專利名稱：用于降低二氧化碳排放的方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于降低二氧化碳到大氣中的排放的方法以及一種用于執(zhí)行所述方法的裝置。二氧化碳(CO2)主要在含碳燃料燃燒時產生。這樣產生的二氧化碳逸出到大氣中并且加劇全球變暖。這個環(huán)境問題例如在德國專利申請DE 19834073A1中已經予以描述。
背景技術：
為了避免將二氧化碳排放入大氣中，需要將通過燃燒產生的二氧化碳分離出來并且合適地持久儲存。為了能將全部二氧化碳從發(fā)電廠經過大的距離運輸?shù)胶线m的儲庫/地層/礦層，出于經濟原因，通常首先將二氧化碳液化。然后將液態(tài)的二氧化碳例如從先前通過燃燒產生二氧化碳的發(fā)電廠船運到儲庫。船運的特點在于，CO2在發(fā)電廠中持續(xù)產生，而船舶運輸僅可分批地進行。由此存在提供緩沖容積的必要性。液化的二氧化碳可填充在儲罐中，借助于運輸工具如船舶或車輛運往儲庫例如枯竭的油田或氣田或鹽穴，并在到達儲庫之后轉移到儲庫中。已知，為了運輸而使氣體液化并且借助于儲罐在液化狀態(tài)下將氣體從輸出地點運輸?shù)狡谕哪繕说攸c。因此，例如將天然氣冷卻到-ierc至-164°c并因此液化。液化天然氣(LNG)的運輸尤其是借助于船舶進行。在LNG的情況下，為了儲存在儲罐中必須選擇能夠承受低溫的材料。但通常不需要使所使用的材料在低溫下同時具有高強度，這是因為可在標準壓力或很小的過壓下運輸LNG。但也力求在較高的壓力下并因此隨之在較高的溫度下運輸LNG。已知，在壓力下儲存LPG。儲存壓力可高達18bar abs.(絕對壓力)，這是因為該氣體能夠僅通過這樣的壓力升高來液化。這在直到45°C的環(huán)境溫度下都適用。45°C通常是為世界范圍行駛的氣槽船所假設的上設計溫度。另外還已知，將待運輸?shù)腖PG的溫度降低到_42°C，以便能在大容積的儲罐中運輸LPG，所述儲罐不必能勝任特別的壓力需求。待運輸?shù)腖PG的儲存壓力于是可降低到環(huán)境壓力。專業(yè)人員力求使液態(tài)氣體的溫度可不必冷卻到-50°C以下，因為否則必須使用相對較昂貴的鋼。當要求儲罐必須能承受過壓時情況尤其如此。如果液態(tài)氣體的溫度為_50°C 及以上，則可使用通常的低溫細粒結構鋼如P355NL2或13MNN163。由這種低溫細粒結構鋼制成的儲罐于是也可構造得相對較抗壓。但在大容積的儲罐(數(shù)千立方米)的情況下，要制造能承受例如5 IObar g(表壓力)的相對較高的過壓的儲罐很困難或在技術上投入非常高。因此，如果要運輸大的體積，則專業(yè)人員力求這樣選擇液化氣體的溫度，使得可避免使用抗壓的儲罐或者可降低所需的耐壓強度，以便能相對較無問題地使用大容積的儲罐。如果將用于液態(tài)氣體的儲罐構造得抗壓，則專業(yè)人員力求將這種儲罐的壁厚度限制到大約50mm。尤其是下面的物理關系在此是決定性的細粒結構鋼經受所謂的低溫脆變 /脆化，該低溫脆變導致，細粒結構鋼在特定的使用溫度以下不再能用于構造壓力容器。衡量其的量度是在相應溫度下的缺口沖擊韌度。該值主要與鋼中的組織結構相關?，F(xiàn)在，板件/金屬板越厚，組織不均勻性的風險越大。附加地，在加工時，“相對于軋制的板件產生組織變化”的這一風險例如在焊接時的熱影響區(qū)中會提高。由此，在制成的儲罐的所有部位上遵循在測試板件上得到的值的可能性會下降。由此得到“應在比使用溫度低的溫度下檢查較厚的板件”這一實踐方案。這應保證，這樣發(fā)現(xiàn)的缺口沖擊韌度值在使用溫度下能有效地在板件中處處得到遵循。