RU2557945C2 - Способ для сжижения топочного газа от сжигательных установок - Google Patents

Способ для сжижения топочного газа от сжигательных установок Download PDF

Info

Publication number
RU2557945C2
RU2557945C2 RU2012149433/06A RU2012149433A RU2557945C2 RU 2557945 C2 RU2557945 C2 RU 2557945C2 RU 2012149433/06 A RU2012149433/06 A RU 2012149433/06A RU 2012149433 A RU2012149433 A RU 2012149433A RU 2557945 C2 RU2557945 C2 RU 2557945C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
stripper
separation
heat exchanger
stage
liquid
Prior art date
Application number
RU2012149433/06A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2012149433A (ru
Inventor
Олаф ШТАЛЛЬМАНН
Original Assignee
Альстом Текнолоджи Лтд
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 Альстом Текнолоджи Лтд filed Critical Альстом Текнолоджи Лтд
Publication of RU2012149433A publication Critical patent/RU2012149433A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2557945C2 publication Critical patent/RU2557945C2/ru

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/002—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by condensation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/06—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by partial condensation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/0002—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the fluid to be liquefied
    • F25J1/0027—Oxides of carbon, e.g. CO2
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/0228—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream
    • F25J3/0266—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream separation of carbon dioxide
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/06—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by partial condensation
    • F25J3/063—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by partial condensation characterised by the separated product stream
    • F25J3/067—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by partial condensation characterised by the separated product stream separation of carbon dioxide
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J5/00—Arrangements of cold exchangers or cold accumulators in separation or liquefaction plants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/50—Carbon oxides
    • B01D2257/504—Carbon dioxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2258/00—Sources of waste gases
    • B01D2258/02—Other waste gases
    • B01D2258/0283—Flue gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/02—Processes or apparatus using separation by rectification in a single pressure main column system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/40—Features relating to the provision of boil-up in the bottom of a column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/70—Refluxing the column with a condensed part of the feed stream, i.e. fractionator top is stripped or self-rectified
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/76—Refluxing the column with condensed overhead gas being cycled in a quasi-closed loop refrigeration cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/02—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using simple phase separation in a vessel or drum
    • F25J2205/04—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using simple phase separation in a vessel or drum in the feed line, i.e. upstream of the fractionation step
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
    • F25J2210/70—Flue or combustion exhaust gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
    • F25J2215/04—Recovery of liquid products
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2220/00—Processes or apparatus involving steps for the removal of impurities
    • F25J2220/80—Separating impurities from carbon dioxide, e.g. H2O or water-soluble contaminants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2220/00—Processes or apparatus involving steps for the removal of impurities
    • F25J2220/80—Separating impurities from carbon dioxide, e.g. H2O or water-soluble contaminants
    • F25J2220/82—Separating low boiling, i.e. more volatile components, e.g. He, H2, CO, Air gases, CH4
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/04—Compressor cooling arrangement, e.g. inter- or after-stage cooling or condensate removal
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/30—Compression of the feed stream
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/32—Compression of the product stream
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2235/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams
    • F25J2235/80—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams the fluid being carbon dioxide
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/90—Hot gas waste turbine of an indirect heated gas for power generation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2260/00—Coupling of processes or apparatus to other units; Integrated schemes
    • F25J2260/80—Integration in an installation using carbon dioxide, e.g. for EOR, sequestration, refrigeration etc.
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/02—Internal refrigeration with liquid vaporising loop
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/04—Internal refrigeration with work-producing gas expansion loop
    • F25J2270/06—Internal refrigeration with work-producing gas expansion loop with multiple gas expansion loops
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/80—Quasi-closed internal or closed external carbon dioxide refrigeration cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2290/00—Other details not covered by groups F25J2200/00 - F25J2280/00
    • F25J2290/62—Details of storing a fluid in a tank
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/32—Direct CO2 mitigation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)

Abstract

Изобретение относится к способу производства жидкого СО2 из газообразных продуктов сгорания. Топочный газ сжимают в первом компрессоре, затем охлаждают в первом охладителе и частично конденсируют на двух ступенях разделения. Две ступени разделения охлаждают расширяющимся отходящим газом и расширяющимся жидким СО2. Вторая ступень разделения включает второй теплообменник и стриппер CO2, в котором поток жидкого CO2 из первой ступени разделения поступает в стриппер CO2 непосредственно и поток CO2 из первой ступени разделения поступает в стриппер СО2 через второй теплообменник. Жидкий СО2 в стриппере кипятят ребойлером и из верхней части стриппера СО2 отходящий газ выделяют, расширяют в регулирующем давление клапане и используют в ступенях разделения для целей охлаждения. Также жидкий СО2 из ребойлера и стриппера CO2 собирают в буферном барабане. Технический результат заключается в повышении чистоты сжиженного СО2 без увеличения потребности в энергии. 11 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.

