本發(fā)明涉及從含co2的廢氣(例如來自工業(yè)過程或碳質燃料燃燒的廢氣)中捕獲co2的方法和設備。

背景技術：

1、近幾十年來，隨著環(huán)境意識的增強，特別是對“溫室氣體”(即導致大氣溫度升高的氣體)排放影響的認識有所增強。這種認識的提高導致了聯合國可持續(xù)發(fā)展目標的制定，該目標已被許多國家采納，并制定了具體的目標，例如減少co2等溫室氣體的排放，以便在幾年內大幅減少co2的排放。然而，世界各國目前仍高度依賴化石燃料，而向其他能源過渡需要比開發(fā)和建造無排放或低排放能源更長的時間。

2、因此，減少co2排放的一個重要策略是co2捕獲和儲存，即從較大或較小的co2排放活動中捕獲co2，并將其儲存在穩(wěn)定的地質結構中。

3、目前已經提出了許多co2捕獲的概念和項目，但由于這些設備的高投資和運行成本，以及缺乏政治支持，其中很少有概念或項目從想法或圖紙發(fā)展到實際項目。

4、大多數擬議的co2捕獲項目都是基于燃燒后co2捕獲，其中含co2的廢氣被引入吸收器，含co2的氣體與co2吸收劑緊密接觸，以在廢氣釋放到周圍環(huán)境之前去除或至少大幅降低廢氣中的co2含量。然后將吸收了co2的吸收劑引入再生器，以再生吸收劑以供再次使用，而捕獲的co2則被取出進行沉積/儲存。

5、最常用的吸收劑是無機吸收劑(通常是碳酸鉀的水溶液)和有機吸收劑(通常是一種或多種有機胺或氨基酸的水溶液)。有機吸收劑在使用過程中容易降解，特別是在有氧氣的情況下。這些設備運行時產生的一些胺類降解產物被稱為有毒和致癌化合物，可能會與co2耗盡的廢氣一起釋放到周圍環(huán)境中。捕獲設備在比大氣壓更高的壓力下使用有機吸收劑運行會加劇降解問題，因為壓縮會增加氧氣的分壓。另一方面，碳酸鉀相對便宜，在捕獲設備的運行條件下化學穩(wěn)定，不會產生有毒或致癌的降解產物。

6、捕獲設備中捕獲co2的反應速度和系統平衡很大程度上取決于吸收器中co2的分壓，即捕獲設備中含co2的氣體與吸收劑緊密接觸的部分。此外，使用高壓可以減少氣體體積，并可以顯著減小設備的規(guī)模，從而降低建設成本。

7、諾爾斯海德(norsk?hydro)的專利wo?0048709涉及一種從主發(fā)電設備(如基于燃氣輪機的發(fā)電設備)的廢氣中捕獲co2的方法。來自燃氣輪機發(fā)電設備的經膨脹和冷卻的廢氣被重新壓縮到5至30巴的壓力，通常為7至20巴，并在壓縮氣體被引入吸收器并與co2捕獲設備的吸收器中的胺吸收劑接觸之前進行冷卻。補償進入的廢氣將耗盡co2的廢氣重新加熱，然后通過膨脹機使氣體膨脹，為進入的廢氣的壓縮提供動力。這種方法的缺點是，它需要在主發(fā)電設備的燃氣輪機之間進行集成以運行輔助發(fā)電系統，這限制了該方法和設備在燃氣輪機設備的潛在使用。此外，該方法需要與熱回收蒸汽發(fā)生器(hrsg)或燃氣輪機設備集成。其中所述方法的另一個缺點是使用胺水溶液作為吸收劑。在吸收器中的溫度下，co2吸收劑中使用的胺容易被廢氣中存在的氧氣降解，在吸收器中，廢氣與吸收劑緊密接觸。降解程度既取決于所討論的胺、溫度，也取決于氧分壓。已知或懷疑所使用的一些胺或其降解產物有毒甚至致癌。

8、另一種吸收劑是碳酸鉀水溶液。使用碳酸鉀水溶液作為co2吸收劑已經為人所知幾十年了，例如參見us?7.328.581、ep?2300129和ep?2643559，最初由薩加斯公司(sargasas)提交，現已轉讓給co2卡普索公司(co2capsol)，ep?3359281歸屬于卡普索eop股份公司(capsol?eop?as)，以及其中引用的引文。

9、本發(fā)明旨在通過使用碳酸鉀水溶液作為吸收劑來改進co2捕獲，從而允許從任何來源的含co2氣體中捕獲co2，而無需與含co2氣體源一體形成。

技術實現思路

1、根據第一方面，本發(fā)明涉及一種從富co2氣體中捕獲co2的方法，

2、其中從富co2氣體中吸收co2以產生貧co2氣體和富co2吸收劑，其中抽出所述富co2吸收劑并將其引入再生器，在再生器中汽提吸收劑以產生再生吸收劑或貧吸收劑，所述再生吸收劑或貧吸收劑被再循環(huán)至吸收器，co2被進一步處理，其中，貧廢氣在熱交換器中被重新加熱，并在膨脹機上膨脹，以提供驅動壓縮機的動力，以及其中來自熱交換器中進入的富co2氣體的冷卻的一部分熱量被用于產生蒸汽以再生富吸收劑，其特征在于，所述富co2氣體在接近大氣壓和350℃至900℃的溫度下被接收，其中進入的廢氣在廢氣熱交換器中被冷卻，并在引入所述吸收器之前在壓縮機中被壓縮。

