CN1956768A - 处理废气的方法和系统，和分离二氧化碳的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种废气处理方法，包括让燃煤锅炉或燃LNG锅炉排放的废气流过冷却剂使之冷却到使氮氧化物或硫氧化物液化或凝固但二氧化碳不会凝固的第一温度，由此将废气中所含的有害气体组分氮氧化物液化或凝固从而将它们从废气中分离出来；脱除废气中所含水分；和将废气冷却到能使二氧化碳凝固的第二温度，由此将废气中所含的二氧化碳凝固从而将它从废气中分离出来。

Description

处理废气的方法和系统，和分离二氧化碳的方法和装置

                        技术领域

本发明涉及处理废气的方法和系统。

                        背景技术

在从发电厂、化工装置等等的燃煤锅炉以及炼铁厂的鼓风炉、炼焦炉、转换器等等中排放的废气中所含的有害气体组分如硫氧化物和氮氧化物通过使用例如湿脱硫装置或使用采用脱氮催化剂的脱氮装置来分离和脱除。此外，使用活性炭的所谓物理吸收方法已知是分离和脱除有害气体组分的更有效方法。

同时，近年来，大气中二氧化碳量持续增加，因此其与大气温度升高即所谓温室效应的关系正在成为焦点问题。二氧化碳产生量的增加主要是由矿物燃料燃烧所引起。因此，从环境观点考虑，要求发电厂、化工装置等要将排放到大气的废气中二氧化碳限制在尽可能少的量。(参考文献1：日本专利申请公开出版物No.2000-317302。)

在这样的环境中，就处理从例如燃煤锅炉以及炼铁厂的鼓风炉、炼焦炉、转换器等等中排放的废气来说，需要将二氧化碳有效地回收同时将有害气体组分如氮氧化物和硫氧化物有效地脱除。因此，需要一个能够有效地和连续地依次脱除有害气体组分和回收二氧化碳的废气处理系统。

此外，就处理从例如燃LNG锅炉等排放的废气来说，需要将二氧化碳有效地回收同时将有害气体组分如氮氧化物有效地脱除。因此，需要一个能够有效地和连续地依次脱除有害气体组分和回收二氧化碳的工艺流程。

至于这些废气的处理，需要有效地回收二氧化碳，同时需要有效地脱除有害气体组分如氮氧化物和硫氧化物。因此，需要一个能够有效地和连续地依次脱除有害气体组分和回收二氧化碳的废气处理系统。

这里，对于回收废气中所含二氧化碳的技术而言，从废气中分离出二氧化碳的技术是重要的基本技术。例如，参考文献1公开了此类技术，该技术中将废气中的二氧化碳凝固成干冰并加以分离，然后加热并加压成液态二氧化碳。该参考文献所公开的方法可按例如图11所示来实施。该图所示的方法中，使欲从中分离出二氧化碳的气体1103在热交换器的热输送管1102内流动而冷却剂1100则沿着输送管外流动，由此将气体中所含二氧化碳凝固成干冰并用收集容器1104收集它。将收集容器1104所含的干冰1105输送到液化设备1106中并液化成液态二氧化碳1107，回收起来。需要指出的是将所收集的干冰1105进行液化的理由是便于储存和运输。

图11所示方法会在热输送管1102的内部有干冰沉淀。因此，所沉淀的干冰会堵塞热输送管1102的通道，而使这一装置难以连续地或自动地操作。此外，由于凝固段的收集容器1104和液化段的液化设备1106分别是单独的设备，因此需要一各能将二氧化碳从收集容器1104输送到液化设备1106的机构。也就是说，对于图11所示的方法，从气体中分离二氧化碳的过程不能连续和有效地进行，并且如果尤其是应用于产生大量废气的来源如热电站和炼铁厂，该方法在性能方面可能不足。

本发明鉴于以上背景而完成，本发明的目的是提供一种能够从废气中有效脱除有害气体组分和回收二氧化碳的废气处理方法和系统。

                    解决问题的方式

根据本发明的权利要求1，提供一种废气处理方法，它包括让废气流过冷却剂使之冷却到使氮氧化物液化或凝固但二氧化碳不会凝固的第一温度，由此将废气中所含的有害气体组分氮氧化物液化或凝固从而将它们从废气中分离出来的第一过程；和将废气冷却到使二氧化碳凝固的第二温度，由此将废气中所含的二氧化碳凝固从而将它从废气中分离出来的第二过程。

这里，第一温度是二氧化碳不会液化或凝固但水分和氮氧化物会液化或凝固的温度。第二温度是使二氧化碳凝固的温度。

本方法将含有害气体组分的废气冷却到能液化或凝固氮氧化物但不会凝固二氧化碳的第一温度，由此将废气中所含的氮氧化物液化或凝固从而将其从废气中分离(第一过程)，然后将该废气冷却到能凝固二氧化碳的第二温度，由此使废气中所含的二氧化碳凝固从而将它从废气中分离出来(第二过程)。在第一过程中，二氧化碳留在废气中没有从废气中分离出来，在随后的第二过程中，无疑是要回收二氧化碳。这样，对含氮氧化物作为有害气体组分的废气来说，脱除有害气体组分之后能够有效地回收二氧化碳。

根据本发明的权利要求2，提供按权利要求1的废气处理方法，包括让废气流过冷却剂使之冷却到使氮氧化物和硫氧化物液化或凝固但不会凝固二氧化碳的第一温度，从而将废气中所含的作为有害气体组分的氮氧化物和硫氧化物液化或凝固而将它们从废气中分离出来的第一过程；和将废气冷却到能凝固二氧化碳的第二温度，由此将废气中所含的二氧化碳凝固从而将它从废气中分离出来的第二过程。

这里，第一温度是二氧化碳不会液化或凝固但水分、氮氧化物和硫氧化物会液化或凝固的温度。第二温度是使二氧化碳凝固的温度。

本方法将含有有害气体组分的废气冷却到能液化或凝固氮氧化物和硫氧化物但不会凝固二氧化碳的第一温度，由此将废气中所含的氮氧化物和硫氧化物液化或凝固从而将它们从废气中分离(第一过程)，然后将该废气到冷却能凝固二氧化碳的第二温度，由此使废气中所含的二氧化碳凝固从而将它从废气中分离出来(第二过程)。在第一过程中，二氧化碳留在废气中没有从废气中分离出来，在随后的第二过程中，无疑是要回收二氧化碳。这样，对含氮氧化物和硫氧化物作为有害气体组分的废气来说，脱除有害气体组分之后能够有效地回收二氧化碳。

根据本发明的权利要求3，提供按权利要求2的废气处理方法，它包括一个将第一过程从废气分离出的有害气体组分的温度升高到蒸发冷却剂但不蒸发有害气体组分的温度，由此分离有害气体组分和冷却剂的过程。

根据本发明，冷却剂可与毒气体组分分离并可靠地回收从而得以有效利用。

根据本发明的权利要求4，提供按权利要求3的废气处理方法，它包括一个将与有害气体组分分离的冷却剂作为一种能使废气经其流过的冷却剂进行循环的过程。

因为冷却剂以这种方式循环使用，该冷却剂得以高效利用。

根据本发明的权利要求5，提供按权利要求2-4任何一项的废气处理方法，它包括一个将第一过程从废气中分离出的有害气体组分的温度提高到可以蒸发硫氧化物但不蒸发氮氧化物的温度，由此将有害气体组分所含的硫氧化物和氮氧化物分离的过程。

照此，能够从废气中分离出有害气体组分所含的氮氧化物，这样可将有害气体组分所含的硫氧化物和氮氧化物分离。

根据本发明的权利要求6，提供按权利要求2-5任何一项的废气处理方法，其中冷却剂包括二甲醚、甲醇、乙醇、甲苯和乙苯中的任何一种。

要求冷却剂能在有害气体组分被液化或凝固的温度下不会凝固，以便能在第一过程中将冷却剂与液化或凝固的有害气体组分分离。此外，为了用冷却剂有效地液化或凝固有害气体组分，要求冷却剂具有容易吸收有害气体组分的特性。还有，为了在第二过程中有效地从废气中回收二氧化碳，要求该冷却剂具有几乎不吸收二氧化碳的特性。二甲醚、甲醇、乙醇、甲苯和乙苯中的任何一种都满足这一要求。

根据本发明的权利要求7，提供按权利要求2-6任何一项的废气处理方法，其中第一过程包括一个从废气中分离出废气所含水分的过程。

在第一过程中将废气中所含水分分离出来，这样能够在第二过程中有效地回收二氧化碳。

根据本发明的权利要求8，提供按权利要求2-7任何一项的废气处理方法，其中第二过程包括一个将固体二氧化碳(干冰)进行液化的过程。

这样，通过将固体二氧化碳(干冰)液化，改进了二氧化碳的可储存性和可输送性且改进了可处置性。

根据本发明的权利要求9，提供按权利要求2-8任何一项的废气处理方法，其中在第一过程之前要进行一个将冷却至大约室温后的废气通过与水进行热交换来脱除废气中所含水分、有害气体组分和粉尘的预处理过程。

通过进行这一预处理过程，水分、有害气体组分和粉尘能够可靠地从废气中脱除。

根据本发明的权利要求10，提供一种废气处理系统，它包括第一装置，该装置用来实施一个让废气流过冷却剂使之冷却到使氮氧化物液化或凝固但不会凝固二氧化碳的第一温度，由此将废气中所含的有害气体组分氮氧化物液化或凝固而将它们从废气中分离出来的过程；和第二装置，该装置用来实施一个将废气冷却到凝固二氧化碳的第二温度，由此使废气中所含二氧化碳凝固从而将它从废气中分离出来的过程。

根据本发明的权利要求11，提供按权利要求10的废气处理系统，它包括第一装置，该装置用来实施一个让废气流过冷却剂使之冷却到使氮氧化物和硫氧化物液化或凝固但不会凝固二氧化碳的第一温度，从而将废气中所含有害气体组分氮氧化物和硫氧化物液化或凝固而将它们从废气中分离出来的过程；和第二装置，该装置用来实施一个将废气冷却到凝固二氧化碳的第二温度，由此使废气中所含的二氧化碳凝固从而将它从废气中分离出来的过程。

根据本发明的权利要求12，提供按权利要求11的废气处理系统，它包括一个将用第一装置从废气中分离出的有害气体组分温度提高到使与有害气体组分混合的冷却剂蒸发但有害气体组分不会蒸发的温度，由此分离有害气体组分和冷却剂的装置。

根据本发明的权利要求13，提供按权利要求11的废气处理系统，它包括一个将与有害气体组分分离的冷却剂作为一种能使废气经其流过的冷却剂进行循环的装置。

根据本发明的权利要求14，提供按权利要求11-13任何一项的废气处理系统，它包括一个将用第一装置从废气中分离出的有害气体组分的温度提高到蒸发硫氧化物但不蒸发氮氧化物的温度，由此将有害气体组分所含的硫氧化物和氮氧化物分离的装置。

根据本发明的权利要求15，提供按权利要求11-14任何一项的废气处理系统，其中冷却剂包括二甲醚、甲醇、乙醇、甲苯和乙苯中的任何一种。

根据本发明的权利要求16，提供按权利要求11-15任何一项的废气处理系统，其中第一装置包括一个能从废气中分离出废气所含水分的装置。

根据本发明的权利要求17，提供按权利要求11-16任何一项的废气处理系统，其中第二装置包括一个可将固体二氧化碳(干冰)液化的装置。

根据本发明的权利要求18，提供按权利要求11-17任何一项的废气处理系统，它包括一个在实施第一装置的过程之前要实施一个将冷却至大约室温后的废气通过与水进行热交换来脱除废气中所含水分、有害气体组分和粉尘的预处理过程的装置。

