專利名稱：超低溫發(fā)電聯(lián)合深冷中壓法捕捉煙道氣中二氧化碳裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
發(fā)電和捕捉二氧化碳相結(jié)合，屬發(fā)電和化工領(lǐng)域.整套裝置充分利用 火力發(fā)電廠或大型化工廠的低勢(shì)熱能，[50—200度]采用二氧化碳做蒸發(fā)劑，氮和氨做制 熱制冷劑，通過一系列的設(shè)備，把液態(tài)二氧化碳通過“熱泵”技術(shù)，提供熱量進(jìn)行預(yù)熱，利用 余熱，廢熱最后對(duì)C02加熱氣化，使C02形成超臨界的高壓氣體[10—30MP.溫度50度左 右]，推動(dòng)氣輪機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)發(fā)電設(shè)備進(jìn)行發(fā)電.。蒸發(fā)系統(tǒng)的C02從付50蒸發(fā)成正50 度，有很大的冷量可以利用，這就為捕捉C02提供了很大的冷量.整套裝置利用熱泵技術(shù)， 把煙道氣中的溫度提出來，加熱發(fā)電系統(tǒng)的液體C02，使其氣化，又回收液體C02之冷量，來 降低煙道氣中的溫度，使煙道氣中的溫度降到-56度，使煙氣中的C02變成液態(tài)，通過氣液 分離塔，分離出液態(tài)C02送入儲(chǔ)槽，完成捕捉C02之目的。此套系統(tǒng)運(yùn)行成本非常低，因?yàn)橛酂?廢熱是不花錢的能源，發(fā)電成本和水電相 當(dāng)，捕捉的C02是商品，又可以降低了部分發(fā)電成本。它的建造費(fèi)用和建造周期又遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于 水利發(fā)電的投入，整套系統(tǒng)無碳零排放，是國(guó)家提倡的清潔能源，對(duì)節(jié)約能源，提高能源利 用率，將發(fā)揮重要作用。它必將是繼風(fēng)力發(fā)電-太陽(yáng)能發(fā)電一核能發(fā)電之后的又一新成員。
背景技術(shù)：
超低溫發(fā)電和捕捉C02相結(jié)合，是一種多學(xué)科的綜合技術(shù)，集中采用了 發(fā)電工藝一化工工藝一深冷工藝一熱泵技術(shù)一化工儀表自控，蒸發(fā)劑和制冷制熱劑優(yōu) 選，符合整套工藝的技術(shù)要求.設(shè)備采用化工/電力方面的先進(jìn)設(shè)備，這就為以后的投運(yùn)打 下了很好的基礎(chǔ)。此發(fā)電系統(tǒng)和火力發(fā)電相似，火電是以水為蒸發(fā)劑，鍋爐燒煤加熱水產(chǎn)生高壓蒸 汽，推動(dòng)蒸汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)發(fā)電設(shè)備進(jìn)行發(fā)電，而水的臨界溫度374. 20度，而C02的臨界 溫度只有31. 06度，低溫廢熱，余熱完全可以把C02加熱氣化成超臨界壯態(tài).超臨界的C02 氣體壓力再高也不會(huì)液化，只要有足夠量的廢熱.余熱，連續(xù)加熱C02液體，使其超臨界的 蒸發(fā)氣化，就會(huì)產(chǎn)生高壓氣體，壓力可達(dá)到30MPa或更高，推動(dòng)氣輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)發(fā)電設(shè)備 發(fā)電。C02和N2是惰性物質(zhì)，(1)不燃燒，爆炸。( 性質(zhì)穩(wěn)定.不活潑.無毒性.不破 壞臭氧層。( 極佳的熱力學(xué)性質(zhì).較高的熱導(dǎo)率和比定壓熱容.較小的動(dòng)力黏度.較高 的動(dòng)力密度.較小的氣液密度比。(4)單位容積制冷量是R22的五倍。C02以上優(yōu)點(diǎn)完全可 以勝任做超低溫發(fā)電的蒸發(fā)劑。N2氣的物理特性和C02差不多，但它的臨界溫度-147度， 沸點(diǎn)-195度，在制冷循環(huán)中，N2不會(huì)被液化，起到制熱.