DE102011004240A1

DE102011004240A1 - Vorrichtung zum Regenerieren einer Kohlendioxidabsorptionslösung

Info

Publication number: DE102011004240A1
Application number: DE102011004240A
Authority: DE
Inventors: Yoon Ji Lee
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2010-11-30
Filing date: 2011-02-16
Publication date: 2012-05-31
Anticipated expiration: 2031-02-17
Also published as: KR101304886B1; US8585810B2; US20120132080A1; DE102011004240B4; KR20120059328A; CN102476020A

Abstract

Es ist eine Vorrichtung zum Regenerieren einer CO2-Absorptionslösung vorgesehen, die eine Absorptionslösung zum Absorbieren von Kohlendioxid regeneriert, das in einem Verbrennungsabgas enthalten ist, das während einem Verbrennungsprozess eines Fahrzeugs ausgestoßen wird, um dadurch die Energiekosten zu verringern während ihre Anordnung vereinfacht wird. Die Vorrichtung umfasst einen ersten Speichertank zum Speichern einer Absorptionslösung, die absorbiertes CO2 enthält; eine Regenerierungssäule zum Erzeugen einer Absorptionslösung, die durch Aufheizen der Absorptionslösung regeneriert wird um CO2 freizusetzen/abzugeben; eine Trenntrommel zum Trennen des während der Regenerierung freigesetzten/abgegebenen CO2; einen mehrstufigen Kompressor zum Komprimieren des getrennten CO2; einen Wärmetauscher zum Durchführen eines Wärmeaustausches zwischen der von dem ersten Speichertank abgeführten Absorptionslösung und dem in dem mehrstufigen Kompressor komprimierten CO2; einen Temperatursensor zum Erfassen der Temperatur der Absorptionslösung nach dem Wärmeaustausch in dem Wärmetauscher; und einen Durchflussmesser zum Regeln einer Durchflussmenge der Absorptionslösung, die durch den Wärmetauscher gemäß der durch den Temperatursensor erfassten Temperatur der Absorptionslösung geleitet wird.

Description

HINTERGRUND
(a) Technisches Gebiet
Die vorliegende Anmeldung betrifft eine Vorrichtung zum Regenerieren einer Kohlendioxidsabsorptionslösung. Sie betrifft insbesondere eine Kohlendioxidsabsorptionslösungs-Vorrichtung, die imstande ist, eine Absorptionslösung zu regenerieren, welche Kohlendioxid (nachfolgend mit CO₂ bezeichnet) absorbiert, das in Verbrennungsabgasen enthalten ist, die während einem Verbrennungsprozess eines Fahrzeugs ausgestoßen werden.
(b) Stand der Technik
Abgeordnete aus aller Welt, die die Bedeutung der globalen Erwärmung erkannt haben, haben sich in Rio de Janeiro im Jahr 1992 versammelt um die Klima-Rahmenkonvention zu unterzeichnen, deren Aufgabe es war, eine Durchführungsverordnung für eine Zeitdauer bis einschließlich 2000 auszuarbeiten, wodurch die Emissionen von CO₂, welches die globale Erwärmung verursacht, unter den Level von 1990 verringert werden würde. Die Konvention wurde in dem Durchführungsplan gemäß dem Kioto-Protokoll von 1997 genau beschrieben, und die direkt involvierten Länder einigten sich über den Durchführungsplan des Kioto-Protokolls in der siebten Generalversammlung im November 2001. Demzufolge akzeptierten und realisierten die führenden Länder (Länder in Annex 1 des Kioto-Protokolls) einen zwingend erforderlichen Plan zum Verringern der Treibhausgas-Emissionen. Gemäß den Ergebnissen, die durch die am 13. Dezember 2007 direkt involvierten Länder behandelt wurden, wird erwartet, dass Korea freiwillig den zwingend erforderlichen Plan zum Verringern der Treibhausgas-Emissionen nach 2012 umsetzt. Korea rangiert am oberen Ende unter den Ländern mit der schnellsten Zuwachsrate bei seinen Treibhausgas-Emissionen zwischen 1990 und 2004, und weist noch immer die schnellste Zuwachsrate bei seinen Treibhausgas-Emissionen auf. Wenn man bedenkt, dass 25% der gesamten Menge von ausgestoßenen Treibhausgasen während einem Herstellungsprozess ausgestoßen werden, ist es vordringlich, einen Plan zum Verringern der Treibhausgas-Emissionen auszuarbeiten, um sich damit zu befassen. Die Verfahren zum Verringern der Menge von CO₂-Emissionen, welche den größten Teil der Treibhausgas-Emissionen ausmachen, können im Allgemeinen eingeteilt werden in die Verringerung des Energieverbrauchs, der Rückgewinnung/Speicherung von CO₂,, die Verwendung von alternativen Energien, etc. Von diesen ist das Verfahren zur Rückgewinnung/Speicherung von CO₂ unter aktiver Entwicklung, insbesondere weil es die Vorteile aufweist, dass es einen geringen Effekt auf Aktivitäten in der Industrie aufweist, während es eine Wiederverwendung des rückgewonnenen CO₂ ermöglicht.
