用于從煙道氣體中去除二氧化碳的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于從以化石燃料（2）運(yùn)行的發(fā)電廠放出的煙道氣體（3）中去除二氧化碳的方法和系統(tǒng)。在所述方法和系統(tǒng)中，二氧化碳是通過(guò)一個(gè)吸收過(guò)程（16）使用一種洗滌液體（14）而從該煙道氣體（3）中被去除的。滿載的洗滌液體（12）在一個(gè)解吸過(guò)程（11）中被再生。該再生過(guò)程所需能量的至少一部分是使用低壓蒸汽來(lái)供給的，該低壓蒸汽是在進(jìn)入一個(gè)低壓蒸汽渦輪機(jī)（6）之前從該發(fā)電廠的蒸汽/水回路中被抽出的。該低壓蒸汽被供給到一個(gè)中間蒸汽渦輪機(jī)（9）。該低壓蒸汽被膨脹到小于3.5巴的排出壓力并且然后被供給到該解吸過(guò)程（11）。根據(jù)本發(fā)明，該解吸過(guò)程（11）的壓力是由一個(gè)調(diào)節(jié)裝置根據(jù)該中間蒸汽渦輪機(jī)（9）的排出壓力而調(diào)節(jié)的。
【專利說(shuō)明】用于從煙道氣體中去除二氧化碳的方法和系統(tǒng)
[0001]本發(fā)明涉及用于從以化石燃料運(yùn)行的發(fā)電廠的煙道氣體中去除二氧化碳的方法和系統(tǒng)，二氧化碳是通過(guò)一個(gè)吸收過(guò)程、使用一種洗滌液體而被從該煙道氣體中去除的，并且滿載的洗滌液體在解吸過(guò)程中被再生，再生所需能量的至少一部分是通過(guò)低壓蒸汽傳送的，該低壓蒸汽在進(jìn)入一個(gè)低壓蒸汽渦輪機(jī)之前從該發(fā)電廠的蒸汽/水回路中被抽出，并且該低壓蒸汽被傳送到一個(gè)前置蒸汽渦輪機(jī)，在該前置蒸汽渦輪機(jī)中該蒸汽被膨脹到小于
3.5巴的出口壓力，并且該蒸汽的能量然后被傳送到該解吸過(guò)程。
[0002]二氧化碳作為一種溫室氣體促使氣候變暖。因此付出了很多努力來(lái)減少發(fā)電廠在燃燒化石燃料的過(guò)程中釋放的二氧化碳。燃燒之后分離CO2被稱為后燃燒技術(shù)。憑借長(zhǎng)久的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，基于煙道氣體洗滌的后燃燒技術(shù)特別在分離二氧化碳方面是尤其成功。
[0003]發(fā)電廠中化石燃料在大氣壓下的燃燒過(guò)程中產(chǎn)生煙道氣體。在這種情況下CO2含量按體積計(jì)達(dá)到3%至13%。因此獲得僅僅0.03巴至0.13巴的CO2分壓。在這樣低的CO2分壓下，要求具備盡可能高的攝取能力的洗滌液體。因此，優(yōu)選地采用通過(guò)化學(xué)吸收從煙道氣體中去除二氧化碳的洗滌液體。為此目的，例如可以使用一乙醇胺(ME A )、二乙醇胺(D EA )或甲基二乙醇胺(MDEA)。
[0004]滿載CO2的洗滌液體在一個(gè)解吸過(guò)程中被再生，在該解吸過(guò)程中二氧化碳通過(guò)熱能的遞送而被驅(qū)出。為此目的，該洗滌液體被加熱到沸騰溫度。該沸騰溫度取決于該解吸過(guò)程運(yùn)行時(shí)的壓力。
[0005]隨后，再生后的洗滌液體被再次傳送到該吸收過(guò)程。該解吸過(guò)程中釋放的二氧化碳被傳送而儲(chǔ)存。儲(chǔ)存可以在地下巖層中作為固存來(lái)進(jìn)行。通過(guò)化學(xué)吸收的后燃燒分離技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是，常規(guī)發(fā)電廠可以用一種優(yōu)化的并且成功的技術(shù)翻新而無(wú)需太多費(fèi)用。這種方法的缺點(diǎn)是用于對(duì)洗滌液體進(jìn)行再生的能量方面的高費(fèi)用。因此，在燃煤發(fā)電廠中，預(yù)期由于隨后的CO2去除將導(dǎo)致大約13%的效率損失。如果這個(gè)效率損失具有顯著減低，采用該方法才是經(jīng)濟(jì)上可行的。