Description

Изобретение относится к способу и устройству для сжижения CO2, который содержится в топочных газах, образующихся в процессах горения, например сжигающей ископаемое топливо паровой электростанции. Давно уже известно сжижение CO2 из топочного газа с использованием криогенных способов.
В большинстве криогенных способов производства жидкого CO2 из газообразных продуктов сгорания используют традиционные схемы разделения, включающие две или более ступеней разделения. Эти устройства для сжижения CO2 являются относительно простыми и работают без проблем. Один основной недостаток этих устройств представляет собой их высокую потребность в энергии, что производит отрицательное воздействие на эффективность электростанции.
Таким образом, задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить способ и устройство для сжижения CO2, содержащегося в топочном газе, чтобы работать с пониженной потребностью в энергии и, таким образом, увеличивать чистую эффективность электростанции. Следующая задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы повышать чистоту сжиженного CO2 способом, не увеличивающим потребности в энергии.
В то же время способ должен быть простым, насколько это возможно, и обеспечивающим легкость управления устройством, чтобы гарантировать надежную и бесперебойную работу.
Согласно настоящему изобретению, данная задача решается способом по изобретению.
Способ по изобретению уменьшает до минимума потребность в сушке топочного газа с помощью специального сушильного устройства (например, адсорбционной сушилки) перед поступлением в криогенный процесс. Соответственно, сокращается потребление энергии в процессе работы и необходимость обслуживания сушильного устройства.
Следующий преимущественный вариант осуществления заявленного изобретения включает первый теплообменник и первый барабанный сепаратор в первой ступени разделения, где первый теплообменник охлаждают расширяющимся CO2 из первого барабанного сепаратора. Этот способ производит в качестве продукта жидкий CO2 на первом уровне высокого давления, таким образом сводя до минимума требуемое сжатие.
Следующий преимущественный вариант осуществления заявленного изобретения включает второй теплообменник и второй барабанный сепаратор во второй ступени разделения, где второй теплообменник охлаждают расширяющимся CO2 из второго барабанного сепаратора. Этот способ обеспечивает достижение требуемого выхода CO2, сохраняя при этом конечное качество CO2 на высоком уровне чистоты, составляющем более 95% об.
При использовании второго теплообменника и стриппера CO2 во второй ступени разделения поток жидкого CO2 из первой ступени разделения поступает непосредственно в стриппер CO2, и поток CO2 из первой ступени разделения поступает в стриппер CO2 через второй теплообменник. Этот способ позволяет производить высококачественный CO2, чистота которого составляет более чем 99% об. Если жидкий CO2 в стриппере CO2 кипятят ребойлером и из верхней части стриппера CO2 отходящий газ выделяют, расширяют в регулирующем давление клапане и используют в ступенях разделения для целей охлаждения, можно сократить потребность в энергии на дополнительное охлаждение.
Способ по изобретению предлагает в качестве продукта жидкий CO2 на первом уровне повышенного давления, таким образом сводя к минимуму необходимость сжатия.
Способ по изобретению предусматривает открытую систему охлаждения и тем самым исключает устройство отдельного охлаждающего блока. Это повышает энергетическую эффективность и снижает расходы на сооружение установки сжижения CO2.
Путем сбора жидкого CO2 из ребойлера и из стриппера CO2 в буферном барабане сводится до минимума необходимость сжатия впоследствии испаряемого CO2. Эти преимущества может также обеспечивать способ по изобретению.
Если часть жидкого CO2 выводить из буферного барабана или стриппера CO2 и перекачивать вторым продуктовым насосом на нагнетательную сторону второго компрессора или сторону всасывания первого продуктового насоса, можно обеспечить дополнительное сокращение потребности в сжатии.
Способ по изобретению предусматривает, что топочный газ сжимают в первом компрессоре, охлаждают в первом охладителе и/или сушат в сушилке перед поступлением в первую ступень разделения, уменьшая потребление энергии в процессе работы и обслуживания сушильного устройства.
Если отходящий газ с последней ступени разделения расширяется приблизительно до 17 бар (1,7 МПа), в результате чего температура составляет приблизительно -54°C перед поступлением в теплообменник последней ступени разделения, можно сводить до минимума необходимость сжатия топочного газа, избегая при этом образования сухого льда.
Следующие чертежи представляют несколько вариантов осуществления заявленного изобретения.
На чертежах показано:
фиг.1 - первый вариант осуществления заявленного изобретения,
фиг.2 - второй вариант осуществления заявленного изобретения, включающий разделительную колонну и открытую систему охлаждения,
фиг.3 - третий вариант осуществления заявленного изобретения, включающий второй продуктовый насос для сжиженного CO2,
фиг.4 - четвертый вариант осуществления заявленного изобретения с двухступенчатым режимом расширения отходящего газа с использованием двух турбодетандеров, и
фиг.5 - пятый вариант осуществления заявленного изобретения.
Технологическое описание
На чертежах значения температуры и давления в различных точках потока топочного газа, а также потока CO2 обозначены так называемыми указателями. Значения температуры и давления, относящиеся к каждому указателю, приведены далее в таблице. Для специалиста в данной области техники очевидно, что эти значения температуры и давления представляют собой пример. Они могут изменяться в зависимости от состава топочного газа, температуры окружающей среды и требуемой чистоты жидкого CO2.
На фиг.1 первый вариант осуществления заявленного изобретения представлен в виде блок-схемы. Как можно видеть на фиг.1, в первом компрессоре 1 топочный газ сжимают. Первый компрессор 1 может выполнять многоступенчатый процесс сжатия, причем охладители и сепараторы воды установлены между всеми ступенями сжатия (не показаны на чертеже), отделяющими основную массу водяного пара в виде воды от топочного газа 3.
После выхода из первого компрессора 1 топочный газ 3 имеет температуру, значительно превышающего температуру окружающей среды, и его затем охлаждают до приблизительно 13°C первым охладителем 5. Давление составляет приблизительно 35,7 бар (3,57 МПа) (см. указатель 1).
