專利名稱：碳捕集噴氣發(fā)動機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從含CO2的氣體，例如從碳質(zhì)燃料燃燒的廢氣中捕集CO2的領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及與先前提及的方案相比具有較高的電效率的帶有CO2捕集的燃?xì)獍l(fā)電的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置的改進(jìn)。
背景技術(shù)：
由于大氣中的CO2的溫室效應(yīng)，引起對碳質(zhì)燃料，更具體的是化石燃料的燃燒中釋放CO2的關(guān)注。一種降低排放至大氣中的CO2的方法是從碳質(zhì)燃料燃燒的廢氣中捕集CO2并安全存放捕集co2。過去的約十年間，已經(jīng)提出了多個用于CO2捕集的方案。提議用于CO2捕集的技術(shù)可被歸在三個主要組中:1.CO2吸收-其中廢氣從廢氣中可逆吸收以留下貧CO2廢氣且使吸收劑再生以提供可被進(jìn)一步處理和存放的CO2。2.燃料轉(zhuǎn)化-其中烴類燃料被轉(zhuǎn)化(重整)成氫氣和C02。CO2與氫氣分離并被安全地存放，而氫氣用作燃料。3.富氧燃燒-在與空氣分離的氧氣的存在下燃燒碳質(zhì)燃料。用氧氣替代空氣留下主要包括CO2以及可通過冷卻和閃蒸分離的蒸汽的廢氣。W02004/001301 A(SARGAS AS) 31.12.2003描述了在高壓下燃燒碳質(zhì)燃料的裝置，
其中通過在燃燒室中的蒸汽管中的蒸汽產(chǎn)生在燃燒室內(nèi)部冷卻燃燒氣體，并且通過吸收/解吸從燃燒氣體中分離CO2以產(chǎn)生貧燃燒氣體和用于存放的CO2，且此后貧燃燒氣體在整個燃?xì)廨啓C(jī)中膨脹。W02006/107209A(SARGAS AS) 12.10.2006描述了包括在燃料噴射和廢氣預(yù)處理上
改進(jìn)的燒煤加壓流化床燃燒裝置。相比于大氣壓下相同量的燃料氣體，碳質(zhì)燃料在高壓下的燃燒以及來自燃燒室的加壓燃燒氣體的冷卻降低了燃料氣體的體積。此外，燃燒過程的高壓以及冷卻可進(jìn)行充分的化學(xué)計量燃燒。產(chǎn)生< 5體積％，例如< 4體積％或< 3體積％的氧氣殘留量的充分化學(xué)計量的燃燒降低了用于特定電力生產(chǎn)的所需空氣的質(zhì)量流量。高壓與空氣降低的質(zhì)量流量的結(jié)合使待處理的廢氣的總體積顯著減少。此外，該結(jié)果顯著地增加了燃料氣體中的CO2的濃度和分壓，大大簡化了裝備且降低了捕集CO2所需的能量。此外，氧氣的低殘留量在CO2產(chǎn)品中提供較少的氧氣，這對于CO2的應(yīng)用，例如用于從油井中增加油回收是非常重要的。W099/48709A(Norsk Hydro AS)，24.08.2000 涉及一種包括主電力系統(tǒng)和輔助電力系統(tǒng)的發(fā)電裝置。主電力系統(tǒng)為包括燃?xì)廨啓C(jī)和蒸汽輪機(jī)的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置，其中蒸汽是通過冷卻離開燃?xì)廨啓C(jī)的廢氣而產(chǎn)生。隨后，冷卻且膨脹的廢氣被引入輔助電力系統(tǒng)，在輔助電力系統(tǒng)中，廢氣被壓縮，且在壓縮的廢氣被引入胺類CO2捕集裝置之前再次被冷卻，在CO2捕集裝置中，在膨脹的CO2被消耗的廢氣被釋放至環(huán)境之前，廢氣被分離成從裝置中排出的CO2流以及在氣體在整個輪機(jī)中膨脹用于產(chǎn)生電能之前再加熱的CO2被消耗的流。通過在離開聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置后再壓縮廢氣，盡管未達(dá)到充分的化學(xué)計量燃燒的程度，待處理的廢氣的體積顯著地減少。