FI111607B - A process for producing liquid carbon dioxide from flue gas under normal pressure - Google Patents

A process for producing liquid carbon dioxide from flue gas under normal pressure Download PDF

Info

Publication number
FI111607B
FI111607B FI20015028A FI20015028A FI111607B FI 111607 B FI111607 B FI 111607B FI 20015028 A FI20015028 A FI 20015028A FI 20015028 A FI20015028 A FI 20015028A FI 111607 B FI111607 B FI 111607B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
column
absorption
concentrate
desorption
cooling
Prior art date
Application number
FI20015028A
Other languages
Finnish (fi)
Swedish (sv)
Other versions
FI20015028A (en
FI20015028A0 (en
Inventor
Matti Nurmia
Original Assignee
Matti Nurmia
Nurmia Wendie
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matti Nurmia, Nurmia Wendie filed Critical Matti Nurmia
Priority to FI20015028A priority Critical patent/FI111607B/en
Publication of FI20015028A0 publication Critical patent/FI20015028A0/en
Priority to US10/491,857 priority patent/US20040237528A1/en
Priority to PCT/FI2002/000814 priority patent/WO2003035221A1/en
Priority to EP02801921A priority patent/EP1450933A1/en
Publication of FI20015028A publication Critical patent/FI20015028A/en
Application granted granted Critical
Publication of FI111607B publication Critical patent/FI111607B/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation 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
    • B01D53/14Separation 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
    • B01D53/1456Removing acid components
    • B01D53/1475Removing carbon dioxide
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation 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
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46Removing components of defined structure
    • B01D53/62Carbon oxides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/50Carbon dioxide
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02CCAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/151Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions, e.g. CO2

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Gas Separation By Absorption (AREA)

Description

111607111607

PROSESSI NESTEMÄISEN HIILIDIOKSIDIN TUOTTAMISEKSI NORMAALI-PAINEISESTA SAVUKAASUSTAPROCESS FOR THE PRODUCTION OF LIQUID CO 2 CO2 FROM NORMAL PRESSURE FLUE GASES

Keksinnön kohteena on prosessi nestemäisen hiilidioksidin (C02) 5 tuottamiseksi normaalipaineisesta savukaasusta, jossa prosessis-' sa: - absorptiokolonnin alaosaan johdetun savukaasun C02 absorboidaan sen yläosasta alaspäin virtaavaan absorp-tioliuokseen, 10 - C02-köyhä savukaasu poistetaan absorptiokolonnin yläosasta, - sanottu absorptioliuos johdetaan desorptiokolonnin yläosaan, - C02 desorboidaan desorptiokolonnin yläosaan johdetus- 15 ta absorptioliuoksesta kaasumaiseksi C02-rikasteeksi, joka poistetaan sen yläosasta sanotun absorptioliuoksen virratessa kolonnin alaosaan, josta se kierrätetään takaisin sanotun absorptiokolonnin yläosaan, - saatu C02-rikaste saatetaan korkeaan paineeseen ja 20 - enin osa rikasteen C02:sta nesteytetään.The invention relates to a process for the production of liquid carbon dioxide (CO2) 5 from a normal pressurized flue gas, wherein the process gas: to the top, - CO 2 is desorbed from the top of the desorption column into a CO 2 gaseous concentrate, which is removed from the top by passing said absorbent solution to the bottom of the column, from where it is recycled to the top of said absorption column, is liquefied.

Maailmanlaajuisesti halutaan rajoittaa hiilidioksidipäästöjä niiden ilmastollisten vaikutusten takia. Suuria hiilidioksidi-määriä vapautuu esimerkiksi poltettaessa fossiilisia polttoai-25 neita. Hiilidioksidin talteenotto savukaasuista on ollut : teknisesti hankalaa ja taloudellisesti kannattamatonta sen suuren energiankulutuksen vuoksi.There is a global desire to limit CO2 emissions due to their climatic effects. Large amounts of carbon dioxide are released, for example, when fossil fuels are burned. Carbon capture from flue gases has been: technically difficult and economically unviable due to its high energy consumption.

Erästä tunnettua C02:n erotustekniikkaa savukaasuista edustaa 30 MEA-menetelmä, jota on kuvattu muun muassa julkaisuissa DE-549556 ja DE-606132. Näissä tekniikoissa C02 absorboidaan . savukaasusta monoetylarniinin (MEA) tai muiden amiinien vesili uokseen. Absorboinnin jälkeen liuos kuumennetaan esimerkiksi 120 °C:een ja siihen liuennut C02 desorboidaan noin 2 barin painees-35 sa.One known CO 2 separation technique from flue gases is represented by the 30 MEA method described, inter alia, in DE-549556 and DE-606132. In these techniques, CO2 is absorbed. from flue gas to aqueous solution of monoethylarnine (MEA) or other amines. After absorption, the solution is heated, for example, to 120 ° C, and the dissolved CO 2 is desorbed at a pressure of about 2 bar-35.

• · 2 111607 Tässä prosessissa C02:n desorptiolämpö, joka MEA:a käytettäessä on 1,6 MJ/kg C02, on tuotava prosessiin 120 °C:ssa. Tämän # menetelmän eräänä merkittävänä epäkohtana on suuri energiamäärä, joka kuluu periaatteessa C02:n siirtämiseen sen alkuperäisestä 5 noin 0,15 barin osapaineesta savukaasussa noin 2 barin desorp-tiopaineeseen.• · 2 111607 In this process, the desorption heat of CO 2, which is 1.6 MJ / kg CO 2 using MEA, must be introduced into the process at 120 ° C. One of the major drawbacks of this # process is the high amount of energy required in principle to transfer CO 2 from its original 5 partial pressure of about 0.15 bar in the flue gas to about 2 bar of desorption.

Edelleen tunnetaan erilaisia erotusmenetelmiä muun muassa julkaisuista US-4,797,141, WO-0048709 ja JP-59073415. Näille io kaikille on kuitenkin vahvasti luonteenomaista se, että desorp-tio tapahtuu kuumentamalla liuosta ulkoisella energialla, joka tekee menetelmistä energeettisesti erittäin epäedullisia. Julkaisusta US-6,228,145 tunnetaan erotusmenetelmä, joka perustuu membraaneihin ja julkaisusta JP-1230416 menetelmä, 15 jossa panosprosessina C02 sidotaan ensin adsorptiolla kiinteään aineeseen ja vapautetaan sitten vakuumissa.Further, various methods of separation are known from, inter alia, US-4,797,141, WO-0048709 and JP-59073415. However, it is strongly characteristic of all of these that desorption occurs by heating the solution with external energy, which makes the processes extremely energetically disadvantageous. US-6,228,145 discloses a membrane-based separation method and JP-1230416 a method in which, as a batch process, CO 2 is first bound by adsorption to a solid and then released in vacuo.

Patenttihakemuksessa PCT/FI01/00629 esitetään termodynaamisesti edullinen menetelmä C02:n erottamiseksi savukaasusta. Tässä 20 menetelmässä hyödynnetään C02:n jyrkästi Henryn laista poikkeavaa liukoisuutta esimerkiksi metanoliin lähellä sen kastepis-tettä. Menetelmä toimii parhaiten C02:n osapaineen ollessa useita baareja ja juuri siitä syystä se soveltuu erityisesti kaasuturbiinikiertoihin ja muihin prosesseihin, joissa savu-25 kaasun paineistusta voidaan käyttää energian tuottamisessa.PCT / FI01 / 00629 discloses a thermodynamically advantageous method for separating CO2 from flue gas. This process utilizes a sharply abnormal Henry's solubility of CO 2, for example, in methanol near its dew point. The method works best with a partial pressure of CO 2 of several bars and is therefore particularly suitable for gas turbine cycles and other processes in which flue gas pressurization can be used to generate energy.