Между первым компрессором 1 и первым охладителем 5 топочный газ необходимо очищать от ртути, которая может конденсироваться и определенно разрушать паянные алюминием теплообменники 11 и 17. Отделение ртути можно осуществлять в ртутном адсорбере с неподвижным слоем (не показан на чертежах).
Влагу, которая все еще содержится в потоке топочного газа 3, отделяют, используя подходящий способ сушки, например адсорбционную сушку в сушилке 7, и затем направляют на первую ступень 9 разделения. Эта первая ступень 9 разделения включает первый теплообменник 11 и первый барабанный сепаратор 13. Первый теплообменник 11 служит для охлаждения потока 3 топочного газа. В результате этого охлаждения происходит частичная конденсация CO2, содержащегося в потоке 3 топочного газа. Соответственно, поток 3 топочного газа поступает в первый барабанный сепаратор 13 в виде двухфазной смеси газа и жидкости. В первом барабанном сепараторе 13 жидкая фаза и газовая фаза потока 3 топочного газа разделяются главным образом под действием силы тяжести. В первом барабанном сепараторе 13 давление составляет приблизительно 34,7 бар (3,47 МПа), и температура составляет -19°C (см. указатель 5).
На дне первого барабанного сепаратора 13 жидкий CO2 (см. номер 3.1) отделяют и с помощью первого уменьшающего давление клапана 15.1 расширяют до давления, составляющего приблизительно 18,4 бар (1,84 МПа). Расширение в первом уменьшающем давление клапане 15.1 приводит к температуре CO2 от -22°C до -29°C (см. указатель 10). Этот поток 3.1 CO2 охлаждает поток 3 топочного газа в первом теплообменнике 11. В результате поток 3.1 CO2 испаряется. На выходе первого теплообменника 11 у потока 3.1 CO2 температура составляет приблизительно +25°C, и давление составляет приблизительно 18 бар (1,8 МПа) (см. указатель 11). Этот поток 3.1 CO2 направляют на вторую ступень второго компрессора 25.
Второй поток 3.2 топочного газа выделяют из верхней части первого барабанного сепаратора 13 в газообразном состоянии и затем охлаждают во втором теплообменнике 17 и частично конденсируют. После прохождения второго теплообменника 17 второй поток 3.2 представляет собой двухфазную смесь и поступает во второй барабанный сепаратор 19. Второй теплообменник 17 и второй барабанный сепаратор 19 представляют собой основные компоненты второй ступени 21 разделения.
Во втором барабанном сепараторе 19 под действием силы тяжести снова происходит разделение жидкой фазы и газовой фазы второго потока 3.2. Во втором барабанном сепараторе 19 давление составляет приблизительно 34,3 бар (3,43 МПа), и температура составляет приблизительно -50°C (см. указатель 6).
Газовую фазу во втором барабанном сепараторе 19, так называемый отходящий газ 23, выделяют из верхней части второго барабанного сепаратора 19, расширяют приблизительно до 17 бар (1,7 МПа) во втором уменьшающем давление клапане 15.2 таким образом, что он охлаждается приблизительно до -54°C. Отходящий газ 23 проходит через второй теплообменник 17, в результате чего охлаждается и частично конденсируется топочный газ 3.2.
В нижней части второго барабанного сепаратора 19 жидкий поток 3.3 CO2 выделяют и расширяют приблизительно до 17 бар (1,7 МПа) в третьем уменьшающем давление клапане 15.3 таким образом, что он достигает температуры -54°C (см. указатель 7a).
Поток 3.3 CO2 также поступает во второй теплообменник 17. Во втором теплообменнике 17 часть жидкого CO2 3.3 испаряется, и поток 3.3 выделяют из второго теплообменника 17, расширяют до приблизительно 5-10 бар (0,5-1 МПа) в четвертом уменьшающем давление клапане 15.4 таким образом, что достигается температура -54°C (см. указатель 7b), и он снова поступает во второй теплообменник 17.
После прохождения потока 3.3 через второй теплообменник 17 он поступает в первый теплообменник 11. На входе первого теплообменника 11 поток 3.3 имеет давление, составляющее приблизительно от 5 до 10 бар (0,5-1 МПа), и температуру от -22°C до -29°C (см. указатель 14).
Частичный поток 3.3 принимает тепло в первом теплообменнике 11 таким образом, что на выходе из него температура потока составляет приблизительно -7°C при давлении, составляющем приблизительно от 5 до 10 бар (0,5-1 МПа). Третий частичный поток 3.3 направляют на первую ступень сжатия второго компрессора 25 и сжимают приблизительно до 18 бар (1,8 МПа).
Затем поток 3.1 сжатого CO2 поступает на вторую ступень многоступенчатого компрессора 25, представленного на фиг.1.
Промежуточный охладитель между различными ступенями второго компрессора 25 и заключительный охладитель для сжатого CO2 не представлены на фиг.1-5.
На выходе второго компрессора 25 сжатый CO2 имеет давление от 60 бар (6 МПа) до 110 бар (11 МПа) и температуру от 80°C до 130°C (см. указатель 19). Затем в заключительном охладителе, который не представлен на чертежах, CO2 охлаждают до температуры окружающей среды.
Если это необходимо, CO2 можно направлять непосредственно в трубопровод или сжижать и направлять из первого продуктового насоса 27, например, в трубопровод CO2 (не показан на чертежах). Первый продуктовый насос 27 повышает давление жидкого CO2 до давления внутри трубопровода CO2, которое может составлять приблизительно 120 бар (12 МПа).
Возвращаясь к отходящему газу 23, который выделяют из верхней части второго барабанного сепаратора 19, можно видеть, что отходящий газ 23 проходит через второй регулирующий давление клапан 15.2, второй теплообменник 17 и первый теплообменник 11, в результате чего он принимает тепло от потока 3 топочного газа. На выходе первого теплообменника 11 отходящий газ 23 имеет температуру, составляющую приблизительно от 26°C до 30°C, при давлении, составляющем приблизительно 26 бар (2,6 МПа) (см. указатель 16).
Для максимального повышения возврата энергии отходящий газ 23 перегревают в перегревателе 29 отходящего газа и затем направляют в турбодетандер 31 или любой другой детандер. В детандере механическая энергия восстанавливается, и после этого отходящий газ 23 выходит в окружающую среду при давлении, приблизительно соответствующем давлению окружающей среды.
Для целей охлаждения первый охладитель 5 соединен через трубы 33 и насос 35 охлажденной воды с первым теплообменником 11. Внутри труб 33 течет смесь воды и гликоля, питая первый охладитель 5 охлажденной водой (см. указатели 3 и 4).
Вода, которая замораживается в установленном ниже по потоку охлаждающем оборудовании, отделяется от исходного газа, например, путем адсорбции в сушилке 7. Чтобы сократить до минимума требуемую в таком случае массу влагопоглотителя в сушилке 7, топочный газ охлаждают в первом охладителе 5 приблизительно до 13°C, используя смесь гликоля и воды, охлажденную в первом теплообменнике 11 охладителя 1. Контур смеси гликоля и воды включает насос 35 охлажденной воды.