Unter den CO₂-Absorptionstechniken hat eine chemische Absorption viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen, insbesondere weil sie hoch wirksam im Beseitigen von CO₂ ist und weil sie ein Verarbeiten eines Abgasmassenstroms sogar bei einer relativ niedrigen CO₂-Konzentration von ungefähr 8 bis 15 Prozent ermöglicht, welches das in Verbrennungsabgasen enthaltene CO₂ ist, das in den meisten der Herstellungsprozesse ausgestoßen wird. Auf diese Art und Weise stellt eine chemische Absorption Vorteile in Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit und eine Prozesseignung über die herkömmlichen Rückgewinnungstechniken wie zum Beispiel Adsorptionsverfahren und Membranseparationsverfahren bereit.
Um solch ein chemisches Absorptionsverfahren durchzuführen wurde als Vorrichtung zum Regenerieren der CO₂-Absorptionslösung sehr häufig eine herkömmliche Vorrichtung verwendet. Im Allgemeinen wird die herkömmliche Vorrichtung, in einer in welcher eine Absorptionslösung, die CO₂ von einer Absorptionssäule absorbiert, auf eine vorbestimmte Temperatur aufgeheizt, so dass CO₂ von der Absorptionslösung getrennt werden kann, um dadurch die Absorptionslösung zu regenerieren und gleichzeitig CO₂ zu trennen und rückzugewinnen.
Das koreanische Patent Nr. 0962871 stellt ein Beispiel einer Vorrichtung zum Regenerieren einer CO₂-Absorptionslösung bereit, die eine Verbesserung gegenüber der herkömmlichen Vorrichtung darstellt. Die verbesserte Vorrichtung ist insbesondere eingerichtet, um eine Absorptionslösung mit einer Wärme vorzuheizen, die erzeugt wird, während CO₂ bei einem hohen Druck komprimiert wird. 1 zeigt einen schematischen Aufbau, der eine Vorrichtung zum Regenerieren einer CO₂-Absorptionslösung gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform des koreanischen Patents Nr. 0962871 darstellt.
Solch eine Vorrichtung zum Regenerieren einer CO₂-Absorptionslösung ist wie in 1 gezeigt eingerichtet, um ein Vorheizen einer Absorptionslösung zusätzlich durch Abwärme durchzuführen, welche erzeugt wird, wenn Wärme von einem Kompressor während einer CO₂-Kompression erzeugt wird, und wenn eine in einer Trenntrommel einer Regenerierungssäule kondensierte Absorptionslösung der Regenerierungssäule zugeführt wird, um dadurch den Wärmewirkungsgrad in einem oberen Bereich der Regenerierungssäule zu verbessern.
Insbesondere in der Vorrichtung zum Regenerieren einer CO₂-Absorptionslösung kommt wie in 1 gezeigt, eine der Absorptionssäule bei Atmosphärendruck zugeführte Absorptionslösung in Kontakt mit einem CO₂ enthaltenden Verbrennungsabgas, das während einem Herstellungsprozess ausgestoßen wird, um dadurch CO₂ zu absorbieren. Dann wird die Absorptionslösung des auf diese Weise absorbierten CO₂ in einem Speichertank 10 (z. B. bei ungefähr 90°C) gespeichert und wird erneut zu einem CO₂-Kompressor 11 befördert, um vorgeheizt zu werden.
Die auf diese Weise beförderte Absorptionslösung gewinnt (tauscht) Wärme zurück (aus), die erzeugt wird, wenn CO₂ in dem CO₂-Kompressor 11 komprimiert wird, unter Verwendung eines Wärmetauschers, der in dem CO₂-Kompressor 11 montiert ist (z. B. bei ungefähr 90°C), und wird dadurch zu einem Hochtemperatur-Absorptionslösungs-Mengenregelungstank 12 befördert.
