專利名稱：：IGCC發(fā)電廠的CO₂回收的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及C02回收。
背景技術(shù)：
：從發(fā)電廠排放的二氧化碳(C02)被認(rèn)為是需要被去除和封存的溫室氣體。在目前的整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)技術(shù)中，C02的燃燒前捕集是優(yōu)選的。在用于從合成氣燃料中捕集和去除處在二氧化碳狀態(tài)下的碳的吸附/解吸工藝中，具備C02捕集和去除的IGCC工廠目前釆用諸如SELEXOL(UnionCarbideCorporation的品牌)等的物理溶劑(physicalsolvent)。更具體地說，產(chǎn)生自氣化器的合成氣被送至一組變換反應(yīng)器，以便將CO轉(zhuǎn)化成C02和H2。然后，通過使用諸如SELEXOl7M等的物理溶劑捕集C02。在解吸之后，所捕集的C02可凈皮回收。通過這種工藝被去除的二氧化碳呈現(xiàn)為低壓(15至300psia)下的氣態(tài)產(chǎn)物。該回收的C02需要在高壓(大約2000psia)下以液態(tài)形式被儲(chǔ)存。因而，該氣態(tài)C02被加壓并利用制冷劑進(jìn)行冷卻。這將氣體液化并且隨后將其泵至高的壓力。二氧化碳的氣態(tài)壓縮需要大量的輔助壓縮功率(auxiliarycompressionpower)，這導(dǎo)致較低的工廠凈輸出及效率。圖1描繪了基于當(dāng)前技術(shù)的涉及C02捕集的典型IGCC系統(tǒng)的方框流程圖，并且，包括以下主要工藝步驟A.高壓?jiǎn)屋椛錃饣?RadiantOnlyGasifier)10，帶有合成氣的水淬，用于增加顯熱的回收。B.空氣分離單元12,其利用升高壓力(EP)ASU(其中，部分空氣提取自GT)產(chǎn)生氣化所需的95%的純氧。C.單級(jí)/兩級(jí)催化式水-煤氣-變換反應(yīng)器(Water-Gas-Shiftreactor)14，用于產(chǎn)生主要富含H2-C02的氣體。D.產(chǎn)品氣體凈化、H2S去除和石克回收16,并且，捕集存在于燃料中的C02，從而使去向燃?xì)馔钙?8的燃料脫碳。E.利用高級(jí)合成氣-供燃料式(advancedsyngas-fUeled)燃?xì)馔钙焦β恃h(huán)進(jìn)行發(fā)電。當(dāng)前技術(shù)使用雙柱式酸性氣體去除(AGR)系統(tǒng)20來有選擇地A人經(jīng)變換的合成氣中去除H2S和C02。圖2顯示了目前的雙柱式AGR系統(tǒng)20。圖中圏起的部分涉及從物理溶劑中回收被捕集的C02。在當(dāng)前技術(shù)中，如圖3中所示，該結(jié)構(gòu)具有三個(gè)不同壓力級(jí)22,24,26,以便從物理溶劑28中閃蒸排出(flashout)C02氣體。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明采用液泵，以便在作為氣態(tài)產(chǎn)物(處于低壓下)而解吸之前，將物理溶劑中溶解的二氧化碳的液態(tài)中的壓力增加至高得多的壓力。因而，本發(fā)明可體現(xiàn)在這樣的涉及C02捕集的系統(tǒng)中，該系統(tǒng)具有酸性氣體去除系統(tǒng)，以便有選擇地從經(jīng)變換的合成氣中去除co2,該酸性氣體去除系統(tǒng)包括用于從溶解在物理溶劑中的二氧化碳的輸入流中去除C02的至少一個(gè)級(jí)；用于升高溶解在物理溶劑中的二氧化碳的流的壓力的泵；以及，用于升高至少一個(gè)所述C02去除級(jí)上游的加壓流的溫度的熱交換器。