Смесь гликоля и воды из первого охладителя 5, имеющую температуру, которая составляет приблизительно 40-50°C (см. указатель 3), перекачивают в воздушный или водяной теплообменник (не показан на чертежах) и охлаждают до температуры окружающей среды. Охлажденную смесь гликоля и воды затем направляют в первый теплообменник 11 для охлаждения, используя потоки продукта и отходящего газа 3.1, 3.2 и 23.
Выходя из первого теплообменника 11, охлажденная смесь гликоля и воды, температура которой составляет приблизительно 10°C (см. указатель 4), возвращается в первый охладитель 1. Регулирование температуры выпуска охлажденной смеси гликоля и воды можно каскадно включать на регулятор потока в контуре. Нагрузку первого охладителя 5 регулируют посредством температуры поступающей смеси гликоля и воды.
Питание первого охладителя 5 от первого теплообменника 11 имеет некоторые преимущества; прежде всего, топочный газ можно охлаждать приблизительно до 10°C, что обеспечивает эффективный процесс сушки в сушилке 7.
Возникновение трещины трубы первого охладителя 5 или протечки топочного газа в контур смеси гликоля и воды можно легко обнаружить, и это не наносит немедленного вреда первому теплообменнику 11. Наконец, эта конфигурация является весьма энергоэкономичной, уменьшая потребление энергии всего процесса.
Figure 00000001
После отделения сконденсированной воды в сепараторе топочного газа (не показан на чертежах) между первым охладителем 5 и сушилкой 7, который отделяет основную массу воды, что позволяет оставаться достаточно далеко от условий образования гидратов, топочный газ сушат в сушилке 7 топочного газа.
Чтобы предотвратить закупоривание теплообменников 11, 17 и отложение твердых веществ в охлаждающей секции, а именно в первом охладителе 5, можно предусмотреть фильтр (не показан на чертежах) для ограничения размера частиц в топочном газе до приблизительно 1 мкм.
На фиг.2 идентичные компоненты обозначены одинаковыми условными номерами. Описание в отношении фиг.1 применяется соответствующим образом.
Сухой газ из сушилки 7 частично конденсируют в первом теплообменнике 11, используя поток 3.3 продукта и поток 23 отходящего газа, до температуры, составляющей приблизительно -19°C. Полученный жидкий CO2 отделяют в первом барабанном сепараторе 13. Назначение жидкости зависит от требуемого качества продукта. Для процесса типа добычи нефти с искусственным поддержанием энергии пласта или с искусственным изменением физико-химических свойств нефти (EOR) жидкость из первого барабанного сепаратора 13 направляют в колонну стриппера 37 CO2 на промежуточном уровне подачи, в то время как в режиме засоленного водоносного горизонта (SA) жидкость направляют непосредственно в поток нижней фракции стриппера 37 CO2. Вторая альтернатива не представлена на чертежах.
Пар 3.2, отводимый из верхней части первого барабанного сепаратора 13, затем конденсируют во втором теплообменнике 17, используя поток 3.3 продукта и поток 23 отходящего газа, перед направлением в качестве орошающей фракции в верхнюю часть стриппера 37 CO2.
Давление в системе выбирают таким образом, что возможна конденсация пара при одновременном сохранении достаточно большого промежутка до температур сублимации и плавления CO2.
Стриппер 37 CO2 состоит из колонны с ребойлером 32 и может включать дополнительный ребойлер (не показан на чертежах). Для такой конфигурации не требуется никакая система конденсации верхней фракции.
Поток, поступающий в стриппер 37 CO2, предварительно охлаждают. Это исключает необходимость отдельной системы конденсации верхней фракции и орошения. Предварительное охлаждение исходного материала обеспечивает достаточную конденсацию CO2 в стриппере 37 CO2 для создания требуемого извлечения CO2. Если это необходимо, поток CO2 можно получать из возвратной линии бойлера 32, чтобы увеличивать суммарное орошение (не показано на чертежах). Качество/чистоту CO2 поддерживают в заданных пределах путем регулирования нагрузок ребойлера 32 и необязательного дополнительного ребойлера.
Давление в стриппере 37 CO2 регулируют скоростью потока пара, отводимого из верхней части. Поскольку резкое снижение давления отходящего газа 23 от приблизительно 32 бар (3,2 МПа) в верхней части стриппера 37 CO2 до условий вытяжной трубы приводит к охлаждению до температуры -90°C, установлена каскадная система (см. фиг.4 и 5). Это позволяет сохранять температуру отходящего газа 23 на достаточно высоком уровне. На фиг.2 представлен только один уменьшающий давление клапан 15.2. После прохождения второго и первого теплообменников 17 и 11 отходящий газ 23 можно перегревать в нагревателе отходящего газа (отсутствует условный номер на фиг.2) и детандере для возврата энергии.
Требуемый подвод тепла в ребойлер 32 обеспечивает конденсация хладагента 3.4 CO2 из выпуска второй ступени второго компрессора 25. Этот хладагент 3.4 CO2 протекает после прохождения ребойлера 32 через уменьшающий давление клапан 15.7 в буферный барабан 39.
Нагрузку ребойлера 32 регулируют затоплением стороны хладагента с помощью регулятора уровня. Заданное значение уровня регулируют с помощью каскада анализатора CO2. Точка отбора проб расположена в нижней секции колонны стриппера 37 CO2. Полученный в результате жидкий хладагент затем направляют в приемник хладагента или в буферный барабан 39.
Продукт из поддона колонны отводят по двум путям, один на регуляторе уровня и другой на регуляторе потока.
Первый путь полученного из поддона CO2 проходит через регулятор уровня из ребойлера 32 в буферный барабан 39. Необязательный дополнительный ребойлер (не показан на чертежах) можно устанавливать, если жидкость далее частично охлаждают. Это обеспечивает сведение до минимума паровой фракции после резкого уменьшения давления. Частично охлажденную жидкость затем направляют в буферный барабан 39.
Буферный барабан 39 предусмотрен для управления жидкостью, что означает сбор и распределение хладагента в первый теплообменник 11 и/или второй теплообменник 17.
Сжиженный хладагент CO2 из буферного барабана 39 расширяется на различных уровнях (см. указатели 7 и 10).
Соответственно хладагент CO2 поступает на два температурных уровня. Нижний температурный уровень составляет приблизительно -54°C, где давление CO2 резко снижается до 5,8 бар (0,58 МПа) (см. указатель 7) от 7,3 бар (0,73 МПа). Этот полученный CO2 и поток 3.3 низкого давления поступают во второй теплообменник 17.
