RU2558729C2 - Способ и устройство для сжижения топочного газа от устройств горения - Google Patents

Способ и устройство для сжижения топочного газа от устройств горения Download PDF

Info

Publication number
RU2558729C2
RU2558729C2 RU2012142004/06A RU2012142004A RU2558729C2 RU 2558729 C2 RU2558729 C2 RU 2558729C2 RU 2012142004/06 A RU2012142004/06 A RU 2012142004/06A RU 2012142004 A RU2012142004 A RU 2012142004A RU 2558729 C2 RU2558729 C2 RU 2558729C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
separation
liquid
pressure
stage
expanded
Prior art date
Application number
RU2012142004/06A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2012142004A (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 RU2012142004A publication Critical patent/RU2012142004A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2558729C2 publication Critical patent/RU2558729C2/ru

Links

Images

Classifications

    • 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
    • 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
    • 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
    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/50—Carbon dioxide
    • 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
    • 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
    • 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
    • F25J2230/80—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous 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
    • 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
    • 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

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

Abstract

Изобретение относится к способу получения CO2 из топочного газа.
Топочный газ частично конденсируют в двух ступенях разделения. Каждую ступень разделения охлаждают с помощью расширенного отходящего газа и расширенного жидкого CO2. Расширенный CO2 разделяют после прохождения последней ступени разделения на жидкий CO2 и газообразный CO2 в дополнительном разделительном барабане. При этом газообразный CO2 и часть жидкого CO2 из дополнительного разделительного барабана расширяют до первого уровня давления, а давление оставшегося жидкого CO2 повышают до второго уровня давления, после чего расширяют для охлаждения CO2 в последней ступени разделения. Техническим результатом изобретения является понижение потребления энергии. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Description

