包括气体涡轮机的碳捕获系统技术方案

用于从进入的烟道气体中捕获CO2的方法和设备。烟道气体可以是来自煤炭和气体作为燃料的发电设备、水泥厂或精炼厂的排出气体。进入的排出气体被冷却、与空气混合且被压缩、然后与气体和/或液态燃料一起被引入到燃烧室中。部分的燃烧是通过单独的喷燃器进行的，其中，冷却/燃烧空气以与捕获的CO2的体积相等的体积进行馈送。所述喷燃器将提升燃烧室中的温度，允许燃烧具有低氧含量的排出气体。CO2在膨胀之前由气体涡轮机以高分压被捕获，从而在热回收单元中产生动力并生成蒸汽。气体涡轮机将与关于入口温度、压力和流量的设计参数接近地高效地运行。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括气体涡轮机的碳捕获系统
本专利技术涉及碳捕获技术的领域并且针对热力发电设备或热生成设备，其中，来自热力发电设备或热生成设备的烟道气体被引导至具有大的外部燃烧室的气体涡轮机，该外部燃烧室被设计成进一步在低氧气含量的情况下燃烧CO2富集的烟道气体，并在高分压(partialpressure：分压力、部分压力)下运行的一体式碳捕获设备中、从所得的CO2富集的烟道气体中提取CO2。
技术介绍
CO2捕获的最大市场是来自现有燃煤发电设备的烟道气体。煤炭储量大的国家可以继续利用所谓的“清洁煤技术”来利用其资源。国际专利申请公开WO0048709涉及一种用于CO2捕获的方法，其中，来自气体涡轮机的排出气体被再加压以提高吸收效率，以及减小待处理的气体的体积。也已经提出了使用加压吸收或膜来将CO2从排出气体中分离。在其摘要中描述了该公开涉及用于从排出气体中移除和回收CO2的方法，其中，排出气体来自发电设备和/或热生成设备。通过化学吸收和随后的解吸来实现从排出气体中移除CO2，其中，使用化学吸收剂将排出气体馈送到吸收器，其中，CO2被吸收，并形成CO2贫化(deplete，耗尽、排尽、减少)的排出气流。富含CO2的吸收剂进一步被馈送到解吸器(汽提器)，其中，从吸收剂中移除CO2，然后将通常不含CO2的吸收剂再循环到吸收器，同时放出被解吸的CO2气体。挪威的Capsol-EopAS的国际专利申请公开WO2017/042163描述了用于CO2捕获的方法和设备。更具体地，其描述了用于从包含CO2的排出气体(1)中捕获CO2的方法和设备，其中，在排出气体被引入到吸收器(30)中之前，排出气体被压缩(10)并在此后被冷却(13、15、22)，其中，排出气体被引入具有水相CO2吸收剂溶液(49)的逆流流动中，以提供贫乏的排出气体(31)，该贫乏的排出气体从吸收器(30)中抽出、针对进入的压缩排出气体被再加热(22、13)，且在此之后膨胀(34)并释放到大气(4)中，其中，水相CO2吸收剂溶液是水相碳酸钾溶液，并且在直接接触式冷却器(61)中通过冷却水(62)的逆流流动对从再生器(40)中抽出的蒸气和CO2进行冷却，以生成：经冷却的CO2和蒸汽的气态流(70)，该气态流被抽出以压缩和干燥CO2；以及，冷却水和冷凝蒸汽的液态流(64)，该液态流被抽出并被闪燃(80)，以提供经冷却的液相(84)以及气相(81)，该液相被再循环作为用于被抽出的CO2和蒸汽的直接接触式冷却器(61)的冷却水，该气相被压缩(82)并因此被加热、并作为剥离蒸汽(83)被引入到再生器(40)中。挪威SargasAS的US20070006565“Purificationworksforthermalpowerplant(热力发电设备的净化工作)”描述了从来自用化石燃料点火的热力发电设备的燃烧气体中分离CO2的方法，其中，来自热力发电设备的燃烧气体被冷却并被压缩。在压缩后，其在燃烧室中被天然气的燃烧再加热以形成排出气体。排出气体被冷却并与吸收剂接触，吸收剂从排出气体中吸收CO2以形成低CO2流和具有经吸收的CO2的吸收剂，并且其中，描述了低CO2流借助于与热排出气体进行热交换而被加热，该热排出气体在它在涡轮机中膨胀之前离开燃烧室。