Второй температурный уровень составляет приблизительно от -22°C до -29°C. Поток хладагента 3.1 высокого давления расширяют с помощью расширительного клапана 15.6 приблизительно до 18 бар (1,8 МПа) (см. указатель 10) и используют в первом теплообменнике 11, чтобы обеспечивать охлаждение.
В первом теплообменнике 11 и втором теплообменнике 17 CO2 поток 3.3 продукта испаряется и поступает, выходя из выпуска первого теплообменника 11 при 3°C, на первую ступень второго компрессора 25. Хладагент 3.1 высокого давления перегревают до приблизительно 26°C в первом теплообменнике 11 (см. указатель 11).
После прохождения поток 3.3 продукта сжимают и сжижают, используя многоступенчатый второй компрессор 25. Поток хладагента 3.1 высокого давления поступает во второй компрессор 25 на вторую ступень.
Полученный пар CO2 3.3, выходящий из первого теплообменника 11, повторно сжимают на третьей ступени компрессора CO2 25.
Нагрузку второго компрессора 25 регулируют посредством регулирования давления всасывания. Чтобы свести до минимума требуемое сжатие, температуру впуска используют в качестве средства регулирования потока хладагента низкого давления.
После первой ступени сжатия и охлаждения поток 3.3 полученного CO2 объединяют с потоком 3.1 хладагента высокого давления из первого теплообменника 11.
Отвод CO2, который требуется для работы ребойлера 32, осуществляют после второй ступени сжатия при давлении, составляющем приблизительно 36,5 бар (3,65 МПа) (см. указатель 20). Это обеспечивает, что температура конденсации приблизительно на 5°C превышает температуру ребойлера. Здесь применяется принцип открытой системы охлаждения. Преимущество этой конфигурации заключается в том, что полученный CO2 не загрязняется в случае протечки или трещины в трубе теплообменника.
Давление на выпуске второй ступени компрессора 25 регулируют с помощью направляющих лопаток на впуске третьей ступени. Откат на регуляторе потока предусмотрен для первой и второй ступеней.
Выпуск третьей ступени второго компрессора 25 можно использовать для нагревания отходящего в вытяжную трубу газа, который подогревают по меньшей мере до 40°C.
Откат на регуляторе потока предусмотрен для третьей ступени.
Выпускное давление третьей ступени составляет предпочтительно ниже 72 бар (7,2 МПа), что также ниже критического давления CO2 (73,773 бар или 7,3773 МПа). Таким образом, возможна докритическая конденсация в последнем водно-воздушном (заключительном) охладителе (не показан на чертежах). Выпускное давление регулируют изменением конденсационной нагрузки водно-воздушного охладителя и сбросом в вытяжную трубу.
Полученный сжиженный CO2 можно направлять в приемник продукта (не показан на чертежах), откуда его можно перекачивать в продуктопровод.
В случае высокой температуры окружающей среды может применяться только сжатие до докритического состояния и охлаждение CO2.
Использование контура смеси воды и гликоля, включающего первый охладитель 5, насос 135 охлажденной воды, первый теплообменник 11 и необходимую систему трубопроводов 33, обеспечивает эффективное охлаждение топочного газа от температур, составляющих приблизительно 60°C, до приблизительно 13°C (см. указатель. 1).
Использование первого теплообменника 11 в качестве теплоотвода для контура смеси воды и гликоля имеет несколько преимуществ. Одно преимущество этой схемы заключается в том, что она обеспечивает очень эффективное охлаждение в отношении достигаемых температур и потребления энергии. Кроме того, можно сводить до минимума размер сушилки.
Второе преимущество, которое могут обеспечивать все варианты осуществления заявленного изобретения, заключается в том, что во всей установке, за исключением контура смеси воды и гликоля, только топочный газ или CO2 используют для осуществления процесса. Это означает, что не требуется использовать никакие опасные или взрывчатые среды, служащие в качестве хладагента, что уменьшает расходы на сооружение и эксплуатацию установки.
Следующее преимущество заключается в том, что в случае неисправности компонентов системы охлаждения CO2 не пострадает качество получаемого CO2. Следующая фиг.3 представляет третий вариант осуществления заявленного изобретения. При сопоставлении фиг.2 и 3 можно видеть, что большинство компонентов и соответствующих трубопроводов являются идентичными. По этой причине описаны только отличия.
Как можно видеть на фиг.3, установлен второй продуктовый насос 41. Этот второй продуктовый насос 41 извлекает из буферного барабана 39 хладагент высокого давления, у которого давление составляет приблизительно 31 бар (3,1 МПа), и повышает давление этого хладагента высокого давления до уровня, составляющего зимой 53 бар (5,3 МПа) и летом максимум 72 бар (7,2 МПа), в зависимости от условий окружающей среды. В худшем случае происходит повышение давления непосредственно до условий трубопровода. Этот уровень давления близок к уровню давления на конце второго компрессора 25, и, таким образом, можно непосредственно передавать хладагент высокого давления, который не требуется для охлаждения, непосредственно из буферного барабана 39 на сторону всасывания первого продуктового насоса 27. Это приводит к значительному уменьшению потребления энергии всей установки и обеспечивает более широкий интервал нагрузок для работы всей установки.
Вариант осуществления, представленный на фиг.4, включает двухступенчатое расширение отходящего газа 23 с помощью первого турбодетандера 31.1 и второго турбодетандера 31.2 для отходящего газа 23. Расширяющийся отходящий газ 23 можно использовать для целей охлаждения в теплообменниках 11 и 17. В этой конфигурации потребление энергии установки можно уменьшать путем двухступенчатого расширения потока отходящего газа 23 и использования механической полезной мощности детандеров 31.1 и/или 31.2 для приведения в действие, например, генератора 1 или компрессоров 25.
Фиг.5 представляет пятый вариант осуществления заявленного изобретения, включающий контур 5, 33, 35 и 11 охлажденной воды, стриппер 37 CO2, второй продуктовый насос 41 и турбодетандеры 31.1 и 31.2 двух ступеней. Этот вариант осуществления высокого уровня включает все отличительные особенности и преимущества вариантов осуществления, представленных на фиг.1-4. Здесь становится очевидным, что отличительные особенности различных вариантов осуществления можно объединять в любом сочетании. Например, можно также исключать контур 5, 33, 35 охлажденной воды и объединять только стриппер 37 CO2, второй продуктовый насос 41 и/или турбодетандеры 31.1 и 31.2 двух ступеней.

