[发明专利]从富含CO2

说明书

本发明提供从含有氢气、氮气、氩气、CO及甲烷中的一种或多种或其组合的气体混合物中分离CO₂的方法。所述方法包括，例如，冷却和部分冷凝所述气体混合物(优选通过具有混合制冷剂的单回路制冷系统)，对部分冷凝的流进行相分离，并对富含CO₂的液体流进行蒸馏。可以在非用电高峰时间期间将从所述方法产生的液体CO₂的至少一部分存储起来，然后在用电高峰时间期间将其加热、蒸发、进一步加热并膨胀来发电，从而帮助平衡电网电力的供需。

背景技术

煤炭、石油焦、生物质和其他含碳燃料是广泛可用且丰富的能源资源，其具有的现有基础设施产生的CO₂占当前CO₂排放中的较大比例。最近提议的对新发电机组的CO₂排放量的限制要求在新的燃煤(或其他碳质燃料)发电厂中捕获CO₂。需要显著降低碳捕获成本，以便降低碳捕获/封存对电力成本的影响，从而降低对社会的生活水平的影响。对于煤制化工品(coal-to-chemical)工艺(如煤制甲醇(coal-to-methanol)转化工艺和煤制液体燃料(coal-to-liquid fuel)工艺)来说，即使在要求碳封存之前，也有需要进一步降低CO₂去除的成本和能耗。

从含碳燃料气化器产生的气体(例如，在水煤气变换反应后，通过与水蒸汽反应将大部分CO转化为CO₂和H₂)中去除或捕获H₂S和CO₂的目前的技术是用聚乙二醇的二甲醚(DPEG)(Selexol)、或甲醇、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、碳酸亚丙酯和亚砜的物理吸收。虽然用于从这类来源封存的商业规模CO₂捕获的法规仍在制定中，但从煤气中除去大部分CO₂是商业规模煤制化学品、煤制液体燃料、甚至煤制合成天然气厂的一个重要步骤。从这种气体混合物中除去CO₂是所有分离/去除(包括汞去除、脱硫和除湿)工艺流程中最耗能量并且是所需投资最多的。据发明人所知，目前还没有其他可用于从含碳燃料的气化器中大规模去除或捕获CO₂的方法得以商业化。

Consonni等(Consonni,S.,Vigano,F.,Kreutz,T,and De Lorenzo,L.；“CO₂CAPTURE IN IGCC PLANTS VIA CRYOGENIC SEPARATION”,Sixth Annual Conference onCarbon Capture Sequestration,Pittsburgh,2007)报道了对无硫和无水的煤气采用基于部分冷凝的方法比只用Selexol方法时少消耗约32％的电量。然而，在那个过程中，大量的燃料损失在捕获的CO₂中，导致燃料的热值明显损失。同时由于其中的CO含量高而使所产生的CO₂不适合安全储存。因此，如果不显著改进来解决燃料损失/CO₂中高CO含量的问题，就难以实施这种基于部分冷凝的方法。此外，Consonni等人的方法采用多级氨制冷系统，其成本高且效率低，并且可能会不安全。例如，需要低至0.22巴(bara)的工作压力来提供90％的CO₂的捕获所需的制冷水平，这可能需要非常大的制冷剂压缩机尺寸，并且如果制冷剂回路的负压部分存在泄漏，则有可能在制冷剂回路内形成爆炸性空气-氨混合物。此外，制冷剂和要冷却的工艺流的焓-温度(H-T)曲线匹配不好。制冷剂的温度在每个热交换器中基本相同，而工艺流的温度则随着冷却而降低，因此在涉及制冷剂蒸发的每个换热器中，工艺流的冷端的ΔT被挤压，而热端的ΔT很大，导致工艺流的热端部分有效热能(thermal exergy)的大量损失。这些损失最终造成制冷系统的压缩成本增加。