專利名稱：分離二氧化碳的方法和具有二氧化碳分離的燃?xì)廨啓C(jī)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于分離二氧化碳的方法，具有第一吸收過(guò)程、燃燒過(guò)程、第二吸收過(guò)程和解吸過(guò)程。本發(fā)明還涉及一種燃?xì)廨啓C(jī)裝置，其具有在燃料側(cè)連接在燃燒氣體管路上的燃?xì)廨啓C(jī)，且它的廢氣通道與接在后面的二氧化碳分離裝置相連。
背景技術(shù)：
在用于產(chǎn)生電能的燃燒化石燃料的電廠設(shè)備中，由于燃燒化石燃料而產(chǎn)生了含二氧化碳的廢氣。為了避免或?yàn)榱藴p少二氧化碳的排放，必須將二氧化碳從廢氣分離出來(lái)。為了將二氧化碳從混合氣中分離出來(lái)，通常已知各種方法。尤其是為了在燃燒過(guò)程之后將二氧化碳從廢氣中分離出來(lái)(燃燒后二氧化碳捕集，Post Cap)而使用吸收-解吸的方法。對(duì)此,在大型工業(yè)規(guī)模上大致在大氣壓力下用吸收劑將二氧化碳從廢氣中洗出。在典型的吸收-解吸過(guò)程中，廢氣在吸收塔中與作為吸收劑的選擇性溶劑接觸。此時(shí)二氧化碳被溶劑吸收?，F(xiàn)在富集了二氧化碳的溶劑為了分離二氧化碳以及為了再生而被導(dǎo)入解吸塔。溶劑被加熱(可能時(shí)也被降壓)，其中，再次解吸二氧化碳以及形成經(jīng)再生的溶劑。經(jīng)再生的溶劑被重新導(dǎo)向吸收塔，它在那里可以再次吸收來(lái)自含二氧化碳的廢氣的二氧化碳。常用的吸收劑表現(xiàn)出了良好的選擇性以及對(duì)有待分離的二氧化碳的高容量。特別適用的是以胺(如單乙醇胺)為基礎(chǔ)的吸收劑。在化工行業(yè)中，通常也使用胺溶液作為吸收劑。為了在燃燒過(guò)程之前將二氧化碳分離出來(lái)，常用燃燒前二氧化碳捕集(Pre Cap)方法，在該方法中，在較高的壓力下進(jìn)行一氧化碳變換(CO-shift)和二氧化碳物理清洗(IGCC-方案)。在利用標(biāo)準(zhǔn)天然氣作為燃?xì)廨啓C(jī)的燃料時(shí)，優(yōu)選在有預(yù)混式燃燒裝置的標(biāo)準(zhǔn)化燃?xì)廨啓C(jī)中的燃燒之后將二氧化碳從廢氣中分離出來(lái)。在此，標(biāo)準(zhǔn)天然氣的特征在于相應(yīng)高的燃燒值和低含量的惰性氣體(如氮?dú)饣蚨趸?。反之，若存在包含很高份額的惰性氣體的所謂貧天然氣，例如富含二氧化碳的天然氣(例如二氧化碳含量在30至70%)，那么這種天然氣對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)化燃?xì)廨啓C(jī)中的燃燒必然受到限制或必須進(jìn)行調(diào)節(jié)。為此，可以例如將優(yōu)質(zhì)天然氣與貧天然氣混合以及因此甲烷含量增加，其實(shí)現(xiàn)了在標(biāo)準(zhǔn)化燃?xì)廨啓C(jī)中的燃燒。也可以通過(guò)與氧氣的燃燒以及接下來(lái)水的冷凝實(shí)現(xiàn)了貧天然氣在標(biāo)準(zhǔn)化燃?xì)廨啓C(jī)中的燃燒。但這些變型方案需要高額費(fèi)用和若干附加的氣體。作為備選，存在這樣的可能性，即，使燃?xì)廨啓C(jī)專門與低熱量的貧天然氣適配。但這一點(diǎn)隨著機(jī)器類型的不同而意味著巨大的研發(fā)耗費(fèi)。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種方法和一種裝置，該裝置一方面允許了標(biāo)準(zhǔn)化燃?xì)廨啓C(jī)使用貧天然氣，另一方面則確保了分離因燃燒產(chǎn)生的二氧化碳。就方法而言，該技術(shù)問(wèn)題通過(guò)按權(quán)利要求1所述的特征解決。