BE1030055B1 - Carbon Dioxide Separation Device - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kohlendioxid-Abtrennungsvorrichtung 10, wobei die Kohlendioxid-Abtrennungsvorrichtung 10 eine Absorptionsvorrichtung 20 und eine Desorptionsvorrichtung 30 aufweist, wobei die Absorptionsvorrichtung 20 einen Gaseinlass 21 für das zu reinigende Gas und einen Gasauslass 22 für das gereinigte Gas aufweist, wobei die Absorptionsvorrichtung 20 einen Absorptionssolvenseinlass 23 und einen Lösungsauslass 24 aufweist, wobei die Desorptionsvorrichtung 30 wenigstens einen ersten Lösungseinlass 31, einen Absorptionssolvensauslass 32, einen Warmsolvenseinlass 33 und einen Kohlendioxidauslass 34 aufweist, wobei der Lösungsauslass 24 mit dem ersten Lösungseinlass 31 über eine erste Lösungsverbindung 40 verbunden ist, wobei die erste Lösungsverbindung 40 einen ersten Wärmetauscher 41 aufweist, wobei der Absorptionssolvensauslass 32 mit dem Absorptionssolvenseinlass 23 über eine Absorptionssolvensverbindung 50 verbunden ist, wobei die Absorptionssolvensverbindung 50 den ersten Wärmetauscher 41 aufweist, sodass die Wärme des Solvensstroms an den Lösungsstrom übergeben wird, wobei die Absorptionssolvensverbindung 50 eine Abzweigung 51 zu einer Warmsolvensverbindung 52 aufweist, wobei die Warmsolvensverbindung 52 mit dem Warmsolvenseinlass 33 verbunden ist, wobei die Warmsolvensverbindung einen zweiten Wärmetauscher 53 aufweist.The present invention relates to a carbon dioxide separation device 10, the carbon dioxide separation device 10 having an absorption device 20 and a desorption device 30, the absorption device 20 having a gas inlet 21 for the gas to be cleaned and a gas outlet 22 for the cleaned gas, the absorption device 20 has an absorption solvent inlet 23 and a solution outlet 24, the desorption device 30 having at least a first solution inlet 31, an absorption solvent outlet 32, a warm solvent inlet 33 and a carbon dioxide outlet 34, the solution outlet 24 being connected to the first solution inlet 31 via a first solution connection 40, the first solution connection 40 having a first heat exchanger 41, the absorption solvent outlet 32 being connected to the absorption solvent inlet 23 via an absorption solvent connection 50, the absorption solvent connection 50 having the first heat exchanger 41 such that the heat of the solvent stream is transferred to the solution stream, the absorption solvent connection 50 has a branch 51 to a warm solvent connection 52 , the warm solvent connection 52 being connected to the warm solvent inlet 33 , the warm solvent connection having a second heat exchanger 53 .
Description
1 BE2021/60081 BE2021/6008
Kohlendioxid-AbtrennungsvorrichtungCarbon Dioxide Separation Device
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abtrennung von Kohlendioxid aus Gasen, insbesondere aus Abgasen.The invention relates to a device for separating carbon dioxide from gases, in particular from exhaust gases.
Um den menschgemachten Klimawandel zu reduzieren wird zunehmend vermieden,In order to reduce man-made climate change, it is increasingly avoided
Kohlendioxid in die Atmosphäre abzugeben. Vielmehr wird versucht, entstehendesrelease carbon dioxide into the atmosphere. Rather, an attempt is made to
Kohlendioxid abzutrennen und entweder anschließend umzuwandeln oder zu deponieren. Ein typisches Verfahren hierzu ist, Abgase bei etwa 25 °C bis 50 °C mit einer basischen Lösung, beispielsweise einer Amin-Lösung zu waschen. Diese Amin-Lösung wirkt als Solvens in dem sich das Kohlendioxid löst. Die das Kohlendioxid-enthaltendeSeparating carbon dioxide and either converting it afterwards or dumping it. A typical method for this is to scrub exhaust gases at about 25°C to 50°C with a basic solution, for example an amine solution. This amine solution acts as a solvent in which the carbon dioxide dissolves. The one containing the carbon dioxide
Lösung wird dann erwärmt und in einem Desorptionsschritt das Kohlendioxid wieder in die Gasphase überführt. Hierdurch wird das Solvens zurückerhalten und ebenso wird ein reiner Kohlendioxid-Gasstrom. Der Kohlendioxid-Gasstrom kann dann beispielsweise und rein exemplarisch deponiert oder einer Methanol-Synthese zugeführt werden.The solution is then heated and the carbon dioxide is converted back into the gas phase in a desorption step. This recovers the solvent and also produces a pure carbon dioxide gas stream. The carbon dioxide gas stream can then, for example and purely by way of example, be deposited or fed to a methanol synthesis.
Aus der WO 2010 / 086 039 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abtrennen von Kohlendioxid aus einem Abgas einer fossilbefeuerten Kraftwerksanlage bekannt.WO 2010/086 039 A1 discloses a method and a device for separating carbon dioxide from an exhaust gas from a fossil-fired power plant.
Aus der CN111203086A ist ein COz-Abtrennungssystem mit geringemFrom CN111203086A is a low CO2 separation system
Energieverbrauch und geringer Emission bekannt.Energy consumption and low emissions known.
Aus der WO 2014 / 077 919 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Entfernung saurer Gase aus einem Gasstrom und einer Regeneration der absorbierenden Lösung bekannt.WO 2014/077 919 A1 discloses a device and a method for removing acidic gases from a gas stream and regenerating the absorbing solution.
Aus der US 2017 / 0197175 A1 ist ein energieeffizientes Verfahren zur Extraktion saurerFrom US 2017 / 0197175 A1 is an energy-efficient process for the extraction of acidic
Gases aus einem Gasstrom bekannt.Gas from a gas stream known.