此外，增加了廢氣的CO2分壓，再次增加了在CO2捕集裝置的吸收單元中的CO2捕集的效率。CO2捕集過程是顯著地降低發(fā)電裝置的整體效率的能耗過程。已經(jīng)進(jìn)行大量的努力來降低由于CO2捕集過程引起的能量或熱損失，因為能量損失具有巨大的經(jīng)濟(jì)重要性。能量損失是用于執(zhí)行CO2捕集的重要障礙，因此能量損失的降低對于經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行CO2捕集很重要。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)第一方面，本發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)電能并捕集CO2的方法，其中，氣體燃料和含氧氣體被引入至燃?xì)廨啓C(jī)以生產(chǎn)電能和廢氣，其中通過在鍋爐中產(chǎn)生蒸汽來冷卻從所述燃?xì)廨啓C(jī)回收的所述廢氣，且在處理的貧CO2廢氣被釋放到環(huán)境之前且捕集的CO2從所述裝置中排出之前，冷卻的廢氣被引入至通過吸收/解吸過程從離開所述鍋爐的所述冷卻的廢氣中捕集CO2的CO2捕集裝置，其中離開所述燃?xì)廨啓C(jī)的所述廢氣具有3至15巴的壓力，所述廢氣在離開所述CO2捕集裝置之后膨脹至大氣壓力。通過在所述燃?xì)廨啓C(jī)中使所述廢氣部分膨脹至3至15巴的壓力，在不需要昂貴的燃料氣體再壓縮的情況下，所述廢氣的體積高于在基本為大氣壓下運行的裝置中的廢氣體積，且壓力高于在基本為大氣壓下運行的裝置中的壓力。較低的體積和較高的壓力提供若干個優(yōu)點。氣體減少的體積降低了碳捕集設(shè)備的尺寸要求。廢氣的較高壓力增加了 CO2的分壓且提高了吸收過程的效率和速度，從而提高了 CO2捕集的效率和速度。較高的壓力也可以有效的方式使用熱的碳酸鉀類吸收劑。與其他已使用/提議用于碳捕集裝置的不同的胺或碳酸銨吸收劑相比，熱的碳酸鉀類吸收劑穩(wěn)定且非揮發(fā)性的，因此是環(huán)境友好/可接受的。目前，優(yōu)選的離開燃?xì)廨啓C(jī)的廢氣壓力是6至12巴。該壓力為在用于碳捕集以及在燃?xì)廨啓C(jī)中對燃?xì)廨啓C(jī)壓縮機(jī)提供電力所需的膨脹的優(yōu)選壓力與鍋爐中可進(jìn)一步冷卻的膨脹氣體的溫度之間的折衷。根據(jù)一個實施方式，在所述廢氣離開鍋爐后且在引入在CO2捕集裝置中的吸收器之前，去除或基本減少所述廢氣中的NOx。NOx去除/減少單元的引入均降低了 NOx從這種發(fā)電裝置中的排放，且避免了在裝置的碳捕集部分中關(guān)于NOx的問題。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式，離開所述鍋爐的所述廢氣通過與離開所述吸收器的貧CO2廢氣熱交換而進(jìn)一步冷卻，且其中貧CO2廢氣隨后在整個輪機(jī)中膨脹。引入吸收器中的廢氣與離開吸收器的貧CO2廢氣的熱交換降低了引入至吸收器中的廢氣的溫度，這有利于汽提塔中的吸收。此外，用于貧廢氣膨脹的在整個輪機(jī)中膨脹的廢氣的加熱增加了待膨脹的氣體的能量，且因此增加了輪機(jī)的能量輸出。根據(jù)第二方面，本發(fā)明涉及一種具有CO2捕集的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置，所述裝置包括:燃?xì)廨啓C(jī)；鍋爐，所述鍋爐通過在熱管中產(chǎn)生蒸汽來冷卻離開所述燃?xì)廨啓C(jī)的所述廢氣；循環(huán)蒸汽輪機(jī)，所述循環(huán)蒸汽輪機(jī)由所述鍋爐中產(chǎn)生的蒸汽生產(chǎn)電能；以及CO2捕集裝置，所述CO2捕集裝置包括:用于以逆流對所述廢氣帶入水性吸收劑以產(chǎn)生貧CO2廢氣和富CO2吸收劑的吸收器；用于從所述吸收器中回收所述貧廢氣的貧廢氣管道；用于從所述吸收器回收富吸收劑并將所述富吸收劑引入至用于所述吸收劑再生的汽提塔中的富吸收劑管道；用于從所述汽提塔回收富CO2流的CO2回收管道；以及用于從所述汽提塔回收再生或貧吸收劑，并將所述貧吸收劑引入至所述吸收器中的貧吸收劑管道，其中所述燃?xì)廨啓C(jī)配置用于使所述廢氣部分膨脹至3至15巴，且其中用于使所述廢氣膨脹至大氣壓力的輪機(jī)布置在用于使所述廢氣在CO2捕集之后膨脹的吸收器的下游。