制冷和有效分離C02液體之目的。N2制冷制熱系統(tǒng)和氨制冷制熱系統(tǒng)，充分利用“熱泵”原理，既回收蒸發(fā)發(fā)電系統(tǒng) C02之冷量，用于冷卻煙道氣中溫度，又加熱了蒸發(fā)系統(tǒng)C02，達(dá)到冷量和熱量都合理應(yīng)用。 優(yōu)其是原始開車和檢修后開車生產(chǎn)都必須利用它們的制冷功能，使設(shè)備首先進(jìn)行降溫，達(dá) 到能液化C02的低溫(_56°C )使C02發(fā)電作功后，進(jìn)入制冷系統(tǒng)既被液化，達(dá)到安全有效的 循環(huán)。C02捕捉系統(tǒng)，必須在發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)入正常工作后才能投入運(yùn)行。因?yàn)榘闭舭l(fā)降壓降 溫后，吸收煙氣中的溫度，必須靠熱泵(冰機(jī))吸收蒸發(fā)發(fā)電系統(tǒng)C02冷量，使氨氣液化，同 時(shí)又對(duì)蒸發(fā)系統(tǒng)的C02加熱，來滿足冰機(jī)的要求，完成有效安全的循環(huán)，才能達(dá)到捕捉C02之目的。整套系統(tǒng)是靠3個(gè)循環(huán)來完成的，既C02蒸發(fā)氣化發(fā)電循環(huán)。N2氣制冷制熱循環(huán) 和氨氣制冷制熱循環(huán)。三套循環(huán)共同完成發(fā)電和捕捉C02的任務(wù)。

發(fā)明內(nèi)容
超低溫發(fā)電和捕捉煙道氣中C02相結(jié)合，其結(jié)合點(diǎn)是利用發(fā)電蒸發(fā)系 統(tǒng)C02之冷量，來冷卻煙道氣中的溫度，反過來就是利用煙氣中的溫度，來加熱發(fā)電系統(tǒng)的 C02使其氣化，這樣既利用了煙氣之熱量，來加熱發(fā)電系統(tǒng)的C02，又利用了 C02之冷量，來 冷卻煙道氣中溫度。超低溫發(fā)電是一種全新的發(fā)電方法，其核心部分是利用臨界溫度極低的C02做蒸 發(fā)劑，N2和HN3做制熱制冷劑，充分利了“熱泵1理，達(dá)到熱冷都得到很好的利用。為了充 分利用熱泵能有效的工作，首選是煙道氣中之熱量，因?yàn)榻档蜔煹罋鉁囟群?-56度)，C02 首先被液化，煙氣中的氮.氬.氧因沸點(diǎn)更低不會(huì)液化，只要把煙氣中的溫度降到-56度， 把C02變成液體，捕捉C02就很容易實(shí)現(xiàn)。因C02蒸發(fā)系統(tǒng)有很大的冷量，氨制熱制冷系統(tǒng) 能有效的回收之冷量，用于降低煙道氣的溫度，這樣就能圓滿完成發(fā)電和捕捉C02的任務(wù)。整套裝置主要特點(diǎn)是，利用低溫余熱蒸發(fā)C02，使其氣化成高壓氣體，推動(dòng)氣輪機(jī) 完成發(fā)電任務(wù)后，制冷系統(tǒng)把C02再液化，送入C02儲(chǔ)槽，供下一個(gè)蒸發(fā)循環(huán)。而液化煙道 氣中C02，是利用發(fā)電蒸發(fā)系統(tǒng)C02之冷量，利用熱泵技術(shù)進(jìn)行合理的冷熱交換，完成捕捉 煙道氣中C02的任務(wù)。


圖1和圖2組成了發(fā)電和捕捉C02，相結(jié)合的工藝控制流程圖。圖1主 要是C02蒸發(fā)氣化發(fā)電系統(tǒng)，圖2主要是氨制冷制熱系統(tǒng)和煙道氣C02捕捉系統(tǒng)，但兩圖又 緊密結(jié)合，必須把它當(dāng)一幅圖來看，才能迅速了解整套系統(tǒng)的運(yùn)行情況。圖1是C02蒸發(fā)氣化發(fā)電主圖，圖2是付圖，具體發(fā)電過程如下液體C02從儲(chǔ)槽 中(-53度左右)，被調(diào)頻高壓泵打入冷熱交換器，和制冷壓縮機(jī)出來的熱氣體，進(jìn)行第一次 冷熱交換，C02得到第一次加熱，而后進(jìn)入C02預(yù)熱器，和被冰機(jī)壓縮的熱氣氨進(jìn)行第二次 冷熱交換，C02得到第二次加熱，再進(jìn)入C02蒸發(fā)器中，用低勢(shì)熱能(80200度)對(duì)C02 第三次加熱，使C02達(dá)到50度左右，這時(shí)的C02已是超臨界壯態(tài)，只要有足夠的余熱.