Aus der WO 2013/0013 749 A1 ist eine Wärmerückgewinnung bei Absorptions- undFrom WO 2013/0013 749 A1 is a heat recovery in absorption and
Desorptionsprozessen bekannt.known desorption processes.
Aus der WO 2019 / 232 626 A1 ist eine CO2 Abtrennung nach der Verbrennung mit einerWO 2019 / 232 626 A1 describes a CO2 separation after combustion with a
Wärmerückgewinnung bekannt.heat recovery known.
2 BE2021/60082 BE2021/6008
Aus der US20217/0220771A1 ist eine der Verbrennung nachgelagerterFrom US20217/0220771A1 one is downstream of the incineration
Kohlendioxidabtrennung mit einer Wärmerückgewinnung bekannt.Carbon dioxide separation known with a heat recovery.
Aus der CN208786105U ist eine Kohlendioxidabtrennung mit einerFrom the CN208786105U is a carbon dioxide separator with a
Wärmerückgewinnung bekannt.heat recovery known.
Aus der US 2014 / 0127119 A1 ist ein Kohlendioxidabsorber bekannt.A carbon dioxide absorber is known from US 2014/0127119 A1.
Aus der US 5 145 658 A ist die Rückgewinnung der Reaktionswärme einer alkalischenFrom US Pat. No. 5,145,658 the recovery of the heat of reaction is alkaline
Waschlösung zur Entfernung saurer Gase bekannt.Washing solution known for removing acid gases.
Aus der US 3 563 696 A ist die Entfernung von Kohlendioxid aus einem Gasgemisch bekannt.The removal of carbon dioxide from a gas mixture is known from US Pat. No. 3,563,696 A.
Aus der WO 2004 / 080 573 A1 ist die Regeneration einer wässrigen Lösung aus einemFrom WO 2004/080 573 A1 is the regeneration of an aqueous solution from a
Gasabsorptionsprozess bekannt.Gas absorption process known.
Aus der US 2014 / 0374105 A1 ist ein Verfahren zur Entfernung von Kohlendioxid aus einem Gas bekannt.A method for removing carbon dioxide from a gas is known from US 2014/0374105 A1.
Allen Anlagen zur Abtrennung von CO: ist gemein, dass zur erneuten Abgabe des CO2 aus der Lösung Energie zugeführt werden muss. Hierzu wird auf Wärme auf einem hohen und damit vergleichsweise wertvollen Niveau zurückgegriffen.What all systems for separating CO have in common is that energy must be supplied to release the CO2 from the solution again. For this purpose, heat is used at a high and thus comparatively valuable level.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kohlendioxid-Abtrennungsvorrichtung bereitzustellen, bei der Gesamtprozess aus Absorption und Desorption energetisch optimiert ist.The object of the invention is to provide a carbon dioxide separation device in which the overall process of absorption and desorption is energetically optimized.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Kohlendioxid-Abtrennungsvorrichtung mit den inThis task is solved by the carbon dioxide separation device with the
Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.Claim 1 specified features. Advantageous developments result from the dependent claims, the following description and the drawings.
Die erfindungsgemäße Kohlendioxid-Abtrennungsvorrichtung weist eineThe carbon dioxide separation device according to the invention has a
Absorptionsvorrichtung und eine Desorptionsvorrichtung auf. In derAbsorption device and a desorption device. In the
Absorptionsvorrichtung wird das vom Kohlendioxid zu reinigende Gas eingeführt und durch den Kontakt mit einem Solvens, meist einer Amin-Lösung, das Kohlendioxid aus der Gasphase in die flüssige Phase überführt. Es entsteht eine Lösung aus dem Solvens mit dem darin gelôsten, gegebenenfalls gebundenem, Kohlendioxid. Diese Lôsung wird 5 in die Desoptionsvorrichtung überführt, wo das Kohlendioxid aus der Lösung wieder ausgetrieben wird, wodurch das Solvens zurückerhalten und im Kreislauf zurück in dieThe gas to be cleaned of carbon dioxide is introduced into the absorption device and the carbon dioxide is converted from the gas phase into the liquid phase by contact with a solvent, usually an amine solution. A solution is formed from the solvent with the carbon dioxide dissolved therein, possibly bound. This solution is transferred to the desorption device where the carbon dioxide is stripped out of the solution, thereby recovering the solvent and recirculating it back into the system
Absorptionsvorrichtung überführt wird. Ebenso wird ein Kohlendioxid-Gasstrom erhalten, welcher der weiteren Verwendung zugeführt werden kann. Dieses Grundprinzip wird in einer Vielzahl an Variationen bereits eingesetzt.Absorption device is transferred. Likewise, a carbon dioxide gas stream is obtained, which can be supplied for further use. This basic principle is already used in a large number of variations.
Die Absorptionsvorrichtung weist einen Gaseinlass für das zu reinigende Gas und einenThe absorption device has a gas inlet for the gas to be cleaned and a
Gasauslass für das gereinigte Gas auf. Das zu reinigende Gas kann beispielsweise einGas outlet for the cleaned gas. The gas to be cleaned can, for example
Abgas aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe sein. Das gereinigte Gas wäre dann meist hauptsächlich Stickstoff mit einem kleinen Rest an Kohlendioxid und gegebenenfalls einem durch den Verbrennungsprozess stark reduzierten Anteil anWaste gas from burning fossil fuels. The cleaned gas would then mostly be mainly nitrogen with a small remainder of carbon dioxide and possibly a greatly reduced proportion of carbon dioxide as a result of the combustion process
Sauerstoff. Das gereinigte Gas kann dann beispielsweise an die Atmosphäre abgegeben werden, ohne dabei große Mengen an Kohlendioxid als Treibhausgas freizusetzen. DieOxygen. The cleaned gas can then be released into the atmosphere, for example, without releasing large amounts of carbon dioxide as a greenhouse gas. The
Absorptionsvorrichtung weist üblicherweise einen oder mehrere Stoffaustauschelemente auf, die zwischen dem Gaseinlass und dem Absorptionssolvenseinlass angeordnet sind.Absorption device usually has one or more mass transfer elements arranged between the gas inlet and the absorption solvent inlet.