Julkaisussa DE-843 545 on esitetty prosessi, jossa 2,5 barin paineeseen ahdettua masuunikaasua, jossa on 24 % C02:a, pestään etanolilla -74 - -67 °C:n lämpötilassa. Tämän jälkeen saatu C02-30 liuos haihdutetaan kahdessa vaiheessa 0,2 ja 0,04 barin painees-. sa samalla lämpötila-alueella. 0,2 barin paineessa saatu C02 johdetaan ahtimeen regeneraattorin kautta, mutta 0,04 barissa saatu jae ahdetaan sellaisenaan, sillä sen paine on liian alhainen normaaliin regeneraattoriprosessiin. Syntyvä jäähdytys-35 tehon vaje ja muu jäähdytystehon tarve peitetään paisuttamalla pesuprosessista poistuva kaasujae jäähdytysturbiinissa.DE-843 545 discloses a process in which blast furnace gas, pressurized to 2.5 bar and containing 24% CO 2, is washed with ethanol at a temperature of from -74 ° C to -67 ° C. The resulting CO 2 - 30 solution is then evaporated in two steps at 0.2 and 0.04 bar. in the same temperature range. The CO2 obtained at 0.2 bar is fed to the supercharger via a regenerator, but the fraction obtained at 0.04 Bar is supercharged as it is too low for the normal regenerator process. The resulting cooling-35 power shortage and other cooling power needs are covered by expanding the gas fraction leaving the scrubbing process in the cooling turbine.

111607 3 Tässä julkaisussa esitetyssä prosessissa erotusprosessi suoritetaan likimain palautuvasti ilman C02-liuoksen kuumennusta ja siitä aiheutuvaa energianhukkaa. Erittäin alhainen prosessiläm- t 5 pötila, 0,04 barissa saadun C02-jakeen alhainen paine, liuottee-na käytetyn etanolin haihtuvuus ja sen suuri viskositeetti prosessiolosuhteissa tekevät kuitenkin koko prosessin epätaloudelliseksi. Kun se lisäksi vaatii erittäin C02-rikasta prosessikaasua, ei kuvatunlainen prosessi ole tullut yleiseen ίο käyttöön savukaasujen puhdistuksessa.111607 3 In the process disclosed in this publication, the separation process is performed approximately reversibly without the heating of the CO2 solution and the resulting energy loss. However, the extremely low process temperature of 5 temperatures, the low pressure of the 0.02 bar of CO 2 fraction, the volatility of the ethanol as solvent and its high viscosity under the process conditions make the whole process uneconomical. Furthermore, when it requires a very high CO 2 rich process gas, such a process has not become common use in flue gas cleaning.

Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan prosessi, jossa C02 voidaan nesteyttää normaalipaineisesta savukaasusta ja jolla voidaan välttää edellä mainitut epäkohdat. Keksinnön mukaisen is prosessin tunnusomaiset piirteet on esitetty patenttivaatimuksessa 1.The object of the present invention is to provide a process in which CO 2 can be liquefied from normal pressure flue gas and which avoids the above disadvantages. Characteristic features of the process of the invention are set forth in claim 1.

Absorptio/desorptioprosessin poikkeamaa palautuvuudesta voidaan pienentää edullisesti käyttämällä desorptiovaiheessa ilmahuuhte-20 lua, jolloin C02-rikasteeseen kertynyttä ilmaa voidaan käyttää C02:n nesteyttämisessä hyödyntämällä nesteytyksessä jäljelle jäävän jätekaasun paine-energiaa.The deviation from the reversibility of the absorption / desorption process can advantageously be reduced by the use of air purifier 20 in the desorption step, whereby the air accumulated in the CO 2 concentrate can be used to liquefy the CO 2 utilizing the compressed energy of residual waste gas.

Keksinnön mukaisessa absorptio-/desorptioprosessissa ei tarvita 25 jäähdytystä, koska prosessit suoritetaan kemiallisesti prosessin kannalta edullisella lämpötila-alueella kryogeenisissa lämpötiloissa tapahtuvan liuotuksen ja haihdutuksen sijasta. Tämän seurauksena absorptioliuoksen viskositeetti on pienempi kuin kymmenesosa edellä mainitun DE-julkaisun prosessissa käytetyn 30 liuoksen viskositeetista. Absorptioliuoksen alhainen viskositeetti tehostaa lämmön- ja aineensiirtoa ja liuoksen kierrätys vaatii vähemmän energiaa.The absorption / desorption process of the invention does not require refrigeration because the processes are chemically performed at a temperature range which is advantageous to the process, rather than leaching and evaporation at cryogenic temperatures. As a result, the viscosity of the absorption solution is less than one tenth of the viscosity of the 30 solutions used in the process of the above-mentioned DE. The low viscosity of the absorption solution enhances heat and mass transfer and requires less energy to recycle.

Keksinnön mukaisella prosessilla voidaan välttää erittäin 35 alhaisessa paineessa olevien C02-jakeiden ahtaminen käyttämällä ilmahuuhtelua tai muita myöhemmin kuvattuja menetelmiä. Toisin 4 111607 kuin tunnetussa tekniikassa nämä menetelmät mahdollistavat C02:n taloudellisen erotuksen ja nesteytyksen esimerkiksi maakaasupol-ton savukaasusta, jonka C02-pitoisuus on alhainen.The process of the invention can avoid supercharging very low pressure CO 2 fractions using air flushing or other methods described later. Unlike the prior art, these processes allow the economic separation and liquefaction of CO 2 from, for example, low CO 2 flue gas from natural gas combustion.

5 Kalliita, haihtuvia tai hapettumiselle alttiita kemikaaleja ei keksinnön mukaisessa prosessissa tarvita. Muita keksinnön mukaisen prosessin myötä saavutettavia etuja on lueteltu selitysosassa.Expensive, volatile or oxidative chemicals are not required in the process of the invention. Other advantages of the process according to the invention are listed in the specification.

io Seuraavassa prosessia kuvataan viittaamalla oheisiin kuviin, jotka esittävät keksinnön mukaisen prosessin eräitä suoritusmuotoja.The process will now be described with reference to the accompanying drawings, which illustrate some embodiments of the process of the invention.

Kuva 1 esittää erästä keksinnön mukaista prosessia periaateku-15 viona kaaviollisesti jaFigure 1 is a schematic diagram of a process according to the invention and

Kuva 2 esittää erästä toista prosessin suoritusmuotoa periaa-tekuviona kaaviollisesti.Figure 2 schematically illustrates another embodiment of the process.

Kuvassa 1 esitetään eräs keksinnön mukaisen prosessin perusrat-20 kaisu, jossa käytetään edullisesti ilmahuuhtelua desorptiovai-heessa. Tässä kuvan vasemmassa puoliskossa esitetty hiilidioksi-dirikasteen erotusyksikkö 10 on muodostettu samaan rakenteeseen sijoitetuista absorptiokolonnista 11 ja desorptiokolonnista 12, jotka on termisesti kytketty toisiinsa lämmönsiirron järjestämi-25 seksi.Figure 1 shows a basic design of the process according to the invention, which preferably uses air rinsing in the desorption step. The carbon dioxide concentrate separation unit 10 shown in the left half of this figure is formed by an absorption column 11 and a desorption column 12 disposed in the same structure, thermally coupled to provide heat transfer.