本發(fā)明中考察的值對于特殊的細粒結構鋼例如P690QL2反映出遠洋航行船舶上的氣體儲存罐的設計中通常使用的壓力/溫度和板厚度。由此，對于50mm的壁厚度和-40°C的儲存溫度，得到一測試溫度，在所述測試溫度下，生產鋼的煉鋼廠達到所要求的缺口沖擊值。因此，如果專業(yè)人員力求將來自燃燒過程的二氧化碳運到儲庫，則專業(yè)人員出于所述原因將力求使二氧化碳液化并在-50°C的溫度下以及在大約6. 6bar g的壓力下進行運輸。為了不必設置更低的溫度或更高的壓力，專業(yè)人員首先將二氧化碳凈化并尤其分離出氫和氮，所述氫和氮在用于從發(fā)電廠氣體中分離CO2的技術已知的方法中作為CO2的雜質 /污染物必然以一定的量存在。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于，將通過燃燒過程產生的二氧化碳經濟地并且盡可能完全地運輸?shù)絻?。本發(fā)明的目的通過一種方法來實現(xiàn)，在所述方法中，從氣體中分離出由燃燒過程產生的二氧化碳。接著使二氧化碳達到至少lobar abs.、優(yōu)選至少Mbar abs.、特別優(yōu)選至少18bar abs.的壓力并將其冷卻到直到-10°C、優(yōu)選直到_20°C的溫度。優(yōu)選地，液化的二氧化碳的溫度為直到-40°C。液化的二氧化碳的溫度當在儲罐中運輸期間特別優(yōu)選處于-25°C至_35°C之間。液化所需的溫度與儲存壓力相關。但根據本發(fā)明，力求不必選擇過低的溫度。雖然較高的、例如18bar g(bar gauge巴表壓力)的壓力需要提供具有較高的、 19 21bar g的設計壓力并因此具有隨之而來的高的壁厚度的儲罐。但由于高的壓力，在二氧化碳氣體中可容忍相對較高份額的氫和氮。即不需要在液化之前從二氧化碳中很大程度地分離氮和氫，按照現(xiàn)有技術這也會導致分離出二氧化碳。這部分二氧化碳還會以這種方式不利地逸出到大氣中。因此，根據本發(fā)明，由于與傳統(tǒng)所追求的-50°C的溫度不同，所以能夠在不必事先很大程度地分離出氫和氮的情況下將分離出的二氧化碳液化并且運輸?shù)絻?。因此不需要提供相對較純的二氧化碳。越必須大程度地分離出氫和氮，越多的二氧化碳就同時不可避免地被一起分離出并且然后不利地到達大氣中。因此，根據本發(fā)明，為了運輸氣體，不是將所述氣體冷卻到-50°C，以便可在液態(tài)狀態(tài)中在盡可能小的壓力下運輸氣體。取而代之的是，不同于這種通常的處理方式，以具有較高的壓力為代價，使得不必分離氮和氫，或者使這種分離能至少降低到最小程度。雖然對于儲罐而言需要相對較高的壁厚度，但成本總體上不會由此提高，這是因為在其它地方節(jié)省了成本。例如，因為不必大程度地從二氧化碳分離出氫、氧和/或氮來獲得相對較純的二氧化碳，所以成本得以節(jié)省。為了保證可最佳地對用于儲罐的鋼進行加工，儲罐的最大壁厚度約為50mm。
如果二氧化碳中氮的份額不大于0. 7%mol(摩爾百分比)或者氧的份額不大于 0. 99%mol或者氫的份額不大于0. 14% mol，則當(X)2的溫度約為_30°C并且壓力約為Wbar abs.時，可有利地完全放棄從分離出的二氧化碳中分離氧、氮或氫。如果在CO2中存在多種不同的、不利地需要提高壓力或降低溫度以便使CO2液化的有害氣體，則根據組成成分而定適用其它上限。在本發(fā)明的一種實施形式中，使二氧化碳冷卻到-30°C并且這樣選擇壓力， 使得可避免從分離出的二氧化碳中分離有害氣體。在本發(fā)明的一種實施形式中，將有害氣體、確切地說尤其是氮、氧和氫從分離出的 CO2中除去，以便可節(jié)省用于液化的能量。