Die Stoffaustauschelemente dienen dazu, die flüssige und die gasförmige Phase besser in Kontakt zu bringen, insbesondere auch die Oberfläche der flüssigen Phase zu erhöhen.The mass transfer elements serve to bring the liquid and the gaseous phase into better contact, in particular also to increase the surface area of the liquid phase.
Derartige Stoffaustauschelemente sind dem Fachmann bekannt und können beispielsweise Glockenbôden, Füllkôrper sein oder strukturierte Packung seinSuch mass transfer elements are known to the person skilled in the art and can be, for example, bubble-cap trays, packing or structured packing
Die Absorptionsvorrichtung weist weiter einen Absorptionssolvenseinlass und einenThe absorption device further includes an absorption solvent inlet and a
Lösungsauslass auf. Der Absorptionssolvenseinlass ist üblicherweise oben an dersolution outlet. The absorption solvent inlet is usually at the top of the
Absorptionsvorrichtung angeordnet, der Lösungsauslass an der unten an derAbsorption device arranged, the solution outlet at the bottom of the
Absorptionsvorrichtung. Entsprechend ist der Gaseinlass üblicherweise unten und derabsorption device. Accordingly, the gas inlet is usually at the bottom and the
Gasauslass oben angeordnet, sodass Gas und Solvens im Gegenstrom durch dieGas outlet located on top so that gas and solvent flow countercurrently through the
Absorptionsvorrichtung fließen.Flow absorption device.
Die Desorptionsvorrichtung weist wenigstens einen ersten Lösungseinlass, einenThe desorption device has at least a first solution inlet, a
Absorptionssolvensauslass, einen Warmsolvenseinlass und einen Kohlendioxidauslass auf. Der Lösungsauslass der Absorptionsvorrichtung ist mit dem ersten Lösungseinlassabsorption solvent outlet, a warm solvent inlet and a carbon dioxide outlet. The solution outlet of the absorber is connected to the first solution inlet
4 BE2021/6008 der Desorptionsvorrichtung über eine erste Lösungsverbindung verbunden. Die erste4 BE2021/6008 of the desorption device via a first solution connection. The first
Lösungsverbindung weist einen ersten Wärmetauscher auf. Hierdurch wird derSolution connection has a first heat exchanger. This will make the
Lösungsstrom, welcher durch die erste Lösungsverbindung fließt, erwärmt, sodass in derSolution stream, which flows through the first solution connection, heated so that in the
Desorptionsvorrichtung das in der Lösung vorhandene Kohlendioxid wieder abgegeben werden kann. Der Absorptionssolvensauslass der Desorptionsvorrichtung ist mit demDesorption device, the carbon dioxide present in the solution can be released again. The absorption solvent outlet of the desorption device is connected to the
Absorptionssolvenseinlass der Absorptionsvorrichtung über eineAbsorption solvent inlet of the absorption device via a
Absorptionssolvensverbindung verbunden. Über die Absorptionssolvensverbindung fließt das in der Desorptionsvorrichtung vom Kohlendioxid abgereicherte Solvens zurück zurConnected absorption solvent compound. The solvent depleted of carbon dioxide in the desorption device flows back to the absorption solvent connection via the absorption solvent connection
Absorptionsvorrichtung. Die Absorptionssolvensverbindung weist ebenfalls den erstenabsorption device. The absorbent solvent compound also has the first
Wärmetauscher auf. Hierdurch wird die Wärme des Solvensstroms in derheat exchanger on. As a result, the heat of the solvent stream in the
Absorptionssolvensverbindung an den Lösungsstrom übergeben. DieTransfer absorption solvent compound to the solution stream. The
Absorptionssolvensverbindung weist eine Abzweigung zu einer Warmsolvensverbindung auf. Es wird also ein Teilstrom des Solvensstroms abgezweigt und in dieAbsorption solvent connection has a branch to a warm solvent connection. So it is branched off a partial flow of the solvent flow and into the
Warmsolvensverbindung geführt. Die Warmsolvensverbindung ist mit demWarm solvent connection led. The warm solvent connection is with the
Warmsolvenseinlass verbunden. Die Warmsolvensverbindung weist einen zweitenConnected to warm solvent inlet. The warm solvent compound has a second
Wärmetauscher auf. Hierdurch kann zusätzlich Energie in das gesamte System eingetragen werden. Die Desorptionsvorrichtung weist üblicherweise einen oder mehrereheat exchanger on. As a result, additional energy can be introduced into the entire system. The desorption device usually has one or more
Stoffaustauschelemente auf, die oberhalb und unterhalb des ersten Lösungseinlass angeordnet sind. Die Stoffaustauschelemente dienen dazu, die flüssige und die gasfôrmige Phase besser in Kontakt zu bringen, insbesondere auch die Oberfläche der flüssigen Phase zu erhöhen. Derartige Stoffaustauschelemente sind dem Fachmann bekannt und können beispielsweise Glockenböden, Füllkörper oder strukturierte Packung sein.Mass transfer elements, which are arranged above and below the first solution inlet. The mass transfer elements serve to bring the liquid and the gaseous phase into better contact, in particular also to increase the surface area of the liquid phase. Such mass transfer elements are known to those skilled in the art and can, for example, be bubble-cap trays, random packings or structured packing.