Die zu dem Hochtemperatur-Absorptionslösungs-Mengenregelungstank 12 beförderte Absorptionslösung wird darin über eine vorbestimmte Zeit gespeichert, und stellt eine Mengenregelung bereit, und fließt im Anschluss daran in einen ersten Wärmetauscher 13. Die Absorptionslösung, die in den ersten Wärmetauscher 13 fließt, tauscht darin mit einer regenerierten Absorptionslösung Wärme aus, die im Vergleich zu der Absorptionslösung bei einer relativ hohen Temperatur (z. B. ungefähr 100°C) abgegeben wird, durch eine Absorptionslösungsheizung 17 an einer unteren Stelle der Regenerierungssäule 15. Infolgedessen wird die Temperatur der Absorptionslösung dadurch erhöht (z. B. auf ungefähr 97°C) und die Absorptionslösung fließt in einen oberen Bereich der Regenerierungssäule 15.
Da die Absorptionslösung in den oberen Bereich der Regenerierungssäule 15 fließt und durch eine Speicherstation in der Regenerierungssäule 15 durchströmt, um in einen unteren Bereich hiervon zu fließen, wird die Absorptionslösung weiter aufgeheizt, so dass CO₂ von der Absorptionslösung getrennt wird, und letztendlich regeneriert wird. Hierbei steigt die Absorptionslösung, welche aufgeheizt und verdampft wurde, in Richtung eines oberen Bereichs der Regenerierungssäule 15 nach oben, wird zusammen mit dem getrennten CO₂ abgeführt und wird dann durch den CO₂-Kompressor 11 komprimiert, um in dem Speichertank 20 über eine Kühlvorrichtung gespeichert zu werden.
Wie oberhalb beschrieben und wie in 1 gezeigt, werden das getrennte CO₂ und die verdampfte Absorptionslösung in einem CO₂-Zustand bei einer hohen Konzentration von mehr als 99% in der Kühlvorrichtung 16 zum Befördern zu der Trenntrommel 18 gekühlt, um dadurch ihre Temperatur (z. B. auf ungefähr 6°C) zu verringern. Die in der Trenntrommel 18 kondensierte Absorptionslösung tauscht Wärme (z. B. bei ungefähr 92°C) mit der Absorptionslösung aus, die während einem Fließen durch den zweiten Wärmetauscher 14 zu dem ersten Wärmetauscher 13 regeneriert wurde. Dabei wird die Temperatur der Absorptionslösung erhöht (z. B. auf ungefähr 82°C) und die Absorptionslösung wird in einen oberen Bereich der Regenerierungssaule 15 zugeführt. Die Vorrichtung ist ferner eingerichtet, so dass die in dem zweiten Wärmetauscher 14 regenerierte Absorptionslösung zu einer Absorptionssäule gefördert wird.
Selbst wenn solch eine herkömmliche Vorrichtung zum Regenerieren einer CO₂-Absorptionslösung verwendet wird, erfordert die Regenerierung einer Absorptionslösung jedoch immer noch eine große Menge an Energie. Demzufolge gab es eine lange erwartete Notwendigkeit für eine Entwicklung eines Systems zum Regenerieren einer CO₂-Absorptionslösung, welche imstande ist, die Kosten in solchen Prozessen zu verringern.
Ferner ist solche eine herkömmliche Vorrichtung zum Regenerieren einer CO₂-Absorptionslösung eingerichtet, mehrstufige Kompressoren zum Komprimieren von CO₂ bei einem hohen Druck aufzuweisen. Es hat jedoch insofern ein Problem damit gegeben, dass die Temperatur und die Wärmeaustauschmenge der Absorptionslösungen mit solchen mehrstufigen Kompressoren variieren.
