清洁阶段和/或nox去除清洁阶段时，sox、nox或者sox和nox的去除可以通过湿洗涤进行。
69.当预处理步骤c包括干燥阶段时，可以有利地通过在低于100℃的温度下冷凝以从烟道气去除水，优选在低于环境温度的温度或甚至低于0℃下进行。更完全的干燥是通过降低发生冷凝时的温度来实现。虽然冷却所需的能耗可能高于在较低温度下进行干燥的情况，但是烟道气体积的降低(单位是nm3的干燥烟道气)使得可以采用更小型和进而更便宜的设备对干燥的烟道气进行预处理，并提高在经预处理的烟道气的第二部分中的co2浓度，所述第二部分被循环到受控冷却步骤b。
70.根据一个优选实施方案，预处理步骤c包括干燥阶段，在此干燥阶段期间通过在温度t3下冷凝以从烟道气去除水，并且由此得到的干燥烟道气的一部分在温度t3下作为经预处理的烟道气的第二部分进行循环。如上所述，在干燥阶段期间从烟道气去除水时的温度是低于100℃和可以低于环境温度，甚至低于0℃。
71.为了调节受控冷却步骤b，本发明方法可以还包括用于检测所排出的烟道气在步骤b之前和/或在步骤b期间和/或在步骤b之后的温度的步骤。然后，有利地根据所测得的一个或多个温度来调节作为所述经预处理的烟道气的第二部分被循环且在步骤b中与排出烟道气混合的经预处理的烟道气的量(单位是nm3)，从而在步骤b结束时得到具有预定温度t2的经冷却的烟道气。例如，当检测到在步骤a中从烟道气生成单元排出烟道气时的温度提高时，可以增加在经预处理的烟道气中作为第二部分循环的量；和当检测到从该单元排出的
烟道气的温度降低时，可以减少在经预处理的烟道气中作为第二部分循环的量，从而确保经冷却的烟道气具有预定温度t2。
72.当代替经预处理的烟道气的循环操作或与该循环操作组合，在步骤d中在温度t4下得到的部分或完全纯化的co2的一部分作为冷却剂循环且在冷却步骤b中与烟道气混合时，所测得的一个或多个温度相似地用于调节一个或多个循环料流的量。换言之，对于经预处理的烟道气和/或部分或完全纯化的co2的量的调节是由在步骤b中所需的烟道气冷却程度来确定。
73.当受控冷却步骤b包含一个或多个额外的烟道气冷却工艺、例如通过在换热器中的热交换进行冷却时，这些额外的烟道气冷却工艺可以按照本领域已知的方式来控制。
74.当被循环的经预处理的烟道气的温度t3和进而其冷却能力可以在工艺期间变化时，所述方法也可以包括用于检测经预处理的烟道气的温度t3的步骤。由此测得的温度t3值可以然后在调节经预处理的烟道气中作为第二部分循环并在步骤b中与排出烟道气混合的量(nm3)时考虑。通常，当测得的温度t3提高时，增加此循环量；和当测得的温度t3降低时，降低此循环量。
75.根据一个优选的实施方案，在步骤a中从烟道气生成单元排出的烟道气包含通过含碳燃料与燃烧氧化剂燃烧产生的燃烧气体，或由其组成；其中燃烧氧化剂含有21-100体积％的氧气，优选至少30体积％、更优选至少60体积％、甚至更优选至少90体积％的氧气。
76.在本发明中，术语“燃料”包括常规燃料，例如煤、天然气，以及液态和气态烃。但是，术语“燃料”也包括除常规燃料之外的可燃物质，其可以在燃烧单元中燃烧。例如在生物质燃烧单元中，燃料是生物质；在废料煅烧装置中，燃料是在其中燃烧的废料。燃料也可以是常规燃料和非常规燃料的组合。
77.本发明方法可以用于处理由燃烧单元产生的烟道气，其中相对于全部100体积％的气态组分而言，在步骤a中排出的烟道气含有以下组分(以湿态为基础的浓度)：
78.·
5-20体积％的co2；
79.·
5-30体积％的h2o；
80.·
0-10体积％的o2，优选0-5％；
81.·
50-80体积％的n2；和
82.·
0-3体积％的一种或多种其它气体。
83.这种烟道气可以例如由燃烧单元产生，其中燃料用空气作为燃烧氧化剂来燃烧。
84.或者，本发明方法可以用于处理由燃烧单元产生的烟道气，其中相对于全部100体积％的气态组分而言，在步骤a中排出的烟道气含有以下组分(以湿态为基础的浓度)：
85.·
15-55体积％的co2；
86.·
40-80体积％的h2o；
87.·
0-10体积％的o2，优选0-5％；
88.·
0-3体积％的氩气；
89.·
0-20体积％的n2，优选0-10％；和
90.·
0-3体积％的一种或多种其它气体。
91.这种烟道气可以例如由其中进行氧燃烧的燃烧单元产生。