Absorptio- ja desorptioprosessit suoritetaan kemiallisesti edullisella lämpötila-alueella 35 - 75 °C, joka vastaa prosessiin tuotavan savukaasun lämpötilaa. Desorptiokolonnin 12 30 lämpötila on 2 - 5 °C alempi kuin absorptiokolonnin 11 absorp-**' tiossa vapautuvan lämmön siirtämiseksi desorptioon kummankin kolonnin 11, 12 toimiessa lähes isotermisissä oloissa edullisimmin ilman ulkopuolisen lämmön tuontia. Desorption vaatima lämpöenergia esimerkiksi kaliumkarbonaattia käytettäessä on noin 35 790 kJ/kg C02.The absorption and desorption processes are performed in a chemically preferred temperature range of 35 to 75 ° C, which corresponds to the temperature of the flue gas introduced into the process. The temperature of the desorption column 12 is 2-5 ° C lower than that of the absorption column 11 to transfer the heat released in the absorption ** 'of desorption column 11, with both columns 11, 12 operating in near-isothermal conditions most preferably without the introduction of external heat. The thermal energy required for desorption using, for example, potassium carbonate is about 35,790 kJ / kg CO2.

f 5 111607f 5 111607

Absorptiokolonniin 11 tuodaan sen alaosasta normaalipaineinen savukaasu, joka virtaa ylöspäin siinä olevan C02:n absorboituessa savukaasua vastaan, pitkin kolonnirakenteita (ei esitetty) virtaavaan absorptioliuokseen, joka tuodaan kolonniin 11 sen 5 yläosasta. Absorptioliuokseksi soveltuu esimerkiksi kalium- tai natriumkarbonaatin 2-N-vesiliuos. Kyseiset yhdisteet ovat haihtumattornia ja hapettumattomia. Sanotuilla liuoksilla on esitetyllä lämpötila-alueella alhainen viskositeetti (1,0 - 0,55 cP) , jolloin lämmön- ja aineensiirto tapahtuu tehokkaasti ja 10 liuoksen kierrätys vaatii vain vähän energiaa.At the bottom of the absorption column 11, a normal pressure flue gas is introduced which flows upwardly as the CO 2 therein is absorbed against the flue gas, into an absorption solution flowing along the column structures (not shown) which is introduced into the column 11 from its upper part. For example, a 2-N aqueous solution of potassium or sodium carbonate is suitable as the absorption solution. These compounds are evaporative and non-oxidizing. The said solutions have a low viscosity (1.0 - 0.55 cP) in the temperature range shown, whereby heat and material transfer is efficient and the recycling of 10 solutions requires little energy.

C02-rikas absorptioliuos johdetaan absorptiokolonnin 11 alaosasta desorptiokolonnin 12 alaosaan, johon on järjestetty absorp-tioliuoksen pinnan alapuolelle lämmönvaihdin 16, jossa kolonnin 15 11 alaosasta tuotu absorptioliuos siirtää lämpöä kolonnin 12 pohjalla olevaan liuokseen ja desorboi siitä C02:a.A CO 2-rich absorption solution is conducted from the lower part of the absorption column 11 to the lower part of the desorption column 12, provided with a heat exchanger 16 underneath the surface of the absorption thiol solution where the absorption solution introduced from the lower 11 column transfers heat to the bottom solution 12.

Lämmönvaihtimesta 16 absorptioliuos johdetaan desorptiokolonnin 12 yläosaan, josta se virtaa alaspäin kolonniin 12 järjestettyjä 20 rakenteita pitkin (ei esitetty). Desorptiokolonnissa 12 vallitsee noin 0,2 barin paine ja sen alapäähän johdetaan keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti huuhteluilmaa, joka virtaa läpi kolonnin 12 pohjalla olevan absorptioliuoksen ja nousee kolonnissa 12 alaspäin virtaavaa absorptioliuosta 25 vastaan. Ilmavirtauksella ylläpidetään kolonnissa 12 va-kiopainetta C02:n osapaineen ollessa kolonnissa 12 kullakin korkeudella likimain tasapainossa samalla korkeudella olevan absorptioliuoksen koostumuksen kanssa. Liuoksesta vapautuva C02 haihtuu huuhteluilmaan. Kolonnin 12 yläosasta poistuva normaali-30 painetta alemmassa paineessa oleva C02-rikaste, jonka C02-pitoisuus on 50 - 55 %, johdetaan vesihöyrylauhduttimen 13 kautta paineistettavaksi ahdin-välijäähdyttimen 14 sarjoihin ja niistä edelleen nesteytysprosessiin 15.From the heat exchanger 16, the absorption solution is led to the top of the desorption column 12, from where it flows downwardly through the structures 20 arranged in the column 12 (not shown). A pressure of about 0.2 bar is applied to the desorption column 12 and, in accordance with a preferred embodiment of the invention, flushing air is passed to its lower end which flows through the absorption solution at the bottom of the column 12 and rises against the downstream absorption solution 25. The air flow maintains a constant pressure in the column 12 with a partial pressure of CO 2 in the column 12 at each height approximately equilibrium with the composition of the absorption solution at the same height. The CO2 released from the solution evaporates into the rinsing air. The normal-30 CO 2 concentrate leaving the top of the column 12 under a pressure of 50 to 55% below the pressure is passed through a water vapor condenser 13 to be pressurized to the sets of the supercharger intercooler 14 and further to the liquefaction process 15.

35 Kolonnin 12 pohjalle kertynyt C02-köyhä absorptioliuos siirretään pumpulla 17 takaisin kolonniin 11 C02:n sitomiseksi.The CO2-poor absorption solution accumulated at the bottom of column 12 is transferred by pump 17 back to column 11 to capture the CO2.

6 1116076 111607

Nesteytysprosessissa, jonka eräs edullinen suoritusmuoto on esitetty kuvan 1 oikeassa puoliskossa, ahdin-välijäähdytinsar-joissa 14 esimerkiksi 100 bariin paineistettu C02-rikaste viedään nesteytyskolonnin 18 alaosaan. Nesteytyskolonnissa 18 5 C02-rikaste virtaa ylöspäin C02:n nesteytyessä kolonniin 18 sarjaan järjestettyjen lämmönvaihdinten 19.1, 19.2, 19.3, 19.4 pinnalle. Nesteytynyt C02 johdetaan pois kolonnin 18 pohjalta sen kaukosiirtoa tai muuta käyttöä varten.In the liquefaction process, a preferred embodiment of which is illustrated in the right half of Figure 1, the CO 2 concentrate pressurized, for example, to 100 bar, is introduced into the lower part of the liquefaction column 18 in the intercooler sets 14. In the liquefaction column 18, the CO 2 concentrate flows upward as the CO 2 liquefies on the surface of the series 18 heat exchangers 19.1, 19.2, 19.3, 19.4. Liquefied CO2 is removed from the bottom of the column 18 for its remote transfer or other use.

io Nesteytymätön jätekaasu johdetaan kolonnin 18 huipulta lämmön-vaihtimena toimivan jäähdytysputken tai -putkiryhmän 19.1 kautta ensimmäiseen jäähdytysturbiiniin 20.1, jossa se menettää osan paine-energiastaan. Jäähdytysturbiinista 20.1 kierto jatkuu vastaavalla tavalla edelleen jäähdytysputkiin 19.2. Jäähdytys-15 paisutuskiertoa 24 toistetaan turbiineissa 20.2, 20.3 ja lämmönvaihtimissa 19.3, 19.4, kunnes jätekaasun paine on laskenut 1 bariin, jolloin se poistetaan jäähdytys-paisutuskier-rosta 24 viimeisen lämmönvaihtimen 19.4 alaosasta. Lämmönvaihti-met 19.1, 19.2, 19.3, 19.4 on järjestetty nesteytyskolonniin 18 20 siten, että ne ovat lämpötilatasoiltaan oleellisesti kohdakkain ja niiden jäähdytysteho on painotettu kolonnin 18 alaosaan. Jäähdytysturbiinit 20.1, 20.2, 20.3 on kytketty generaattoriin 21 tai muuhun laitteeseen niiden tuottaman mekaanisen energian hyödyntämiseksi.The non-liquefied waste gas is led from the top of the column 18 through the heat exchanger cooling tube or conduit group 19.1 to the first cooling turbine 20.1 where it loses some of its pressure energy. From the cooling turbine 20.1, the cycle continues in a similar manner to the cooling pipes 19.2. The cooling-15 expansion cycle 24 is repeated in the turbines 20.2, 20.3 and the heat exchangers 19.3, 19.4 until the pressure of the waste gas has dropped to 1 bar, whereupon it is removed from the cooling-expansion circuit 24 at the bottom of the last heat exchanger 19.4. The heat exchangers 19.1, 19.2, 19.3, 19.4 are arranged on the liquefaction column 18 20 so that their temperature levels are substantially aligned and their cooling power is weighted on the lower part of the column 18. The cooling turbines 20.1, 20.2, 20.3 are coupled to a generator 21 or other device to utilize the mechanical energy produced by them.