為了對二氧化碳進行廢料處理(entsorgen)，將所述二氧化碳例如泵送入以前的油田或氣田的井眼/鉆孔中或鹽穴中。CO2首先原則上水蒸氣飽和地產生。因此，在本發(fā)明的一種實施形式中，在以液體狀態(tài)運輸二氧化碳之前先將所述二氧化碳干燥。否則，會由于低溫儲存而產生冰和水合物。如果通過干燥而避免形成冰和水合物，則由此可避免阻塞過濾器、閥、泵等中的窄的橫截面。有利地，當使二氧化碳達到高的壓力時，對所述二氧化碳進行干燥。這使干燥變得簡單。本發(fā)明尤其是涉及從發(fā)電廠的煙氣中分離二氧化碳的情況。發(fā)電廠中的燃燒過程在很大程度上加劇二氧化碳對環(huán)境的負荷。因此，本發(fā)明尤其是使用在這樣的情況中。此外，為了實現(xiàn)所述目的，提出一種儲罐，所述儲罐具有并列獨立權利要求的特征。有利的設計方案由從屬權利要求中得到。此外，本發(fā)明還涉及一種駁船，所述駁船配備有用于液化二氧化碳的設備和/或用于在_20°C至_40°C的溫度下、優(yōu)選在大約-30°C的溫度下儲存液態(tài)二氧化碳的、足夠抗壓的儲罐。當儲罐能承受液化(X)2所需的壓力時，所述儲罐是足夠抗壓的。駁船的儲罐的罐容積尤其為至少2000立方米、優(yōu)選至少3000立方米，以便可儲存大量的CO2,而同時不必為提供儲罐花費過大的成本。駁船尤其有利，當-在發(fā)電廠沒有建造位置時；-建造時間緊急時，因為駁船可比陸地設備更快地建造。駁船上的單個儲罐的尺寸可較大，因為不必運輸這些儲罐。因此，在本發(fā)明的一種實施形式中，將液態(tài)的(X)2從駁船的一儲罐轉移到一船只的一具有較小容積的儲罐中。然后，該船只將液態(tài)的(X)2運輸?shù)胶线m的儲庫。在本發(fā)明的一種實施形式中，對于較老的發(fā)電廠，將緩沖儲庫從一個發(fā)電廠運送到另一個發(fā)電廠，以便可繼續(xù)使用所述緩沖儲庫。在這方面，設置駁船比設置陸地設備占優(yōu)勢。在一種實施形式中，駁船停泊在貿易港口之外，以便由此克服在擺渡船的通道水深方面的限制。因為要運輸大的量，所以，用于將液化的CO2運輸?shù)絻斓膬薜娜莘e出于前述原因也優(yōu)選為至少2000立方米，特別優(yōu)選為至少3000立方米。具有18bar g至20bar g設計壓力的、按照當前的現(xiàn)有技術可合適地構造用于在18bar abs.和_30°C下儲存CO2的最大的單個壓力罐處于5000 6500m3的數(shù)量級內。于是，由此可通過組合任意多個儲罐而在船只上構造相應的緩沖容積或運輸容積。
為了使儲罐能勝任溫度和壓力方面的要求，所述儲罐尤其是由高強度的特種鋼、 例如按照EN 10028-6具有> 500MPa直至900MPa的屈服點的特種鋼制成。這種材料已知其材料編號為P690QL2或1. 8888。具有2000立方米及以上容積的儲罐用船只運輸。但也可使用其它車輛例如火車或載貨汽車來運輸儲罐，以便將液態(tài)的二氧化碳從進行相應燃燒過程的地點運輸?shù)絻臁?儲罐容積于是當然較小。于是可更容易地特別抗壓地構造儲罐。因此，本發(fā)明首先涉及將二氧化碳以大的量用船只運到合適的儲庫的情況。船只當然通常不是僅配備有一個而是配備有多個儲罐(罐倉庫)?？側莘e通常至少為5000m3。出于清楚起見，在這里還要借助于編號的實施形式來描述本發(fā)明1. 一種用于降低二氧化碳排放的方法，根據該方法，將通過燃燒過程產生的二氧化碳分離出來，使分離出的二氧化碳達到至少IObar abs.、優(yōu)選至少15bar abs.、特別優(yōu)選至少ISkir abs.