本發(fā)明還可體現(xiàn)在一種在酸性氣體去除系統(tǒng)中回收C02以^更有選擇地在涉及C02捕集的系統(tǒng)中從經(jīng)變換的合成氣中去除co2的方法，該酸性氣體去除系統(tǒng)包括用于從溶解有二氧化碳的物理溶劑的輸入流中去除C02的至少一個(gè)級(jí)，這種在酸性氣體去除系統(tǒng)中回收C02的方法包括升高溶解有二氧化碳的物理溶劑的流的壓力；以及，升高至少一個(gè)所述C02去除級(jí)上游的加壓流的溫度。圖1是涉及C02捕集的IGCC系統(tǒng)的示意圖；圖2是用于圖1的涉及C02捕集的IGCC系統(tǒng)的AGR系統(tǒng)的示意圖3是圖2的圏起的部分的示意圖，其顯示了圖2的AGR系統(tǒng)中的傳統(tǒng)的C02回收；圖4是圖2的AGR系統(tǒng)的圈起的部分的示意圖，其顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的AGR系統(tǒng)中的C02回收；圖5顯示了才艮據(jù)本發(fā)明的一個(gè)備選實(shí)施例的AGR系統(tǒng)中的C02回收的圖解，帶有級(jí)間泵浦(pumping);圖6是曲線圖，其顯示了不同的級(jí)中的回收率中的變化和不同方案下的功率節(jié)??；而圖7是根據(jù)不同方案的功率節(jié)省的圖表。具體實(shí)施例方式帶有C02捕集的IGCC系統(tǒng)的效率由于常規(guī)地被使用的AGR結(jié)構(gòu)而降低，其細(xì)節(jié)已于上面參照?qǐng)D3進(jìn)行了論述。這種性能損失的關(guān)鍵原因是由于較低的C02流壓力，其迫使較高的C02壓縮機(jī)輔助負(fù)荷。本發(fā)明提出了系統(tǒng)設(shè)計(jì)解決方案，以減少基于SELEXOL的AGR系統(tǒng)的輔助負(fù)荷，從而改善IGCC系統(tǒng)凈輸出和熱耗率。本發(fā)明基于物理溶劑的這樣的特性，即，物理溶劑在高溫下以專史更高速率(即使溶劑的壓力較高)釋放所捕集的氣體。因而，本發(fā)明建議，升高溶劑的壓力，且之后例如通過將其發(fā)送穿過一組熱交換器而提高其溫度。這確保在較高的壓力下較大量的氣體被脫出(stripped),從而減少C02壓縮機(jī)中所需的輔助功率。從溶劑中脫出氣體所需要的溫度與;容劑壓力成正比。通過寸氐等級(jí)能量源(low-gradeenergysource),例如前往用于調(diào)溫冷卻的合成氣(syngasgoingfortrimcooling)以及在后冷卻器中被冷卻的各種壓縮機(jī)流等，可獲得200華氏度的溫度。在備選中，通過用諸如LP蒸汽、HP蒸汽等等的高等級(jí)能量源來代替低等級(jí)能加熱，則工廠中可獲得的各種高溫能量源可被用于在高得多的壓力下使氣體脫出。圖4中示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例而提供的AGR系統(tǒng)中的經(jīng)改進(jìn)的C02回收。如此處所描繪的那樣，在圖3的傳統(tǒng)配置和圖4的實(shí)施例的配置之間的基本區(qū)別是添加了增壓泵和熱交換器網(wǎng)絡(luò)。在該示例性實(shí)施例中，增壓泵是用以提高輸入液體流的壓力的常規(guī)的離心泵130。然后，熱交換器132,134,136,138用于加熱經(jīng)增壓的溶劑流。主加熱源可以是所有低等級(jí)能量源。更具體地說，因?yàn)槭顾都腃02從溶劑脫離所需的溫度較低，所以可使用所有低等級(jí)能量源。如上所述，甚至200。F的溫度都將對(duì)氣體的回收(在較高的壓力下)帶來顯著的改善。因而，本發(fā)明采用液泵130,以便首先將溶解二氧化碳和物理溶劑的液態(tài)中的壓力增加至高得多的、例如1200psia至2500psia的壓力(在作為氣態(tài)產(chǎn)物而解吸之前)。與沒有液體泵浦的系統(tǒng)相比，被去除的二氧化碳的有所增加的氣態(tài)壓力導(dǎo)致了低得多的壓縮功率消耗和至最終二氧化碳封存狀態(tài)的費(fèi)用。