Claims (12)

1. Способ производства жидкого СО2 из газообразных продуктов сгорания, в котором топочный газ (3) сжимают в первом компрессоре (1), затем охлаждают в первом охладителе (5) и частично конденсируют по меньшей мере на двух ступенях (9, 21) разделения, где по меньшей мере две ступени (9, 21) разделения охлаждают расширяющимся отходящим газом (23) и расширяющимся жидким СО2 (3.1, 3.3), и где вторая ступень (21) разделения включает второй теплообменник (17) и стриппер (37) CO2, в котором поток жидкого CO2 (3.5) из первой ступени (9) разделения поступает в стриппер (37) CO2 непосредственно, и где поток (3.2) CO2 из первой ступени (9) разделения поступает в стриппер (37) СО2 через второй теплообменник (17), причем жидкий СО2 в стриппере (37) CO2 кипятят ребойлером (32) и из верхней части стриппера (37) СО2 отходящий газ (23) выделяют, расширяют в регулирующем давление клапане (15.2) и используют в ступенях (9, 21) разделения для целей охлаждения, и
жидкий СО2 из ребойлера (32) и стриппера (37) CO2 собирают в буферном барабане (39).
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что первая ступень (9) разделения включает первый теплообменник (11) и первый барабанный сепаратор (13), и в котором первый теплообменник (11) охлаждают расширяющимся СО2 (3.1) из первого барабанного сепаратора (13).
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что вторая ступень (21) разделения включает второй теплообменник (17) и стриппер (37) СО2, причем поток жидкого СО2 (3.5) из первой ступени (9) разделения поступает в стриппер (37) СО2 непосредственно и поток (3.2) CO2 из первой ступени (9) разделения поступает в стриппер (37) СО2 через второй теплообменник (17).
4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что вторая ступень (21) разделения включает второй теплообменник (17) и стриппер (37) CO2, причем поток жидкого СО2 (3.5) из первой ступени (9) разделения поступает в стриппер (37) CO2 непосредственно и поток (3.2) СО2 из первой ступени (9) разделения поступает в стриппер (37) СО2 через второй теплообменник (17).
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что первый охладитель (5) питают охлажденной водой из первой ступени разделения.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что жидкий CO2 расширяется до первого уровня давления (указатель 12) и до второго уровня давления (указатель 11) и поступает в первую или вторую ступень второго компрессора (25) после прохождения по меньшей мере одной из ступеней разделения (9, 21).
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ребойлер (32) питают теплом из второго компрессора (25), предпочтительно из второй ступени второго компрессора (25).
8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере две ступени (9, 21) разделения питают жидким CO2 из буферного барабана (39).
9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что часть жидкого CO2 выделяют из буферного барабана (39) или стриппера (37) CO2 и направляют вторым продуктовым насосом (41) на нагнетательную сторону второго компрессора (25) или сторону всасывания первого продуктового насоса (27).
10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что топочный газ сжимают в первом компрессоре (1), охлаждают в первом охладителе (5) и/или сушат в сушилке (7) перед поступлением в первую ступень (9) разделения.
11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отходящий газ (23) из последней ступени (21) разделения расширяется до приблизительно 17 бар (1,7 МПа) и в результате его температура составляет приблизительно 54°С перед поступлением в теплообменник (17) последней ступени (21) разделения.
12. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отходящий газ (23) перегревается в перегревателе (29) после прохождения всех ступеней (21, 9) разделения и расширяется по меньшей мере в одном детандере (31, 31.1, 31.2) и затем поступает обратно в теплообменники (17) последней ступени (21) разделения.
RU2012149433/06A 2010-04-21 2011-04-19 Способ для сжижения топочного газа от сжигательных установок RU2557945C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP10004249.8 2010-04-21
EP10004249.8A EP2381198B1 (en) 2010-04-21 2010-04-21 Method for separating carbon dioxide from flue gas of combustion plants
PCT/IB2011/000853 WO2011132055A2 (en) 2010-04-21 2011-04-19 Method and installation for liquefying flue gas from combustion installations