[0006]降低額外能量需求的一個(gè)步驟是將該CO2分離過(guò)程整合到該發(fā)電廠的水/蒸汽回路中。蒸汽鍋爐產(chǎn)生的蒸汽被傳送到一個(gè)蒸汽渦輪機(jī)單元。這個(gè)單元包括多個(gè)高壓渦輪機(jī)和多個(gè)低壓渦輪機(jī)。還可以在這些高壓渦輪機(jī)與低壓渦輪機(jī)之間連接多個(gè)中壓渦輪機(jī)。這些渦輪機(jī)可以是多個(gè)獨(dú)立的渦輪機(jī)或者是可再分成一個(gè)高壓部分、一個(gè)中壓部分以及一個(gè)低壓部分的一臺(tái)機(jī)器。
[0007]將該洗滌液體再生所需的能量的至少一部分是通過(guò)從該發(fā)電廠的蒸汽/水回路中抽出的低壓蒸汽傳送的。低壓蒸汽應(yīng)當(dāng)理解成是指在進(jìn)入該發(fā)電廠的這些低壓蒸汽渦輪機(jī)之前抽出的蒸汽。該低壓蒸汽按一般規(guī)則具有5巴到6巴的壓力。該低壓蒸汽在下文中也稱為L(zhǎng)P蒸汽。
[0008]該LP蒸汽被傳送到一個(gè)冷凝熱交換器，該冷凝熱交換器被連接到一個(gè)解吸柱的貯槽上。該LP蒸汽發(fā)生冷凝并且將熱能傳遞給該解吸柱中的洗滌液體。為了確保足夠高的溫度差用于熱傳遞，該解吸柱在大約2巴的壓力下運(yùn)行。在這個(gè)壓力下，該洗滌液體的沸騰溫度達(dá)到大約120°C。[0009]W02009/076575A2披露了一種方法，在該方法中蒸汽被引入一個(gè)渦輪機(jī)級(jí)聯(lián)中，并且一個(gè)低壓室蒸汽的上游從一個(gè)前置渦輪機(jī)分支出來(lái)并且被傳送到該前置渦輪機(jī)。來(lái)自該前置渦輪機(jī)的蒸汽被用于將一種吸收劑再生，該吸收劑已用于將酸性氣體從排氣流中分離出。此外，EP2 286 894A1披露了一種方法，其中多個(gè)渦輪機(jī)被串聯(lián)連接并且蒸汽在一個(gè)低壓渦輪機(jī)的上游被分支出來(lái)。分支出的蒸汽被傳送到一個(gè)前置渦輪機(jī)，其中來(lái)自該前置渦輪機(jī)的、處于1.5巴到20巴的壓力下的蒸汽被用于對(duì)一種滿載酸性氣體的吸收劑進(jìn)行處理。根據(jù)EP2 286 894A1，提供了用于使離開(kāi)該前置渦輪機(jī)的蒸汽的出口壓力穩(wěn)定的一個(gè)檢查裝置。然而，從現(xiàn)有技術(shù)中已知的這些方法和設(shè)備的效率有待提高。
[0010]本發(fā)明的目的是要降低由于隨后的CO2洗滌導(dǎo)致的發(fā)電廠效率損失。
[0011]本發(fā)明的目的和用于實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的的解決方案是在開(kāi)篇提及類型的一種方法，其特征在于，該方法具有一個(gè)調(diào)節(jié)裝置，該調(diào)節(jié)裝置根據(jù)前置蒸汽渦輪機(jī)的出口壓力而設(shè)定解吸過(guò)程的壓力。
[0012]根據(jù)本發(fā)明，低壓蒸汽是被傳送到一個(gè)前置蒸汽渦輪機(jī)，在該前置蒸汽渦輪機(jī)中該低壓蒸汽被膨脹到小于3.5巴的出口壓力。該蒸汽的能量隨后被傳送給該解吸過(guò)程。
[0013]根據(jù)本發(fā)明，該方法包括一個(gè)前置蒸汽渦輪機(jī)。與常規(guī)方法相比，低壓蒸汽并非被直接傳導(dǎo)至該解吸過(guò)程、而是首先被傳送到這個(gè)前置蒸汽渦輪機(jī)，在該前置蒸汽渦輪機(jī)中發(fā)生了膨脹，至小于3.5巴的出口壓力。在該方法的一個(gè)有利變體中，發(fā)生了膨脹，至小于3巴、優(yōu)選小于2.5巴、尤其小于2巴的出口壓力。證明出尤其有益的是該蒸汽以小于1.5巴的壓力離開(kāi)該前置蒸汽渦輪機(jī)。
