CN108136321A - 用于co2捕集的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

用于从含CO2的废气(1)中捕集CO2的方法和设备，其中在将废气引入吸收器(30)之前对废气进行压缩(10)并随后冷却(13,15,22)，其中以与CO2吸收剂水溶液(49)逆流流动的方式将废气引入从而产生贫废气(31)，使所述贫废气从吸收器(30)排出，对着进入的压缩废气被再加热(22,13)，然后膨胀(34)并释放到大气(4)，其中所述CO2吸收剂水溶液是碳酸钾水溶液，并且从再生器(40)排出的蒸汽和CO2通过冷却水(62)的逆流流动在直接接触冷却器(61)中冷却，以便产生冷却CO2和蒸汽的气态流(70)，所述气态流被排出用于CO2的压缩和干燥，以及冷却水和冷凝蒸汽的液体流(64)，所述液体流被排出并闪蒸(80)，从而得到冷却的液相(84)，该冷却的液相被再循环作为冷却水用于排出的CO2和蒸汽的直接接触冷却器(61)，以及气相(81)，所述气相被压缩(82)并因此被加热，并且作为汽提蒸汽(83)被引入再生器(40)。

Description

用于CO2捕集的方法和设备
说明书
技术领域
本发明涉及从气体中捕集CO2，所述气体例如但不限于：来自含碳燃料的燃烧的废气或者具有高CO2浓度的任何工业气体。本发明更具体地涉及在升高压力下CO2捕集的改进，并且涉及减少与CO2捕集有关的热损耗的改进。
背景技术
大气中CO2浓度的增加以及由CO2引起的温室效应非常令人担忧，并且已引起朝向可再生能源的变化以及朝向停止或至少减少化石燃料使用的环境压力。然而，由于含碳燃料的低成本以及稳定增长的能量需求(特别是电力形式的能量)，以便在世界上较少工业的地区进一步发展，含碳燃料在未来几十年作为能源将是重要的。因此，已经提出CO2捕集和CO2存储/处置以防止CO2释放到大气中并因此缓解不断增加的CO2浓度。已经提出关于CO2捕集的许多项目，但是由于这些设备(plant)的投资成本和运行成本以及缺乏政治支持，只有少数项目从构思或绘图阶段发展成实际项目。
关于CO2捕集设备的大多数建议是基于对来自工业设备(例如基于含碳燃料的发电设备)的废气中的CO2进行燃烧后捕集。典型地，通常在接近大气压或稍高的压力下，通过使废气与CO2吸收剂(最通常是胺吸收剂的水溶液，碳酸盐吸收剂等)紧密接触，从废气中捕集CO2。
Sargas AS的WO 2004001301A2(授权为US 7.328.581，现在转让给CO2CapSol AS)涉及一种通过在典型8至20巴的高压下燃烧含碳燃料来发电的方法和设备，其在相同的压力下通过碳酸钾水溶液捕集CO2，随后使贫CO2废气膨胀并释放到周围环境中。US7.328.581的重要特征是在与含碳燃料的燃烧压力基本上相同的压力下捕集CO2。正如在US7.328.581中，在高压下的CO2捕集提供CO2分压，其比在大气压下进行CO2捕集时要高得多。它也减少了总的气体体积。反应速度和系统平衡非常依赖于气相中的CO2分压。较高的CO2分压极大改善捕集率并降低吸收剂再生能量。此外，减少的气体体积极大地促进CO2捕集设备(特别是CO2吸收器)的设计和建造。
有两类CO2吸收剂。这些是无机的，主要是碳酸钾水溶液，以及有机的，主要是胺类的水溶液、胺类的混合物或氨基酸。无机吸收剂相对于有机吸收剂的优势对于极大规模的CO2捕集是潜在决定性的。这包括在氧气存在时的稳定性、低成本、大规模CO2捕集所要求的大数量的可获得性，以及在高压下操作时低的比再生能量。相比之下，有机吸收剂在氧气存在时是不稳定的，特别是在氧气分压较高的高压力下，形成有毒和致癌的降解产物，该降解产物将与CO2耗尽的废气一起释放到大气中。它们的成本高且可利用性有限，因为生产是多层面的并且包括氨气生产，这是一种排放CO2的过程。比再生能量高，特别是如果在大气压力下操作的话。这是重要的，因为CO2捕集的主要挑战之一是寄生能量消耗。
如上所述，US 7.328.581要求在升高压力下的燃烧，以及燃烧和发电部分与这种设备的CO2捕集部分的紧密集成。因此，US7.328.581最适合于发电设备的新建设，而通常不适合作为现有设备的CO2捕集解决方案。