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的燃?xì)獍l(fā)電裝置的第一實施方式的原理圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的原理圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明的第三實施方式的原理圖；以及圖4為本發(fā)明的第四實施方式的原理圖。
具體實施例方式圖1為示出了本發(fā)明的基本概念的圖。所示出的裝置包括三個主要部分:燃?xì)廨啓C(jī)1、蒸汽輪機(jī)單元2以及CO2捕集裝置3?？諝饨?jīng)由空氣管道10被引入在各段之間帶有中間冷卻器100的壓縮機(jī)11，11'。也可運行沒有中間冷卻器100的壓縮機(jī)。壓縮的空氣經(jīng)由管道12引導(dǎo)并與在燃料管道14中引入燃燒室13的氣體，例如天然氣混合，在燃燒室13中氣體在高壓下燃燒。通常，燃燒室中的壓力是在20巴絕壓(以下簡稱巴)以上的范圍。優(yōu)選高達(dá)40巴以上的高壓。燃燒氣體通過壓縮的廢氣管道15回收，并引入輪機(jī)16，在該輪機(jī)16中，氣體從燃燒室內(nèi)的壓力部分膨脹至3至15巴，例如通常為6至12巴的壓力。廢氣的膨脹降低了廢氣的溫度，且膨脹的程度是在驅(qū)動壓縮機(jī)11，1Γ和降低廢氣溫度以充分用于下游設(shè)備的必要性與在CO2捕集單元中優(yōu)選高壓之間的折衷。通常在1250°C使壓力從42巴膨脹 至8.4巴產(chǎn)生約830°C的出口溫度，該溫度適用于通過產(chǎn)生蒸汽進(jìn)一步外部冷卻。相比之下，來自低壓輪機(jī)的膨脹，通常在26巴運行，將產(chǎn)生很高的出口溫度。比如，通常在1250°C使壓力從26巴膨脹至8.4巴會將廢氣的溫度降低至約940°C，這將極大地復(fù)雜化在外部裝置中通過產(chǎn)生蒸汽的進(jìn)一步冷卻。輪機(jī)16通過輪軸18連接至用于產(chǎn)生電能的發(fā)電機(jī)17。為了有效的CO2捕集，從輪機(jī)16的出口處的壓力應(yīng)該盡可能得高。當(dāng)來自輪機(jī)16的功率恰好足以驅(qū)動壓縮機(jī)時可得到盡可能高的壓力。在這種情況下，來自發(fā)電機(jī)17的功率將很小或者為零。在這種情況下，可移除發(fā)電機(jī)17。輪軸18示出了作為用于壓縮機(jī)11、輪機(jī)16以及發(fā)電機(jī)17的一個共同軸，然而本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解的是:可優(yōu)選在附圖中未示出的特定設(shè)計，例如兩個輪軸來降低由于壓縮機(jī)和輪機(jī)中的不同流量而在輪軸處的不平衡所引起的問題。大多數(shù)市售的燃?xì)廨啓C(jī)不能處理此類輪軸處的不平衡。本發(fā)明人已確認(rèn)了至少一個特定的燃?xì)廨啓C(jī)，該燃?xì)廨啓C(jī)具有所需的性能且可解決這種不平衡的問題，即美國休斯敦的的GE電力系統(tǒng)的 LMS100。上述廢氣從輪機(jī)16回收至膨脹廢氣管道19中，并引入鍋爐20，在鍋爐20中，廢氣通過在鍋爐20的壓力容器內(nèi)部的熱管21中產(chǎn)生蒸汽而冷卻。廢氣管道19可為套管，其中外管絕熱且保持在相對降低的溫度，比如300至400°C，在兩個管之間的環(huán)形空間被流動的氣體例如不高于300至400°C溫度的空氣加壓，且內(nèi)管用于熱廢氣。