EP2429684A1 - Verfahren und vorrichtung zur behandlung von rauchgasen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur behandlung von rauchgasen

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EP2429684A1
EP2429684A1 EP10720347A EP10720347A EP2429684A1 EP 2429684 A1 EP2429684 A1 EP 2429684A1 EP 10720347 A EP10720347 A EP 10720347A EP 10720347 A EP10720347 A EP 10720347A EP 2429684 A1 EP2429684 A1 EP 2429684A1
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carbon dioxide
gas stream
refrigeration system
water
flue gas
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Application number
EP10720347A
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Torsten Stoffregen
Veselin Stamatov
Thomas Walter
Annett Kutzschbach
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Linde GmbH
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Linde KCA Dresden GmbH
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    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/08—Separating gaseous impurities from gases or gaseous mixtures or from liquefied gases or liquefied gaseous mixtures
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/002—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by condensation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/1418—Recovery of products
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/1425—Regeneration of liquid absorbents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/1456—Removing acid components
    • B01D53/1475—Removing carbon dioxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2256/00—Main component in the product gas stream after treatment
    • B01D2256/22—Carbon dioxide
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2

Definitions

  • the invention relates to a method for the treatment of a carbon dioxide-containing flue gas stream, wherein from the flue gas stream at least a portion of the existing carbon dioxide is removed by forming a low-carbon gas stream and a carbon dioxide-rich gas stream by means of a laundry, and an apparatus for performing the method.
  • Carbon dioxide-containing flue gas streams also accumulate in other large-scale combustion plants that are operated with fossil fuels. These include, for example, industrial furnaces, steam boilers and similar large-scale thermal power plants for electricity and / or Heat generation. It is conceivable that even in such systems, the carbon dioxide is separated from the flue gas streams by means of a laundry and a recovery or storage (eg by compression in the ground) is supplied.
  • a carbon dioxide-rich gas stream is present, which is present in the water-saturated state. After precompression, this gas stream must be dried to meet the water content required for carbon dioxide-rich product streams. If, for example, the carbon dioxide-rich gas stream is to be supplied to a later use via pipelines, a water content of less than 500 ppmv is generally to be adhered to after final compression in order to prevent corrosion and hydrate formation.
  • glycol wash includes an absorption column, a regenerating column, a series of heat exchangers, filters and pumps. Glycol washing also requires additional thermal energy for regeneration.
  • the gas stream In order to separate water from the carbon dioxide-rich gas stream, the gas stream must be cooled below the dew point temperature of the water (depending on the pressure of the water-saturated gas). If this temperature is exceeded, the water condenses out and can be separated from the gas stream.
  • the gas flow including the possibly injected glycol-water mixture should be able to be cooled to a temperature of below 10 ° C. at a pressure of> 30 bar, for example. This can not be realized in central European latitudes by cooling water (usual temperatures around 25 ° C). In order to provide a cooling medium with the required flow temperatures, therefore, the use of a refrigeration system, in particular a compression or absorption refrigeration system is proposed according to the invention.
  • the absorption refrigeration system In contrast to a compression refrigeration system, the absorption refrigeration system has a significantly lower electrical energy consumption, since a pump can be used instead of a compressor. Therefore, according to a preferred embodiment of the invention for drying the carbon dioxide-rich and water-saturated gas stream after the laundry, an absorption refrigeration system is used.
  • the absorption refrigeration system by means of thermal energy, in particular in the form of steam and / or district heating and / or direct firing, driven.
  • the thermal energy is expediently from Brüdendampf one of the incineration and / or gasification upstream coal drying or Brüdenondesat (if the Brüdendampf is previously used in another process) won.
  • Brüdendampf or vapor condensate from the coal drying is on a usable temperature level (> 100 0 C) as waste heat available.
  • electrical energy is only necessary for the circulation pump of the solvent of the absorption refrigeration system. As a result, a considerable saving in electrical energy is achieved.
  • the carbon dioxide-rich gas stream is preferably dried to a water content of less than 500 ppmv.
  • the drying of the carbon dioxide-rich gas stream is expediently carried out at a pressure between 30 and 60 bara, preferably between 35 and 40 bara.
  • the present invention is intended for the treatment of flue gases from conventional incinerators.
  • the carbon dioxide-containing flue gas stream is formed in a large combustion plant in which fossil fuels are burned with combustion air.