*. 25*. 25

Jos C02:n nesteytys suoritetaan esimerkiksi 100 barin paineessa lämpötilavälillä +15 °C - -40 °C, niin nesteytymättömään jätekaasuun jää tällöin niin sanottu "Press-effekt" (Z. phys. Chemie 110, 768- (1924) ) huomioiden noin 11 baria C02 ja 30 nesteytyksessä sitoutuu jäähdytystehoa noin 250 kJ nesteytettyä * C02-kiloa kohti. Kun nesteytyksessä vapautuva lämpövuo keskittyy kolonnin 18 lämpimään alapäähän, on edullista käyttää osassa jäähdytysturbiineista alempaa painesuhdetta ja keskittää niiden tuottama jäähdytysteho kolonnin 18 alapäähän.For example, if the liquefaction of CO 2 is carried out at a pressure of 100 bar at a temperature between + 15 ° C and -40 ° C, the so-called "Press effect" (Z. phys. Chemie 110, 768- (1924)) will be left in the non-liquefied waste gas. barium CO2 and 30 liquefaction binds cooling power of about 250 kJ per kg of liquefied * CO2. When the heat flux released in the liquefaction is concentrated at the warm lower end of column 18, it is preferable to use a lower pressure ratio in some of the cooling turbines and concentrate the cooling power they produce to the lower end of column 18.

35 1 · f 7 11160735 1 · f 7 111607

Rikasteen C02:sta voidaan tässä keksinnön mukaisessa perusratkaisussa nesteyttää noin 88 %. Edellä kuvattu paisutus- ja jäähdytysprosessi 24 tuottaa näissä oloissa noin 360 kJ jäähdy-tystehoa paisutetun kaasun Nm3:a kohden eli 230 - 260 kJ 5 nesteytettyä C02 -kiloa kohti. Paisuttamalla rikastusvaiheen huuhteluilma erillisessä turbiinissa (ei esitetty) ennen sen syöttämistä desorptiokolonniin 12 voidaan lisäksi tuottaa jäähdytystehoa noin 45 kJ/kg C02 eli yhteensä 280 - 310 kJ/kg co2.About 88% of the CO 2 concentrate in this basic solution of the invention can be liquefied. Under these conditions, the expansion and cooling process 24 produces about 360 kJ cooling power per Nm3 of expanded gas, or 230 to 260 kJ per 5 kg of CO2. Further, expanding the purge air of the enrichment stage in a separate turbine (not shown) before feeding it to the desorption column 12 can further provide cooling power of about 45 kJ / kg CO2, or a total of 280-310 kJ / kg co2.

1010

Sekä absorptio - desorptiokierrossa 10 että nesteytyksessä 15 voidaan käyttää kaksoiskolonnia, jonka rakenne on esitetty patenttihakemuksessa FI-20011969, "Normaalipaineessa toimiva prosessi hapen tai hapella rikastetun ilman tuottamiseksi" 15 patenttivaatimuksessa 11 sekä kuvissa 4a ja 4b.Both the absorption-desorption cycle 10 and the liquefaction 15 may use a double column having the structure disclosed in patent application FI-20011969, "Process under normal pressure for producing oxygen or oxygen enriched air" in claim 11 and Figures 4a and 4b.

Koska käsiteltävä savukaasu on usein lämmintä (60 - 90° C), sen lämpöä voidaan hyödyntää suorittamalla absorptio ja desorptio niin korkeassa lämpötilassa, että savukaasun vesihöyryn paineel-20 la on prosessin kannalta oleellinen vaikutus. Jos tässä toisessa keksinnön mukaisen prosessin edullisessa suoritusmuodossa desorptiokolonnin 12 lämpötila on esimerkiksi 62,5 °C, niin absorptioliuoksesta haihtuva vesi ylläpitää siinä tällöin vesihöyryn osapainetta 0,22 bar.Because the flue gas to be treated is often warm (60-90 ° C), its heat can be utilized by performing absorption and desorption at temperatures so high that the pressure of the water vapor in the flue gas has a significant effect on the process. If, in this second preferred embodiment of the process according to the invention, the temperature of the desorption column 12 is, for example, 62.5 ° C, then the water evaporating from the absorption solution maintains a partial pressure of water vapor of 0.22 bar.

··. 25··. 25

Jos desorptiokolonnista 12 poistuvassa C02-rikasteessa on 0,1 bar C02 ja saman verran huuhteluilmaa, niin C02-rikasteen kokonaispaine vesihöyryn osapaine huomioiden 62,5 °C:ssa on 0,42 bar. Jos C02-rikasteessa on lauhduttimen 13 jälkeen 0,02 bar 30 vesihöyryä, niin sen kokonaispaine on edelleen 0,42 bar, josta • · < ' 0,2 bar on C02:a ja samoin 0,2 bar ilmaa. Toisin sanoen C02:n ja ilman osapaineet kaksinkertaistuvat, jolloin C02:n paineistuk-< sessa tarvittavien ahtimien koot ja niiden energiantarpeet pienenevät. Energia tähän saadaan desorptiokolonnissa 12 35 absorptioliuoksesta haihtuvan tai siihen normaalipainetta alemmassa paineessa tuodun vesihöyryn "liukuvasta" lauhdutukses- 111607 8 ta lauhduttimessa 13. Lauhdevesi poistetaan lauhduttimesta 13 (ei esitetty) ennen C02-rikasteen paineistusta.If the CO 2 concentrate leaving the desorption column 12 contains 0.1 bar CO 2 and an equal amount of flushing air, then the total pressure of the CO 2 concentrate, taking into account the partial vapor pressure of water at 62.5 ° C, is 0.42 bar. If the CO 2 concentrate contains, after the condenser 13, 0.02 bar 30 of water vapor, it will still have a total pressure of 0.42 bar, of which · '0.2 bar will be CO 2 and also 0.2 bar air. In other words, the partial pressures of CO2 and air are doubled, thereby reducing the size of the superchargers required for CO2 pressurization and their energy requirements. Energy for this is obtained from the "sliding" condensation of water vapor in the desorption column 12 35 from the absorption solution or introduced at a pressure below normal pressure in the condenser 13. The condensate water is removed from the condenser 13 (not shown) before the CO 2 concentrate is pressurized.

Useissa tapauksissa, varsinkin käsiteltävän savukaasun kastepis-5 teen ollessa korkeampi kuin absorptiolämpötila, veden haihduttamiseen desorptiokolonnissa 12 tarvittava lämpöenergia voidaan ottaa savukaasusta absorptiokolonnissa 11. Desorptiokolonniin 12 voidaan myös tuoda esimerkiksi 0,5 barin väliottohöyryä (ei esitetty).In many cases, especially when the dew point of the flue gas to be treated is higher than the absorption temperature, the thermal energy required to evaporate the water in the desorption column 12 may be taken from the flue gas in the absorption column 11. For example, 0.5 bar tap steam.

1010

Kuvassa 2 esitetyssä kolmannessa keksinnön mukaisessa suoritusmuodossa käytetään kuvassa 1 esitetyn kaksoiskolonnin sijasta kahta erillistä kolonnia 11' ja 12'. Tässä tapauksessa absorp-tiolämpö varastoituu kolonnissa 11' absorptioliuokseen ja 15 poistuu siitä kolonnissa 12' tapahtuvassa desorptiossa. Jos liuokseen absorboituu yksi kilomooli (= 44 kg) C02:a tonnia kohden, sen lämpötila nousee absorptiossa noin 9 °C ja tietyssä C02-osapaineessa saavutettava C02-pitoisuus alenee kaliumkarbonaattia käytettäessä noin 21 %. Tämän efektin rajoittamiseksi 20 voidaan käyttää laimeaa absorptioliuosta ja suurta liuosvirtaus-ta.In the third embodiment of the invention shown in Figure 2, two separate columns 11 'and 12' are used instead of the double column shown in Figure 1. In this case, the absorption heat is stored in the column 11 'in the absorption solution and exited there by desorption in the column 12'. If one kilo mole (= 44 kg) of CO 2 is absorbed per tonne of solution, the temperature of the solution increases by about 9 ° C and the CO 2 concentration achieved at a given CO 2 partial pressure is reduced by about 21% with potassium carbonate. To limit this effect, a dilute absorption solution and a high solution flow can be used.

