專利名稱：用于在氧燃燒中捕獲CO₂的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于在氧燃燒中捕獲C02的方法和設(shè)備。更具體的，本發(fā) 明涉及兩級的C02捕獲過程，其使得C02的冷卻功能和壓縮動力最優(yōu)化。
相關(guān)技術(shù)的描述
傳統(tǒng)發(fā)電站的煙氣通常包含從大約4% (體積)到大約14%的二氧 化碳(0)2)。通常相信該C02代表增加溫室效應(yīng)和全球變暖的重要因素。 因此，絕對需要用于從煙氣中捕獲C02的有效方法，以便產(chǎn)生能夠便于傳 送到安全存儲位置或另外應(yīng)用之處的冷凝高壓C02流。通過四項主要技術(shù) 來從氣流中捕獲C02:吸收，其中將C02選擇性吸收在液體溶劑中；膜， 其中通過半透過性塑料或陶瓷膜分離C02;吸附，其中通過將其吸附在獨(dú) 特配置的固體顆粒表面上而將C02分離；以及低溫/高壓工藝，其中通過 使得C02冷凝而實(shí)現(xiàn)分離。
目前經(jīng)證實(shí)的從煙氣中捕獲C02的最佳技術(shù)是用胺溶液凈化煙氣以 便將C02吸收到溶液中。該技術(shù)達(dá)到了經(jīng)濟(jì)狀態(tài)的操作以便適于從較小比 例煙氣中捕獲C02的C0,捕獲系統(tǒng)。但是，其應(yīng)用明顯降低了發(fā)電站的總 效率。另外的一個難題是為了使得由雜質(zhì)最小程度地污染溶劑，需要從 例如硫和氮的氧化物中凈化煙氣的有效方法。
為了主要燃料的燃燒，氧燃燒系統(tǒng)使用通常在空氣分離單元(ASU) 中制備的氧氣來代替空氣。氧氣通常與諸如循環(huán)煙氣的惰性氣體混合， 以便將燃燒溫度保持在合適水平。氧燃燒過程產(chǎn)生具有作為其主要組分 的CO,、水和02的煙氣，C02的體積濃度通常大于約70%。因此，通過利 用冷卻分離可相對簡單地完成從氧燃燒過程的煙氣中捕獲C02.通常通過 壓縮和冷卻煙氣將水蒸汽從氧燃燒過程的煙氣中去除，在將C02分離以便 傳送到儲存位置之前，會需要對氣體進(jìn)行進(jìn)一步處理以便將空氣污染物 和非冷凝氣體(諸如氮?dú)?從煙氣中去除。
美國專利US6， 898， 936公開了利用煙氣循環(huán)的氧燃燒過程，其中將 一部分煙氣經(jīng)幾個步驟壓縮到非常高的大約345巴的壓力，并且冷卻到 C02的臨界溫度31. 05° C之下，以便使得C02從煙氣中冷凝。富含氧氣的最終氣流膨脹使其壓力回到大約138巴，并且傳送到空氣分離單元。
美國專利US6，574， 962公開了利用煙氣循環(huán)的氧燃燒過程，其中將
一部分煙氣經(jīng)幾個步驟冷卻到非常低的從大約-51° C到大約-12。 C的
溫度，并且壓縮到大約5. 8巴之上的壓力，以便使得C02從煙氣中冷凝。
富含氧氣的最終氣流與來自空氣分離單元的富含氧氣的氣流合并并且作
為燃燒氣體傳送到燃燒爐。
通過利用非常高的壓力或非常低的溫度以便捕獲C02使得上述的現(xiàn)
有技術(shù)的方案復(fù)雜化。因此，仍然需要從含碳燃料氧燃燒的煙氣中捕獲