Die in diesem Hintergrundabschnitt offenbarte Information dient nur der Verbesserung des Verständnisses des allgemeinen Hintergrunds der Erfindung und sollte nicht als Kenntnis oder jegliche Form eines Vorschlags verstanden werden, dass diese Information den Stand der Technik bildet, der einem Fachmann bereits bekannt ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ANMELDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Regenerieren einer CO₂-Absorptionslösung, die in der Lage ist, die Energiekosten zu verringern und ihren Aufbau zu vereinfachen. In einer Ausgestaltung stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Regenerieren einer CO₂-Absorptionslösung bereit, umfassend einen ersten Speichertank zum Speichern einer Absorptionslösung, die absorbiertes CO₂ enthält; eine Regenerierungssäule zum Erzeugen einer Absorptionslösung, die durch Aufheizen der Absorptionslösung regeneriert wird um CO₂ freizusetzen/abzugeben; eine Trenntrommel zum Trennen des während der Regenerierung freigesetzten/abgegebenen CO₂; einen mehrstufigen Kompressor zum Komprimieren des CO₂, das getrennt worden ist; einen Wärmeaustauscher zum Durchführen eines Wärmeaustausches zwischen der von dem ersten Speichertank abgeführten Absorptionslösung und dem in den Stufen des mehrstufigen Kompressors komprimierten CO₂; einen Temperatursensor zum Erfassen der Temperatur der Absorptionslösung nach dem in dem Wärmeaustauscher durchgeführten Wärmeaustausch; und einem Durchflussmesser zum Steuern einer Durchflussmenge der durch den Wärmeaustauscher durchströmenden Absorptionslösung gemäß der Temperatur der durch den Temperatursensor erfassten Temperatur der Absorptionslösung. In einer bevorzugten Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Regenerieren einer CO₂-Absorptionslösung bereit, die ferner einen zweiten Speichertank zum Speichern einer Absorptionslösung bei einer hohen Temperatur umfasst, wobei die Absorptionslösung durch den Wärmeaustauscher durchgleitet worden ist, und zum Befördern von CO₂, das in dem zweiten Speichertank zu dem Kompressor freigesetzt wird. In einer weiteren Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Regenerieren einer CO₂-Absorptionslösung bereit, in welcher die von dem zweiten Speichertank abgeführte Absorptionslösung die Wärme mit der von der Regenerierungssäule regenerierten Absorptionslösung austauscht. In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Regenerieren einer CO₂-Absorptionslösung bereit, die ferner einen dritten Speichertank zum Speichern der von dem zweiten Speichertank abgeführten Absorptionslösung und zum Befördern des in dem dritten Speichertank zu dem Kompressor freigesetzten/abgegebenen CO₂ umfasst.
In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform stellt die vorliegende eine Vorrichtung zum Regenerieren einer CO₂-Absorptionslösung bereit, in welcher die von der Trenntrommel getrennte Absorptionslösung zu dem ersten Speichertank gefördert wird.
In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Regenerieren einer CO₂-Absorptionslösung bereit, in welcher der Durchflussmesser die Durchflussmenge von durch den Wärmeaustauscher durchströmenden CO₂ gemäß der durch den Temperatursensor erfassten Temperatur der Absorptionslösung steuert.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Regenerieren einer CO₂-Absorptionslösung bereit, die ferner einen CO₂-Speichertank zum Speichern von CO₂ mit einem durch den Kompressor komprimierten hohen Druck umfasst.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können wie oberhalb beschrieben, einfache Vorrichtungen wie zum Beispiel der Temperatursensor und der Durchflussmesser und dergleichen gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Absorberleitung zum Durchführen eines Wärmeaustausches mit einer Kompressorleitung montiert werden, um dadurch ein geregeltes Kühlen von komprimierten CO₂ bei hoher Temperatur und Vorheizen des Absorptionsmittels mit einer niedrigen Temperatur zu ermöglichen, um dadurch den Energieverbrauch zu verringern.
Darüber hinaus benötigt die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung keinerlei zusätzlichen Aufbau zum Kühlen von auf diese Weise erhaltenen CO₂ und zum Vorheizen eines Absorptionsmittels, um dadurch den Aufbau einer Vorrichtung zum Regenerieren einer CO₂-Absorptionslösung zu vereinfachen und die Investitionskosten für das Equipment zu verringern.
Zusätzlich ermöglicht die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung die Trennung von CO₂, das während dem Vorheizen von einer Absorptionslösung freigesetzt wird, und gewinnt das getrennte CO₂ durch einen Kompressor zurück. Infolgedessen kann auf einen Prozess, in welchem das freigesetzte CO₂ durch die Regenerierungssäule durchströmt, verzichtet werden und die Kosten können in einem Regenerierungsprozess verringert werden.