92.从烟道气生产单元排出烟道气时的温度t1取决于该单元的性质和其中进行的工
艺操作，或甚至例如在间歇或循环工艺的情况下，取决于在其中进行的工艺阶段。在步骤a中，烟道气可以例如从燃烧单元在400-1600℃的温度下排出，优选600-1500℃的温度，更优选800-1500℃的温度。
93.本发明方法适合用于宽范围的装置/工艺。此方法特别可以用于处理来自燃烧单元的烟道气，更特别是选自以下的燃烧单元：玻璃熔化炉，玻璃精炼炉，玻璃熔化精炼炉，钢再热炉，电弧炉，非铁冶炼和熔化炉，水泥炉，石灰炉，搪瓷炉和热窑炉。
94.本发明方法也适合用于其它高温烟道气生成单元，包括非铁初级电解槽，铁初级电解槽，炼焦炉，用于玻璃熔化的电炉，用于特殊金属熔化或热处理的电炉。
95.本发明方法可以与作为步骤d的大多数ccus工艺组合使用。
96.如上所述，在步骤d的ccus期间，使所述经预处理的烟道气进行纯化以得到具有固存和/或应用所需的纯度的co2。
97.在本文中，“提纯”表示从烟道气去除、或更特别地从第一部分的经预处理的烟道气去除非co2的气态组分，这种气态组分是以至少1体积％(即，1体积％或更大，通常大于1体积％)的含量存在于从燃烧单元排出的烟道气中。
98.当在步骤a中排出的烟道气含有n2时，第一部分的经预处理的烟道气可以在步骤d期间通过从中去除n2进行纯化。
99.步骤d的ccus工艺可以是ccu工艺，其中第一部分的干燥烟道气在步骤d期间进行此操作。
100.在ccu工艺中捕集的co2的一个可能应用是将被捕集的二氧化碳转化成有价值的物质或产物，例如塑料、水泥、聚集料或燃料。
101.所捕集的高纯度co2也可以用于食品工业中，例如用于生产汽水。
102.所捕集的co2的另一个可能应用是作为替换气体用于辅助采油中。
103.本发明的另一个方面是适用于上述任何一个方法实施方案中的装置。
104.因此，本发明也涉及用于处理含有co2和h2o的烟道气料流的装置。
105.所述装置界定了烟道气流路，其包含：
106.a.入口，其用于接收处于温度t1的来自烟道气生成单元的气体料流，
107.b.冷却单元，其用于将从入口接收的气体料流受控冷却到《t1的温度t2，
108.c.预处理单元，其用于对来自冷却单元的经冷却的气体料流进行预处理，所述预处理单元包括一个或多个以下气体预处理设备：气体干燥器/除湿器、颗粒去除器和气体清洁器，其中预处理单元的至少一个设备包括用于将所述气体料流进一步冷却到《t2的温度t3的冷却器，和
109.d.位于预处理单元下游的出口，所述出口用于将烟道气流路连接到ccus工艺，
110.根据本发明，冷却单元包括位于烟道气流路的入口处或其下游的气体混合器。此装置还包括在位于预处理单元处或其下游的分支点与冷却单元的气体混合器之间的气体循环回路。所述循环回路用于将所述气体料流的一部分在温度t3下循环到气体混合器，所述气体料流的循环部分在气体混合器中与气体料流混合，从而冷却该气体料流。
111.优选，此装置还包括控制单元和循环流量控制器，例如流量控制阀门。所述控制单元用于通过循环流量控制器调节所述经由气体循环回路循环的一部分气体料流。控制单元调节所述气体料流的循环部分，从而在冷却单元中将该气体料流冷却到温度t2。
112.在此情况下，此装置优选还包括至少一个温度传感器，其用于检测位于气体混合器上游、位于气体混合器中和/或位于气体混合器下游的气体料流的温度。所述控制单元连接到至少一个温度传感器，并且该控制单元用于通过循环流量控制器根据温度t2和由至少一个温度传感器测得的至少一个温度来调节所述被循环的那部分气体料流。
113.当预处理单元包含用于从气体料流去除颗粒物的颗粒去除器时，预处理单元可以包含固体颗粒去除器和/或液体颗粒去除器。
114.合适的颗粒去除器的例子是颗粒过滤器，例如静电过滤器、陶瓷过滤器和/或袋式过滤器。其它合适的颗粒去除器是机械颗粒收集器，例如旋风分离器、重力沉降器或挡板室。另一种可用的颗粒去除器是湿洗涤器。
115.当预处理单元包含气体清洁器时，预处理单元可以包括一个或多个desox设备、denox设备、酸化合物去除器、voc去除器、除氨器和用于去除非sox的硫化合物的去除器。这些去除器也可以是湿洗涤器的形式。气体清洁器有利地位于颗粒去除器的下游和/或气体干燥器的上游。