根据本发明的权利要求19，提供一种废气处理方法，其特征在于它包括让燃LNG锅炉排放的废气流过冷却剂使之冷却到使氮氧化物液化或凝固但二氧化碳不会凝固的第一温度，由此将废气中所含的有害气体组分氮氧化物液化或凝固从而将其从废气中分离出来的第一过程；和将废气冷却到使二氧化碳凝固的第二温度，由此将废气中所含的二氧化碳凝固从而将它从废气中分离出来的第二过程。

本方法将燃LNG锅炉排放的废气冷却到能液化或凝固氮氧化物但不会凝固二氧化碳的第一温度，由此将废气中所含的氮氧化物液化或凝固从而将其从废气中分离(第一过程)，然后将该废气冷却到能凝固二氧化碳的第二温度，由此使废气中所含的二氧化碳凝固从而将它从废气中分离出来(第二过程)。在第一过程中，二氧化碳留在废气中没有从废气中分离出来，在随后的第二过程中，无疑是要回收二氧化碳。这样，对含氮氧化物作为有害气体组分的废气来说，脱除有害气体组分之后能够有效地回收二氧化碳。

根据本发明的权利要求20，提供按权利要求19的废气处理方法，它包括一个将第一过程凝固的氮氧化物引入到固液分离器，由此分离氮氧化物和冷却剂的过程。

这样，就能将有害气体组分和与其混合的冷却剂分离开来。

根据本发明的权利要求21，提供按权利要求20的废气处理方法，它包括一个将固液分离器所分离的液体温度提高到蒸发冷却剂但不蒸发有害气体组分的温度，由此分离出冷却剂的过程。

根据本发明，由于冷却剂能够有效地回收，该冷却剂得以高效利用。

根据本发明的权利要求22，提供按权利要求21的废气处理方法，它包括一个将从液体中分离出的冷却剂作为让废气经其流过的冷却剂进行循环的过程。

因为冷却剂以这种方法循环地使用，冷却剂得以高效利用。

根据本发明的权利要求23，提供按权利要求19-22任何一项的废气处理方法，其中冷却剂包括二甲醚、甲醇、乙醇、甲苯和乙苯中的任何一种。

要求冷却剂能在有害气体组分被液化或凝固的温度下不会凝固，以便能在第一过程中将冷却剂与液化或凝固的有害气体组分分离。此外，为了用冷却剂有效地液化或凝固有害气体组分，要求冷却剂具有容易吸收有害气体组分的特性。还有，为了在第二过程中有效地从废气中回收二氧化碳，要求该冷却剂具有几乎不吸收二氧化碳的特性。二甲醚、甲醇、乙醇、甲苯和乙苯中的任何一种都满足这一要求。

根据本发明的权利要求24，提供按权利要求19-23任何一项的废气处理方法，其中第一过程包括一个从废气中分离出废气所含水分的过程。

照此，在第一过程中，将废气中所含水分分离出来，这样就能够在第二过程中有效地回收二氧化碳。

根据本发明的权利要求25，提供按权利要求19-24任何一项的废气处理方法，其中第二过程包括一个将固体二氧化碳(干冰)进行液化的过程。

这样，通过将固体二氧化碳(干冰)液化，改进了二氧化碳的可储存性和可输送性且改进了可处置性。

根据本发明的权利要求26，提供按权利要求19-25任何一项的废气处理方法，其中在第一过程之前要进行一个将冷却至大约室温后的废气通过与水进行热交换来脱除废气中所含水分和有害气体组分的预处理过程。

通过进行这一预处理过程，水分和有害气体组分能够可靠地从废气中脱除。

根据本发明的权利要求27，提供按权利要求19-26任何一项的废气处理方法，其中第一和第二过程至少一个的废气或冷却剂因LNG用作气体燃料时所产生的蒸发热而被冷却。

这样，通过利用LNG用作气体燃料时所产生的蒸发热来冷却至少第一和第二过程之一的废气或冷却剂，冷却用能量得以节省。

根据本发明的权利要求28，提供了一种废气处理系统，它包括第一装置，该装置用来实施一个让燃LNG锅炉排放的废气流过冷却剂使之冷却到能使氮氧化物液化或凝固但不会凝固二氧化碳的第一温度，由此将废气中所含的有害气体组分氮氧化物液化或凝固而将它们从废气中分离出来的过程；和第二装置，该装置用来实施一个将废气冷却到能凝固二氧化碳的第二温度，由此使废气中所含二氧化碳凝固从而将它从废气中分离出来的过程。

根据本发明的权利要求29，提供按权利要求28的废气处理系统，它包括一个将第一装置凝固的氮氧化物引入到固液分离器，由此分离氮氧化物和冷却剂的装置。

根据本发明的权利要求30，提供按权利要求29的废气处理系统，它包括将固液分离器所分离的液体温度提高到可以蒸发冷却剂但不蒸发有害气体组分的温度，由此分离出冷却剂的装置。

根据本发明的权利要求31，提供按权利要求30的废气处理系统，它包括一个将从液体中分离出的冷却剂作为使废气经其流过的冷却剂进行循环的装置。

根据本发明的权利要求32，提供按权利要求28-31任何一项的废气处理系统，其中冷却剂包括二甲醚、甲醇、乙醇、甲苯和乙苯中的任何一种。

根据本发明的权利要求33，提供按权利要求28-32任何一项的废气处理系统，其中第一装置包括从废气中分离出废气所含水分的装置。

根据本发明的权利要求34，提供按权利要求28-33任何一项的废气处理系统，特征在于第二装置包括一个可将固体二氧化碳(干冰)液化的装置。

根据本发明的权利要求35，提供按权利要求28-34任何一项的废气处理系统，它包括一个在实施第一装置的过程之前要实施一个将冷却至大约室温后的废气通过与水进行热交换来脱除废气中所含水分和有害气体组分的预处理过程的装置。

根据本发明的权利要求36，提供按权利要求28-35任何一项的废气处理系统，其中在第一和第二装置至少一个中的废气或冷却剂因LNG用作气体燃料时所产生的蒸发热而被冷却。

根据本发明的权利要求37，提供一种废气处理系统，它包括第一装置，该装置将废气流过冷却剂使之冷却到能使氮氧化物和硫氧化物液化或凝固但不会凝固二氧化碳的温度，从而将废气中所含有害气体组分氮氧化物和硫氧化物液化或凝固而将它们从废气中分离出来的过程；和第二装置，该装置使已脱除氮氧化物和硫氧化物的废气流过一个耐压容器来冷却和凝固二氧化碳，气密关闭该耐压容器，升高固体二氧化碳的温度进行蒸发，由于二氧化碳在耐压容器中蒸发使得压力升高而使二氧化碳液化，和将已液化的二氧化碳排出到耐压容器外。

这样，在这一系统中，第一装置将含有害气体组分的气体冷却到可液化或凝固氮氧化物和硫氧化物但不凝固二氧化碳的温度，由此将废气中所含的作为有害气体组分的氮氧化物和硫氧化物液化或凝固从而将它们从废气中分离出来。因此，在第一装置中，二氧化碳留在废气中没有从废气中分离出来，随后在第二装置中，无疑是要回收二氧化碳。采用第二装置，二氧化碳能够在同一耐压容器中凝固和液化。根据本发明的废气处理系统，能够通过简单的装置从废气中分离二氧化碳，由此实现了在低成本下有效地和可靠地从废气中回收二氧化碳的工艺流程。并且，在不使用特殊液化装置的情况下，二氧化碳能够以能贮存和输送的液体形式排出。因此，本发明的废气处理系统能够有效地、可靠地从含有害气体组分如氮氧化物和硫氧化物的废气中回收二氧化碳，同时脱除该有害气体组分。

根据本发明的权利要求38，提供按权利要求37的废气处理系统，它包括一个将用第一装置从废气中分离出的有害气体组分温度提高到使与有害气体组分混合的冷却剂蒸发但有害气体组分不蒸发的温度，由此分离有害气体组分和冷却剂的装置。

用这种方法，能够将冷却剂可靠地从有害气体组分中分离并且可靠地回收，由此得以有效利用。

根据本发明的权利要求39，提供按权利要求37或38的废气处理系统，它包括一个将用第一装置从废气中分离出的有害气体组分的温度提高到蒸发硫氧化物但不蒸发氮氧化物的温度，由此将有害气体组分所含的硫氧化物和氮氧化物分离的装置。

用这种方法，能够从废气中分离出有害气体组分中所含的氮氧化物，由此能够将有害气体组分中所含的硫氧化物和氮氧化物分离。

根据本发明的权利要求40，提供废气处理系统，它包括第一装置，该装置该装置用来实施一个让燃LNG锅炉排放的废气流过冷却剂使之冷却到使氮氧化物液化或凝固但不会凝固二氧化碳的第一温度，由此将废气中所含的有害气体组分氮氧化物液化或凝固而将它们从废气中分离出来的过程；和第二装置，该装置将已脱除氮氧化物的废气流过一个耐压容器来冷却和凝固二氧化碳，气密关闭该耐压容器，升高固体二氧化碳的温度进行蒸发，由于二氧化碳在耐压容器中蒸发使得压力升高而使二氧化碳液化，和将已液化的二氧化碳排出到耐压容器外。

在这一系统中，第一个装置将燃LNG锅炉排放的气体冷却到可液化或凝固氮氧化物但不凝固二氧化碳的第一温度，由此将废气中所含的作为有害气体组分的氮氧化物液化或凝固从而将它们从废气中分离出来。因此，在第一装置中，二氧化碳留在废气中没有从废气中分离出来，随后在第二装置中，无疑是要回收二氧化碳。采用第二装置，二氧化碳能够在同一耐压容器中凝固和液化。根据本发明的废气处理系统，能够通过简单的装置从废气中分离二氧化碳，由此实现了在低成本下有效地和可靠地从废气中回收二氧化碳的工艺流程。并且，在不使用特殊液化装置的情况下，二氧化碳能够以能贮存和输送的液体形式排出。因此，本发明的废气处理系统能够有效地、可靠地从含有害气体组分如氮氧化物的废气中回收二氧化碳，同时脱除该有害气体组分。

根据本发明的权利要求41，提供按权利要求40的废气处理系统，它包括一个将第一装置凝固的氮氧化物引入到固液分离器，由此分离氮氧化物和冷却剂的装置。

用这种方法，毒气体组分和与其混合的冷却剂能够有效地、可靠地分离。

根据本发明的权利要求42，提供按权利要求41的废气处理系统，它包括一个将固液分离器所分离的液体温度提高到蒸发冷却剂但不蒸发有害气体组分的温度，由此分离出冷却剂的装置。

用这种方法，能够有效地回收冷却剂，因此得以有效利用。

根据本发明的权利要求43，提供按权利要求37-42任何一项的废气处理系统，特征在于冷却剂包括二甲醚、甲醇、乙醇、甲苯和乙苯中的任何一种。

要求冷却剂能在有害气体组分被液化或凝固的温度下不会凝固，以便能在第一过程中将冷却剂与液化或凝固的有害气体组分分离。此外，为了用冷却剂有效地液化或凝固有害气体组分，要求冷却剂具有容易吸收有害气体组分的特性。还有，为了在第二过程中有效地从废气中回收二氧化碳，要求该冷却剂具有几乎不吸收二氧化碳的特性。二甲醚、甲醇、乙醇、甲苯和乙苯中的任何一种都满足这一要求。

根据本发明的权利要求44，提供按权利要求37-43任何一项的废气处理系统，其中用第二装置进行的二氧化碳冷却和凝固是通过让含二氧化碳的气体接触耐压容器所提供的有冷却剂流过的冷却剂流管外部来进行的。