Mecs公司的WO2013166301A1涉及从烟道气再生回收污染物，例如二氧化硫。没有提及待清洁气体的压力，或进气中的热能的回收压力。通过不同特征使用于污染物去除的吸收剂和用于吸收剂再生的反应热再生以便提高该方法的能量效率。
氟石科技公司的WO2007075466A2描述了集成化的压缩机/汽提塔(stripper)构造和方法，其中再生的吸收剂被闪蒸并分离成液相和气相，所述液相被再循环回到吸收器，并且所述气相被压缩并作为汽提塔蒸汽引入汽提塔。
Norsk Hydro ASA的WO 0048709涉及一种用于从基于燃气轮机的发电设备的废气中捕集CO2的方法，其中来自燃气轮机发电设备的膨胀且冷却的废气被再次压缩到5-30巴的压力，典型地7-20巴的压力，并且在将压缩气体引入吸收器并使其在CO2捕集设备的吸收器中与胺吸收剂接触之前进行冷却。离开吸收器的CO2耗尽的废气优选被再加热，以增加膨胀气体产生的功率，以及增加整个设备的总体效率。这样的集成对于能够建造这样设备是至关重要的，使得它具有足够的能量效率，即该设备的有用能量形式(例如电力)的能量输出相对于燃气轮机中的燃烧总能量而言是足够高的。因此，在经济上可行地建造这个概念是不太可能的。
本发明的目的是提供一种燃烧后CO2捕集单元，其具有足够的能量效率以至于是经济可行的，从而允许将该CO2捕集单元添加到现有的CO2源设备，如使用含碳燃料燃烧的发电设备(power plant)，而不必对该CO2源设备进行内部重建。仅使用电力作为其能源是获得这一点的关键之一。
发明概述
根据第一方面，本发明涉及一种用于从含CO2的废气中捕集CO2的方法，其中在将废气引入吸收器之前对废气进行压缩并随后冷却，其中以与引入吸收器中的CO2吸收剂水溶液逆流流动的方式将所述废气引入，从而产生贫废气，所述贫废气从吸收器排出，对着进入的压缩废气被再加热，并然后膨胀并释放到大气中，其中具有吸收的CO2的富吸收剂被收集在吸收器底部，从其排出并引入再生器中，在所述再生器中富CO2的吸收剂通过蒸汽的逆流流动被汽提从而释放CO2以产生贫吸收剂，从再生器顶部排出蒸汽和CO2，在吸收器底部收集贫吸收剂，从吸收器中排出贫吸收剂，将排出的贫吸收剂分成两个分流，在重沸器中被加热和蒸发、并且将再生的吸收剂引入再生器作为汽提蒸汽的第一流，和作为贫吸收剂返回吸收器的第二流，其特征在于，CO2吸收剂水溶液是碳酸钾水溶液，并且从再生器排出的蒸汽和CO2在直接接触冷却器中通过冷却水的逆流流动而被冷却，以产生冷却的CO2和蒸汽的气态流，所述气态流被排出用于CO2的压缩和干燥，以及冷却水和冷凝蒸汽的液体流，所述液体流被排出并闪蒸，从而得到冷却的液相以及气相，所述冷却的液相被再循环作为冷却水用于排出的CO2和蒸汽的直接接触冷却器，所述气相被压缩并因此被加热，并且作为汽提蒸汽被引入再生器中。通过直接接触冷却使从再生器顶部排出的蒸汽和CO2冷却，排出冷却水和冷凝蒸汽，将其闪蒸以将其分离到气相中，将该气相被压缩并作为汽提蒸汽引入再生器中，并且再循环液相，其非常有效地使热能再循环到汽提塔中。热能的回收利用增加，因而节约能量。与基于胺的含水CO2吸收剂相比，作为CO2吸收剂的碳酸盐水溶液具有较小的能量效率，并且需要较高温度的蒸汽用于吸收剂的再生。已知在CO2捕集过程期间由胺降解引起的胺类或副产物可能是致癌的，可能是有毒的，以及产生大量废物。所提到的节能特点以及在高压下的CO2捕集，使得有可能使用比胺类更环保的碳酸盐来捕集CO2。
根据一个实施方案，将贫吸收剂的第二流闪蒸以便产生蒸汽，该蒸汽被压缩并作为汽提蒸汽引入再生器中。将贫吸收剂闪蒸并随后将其引入吸收器，将产生的蒸汽压缩并将压缩蒸汽作为汽提蒸汽引入再生器，进一步提高了CO2捕集的能量效率。
根据一个实施方案，将引入重沸器的贫吸收剂的贫第一流加热并部分蒸发，对着(against)蒸汽循环中产生的蒸汽对着热压缩的进入废气。进入的压缩废气太热以至于不能被引入吸收器并且必须被冷却。冷却的主要部分是通过对着输出贫CO2废气进行的热交换来进行。为了有效的热交换，热的进气流应具有与较冷的输出气流基本相同的体积。但是，由于CO2的去除，输出气流的体积低于进入的热气流。引入热交换器用于为重沸器为再发生器加热蒸汽，在用于冷却进入的废气的热交换器上重新获得平衡。
根据一个实施方案，将进入的废气从0.7至1.4巴(bara)的压力(例如1巴到1.1巴)压缩到8至20巴的压力。
