CN103097843B - 利用单级膨胀和用于高压蒸发的泵的co2节能制备 - Google Patents

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Abstract

用于从燃烧烟气中制备液态CO2的方法和装置，其中烟气在单级相分离中部分地冷凝，单级相分离包括至少一个热交换器(11,17)和分离筒(19)，其中至少一个热交换器(11,17)由膨胀的废气(23)和膨胀的液态CO2(3.3)冷却，并且其中，膨胀的CO2(3.3)的第一部分在已经过至少一个热交换器(17)之后在附加的分离筒(33)中分离成液态CO2和气态CO2，其中附加的分离筒(33)的气态CO2(3.4)和液态CO2(3.5)膨胀至第一压力水平(标记7dˊ)，其中分离筒(33)的液态CO2(3.6)的第二部分膨胀至第二压力水平(标记7eˊ)以用于在至少一个热交换器(17)中冷却烟气。

Description

利用单级膨胀和用于高压蒸发的泵的CO2节能制备
技术背景
本发明涉及用于烟气中包含的CO2的液化的方法和装置。烟气中的CO2的液化很久以来就为人所知。
用于从燃烧烟气中制备CO2的大多数低温方法使用具有两个或更多个分离级的常规分离方案。在图1中，这样的现有技术装置示出为框图。
在本申请的附图中，在烟气流以及CO2的各个点处的温度和压力由所谓的标记指示。属于每个标记的温度和压力汇集在下面的图表中。对于本领域的技术人员显而易见的是，这些温度和压力用作示例。它们可以根据烟气的组成、环境温度和液态CO2的所需纯度而改变。
在第一压缩机1中，烟气被压缩。这种压缩可以是具有在每个压缩级(未示出)之间的冷却器和水分离器的多级压缩过程，水分离器分别从烟气中分离大部分的水蒸气和水。
在图1中，烟气流用附图标记3来标示。当由第一压缩机1排放时，烟气具有显著高于环境温度的温度，并且然后被第一冷却器5冷却至大约13℃。压力为大约35.7巴。
仍包含在烟气流3中的水分通过诸如在干燥器7中吸附干燥的合适的干燥过程与水分离，并且随后输送到第一分离级9。该第一分离级9包括第一热交换器11和中间分离筒(drum)13。第一热交换器11用来冷却烟气流3。由于这种冷却，包含在烟气流3中的CO2发生部分冷凝。因此，烟气流3作为两相混合物进入中间分离筒13。在这里，烟气流的液相和气相借助于重力分离。在第一分离筒中，压力为大约34.7巴，并且温度为-19℃(参见标记No.5)。
在中间分离筒13的底部，液态CO2被抽取并经由第一减压阀15.1膨胀至大约18.4巴的压力(参见附图标记No.3.1)。这导致CO2的温度在-22℃和-29℃之间(参见标记No.10)。烟气的CO2支流(partialstream)3.1在第一热交换器11中被烟气流3加热和蒸发。在第一热交换器11的出口处，支流3.1具有大约25℃的温度和大约18巴的压力(参见标记No.11)。
在中间分离筒13的头部处抽取第二支流3.2之后，显然的是，从中间分离筒13抽取的气态的该支流3.2在第二热交换器17中被冷却并部分地冷凝。
此后，也以两相混合物存在的该支流3.2被输送到第二分离筒19。第二热交换器17和第二分离筒19是第二分离级21的主要部件。
在第二分离筒19中，在支流3.2的液相和气相之间同样发生重力支持的分离。在第二分离筒19中，存在大约34.3巴的压力和大约-50℃的温度(参见标记No.6)。
在第二分离筒19中的气相(所谓的废气23)在第二分离筒19的头部处被抽取，在第二减压阀15.2中膨胀至大约27巴，使得其冷却至大约-54℃(参见标记No.7)。
在附图中，废气用附图标记23标示。废气23流过第二热交换器17，从而冷却在逆流中的烟气3.2。
在第二分离筒19的底部处，液态CO2(参见附图标记3.3)被抽取并在第三减压阀15.3中膨胀至大约17巴，使得其也达到-54℃的温度(参见标记No.7a)。该流3.3也被输送到第二热交换器17。在第二热交换器17中，液态CO2的一部分蒸发，并且流3.3在第四减压阀15.4中膨胀至大约5至10巴，使得在该点处达到-54℃的温度(参见标记No.7b)，并且流3.3再次被输送到第二热交换器17。
在流3.3流过第二热交换器17之后，其再次被输送到第一热交换器11。在第一热交换器11的入口处，该流具有大约5至10巴的压力和-22至-29℃的温度(参见标记No.14)。
该流3.3在第一热交换器11中吸收热量，使得在该热交换器的出口处，该流具有大约-7℃的温度和大约5至10巴的压力。第三流3.3被输送到在第一压缩机级处的第二压缩机25，而具有大约18巴的压力的流3.1则被输送到在图1所示三级压缩机25处的第二压缩机级。
在第二压缩机25的各级之间的中间冷却器和用于压缩的CO2的后冷却器在图1中未示出。
在第二压缩机25的出口处，压缩的CO2具有在60巴和110巴之间的压力和80℃至130℃的温度。在未示出的后冷却器中，CO2被冷却至环境温度。
如果需要，CO2可直接馈送入管线中或被液化并从例如第一CO2泵27输送到管线(未示出)中。第一CO2泵27将液态CO2的压力升高至在管线中提供的压力。
