[发明专利]氧燃烧厂与可获得的能量及待收集的CO2量的适配

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳燃料燃烧方法，该方法利用一空气气体分离单元、一燃烧单元以及一用于压缩和/或净化来自燃烧烟气的CO₂的单元，所述燃烧单元利用空气或者来自于空气气体分离单元的氧化剂工作——其中氧化剂中的氮气比空气稀薄，其特征在于，由空气气体分离单元消耗的动力和/或由空气气体分离单元产生的氧气流和/或对来自燃烧烟气的CO₂的收集是随着时间变化的。

背景技术

气候变化是最大的环境挑战之一。大气中二氧化碳浓度的增加在很大程度上导致全球变暖。来自人类活动的CO₂基本上通过在发电厂中燃烧化石燃料排放到大气中。

为限制CO₂排放，一种技术致力于收集在碳燃料燃烧过程中释放的CO₂以将其封锁到地下。所存在的其中一个限制是如何从烟气——其中CO₂的含量通常不超过15％——中分离CO₂，但是这将消耗大量的能量来进行分离。

一种选择是在燃烧的上游从空气中分离氮气，然后在锅炉的出口处几乎仅剩下CO₂、水和燃烧产物。锅炉因此在燃料增氧燃烧模式下工作。一部分烟气(基本上是CO₂)可与氧气一起再循环以防止在锅炉中产生过高的温度。因此CO₂收集以较低的成本进行。

这种技术是有前途的，无论是从投资角度来看还是从整体能量效率来看。

只要用于引导和封锁CO₂的基础设施不是足够地近，或者只要所出售的每吨CO₂的价格不足够高，则收集由发电厂排放的所有CO₂从经济上来说就不划算。

一个解决方案是采用部分CO₂收集。然而，部分CO₂不是很适用于燃料增氧燃烧技术。实际上，必须在100％的燃料增氧燃烧模式或者100％的空气模式下工作，但从这些区域离开是困难的。这是因为，如果在烟气中存在大于30％的氮气，则CO₂分离将失去当气流较浓时所获得的所有优点。

因此，部分收集的参考方案需在ASU(空气分离单元)上投资100％并且在其100％的设备能力下工作。然而，可以在压缩/干燥单元上仅部分地投资(或者在其上投资100％但仅在有利于CO₂收集的水平下工作)。不幸的是，与ASU不同，这种压缩/干燥单元仅代表一小部分投资及由此消耗的能量。

此外，ASU在其100％的设备能力下工作意味着耗能量在所有时间内都恒定。这使得不能使操作与可获得的能耗和流量的变化相适配。

由此，产生的一个问题是如何提供一种适用于部分CO₂收集和可变能量供应的燃烧方法。

发明内容

本发明提供的一个技术方案是一种碳燃料燃烧方法，该方法利用一空气气体产生单元、一燃烧单元以及一用于压缩和/或净化来自燃烧烟气的CO₂的单元，所述燃烧单元利用空气或者其中的氮气比空气稀薄的、至少部分地来自于空气气体分离单元的氧化剂工作，其特征在于，在一有限的期间T内：

-由所述空气气体产生单元汲取的动力是可变的；并且/或者

-通过CO₂压缩和/或净化单元对来自燃烧烟气的CO₂的收集是间歇性的。

术语“空气气体产生单元”应当理解为是指一种包括空气气体分离单元、各低温储罐和其操作所需的管道系统的单元。

根据情况，根据本发明的方法可具有一个或多个下列特征：

-由空气气体产生单元产生的氧气流是可变的，

-由燃烧单元消耗的碳燃料在期间T内是恒定的，而由燃烧方法输出的动力在期间T内是可变的；

-燃烧单元交替地以空气和其中的氮气比空气中的氮气稀薄的氧化剂工作；

-CO₂压缩和/或净化单元在期间T内具有至少一个停止阶段和至少一个工作阶段；

-空气气体产生单元汲取的动力在期间T的至少一部分内是可变的，但是在期间T的该同一部分内产生的氧气流是恒定的；

-当在燃烧单元中使用其中的氮气比空气中的氮气稀薄的氧化剂时，空气气体产生单元切换到氧气产生阶段；

-来自空气气体分离单元的氧气全部或部分地以低温液体形式存储；

-存储的氧气用作燃烧方法各单元的外部设备的储备；