EP4558252A1 - Anlage und verfahren zur bereitsstellung von kohlenstoffsdioxid - Google Patents

Anlage und verfahren zur bereitsstellung von kohlenstoffsdioxid

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EP4558252A1
EP4558252A1 EP23768799.1A EP23768799A EP4558252A1 EP 4558252 A1 EP4558252 A1 EP 4558252A1 EP 23768799 A EP23768799 A EP 23768799A EP 4558252 A1 EP4558252 A1 EP 4558252A1
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EP
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carbon dioxide
compressor
preheater
steam
stage
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Application number
EP23768799.1A
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Lukas BIYIKLI
Suhel Ahmad
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Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
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Publication date
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    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2

Definitions

  • the invention relates to a system and a method for operating a system.
  • the invention relates in particular to a system and a method for the separation and processing of carbon dioxide (CO2) for transport in a pipeline.
  • CO2 carbon dioxide
  • CO2 carbon dioxide
  • the International Energy Agency predicts that the amount of CO2 captured could increase from today's 50 million tons per year to 7,600 million tons per year by 2050 in order to achieve climate goals.
  • CO2 carbon dioxide
  • pipeline transport in the supercritical phase is often viewed as a good approach.
  • CO2 carbon dioxide
  • it In order to bring the carbon dioxide (CO2) into the supercritical phase, it must rise from almost atmospheric pressure supercritical pressure (above 73 bar and 31 ° C), typically between 100 and 200 bar.
  • the compression heat it is important to use it sensibly and possibly combine it with the LP steam preparation required for the amine system.
  • the low-quality heat must first be converted into high-quality heat.
  • One possible approach is to use fewer intercoolers between the compression stages, so that the carbon dioxide (CO2) is only cooled when it is above the temperature at which the heat can be used for LP steam processing.
  • the carbon dioxide (CO2) is then cooled back to atmospheric temperature, so that the amount of steam that can be generated is comparatively small and the heat is only partially used. If you want to use 100% of the heat and maximize steam production, a high-temperature heat pump can be used. However, this is associated with significantly higher investment costs and space requirements.
  • the invention has set itself the task of providing a system and a method for providing carbon dioxide (CO2) at optimal cost.
  • Another object of the invention is to maximize heat recovery for low pressure (LP) steam processing at the lowest possible cost and space requirement.
  • LP low pressure
  • a system for providing carbon dioxide (CO2) comprising a separation system, the separation system being fluidly connected to a gas mixture of flue gas and carbon dioxide (CO2), the separation system being designed in such a way that the gas contained in the flue gas Carbon dioxide (CO2) is separated, wherein during operation the separation system can be operated with steam from a steam line, further comprising a first carbon dioxide line which is fluidly connected to the separation system and from which the carbon dioxide (CO2) separated in the separation system flows during operation, further comprising a preheater through which the carbon dioxide line passes and is designed such that the temperature of the carbon dioxide (CO2) is increased, further comprising a multi-stage compressor which is fluidly connected on the input side to the carbon dioxide line coming from the preheater is, whereby after a stage the temperature and pressure of the carbon dioxide (CO2) is increased, after which stage the carbon dioxide (CO2) passes via a line through a steam generator, the steam generator being designed in such a way that a flow into the steam generator supplied water is generated by means
  • the steam generated in the steam generator is fluidly connected to the separation system via the steam line.
  • An essential feature of the invention is the compressor, which typically comprises six to eight stages for compression from atmospheric to supercritical pressure. This means that the process of compression and steam preparation in the waste heat recovery boiler (HRSG) actually occurs multiple times, depending on the final number of stages required to reach the outlet pressure.
  • HRSG waste heat recovery boiler
  • the preheater and all other downstream components are used only once, regardless of the number of stages.
  • the carbon dioxide (CO2) is only cooled to such an extent that the heat can still be used for steam processing in the waste heat boiler.
  • This temperature is typically 5-10°C above the final steam temperature required for the amine system, but this depends on the final design of the heat exchanger.
  • this process could only begin after the second or even third stage of the compressor, since the carbon dioxide (CO2) must first be heated from the atmospheric outlet temperature after the amine system to the usable temperature level.
  • the high temperature of the carbon dioxide (CO2) after the last HRSG can now be used to preheat the carbon dioxide (CO2) at the compressor inlet to the usable temperature level, so that the entire Compressor is operated from the intake to the outlet at the temperature level at which steam can be processed, so that steam processing can begin after the first compressor stage.
  • an aftercooler is still required to cool the carbon dioxide (CO2) back to atmospheric temperature, even though it has already partially cooled, to preheat the carbon dioxide (CO2) at the inlet.
  • pipeline injection often requires dewatering of the carbon dioxide (CO2) stream, typically performed at a pressure of 40-50 bar using a tri-ethylene glycol (TEG) system, as this is the most economical type of carbon dioxide (CO2) dewatering.
  • TOG tri-ethylene glycol
  • the solution significantly reduces the energy requirement of the amine system, which leads to a fuel saving, also a carbon dioxide (CO2) saving if a fossil fuel is used, and therefore in this context also a CAPEX saving of the amine system because less carbon dioxide (CO2) needs to be captured, while no additional chen machines and only a little additional drive power are required.
  • CO2 carbon dioxide
  • cooling water requirement for the compressor is significantly reduced because, apart from the aftercooler, feed water or the carbon dioxide (CO2) from the inlet is always used to cool the carbon dioxide (CO2), which can also be a significant advantage, as in some regions the provision of cooling water is a problem.
  • the advantage of the invention lies in the maximization of heat utilization and recovery of carbon dioxide (CO2) compression heat with almost no additional machinery or space requirements.
  • Another advantage is the fuel saving in the boiler for LP steam preparation for the amine system.
  • a particular advantage arises from the significant saving of cooling water for the carbon dioxide (CO2) compressor.
