專利名稱：用于在與CO₂捕集設(shè)備聯(lián)合的發(fā)電裝置中產(chǎn)生加壓CO₂物流的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于在與二氧化碳(co2)捕集設(shè)備聯(lián)合的發(fā)電裝置中產(chǎn)生加壓C02物流的方法。
背景技術(shù)：
世界上大部分能量供應(yīng)通過在發(fā)電裝置中燃燒燃料、特別是天然 氣或合成氣而提供。通常在一個或多個燃?xì)廨啓C(jī)中燃燒燃料，和將所 得氣體用于產(chǎn)生蒸汽。隨后將蒸汽用于發(fā)電。燃料燃燒導(dǎo)致產(chǎn)生需要被處理的C02。在最近的幾十年中，排放至大氣的C02量在全球范圍內(nèi) 已經(jīng)明顯增大。按Kyoto協(xié)議，必須減少C02排放，以防止或4氐消不 希望的氣候變化。因此，必須脫除和處置產(chǎn)生的C02。燃?xì)廨啓C(jī)煙氣的 C02濃度取決于所應(yīng)用的燃料和燃燒以及熱回收過程，和一般相對低， 通常為3-15%。因此，減少C02排放使得希望從廢氣中分離出C02，因 為壓縮和儲存全部煙氣過于昂貴。因為這個原因，有利的是使用專用的C02捕集設(shè)備以從煙氣中脫除C02和產(chǎn)生濃縮的加壓C02物流，可以在其它位置使用所述濃縮的加壓C02物流。例如，在US 6， 883, 327中描述了用于產(chǎn)生加壓COz物流的方法。 在US 6， 883， 327中，使用了具有吸收器和再生器的0)2捕集設(shè)備。在 壓縮機(jī)中壓縮離開C02再生器的富含C02的物流。使用背壓式汽輪機(jī)作 為電源驅(qū)動該壓縮機(jī)?，F(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可以使用蒸汽-驅(qū)動C02壓縮機(jī)產(chǎn)生加壓C02物流，因 此不再使用附加設(shè)備發(fā)電來驅(qū)動C02壓縮機(jī)。發(fā)明內(nèi)容為此，本發(fā)明提供用于在與C02捕集設(shè)備聯(lián)合的發(fā)電裝置中產(chǎn)生加壓C02物流的方法，其中所述發(fā)電裝置包括至少一個與熱回收蒸汽發(fā) 生器設(shè)備偶聯(lián)的燃?xì)廨啓C(jī)，和C02捕集設(shè)備包括吸收器和再生器，所 述方法包括如下步驟(a) 將離開燃?xì)廨啓C(jī)的熱廢氣加入熱回收蒸汽發(fā)生器設(shè)備中，以產(chǎn) 生第 一量的蒸汽和包含C02的煙氣物流；(b) 通過在吸收器中使包含C02的煙氣物流與吸收液體接觸而從所 述煙氣物流中脫除C02，以獲得富含C02的吸收液體和純化的煙氣物流；(c) 在再生器中在高溫下使富含C02的吸收液體與汽提氣體接觸， 以獲得再生的吸收液體和富含C02的氣體物流；(d) 利用C02壓縮機(jī)使富含C02的氣體物流加壓，以獲得加壓C02物 流，其中將熱回收蒸汽發(fā)生器設(shè)備中產(chǎn)生的蒸汽的第一部分用于驅(qū)動C02壓縮機(jī)。在所述方法中，利用來自熱回收蒸汽發(fā)生器設(shè)備的高壓蒸汽驅(qū)動 C02壓縮機(jī)。因此，無需單獨的設(shè)備發(fā)電來驅(qū)動COz壓縮機(jī)。在所述方法中，使用包括至少一個燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)電裝置。