鍋爐20可由用于結(jié)構(gòu)完整性的維持相對較低例如300至400°C的溫度的壓力容器以及帶入熱廢氣與熱管21接觸的內(nèi)部的封閉體組成。通過在壓力殼體和內(nèi)部的熱管封閉體之間流動的空氣或冷氣體，和/或通過用水冷卻內(nèi)部的熱管封閉體可得到較低溫度的壓力殼體。蒸汽通過蒸汽管道22從鍋爐20回收且被引入蒸汽輪機(jī)23。蒸汽輪機(jī)23被連接至用于產(chǎn)生電能的第二發(fā)電機(jī)24。膨脹的蒸汽經(jīng)由膨脹蒸汽管道25從蒸汽發(fā)電機(jī)23中回收，并在冷卻器26中被冷卻以確定蒸汽被冷凝。循環(huán)泵27被提供用于經(jīng)由水管道28抽吸冷凝的蒸汽或水并回至鍋爐20中的熱管21。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解的是:利于來自蒸汽輪機(jī)23的余熱或蒸汽側(cè)餾分(side draw)預(yù)熱水，或者在蒸汽輪機(jī)23內(nèi)部分膨脹之后且在最終膨脹之前再加熱蒸汽，將提聞該循環(huán)的效率。在250至450°C之間溫度下的部分膨脹且部分冷卻的廢氣經(jīng)由管道29從鍋爐中回收?？諝獯嬖谙碌奶假|(zhì)燃料燃燒產(chǎn)生NOx。除了其對環(huán)境的影響外，NOx也不利于CO2捕集。因此，選擇性催化還原(SCR)單元30布置在鍋爐20的下游。根據(jù)已知技術(shù)，尿素或NH3被引入SCR單元并在整個催化劑上與NOx反應(yīng)以去除NOx。在SCR單元中的溫度優(yōu)選在250和450°C之間。對于SCR單元的優(yōu)選運行溫度約350°C。SCR單元可與催化劑結(jié)合以將CO氧化為CO2。SCR單元的下游布置有一個或多個熱交換器、廢氣洗滌器和可能的過濾器。第一熱交換器40為用于將廢氣冷卻到低于250°C的燃料氣體冷卻單元。示出的第二冷卻單元41被示為逆流洗漆器，或聯(lián)合直接接觸冷卻器和精處理單元(polishing unit),由于冷卻器用水冷卻且使廢氣飽和，并去除殘留的污染物如NOx和從燃料氣體中逃逸的氨，因而優(yōu)選。冷卻水被引入冷卻器41并通過再循環(huán)管42引入接觸區(qū)域43上方的冷卻器41內(nèi)，且以逆流帶向引入到接觸區(qū)域下方的冷卻器41內(nèi)的廢氣。在冷卻器41的底部收集水并經(jīng)由再循環(huán)管42再循環(huán)。再循環(huán)管42可以規(guī)定路線經(jīng)由熱交換器以去除余熱，使得流到接觸區(qū)43的頂部的流體比接觸區(qū)域的底部的流體冷。再循環(huán)管42可替代地以規(guī)定路線直接到達(dá)逆流洗滌器51的頂部，在逆流洗滌器51中，廢氣通過與經(jīng)由管道49來自CO2吸收塔45的相對干燥的氣體接觸被冷卻。冷卻發(fā)生是因為一些水被汽化為相對干燥的氣體。然后循環(huán)管52以規(guī)定路線到達(dá)逆流洗滌器43的頂部。在這種方式中，燃料氣體的溫度可按照CO2吸收器的需要來調(diào)整。冷卻的廢氣通過潔凈的廢氣管道44從冷卻器41回收，且被引入吸收塔45的下部，在吸收塔45的下部，廢氣以逆流帶入吸收器內(nèi)的一個或多個接觸區(qū)域46中的水性吸收齊U。水性吸收劑通過貧吸收劑管道47被引入至上接觸區(qū)域上方的吸收器內(nèi)。通過吸收器內(nèi)的吸收劑吸收廢氣中的CO2以得到擔(dān)載CO2或富CO2的吸收劑，該擔(dān)載CO2或富CO2的吸收劑通過富吸收劑管道48從底部吸收器45回收。在引入至吸收器的廢氣中去除超過50%優(yōu)選超過80%二氧化碳的貧廢氣通過貧廢氣管道49回收。由于在SCR30、熱交換器40和直接接觸冷卻器41以及連接它們的管道的微小壓降，在吸收器中的壓力稍低于在鍋爐20中的壓力。優(yōu)選地，壓降盡可能小，由于優(yōu)選吸收器中的壓力盡可能高。因此，從鍋爐20至吸收器45的壓降優(yōu)選小于I巴，且優(yōu)選小于0.5，如