  • CO2 carbon dioxide
  • Figure 1 is a schematic representation of an embodiment of a system according to the invention
  • Figure 2 is a schematic representation of an alternative embodiment of a system according to the invention.
  • Figure 1 shows a schematic representation of an embodiment of a system 1 according to the invention.
  • the system 1 is designed to provide carbon dioxide (CO2) and includes a separation system 2.
  • the separation system 2 is fluidly connected via a line 3 to a gas mixture 4 consisting of flue gas and carbon dioxide (CO2).
  • the separation system 2 is designed in such a way that the carbon dioxide (CO2) contained in the flue gas 4 is separated.
  • the separated carbon dioxide (CO2) flows via a first carbon dioxide line 5 from the separation system 2 through a preheater 6.
  • the temperature of the carbon dioxide (CO2) is increased in the preheater 6.
  • the first carbon dioxide line 5 is fluidly connected to the separation system 2.
  • the separation system 2 is designed as an amine system. During operation, the separation system 2 is operated with steam from a steam line 7.
  • the carbon dioxide (CO2) produced in the boiler 8 is also optionally fed into the separation system 2 via a line 10.
  • the steam created in the boiler 8 is led into the separation system 2 via a line 11.
  • the carbon dioxide (CO2) heated after the preheater 6 is fed via a line 12 to a multi-stage compressor 13.
  • the multistage compressor 13 is fluidly connected on the input side to the carbon dioxide line 5 coming from the preheater 6.
  • the heated carbon dioxide (CO2) is fed to a first stage, with the temperature and pressure of the carbon dioxide being increased in the first stage.
  • the carbon dioxide (CO2) is fed via a line 14 to a steam generator 15, which can be designed as an HRSG (Heat Recovery Steam Generator).
  • the steam generator 15 is designed in such a way that water supplied to the steam generator 15 is converted into steam by means of energy exchange with the thermal energy of the carbon dioxide (CO2) coming from the compressor 13 after a stage.
  • the compressor 13 has five to ten stages, in particular six to nine and especially seven or eight stages.
  • the carbon dioxide (CO2) cooled in the steam generator 15 is returned to the next stage via a line 16 into the compressor 13. There the carbon dioxide (CO2) is fed to a next stage and from there fed back to the steam generator 15. This happens several times, i.e. H . There are several stages in the compressor 13, with the thermal energy of the carbon dioxide after each stage (CO2) is used to generate steam in the steam generator 15. For reasons of clarity, only one line 14 to the steam generator 15 and one line 16 from the steam generator 15 to the compressor 13 are shown in FIG. A representation of the individual lines to the steam generator 15 and back to the compressor 13 has been omitted for reasons of clarity.
  • the steam generated in the steam generator 15 is fluidly connected to the separation system 2 via the steam line 7.
  • the carbon dioxide (CO2) flowing out of the compressor 13 after a final stage flows via a line 17 through the preheater 6.
  • the carbon dioxide (CO2) then flows into an aftercooler 18, the aftercooler 18 being designed in such a way that the temperature of the carbon dioxide (CO2) coming from the preheater 6 is reduced.
  • the aftercooler 18 is supplied with cooling water 20.
  • the carbon dioxide (CO2) flows through a dewatering unit (glycerol) 19, the dewatering unit 19 being designed to dewater the carbon dioxide (CO2) coming from the preheater 6.
  • the water separated in the drainage unit 19 is removed via a drainage line 21.
  • the aftercooler 18 is fluidly connected to cooling water via a cooling water line 20.
  • the carbon dioxide (CO2) generated and provided in plant 1 is then processed for transport in a pipeline.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an alternative embodiment of a system 1 according to the invention Provision of carbon dioxide (CO2).
  • CO2 carbon dioxide
  • a difference to the system according to FIG. 1 is, for example, that a further compressor 22 is arranged between the preheater 6 and the aftercooler 19, which is fluidly connected to a superheater 23.
  • the superheater 23 in turn is fluidly connected to a drainage system 24, which can be designed as a TEG system. Separated water 25 flows out of the drainage system 24.
  • a cooler 26 which is supplied with water 27.
  • the further compressor 22 is fluidly connected to the steam generator 31 in a similar manner to the compressor 13. As described for the compressor 13, the carbon dioxide (CO2) is also supplied to the steam generator 31 after each stage in the further compressor 22.
  • CO2 carbon dioxide
  • the carbon dioxide (CO2) cooled in the steam generator 31 is returned to the next stage of the further compressor 22 via a line 32 into the further compressor 22. There the carbon dioxide (CO2) is fed to a next stage and from there fed back to the steam generator 31. This happens several times, i.e. H .
  • Several stages in the further compressor 22 are flowed through, with the thermal energy of the carbon dioxide (CO2) being used to generate steam in the steam generator 31 after each stage.
  • only one line 33 to the steam generator 31 and one line 32 from the steam generator 31 to the compressor 22 are shown in FIG. A representation of the individual lines to the steam generator 31 and back to the further compressor 22 has been omitted for reasons of clarity.
  • the steam generated in the steam generator 31 is fluidly connected to the steam line 7 and thus to the separation system 2 via the steam line 34.
  • the carbon dioxide (CO2) flowing out of the further compressor 22 after a final stage flows via a line through the superheater 23.
  • the steam generator 31 is fluidly connected to the line 9 via a line 35.
  • An aftercooler 28 is arranged after the superheater 23 and is also supplied with water 29 as coolant.
