[发明专利]用于气体处理的系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于处理由用于产生电能的燃烧化石燃料的动力装置产生的气体的系统。本发明特别涉及这样的系统：其用于处理气体，以净化这种气体，以便帮助运送和存储二氧化碳。

背景技术

考虑到减少将温室气体二氧化碳(CO₂)排放到大气中，用于产生电能的燃烧化石燃料的动力装置的烟道气典型地配备有所谓的CO₂捕捉系统。包含在烟道气中的CO₂气体首先被分离，然后压缩、干燥和冷却，并且因而被调节，以进行永久地存储和进一步使用，例如增强的油回收。为了安全的运送、存储或进一步使用，CO₂需要具有某些品质。例如，为了进行增强的油回收，气体将具有至少95％的CO₂浓度、小于50℃的温度和13.8Mpa的压力。来自燃烧化石燃料的动力装置的烟道气不仅包括CO₂，而且还包括多种另外的污染物，例如水蒸气、氧气、氮气、氩气以及SO₃、SO₂、NO、NO₂，必须移除它们，以便满足环境规章和关于运送和存储CO₂的要求。所有这些污染物和CO₂本身可以各种浓度出现，这取决于化石燃料的类型、燃烧参数和燃烧器设计。包含在烟道气中的CO₂的百分比的范围可为4％(在燃气轮机燃烧气体的情况下)至60％-90％(在燃煤锅炉的情况下，空气分离单元对燃烧过程提供另外的氧气)。从烟道气中移除污染物不受技术障碍的限制，而是有点受额外成本和能源需求的限制，以及随后受总体动力装置效率的降低的限制。

Minish M.Shah的“Oxyfuel combustion for CO₂ capture from pulverized coal boiler(用于从粉煤锅炉中捕捉CO₂的含氧燃料燃烧)”(GHGT-7，温哥华，2004年)公开了用于处理由燃烧化石燃料的锅炉产生的烟道气的系统的实例。该系统包括用于使烟道气的一部分连同来自空气分离单元的氧气返回到燃煤锅炉的再循环线路。烟道气被引导通过用于移除灰烬和灰尘的过滤器(例如织物过滤器或静电沉积器)，此外通过用于移除SO_X的烟道气脱硫单元，并且最终通过用于进行CO₂净化和压缩的气体处理单元。这个单元包括用于移除不能冷凝的气体(例如O₂、N₂和Ar)的系统、用于移除水蒸气的脱水系统，以及一系列压缩和冷却系统。这些包括未经净化的烟道气的第一低压压缩系统和经净化CO₂的高压压缩系统，它们各自与冷却器结合。

为了进行压缩，这样的系统包括例如两个多级离心压缩机(低压压缩机和高压压缩机)和用于对惰性气体进行脱水和低温移除的、布置在低压和高压压缩机之间的设备。多级离心压缩机具有在各个压缩机级后面的中间冷却器，以便最大程度地降低压缩的动力消耗。多级离心压缩典型地包括4-6个压缩级。因为压缩机级的数量大，所以低压和高压压缩机各自布置在具有单独的驱动器的独立的轴上。由中间冷却器产生的热是70℃-80℃的低水平的热，这个热典型地不被回收，而是改为消散到动力装置的冷却水系统中。用于移除惰性气体的低温系统产生受压力的惰性气体流，惰性气体流典型地在适当的涡轮中膨胀，涡轮继而驱动发电机，或者涡轮布置成提供机械动力的一部分来驱动压缩机。

此外，Bin Xu、R.A.Stobbs、Vince White、R.A.Wall的“Future CO₂ Capture Technology for the Canadian market(加拿大市场的未来CO₂捕捉技术)”(工商企业&调整改革部，报告号COAL R309，BERR//Pub，URN 07/1251，2007年3月，第124页-129页)公开了用于处理烟道气(包括脱水、压缩、冷却和低温处理)的系统。所使用的压缩机是绝热压缩机，这允许在动力消耗和冷却要求方面有改进。

US 6,301,927公开了一种借助于自动制冷来从进料气体中分离出CO₂的方法，其中，进料气体首先被压缩且在涡轮中膨胀。然后包含在进料气体中的CO₂被液化，并且在蒸汽-液体分离器中从进料气体的气态成分中分离出来。