0.2至0.3巴。這與吸收器中從4.5至14.8巴的壓力相對應(yīng)。
引入吸收器的廢氣的高壓和高二氧化碳含量的結(jié)合可在得到高效率的C02捕集的同時，減小吸收器的體積。值得注意的是，這也能夠使用工業(yè)上證實的捕集設(shè)備而無需放大尺寸，且能夠使用熱的碳酸鉀吸收劑，熱碳酸鉀吸收劑與有機(jī)吸收劑相比不會由于與殘余的廢氣氧氣反應(yīng)而分解。在吸收器中使用的水性吸收劑可為胺溶液，氨基酸溶液，碳酸銨溶液，或優(yōu)選的耐氧的熱的碳酸鉀類水性溶液。優(yōu)選地，該熱的碳酸鉀類水性溶液包括溶解在水中的15至35被％的1(20)3。可使用適當(dāng)?shù)奶砑觿┮栽黾臃磻?yīng)速率并最小化腐蝕。由于無揮發(fā)性和優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性，優(yōu)選帶有無機(jī)添加劑的碳酸鉀類吸收劑作為吸收劑，尤其是在處理具有高的氧氣分壓的燃料氣體的CO2吸收劑中。氧氣在所有濃度以及吸收器和解吸器的所有溫度下會分解例如包括胺、氨基酸等的幾乎所有有機(jī)水溶液的可替代吸收劑。吸收劑的分解將增加若干問題以及包括從成批的吸收劑中分離分解的吸收劑、更換分解的吸收劑和廢物處理的額外成本的運行裝置的成本要素。吸收劑的分解也可產(chǎn)生可能與CO2消耗的廢氣一起排出的氣體分解產(chǎn)物。這些排放物中的一些是有毒的且環(huán)境上不可接受的。根據(jù)下面的整個可逆反應(yīng)，在熱的碳酸鉀類體系中吸收CO2:(1)K2C03+C02+H20 <- 2KHC03_AHrl = -32.29kJ/mol CO2)貧廢氣通過貧廢氣管道49從吸收器45的頂部回收且被引入洗滌部50，在洗滌部50中，貧廢氣以逆流帶入接觸部51中與洗滌水接觸。洗滌水通過洗滌水循環(huán)管道52在洗滌部的底部收集，并被重新引入接觸部51上方的洗滌部。管道52中的冷卻可由廢氣冷凝水蒸汽，并因此保留水?；蛘?，加熱將水蒸發(fā)，增加貧廢氣的熱容和體積，并因此增加了在膨脹器54中產(chǎn)生的功率。加熱可以通過從逆流洗滌器41引入熱水至逆流洗滌器50的頂部，通過重新定向循環(huán)管道42至逆流洗滌器50的頂部，并將水經(jīng)由隨后連接至逆流洗滌器41的頂部的管道52返回至逆流洗滌器41。洗滌的貧廢氣通過處理過的廢氣管53從洗滌部的頂部回收。在處理過的廢氣管53中的氣體被引入到該處理過的廢氣被離開SCR30的熱廢氣加熱的熱交換器40。因此，該加熱的處理過的廢氣被引入至燃?xì)廨啓C(jī)54，在燃?xì)廨啓C(jī)54中，氣體膨脹以在發(fā)電機(jī)55中產(chǎn)生電能。膨脹的氣體通過膨脹廢氣管56回收且被釋放到大氣中。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，膨脹氣體的余熱可用在蒸汽循環(huán)中，例如在管道28中預(yù)熱鍋爐水，用于對蒸汽輪機(jī)生產(chǎn)額外的蒸汽，或用于加熱流至逆流洗滌器50的頂部的水。富吸收劑，即擔(dān)載CO2的吸收劑在吸收器45的底部收集，并通過富吸收劑管48從其中回收，如上所述。優(yōu)選地，氧氣還原單元73被布置在富吸收劑管道48中以在富吸收劑被引入至汽提塔61之前去除或充分減少富吸收劑的氧氣含量。氧氣還原單元被提供用于減少富吸收劑的氧氣含量以避免用于CO2的預(yù)期用途的捕集的CO2中的氧氣含量過高。在大多數(shù)油田中，具有過高氧氣含量的CO2不能用于提高石油采收率(EOR)，而近期內(nèi)捕集的C02將成為最有可能的大規(guī)模應(yīng)用。氧氣還原單元可以是一個閃蒸罐，在閃蒸罐中，氧氣通過減壓閥72利用閃蒸而從富吸收劑中去除。更優(yōu)選地，氧氣還原單元73是一個汽提單元，其中氧氣通過汽提氣體被去除，最優(yōu)選的是氮氣，但也可使用其他惰性氣體如C02。