返回到废气23，可以看到，废气流过第二热交换器17和第一热交换器11，从而从烟气流3吸收热量。在第一热交换器11的出口处，废气23具有大约26℃至30℃的温度和大约26巴的压力(参见标记No.16)。
为了最大化能量回收，已知的是用废气过热器29过热废气23，并且然后将废气输送至膨胀涡轮31或任何其它膨胀机。其中机械能被回收，并且随后废气以大约对应于环境压力的低压被排入环境中。
结合图1描述的用于液化CO2的该装置相对简单且正常工作。从例如以化石燃料为燃料的发电厂的烟气制备液态CO2的该现有技术的缺点是其高能量需求，这对发电厂的净效率程度具有负面效应。
发明内容
因此，本发明具有提供用于液化包含在烟气中的CO2的方法和装置的目的，该方法和装置以降低的能量需求操作且因此增加发电厂的净效率程度。
同时，该方法应尽可能简单，并且操作技术有利地可控，以便确保稳健和无故障的操作。
根据本发明，该目的通过用于从燃烧烟气中制备液态CO2的方法来解决，其中烟气在单级相分离中被部分地冷凝，单级相分离包括至少一个热交换器和分离筒，其中至少一个热交换器由膨胀的废气和膨胀的液态CO2冷却，并且其中CO2的一部分膨胀至第一压力水平并且在经过至少一个热交换器之后在附加分离筒中分离成液态CO2和气态CO2，其中附加分离筒的气态CO2和液态CO2膨胀至第二压力水平。分离筒的液态CO2的第二部分膨胀至第三压力水平以用于在至少一个热交换器中冷却CO2。
由于CO2在较高的压力水平下的蒸发所导致的减小的体积流量，结果是第二压缩机25所需功率的大幅度降低，这对上游发电厂的改善的净效率程度具有直接效应。
要求保护的本发明的另一个有利的实施例包括将第一分离筒的液态CO2的第三部分的压力升高至第四压力水平以便在至少一个热交换器中冷却CO2的步骤。
该CO2流可接着馈送到在甚至更高的压缩级处的压缩机25，从而导致进一步降低的功耗。
优选的是，该分离筒的液态CO2的第二部分膨胀至大约15巴至25巴、优选地至20巴的压力。该压力范围与通常用于离心压缩机的通用压缩比匹配。
要求保护的方法的另一个有利的实施例包括将第一分离筒的液态CO2的第三部分升高至大约40巴至50巴、优选地至45巴的压力。
这些压力水平一方面在保持商业上可得的压缩比的同时允许装置的节能操作，并且允许根据例如CO2的所需质量和/或环境温度而在不同的操作点处运行装置。
还有利的是使用来自分离筒的CO2的支流以用于在至少一个热交换器中的冷却目的。
通过使用这些CO2流以用于冷却目的，可避免使用易燃的冷却介质，这导致火灾危险的降低并最小化用于安全系统的成本。
通过将CO2流根据其压力水平而馈送至第二压缩机的不同级，实现了能耗的降低。
在第一压缩机中压缩烟气(3)，并且然后将其在第一冷却器中冷却和/或在进入至少一个热交换器之前在干燥器中对其进行干燥，从而减小了烟气的体积，因为大部分水蒸气都已被分离。这意味着干燥器和用于制备液态CO2的装置的尺寸可以更小，从而导致降低的能量损失和降低的成本。
通过将来自最末分离级的废气膨胀至大约27巴并在进入至少一个热交换器之前导致大约-54℃的温度，膨胀后的压力水平尽可能地高，从而最大化在膨胀器中的能量回收。
通过使废气在已经过至少热交换器之后在至少一个膨胀机中膨胀并且随后将其再次馈送到至少一个热交换器，可以实现进一步的能耗降低。
可选地，废气23可在已经过至少热交换器之后和进入至少一个膨胀机之前被过热。如果可将余热用于过热，则可增加膨胀机的输出，从而导致装置的更好的总效率。
优选地，将使用两个膨胀级(参见图3)，从而最大化可导向至第三和第四压力水平的CO2的量。
结合下面的图2和图3将说明要求保护的本发明的另外的优点。
附图说明
在附图中：
图1是用于根据现有技术的用于从烟气中液化CO2的装置的示图；以及
图2和图3示出根据本发明的用于CO2液化的装置的实施例。
具体实施方式
在图2中，相同的部件用相同的附图标记标示。关于图1的叙述对应地适用。
在第一压缩机1、第一冷却器5、干燥器7、第一热交换器11中的烟气流3的处理如结合图1所述方式进行。烟气流3从第一热交换器11直接流至第二热交换器17，并且然后被输送到此时的第一分离筒19。烟气流3的两个相(液相和气相)在第一分离筒19中被分离成废气流23和液态CO2的支流。在第一分离筒19的底部处，该支流被抽出并具有诸如在图1中的附图标记3.3。
如在图1的描述中已经说明的，支流3.3在第三减压阀15.3中膨胀至17.5巴的压力，从而冷却至-54℃。支流3.3流过第二热交换器17，从而从烟气流3吸收热量并以大约-47℃的温度(参见标记No.8')进入第二分离筒33。
在这里，部分液态和部分气态的CO2具有大约16.5巴的压力和-47℃的温度(参见标记No.9')。
在第二分离筒33的头部中，气相被抽出并在第四减压阀15.4中膨胀。在第二分离筒33的头部处抽取的气体支流在图2中被标记附图标记3.4。
在第二分离筒33的底部处，液体流3.5被抽取并在第五减压阀15.5中膨胀。随后，支流3.4和3.5再次汇合。此时，它们具有大约5至10巴的压力和-54℃的温度(参见标记No.7d')。
来自第一分离筒19的CO2的第二部分3.6通过第六减压阀15.6膨胀至≈23巴的压力(参见标记7e')并在中间进入点处返回至交换器17。