Nesteytyskolonnin 18 alaosaan on tässä suoritusmuodossa sijoitettu muusta jäähdytyskierrosta 24 erillinen vesijäähdytteinen ·*, 25 esilauhdutin 22, joka on lähellä C02-rikasteen sisääntuontiyh- dettä 27. Viileän ilmaston maissa on kautta vuoden saatavissa kylmää U 6 °C) jäähdytysvettä merestä tai syvistä järvistä sekä talvisaikaan myös muista vesistöistä. Jos esilauhduttimessa 22 ylläpidetään 10 °C:n lämpötilaa ja C02:n osapaine C02-rikasteessa 30 on 60 bar (rikasteen paineen ollessa esimerkiksi 110 bar ja sen 9 · t ‘ C02 -pitoisuuden 55 %) , niin noin 25 % C02:sta nesteytyy esilauhduttimessa 22 jäähdytystehon tarpeen pienetessä vastaavasti.In this embodiment, the lower part of the liquefaction column 18 is provided with a water-cooled · *, 25 pre-condenser 22 separate from the rest of the cooling circuit 24, which is close to the inlet of CO2 concentrate 27. In cold climates, cold water (6 ° C) also from other water bodies. If the pre-condenser 22 is maintained at 10 ° C and the CO 2 partial pressure in the CO 2 concentrate 30 is 60 bar (for example, the concentrate pressure is 110 bar and its 9 · t 'CO 2 content is 55%), about 25% of the CO 2 liquefies in the pre-condenser 22 when the cooling power requirement is reduced accordingly.

35 Kuvassa 2 esitetyssä suoritusmuodossa on nesteytyksen jäähdytys-kiertoon 24 on sijoitettu sopivaan paineeseen lisäabsorptioko- < 9 111607 lonni 23, jossa ensimmäisen absorptiokolonnin 11' alaosasta tuleva C02-rikas liuos absorboi lisää C02:a nesteytyksen jäähdytyskierrosta 24 tulevasta jätekaasusta. Tämä lisää desorptiosta saatavan rikasteen C02-osapainetta samalla kun 5 huomattava osa jätekaasun C02:sta saadaan palautetuksi takaisin nesteytysprosessiin 15. Köyhtynyt jätekaasu palautetaan kolonnin 23 yläosasta nesteytysprosessin 15 jäähdytyskiertoon 24.In the embodiment shown in Figure 2, an additional absorption coil <9 111607 column 23 is placed under suitable pressure in the liquefaction cooling circuit 24, whereby the CO 2 rich solution from the lower part of the first absorption column 11 'absorbs more CO 2 from the liquefaction cooling circuit 24. This increases the CO 2 fractional pressure of the desorption concentrate while returning a significant amount of the CO 2 from the waste gas to the liquefaction process 15. The impoverished waste gas is returned from the top of column 23 to the cooling circuit 24 of the liquefaction process 15.

Osa nesteytyksen jätekaasusta voidaan myös johtaa sopivassa ίο paineessa haihdutuskolonnin 12' yhteydessä olevaan ejektoriin (katkoviivoilla) haihdutetun C02-rikasteen paineen nostamiseksi ja tarvittavien ahtimien 14 koon pienentämiseksi.A portion of the liquefaction waste gas may also be introduced at suitable pressure into the ejector (dotted lines) adjacent the evaporation column 12 'to increase the pressure of the evaporated CO 2 concentrate and reduce the size of the required superchargers 14.

Eräässä neljännessä keksinnön mukaisessa suoritusmuodossa 15 käytetään hyvin vähän tai ei ollenkaan ilmahuuhtelua, jolloin desorptiokolonnissa 12 syntyvä rikaste on lähes puhdasta C02:a ja valtaosa siitä voidaan nesteyttää 100 barin paineessa käyttämällä vesijäähdytystä.In a fourth embodiment of the invention, very little or no air rinsing is used, whereby the concentrate generated in the desorption column 12 is almost pure CO 2 and most of it can be liquefied at 100 bar using water cooling.

20 Jos absorptioliuoksen C02-pitoisuus vastaa osapainetta 0,15 bar ja C02-osapaine haihdutuskolonnissa on 0,05 bar, niin erotuste-hokkuus ilman ilmahuuhtelua olisi tällöin 67 %. Näin alhaisessa paineessa on edullista hyödyntää vesihöyryn painetta toisessa suoritusmuodossa kuvatulla tavalla. Jo haihdutuslämpötilassa +47 . 25 °C veden höyrynpaine on 0,11 bar ja näin ollen ahtimiin 14 tulevan C02-rikasteen paine on 0,05 barin sijasta 0,16 bar.If the CO 2 concentration of the absorption solution corresponds to a partial pressure of 0.15 bar and a CO 2 partial pressure of 0.05 bar on the evaporation column, then the separation efficiency without air purging would then be 67%. At such a low pressure, it is advantageous to utilize the pressure of the water vapor as described in the second embodiment. Already at evaporation temperature +47. At 25 ° C, the water has a vapor pressure of 0.11 bar and thus the pressure of the CO 2 concentrate entering the superchargers 14 is 0.16 bar instead of 0.05 bar.

Ahtimilla 14 100 bariin paineistettu C02 johdetaan nesteytysko-lonniin 18, jossa se nesteytyy koko kolonnin 18 täyttävässä 30 vesijäähdytteisessä nesteyttimessä (ei esitetty) . Jos rikastees- • sa on epäpuhtauksina muita kaasuja, niin nesteyttimen (ei esitetty) lämpötilan ollessa 15 °C kolonnin 18 huipusta poistuvassa kaasussa on 50% C02:a. Jos tämä C02-hävikki on haitallisen suuri, niin C02 saadaan talteen kuvassa 1 esitetyssä suoritusmuo- 35 dossa kuvatulla nesteytyskolonnilla 18, jonka tarvitsema φ • · 111607 10 jäähdytysteho tuotetaan paisuttamalla kolonnista 18 poistuva jätekaasu jäähdytysturbiineissa 20.1, 20.2, 20.3, 20.4.CO 2 pressurized with pressures 14 to 100 bar is led to a liquefaction column 18 where it liquefies in a water-cooled liquefaction 30 (not shown) that fills the entire column 18. If other gases are present as impurities in the concentrate, at a temperature of 15 ° C in the liquefier (not shown), the gas exiting the top of the column 18 will contain 50% CO 2. If this loss of CO 2 is harmful, CO 2 is recovered by the liquefaction column 18 described in the embodiment shown in Figure 1, which has the required cooling power of φutt · 111607 10 by expanding the waste gas leaving column 18 in cooling turbines 20.1, 20.2, 20.3, 20.4.

Prosessin olosuhteet, kuten C02:n paineistus ja C02-rikasteen 5 pitoisuus, voidaan edullisesti valita siten, että nesteytys-prosessin vaatiman jäähdytystehon tarve voidaan täsmälleen peittää prosessin nesteytymättömän jätekaasun paine-energialla ja muilla prosessiin liittyvillä jäähdytystehon lähteillä. Tällöin prosessin energiankulutus nesteytettyä C02-kiloa kohden io saadaan lähelle sen minimiarvoa.Process conditions, such as CO 2 pressurization and CO 2 concentration, can preferably be selected such that the need for cooling power required by the liquefaction process can be accurately masked by the pressure energy of the non-liquefied waste gas in the process and other process cooling power sources. Hereby, the process energy consumption per kilo of liquefied CO2 is brought close to its minimum value.

Eräs edullinen sovellus keksinnön mukaiselle nesteytysprosessil-le on sen käyttäminen happipolton yhteydessä. Tästä suoritusmuodosta puuttuvat kuvatunlaiset absorptio- ja desorptiokierrot, 15 koska happi- tai happirikastepoltossa C02 voidaan nesteyttää savukaasusta ilman rikastusta. Esimerkkinä voidaan esittää C02:n nesteytys Värtan-tyyppisen PFBC-voimalan paineistetusta savukaasusta.One preferred embodiment of the liquefaction process of the invention is its use in connection with oxygen combustion. This embodiment lacks the absorption and desorption cycles described, since in oxygen or oxygen concentrate combustion, CO2 can be liquefied from the flue gas without enrichment. An example is the liquefaction of CO2 from pressurized flue gas from a Värtan-type PFBC power plant.