的壓力，使分離出的二氧化碳達到直到-10°C、優(yōu)選直到-20°C、特別優(yōu)選直到-40°C的溫度，這樣，將分離出的二氧化碳液化地轉移到儲罐中，將所述儲罐運輸?shù)接糜诙趸嫉膬臁?.根據實施形式1的方法，其中，液態(tài)的二氧化碳的壓力不高于25bar abs.，優(yōu)選 ^1 ^1 18bar abs.。3.根據上述實施形式之一的方法，其中，儲罐的最大壁厚度不超過50mm。4.根據上述實施形式之一的方法，其中，儲罐的設計壓力不超過20bar g。5.根據上述實施形式之一的方法，其中，在液化的二氧化碳中，氮的份額不超過 0.7%mOl (摩爾百分比)或者氧的份額不超過0. 99% mol或者氫的份額取值不超過0. 14% mol。根據上述實施形式之一的方法，其中，在二氧化碳液化之前，將非二氧化碳氣體例如氮、氧、氫的總體積的至多75%、優(yōu)選至多50%、特別優(yōu)選至多25%從二氧化碳中分離。6.根據上述實施形式之一的方法，其中，在液化之前不從分離出的二氧化碳中將氧或氮分離出來。7.根據上述實施形式之一的方法，其中，將二氧化碳通過一個或多個井眼運到儲庫中。8.根據上述實施形式之一的方法，其中，對二氧化碳進行干燥并且在干燥過的狀態(tài)中將二氧化碳運到儲庫。9.根據上述實施形式之一的方法，其中，儲罐由材料編號為P690QL2的鋼制成。10.根據上述實施形式之一的方法，其中，儲罐由具有> 500MPa、尤其是> 620MPa、更尤其是> 690MPa的屈服點的鋼例如P690QL2或等效的鋼制成。11.根據上述實施形式之一的方法，其中，將二氧化碳呈氣態(tài)地從發(fā)電廠工藝過程中提取出來，尤其是從發(fā)電廠的煙氣中分離出來。12.根據上述實施形式之一的方法，其中，將二氧化碳在駁船上液化和/或暫時儲存。13.根據上述實施形式之一的方法，其中，將在駁船上儲存的液態(tài)的二氧化碳轉移到具有自己的驅動裝置的船只上。14.根據上述實施形式之一的方法，其中，具有自己的驅動裝置的船只上的二氧化碳儲罐比駁船上的二氧化碳儲罐小。
15. 一種運輸工具的儲罐，具有包含在該儲罐中的液態(tài)的二氧化碳，所述儲罐具有至少2000m3的罐容積，其中，在儲罐中存在有至少IObar g、優(yōu)選至少Mbar g、特別優(yōu)選至少18bar g的壓力，并且二氧化碳的溫度為_30°C至_20°C。但原則上也存在一種用于運輸工具的儲罐，其具有包含在儲罐中的液態(tài)的二氧化碳，所述儲罐根據實施形式1至14之一的方法來制造。16.在上述兩種實施形式之一中的儲罐，所述儲罐由P690QL2制成。17. 一種罐倉庫，具有多個具有包含在其中的液態(tài)的二氧化碳的儲罐，尤其是根據上述兩個實施形式之一的儲罐，其中，在每個儲罐中均存在有至少IObar g、優(yōu)選至少Mbar g、特別優(yōu)選至少18bar g的壓力并且二氧化碳的溫度為-30°C至_20°C，其中，儲罐的總容積至少為5000m3，優(yōu)選為10000m3。18. —種具有一儲罐的駁船，液態(tài)的二氧化碳可在_30°C的溫度下、在18bar g的壓力下儲存在該儲罐中。19.尤其是根據上述實施形式的駁船，具有用于使二氧化碳液化的設備。20. 一種具有一個或多個儲罐的駁船，液態(tài)的二氧化碳可在約-30°C的溫度下和約18bar g的壓力下儲存在所述儲罐中。