C02的更簡單和經(jīng)濟(jì)的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是為了提供在氧燃燒中捕獲C02的有效方法。 本發(fā)明的另 一 目的是提供用于在氧燃燒中捕獲C02的有效系統(tǒng)。 根據(jù)一方面，本發(fā)明提供從煙氣(自燃燒含碳燃料的發(fā)電站散發(fā)出) 捕獲C02的方法，該發(fā)電站包括氧氣源和燃燒室，以便將燃料與氧氣燃燒 并從而產(chǎn)生作為其主要組分的C02、水和過量氧氣的煙氣。該方法包括下 述步驟(a )將至少第一部分煙氣傳送到第一煙氣通道；(b )壓縮笫 一部分煙氣以便產(chǎn)生處于高于大約六十巴壓力下的壓縮煙氣流；(c)在 第一 C02分離單元中冷卻壓縮的煙氣流，以便通過將煙氣流冷凝而捕獲第 一部分C02，將煙氣流冷凝以便產(chǎn)生第一液態(tài)的C02流和包括氧氣和過量 0)2的高壓排氣流；(d)將第一液態(tài)C02流從發(fā)電站排放；以及(e)將 高壓排氣流傳送到第二 C02分離單元，以便通過將其吸附到吸附材料上而 捕獲第二部分C02。
根據(jù)另一方面，本發(fā)明提供用于從煙氣(自燃燒含碳燃料發(fā)電站散 發(fā)出)捕獲C02的設(shè)備，該發(fā)電站包括氧氣源和燃燒室，以便將燃料與氧 氣燃燒并從而產(chǎn)生作為其主要組分的C02、水和過量氧氣的煙氣。該設(shè)備 包括用于將至少第一部分煙氣朝向用于捕獲C02的裝置傳送的第一煙氣 通道；設(shè)置于第一煙氣通道中終端壓縮機(jī)，以便壓縮第一部分煙氣從而 產(chǎn)生處于高于大約六十巴壓力下的壓縮煙氣流；連接到第一煙氣通道的 終端冷卻裝置，以便冷卻壓縮的煙氣流從而在第一 C02分離單元中通過將 煙氣流冷凝而捕獲第一部分C02，將煙氣流冷凝以便產(chǎn)生第一液態(tài)的C02 流和包括氧氣和過量C0,的高壓排氣流；將第一液態(tài)C(U危從發(fā)電站排放 的裝置；以及將高壓排氣流傳送到第二C02分離單元的通道，第二C(h分離單元包括吸附材料以便通過將其吸附到吸附材料上而捕獲笫二部分
co2,
當(dāng)含碳燃料在發(fā)電站的燃料室中燃燒時，所產(chǎn)生的煙氣起初處于高
溫下，諸如在循環(huán)流化床(CFB)鍋爐的情況下通常在大約800。 C以上， 當(dāng)利用氧燃燒時，通常將除了氧氣之外的諸如循環(huán)煙氣的惰性氣體注入 到爐子，以^t將燃燒溫度保持在合適的水平。通常在接近環(huán)境壓力的壓 力下操作燃燒室，由此從爐子散發(fā)出的煙氣壓力也接近l巴.但是，還 可能在諸如10巴的高壓下操作燃燒室，由此煙氣還初始處于相對的高壓 下。
煙氣通道的上游部分通常包括關(guān)于氣流產(chǎn)品的不同熱交換器，諸如 過熱器、回?zé)崞骱凸?jié)能裝置，其導(dǎo)致煙氣溫度降低到諸如250。 C的較低 溫度。節(jié)能工段下游的笫一部分煙氣朝向用于捕獲C02的裝置傳送，以及 第二部分煙氣可直接循環(huán)回到爐子。本發(fā)明涉及用于從第一部分煙氣中 捕獲COf的方法和設(shè)備。
例如，取決于使用的燃料和煙氣循環(huán)，煙氣通常包括通常從大約10 %到大約40%的相對高含量的水。干燥步驟的目的是將水從笫一部分煙 氣中去除，以便避免另外由下游階段中存在冷凍水(也就是，冰或冰粒) 導(dǎo)致的危害，其在高壓下和相對低溫下進(jìn)行。將初始存在于加工煙氣流 中的優(yōu)選多于大約95%的水、甚至更優(yōu)選多于大約99%的水去除。