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012149433A RU2012149433A (ru) 2014-05-27
RU2557945C2 true RU2557945C2 (ru) 2015-07-27

Family

ID=42801101

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012149433/06A RU2557945C2 (ru) 2010-04-21 2011-04-19 Способ для сжижения топочного газа от сжигательных установок

Country Status (14)

Country Link
US (1) US20130205827A1 (ru)
EP (1) EP2381198B1 (ru)
JP (1) JP2013529281A (ru)
KR (1) KR101484932B1 (ru)
CN (1) CN103038590B (ru)
AU (1) AU2011244078B8 (ru)
BR (1) BR112012027075A2 (ru)
CA (1) CA2796982C (ru)
ES (1) ES2624271T3 (ru)
IL (1) IL222570A0 (ru)
MX (1) MX2012012314A (ru)
RU (1) RU2557945C2 (ru)
TW (1) TWI424870B (ru)
WO (1) WO2011132055A2 (ru)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011120824A1 (de) * 2011-08-02 2013-02-07 Christian Schäfer Verfahren zur Prävention gegen Überhitzung eines Kernreaktors und Anlage
FR2982168B1 (fr) * 2011-11-04 2015-05-01 Air Liquide Procede et appareil de separation d'un gaz riche en dioxyde de carbone par distillation
FR2988167B1 (fr) * 2012-03-13 2018-06-15 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Procede et appareil de separation d'un melange contenant du dioxyde de carbone par distillation
FR2990748A1 (fr) * 2012-05-15 2013-11-22 Air Liquide Procede et appareil de distillation a temperature subambiante
EP2685191A1 (en) * 2012-07-13 2014-01-15 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Process and apparatus for the separation of a gas rich in carbon dioxide
US20150362187A1 (en) 2014-06-16 2015-12-17 Alstom Technology Ltd Gas processing unit and method of operating the same
US9791852B2 (en) 2014-08-21 2017-10-17 General Electric Technology Gmbh Apparatus and method for controlling at least one operational parameter of a plant
US10113448B2 (en) * 2015-08-24 2018-10-30 Saudi Arabian Oil Company Organic Rankine cycle based conversion of gas processing plant waste heat into power
EP3147611A1 (en) 2015-09-24 2017-03-29 General Electric Technology GmbH Method and system for separating carbon dioxide from flue gas
CN111447986A (zh) * 2018-05-23 2020-07-24 日挥环球株式会社 天然气的预处理设备
CN109631602A (zh) * 2018-12-28 2019-04-16 山东金艺珠宝有限公司 一种贵金属加工用余热回收装置及工艺
JP2022521826A (ja) 2019-03-29 2022-04-12 ブライト エナジー ストレージ テクノロジーズ，エルエルピー Ｃｏ２分離および液化システムおよび方法
FR3123973B1 (fr) * 2021-06-09 2023-04-28 Air Liquide Purification cryogénique de biogaz avec pré-séparation et solidification externe de dioxyde de carbone
FR3123967B1 (fr) * 2021-06-09 2023-04-28 Air Liquide Procédé de séparation et de liquéfaction du méthane et du dioxyde de carbone avec solidification du dioxyde de carbone à l’extérieur de la colonne de distillation.
FR3123971B1 (fr) * 2021-06-09 2023-04-28 Air Liquide Purification cryogénique de biogaz avec soutirage à un étage intermédiaire et solidification externe de dioxyde de carbone.