利用这种部分液态、部分气态的CO2，烟气流3在第二热交换器17中被冷却。
由于支流3.6的入口温度高于废气23以及支流3.3的入口温度，所以烟气流3首先被支流3.6冷却。因此，可以从烟气流3吸收热量，甚至在该-45℃的较高温度下。在图2中，该事实由支流3.6的热交换区的位置来图示。
支流3.6以大约-22℃至-29℃的温度(参见标记No.13')离开第二热交换器17，并且然后被直接输送至第一热交换器11。在第一热交换器11中，支流3.6从烟气流3吸收热量。支流3.6以大约25℃的温度和大约18巴的压力离开第一热交换器(参见标记No.11')，并且因此可被输送至第二压缩机25的第二压缩级。
由于支流3.6可被输送至第二压缩机25的第二压缩级，必须输送至第二压缩机25的第一压缩级的支流3.3相应地减少。因此，第二压缩机25所需的功率更小。这对于根据本发明的装置的能量需求具有积极效应。
偶尔，来自第一分离筒19的液态CO2的残余3.7利用CO2泵37泵(参见附图标记37)至≈45巴的压力(参见标记7g)，并且也在中间进入点处返回至交换器17。
平行于支流3.6，另一个支流3.7流过第二热交换器17和第一热交换器11。支流3.7由CO2泵37驱动并达到大约45巴(参见标记No.7g)的增加的压力水平。第八阀门15.8用来控制由CO2泵37泵送的CO2的量。
由于支流3.6和3.7的入口温度高于废气23以及支流3.3的入口温度，所以烟气流3首先被支流3.6和3.7冷却。因此，可从烟气流3吸收热量，甚至在a.m.较高温度下。在图2中，该事实由支流3.7的热交换区的位置来图示。
支流3.7以大约-22℃至-29℃的温度(参见标记No.20)离开第二热交换器17，并且然后被直接输送至第一热交换器11。在第一热交换器11中，支流3.7从烟气流3吸收热量。支流3.7以大约25℃的温度和大约44巴的压力离开第一热交换器(参见标记No.21)，并且因此可在第二压缩机25的第二压缩级之后和第三压缩级之前被输送。
由于支流3.7可被输送至第二压缩机25的第三压缩级，所以必须输送至第二压缩机25的第一压缩级的支流3.3相应地减少。因此，第二压缩机25所需的功率更小。这对于根据本发明的装置的能量需求具有积极效应。
如图3所示，当废气能量经由膨胀器31和39被至少双膨胀使用时，支流3.7的抽取是可能的。这最大化了从废气的冷回收，如下所述。
所有液态或两相CO2流(3.3,3.6.,3.7)在被送至CO2再压缩机或第二压缩机25之前在交换器17和11中蒸发。根据压力水平，CO2流在第二压缩机25的不同压缩级处馈送。
使用用于蒸发CO2的不同的压力水平具有若干优点：这提供了对烟气冷凝的更好控制。此外，使CO2在容易获得的升高的压力下可以最小化总体压缩要求。
减小CO2液化装置的能量需求的另外的可能性不但在废气23离开第一热交换器11之后在废气过热器19中过热废气23中可以看出，而且在将废气在膨胀涡轮31中膨胀之后再次输送至第二热交换器17中可以看出。在过热之后，废气具有大约80℃至大约100℃的温度和大约26巴的压力(参见标记No.17)。通过在第一膨胀机31中膨胀，压力下降至2.3巴，并且废气23达到-54℃的温度。因此，废气23可再次贡献于烟气流3和支流3.2各自的冷却。此后，废气23可在低压力和大约环境温度下排放到环境中。
还可以进行废气23的多级膨胀和过热，如图3所示。
在图3所示的实施例中，废气23在从第一热交换器11离开之后相反被直接送至第一膨胀机31并进一步送至第二热交换器17。来自第二热交换器17的废气流过第一热交换器11。在进入第一膨胀涡轮31之前，废气具有大约30℃的温度和大约26巴的压力(参见标记No.16)。由于在第一膨胀机31中的膨胀，压力下降至8巴，并且废气达到-54℃的温度。
第二级膨胀包括第二膨胀涡轮39。在进入第二膨胀机39之前，废气23具有大约30℃的温度(参见标记22)。由于在第二膨胀机39中的膨胀，压力下降至2巴，并且废气达到-47℃的温度(参见标记23)。
因此，废气23可再次贡献于烟气流3和支流3.2各自的冷却。
此后，废气23可在低压力和大约环境温度下排放到环境中。
单级或多级膨胀也导致根据本发明的装置的能量需求的大幅减小，因为在一方面，废气23贡献于烟气流3和支流3.2各自更大量的冷却，并且膨胀机31和/或39产生机械功，其例如可用于驱动第一压缩机1或第二压缩机25。总之，可以认为，尽管有大量的优点，但根据本发明的方法和执行根据本发明的方法所需的用于CO2液化的装置在其设计上仍然相对简单。
此外，该装置明显地改善了对烟气冷凝的控制。通过调整在CO2泵37以及阀门15.6和15.3上的流量，改变了热传递的驱动力、对数平均温差(LMTD)。这样，可调整分离级的性能。当在接近CO2的升华和凝固点的温度下操作时，这一点尤其重要。
为了最大化所述效应，通过让排气/废气23在膨胀后再循环至冷箱(在释放到大气之前至少一次)，可增加通过分离的从废气的热回收。

Claims (14)

1.一种用于从在单级相分离中部分冷凝的燃烧烟气制备液态CO2的方法，包括：
利用第一分离筒(19)将所述燃烧烟气分离成膨胀的废气(23)和膨胀的液态CO2；
由膨胀的废气(23)和膨胀的液态CO2的第一部分(3.3)冷却至少一个热交换器(11,17)；
