PL228625B1 - Sposób schładzania dwutlenku węgla CO2 wyseparowanego ze spalin ze spalania paliw stałych w kotłach energetycznych - Google Patents

Description

(12)OPIS PATENTOWY ₍i₉₎PL ₍u)228625 (13) B1 (51) Int.CI.

(21) Numer zgłoszenia: 412205 _{F01K 23/QQ (200601)}

F23J 15/06 (2006.01)

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: 30.04.2015

Sposób schładzania dwutlenku węgla CO2 wyseparowanego ze spalin ze spalania paliw stałych w kotłach energetycznych

	(73) Uprawniony z patentu:
(43) Zgłoszenie ogłoszono:	POLITECHNIKA CZĘSTOCHOWSKA, Częstochowa, PL
07.11.2016 BUP 23/16	(72) Twórca(y) wynalazku:
	MARCIN PANOWSKI, Częstochowa, PL
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono:	ROBERT ZARZYCKI, Kopalnia, PL
30.04.2018 WUP 04/18	(74) Pełnomocnik:
	rzecz, pat. Cezary Radecki

CM co

CM

CM

Ω.

PL 228 625 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób schładzania dwutlenku węgla CO2 wyreparowanego ze spalin ze spalania paliw stałych w kotłach energetycznych do zastosowania w branży energetycznej dla dużych bloków energetycznych, powyżej 500 MW.

Produkcja energii elektrycznej i ciepła oparta na technologiach spalania paliw stałych wiąże się z generowaniem, a następnie emitowaniem do atmosfery znaczących ilości szkodliwych substancji, w tym dwutlenku węgla CO2, powstałych w procesie spalania. Prowadzone prace rozwojowe w tym zakresie mają na celu efektywne ograniczenie emisji szkodliwych substancji, a w przypadku dwutlenku węgla dotyczą one głównie opracowywania technologii wychwytywania dwutlenku węgla CO2 przed procesem spalania, jego separacji ze spalin, a następnie przygotowania dwutlenku węgla dla odbiorcy końcowego, na przykład w celu łatwego transportu, czy składowania.

Znany jest z publikacji europejskiego opisu patentowego EP 2395206 blok energetyczny z układem sprężania dwutlenku węgla CO2, gdzie po wyjściu z układu wychwytu i doczyszczania jest on kierowany do układu wielostopniowego sprężania.

Celem rozwiązania według wynalazku jest opracowanie prostego sposobu schładzania dwutlenku węgla CO2 pochodzącego ze spalin ze spalania paliw stałych w kotłach energetycznych dużych bloków energetycznych, który umożliwi uzyskanie temperatury końcowej sprężanego gazu poniżej 25°C w szczególności przy ciśnieniu sprężanego dwutlenku węgla CO2 powyżej 8 MPa.

Sposób według wynalazku polega na tym, że dwutlenek węgla CO2, podczas wielostopniowego sprężania, poddaje się międzystopniowemu chłodzeniu w sprężarce wielostopniowej, dla uzyskania ciśnienia powyżej 8 MPa i temperatury nie mniejszej jak 120°C, a następnie poddaje się go trójetapowemu procesowi chłodzenia w szeregowo połączonych przeponowych wymiennikach ciepła, przy czym w pierwszym etapie dwutlenek węgla CO2 schładza się do temperatury 90:000°C, w drugim etapie uzyskuje się temperaturę 50:70°C, natomiast w trzecim etapie chłodzenia dwutlenek węgla CO2 poddaje się chłodzeniu do uzyskania temperatury końcowej nie przekraczającej 25°C, przy ciśnieniu nie mniejszym niż 8 MPa.

Korzystnym jest, gdy czynnik chłodzący w postaci wody z pierwszego etapu chłodzenia kieruje się do generatora chłodziarki absorpcyjnej, ponieważ w pierwszym etapie chłodzenia, dwutlenek węgla CO2 charakteryzuje się najwyższą temperaturą, co skutkuje także wysoką, powyżej 100°C temperaturą czynnika chłodzącego w tym etapie. Czynnik chłodzący o takiej temperaturze stanowi źródło energii napędowej chłodziarki absorpcyjnej i umożliwia realizację chłodzenia CO2 według wynalazku.