这样，干冰沉积在冷却剂流管的外部，传热管的内部通路不会阻塞。因此，很容易进行连续或自动操作。

根据本发明的权利要求45，提供按权利要求37-44任何一项的废气处理系统，其中冷却剂流管为回形排布。

这样，将冷却剂流管回形排布可以确保气体和冷却剂流管之间有足够的接触面积，因而可有效地凝固二氧化碳。

根据本发明的权利要求46，提供一种分离二氧化碳的方法，该方法包括让含有二氧化碳的气体流过一个耐压容器来冷却和凝固二氧化碳，气密关闭该耐压容器，升高固体二氧化碳的温度进行蒸发，由于二氧化碳在耐压容器中蒸发使得压力升高而使二氧化碳液化，和将已液化的二氧化碳排出到耐压容器外。

根据本发明，二氧化碳能够在同一耐压容器中凝固和液化。以上方法能够由简单装置实施，并且能够以低成本高效和可靠地从气体中分离出二氧化碳。此外，在不使用特殊液化装置的情况下，二氧化碳能以可贮存和可输送的液体形式排出。

根据本发明的权利要求47，提供按权利要求46的分离二氧化碳的方法，其中冷却和凝固操作是通过让含二氧化碳的气体接触耐压容器所提供的有冷却剂流过的冷却剂流管外部来进行的。

根据本发明，干冰沉积在冷却剂流管的外部，传热管的内部通路不会阻塞。因此，很容易进行连续或自动操作。

根据本发明的权利要求48，提供按权利要求47的分离二氧化碳的方法，其中冷却剂流管为回形排布。

这样，将冷却剂流管回形排布可以确保气体和冷却剂流管之间有足够的接触面积，因而可有效地凝固二氧化碳。

根据本发明的权利要求49，提供按权利要求46的分离二氧化碳的方法，其中通过耐压容器中配置的传热管或电加热器来升高凝固二氧化碳的温度。

根据本发明的权利要求50，提供按权利要求46的分离二氧化碳的方法，其中耐压容器有一个让含有二氧化碳的气体流入到耐压容器中的气体进口、一个使耐压容器中的气体排出耐压容器外的气体出口和一个使液化二氧化碳排出耐压容器外的液体出口。

根据本发明的权利要求51，提供按权利要求46或47的分离二氧化碳的方法，其中气体包括氮氧化物或硫氧化物。

根据本发明的权利要求52，提供一种分离二氧化碳的方法，该方法使用了一个具有让气体流入其中的气体进口、使其中的气体排出的气体出口和使其中的液体排出的液体出口的耐压容器，一个安装在耐压容器中的冷却器和一个用于提高耐压容器内部温度的传热设备；所述方法包括让含有二氧化碳的气体经气体进口流入耐压容器；使气体接触冷却器，从而冷却和凝固二氧化碳；关闭气体进口和气体出口，从而使耐压容器气密关闭；用传热设备升高固体二氧化碳的温度进行蒸发；由于二氧化碳在耐压容器中蒸发使得压力升高而使二氧化碳液化；和经气体出口将液化二氧化碳排出到耐压容器外。

根据本发明的权利要求53，提供一种分离二氧化碳的装置，包括一个具有让气体流入其中的气体进口、使其中的气体排出的气体出口、使其中的液体排出的液体出口、控制流经气体进口的气体量的控制阀、控制经由气体出口排出的气体量的控制阀和控制经由液体出口排出的液体量的控制阀的耐压容器；一个安装在耐压容器中的冷却器和一个用于提高耐压容器内部温度的传热设备。

                        附图简述

图1示出根据本发明一个实施方案的废气处理系统的布局图；

图2A示出了当将二氧化硫浓度为80ppm的模拟气体流过根据本发明实施方案的DME时，模拟气体中二氧化硫浓度变化的测量结果；

图2B示出了一个根据本发明实施方案的用于测量二氧化硫和一氧化氮在冷却剂中溶解量的装置图；

图2C示出了根据本发明实施方案的模拟废气的组成；

图2D示出了根据本发明实施方案测量二氧化硫和一氧化氮在冷却剂中溶解量的结果；

图2E示出了一个根据本发明实施方案用于测量二氧化碳回收率与模拟气体温度关系关系的干冰升华器24的布局图；

图2F是根据本发明实施方案由图2E中箭头A指示方向上观察时干冰升华器24的侧视图；

图2G示出了根据本发明的实施方案测量二氧化碳回收率与模拟气体温度关系的结果；

图3示出根据本发明一个实施方案的废气处理系统的布局图；

图4A示出了当将二氧化硫浓度为80ppm的模拟气体流过根据本发明实施方案的DME时，模拟气体中二氧化硫浓度变化的测量结果；

图4B示出了一个根据本发明实施方案的用于测量二氧化硫和一氧化氮在冷却剂中溶解量的装置图；

图4C示出了根据本发明实施方案的模拟废气的组成；

图4D示出了根据本发明实施方案测量二氧化硫和一氧化氮在冷却剂中溶解量的结果；

图4E示出了一个根据本发明实施方案用于测量二氧化碳回收率与模拟气体温度关系的干冰升华器24的布局图；

图4F是根据本发明实施方案由图2E中箭头A指示方向上观察时干冰升华器24的侧视图；

图4G示出了根据本发明的实施方案测量二氧化碳回收率与模拟气体温度关系的结果；

图5示出根据本发明一个实施方案的废气处理系统的布局图；

图6示出了当将二氧化硫浓度为80ppm的模拟气体流过根据本发明实施方案的DME时，模拟气体中二氧化硫浓度变化的测量结果；

图7示出根据本发明的一个实施方案的二氧化碳分离器30的布局图；

图8示出根据本发明的一个实施方案用二氧化碳分离器30分离废气中所含二氧化碳方法的工艺流程；

图9是二氧化碳的T-P(温度-压力)图；

图10示出根据本发明的一个实施方案的废气处理系统的布局图；和

图11是图解一种分离二氧化碳的技术。

<参考数字的解释>

10废气源，11热交换器，

13冷凝器，14出料贮罐，

17脱水塔，18DME冷却塔，

20DME分离塔，22组分分离塔，

23可逆热交换器，24干冰升华器，

25旋风分离器，26干冰熔化设备，

27液化碳酸储罐，28固液分离器，

30二氧化碳分离器，40制冷器，

50出料处理装置，51烟囱。

              实施本发明的最佳方式

下面将参考附图来详细描述根据本发明的废气处理系统的优选实施方案。

＝第一实施方案＝

图1示出了根据本发明第一实施方案的废气处理系统的示意图。本实施方案的废气处理系统提供一个能从废气源10如发电厂、化工装置等的燃煤锅炉或烧重油锅炉以及炼铁厂的鼓风炉、炼焦炉、转换器等排放的包括有害气体组分如氮氧化物和硫氧化物的废气中有效回收所含二氧化碳同时能有效脱除废气中所含水分和有害气体组分的工艺流程。

在本方案的废气处理系统中，在其预处理过程中，将从废气源10排放的包括有害气体组分如氮氧化物和硫氧化物的废气引入到热交换器11所含的工业用水和冷凝器13中，从而冷却到室温左右。然后，在第一过程中，将冷却至室温左右的废气在脱水塔17中冷却到不会使二氧化碳凝固的第一温度，从而使废气中所含水分和氮氧化物和硫氧化物液化或凝固并从废气中分离出来。接着，在第二过程中，将已分离出水分、氮氧化物和硫氧化物的废气在干冰升华器24中冷却到比第一温度低的第二温度，从而使废气中所含的二氧化碳凝固并从废气中分离出来。

尽管第一过程中分离出的有害气体组分与冷却剂混合在一起。但优选将冷却剂进行循环并得以有效利用，以便能高效地操作废气处理系统。因此，在本实施方案中，利用冷却剂和有害气体组分之间的蒸发温度差，采用蒸发方法使冷却剂与有害气体组分分离并被回收，且回收的冷却剂再次被用作冷却剂。需要指出的是，尽管蒸发方法需要热能，但可通过采用低沸点冷却剂来减少该热能。

为了在第二过程中有效地回收废气中所含的二氧化碳，当液化或凝固水分和有害气体组分时二氧化碳必须不能液化或凝固。热电站废气中的二氧化碳在低于预定温度时会凝固成干冰。因此，为了不让二氧化碳凝固，脱水塔17出口处的气体温度必须高于该预定温度。

在第一过程中，要求冷却剂在有害气体组分被液化或凝固的温度下本身不凝固，以便从液化或凝固的有害气体组分中分离出冷却剂。此外，为了有效地液化或凝固有害气体组分，要求冷却剂具有容易吸收有害气体组分的特性。并且，为了在第二过程中有效地从废气中回收二氧化碳，要求冷却剂具有二氧化碳不易溶解其中的性能。

满足这些要求的特定冷却剂是二甲醚(以下称作DME)。可使用除二甲醚以外其它物质作为冷却剂，只要它们满足冷却剂的要求就行。例如，能满足这些要求的无机盐(氯化钠，氯化钾等)、溴化合物(溴化锂，溴代溴化物(bromo bromide)，等等)、醚(二甲醚、甲基醚等)、醇(甲醇、乙醇等)、硅油、石蜡烃(丙烷、丁烷等)、烯属烃等可用作冷却剂。为了将液化或凝固的有害气体组分与冷却剂分离，冷却剂与有害气体组分间有很大沸点差更为有利。从此类观点考虑，醚和醇优选作为冷却剂。

图2A示出了当使二氧化碳浓度为10％的模拟气体流过根据本发明实施方案的DME时模拟气体中二氧化碳浓度变化的测量结果。如该图中所示，当模拟气体开始流过DME时，由于模拟气体溶于DME中故模拟气体中二氧化碳的浓度暂时下降，过一段时间后，逐渐变成接近循环通过DME之前时的浓度(10％)。这是因为二氧化碳在DME中饱和之后，几乎不再有二氧化碳溶于DME。为了证实DME易吸收有害气体组分如氮氧化物和硫氧化物，本发明人做了一个让包括有害气体组分(二氧化氮：60ppm，二氧化硫：80ppm，氨：10ppm)的模拟气体循环通过DME的实验。结果证实了在模拟气体开始流过DME之后的约1小时中模拟气体中所有有害气体组分浓度变成1ppm或更低。

接着，详细描述本实施方案的废气处理系统的具体流程。首先，在预处理中，从废气源10排放的包括有害气体组分如氮氧化物和硫氧化物的废气被引入到热交换器11中，在热交换器11中引入了借助海水泵12供应的海水(例如，25℃)和从制冷器40循环来的冷却剂如乙二醇。从废气源10引入的废气(例如55℃)穿过热交换器11因此而被海水和冷却剂冷却至室温左右。

随后将在热交换器11中冷却至室温左右的废气引入到冷凝器13中，并将引入冷凝器13的废气导入冷凝器13所含的工业用水中。由此，将废气中所含的水分、有害气体组分、粉尘和类似物脱除。从废气中移出的包括水分、有害气体组分、粉尘和类似物的液化水暂时贮存在出料贮槽14中，随后用出料泵15引入到出料处理装置50中。最后将穿过冷凝器13的废气用废气鼓风机16引入到脱水塔17中。需要指出的是，在冷凝器13中与工业用水的热交换使废气从室温左右冷却到例如5℃。

在脱水塔17中，废气被进一步脱水并脱除有害气体组分。通过脱除在废气中所含的水分，废气中所含的二氧化碳随后能够有效地回收。

废气是在脱水塔17的下端被引入脱水塔17中。使引入脱水塔17的废气(例如，5℃)流过按鼓泡方法装入脱水塔17的用来冷却废气的冷却剂DME。引入到脱水塔17的废气通过与DME热交换而被冷却至冷却温度，在该温度下在废气中所含的水分和有害气体组分如氮氧化物和硫氧化物被液化或凝固，而二氧化碳没有凝固。通过将废气冷却到该温度，有害气体组分被液化或凝固且因此与废气分离，而二氧化碳在废气中保持为气体。