  • This flue gas stream is preferably subjected to a wash in an absorption column with subsequent detergent regeneration for the separation of carbon dioxide from the flue gas stream.
  • the carbon dioxide is removed by means of a wash with a physically and / or chemically acting detergent from the carbon dioxide-containing flue gas stream.
  • the detergent expediently contains as part of at least one amine.
  • the carbon dioxide-rich gas stream is formed during a regeneration of a detergent used for washing, which contains at least one amine as a constituent.
  • the carbon dioxide removed from the flue gas stream can finally be fed to a use or storage, in particular a compression in the underground, while the low-carbon gas stream can be delivered to the atmosphere with a significantly reduced climate-damaging effect.
  • the invention further relates to a device for treating a carbon dioxide-containing flue gas stream with a washing device for washing at least a portion of the existing carbon dioxide from the flue gas stream to form a low-carbon gas stream and a carbon dioxide-rich gas stream.
  • the stated object is achieved in that the washing device is followed by a refrigeration system for cooling and drying of the carbon dioxide-rich gas stream.
  • a device for injecting glycols in particular a glycol-water mixture may additionally be provided.
  • a particularly preferred embodiment of the device provides that the refrigeration system is designed as absorption refrigeration system.
  • Refrigeration systems require significantly lower capital and operating costs compared to commonly used for drying molecular sieve adsorber stations or glycol washes.
  • thermal energy advantageousously waste heat
  • the energy requirements for drying can be significantly reduced. In place of the vapor of a brother, too
  • Vapor condensate can be used if the vapor is already used in another process.
  • the simple and robust construction is another advantage of using an absorption refrigeration system to dry the carbon dioxide rich and water saturated gas stream.
  • the invention is suitable for all conceivable large combustion systems in which carbon dioxide-containing gas flows incurred. These include e.g. Fossil-fueled power plants, industrial furnaces, steam boilers and similar large-scale thermal power and / or heat generation plants. With particular advantage, the invention can be used in large combustion plants, which are supplied with air as a fuel gas. In particular, the invention is suitable for coal-fired power plants in which the CO2 is washed out of the flue gas and compressed in the underground (“CCS - Carbon Capture and Storage").
  • the figure shows a block diagram of a treatment plant for a carbon dioxide-rich and water-saturated gas stream from a carbon dioxide scrubbing a coal power plant.
  • a carbon dioxide-rich gas stream is separated from a carbon dioxide-containing flue gas of a coal-fired power plant, which is provided for storage in the underground.
  • the carbon dioxide-rich gas stream is precompressed by means of a compressor 1 and then passed through a heat exchanger 2, where it is pre-cooled by means of cooling water KW. Subsequently, the injection of a glycol-water mixture, wherein the main part of the glycol from the Glykolaufhusung 7 comes (concentration of deposited in 5 glycol-water mixture).
  • a subsequent heat exchanger 3 is then cooled further by means of the absorption refrigeration system 4.
  • broth steam BD and vapor condensate BK from an upstream coal drying system are used.
  • the condensed in the heat exchanger 3 as a result of cooling below the dew point of the water glycol-water mixture is separated in a subsequent condensate 5.
  • the gas stream, which has been dried to a water content of less than 500 ppmv, is finally compressed in a final compressor 6 to the pressure intended for the further use of the gas stream (for example for pressing in the substrate).

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Abstract

Es werden ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Behandlung eines kohlendioxidhaltigen Rauchgasstroms beschrieben. Aus dem Rauchgasstrom wird zumindest ein Teil des vorhandenen Kohlendioxids unter Bildung eines kohlendioxidarmen Gasstroms und eines kohlendioxidreichen Gasstroms mittels einer Wäsche entfernt. Der nach der Entfernung des Kohlendioxids aus dem Rauchgasstrom gebildete kohlendioxidreiche und wassergesättigte Gasstrom wird mittels einer Kälteanlage 4 in einem Wärmetauscher 3 unter die Taupunkttemperatur des im Gasstrom enthaltenen Wassers abgekühlt und durch Kondensation und Abscheidung des Wassers in einem Kondensatabscheider 5 getrocknet. Der getrocknete Gasstrom erfüllt die Anforderungen an für eine Weiterverwendung vorgesehene Kohlendioxidprodukte.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von Rauchgasen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung eines kohlendioxidhaltigen Rauchgasstroms, wobei aus dem Rauchgasstrom zumindest ein Teil des vorhandenen Kohlendioxids unter Bildung eines kohlendioxidarmen Gasstroms und eines kohlendioxidreichen Gasstroms mittels einer Wäsche entfernt wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Bei der Nutzung von fossilen Brennstoffen, z.B. Kohle, Erdöl oder Erdgas, in Kraftwerken oder sonstigen Großfeuerungsanlagen fallen kohlendioxidhaltige, üblicherweise als Rauchgase bezeichnete Gasströme an, die in der Regel an die Umwelt abgegeben werden. Da es sich bei Kohlendioxid um ein sogenanntes Treibhausgas handelt, dem aufgrund seiner klimaschädigenden Wirkung ein wesentlicher negativer Einfluss auf das Erdklima zugeschrieben wird, sind technische Lösungen zur Begrenzung des Kohlendioxidausstoßes an die Umwelt gefordert.