Korzystnym jest, jeżeli czynnikiem chłodzącym w drugim etapie chłodzenia jest kondensat pobierany sprzed układu regeneracji bloku energetycznego, który wpływa na zwiększenie sprawności wytwarzania energii elektrycznej bloku energetycznego poprzez odzysk ciepła odpadowego z chłodzenia dwutlenku węgla. Ponadto, zastosowanie chłodzenia CO2 kondensatem w drugim etapie chłodzenia, pozwala na zastosowanie chłodziarki o mniejszej mocy, co zmniejsza jednocześnie koszty inwestycyjne związane z realizacją chłodzenia CO2 według wynalazku.

Korzystnym jest, gdy czynnik chłodzący w postaci wody z trzeciego etapu chłodzenia kieruje się do parownika chłodziarki absorpcyjnej.

Na trzecim etapie chłodzenia dwutlenek węgla ma najniższą temperaturę, co skutkuje także niską temperaturą czynnika chłodzącego w tym etapie. Skierowanie czynnika chłodzącego z trzeciego etapu do parownika chłodziarki jest korzystne, gdyż stanowi on dolne źródło ciepła dla chłodziarki absorpcyjnej, umożliwiając realizację chłodzenia CO2 w sposób według wynalazku.

Sposób przygotowania dwutlenku węgla CO2 według wynalazku, uzyskanych parametrach, to jest o temperaturze nie większej niż 25°C i ciśnieniu nie mniejszym niż 8 MPa, pozwalających zachować go w stanie dużej gęstości, umożliwia jego dalsze przemysłowe wykorzystanie, przez co przyczynia się do ograniczenia emisji dwutlenku węgla CO2 do atmosfery, zwłaszcza w dużych blokach energetycznych.

Sposób według wynalazku może być również stosowany do schładzania dowolnego gazu, w tym także do schładzania dwutlenku węgla CO2 wyseparowanego ze spalania innych paliw.

Wynalazek zostanie bliżej objaśniony w przykładzie układu przedstawionym na rysunku, który jest schematem ideowym układu do schładzania CO2 i przykładzie przebiegu schładzania CO2 według sposobu.

W obiegu cieplnym bloku energetycznego najniższe temperatury czynnika roboczego nie dają możliwości bezpośredniego wykorzystania go do schłodzenia oczyszczonego CO2 do wymaganych

PL 228 625 B1 temperatur. Niemniej jednak, znaczne ilości ciepła odpadowego są generowane, a ciepło to może zostać spożytkowane na przykład na produkcję chłodu. Zaproponowano zatem, aby końcowe schładzanie dwutlenku węgla zrealizowane zostało w chłodziarce absorpcyjnej.

Podczas spalania paliw węglowych w kotłach energetycznych powstają spaliny zawierające między innymi dwutlenek węgla. Po wstępnym oczyszczeniu z pyłów, tlenków siarki i azotu, spaliny te kierowane są następnie do układu wychwytu i doczyszczania dwutlenku węgla 1, który oparty może być na dowolnej technologii separacji, takiej jak na przykład technologia absorpcyjna czy adsorpcyjna. Produktem procesu separacji jest dwutlenek węgla CO2 o czystości wymaganej przez odbiorcę końcowego i parametrach termodynamicznych bliskich parametrom otoczenia, to jest 0,1013 MPa i 25°C. Wychwycony i odseparowany ze spalin dwutlenek węgla CO2 o takich parametrach stanowi strumień wejściowy do sposobu jego sprężania i schładzania.