根据第二方面，本发明涉及一种用于从含CO2的废气捕集CO2的设备，该设备包括：(一个或多个)废气排出管；用于废气压缩的一个或多个废气压缩机；用于将压缩气体导入一个或多个热交换器中的压缩废气管线，该热交换器用于对着贫CO2废气使压缩废气冷却；连接到吸收器的冷却废气管，所述吸收器用于通过对着液体吸收剂的逆流流动吸收CO2；用于将贫废气引入热交换器的贫废气管，所述热交换器用于对着热压缩废气进行热交换；用于将加热过的贫废气从热交换器传送到涡轮机以使贫废气膨胀的冷却贫废气管；用于将贫吸收剂引入吸收器的贫吸收剂管；用于从吸收器中排出富吸收剂的富吸收剂管，该富吸收剂管连接到再生器以便将富吸收剂引入再生器；用于产生汽提蒸汽的重沸器，和用以将产生的汽提蒸汽引入再生器的蒸汽引入管；连接到贫吸收剂管的贫吸收剂排出管，用于将贫吸收剂排出以再循环到吸收器中；与再生器连接的架空排出管，其用于将从再生器中的吸收剂释放的蒸汽和CO2排出，其中该架空排出管连接到同流换热器冷却器(recuperatorcooler)，其中对着冷却水通过直接接触冷却使CO2和蒸汽冷却；用于从同流换热器冷却器中排出气相的CO2排出管；以及用于从同流换热器冷却器中排出冷却水和冷凝蒸汽的排水管；与排水管连接的一个或多个闪蒸罐，用于使排出的水闪蒸从而分离气相和液相；将液相再循环到同流换热器冷却器中的冷却水再循环管线；以及用于压缩气相的压缩机；以及用于作为附加汽提蒸汽引入再生器的压缩蒸汽管。
根据一个实施方案，设置闪蒸罐用以使在管中排出的贫吸收剂闪蒸从而产生蒸汽相和液相，其中设置压缩机以压缩蒸汽相，并且设置压缩闪蒸管以便将压缩蒸汽引入再生器作为附加汽提蒸汽，并且设置贫吸收剂管以便将作为贫吸收剂的液相引入吸收器。
根据第二实施方案，设置重沸器热交换器(15)以便通过冷却来自废气连接管(14)的进入废气来产生蒸汽，并且其中设置重沸器蒸汽返回管(20)以便将产生的蒸汽引导进入重沸器(42)以便使其中的贫吸收剂热蒸发。
附图简述
图1是根据本发明的改进CO2捕集设备的概览图，以及
图2是本发明的具体实施方案的细节图。
发明详述
图1说明了根据本发明的CO2捕集设备的基本原理，其中来自未显示来源(例如燃煤或燃气发电设备，或任何其它工业CO2产生设备)的废气被引入废气输入管线1并被引入发电设备界面2。界面2不是本发明的一部分，因此不对其详细讨论。然而，该界面将包括不同装置用以将废气引导至如下面进一步所述的CO2捕集设备，或者如果需要的话经由废气出口管3以及通过烟囱4(stack)释放废气。该界面最重要的任务是允许发电设备或其它CO2产生源独立于CO2捕集设备运行，例如在CO2捕集设备发生任何故障从而导致过高的废气背压的情形中，或者如果因任何原因必须停止CO2捕集设备时。在发电设备或任何其它工业设备的出口处的背压变化可能对发电设备或工业设备有害，因此必须予以避免。该界面包括用以避免发电设备或其它CO2产生源的扰动的装置，所述扰动可能损坏发电设备或其它CO2产生源或其操作。此类装置可包括主动或被动装置，例如阀门、风扇、摆动导门等，用于将废气流导入CO2捕集设备和/或烟囱，这取决于该CO2捕集设备的容量、背压等。另外，界面2可以包括用于去除或显著降低废气中的可能对CO2捕集设备有害的成分(例如颗粒，NOx，SOx等)的浓度的装置，技术人员公知的装置。
在本说明书和权利要求书中，术语“废气”用于涵盖由于含碳燃料的燃烧而产生的任何工艺气体，或者由任何工业过程产生的含CO2气体。
有待引入CO2捕集设备的废气从界面2中排出，通过废气排出管5,9，任选地经过废气冷却器6，以冷却废气。经由冷却介质引入管7引入冷却介质、水或任何其它方便的冷却介质，并经由冷却介质排出管8排出。冷却介质携带的热量可用于在所考虑的温度下需要热量的任何过程。对冷却单元的需要取决于有待引入CO2捕集设备的废气的温度，即废气排出管线5中的温度。来自燃煤发电设备或燃气轮机发电设备的进入废气中的温度可以为约150到约70℃，这取决于实际的设备设计。来自其它来源的废气可以更温暖或更冷，这取决于来源。进入的废气的压力通常接近大气压，通常略微较高，例如约1.01至1.1巴，典型为1.04巴(bara)。