Es ist zu beachten, dass der Ausdruck ”Fahrzeug” oder ”Fahrzeug-” oder andere gleichlautende Ausdrücke wie sie hierin verwendet werden, Kraftfahrzeuge im Allgemeinen wie z. B. Personenkraftwagen einschließlich Sports Utility Vehicles (SUV), Busse, Lastwägen, verschiedene Nutzungsfahrzeuge, Wasserfahrzeuge, einschließlich einer Vielfalt von Booten und Schiffen, Luftfahrzeugen und dergleichen einschließen, und Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-in-Hybridelektrofahrzeuge, Wasserstoffangetriebene Fahrzeuge und andere Fahrzeuge mit alternativen Kraftstoff umfassen (beispielsweise Kraftstoff, der von anderen Quellen als Erdöl gewonnen wird). Wie hierin Bezug genommen wird, ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, das zwei oder mehr Antriebsquellen aufweist, wie zum Beispiel sowohl benzinbetriebene als auch elektrisch angetriebene Fahrzeuge.
Die obigen und weiteren Merkmale der Erfindung werden nachfolgend erläutert.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obigen und weiteren Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug auf bestimmte beispielhafte Ausführungsformen hiervon ausführlich beschrieben, welche in den beigefügten Zeichnungen nachstehend lediglich zur Veranschaulichung dargestellt sind, und somit für die vorliegende Erfindung nicht einschränkend sind, und wobei:
1 zeigt ein schematisches Diagramm, das eine Vorrichtung zum Regenerieren einer CO₂-Absorptionslösung gemäß dem Stand der Technik unter Verwendung eines Wärmeaustauschers für eine Absorptionslösung darstellt, die absorbiertes CO₂ enthält, das in einem Verbrennungsabgas enthalten ist; und
2 zeigt ein schematisches Diagramm, das eine Vorrichtung zum Regenerieren einer CO₂-Absorptionslösung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Die in den Zeichnungen dargelegten Bezugszeichen beziehen sich auf die folgenden Elemente, wie nachfolgend erläutert werden:
Bezugszeichenliste

110: erster Speichertank
120: Durchflussmesser
130: Temperatursensor
140: zweiter Speichertank
150: dritter Speichertank
160: Trenntrommel
170: CO₂-Kompressor
180: CO₂-Speichertank

Es ist zu beachten, dass die beigefügten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabgerecht sind, und eine etwas vereinfachte Darstellung von verschiedenen bevorzugten Merkmalen darstellen, welche die Grundsätze der Erfindung veranschaulichen. Die spezifischen Konstruktionsmerkmale der vorliegenden Erfindung wie sie hierin offenbart sind, einschließlich z. B. spezifischer Abmessungen, Orientierungen, Einbauorten, und Formen werden zum Teil durch die eigens dafür vorgesehene Anmeldung und der Arbeitsumgebung bestimmt.
In den Figuren beziehen sich die Bezugszeichen auf die gleichen oder äquivalenten Teile der vorliegenden Erfindung überall in den einzelnen Figuren der Zeichnungen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Es wird nun ausführlich auf die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, wobei deren Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind und unterhalb beschrieben werden. Obwohl die Erfindung in Verbindung mit beispielhaften Ausführungsformen beschrieben wird, ist es zu beachten, dass die vorliegende Beschreibung nicht dazu vorgesehen ist, die Erfindung auf jene beispielhafte Ausführungsformen zu beschränken. Im Gegensatz dazu ist die Erfindung dazu vorgesehen, nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen abzudecken, sondern ebenso verschiedenste Alternativen, Abänderungen, Äquivalente und weitere Ausführungsformen, welche innerhalb des Geistes und des Umfangs der Erfindung wie sie in den beigefügten Ansprüchen bestimmt ist, umfasst sein können.
Die hierin verwendete Terminologie dient lediglich dem Zweck zum Beschreiben besonderer Ausführungsformen und ist nicht dazu vorgesehen, die beispielhaften Ausführungsformen zu beschränken. Wie hierin verwendet, sind die Singularformen ”ein/eine” und ”der/die/das” dazu vorgesehen, ebenfalls die Pluralformen zu umfassen, sofern aus dem Kontext nicht eindeutig etwas anderes hervorgehet.
Es ist ferner zu beachten, dass die Ausdrücke ”aufweisend”, bzw. ”aufweist”, ”umfasst” und/oder ”umfassend”, wenn sie hierin verwendet werden, das Vorhandensein von angegebenen Merkmalen, Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen und/oder Komponenten angeben, jedoch nicht das Vorhandensein oder die Hinzufügung von einen oder mehreren Merkmalen, Zahlen, schritten, Operationen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen hiervon ausschließt. Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen eine Vorrichtung zum Regenerieren einer CO₂-Absorptionslösung. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Vorrichtung zum Regenerieren einer CO₂-Absorptionslösung, welche in der Lage ist, eine Durchflussmenge eines in einem oder mehreren Kompressoren fließenden Absorptionsmittels durch einen Temperatursensor und einen Durchflussmesser zu steuern, die in einer Absorberleitung, in einem Bereich eines Kompressors montiert sind, in welcher ein Wärmeaustausch zwischen einem komprimierten CO₂-Gas bei hoher Temperatur und einem Absorptionsmittel durchgeführt wird. Nachfolgend wird eine Vorrichtung zum Regenerieren einer CO₂-Absorptionslösung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben.