为了证实脱水塔17具有从废气中脱除有害气体组分的功能，测量溶于冷却剂的二氧化硫(SO₂)和一氧化氮(NO)量。图2B示出了用于这一测量的装置图。如该图中所示，此装置210有一个能产生模拟废气的混合器211、一个模拟脱水塔17的冷却模拟废气用冷却容器212(例如，试管或烧杯)、一个将模拟废气引入到冷却容器212的进气管213和一个将累积在冷却容器212上部的气体排放到冷却容器以外的排气管214，它们按照在图中所示那样来连接。

冷却容器212含有甲苯(0到5℃，100cc的量)作为冷却剂。进气管设定为其开口位于甲苯的液面以下。此外，由混合器所混合的二氧化碳(CO₂)、二氧化硫(SO₂)、一氧化氮(NO)和氮气(N₂)的混合物用作模拟废气。图2C示出了模拟废气的组成。在模拟废气以1l/h的恒定速度引入的条件下进行测量。

图2D示出了测量结果。在该图中，以冷却剂(甲苯)温度与二氧化硫(SO₂)和一氧化氮(NO)溶解量(ppm)之间关系的曲线图示出测量结果。在该曲线图中绘出的两条曲线分别表示根据SRK(Soave-Redlich-Kwong)所计算的二氧化硫(SO₂)和一氧化氮(NO)溶解量(ppm)的理论值。在曲线图上标记的圆圈表示通过测量所获得的实测值，二氧化硫(SO₂)溶解量的实测值是48(ppm)和一氧化氮(NO)溶解量的实测值是0.1(ppm)。这里，在与标记圆圈对应的温度下，二氧化硫(SO₂)溶解量的理论值是36(ppm)和一氧化氮(NO)溶解量的理论值是0.07(ppm)。可以看出，实测值之中的任何一个几乎与它的理论值相符。

从以上测量得到证实，可以根据冷却剂温度从理论上获得二氧化硫(SO₂)和一氧化氮(NO)溶解量，并且能够在脱水塔17中将有害气体组分从废气中有效地分离出去。

将DME在DME冷却塔18中冷却并循环供应到脱水塔17中。用循环泵19将制冷器/热交换器40冷却的冷却剂(液氮)经DME冷却塔18进行循环。DME通过与冷却剂热交换而被冷却。

通过使废气流过脱水塔17，DME进而含有水分和液化或凝固的有害气体组分，之后被引入到固液分离塔20中以供再使用。被引入到DME分离塔20中的DME通过与海水间接热交换来升高温度(例如，升高到-20℃)。在此温度下，水分和有害气体组分是液体或固体，而DME是气体。因此，DME上升到DME分离塔20的上部，由此与其它组分分离。将上升到DME分离塔20上部的DME自该处回收并引入到DME冷却塔18中，并再引入脱水塔17。按此方式，循环使用DME。这样，通过循环利用冷却剂DME，本实施方案的废气处理系统整体进行操作来高效利用冷却剂。

将留在DME分离塔20中的来自脱水塔17的液体或固体水分和有害气体组分用输送泵21引入到组分分离塔22中。引入组分分离塔22的水分和有害气体组分通过在组分分离塔22中与海水间接热交换来升高温度(例如提高到5℃)。在这一温度下，水分和二氧化氮是液体而二氧化硫是气体。将二氧化硫气体从组分分离塔22上边排出并引入到热交换器11中，由此用作冷却剂来冷却来自废气源10的废气(例如为5℃)。通过以这一方式将二氧化硫用作冷却剂，整个系统的冷却用能耗得以减少，由此实现高效处理。

将用作冷却剂之后的废气通过热交换升高温度(升高至例如45℃)，并经烟囱51排出到系统外。同时，将除二氧化硫外留在组分分离塔22中的液化水和有害气体组分如二氧化氮引入到出料处理装置50中。

将升至脱水塔17上部的包括二氧化碳的废气引入到可逆热交换器23中。引入可逆热交换器23的废气通过在可逆热交换器23中与来自旋风分离器25(下文描述)的废气进行热交换而被冷却，然后被引入干冰升华器24中。引入干冰升华器24中的废气通过与借助制冷器/热交换器40在干冰升华器24中循环通过的冷却剂(液氮)进行间接热交换而被冷却。

为了证实干冰升华器24中的二氧化碳(CO₂)回收率，测量二氧化碳(CO₂)回收率与模拟气体温度的关系。图2E、2F示出了用于这一测量的干冰升华器24的布局。图2E是干冰升华器24的侧视图且图2F是由图2E中箭头A指示方向看到的干冰升华器24的侧视图。如图所示，干冰升华器24包括两个直立布置的第一圆柱体241(例如由SUS304制成)，在第一圆柱体241之下水平布置(即，垂直于第一圆柱体241)的第二圆柱体242，它与第一圆柱体241的内部联通。在第一圆柱体241内布置有冷却剂(例如液氮)循环通过的冷却剂流管244(材料：铜；长900mm，20圈，外部面积7.1m²)。冷却剂流管244外表面上形成螺旋状鳍状物(未示出)来增加与二氧化碳(CO₂)的接触面积。第一圆柱体241和第二圆柱体242的两端端各自用塞子246封闭。

15％二氧化碳(CO₂)和85％氮气(N₂)的混合物用作模拟气体。当模拟气体以670升/分钟的流速自第一圆柱体241之一的预定位置处所设定的入口248引入并从另一个第一圆柱体241的预定位置处所设定的出口249排出而使其流过设备时进行测量。引入干冰升华器24内部空间247的模拟气体通过与冷却剂流管244的外部接触而被冷却到能使二氧化碳(CO₂)凝固但氮气(N₂)不会凝固的温度。这样，模拟气体中的二氧化碳就变成干冰，沉积在第二圆柱体242内。同时，模拟气体中的氮气组分从出口249排出。

图2G示出了测量结果。在该图中，使用二氧化碳(CO₂)浓度为15％的模拟气体，用曲线图表示从出口249排出的模拟气体的温度与二氧化碳(CO₂)回收率之间的关系。正如该测量结果所示，证实了用干冰升华器24能够有效地回收二氧化碳(CO₂)。

将干冰升华器24中产生的干冰引入旋风分离器25，分离干冰和废气。其中，废气被引入可逆热交换器23中并如前所述起冷却剂作用。由于干冰升华器24中所冷却的废气用作可逆热交换器23中的冷却剂，整个系统的冷却能耗得以减少，因此实现了高效处理。将可逆热交换器23中用作冷却剂的废气引入热交换器11并在热交换器11中再次用作冷却剂。然后，通过烟囱51将它排放到系统以外。将废气排放到大气中是为了将一部分废气排放到系统以外以减少废气在系统中的积聚。因此，排放到大气的废气中二氧化碳的浓度非常低。

将旋风分离器25所分离出的干冰引入干冰熔化设备26中，使干冰加压并液化。通过将干冰液化，使二氧化碳在可储存性和可输送性方面得以改进，并且变得易于处置。为了高效地液化大量所产生的干冰，一种在日本专利申请公开出版物No.2000-317302等中公开的采用螺杆型推出机构的设备或类似设备可用作干冰熔化设备26。液化后的二氧化碳被贮存在液化碳酸储罐27中并可作为液化碳酸用于各种目的。

若不用图1所示的包括干冰升华器24、旋风分离器25和干冰熔化设备26的布局，可改换采用图2E的干冰升华器24的布局，在这种情况下，可以使用三个或三个以上的第一圆柱体241，不限于它们两个。

这里，制冷器40通过利用能量如电能反复地压缩和膨胀氮气使氮气冷却为冷却剂。冷却操作所产生的液氮用于冷却经由热交换器11循环的乙二醇和将冷却剂例如经DME冷却塔18、干冰升华器24等循环的与此液氮分处不同通道的液氮进行冷却。制冷器40包括涡轮式压缩机41(氮气增压设备)、循环氮气压缩机42、用于膨胀冷却剂来获得低温的制冷设备43、以液氮作为冷却剂与乙二醇和借助另外通道循环的液氮进行热量交换的热交换器44等等。

如上所述，本实施方案的废气处理系统能够从燃煤锅炉、重油燃烧锅炉或炼铁厂的鼓风炉、炼焦炉或转换器排放的包括有害气体组分如氮氧化物和硫氧化物的废气中有效脱除水分和有害气体组分，并且能够在有效脱除水分和有害气体组分的同时从废气中有效地回收二氧化碳。

这里，需要从废气中脱除的有害气体例如包括一氧化碳、氮氧化物(NO_x)如一氧化氮、硫氧化物(SO_x)如一氧化硫和卤素化合物如氟化氢。通过适当设定二氧化碳的凝固温度和有害气体组分的液化或凝固温度并选择合适的冷却剂，能够有效地脱除有害气体组分。也就是说，通过让包括另一类型有害气体的废气流过冷却剂使之冷却至第一温度，该废气中所含的有害气体被液化或凝固并从废气中分离出来，并且通过将废气冷却至低于第一温度的第二温度，使废气中所含的二氧化碳被凝固并从废气中分离出来，这样得以实现本废气处理系统。

＝第二实施方案＝

图3示出了根据本发明第二实施方案的废气处理系统的示意图。本实施方案的废气处理系统提供一个能从废气源10如发电厂、化工装置等燃LNG锅炉排放的包括有害气体组分如氮氧化物的废气中有效回收所含二氧化碳同时能有效脱除废气中所含水分和有害气体组分的工艺流程。

在本方案的废气处理系统中，在其预处理过程中，将从废气源10排放的包括有害气体组分如氮氧化物的废气引入到热交换器11所含的工业用水和冷凝器13中，从而冷却到室温左右。然后，在第一过程中，将冷却至室温左右的废气在脱水塔17中冷却到不会使二氧化碳凝固的第一温度，从而使废气中所含水分和氮氧化物液化或凝固并从废气中分离出来。接着，在第二过程中，将已分离出水分和氮氧化物的废气在干冰升华器24中冷却到比第一温度低的第二温度，从而使废气中所含的二氧化碳凝固并从废气中分离出来。

第一过程中分离出的有害气体组分与冷却剂混合在一起。优选将冷却剂进行循环并得以有效利用，以便能高效地操作废气处理系统。因此，在这一实施方案中，利用冷却剂和有害气体组分之间的蒸发温度差，采用蒸发方法使冷却剂与有害气体组分分离并被回收，且回收的冷却剂再次被用作冷却剂。需要指出的是，尽管蒸发方法需要热能，但可通过采用低沸点冷却剂来减少该热能。

为了在第二过程中有效地回收废气中所含的二氧化碳，当液化或凝固水分和有害气体组分时二氧化碳必须不能液化或凝固。燃LNG锅炉废气中的二氧化碳在低于预定温度时会凝固成干冰。因此，为了不让二氧化碳凝固，脱水塔17出口处的气体温度必须高于该预定温度。

在第一过程中，要求冷却剂在有害气体组分被液化或凝固的温度下本身不凝固，以便从液化或凝固的有害气体组分中分离出冷却剂。此外，为了有效地液化或凝固有害气体组分，要求冷却剂具有容易吸收有害气体组分的特性。并且，为了在第二过程中有效地从废气中回收二氧化碳，要求冷却剂具有二氧化碳不易溶解其中的性能。

满足这些要求的特定冷却剂是二甲醚(以下称作DME，冷冻点：-141.5℃，沸点：-24.9℃)。可使用除二甲醚以外其它物质作为冷却剂，只要它们满足冷却剂的要求就行。例如，能满足这些要求的无机盐(氯化钠，氯化钾等)、溴化合物(溴化锂，溴代溴化物(bromobromide)，等等)、醚(二甲醚、甲基醚等)、醇(甲醇、乙醇等)、硅油、石蜡烃(丙烷、丁烷等)、烯属烃等可用作冷却剂。为了将液化或凝固的有害气体组分与冷却剂分离，冷却剂与有害气体组分间有很大沸点差更为有利。从此类观点考虑，醚和醇优选作为冷却剂。