Erfindungsgemäß zweigt zwischen der Absorptionsvorrichtung und dem erstenAccording to the invention branches between the absorption device and the first
Wärmetauscher der ersten Lösungsverbindung eine dritte Lösungsverbindung ab. Die dritte Lôsungsverbindung ist strömungstechnisch am Ende, wo der Lösungsstrom wieder aus der dritten Lôsungsverbindung austritt, mit der ersten Lösungsverbindung hinter dem ersten Wärmetauscher oder der Absorptionsvorrichtung verbunden. Die dritteHeat exchanger of the first solution compound from a third solution compound. The third solution connection is fluidly connected to the first solution connection after the first heat exchanger or absorber at the end where the solution stream exits the third solution connection again. The third
Lösungsverbindung weist einen vierten Wärmetauscher auf, in dem der Lösungsstrom der dritten Lösungsverbindung erwärmt wird. Der vierte Wärmetauscher und derSolution compound has a fourth heat exchanger in which the solution stream of the third solution compound is heated. The fourth heat exchanger and the
Gaseinlass sind über eine Gasverbindung verbunden, sodass das zu reinigende Gas durch den vierten Wärmetauscher geleitet wird, bevor das zu reinigende Gas in dieGas inlets are connected via a gas connection so that the gas to be cleaned is passed through the fourth heat exchanger before the gas to be cleaned enters the
Absorptionsvorrichtung geführt wird. Üblicherweise wird das zu reinigende Gas mit einerAbsorption device is performed. Usually, the gas to be cleaned with a
Temperatur zwischen 100 °C und 200 °C, beispielsweise mit 150 °C, bereitgestellt, entsprechend wie es aus den Vorprozessen anfällt. In der Absorptionsvorrichtung sindTemperature between 100 ° C and 200 ° C, for example 150 ° C, provided, according to how it is obtained from the preliminary processes. In the absorption device are
Temperaturen von 30 °C bis 40 °C üblich sind, ist normalerweise ein Wärmetauscher zum Abkühlen notwendig. Jedoch ist die hierbei anfallende Wärme oftmals nicht mehr zu 5 nutzen, da diese auf einem sehr geringen Niveau anfällt. Durch den direktenTemperatures of 30°C to 40°C are common, a heat exchanger is usually required for cooling. However, the heat that occurs here can often no longer be used, since it occurs at a very low level. Through the direct
Wärmeübergang kann die Energie direkt auf den Lösungsstrom übertragen werden, welcher dabei auf beispielsweise 100 °C bis 110 °C und damit auf das Temperaturniveau der Desoptionsvorrichtung gebracht wird. Hierdurch kann die am zweiten Wärmetauscher zugeführte Energie, welche aus einer höherwertigen Energiequelle, meist Dampf, stammt, wenigstens teilweise eingespart werden.Heat transfer can be used to transfer the energy directly to the solution stream, which is brought to, for example, 100° C. to 110° C. and thus to the temperature level of the desoption device. As a result, the energy supplied to the second heat exchanger, which comes from a higher-value energy source, usually steam, can be saved at least in part.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die erste Lösungsverbindung strömungstechnisch hinter dem ersten Wärmetauscher eine Verdampfungsvorrichtung auf. Die Verdampfungsvorrichtung, auch Druckentspannungsbehälter genannt, dient dazu, dass die im ersten Wärmetauscher erwärmte Lösung des Lösungsstroms sich ausdehnen und daher partiell verdampfen kann. In der Verdampfungsvorrichtung wird somit die flüssige Phase des Lösungsstroms von der gasförmigen Phase desIn a further embodiment of the invention, the first solution connection has an evaporation device downstream of the first heat exchanger in terms of flow. The evaporation device, also known as the pressure expansion tank, is used to allow the solution of the solution stream heated in the first heat exchanger to expand and therefore partially evaporate. In the evaporation device, the liquid phase of the solution stream is thus separated from the gaseous phase of the
Lösungsstroms getrennt. Die flüssige Phase wird durch die erste Lösungsverbindung in die Desorptionsvorrichtung geführt. Die Desorptionsvorrichtung weist weiter einensolution stream separately. The liquid phase is led into the desorption device through the first solution connection. The desorption device further has a
Dampfeinlass auf und die Verdampfungsvorrichtung weist einen Dampfauslass auf. DerSteam inlet and the evaporation device has a steam outlet. The
Dampfauslass der Verdampfungsvorrichtung und der Dampfeinlass derVapor outlet of the vaporization device and the vapor inlet of the
Desorptionsvorrichtung sind zur Überführung der gasförmigen Phase mit einerDesorption are for the conversion of the gaseous phase with a
Gaslösungsverbindung verbunden. Besonders bevorzugt ist der Dampfeinlass in unterenConnected gas solution compound. The steam inlet at the bottom is particularly preferred
Bereich der Desorptionsvorrichtung angeordnet. Hierdurch wird die energetischeArranged area of the desorption device. This will increase the energetic
Führung des Gesamtprozesses optimiert.Management of the overall process optimized.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die dritte Lösungsverbindung amIn another embodiment of the invention, the third solution compound is am
Ende, wo der Lösungsstrom wieder aus der dritten Lösungsverbindung austritt, mit derEnd, where the solution stream exits again from the third solution connection, with the
Verdampfungsvorrichtung verbunden. Hierdurch kann hier, ebenso wie bei dem erwärmten Lösungsstrom der ersten Lôsungsverbindung ein Entspannen erfolgen und die Gasphase von der flüssigen Phase getrennt werden.Evaporation device connected. In this way, as in the case of the heated solution stream of the first solution compound, expansion can take place here and the gas phase can be separated from the liquid phase.