廢熱 加熱C02，它就會(huì)產(chǎn)生巨大的氣體壓力(30MPa)，滿足氣輪機(jī)的要求，完成發(fā)電的任務(wù)。高壓 的C02氣體對(duì)氣輪機(jī)作功后，壓力降低，位能增大，氣體迅速膨脹，有很大的制冷效果，C02 氣體變冷。出氣輪機(jī)的C02氣體和從冷熱交換器出來的冷N2氣混合，一起進(jìn)入氨冷器A， 用液氨氣化對(duì)混合氣體進(jìn)行降溫，而后進(jìn)入膨脹制冷機(jī)進(jìn)行膨脹制冷，C02被低溫(-56度) 所液化，氣液分離塔分離出液態(tài)C02入儲(chǔ)槽，供下一個(gè)蒸發(fā)循環(huán)。N2氣出氣液分離塔，又被 制冷壓縮機(jī)吸入，進(jìn)行下一個(gè)熱泵循環(huán)。圖2是捕捉煙道氣中C02主圖，圖1是付圖。煙道氣首先進(jìn)入除水.除塵.干燥 系統(tǒng)，對(duì)煙氣進(jìn)行預(yù)處理，二次加壓后進(jìn)入板式換熱器，和從氣液分離塔出來的冷尾氣進(jìn)行 冷熱交換，使煙氣得到降溫，而后進(jìn)入氨冷器B，氨吸收煙道氣中的溫度，使煙道氣中的溫度 降到-56度，C02進(jìn)入液化壯態(tài)，進(jìn)入氣液分離塔被分離出來，送入C02儲(chǔ)槽，成為商品C02。而降壓吸熱后的氣氨，被冰機(jī)吸入加壓后，氣氨溫度迅速上升，可達(dá)到150度左 右，送入C02預(yù)熱器，和氣化發(fā)電系統(tǒng)的冷C02進(jìn)行冷熱交換，氣氨溫度下降成為液氨，送入 儲(chǔ)槽供下一個(gè)制冷制熱循環(huán)。蒸發(fā)劑C02本身不起任何化學(xué)反應(yīng)，很少損耗，主要是漏點(diǎn)和 生產(chǎn)不正常時(shí)放空，造成損耗。制冷制熱劑氨也沒有損耗，可以反復(fù)使用。制冷制熱劑N2有損耗，主要是生產(chǎn)不正常時(shí)，用液N2對(duì)氣液分離塔進(jìn)行降溫，液N2的溫度在-180度左右， 送入氣液分離塔迅速氣化，吸收氣液分離塔中C02熱量，C02迅速降溫達(dá)到液化，但進(jìn)入N2 循環(huán)系統(tǒng)的N2含量不能太高，20%左右比較合適，高出此范圍必須放空，造成損耗，所以必 須經(jīng)常進(jìn)行補(bǔ)給，以備急用。
具體實(shí)施例方式超低溫發(fā)電聯(lián)合深冷中壓法捕捉煙道氣中C02裝置，它的動(dòng)力源 就是低溫?zé)崃?，所以必須依靠有余熱廢熱，有鍋爐的企業(yè)來建造。首選企業(yè)是火力發(fā)電廠， 它有大量的廢熱和余熱，鍋爐的煙道氣質(zhì)量也高，鍋爐產(chǎn)生的高壓蒸汽，推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電后 的低壓蒸汽，可以直接通入C02蒸發(fā)器中，對(duì)C02進(jìn)行加熱使其氣化，產(chǎn)生高壓氣體，不需要 特殊的余熱廢熱提取設(shè)備，而且溫度和總熱量基本不變，便于提高發(fā)電效率和裝置的穩(wěn)定 性，可以選擇大規(guī)模的發(fā)電和捕捉C02裝置。發(fā)出的電力可直接上國(guó)家電網(wǎng)，無需復(fù)雜的上網(wǎng)手續(xù)，技術(shù)工藝和火力發(fā)電相似， 職工的培訓(xùn)及設(shè)備的維修和備品備件的準(zhǔn)備也好進(jìn)行，以上優(yōu)點(diǎn)對(duì)按裝此裝置有極大的幫 助，能有效地發(fā)揮此裝置的作用，為節(jié)能降耗，減少C02排放，減少水資源的浪費(fèi)，并回收煙 道氣中的C02，成為化工原料貢獻(xiàn)力量。笫二是大型氮肥企業(yè)，合成氨裝置有大量的廢熱可以利用，(1)大型氣體壓縮機(jī)的 壓縮熱。(2)變換爐.合成塔的化學(xué)反應(yīng)熱。(3)造氣爐半水煤氣濕熱。