[发明专利]用于减少工业排放的方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及‘绿色技术’领域或更具体地减少工业排放。

在一个形式中，本发明涉及二氧化碳的捕获和纯化，包括出于减少来自一个工业源(如由化石燃料来提供动力的发电机和其他工业设备)的温室气体排放的目的。

在一个具体的方面中，本发明是适合于整合到一个二氧化碳去除工艺中的，借此进一步增强供应链，从而提供改进的生命周期的益处。

在下文中，将关于发电工业来合宜地描述本发明；然而，应当领会的是本发明不仅仅限于那种用途，并且在各种各样的工业中都具有实用性。

背景技术

贯穿本说明书的论述是由于发明人的认识和/或发明人对某些相关技术问题的确认而产生，并且此外，在本说明书中的文献、装置、行为、或知识的任何论述是被包括在内的来解释本发明的背景。这不应理解为认可以下内容：任何材料在此处的披露和权利要求书的优先权日之时或之前，形成了澳大利亚或其他地方的相关技术的现有技术基础或公共常识的一部分。

‘温室效应’和持续的大气污染是重大的生态问题。应负责的主要气体是水蒸气、二氧化碳、甲烷、氧化亚氮以及臭氧。这些气体对大气污染和温室效应的相对贡献取决于每种气体的特征和它的丰度。例如，甲烷具有使之比作为温室气体的二氧化碳明显更有力的特征，但二氧化碳基于它的量具有更大的贡献。自工业革命以来的工业发展和化石燃料的燃烧已经实质上增加了大气中二氧化碳的水平。

关于减少温室气体的排放已经讨论了不同的方案。许多经济学家认为对碳定价是一个必要的起点，即，对碳进行定价，以使得有着让人们停止排放温室气体的一种激励。

从工业源中大规模去除二氧化碳以便避免大气排放是一个持续的问题。酸性气体去除工艺是众所周知的并且被广泛地使用。然而，取得工业二氧化碳排放的显著减少是昂贵的，并且提高成本效益是一个持续的挑战。二氧化碳去除工艺影响着下游商品/服务的成本。因此，如果该工艺是相关工业可接受的，则必须对工艺成本与这种影响进行权衡。在碳受约束的世界中，所有的工业均受到二氧化碳排放成本的影响，不管它们选择何种工艺(如果存在的话)。或者通过改进的技术方案、更低的生命周期成本、亦或降低的供应链影响来压低二氧化碳去除成本的工艺或系统很可能是优选的。在该技术的早期开发这类工艺或系统的那些人可能同时能够利用这个机会来赢得早期利益。

例如，一些工业正在采用一种通过在深的地质构造中捕获、浓缩以及储存二氧化碳来避免二氧化碳排放至大气中的新型工艺。这个工艺被称为碳的捕获和储存(CCS)。CCS的捕获阶段将二氧化碳从各种化石燃料的燃烧源中去除，并且三个替代途径构成了大多数研究的基础：

·燃烧后(post combustion)(PCC)，从常规的化石燃料的燃烧源中获得低压气体并且去除纯的二氧化碳，

·预燃烧，在用于电力和/或进一步产品合成的完全燃烧之前，从高压源(如合成气)中去除二氧化碳，以及

·氧燃烧(oxyfuels)，其中空气被氧气替换以用于化石燃料的燃烧，由此简化了二氧化碳分离。

成本益处随着工业与工业而不同。例如，发电业将基于发电的成本和在相关电力市场的商业影响来评价CCS系统的用途。

在纯粹地商业评价(撇开早期的过渡发展阶段和可能有用的激励)时，CCS可能仅仅在当全部技术成本与二氧化碳价格相交之时的点上是可接受的(参见图5)。或者通过改进的技术方案、更低的生命周期成本、亦或降低的供应链影响来压低CCS成本和对产品产生的影响(如通过经调平的电成本(LCOE)所度量的电力成本)的工艺或系统很可能是优选的：并且这些工艺或系统有助于加速大规模CCS工业的建立。这将为这类技术的拥有者提供随之而来的赢得早期利益的机会。

一些CCS应用提供了副产物或服务的益处。这些益处包括使用二氧化碳用于提高石油回收(EOR)或由合成气生产液体燃料。后者已经被成功地用于通过CCS根据煤气化作用生产液体燃料。纳入收益流而不是仅仅依赖于碳的定价来判断投资，为早期采用CCS提供了动力。

氮化合物(主要是胺类和氨)已经是二氧化碳捕获工艺的一个研究重点。碱性碳酸盐工艺的使用已经不太积极地去追求了。除了通过增添烟道气脱硫和氮去除设备来限制溶剂的消耗和与溶剂的不利反应之外，甚至在鉴别杂质(如硫和氮)的归趋和优化这些杂质的下游使用方面示出较少兴趣。冷氨法的提议者提及硫酸铵作为肥料副产品来生产。最近，关于基于氮的降解产物(如亚硝胺类)的归趋的关注已经造就了对PCC中基于胺的溶剂方面研究的增加以及关于它们的归趋的担忧。