本發(fā)明在此基于這樣的考慮，即，首先在燃燒過(guò)程之前就使富含二氧化碳的天然氣經(jīng)受二氧化碳分離過(guò)程。在此，通過(guò)化學(xué)的吸收過(guò)程使包含在天然氣內(nèi)的二氧化碳盡可能地被溶劑吸收。因此為之后的燃燒過(guò)程提供了二氧化碳減少的天然氣。通過(guò)天然氣的燃燒產(chǎn)生的二氧化碳則在之后的分離過(guò)程中被吸收。分離過(guò)程在此由吸收器和解吸器構(gòu)成，在吸收器中，廢氣被溶劑清洗。按照本發(fā)明，現(xiàn)在將來(lái)自燃燒之前和燃燒之后的吸收過(guò)程的富集了 二氧化碳的溶劑一起輸送給解吸器。因此本發(fā)明一方面在于將在燃燒過(guò)程之前的吸收過(guò)程特別有利地與在燃燒過(guò)程之后的吸收過(guò)程結(jié)合起來(lái)。此外，可以在不同壓力下運(yùn)行的分級(jí)的吸收過(guò)程能特別有利地相互并行，因而只須為兩個(gè)吸收過(guò)程配備僅一種溶劑以及僅一個(gè)解吸過(guò)程。在燃燒過(guò)程之前的吸收過(guò)程可以基于提高的壓力水平而設(shè)計(jì)得明顯更為精簡(jiǎn)。通過(guò)本發(fā)明也可以在存在二氧化碳含量很高的燃燒氣體或天然氣時(shí)使用一種帶有預(yù)混燃燒系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化燃?xì)廨啓C(jī)。由此可以實(shí)現(xiàn)較少的NOx排放。結(jié)合從廢氣的分離，預(yù)期能大幅降低總排放?？偠灾梢酝ㄟ^(guò)本發(fā)明使用二氧化碳含量極高的燃燒氣體或天然氣，伴隨整體很高的二氧化碳分離程度。由此可以相比現(xiàn)有技術(shù)明顯降低相應(yīng)設(shè)備的投資和運(yùn)行成本。在本發(fā)明的一種有利的設(shè)計(jì)方案中，燃燒過(guò)程之前的第一吸收過(guò)程在比燃燒過(guò)程之后的第二吸收過(guò)程更高的壓力下運(yùn)行。第一吸收過(guò)程由此可以在所提供的燃燒氣體或天然氣在例如從氣田輸送出來(lái)后到達(dá)設(shè)備時(shí)所處的壓力下運(yùn)行。這種氣體壓力優(yōu)選處在20到30bar之間。在燃燒氣體或天然氣的相應(yīng)低的壓力水平下，第一吸收過(guò)程也可以在低壓區(qū)域(大致為大氣壓力下)實(shí)施。通過(guò)第一吸收過(guò)程減少的燃燒氣體在這種情況下必須基于較小的質(zhì)量流量而緊接著被壓縮到燃燒過(guò)程所需的壓力。第二吸收過(guò)程以及解吸過(guò)程大致在大氣壓力下運(yùn)行。在按本發(fā)明的方法的一種有利的擴(kuò)展設(shè)計(jì)中，解吸過(guò)程所需的熱量由燃燒過(guò)程提供。為此，通過(guò)熱交換過(guò)程從廢氣通道提取熱量，并且將熱量輸送給解吸過(guò)程。以此方式可以合理地通過(guò)在設(shè)備中可供使用的(過(guò)剩的)能量運(yùn)行。相宜地，再生后再度離開解吸過(guò)程的溶劑可以劃分成第一分流和第二分流，第一分流被輸送給第一吸收過(guò)程，第二分流則被輸送給第二吸收過(guò)程。所述方法優(yōu)選用于燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電廠或燃?xì)廨啓C(jī)和汽輪機(jī)發(fā)電廠。在此，發(fā)電廠包括燃?xì)廨啓C(jī)、接在燃?xì)廨啓C(jī)之后的二氧化碳分離裝置和接在燃?xì)廨啓C(jī)之前的第一吸收器。優(yōu)選使用氨基酸鹽水溶液作為用于吸收二氧化碳的溶劑。但原則上也可以考慮其它溶劑。本發(fā)明所要解決的針對(duì)裝置的技術(shù)問(wèn)題通過(guò)權(quán)利要求6的特征解決。接下來(lái)借助按本發(fā)明的方法的實(shí)施例詳細(xì)闡釋本發(fā)明。