6 BE2021/60086 BE2021/6008
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Gasverbindung eineIn a further embodiment of the invention, the gas connection has a
Rohgasreinigung auf. Insbesondere und bevorzugt ist die Rohgasreinigung zurraw gas cleaning. Particular and preferred is the raw gas cleaning
Entfernung von Schwefeloxiden ausgebildet.Trained removal of sulfur oxides.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zweigt zwischen derIn a further embodiment of the invention branches between the
Absorptionsvorrichtung und dem ersten Wärmetauscher der ersten Lösungsverbindung eine zweite Lösungsverbindung ab. Die zweite Lösungsverbindung führt direkt in denAbsorption device and the first heat exchanger of the first solution compound from a second solution compound. The second solution connection leads directly into the
Kopf der Desorptionsvorrichtung. Direkt bedeutet in diesem Zusammenhang ohne einenHead of the desorption device. Direct in this context means without one
Wärmetauscher oder dergleichen. Gegebenenfalls kann hier ein (Durchflussregel-)Ventil angeordnet sein. Somit wird die mit Kohlendioxid beladene Lösung selber zur Kühlung des aus der Desoptionsvorrichtung austretenden Gasstroms genutzt. Infolgedessen verbleibt die aus ersten Wärmetauscher und dem zweiten Wärmetauscher in dieheat exchanger or the like. If necessary, a (flow control) valve can be arranged here. The solution loaded with carbon dioxide is thus itself used to cool the gas stream exiting the desorption device. As a result, the remains of the first heat exchanger and the second heat exchanger in the
Desorptionseinrichtung zugeführte Wärme in der Desorptionseinrichtung und im Solvens und wird nicht an ein Kühlmedium abgegeben.Desorption device supplied heat in the desorption device and in the solvent and is not released to a cooling medium.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zweigt zwischen derIn a further embodiment of the invention branches between the
Absorptionsvorrichtung und dem ersten Wärmetauscher der ersten Lösungsverbindung eine vierte Lösungsverbindung ab. Die vierte Lösungsverbindung ist am Ende, wo derAbsorption device and the first heat exchanger of the first solution compound from a fourth solution compound. The fourth solution link is at the end where the
Lösungsstrom wieder aus der vierten Lösungsverbindung austritt, mit der erstenSolution stream exits again from the fourth solution compound, with the first
Lösungsverbindung hinter dem ersten Wärmetauscher oder der Absorptionsvorrichtung verbunden. Die vierte Lösungsverbindung weist einen fünften Wärmetauscher auf. Der fünfte Wärmetauscher ist derart mit dem zweiten Wärmetauscher verbunden ist, dass das im zweiten Wärmetauscher abgekühlte Wärmetauschmedium in den fünftenSolution connection connected after the first heat exchanger or the absorption device. The fourth solution compound has a fifth heat exchanger. The fifth heat exchanger is connected to the second heat exchanger in such a way that the heat exchange medium cooled in the second heat exchanger flows into the fifth
Wärmetauscher geführt wird. Hierdurch kann das Maximum an thermischer Energie aus dem Wärmetauschmedium, meist Dampf, gewonnen werden und so der gesamteHeat exchanger is performed. As a result, the maximum amount of thermal energy can be obtained from the heat exchange medium, usually steam, and so the entire
Energiebedarf wiederum gesenkt werden.Energy requirements are in turn reduced.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die vierte Lösungsverbindung amIn another embodiment of the invention, the fourth solution compound is am
Ende, wo der Lösungsstrom wieder aus der vierten Lösungsverbindung austritt, mit derEnd, where the solution stream exits again from the fourth solution connection, with the
Verdampfungsvorrichtung verbunden. Hierdurch kann hier, ebenso wie bei dem erwärmten Lösungsstrom der ersten Lösungsverbindung ein Entspannen erfolgen und die Gasphase von der flüssigen Phase getrennt werden.Evaporation device connected. In this way, as in the case of the heated solution stream of the first solution compound, expansion can take place here and the gas phase can be separated from the liquid phase.
7 BE2021/60087 BE2021/6008
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Kohlendioxidauslass mit einem ersten Kohlendioxidkompressor verbunden. Der erste Kohlendioxidkompressor ist mit einem ersten Kohlendioxidwärmetauscher verbunden, um das durch die Kompression erwärmte Kohlendioxid wieder abzukühlen. Dieses ist üblich, da sowohl zum Deponieren als auch zur Weiterverarbeitung von Kohlendioxid, beispielsweise zu Methanol dasIn another embodiment of the invention, the carbon dioxide outlet is connected to a first carbon dioxide compressor. The first carbon dioxide compressor is connected to a first carbon dioxide heat exchanger in order to cool down the carbon dioxide heated by the compression again. This is common, since both for dumping and for further processing of carbon dioxide, for example to form methanol, the
Kohlendioxid mit einem höheren Druck benötigt wird. Üblicherweise sind hierzu eineCarbon dioxide is required at a higher pressure. Usually there are one
Mehrzahl an Kohlendioxidkompressoren und Kohlendioxidwärmetauschern kaskadiert hintereinander in Reihe geschaltet, um das Kohlendioxid in Stufen jeweils zu komprimieren und dazwischen immer wieder abzukühlen. Zwischen derA number of carbon dioxide compressors and carbon dioxide heat exchangers are cascaded in series in order to compress the carbon dioxide in stages and cool it again and again in between. Between the
Absorptionsvorrichtung und dem ersten Wärmetauscher der ersten Lôsungsverbindung zweigt eine fünfte Lösungsverbindung ab. Die fünfte Lösungsverbindung ist am Ende, wo der Lösungsstrom wieder aus der fünften Lösungsverbindung austritt, mit der erstenA fifth solution connection branches off from the absorption device and the first heat exchanger of the first solution connection. The fifth solution connection is at the end where the solution stream exits the fifth solution connection again, with the first
Lösungsverbindung hinter dem ersten Wärmetauscher oder der Absorptionsvorrichtung verbunden. Die fünfte Lösungsverbindung weist den ersten Kohlendioxidwärmetauscher auf. Hierdurch kann die thermische Energie, die durch das Komprimieren desSolution connection connected after the first heat exchanger or the absorption device. The fifth solution compound includes the first carbon dioxide heat exchanger. This allows the thermal energy generated by compressing the