  • the carbon dioxide (CO2) generated and provided in plant 1 is then processed for transport in a pipeline 30.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anlage (1) zur Bereitstellung von Kohlenstoffdioxid (CO2) umfassend eine Separierungsanlage (2), wobei die Separierungsanlage (2) mit einem Gasgemisch (4) aus Rauchgas und Kohlenstoffdioxid (CO2) strömungstechnisch verbunden ist, wobei die Separierungsanlage (2) derart ausgebildet ist, dass der in dem Rauchgas enthaltene Kohlenstoffdioxid (CO2) separiert wird, wobei im Betrieb die Separierungsanlage (2) mit Dampf aus einer Dampfleitung (7) betreibbar ist, ferner umfassend eine erste Kohlenstoffdioxid-Leitung (5), die strömungstechnisch mit der Separierungsanlage (2) verbunden ist und aus der der in der Separierungsanlage (2) separierte Kohlenstoffdioxid (CO2) im Betrieb strömt, ferner umfassend einen Vorwärmer (6), durch den die Kohlenstoffdioxidleitung (5) führt und derart ausgebildet ist, dass die Temperatur des Kohlenstoffdioxids (CO2) erhöht wird, ferner umfassend einen mehrstufigen Verdichter (13), der eingangsseitig strömungstechnisch mit der aus dem Vorwärmer (6) kommenden Kohlenstoffdioxidleitung (12) verbunden ist, wobei nach einer Stufe die Temperatur und der Druck des Kohlenstoffdioxids (CO2) erhöht wird, wobei nach der Stufe der Kohlenstoffdioxid (CO2) über eine Leitung (14) durch einen Dampferzeuger (15) führt, wobei der Dampferzeuger (15) derart ausgebildet ist, dass ein in den Dampferzeuger (15) zugeführtes Wasser mittels Energieaustausch mit der thermischen Energie des aus dem Verdichter (13) nach einer Stufe kommenden Kohlenstoffdioxids (CO2) Dampf erzeugt wird, wobei das im Dampferzeuger (15) abgekühlte Kohlenstoffdioxid zu einer nächsten Stufe in den Verdichter (13) rückgeführt wird, wobei der im Dampferzeuger (15) erzeugte Dampf über die Dampfleitung (7) strömungstechnisch mit der Separierungsanlage (2) verbunden ist, wobei das aus dem Verdichter (13) nach der letzten Stufe ausströmende Kohlenstoffdioxid (CO2) durch den Vorwärmer (6) strömt und erwärmt wird und in eine Ausgangsleitung strömt.

Description

Beschreibung
ANLAGE UND VERFAHREN ZUR BEREITSSTELLUNG VON KOHLENSTOFFSDIOXID
Die Erfindung betrifft eine Anlage und ein Verfahren zum Betreiben einer Anlage.
Die Erfindung betrifft insbesondere eine Anlage und ein Verfahren zur Abscheidung und Aufbereitung von Kohlenstof fdioxid (CO2) für den Transport in einer Pipeline.
Es ist bekannt, dass Kohlenstof fdioxid (CO2) -Emissionen aus dem Betrieb von Kraftwerken und anderen Prozessen reduziert werden müssen. Die Kohlenstoffabscheidung gilt hierbei als wichtiger Faktor für die Erreichung des weltweiten Ziels, die C02-Emissionen möglichst auf ein niedriges Niveau zu senken.
Die Internationale Energieagentur (IEA) prognostiziert, dass die Menge des abgeschiedenen CO2 bis 2050 von heute 50 Mio. Tonnen pro Jahr auf 7.600 Mio. Tonnen pro Jahr steigen könnte, um die Klimaziele zu erreichen.
Um das Kohlenstof fdioxid (CO2) aus dem Abgas, wie zum Beispiel in einem Rauchgas, abzuscheiden, ist die einzige derzeit kommerziell und in großem Maßstab verfügbare Technologie das Aminsystem. Aminsysteme benötigen erhebliche Mengen an Niederdruckdampf und damit Wärme für den Prozess und sind recht kostenintensiv, was die Kohlenstoffabscheidung für die Betreiber oft wirtschaftlich unattraktiv erscheinen lässt.
Ein weiterer Aspekt ist, dass nach der Sequestrierung das Kohlenstof fdioxid (CO2) meist über große Entfernungen transportiert werden muss, wenn der Speicher oder die Verwertung nicht in der Nähe liegt. Hierfür wird oft der Pipelinetransport in der überkritischen Phase als ein guter Ansatz angesehen. Um das Kohlenstof fdioxid (CO2) in die überkritische Phase zu bringen, muss es von nahezu atmosphärischem Druck auf überkritischen Druck (über 73 bar und 31 ° C ) , typischerweise zwischen 100 und 200 bar, verdichtet werden .
Bei der Komprimierung wird eine beträchtliche Menge an Wärme freigesetzt , die derzeit aufgrund des niedrigen Temperaturniveaus ungenutzt bleibt .
Je nach dem Verfahren, nach dem das Aminsystem eingesetzt wird, gibt es unterschiedliche potenzielle Wärmequellen . Einige Prozesse sind exotherm, so dass Abwärmeströme für die LP-Dampf aufbereitung genutzt werden können . Wenn dies j edoch nicht der Fall ist und es keine alternative Wärmequelle gibt , muss ein brennstof f- oder elektrisch befeuerter Kessel installiert werden . Häufig werden Erdgaskessel eingesetzt , die große Mengen an Gas verbrauchen und darüber hinaus zusätzliches Kohlenstof fdioxid ( CO2 ) produzieren, das ebenfalls abgeschieden werden muss und somit zu einem noch höheren Energie- und Investitionsbedarf für das Aminsystem führt .