2 zeigt ein schematisches Diagramm, das die Hauptströmungswege einer Absorptionslösung und eines CO₂-Gases in der Vorrichtung zum Regenerieren einer CO₂-Absorptionslösung darstellt, und das Elemente darstellt, die es ermöglichen, dass das Absorptionsmittel und das CO₂-Gas darin gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung fließen.
Wie in 2 gezeigt, umfasst die Vorrichtung zum Regenerieren einer CO₂-Absorptionslösung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung eine Absorptionssäule, einen Speichertank, eine Regenerierungssäule, eine Trenntrommel, einen mehrstufigen Kompressor und einen CO₂-Speichertank.
Unter Bezugnahme auf den Fluss des Absorptionsmittels und des CO₂-Gases in solch einer Anordnung kommt in dem Wärmetauscher A an der Vorderseite der Trenntrommel 160 die Absorptionslösung (welche z. B. eine geeignete Temperatur aufweist, beispielsweise ungefähr 50°C), welche CO₂ in der Absorptionssäule absorbiert hat, in Kontakt mit CO₂ bei einer hohen Temperatur (z. B. ungefähr 120°C) von einer Regenerierungssäule um dadurch vorgeheizt zu werden. Die Absorptionslösung wird dann in dem ersten Speichertank 110 (zum Beispiel bei ungefähr 60°C) zum Steuern einer Durchflussmenge hiervon gespeichert. Im Anschluss wird die Absorptionslösung zu einem Wärmetauscher der Seite des CO₂-Kompressors 170 gefördert.
Indessen sind wie in 2 gezeigt, da sich die Menge des Wärmeaustausches mit jedem Schritt des mehrstufigen Kompressors 170 verändert, welcher eingerichtet ist um CO₂-Gas auf einen hohen Druck zu komprimieren, der Durchflussmesser 120 und der Temperatursensor 130 in einer Absorptionsleitung vorgesehen, so dass die die durch jede Stufe des mehrstufigen Kompressors durchströmende Absorptionslösung (nachfolgend Absorptionslösung) bei einer konstanten Temperatur stabilisiert werden kann.
Der Durchflussmesser 120 und der Temperatursensor 130 sind eingerichtet, um zu verhindern, dass eine Absorptionslösung nicht bei einer optimalen Temperatur regeneriert wird, da es kompliziert ist, eine unterschiedliche Temperatur der Absorptionslösung durch Verändern mit jeder Stufe des mehrstufigen Kompressors 170 zu steuern.
Somit wird gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, um einen komprimierten CO₂-Kühleffekt für den Wirkungsgrad des Kompressors zu erhöhen und um eine Vorheiztemperatur der Absorptionslösung nach dem Wärmeaustausch konstant beizubehalten, die in dem Wärmetauscher B von dem Durchflussmesser 120 und dem Temperatursensor 130 fließende Durchflussmenge der Absorptionslösung gesteuert.
Wie in 2 gezeigt, sind der Durchflussmesser 120 und der Temperatursensor 130 an der Vorderseite und der Rückseite des Wärmetauschers B angeordnet, um die Temperatur der Absorptionslösung zu messen, bei welcher in dem Wärmetauscher ein Wärmeaustausch stattgefunden hat, und um ferner die Durchflussmenge der Absorptionslösung zu steuern, die durch den Wärmetauscher B durchströmt. Als solches wird die Absorptionslösung bei einer vorbestimmten Temperatur konstant gehalten.
Alternativ kann der gleiche Zweck durch Einbauen des Durchflussmessers in der Druckleitung des CO₂ erreicht werden, so dass die Durchflussmenge von CO₂, das komprimiert wird, wenn es durch den Kompressor 170 durchströmt, gemäß jedem Wert gesteuert werden kann, der durch den Temperatursensor in einer Absorptionslösungsleitung erfasst wird.