废气管9中的任选冷却的废气被引入废气压缩机10中，该废气压缩机10利用发动机11(典型为电动机)来操作，并且该压缩且从而被加热的废气通过压缩废气管12排出。优选地，待引入废气压缩机10的气体入口温度为35℃或更低，例如25℃或更低。技术人员将理解，在本说明书和权利要求书中无论何时提及压缩机或膨胀机时，该表述涵盖单个压缩机或膨胀机或者以串联和/或并联方式连接的压缩机或膨胀机，如果没有明确指出该表述仅用于描述单个单元的话。
管12中的进入的压缩且加热的废气被引入废气热交换器13中，在该废气热交换器中，进入的废气对着CO2消耗的废气被冷却，这将在下面进一步描述。将废气压缩到高于5巴的压力，更优选高于8巴，例如约12巴，以产生高的CO2分压用于有效的碳捕集，并且减少待处理的气体的体积。压力优选保持低于20巴，因为这对于有效使用热碳酸钾吸收剂是足够的，并且认为达到高于20巴压力的比压缩能是过高的。废气的压缩引起废气的加热。根据进入压缩机的废气的温度以及废气被压缩到的压力，离开压缩机10的气体的温度典型为250-400℃。
热交换器13是气体/气体热交换器，用于冷却通过压缩废气管12引入的压缩且从而加热的废气，以便加热CO2消耗或贫乏的废气。
压缩的废气在热交换器中冷却到典型150至200℃的温度，并且通过废气连接管14排出，并且被引入重沸器热交换器15中，以产生蒸汽用于重沸器42，下面将进一步描述。典型地，废气与在热交换器15和升高压力下的重沸器之间循环的水进行热交换。循环水的压力取决于水被蒸发/冷凝时的压力。典型地，循环水的压力是约2.5巴，导致约128℃的沸点/冷凝点。经由水引入管16引入待蒸发的水，并且经由水排出管17排出蒸汽或热水与蒸汽，所述水引入管和水排出管均优选连接到汽包18(steam drum)。设置重沸器回水管19以便将水从重沸器42(参见下文)传送到热交换器15，任选地经过汽包18，并且设置重沸器蒸汽返回管20以便从热交换器15或汽包18中排出蒸汽并且使蒸汽返回用以在重沸器42中从CO2吸收剂产生蒸汽。
在热交换器15中冷却的废气在连接管21中排出，典型温度为130至140℃，并且被引入第二气体/气体热交换器22中，其中废气被进一步冷却，典型地至约110至120℃的温度，对着贫废气，下面将对此进行解释。
冷却的进入废气从热交换器22排出进入冷却废气管23中，并且被引入吸收器30中，其中靠近吸收器的底部引入废气，并且以逆流流动方式到达CO2吸收剂，靠近吸收器的顶部引入所述CO2吸收剂。技术人员将理解，吸收器30优选包括填充物以增加吸收剂和废气之间的接触表面和接触时间。目前优选的CO2吸收剂是碳酸盐如碳酸钾的水溶液，其是高效且无毒的CO2吸收剂，特别是在较高的CO2分压下，当吸收器中的压力典型为约8到约20巴时可获得所述较高的CO2分压。
CO2消耗的废气通过消耗废气管31从吸收器的顶部排出，温度典型为90至100℃，例如约95℃，并且被引入上述的第二气体/气体热交换器22，其中如上所述，CO2消耗或贫乏的废气对着进入废气被加热到约115至125℃的温度。在热交换器22中加热的贫废气被排出在贫废气连接管32中，并被引入热交换器13中以进一步加热到典型230至380℃的温度。在热交换器13中加热的贫废气被排出到加热贫废气管33中，并且被引入到贫废气膨胀器中，其中贫废气膨胀到接近大气压的压力，从而导致贫废气冷却到典型70至90℃。膨胀的贫废气经由膨胀废气管线36排出，引入界面2中，并经由烟囱4释放到周围环境。技术人员将理解，该贫乏、膨胀且冷却的废气并不必须引入到界面2中，而是可以通过独立的烟囱释放到周围环境。然而，由于实际原因，通常使用发电设备的烟囱来释放贫废气。
膨胀机34优选连接到压缩机10，以减小用于操作压缩机10的发动机11的负荷，例如，如图所示通过共同的轴35。
具有吸收CO2的含水CO2吸收剂被收集在吸收器30的底部，并且经由富吸收剂管线37优选经过膨胀器38和/或控制阀39排出，以降低含水吸收剂中的压力，从而当从富吸收剂管线经由所述膨胀器和/或控制阀引入再生器40时，促进吸收剂的解吸或再生。典型地，有待再生的吸收剂以1至3巴的压力引入再生器40中，更优选1.1至2巴，例如约1.2巴。
在再生器40内部，具有吸收CO2的吸收剂或富吸收剂通过靠近再生器底部引入的逆流蒸汽流被加热和汽提，而靠近再生器的顶部引入富吸收剂。