20 Tällöin painepolttokattilan savukaasun pääosa virtaa kaasutur-biinin, jätelämpökattilan ja vesihöyryn lauhduttimen läpi takaisin ahtimeen, jossa siihen sekoitetaan happirikaste ja josta kaasuseos palaa kattilaan. Alemmassa lämpötilassa oleva sivuvirtaus jäähdytetään ja ahdetaan nesteytyspaineeseen, jonka . 25 jälkeen C02 nesteytetään edellisissä esimerkeissä kuvatulla tavalla.In this case, the main part of the flue gas of the pressure burner boiler flows through the gas turbine, the waste heat boiler and the water vapor condenser back to the supercharger where it is mixed with oxygen concentrate and returns the gas mixture to the boiler. The lower temperature side stream is cooled and charged to a liquefaction pressure of. After 25, CO 2 is liquefied as described in the previous examples.

Jos savukaasun C02-pitoisuus on < 50 %, on edullista ulottaa nesteytys lähelle C02 :n kolmoispistettä (-56,5°, 5,1 bar), jotta 30 sen hävikki jätekaasuun saadaan pieneksi. Jos C02:a on 30 % ja * nesteytyspaine on 100 bar, niin lämpötilavälillä -5 - -52,5° C02:sta nesteytyy noin 81 %. Tässä tapauksessa vain osa nesteytyksestä jäävän jätekaasun paine-energiasta tarvitaan j äähdytystehon tuottamiseen ja jäähdytyskierrossa 24 on vain 1-2 35 jäähdytysturbiinia. Ellei ylimääräistä jäähdytystehoa tarvita esimerkiksi voimalan yhteydessä olevassa hapen rikastusyksikös- • · 11 111607 sä, jäähdytyskierrosta ylipaineessa poistuva jätekaasuvirtaus lämmitetään esimerkiksi prosessin lämmönvaihtimissa ennen sen johtamista erilliseen turbiiniin energian, tuottamiseksi.If the CO 2 content of the flue gas is <50%, it is preferable to extend the liquefaction near the triple point of CO 2 (-56.5 °, 5.1 bar) to minimize its loss in the waste gas. If 30% CO 2 is present and * the liquefaction pressure is 100 bar, about 81% liquefies between -5 and -52.5 ° C. In this case, only a portion of the pressurized energy of the waste gas from the liquefaction is needed to produce cooling power, and cooling circuit 24 only has 1 to 35 cooling turbines. Unless additional cooling capacity is required, for example, in an oxygen enrichment unit adjacent to the power plant, the waste gas stream leaving the cooling circuit at excess pressure is heated, for example, in process heat exchangers before being fed to a separate turbine to generate energy.

5 Tämän keksinnön mukaisessa prosessissa savukaasussa olevat typen oksidit (NOx:t) absorboituvat absorptioliuokseen ja muuntuvat siinä nitraatti-ioneiksi. Nitraatti-ionit voidaan helposti erottaa absorptioliuoksesta nitraatteina samalla kun siitä poistuvat kationit korvataan vastaavilla hydroksideilla. Tämä 10 tarjoaa vapausasteen voimalan poltossa, kun savukaasun NOx-pitoisuutta ei tarvitse pyrkiä minimoimaan. Koska nitraatit ovat huomattavasti arvokkaampia kuin hydroksidit, voi taloudellisesti olla jopa edullista pyrkiä suuriin savukaasun NOx-pitoisuuksiin.In the process of the present invention, nitrogen oxides (NOx) in the flue gas are absorbed into the absorption solution and converted into nitrate ions. The nitrate ions can easily be separated from the absorption solution as nitrates, while the cations leaving it are replaced by the corresponding hydroxides. This 10 provides a degree of freedom in the combustion of the power plant without the need to minimize the NOx content of the flue gas. Because nitrates are significantly more valuable than hydroxides, it may even be economically advantageous to aim for high concentrations of NOx in the flue gas.

15 Keksinnön mukaisessa prosessissa suuret lämpövuot joko siirretään kuvaan 1 perustuvissa suoritusmuodoissa nestevirtauksesta toiseen ilman suurikokoisia ja hyötysuhteeltaan huonoja "kuivia" lämmönvaihtimia tai absorptiolämpö varastoidaan absorptioliuokseen, joka luovuttaa sen desorptiossa, kuten tapahtuu kuvaan 2 20 perustuvissa suoritusmuodoissa.In the process of the invention, large heat fluxes are either transferred from one stream to another in the embodiments based on Figure 1 without large size and low efficiency "dry" heat exchangers, or stored in the absorption solution, which releases it in desorption, as occurs in the Figure 20 embodiments.

Keksinnön mukaisella prosessilla ja laitteistolla saavutetaan huomattavasti energiataloudellisempi hiilidioksidin erotustapa aiempaan tunnettuun tekniikkaan verrattuna. Edellisten sovel- . 25 lusesimerkkien perusteella on selvää, että keksinnön mukaisen prosessin toteuttavia laitteistokonsepteja on edellä esitettyjen lisäksi lukuisia muitakin. Näin ollen prosessin eri toteuttamis-variaatiot ovat erittäin monipuoliset eivätkä ne näin ollen rajoitu pelkästään edellä kuvattuihin sovellusesimerkkeihin.The process and apparatus of the invention achieve a much more energy efficient carbon dioxide separation method compared to the prior art. Application of the above. It is clear from the exemplary embodiments that there are numerous other hardware concepts that implement the process of the invention. Thus, the various implementation variations of the process are extremely versatile and are therefore not limited to the application examples described above.

• } 9 9 m • ·•} 9 9 m • ·

Claims (12)