W pierwszym etapie sposobu chłodzenia dwutlenek węgla CO2 poddaje się wielostopniowemu sprężaniu z chłodzeniem międzystopniowym w sprężarce wielostopniowej 2, dla uzyskania ciśnienia powyżej 8 MPa i temperatury nie mniejszej jak 120°C, po czym poddaje się go trójetapowemu procesowi chłodzenia w szeregowo połączonych przeponowych wymiennikach ciepła 3, 4 i 5, przy czym na wyjściu wymiennika 3 pierwszego etapu chłodzenia dwutlenek węgla schładza się do temperatury 90:100°C, a czynnik chłodzący w postaci wody z pierwszego etapu chłodzenia skierowany jest do generatora 7 chłodziarki absorpcyjnej 6. Wstępnie schłodzony w pierwszym etapie dwutlenek węgla skierowany jest następnie do drugiego wymiennika 4 dla realizacji drugiego etapu, gdzie schładza się do temperatury 50:70°C, przy czym czynnikiem chłodzącym w drugim etapie jest kondensat pobierany sprzed układu regeneracji parowego bloku energetycznego. W dalszej kolejności dwutlenek węgla CO2 skierowany jest do trzeciego wymiennika 5 dla realizacji trzeciego etapu chłodzenia, przy czym czynnik chłodzący w postaci wody z trzeciego etapu chłodzenia kieruje się do parownika 8 chłodziarki absorpcyjnej 6. Na wyjściu z wymiennika 5 trzeciego etapu chłodzenia, dwutlenek węgla CO2 uzyskuje wymaganą temperaturę końcową nie większą niż 25°C przy ciśnieniu nie mniejszym niż 8 MPa.

P r z y k ł a d

Wyseparowany ze spalin dwutlenek węgla CO2 skierowano do sprężarki trój stopniowej 2 z chłodzeniem międzystopniowym, gdzie na wyjściu uzyskał ciśnienie 12,3 MPa, przy temperaturze gazu 143°C. Sprężony dwutlenek węgla CO2 skierowano następnie na pierwszy etap chłodzenia 3, gdzie został schłodzony do temperatury 96°C, a jego ciśnienie wyniosło 12,23 MPa. Następnie, częściowo schłodzony gaz skierowano do drugiego etapu chłodzenia 4, gdzie został schłodzony do temperatury 58°C, a jego ciśnienie wyniosło 12,15 MPa. Następnie, tak schłodzony dwutlenek węgla skierowano do trzeciego etapu chłodzenia 5, gdzie uległ dochłodzeniu do temperatury końcowej 25°C, a jego ciśnienie wyniosło 12 MPa.

Claims (4)

1. Sposób schładzania dwutlenku węgla CO2 wyseparowanego ze spalin ze spalania paliw stałych w kotłach energetycznych, po uprzednim jego sprężaniu, znamienny tym, że dwutlenek węgla CO2, podczas wielostopniowego sprężania, poddaje się międzystopniowemu chłodzeniu w sprężarce wielostopniowej (2), dla uzyskania ciśnienia powyżej 8 MPa i temperatury nie mniejszej jak 120°C, a następnie poddaje się go trójetapowemu procesowi chłodzenia w szeregowo połączonych przeponowych wymiennikach ciepła (3), (4) i (5), przy czym w pierwszym etapie dwutlenek węgla CO2 schładza się do temperatury 90:100°C, w drugim etapie uzyskuje się temperaturę 50:70°C, natomiast w trzecim etapie chłodzenia dwutlenek węgla CO2 poddaje się chłodzeniu do uzyskania temperatury końcowej nie przekraczającej 25°C, przy ciśnieniu nie mniejszym niż 8 MPa.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że czynnik chłodzący w postaci wody z pierwszego etapu chłodzenia kieruje się do generatora (7) chłodziarki absorpcyjnej (6).

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że czynnikiem chłodzącym w drugim etapie chłodzenia jest kondensat pobierany sprzed układu regeneracji bloku energetycznego.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że czynnik chłodzący w postaci wody z trzeciego etapu chłodzenia kieruje się do parownika (8) chłodziarki absorpcyjnej (6).