[发明专利]来自化石燃料发电厂的废气中的二氧化碳的分离方法和分离装置

说明书

本发明涉及用于化石燃料发电厂运行的二氧化碳分离装置、具有二氧化碳分离装置的化石燃料发电厂、化石燃料电站过程用的二氧化碳分离过程、以及二氧化碳分离过程在化石燃料发电厂中的用途。

在产生电能的化石燃料发电厂中，燃烧化石燃料将会生成含二氧化碳的废气。通常该含二氧化碳的废气排放在大气中。为了减小化石燃料发电厂中二氧化碳的排放量，可以从废气中分离二氧化碳。

通常已知有不同的方法用于从气体混合物中分离二氧化碳。一般使用吸收-解吸方法用于具体分离燃烧过程后的废气中的二氧化碳。在工业规模上，所述利用吸收-解吸方法分离二氧化碳通过使用二氧化碳选择性洗涤剂进行。在该情况中，吸收塔中的废气接触选择性溶剂，二氧化碳结合进入溶剂中。基本上除去了二氧化碳的废气从吸收塔释放用于进一步的加工程或用于排放。负载有二氧化碳的溶剂导入解吸塔中用于二氧化碳的分离和溶剂的再生。解吸塔中的分离可以热方式进行。在该情况中，负载溶剂被加热，生成了含气态二氧化碳和蒸发溶剂的气体-蒸汽混合物，所谓的废余蒸汽。之后蒸发溶剂和二氧化碳分离。经分离的二氧化碳可以在多个阶段中压缩和冷却。液态或冻结状态的二氧化碳之后可以存放或用于进一步的应用。再将再生溶剂引入吸收塔中，在此可以再次从含二氧化碳的废气中接收二氧化碳。

所有上述吸收-解吸方法的一个大的缺陷在于解吸通常需要大量的能量。该能量一般以热蒸汽的形式从发电厂过程得到，这极大地影响发电设备的总效率。为了减小解吸所需的能量消耗，现有技术已经公开了一系列改进方案，其中能量消耗特别地通过改进吸收-解吸过程在发电厂过程中的整合而进行优化。

另外一个较大的问题是主要归因于吸收-解吸塔的必要构造尺寸，使得上述吸收-解吸过程皆是非常缓慢的。基本上全面地分离发电厂废气中的二氧化碳只有当符合以下条件时才可以有效地开始：热蒸汽可以充分地从发电厂获得以及解吸塔被充分加热。到目前为止，大量负载二氧化碳的废气以未净化的状态释放进入大气中。

发电厂，例如联合循环发电厂(GuD-Kraftwerk，CCPP)，但是也越来越多的蒸汽发电厂以增加的频率停工，例如每个晚上或每个周末。当发电厂关闭时，不再产生含二氧化碳的烟道气。但是，也不再能得到蒸汽或热蒸汽。如果二氧化碳分离装置和发电厂一起关闭而不采用额外的措施，将会产生一系列问题。残留在吸收-解吸装置中的负载二氧化碳的溶剂将会冷却，从而导致溶解限度不足，因而发生产物的沉淀和沉降。溶剂中所含的沉淀颗粒或悬浮颗粒会导致堵塞风险增加。

关闭整合入发电厂中的二氧化碳分离装置也被证实是困难的。在吸收-解吸装置的计划停工期间，整个溶剂回路中所含的溶剂必须基本上完全地被解吸以避免堵塞风险。为此，吸收塔与废气流分离以及解吸塔另外被加热。结果是，进一步的二氧化碳借由解吸塔被解吸以及进一步的二氧化碳不再被吸收在吸收塔中。在相当长时间后，溶剂经再生至发电站可以关闭的时间。直到此时，必须供应给二氧化碳分离装置充足的高质量的热蒸汽。当必须再次启动发电厂时，也必须再次加热溶剂。直到达到运行温度，有相当长的一段时间内不能分离二氧化碳或不能实现经济地进行分离。

对于短停工期，溶剂的基本上完全的解吸，一方面是不经济的，另一方面涉及解吸塔的重启时间长。因此，二氧化碳分离装置优选在短停工期时保持备用运行模式。但是在备用运行模式时，必须加热溶剂以便一方面确保快速重启以及另一方面阻止可能的溶剂结晶或沉淀。此外，在备用运行模式中还必须循环泵送溶剂，即沿着回路泵送。循环泵送阻止了由于溶剂在任一窄带或静区中的滞留而引起的潮湿或蒸发产物的出现，其中潮湿或蒸发产物的出现会再次导致结晶。在备用运行模式中，流量的减小当然是可能的，但是仅在整个溶剂回路在每一位点充分进行循环泵送时。

因此，本发明的目的是公开用于化石燃料发电厂运行的二氧化碳分离装置，以及具有二氧化碳分离装置的化石燃料发电厂，其一方面可以使用节能的备用运行模式，另一方面确保快速返回至二氧化碳分离装置的操作，其中基本上减小了备用运行模式(Stand-By-Btrieb)所需的能量需求。

另外，本发明的一个目的是公开用于化石燃料发电厂过程的二氧化碳分离过程，以及二氧化碳分离过程在化石燃料发电厂中的用途，其一方面可以使用节能的备用运行状态(Stand-By-Betrieb-Zustand)，以及另一方面确保快速返回至二氧化碳分离过程的操作，其中基本上减小了备用运行模式状态所需的能量需求。

本发明涉及装置的目的通过权利要求1以及权利要求6和7的特征实现。