通常通過將煙氣冷卻到合適溫度以便使水冷凝來進(jìn)行煙氣的干燥。 優(yōu)選的，以兩個步驟執(zhí)行千燥，由此第一冷卻步驟有利地在初始廢棄壓 力下進(jìn)行，也就是，通常在大約環(huán)境溫度下進(jìn)行，以及第二冷卻步驟在 例如大約十六巴的高壓下進(jìn)行。接著通過將加壓的煙氣冷卻到合適的溫 度例如大約32。 C而進(jìn)行最終的干燥。在一些情況下，僅在一個壓力下 執(zhí)行干燥步驟是有利的，以及在一些其它情況下，以多于兩個壓力水平 的壓力干燥煙氣是有利的。干燥步驟可有利地由化學(xué)除濕而結(jié)束。由于 煙氣沒有濕氣，因此在系統(tǒng)的下游階段中或在用于將液態(tài)C02從系統(tǒng)傳送 出去的管線中不形成酸。
氧燃燒的優(yōu)勢是引入到爐子的燃燒氣體不包含氮?dú)?。因此，?shí)際上 爐子中的所有氮?dú)鈦碜匀剂?，因此煙氣中的氮?dú)夂蚇Ox水平相對低。但是， 煙氣中可包含常規(guī)量的S02、塵粒和其它污染物。通過傳統(tǒng)的方法可將這 些雜質(zhì)從煙氣中去除，或者通過冷凝水可將一部分雜質(zhì)從煙氣中去除。進(jìn)入第一C02分離單元中的殘存于煙氣中的S02 (和SOJ將在其中與co2
一起冷凝。
通過將干燥的煙氣流(目前其主要包括co,和一些氧氣)壓縮到高于
大約六十巴的高壓，通過將其在相對高的溫度(通常接近常規(guī)的室溫)
下冷凝而捕獲煙氣中的笫一部分C02。為了使得C02冷凝，通過將煙氣壓
縮到這種高壓，可避免將大量的煙氣冷卻到冷卻溫度所需的成本。煙氣
優(yōu)選冷卻到至少IO。 C的溫度，甚至更優(yōu)選的，冷卻到至少15° C。
另一方面，為了避免與高壓相關(guān)的成本，煙氣的最終壓力應(yīng)該限制
到在最終冷卻中獲得的溫度下冷凝C02希望部分所需的那個壓力。因此，
最終壓力優(yōu)選小于約一百巴，甚至更優(yōu)選小于約八十巴。這些最終壓力
明顯4氐于美國專利US6， 898， 936中所述的那些壓力。
通過使用具有冷卻劑(通常為水)的熱交換器可優(yōu)選執(zhí)行煙氣的最 終冷卻。諸如河水的合適冷卻劑在發(fā)電站的場所可容易獲得，可選的， 冷卻劑可為循環(huán)水，有利地其可通過將其循環(huán)通過冷卻塔而再次被冷卻。 捕獲的第一部分002優(yōu)選為煙氣流中C02重量的至少約60%、甚至更優(yōu)選 至少約80%。因此笫一C02捕獲步驟產(chǎn)生第一液態(tài)C02流和包括氧氣和過 量C02的高壓排氣流。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例，第一C02分離單元包括用于產(chǎn)生第一 液態(tài)C02流和包括氧氣和過量C02的高壓排氣流的精鎦柱。通過利用具有 合適數(shù)目級數(shù)的精餾柱，其有利地具有冷凝器和適于頂部流的回流管線 以及適于液態(tài)底部流的再沸器，可以提供高純度的液態(tài)C02流，而與例如 來自氧氣源的氧氣流中的可能雜質(zhì)或者在燃燒系統(tǒng)中可能存在的泄漏無 關(guān)。
為了盡可能多地捕獲煙氣中的C02，才艮據(jù)本發(fā)明，通過將來自排氣流 的過量C02的一部分吸附到吸附材料在第二 C02分離單元中捕獲第二部分 C02而解決與壓縮到非常高的壓力和/或冷卻到非常低的溫度相關(guān)的難 題 為過量C02重量的優(yōu)選至少60%、甚至更優(yōu)選至少90%的0)2在第二 C02分離單元中吸附。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，第二C02分離單元基于變溫吸附(TSA)， 也就是，吸附的C02在后一階段通過加熱材料從吸附材料釋放.釋放的 COz有利地通過在熱交換器中將其再次冷卻而冷凝。