再生吸收剂或贫吸收剂被收集在再生器40的底部。一部分贫吸收剂通过重沸器排出管41从再生器40的底部排出并且引入重沸器42中，如上所述，通过经由重沸器蒸汽供应管20引入的蒸汽被加热并至少部分蒸发。加热并部分蒸发的吸收剂通过重沸器再循环管43被引入再生器40中。技术人员将理解，可以通过来自其他来源的蒸汽或通过电力加热重沸器43，作为来自重沸器热交换器15的蒸汽的补充或作为其替代。
再生吸收剂的多余部分(即不在重沸器和再生器之间循环的部分)通过贫吸收剂管44排出并被引入闪蒸罐45中。在闪蒸罐45中释放的蒸汽经由闪蒸蒸汽管46排出并被引入压缩机47中，并且该压缩并因此加热的蒸汽经由压缩闪蒸蒸汽管48作为附加汽提气被引入再生器40的下部。通过闪蒸冷却的液体贫吸收剂被收集在闪蒸罐45的底部，经由闪蒸的贫吸收剂管49排出，经过泵50并被引入吸收器30中作为用于吸收CO2的吸收剂。技术人员将理解，串联连接的闪蒸罐和相应的压缩机可用于降低能量成本。闪蒸罐中的压力可以降低到比再生器40中的压力低0.1-0.5巴的压力，例如至典型为0.6巴至1.1巴的绝对压力。通过闪蒸产生的蒸汽被压缩到略高于(例如高0.1巴)再生器内部压力的压力，以促进蒸汽注入再生器。
CO2和蒸汽的流通过再生器40顶部的架空排出管60以典型90至100℃的温度从再生器40中排出，并且引入同流换热器冷却器61中，其中通过经由冷却水管62引入的冷却水的逆流流动通过直接接触冷却使CO2和蒸汽冷却。将水从同流换热器冷却器内的富CO2气流分离，所述水是冷却水以及因冷却从CO2和蒸汽的流冷凝的水的组合。富CO2的气流通过CO2管70排出，并且水通过冷却水返回管64排出。
管70中的富CO2气流经由CO2排出管70被引入压缩和干燥单元75中，温度典型为60至80℃(例如约70至75℃)，压力接近于再生器40中的压力。压缩和干燥单元75包含一个或多个压缩机71,71'以及一个或多个冷却器72,72'，用于冷却所述压缩并因此加热的气体，随后通过CO2输出管73，将所产生的压缩CO2从设备输出，和/或为了预期用途进一步处理。这里通过两个压缩机来说明压缩机71,71'，但是技术人员将理解，压缩机和相应的冷却器的数量是与如下相关的问题：各个压缩机的容量，设计，和CO2输出管73中CO2的要求压力以及所产生的废热的可能用途。在多于一个压缩机的情形中，可以通过一个共用压缩机发动机74(如图所示)或者通过独立的发动机来操作压缩机。
用于压缩的能量的大部分也可作为冷却器72,72'中的热水或蒸汽回收，并且热量可用于本发明CO2捕集设备中需要热量的任何便利的过程，或者用于任何其他目的。
典型在比管60中的温度低3至8℃的温度下，经由返回管64将从同流换热器冷却器61排出的加热过的冷却水和冷凝物引入闪蒸罐80中，在这里通过减小闪蒸罐中的压力(相比于同流换热器冷却器61中的压力而言)，使冷却水回流分离成气相和液相。气相被排出在闪蒸排出管81中，在压缩机82中压缩，并且通过压缩闪蒸管83将压缩的气相作为汽提蒸汽引入再生器40中。
闪蒸罐80中的液相(其主要通过蒸汽的闪蒸而被水冷却)通过液体闪蒸排出管84排出，经过泵85，并作为冷却水经由冷却水管62返回到同流换热器冷却器61。
图2是同流换热器冷却器61的冷却水的冷却水循环的替代实施方案的更详细图示，其中返回的冷却水如上所述被引入闪蒸罐80中，并且气相如上关于图1所述被排出并压缩。然而，液相通过连接管84'排出并引入第二闪蒸罐80'中，该第二闪蒸罐的压力比闪蒸罐80中的压力更低，以便产生更多蒸汽，该蒸汽通过第二冷却水闪蒸管线81'排出，在压缩机82'中压缩，并从压缩机82'排出至压缩气体管83'中。管83'中的压缩气体与管线83中的压缩气体合并，并引入再生器40中作为汽提蒸汽。
根据吸收剂溶液中的吸收化合物(如碳酸钾)的浓度，引入同流换热器冷却器61中的蒸汽中的H2O分压可显著低于在所讨论温度下的饱和点。因此，可能有必要向同流换热器冷却器61的冷却水回路中添加水。可以添加水，例如通过补充水管86将水引入管64中，或通过补充水管88将水引入管线62中。如果水量充分高足以向所述冷却水回路中提供过剩的水，则可以将水排出，例如经由水排出管87。这与通过重沸器42中的额外沸腾从吸收剂溶液中除去水的可能性一起维持重要的总体系统水平衡。用于通过补充管线86或88引入的水可以从具有所需品质和纯度的任何便利的水源获得，例如在该设备的其他部分冷凝和除去的水，或者为预期用途专门准备的水。