Kohlendioxids erzeugt wird, für den Prozess genutzt werden. Ist eine Mehrzahl anCarbon dioxide generated is used for the process. Is a plural on
Kohlendioxidwärmetauschern vorhanden, so werden diese bevorzugt parallel in die fünfteCarbon dioxide heat exchangers present, these are preferably parallel in the fifth
Lösungsverbindung integriert.Integrated solution connection.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die fünfte Lösungsverbindung amIn another embodiment of the invention, the fifth solution compound is am
Ende, wo der Lösungsstrom wieder aus der fünften Lösungsverbindung austritt, mit derEnd, where the solution stream exits again from the fifth solution connection, with the
Verdampfungsvorrichtung verbunden. Hierdurch kann hier, ebenso wie bei dem erwärmten Lösungsstrom der ersten Lösungsverbindung ein Entspannen erfolgen und die Gasphase von der flüssigen Phase getrennt werden.Evaporation device connected. In this way, as in the case of the heated solution stream of the first solution compound, expansion can take place here and the gas phase can be separated from the liquid phase.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Druck des Solvens im zweitenIn another embodiment of the invention, the pressure of the solvent is in the second
Wärmetauscher um 0,2bar bis 5bar höher ist als der Druck in derHeat exchanger is 0.2 bar to 5 bar higher than the pressure in the
Desorptionsvorrichtung am Absorptionssolvensauslass. Im zweiten Wärmetauscher kann somit eine höhere Ausgangstemperatur erzielt werden, da durch den erhöhtenDesorption device at the absorption solvent outlet. In the second heat exchanger, a higher initial temperature can thus be achieved because of the increased
Druck die Temperatur, bis hin zur Siedetemperatur bei dem entsprechenden Druck, erhöht werden kann. Dieses wiederum bedeutet, dass das Solvens amPressure, the temperature can be increased up to the boiling point at the appropriate pressure. This in turn means that the solvent on
Absorptionssolvensauslass eine höhere Temperatur aufweist und damit mit einer höheren Temperatur in den ersten Wärmetauscher gelangt. Dadurch kann dieser entweder kompakter ausgeführt werden oder eine höhere Ausgangstemperatur für denAbsorption solvent outlet has a higher temperature and thus enters the first heat exchanger at a higher temperature. As a result, this can either be made more compact or a higher starting temperature for the
8 BE2021/6008 beladenen Lösungsstrom aus dem ersten Wärmetauscher erzielt werden. Letzteres wiederrum führt zu einer effizienteren Austreibung des Kohlendioxids aus der Lösung.8 BE2021/6008 laden solution stream can be achieved from the first heat exchanger. The latter in turn leads to more efficient expulsion of the carbon dioxide from the solution.
Hierbei ist der Druck des Solvens im zweiten Wärmetauscher apparativ bedingt. Um denHere, the pressure of the solvent in the second heat exchanger is dependent on the equipment. To the
Druck gezielt apparativ einzustellen gibt es zwei beispielhafte und bevorzugteThere are two exemplary and preferred ways to set the pressure in a targeted manner using equipment
Ausführungsformen. In einer ersten beispielhaften und bevorzugten Ausführungsform derembodiments. In a first exemplary and preferred embodiment of the
Erfindung ist der Druck des Solvens im zweiten Wärmetauscher dadurch um 0,2 bar bis 5 bar höher als der Druck in der Desorptionsvorrichtung am Absorptionssolvensauslass, dass der zweite Wärmetauscher um wenigstens 1m unter demInvention, the pressure of the solvent in the second heat exchanger is characterized by 0.2 bar to 5 bar higher than the pressure in the desorption device at the absorption solvent outlet that the second heat exchanger by at least 1 m below the
Absorptionssolvensauslass angeordnet ist, wodurch der Druck im zweitenAbsorption solvent outlet is arranged, whereby the pressure in the second
Wärmetauscher durch den hydrostatischen Druck der Flüssigkeitssäule des Solvens erzeugt wird. In einer zweiten beispielhaften und bevorzugten Ausführungsform derHeat exchanger is generated by the hydrostatic pressure of the liquid column of the solvent. In a second exemplary and preferred embodiment of the
Erfindung ist der Druck des Solvens im zweiten Wärmetauscher dadurch um 0,2 bar bis 5 bar höher als der Druck in der Desorptionsvorrichtung am Absorptionssolvensauslass, dass vor dem zweiten Wärmetauscher eine erste Pumpe zur Erzeugung des entsprechenden Überdrucks angeordnet ist.Invention, the pressure of the solvent in the second heat exchanger is thereby 0.2 bar to 5 bar higher than the pressure in the desorption device at the absorption solvent outlet that a first pump for generating the corresponding overpressure is arranged in front of the second heat exchanger.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist zwischen dem zweitenIn a further embodiment of the invention between the second
Wärmetauscher und der Desorptionsvorrichtung eine Druckverlusteinrichtung, beispielsweise eines Regelventils, einer Lochblende oder einer Rohrverengung, angeordnet. Mit der Druckverlusteinrichtung wird der gewünschte Überdruck im zweitenHeat exchanger and the desorption device, arranged a pressure loss device, such as a control valve, a pinhole or a constriction. With the pressure loss device, the desired overpressure is achieved in the second
Wärmetauscher Gas/dampfseitig eingestellt beziehungsweise gehalten. Hierdurch kann, wenn erforderlich, ein Verdampfen bereits im zweiten Wärmetauscher verhindert werden.Heat exchanger gas / steam set or maintained. In this way, if necessary, evaporation can already be prevented in the second heat exchanger.
Bevorzugt ist der erste Lösungseinlass im mittleren Bereich der Desorptionsvorrichtung angeordnet.The first solution inlet is preferably arranged in the middle region of the desorption device.
Nachfolgend ist die erfindungsgemäße Kohlendioxid-Abtrennungsvorrichtung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.The carbon dioxide separation device according to the invention is explained in more detail below with reference to exemplary embodiments illustrated in the drawings.