通常， 將燃料和含氧氣體加入燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒區(qū)中。在燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒區(qū)中， 燃料燃燒從而產(chǎn)生熱燃燒氣。熱燃燒氣在燃?xì)廨啓C(jī)中膨脹(通常經(jīng)由排 列成行的膨脹器葉片序列)，和用于通過發(fā)電機(jī)發(fā)電。在燃?xì)廨啓C(jī)中燃 燒的適合燃料包括天然氣和合成氣。在步驟(a)中，將離開燃?xì)廨啓C(jī)的熱廢氣引入熱回收蒸汽發(fā)生器設(shè) 備中，其中將熱廢氣中含有的熱量用于產(chǎn)生第一量的蒸汽。熱回收蒸汽發(fā)生器設(shè)備是提供從熱廢氣中回收熱量和將該熱量轉(zhuǎn) 化成蒸汽的工具的任意設(shè)備。例如，熱回收蒸汽發(fā)生器設(shè)備可以包括 多根堆疊方式安裝的管。將水泵送和循環(huán)通過所述管，并可以保持在 高溫高壓下。熱廢氣加熱所述管，和用于產(chǎn)生蒸汽。適合地，可以設(shè)計熱回收蒸汽發(fā)生器設(shè)備，以產(chǎn)生一種、兩種或 三種類型的蒸汽高壓蒸汽、中壓蒸汽和低壓蒸汽。優(yōu)選地，設(shè)計蒸汽發(fā)生器以產(chǎn)生至少一定量的高壓蒸汽，因為高壓蒸汽可用于發(fā)電。適合地，高壓蒸汽的壓力為90-150bara，優(yōu)選為90-125bara，更優(yōu)選 為100-115bara。適合地，也產(chǎn)生低壓蒸汽，低壓蒸汽優(yōu)選壓力為 2-10bara，更優(yōu)選至8bara，仍然更優(yōu)選4-6bara。該低壓蒸汽用于使含C02的吸收液體再生。熱回收蒸汽發(fā)生器設(shè)備排出含C02的煙氣。煙氣的組成尤其取決于 燃?xì)廨啓C(jī)中使用的燃料類型。適合地，煙氣包含0. 25-30% (v/v)的C02， 優(yōu)選l-20°/。(v/v)。煙氣通常也含有氧，優(yōu)選為0. 25-20%(v/v)，更優(yōu) 選5-15% (v/v)，仍然更優(yōu)選1-10% (v/v)。在步驟(b)中，通過在吸收器中使煙氣與吸收液體接觸而脫除C02。 吸收液體可以是能夠從煙氣物流中脫除C02的任意吸收液體。特別地， 能夠從包含氧和另外含有相對低濃度的C02的煙氣物流中脫除C02的吸 收液體是適合的。該吸收液體可包括化學(xué)和物理溶劑或這些的組合。另外，在煙氣物流包含可測量量的氧、適合地為1-20% (v/v)的氧 的情況下，優(yōu)選將緩蝕劑加入吸收液體。適合的緩蝕劑為例如US 6, 036， 888中描述的。適合的物理溶劑包括聚乙二醇的二甲基醚化合物。適合的化學(xué)溶劑包括氨和胺化合物。在一個實施方案中，吸收液體包含選自單乙醇胺(MEA)、 二乙醇胺 (DEA)、 二甘醇胺(DGA)、甲基二乙醇胺(MDEA)和三乙醇胺(TEA)的一種 或多種胺。MEA是特別優(yōu)選的胺，因為它能夠吸收相對高百分?jǐn)?shù)的 C02 (體積C02/體積MEA)。因此，包含MEA的吸收液體適合于從具有低 濃度0)2、通常是3-10體積。/flCO2的煙氣中脫除CO2。在另一個實施方案中，吸收液體包含選自甲基二乙醇胺(MDEA)、 三乙醇胺(TEA)、 N，N'-二 (羥基烷基)哌嗪、N，N，N'，N'-四(羥基烷 基)-1 ， 6-己二胺和叔烷基胺磺酸化合物的一種或多種胺。