CO2吸收是放热过程，而解吸是吸热过程。需要提供给再生器的能量，以产生用作汽提气体的蒸汽以便从吸收剂溶液中除去释放的CO2，以供应反应能量，并且当吸收剂在再生器中向下流动时提供吸收剂的一些加热。因此，蒸汽产生消耗CO2捕集所需能量的大部分。重沸器通常负责为吸收剂再生所产生的蒸汽的大部分，重沸器负荷的减少将降低CO2捕集的能量成本。Benson等人的US 4.160.810中描述了贫吸收剂的闪蒸、闪蒸蒸汽的压缩以及将该蒸汽作为汽提蒸汽引入再生器，因为减少重沸器负荷的重要性被视为对于降低成本是重要的。
实施例
参照图1以及如参考图2所述的用于同流换热器冷却器61的闪蒸或冷却水的实施方案，对上述设备进行了计算。
该计算是基于来自以565MW热量的发电/转变的燃煤发电设备的进入废气，基于约45％的平均功率效率其提供254MWe。产生235.8kg/s的废气，包括53.4kg/s的CO2，即总废气的22.7重量％的CO2。温度是90℃。该计算是基于捕获48kg/s的CO2捕集，从而产生约90％的捕集效率，这接近或高于此类CO2捕集设施中通常规定的CO2捕集效率。
在该计算的实施例中，在废气冷却器6中废气从90℃冷却至25℃，导致水的冷凝，这将废气质量流量减少至225kg/s，随后引入压缩机10。在压缩机10中将冷却废气压缩到12巴，导致在管线12中压缩废气的温度为363℃，在该温度和压力下废气被引入热交换器13。在热交换器13中，来自管12的进入废气对着通过管32引入的贫废气被冷却到176℃的温度。在该过程中，贫废气从118℃被加热到348℃。
进入的废气在176℃温度下被引入重沸器热交换器中，并在其中被冷却到134℃的温度，从而由127℃的4.5kg/s的进入水产生128℃的4.5kg/s的蒸汽。离开热交换器15的废气被引入热交换器22中，在这里其对着从吸收器30排出的贫废气被进一步冷却，所述贫废气是以96℃的温度被引入热交换器22中，并且在换热器中被加热到119℃的温度。
在将吸收剂引入再生器40进行再生之前，使11.7巴压力的2545kg/s富吸收剂从吸收器中排出到管37中，并且压力降低至1.3巴，如上所述。
投入CO2捕集过程的大部分能量与吸收剂的再生有关，并且已经进行了许多努力来减少在该过程的这个部分中因多方面的净能量需求。重沸器通常是该设备的主要热量消耗元件，根据本发明的单元从重沸器热交换器15经由管19,20以蒸汽形式接收热量。该蒸汽的冷凝发生在主要为128℃的重沸器的热侧，从而在约127℃下产生冷凝物。在重沸器的冷侧上，吸收剂部分蒸发从而产生约4.5kg/s的蒸汽。该吸收剂/蒸汽混合物的温度为110℃，并且压力为1.31巴。将该混合物引入再生器40中，在这里蒸汽部分充当汽提蒸汽。通过使闪蒸罐45中的贫吸收剂闪蒸并压缩闪蒸的蒸汽和CO2，产生温度为134℃且压力为1.31巴的附加的汽提蒸汽(44.9kg/s)和CO2(22.5kg/s)，用于压缩的能量成本为4MWe。
同流换热器冷却器61以及通过闪蒸并压缩通过闪蒸产生的蒸汽并且将压缩蒸汽作为附加汽提蒸汽引入的冷却水循环，产生25kg/s的蒸汽，温度为221℃并且压力为1.31巴。将该蒸汽作为附加的汽提蒸汽引入再生器中，用于压缩和循环水的能量成本为7MWe。获得25kg/s蒸汽的替代方案是从连接的发电设备提取蒸汽，或者用电力加热重沸器，这对于所需的蒸汽量将分别具有13MWe和61MWe的等效能量成本。
用于产生通过将来自同流换热器冷却器的返回冷却水闪蒸产生的25kg/s蒸汽，提供给CO2捕集设备的能量需求从13MWe减少到7MWe，这对应于设备的电力总产量的2.5％，或用于CO2捕集的能量成本的12.5％。从经济角度来看，这种能量节约非常显著。
