[发明专利]用于从化石燃料发电设备的废气中分离二氧化碳的方法和装置

说明书

本发明涉及运行化石燃料发电设备的方法，特别涉及从化石燃料发电设备的废气中分离二氧化碳的方法。本发明另外涉及具有用于从废气分离二氧化碳的分离设备的化石燃料发电设备。

在以工业规模产生电能的化石燃料发电设备(fossilbefeuerte Kraftwerks-anlage)中，由于化石燃料的燃烧生成了大量含二氧化碳的废气。除了二氧化碳外，废气还含有其他组分，如气体氮气、二氧化硫、氮氧化物(Stickoxide)和水蒸汽以及固体颗粒、粉尘和烟灰。在新型或改良的发电设备中已经应用了固体组分的分离(Abscheidung)、硫氧化物(Schwefeloxide)的分离(Abtrennung)还有氮氧化物的催化除去。到目前为止，废气中含有的二氧化碳与废气一起排放至大气中。在大气中积聚的二氧化碳阻止地球的热辐射以及通过所谓的温室效应促进地球表面温度的升高。为了减少化石燃料发电设备中二氧化碳的排放量，可以从废气中分离出二氧化碳。

特别在化学工业中已知有不同的方法用于从气体混合物中分离二氧化碳。特别地，已知有吸收-解吸方法用于在燃烧过程(Post-combustion CO₂Separation)后从废气中分离二氧化碳。

用吸收-解吸方法分离二氧化碳是通过洗涤剂(Waschmittel)实现的。在经典的吸收-解吸过程中，废气在吸收柱中与作为洗涤剂的选择性的溶剂接触。通过化学过程或物理过程吸收二氧化碳。已清洗的废气离开吸收柱进行另外的加工或排放。为了分离二氧化碳和再生溶剂，将负载二氧化碳的溶剂导入解吸柱中。在解吸柱中的分离可以热方式(thermisch)进行。此时，从负载的溶剂中排出气态二氧化碳和经蒸发的溶剂的气体-蒸汽混合物。接着将经蒸发的溶剂与气态二氧化碳分离。对二氧化碳进行多步压缩、冷却以及液化。所述二氧化碳可以液态或冻结状态送往存储或其他的用途。再生的溶剂回流至吸收柱中，在该吸收柱中又可以从含二氧化碳的废气中获取二氧化碳。

目前存在的从气体混合物中以工业规模分离二氧化碳的方法的主要问题是非常高的能耗，尤其需要用于解吸的热能。

已知的在发电过程中或发电过程之后操作的将二氧化碳从废气中分离的方法的普遍缺点是分离方法对发电过程产生显著降低其效率的影响。由于用于实施二氧化碳分离的能量必须从发电过程中获取，这导致了效率的降低。因此，与没有二氧化碳分离装置的化石燃料发电设备相比，具有二氧化碳分离装置的化石燃料发电设备的经济效益性明显更低。

本发明的目的是提供从化石燃料发电设备的废气中分离二氧化碳的方法，该方法实现了高分离效率同时实现了有利的发电过程的整体设备效率。

本发明的另一目的是提供整合了二氧化碳分离设备的化石燃料发电设备，其实现了高分离效率同时实现了有利的发电设备的总体效率。

根据本发明，上述针对方法的目的使用一种从化石燃料发电设备的废气中分离二氧化碳的方法得到解决，在该方法中，在燃烧过程中燃烧化石燃料，其中产生含二氧化碳的热废气，在吸收过程中含二氧化碳的废气与吸收介质接触，其中二氧化碳被吸收介质吸收，形成了负载的吸收介质(beladenes Absorptionsmedium)，在解吸过程中从负载的吸收介质中受热排出二氧化碳，并输入蒸汽，将蒸汽喷入负载的吸收介质中，其中通过蒸汽的冷凝而释放的冷凝热转移至负载的吸收介质上。

本发明从如下的考虑出发，直接引入负载的吸收介质中的冷凝热明显有助于二氧化碳受热排出(thermischen austreiben)。根据本发明将蒸汽引入解吸过程中。通过用蒸气的冷凝热促进解吸过程减轻了解吸过程中加热设备的负担。蒸汽在柱子内冷凝，由此冷凝热直接转移至负载的吸收介质上。因此可以使用低温蒸汽，因为例如在换热过程中进行间接热转移时没有因热转移发生损耗。

因为为了直接引入使用了具有低压和低温度水平的蒸汽，可以节省较高值蒸汽。否则该较高值蒸汽一般从低压轮机的溢流管道中获取。该节省的高值蒸汽可供给给汽轮机低压部分中的蒸汽膨胀过程用于产生电能。由此实现化石燃料发电设备的总体效率的提高。

除了通过引入冷凝热减轻加热设备的负担，通过本发明的方法如下进一步有利于解吸过程：通过引入的蒸汽降低了已经放出的二氧化碳的分压。这表示了气相中的二氧化碳浓度的降低，由此促进了连接在负载的吸收介质中的二氧化碳的排出。由此会有更少的吸收介质被蒸发，从而通过加热设备向解吸过程引入的热量更少。由于加热设备同样也是通过蒸汽运行的，从而减少蒸汽的消耗量。节省的蒸汽因此可以提供给发电过程，并有助于提高总体效率。