優(yōu)選地，N， N'-二 (羥基烷基)哌溱是N， N'-二- (2-羥基乙基)哌嗪和/ 或N， N'-二- (3-羥基丙基)哌溱。優(yōu)選地，四(羥基烷基)-1，6-己二胺是N，N，N'，N'-四(2-羥基乙基)-l， 6-己二胺和/或N， N， N'， N'-四(2-羥基丙基)-1， 6-己二胺。優(yōu)選地，叔烷基胺磺酸化合物選自4- (2-羥基乙基)-1-哌溱乙烷磺 酸、4-(2-羥基乙基)-l-哌噪丙烷磺酸、4-(2-羥基乙基)哌溱-l-(2-羥基丙烷磺酸)和1，4-哌溱二 (磺酸)。在又一個實施方案中，吸收液體包含N-乙基二乙醇胺(EDEA)。在特別優(yōu)選的實施方案中，吸收液體包含氨。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，特別是在使用包含胺的吸收液體的情況下，當(dāng)在相對低溫下和在高壓下發(fā)生吸收時實現(xiàn)C02的更好吸收。因為煙氣的壓力通常是低的，所以優(yōu)選在進(jìn)入吸收器之前使煙氣加壓。因為煙氣的溫 度通常是相對高的，所以優(yōu)選在進(jìn)入吸收器之前使煙氣冷卻。在步驟(c)中，通過在再生器中在高溫下使富含C02的吸收液體與 汽提氣體接觸而使富含C02的吸收液體再生，以獲得再生的吸收液體 和富含C02的氣體物流。應(yīng)理解，用于再生的條件尤其取決于吸收液 體的類型和吸收步驟中使用的條件。在吸收液體包含胺的情況下，優(yōu) 選再生溫度為100-20(TC。在吸收液體包含含水胺的情況下，再生優(yōu) 選在l-5bara的壓力下發(fā)生。在吸收液體包含氨的情況下，適合地，吸收步驟在低于環(huán)境溫度 的溫度下進(jìn)行，優(yōu)選為0-l(TC,更優(yōu)選為2-8'C。再生步驟適合地在 比吸收步驟中使用的更高的溫度下進(jìn)行。當(dāng)使用含氨的吸收液體時，離開再生器的富含C02的氣體物流具有高壓。適合地，富含C02的氣體物流的壓力為5-8bara，優(yōu)選為6-8bara。在其中富含C02的氣體物流 需要在高壓下的應(yīng)用中，例如當(dāng)它用于注入地下地層中時，有利之處 是富含C02的氣體物流已經(jīng)在高壓下。通常，需要一系列的壓縮機(jī)將 富含C02的氣體物流加壓至所需高壓。已經(jīng)在高壓下的富含C02的氣體物流更容易進(jìn)行進(jìn)一步加壓。在步驟(d)中，利用C02壓縮機(jī)使富含C02的氣體物流加壓，以獲得 加壓C02物流。將熱回收蒸汽發(fā)生器設(shè)備中產(chǎn)生的蒸汽的第一部分用 于驅(qū)動0)2壓縮機(jī)。在優(yōu)選實施方案中，將熱回收蒸汽發(fā)生器設(shè)備中 產(chǎn)生的蒸汽的第一部分導(dǎo)入例如經(jīng)由軸與C02壓縮機(jī)偶聯(lián)的膨脹器。膨脹器因此驅(qū)動C02壓縮機(jī)，而不需要首先產(chǎn)生電來驅(qū)動C02壓縮機(jī)。
在特別優(yōu)選的實施方案中，膨脹器的排出物包括低壓蒸汽，將所述低
壓蒸汽用于提供再生器所需要的至少一部分熱量。因此，根據(jù)C02捕
集設(shè)備的熱量/電功需求比，再生步驟的高壓蒸汽熱量需求的壓力至少 部分通過在熱回收蒸汽發(fā)生器設(shè)備中燃燒一定量的燃料以產(chǎn)生第二量