图4A示出了当使二氧化碳浓度为10％的模拟气体流过根据本发明实施方案的DME时模拟气体中二氧化碳浓度变化的测量结果。如该图中所示，当模拟气体开始流过DME时，由于模拟气体溶于DME中故模拟气体中二氧化碳的浓度暂时下降，过一段时间后，逐渐变成接近循环通过DME之前时的浓度(10％)。这是因为二氧化碳在DME中饱和之后，几乎不再有二氧化碳溶于DME。为了证实DME易吸收有害气体组分如氮氧化物，本发明人做了一个让包括有害气体组分(二氧化氮：60ppm，二氧化硫：80ppm，氨：10ppm)的模拟气体循环通过DME的实验。结果证实了在模拟气体开始流过DME之后的约1小时中模拟气体中所有有害气体组分浓度变成1ppm或更低。

接着，详细描述本实施方案的废气处理系统的具体流程。首先，在预处理中，从废气源10如燃LNG锅炉排放的包括有害气体组分如氮氧化物的废气被引入到热交换器11中，在热交换器11中引入了借助海水泵12供应的海水(例如，25℃)和从制冷器40循环来的冷却剂如乙二醇。从废气源10引入的废气(例如55℃)穿过热交换器11因此而被海水和冷却剂冷却至室温左右。

随后将在热交换器11中冷却至室温左右的废气引入到冷凝器13中，并将引入冷凝器13的废气导入冷凝器13所含的工业用水中。由此，将废气中所含的水分、有害气体组分、粉尘和类似物脱除。从废气中移出的包括水分、有害气体组分、粉尘和类似物的液化水暂时贮存在出料贮槽14中，随后用出料泵15引入到出料处理装置50中。最后将穿过冷凝器13的废气用废气鼓风机16引入到脱水塔17中。需要指出的是，在冷凝器13中与工业用水的热交换使废气冷却到室温左右(例如5℃)。

在脱水塔17中，废气被进一步脱水并脱除有害气体组分。通过脱除在废气中所含的水分，废气中所含的二氧化碳能够随后有效地回收。

废气是在脱水塔17的下端被引入脱水塔17中。使引入脱水塔17的废气(例如，5℃)流过按鼓泡方法装入脱水塔17的用来冷却废气的冷却剂DME。引入到脱水塔17的废气通过与DME热交换而被冷却至冷却温度，在该温度下在废气中所含的水分和有害气体组分如氮氧化物被液化或凝固，而二氧化碳没有凝固。通过将废气冷却到该温度，有害气体组分被液化或凝固且因此与废气分离，而二氧化碳在废气中保持为气体。

为了证实脱水塔17具有从废气中脱除有害气体组分的功能，测量溶于冷却剂的二氧化硫(SO₂)和一氧化氮(NO)量。图4B示出了用于这一测量的装置图。如该图中所示，此装置210有一个能产生模拟废气的混合器211、一个模拟脱水塔17的冷却模拟废气用冷却容器212(例如，试管或烧杯)、一个将模拟废气引入到冷却容器212的进气管213和一个将累积在冷却容器212上部的气体排放到冷却容器以外的排气管214，它们按照在图中所示那样来连接。

冷却容器212含有甲苯(0到5℃，100cc的量)作为冷却剂。进气管设定为其开口位于甲苯的液面以下。此外，由混合器所混合的二氧化碳(CO₂)、二氧化硫(SO₂)、一氧化氮(NO)和氮气(N₂)的混合物用作模拟废气。图4C示出了模拟废气的组成。在模拟废气以1l/h的恒定速度引入的条件下进行测量。

图4D示出了测量结果。在该图中，以冷却剂(甲苯)温度与二氧化硫(SO₂)和一氧化氮(NO)溶解量(ppm)之间关系的曲线图示出测量结果。在该曲线图中绘出的两条曲线分别表示根据SRK(Soave-Redlich-Kwong)所计算的二氧化硫(SO₂)和一氧化氮(NO)溶解量(ppm)的理论值。在曲线图上标记的圆圈表示通过测量所获得的实测值，二氧化硫(SO₂)溶解量的实测值是48(ppm)和一氧化氮(NO)溶解量的实测值是0.1(ppm)。这里，在与标记圆圈对应的温度下，二氧化硫(SO₂)溶解量的理论值是36(ppm)和一氧化氮(NO)溶解量的理论值是0.07(ppm)。可以看出，实测值之中的任何一个几乎与它的理论值相符。

从以上测量得到证实，可以根据冷却剂温度从理论上获得二氧化硫(SO₂)和一氧化氮(NO)溶解量，并且能够在脱水塔17中将有害气体组分从废气中有效地分离出去。

将来自冷却DME用的DME冷却塔18的DME循环供应到脱水塔17中。用循环泵19将制冷器/热交换器44冷却的冷却剂(液氮)经DME冷却塔18进行循环。DME通过与冷却剂热交换而被冷却。

通过使废气流过脱水塔17，DME进而含有水分和液化或凝固的有害气体组分，随后被引入到固液分离塔28中。注意在这一阶段中，DME和水分及有害气体组分凝固物处于沙冰状态(淤浆)。固液分离塔28将DME与水分和有害气体组分凝固物分离开来。由固液分离塔28分离出的DME被引入到DME分离塔20以便再使用该DME。被引入到DME分离塔20的DME会残留一些水分和有害气体组分。

从脱水塔17引入到DME分离塔20的DME通过与海水间接热交换来使温度升高(例如升高到5℃)。在这一温度下，水分和有害气体组分是液体或固体，而DME是气体。因此，DME气体上升到DME分离塔20的上部，由此被分离出去。将上升到DME分离塔20上部的DME自该处回收并引入到DME冷却塔18中，并再引入脱水塔17。按此方式，循环使用DME。这样，通过循环利用冷却剂DME，本实施方案的废气处理系统整体进行操作来高效利用冷却剂。同时，将留在DME分离塔20中的液体或固体水分和有害气体组分引入到出料处理装置50中。

将上升至脱水塔17上部的包括二氧化碳的废气引入到可逆热交换器23中。引入可逆热交换器23的废气通过在可逆热交换器23中与来自旋风分离器25(下文描述)的废气进行热交换而被冷却，然后被引入干冰升华器24中。引入干冰升华器24中的废气通过与借助制冷器/热交换器40在干冰升华器24中循环通过的冷却剂(液氮)进行间接热交换而被冷却。

为了证实干冰升华器24中的二氧化碳(CO₂)回收率，测量二氧化碳(CO₂)回收率与模拟气体温度的关系。图4E、4F示出了用于这一测量的干冰升华器440的布局。图4E是干冰升华器440的侧视图且图4F是由图4E中箭头A指示方向看到的干冰升华器440的侧视图。如图所示，干冰升华器440包括两个直立布置的第一圆柱体441(例如由SUS304制成)，在第一圆柱体441之下水平布置(即，垂直于第一圆柱体441)的第二圆柱体442，它与第一圆柱体441的内部联通。在第一圆柱体441内布置有冷却剂(例如液氮)循环通过的冷却剂流管444(材料：铜；长900mm，20圈，外部面积7.1m²)。冷却剂流管444外表面上形成螺旋状鳍状物(未示出)来增加与二氧化碳(CO₂)的接触面积。第一圆柱体441和第二圆柱体442的两端各自用塞子446封闭。

15％二氧化碳(CO₂)和85％氮气(N₂)的混合物用作模拟气体。当模拟气体以670升/分钟的流速自第一圆柱体441之一的预定位置处所设定的入口448引入并从另一个第一圆柱体441的预定位置处所设定的出口449排出而使其流过设备时进行测量。引入干冰升华器440内部空间447的模拟气体通过与冷却剂流管444的外部接触而被冷却到能使二氧化碳(CO₂)凝固但氮气(N₂)不会凝固的温度。这样，模拟气体中的二氧化碳就变成干冰，沉积在第二圆柱体442内。同时，模拟气体中的氮气组分从出口449排出。

图4G示出了测量结果。在该图中，使用二氧化碳(CO₂)浓度为15％的模拟气体，用曲线图表示从出口449排出的模拟气体的温度与二氧化碳(CO₂)回收率之间的关系。正如该测量结果所示，证实了用干冰升华器24能够有效地回收二氧化碳(CO₂)。

将干冰升华器24中产生的干冰引入旋风分离器25，分离干冰和废气。其中，废气被引入可逆热交换器23中并如前所述起冷却剂作用。由于干冰升华器24中所冷却的废气用作可逆热交换器23中的冷却剂，整个系统的冷却能耗得以减少，因此实现了高效处理。将可逆热交换器23中用作冷却剂的废气引入热交换器11并在热交换器11中再次用作冷却剂。然后，通过烟囱51将它排放到系统以外。将废气排放到大气中是为了将一部分废气排放到系统以外以减少废气在系统中的积聚。因此，排放到大气的废气中二氧化碳的浓度非常低。

将旋风分离器25所分离出的干冰引入干冰熔化设备26中，使干冰加压并液化。通过将干冰液化，使二氧化碳在可储存性和可输送性方面得以改进，并且变得易于处置。为了高效地液化大量所产生的干冰，一种在日本专利申请公开出版物No.2000-317302等中公开的采用螺杆型推出机构的设备或类似设备可用作干冰熔化设备26。液化后的二氧化碳被贮存在液化碳酸储罐27中并可作为液化碳酸用于各种目的。

若不用图3所示的包括干冰升华器24和旋风分离器25的布局，可改换采用图4E的干冰升华器440的布局，在这种情况下，可以使用三个或三个以上的第一圆柱体441，不限于它们两个。

这里，通过利用LNG 60的蒸发热，制冷器/热交换器44将循环通过热交换器11的乙二醇和循环通过DME冷却塔18、干冰升华器24等的冷却剂如液氮进行冷却。例如在使用LNG作为气体燃料的发电厂中，LNG是在-150℃到-165℃温度的液态下运输并储存于LNG罐或类似设备中。当LNG用作气体燃料时，LNG从大气或海水获得蒸发热来升高温度并气化，同时制冷器/热交换器44利用这一蒸发热来冷却冷却剂如乙二醇和液氮。也就是说，废气或冷却剂是通过利用LNG用作气体燃料时所产生的蒸发热来冷却的。通过使用LNG的蒸发热来凝固和分离废气中所含的二氧化碳的技术已公开在例如日本专利申请公开出版物No.H08-12314等中。

如上所述，本实施方案的废气处理系统能够从燃LNG锅炉或类似设备排放的包括有害气体组分如氮氧化物的废气中有效脱除水分和有害气体组分，并且能够在有效脱除水分和有害气体组分的同时从废气中有效地回收二氧化碳。

这里，需要从废气中脱除的有害气体例如包括一氧化碳、氮氧化物(NO_x)如一氧化氮、硫氧化物(SO_x)如一氧化硫和卤素化合物如氟化氢。通过适当设定二氧化碳的凝固温度和有害气体组分的液化或凝固温度并选择合适的冷却剂，能够有效地脱除有害气体组分。也就是说，通过让包括另一类型有害气体的废气流过冷却剂使之冷却至第一温度，该废气中所含的有害气体被液化或凝固并从废气中分离出来，并且通过将废气冷却至低于第一温度的第二温度，使废气中所含的二氧化碳被凝固并从废气中分离出来，这样得以实现本废气处理系统。

＝第三实施方案＝

图5示出了根据本发明第三实施方案的废气处理系统的示意图。本实施方案的废气处理系统提供一个能从废气源10如发电厂、化工装置等的燃煤锅炉或烧重油锅炉以及炼铁厂的鼓风炉、炼焦炉、转换器等排放的包括有害气体组分如氮氧化物和硫氧化物的废气中有效回收所含二氧化碳同时能有效脱除废气中所含水分和有害气体组分的工艺流程。

