[发明专利]具有CO2封存能力的热力发电设备

说明书

技术领域

本发明涉及用来捕获CO₂的一种方法和一种设备，该方法和设备可以供现有燃气涡轮机发电设备使用。本发明也涉及一种燃气涡轮机发电设备，该燃气涡轮机发电设备包括本发明的CO₂捕获、或CO₂减少设备。

背景技术

最近几年、或上个十年，由增加矿物燃料燃烧而造成的大气CO₂浓度的增大，已经引起严重关注。由CO₂浓度增大引起的温室效应的加剧，预期会在今后几十年内引起地球表面的温度显著升高、和对环境的重大影响。

因此，必须采取行动，以稳定在大气中的CO₂浓度。人为排放的CO₂大部分是采用油、燃气或煤来发电的结果。相应地，已经进行相当大的努力，以开发包括具有CO₂捕获能力的热力发电设备。所捕获的CO₂可以安全地存置在地质结构中，像例如枯竭的油井或气井中，或者可以用作用来增加油或气生产的压力支撑。

对于CO₂捕获的设想主要遵循三条发展路线：

·对来自热力发电设备的排放气体的CO₂进行燃烧后或“管端”吸收，

·燃料的燃烧前转化，其中矿物燃料在重整装置中主要转化成氢和CO₂。来自重整装置的产品包含在高分压下的CO₂，并且这种CO₂因此比较容易与将被用作燃料的氢相分离，以及

·氧燃料系统，其中通过空气分离得到的氧气与CO₂一起使用，代替通常的空气供给。这种方法从系统中消除N₂，并且增大CO₂的分压，有利于CO₂的分离。

大多努力都是对于CO₂的燃烧后吸收而进行的，这归因于如下事实：这种技术最成熟，并且与设备的集成度较小。燃烧后系统可以供现有设备使用。

然而，在来自热力发电设备的排放气体中的CO₂的分压非常低，是在把CO₂捕获变得经济可接受时的主要问题。吸收器变得很大以至于当前技术难以保证，妨碍在吸收器塔中的吸收剂分布，并因而降低吸收效率。另外，在大多数基于矿物燃料的热力发电设备的排放气体中的残余O₂浓度比较高。这引起在CO₂捕获系统中所需的有机吸收剂的退化问题，并且依据吸收剂选择性，引起CO₂产品的潜在污染。

对于矿物燃料进行燃烧前转化以获得氢是吸引人的，因为转化产品以高CO₂浓度被加压。CO₂因此比在燃烧后系统中更容易捕获。可以采用常规加压吸收塔。该工艺所存在的缺点包括：用于煤的气化的工艺非常复杂、和需要开发用于氢燃料的燃气涡轮机。

类似于矿物燃料的燃烧前转化，氧燃料系统产生比较高分压的CO₂。CO₂因此变得比对于燃烧后系统而言更容易捕获。该系统所存在的缺点包括：对于非常大和昂贵的空气分离单元的需要、对于氧气生产的高能量要求以及要求使用CO₂而不是氮气来冷却火焰温度的新技术。当CO₂替换在运动流体中的氮气时，也需要新的燃气涡轮机。来自氧气生产单元的纯氧气所存在的泄漏和着火的危险，将要求在氧气厂与发电设备之间留有巨大的分隔空间。这种要求增加了所需的总面积，并且尤其将增加离岸(offshore)应用的成本。此外，产生的CO₂将包含未燃烧的氧气。这种氧气在例如为了提高油回收率的油田中注入之前，必须与CO₂分离。