离开热交换器13的温度为348℃且压力为11.3巴的贫废气在膨胀器34上膨胀至1.02巴的压力，这也将其温度降低至82.4℃。压缩机10中的压缩需要80MW，而膨胀机34回收51MW，从而导致29MW的用于压缩的净能量成本。这个实施例中的数字是基于现有压缩机和膨胀机的效率，它们的尺寸比未来捕集单元中将使用的尺寸更有限(moderate)。在完整发电设备尺寸下通过为该过程设计定制部件能够产生显著的能量节省。如果在此过程中使用效率与现代大型燃气轮机所实现的效率相当的压缩机和膨胀机，则使来自燃煤发电设备的CO2中的90％分离并压缩的电能成本可低至该发电设备所产生的热量的8-10％，这取决于与发电设备的热集成水平。这意味着该实施例中的整个设备的电能产生效率从45％降低到35-37％左右。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种用于从含CO2的废气中捕集CO2的方法，其中在将废气引入吸收器之前对废气进行压缩并随后冷却，其中以与引入吸收器的CO2吸收剂水溶液逆流流动的方式将所述废气引入，从而产生贫废气，所述贫废气从吸收器排出，对着进入的压缩废气被再加热，然后膨胀并释放到大气中，
其中具有吸收的CO2的富吸收剂被收集在吸收器底部，从其排出并引入再生器，在所述再生器中富CO2的吸收剂通过蒸汽的逆流流动被汽提以释放CO2从而产生贫吸收剂，从再生器顶部排出蒸汽和CO2，在再生器底部收集贫吸收剂，从再生器中排出贫吸收剂，将排出的贫吸收剂分成两个分流，在重沸器中被加热和蒸发并且将再生的吸收剂引入再生器作为汽提蒸汽的第一流，以及作为贫吸收剂返回吸收器的第二流，
其特征在于，该CO2吸收剂水溶液是碳酸钾水溶液，并且从再生器排出的CO2和蒸汽在直接接触冷却器中通过冷却水的逆流流动而被冷却，以产生冷却的CO2和蒸汽的气态流，以及冷却水和冷凝蒸汽的液体流，所述气态流被排出用于CO2的压缩和干燥，所述液体流被排出并闪蒸，从而得到冷却的液相以及气相，所述冷却的液相被再循环作为冷却水用于排出的CO2和蒸汽的直接接触冷却器，所述气相被压缩并因此被加热，并且作为汽提蒸汽被引入再生器。
2.根据权利要求1所述的方法，其中将贫吸收剂的第二流闪蒸以产生蒸汽，该蒸汽被压缩并作为汽提蒸汽被引入再生器中。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中对着蒸汽循环中产生的蒸汽对着热压缩的进入废气，引入重沸器中的贫吸收剂的贫第一流被加热并蒸发。
4.根据前述权利要求任一项所述的方法，其中将进入的废气从0.7至1.4巴的压力例如1巴到1.1巴的压力压缩到8至20巴的压力。
5.一种用于从含CO2的废气捕集CO2的设备，该设备包括：废气排出管(5,9)，用于废气压缩的一个或多个废气压缩机(10)，用于将压缩气体导入一个或多个热交换器(13,22)中的压缩废气管线(12)，该热交换器用于对着贫CO2废气使压缩废气冷却，连接到吸收器(30)的冷却废气管(23)，所述吸收器用于通过对着液体吸收剂的逆流流动吸收CO2，用于将贫废气引入热交换器(22,13)的贫废气管(31)，所述热交换器用于对着热压缩废气进行热交换，用于将加热过的贫废气从热交换器(22,13)传送到涡轮机(34)以使贫废气膨胀的冷却贫废气管(33)，用于将贫吸收剂引入吸收器的贫吸收剂管(49)，用于从吸收器中排出富吸收剂的富吸收剂管(37)，该富吸收剂管连接到再生器(40)用于将富吸收剂引入再生器(40)，用于产生汽提蒸汽的重沸器(42)，和用以将产生的汽提蒸汽引入再生器(40)的蒸汽引入管，连接到贫吸收剂管(49)的贫吸收剂排出管(44)，用于将贫吸收剂排出以再循环到吸收器(30)中，与再生器(40)连接的架空排出管(60)，其用于将从再生器(40)中的吸收剂释放的CO2和蒸汽排出，
其特征在于，该架空排出管(60)连接到同流换热器冷却器(61)，其中对着冷却水通过直接接触冷却使CO2和蒸汽冷却，用于从同流换热器冷却器(61)排出气相的CO2排出管(70)，以及用于从同流换热器冷却器(61)中排出冷却水和冷凝蒸汽的排水管(64)，与排水管连接的一个或多个闪蒸罐(80)，用于使排出的水闪蒸从而分离气相和液相，将液相再循环到同流换热器冷却器中的冷却水再循环管线，以及用于压缩气相的压缩机(82)，以及用于作为附加汽提蒸汽引入再生器中的压缩蒸汽管(83)。
6.根据权利要求5所述的设备，其中设置闪蒸罐(45)用以使在管(44)中排出的贫吸收剂闪蒸从而产生蒸汽相和液相，其中设置压缩机(47)以压缩蒸汽相，并且设置压缩闪蒸管(48)以便将压缩蒸汽作为附加汽提蒸汽引入再生器中，并且设置贫吸收剂管(49)以便将液相作为贫吸收剂引入吸收器中。
7.根据权利要求5或6所述的设备，其中设置重沸器热交换器(15)以便通过冷却来自废气连接管(14)的进入废气来产生蒸汽，并且其中设置重沸器蒸汽返回管(20)以便将产生的蒸汽引导进入重沸器(42)以便使其中的贫吸收剂热蒸发。