氧氣還原單元73中的壓力低于吸收器46中的壓力以釋放氧氣。然而，除氧單元中的壓力高于通過管道44被引入吸收器的廢氣中的CO2分壓以避免在富吸收劑中的CO2的基本部分與氧氣一起被汽提。通常，氧氣還原單元中的壓力在2和3巴之間。汽提出的氧氣和任何汽提氣體通過汽提管道74回收用于進(jìn)一步處理。此后，離開除氧單元73的富吸收劑在被引入汽提塔61之前通過閃蒸閥60閃蒸至略高于I巴，如1.2巴的壓力。一個或多個接觸部62被布置在汽提塔61中。富吸收劑被引入汽提塔的上接觸部之上，并與被引入至最低接觸部之下的蒸汽逆流。由于汽提塔中低壓力和CO2的稀釋，汽提塔中的CO2的低分壓導(dǎo)致上述反應(yīng)(I)中的平衡向左移動，且CO2從吸收劑中釋放。貧吸收劑在汽提塔61的底部收集，并通過貧吸收劑管63回收。貧吸收管63被分成兩個管，即在再沸器66加熱以提供作為汽提氣體通過蒸汽管道67被引入汽提塔的蒸汽的貧吸收劑再沸器管64，以及貧吸收劑再循環(huán)至吸收器45的貧吸收劑循環(huán)管道65。在貧吸收劑循環(huán)管道65提供隨后是閃蒸罐69的閃蒸閥68以閃蒸貧吸收劑。通過壓縮機(jī)70從閃蒸罐69回收氣相。壓縮且因此被加熱的氣相作為額外的汽提蒸汽被引入汽提塔61。回收汽提罐69中的液相，并在液相作為貧吸收劑通過管道47被引入吸收器45之前，通過泵71抽吸以提高其壓力。包括接觸部80和集電板81的洗滌部被布置在汽提塔61的頂部部分，集電板81被布置在洗滌部的下面。離開(上)接觸部62的頂部的氣體在通過位于汽提塔61的頂部的CO2回收管82回收之前流經(jīng)集電板，且流經(jīng)接觸部80。洗滌和冷卻水通過洗滌水管道83被引入至整個洗滌部80，并促使逆流流向來自接觸部62的上游的CO2和水蒸汽混合物，以去除氣體中的任何吸收劑或其他雜質(zhì)并冷凝水蒸汽，從而將水加熱。水通過洗滌水返回管道84從集電板81回收。循環(huán)泵85設(shè)置在管道84中用于提高壓力并在加熱的水在閃蒸閥86中閃蒸且被引入至將其被分離成液相和氣相的閃蒸罐87之前促進(jìn)加熱水的流動。在洗滌水管道84中的水增加的能含量和較高溫度將降低壓縮機(jī)90所需的功率。因此，管道84中的洗滌水在離開集電板81之后且在進(jìn)入閃蒸閥86之前，可以規(guī)定路線利用適當(dāng)?shù)牡蜏貜U熱。這種廢熱源可包括用于CO2壓縮機(jī)機(jī)組95的中間冷卻器、來自中間冷卻器100的廢熱和來自直接接觸冷卻器41的廢熱?，F(xiàn)通過低壓閃蒸運行冷卻的閃蒸罐87中的液相通過循環(huán)泵88回收，且再循環(huán)至洗滌接觸部80。氣相通過壓縮機(jī)90回收且隨后可選地在冷卻器91中冷卻，引導(dǎo)通過蒸汽管道92并作為額外的汽提蒸汽與管道67中的蒸汽一起被引入。連同從壓縮機(jī)70的蒸汽，這將提供汽提塔61的運行所需的大部分蒸汽，從而最小化再沸器66的能率(duty)，并最大化系統(tǒng)的整體效率。CO2和殘余的蒸汽通過CO2回收管82在汽提塔的頂部收集。在管82中的蒸汽和CO2在冷卻器93中冷卻，并引入至閃蒸罐94。在閃蒸罐94的底部收集水，且作為洗滌水引入至水返回管道83。水平衡管95可提供用于為管83添加或去除水以平衡水的循環(huán)量。圖1示出了在該系統(tǒng)中的水平衡的相對簡化的示意圖。在實踐中，在CO2系統(tǒng)中維持水平衡是非常重要的，并可能會更復(fù)雜。例如，來自閃蒸罐94的適量液體可以規(guī)定路線直接地到達(dá)汽提塔61中的接觸部62的頂部，到達(dá)吸收塔45中的接觸部46的頂部，和/或到達(dá)洗滌部50中的接觸部51的頂部。