Die Absorptionslösung, mit welcher ein Wärmeaustausch mit dem CO₂-Kompressor 170 bei einer durch den Durchflussmesser und der Temperatur optimierten Durchflussmenge stattgefunden hat, wird bei einer geeignet hohen Temperatur (zum Beispiel ungefähr 90°C) in dem zweiten Speichertank 140 für eine bestimmte Zeitdauer gespeichert.
Unterdessen wird gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung das in dem zweiten Speichertank 140 freigesetzte/abgegebene CO₂-Gas zu einer Stelle zwischen der Trenntrommel 160 und dem Kompressor 170 gefördert. Danach wird das CO₂-Gas komprimiert und gespeichert ohne durch die Regenerierungssäule durchzuströmen.
Die Absorptionslösung in einem Durchflussmengenregelungstank tauscht wiederum die Wärme durch den Wärmetauscher C mit der Absorptionslösung aus, die abgeführt wird von und regeneriert wird durch einen unteren Bereich der Regenerierungssäule. Die abgeführte/regenerierte Absorptionslösung weist ein höhere Temperatur (z. B. ungefähr 100°C) auf als die Absorptionslösung in dem Durchflussmengenregelungstank, und somit wird die Temperatur der Absorptionslösung in dem Durchflussmengenregelungstank dadurch weiter durch den Wärmeaustausch (zum Beispiel auf ungefähr 97°C) erhöht. Die Absorptionslösung, mit der auf diese Weise ein Wärmeaustausch stattgefunden hat und deren Temperatur erhöht wurde, wird dann in dem dritten Speichertank 150 gespeichert, welcher ein zusätzlicher Speichertank bei einer hohen Temperatur der Absorptionslösung ist. Ferner wird das freigesetzte CO₂ zwischen die Trenntrommel 160 und den Kompressor 170 gefördert, wo es komprimiert und mit dem freigesetzten CO₂ in dem zweiten Speichertank 140 gespeichert wird.
Auf diese Art und Weise ermöglicht gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Vorrichtung zum Regenerieren einer CO₂-Absorptionslösung, dass das in dem zweiten Speichertank 140 und dem dritten Speichertank 150 freigesetzte CO₂ direkt zu der Seite des Kompressors 170 gefördert wird, ohne durch die Regenerierungssäule durchzuströmen. Als solches kann dadurch ein entsprechendes Behandeln einer Absorptionslösung in der Regenerierungssäule unterbunden werden und der Energieverbrauch kann verringert werden.
Unterdessen fließt die Absorptionslösung, welche in dem dritten Speichertank 150 gespeichert ist, wiederum in einen oberen Bereich der Regenerierungssäule und wird in der Regenerierungssäule behandelt.
Da die Absorptionslösung, welche in den oberen Bereich der Regenerierungssäule geflossen ist, durch eine Speicherstation durchströmt und in einen unteren Bereich der Regenerierungssäule fließt, wird die Absorptionslösung weiter aufgeheizt, um dadurch CO₂ von der Absorptionslösung freizusetzen/abzugeben. Zum selben Zeitpunkt wird die Absorptionslösung regeneriert. Das freigesetzte/abgegebene CO₂ wird zu dem oberen Bereich der Regenerierungssäule zusammen mit der verdampften Absorptionslösung abgeführt, um in dem Wärmetauscher A abgekühlt zu werden. Im Anschluss daran wird das gekühlte CO₂ bei einem hohen Druck durch den CO₂-Kompressor 170 komprimiert und in dem CO₂-Speichertank 180 gespeichert.
Die zusammen mit dem freigesetzten CO₂ verdampfte Absorptionslösung wird in dem Wärmetauscher gekühlt und wird in der Trenntrommel 160 kondensiert, um dadurch ihre Temperatur (z. B. auf ungefähr 60°C) zu verringern. Die Absorptionslösung wird dann zu dem Speichertank gefördert um vorgeheizt zu werden, und im Anschluss daran fließt sie in den oberen Bereich der Regenerierungssäule bevor sie die Regenerierungssäule erreicht.
Insbesondere die Absorptionslösung, die von der Trenntrommel 160 abgeführt wird, ist wie in 2 gezeigt abhängig von der Absorptionsleitung, die von einer Absorptionssäule der Seite des Wärmetauschers A zu dem ersten Speichertank 110 reicht. Auf diese Weise kann die abgeführte Absorptionslösung mit demselben Vorheizverfahren behandelt werden wie die Absorptionslösung in der Absorptionssäule, und im Anschluss daran kann sie in den oberen Bereich der Regenerierungssäule fließen.