圖1示出了一種用于分離二氧化碳的方法1，并且主要包括第一吸收過(guò)程2、燃燒過(guò)程3、第二吸收過(guò)程4和解吸過(guò)程5。第一吸收過(guò)程2包括第一吸收器24，二氧化碳含量高的天然氣6通過(guò)燃燒氣體管路22輸送給該第一吸收器。此外，通過(guò)第一分流7將溶劑9輸送給第一吸收器24。來(lái)自天然氣6的二氧化碳在壓力下被溶劑9吸收，因此一方面二氧化碳減少的天然氣10在高壓下通過(guò)燃燒氣體管路22離開第一吸收過(guò)程，另一方面將富集了二氧化碳的溶劑11導(dǎo)出。二氧化碳減少的天然氣10現(xiàn)在被輸送給燃燒過(guò)程3，燃燒過(guò)程是燃?xì)廨啓C(jī)裝置20的組成部分，并且包括燃?xì)廨啓C(jī)21。通過(guò)燃燒二氧化碳減少的天然氣10產(chǎn)生了含二氧化碳的廢氣12，廢氣通過(guò)廢氣通道28輸送給第二解吸過(guò)程4。蒸汽發(fā)生過(guò)程可以接入廢氣通道28，蒸汽發(fā)生過(guò)程產(chǎn)生用于汽輪機(jī)的蒸汽。第二吸收過(guò)程4包括第二吸收器26，含二氧化碳的廢氣12和溶劑9 一起通過(guò)第二分流8被輸送到該第二吸收器26內(nèi)。來(lái)自含二氧化碳的廢氣12的二氧化碳在大氣壓力下基本上被溶劑9吸收，因而一方面將盡量清除(gereinigt) 了二氧化碳的廢氣13以及另一方面將富集了二氧化碳的溶劑11從第二吸收過(guò)程4導(dǎo)出。來(lái)自第一吸收過(guò)程2和第二吸收過(guò)程4的富集了二氧化碳的溶劑11被一起輸送給解吸過(guò)程5。解吸過(guò)程包括解吸器25，富集了二氧化碳的溶劑在該解吸器內(nèi)被蒸煮，此時(shí)二氧化碳被解吸。從解吸過(guò)程導(dǎo)出已分離的二氧化碳14和被再生的溶劑9。用于加熱解吸器25的熱能15通過(guò)管路30從含二氧化碳的熱廢氣12中提取。為此，熱能通過(guò)槽式蒸煮器(Sumpfkocher) 29在熱交換中輸送給解吸器。接在燃燒過(guò)程3之后的第二吸收過(guò)程4和解吸過(guò)程5在此獨(dú)自形成了二氧化碳分離裝置，如其作為燃燒后二氧化碳捕集過(guò)程所公開的那樣。
權(quán)利要求
1.一種用于分離二氧化碳的方法(I)，在該方法中: -在第一吸收過(guò)程(2)中，通過(guò)使所輸入的含二氧化碳的天然氣(6)與溶劑(9)的第一分流(7)接觸而吸收二氧化碳，此時(shí)形成了二氧化碳減少的天然氣(10)和富集了二氧化碳的溶劑(11); -在燃燒過(guò)程(3)中，二氧化碳減少的天然氣(10)進(jìn)行燃燒，此時(shí)形成了含二氧化碳的廢氣(12)； -在第二吸收過(guò)程(4)中，通過(guò)使含二氧化碳的廢氣(12)與溶劑(9)的第二分流(8)接觸而吸收二氧化碳，此時(shí)形成了二氧化碳被清除的廢氣(13)和富集了二氧化碳的溶劑(11); -在解吸過(guò)程(5)中，富集了二氧化碳的溶劑(11)的第一分流(7)和第二分流(8)匯合起來(lái)，且二氧化碳(14)通過(guò)輸入熱能(15)被解吸，此時(shí)形成了二氧化碳減少的溶劑(9)。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，在該方法中，第一吸收過(guò)程(2)在第一壓力(Pl)下實(shí)施，此時(shí)該壓力(PD對(duì)應(yīng)于被輸入的含二氧化碳的天然氣(6)的壓力，并且被設(shè)置得高于在第二吸收過(guò)程(4)中設(shè)置的壓力(P2)。