的蒸汽來滿足。優(yōu)選地，加壓0)2物流的壓力為40-300bara，更優(yōu)選 50-300bara?？梢詫⒕哂羞@些優(yōu)選范圍內(nèi)壓力的C02物流用于多種目 的，特別是用于強化油、煤層甲烷的采收、或用于地下地層中的隔離。 特別是對于其中將加壓0)2物流注入地下地層中的目的，需要高壓。
在優(yōu)選實施方案中，將加壓C02物流用于強化油采收。通過將C02注入
油儲層中，可以增大油采收率。通常，將加壓C02物流注入油儲層中， 其中它與存在的一些油混合。C02和油的混合物將置換出通過傳統(tǒng)注入 不能置換出的油。
在特別優(yōu)選的實施方案中，所述方法還包括附加步驟(e):在熱回 收蒸汽發(fā)生器設(shè)備中燃燒一定量的燃料，以產(chǎn)生第二量的蒸汽，其中 燃料的量使得第二量的蒸汽足以提供使吸收液體再生所需熱量的至少 80%。優(yōu)選第二量的蒸汽足以提供使吸收液體再生所需熱量的至少 90%。優(yōu)選地，使用低壓蒸汽管路，以將加熱蒸汽從熱回收蒸汽發(fā)生器 輸送至C02捕集設(shè)備。適合地，以閉合回路排列該低壓蒸汽管路，以 使產(chǎn)生的用于發(fā)電的蒸汽與過程換熱器中使用的蒸汽隔離。在熱回收 蒸汽發(fā)生器設(shè)備中燃燒一定量的燃料的優(yōu)點是發(fā)電裝置的總電功輸出 將獨立于C02捕集設(shè)備是否運轉(zhuǎn)。可以例如通過監(jiān)控由熱回收蒸汽發(fā) 生器設(shè)備產(chǎn)生的電和根據(jù)發(fā)電量調(diào)節(jié)加入熱回收蒸汽發(fā)生器設(shè)備中的 燃料量，從而確定提供再生熱量需求所需要的燃料量。如前面所解釋 的，在熱回收蒸汽發(fā)生器設(shè)備中，優(yōu)選在蒸汽渦輪中產(chǎn)生高壓蒸汽， 所述高壓蒸汽例如經(jīng)由與蒸汽渦輪偶聯(lián)的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化成電。當(dāng)C02捕 集設(shè)備運轉(zhuǎn)時，由于用于加熱C02捕集設(shè)備的再生器所需的從熱回收 蒸汽發(fā)生器設(shè)備中抽出的蒸汽量，使得與蒸汽渦輪偶聯(lián)的發(fā)電機(jī)的電 功輸出將下降。通過監(jiān)控?zé)峄厥瞻l(fā)電機(jī)設(shè)備的與蒸汽渦輪偶聯(lián)的發(fā)電機(jī)的輸出，可以調(diào)節(jié)熱回收蒸汽發(fā)生器設(shè)備中燃燒的燃料量。在輸出 下降的情況下，可以增大燃燒的燃料量。優(yōu)選地，在不明顯降低與蒸
汽渦輪偶聯(lián)的發(fā)電機(jī)的電功輸出的條件下，預(yù)先確定為了能夠滿足co2
捕集設(shè)備的再生器的熱量需求而燃燒的燃料量。將C02捕集設(shè)備不運
轉(zhuǎn)時與蒸汽渦輪偶聯(lián)的發(fā)電機(jī)的電功輸出作為基準(zhǔn)，和隨后確定為了 實現(xiàn)相同輸出而燃燒的燃料量。
在熱回收蒸汽發(fā)生器設(shè)備中燃燒的適合燃料包括天然氣和合成氣。
熱回收蒸汽發(fā)生器設(shè)備中一定量燃料的燃燒需要存在氧。可以將 該氧供應(yīng)至熱回收蒸汽發(fā)生器設(shè)備，但優(yōu)選熱廢氣含有氧，和該氧的 至少一部分用于熱回收蒸汽發(fā)生器設(shè)備中的燃料燃燒中。作為使用來 自熱廢氣的氧的結(jié)果，離開熱回收蒸汽發(fā)生器設(shè)備的煙氣中氧量將更
低。這有利于C02吸收過程，特別是當(dāng)使用胺吸收液體時。氧可以導(dǎo)