[0014]在本發(fā)明的一個(gè)尤其有利的形式中，該前置蒸汽渦輪機(jī)被設(shè)計(jì)成一個(gè)低壓蒸汽渦輪機(jī)。這個(gè)另外的低壓蒸汽渦輪機(jī)可以被整合到該發(fā)電廠的渦輪機(jī)部分中。包括該前置蒸汽渦輪機(jī)在內(nèi)的所有這些渦輪機(jī)在旋轉(zhuǎn)意義上設(shè)置一個(gè)共同軸，該共同軸驅(qū)動(dòng)一個(gè)共同發(fā)電機(jī)。
[0015]在另一個(gè)變體中，該前置蒸汽渦輪機(jī)被設(shè)計(jì)成一個(gè)獨(dú)立的機(jī)器。在這種情況下，該前置蒸汽渦輪機(jī)在旋轉(zhuǎn)意義上設(shè)置一個(gè)專用軸，該專用軸驅(qū)動(dòng)一個(gè)專用發(fā)電機(jī)或機(jī)器。例如，一個(gè)壓縮機(jī)或泵可以由該前置蒸汽渦輪機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)。
[0016]在膨脹之后，該蒸汽被傳送到該解吸柱的再沸器中。再沸器在本發(fā)明的背景下應(yīng)當(dāng)被理解成是連接到解吸柱的貯槽上的一個(gè)冷凝熱交換器。該蒸汽發(fā)生冷凝并且將熱傳遞給滿載CO2的洗滌液體。
[0017]由于在該前置蒸汽渦輪機(jī)中LP蒸汽的膨脹，額外地產(chǎn)生了電流。由于該蒸汽具有更低的壓力并且因此在該前置蒸汽渦輪機(jī)的下游具有更低的溫度，與常規(guī)方法相比，該解吸柱中的溫度也是降低的以便確保有效的熱傳遞。這樣確保了驅(qū)動(dòng)溫度梯度是足夠高的。該溫度是通過(guò)降低該解吸過(guò)程運(yùn)行時(shí)的壓力而下降。
[0018]根據(jù)本發(fā)明，該解吸柱中的壓力是通過(guò)一個(gè)調(diào)節(jié)裝置根據(jù)該前置蒸汽渦輪機(jī)的出口壓力而自動(dòng)設(shè)定的。為此目的，例如可以使用一個(gè)PID控制器。
[0019]取決于該前置蒸汽渦輪機(jī)的出口壓力，對(duì)該解吸柱中的壓力進(jìn)行適配。該洗滌液體的沸騰溫度并且因此該解吸柱的貯槽必須被加熱到的溫度是根據(jù)該解吸柱中的壓力來(lái)設(shè)定的。下表通過(guò)舉例的方式示出了多個(gè)工藝參數(shù)的賦值。
[0020]表1:工藝參數(shù)
【權(quán)利要求】
1.一種用于從以化石燃料運(yùn)行的發(fā)電廠的煙道氣體(3)中去除二氧化碳的方法，二氧化碳是通過(guò)一個(gè)吸收過(guò)程(16)使用一種洗滌液體(14)而從該煙道氣體(3)中被去除的，并且滿載的洗滌液體(12)在一個(gè)解吸過(guò)程(11)中被再生，再生所需能量的至少一部分是通過(guò)低壓蒸汽傳送的，該低壓蒸汽是在進(jìn)入一個(gè)低壓蒸汽渦輪機(jī)(6)之前從該發(fā)電廠的蒸汽/水回路中被抽出的，該低壓蒸汽被傳送到一個(gè)前置蒸汽渦輪機(jī)(9)，在該前置蒸汽渦輪機(jī)中該蒸汽被膨脹到小于3.5巴的出口壓力，并且該蒸汽的能量然后被傳送給該解吸過(guò)程(11)，其特征在于，該方法具有一個(gè)調(diào)節(jié)裝置，該調(diào)節(jié)裝置根據(jù)該前置蒸汽渦輪機(jī)(9)的出口壓力來(lái)設(shè)定該解吸過(guò)程(11)的壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該前置蒸汽渦輪機(jī)(9)中的低壓蒸汽被膨脹到小于3巴、優(yōu)選小于2.5巴、尤其小于2巴的出口壓力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在該前置蒸汽渦輪機(jī)(9)中膨脹的蒸汽被傳送到一個(gè)冷凝熱交換器(10)，能量通過(guò)該冷凝熱交換器被傳遞給該解吸過(guò)程(11)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，該前置蒸汽渦輪機(jī)(9)被整合在該發(fā)電廠的渦輪機(jī)部分中，該前置蒸汽渦輪機(jī)(9)與該發(fā)電廠的這些蒸汽渦輪機(jī)(4，5，6)一起驅(qū)動(dòng)一個(gè)共同的發(fā)電機(jī)(7 )。