3.按權(quán)利要求1或2所述的方法，在該方法中，從含二氧化碳的廢氣(12)提取用于解吸過(guò)程(5)的熱能(15)。
4.按權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，在該方法中，溶劑(9)被劃分成第一分流(7)和第二分流(8)，其中，第一分流(7)被輸送給第一吸收過(guò)程(2)以及第二分流(8)被輸送給第二吸收過(guò)程(4)。
5.按權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于在燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備中的應(yīng)用，該燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備帶有燃?xì)廨啓C(jī)(21)、接在其后的二氧化碳分離裝置(23)和接在燃料輪機(jī)之前的第一吸收器(24)。
6.一種燃?xì)廨啓C(jī)裝置(20)，其帶有燃?xì)廨啓C(jī)(21)，燃?xì)廨啓C(jī)在燃料側(cè)連接在燃燒氣體管路(22)，尤其是天然氣管路上，并且其廢氣通道(28)與接在之后的二氧化碳分離裝置(23)連接，其中，二氧化碳分離裝置(23)包括第二吸收器(26)和解吸器(25)，其特征在于，第一吸收器(24)接入燃燒氣體管路(22)，第一吸收器(24)通過(guò)吸收劑管路(27)與解吸器(25)連接。
7.按權(quán)利要求6所述的燃?xì)廨啓C(jī)裝置(20)，其特征在于，解吸器(25)包括槽式蒸煮器(29)，以及在廢氣通道中接入熱交換器，該熱交換器通過(guò)管路(30)與槽式蒸煮器(29)連接，因而來(lái)自廢氣通道(28)的熱量可以被傳遞到解吸器(25)中。
8.按權(quán)利要求6或7所述的燃?xì)廨啓C(jī)裝置(20)，其特征在于，第一吸收器(24)是針對(duì)天然氣管路(22)的壓力設(shè)計(jì)的高壓吸收器，以及第二吸收器(26)是針對(duì)大致的大氣壓力設(shè)計(jì)的低壓吸收器。
9.一種燃?xì)廨啓C(jī)和汽輪機(jī)設(shè)備，包括按權(quán)利要求6至8中任一項(xiàng)所述的燃?xì)廨啓C(jī)裝置(20)，帶有在廢氣側(cè)接在燃?xì)廨啓C(jī)(21)之后的鍋爐和被鍋爐驅(qū)動(dòng)的汽輪機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于分離二氧化碳的方法，在該方法中首先在第一吸收過(guò)程(2)中通過(guò)使所輸入的含二氧化碳的天然氣(6)與溶劑(9)的第一分流(7)接觸而吸收二氧化碳。此時(shí)形成了二氧化碳減少的天然氣(10)和富集了二氧化碳的溶劑(11)。之后在燃燒過(guò)程(3)中燃燒二氧化碳減少的天然氣(10)，此時(shí)形成了含二氧化碳的廢氣(12)。緊接著在第二吸收過(guò)程(4)中，通過(guò)使含二氧化碳的廢氣(12)與溶劑(9)的第二分流(8)接觸而吸收二氧化碳。此時(shí)形成了二氧化碳被清除的廢氣(13)和富集了二氧化碳的溶劑(11)。接著在解吸過(guò)程(5)中，富集了二氧化碳的溶劑(11)的第一分流(7)和第二分流(8)匯合起來(lái)，且二氧化碳(14)通過(guò)輸入熱能(15)被解吸，此時(shí)形成了二氧化碳減少的溶劑(9)。
文檔編號(hào)C10L3/10GK103140272SQ201180046741
公開日2013年6月5日 申請(qǐng)日期2011年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月28日
發(fā)明者R.伯利, C.布倫休伯, H.克雷默, G.齊默爾曼 申請(qǐng)人:西門子公司