116.当预处理单元包含气体干燥器或除湿器时，预处理单元有利地包含至少一个水冷凝器形式的气体干燥器，其中冷凝器配备冷却器以将气体料流调节和冷却到低于100℃的温度t3；并且其中气体循环回路的分支点是位于水冷凝器的下游，以使处于温度t3的一部分的干燥气体料流经由所述分支点和循环回路被循环到气体混合器。冷凝器的冷却器优选适合将气体料流调节和冷却到低于环境温度的温度t3，或甚至低于0℃。
117.根据一个优选的实施方案，预处理步骤c包括干燥阶段，其此干燥阶段期间经由在温度t3下冷凝从烟道气去除水，并且其中由此得到的处于温度t3的一部分干燥烟道气作为所述经预处理的烟道气的第二部分进行循环。如上所述，在干燥期间从烟道气去除水时的温度是低于100℃，和可以低于环境温度，甚至低于0℃。
118.根据另一个实施方案，其可以与上述实施方案组合或不组合，本发明的装置包括在ccus工艺中的分支点与冷却单元的气体混合器之间的循环回路；其中在分支点处，通过来自预处理单元的经预处理的烟道气进行完全或部分提纯所得到的完全或部分纯化的co2可以从ccus工艺取出；和其中所述循环回路用于将在《t1的温度t4下从ccus工艺取出的完全或部分纯化的co2循环到气体混合器；在气体混合器中，循环的co2与气体料流混合。
119.同样在此情况下，所述装置可以还包括控制单元和循环流量控制器，控制单元适用于通过循环流量控制器来调节co2料流，此料流是经由循环回路循环以使气体料流(100)在冷却单元中被冷却到温度t2。此装置可以有利地还包括至少一个温度传感器，其用于检测位于气体混合器的上游、位于气体混合器中和/或位于气体混合器下游的气体料流的温度，控制单元连接到至少一个温度传感器，并用于通过循环流量控制器根据由至少一个温度传感器测得的至少一个温度来调节来自ccus的循环co2料流。
120.根据一个有用的实施方案，烟道气生成单元是燃烧单元或包含燃烧单元，即燃烧炉。
121.在燃烧单元中，含碳燃料通常与含有21-100体积％氧气的燃烧氧化剂进行燃烧。
122.根据一个有用的实施方案，烟道气流路的入口是以流体方式与燃烧单元流通，其中含碳燃料在燃烧单元中与作为燃烧氧化剂的空气燃烧。
123.根据一个特别有用的实施方案，烟道气流路的入口是以流体方式与燃烧单元流
通，其中含碳燃料在燃烧单元中与含有至少30体积％、更优选至少60体积％、甚至更优选至少90体积％氧气的燃烧氧化剂进行燃烧。
124.特别受关注的燃烧单元是玻璃熔化炉、玻璃精炼炉、玻璃熔化精炼炉、钢再热炉、电弧炉、非铁冶炼和熔化炉、水泥炉、石灰炉、搪瓷炉和热窑炉。
125.其中烟道气流路的入口可以接收烟道气料流的其它烟道气生成单元包括非铁初级电解槽、铁初级电解槽、炼焦炉、用于熔化玻璃的电炉、用于熔化特殊金属的电炉和用于金属热处理的电炉。
126.当存在产生含有co2和h2o的烟道气的多个装置时，烟道气流路的入口可以接收来自多个这种烟道气生成装置的烟道气料流。换言之，在此情况下，烟道气生成单元包含多个烟道气生成装置。
127.根据一个有用的实施方案，经由位于预处理单元下游的出口连接至烟道气流路的ccus工艺是ccu工艺。
128.显然会出现转变阶段，例如在烟道气生成单元和ccus工艺的启动和停车期间。有多种控制这些转变阶段的方式。例如，根据本发明的一个有用的实施方案，可以在转变阶段期间使用其它冷却流体、例如空气或co2或其它冷却设备、例如冷却器，从而完全或部分地替代被循环的烟道气。
129.根据一个有用的实施方案，循环的烟道气可以被任何可从ccus工艺取出的料流完全或部分替代，所述料流含有具有固存和/或应用所需的纯度的co2。
130.下面参考附图，通过以下实施例更好地理解本发明及其优点，其中冷却剂包含一部分的经预处理的烟道气；这些附图示意性地显示装置，其中通过本发明方法处理含有co2和h2o的炉烟道气。
131.炉(烘箱)b
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100燃烧燃料与氧化剂以产生热能，从而加热装料，例如要熔化的非铁金属装料。作为副产物，产生含有二氧化碳和水蒸气的烟道气100。在烟道气中的至少主要部分的二氧化碳和水蒸气直接来自燃料的氧化(燃烧)。
132.烟道气100在高温t1下离开炉b-100，并含有不可忽略的在炉b-100中产生的部分热能(也称为“残余热”)。
133.烟道气100也含有夹带的颗粒物(特别是灰尘)和氧化硫(sox)，必须通过过滤从烟道气去除它们。