Уровень техники
Настоящее описание относится к способу и устройству для сжижения CO2, содержащегося в топочных газах.
Большинство криогенных способов получения CO2 из топочных газов горения используют обычные схемы разделения, имеющие две или более ступеней разделения. На фигуре 1 такое устройство показано как блок-схема.
На фигурах 1 и 2 температура и давление в различных точках потока топочного газа, а также CO2 показаны с помощью так называемых флажковых указателей. Температуры и давления, относящиеся к каждому флажковому указателю, приводятся на диаграмме в дальнейшем. Для специалиста в данной области очевидно, что эти температуры и давления рассматриваются как примеры. Они могут изменяться в зависимости от композиции топочного газа, температуры окружающей среды и необходимой чистоты жидкого CO2.
В первом компрессоре 1 топочный газ сжимают. Это сжатие может представлять собой многоступенчатый процесс сжатия с охладителями и сепараторами для воды между каждой парой ступеней сжатия (не показаны), отделяющих большую часть паров воды или жидкой воды, соответственно, от топочного газа.
На фигуре 1 поток топочного газа обозначают ссылочным номером 3. Когда он высвобождается из первого компрессора 1, топочный газ имеет температуру значительно выше, чем температура окружающей среды, а затем он охлаждается приблизительно до 13°C с помощью первого охладителя 5. Давление составляет приблизительно 35,7 бара.
Влажность, по-прежнему содержащуюся в потоке топочного газа 3, освобождают от воды с помощью соответствующего способа сушки, например адсорбции, сушат в сушилке 7, затем переносят в первую ступень 9 разделения. Это первая ступень 9 разделения содержит первый теплообменник 11 и первый разделительный барабан 13. Первый теплообменник 11 служит для охлаждения потока 3 топочного газа. В результате этого охлаждения имеет место парциальная конденсация CO2, содержащегося в потоке 3 топочного газа. Впоследствии, поток 3 топочного газа поступает в первый разделительный барабан 13 в виде двухфазной смеси. Там жидкая фаза и газообразная фаза потока топочного газа разделяются посредством силы тяжести. В первом разделительном барабане давление составляет приблизительно 34,7 бар, и температура составляет -19°C (см. флажковый указатель № 5).
В нижней части первого разделительного барабана 13 жидкий CO2 извлекают и с помощью первого клапана 15.1 для понижения давления расширяют до давления приблизительно 18,4 бар (см. ссылку № 3.1). Это дает температуру CO2 в пределах между -22°C и -29°C (см. флажковый указатель № 10). Парциальный поток 3.1 CO2 топочных газов нагревают и испаряют в первом теплообменнике 11 с помощью потока 3 топочного газа. На выходе из первого теплообменника 11 парциальный поток 3.1 имеет температуру приблизительно 25°C и давление приблизительно 18 бар (см. флажковый указатель № 11).
Когда второй парциальный поток 3.2 извлекают в верхней части первого разделительного барабана 13, впоследствии, как становится ясно, этот парциальный поток 3.2, извлекаемый из первого разделительного барабана 13 в газообразном состоянии, охлаждают во втором теплообменнике 17 и частично конденсируют. После этого этот парциальный поток 3.2, который присутствует также в виде двухфазной смеси, переносится во второй разделительный барабан 19. Второй теплообменник 17 и второй разделительный барабан 19 представляют собой главные компоненты второй ступени разделения 21.
Во втором разделительном барабане 19 опять имеет место разделение жидкой фазы и газообразной фазы парциального потока 3.2, основанное на силе тяжести. Во втором разделительном барабане 19 имеется давление приблизительно 34,3 бар и температура приблизительно -50°C (см. флажковый указатель №11).
Газообразную фазу во втором разделительном барабане 19, так называемый отходящий газ 23, извлекают в верхней части второго разделительного барабана 19, расширяют приблизительно до 17 бар во втором клапане 15.2 для понижения давления, так что он охлаждается приблизительно до -5°C.
На фигурах отходящий газ обозначают ссылочным номером 23. Отходящий газ 23 протекает через второй теплообменник 17, охлаждая при этом топочный газ 3.2 в противотоке.
В нижней части второго разделительного барабана 19 жидкий CO2 извлекают и расширяют приблизительно до 17 бар в третьем клапане 15.3 для понижения давления, так что он также достигает температуры -54°C (см. флажковый указатель № 7a). Этот парциальный поток 3.3 также переносится во второй теплообменник 17. В нем часть жидкого CO2 испаряется и парциальный поток 3.3.1 извлекают из второго теплообменника 19, расширяют приблизительно до 5-10 бар в четвертом клапане 15.4 для понижения давления, так что здесь также достигается температура -54°C (см. флажковый указатель № 7b), и опять переносят во второй теплообменник 17.