因而，才艮據(jù)本發(fā)明，當(dāng)C02溶解于液態(tài)中時(shí)，通過有效地用液體壓縮替代(某些)氣體壓縮，二氧化碳去除輔助功率可降低多達(dá)18%。圖5顯示了一種用于AGR系統(tǒng)中的C02回收的備選實(shí)施例，其中，作為如圖4實(shí)施例中的單個(gè)增壓泵130的備選，除了泵230之外，還提供了帶有加熱235,237的級(jí)間泵浦231,233。注意到的是，在各種提供有增壓泵的情況下，熱交換系統(tǒng)包含至少一個(gè)位于增壓泵下游并且位于相應(yīng)的閃蒸槽(flashtank)222,224,226上游的熱交換器232,234,235,237,用于升高加壓溶劑的溫度(與液體的壓力的分級(jí)的增加相一致)。利用AspenTechnologyInc.,Cambridge,Massachusetts的商業(yè)仿真軟件產(chǎn)品ASPENHYSYS進(jìn)行了某些初步的仿真以評(píng)估上面所述的本發(fā)明的效益。為了評(píng)估，考慮了各種方案，以尋找三個(gè)級(jí)的壓力水平的變化帶來的變化和效益。在所有方案下，加熱后溫度都保持相同。表l:用于評(píng)估的方案<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>在圖6中描繪了這些仿真中所觀測(cè)的結(jié)果。具體地說，圖6描繪了不同的級(jí)中回收率的變化和不同的方案下的功率節(jié)省。圖7中顯示了不同方案下的輔助功率的節(jié)省百分比。雖然已經(jīng)結(jié)合目前被認(rèn)為是最恰實(shí)際且最優(yōu)選的實(shí)施例而描述了本發(fā)明，但是應(yīng)該懂得本發(fā)明并不局限于所公開的實(shí)施例，相反，其意圖覆蓋包含在從屬權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的各種變體和等效布置。例如，盡管在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中顯示了去除C02的三個(gè)級(jí),但本發(fā)明對(duì)于帶有一個(gè)或多個(gè)級(jí)的C02去除系統(tǒng)是可用且有效的。此外，這種C02分離工藝還可用于利用氣化技術(shù)從煤或類似的碳?xì)浠衔镌现兄圃煲后w運(yùn)輸燃料和/或包括氫、阿摩尼亞等等在內(nèi)的多種化學(xué)產(chǎn)品，在此，功率的產(chǎn)生或IGCC不是必須的。因而，本發(fā)明并不局限于IGCC系統(tǒng)中的C02去除，而是可用于任何產(chǎn)生C02的系統(tǒng)。另外，盡管作為示例性工作流體具體提到了SELEXOL,但是其它液體溶劑也可被使用。最后，盡管如上所述，低等級(jí)能是升高溶劑流的溫度以去除C02的優(yōu)選方式，但是在某些方案下，諸如LP/IP或HP蒸汽等的其它能量源可能是可獲得的和/或所需要的，以便最大限度地提高C02去除的效率。部件列表氣化器10;空氣分離單元12;催化式水-煤氣-變換反應(yīng)器14;H2S去除和石克回收16;燃?xì)馔钙?8;酸性氣體去除(AGR)系統(tǒng)20;三個(gè)不同壓力級(jí)22,24,26;物理溶劑28;離心泵130;熱交換器132,134,146,138;泵230;級(jí)間泵浦231,233;熱交換器232,234,235,237;閃蒸槽222,224,226;權(quán)利要求1.