(4)鍋爐的煙道氣 熱。(5)吹風(fēng)氣鍋爐的尾氣熱。這些熱量都可利用，但必須增加一套溫度提取設(shè)備，把低溫 廢熱收集起來，送入C02蒸發(fā)器中，完成對(duì)C02的超臨界加溫，形成高壓氣體，推動(dòng)氣輪機(jī)高 速運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)完成發(fā)電任務(wù)。大型氮肥企業(yè)需要大量的電能，這樣就可以就地消化，超低溫發(fā)電裝置發(fā)出的電 力，可直接并入本企業(yè)的電網(wǎng)中，供本企業(yè)使用，這樣企業(yè)就可以節(jié)省一大部分電費(fèi)開支， 既節(jié)能降耗，又科技環(huán)保。C02捕捉系統(tǒng)，又回收了煙道氣中的C02，它是重要的化工原料，
可以生產(chǎn)多種產(chǎn)品。超低溫發(fā)電聯(lián)合深冷中壓法捕捉煙道氣中C02裝置，綜合了多學(xué)科的技術(shù)，一旦 實(shí)施還有大量的工作要做，設(shè)備的選型，非標(biāo)設(shè)備的設(shè)計(jì)及制作，工藝指標(biāo)參數(shù)的制定，原 始開工生產(chǎn)的生產(chǎn)方案，這需要多學(xué)科的技術(shù)人員參加，一起深入研究，共同完善此裝置， 使此裝置更加合理.科學(xué).先進(jìn)，為節(jié)能降耗，提高能源利用率，減少二氧化碳排放，共同完 成這項(xiàng)利國(guó).利民.利地球的工程。
權(quán)利要求
1.超低溫發(fā)電聯(lián)合深冷中壓法捕捉C02裝置，是針對(duì)火力發(fā)電廠，大型氮肥企業(yè)開發(fā) 的一種發(fā)電和捕捉C02裝置，采用C02為蒸發(fā)劑，氮?dú)夂桶睘橹评渲茻釀?。液體C02從儲(chǔ)槽中，被調(diào)頻高壓泵送入蒸發(fā)系統(tǒng)，氮制熱.和氨制熱依次對(duì)C02進(jìn)行加 熱，低溫廢熱.余熱最后對(duì)C02進(jìn)行加熱，使C02的溫度達(dá)到超臨界溫度以上(50度左右)， 產(chǎn)生高壓氣體，推動(dòng)氣輪機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。氮和氨對(duì)液體C02進(jìn)行加熱后，它 本身的溫度也大大降低，氨被液化送入儲(chǔ)槽，進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。氮雖然不液化，但溫度也大 大降低，從冷熱交換器出來后，和從氣輪機(jī)出來的C02氣體混合，一起進(jìn)入氨冷器A進(jìn)一步 降溫，而后進(jìn)入膨脹制冷機(jī)進(jìn)行作功制冷，膨脹機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)第二次發(fā)電，最后進(jìn)入氣液分離塔，這時(shí)的混合氣溫度一定要達(dá)到-53度------56度，C02被液化分離出來，送入儲(chǔ)槽供下一個(gè)蒸發(fā)循環(huán)。因氮的沸點(diǎn)更低不會(huì)液化，從分離塔頂出來，被制冷壓縮機(jī)吸入，進(jìn)行 下一個(gè)制熱制冷循環(huán)。捕捉煙道氣中C02系統(tǒng)，充分利用蒸發(fā)氣化發(fā)電系統(tǒng)的冷量，來冷卻煙道氣的溫度，同 時(shí)又對(duì)蒸發(fā)氣化發(fā)電系統(tǒng)的C02加熱，利用氨冷器B和冰機(jī)的強(qiáng)大制熱制冷效果，把煙氣溫 度降到-56度，將C02液化加以捕捉。整套裝置科技環(huán)保，不消耗任何能源，完全利用廢熱.余熱，進(jìn)行高效的生產(chǎn)，是清潔 能源項(xiàng)目，符合國(guó)家的環(huán)保政策。由于‘熱泵’技術(shù)的合理運(yùn)用，發(fā)電和捕捉過程中的冷量 和熱量，都得到很好利用，正常生產(chǎn)過程中并不需要大量的熱量，只是最后C02蒸發(fā)器中使 用一部分，用于保證蒸發(fā)器中C02得到完全的氣化。