还描述了用于执行该方法的设备和组合式设备。有效的CO2捕获应该是基于在低氧含量和高CO2分压下使用吸收剂来减少的，而无有害排放。有利的吸收剂是热的碳酸钾，K2CO3。用于这样的CO2捕获的一已知过程是所谓的本菲尔德过程。在大气压下使用碳酸钾作为吸收剂对于低选择性的CO2捕获是不可行的。发电设备的一示例是斯德哥尔摩的Vartan燃煤发电设备。燃煤发电设备生成2×100MW并且具有以下特征：在Sargas专利申请中；对于燃烧气体和燃煤的发电设备以及热力设备两者，CO2在膨胀之前在高压处被捕获。以下是具有CO2捕获的Sargas参考方案的示例；A.燃烧气体的发电设备100MW、Hammerfest(效率约38％)B.燃煤发电设备4×100MW，Husnes(效率约36％)C.使用GE经修改的气体涡轮机LMS100与通用电气合作的燃烧气体的发电设备250MW、IKM(Stargate250型)。(效率约41％)。由气体涡轮机和蒸汽涡轮机各自生成的功率为约50％。KebmarAS具有被公开为NO20140540的用于具有CO2捕获的新式燃烧气体发电设备的专利申请，其中，两个AlstomGT11N2以“串联”的形式布置，缩写为“GTCC”。烟道气体在被冷却的情况下从第一气体涡轮机被馈送，并且此后被引入到第二气体涡轮机的布置有CO2和NOx捕获的进气口。效率为约46％。专利技术的大致背景；动机与大气中人为的CO2水平增大有关的长期气候风险——可能招致严重和不可逆转的全球气候变化，其具有许多可预见的和若干不可预见的负面后果——正在促进采用清洁技术。大多数国家计划削减占全球CO2排放的差不多一半的煤炭燃烧，以履行它们在巴黎协定中作出的承诺。相当大的压力都是基于化石燃料，尤其是“脏的”煤炭。发展清洁的减少CO2的技术在任何地方都是优先事项。近年来，世界在可再生能源方面取得了显著地进步。但是，由于CO2捕获技术尚未变得产业化，很少或几乎没有在“清洁”的减少CO2的化石燃料上作出进步。消耗能量的公用事业将它们的注意力放在其他地方，他们进行了大的转型，实施了电动交通工具的使用以及所要求的将基础设施改造成去中心化的电力供应。与可再生能源开始时不同，政府为“新的”减少CO2的化石能量技术提供慷慨的补助金的意愿是不确定的或在下降。碳捕获与储存(‘CCS’)技术的部署仍然是能量世界的黑天鹅效应；一种低概率、高影响力的措施：如果燃煤发电设备配备有CCS技术，则全球CO2排放将急剧地下降；到2030年下降8至19％，到2100年下降23至25％。这将是世界上最大的气候措施。尽管下一代用于无CO2排放的煤炭和气体发电的技术方案已经存在，但它们大多地是复杂且技术上不成熟，昂贵的，并且因此不是可实行的。对于本专利申请的部分的现有技术是这种情况，其中一些现有技术以申请人的姓名作为专利技术人。多年来，本专利技术人/申请人已经致力于降低过高的CCS成本：当今的方案还不是足够廉价，以致世界无法承受。为了能够部署，技术不能依靠补助金，而是经济上具有可持续性。一种方案，其致力于显着地减少来自基于煤炭和气体的能量生产、水泥生产以及烟道气体的精炼排放的CO2排放。避免使用缺乏产业支持的新专利技术的产业部件：要成为量产产品，具有减少CO2排放的设备必须使用众所周知的部件和系统，以使得该产业愿意支持它们、具有供应商的性能保证。具有鲁棒性的设备具有最小的占地面积并且使用完全没有毒副作用的吸收剂，在CO2捕获上具有最小的劣化以及最小的能量消耗。煤炭是充足的廉价能量，其供应遍及各大洲上的每个地方。气体具有的排放水平低于煤炭。矛盾的是，一旦剥离了煤炭和气体的CO2排放，这些燃料将仍然是未来的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.