Claims (7)

1.一种用于从含CO2的废气中捕集CO2的方法，其中在将废气引入吸收器之前对废气进行压缩并随后冷却，其中以与引入吸收器的CO2吸收剂水溶液逆流流动的方式将所述废气引入，从而产生贫废气，所述贫废气从吸收器排出，对着进入的压缩废气被再加热，然后膨胀并释放到大气中，
其中具有吸收的CO2的富吸收剂被收集在吸收器底部，从其排出并引入再生器，在所述再生器中富CO2的吸收剂通过蒸汽的逆流流动被汽提以释放CO2从而产生贫吸收剂，从再生器顶部排出蒸汽和CO2，在吸收器底部收集贫吸收剂，从吸收器中排出贫吸收剂，将排出的贫吸收剂分成两个分流，在重沸器中被加热和蒸发并且将再生的吸收剂引入再生器作为汽提蒸汽的第一流，以及作为贫吸收剂返回吸收器的第二流，
其特征在于，该CO2吸收剂水溶液是碳酸钾水溶液，并且从再生器排出的CO2和蒸汽在直接接触冷却器中通过冷却水的逆流流动而被冷却，以产生冷却的CO2和蒸汽的气态流，以及冷却水和冷凝蒸汽的液体流，所述气态流被排出用于CO2的压缩和干燥，所述液体流被排出并闪蒸，从而得到冷却的液相以及气相，所述冷却的液相被再循环作为冷却水用于排出的CO2和蒸汽的直接接触冷却器，所述气相被压缩并因此被加热，并且作为汽提蒸汽被引入再生器。
2.根据权利要求1所述的方法，其中将贫吸收剂的第二流闪蒸以产生蒸汽，该蒸汽被压缩并作为汽提蒸汽被引入再生器中。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中对着蒸汽循环中产生的蒸汽对着热压缩的进入废气，引入重沸器中的贫吸收剂的贫第一流被加热并蒸发。
4.根据前述权利要求任一项所述的方法，其中将进入的废气从0.7至1.4巴的压力例如1巴到1.1巴的压力压缩到8至20巴的压力。
5.一种用于从含CO2的废气捕集CO2的设备，该设备包括：废气排出管(5,9)，用于废气压缩的一个或多个废气压缩机(10)，用于将压缩气体导入一个或多个热交换器(13,22)中的压缩废气管线(12)，该热交换器用于对着贫CO2废气使压缩废气冷却，连接到吸收器(30)的冷却废气管(23)，所述吸收器用于通过对着液体吸收剂的逆流流动吸收CO2，用于将贫废气引入热交换器(22,13)的贫废气管(31)，所述热交换器用于对着热压缩废气进行热交换，用于将加热过的贫废气从热交换器(22,13)传送到涡轮机(34)以使贫废气膨胀的冷却贫废气管(33)，用于将贫吸收剂引入吸收器的贫吸收剂管(49)，用于从吸收器中排出富吸收剂的富吸收剂管(37)，该富吸收剂管连接到再生器(40)用于将富吸收剂引入再生器(40)，用于产生汽提蒸汽的重沸器(42)，和用以将产生的汽提蒸汽引入再生器(40)的蒸汽引入管，连接到贫吸收剂管(49)的贫吸收剂排出管(44)，用于将贫吸收剂排出以再循环到吸收器(30)中，与再生器(40)连接的架空排出管(60)，其用于将从再生器(40)中的吸收剂释放的CO2和蒸汽排出，
其特征在于，该架空排出管(60)连接到同流换热器冷却器(61)，其中对着冷却水通过直接接触冷却使CO2和蒸汽冷却，用于从同流换热器冷却器(61)排出气相的CO2排出管(70)，以及用于从同流换热器冷却器(61)中排出冷却水和冷凝蒸汽的排水管(64)，与排水管连接一个或多个闪蒸罐(80)，用于使排出的水闪蒸从而分离气相和液相，将液相再循环到同流换热器冷却器中的冷却水再循环管线，以及用于压缩气相的压缩机(82)，以及用于作为附加汽提蒸汽引入再生器中的压缩蒸汽管(83)。
6.根据权利要求5所述的设备，其中设置闪蒸罐(45)用以使在管(44)中排出的贫吸收剂闪蒸从而产生蒸汽相和液相，其中设置压缩机(47)以压缩蒸汽相，并且设置压缩闪蒸管(48)以便将压缩蒸汽作为附加汽提蒸汽引入再生器中，并且设置贫吸收剂管(49)以便将液相作为贫吸收剂引入吸收器中。
7.根据权利要求5或6所述的设备，其中设置重沸器热交换器(15)以便通过冷却来自废气连接管(14)的进入废气来产生蒸汽，并且其中设置重沸器蒸汽返回管(20)以便将产生的蒸汽引导进入重沸器(42)以便使其中的贫吸收剂热蒸发。
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