在已经过所述至少一个热交换器(11,17)和进入附加分离筒(33)之后，将所述第一分离筒(19)的膨胀的液态CO2的第一部分(3.3)分离为液态CO2和气态CO2；
将所述附加分离筒(33)的气态CO2(3.4)和液态CO2膨胀至第一压力水平(标记7d')；以及
将所述第一分离筒(19)的液态CO2的第二部分(3.6)的压力膨胀至第二压力水平(标记7e')，以便冷却所述至少一个热交换器(17)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括将所述第一分离筒(19)的液态CO2的第三部分(3.7)的压力升高至第三压力水平(标记7g)并且膨胀(标记7b)所述CO2用于冷却所述至少一个热交换器(17)。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一分离筒(19)的液态CO2的第三部分(3.7)升高至大约4兆帕至5兆帕、或至4.7兆帕的压力(标记7b和20)。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，来自所述第一分离筒(19)的CO2的支流(3.3,3.6,3.7)被用于冷却所述至少一个热交换器(17,11)。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述CO2流(3.3,3.6,3.7)根据所述CO2流(3.3,3.6,3.7)的压力被馈送至第二压缩机(25)的不同级。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在进入所述至少一个热交换器(11,17)之前，所述烟气(3)在第一压缩机(1)中被压缩，在第一冷却器(5)中被冷却和/或在干燥器(7)中被干燥。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在所述废气进入所述至少一个热交换器(17)之前将来自最末分离级(21)的废气(23)膨胀至大约2.7兆帕和大约–54℃的温度。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
将所述废气(23)在经过所述至少一个热交换器(11,17)之后在至少一个膨胀机(31,39)中膨胀；以及
随后将所述废气(23)再次馈送到所述至少一个热交换器(11,17)。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在经过所述至少一个热交换器(11,17)之后和进入所述至少一个膨胀机(31,39)之前在过热器(29)中过热废气(23)。
10.一种利用根据权利要求1-9中任一项的方法从部分冷凝的燃烧烟气(3)制备液态CO2的装置，包括：
至少一个热交换器(11,17)；
第一分离筒(19)；
附加分离筒(33)；
若干减压阀(15)；以及
第二多级压缩机(25)。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，还包括至少一个CO2泵(37)。
12.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，还包括至少一个膨胀机(31,39)。
13.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，还包括至少一个废气过热器(29)。
14.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，还包括第一压缩机(1)、第一冷却器(5)和干燥器(7)。
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2489197B (en) * 2011-02-25 2018-09-05 Costain Oil Gas & Process Ltd Process and apparatus for purification of carbon dioxide
FR2987755A1 (fr) * 2012-03-06 2013-09-13 Air Liquide Procede et appareil de separation par distillation d'un gaz contenant du dioxyde de carbone
DE102013110163A1 (de) * 2013-09-16 2015-03-19 Universität Rostock Kohlendioxidabtrenneinrichtung für eine Verbrennungsmaschine
DE102017005678A1 (de) * 2017-06-14 2018-12-20 Linde Aktiengesellschaft Verfahren und Anlage zur Herstellung eines Kohlenmonoxid enthaltenden Gasprodukts