具有气体涡轮机(1)的CO2捕获系统，包括：/n-入口线路(6)，所述入口线路从用于含有CO2的初始烟道气体流(G6)的CO2富集的烟道气体源通向所述气体涡轮机(1)的用于压缩所述含有CO2的烟道气体流(G6)的压缩机部分(2)，/n-所述压缩机部分(2)，具有用于经压缩的烟道气体(G6)的壳体出口通路(1o)，所述压缩机部分通向/n-高压燃烧单元(26)，具有用于所述经压缩的烟道气体(G6)的高压燃烧室(14)，/n-所述高压燃烧室(14)被设置有气体喷燃器(51)，所述气体喷燃器被布置用于使下述一起燃烧：所述经压缩的烟道气体(G6)中的剩余氧气，以及经由燃烧空气管道(9)供应的经压缩的空气(IG9)与在燃料馈送线路(10)处供应的燃料()的混合物，/n其特征在于，/n-具有所述室(14)的所述高压燃烧单元(26)被设置有CO2富集的烟道气体(G6E)管道(15o)，用于得到通向高压高温HPHT气体/气体热交换器(25)的热的、燃烧后的高压高温CO2富集的烟道气体(G6E)，还将所述CO2富集的烟道气体(G6E)经由HPMT气体线路(17)输送到：/n-高压CO2捕获设备(100)，所述高压CO2捕获设备包括：HP气体返回线路(16)，用于使高压CO2贫化的烟道气体(G6D)回到所述高压高温热交换器(25)；以及出口线路(100o)，用于将捕获的CO2输出到线路(42)，/n-所述HP返回线路(16)使所述HP CO2贫化的烟道气体(G6D)返回到所述HPHT气体/气体热交换器(25)，以用于加热所述HP CO2 贫化的烟道气体(G6D)，所述高压高温热交换器(25)还经由下述连接至使所述气体涡轮机(1)运转的所述膨胀器部分(3)：/n-烟道气体返回管道(15R)，该烟道气体返回管道将所述经加热的高压高温CO2贫化的烟道气体(G6D)输送到返回通路(1r)。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.具有气体涡轮机(1)的CO2捕获系统，包括：
-入口线路(6)，所述入口线路从用于含有CO2的初始烟道气体流(G6)的CO2富集的烟道气体源通向所述气体涡轮机(1)的用于压缩所述含有CO2的烟道气体流(G6)的压缩机部分(2)，
-所述压缩机部分(2)，具有用于经压缩的烟道气体(G6)的壳体出口通路(1o)，所述压缩机部分通向
-高压燃烧单元(26)，具有用于所述经压缩的烟道气体(G6)的高压燃烧室(14)，
-所述高压燃烧室(14)被设置有气体喷燃器(51)，所述气体喷燃器被布置用于使下述一起燃烧：所述经压缩的烟道气体(G6)中的剩余氧气，以及经由燃烧空气管道(9)供应的经压缩的空气(IG9)与在燃料馈送线路(10)处供应的燃料()的混合物，
其特征在于，
-具有所述室(14)的所述高压燃烧单元(26)被设置有CO2富集的烟道气体(G6E)管道(15o)，用于得到通向高压高温HPHT气体/气体热交换器(25)的热的、燃烧后的高压高温CO2富集的烟道气体(G6E)，还将所述CO2富集的烟道气体(G6E)经由HPMT气体线路(17)输送到：
-高压CO2捕获设备(100)，所述高压CO2捕获设备包括：HP气体返回线路(16)，用于使高压CO2贫化的烟道气体(G6D)回到所述高压高温热交换器(25)；以及出口线路(100o)，用于将捕获的CO2输出到线路(42)，
-所述HP返回线路(16)使所述HPCO2贫化的烟道气体(G6D)返回到所述HPHT气体/气体热交换器(25)，以用于加热所述HPCO2贫化的烟道气体(G6D)，所述高压高温热交换器(25)还经由下述连接至使所述气体涡轮机(1)运转的所述膨胀器部分(3)：
-烟道气体返回管道(15R)，该烟道气体返回管道将所述经加热的高压高温CO2贫化的烟道气体(G6D)输送到返回通路(1r)。


