用于从燃烧烟气中制备液态CO2的方法和装置，其中烟气在单级相分离中部分地冷凝，单级相分离包括至少一个热交换器(11,17)和分离筒(19)，其中至少一个热交换器(11,17)由膨胀的废气(23)和膨胀的液态CO2(3.3)冷却，并且其中，膨胀的CO2(3.3)的第一部分在已经过至少一个热交换器(17)之后在附加的分离筒(33)中分离成液态CO2和气态CO2，其中附加的分离筒(33)的气态CO2(3.4)和液态CO2(3.5)膨胀至第一压力水平(标记7d')，其中分离筒(33)的液态CO2(3.6)的第二部分膨胀至第二压力水平(标记7e')以用于在至少一个热交换器(17)中冷却烟气。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用单级膨胀和用于高压蒸发的泵的C02节能制备
技术介绍
本专利技术涉及用于烟气中包含的CO2的液化的方法和装置。烟气中的CO2的液化很久以来就为人所知。用于从燃烧烟气中制备CO2的大多数低温方法使用具有两个或更多个分离级的常规分离方案。在图1中，这样的现有技术装置示出为框图。在本申请的附图中，在烟气流以及CO2的各个点处的温度和压力由所谓的标记指示。属于每个标记的温度和压力汇集在下面的图表中。对于本领域的技术人员显而易见的是，这些温度和压力用作示例。它们可以根据烟气的组成、环境温度和液态CO2的所需纯度而改变。在第一压缩机I中，烟气被压缩。这种压缩可以是具有在每个压缩级(未示出)之间的冷却器和水分离器的多级压缩过程，水分离器分别从烟气中分离大部分的水蒸气和水。在图1中，烟气流用附图标记3来标示。当由第一压缩机I排放时，烟气具有显著高于环境温度的温度，并且然后被第一冷却器5冷却至大约13°C。压力为大约35.7巴。仍包含在烟气流3中的水分通过诸如在干燥器7中吸附干燥的合适的干燥过程与水分离，并且随后输送到第一分离级9。该第一分离级9包括第一热交换器11和中间分离筒(drum)13。第一热交换器11用来冷却烟气流3。由于这种冷却，包含在烟气流3中的CO2发生部分冷凝。因此，烟气流3作为两相混合物进入中间分离筒13。在这里，烟气流的液相和气相借助于重力分离。在第一分离筒中，压力为大约34.7巴，并且温度为_19°C (参见标记N0.5)。在中间分离筒13的底部，液态CO2被抽取并经由第一减压阀15.1膨胀至大约18.4巴的压力(参见附图标记N0.3.1)。这导致CO2的温度在-22°C和-29°C之间(参见标记N0.10)。烟气的CO2支流(partial stream) 3.1在第一热交换器11中被烟气流3加热和蒸发。在第一热交换器11的出口处，支流3.1具有大约25°C的温度和大约18巴的压力(参见标记N0.11)。在中间分离筒13的头部处抽取第二支流3.2之后，显然的是，从中间分离筒13抽取的气态的该支流3.2在第二热交换器17中被冷却并部分地冷凝。此后，也以两相混合物存在的该支流3.2被输送到第二分离筒19。第二热交换器17和第二分离筒19是第二分离级21的主要部件。在第二分离筒19中，在支流3.2的液相和气相之间同样发生重力支持的分离。在第二分离筒19中，存在大约34.3巴的压力和大约_50°C的温度(参见标记N0.6)。在第二分离筒19中的气相(所谓的废气23)在第二分离筒19的头部处被抽取，在第二减压阀15.2中膨胀至大约27巴，使得其冷却至大约-54°C (参见标记N0.7)。在附图中，废气用附图标记23标示。废气23流过第二热交换器17，从而冷却在逆流中的烟气3.2。在第二分离筒19的底部处，液态CO2 (参见附图标记3.3)被抽取并在第三减压阀15.3中膨胀至大约17巴，使得其也达到_54°C的温度(参见标记N0.7a)。该流3.3也被输送到第二热交换器17。在第二热交换器17中，液态CO2的一部分蒸发，并且流3.3在第四减压阀15.4中膨胀至大约5至10巴，使得在该点处达到-54 °C的温度(参见标记N0.7b)，并且流3.3再次被输送到第二热交换器17。在流3.3流过第二热交换器17之后，其再次被输送到第一热交换器11。在第一热交换器11的入口处，该流具有大约5至10巴的压力和-22至-29°c的温度(参见标记N0.14)。该流3.3在第一热交换器11中吸收热量，使得在该热交换器的出口处，该流具有大约_7°C的温度和大约5至10巴的压力。第三流3.3被输送到在第一压缩机级处的第二压缩机25，而具有大约18巴的压力的流3.1则被输送到在图1所示三级压缩机25处的第二压缩机级。在第二压缩机25的各级之间的中间冷却器和用于压缩的CO2的后冷却器在图1中未示出。在第二压缩机25的出口处，压缩的CO2具有在60巴和110巴之间的压力和80°C至130°C的温度。在未示出的后冷却器中，CO2被冷却至环境温度。如果需要，CO2可直接馈送入管线中或被液化并从例如第一 CO2泵27输送到管线(未示出)中。第一 CO2泵27将液态CO2的压力升高至在管线中提供的压力。返回到废气23，可以看到，废气流过第二热交换器17和第一热交换器11，从而从烟气流3吸收热量。在第一热交换器11的出口处，废气23具有大约26°C至30°C的温度和大约26巴的压力(参见标记N0.16)。为了最大化能量回收，已知的是用废气过热器29过热废气23，并且然后将废气输送至膨胀涡轮31或任何其它膨胀机。其中机械能被回收，并且随后废气以大约对应于环境压力的低压被排入环境中。结合图1描述的用于液化CO2的该装置相对简单且正常工作。从例如以化石燃料为燃料的发电厂的烟气制备液态CO2的该现有技术的缺点是其高能量需求，这对发电厂的净效率程度具有负面效应。