EP3714679B1 (en) 2017-12-28 2022-08-03 Nanjing Chervon Industry Co., Ltd. Rideable electric mower
US11486638B2 (en) * 2019-03-29 2022-11-01 Carbon Capture America, Inc. CO2 separation and liquefaction system and method
WO2021129925A1 (de) * 2019-12-23 2021-07-01 Kirchner Energietechnik GmbH Turbo-abgas-co2-abscheidung
FR3123969B1 (fr) * 2021-06-09 2023-04-28 Air Liquide Procédé de séparation et de liquéfaction du méthane et du dioxyde de carbone avec pré-séparation en amont de la colonne de distillation
FR3123973B1 (fr) 2021-06-09 2023-04-28 Air Liquide Purification cryogénique de biogaz avec pré-séparation et solidification externe de dioxyde de carbone
CN218998877U (zh) 2021-06-25 2023-05-12 南京泉峰科技有限公司 骑乘式割草机
WO2023202798A1 (en) 2022-04-21 2023-10-26 Nuovo Pignone Tecnologie - S.R.L. Low-emission power generation system and method

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5233837A (en) * 1992-09-03 1993-08-10 Enerfex, Inc. Process and apparatus for producing liquid carbon dioxide
US7201019B2 (en) * 2004-11-19 2007-04-10 Praxair Technology, Inc. Light gas component separation from a carbon dioxide mixture
FR2884305A1 (fr) * 2005-04-08 2006-10-13 Air Liquide Procede de recuperation et liquefaction du co2 contenu dans un gaz pauvre en co2
US7819951B2 (en) * 2007-01-23 2010-10-26 Air Products And Chemicals, Inc. Purification of carbon dioxide
US8080090B2 (en) * 2007-02-16 2011-12-20 Air Liquide Process & Construction, Inc. Process for feed gas cooling in reboiler during CO2 separation
US20080196583A1 (en) * 2007-02-16 2008-08-21 Bao Ha Process for recycling of top gas during co2 separtion
FR2914990B1 (fr) * 2007-04-13 2010-02-26 Air Liquide Procede de mise en froid d'une ligne d'echange cryogenique.
US20090145167A1 (en) * 2007-12-06 2009-06-11 Battelle Energy Alliance, Llc Methods, apparatuses and systems for processing fluid streams having multiple constituents
US8216344B2 (en) * 2008-09-26 2012-07-10 Praxair Technology, Inc. Purifying carbon dioxide using activated carbon
FR2934170A3 (fr) * 2009-09-28 2010-01-29 Air Liquide Procede et appareil de separation d'un debit ayant comme un des composants principaux du dioxyde de carbone

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