包括发电装置烟气的CO2甲烷化的发电装置和甲烷化方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及甲烷化方法，该方法包括将源自(特别是转移自或获得自)发电装置烟气(15)的CO2(特别是CO2气体(8))转化为甲烷(CH4)，所述发电装置烟气(15)来自燃烧含碳燃料(3)(特别是含碳气体)、并具有附连的水/蒸汽回路(11)的发电装置(2、2a)，将该方法在甲烷化装置(7)中实施。本发明专利技术旨在建立使发电装置和甲烷化装置能够以在能量方面有利的方式彼此联接的方案。该方案通过如下实现：使在甲烷化装置(7)中CO2向甲烷(CH4)的转化中作为废热产生的热能至少部分脱离进入至少一种物质和/或热能流(13、14、37)中；将该物质和/或热能流至少部分地输送至在燃烧器侧流入发电装置(2、2a)的蒸汽发生器(18)的至少一个燃烧室(17)中的至少一种介质、和/或发电装置(2、2a)的水/蒸汽回路(11)、和/或甲烷化装置(7)上游的CO2废气处理单元(6)或CO2废气加工单元(特别是发电装置烟气的处理装置(6a))、和/或附连的工业装置的一个或多个加工平台。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及甲烷化工艺，该工艺包括在甲烷化装置中将源自、尤其是转移自或获得自发电装置(powerstation)的发电装置烟气的CO2(尤其是CO2气体)转化为甲烷(CH4)，发电装置燃烧含碳燃料、尤其是含碳气体，并具有附连的水/蒸汽回路。本专利技术进一步涉及这类甲烷化工艺的用途。最后，本专利技术还涉及具有附连的水/蒸汽回路的发电装置或燃烧装置，该发电装置或燃烧装置包含蒸汽发生器的燃烧室，该燃烧室燃烧含碳燃料、尤其是含碳气体，并且特别是将该发电装置或燃烧装置设计为工业装置(industrialplants)、尤其是冶炼设施(works)或化工设施的构成整体所必需的组成部分，其中，发电装置或燃烧装置的蒸汽发生器的燃烧室的烟气管线与甲烷化装置或甲烷转化器通过管线连接，该管线连接运载烟气(尤其是发电装置烟气)和/或由其所获得的CO2(尤其是CO2气体)，甲烷化装置或甲烷转化器使所述气体反应以形成甲烷(CH4)。
技术介绍
已知CO2是温室气体之一，而温室气体被认为是地球气候变暖的原因之一。因此，存在众多的环境政策和技术努力以减少CO2的排放。这些途径中的一种关注通过将CO2转化为甲烷气体而储存CO2，例如，在论文“Newtechnologiesforseparation,fixationandconversionofcarbondioxidetomitigateglobalwarming”(Hitachi，Vol.42(1993)，No.6，第255-260页)中进行了描述。在这一情况下，将化石燃料燃烧期间产生的CO2从烟气中分离并进行甲烷化，其中，形成合成的天然气(甲烷)。甲烷化是将一氧化碳(CO)或二氧化碳(CO2)转化成甲烷(CH4)的化学反应。二氧化碳形成甲烷的反应也被称为Sabatier工艺，该工艺由PaulSabatier和J.B.Sendersens在1902年发现。在该反应过程中，一氧化碳或二氧化碳在300℃-700℃的温度下与氢气反应形成甲烷和水。该反应是放热的，但需要通过催化剂促进。此外，关于依靠风力或太阳能的可再生能源发电，会出现频繁地将超过当时所需的过多电力输送至电网的问题。这将导致大量的所谓“过剩电力”，必须将其消耗或储存以确保电网的稳定。另外，独立于将由可再生能源产生的电力输送至电网，所出现的基本问题为如何能够对所产生的电力进行存储，以便在适当的情况下能够在任何期望的时间点使用该能量。在本文上下文中已证明有利的一种途径被称为“电能转气”，由此，以甲烷化的方式对能量进行化学转化并储存为甲烷(CH4)。在这一情况下，尤其是以电解的方式产生形成甲烷所需的氢气，其从可再生能源(例如风力涡轮机或太阳能电池)获得所需的电力。CO2或CO的适当来源包括来自发电装置或工业装置的经处理的烟气流，其中，含碳燃料或含碳原料被转化成含CO2或含CO的气氛。“电能转气”途径代表了用于相对长期地储存能量并避免CO2直接排放到大气中的切合实际的方法，这是因为在甲烷化中产生的甲烷(CH4)产品能够作为以合成方法生成的天然气被长期(数月)储存在现有的基础设施(管道、天然气仓储)中。可通过电解制备氢气。