由于使用TSA而不使 用PSA(變壓吸附)，維持C02的壓力，并且冷凝的C02也就是第二液態(tài)C02流可有利地與來自第一C02分離單元的第一液態(tài)C02流合并，然后合并 的液態(tài)C(U危有利地泵壓到合適的壓力，上述壓力通常在從大約一百巴到 大約一百六十巴的范圍內(nèi)，以便將液態(tài)C02流傳送到存儲位置或另外應(yīng)用之處。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，該方法包括通過渦輪機(jī)使得至少一部分 高壓排氣流膨脹以便產(chǎn)生電力和膨脹排氣流的另外一個步驟。通過使用 渦輪機(jī)，可以提高發(fā)電站的總效率。通常包含大量氧氣的排氣流有利地 膨脹到適于將氣體輸入到空氣分離單元的壓力，并且將有利地作為富含 氧氣的輸入氣體的至少一部分膨脹的排氣流傳送到空氣分離單元。
通過參照結(jié)合附圖對本發(fā)明當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行的僅僅為示例性的 下述詳細(xì)描述可以更全面理解本發(fā)明的上述簡要描述以及進(jìn)一步的目 的、特征和優(yōu)勢。


圖l是發(fā)電站的示意圖，其具有根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的用于捕獲
COz的設(shè)備。
具體實(shí)施例方式
圖1示意示出了具有本發(fā)明示例性實(shí)施例的發(fā)電站。因此圖1示出
發(fā)電站IO包括用于將含碳燃料與氧氣燃燒的燃燒器(12)，氧氣來自空 氣分離單元14并傳送到燃燒器12。燃燒過程產(chǎn)生煙氣流，該煙氣流包括 作為其組要組分的高含量例如大約75%的C02以及過量的氧氣。燃燒器 12可以是CFB鍋爐，PC鍋爐，或一些其它合適類型的燃燒器。燃燒器12 可以在大約環(huán)境溫度下操作，或可選的其可以是在例如大約10巴的高壓 下操作的類型。
空氣分離單元14將進(jìn)入的空氣流16轉(zhuǎn)變成第一流18 (主要包括氧 氣)和另一流20 (富含氮?dú)獾臍饬? 才艮據(jù)本發(fā)明，將至少一部分富含 氧氣的氣流18傳送到燃燒器12，以及將富含氮?dú)獾臍饬?0導(dǎo)引到大氣 或?qū)⑵鋫魉偷搅硗獾膽?yīng)用之處。
在燃燒器12的爐子中燃燒含碳燃料產(chǎn)生的煙氣傳送到煙氣通道22。 煙氣通道可包括用于產(chǎn)生氣流的傳統(tǒng)設(shè)備24， 26，諸如過熱器、回?zé)崞?以及節(jié)能裝置，并且用于捕獲排放物，尤其是塵粒和SO"但是，由于上 迷設(shè)備不是本發(fā)明所必需的，因此在此不對其細(xì)節(jié)進(jìn)行描述，
一部分煙氣可經(jīng)由循環(huán)通道22''循環(huán)通過循環(huán)喂入通道22''返回到燃燒器l2的爐子以便將爐子溫度保持在所需的水平。從現(xiàn)在起稱為第
一部分煙氣的煙氣剩余部分經(jīng)由通道22'朝向用于捕獲C02的裝置傳送。 煙氣流的分支點(diǎn)可位于粉塵分離器26的下游，如圖1所示，或位于煙氣 通道22的另外合適位置。還稱為第二煙氣通道的循環(huán)通道22''和/或 22'可有利地包括用于控制煙氣流速的裝置，例如，擋板式控制閥或其它 的流動限制器(但是上述未在圖1中示出)。
煙氣中可包含相對高含量的水，通常從大約10%到大約40%。在捕 獲C02之前有利地將水從煙氣中有效去除，以便避免另外由下游階段中存 在冷凍水(也就是，冰或冰粒)導(dǎo)致的危害。應(yīng)該將初始存在于第二煙 氣流中的優(yōu)選多于大約95%的水、甚至更優(yōu)選多于大約99%的水去除。