После того как парциальный поток 3.3.1 протекает через второй теплообменник 17, его опять сводят вместе с парциальным потоком 3.3 и переносят в первый теплообменник 11. На входе первого теплообменника 11 этот парциальный поток имеет давление приблизительно от 5 до 10 бар при температуре от -22 до -29°C (см. флажковый указатель № 14).
Этот парциальный поток 3.3 отбирает тепло в первом теплообменнике 11, так что на его выходе он имеет температуру приблизительно -7°C при давлении приблизительно 5-10 бар. Третий парциальный поток 3.3 переносят во второй компрессор 25 в первой ступени компрессора, тогда как парциальный поток 3.1, имеющий давление приблизительно 18 бар, переносят во вторую ступень компрессора в трехступенчатом компрессоре 25, показанном на фигуре 1.
Промежуточный теплообменник между разными ступенями второго компрессора 25 и теплообменник последней ступени для сжатого CO2 не показаны на фигуре 1.
На выходе из второго компрессора 25 сжатый CO2 имеет давление в пределах между 60 бар и 110 бар при температурах от 80°C до 130°C. В теплообменнике последней ступени, который не показан, CO2 охлаждают до температуры окружающей среды. Если это необходимо, CO2 может либо вводиться непосредственно в трубопровод, либо сжижаться и переноситься из первого насоса 27 для CO2, например, в трубопровод (не показан). Первый насос 27 для CO2 повышает давление жидкого CO2 до давления, имеющегося в трубопроводе.
Возвращаясь опять к отходящему газу 23, можно увидеть, что отходящий газ протекает через второй теплообменник 17 и первый теплообменник 11, отбирая тем самым тепло из потока 3 топочного газа. На выходе из первого теплообменника 11 отходящий газ имеет температуру приблизительно 26°C-30°C при давлении приблизительно 26 бар (см. флажковый указатель № 16).
Для доведения до максимума извлечения энергии, как известно, перегревают отходящий газ 23 с помощью перегревателя 29 отходящего газа, а затем переносят его в расширительную турбину 31 или любое другое расширительное устройство. В нем механическая энергия рециклируется, а после этого отходящий газ испускается в окружающую среду при низком давлении, приблизительно соответствующем давлению окружающей среды.
Это устройство, описанное с помощью Фигуры 1, для сжижения CO2 является относительно простым и работает без проблем. Недостаток этого способа и этого устройства для получения жидкого CO2 из топочного газа тепловых электростанций, например, работающих на ископаемом топливе, представляет собой их высокую потребность в энергии, оказывающую отрицательное воздействие на общий уровень эффективности тепловой электростанции.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение предусматривает способ и устройство для сжижения CO2, содержащегося в топочном газе, работающие при пониженной потребности в энергии и, таким образом, повышающие общий уровень эффективности тепловой электростанции.
В то же время, способ является простым, а технология его работы легко контролируется, что гарантирует устойчивую работу без проблем.
В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения, эти преимущества достигаются с помощью переноса парциального потока 3.2 жидкого CO2 после выхода из второго теплообменника 17 в третий разделительный барабан, имеющий давление приблизительно 16,5 бар при температуре -47°C. Здесь опять имеет место разделение жидкой и газообразной фаз, и значительная часть жидкой фазы получает увеличение давления с помощью второго насоса для CO2 (см. флажковый указатель № 7e), после этого она расширяется и может, таким образом, быть использована для охлаждения во втором теплообменнике. Однако этот парциальный поток должен быть расширен только до 20 бар, так что он может переноситься вместе с жидкой фазой из первого разделительного барабана в первый теплообменник и после этого переносится во вторую ступень компрессора второго компрессора.
Одно из преимуществ этого способа заключается в том, что только меньшая часть жидкого CO2 из жидкого CO2, присутствующего на последней ступени разделения, должна расширяться до давления от 5 до 10 бар. Скорее является возможным расширение значительно большей части жидкого CO2 до давления приблизительно 18 бар, так что эта увеличенная часть может инжектироваться на вторую ступень сжатия второго компрессора. Это дает значительное уменьшение энергии, необходимой для второго компрессора 25, оказывая непосредственное воздействие на улучшение общей степени эффективности тепловой электростанции, расположенной раньше по ходу способа. Это относится и к способу по пунктам 8-10 формулы изобретения. Преимущества зависимых пунктов формулы изобретения объясняются в связи с фигурой 2 в дальнейшем.