In jüngster Zeit werden neue Kraftwerkskonzepte vorgeschlagen, bei denen das im Rauchgas enthaltene Kohlendioxid (CO2) in einer dem Kraftwerk nachgeschalteten, z.B. als Absorptionskolonne ausgebildeten, Waschstufe aus dem Rauchgas ausgewaschen wird. Dabei muss das Kraftwerk nicht wie bei so genannten "Oxyfuel- Kraftwerken" auf Sauerstoffverbrennung umgestellt werden, sondern kann konventionell mit Luftverbrennung betrieben werden. Ziel dieser neuen Konzepte ist es, das bei der Verbrennung der fossilen Brennstoffe entstehende und im Rauchgas vorhandene Kohlendioxid in geeigneten Lagerstätten, insbesondere in bestimmten Gesteinsschichten oder salzwasserführenden Schichten, zu verpressen und somit den Kohlendioxidausstoß zur Atmosphäre zu begrenzen. Dadurch soll die klimaschädliche Wirkung von Treibhausgasen wie Kohlendioxid reduziert werden. Diese Technologie wird in der Fachwelt als so genannte "Post Combustion Carbon Capture Technology (PCC)" bezeichnet.
Kohlendioxidhaltige Rauchgasströme fallen auch bei sonstigen Großfeuerungsanlagen an, die mit fossilen Brennstoffen betrieben werden. Hierzu zählen z.B. Industrieöfen, Dampfkessel und ähnliche thermische Großanlagen zur Strom- und/oder Wärmeerzeugung. Es ist denkbar, dass auch bei solchen Anlagen das Kohlendioxid aus den Rauchgasströmen mittels einer Wäsche abgetrennt und einer Verwertung oder Speicherung (z.B. durch Verpressung im Untergrund) zugeführt wird.
Bei der Abscheidung von Kohlendioxid aus Rauchgasen durch Auswaschen mittels chemischer und/oder physikalischer Waschmittel fällt ein kohlendioxidreicher Gasstrom an, der im wassergesättigten Zustand vorliegt. Nach einer Vorverdichtung muss dieser Gasstrom getrocknet werden, um den für kohlendioxidreiche Produktströme erforderlichen Wassergehalten zu entsprechen. Soll der kohlendioxidreiche Gasstrom beispielsweise über Rohrleitungen einer späteren Verwendung zugeführt werden, so ist zur Vermeidung von Korrosion und Hydratbildung in der Regel nach einer Endverdichtung ein Wassergehalt von weniger als 500 ppmv einzuhalten.
Die nach bisherigem Stand der Technik gebräuchlichsten Verfahren zur Absenkung des Wassergehalts kohlendioxidreicher Gasströme nach einer Rauchgaswäsche sind Trocknung mittels Molsieb-Adsorber-Station oder Glykol-Wäsche. Beide bekannten Verfahren weisen jedoch spezifische Nachteile auf:
Eine Beseitigung des Wassers mittels Molsieb-Adsorber-Station oder Glykol-Wäsche erfordert einen hohen apparatetechnischen Aufwand.
Neben den Adsorbern der Molsieb-Adsorber-Station muss eine Vielzahl von Regelventilen (hoher Aufwand an Verrohrung) installiert werden. Die Regelung der Adsorber-Station ist umfangreich. Zur Bereitstellung der Regeneration ist zusätzliche thermische Energie (Erwärmung des CO2-Regenerationsstromes mittels Dampf oder elektrischem Erhitzer) und elektrische Energie (erneute Kompression des entspannten CO2-Regenerationsstromes) erforderlich.