根據(jù)本發(fā)明，第一煙氣通道22'包括用于壓縮第一部分煙氣的壓縮系 統(tǒng)28和用于去除水的水分離器30，以便產(chǎn)生處于大于約六十八巴壓力下 的干燥和壓縮的煙氣。在圖1中，壓縮系統(tǒng)28包括兩個壓縮機(jī)28a， 28b， 但是實(shí)際上通?？纱嬖诖?lián)的約三至四個壓縮機(jī)以便獲得所需的最終壓 力。諸如圖1中熱交換器30b的中間熱交換器通常設(shè)置在每對壓縮機(jī)之 間，以便為煙氣流提供中間冷卻。
通常通過將煙氣冷卻到合適溫度以便使得水冷凝來執(zhí)行煙氣的干 燥。優(yōu)選的，干燥以至少兩個步驟進(jìn)行，由此第一熱交換器30a有利地 在初始煙氣壓力下(也就是，通常在大約環(huán)境溫度下)配置在第一煙氣 通道內(nèi)以及在例如約十六巴的高壓下配置第二熱交換器30b。這樣通過將 加壓的煙氣冷卻到合適的溫度(例如約32° C)而進(jìn)《亍有效干燥。干燥步 驟可有利地由化學(xué)除濕而結(jié)束，由于煙氣沒有濕氣，因此在系統(tǒng)的下游 階段中或在用于將液態(tài)C02從系統(tǒng)傳送出去的管線中不形成酸，
將千燥和壓縮的煙氣流傳送到第一C02分離單元34以便產(chǎn)生第一液 態(tài)的COz流36和包括氧氣和過量C02的高壓排氣流38。由于將主要包括 C02和氧氣的千燥煙氣流壓縮到高于大約六十巴的壓力，通過將其在相對 高的溫度(優(yōu)選接近常規(guī)的室溫)下冷凝而捕獲煙氣中的第一部分C02。 這樣優(yōu)選將煙氣冷卻到至少10° C的溫度，甚至更優(yōu)選的，冷卻到至少 15° C,這些最終溫度明顯低于美國專利US6， 574， 962中所述的那些溫度。
優(yōu)選通過利用冷卻水或其它合適冷卻劑的熱交換器32對煙氣進(jìn)行冷 卻。冷卻水可以是來自外部(諸如海水或河水或再生水)的任意合適水， 有利地其可通過冷卻塔對其循環(huán)而進(jìn)行再次冷卻。捕獲的第一部分C02優(yōu)選為第一部分煙氣流中C02重量的至少約60%、甚至更優(yōu)選至少約80 % 。因此第一 COz捕獲步驟產(chǎn)生笫一液態(tài)CO,流36和包括氧氣和過量C02 的高壓排氣流38。
第一 C02分離單元34可有利地包括用于產(chǎn)生笫一液態(tài)C02流36和高 壓排氣流38的精餾柱40。通過利用具有合適數(shù)目級數(shù)的精餾柱40,其 有利地具有冷凝器42和適于頂部流的回流管線44以及適于液態(tài)底部流 的再沸器46，可以提供低含量C02的排氣流38和高純度的液態(tài)COz流36。 精餾柱34例如可為具有十級以及回流比為0. 25的填料塔。
為了盡可能多地捕獲煙氣中的C02，根據(jù)本發(fā)明，通過將來自第一 C02 分離單元34的排氣流38傳送到第二C02分離單元48。有利的，第二0)2 分離單元48包括用于從排氣流38吸附過量C02的吸附材料床50。吸附 材料床50可包括活性碳、沸石或其它合適的材料。通過在吸附床50中 執(zhí)行最終的C02捕獲而避免與壓縮到非常高的壓力和/或冷卻到非常低 的溫度(如現(xiàn)有技術(shù)中已知)相關(guān)的難題。為過量C02重量的優(yōu)選至少 60%、甚至更優(yōu)選至少90%的C02在第二C02分離單元中吸附。因此有利 地總共去除多于99%的C02.