12 11160712 111607 1. Prosessi nestemäisen hiilidioksidin (C02) tuottamiseksi normaalipaineisesta savukaasusta, jossa prosessissa: 5. absorptiokolonnin (11) alaosaan johdetun savukaasun C02 absorboidaan sen yläosasta alaspäin virtaavaan absorptiolluokseen, - C02-köyhä savukaasu poistetaan absorptiokolonnin (11) yläosasta, 10. sanottu absorptioliuos johdetaan desorptiokolonnin (12) yläosaan, - C02 desorboidaan desorptiokolonnin (12) yläosaan johdetusta absorptioliuoksesta kaasumaiseksi C02-rikasteeksi, joka poistetaan sen yläosasta sanotun 15 absorptioliuoksen virratessa kolonnin (12) alaosaan, josta se kierrätetään takaisin sanotun absorptiokolonnin (11) yläosaan, - saatu C02-rikaste saatetaan korkeaan paineeseen ja - enin osa rikasteen C02:sta nesteytetään, 20 tunnettu siitä, että C02 siirretään normaalipaineisesta savukaasusta lähes palautuvilla absorptio- ja desorptioprosesseilla alemmassa paineessa olevaan C02-rikasteeseen lähellä käsiteltävän savukaasun lämpötilaa, edullisemmin lämpötila-alueella 35 -75 °C siten, että absorptio- ja desorptioprosessit tapahtuvat 25 kolonneissa (11, 12) likimain samassa lämpötilassa edullisimmin ilman ulkopuolisen lämmön tuontia sanottuihin prosesseihin.A process for producing liquid carbon dioxide (CO 2) from a normal pressurized flue gas, comprising: (12) to the upper part, - CO 2 is desorbed from the absorption solution introduced into the top of the desorption column (12) to a gaseous CO 2 concentrate which is removed from the top by passing said absorbent solution to the lower part of the column (12) is subjected to high pressure and - most of the concentrate CO 2 is liquefied, characterized in that the CO 2 is transferred from normal pressure flue gas by near-reversible absorption and desorption processes to a lower pressure CO 2 concentrate at the temperature of the flue gas being treated a, more preferably in the temperature range of 35-75 ° C such that the absorption and desorption processes take place in columns (11, 12) at approximately the same temperature, most preferably without the introduction of external heat into said processes. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen prosessi, tunnettu siitä, että desorptioprosessin palautuvuuden parantamiseksi desorptiokolon- . 30 nin (12) alaosaan johdetaan ilmavirtaus, jolla kolonnissa (12) ylläpidetään vakiopainetta C02:n osapaineen ollessa kolonnissa (12) kullakin korkeudella likimain tasapainossa samalla korkeudella olevan absorptioliuoksen koostumuksen kanssa.Process according to Claim 1, characterized in that, in order to improve the reversibility of the desorption process, a desorption column. An air flow is introduced into the lower portion of the 30 n (12) to maintain a constant pressure in the column (12) with a partial pressure of CO 2 in the column (12) at each height approximately equilibrium with the composition of the absorption solution. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen prosessi, tunnettu siitä, että desorptiokolonnissa (12) desorboidun C02-rikasteen • · 13 111607 nesteytyksessä C02-rikaste jäähdytetään (13) , saatetaan korkeaan paineeseen (14) ja johdetaan nesteytystä varten järjestetyn nesteytyskolonnin (18) alaosaan, josta se virtaa ylöspäin samalla kun osa rikasteen C02:sta nesteytyy kolonniin (18) 5 järjestetyille lämmönvaihtopinnoille (19) ja nesteytymätön jätekaasu poistetaan kolonnin (18) huipulta ja nesteytynyt C02 kolonnin (18) alaosasta.Process according to Claim 1 or 2, characterized in that the liquefaction of the CO 2 concentrate desorbed in the desorption column (12) is cooled (13), subjected to high pressure (14) and introduced into the lower part of the liquefaction column (18). from where it flows upward while part of the CO 2 concentrate liquefies on the heat exchange surfaces (19) provided on the column (18) and the non-liquefied waste gas is removed from the top of the column (18) and the liquefied CO 2 from the bottom. 4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen prosessi, tunnettu siitä, että 10 sanottuun nesteytyskolonniin (18) on järjestetty sarjaan useita lämmönvaihtimia (19.1, 19.2, 19.3, 19.4), joiden välissä nesteytymättömän jätekaasun paisutus on järjestetty tapahtuvaksi painetasoltaan asteittain pienenevillä jäähdytysturbiineilla (20.1, 20.2, 20.3) siten, että nesteytyskolonnin (18) huipun 15 kautta poistettu nesteytymätön jätekaasu johdetaan jäähdytys-paisutuskiertoon (24) , jossa jätekaasun paine-energialla tuotetaan ainakin osa C02:n nesteytykseen tarvittavasta jäähdy-tystehosta ja jossa sanottu kierto (24) muodostuu seuraavista osavaiheista 20. jätekaasu johdetaan lämmönvaihtimen (19.1, 19.2, 19.3, 19.4) yläosaan, - jätekaasu poistetaan lämmönvaihtimen (19.1, 19.2, 19.3, 19.4) alaosasta ja johdetaan jäähdytysturbiiniin (20.1, 20.2, 20.3) paisutettavaksi ja * ’· 25 - jäähdytysturbiinista (20.1, 20.2, 20.3) paisutettu jätekaasu johdetaan uudelle kierrokselle seuraavan lämmönvaihtimen yläosaan (19.2, 19.3, 19.4) ja sanottua jäähdytys-paisutuskiertoa (24) jatketaan kunnes jätekaasun paine on Oleellisesti 1 bar, jolloin se poistetaan 30 kierrossa (24) viimeisenä olevan lämmönvaihtimen (19.4) alaosas-.... . ta.A process according to claim 3, characterized in that said heat pump columns (18) are provided in series with a plurality of heat exchangers (19.1, 19.2, 19.3, 19.4) between which the expansion of the non-liquefied waste gas is arranged to take place by cooling turbines (20.3, 20.1, 20.1, 20). ) such that the non-liquefied waste gas discharged through the top 15 of the liquefaction column (18) is led to a cooling-expansion circuit (24) in which at least part of the cooling power required to liquefy the CO 2 is produced by the pressurized energy of the waste gas. the waste gas is supplied to the top of the heat exchanger (19.1, 19.2, 19.3, 19.4), - the waste gas is discharged from the bottom of the heat exchanger (19.1, 19.2, 19.3, 19.4) and supplied to the cooling turbine (20.1, 20.2, 20.3) for expansion and * '· 25 , 20.3) the expanded waste gas is recycled to the upper part (19.2, 19.3, 19.4) of the next heat exchanger, and said cooling-expansion cycle (24) is continued until the waste gas pressure is substantially 1 bar, whereupon it is discharged 30 revolutions (24) at the lower part of the last heat exchanger (19.4). ta. 5. Patenttivaatimuksen 3 tai 4 mukainen prosessi, tunnettu siitä, että sanotut lämmönvaihdinvälineet (19.1, 19.2, 19.3, 35 19.4) on järjestetty nesteytyskolonniin (18) siten, että ne ovat 14 111607 lämpötilatasoiltaan oleellisesti kohdakkain ja niiden jäähdytys-teho on painotettu kolonnin (18) alaosaan.A process according to claim 3 or 4, characterized in that said heat exchange means (19.1, 19.2, 19.3, 35 19.4) are arranged on the liquefaction column (18) so that they are substantially aligned with their temperature levels and their cooling power is weighted on the column ( 18) at the bottom. 6. Jonkin patenttivaatimuksen 3-5 mukainen prosessi, tunnettu 5 siitä, että nesteytyskolonnin (18) alaosaan lähelle C02-rikas- teen sisääntuontlyhdettä (27) on järjestetty oleellisesti jäähdytys-paisutuskierrosta (24) erillään oleva kylmällä vedellä jäähdytetty esilauhdutin (22) , jossa osa kolonniin (18) tulevan rikasteen C02:sta nesteytetään ennen kuin se virtaa lämmönvaih-10 timien (19) pinnoille.A process according to any one of claims 3 to 5, characterized in that a cold water-cooled pre-condenser (22) substantially separate from the cooling-expansion circuit (24) is provided in the lower part of the liquefaction column (18) near the inlet of the CO 2 concentrate. a portion of the CO 2 entering the column (18) is liquefied before flowing to the surfaces of the heat exchangers (19). 7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen prosessi, tunnettu siitä, että absorptioliuospinnan alapuolelle on desorptiokolon-nin (12) alaosaan järjestetty lämmönvaihdinvälineet (16), joiden 15 avulla kolonnin (11) alaosasta tuotu absorptioliuos haihduttaa C02: a kolonnin (12) pohjalla olevasta liuoksesta ennen sen siirtämistä absorptiokolonniin (11), ja lämmönvaihtovälineistä (16) sanottu absorptioliuos johdetaan desorptiokolonnin (12) yläosaan. 20Process according to one of Claims 1 to 6, characterized in that below the surface of the absorption solution are heat exchange means (16) arranged at the lower part of the desorption column (12), by means of which the absorption solution introduced from the lower part of the column (11) from the solution before transferring it to the absorption column (11), and said absorption solution from the heat exchange means (16) is led to the top of the desorption column (12). 20 8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen prosessi, tunnettu siitä, että absorptiolämpo varastoidaan absorptioliuokseen, joka luovuttaa sen desorptiossa. I 25 9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen prosessi, tunnettu siitä, että prosessiin on järjestetty absorptio- ja desorptioko-lonnien (11, 12) väliin lisäabsorptioyksikkö (23) absorptioko-lonnin (11) alaosasta tuodun absorptioliuoksen C02-pitoisuuden ja desorptiosta saatavan rikasteen C02-osapaineen lisäämiseksi, 30 jossa - lisäabsorptioyksikön (23) alaosasta johdetaan sisään nesteytyskolonnin (18) jäähdytys-paisutuskierron (24) nesteytymätön jätekaasu ja sanottu C02-köyhtynyt jätekaasu johdetaan ulos 35 kolonnin (23) yläosasta takaisin nesteytyskolonnin (18) • · 15 111607 jäähdytys-paisutuskierron (24) seuraavaan osavaiheeseen.Process according to one of Claims 1 to 7, characterized in that the absorption heat is stored in an absorption solution which releases it during desorption. Process according to one of Claims 1 to 8, characterized in that an additional absorption unit (23) is provided between the absorption and desorption columns (11, 12) and the CO 2 content of the absorption solution introduced from the lower part of the absorption column (11). to increase the CO 2 partial pressure of the concentrate, wherein - the lower part of the auxiliary absorption unit (23) feeds the non-liquefied waste gas from the cooling-expansion cycle (24) of the liquefaction column (18) and outwardly from the upper 111607 for the next step of the cooling-expansion cycle (24). 10. Jonkin patenttivaatimuksen 1-9 mukainen prosessi, tunnettu siitä, että absorptioliuoksena käytetään kalium- ja/tai natrium- 5 karbonaattien vesiliuosta.Process according to one of Claims 1 to 9, characterized in that an aqueous solution of potassium and / or sodium carbonates is used as the absorption solution. 11. Jonkin patenttivaatimuksen 1-10 mukainen prosessi, tunnettu siitä, että C02-rikasteen painetason nostamiseksi hyödynnetään desorptiokolonnissa (12) rikasteeseen haihtuvan tai 10 kolonniin (12) tuodun vesihöyryn höyrystys/lauhdutuskiertoa ja/tai ejektoria.Process according to one of Claims 1 to 10, characterized in that the vaporization / condensation cycle and / or the ejector of water vapor evaporated in the concentrate or introduced into the column (12) is utilized to increase the pressure level of the CO 2 concentrate. 12. Jonkin patenttivaatimuksen 1-11 mukainen prosessi, tunnettu siitä, että C02:n nesteytysprosessin energiankulutus 15 minimoidaan sovittamalla rikasteen koostumus, paine sekä muut nesteytysprosessin olosuhteet niin, että prosessin tuottama jäähdytysteho peittää täsmälleen nesteytysprosessin jäähdytyste-hon tarpeen. 1 • · 16 111607Process according to one of Claims 1 to 11, characterized in that the energy consumption of the CO2 liquefaction process is minimized by adjusting the concentrate composition, pressure and other conditions of the liquefaction process so that the cooling power produced by the process exactly covers the cooling capacity of the liquefaction process. 1 • · 16 111607
FI20015028A 2001-10-22 2001-10-22 A process for producing liquid carbon dioxide from flue gas under normal pressure FI111607B (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20015028A FI111607B (en) 2001-10-22 2001-10-22 A process for producing liquid carbon dioxide from flue gas under normal pressure
US10/491,857 US20040237528A1 (en) 2001-10-22 2002-10-21 Process for producing liquid carbon dioxide from combustion gas at normal pressure
PCT/FI2002/000814 WO2003035221A1 (en) 2001-10-22 2002-10-21 Process for producing liquid carbon dioxide from combustion gas at normal pressure
EP02801921A EP1450933A1 (en) 2001-10-22 2002-10-21 Process for producing liquid carbon dioxide from combustion gas at normal pressure