具體實施例方式下面借助于一個例子來詳細描述本發(fā)明。在典型的燃燒后捕集過程中，發(fā)電廠的全部煙氣在通常的處理步驟(除塵、脫硫、脫氮)之后經歷附加的洗滌過程(氨吸收過程)。 因為CO2優(yōu)選被吸收在氨溶液中，所以可通過濃縮的溶液在洗滌塔的塔板/塔底上吸出co2。 然后，在氨再生中，CO2通過熱輸入被從氨溶液中逐出并在大氣壓力下作為水飽和的/飽含水的粗CO2產生。在多級壓縮中，CO2達到期望的液化壓力，所述液化壓力可處于12bar abs. 至40bar abs.之間。在一個優(yōu)選例子中，以18bar abs.的壓力運輸CO2并且宜將液化壓力選擇得稍高(大約19bar abs.)。在壓縮壓力較高時，需要多級壓縮，所述多級壓縮宜隨著在此產生的冷凝水的中間冷卻和分離而進行。接著將氣體干燥。這首先在壓力露點溫度不高于約4°C的冷凍式干燥器中、接著在吸收式干燥器中進行。接著將干燥的(X)2液化——例如通過使用制冷劑冷凝設備。在此可以使用不同的制冷劑和工藝過程。在一個實施例中使用R410制冷劑。該制冷劑在低的壓力和約_30°C的溫度下蒸發(fā)并且在此產生冷量，CO2用該冷量冷凝。接著制冷劑被壓縮并且在約30°C下用冷卻水冷凝。在此也可使用取決于其它的壓力和部件選擇的其它方法(例如用空氣等冷凝)。主要針對北歐所考慮的本發(fā)明選取項的優(yōu)點是有利的能量消耗以及在制冷技術中可使用通常的部件的可能性。氣體的壓縮在發(fā)電廠中進行，以便可經濟地進行運輸。由此，干燥也宜在發(fā)電廠進行，因為否則會在運輸期間出現(xiàn)冷凝水。出于開頭所述的原因，當要分批地進行后續(xù)的運走時，設置有緩沖容積。如果這種緩沖容積或緩沖儲庫直接設置在發(fā)電廠所在地，則壓縮可合適地在一個多級過程中進行。 如果發(fā)電廠和儲庫的地點彼此分開，則有利地在液化機上進行再壓縮(用以補償運輸損失)。由于將熱引入到緩沖罐中而必然產生的蒸發(fā)氣體/逸氣可通過相應的再壓縮機重新達到液化壓力。于是，在該實施形式(再壓縮機為用于液化CO2的裝置)中節(jié)省了壓縮機。但液化和中間儲存可非常妥善地(但不必)在地點上分開地進行。在此，除了例
7如在港口附近的緩沖儲庫之外，船只上的設備也是可能的。液化和中間儲存優(yōu)選在駁船即沒有自己的驅動裝置的船只上進行。駁船降低了對地皮的需求并且與陸地設備相比可在較短的時間內成本低廉地建造。原則上，駁船作為用于發(fā)電廠的現(xiàn)代化設施可以比相應的陸地設備更容易實現(xiàn)。如果液化裝置和緩沖儲庫或船只在空間上是分開的，則液態(tài)運輸分別通過合適的泵抽來實現(xiàn)。運輸船將(X)2泵抽到固定布置的設備，所述設備實施壓力升高和加熱以饋入到儲庫中，或者該船只裝備有相應的部件并且直接(例如通過與海底管線臨時連接)饋入到與儲庫形成連接的井眼/鉆孔中。因為儲庫處于壓力下并且井眼不適于在低溫下裝備，所以需要提高壓力和加熱。在本發(fā)明的一個實施例中，儲庫壓力為18bar abs.。液化壓力比其稍高。液態(tài)的二氧化碳的溫度大約為_35°C。儲罐是筒形的罐，由P690QL2制成，設計壓力為19bar g，容積為3000立方米。下面的例子表明，為了能在大約18bar abs.的儲庫壓力和大約30°C的溫度下進行運輸，二氧化碳中所能包含的氮、氧雜質的極限是多少?；旌衔颕 CO2 99. 1992mol% (摩爾百分比)N2 0. 4004mol%O2 0. 4004mol%在Wbar abs.下液化溫度為 _29· 75°C ；混合物II CO2 99. 1305mol% (摩爾百分比)N2 0. 3498mol%O2 0. 5197mol%在Wbar abs.下液化溫度為 _30· 18°C ；混合物III CO2 99. 2303mol% (摩爾百分比)N2 0. 5496mol%O2 0. 2201mol%在18bar abs.下液化溫度為_30°C。亦即，如果要在_30°C和18bar abs.下進行運輸，則在包含過多的氮、氧雜質時就應首先進行凈化，以便獲得足夠純的、充分擺脫氮和氧的二氧化碳。在其它壓力和溫度下適用相應的情況。