Краткое описание чертежей
Фигура 1 изображает устройство для сжижения CO2 из топочных газов в соответствии с литературными данными, а
Фигура 2 изображает один из вариантов осуществления устройства для сжижения CO2 в соответствии с настоящим изобретением. На фигуре 2 идентичные компоненты обозначены идентичными ссылочными номерами. Формулировки, относящиеся к фигуре 1, применяются соответствующим образом.
Подробное описание вариантов осуществления изобретения
Обращаясь к фигуре 2, обработка потока 3 топочного газа в первом компрессоре 1, первом охладителе 5, сушилке 7, первом теплообменнике 11 и первом разделительном барабане 13 имеет место точно таким же образом, как описано посредством фигуры 1. Также, газообразную фазу 3.2 извлекают в верхней части первого разделительного барабана 13, как объясняется на фигуре 1, транспортируют через второй теплообменник 17, а затем переносят во второй разделительный барабан 19. Две фазы (жидкая и газообразная) парциального потока 3.2 разделяют во втором разделительном барабане 19 на поток 23 отходящего газа и жидкий CO2. В нижней части второго разделительного барабана 19 этот парциальный поток извлекают, и он имеет ссылочный номер 3.3 так же, как на фигуре 1.
Как уже объяснялось посредством фигуры 1, парциальный поток 3.3 расширяют до давления 15,5 бар в третьем 15.3 клапане для понижения давления, охлаждая при этом до -54°C. Парциальный поток 3.3 протекает через второй теплообменник 17, при этом отбирая тепло из парциального потока 3.2 топочного газа, и поступает при температуре приблизительно -47°C (см. флажковый указатель № 8) и переносится в третий разделительный барабан 33.
Там частично жидкий и частично газообразный CO2 имеет давление приблизительно 16,5 бар и температуру -47°C (см. флажковый указатель № 9).
В верхней части третьего разделительного барабана 33 газообразную фазу извлекают и расширяют в четвертом клапане 15.4 для понижения давления. Парциальный газовый поток, который извлекают в верхней части третьего разделительного барабана 33, обозначается на фигуре 2 ссылочным номером 3.4. На самом дне третьего разделительного барабана 33 меньший парциальный поток 3.5 жидкости извлекают и расширяют в пятом клапане 15.5 для понижения давления. Впоследствии парциальные потоки 3.4 и 3.5 снова сводятся вместе. После этого они имеют давление приблизительно 5-10 бар и температуру -54°C (см. флажковый указатель № 7d).
Жидкий CO2, присутствующий в третьем разделительном барабане 33, доводят до повышенного уровня давления приблизительно от 20 бар до 23 бар в шестом парциальном потоке 3.6 с помощью второго насоса для CO2 35 (см. флажковый указатель № 7e).
В шестом клапане 15.6 для понижения давления CO2, который до этих пор является жидким, расширяется до давления приблизительно 20 бар, при температуре -45°C. С помощью этого частично жидкого, частично газообразного CO2 охлаждают поток 3.2 топочного газа во втором теплообменнике 17. Поскольку входная температура парциального потока 3.6 выше, чем входные температуры отходящего газа 23, а также парциального потока 3.3, парциальный поток 3.2 сначала охлаждают с помощью парциального потока 3.6. Таким образом, можно отбирать тепло из парциального потока 3.2 даже при этой более высокой температуре -47°C. На фигуре 2 этот факт тоже можно ясно увидеть графически.
Парциальный поток 3.2 покидает второй теплообменник 17 при температуре приблизительно от -22°C до -29°C, и его сводят вместе с парциальным потоком 3.1, извлекаемым ранее из первого разделительного барабана 13. Поскольку в первом разделительном барабане 13 имеется давление приблизительно 34,5 бар, жидкий парциальный поток 3.1 из первого разделительного барабана 13 расширяют приблизительно до 20 бар в седьмом клапане 15.7 для понижения давления. Эти два парциальных потока 3.1 и 3.6 сводят вместе в первом теплообменнике 11 при температуре приблизительно от -22°C до -29°C (см. флажковый указатель № 10), отбирая при этом тепло из потока 3 топочного газа. Они покидают первый теплообменник (см. флажковый указатель № 11) при температуре приблизительно 25°C и при давлении приблизительно 18 бар и могут, таким образом, переноситься во вторую ступень сжатия второго компрессора 25.
Поскольку парциальные потоки 3.1 и 3.6 могут переноситься во вторую ступень сжатия второго компрессора 25, парциальный поток 3.3, который должен переноситься в первую ступень сжатия второго компрессора 25, соответствующим образом уменьшается. Как следствие, энергия, необходимая для второго компрессора 25, становится меньше. Это оказывает положительное воздействие на потребность в энергии устройства в соответствии с настоящим изобретением.