2.根据权利要求1所述的CO2捕获系统，其中，高压中间温度热交换器(30A)被布置在所述CO2富集的烟道气体(G6E)出口线路(17、30o)和所述返回气体贫化的烟道(G6D)线路(16)中。


3.根据权利要求1或2所述的CO2捕获系统，其中其中，高压低温热交换器(30B)被布置在所述CO2富集的烟道气体(G6E)出口线路(17、30o)和所述返回气体贫化的烟道(G6D)线路(16)中。


4.根据权利要求1、2或3所述的CO2捕获系统，其中，选择性催化还原单元(SCR)NOx捕获单元(29)被布置在所述CO2富集的烟道气体(G6E)出口线路(17、30o)中。


5.根据前述权利要求中任一项所述的CO2捕获系统，其中，所述HPHT气体/气体热交换器(25)被设置有用于所述经压缩的空气(IG9)的冷却壳层(925)，从而将应当在所述燃烧室(14)中使用的所述经压缩的空气(IG9)加热。


6.根据前述权利要求中任一项所述的CO2捕获系统，其中，所述CO2富集的烟道气体管道(15o)和所述烟道气体返回管道(15r)是同轴管道，各自具有用于所述经压缩的空气(IG9)的同轴环状管道部分(915o、915r)，从而冷却所述CO2富集的烟道气体管道(15o)和所述烟道气体返回管道(15r)并加热用于在所述燃烧室(14)中使用的所述经压缩的空气(IG9)。


7.根据前述权利要求中任一项所述的CO2捕获系统，其中，经由所述燃烧空气管道(9)供应到所述HP燃烧室(14)的所述经压缩的空气(IG9)的量和经由所述燃料线路(10)供应到所述HP燃烧室的燃料(F)的数量对应于在所述CO2捕获设备(100)中从所述烟道气体流(G6E)中移除的所捕获的CO2的量，
-以便使通过所述压缩机部分(2)的总烟道气体流(G6)与通过所述涡轮机(1)的所述膨胀器部分(3)的所述CO2贫化的烟道气体流(G6D)平衡。


8.根据前述权利要求中任一项所述的CO2捕获系统，包括：
-在所述涡轮机的(1)壳体和所述燃烧单元(26)之间的气体流适配器(54)，
-所述气体流适配器(54)一方面布置在用于所述经压缩的烟道气体(G6)的同轴外围出口通路(lo)与用于所述CO2贫化的烟道气体(G6D)的中央返回通路(1r)之间，并且
-另一方面布置在同轴外围壳层入口(14o)与所述燃烧室(14)的中央燃烧返回通路(14r)之间，所述同轴外围壳层入口用于使所述烟道气体(G6)通向所述燃烧单元(26)的在所述外部燃烧室(14)周围的壳层(926)，所述中央燃烧返回通路用于燃烧后的CO2富集的烟道气体(G6E)，
-在所述中央贫化的气体(G6D)返回通路(1r)和所述中央燃烧返回气体流CO2富集的气体(G6E)通路(14r)之间的气体流偏向板(55)，
-所述气体流偏向板(55)第一面(58)，所述第一面用于使所述燃烧后的CO2富集的烟道气体(G6E)从所述中央燃烧返回通路(14R)关于第一侧向方向通向所述同轴管道(15o)，以及所述偏向板(55)的相反面(57)，所述相反面使来自所述高压高温热交换器(25)的所述CO2贫化的烟道气体(G6D)从第二相反侧向方向、从所述同轴返回管道(15r)通向所述中央返回通路(1r)进而通向所述膨胀器(3)。


9.根据前述权利要求中任一项所述的CO2捕获系统，其中，所述燃烧室(14)中的所述燃料喷燃器(51)是供应有天然气的天然气喷燃器。


10.根据前述权利要求中任一项所述的CO2捕获系统，包括从同轴管道的环状部(15o、915o、A)通向同轴管道的环状部(15r、915r、B)的旁通线路(24)，以便使来自于和去往所述高压高温热交换器(25)的所述同轴管道(15o、15R)的经压缩的空气(IG9)冷却路径连续。


11.根据前述权利要求中任一项所述的CO2捕获系统，当投影到水平平面中时，所述CO2富集的烟道气体(G6E)管道(15o)和所述CO2贫化的气体((15R)线路(15R)于所述燃烧室(14)和所述高压高温热交换器HPHT(25)之间具有大致相同的长度。


12.根据前述权利要求中任一项所述的CO2捕获系统，其中，在所述CO2捕获部段中使用的CO2吸收介质为碳酸钾K2CO3。[所谓的“热碳酸钾”。


13.根据前述权利要求中任一项所述的CO2捕获系统，包括：用于冷却进入的烟道气体(G6)的烟道气体冷却器(5)，和用于在将所述烟道气体(G6)馈送到所述气体涡轮机压缩机(2)之前将所述烟道气体与空气混合的空气供应馈送装置(27)。


14.根据前述权利要求中任一项所述的CO2捕获系统，包括支撑结构，所述支撑结构包括承载所述高压高温热交换器(25)的枢转轴承(59)，以便使...

【专利技术属性】
技术研发人员：克努特·博尔塞斯，亨里克·弗莱舍，
申请(专利权)人：卡尔伯恩CCS有限公司，克努特·博尔塞斯，亨里克·弗莱舍，
类型：发明
国别省市：马耳他;MT