Hinsichtlich der Kompressionswärme gilt es diese sinnvoll zu nutzen und eventuell mit der für die Aminanlage erforderlichen ND-Dampf aufbereitung zu kombinieren . Allerdings muss die minderwertige Wärme zunächst in hochwertige Wärme umgewandelt werden . Ein möglicher Ansatz ist der Einsatz von weniger Zwischenkühlern zwischen den Verdichtungsstufen, so dass das Kohlenstof fdioxid ( CO2 ) erst dann abgekühlt wird, wenn es oberhalb der Temperatur liegt , bei der die Wärme für die ND- Dampf aufbereitung genutzt werden kann . Allerdings wird das Kohlenstof fdioxid ( CO2 ) dann wieder auf Atmosphärentemperatur abgekühlt , so dass die erzeugbare Dampfmenge vergleichsweise gering ist und die Wärme nur teilweise genutzt wird . Soll die Wärme zu 100 % genutzt werden und die Dampfproduktion maximiert werden, kann eine Hochtemperatur-Wärmepumpe eingesetzt werden . Dies ist j edoch mit deutlich höheren Investitionskosten und Platzbedarf verbunden . Vor diesem Hintergrund hat die Erfindung es sich zur Aufgabe gemacht , eine Anlage und ein Verfahren zur Bereitstellung von Kohlenstof fdioxid ( CO2 ) kostenoptimal bereitzustellen .
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Wärmerückgewinnung zur Niederdruck- ( LP ) -Dampf aufbereitung bei geringstmöglichen Kosten und Platzbedarf zu maximieren .
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Anlage zur Bereitstellung von Kohlenstof fdioxid ( CO2 ) umfassend eine Separierungsanlage , wobei die Separierungsanlage mit einem Gasgemisch aus Rauchgas und Kohlenstof fdioxid ( CO2 ) strömungstechnisch verbunden ist , wobei die Separierungsanlage derart ausgebildet ist , dass der in dem Rauchgas enthaltene Kohlenstof fdioxid (CO2 ) separiert wird, wobei im Betrieb die Separierungsanlage mit Dampf aus einer Dampfleitung betreibbar ist , ferner umfassend eine erste Kohlenstof fdioxid-Leitung, die strömungstechnisch mit der Separierungsanlage verbunden ist und aus der der in der Separierungsanlage separierte Kohlenstof fdioxid ( CO2 ) im Betrieb strömt , ferner umfassend einen Vorwärmer, durch den die Kohlenstof fdioxidleitung führt und derart ausgebildet ist , dass die Temperatur des Kohlenstof fdioxid (CO2 ) erhöht wird, ferner umfassend einen mehrstufigen Verdichter, der eingangsseitig strömungstechnisch mit der aus dem Vorwärmer kommenden Kohlenstof fdioxidleitung verbunden ist , wobei nach einer Stufe die Temperatur und der Druck des Kohlenstof fdioxid ( CO2 ) erhöht wird, wobei nach der Stufe der Kohlenstof fdioxid ( CO2 ) über eine Leitung durch einen Dampferzeuger führt , wobei der Dampferzeuger derart ausgebildet ist , dass ein in den Dampferzeuger zugeführtes Wasser mittels Energieaustausch mit der thermischen Energie des aus dem Verdichter nach einer Stufe kommenden Kohlenstof fdioxid ( CO2 ) Dampf erzeugt wird, wobei das im Dampferzeuger abgekühlte Kohlenstof fdioxid ( CO2 ) zu einer nächsten Stufe in den Verdichter rückgeführt wird, wobei der im Dampferzeuger erzeugte Dampf über die Dampfleitung strömungstechnisch mit der Separierungsanlage verbunden ist , wobei das aus dem Verdichter nach der letzten Stufe ausströmende Kohlenstof fdioxid ( CO2 ) durch den Vorwärmer strömt und erwärmt wird und in eine Ausgangsleitung strömt .
Die auf das Verfahren hin gerichtete Aufgabe wird gelöst mit den Schritten :
- Strömungstechnisches Zuführen eines Gasgemisches aus Rauchgas und Kohlenstof fdioxid ( CO2 ) in eine Separierungsanlage , -Separieren des Kohlenstof fdioxid ( CO2 ) in der Separierungsanlage ,
-Zuführen des Kohlenstof fdioxids ( CO2 ) zu einem Vorwärmer, wobei das Kohlenstof fdioxid ( CO2 ) im Vorwärmer erwärmt wird, -Weiterleitung des im Vorwärmer erwärmten Kohlenstof fdioxids (CO2 ) in eine erste Stufe eines mehrstufigen Verdichters , wobei der Druck und die Temperatur des Kohlenstof fdioxid ( CO2 ) in der ersten Stufe erhöht werden, -Weiterleitung des erhitzten Kohlenstof fdioxid ( CO2 ) nach der ersten Stufe in einen Dampferzeuger, wobei die thermische Energie des Kohlenstof fdioxids ( CO2 ) zur Erzeugung von Dampf im Dampferzeuger genutzt wird, -Durchführen eines Rückführungsschritts , wobei im Rückführungsschritt das im Dampferzeuger abgekühlten Kohlenstof fdioxids ( CO2 ) in eine weitere Stufe des Verdichters geführt wird, wobei in der weiteren Stufe die Temperatur und der Druck des Kohlenstof fdioxids ( CO2 ) erhöht werden,
- Weiterleitung des erhitzten Kohlenstof fdioxid ( CO2 ) nach der weiteren Stufe in den Dampferzeuger, wobei die thermische Energie des Kohlenstof fdioxids ( CO2 ) zur Erzeugung von Dampf im Dampferzeuger genutzt wird,
-Wiederholen des Rückführungsschritts bis zu einer letzten Stufe , -Weiterleitung des nach der letzten Stufe ausströmenden Kohlenstof fdioxids durch den Vorwärmer, -Weiterleitung des aus dem Vorwärmer ausströmenden Kohlenstof fdioxids in eine Ausgangsleitung,
-wobei der im Dampferzeuger erzeugte Dampf über die Dampfleitung strömungstechnisch mit der Separierungsanlage verbunden wird . Mit der neuen Lösung ist es möglich, die Wärmenutzung zu maximieren und die gleiche Menge an Dampf wie mit einer Wärmepumpe zu erzeugen, während nahezu kein zusätzliches Equipment und kein zusätzlicher Platz benötigt werden .
Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist der Verdichter, der für eine Verdichtung von atmosphärischem auf überkritischen Druck typischerweise sechs bis acht Stufen umfasst . Das bedeutet , dass der Prozess der Verdichtung und der Dampfaufbereitung im Abhitzekessel (HRSG) tatsächlich mehrfach abläuft , j e nach der endgültigen Anzahl der Stufen, die zum Erreichen des Austrittsdrucks erforderlich sind .
Der Vorwärmer und alle weiteren nachgeschalteten Komponenten werden nur einmal eingesetzt , unabhängig von der Anzahl der Stufen .
Erfindungsgemäß wird das Kohlenstof fdioxid ( CO2 ) nur so weit abgekühlt , dass die Wärme noch für die Dampf aufbereitung im Abhitzekessel genutzt werden kann . Diese Temperatur liegt in der Regel 5- 10 ° C über der Endtemperatur des Dampfes , die für das Aminsystem erforderlich ist , aber dies hängt von der endgültigen Konstruktion des Wärmetauschers ab . Dies bedeutet j edoch, dass das Kohlenstof fdioxid ( CO2 ) nicht auf atmosphärische Temperatur zurückgekühlt wird, bevor es in die nächste Verdichterstufe gelangt . Dies ermöglicht eine Dampf aufbereitung nach j eder Verdichtungsstufe mit der gleichen Anzahl von Wärmetauschern/HRSGs wie im konventionellen Betrieb .
Tatsächlich könnte dieser Prozess j edoch erst nach der zweiten oder sogar dritten Stufe des Verdichters beginnen, da das Kohlenstof fdioxid ( CO2 ) zunächst von der atmosphärischen Aus- trittstemperatur nach dem Aminsystem auf das nutzbare Temperaturniveau aufgehei zt werden muss . Um die Dampf aufbereitung weiter zu maximieren, kann nun die hohe Temperatur des Kohlenstof fdioxid ( CO2 ) nach dem letzten HRSG genutzt werden, um das Kohlenstof fdioxid ( CO2 ) am Verdichtereintritt auf das nutzbare Temperaturniveau vorzuhei zen, so dass der gesamte Verdichter von der Ansaugung bis zum Austritt auf dem Temperaturniveau betrieben wird, bei dem Dampf aufbereitet werden kann, so dass bereits nach der ersten Verdichterstufe mit der Dampf aufbereitung begonnen werden kann .
Nach dem Vorwärmer ist noch ein Nachkühler erforderlich, um das Kohlenstof fdioxid ( CO2 ) wieder auf atmosphärische Temperatur abzukühlen, obwohl es bereits teilweise abgekühlt ist , um das Kohlenstof fdioxid ( CO2 ) am Einlass vorzuwärmen . Darüber hinaus ist für die Pipeline- Inj ektion häufig eine Entwässerung des Kohlenstof fdioxid ( CO2 ) -Stroms erforderlich, die in der Regel bei einem Druck von 40-50 bar mit einem Tri- Ethylen-Glykol ( TEG) -System erfolgt , da dies die wirtschaftlichste Art der Kohlenstof fdioxid ( CO2 ) -Entwässerung ist . Dies würde j edoch bedeuten, dass das Kohlenstof fdioxid ( CO2 ) für die Dehydratisierung bei 40-50 bar auf atmosphärische Temperatur zurückgekühlt werden müsste .
Dieses Problem wird durch den Einsatz eines auf Glycerin basierenden Dehydratisierungssystems gelöst , das zwar etwas teurer und energieintensiver ist , aber die Dehydratisierung von Kohlenstof fdioxid ( CO2 ) bei überkritischem Druck und damit die Maximierung der Dampfproduktion ermöglicht . Sollte dies j edoch aus irgendeinem Grund nicht erwünscht sein, kann das Kohlenstof fdioxid ( CO2 ) auch mit einem TEG-System bei 40- 50 bar dehydriert werden . In diesem Fall ist eine Anpassung der Vorwärmer und Wärmetauscher erforderlich .
Erfindungsgemäß sind keine zusätzlichen Geräte oder Maschinen erforderlich, und auch der zusätzliche Platzbedarf ist sehr begrenzt , während eine Wärmepumpe den Platzbedarf und die Investitionskosten etwa verdoppeln würde . Daher reduziert die Lösung den Energiebedarf des Aminsystems erheblich, was zu einer Brennstof f einsparung führt , auch zu einer Kohlenstof fdioxid ( CO2 ) -Einsparung, wenn ein fossiler Brennstof f verwendet wird, und daher in diesem Zusammenhang auch zu einer CAPEX-Einsparung des Aminsystems , da weniger Kohlenstof fdioxid ( CO2 ) abgeschieden werden muss , während keine zusätzli- chen Maschinen und nur etwas zusätzliche Antriebsleistung erforderlich sind .
Darüber hinaus wird der Kühlwasserbedarf für den Kompressor erheblich reduziert , da abgesehen vom Nachkühler immer Speisewasser oder das Kohlenstof fdioxid ( CO2 ) aus dem Einlass zur Kühlung des Kohlenstof fdioxid ( CO2 ) verwendet wird, was ebenfalls ein erheblicher Vorteil sein kann, da in einigen Regionen die Bereitstellung von Kühlwasser ein Problem darstellt .
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben .
Der Vorteil der Erfindung liegt in der Maximierung der Wärmenutzung und Rückgewinnung der Kohlenstof fdioxid ( CO2 ) - Kompressionswärme fast ohne zusätzliche Maschinen und Platzbedarf .
Ein weiterer Vorteil ist die Brennstof f einsparung im Kessel für die ND-Dampf aufbereitung für das Aminsystem .
Ein besonderer Vorteil entsteht durch die signi fikante Einsparung von Kühlwasser für den Kohlenstof fdioxid ( CO2 ) - Verdichter .
Ein weiterer Vorteil wird erzielt durch die potenzielle Kohlenstof fdioxid ( CO2 ) -Einsparung, wenn fossiler Brennstof f als Wärmequelle für den Kessel verwendet wird .