Вторая возможность уменьшения потребности в энергии установки для сжижения CO2 может быть усмотрена не только в перегреве отходящего газа 23 в перегревателе 19 для отходящего газа после выхода из первого теплообменника 11, но также и в повторном перенесении его во второй теплообменник 17 после расширения в расширительной турбине 31. После перегрева отходящий газ имеет температуру приблизительно от 80°C приблизительно до 100°C при давлении приблизительно 26 бар (см. флажковый указатель № 17). Посредством расширения в расширительном устройстве 31 давление падает до 2,3 бар, и отходящий газ достигает температуры -5°C. Таким образом, отходящий газ может дополнительно вносить вклад в охлаждение потока 3 топочного газа или, соответственно, парциального потока 3.2. После этого отходящий газ может выпускаться в окружающую среду при низком давлении и при температуре, приблизительно равной температуре окружающей среды. Возможно также осуществление многоступенчатого расширения и перегрева отходящего газа 23 (не показано на фигуре 2).
Это также дает значительное уменьшение потребности в энергии устройства в соответствии с настоящим изобретением, поскольку, с одной стороны, отходящий газ 23 вносит вклад в увеличение величины охлаждения потока 3 топочного газа или, соответственно, парциального потока 3.2, а расширительное устройство 31 генерирует механическую работу, которую можно, например, использовать для приведения в действие первого компрессора 1 или второго компрессора 25. В общем, можно утверждать, что способ в соответствии с настоящим изобретением и устройство для сжижения CO2, необходимое для осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением, по-прежнему являются относительно простыми по своей конструкции, несмотря на значительные преимущества.
Дополнительное преимущество заключается в том, что парциальный поток 3.6 расширяется до давления, при котором возможно сведение его вместе с парциальным потоком 3.1, извлекаемым в виде жидкой фазы из первого разделительного барабана 13. Так что эти два парциальных потока могут быть приведены к одинаковому уровню давления и температуры и переноситься во вторую ступень сжатия второго компрессора.
Кроме того, это установка четко улучшает контроль конденсации топочного газа. С помощью регулировки скорости потока через насос 35 для CO2 изменяется движущая сила теплопереноса, логарифмическая разность средних температур (LMT). Таким путем могут регулироваться рабочие характеристики второй ступени 21 разделения. Это является особенно важным при работе при температурах конденсации вблизи температур сублимации и замерзания CO2.
Для доведения до максимума описываемого воздействия, извлечение тепла из отходящего газа от разделения может быть увеличено с помощью рециркуляции откачиваемого газа в холодильную камеру, после расширения, по меньшей мере, один раз перед высвобождением его в атмосферу.
Таблица флажковых указателей, давлений и температуры
Флажковый указатель № Температура, приблизительно [°C] Давление, приблизительно [бар]
1 13 35,7
2 13 35
3 - -
4 - -
5 -19 34,7
6 -50 34,3
7 -53 5-10
7a -54 27
7b -54 5-10
7c -54 15,5
7d -54 5-10
7e -45 ≈20-23
7f -45 20
8 -47 16,5
9 -47 16,5
10 -22 - -29 18,4
11 25 18
12 -7 5-10
13 -22 - -29 20
14 -22 - -29 5-10
15 -  
16 26 - -30 26
17 80-100 25,8
18 -54 2,3
19 80-130 60-110
  Допуски для температур представляют собой ±5°C Допуски для давления представляют собой ±5 бар
Хотя настоящее изобретение описано со ссылками на ряд предпочтительных вариантов осуществления, специалистам в данной области будет понятно, что могут быть проделаны различные изменения и эквиваленты могут заменять его элементы без отклонения от рамок настоящего изобретения. В дополнение к этому, множество модификаций могут быть осуществлены для адаптации конкретной ситуации или материала к концепции настоящего изобретения без отклонения от его основных рамок. По этой причине предполагается, что настоящее изобретение не должно ограничиваться конкретными вариантами осуществления, описанными как наилучший предполагаемый режим для осуществления настоящего изобретения, но что настоящее изобретение будет включать все варианты осуществления, попадающие в рамки прилагаемой формулы изобретения. Более того, использование терминов первый, второй и тому подобное, не означает какого-либо порядка или важности, но скорее термины первый, второй и тому подобное, используют, чтобы отличить один элемент от другого.