3、進入的廢氣溫度對應于單循環(huán)燃氣輪機發(fā)電設備的典型溫度。在進入的廢氣的溫度約為350℃時，膨脹機用于膨脹貧廢氣的能量對應于在廢氣壓縮機中壓縮進入的廢所需的能量。在較高溫度下，膨脹產生的能量超過了用于壓縮的能量，因此多余的能量可以通過機電發(fā)電機用于發(fā)電，以便為設備中的不同消費者提供電力或用于出口。然而，為了避免使用極其昂貴的材料作為熱交換器，存在實際的溫度上限，這種成本會使設備變得過于昂貴。

4、在實施方案中，在進入熱交換器2之前，可以通過管道燃燒70提高所述進入的廢氣的溫度，利用進入的廢氣將所述貧廢氣加熱。

5、在實施方案中，在膨脹機9上膨脹的所述貧廢氣進入熱交換器71。在實施方案中，所述貧廢氣在熱交換器71中加熱進入的廢氣。

6、根據第二方面，本發(fā)明涉及用于從進入的富co2氣體中捕獲co2的設備，

7、所述設備包括用于接收進入的廢氣的進入廢氣管(1)，用于冷卻進入的廢氣的一個或多個廢氣熱交換器(2，2’，2”，2”’)，用于壓縮冷卻的廢氣的一個或多個壓縮機(5，5’，5”)，用于利用碳酸鉀水溶液吸收劑吸收進入的廢氣中的co2的吸收器(20)，用于將貧廢氣引入廢氣熱交換器(2，2’，2”，2”’)中以利用進入的廢氣加熱貧廢氣的貧廢氣管(26)，用于在將所述貧廢氣釋放到大氣中之前使所述貧廢氣膨脹的膨脹機(9)，其中所述膨脹機(9)被布置為驅動所述壓縮機(5，5’，5”)，用于從所述吸收劑中抽出所述富吸收劑并將所述富吸收劑引入再生器(27)以再生吸收劑以產生貧吸收劑的富吸收劑管(23)，用于將再生或貧吸收劑返回吸收器(20)的貧吸收劑管(22)，其中，蒸汽發(fā)生器(12)通過蒸汽管(12’)和冷卻水回流管(12”)連接到廢氣熱交換器(2”)或熱盤管(65)之一以產生蒸汽，并且其中再沸器蒸汽管(13)被布置成將產生的蒸汽輸送到再沸器(15)中，以加熱所述貧吸收劑以產生蒸汽用于再生再生器(27)中的吸收劑，以及用于將在再沸器(15)中加熱所述貧吸收劑期間冷凝的水回流到所述蒸汽發(fā)生器(12)的冷凝物回流管(14)，其特征在于，用于冷卻進入的廢氣的熱交換器(2，2’，2”，2”’)布置在用于壓縮冷卻廢氣的一個或多個壓縮機(5，5’，5”)的上游。

技術特征：

1.從富co2氣體中捕獲co2的方法，

2.根據權利要求1所述的方法，其中所述進入的廢氣的溫度在進入所述熱交換器2之前被升高。

3.根據權利要求2所述的方法，其中通過管道燃燒70提高所述進入的廢氣的溫度。

4.根據前述權利要求所述的方法，其中在膨脹機9上膨脹的所述貧廢氣進入熱交換器71。

5.根據權利要求4所述的方法，其中所述貧廢氣在熱交換器71中加熱進入的廢氣。

6.用于從進入的富co2氣體中捕獲co2的設備，

7.根據權利要求6所述的設備，包括位于所述熱交換器(2)上游的加熱器(70)。

8.根據權利要求7所述的設備，其中所述加熱器(70)是管道燃燒器。

9.根據權利要求6所述的設備，包括位于所述膨脹機(9)下游的熱交換器(71)。

技術總結
本發(fā)明涉及從富CO<subgt;2</subgt;氣體中捕獲CO<subgt;2</subgt;的方法，貧廢氣在熱交換器中被重新加熱并在膨脹機上膨脹，以提供驅動壓縮機的動力，并且來自熱交換器中進入的富CO<subgt;2</subgt;氣體的冷卻的一部分熱量用于產生用于再生富吸收劑的蒸汽，其中富CO<subgt;2</subgt;氣體在接近大氣壓和350℃至900℃的溫度下被接收，其中進入的廢氣在廢氣熱交換器中被冷卻，并在引入所述吸收器之前在壓縮機中被壓縮。

技術研發(fā)人員：斯特蘭·哈姆林
受保護的技術使用者：卡普索爾技術公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/5/22