致胺降解，和可以導(dǎo)致吸收液體中降解產(chǎn)物的形成。因此，煙氣的氧 含量更低將導(dǎo)致更少的胺降解。
下面將參考附圖l僅以舉例方式描述本發(fā)明。
在

圖1中，顯示了包括燃?xì)廨啓C(jī)(l)、熱回收蒸汽發(fā)生器設(shè)備(2)
和C02捕集設(shè)備(3)的發(fā)電裝置。在燃?xì)廨啓C(jī)中，將含氧氣體經(jīng)管線4 供應(yīng)至壓縮機(jī)5。將燃料經(jīng)管線6供應(yīng)至燃燒器7，和在壓縮的含氧氣 體存在下燃燒。將所得燃燒氣在第一膨脹器8中膨脹，和用于在發(fā)電 機(jī)9中發(fā)電。將含C02和氧的剩余廢氣經(jīng)管線IO導(dǎo)向熱回收蒸汽發(fā)生 器設(shè)備2。在熱回收蒸汽發(fā)生器設(shè)備中，在加熱區(qū)11中用熱廢氣加熱 水以產(chǎn)生蒸汽。將蒸汽的第一部分經(jīng)管線l2導(dǎo)入笫二膨脹器13。將 蒸汽的第二部分經(jīng)管線14導(dǎo)入與發(fā)電機(jī)16偶聯(lián)的蒸汽渦輪15，以產(chǎn) 生附加電功。任選地，將一定量的燃料導(dǎo)入(未顯示)熱回收蒸汽發(fā)生 器設(shè)備和利用來自廢氣的氧燃燒，以產(chǎn)生附加蒸汽。將含C02和氧的 熱煙氣經(jīng)管線17導(dǎo)入胺吸收器18。優(yōu)選地，在進(jìn)入胺吸收器之前， 使熱煙氣首先在冷卻器(未顯示)中冷卻，和使用鼓風(fēng)機(jī)(未顯示)使冷 卻的煙氣加壓。在胺吸收器18中，C02在高壓下從煙氣中轉(zhuǎn)移至胺吸收器內(nèi)含有的胺液體中。將貧含C02的純化的煙氣經(jīng)管線19從胺吸收 器中導(dǎo)出。將富含C02的胺液體經(jīng)管線20從胺吸收器導(dǎo)入再生器21。 在再生器中，使富含C02的胺液體減壓，和在高溫下與汽提氣體接觸， 從而將C02從胺液體中轉(zhuǎn)移至汽提氣體中，以獲得再生的胺液體和富 含C02的氣體物流。將再生的胺液體經(jīng)管線22從再生器導(dǎo)入胺吸收器 18。將富含C02的氣體物流線經(jīng)管線23從再生器導(dǎo)入C02壓縮機(jī)24。 將來自膨脹器13的高壓蒸汽經(jīng)軸25導(dǎo)入C02壓縮機(jī)24,和用于驅(qū)動 0)2壓縮機(jī)。將低壓蒸汽經(jīng)管線26從膨脹器13導(dǎo)入再生器，和提供用 于加熱再生器所需的熱量的至少一部分。利用來自第二蒸汽渦輪的低 壓蒸汽滿足再生器的剩余部分的熱量需求，所述低壓蒸汽經(jīng)管線27 導(dǎo)入再生器。
權(quán)利要求
1.一種用于在與CO2捕集設(shè)備聯(lián)合的發(fā)電裝置中產(chǎn)生加壓CO2物流的方法，其中所述發(fā)電裝置包括至少一個與熱回收蒸汽發(fā)生器設(shè)備偶聯(lián)的燃?xì)廨啓C(jī)，和CO2捕集設(shè)備包括吸收器和再生器，所述方法包括如下步驟(a)將離開燃?xì)廨啓C(jī)的熱廢氣加入熱回收蒸汽發(fā)生器設(shè)備中，以產(chǎn)生第一量的蒸汽和包含CO2的煙氣物流；(b)通過在吸收器中使包含CO2的煙氣物流與吸收液體接觸而從所述煙氣物流中脫除CO2，以獲得富含CO2的吸收液體和純化的煙氣物流；(c)在再生器中在高溫下使富含CO2的吸收液體與汽提氣體接觸，以獲得再生的吸收液體和富含CO2的氣體物流；(d)利用CO2壓縮機(jī)使富含CO2的氣體物流加壓，以獲得加壓CO2物流，其中將熱回收蒸汽發(fā)生器設(shè)備中產(chǎn)生的蒸汽的第一部分用于驅(qū)動CO2壓縮機(jī)。