在本方案的废气处理系统中，在其预处理过程中，将从废气源10排放的包括有害气体组分如氮氧化物和硫氧化物的废气引入到热交换器11所含的工业用水和冷凝器13中，从而冷却到室温左右。然后，在第一过程中，将冷却至室温左右的废气在脱水塔17中冷却到不会使二氧化碳凝固的第一温度，从而使废气中所含水分、硫氧化物和氮氧化物液化或凝固并从废气中分离出来。接着，在第二过程中，将已从中分离出水分、氮氧化物和硫氧化物的废气引入二氧化碳分离器30中，使废气中所含的二氧化碳冷却并凝固使其分离出来，然后将分离出来的二氧化碳液化并出料。

尽管第一过程中分离出的有害气体组分与冷却剂混合在一起。但优选将冷却剂进行循环并得以有效利用，以便能高效地操作废气处理系统。因此，在本实施方案中，利用冷却剂和有害气体组分之间的蒸发温度差，采用蒸发方法使冷却剂与有害气体组分分离并被回收，且回收的冷却剂再次被用作冷却剂。需要指出的是，尽管蒸发方法需要热能，但可通过采用低沸点冷却剂来减少该热能。

为了在第二过程中有效地回收废气中所含的二氧化碳，当液化或凝固水分和有害气体组分时二氧化碳必须不能液化或凝固。热电站废气中的二氧化碳在低于预定温度时会凝固成干冰。因此，为了不让二氧化碳凝固，脱水塔17出口处的气体温度必须高于该预定温度。

在第一过程中，要求冷却剂在有害气体组分被液化或凝固的温度下本身不凝固，以便从液化或凝固的有害气体组分中分离出冷却剂。此外，为了有效地液化或凝固有害气体组分，要求冷却剂具有容易吸收有害气体组分的特性。并且，为了在第二过程中有效地从废气中回收二氧化碳，要求冷却剂具有二氧化碳不易溶解其中的性能。

满足这些要求的特定冷却剂是二甲醚(以下称作DME)。可使用除二甲醚以外其它物质作为冷却剂，只要它们满足冷却剂的要求就行。例如，能满足这些要求的无机盐(氯化钠，氯化钾等)、溴化合物(溴化锂，溴代溴化物(bromo bromide)，等等)、醚(二甲醚、甲基醚等)、醇(甲醇、乙醇等)、硅油、石蜡烃(丙烷、丁烷等)、烯属烃等可用作冷却剂。为了将液化或凝固的有害气体组分与冷却剂分离，冷却剂与有害气体组分间有很大沸点差更为有利。从此类观点考虑，醚和醇优选作为冷却剂。

图6示出了当使二氧化碳浓度为10％的模拟气体流过根据本发明实施方案的DME时模拟气体中二氧化碳浓度变化的测量结果。如该图中所示，当模拟气体开始流过DME时，由于模拟气体溶于DME中故模拟气体中二氧化碳的浓度暂时下降，过一段时间后，逐渐变成接近循环通过DME之前时的浓度(10％)。这是因为二氧化碳在DME中饱和之后，几乎不再有二氧化碳溶于DME。为了证实DME易吸收有害气体组分如氮氧化物和硫氧化物，本发明人做了一个让包括有害气体组分(二氧化氮：60ppm，二氧化硫：80ppm，氨：10ppm)的模拟气体循环通过DME的实验。结果证实了在模拟气体开始流过DME之后的约1小时中模拟气体中所有有害气体组分浓度变成1ppm或更低。

接着，详细描述本实施方案的废气处理系统的具体流程。首先，在预处理中，从废气源10排放的包括有害气体组分如氮氧化物和硫氧化物的废气被引入到热交换器11中，在热交换器11中引入了借助海水泵12供应的海水(例如，25℃)和从制冷器40循环来的冷却剂如乙二醇。从废气源10引入的废气(例如55℃)穿过热交换器11而被海水和冷却剂冷却至室温左右。

随后将在热交换器11中冷却至室温左右的废气引入到冷凝器13中，并将引入冷凝器13的废气导入冷凝器13所含的工业用水中。由此，将废气中所含的水分、有害气体组分、粉尘和类似物脱除。从废气中移出的包括水分、有害气体组分、粉尘和类似物的液化水暂时贮存在出料贮槽14中，随后用出料泵15引入到出料处理装置50中。最后将穿过冷凝器13的废气用废气鼓风机16引入到脱水塔17中。需要指出的是，在冷凝器13中与工业用水的热交换使废气从室温左右冷却到例如5℃。

在脱水塔17中，废气被进一步脱水并脱除有害气体组分。通过脱除在废气中所含的水分，废气中所含的二氧化碳随后能够有效地回收。

废气是在脱水塔17的下端被引入脱水塔17中。使引入脱水塔17的废气(例如，5℃)流过按鼓泡方法装入脱水塔17的用来冷却废气的冷却剂DME。引入到脱水塔17的废气通过与DME热交换而被冷却至冷却温度，在该温度下废气中所含的水分和有害气体组分如氮氧化物和硫氧化物被液化或凝固，而二氧化碳没有凝固。通过将废气冷却到该温度，有害气体组分被液化或凝固且因此与废气分离，而二氧化碳在废气中保持为气体。

将来自DME冷却塔18的DME循环供应到脱水塔17中。用循环泵19将制冷器40冷却的冷却剂(液氮)循环供给到DME冷却塔18。在DME冷却塔18中，DME通过与冷却剂热交换而被冷却。

将已流过脱水塔17的DME引入到DME分离塔20中。此DME含水分和液化或固化的有害气体组分。被引入到DME分离塔20中的DME通过与海水间接热交换来升高温度(例如，升高到-20℃)。在此温度下，水分和有害气体组分是液体或固体，而DME是气体。因此，DME上升到DME分离塔20的上部，由此与其它组分分离。将上升到DME分离塔20上部的DME自该处回收并引入到DME冷却塔18中，并再引入脱水塔17。按此方式，循环使用DME。这样，通过循环利用冷却剂DME，本实施方案的废气处理系统整体进行操作来高效利用冷却剂。

将留在DME分离塔20中的液体或固体水分和有害气体组分用输送泵21引入到组分分离塔22中。引入组分分离塔22的水分和有害气体组分通过在组分分离塔22中与海水间接热交换来升高温度(例如提高到5℃)。在这一温度下，水分和二氧化氮是液体而二氧化硫是气体。将二氧化硫气体从组分分离塔22上边排出并引入到热交换器11中，由此用作冷却剂来冷却来自废气源10的废气(例如为55℃)。通过以这一方式将二氧化硫用作冷却剂，整个系统的冷却用能耗得以减少，由此实现高效处理。

将用作冷却剂之后的废气通过热交换升高温度(升高至例如45℃)，并经烟囱51排出到系统外。同时，将除二氧化硫外留在组分分离塔22中的液化水和有害气体组分如二氧化氮引入到出料处理装置50中。

将升至脱水塔17上部的包括二氧化碳的废气引入到可逆热交换器23中。引入可逆热交换器23的废气在其中被冷却并引入到二氧化碳分离器30中。二氧化碳分离器30将二氧化碳从废气中分离出来并液化，将分离出的二氧化碳出料。二氧化碳分离器30的详细布局和作用将在下文详述。

液化后的二氧化碳被输送和贮存在液化碳酸储罐27中。同时将已在二氧化碳分离器30内从中分离出二氧化碳的废气引入可逆热交换器23中作为冷却剂，然后再引入热交换器11中。在热交换器11中用作冷却剂后，将废气经烟囱51排放到系统外的大气中。将废气排放到大气中是为了将一部分废气排放到系统以外以减少废气在系统中的积聚。因此，排放到大气的废气中二氧化碳的浓度非常低。

这里，制冷器40通过利用能量如电能反复地压缩和膨胀氮气使氮气冷却为冷却剂。冷却操作所产生的液氮用于冷却经由热交换器11循环的乙二醇和将冷却剂例如经DME冷却塔18、干冰升华器24等循环的与此液氮分处不同通道的液氮进行冷却。制冷器40包括涡轮式压缩机41(氮气增压设备)、循环氮气压缩机42、用于膨胀冷却剂来获得低温的制冷设备43、以液氮作为冷却剂与乙二醇和借助另外通道循环的液氮进行热量交换的热交换器44等等。

如上所述，本实施方案的废气处理系统能够从燃煤锅炉、重油燃烧锅炉或炼铁厂的鼓风炉、炼焦炉或转换器排放的包括有害气体组分如氮氧化物和硫氧化物的废气中有效脱除水分和有害气体组分，并且能够在有效脱除水分和有害气体组分的同时从废气中有效地回收二氧化碳。

这里，需要从废气中脱除的有害气体例如包括一氧化碳、氮氧化物(NO_x)如一氧化氮、硫氧化物(SO_x)如一氧化硫和卤素化合物如氟化氢。通过适当设定二氧化碳的凝固温度和有害气体组分的液化或凝固温度并选择合适的冷却剂，能够有效地脱除有害气体组分。也就是说，通过让包括另一类型有害气体的废气流过冷却剂使之冷却至第一温度，该废气中所含的有害气体被液化或凝固并从废气中分离出来，并且通过将废气冷却至低于第一温度的第二温度，使废气中所含的二氧化碳被凝固并从废气中分离出来，这样得以实现本废气处理系统。

<二氧化碳分离器30>

下面详细描述二氧化碳分离器30的布局和作用。图7示出根据本发明实施方案的二氧化碳分离器30的布局图。在该图中，耐压容器310是由金属(例如不锈钢)制成的基本为矩形的容器，长、宽和高约有几米。在耐压容器310顶面的预定位置处开出一个气体入口321以使从可逆热交换器23引出的废气经此流入。并且，在耐压容器310底面的预定位置开出一个气体出口322以使废气中除二氧化碳外的组分排放出来。而且，在耐压容器310底面与气体出口322分开的预定位置处开出一个液体出口323以便将耐压容器310底部累积的液化二氧化碳排出。为使经气体入口321流入的废气在耐压容器310中停留预定的时间或更长时间，气体出口322开在一个与气体入口321有预定距离的位置处。

连接到气体入口321的管线(气体流入管331)装有一个用来调节废气流入量的控制阀341。并且，连接到气体出口322的管线(气体排放管332)装有一个用来调节废气排放量的控制阀342。而且，连接到液体出口323的管线(液体排出管333)装有一个用来调节液态二氧化碳排出量的控制阀343。通过关闭全部控制阀341、342、343，则该耐压容器310处于气密封闭状态。

在耐压容器310内，配置有金属(例如铜或不锈钢)制成的冷却剂流管(冷却器)312，作为冷却剂的液氮(LN₂)经该管进行循环。作为冷却剂的液氮是由制冷器40提供的。用于控制冷却剂流量的控制阀341装在冷却剂流管312的上游。为了确保冷却剂流管312能与流经耐压容器310的废气之间有足够的接触面积，将其分成两部分冷却剂流管312。在该耐压容器中冷却剂流管312是回形排布的，由此进一步确保了与气体之间有足够的接触面积。

传热管(传热设备)313被埋入耐压容器310的壁内。传热管313的上游装有一个控制阀(未示出)来控制流经传热管313的加热介质流量。加热介质例如是干空气并且是从热源314输送到传热管313。通过使用从制冷器40循环来的冷却剂作为加热介质，则整个系统的能量得以有效利用。若传热管313不是埋入耐压容器310的壁内，则可替换成将其装在耐压容器310内。另外，若是不用传热管313，则可换成使用电加热器(例如，硅橡胶加热器或氟树脂加热器)。

耐压容器310装有各种传感器如测量耐压容器310中气体温度的传感器和测量冷却剂流管312表面温度的传感器。各传感器的输出值被输入到测量设备或计算机(未示出)中并由操作员监测。在耐压容器310的预定位置处装有一个小窗口(未示出)，透过该窗口能够观察到耐压容器310的内部。

