[发明专利]用于压缩空气和生产富二氧化碳流体的集成方法和装置

说明书

本发明涉及一种用于压缩和甚至分离空气并用于生产富二氧化碳流体的集成方法和集成设备。

富二氧化碳流体包含至少30mol%的二氧化碳、或至少60mol%的二氧化碳、或甚至至少80mol%的二氧化碳、或甚至至少95mol%的二氧化碳。

为了减少人类排放至大气的CO₂，已开发用于捕捉在给定工艺中产生的CO₂的方法。它们涉及从通过该工艺产生的气体中提取CO₂，可选地对其进行净化，并最后通常对其进行压缩以在管道系统内进行运输。

就这点而言应指出的是，另一种运输二氧化碳的途径是将其液化并装载到为此用途而设计的船只上。一些CO₂液化循环需要将CO₂压缩至一定压力，使得其能够被冷凝至与环境相近的温度。该液体随后被减压至运输压力（通常介于6bar a和10bar a之间）。本发明将适用于这种类型的工厂。

还应指出，尽管CO₂捕捉方法之间存在许多不同（二次燃烧，以氨或氨水冲洗；还有燃料的汽化，化学循环过程，黑色金属冶金工艺，水泥设备，或任何使用空气的工业方法），但它们基本上都包括压缩相对纯净的CO₂，并因此适于执行下文描述的本发明。

将CO₂供应给管道系统的压力一般大于150bar abs。在现有技术中，CO₂在离心压缩机中被压缩至最终压力（给定在工厂中应用二氧化碳捕捉所涉及的流量）。

本发明的一个方面基于如下事实，即在60bar左右时，CO₂能够被冷凝至与环境接近的温度。一旦其处于冷凝形式（密度乘以3至500的因数），则泵送CO₂与将相同量的CO₂压缩至气态形式相比消耗少得多的能量。

在下文中，术语“压缩”是指提高气体压力的意思，“泵送”是指将流体的压力提高到使流体具有超过500kg/m³的密度的意思，该密度是泵能接受的密度下限。

此外，术语“富CO₂流”和“CO₂”将类似地使用。

应说明的是，在给定成分下，气体在一给定温度下必须被压缩以使其冷凝的压力随着温度的上升而提高。类似地，在给定温度下，冷凝压力随着不可冷凝的种类（比CO₂更易挥发的成分，如CO、H₂、O₂、N₂、Ar和NO）的程度而上升。

本发明的一个方面涉及冷却来自工业过程的富CO₂流体，以便例如冷凝其所包含的部分水，从而减少压缩二氧化碳所需的能量。本发明的一个可选方面因此涉及通过在已冷凝富CO₂流后使用泵完成压缩来减少运行费用。

循环用来冷却富CO₂流体的冷水使得该方法自动运行，而不消耗水。

根据本发明的一个主题，提供了用于压缩空气和生产富二氧化碳流体的集成方法，该方法包括以下步骤：

i)使用于空气压缩机的空气与水接触以产生加湿的、或甚至是水饱和的空气和经冷却的水，

ii)在所述压缩机内压缩经加湿的空气以产生压缩空气，

iii)在生产富二氧化碳气体的设备中使用所述压缩空气的至少一部分或者通过分离所述压缩空气所产生的流体，

iv)在二氧化碳压缩机中压缩富二氧化碳气体，以及

v)使用来自步骤i)中的经冷却的水的冷量（负大卡，frigories）来冷却二氧化碳压缩机上游和/或下游的富二氧化碳气体。

根据其它可选方面：

-来自所述空气压缩机的空气被冷却以冷凝存在于空气中的水，存在于空气中的水用来加湿用于所述空气压缩机的空气。

-来自所述设备的包含二氧化碳的残余气体被冷却以冷凝其所包含的水；所述水用来冷却用于所述空气压缩机的空气；并且所述残余气体被处理以生产所述富二氧化碳气体。

-所述富二氧化碳气体在所述二氧化碳压缩机下游被冷却以使之冷凝，所产生的富二氧化碳液体在泵中被加压。

-富氧流或富氮流或富氩流是通过分离空气产生的流体。

-所述设备是增氧燃烧设备或黑色金属生产设备或气化器。

-在所述设备中使用压缩空气。

-所述设备是水泥设备，用于生产金属的设备、例如黑色金属设备，或燃气轮机。