或者，氢气可源自其它可选的来源。CO2可源自从富CO2流中的分离，富CO2流的实例为发电装置的烟气流。在甲烷化装置或甲烷转化器中，通过合成将在这些途径中获得的H2和CO2组分转化为H2O和CH4。在大型工业装置(例如冶炼设施或化工设施)中，进一步的因素为：政策上和必然产生的法定边界条件(resultantstatutoryboundaryconditions)使得含CO2废气流和废气看起来合理地作为待提供的生产运行一部分而产生，在适当的情况下同样在经济上和能量上有利地利用。因此，出于发电和热量回收的目的，已知在冶炼设施中使用副产物气体发电装置，该副产物气体发电装置使用在钢铁生产中、在焦化装置、高炉和/或在钢铁设施中产生的工艺气体/副产物气体。通用类型的工艺可从论文“Newtechnologiesforseparation,fixationandconversionofcarbondioxidetomitigateglobalwarming”(Hitachi，Vol.42(1993)，No.6，第255-260页)得知。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供使得发电装置和甲烷化装置能够以在能量方面有利的方式彼此联接的方案。本专利技术进一步的方面旨在使得将作为工业装置的构成整体所必需的组成部分和/或经整合的组成部分的发电装置(尤其是副产物气体发电装置)能够在能量方面(更)有利地并入至生产运营或在工业装置中进行的运营，并且优选使得工业装置的能量效率能够得以总体程度的提高。本专利技术潜在的进一步方面是以在能量和材料方面有利的方式，将CO2甲烷化整合入具有至少一个发电装置(尤其是副产物气体发电装置)的工业装置(尤其是钢铁设施或化工设施)中。通过权利要求1所述的甲烷化方法、权利要求16所述的用途以及权利要求18所述的发电装置或燃烧装置，本专利技术实现了上述目的。本专利技术有利和/或明智的改进是各从属权利要求的主题。在开始对甲烷化工艺的类型作了详细的指定的情况下，依据本专利技术实现了所述目标，其中，使在甲烷化装置中CO2向甲烷(CH4)的转化中作为废热产生的热能至少部分脱离(ausgekoppelt)进入至少一种物质流和/或热能流中，并将该物质流和/或热能流至少部分地供给至在燃烧器侧流入发电装置的蒸汽发生器的燃烧室中的至少一种介质、和/或发电装置的水/蒸汽回路、和/或就工艺工程而言与甲烷化装置的上游相连的CO2废气处理或CO2加工设施(尤其是发电装置烟气处理装置)、和/或附连的工业装置的一个多个操作平台(Prozessstufe(n))。通过权利要求1-15中任一项所述的甲烷化方法的用途，本专利技术还实现了上述目的，该甲烷化方法用于以在甲烷化装置中产生的甲烷(CH4)的形式，存储通过燃烧含碳燃料的发电装置产生和/或存在于公共电网中的电能的过剩电能(尤其是电力和/或过剩电力)，以及用来使用在甲烷化装置中产生的热能。在开始对发电装置或燃烧装置的类型作了详细的指定的情况下，最终，本专利技术实现了如下目的，其中，甲烷化装置或甲烷转化器与如下以至少一种热能运载管线连接，所述连接与在CO2气体或发电装置烟气或烟气的甲烷化中产生的废热至少部分脱离：在燃烧器侧流入发电装置的蒸汽发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种甲烷化方法，所述方法包括在甲烷化装置(7)中将源自、尤其是转移自或获得自燃烧含碳燃料(3)、尤其是燃烧含碳气体的具有附连的水/蒸汽回路(11)的发电装置(2、2a)的发电装置烟气(15)中的CO2、尤其是CO2气体(8)转化为甲烷(21)，其特征在于，使在所述甲烷化装置(7)中的CO2向甲烷(21)转化中作为废热产生的热能至少部分脱离(33、34)进入至少一种物质流和/或热能流(13、14、37)，并将所述物质流和/或热能流至少部分地供给至在燃烧器侧流入所述发电装置(2、2a)的蒸汽发生器(18)的燃烧室(17)中的至少一种介质、和/或所述发电装置(2、2a)的水/蒸汽回路(11)、和/或就工艺工程而言与所述甲烷化装置(7)上游相连的CO2废气处理(6)或CO2加工设施、和/或附连的工业装置的一个或多个操作平台，所述CO2废气处理(6)或CO2加工设施尤其是发电装置烟气处理装置(6a)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.07.09 DE 102013107259.3;2014.03.12 DE 10201411.一种甲烷化方法，所述方法包括在甲烷化装置(7)中将源自、