2. 權(quán)利要求l的方法，其中將熱回收蒸汽發(fā)生器設(shè)備中產(chǎn)生的部分蒸汽導(dǎo)入與C02壓縮機(jī)偶聯(lián)的膨脹器。
3. 權(quán)利要求1或2的方法，其中通過以下過程發(fā)電將熱回收蒸 汽發(fā)生器設(shè)備中產(chǎn)生的蒸汽的另一部分導(dǎo)入蒸汽渦輪，所述蒸汽渦輪 與發(fā)電機(jī)偶聯(lián)，和由所述發(fā)電機(jī)發(fā)電。
4. 權(quán)利要求2或3的方法，其中膨脹器排出低壓蒸汽，將所述低壓蒸汽用于提供使吸收液體再生所需熱量的至少一部分。
5. 前述權(quán)利要求任一項的方法，還包括如下步驟(e) 在熱回收蒸汽發(fā)生器設(shè)備中燃燒一定量的燃料，以產(chǎn)生第二量 的蒸汽，其中燃料的量使得第二量的蒸汽足以提供使吸收液體再生所 需熱量的至少80%。
6. 前述權(quán)利要求任一項的方法，其中高壓蒸汽的壓力為 90-125bara、更優(yōu)選為100-115bara和/或4氐壓蒸汽的壓力為3-8bara、 更優(yōu)選4一6bara。
7. 前述權(quán)利要求任一項的方法，其中加壓的富含C02的氣體物流 的壓力為40-300bara，更優(yōu)選50-300bara。
8. 前述權(quán)利要求任一項的方法，其中吸收液體包含胺，優(yōu)選為選 自單乙醇胺(MEA)、 二乙醇胺(DEA)、 二甘醇胺(DGA)、曱基二乙醇胺 (MDEA)、三乙醇胺(TEA)、 N-乙基二乙醇胺(EDEA) 、 N， N'-二 (羥基烷基) 哌嗪、N， N， N'， N'-四(羥基烷基)-l， 6-己二胺和叔烷基胺磺酸化合物的 一種或多種胺。
9. 權(quán)利要求l-8任一項的方法，其中吸收液體包含物理溶劑，優(yōu) 選為聚乙二醇的二曱基醚。
10. 權(quán)利要求1-7任一項的方法，其中吸收液體包含氨。
全文摘要
一種用于在與CO₂捕集設(shè)備聯(lián)合的發(fā)電裝置中產(chǎn)生加壓CO₂物流的方法，其中所述發(fā)電裝置包括至少一個與熱回收蒸汽發(fā)生器設(shè)備(2)偶聯(lián)的燃?xì)廨啓C(jī)(1)，和CO₂捕集設(shè)備包括吸收器(18)和再生器(21)，所述方法包括如下步驟(a)將離開燃?xì)廨啓C(jī)的熱廢氣加入熱回收蒸汽發(fā)生器設(shè)備中，以產(chǎn)生第一量的蒸汽和包含CO₂的煙氣物流(17)；(b)通過在吸收器(18)中使包含CO₂的煙氣物流與吸收液體接觸而從所述煙氣物流中脫除CO₂，以獲得富含CO₂的吸收液體(20)和純化的煙氣物流；(c)在再生器(21)中在高溫下使富含CO₂的吸收液體與汽提氣體接觸，以獲得再生的吸收液體和富含CO₂的氣體物流(23)；(d)利用CO₂壓縮機(jī)(24)使富含CO₂的氣體物流加壓，以獲得加壓CO₂物流，其中將熱回收蒸汽發(fā)生器設(shè)備中產(chǎn)生的蒸汽的第一部分用于驅(qū)動CO₂壓縮機(jī)(13)。
文檔編號B01D53/14GK101622051SQ200880006106
公開日2010年1月6日 申請日期2008年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月25日
發(fā)明者G·普羅托帕帕斯, K-J·李 申請人:國際殼牌研究有限公司