[发明专利]使用太阳热能的CO2捕获

说明书

技术领域

本发明大体上涉及太阳能在从气体物流回收二氧化碳中的应用。本发明可具体用于从由燃煤或燃气发电厂产生的烟道气或从包括炼钢厂、熔炉、水泥窑和煅烧炉在内的众多工业过程的工艺气体(processgases)中回收CO₂。术语“工艺气体”是指进料至某一工艺或来自某一工艺的气体物流，包括例如工业加热炉的合成气进料和炼钢厂中的高炉煤气。

背景技术

对于固定的CO₂排放源如发电厂，通过1)捕获在工艺中形成的CO₂，和2)用各种地质手段储存CO₂以逐步降低温室气体(GHG)排放的压力越来越大。多数都采用将CO₂以超临界或“液化”状态注入深部含水层、煤层和围岩，或者注入海洋深处，或者将CO₂转化为固体矿物形式。

例如，对于发电站，目前主要有三种方法来从新的或现有的发电厂分离CO₂：1)燃烧后捕获，2)燃烧前捕获，以及3)伴有烟道气液化的氧燃烧。在本文中，本发明主要适用于燃烧后捕获，但是本发明也可用于燃烧前捕获，其中需要用于溶剂再生的热。

在燃烧后捕获中，首先在吸收塔中用液体溶剂将烟道气中的CO₂与氮气和残余的氧气分离。随后在称为解吸(或者再生，有时称为“汽提”)的过程中从溶剂中去除CO₂，从而使得该溶剂能被再利用。随后通过压缩和冷却过程将解吸的CO₂冷却，采用适当的干燥步骤以防止水合物形成。该方法的主要缺点是CO₂分压相对较低(与上述另外两种方法相比)，其必须使用CO₂选择性溶剂。这些溶剂的再生会释放出基本上纯的CO₂物流，但是这一步骤耗能相对较大。由于需要提供低温热量(占总能量需求的约65％)和功(work)来驱动CO₂液化设备和其它辅助设备，这在总体上减少了约20％的电能输出。液化产物CO₂的脱水也同时需要热和功。净效果是使电厂的热效率降低约9个百分点。

这种形式的燃烧后捕获也适用于其它固定CO₂源，例如炼钢厂、水泥窑、煅烧炉和熔炉。

本发明人先前已经注意到，可再生能源能够通过直接或间接整合而用于为配电网提供输入，并且注意到这种配合能减少化石燃料的排放强度并支持可再生能源的汲取。直接整合的例子是使用太阳热能来为主发电厂提供蒸汽或热流体，用于加热工作流体(通常是水)、产生蒸汽或者使蒸汽过热的目的。一个澳大利亚的例子是位于新南威尔士的Liddell的Solar Heat and Power plant(太阳能发电厂)。这种设置为发电厂提供用于进料水加热的热水，以替代来自低压汽轮机段的抽汽。

间接整合的基础是太阳热能可应用到电网的任何地方，从而替代对于化石燃料发电站的电能需求。所避免的CO₂排放可分配给各种释放源，包括非电网源。由此，电网通过提供备用和储备电力推动了太阳热能的使用。

在本发明人与合作者在CSIRO的诸多研究中已经涉及了太阳热能在燃烧后俘获中的应用，其中太阳热能用于直接为捕获设备的解吸塔提供热量。这种直接整合与用于通过提供进料水加热来增大发电站输出的整合类似，并且包括将太阳能以热工作流体(主要是加压热水，虽然低压蒸汽也已经考虑过)的形式通过隔热管以高达150℃的温度转移至燃烧后捕获过程的解吸塔。

至少在一个或多个方面，本发明的目的是更有效地使用太阳能来解决上述由于CO₂的燃烧后捕获而导致的热效率降低问题。

至少在一个或多个方面，本发明的另一目的是有效地利用太阳能作为发电系统或工业过程的额外的能量来源。

发明内容

在第一方面，本发明提供了一种从气体物流回收CO₂的方法，其包括：

在吸收段处，将CO₂从气体物流中吸收到适合的溶剂中，从而将所述溶剂转化为富CO₂的介质；

将所述富CO₂的介质输送到解吸段，所述解吸段与太阳能场的距离比所述解吸段与吸收段的距离更近；

采用在所述太阳能场中通过日照加热的工作流体来实现CO₂在所述解吸段处从所述富CO₂的介质中的解吸，从而产生分离的CO₂和再生的溶剂物流；和