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20015028A FI111607B (en) 2001-10-22 2001-10-22 A process for producing liquid carbon dioxide from flue gas under normal pressure
FI20015028 2001-10-22

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI20015028A0 FI20015028A0 (en) 2001-10-22
FI20015028A FI20015028A (en) 2003-04-23
FI111607B true FI111607B (en) 2003-08-29

Family

ID=8562641

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20015028A FI111607B (en) 2001-10-22 2001-10-22 A process for producing liquid carbon dioxide from flue gas under normal pressure

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20040237528A1 (en)
EP (1) EP1450933A1 (en)
FI (1) FI111607B (en)
WO (1) WO2003035221A1 (en)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FI20045086A (en) * 2004-03-18 2005-09-19 Cuycha Innovation Oy Almost reversible process for separating carbon dioxide from flue or product gas
WO2006037320A1 (en) 2004-10-08 2006-04-13 Union Engineering A/S Method for recovery of carbon dioxide from a gas
AU2008251025B2 (en) * 2007-05-11 2011-10-13 Kc8 Capture Technologies Ltd A reactor, plant and process
AR068841A1 (en) * 2007-10-12 2009-12-09 Union Engeneering As REMOVAL OF CARBON DIOXIDE FROM A POWER GAS
CN102300619B (en) * 2009-01-28 2015-05-27 西门子公司 Method And Device For Separating Carbon Dioxide From An Exhaust Gas Of A Fossil Fired Power Plant
EP2333256B1 (en) * 2009-12-08 2013-10-16 Alstom Technology Ltd Power plant with CO2 capture and method to operate such power plant

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2792777B2 (en) * 1992-01-17 1998-09-03 関西電力株式会社 Method for removing carbon dioxide from flue gas
KR0123107B1 (en) * 1992-02-27 1997-11-12 아끼야마 요시히사 Method for removing carbon dioxide from combustion exhaust gas
US6689332B1 (en) * 1992-09-16 2004-02-10 The Kansai Electric Power Co, Inc. Process for removing carbon dioxide from combustion gases
NO180520C (en) * 1994-02-15 1997-05-07 Kvaerner Asa Method of Removing Carbon Dioxide from Combustion Gases
JPH09262432A (en) * 1996-03-29 1997-10-07 Kansai Electric Power Co Inc:The Method for recovering basic amine compound in waste gas of decarboxylation column
NO302454B1 (en) * 1996-07-31 1998-03-09 Kvaerner Asa Method of Carbon Dioxide Removal from Gases
NO990812L (en) * 1999-02-19 2000-08-21 Norsk Hydro As Method for removing and recovering CO2 from exhaust gas
CN1276787C (en) * 1999-07-19 2006-09-27 株式会社荏原制作所 Apparatus and method for cleaning acidic gas
CN1261545A (en) * 1999-12-06 2000-08-02 重庆理想科技有限公司 Method for recovering CO2 from mixed gas
WO2002004098A1 (en) * 2000-07-11 2002-01-17 Nurmia, Wendie Process for separating carbon dioxide, co2, from combustion gas

Also Published As

Publication number Publication date
EP1450933A1 (en) 2004-09-01
FI20015028A (en) 2003-04-23
FI20015028A0 (en) 2001-10-22
US20040237528A1 (en) 2004-12-02
WO2003035221A1 (en) 2003-05-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2542610C (en) Purification works for thermal power plant
JP5745844B2 (en) Process and apparatus for the separation of gas mixtures
JP5579602B2 (en) Process and apparatus for the separation of gas mixtures
CA2491163C (en) Improved split flow process and apparatus
ES2322305T3 (en) PROCEDURE AND APPARATUS FOR THE DIVISION OF A FLOW.
ES2345689T5 (en) Carbon dioxide purification
US20090013868A1 (en) Process and apparatus for the separation of a gaseous mixture
Clodic et al. CO2 capture by anti-sublimation Thermo-economic process evaluation
KR20080069523A (en) Purification of carbon dioxide
KR20100074310A (en) Carbon capture system and process
CN103086375A (en) Purification of carbon dioxide
EA035832B1 (en) Method and plant for cocapture
CN102695935A (en) Method and apparatus for producing at least one argon-enriched fluid and at least one oxygen-enriched fluid from a residual fluid
Tonziello et al. Oxygen production technologies for IGCC power plants with CO2 capture
FI111607B (en) A process for producing liquid carbon dioxide from flue gas under normal pressure
EP1532360B1 (en) A method and a device for production of mechanical work and cooling/heating in conjunction with a combustion machine
Iloeje Process modeling and analysis of CO₂ purification for oxy-coal combustion
JP7025310B2 (en) Gas turbine combined cycle power generation system, gas turbine combined cycle power generation method
US20240207772A1 (en) System, apparatus, and method for capture of multi-pollutants from industrial gases and/or exhausts
US20240252978A1 (en) Component Separation from Gas Streams
US20180163571A1 (en) Oxyfuel power plant process
KR20240118743A (en) Methods for capturing CO2 from flue gas of district heating plants
WO2018200526A1 (en) Process for carbon dioxide recapture with improved energy recapture
Andersson et al. Process evaluation of CO {sub 2} free combustion in an O {sub 2}/CO {sub 2} power plant
Utilizing et al. Postcombustion CO2 Capture for

Legal Events

Date Code Title Description
MA Patent expired