[发明专利]分离二氧化碳的方法和具有二氧化碳分离的燃气轮机装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于分离二氧化碳的方法，具有第一吸收过程、燃烧过程、第二吸收过程和解吸过程。本发明还涉及一种燃气轮机装置，其具有在燃料侧连接在燃烧气体管路上的燃气轮机，且它的废气通道与接在后面的二氧化碳分离装置相连。

背景技术

在用于产生电能的燃烧化石燃料的电厂设备中，由于燃烧化石燃料而产生了含二氧化碳的废气。为了避免或为了减少二氧化碳的排放，必须将二氧化碳从废气分离出来。为了将二氧化碳从混合气中分离出来，通常已知各种方法。

尤其是为了在燃烧过程之后将二氧化碳从废气中分离出来(燃烧后二氧化碳捕集，Post Cap)而使用吸收-解吸的方法。对此，在大型工业规模上大致在大气压力下用吸收剂将二氧化碳从废气中洗出。在典型的吸收-解吸过程中，废气在吸收塔中与作为吸收剂的选择性溶剂接触。此时二氧化碳被溶剂吸收。现在富集了二氧化碳的溶剂为了分离二氧化碳以及为了再生而被导入解吸塔。溶剂被加热(可能时也被降压)，其中，再次解吸二氧化碳以及形成经再生的溶剂。经再生的溶剂被重新导向吸收塔，它在那里可以再次吸收来自含二氧化碳的废气的二氧化碳。常用的吸收剂表现出了良好的选择性以及对有待分离的二氧化碳的高容量。特别适用的是以胺(如单乙醇胺)为基础的吸收剂。在化工行业中，通常也使用胺溶液作为吸收剂。

为了在燃烧过程之前将二氧化碳分离出来，常用燃烧前二氧化碳捕集(Pre Cap)方法，在该方法中，在较高的压力下进行一氧化碳变换(CO-shift)和二氧化碳物理清洗(IGCC-方案)。

在利用标准天然气作为燃气轮机的燃料时，优选在有预混式燃烧装置的标准化燃气轮机中的燃烧之后将二氧化碳从废气中分离出来。在此，标准天然气的特征在于相应高的燃烧值和低含量的惰性气体(如氮气或二氧化碳)。

反之，若存在包含很高份额的惰性气体的所谓贫天然气，例如富含二氧化碳的天然气(例如二氧化碳含量在30至70%)，那么这种天然气对于标准化燃气轮机中的燃烧必然受到限制或必须进行调节。

为此，可以例如将优质天然气与贫天然气混合以及因此甲烷含量增加，其实现了在标准化燃气轮机中的燃烧。也可以通过与氧气的燃烧以及接下来水的冷凝实现了贫天然气在标准化燃气轮机中的燃烧。但这些变型方案需要高额费用和若干附加的气体。

作为备选，存在这样的可能性，即，使燃气轮机专门与低热量的贫天然气适配。但这一点随着机器类型的不同而意味着巨大的研发耗费。

本发明所要解决的技术问题是，提供一种方法和一种装置，该装置一方面允许了标准化燃气轮机使用贫天然气，另一方面则确保了分离因燃烧产生的二氧化碳。

就方法而言，该技术问题通过按权利要求1所述的特征解决。

本发明在此基于这样的考虑，即，首先在燃烧过程之前就使富含二氧化碳的天然气经受二氧化碳分离过程。在此，通过化学的吸收过程使包含在天然气内的二氧化碳尽可能地被溶剂吸收。因此为之后的燃烧过程提供了二氧化碳减少的天然气。通过天然气的燃烧产生的二氧化碳则在之后的分离过程中被吸收。分离过程在此由吸收器和解吸器构成，在吸收器中，废气被溶剂清洗。按照本发明，现在将来自燃烧之前和燃烧之后的吸收过程的富集了二氧化碳的溶剂一起输送给解吸器。

因此本发明一方面在于将在燃烧过程之前的吸收过程特别有利地与在燃烧过程之后的吸收过程结合起来。此外，可以在不同压力下运行的分级的吸收过程能特别有利地相互并行，因而只须为两个吸收过程配备仅一种溶剂以及仅一个解吸过程。在燃烧过程之前的吸收过程可以基于提高的压力水平而设计得明显更为精简。

通过本发明也可以在存在二氧化碳含量很高的燃烧气体或天然气时使用一种带有预混燃烧系统的标准化燃气轮机。由此可以实现较少的NOx排放。结合从废气的分离，预期能大幅降低总排放。总而言之可以通过本发明使用二氧化碳含量极高的燃烧气体或天然气，伴随整体很高的二氧化碳分离程度。由此可以相比现有技术明显降低相应设备的投资和运行成本。

在本发明的一种有利的设计方案中，燃烧过程之前的第一吸收过程在比燃烧过程之后的第二吸收过程更高的压力下运行。第一吸收过程由此可以在所提供的燃烧气体或天然气在例如从气田输送出来后到达设备时所处的压力下运行。这种气体压力优选处在20到30bar之间。在燃烧气体或天然气的相应低的压力水平下，第一吸收过程也可以在低压区域(大致为大气压力下)实施。通过第一吸收过程减少的燃烧气体在这种情况下必须基于较小的质量流量而紧接着被压缩到燃烧过程所需的压力。第二吸收过程以及解吸过程大致在大气压力下运行。