Der Aufbau einer Glykol-Wäsche beinhaltet eine Absorptionskolonne, eine Regenerierkolonne, eine Reihe von Wärmetauschern, Filtern und Pumpen. Auch bei der Glykol-Wäsche wird zur Regenerierung zusätzliche thermische Energie erforderlich.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens so auszugestalten, dass auf wirtschaftliche Weise eine Trocknung des kohlendioxidreichen und wassergesättigten Gasstroms ohne die beschriebenen Nachteile der bisherigen Methoden ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird verfahrensseitig erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der nach der Entfernung des Kohlendioxids aus dem Rauchgasstrom gebildete kohlendioxidreiche und wassergesättigte Gasstrom mittels einer Kälteanlage unter die Taupunkttemperatur des im Gasstrom enthaltenen Wassers abgekühlt und durch Kondensation und Abscheidung des Wassers getrocknet wird. Zu beachten ist dabei die Möglichkeit der Bildung von Gashydraten (abhängig von Druck, Temperatur und Zusammensetzung), die durch die Einspeisung von Glykolen, vorzugsweise einem Gemisch aus Monoethylenglykol-Wasser, vermieden werden kann.
Um aus dem kohlendioxidreichen Gasstrom Wasser abzuscheiden, muss der Gasstrom unter die Taupunkttemperatur des Wassers (abhängig vom Druck des wassergesättigten Gases) abgekühlt werden. Wird diese Temperatur unterschritten, kondensiert das Wassers aus und kann aus dem Gasstrom abgeschieden werden.
Der Gasstrom inklusive des möglicherweise eingespritzten Glykol-Wassergemisches sollte hierfür z.B. auf eine Temperatur von unter 100C bei einem Druck von >30 bar abgekühlt werden können. Dies kann in mitteleuropäischen Breiten nicht durch Kühlwasser (übliche Temperaturen um 25 °C) realisiert werden. Um ein Kühlmedium mit den geforderten Vorlauftemperaturen bereitzustellen, wird daher erfindungsgemäß der Einsatz einer Kälteanlage, insbesondere einer Kompressions- oder Absorptionskälteanlage vorgeschlagen.
Im Gegensatz zu einer Kompressionskälteanlage weist die Absorptionskälteanlage einen deutlich geringeren elektrischen Energieverbrauch auf, da anstatt eines Kompressors eine Pumpe verwendet werden kann. Daher wird gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung zum Trocknen des kohlendioxidreichen und wassergesättigten Gasstroms nach der Wäsche eine Absorptionskälteanlage eingesetzt. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird die Absorptionskälteanlage mittels thermischer Energie, insbesondere in Form von Dampf und/oder Fernwärme und/oder Direktfeuerung, angetrieben.
Im Falle der Behandlung eines Rauchgasstroms aus einer mit Kohle befeuerten Verbrennungs- und/oder Vergasungsanlage wird die thermische Energie zweckmäßigerweise aus Brüdendampf einer der Verbrennungs- und/oder Vergasungsanlage vorgeschalteten Kohletrocknung oder aus Brüdenkondesat (falls der Brüdendampf vorher in einem anderen Prozess bereits genutzt wird) gewonnen. Brüdendampf oder Brüdenkondensat aus der Kohletrocknung steht auf einem nutzbaren Temperaturlevel (>100 0C) als Abwärme zur Verfügung. Durch Nutzung dieser Abwärme für den Antrieb der Absorptionskälteanlage ist elektrische Energie nur noch für die Umlaufpumpe des Lösungsmittels der Absorptionskälteanlage notwendig. Dadurch wird eine erhebliche Einsparung an elektrischer Energie erzielt.
Zur Einhaltung der gewünschten Produktanforderungen an einen zur Weiterverwendung oder Lagerung vorgesehenen CO2-Strom wird der kohlendioxidreiche Gasstrom bevorzugt auf einen Wassergehalt von weniger als 500 ppmv getrocknet.
Dabei wird die Trocknung des kohlendioxidreichen Gasstroms zweckmäßigerweise bei einem Druck zwischen 30 und 60 bara, vorzugsweise zwischen 35 und 40 bara, durchgeführt.