Fig. 1 erste beispielhafte Ausführungsform1 first exemplary embodiment
Fig. 2 zweite beispielhafte Ausführungsform2 second exemplary embodiment
Fig. 3 dritte beispielhafte Ausführungsform3 third exemplary embodiment
9 BE2021/60089 BE2021/6008
In Fig. 1 ist ein erstes beispielhaftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßenIn Fig. 1 is a first exemplary embodiment of an inventive
Kohlendioxid-Abtrennungsvorrichtung 10 gezeigt. Die Kohlendioxid-Carbon dioxide separation device 10 shown. The carbon dioxide
Abtrennungsvorrichtung 10 dient beispielsweise zur Abtrennung des Kohlendioxids aus einem Abgasstrom, welche im Gaseilass 21 eintritt und stark an Kohlendioxid abgereichert am Gasauslass 22 wieder austritt. In der Absorptionsvorrichtung 20 wird dieser Gasstrom im Gegenstrom mit einem Solvens, meist einer Amin-Lösung, in Kontakt gebracht, sodass das Kohlendioxid in Lösung geht. Diese Lösung tritt amSeparation device 10 is used, for example, for separating the carbon dioxide from an exhaust gas flow, which enters the gas inlet 21 and is greatly depleted in carbon dioxide and exits at the gas outlet 22 . In the absorption device 20, this gas flow is brought into contact with a solvent, usually an amine solution, in countercurrent, so that the carbon dioxide dissolves. This solution takes effect on
Lösungsauslass 24 aus der Absorptionsvorrichtung aus und wird durch eine zweiteSolution outlet 24 from the absorption device and is through a second
Pumpe 46 durch die erste Lösungsverbindung 40 gepumpt. Die erste Lösungsverbindung 40 weist einen ersten Wärmetauscher 41 auf, indem der Lösungsstrom durch denPump 46 is pumped through the first solution junction 40. The first solution connection 40 has a first heat exchanger 41 by the solution flow through the
Solvensstrom der Absorptionssolvensverbindung 50 erwärmt wird. Dem erstenSolvent flow of the absorption solvent compound 50 is heated. The first
Wärmetauscher 41 nachgeschaltet ist eine Verdampfungsvorrichtung 42, in der dieHeat exchanger 41 downstream is an evaporation device 42 in which the
Lösung teilweise in die Gasphase übergehen kann. Die flüssige Phase desSolution can partially pass into the gas phase. The liquid phase of
Lösungsstroms wird weiter durch die erste Lösungsverbindung 40, beispielsweise mittels einer dritten Pumpe 47 durch den ersten Lösungseinlass 31 in die Desorptionsvorrichtung 30 gefördert. Das in der Verdampfungsvorrichtung 42 entstehende Gas wird durch denSolution stream is further promoted through the first solution connection 40, for example by means of a third pump 47 through the first solution inlet 31 into the desorption device 30. The resulting gas in the evaporation device 42 is through the
Dampfauslass 43 in die Gaslösungsverbindung 44 und durch diese über denVapor outlet 43 into the gas solution connection 44 and through this via the
Dampfeinlass 35 in die Desorptionsvorrichtung 30 geführt. Der Dampfeinlass 35 befindet sich dabei bevorzugt am unteren Ende, dem Boden, der Desorptionsvorrichtung 30.Steam inlet 35 into the desorption device 30 out. The steam inlet 35 is preferably located at the lower end, the bottom, of the desorption device 30.
In der Desorptionsvorrichtung 30 wird das Kohlendioxid thermisch aus der Lösung entfernt und über den Kohlendioxidauslass 34 abgegeben. Dieser Kohlendioxidstrom kann dann beispielsweise entweder einer weiteren Umsetzung oder einer Deponierung zugeführt werden. Das vom Kohlendioxid befreite Solvens sammelt sich am Boden derIn the desorption device 30 the carbon dioxide is thermally removed from the solution and discharged via the carbon dioxide outlet 34 . This carbon dioxide stream can then be fed, for example, either to a further reaction or to landfill. The solvent freed from carbon dioxide collects at the bottom of the
Desorptionsvorrichtung 30 und wird durch den Absorptionssolvensauslass 32 derDesorption device 30 and is through the absorption solvent outlet 32 of
Absorptionssolvensverbindung 50 zugeführt. Der Solvensstrom gibt hierbei im erstenAbsorption solvent compound 50 supplied. The solvent flow is here in the first
Wärmetauscher 41 seine thermische Energie an den Lösungsstrom ab. Beispielsweise mittels einer vierten Pumpe gelangt der Solvensstrom über einen dritten Wärmetauscher 55 durch den Absorptionssolvenseinlass 23 in die Absorptionsvorrichtung.Heat exchanger 41 from its thermal energy to the solution stream. For example, by means of a fourth pump, the solvent stream reaches the absorption device via a third heat exchanger 55 through the absorption solvent inlet 23 .
Vom Solvensstrom in der Absorptionssolvensverbindung 50 zweigt an der Abzweigung 51 ein Teilstrom ab, welcher durch die Warmsolvensverbindung 52 über den zweitenFrom the solvent flow in the absorption solvent connection 50, a partial flow branches off at the branch 51, which flows through the warm solvent connection 52 via the second
Wärmetauscher 53 insbesondere dampfförmig oder als Dampf/Flüssig-Gemisch durch den Warmsolvenseinlass 33 zurück in die Desorptionsvorrichtung 30 gefördert wird. ÜberHeat exchanger 53 is conveyed back into the desorption device 30 in particular in vapor form or as a vapor/liquid mixture through the warm solvent inlet 33 . Over
10 BE2021/6008 den zweiten Wärmetauscher 53 wird die benötigte Energie für das Austreiben des10 BE2021/6008 the second heat exchanger 53, the energy required for expelling the
Kohlendioxids aus der Lösung dem System zugeführt.Carbon dioxide from the solution fed to the system.