在一種涉及CO2捕集的、具有酸性氣體去除系統(tǒng)以便有選擇地從經(jīng)變換的合成氣中去除CO2的系統(tǒng)中，酸性氣體去除系統(tǒng)包括用于從物理溶劑中溶解的二氧化碳的輸入流中去除CO2的至少一個(gè)級(jí)(22，24，26，222，224，226)；用于升高物理溶劑中溶解的二氧化碳的流的壓力以產(chǎn)生加壓流的泵(130，230，231，233)；和用于升高位于至少一個(gè)所述CO2去除級(jí)上游的該加壓流的溫度的熱交換器(132，134，232，234，235，237)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述熱交換器操作性地聯(lián)接至至少一個(gè)低等級(jí)能量源上，用于加熱該加壓流。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，該酸性氣體去除系統(tǒng)包括多個(gè)閃蒸槽的級(jí)以用于從物理溶劑中溶解的二氧化碳的輸入流中解吸所捕集的co2。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，用于升高該溶劑流的壓力的泵和用于升高該溶劑流的壓力的熱交換器布置在每個(gè)所述閃蒸槽的上游。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，在至少一個(gè)所述co2去除級(jí)下游布置有用于降低所回收的C02的溫度的熱交換器(136,138,236,238)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，存在有三級(jí)用于去除C02的閃蒸槽，并且在該第二和第三級(jí)閃蒸槽下游布置有用于降低所回收的C02的溫度的熱交換器。7.在一種涉及C02捕集的、具有酸性氣體去除系統(tǒng)以便有選擇地從經(jīng)變換的合成氣中去除C02的系統(tǒng)中，酸性氣體去除系統(tǒng)包括用于^v物理溶劑中溶解的二氧化;友的輸入流中去除C02的至少一個(gè)級(jí)(22,24,26,222,224,226)，在該酸性氣體去除系統(tǒng)中回收C02的方法包括升高物理溶劑中溶解的二氧化碳的流的壓力(130，230，231，233),以產(chǎn)生加壓流；以及升高位于至少一個(gè)所述co2去除級(jí)上游的該加壓流的溫度(132,134,232,234,235,237)。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述升高壓力包括將該流4貴送通過離心泵。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述升高該加壓流的溫度包括將該溶劑流饋送通過操作性地聯(lián)接至至少一個(gè)低等級(jí)能量源以用于加熱該加壓流的熱交換器。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，存在有多個(gè)C02去除級(jí)，并且，在每個(gè)所述C02去除級(jí)的上游升高該溶劑流的壓力并升高其溫度，并且，所述方法還包括在至少一個(gè)所述C02去除級(jí)的下游降低所回收的C02的溫度(136，138,236,238)。全文摘要本發(fā)明涉及IGCC發(fā)電廠的CO₂回收，具體而言，在一種涉及CO₂捕集的、具有酸性氣體去除系統(tǒng)以便有選擇地從經(jīng)變換的合成氣中去除CO₂的系統(tǒng)中，酸性氣體去除系統(tǒng)包括用于從物理溶劑中溶解的二氧化碳的輸入流中去除CO₂的至少一個(gè)級(jí)(22，24，26，222，224，226)，例如閃蒸槽，在所述酸性氣體去除系統(tǒng)中回收CO₂的方法包括升高物理溶劑中溶解的二氧化碳的流的壓力；以及，升高至少一個(gè)CO₂去除級(jí)上游的加壓流的溫度。文檔編號(hào)B01D53/18GK101537301SQ200910126898公開日2009年9月23日申請(qǐng)日期2009年3月18日優(yōu)先權(quán)日2008年3月18日發(fā)明者A·K·阿南德,C·M·喬世,J·馬魯薩穆蘇申請(qǐng)人:通用電氣公司