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise , wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Aus führungsbeispiele , die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden .
Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei mit gleichen Bezugs zeichen gekennzeichnet . Aus führungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben . Diese sollen die Aus führungsbeispiele nicht maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt . Im Hinblick auf Ergänzungen der in der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen .
Es zeigen :
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Aus führungs form einer erfindungsgemäßen Anlage
Figur 2 eine schematische Darstellung einer alternativen Aus führungs form einer erfindungsgemäßen Anlage
Die Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Aus führungs form einer erfindungsgemäßen Anlage 1 .
Die Anlage 1 ist zur Bereitstellung von Kohlenstof fdioxid (CO2 ) ausgebildet und umfasst eine Separierungsanlage 2 . Die Separierungsanlage 2 wird über eine Leitung 3 mit einem Gasgemisch 4 aus Rauchgas und Kohlenstof fdioxid ( CO2 ) strömungstechnisch verbunden . Die Separierungsanlage 2 ist derart ausgebildet , dass der in dem Rauchgas 4 enthaltene Kohlenstof fdioxid ( CO2 ) separiert wird . Der separierte Kohlenstof fdioxid (CO2 ) strömt über eine erste Kohlenstof fdioxidleitung 5 aus der Separierungsanlage 2 durch einen Vorwärmer 6 . In dem Vorwärmer 6 wird die Temperatur des Kohlenstof fdioxids ( CO2 ) erhöht .
Die erste Kohlenstof fdioxid-Leitung 5 ist strömungstechnisch mit der Separierungsanlage 2 verbunden . Die Separierungsanlage 2 ist hierbei als Aminanlage ausgebildet . Im Betrieb wird die Separierungsanlage 2 mit Dampf aus einer Dampfleitung 7 betrieben . Das im Boiler 8 erzeugte Kohlenstof fdioxid ( CO2 ) wird ebenfalls optional in die Separierungsanlage 2 über eine Leitung 10 zugeführt . Der im Boiler 8 entstandene Dampf wird über eine Leitung 11 in die Separierungsanlage 2 geführt .
Der nach dem Vorwärmer 6 erwärmte Kohlenstof fdioxid ( CO2 ) wird über eine Leitung 12 einem mehrstufigen Verdichter 13 zugeführt . Der mehrstufige Verdichter 13 ist eingangsseitig strömungstechnisch mit der aus dem Vorwärmer 6 kommenden Kohlenstof fdioxidleitung 5 verbunden .
Im Verdichter 13 wird der erwärmte Kohlenstof fdioxid ( CO2 ) einer ersten Stufe zugeführt , wobei in der ersten Stufe die Temperatur und der Druck des Kohlenstof fdioxids erhöht werden .
Nach der ersten Stufe wird der Kohlenstof fdioxid ( CO2 ) über eine Leitung 14 einem Dampferzeuger 15 zugeführt , der als HRSG (Heat Recovery Steam Generator ) ausgebildet sein kann . Der Dampferzeuger 15 ist derart ausgebildet , dass ein in den Dampferzeuger 15 zugeführtes Wasser mittels Energieaustausch mit der thermischen Energie des aus dem Verdichter 13 nach einer Stufe kommenden Kohlenstof fdioxid ( CO2 ) in Dampf umgewandelt wird .
Der Verdichter 13 weist fünf bis zehn Stufen, insbesondere sechs bis neun und ganz insbesondere sieben oder acht Stufen auf .
Der im Dampferzeuger 15 abgekühlte Kohlenstof fdioxid ( CO2 ) wird zu einer nächsten Stufe über eine Leitung 16 in den Verdichter 13 rückgeführt . Dort wird der Kohlenstof fdioxid ( CO2 ) einer nächsten Stufe zugeführt und von dort wieder dem Dampferzeuger 15 zugeführt . Dies geschieht mehrere Male , d . h . es werden mehrere Stufen im Verdichter 13 beströmt , wobei nach j eder Stufe die thermische Energie des Kohlenstof fdioxids (CO2 ) zur Erzeugung von Dampf im Dampferzeuger 15 verwendet wird . In der Figur 1 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich eine Leitung 14 zum Dampferzeuger 15 hin und eine Leitung 16 vom Dampferzeuger 15 zum Verdichter 13 hin dargestellt . Auf eine Darstellung der einzelnen Leitungen zum Dampferzeuger 15 hin und zurück zum Verdichter 13 wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet .
Der im Dampferzeuger 15 erzeugte Dampf wird über die Dampfleitung 7 strömungstechnisch mit der Separierungsanlage 2 verbunden .
Das aus dem Verdichter 13 nach einer letzten Stufe ausströmende Kohlenstof fdioxid ( CO2 ) strömt über eine Leitung 17 durch den Vorwärmer 6 .
Anschließend strömt der Kohlenstof fdioxid ( CO2 ) in einen Nachkühler 18 , wobei der Nachkühler 18 derart ausgebildet ist , dass die Temperatur des aus dem Vorwärmer 6 kommenden Kohlenstof fdioxids ( CO2 ) verringert wird . Der Nachkühler 18 wird mit Kühlungswasser 20 versorgt .
Nach dem Nachkühler 18 strömt das Kohlenstof fdioxid ( CO2 ) durch eine Entwässerungseinheit ( Glycerol ) 19 , wobei die Entwässerungseinheit 19 zum Entwässern des aus dem Vorwärmer 6 kommenden Kohlenstof fdioxids ( CO2 ) ausgebildet ist . Dabei wird über eine Entwässerungsleitung 21 das in der Entwässerungseinheit 19 separierte Wasser abgeführt .
Der Nachkühler 18 ist über eine Kühlwasserleitung 20 mit Kühlwasser strömungstechnisch verbunden .
Der in der Anlage 1 erzeugte und bereitgestellte Kohlenstof fdioxid ( CO2 ) wird anschließend zum Transport in einer Pipeline aufbereitet .