将参考图8所示的工艺流程来描述用二氧化碳分离器30将废气中的二氧化碳分离出来的方法。假设在初始状态下，控制阀341、342、343全部被关闭(S801)。

首先，打开控制阀344，冷却剂(液氮)开始流过冷却剂流管312(S802)。这里，冷却剂流管312的表面温度要降低到能使二氧化碳凝固而有害气体组分如氮氧化物不会液化的温度。图9是二氧化碳的T-P(温度-压力)图。如该图所示，二氧化碳的升华点在1个大气压下为-78.5℃。因此，若假设为1个大气压，则冷却剂流管312的表面温度至少为-78.5℃或更低。

当冷却剂流管312的表面温度达到上述温度时，则打开控制阀341、342，将欲分离出二氧化碳的气体流经控制阀341，开始流过耐压容器310(S803)。流过耐压容器310的气体被冷却剂流管312所冷却，从而使气体中所含的二氧化碳在冷却剂流管312的外部沉淀成干冰350(S804)。同时，流入耐压容器310的废气流过耐压容器310并经由控制阀342排出耐压容器310之外(S805)。

当冷却剂流管312表面沉淀的干冰350的量达到了预定量(S806：是)，则关闭控制阀341、342来气密关闭耐压容器310(S807)。另外，关闭控制阀344来停止冷却剂(液氮)流过冷却剂流管312(S808)。例如采用透过小窗口肉眼观察耐压容器310内部或根据时间是否已达到预定周期的方法来确定所沉淀的干冰350的量是否达到预定量。

接着，打开控制阀345，让加热介质流过传热管313(S809)以便使耐压容器310的内部温度升高。随着耐压容器310内部温度的升高，冷却剂流管312表面上沉淀的干冰350开始蒸发(升华)(S810)。同时，通过干冰350的蒸发，耐压容器310的内部压力会升高。如图9中所示，二氧化碳的三相点是在5.11大气压和-56.6℃。因此，当由于干冰350蒸发，耐压容器310内部的温度和压力变得高于其三相点的值时，耐压容器310中一部分二氧化碳开始液化，并且通过液化所产生的液态二氧化碳会累积在耐压容器310的底部(S811)。

然后，当沉淀在冷却剂流管312表面的干冰350完全蒸发或液化时(S811：是)，打开控制阀343。由此将耐压容器310底部累积的液态二氧化碳利用耐压容器310内部的压力经由液体出口323排出到耐压容器310之外(S813)。例如采用透过小窗口肉眼观察耐压容器310内部或根据时间是否已达到预定周期的方法来确定干冰350是否完全蒸发或液化。通过将连接液体出口323的液体排出管33内部保持在一个能维持二氧化碳为液体的温度和压力下，使二氧化碳能够在保持为液体的状态下被排出耐压容器310。

如上所述，采用本实施方案的二氧化碳分离器30，能够高效地分离出气体中所含的二氧化碳。在关闭控制阀344和传热管313的控制阀345之后，通过重复S801和后面的过程，能够从可逆热交换器23连续引出的废气中连续分离出二氧化碳(S814：否)。

采用二氧化碳分离器30，使二氧化碳能在同一耐压容器310内凝固或液化。此外，如上所述，二氧化碳分离器30布局简单，因而可在低成本下实施。并且，因为二氧化碳分离器30中干冰350是在传热管(冷却剂流管312)外沉淀，故传热管313的内部通道不会阻塞，因此很容易进行连续或自动的操作。并且，无需使用特殊的液化设备，二氧化碳能以便于运输和储存的液体形式排出。

控制阀341到345例如可以是电磁阀，借助控制线连接到计算机进行控制，并且通过计算机硬件和在该硬件上运行的控制软件进行远程控制。另外，所有或部分上述过程能够安排成根据各传感器的输出值自动地执行。

＝第四实施方案＝

图10示出根据本发明第四实施方案的废气处理系统的布局图。此废气处理系统能从废气源10如发电厂、化工装置等燃LNG锅炉排放的包括有害气体组分如氮氧化物的废气中有效回收所含二氧化碳同时能有效脱除废气中所含水分和有害气体组分

在这一废气处理系统中，在其预处理过程中，将从废气源10排放的包括有害气体组分如氮氧化物的废气引入到热交换器11所含的工业用水和冷凝器13中，从而冷却到室温左右。然后，在第一过程中，将冷却至室温左右的废气在脱水塔17中冷却到不会使二氧化碳凝固的第一温度，从而使废气中所含水分和氮氧化物液化或凝固并从废气中分离出来。接着，在第二过程中，将已从中分离出水分和氮氧化物的废气引入二氧化碳分离器30中，使废气中所含的二氧化碳冷却并凝固使其分离出来，然后将分离出来的二氧化碳液化并出料。

接着，依次描述本实施方案的废气处理系统的具体过程。首先，在预处理过程中，从废气源10如燃LNG锅炉排放的包括有害气体组分如氮氧化物的废气被引入到热交换器11中，在热交换器11中引入了借助海水泵12供应的海水(例如，25℃)和从制冷器40循环来的冷却剂如乙二醇。从废气源10引入的废气(例如55℃)穿过热交换器11而被海水和冷却剂冷却至室温左右。

将冷却后的废气引入到冷凝器13中，然后导入冷凝器13所含的工业用水中。由此，将废气中所含的水分、有害气体组分、粉尘和类似物脱除。从废气中移出的包括水分、有害气体组分、粉尘和类似物的液化水暂时贮存在出料贮槽14中，随后用出料泵15引入到出料处理装置50中。最后将穿过冷凝器13的废气用废气鼓风机16引入到脱水塔17中。需要指出的是，在冷凝器13中与工业用水的热交换使废气从室温左右冷却到例如5℃。

在脱水塔17中，废气被进一步脱水并脱除有害气体组分。通过脱除在废气中所含的水分，废气中所含的二氧化碳随后进行的回收过程中能够有效地回收。

废气是在脱水塔17的下端被引入脱水塔17中。使引入脱水塔17的废气(例如，5℃)流过按鼓泡方法装入脱水塔17的用来冷却废气的冷却剂DME(例如-90℃)。引入到脱水塔17的废气通过与DME热交换而被冷却至冷却温度，在该温度下废气中所含的水分和有害气体组分如氮氧化物被液化或凝固，而二氧化碳没有凝固。虽然水分和二氧化氮被液化或凝固并因此与废气分离，而二氧化碳在废气中保持为气体。包括二氧化碳的废气上升到脱水塔17的上部并加到可逆换热器23中。

将来自DME冷却塔18的冷却后DME循环供应到脱水塔17中。用循环泵19将制冷器/热交换器44冷却的冷却剂(液氮)经DME冷却塔18进行循环。DME通过与冷却剂热交换而被冷却。

将已在脱水塔17中导入了废气的DME引入到固液分离塔28中。注意在这一阶段中，DME和水分及有害气体组分的凝固物处于沙冰状态(淤浆)。固液分离塔28将DME与水分和有害气体组分的凝固物分离开来。由固液分离塔28分离出的DME被引入到DME分离塔20以便再使用该DME。被引入到DME分离塔20的DME会残留一些水分和有害气体组分。

从脱水塔17引入到DME分离塔20的DME通过与海水间接热交换来使温度升高(例如升高到5℃)。在这一温度下，水分和有害气体组分是液体或固体，而DME是气体。因此，DME气体上升到DME分离塔20的上部，由此被分离出去。将上升到DME分离塔20上部的DME自该处回收并引入到DME冷却塔18中，并再引入脱水塔17。按此方式，循环使用DME。这样，通过循环利用冷却剂DME，本实施方案的废气处理系统整体进行操作来高效利用冷却剂。同时，将留在DME分离塔20中的液体或固体水分和有害气体组分引入到出料处理装置50中。

将从脱水塔17引入到可逆热交换器23中的废气在其中进行冷却并引入到二氧化碳分离器30中。二氧化碳分离器30将二氧化碳从废气中分离出来并液化，将分离出的二氧化碳出料。二氧化碳分离器30的详细布局和作用将在下文详述。

所排出的液化二氧化碳被输送和贮存在液化碳酸储罐27中。同时将已在二氧化碳分离器30内从中分离出二氧化碳的废气引入可逆热交换器23中作为冷却剂，然后再引入热交换器11中。在热交换器11中用作冷却剂后，将废气经烟囱51排放到系统外的大气中。将废气排放到大气中是为了将一部分废气排放到系统以外以减少废气在系统中的积聚。因此，排放到大气的废气中二氧化碳的浓度非常低。

这里，通过利用LNG的蒸发热，制冷器/热交换器44将循环通过热交换器11的乙二醇和循环通过DME冷却塔18、干冰升华器24等的冷却剂如液氮进行冷却。例如在使用LNG作为气体燃料的发电厂中，LNG是在-150℃到-165℃温度的液态下运输并储存于LNG罐或类似设备中。当LNG用作气体燃料时，LNG从大气或海水获得蒸发热来升高温度并气化，同时制冷器/热交换器44利用这一蒸发热来冷却冷却剂如乙二醇和液氮。也就是说，废气或冷却剂是通过利用LNG用作气体燃料时所产生的蒸发热来冷却的。通过使用LNG的蒸发热来凝固和分离废气中所含的二氧化碳的技术已公开在例如日本专利申请公开出版物No.H08-12314等中。

如上所述，本实施方案的废气处理系统能够从燃LNG锅炉或类似设备排放的包括有害气体组分如氮氧化物的废气中高效地脱除水分和有害气体组分，而且能够进一步从废气中高效地回收二氧化碳。

尽管上文已描述了欲从废气中脱除的有害气体组分是二氧化氮的情况，但通过选择适当的冷却剂，与本实施方案相同的工艺流程能够应用于诸如一氧化碳、其它氮氧化物(NO_x)如一氧化氮和卤素化合物如氟化氢的其它有害气体组分。

控制阀341到345例如可以是电磁阀，借助控制线连接到计算机进行控制，并且通过计算机硬件和在该硬件上运行的控制软件进行远程控制。另外，所有或部分上述过程能够安排成根据各传感器的输出值自动地执行。

虽然已经描述了本发明的实施方案，但是以上实施方案是为了帮助理解本发明而提供并不是限制本发明。应该理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下能够作各种变化和改变，并且本发明包括它们的等同方案。

Claims (53)

1.废气处理方法，其特征在于它包括：

让废气流过冷却剂使之冷却到使氮氧化物液化或凝固但二氧化碳不会凝固的第一温度，由此将废气中所含的有害气体组分氮氧化物液化或凝固从而将它们从废气中分离出来的第一过程；和

将废气冷却到使二氧化碳凝固的第二温度，由此将废气中所含的二氧化碳凝固从而将它从废气中分离出来的第二过程。

2.根据权利要求1的废气处理方法，其特征在于它包括：

让废气流过冷却剂使之冷却到使氮氧化物和硫氧化物液化或凝固但不会凝固二氧化碳的第一温度，从而将废气中所含的作为有害气体组分的氮氧化物和硫氧化物液化或凝固而将它们从废气中分离出来的第一过程；和

将废气冷却到能凝固二氧化碳的第二温度，由此将废气中所含的二氧化碳凝固从而将它从废气中分离出来的第二过程。

3.根据权利要求2的废气处理方法，其特征在于它包括：

将第一过程从废气分离出的有害气体组分的温度升高到蒸发冷却剂但不蒸发有害气体组分的温度，由此分离有害气体组分和冷却剂的过程。

4.根据权利要求3的废气处理方法，其特征在于它包括：

将与有害气体组分分离的冷却剂作为一种能使废气经其流过的冷却剂进行循环的过程。

5.根据权利要求2-4任何一项的废气处理方法，其特征在于它包括：

将第一过程从废气中分离出的有害气体组分的温度提高到可以蒸发硫氧化物但不蒸发氮氧化物的温度，由此将有害气体组分所含的硫氧化物和氮氧化物分离的过程。

6.根据权利要求2-5任何一项的废气处理方法，特征在于冷却剂包括二甲醚、甲醇、乙醇、甲苯和乙苯中的任何一种。

7.根据权利要求2-6任何一项的废气处理方法，特征在于第一过程包括一个从废气中分离出废气所含水分的过程。

8.根据权利要求2-7任何一项的废气处理方法，特征在于第二过程包括一个将固体二氧化碳(干冰)进行液化的过程。

9.根据权利要求2-8任何一项的废气处理方法，特征在于第一过程之前要进行一个将冷却至大约室温后的废气通过与水进行热交换来脱除废气中所含水分、有害气体组分和粉尘的预处理过程。