Claims (11)

1. Способ получения жидкого CO2 из топочного газа от горения, в котором топочный газ частично конденсируют, по меньшей мере, в двух ступенях (9, 21) разделения, каждую из по меньшей мере двух ступеней (9, 21) разделения охлаждают с помощью расширенного отходящего газа (23) и расширенного жидкого CO2 (3.1, 3.3), расширенный жидкий CO2 разделяют после прохождения последней ступени (21) разделения на жидкий CO2 и газообразный CO2 в дополнительном разделительном барабане (33), причем газообразный CO2 и часть жидкого CO2 из дополнительного разделительного барабана (33) расширяют до первого уровня давления (флажковый указатель 7d) и давление остающегося жидкого CO2 (3.6) повышается до второго уровня давления (флажковый указатель 7e), и расширяют (флажковый указатель 7f) для охлаждения CO2 в последней ступени (21) разделения.
2. Способ по п. 1, в котором оставшийся жидкий CO2 (3.6) расширяют до давления приблизительно от 15 бар до 25 бар, предпочтительно, до 20 бар (флажковый указатель 13).
3. Способ по п. 1, в котором жидкий CO2 (3.1) из предыдущей ступени (9) разделения расширяют до давления остального жидкого CO2 (3.6) и оба потока (3.1, 3.6) CO2 используют для целей охлаждения в предыдущей ступени (9) разделения.
4. Способ по п. 3, в котором оба потока CO2 (3.1, 3.6) вводят во вторую или третью ступень второго компрессора (25).
5. Способ по п. 1, в котором топочный газ сжимают в первом компрессоре (1), охлаждают в первом охладителе (5) и/или сушат в сушилке (7) перед введением в первую ступень (9) разделения.
6. Способ по п. 1, в котором отходящий газ (23) из последней ступени (21) разделения расширяют приблизительно до 17 бар, и он получает температуру приблизительно -54°C перед введением в теплообменник (17) последней ступени (21) разделения.
7. Способ по п. 1, в котором отходящий газ (23) перегревают в перегревателе (29) после того, как он проходит все ступени (21, 9) разделения, и расширяют в расширительном устройстве (31), а затем вводят повторно в теплообменник (17) последней ступени (21) разделения.
8. Установка для получения жидкого CO2 из топочных газов от горения в соответствии со способом по одному из пп. 1-7, в которой топочный газ (3) частично конденсируют, по меньшей мере, в двух ступенях (9, 21) разделения,
отличающаяся тем, что содержит дополнительный разделительный барабан (33), в котором жидкий CO2 (3.3) разделяют на жидкий и газообразный CO2 после его расширения, второй насос (35) для CO2, в котором сжимается выходящий из дополнительного разделительного барабана (33) частичный поток (3.6) жидкого CO2, шестой клапан (15.6) для понижения давления, в котором расширяется сжатый частичный поток (3.6), и второй многоступенчатый компрессор (25), на который подается частичный поток (3.6) после расширения.
9. Установка по п. 8, в которой каждая ступень (9, 21) разделения содержит теплообменник (11, 17) и разделительный барабан (13, 19) для отделения жидкого CO2 из газообразного CO2.
10. Установка по п. 8, дополнительно содержащая, по меньшей мере одно расширительное устройство (31) и/или один перегреватель (29) отходящего газа.
11. Установка по п. 8, дополнительно содержащая первый компрессор (1), первый охладитель (5) и сушилку (7).
RU2012142004/06A 2010-03-03 2011-02-11 Способ и устройство для сжижения топочного газа от устройств горения RU2558729C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP10002158.3A EP2365265B1 (en) 2010-03-03 2010-03-03 Method and installation for separating carbon dioxide from flue gas of combustion plants
EP10002158.3 2010-03-03
PCT/IB2011/000263 WO2011107840A2 (en) 2010-03-03 2011-02-11 Method and installation for liquefying flue gas from combustion installations