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，該前置蒸汽渦輪機(jī)(9)驅(qū)動(dòng)一個(gè)專用發(fā)電機(jī)(19)或機(jī)器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，該解吸過(guò)程(11)的溫度被用作一個(gè)調(diào)節(jié)參數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，一個(gè)解吸柱(11)的貯槽中的溫度被用作一個(gè)調(diào)節(jié)參數(shù)。
8.一種用于實(shí)施如權(quán)利要求1至7之一所述的方法的系統(tǒng),該系統(tǒng)具有 -一個(gè)吸收單元(16)，在該吸收單元中通過(guò)使用一種洗滌液體(14)能將二氧化碳從該煙道氣體(3)中去除，以及 -用于使該滿載的洗滌液體(12 )再生的一個(gè)解吸單元(11 )， 再生所需能量的至少一部分是通過(guò)低壓蒸汽可傳送的，該低壓蒸汽是在進(jìn)入一個(gè)低壓蒸汽渦輪機(jī)(6)之前從該發(fā)電廠的蒸汽/水回路中被抽出的，該系統(tǒng)具有一個(gè)前置蒸汽渦輪機(jī)(9)，該前置蒸汽渦輪機(jī)被安排在該解吸單元(11)的上游并且在該前置蒸汽渦輪機(jī)中該抽出的低壓蒸汽能被膨脹到小于3.5巴的出口壓力，并且一個(gè)裝置被提供用于將該蒸汽的能量傳送給該解吸單元(11)，其特征在于，該系統(tǒng)包括一個(gè)調(diào)節(jié)裝置，該調(diào)節(jié)裝置根據(jù)該前置蒸汽渦輪機(jī)(9)的出口壓力來(lái)設(shè)定該解吸單元(11)中的壓力。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，在該前置蒸汽渦輪機(jī)(9)中膨脹的蒸汽可以被傳送到一個(gè)冷凝熱交換器(10)以便將能量傳遞給該解吸單元(11)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的系統(tǒng)，其特征在于，該前置蒸汽渦輪機(jī)(9)被整合在該發(fā)電廠的渦輪機(jī)部分中，該前置蒸汽渦輪機(jī)(9)與該發(fā)電廠的這些蒸汽渦輪機(jī)(4，5，6) —起驅(qū)動(dòng)一個(gè)共同的主發(fā)電機(jī)(7 )。
11.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的系統(tǒng)，其特征在于，該前置蒸汽渦輪機(jī)(9)驅(qū)動(dòng)一個(gè)專用發(fā)電機(jī)(19)或機(jī)器。
【文檔編號(hào)】B01D53/14GK103906557SQ201280045407
【公開(kāi)日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2012年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月30日
【發(fā)明者】J·曼澤爾 申請(qǐng)人:蒂森克虜伯工業(yè)解決方案有限公司