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19744844A1 (de) * 1997-10-10 1998-03-26 Linde Ag Verfahren und Vorrichtung zur Abkühlung eines Prozeßstroms
RU2175949C2 (ru) * 1999-07-27 2001-11-20 ЗАО "Центр ВМ-Технологий" Способ очистки диоксида углерода от низкокипящих примесей

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4166770A (en) * 1978-05-22 1979-09-04 Phillips Petroleum Company Fractionation control
JPS5677673A (en) * 1979-11-28 1981-06-26 Nippon Oxygen Co Ltd Lowwtemperature liquefying separating method for carbonic acid gas
ATE13297T1 (de) * 1980-09-02 1985-06-15 Sandoz Ag Piperidyliden-derivate, deren herstellung und diese enthaltende pharmazeutische zusammensetzungen.
US5100635A (en) * 1990-07-31 1992-03-31 The Boc Group, Inc. Carbon dioxide production from combustion exhaust gases with nitrogen and argon by-product recovery
FR2712509B1 (fr) * 1993-11-19 1995-12-22 Air Liquide Procédé et installation de distillation d'air.
US20070137246A1 (en) * 2001-05-04 2007-06-21 Battelle Energy Alliance, Llc Systems and methods for delivering hydrogen and separation of hydrogen from a carrier medium
FR2877939B1 (fr) * 2004-11-16 2007-02-02 Air Liquide Procede et installation pour la production combinee d'hydrogene et de dioxyde de carbone
FR2884305A1 (fr) * 2005-04-08 2006-10-13 Air Liquide Procede de recuperation et liquefaction du co2 contenu dans un gaz pauvre en co2
US7850763B2 (en) * 2007-01-23 2010-12-14 Air Products And Chemicals, Inc. Purification of carbon dioxide
US8080090B2 (en) * 2007-02-16 2011-12-20 Air Liquide Process & Construction, Inc. Process for feed gas cooling in reboiler during CO2 separation
US20090013868A1 (en) * 2007-07-11 2009-01-15 Arthur Darde Process and apparatus for the separation of a gaseous mixture
FR2918579B1 (fr) * 2007-07-13 2010-01-01 Air Liquide Procede de purification d'un gaz contenant du co2 par integration d'unite de purification par adsorption
FR2934170A3 (fr) * 2009-09-28 2010-01-29 Air Liquide Procede et appareil de separation d'un debit ayant comme un des composants principaux du dioxyde de carbone

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19744844A1 (de) * 1997-10-10 1998-03-26 Linde Ag Verfahren und Vorrichtung zur Abkühlung eines Prozeßstroms
RU2175949C2 (ru) * 1999-07-27 2001-11-20 ЗАО "Центр ВМ-Технологий" Способ очистки диоксида углерода от низкокипящих примесей

Also Published As

Publication number Publication date
CA2796982C (en) 2015-06-23
BR112012027075A2 (pt) 2016-07-26
AU2011244078B8 (en) 2015-11-12
CA2796982A1 (en) 2011-10-27
US20130205827A1 (en) 2013-08-15
RU2012149433A (ru) 2014-05-27
CN103038590A (zh) 2013-04-10
ES2624271T3 (es) 2017-07-13
IL222570A0 (en) 2012-12-31
KR20120140261A (ko) 2012-12-28
MX2012012314A (es) 2013-02-26
CN103038590B (zh) 2015-11-25
AU2011244078B2 (en) 2015-09-17
WO2011132055A3 (en) 2013-01-03
TW201208759A (en) 2012-03-01
EP2381198B1 (en) 2017-03-15
KR101484932B1 (ko) 2015-01-28
WO2011132055A2 (en) 2011-10-27
JP2013529281A (ja) 2013-07-18
EP2381198A1 (en) 2011-10-26
TWI424870B (zh) 2014-02-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2557945C2 (ru) Способ для сжижения топочного газа от сжигательных установок
JP6629431B2 (ja) 有機ランキンサイクルに基づく、ガス処理プラント廃熱の電力への変換
EP3341585B1 (en) Kalina cycle based conversion of gas processing plant waste heat into power
RU2636966C1 (ru) Способ производства сжиженного природного газа
AU2011244078A1 (en) Method and installation for liquefying flue gas from combustion installations
CA2805336C (en) Energy efficient production of co2 using single stage expansion and pumps for elevated evaporation
AU2011222674B2 (en) Method and installation for liquefying flue gas from combustion installations
US20210063083A1 (en) Liquefaction of Production Gas
RU2794693C1 (ru) Установка подготовки углеводородного газа
EA040663B1 (ru) Система для обработки и охлаждения потока углеводородов

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180420