IGCC发电厂的COSUB2/SUB回收.pdf

本发明涉及IGCC发电厂的CO2回收，具体而言，在一种涉及CO2捕集的、具有酸性气体去除系统以便有选择地从经变换的合成气中去除CO2的系统中，酸性气体去除系统包括用于从物理溶剂中溶解的二氧化碳的输入流中去除CO2的至少一个级(22，24，26，222，224，226)，例如闪蒸槽，在所述酸性气体去除系统中回收CO2的方法包括：升高物理溶剂中溶解的二氧化碳的流的压力；以及，升高至少一个CO2去除级上游的加压流的温度。

1.  在一种涉及CO₂捕集的、具有酸性气体去除系统以便有选择地从经变换的合成气中去除CO₂的系统中，酸性气体去除系统包括：
用于从物理溶剂中溶解的二氧化碳的输入流中去除CO₂的至少一个级(22，24，26，222，224，226)；
用于升高物理溶剂中溶解的二氧化碳的流的压力以产生加压流的泵(130，230，231，233)；和
用于升高位于至少一个所述CO₂去除级上游的该加压流的温度的热交换器(132，134，232，234，235，237)。

2.  根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述热交换器操作性地联接至至少一个低等级能量源上，用于加热该加压流。

3.  根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该酸性气体去除系统包括多个闪蒸槽的级以用于从物理溶剂中溶解的二氧化碳的输入流中解吸所捕集的CO₂。

4.  根据权利要求3所述的系统，其特征在于，用于升高该溶剂流的压力的泵和用于升高该溶剂流的压力的热交换器布置在每个所述闪蒸槽的上游。

5.  根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在至少一个所述CO₂去除级下游布置有用于降低所回收的CO₂的温度的热交换器(136，138，236，238)。

6.  根据权利要求5所述的系统，其特征在于，存在有三级用于去除CO₂的闪蒸槽，并且在该第二和第三级闪蒸槽下游布置有用于降低所回收的CO₂的温度的热交换器。

7.  在一种涉及CO₂捕集的、具有酸性气体去除系统以便有选择地从经变换的合成气中去除CO₂的系统中，酸性气体去除系统包括用于从物理溶剂中溶解的二氧化碳的输入流中去除CO₂的至少一个级(22，24，26，222，224，226)，在该酸性气体去除系统中回收CO₂的方法包括：
升高物理溶剂中溶解的二氧化碳的流的压力(130，230，231，233)，以产生加压流；以及
升高位于至少一个所述CO₂去除级上游的该加压流的温度(132，134，232，234，235，237)。

8.  根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述升高压力包括将该流馈送通过离心泵。

9.  根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述升高该加压流的温度包括将该溶剂流馈送通过操作性地联接至至少一个低等级能量源以用于加热该加压流的热交换器。

10.  根据权利要求7所述的方法，其特征在于，存在有多个CO₂去除级，并且，在每个所述CO₂去除级的上游升高该溶剂流的压力并升高其温度，并且，所述方法还包括在至少一个所述CO₂去除级的下游降低所回收的CO₂的温度(136，138，236，238)。

