[发明专利]CO2捕集中的热集成

说明书

技术领域

本发明涉及从含CO₂的气体，例如从碳质燃料燃烧的废气中捕集CO₂的领域。更具体地，本发明涉及对CO₂捕集的改进，用于CO₂捕集的装置的能量需求的降低。

背景技术

由于大气中CO₂的温室效应，引起对碳质燃料，更具体的是化石燃料的燃烧中释放CO₂的关注。一种降低CO₂排放至大气中的方法是从碳质燃料燃烧的废气中捕集CO₂并安全存放捕集的CO₂。过去的约十年间，已经提出了多个用于CO₂捕集的方案。

提议的用于CO₂捕集的技术可被归在三个主要组中：

1.CO₂吸收：其中CO₂从废气中可逆吸收以留下贫CO₂废气，且使吸收剂再生以提供可被进一步处理和存放的CO₂。

2.燃料转化：其中烃类燃料被转化(重整)成氢气和CO₂。CO₂与氢气分离并被安全地存放，而氢气被用作燃料。

3.富氧燃烧：其中碳质燃料在已经与空气分离的氧气的存在下燃烧。用氧气替代空气留下主要包括CO₂的废气以及可通过冷却和闪蒸分离的蒸汽。

WO2004/001301A(SARGAS AS)31.12.2003描述了在高压下燃烧碳质燃料的装置，其中通过在燃烧室中的蒸汽管中的蒸汽产生在燃烧室内部冷却燃烧气体，并且通过吸收/解吸从燃烧气体中分离CO₂以产生贫燃烧气体和用于存放的CO₂，且此后贫燃烧气体在整个燃气轮机中膨胀。

WO2006/107209A(SARGAS AS)12.10.2006描述了包括在燃料喷射和废气预处理上改进的燃煤增压流化床燃烧装置。

相比于大气压下相似量的燃料气体，碳质燃料在高压下的燃烧以及来自燃烧室的增压燃烧气体的冷却降低了燃料气体的体积。此外，燃烧过程的高压以及冷却使得以充分的化学计量燃烧成为可能。产生＜5体积％，例如＜4体积％或＜3体积％的氧气残留量的充分的化学计量燃烧降低了用于特定生产电力的所需空气的质量流量。高压与降低的空气质量流量的结合使待处理的废气的总体积显著减少。此外，其显著地增加了燃料气体中的CO₂的浓度和分压，大大简化了装备且降低了捕集CO₂所需的能量。

用于CO₂捕集的所有方法和工艺是消耗能量的。因此，已经投入大量的努力来发展能量消耗较低的方法和工艺以降低能量的损失，通常以相对低温和低压下的蒸汽以及冷却水的形式。针对几个工艺步骤中的热集成已经采取了许多方式来确定在一个阶段产生的热被传递到需热工艺(heat demanding process)。这些方式的目标是得到用于从碳质燃料生产电能并同时捕集CO₂的更有能效的方法、工艺以及装置。

然而，对包括CO₂捕集的改进发电装置的能效的方案仍然存在很大的需求。本发明的目的在于提供一种用于提高能效的热集成的改进方案，即最大化作为碳质燃料的给定量化学能的有用能量(作为热和/或电)的输出。

发明内容

当权利要求被授权时，插入权利要求。

附图说明

图1为本发明的第一实施方式的原理图；

图2为本发明的第二实施方式的原理图；

图3为示出了在冷却期间的CO₂/H₂O的焓变随温度变化的曲线图；

图4为示出了比较常压设备和增压设备中的燃料气体的焓变随温度变化的曲线图；以及

图5为示出了H₂O在整个贫吸收剂上的温度随蒸汽压变化的曲线图。

具体实施方式

图1为根据本发明的装置的示意图。含碳燃料(本文也称为碳质燃料)通过燃料管道1以5至50巴(bar gauge)的压力(在下文中简称为巴(barg))被引入加压的燃烧室2。在燃烧室中的压力优选地在10巴以上，例如约15巴。

燃料可为天然气、油、煤、生物燃料或任何其它富碳燃料，并且本领域的技术人员熟知的是，燃料的引入方式和点燃方式依赖于燃料的类型。