回收閃蒸罐94中的氣相，并在該氣體被進(jìn)一步處理前通過壓縮機(jī)95壓縮以提供從該裝置排出的用于有利應(yīng)用或用于存放的干燥壓縮的C02。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，取決于所需的CO2的純度和輸送壓力，可能需要若干壓縮階段和脫水單元。圖2示出了本發(fā)明的一個替代實施方式，其中可選的燃料氣體管道101提供用于供應(yīng)燃料至通過引入一個或多個燃燒器改良的鍋爐20。燃料可為氣體，油，煤，生物燃料或其他燃料。根據(jù)燃料決定具體使用的鍋爐設(shè)計。在以下的說明中，假定為氣體燃料。根據(jù)本實施方式，鍋爐20將首先通過與蒸汽線圈21的熱交換冷卻來自管道19的燃料氣體至適合利用燃料氣體額外燃燒的溫度。氣體被冷卻至350到500°C的溫度，該溫度由以下確定:在來自管道19的部分氧消耗的燃料氣體燃燒時對于火焰的需求，其中較高的溫度更好；和最小化NOx形成的目的，其中較低的溫度更好。通常，在管道19中的燃料氣體含有12至13體積％的氧氣。在用來自管道101的額外的燃料氣體燃燒后，殘余的氧氣減少到6體積％以下，優(yōu)選4體積％以下，甚至更優(yōu)選3體積％或更低。來自該燃燒的能量被轉(zhuǎn)移到蒸汽線圈21，從而將燃料氣體冷卻至250和450°C之間。該額外的燃燒提供一些非常重要的作用。蒸汽輪機(jī)23將產(chǎn)生更多的能量。來自鍋爐20的燃料氣體中的CO2的分壓會顯著增加，極大地簡化了在捕集系統(tǒng)3中的CO2捕集。在燃料氣體中的殘余氧氣大大減少，從而降低來自CO2吸收器45的富CO2吸收劑溶解的氧氣量，并從而限制了逃逸到CO2產(chǎn)品中的氧氣量。根據(jù)離開鍋爐20的廢氣中的殘余氧氣含量以及捕集的CO2的最終應(yīng)用的需求，可省略氧氣還原單元73。此外，來自鍋爐20的燃料氣體中的水蒸汽量增加，從而增加燃料氣體中的水冷凝溫度，由此增加來自冷卻器41中可用能量的量和溫度。本領(lǐng)域技術(shù)的人也將理解的是:完整過程的關(guān)鍵原理是能夠?qū)崿F(xiàn)高溫，且因此實現(xiàn)與加壓廢氣凈化系統(tǒng)3結(jié)合的高效率的電力生產(chǎn)系統(tǒng)I和2，而無需廢氣的再壓縮、燃料轉(zhuǎn)換或空氣分離。加壓廢氣凈化能夠使 用熱的碳酸鉀類吸收劑，但也將能夠使用并增強(qiáng)例如胺、氨基酸、碳酸銨，膜或干燥二氧化碳吸收劑類系統(tǒng)的其他CO2捕集方法。下面的表I為基于本發(fā)明的示例性裝置的輸入和輸出解釋本發(fā)明得到的總效率的說明。表I涉及圖1，不存在來自燃料管道101的鍋爐20內(nèi)的額外燃燒。
權(quán)利要求
1.一種方法，用于生產(chǎn)電能以及捕集CO2，所述方法包括以下步驟: a.將氣體燃料和含氧氣體引入至燃?xì)廨啓C(jī)以生產(chǎn)電能和廢氣； b.通過在鍋爐(20)中產(chǎn)生蒸汽來冷卻從所述燃?xì)廨啓C(jī)回收的所述廢氣； c.將來自步驟b)的冷卻的廢氣引入至通過吸收/解吸過程從所述冷卻的廢氣中捕集CO2的CO2捕集裝置，以提供經(jīng)進(jìn)一步處理以提供輸出的CO2的富CO2流，和經(jīng)處理的貧CO2廢氣； d.將所述經(jīng)處理的貧CO2廢氣釋放到環(huán)境中，且捕集的CO2從所述裝置中輸出； 其特征在于，在步驟a)中離開所述燃?xì)廨啓C(jī)的所述廢氣具有3至15巴的壓力，且來自步驟c)的所述經(jīng)處理的貧CO2廢氣在步驟d)中釋放到環(huán)境之前，被再加熱并膨脹至大氣壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在步驟b)中，將額外的燃料氣體引入至所述鍋爐中，以在所述鍋爐中提供附加的燃燒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，離開所述燃?xì)廨啓C(jī)的所述廢氣的壓力具有6至12巴的壓力。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，在所述廢氣在步驟b)中離開所述鍋爐后，且在將所述廢氣在步驟c)中引入至所述CO2捕集裝置中的吸收器之前，去除或大大減少所述廢氣中的NOx。