技术实现思路
因此，本专利技术具有提供用于液化包含在烟气中的CO2的方法和装置的目的，该方法和装置以降低的能量需求操作且因此增加发电厂的净效率程度。同时，该方法应尽可能简单，并且操作技术有利地可控，以便确保稳健和无故障的操作。根据本专利技术，该目的通过用于从燃烧烟气中制备液态C02的方法来解决，其中烟气在单级相分离中被部分地冷凝，单级相分离包括至少一个热交换器和分离筒，其中至少一个热交换器由膨胀的废气和膨胀的液态C02冷却，并且其中CO2的一部分膨胀至第一压力水平并且在经过至少一个热交换器之后在附加分离筒中分离成液态C02和气态C02，其中附加分离筒的气态C02和液态C02膨胀至第二压力水平。分离筒的液态C02的第二部分膨胀至第三压力水平以用于在至少一个热交换器中冷却C02。由于CO2在较高的压力水平下的蒸发所导致的减小的体积流量，结果是第二压缩机25所需功率的大幅度降低，这对上游发电厂的改善的净效率程度具有直接效应。要求保护的本专利技术的另一个有利的实施例包括将第一分离筒的液态C02的第三部分的压力升高至第四压力水平以便在至少一个热交换器中冷却C02的步骤。该C02流可接着馈送到在甚至更高的压缩级处的压缩机25，从而导致进一步降低的功耗。优选的是，该分离筒的液态C02的第二部分膨胀至大约15巴至25巴、优选地至20巴的压力。该压力范围与通常用于离心压缩机的通用压缩比匹配。要求保护的方法的另一个有利的实施例包括将第一分离筒的液态C02的第三部分升高至大约40巴至50巴、优选地至45巴的压力。这些压力水平一方面在保持商业上可得的压缩比的同时允许装置的节能操作，并且允许根据例如C02的所需质量和/或环境温度而在不同的操作点处运行装置。还有利的是使用来自分离筒的C02的支流以用于在至少一个热交换器中的冷却目的。通过使用这些C02流以用于冷却目的，可避免使用易燃的冷却介质，这导致火灾危险的降低并最小化用于安全系统的成本。通过将C02流根据其压力水平而馈送至第二压缩机的不同级，实现了能耗的降低。在第一压缩机中压缩烟气(3)，并且然后将其在第一冷却器中冷却和/或在进入至少一个热交换器之前在干燥器中对其进行干燥，从而减小了烟气的体积，因为大部分水蒸气都已被分离。这意味着干燥器和用于制备液态CO2的装置的尺寸可以更小本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.07.14 EP 10007269.31.一种用于从燃烧烟气中制备液态CO2的方法，其中，所述烟气在单级相分离中部分地冷凝，所述单级相分离包括至少一个热交换器(11，17)和分离筒(19)，其中，所述至少一个热交换器(11，17)由膨胀的废气(23)和膨胀的液态CO2(3.3)冷却，并且其中，所述膨胀的C02(3.3)在已经过所述至少一个热交换器(17)之后在附加分离筒(33)中分离成液态CO2和气态CO2，其中，所述附加分离筒(33)的气态C02(3.4)和液态CO2 (3.5)的第一部分膨胀至第一压力水平(标记7d’)，其中，所述附加分离筒(33)的液态CO2 (3.6)的第二部分的压力膨胀至第二压力水平(标记7e’)，以用于在所述至少一个热交换器(17)中冷却所述CO2。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一分离筒(33)的所述液态CO2(3.7)的第四部分的压力升高至第四压力水平(标记7g)并且膨胀(标记7h)，以便在所述至少一个热交换器(17)中冷却所述C02。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述附加分离筒(33)的液态CO2(3.7)的第四部分升高至大约40巴至50巴、优选地47巴的压力(标记7h和20)。4.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，来自所述分离筒(19，33)的CO2的支流(3.3，3.6，3.7)被用于在所述至少一个热交换器(17，11)中的冷却目的。5.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述CO2流(3.3，3.6，3.7)根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：O施塔尔曼，
申请(专利权)人：阿尔斯通技术有限公司，
类型：
国别省市：
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