Es wird darauf hingewiesen, dass obwohl lediglich ein 4-stufiger Kompressor in 2 unter Berücksichtigung eines komprimierten CO₂-Gases von maximal 100 Bar beispielhaft erläutert wird, die Erfindung nicht auf den 4-stufigen Kompressor beschränkt ist, der für das Verfahren zum Regenerieren einer CO₂-Absorptionslösung gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung verwendbar ist. Stattdessen kann der Kompressor mit irgendeiner Anzahl von Stufen versehen sein und kann ferner jede Art von Kompressor sein. Zum Beispiel erlaubt die vorliegende Erfindung sogar jede Art von Kompressor, solange der Kompressor dazu dienen kann, um die während einem Komprimieren von CO₂-Gas mit dem Kompressor erzeugte Wärme zurückzugewinnen.
Die gemäß der Erfindung regenerierte Absorptionslösung ist ebenfalls nicht in ihrer Zusammensetzung besonders beschränkt, sondern kann irgendeine Absorptionslösung sein, die in einem chemischen Absorptionsverfahren verwendet werden kann.
Die Erfindung wurde mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen davon ausführlich beschrieben. Der Fachmann wird jedoch verstehen, dass Änderungen in diesen Ausführungsformen gemacht werden können, ohne von den Grundsätzen und dem Geist der Erfindung abzuweichen, deren Umfang in den beigefügten Ansprüchen und ihren Äquivalenten bestimmt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

KR 0962871 [0005, 0005]

Claims

Vorrichtung zum Regenerieren einer CO₂-Absorptionslösung, aufweisend: einen ersten Speichertank zum Speichern einer Absorptionslösung, die absorbiertes CO₂ enthält; eine Regenerierungssäule zum Erzeugen einer Absorptionslösung, die durch Aufheizen der Absorptionslösung regeneriert wird um CO₂ freizusetzen; eine Trenntrommel zum Trennen des während der Regenerierung von der Absorptionslösung freigesetzten CO₂; einen mehrstufigen Kompressor zum Komprimieren des durch die Trenntrommel getrennten CO₂; einen Wärmetauscher zum Durchführen eines Wärmeaustausches zwischen der von dem ersten Speichertank abgeführten Absorptionslösung und dem in dem mehrstufigen Kompressor komprimierten CO₂; einen Temperatursensor zum Erfassen der Temperatur der Absorptionslösung nach dem Wärmeaustausch in dem Wärmetauscher; und einen Durchflussmesser zum Regeln einer Durchflussmenge der durch den Wärmetauscher geleiteten Absorptionslösung gemäß der durch den Temperatursensor erfassten Temperatur der Absorptionslösung.
Vorrichtung zum Regenerieren einer CO₂-Absorptionslösung gemäß Anspruch 1, ferner aufweisend einen zweiten Speichertank zum Speichern einer Absorptionslösung bei hoher Temperatur, wobei die Absorptionslösung bei hoher Temperatur durch den Wärmetauscher geleitet worden ist, und wobei in dem zweiten Speichertank freigesetztes CO₂ zu dem Kompressor gefördert wird.
Vorrichtung zum Regenerieren einer CO₂-Absorptionslösung nach Anspruch 2, wobei die von dem zweiten Speichertank abgeführte Absorptionslösung einen Wärmeaustausch mit einer Absorptionslösung durchführt, die von der Regenerierungssäule regeneriert wird.
Vorrichtung zum Regenerieren einer CO₂-Absorptionslösung gemäß Anspruch 3, ferner aufweisend einen dritten Speichertank zum Speichern einer von dem zweiten Speichertank abgeführten Absorptionslösung, und wobei in dem dritten Speichertank freigesetztes CO₂ zu dem Kompressor gefördert wird.
Vorrichtung zum Regenerieren einer CO₂-Absorptionslösung gemäß Anspruch 1, wobei die von dem freigesetzten CO₂ in der Trenntrommel getrennte Absorptionslösung zu dem ersten Speichertank gefördert wird.
Vorrichtung zum Regenerieren einer CO₂-Absorptionslösung gemäß Anspruch 1, wobei der Durchflussmesser die Durchflussmenge von durch den Wärmetauscher geleiteten CO₂ gemäß der durch den Temperatursensor erfassten Temperatur der Absorptionslösung regelt.
Vorrichtung zum Regenerieren einer CO₂-Absorptionslösung, ferner aufweisend einen CO₂-Speichertank zum speichern von CO₂ mit hohem Druck, das durch den Kompressor komprimiert wird.