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，笫二 C02分離單元4 8基于變溫吸附(TSA )， 也就是，吸附的C02在后一階段通過增加其溫度從吸附床釋放，有利的， TSA單元48包括至少兩個吸附床50，其可選擇性使用。還可連續(xù)使用多 級的吸附床50,以便使其可能通過加熱具有熱交換器52的床而從一部分 床材料中釋放C02，同時床材料的另一部分吸附更多的C02。
釋放的C0254有利地通過在熱交換器56中將其再次冷卻而冷凝。冷 凝的C02也就是第二液態(tài)C02流可有利地與在第一 C02分離單元34中產(chǎn)生 的第一液態(tài)0)2流36合并。然后合并的液態(tài)0)2流有利地通過泵58泵壓 到合適的壓力，上述壓力通常在從大約一百巴到大約一百六十巴的范圍 內(nèi)，以便將液態(tài)0)2傳送到存儲位置或另外應(yīng)用之處
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，該方法包括另外一個步驟，該步猓通過 渦輪機(jī)60使得來自TSA單元48的至少一部分排氣流膨脹以便有利地由 發(fā)電機(jī)62發(fā)電和產(chǎn)生膨脹排氣流64。通常，排氣流64包括至少約50% 到約70%的氧氣，剩余主要為C02和氮?dú)?，從而有利地提供輸入到空?分離單元14的輸入氣體。因此，至少一部分膨脹的排氣流作為附加的輸 入氣體傳送到空氣分離單元14。雖然結(jié)合在此認(rèn)為是最優(yōu)選的實(shí)施例通過實(shí)例的方式對本發(fā)明進(jìn)行 了描述，但是應(yīng)該理解本發(fā)明并不限于所公開的實(shí)施例，而是意旨涵蓋 落入本發(fā)明范圍內(nèi)的對其特征和一些其他應(yīng)用進(jìn)行的各種組合或變型， 本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.從煙氣捕獲CO2的方法，煙氣自燃燒含碳燃料的發(fā)電站散發(fā)出，該發(fā)電站包括氧氣源和燃燒室，以便將燃料與氧氣燃燒并從而產(chǎn)生作為其主要組分的CO2、水和過量氧氣的煙氣，該方法包括下述步驟(a)將至少第一部分煙氣傳送到第一煙氣通道；(b)壓縮第一部分煙氣以便產(chǎn)生處于高于約六十巴壓力下的壓縮煙氣流；(c)在第一CO2分離單元中冷卻壓縮的煙氣流，以便通過將第一部分煙氣冷凝而捕獲第一部分CO2，以便產(chǎn)生第一液態(tài)的CO2流和包括氧氣和過量CO2的高壓排氣流；(d)將第一液態(tài)CO2流從發(fā)電站排放；以及(e)將高壓排氣流傳送到第二CO2分離單元，以便通過將其吸附到吸附材料上而捕獲第二部分CO2。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括在步驟(c)之前將水 從笫一部分煙氣中去除的另外步猓。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中去除水的步稞通過將第一部分 煙氣壓縮到一定的壓力和/或?qū)⒌谝徊糠譄煔饫鋮s到一定的溫度而執(zhí) 行，足以將第一部分煙氣流中的多于99%重量的水冷凝，
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中笫一部分C02包括為壓縮煙氣 流中C02重量的至少約60%的C02。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中第一部分C02包括為壓縮煙氣 流中C02重量的至少約80%的C02。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中笫二部分C02包括為過量C02 重量的至少約60。/。的C02。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中第二部分C02包括為過量C02 重量的至少約90%的C02。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，進(jìn)一步包括步驟(f)，在該步驟 (f )中通過加熱從吸附材料釋放在步驟(e)中所吸附的C02，將釋放的0)2再次冷卻以便產(chǎn)生第二液態(tài)0)2流并且將至少一部分第二液態(tài)0)2流合 并到第一液態(tài)COz流。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，進(jìn)一步包括步驟(g)，在該步驟 (g )中將第一液態(tài)C02流泵壓到從大約一百巴到大約一百六十巴的壓力，以便將液態(tài)C02流傳送到存儲位置或另外應(yīng)用之處。
10. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中在步驟(c)中將壓縮的煙氣 流冷卻到至少10° C的溫度。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中在步驟(c)中將壓縮的煙 氣流冷卻到至少16° C的溫度。
12. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其中通過利用循環(huán)的冷卻劑執(zhí)行 冷卻步驟，冷卻劑在冷卻塔中進(jìn)行再次冷卻。
13. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的方法，其中通過利用循環(huán)的冷卻劑執(zhí)行 冷卻步驟，冷卻劑在冷卻塔中進(jìn)行再次冷卻。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中第一C02分離單元包括精餾柱。
15. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，進(jìn)一步包括步驟(f)，在該步驟 (f )中將第一液態(tài)C02流泵壓到從大約一百巴到大約一百六十巴的壓力，以便將液態(tài)C02流傳送到存儲位置或另外應(yīng)用之處。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)，步包括步驟(f )，在該步驟 (f )中通過渦輪機(jī)使得至少一部分排氣流膨脹以便產(chǎn)生電力和膨脹的排氣流。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中氧氣源是空氣分離單元，并 且進(jìn)一步包括將至少 一部分膨脹的排氣流傳送到空氣分離單元的步驟(g)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括將笫二部分煙氣循環(huán) 通過第二煙氣通道到達(dá)燃燒室的步驟(f )。
19. 用于從煙氣捕獲C02的設(shè)備，煙氣自燃燒含碳燃料的發(fā)電站fc^ 出，該發(fā)電站具有氧氣源和燃燒室，以便將燃料與氧氣燃燒并從而產(chǎn)生 作為其主要組分的C02、水和過量氧氣的煙氣，該設(shè)備包括用于將至少第一部分煙氣朝向用于捕獲C02的裝置傳送的笫一煙氣 通道；設(shè)置于所述第一煙氣通道中的終端壓縮機(jī)，以便壓縮第一部分煙氣 從而產(chǎn)生處于高于約六十巴壓力下的壓縮煙氣流；連接到所述第一煙氣通道的終端冷卻裝置，以便冷卻壓縮的煙氣流 從而在第一C02分離單元中通過將第一部分煙氣冷凝而捕獲第一部分C02， 以便產(chǎn)生笫一液態(tài)的0)2流和包括氧氣和過量C02的高壓排氣流；用于將第一液態(tài)C(U危從發(fā)電站排放的裝置；以及用于將高壓排氣流傳送到第二 C0z分離單元的通路，第二 C0z分離單 元包括吸附材料以便通過將其吸附到吸附材料上而捕獲第二部分C02。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括設(shè)置于所述第一煙氣 通道中以便于將水從第一部分煙氣中去除的干燥裝置。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中所述干燥裝置包括下述至少 之一(i)初始壓縮系統(tǒng)；和(ii)初始的冷卻裝置，上述裝置將第一 部分煙氣流壓縮到和/或冷卻到一定的壓力和溫度，足以將第一部分煙 氣中的多于99%重量的水冷凝。
22. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中所述終端冷卻裝置包括熱交 換器。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其中所述終端冷卻裝置包括用于使得冷卻劑循環(huán)通過所述熱交換器的裝置和冷卻塔。
24. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中所述第一C02分離單元包括 精餾柱。
25. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中所述笫二C02分離單元包括 用于加熱吸附材料以便從吸附材料釋放所吸附C02的裝置，用于將釋放的 C02再次冷卻以便產(chǎn)生第二液態(tài)C02的裝置，以及用于將至少一部分第二 液態(tài)C02流合并到第一液態(tài)C02流的裝置。
26. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括用于將第一液態(tài)C02 流泵壓到從大約一百巴到大約一百六十巴壓力以便將液態(tài)0)2流傳送到 存儲位置或另外應(yīng)用之處的裝置。
27. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括用于使得至少一部分 排氣流膨脹以便產(chǎn)生電力和膨脹的排氣流的渦輪機(jī)。
28. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的設(shè)備，其中氧氣源是空氣分離單元，并 且進(jìn)一步包括用于將至少一部分膨脹的排氣流傳送到所述空氣分離單元 的裝置。
29. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括第二煙氣通道，以便 將第二部分煙氣循環(huán)到達(dá)燃燒室，
全文摘要
用于從煙氣(自燃燒含碳燃料的發(fā)電站散發(fā)出)捕獲CO₂的方法和設(shè)備，該發(fā)電站包括氧氣源和燃燒室，以便將燃料與氧氣燃燒并從而產(chǎn)生作為其主要組分的CO₂、水和過量氧氣的煙氣。將至少一部分煙氣壓縮到高于大約六十巴壓力下的壓力，在第一CO₂分離單元中冷卻壓縮的煙氣流，以便通過將煙氣流冷凝而捕獲第一部分CO₂，將煙氣流冷凝以便產(chǎn)生第一液態(tài)的CO₂流和包括氧氣和過量CO₂的高壓排氣流；將第一液態(tài)CO₂流從發(fā)電站排放；以及將高壓排氣流傳送到第二CO₂分離單元，以便通過將其吸附到吸附材料上而捕獲第二部分CO₂。
文檔編號F01K21/04GK101553645SQ200780039771
公開日2009年10月7日 申請日期2007年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月26日
發(fā)明者A·塞爾特澤, 鎮(zhèn) 范 申請人:福斯特能源公司