[发明专利]产生能量和俘获CO2的方法

说明书

本发明涉及一种通过将含碳燃料氧化而产生能量的方法，包括俘获产生的二氧化碳，并涉及进行该方法的装置。

二氧化碳(CO₂)通过某些人类活动，特别是在依靠含碳化合物的氧化，通常为称作“化石”燃料的燃料(天然气、煤、油及其衍生物)的燃烧的能量的工业生产期间大量产生。由于环境和/或经济原因，工业上日益希望通过将CO₂储存在适当地质层中或通过实现它作为产品的资产价值而降低或甚至消除CO₂向大气中的排放。

在没有特殊处理的情况下，在烟道气中发现CO₂，与涉及反应的其它产物，和/或与未反应或不完全反应的化合物，和/或可能与不是非常具有反应性或为惰性的化合物如在常规空气中燃烧的情况下的氮气混合。现在，为储存该CO₂或实现它的资产价值，需要或甚至必须得到足够浓缩形式的CO₂。例如，由于能源成本和经济原因，不理想的是压缩、运输或储存不同于CO₂的任何物质。另外，某些残余化合物对于给定用途而言可能是有害的，例如氧气或氮的氧化物，在EOR(强化采油)的情况下。

因此开发了一定量的技术以氧化所述燃料，回收释放的热，得到富含CO₂的后反应混合物。它们可分为两个宽泛种类。

第一类包括涉及可与CO₂的分离或提纯相比的烟道气或泄料(purge)的重要后处理方法。特别可以提及以下后处理：

-胺涤气。这些胺固定CO₂，然后在加热下将它回收。所用胺溶液具有某些腐蚀和毒性缺点，以及要求大量能量以通过加热使胺溶液再生，所述溶液通过与存在于烟道气中的污染物接触而降解。例如文献US 4440731描述了通过与链烷醇胺的水溶液接触而吸收在空气中燃烧的烟道气中的CO₂的方法。它提议使用添加剂以降低溶液的降解和降低该溶液对金属的腐蚀。文献US 5318758公开了一种使用含链烷醇胺水溶液的吸收剂从废气中除去CO₂的装置；

-氨涤气。这使用再生的碳酸铵/碳酸氢氨循环。再生步骤消耗比以上方法更少的能量，但尽管如此，所需能量相当大且该方法的工业化正在进行中。该方法描述于专利US 7255842B1中，其中将在空气中常规燃烧的烟道气冷却，然后氧化以导致它们与含氨化合物反应，因此产生铵盐；

-选择性吸附分离，例如在分子筛上使用PSA/VSA(变压吸附/真空变压吸附)技术。这具有受大小限制的缺点。另外，吸附剂可能被污染物降解；

-通过膜渗透而分离。这也具有大小限制和膜被某些污染物降解的相同问题；

-低温蒸馏或低温固化。这两种技术相当难以实现。该方法包含在文献EP13555716和EP 1601443中，其将可潜在地存在于烟道气中的SO₂加入CO₂的俘获中。

第二类涵盖目的是氧化所述燃料和回收热而不引入不希望的化合物的方法，所述化合物在烟道气或泄料中重现而没有变化或导致不希望的元素存在于这些烟道气或泄料中。

特别可以提及的是富氧燃烧(l’oxycombustion)，或更通常为其中氧化剂为稍微富含氧的混合物，延伸至纯氧气的方法。任选，一部分烟道气可由于热原因(镇流器效应(effet de ballasts))和/或反应原因(如果它们含有有意义的试剂的话)而再循环。这些方法消耗大量氧，所述氧通常通过低温蒸馏由空气分离而产生。另外，取决于氧化剂的氧富含程度，特殊原料可证明是必要的，或特殊用途的装置如燃烧器或换热器。文献US 6955051描述了用于通过用氧浓度高于空气的氧化剂使燃料燃烧而产生蒸汽的锅炉。文献US 6436337部分描述了用于在氧气中燃烧的系统，其包含具有至少一个燃烧器的炉，用于提供含有至少85％氧和含碳燃料的料流的装置和控制装置。美国DoE(Department of Energy)在2007年5月出版的标题为Cost and Performance Baseline for Fossil Energy Plants Desk Reference的报告提供了该技术的描述，具有详细的质量和能量数据。