Weiter zweigt von der erste Lösungsverbindung 40 eine dritte Lösungsverbindung 60 ab, welche einen vierten Wärmetauscher 61 aufweist. Die dritte Lösungsverbindung 60 mündet am Ende in die Verdampfungsvorrichtung 42. Die Energie, welche im viertenA third solution connection 60 , which has a fourth heat exchanger 61 , also branches off from the first solution connection 40 . The third solution connection 60 opens at the end into the evaporation device 42. The energy, which in the fourth
Wärmetauscher 61 auf dem Lösungsstrom übertragen wird, stammt aus dem vomHeat exchanger 61 is transferred to the solution stream comes from the dated
Kohlendioxid zu reinigendem Gasstrom. Um diesen Gaststrom dann in dieCarbon dioxide to be cleaned gas stream. To this guest stream then in the
Absorptionsvorrichtung 20 zu überführen sind der vierte Wärmetauscher 61 und derTo transfer absorption device 20 are the fourth heat exchanger 61 and the
Gaseinlass 21 der Absorptionsvorrichtung 20 über die Gasverbindung 25 verbunden. DieGas inlet 21 of the absorption device 20 connected via the gas connection 25. The
Gasverbindung 25 weist zusätzlich eine Rohgasreinigung 26 auf, in der SOx entfernt und bringt zusätzlich den Gasstrom auf die richtige Temperatur für die Absorption desGas connection 25 also has a raw gas cleaning 26, in which SOx is removed and also brings the gas flow to the right temperature for the absorption of the
Kohlendioxids in der Absorptionsvorrichtung 20.carbon dioxide in the absorption device 20.
Fig. 2 zeigt eine zweite beispielhafte Ausführungsform, welche gegenüber der ersten beispielhaften Ausführungsform dadurch unterscheidet, dass zusätzlich eine vierteFig. 2 shows a second exemplary embodiment, which differs from the first exemplary embodiment in that an additional fourth
Lösungsverbindung 62 vorhanden ist, welche einen Teilstrom des Lösungsstroms in über den fünften Wärmetauscher 63 in die Verdampfungsvorrichtung 42 führt. Die Energie zurSolution connection 62 is present, which leads a partial flow of the solution flow in via the fifth heat exchanger 63 into the evaporation device 42 . The energy to
Erwärmung des Lösungsstroms im fünften Wärmetauscher 63 stammt von dem im zweiter Wärmetauscher 53 bereits abgekühlten Wärmetauschmedium, dessenWarming of the solution stream in the fifth heat exchanger 63 comes from the heat exchange medium that has already cooled in the second heat exchanger 53
Restwärme dadurch effizient genutzt wird.Residual heat is thus used efficiently.
In Fig. 3 ist eine dritte beispielhafte Ausführungsform gezeigt. Die weist zusätzlich zur zweiten beispielhaften Ausführungsform noch einen an den Kohlendioxidauslass 34 anschließenden Kohlendioxidkompressor 36 und einen sich daran anschließendenA third exemplary embodiment is shown in FIG. In addition to the second exemplary embodiment, FIG
Kohlendioxidwärmetauscher 37 auf. Um die durch die Kompression erzeugte und imCarbon dioxide heat exchanger 37 on. To the generated by the compression and in the
Kohlendioxidwärmetauscher 37 abgegebene Wärme zu nutzen, weist die Kohlendioxid-To use carbon dioxide heat exchanger 37 emitted heat, the carbon dioxide
Abtrennungsvorrichtung 10 eine fünfte Lösungsverbindung 64 auf, welche einenSeparation device 10 on a fifth solution compound 64, which one
Teilstrom des Lösungsstroms durch den Kohlendioxidwärmetauscher 37 in diePartial stream of the solution stream through the carbon dioxide heat exchanger 37 in the
Verdampfungsvorrichtung 42 führt.Evaporation device 42 leads.
Bezugszeichen 10 Kohlendioxid-Abtrennungsvorrichtung 20 AbsorptionsvorrichtungNumeral 10 carbon dioxide separation device 20 absorption device
11 BE2021/6008 21 Gaseinlass 22 Gasauslass 23 Absorptionssolvenseinlass 24 Lösungsauslass 25 — Gasverbindung 26 Rohgasreinigung30 Desorptionsvorrichtung 31 erster Lösungseinlass 32 Absorptionssolvensauslass 33 Warmsolvenseinlass 34 Kohlendioxidauslass 35 Dampfeinlass 36 Kohlendioxidkompressor 37 Kohlendioxidwärmetauscher 40 erste Lösungsverbindung 41 erster Wärmetauscher 42 Verdampfungsvorrichtung 43 Dampfauslass 44 Gaslôsungsverbindung 45 zweite Lôsungsverbindung 46 zweite Pumpe 47 dritte Pumpe 50 Absorptionssolvensverbindung 51 Abzweigung 52 Warmsolvensverbindung 53 zweiter Wärmetauscher 54 erste Pumpe 55 dritter Wärmetauscher 60 dritte Lösungsverbindung 61 vierter Wärmetauscher 62 vierte Lösungsverbindung 63 fünfte Wärmetauscher 64 fünfte Lösungsverbindung11 BE2021/6008 21 gas inlet 22 gas outlet 23 absorption solvent inlet 24 solution outlet 25 gas connection 26 raw gas cleaning 30 desorption device 31 first solution inlet 32 absorption solvent outlet 33 warm solvent inlet 34 carbon dioxide outlet 35 steam inlet 36 carbon dioxide compressor 37 carbon dioxide heat exchanger 40 first solution connection 41 first heat exchanger 42 evaporation device 43 vapor outlet 44 gas solution connection 45 second solution connection 46 second pump 47 third pump 50 absorption solvent connection 51 branch 52 warm solvent connection 53 second heat exchanger 54 first pump 55 third heat exchanger 60 third solution connection 61 fourth heat exchanger 62 fourth solution connection 63 fifth heat exchanger 64 fifth solution connection
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