Die Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer alternativen Aus führungs form einer erfindungsgemäßen Anlage 1 zur Bereitstellung von Kohlenstof fdioxid ( CO2 ) . Der Separierungsprozess in der Separierungsanlage 2 mittels des Verdichters 13 ist identisch zu der Aus führungs form gemäß Figur 1 . Es wird daher auf die obige Beschreibung zur Figur 1 verwiesen .
Ein Unterschied zu der Anlage gemäß Figur 1 ist beispielsweise , dass zwischen dem Vorwärmer 6 und dem Nachkühler 19 ein weiterer Verdichter 22 angeordnet ist , der nach einem Überhitzer 23 strömungstechnisch verbunden ist . Der Überhitzer 23 wiederum ist strömungstechnisch mit einer Entwässerungsanlage 24 , die als TEG-System ausgebildet sein kann, verbunden . Aus der Entwässerungsanlage 24 strömt separiertes Wasser 25 aus .
Zwischen dem Vorwärmer 6 und der Entwässerungsanlage 24 ist ein Kühler 26 , der mit Wasser 27 versorgt wird .
Der weitere Verdichter 22 ist in ähnlicher Weise wie der Verdichter 13 mit Dampferzeuger 31 strömungstechnisch verbunden . Wie bei dem Verdichter 13 beschrieben, werden auch beim weiteren Verdichter 22 nach j eder Stufe das Kohlenstof fdioxid (CO2 ) dem Dampferzeuger 31 zugeführt .
Das im Dampferzeuger 31 abgekühlte Kohlenstof fdioxid ( CO2 ) wird zu einer nächsten Stufe des weiteren Verdichters 22 über eine Leitung 32 in den weiteren Verdichter 22 rückgeführt . Dort wird das Kohlenstof fdioxid ( CO2 ) einer nächsten Stufe zugeführt und von dort wieder dem Dampferzeuger 31 zugeführt . Dies geschieht mehrere Male , d . h . es werden mehrere Stufen im weiteren Verdichter 22 beströmt , wobei nach j eder Stufe die thermische Energie des Kohlenstof fdioxids ( CO2 ) zur Erzeugung von Dampf im Dampferzeuger 31 verwendet wird . In der Figur 2 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich eine Leitung 33 zum Dampferzeuger 31 hin und eine Leitung 32 vom Dampferzeuger 31 zum Verdichter 22 hin dargestellt . Auf eine Darstellung der einzelnen Leitungen zum Dampferzeuger 31 hin und zurück zum weiteren Verdichter 22 wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet . Der im Dampferzeuger 31 erzeugte Dampf wird über die Dampfleitung 34 strömungstechnisch mit der Dampfleitung 7 und somit mit der Separierungsanlage 2 verbunden .
Das aus dem weiteren Verdichter 22 nach einer letzten Stufe ausströmende Kohlenstof fdioxid ( CO2 ) strömt über eine Leitung durch den Überhitzer 23 .
Der Dampferzeuger 31 ist über eine Leitung 35 mit der Leitung 9 strömungstechnisch verbunden .
Nach dem Überhitzer 23 ist ein Nachkühler 28 angeordnet , der ebenfalls mit Wasser 29 als Kühlmittel versorgt wird . Der in der Anlage 1 erzeugte und bereitgestellte Kohlenstof fdioxid (CO2 ) wird anschließend zum Transport in einer Pipeline 30 aufbereitet .

Claims

Patentansprüche
1. Anlage (1) zur Bereitstellung von Kohlenstof fdioxid (CO2) umfassend eine Separierungsanlage (2) , wobei die Separierungsanlage (2) mit einem Gasgemisch (4) aus Rauchgas und Kohlenstof fdioxid (CO2) strömungstechnisch verbunden ist, wobei die Separierungsanlage (2) derart ausgebildet ist, dass der in dem Rauchgas enthaltene Kohlenstof fdioxid (CO2) separiert wird, wobei im Betrieb die Separierungsanlage (2) mit Dampf aus einer Dampfleitung (7) betreibbar ist, ferner umfassend eine erste Kohlenstof fdioxid-Leitung (5) , die strömungstechnisch mit der Separierungsanlage (2) verbunden ist und aus der der in der Separierungsanlage (2) separierte Kohlenstof fdioxid (CO2) im Betrieb strömt, ferner umfassend einen Vorwärmer (6) , durch den die Kohlenstof fdioxidleitung (5) führt und derart ausgebildet ist, dass die Temperatur des Kohlenstof fdioxids (CO2) erhöht wird, ferner umfassend einen mehrstufigen Verdichter (13) , der eingangsseitig strömungstechnisch mit der aus dem Vorwärmer (6) kommenden Kohlenstof fdioxidleitung (12) verbunden ist, wobei nach einer Stufe die Temperatur und der Druck des Kohlenstof fdioxids (CO2) erhöht wird, wobei nach der Stufe der Kohlenstof fdioxid (CO2) über eine Leitung (14) durch einen Dampferzeuger (15) führt, wobei der Dampferzeuger (15) derart ausgebildet ist, dass ein in den Dampferzeuger (15) zugeführtes Wasser mittels Energieaustausch mit der thermischen Energie des aus dem Verdichter (13) nach einer Stufe kommenden Kohlenstof fdioxids (CO2) Dampf erzeugt wird, wobei das im Dampferzeuger (15) abgekühlte Kohlenstoffdioxid zu einer nächsten Stufe in den Verdichter (13) rückgeführt wird, wobei der im Dampferzeuger (15) erzeugte Dampf über die Dampfleitung (7) strömungstechnisch mit der Separierungsanlage (2) verbunden ist, wobei das aus dem Verdichter (13) nach der letzten Stufe ausströmende Kohlenstof fdioxid (CO2) durch den Vorwärmer (6) strömt und erwärmt wird und in eine Ausgangsleitung strömt. Anlage (1) nach Anspruch 1, wobei der in der Anlage (1) erzeugte Kohlenstof fdioxid (CO2) zum Transport in einer Pipeline aufbereitet ist. Anlage (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Separierungsanlage (2) als Aminanlage ausgebildet ist. Anlage (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der Verdichter (13) fünf bis zehn Stufen, insbesondere sechs bis neun und ganz insbesondere sieben oder acht Stufen aufweist. Anlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach dem Vorwärmer (6) ein Nachkühler (18) angeordnet ist, wobei der Nachkühler (18) derart ausgebildet ist, dass die Temperatur des aus dem Vorwärmer (6) kommenden Kohlenstof fdioxids (CO2) verringert wird. Anlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach dem Vorwärmer (6) eine Entwässerungseinheit
(19) angeordnet ist, wobei die Entwässerungseinheit
(19) zum Entwässern des aus dem Vorwärmer (6) kommenden Kohlenstof fdioxids (CO2) ausgebildet ist. 7. Anlage (1) nach Anspruch 6, wobei die Entwässerungseinheit (19) nach dem Nachkühler
(18) angeordnet ist.
8. Anlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei zwischen dem Verdichter (13) und dem Vorwärmer
(6) ein weiterer Verdichter (22) angeordnet ist, wobei der Verdichter (13) und der weitere Verdichter (22) strömungstechnisch miteinander verbunden sind.
9. Anlage (1) nach Anspruch 8, wobei zwischen dem Verdichter (13) und dem weiteren Verdichter (22) ein Kühler (26) angeordnet ist, wobei ein Ausgang des Verdichters (13) mit einem Eingang des Kühlers (26) strömungstechnisch verbunden ist, wobei ein Ausgang des Kühlers (26) mit einem Eingang des weiteren Verdichters (22) strömungstechnisch verbunden ist .
10. Anlage (1) nach Anspruch 9, wobei zwischen dem Kühler (26) und dem weiteren Verdichter (22) eine Entwässerungsanlage (24) angeordnet ist, wobei ein Ausgang des Kühlers (26) mit einem Eingang der Entwässerungsanlage (24) verbunden ist, wobei ein Ausgang der Entwässerungsanlage (24) mit einem Eingang des weiteren Verdichters (22) strömungstechnisch verbunden ist.
11. Anlage (1) nach Anspruch 10, wobei die Entwässerungsanlage als Tri-Ethylen-Glykol (TEG) -System ausgebildet ist.
12. Verfahren zur Bereitstellung von Kohlenstof fdioxid (CO2) , mit den Schritten:
- Strömungstechnisches Zuführen eines Gasgemisches aus Rauchgas und Kohlenstof fdioxid (CO2) in eine Separierungsanlage (2) , -Separieren des Kohlenstof fdioxid (CO2) in der Separierungsanlage (2) , -Zuführen des Kohlenstof fdioxids (CO2) zu einem Vorwärmer (6) , wobei der Kohlenstof fdioxid (CO2) im Vorwärmer (6) erwärmt wird, -Weiterleitung des im Vorwärmer (6) erwärmten Kohlenstoffdioxids (CO2) in eine erste Stufe eines mehrstufigen Verdichters (13) , wobei der Druck und die Temperatur des Kohlenstof fdioxid (CO2) in der ersten Stufe erhöht werden, -Weiterleitung des erhitzten Kohlenstof fdioxid (CO2) nach der ersten Stufe in einen Dampferzeuger (15) , wobei die thermische Energie des Kohlenstof fdioxids (CO2) zur Erzeugung von Dampf im Dampferzeuger (15) genutzt wird, -Durchführen eines Rückführungsschritts, wobei im Rückführungsschritt der im Dampferzeuger (15) abgekühlte Kohlenstof fdioxid (CO2) in eine weitere Stufe des Verdichters (13) geführt wird, wobei in der weiteren Stufe die Temperatur und der Druck des Kohlenstof fdioxids (CO2) erhöht wird,
- Weiterleitung des erhitzten Kohlenstof fdioxids (CO2) nach der weiteren Stufe in den Dampferzeuger (15) , wobei die thermische Energie des Kohlenstof fdioxids (CO2) zur Erzeugung von Dampf im Dampferzeuger (15) genutzt wird, -Wiederholen des Rückführungsschritts bis zu einer letzten Stufe, -Weiterleitung des nach der letzten Stufe ausströmenden Kohlenstof fdioxids (CO2) durch den Vorwärmer (6) , -Weiterleitung des aus dem Vorwärmer (6) ausströmenden Kohlenstof fdioxids (CO2) in eine Ausgangsleitung, -wobei der im Dampferzeuger (15) erzeugte Dampf über die Dampfleitung (7) strömungstechnisch mit der Separierungsanlage (2) verbunden wird. Verfahren nach Anspruch 12, wobei nach dem Vorwärmer (6) ein Nachkühler (18) angeordnet wird, wobei der Nachkühler (18) zum Abkühlen des aus dem Vorwärmer (6) ausströmenden Kohlenstof fdioxids (CO2) ausgebildet wird. Verfahren nach Anspruch 13, wobei nach dem Nachkühler (18) eine Entwässerungseinheit (19) angeordnet wird. Verfahren nach Anspruch 12, wobei zwischen dem Verdichter (13) und dem Vorwärmer
(6) ein weiterer Verdichter (22) angeordnet wird. Verfahren nach Anspruch 15, wobei zwischen dem Verdichter (13) und dem weiteren Verdichter (22) ein Kühler (26) angeordnet wird. Verfahren nach Anspruch 16, wobei zwischen dem Kühler (26) und dem Überhitzer (23) eine Entwässerungseinheit angeordnet wird. Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Entwässerungseinheit als als Tri-Ethylen- Glykol (TEG) -System ausgebildet wird.
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