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，NOx通過選擇性催化還原而去除。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，離開所述鍋爐的所述廢氣通過與離開所述吸收器的所述貧CO2廢氣相向的熱交換而進(jìn)一步冷卻，其中，所述貧CO2廢氣之后在整個輪機(jī)中膨脹。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，通過與離開所述鍋爐的所述廢氣相向的熱交換而加熱的所述貧CO2廢氣在膨脹之前，由插入所述鍋爐中的加熱線圈進(jìn)一步加熱。
8.一種具有CO2捕集的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置，包括:燃?xì)廨啓C(jī)(I);鍋爐(20)，所述鍋爐(20)通過在熱管(21)中產(chǎn)生蒸汽來冷卻離開所述燃?xì)廨啓C(jī)(I)的所述廢氣；循環(huán)蒸汽輪機(jī)(2)，所述循環(huán)蒸汽輪機(jī)(2)由所述鍋爐中產(chǎn)生的蒸汽生產(chǎn)電能；以及CO2捕集裝置(3)，所述CO2捕集裝置(3)包括:吸收器(45)，用于以逆流對所述廢氣帶入水性吸收劑以產(chǎn)生貧CO2廢氣和富CO2吸收劑；貧廢氣管道(49)，用于從所述吸收器(45)中回收所述貧廢氣；富吸收劑管道48，用于從所述吸收器(45)中回收富吸收劑并將所述富吸收劑引入至用于所述吸收劑再生的汽提塔(61) ；C02回收管道(82)，用于從所述汽提塔(61)中回收富0)2流；以及貧吸收劑管道(47)，用于從所述汽提塔(61)回收再生的或貧吸收劑，并將所述貧吸收劑引入至所述吸收器(45)， 其特征在于，所述燃?xì)廨啓C(jī)(I)配置用于使所述廢氣部分膨脹至3至15巴，且其中用于使所述廢氣膨脹至大氣壓力的輪機(jī)(54)布置在用于使所述廢氣在CO2捕集之后膨脹的吸收器(45)的下游。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中，提供有附加的燃料管道(101)，用于將額外的燃料供給至所述鍋爐(20)中的燃燒器，以對所述鍋爐(20)中的所述廢氣升溫。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的裝置，其中，布置有選擇性催化還原單元，用于從所述鍋爐(20)回收的冷卻的廢氣中去除NOx。
11.根據(jù)權(quán)利要求8、9或10所述的裝置，其中，布置有熱交換器(40)，用于在所述廢氣引入所述吸收器(45)之前，以與貧廢氣被引入所述輪機(jī)(54)之前從所述吸收器(45)回收的貧CO2廢氣相向冷卻所述廢氣。
12.根據(jù)權(quán) 利要求11所述的裝置，其中，加熱線圈(53')插入在所述鍋爐中，用于進(jìn)一步加熱離開所述熱交換器(40)的所述貧CO2廢氣。
全文摘要
一種生產(chǎn)電能并捕集CO2的方法，其中氣體燃料和含氧氣體被引入至燃?xì)廨啓C(jī)以產(chǎn)生電能和廢氣，其中，通過在鍋爐(20)中產(chǎn)生蒸汽來冷卻從所述燃?xì)廨啓C(jī)回收的所述廢氣，且在處理的貧CO2廢氣被釋放到環(huán)境之前且捕集的CO2從所述裝置中排出之前，冷卻的廢氣被引入至通過吸收/解吸過程從離開所述鍋爐(20)的所述冷卻的廢氣中捕集CO2的CO2捕集裝置，離開所述燃?xì)廨啓C(jī)的所述廢氣具有3至15巴的壓力，所述廢氣離開所述CO2捕集裝置之后膨脹至大氣壓力。還描述了實施所述方法的裝置。
文檔編號F23J15/04GK103096999SQ201180037038
公開日2013年5月8日 申請日期2011年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月28日
發(fā)明者T·克里斯藤森, K·鮑賽斯, S·哈姆林, H·德邁耶 申請人:薩加斯公司