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012142004A RU2012142004A (ru) 2014-04-10
RU2558729C2 true RU2558729C2 (ru) 2015-08-10

Family

ID=42801073

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012142004/06A RU2558729C2 (ru) 2010-03-03 2011-02-11 Способ и устройство для сжижения топочного газа от устройств горения

Country Status (14)

Country Link
US (1) US9777961B2 (ru)
EP (1) EP2365265B1 (ru)
JP (1) JP2013521462A (ru)
KR (1) KR101473679B1 (ru)
CN (1) CN103229012B (ru)
AU (1) AU2011222674B2 (ru)
BR (1) BR112012022113A2 (ru)
CA (1) CA2791454C (ru)
IL (1) IL221694A0 (ru)
MA (1) MA34093B1 (ru)
MX (1) MX2012010202A (ru)
RU (1) RU2558729C2 (ru)
TW (1) TWI516723B (ru)
WO (1) WO2011107840A2 (ru)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2489396B (en) * 2011-02-25 2018-08-22 Costain Oil Gas & Process Ltd Process and apparatus for purification of 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
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.
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.
FR3123969B1 (fr) * 2021-06-09 2023-04-28 Air Liquide Procédé de séparation et de liquéfaction du méthane et du dioxyde de carbone avec pré-séparation en amont de la colonne de distillation
WO2023202798A1 (en) 2022-04-21 2023-10-26 Nuovo Pignone Tecnologie - S.R.L. Low-emission power generation system and method

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2884305A1 (fr) * 2005-04-08 2006-10-13 Air Liquide Procede de recuperation et liquefaction du co2 contenu dans un gaz pauvre en co2

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5233837A (en) * 1992-09-03 1993-08-10 Enerfex, Inc. Process and apparatus for producing liquid carbon dioxide
US6212906B1 (en) 2000-02-16 2001-04-10 Praxair Technology, Inc. Cryogenic reflux condenser system for producing oxygen-enriched air
EP1715267A1 (en) * 2005-04-22 2006-10-25 Air Products And Chemicals, Inc. Dual stage nitrogen rejection from liquefied natural gas
US20100018248A1 (en) * 2007-01-19 2010-01-28 Eleanor R Fieler Controlled Freeze Zone Tower
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
US8268050B2 (en) * 2007-02-16 2012-09-18 Air Liquide Process & Construction, Inc. CO2 separation apparatus and process for oxy-combustion coal power plants
US9109831B2 (en) * 2007-07-11 2015-08-18 AIR LIQUIDE GLOBAL E&C SOLUTIONS US Inc. 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

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2884305A1 (fr) * 2005-04-08 2006-10-13 Air Liquide Procede de recuperation et liquefaction du co2 contenu dans un gaz pauvre en co2

Also Published As

Publication number Publication date
JP2013521462A (ja) 2013-06-10
US9777961B2 (en) 2017-10-03
MX2012010202A (es) 2012-12-05
AU2011222674B2 (en) 2015-08-20
RU2012142004A (ru) 2014-04-10
KR101473679B1 (ko) 2014-12-17
CA2791454A1 (en) 2011-09-09
US20130167583A1 (en) 2013-07-04
AU2011222674A1 (en) 2012-09-27
WO2011107840A2 (en) 2011-09-09
EP2365265B1 (en) 2018-10-31
TW201144703A (en) 2011-12-16
CN103229012B (zh) 2016-03-09
EP2365265A1 (en) 2011-09-14
KR20120132635A (ko) 2012-12-06
TWI516723B (zh) 2016-01-11
BR112012022113A2 (pt) 2016-10-25
CN103229012A (zh) 2013-07-31
CA2791454C (en) 2015-07-21
MA34093B1 (fr) 2013-03-05
IL221694A0 (en) 2012-12-02
WO2011107840A3 (en) 2012-10-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2558729C2 (ru) Способ и устройство для сжижения топочного газа от устройств горения
JP5226457B2 (ja) 空気流圧縮方法及び空気流圧縮装置
CN103097843B (zh) 利用单级膨胀和用于高压蒸发的泵的co2节能制备
RU2557945C2 (ru) Способ для сжижения топочного газа от сжигательных установок
RU2007125077A (ru) Способ сжижения природного газа (варианты) и установка для его реализации (варианты)
JP5754052B2 (ja) 液体から凝縮性成分を除くための製法
JP2010266154A (ja) 二酸化炭素液化装置
JP2010266155A (ja) 二酸化炭素液化装置
JP2013521462A5 (ru)
CN107683397B (zh) 工业气体和烃类气体的液化
JP6357155B2 (ja) 流体からの凝縮性成分除去を最適化するための方法
JP7032033B2 (ja) 酸素製造装置の稼動方法
TW201314153A (zh) 用於低溫分離二氧化碳之熱整合
WO2023242144A1 (en) Method and plant for separation of carbon dioxide (co2)
JP2008122035A (ja) 酸素製造方法及び酸素製造装置

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: 20180212