權利要求
1.一種用于降低二氧化碳排放的方法，其中a)將通過燃燒過程產生的二氧化碳分離出來；b)使分離出的二氧化碳達到至少IObarabs.的壓力；c)將分離出的二氧化碳冷卻到直到-10°C的溫度；d)這樣，將分離出的二氧化碳液化地轉移到儲罐中；以及e)將所述儲罐運輸?shù)接糜诙趸嫉膬臁?br> 2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，使分離出的二氧化碳達到至少ISbar abs.的壓力。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，將分離出的二氧化碳冷卻到直到-40°C的溫度。
4.根據上述權利要求之一所述的方法，其特征在于，使液態(tài)二氧化碳的壓力不高于 25bar abs. 0
5.根據上述權利要求之一所述的方法，其特征在于，使用于液態(tài)二氧化碳的儲罐的平均壁厚度不超過50mm。
6.根據上述權利要求之一所述的方法，其特征在于，使用于液態(tài)二氧化碳的儲罐的設計壓力不高于20bar g0
7.根據上述權利要求之一所述的方法，其特征在于，使液態(tài)二氧化碳滿足下述標準至少之一氮的份額不高于0. 7% mol，氧的份額不高于0. 99% mol，氫的份額不高于0. 14%mol ο
8.根據上述權利要求之一所述的方法，其特征在于，在液化之前不從分離出的二氧化碳中分離氧或氮。
9.根據上述權利要求之一所述的方法，其特征在于，在駁船上液化和儲存二氧化碳。
10.一種用于運輸液態(tài)二氧化碳的儲罐，具有至少2000立方米的容積，所述儲罐至少部分地填充有根據權利要求1至9的方法制備的液態(tài)二氧化碳，其中，在所述儲罐中存在有至少IObar g的壓力。
11.根據權利要求10所述的儲罐，其特征在于，在所述儲罐中存在有至少18barg的壓力。
12.根據權利要求10或11所述的儲罐，其特征在于，二氧化碳的溫度為-30°C 到-20°C，包含_20°C在內。
13.根據權利要求10至12之一所述的儲罐，其特征在于，液態(tài)二氧化碳在18barg的壓力下具有_30°C的溫度。
14.一種罐倉庫，具有多個根據權利要求10至13之一所述的儲罐。
15.一種駁船，具有根據權利要求10至13之一所述的儲罐。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于降低二氧化碳到大氣中的排放的方法以及一種用于實施該方法的儲罐。根據本方法，從氣體中分離出由燃燒過程產生的二氧化碳，接著使二氧化碳達到至少10bar abs.、優(yōu)選至少15bar abs.、特別優(yōu)選至少18bar abs.的壓力并將其冷卻到直到-10℃、優(yōu)選直到-20℃的溫度。液化的二氧化碳的溫度優(yōu)選為直到-40℃。液化的二氧化碳當在儲罐中運輸期間的溫度特別優(yōu)選處于-25℃和-35℃之間。雖然較高的例如18bar abs.的壓力需要提供壁厚度較厚的儲罐，但由于高的壓力，在二氧化碳氣體中可容忍份額較高的氫和氮。這樣，在液化前無需從二氧化碳中很大程度地分離出氮和氫，根據現(xiàn)有技術，這也會導致分離出二氧化碳。
文檔編號C01B31/20GK102458611SQ201080026759
公開日2012年5月16日 申請日期2010年6月16日 優(yōu)先權日2009年6月16日
發(fā)明者H-C·哈爾曼-庫恩, M·庫埃維爾 申請人:塔格海底天然氣工程有限公司