10.一种废气处理系统，其特征在于它包括：

第一装置，该装置用来实施一个让废气流过冷却剂使之冷却到使氮氧化物液化或凝固但不会凝固二氧化碳的第一温度，由此将废气中所含的有害气体组分氮氧化物液化或凝固而将它们从废气中分离出来的过程；和

第二装置，该装置用来实施一个将废气冷却到凝固二氧化碳的第二温度，由此使废气中所含二氧化碳凝固从而将它从废气中分离出来的过程。

11.根据权利要求10的废气处理系统，其特征在于它包括：

第一装置，该装置用来实施一个让废气流过冷却剂使之冷却到使氮氧化物和硫氧化物液化或凝固但不会凝固二氧化碳的第一温度，从而将废气中所含有害气体组分氮氧化物和硫氧化物液化或凝固而将它们从废气中分离出来的过程；和

第二装置，该装置用来实施一个将废气冷却到凝固二氧化碳的第二温度，由此使废气中所含的二氧化碳凝固从而将它从废气中分离出来的过程。

12.根据权利要求11的废气处理系统，其特征在于它包括：

将用第一装置从废气中分离出的有害气体组分温度提高到使与有害气体组分混合的冷却剂蒸发但有害气体组分不会蒸发的温度，由此分离有害气体组分和冷却剂的装置。

13.根据权利要求11的废气处理系统，其特征在于它包括：

将与有害气体组分分离的冷却剂作为一种能使废气经其流过的冷却剂进行循环的装置

14.根据权利要求11-13任何一项的废气处理系统，其特征在于它包括：

将用第一装置从废气中分离出的有害气体组分的温度提高到蒸发硫氧化物但不蒸发氮氧化物的温度，由此将有害气体组分所含的硫氧化物和氮氧化物分离的装置。

15.根据权利要求11-14任何一项的废气处理系统，特征在于冷却剂包括二甲醚、甲醇、乙醇、甲苯和乙苯中的任何一种。

16.根据权利要求11-15任何一项的废气处理系统，特征在于第一装置包括一个能从废气中分离出废气所含水分的装置。

17.根据权利要求11-16任何一项的废气处理系统，特征在于第二装置包括一个可将固体二氧化碳(干冰)液化的装置。

18.根据权利要求11-17任何一项的废气处理系统，其特征在于它包括：

在实施第一装置的过程之前要实施一个将冷却至大约室温后的废气通过与水进行热交换来脱除废气中所含水分、有害气体组分和粉尘的预处理过程的装置。

19.废气处理方法，其特征在于它包括：

让燃LNG锅炉排放的废气流过冷却剂使之冷却到使氮氧化物液化或凝固但二氧化碳不会凝固的第一温度，由此将废气中所含的有害气体组分氮氧化物液化或凝固从而将其从废气中分离出来的第一过程；和

将废气冷却到使二氧化碳凝固的第二温度，由此将废气中所含的二氧化碳凝固从而将它从废气中分离出来的第二过程。

20.根据权利要求19的废气处理方法，其特征在于它包括：

将第一过程凝固的氮氧化物引入到固液分离器，由此分离氮氧化物和冷却剂的过程。

21.根据权利要求20的废气处理方法，其特征在于它包括：

将固液分离器所分离的液体温度提高到蒸发冷却剂但不蒸发有害气体组分的温度，由此分离出冷却剂的过程。

22.根据权利要求21的废气处理方法，其特征在于它包括：

将从液体中分离出的冷却剂作为让废气经其流过的冷却剂进行循环的过程。

23.根据权利要求19-22任何一项的废气处理方法，特征在于冷却剂包括二甲醚、甲醇、乙醇、甲苯和乙苯中的任何一种

24.根据权利要求19-23任何一项的废气处理方法，特征在于第一过程包括一个从废气中分离出废气所含水分的过程

25.根据权利要求19-24任何一项的废气处理方法，特征在于第二过程包括一个将固体二氧化碳(干冰)进行液化的过程。

26.根据权利要求19-25任何一项的废气处理方法，特征在于第一过程之前要进行一个将冷却至大约室温后的废气通过与水进行热交换来脱除废气中所含水分和有害气体组分的预处理过程。

27.根据权利要求19-26任何一项的废气处理方法，其特征在于第一和第二过程至少一个的废气或冷却剂因LNG用作气体燃料时所产生的蒸发热而被冷却。

28.废气处理系统，其特征在于它包括：

第一装置，该装置用来实施一个让燃LNG锅炉排放的废气流过冷却剂使之冷却到使氮氧化物液化或凝固但不会凝固二氧化碳的第一温度，由此将废气中所含的有害气体组分氮氧化物液化或凝固而将它们从废气中分离出来的过程；和

第二装置，该装置用来实施一个将废气冷却到能凝固二氧化碳的第二温度，由此使废气中所含二氧化碳凝固从而将它从废气中分离出来的过程。

29.根据权利要求28的废气处理系统，其特征在于它包括：

将第一装置凝固的氮氧化物引入到固液分离器，由此分离氮氧化物和冷却剂的装置。

30.根据权利要求29的废气处理系统，其特征在于它包括：

将固液分离器所分离的液体温度提高到可以蒸发冷却剂但不蒸发有害气体组分的温度，由此分离出冷却剂的装置。

31.根据权利要求30的废气处理系统，其特征在于它包括：

将从液体中分离出的冷却剂作为使废气经其流过的冷却剂进行循环的装置。

32.根据权利要求28-31任何一项的废气处理系统，特征在于冷却剂包括二甲醚、甲醇、乙醇、甲苯和乙苯中的任何一种。

33.根据权利要求28-32任何一项的废气处理系统，特征在于第一装置包括从废气中分离出废气所含水分的装置。

34.根据权利要求28-33任何一项的废气处理系统，特征在于第二装置包括一个可将固体二氧化碳(干冰)液化的装置。

35.根据权利要求28-34任何一项的废气处理系统，其特征在于它包括：

在实施第一装置的过程之前要实施一个将冷却至大约室温后的废气通过与水进行热交换来脱除废气中所含水分和有害气体组分的预处理过程的装置。

36.根据权利要求28-35任何一项的废气装置系统，其特征在于在第一和第二装置至少一个中的废气或冷却剂因LNG用作气体燃料时所产生的蒸发热而被冷却。

37.废气处理系统，其特征在于它包括：

第一装置，该装置将废气流过冷却剂使之冷却到使氮氧化物和硫氧化物液化或凝固但不会凝固二氧化碳的温度，从而将废气中所含有害气体组分氮氧化物和硫氧化物液化或凝固而将它们从废气中分离出来；和

第二装置，该装置使已脱除氮氧化物和硫氧化物的废气流过一个耐压容器来冷却和凝固二氧化碳，气密关闭该耐压容器，升高固体二氧化碳的温度进行蒸发，由于二氧化碳在耐压容器中蒸发使得压力升高而使二氧化碳液化，和将已液化的二氧化碳排出到耐压容器外。

38.根据权利要求37的废气处理系统，其特征在于它包括：

将用第一装置从废气中分离出的有害气体组分温度提高到使与有害气体组分混合的冷却剂蒸发但有害气体组分不蒸发的温度，由此分离有害气体组分和冷却剂的装置。

39.根据权利要求37或38的废气处理系统，其特征在于它包括：

将用第一装置从废气中分离出的有害气体组分的温度提高到蒸发硫氧化物但不蒸发氮氧化物的温度，由此将有害气体组分所含的硫氧化物和氮氧化物分离的装置。

40.废气处理系统，其特征在于它包括：

第一装置，该装置用来实施一个让燃LNG锅炉排放的废气流过冷却剂使之冷却到使氮氧化物液化或凝固但不会凝固二氧化碳的第一温度，由此将废气中所含的有害气体组分氮氧化物液化或凝固而将它们从废气中分离出来的过程；和

第二装置，该装置将已脱除氮氧化物的废气流过一个耐压容器来冷却和凝固二氧化碳，气密关闭该耐压容器，升高固体二氧化碳的温度进行蒸发，由于二氧化碳在耐压容器中蒸发使得压力升高而使二氧化碳液化，和将已液化的二氧化碳排出到耐压容器外。

41.根据权利要求40的废气处理系统，其特征在于它包括：

将第一装置凝固的氮氧化物引入到固液分离器，由此分离氮氧化物和冷却剂的装置。

42.根据权利要求41的废气处理系统，其特征在于它包括：

将固液分离器所分离的液体温度提高到蒸发冷却剂但不蒸发有害气体组分的温度，由此分离出冷却剂的装置。

43.根据权利要求37-42任何一项的废气处理系统，特征在于冷却剂包括三甲醚、甲醇、乙醇、甲苯和乙苯中的任何一种。

44.根据权利要求37-43任何一项的废气处理系统，特征在于用第二装置进行的二氧化碳冷却和凝固是通过让含二氧化碳的气体接触耐压容器所提供的有冷却剂流过的冷却剂流管外部来进行的。

45.根据权利要求37-44任何一项的废气处理系统，特征在于冷却剂流管为回形排布。

46.分离二氧化碳的方法，其特征在于它包括：

让含有二氧化碳的气体流过一个耐压容器来冷却和凝固二氧化碳；

气密关闭该耐压容器；

升高固体二氧化碳的温度进行蒸发；

由于二氧化碳在耐压容器中蒸发使得压力升高而使二氧化碳液化；和

将已液化的二氧化碳排出到耐压容器外。

47.根据权利要求46的分离二氧化碳的方法，特征在于冷却和凝固操作是通过让含二氧化碳的气体接触耐压容器所提供的有冷却剂流过的冷却剂流管外部来进行的。

48.根据权利要求47的分离二氧化碳的方法，特征在于冷却剂流管为回形排布

49.根据权利要求46的分离二氧化碳的方法，特征在于通过耐压容器中配置的传热管或电加热器来升高凝固二氧化碳的温度。

50.根据权利要求46的分离二氧化碳的方法，特征在于耐压容器包括：

让含有二氧化碳的气体流入到耐压容器中的气体进口；

使耐压容器中的气体排出耐压容器外的气体出口；和

使液化二氧化碳排出耐压容器外的液体出口。

51.根据权利要求46或47的分离二氧化碳的方法，特征在于气体包括氮氧化物或硫氧化物。

52.分离二氧化碳的方法，该方法使用了一个具有让气体流入其中的气体进口、使其中的气体排出的气体出口和使其中的液体排出的液体出口的耐压容器，安装在耐压容器中的冷却器和用于提高耐压容器内部温度的传热设备；特征在于它包括：

让含有二氧化碳的气体经气体进口流入耐压容器；

使气体接触冷却器，从而冷却和凝固二氧化碳；

关闭气体进口和气体出口，从而使耐压容器气密关闭；

用传热设备升高固体二氧化碳的温度进行蒸发；

由于二氧化碳在耐压容器中蒸发使得压力升高而使二氧化碳液化；和

经气体出口将液化二氧化碳排出到耐压容器外。

53.分离二氧化碳的装置，其特征在于它包括：

具有让气体流入其中的气体进口、使其中的气体排出的气体出口、使其中的液体排出的液体出口、控制流经气体进口的气体量的控制阀、控制经由气体出口排出的气体量的控制阀和控制经由液体出口排出的液体量的控制阀的耐压容器；

安装在耐压容器中的冷却器；和

用于提高耐压容器内部温度的传热设备。

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