134.但是，所排出的烟道气100的初始温度t1太高，以致将烟道气100直接加入过滤设备会快速损害过滤设备。
135.有用的是简单地从烟道气回收残余热能，并将所述残余热能用于生产工艺中，例如使用所述热能通过在烟道气与相应燃烧剂之间的热交换来预热燃料和/或氧化剂。但是，所排出的烟道气100的初始温度t1对于常用于此目标的热交换而言也过高。
136.因此，必须在过滤或甚至能量回收之前降低烟道气100的温度。
137.在本发明方法中，这通过将烟道气100受控冷却到低于t1的温度t2来实现，此温度t2适用于换热器和过滤设备。
138.根据本发明，所述烟道气100的受控冷却更特别地通过烟道气100在混合器v200中与受控量的循环气体301混合来实现，循环气体301具有低于t2的温度t3。结果得到经冷却的烟道气200的料流，其是由烟道气100和循环气体301的混合物组成。选择与烟道气100混
合的循环气体301的量，以使经冷却的烟道气200的温度t2是适用于经冷却的烟道气200被送达的下游设备的温度。
139.虽然在附图中未显示，但是通过与循环气体301混合进行受控冷却的步骤可以与额外的冷却操作组合，特别是经由热回收进行。
140.经冷却的混合烟道气200在一个或多个清洁步骤中加工，例如脱尘、sox去除和nox去除操作。在所示实施方案中，将ca(oh)
2 201作为第一清洁剂注入所述经冷却的烟道气200中，使得在该烟道气中存在的sox与ca(oh)2反应以形成caso3和/或caso4。经冷却的烟道气200然后送到过滤器f-210，在这里从经冷却的烟道气200去除颗粒、例如灰尘和硫盐。然后，部分清洁的烟道气210进行进一步的清洁步骤以清除在烟道气中存在的nox。将脲211加入部分清洁的烟道气210中。在反应器r220中，通过与用作还原剂的脲211反应，将nox还原成n2。
141.所得的经脱尘、desox和denox的烟道气220然后在冷凝器d230中除湿。在冷凝器d230中，经清洁的烟道气220被冷却到温度t3
bis
，从而使得在烟道气中存在的水蒸气冷凝成液态水，此液态水从d230排出。
142.然后，处于温度t3
bis
的经清洁和干燥的烟道气230在换热器e240中被轻微再加热到温度t3，从而避免液态水在下游设备中冷凝。然后，经清洁和干燥的烟道气240被分成送向ccus的料流400和循环料流300。风扇c300用于提高所述料流300的压力。所得的料流301则具有足够的压力以与排出的烟道气100混合，并冷却该烟道气。本发明方法具有多个明显的优点。
143.循环气体301包含经清洁且干燥的烟道气，并且其co2含量高于在排出的烟道气100中的co2含量。
144.如上文所述，此装置有利地包括至少一个温度传感器(未显示)，其用于检测位于气体混合器上游、位于气体混合器中和/或位于气体混合器下游的气体料流的温度，其中控制单元(未显示)连接到至少一个温度传感器，并且控制单元用于根据由所述一个或多个温度传感器测得的至少一个温度经由风扇c300来调节所述被循环的经预处理的烟道气301的流量(单位是nm3)。
145.与通过注入环境空气进行冷却的已知方法(其中排出的烟道气被环境空气稀释)相比，在本发明方法中的受控冷却步骤不会引起烟道气的co2含量降低，而是实际上提高烟道气的co2含量，从而改进在步骤d中的ccus工艺的效率。
146.另外，与所述已知方法相比，设备的改变程度小，并且已知的颗粒去除、清洁、干燥和ccus设备也可以用于本发明方法和装置中。
147.下表显示本发明的有效性和特性，其中列出各种性质，特别是不同烟道气料流的温度、流速和组成(具有高于1体积％浓度的气态组分)，当含有37重量％co2和56重量％h2o的燃烧烟道气以1000nm3/h速率和在750℃温度下从炉排出时，通过附图所示的装置对所述烟道气料流进行处理。
148.为了清楚起见，下表也显示气相焓。关于在下表中所示的焓值流量，这些值包括化学和可检测的焓，并导致在经冷却的烟道气200和经预处理的烟道气220之间的热损失为140kw，在220和230之间的热损失为550kw。
[0149][0150]
如上所示，通过所排出的烟道气在ccus上游进行受控冷却和预处理，本发明方法可以获得超过双倍的co2含量(从37体积％至80.4体积％)。