我對(duì)此發(fā)現(xiàn)沒有任何權(quán)力要求，為了能盡快進(jìn)行中試，為民造福，我誠(chéng)心請(qǐng)求 我請(qǐng)求國(guó)家科研機(jī)構(gòu)，用低沸點(diǎn)工質(zhì)代替水做蒸發(fā)劑，進(jìn)行專門的研究.論證。如果 全國(guó)的火力發(fā)電廠，鍋爐用C02做蒸發(fā)劑，而不是水，那鍋爐的熱能利用率將成十幾倍的提 高。從水和C02的臨界溫度相差343度來論證，(水374度C02 31度)兩者相差12倍之 多，那鍋爐的熱能得到完全利用，全國(guó)的火力發(fā)電廠能源消耗，將大幅度的減少，是值得研 究的課題。但必須對(duì)鍋爐和汽輪機(jī)進(jìn)行徹底的改造，還必須增加C02液化系統(tǒng)，這必須靠國(guó) 家及科研機(jī)構(gòu)，組織各方面的專家來完成。用低沸點(diǎn)工質(zhì)進(jìn)行蒸發(fā)氣化發(fā)電，還可以利用自然溫度及多種熱源，如(1)太陽(yáng) 能.地?zé)崮?，夏天的空氣溫度，以及江河瑚海的溫度，這些低溫必須靠“熱泵”工藝，把低溫提高成100-------150度的可用溫度，這不需要能源消耗，可以用自發(fā)的電力來完成，完全可以獨(dú)立建造超低溫發(fā)電裝置，不需要依靠企業(yè)的余熱廢熱，而且有大量的冷量可以輸出， 這是值得研究的課題。(2)大型空分裝置空氣壓縮熱，各種化工廠的廢熱.余熱，水坭廠.鋼 鐵廠的廢熱等。全國(guó)這種余熱廢熱是相當(dāng)可觀的，加以開發(fā)利用，建起低溫發(fā)電系統(tǒng)，全國(guó) 又可節(jié)約多少能源。這種發(fā)電方法可大可小，可根據(jù)熱源的大小，來確定發(fā)電的規(guī)模，但工 藝流程，控制方法必須符合客觀規(guī)律，國(guó)家科研機(jī)構(gòu)研究出各種裝置，在全國(guó)推廣，以適應(yīng)各種熱能的需要。那全國(guó)可以減少多少二氧化碳排放，減少多少能源消耗，是個(gè)可觀的數(shù)目。用低沸點(diǎn)工質(zhì)蒸發(fā)氣化發(fā)電，應(yīng)該是今后發(fā)展的方向，低沸點(diǎn)工質(zhì)很多，有很大的選擇 余地，可以利用多種形勢(shì)的低溫，設(shè)計(jì)多種工藝流程，進(jìn)行不消耗能源的發(fā)電，一定會(huì)形成 強(qiáng)大的規(guī)摸，它必將給地球帶來清潔美好的明天。
全文摘要
CO2蒸發(fā)氣化發(fā)電循環(huán)液體CO2儲(chǔ)槽，調(diào)頻高壓泵，冷熱交換器，CO2預(yù)熱器，CO2蒸發(fā)器，氣輪機(jī)(帶動(dòng)發(fā)電機(jī))，氨冷器，膨脹制冷機(jī)(帶動(dòng)發(fā)電機(jī))，氣液分離塔，液體CO2回儲(chǔ)槽，供下一個(gè)發(fā)電循環(huán)。N2氣和氨系統(tǒng)組成兩套制冷制熱循環(huán)充分利用熱泵工藝，制熱用于加熱CO2氣化，制冷用于冷卻發(fā)電系統(tǒng)CO2，煙氣中CO2成液體，加以分離入儲(chǔ)槽，供下一個(gè)循環(huán)和商品CO2出售。捕捉CO2系統(tǒng)充分利用發(fā)電系統(tǒng)液體CO2之冷量，氨制熱用于發(fā)電系統(tǒng)蒸發(fā)CO2成氣體，制冷用于冷卻煙氣溫度，使煙氣中CO2液化便于捕捉。為了減輕氨冷器B負(fù)擔(dān)，尾氣冷量用板式換熱器加以回收，完成捕捉CO2的任務(wù)。
文檔編號(hào)C01B31/20GK102061950SQ201010531078
公開日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2010年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月25日
發(fā)明者陳海文 申請(qǐng)人:陳海文