In erster Linie ist die vorliegende Erfindung für die Aufbereitung von Rauchgasen aus konventionellen Verbrennungsanlagen vorgesehen. Dabei wird der kohlendioxidhaltige Rauchgasstrom in einer Großfeuerungsanlage gebildet, in der fossile Brennstoffe mit Verbrennungsluft verbrannt werden. Dieser Rauchgasstrom wird vorzugsweise einer Wäsche in einer Absorptionskolonne mit anschließender Waschmittelregenerierung zur Abscheidung von Kohlendioxid aus dem Rauchgasstrom unterzogen. Durch Austreiben gasförmiger Komponenten bei der Waschmittelregenerierung wird zweckmäßigerweise der kohlendioxidreiche Gasstrom gebildet, während der kohlendioxidarme Gasstrom von der Absorptionskolonne abgezogen wird. Vorzugsweise wird das Kohlendioxid mittels einer Wäsche mit einem physikalisch und/oder chemisch wirkenden Waschmittel aus dem kohlendioxidhaltigen Rauchgasstrom entfernt. Dabei enthält das Waschmittel zweckmäßigerweise als Bestandteil mindestens ein Amin.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird demnach der kohlendioxidreiche Gasstrom bei einer Regenerierung eines zur Wäsche eingesetzten Waschmittels gebildet, das als Bestandteil mindestens ein Amin enthält.
Das vom Rauchgasstrom entfernte Kohlendioxid kann schließlich einer Nutzung oder Speicherung, insbesondere einer Verpressung im Untergrund, zugeführt werden, während der kohlendioxidarme Gasstrom mit erheblich verminderter klimaschädlicher Wirkung an die Atmosphäre abgegeben werden kann.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Behandlung eines kohlendioxidhaltigen Rauchgasstroms mit einer Wascheinrichtung zum Auswaschen zumindest eines Teils des vorhandenen Kohlendioxids aus dem Rauchgasstrom unter Bildung eines kohlendioxidarmen Gasstroms und eines kohlendioxidreichen Gasstroms.
Vorrichtungsseitig wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass der Wascheinrichtung eine Kälteanlage zur Abkühlung und Trocknung des kohlendioxidreichen Gasstroms nachgeschaltet ist. Dabei kann zusätzlich auch eine Einrichtung zur Einspritzung von Glykolen, insbesondere eines Glykol- Wassergemisches vorgesehen sein.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Vorrichtung sieht vor, dass die Kälteanlage als Absorptionskälteanlage ausgebildet ist.
Die Erfindung weist eine ganze Reihe von Vorteilen auf:
Kälteanlagen erfordern im Vergleich zu üblicherweise zur Trocknung eingesetzten Molsieb-Adsorber-Stationen oder Glykol-Wäschen erheblich niedrigere Investitionsund Betriebskosten. Von besonderem Vorteil ist die Möglichkeit der Nutzung von thermischer Energie (vorteilhaft Abwärme) zur Kälteerzeugung in der Absorptionskälteanlage. Insbesondere bei Verwendung von Brüdendampf aus einer vorgeschalteten Kohletrocknung bei kohlebefeuerten Verbrennungs- oder Vergasungsanlagen kann der Energiebedarf für die Trocknung erheblich reduziert werden. Anstelle von Brüdendampf kann auch
Brüdenkondensat verwendet werden, falls der Brüdendampf in einem anderen Prozess bereits genutzt wird.
Die einfache und robuste Konstruktion sind ein weiterer Vorteil der Verwendung einer Absorptionskälteanlage zur Trocknung des kohlendioxidreichen und wassergesättigten Gasstroms.
Die Erfindung eignet sich für alle denkbaren Großfeuerungsanlagen, bei denen kohlendioxidhaltige Gasströme anfallen. Hierzu zählen z.B. mit fossilen Brennstoffen betriebene Kraftwerke, Industrieöfen, Dampfkessel und ähnliche thermische Großanlagen zur Strom- und/oder Wärmeerzeugung. Mit besonderem Vorteil kann die Erfindung bei Großfeuerungsanlagen eingesetzt werden, die mit Luft als Brenngas versorgt werden. Insbesondere eignet sich die Erfindung für Kohlekraftwerke, bei denen das CO2 aus dem Rauchgas ausgewaschen und im Untergrund verpresst wird ("CCS - Carbon Capture and Storage").
Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden:
Die Figur zeigt ein Blockschaltbild einer Aufbereitungsanlage für einen kohlendioxidreichen und wassergesättigten Gasstrom aus einer Kohlendioxidwäsche eines Kohlekraftwerks.