IGCC发电厂的CO₂回收
技术领域
本发明涉及CO₂回收。
背景技术
从发电厂排放的二氧化碳(CO₂)被认为是需要被去除和封存的温室气体。在目前的整体煤气化联合循环(IGCC)技术中，CO₂的燃烧前捕集是优选的。在用于从合成气燃料中捕集和去除处在二氧化碳状态下的碳的吸附/解吸工艺中，具备CO₂捕集和去除的IGCC工厂目前采用诸如SELEXOL^TM(Union Carbide Corporation的品牌)等的物理溶剂(physical solvent)。更具体地说，产生自气化器的合成气被送至一组变换反应器，以便将CO转化成CO₂和H₂。然后，通过使用诸如SELEXOL^TM等的物理溶剂捕集CO₂。在解吸之后，所捕集的CO₂可被回收。
通过这种工艺被去除的二氧化碳呈现为低压(15至300psia)下的气态产物。该回收的CO₂需要在高压(大约2000psia)下以液态形式被储存。因而，该气态CO₂被加压并利用制冷剂进行冷却。这将气体液化并且随后将其泵至高的压力。
二氧化碳的气态压缩需要大量的辅助压缩功率(auxiliarycompression power)，这导致较低的工厂净输出及效率。
图1描绘了基于当前技术的涉及CO₂捕集的典型IGCC系统的方框流程图，并且，包括以下主要工艺步骤：
A.高压单辐射气化器(Radiant Only Gasifier)10，带有合成气的水淬，用于增加显热的回收。
B.空气分离单元12，其利用升高压力(EP)ASU(其中，部分空气提取自GT)产生气化所需的95％的纯氧。
C.单级/两级催化式水-煤气-变换反应器(Water-Gas-Shiftreactor)14，用于产生主要富含H₂-CO₂的气体。
D.产品气体净化、H₂S去除和硫回收16，并且，捕集存在于燃料中的CO₂，从而使去向燃气透平18的燃料脱碳。
E.利用高级合成气-供燃料式(advanced syngas-fueled)燃气透平功率循环进行发电。
当前技术使用双柱式酸性气体去除(AGR)系统20来有选择地从经变换的合成气中去除H₂S和CO₂。
图2显示了目前的双柱式AGR系统20。图中圈起的部分涉及从物理溶剂中回收被捕集的CO₂。在当前技术中，如图3中所示，该结构具有三个不同压力级22，24，26，以便从物理溶剂28中闪蒸排出(flashout)CO₂气体。
发明内容
本发明采用液泵，以便在作为气态产物(处于低压下)而解吸之前，将物理溶剂中溶解的二氧化碳的液态中的压力增加至高得多的压力。
因而，本发明可体现在这样的涉及CO₂捕集的系统中，该系统具有酸性气体去除系统，以便有选择地从经变换的合成气中去除CO₂，该酸性气体去除系统包括：用于从溶解在物理溶剂中的二氧化碳的输入流中去除CO₂的至少一个级；用于升高溶解在物理溶剂中的二氧化碳的流的压力的泵；以及，用于升高至少一个所述CO₂去除级上游的加压流的温度的热交换器。
本发明还可体现在一种在酸性气体去除系统中回收CO₂以便有选择地在涉及CO₂捕集的系统中从经变换的合成气中去除CO₂的方法，该酸性气体去除系统包括用于从溶解有二氧化碳的物理溶剂的输入流中去除CO₂的至少一个级，这种在酸性气体去除系统中回收CO₂的方法包括：升高溶解有二氧化碳的物理溶剂的流的压力；以及，升高至少一个所述CO₂去除级上游的加压流的温度。
附图说明
图1是涉及CO₂捕集的IGCC系统的示意图；
图2是用于图1的涉及CO₂捕集的IGCC系统的AGR系统的示意图；
图3是图2的圈起的部分的示意图，其显示了图2的AGR系统中的传统的CO₂回收；
图4是图2的AGR系统的圈起的部分的示意图，其显示了根据本发明的一个示例性实施例的AGR系统中的CO₂回收；
图5显示了根据本发明的一个备选实施例的AGR系统中的CO₂回收的图解，带有级间泵浦(pumping)；
图6是曲线图，其显示了不同的级中的回收率中的变化和不同方案下的功率节省；而
图7是根据不同方案的功率节省的图表。
具体实施方式
带有CO₂捕集的IGCC系统的效率由于常规地被使用的AGR结构而降低，其细节已于上面参照图3进行了论述。这种性能损失的关键原因是由于较低的CO₂流压力，其迫使较高的CO₂压缩机辅助负荷。本发明提出了系统设计解决方案，以减少基于SELEXOL^TM的AGR系统的辅助负荷，从而改善IGCC系统净输出和热耗率。
本发明基于物理溶剂的这样的特性，即，物理溶剂在高温下以较更高速率(即使溶剂的压力较高)释放所捕集的气体。因而，本发明建议，升高溶剂的压力，且之后例如通过将其发送穿过一组热交换器而提高其温度。这确保在较高的压力下较大量的气体被脱出(stripped)，从而减少CO₂压缩机中所需的辅助功率。从溶剂中脱出气体所需要的温度与溶剂压力成正比。通过低等级能量源(low-grade energy source)，例如前往用于调温冷却的合成气(syngas going for trim cooling)以及在后冷却器中被冷却的各种压缩机流等，可获得200华氏度的温度。
在备选中，通过用诸如LP蒸汽、HP蒸汽等等的高等级能量源来代替低等级能加热，则工厂中可获得的各种高温能量源可被用于在高得多的压力下使气体脱出。
图4中示意性地显示了根据本发明的一个示例性实施例而提供的AGR系统中的经改进的CO₂回收。如此处所描绘的那样，在图3的传统配置和图4的实施例的配置之间的基本区别是添加了增压泵和热交换器网络。在该示例性实施例中，增压泵是用以提高输入液体流的压力的常规的离心泵130。然后，热交换器132，134，136，138用于加热经增压的溶剂流。主加热源可以是所有低等级能量源。更具体地说，因为使所捕集的CO₂从溶剂脱离所需的温度较低，所以可使用所有低等级能量源。如上所述，甚至200°F的温度都将对气体的回收(在较高的压力下)带来显著的改善。
因而，本发明采用液泵130，以便首先将溶解二氧化碳和物理溶剂的液态中的压力增加至高得多的、例如1200psia至2500psia的压力(在作为气态产物而解吸之前)。与没有液体泵浦的系统相比，被去除的二氧化碳的有所增加的气态压力导致了低得多的压缩功率消耗和至最终二氧化碳封存状态的费用。因而，根据本发明，当CO₂溶解于液态中时，通过有效地用液体压缩替代(某些)气体压缩，二氧化碳去除辅助功率可降低多达18％。
图5显示了一种用于AGR系统中的CO₂回收的备选实施例，其中，作为如图4实施例中的单个增压泵130的备选，除了泵230之外，还提供了带有加热235，237的级间泵浦231，233。注意到的是，在各种提供有增压泵的情况下，热交换系统包含至少一个位于增压泵下游并且位于相应的闪蒸槽(flash tank)222，224，226上游的热交换器232，234，235，237，用于升高加压溶剂的温度(与液体的压力的分级的增加相一致)。
利用Aspen Technology Inc.，Cambridge，Massachusetts的商业仿真软件产品ASPEN HYSYS进行了某些初步的仿真以评估上面所述的本发明的效益。
为了评估，考虑了各种方案，以寻找三个级的压力水平的变化带来的变化和效益。在所有方案下，加热后温度都保持相同。
表1：用于评估的方案