In einer in der Figur nicht dargestellten Wäsche wird aus einem kohlendioxidhaltigen Rauchgas eines mit Kohle befeuerten Kraftwerks ein kohlendioxidreicher Gasstrom abgetrennt, der für eine Speicherung im Untergrund vorgesehen ist. Der kohlendioxidreiche Gasstrom wird mittels eines Kompressors 1 vorverdichtet und anschließend über einen Wärmetauscher 2 geleitet, wo er mittels Kühlwasser KW vorgekühlt wird. Anschließend erfolgt die Einspritzung eines Glykol- Wassergenmisches, wobei der Hauptteil des Glykols aus der Glykolaufbereitung 7 stammt (Aufkonzentration des in 5 abgeschiedenen Glykol-Wassergenmisches). In einem nachfolgenden Wärmetauscher 3 erfolgt dann eine weitere Abkühlung mittels der Absorptionskälteanlage 4. Zur Versorgung der Absorptionskälteanlage mit thermischer Energie wird Brüdendampf BD und Brüdenkondensat BK aus einer vorgeschalteten Kohletrocknung verwendet. Das im Wärmetauscher 3 infolge der Abkühlung unter die Taupunkttemperatur des Wassers auskondensierte Glykol- Wassergemisches wird in einem nachfolgenden Kondensatabscheider 5 abgetrennt. Der auf einen Wassergehalt von unter 500 ppmv getrocknete Gasstrom wird schließlich in einem Endverdichter 6 auf den für die Weiterverwendung des Gasstroms (z.B. zur Verpressung im Untergrund) vorgesehenen Druck komprimiert.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Behandlung eines kohlendioxidhaltigen Rauchgasstroms, wobei aus dem Rauchgasstrom zumindest ein Teil des vorhandenen Kohlendioxids unter Bildung eines kohlendioxidarmen Gasstroms und eines kohlendioxidreichen Gasstroms mittels einer Wäsche entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der nach der Entfernung des Kohlendioxids aus dem Rauchgasstrom gebildete kohlendioxidreiche und wassergesättigte Gasstrom mittels einer Kälteanlage (4) unter die Taupunkttemperatur des im Gasstrom enthaltenen Wassers abgekühlt und durch Kondensation und Abscheidung des Wassers getrocknet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als Kälteanlage (4) eine Absorptionskälteanlage verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorptionskälteanlage mittels thermischer Energie, insbesondere in Form von
Dampf und/oder Fernwärme und/oder Direktfeuerung, angetrieben wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle der Behandlung eines Rauchgasstroms aus einer mit Kohle befeuerten Verbrennungs- und/oder Vergasungsanlage die thermische Energie aus Brüdendampf (BD) und/oder Brüdenkondensat einer der Verbrennungs- und/oder Vergasungsanlage vorgeschalteten Kohletrocknung gewonnen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der kohlendioxidreiche Gasstrom auf einen Wassergehalt von weniger als 500 ppmv getrocknet wird, wobei zur Vermeidung der Gashydratbildung ein Glykol- Wassergemisch eingespritzt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknung des kohlendioxidreichen Gasstroms bei einem Druck zwischen 30 und
60 bara, vorzugsweise zwischen 35 und 40 bara, durchgeführt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der kohlendioxidreiche Gasstrom bei einer Regenerierung eines zur Wäsche eingesetzten Waschmittels gebildet wird, das als Bestandteil mindestens ein Amin enthält.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der getrocknete, kohlendioxidreiche Gasstrom einer Nutzung oder Speicherung zugeführt wird.
9. Vorrichtung zur Behandlung eines kohlendioxidhaltigen Rauchgasstroms mit einer Wascheinrichtung zum Auswaschen zumindest eines Teils des vorhandenen Kohlendioxids aus dem Rauchgasstrom unter Bildung eines kohlendioxidarmen
Gasstroms und eines kohlendioxidreichen Gasstroms, dadurch gekennzeichnet, dass der Wascheinrichtung eine Kälteanlage (4) zur Abkühlung und Trocknung des kohlendioxidreichen Gasstroms nachgeschaltet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kälteanlage (4) als Absorptionskälteanlage ausgebildet ist.
EP10720347A 2009-05-14 2010-05-04 Verfahren und vorrichtung zur behandlung von rauchgasen Withdrawn EP2429684A1 (de)

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DE (1) DE102009021319A1 (de)
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