尤其是转移自或获得自燃烧含碳燃料(3)、尤其是燃烧含碳气体的具有
附连的水/蒸汽回路(11)的发电装置(2、2a)的发电装置烟气(15)中
的CO2、尤其是CO2气体(8)转化为甲烷(21)，其特征在于，使在所
述甲烷化装置(7)中的CO2向甲烷(21)转化中作为废热产生的热能至
少部分脱离(33、34)进入至少一种物质流和/或热能流(13、14、37)，
并将所述物质流和/或热能流至少部分地供给至在燃烧器侧流入所述发
电装置(2、2a)的蒸汽发生器(18)的燃烧室(17)中的至少一种介质、
和/或所述发电装置(2、2a)的水/蒸汽回路(11)、和/或就工艺工程而
言与所述甲烷化装置(7)上游相连的CO2废气处理(6)或CO2加工设
施、和/或附连的工业装置的一个或多个操作平台，所述CO2废气处理(6)
或CO2加工设施尤其是发电装置烟气处理装置(6a)。
2.如权利要求1所述的甲烷化方法，其特征在于，优选以气体混合
物的形式，向所述发电装置(2、2a)、尤其是所述蒸汽发生器(18)的
燃烧室(17)供给副产物气体(30)、尤其是包含高炉气体(24)和/或
焦化装置气体的副产物气体(30)，作为含碳物质流(3a)和燃料(3)，
所述副产物气体(30)包含工业装置、尤其是化工设施或冶炼设施(19)
的一种或多种气态副产物或废产物。
3.如权利要求1或2所述的甲烷化方法，其特征在于，将所述发电
装置(2、2a)设计为附连的工业装置的构成整体所必需的组成部分，并
整合入所述工业装置的至少部分物质流和/或能量流中，并将在所述工业
装置的生产运行过程中作为副产物或废产物获得的含碳物质和/或物质
流(3a)、尤其是气态的含碳物质和/或物质流(3a)的至少一种的至少部
分作为含碳燃料(3)供给至所述发电装置(2、2a)的蒸汽发生器(18)
的燃烧室(17)。
4.如前述权利要求中任一项所述的甲烷化方法，其特征在于，优选
在所述发电装置烟气(15)的CO2废气处理(6)或CO2加工设施之后、
尤其是在所述发电装置烟气处理装置(6a)之后，将在所述发电装置(2、
2a)的蒸汽发生器(18)的燃烧室(17)中燃烧所述含碳燃料(3)、尤
其是含碳物质或物质流(3a)产生的所述发电装置烟气(15)的至少部
分供给至所述甲烷化装置(7)；或者将存在于所述发电装置烟气(15)
中的CO2气体(8)的至少部分供给至所述甲烷化装置(7)。
5.如前述权利要求中任一项所述的甲烷化方法，其特征在于，以获
取自所述甲烷化装置(7)的废热的物质流和/或热能流(37)的形式，
将CO2分离(6)或CO2加工设施所需的热需求的至少部分供给至所述
CO2分离(6)或CO2废气加工设施、尤其是发电装置烟气处理装置(6a)。
6.如前述权利要求中任一项所述的甲烷化方法，其特征在于，借助
于燃烧后(碳)捕获操作(PCC或PCCC操作)、尤其是借助于具有吸附
剂的CO2气体洗涤器，从至少部分处于所述CO2废气处理(6)或CO2加工设施、尤其是发电装置烟气处理装置(6a)中的发电装置烟气(15)
中获得、尤其是分离CO2，尤其是CO2气体(8)。
7.如前述权利要求中任一项所述的甲烷化方法，其特征在于，使在
就工艺工程而言与所述甲烷化装置(7)的上游相连的所述CO2废气处理
(6)或CO2加工设施中、尤其是发电装置烟气处理装置(6a)中作为废
热产生的热能至少部分脱离进入物质流和/或能量流(38)，并将所述物
质流和/或能量流至少部分地供给至在燃烧器侧流入所述发电装置(2、
2a)的蒸汽发生器(18)的燃烧室(17)中的至少一种介质、和/或所述
发电(2、2a)的水/蒸汽回路(11)、和/或就工艺工程而言在下游连接的
甲烷化装置(7)、和/或所述附连的工业装置的一个或多个操作平台。
8.如前述权利要求中任一项所述的甲烷化方法，其特征在于，以转
移自所述发电装置(2、2a)的水/蒸汽回路(11)的泄放的蒸汽(27)的
形式，将CO2分离(6)或CO2加工设施所需的热需求的至少部分供给至

\t所述CO2分离(6)或CO2加工设施、尤其是发电装置烟气处理装置(6a)。
9.如前述权利要求中任一项所述的甲烷化方法，其特征在于，在公
共电网中有过剩电力(10b、10c)时，所述甲烷化装置(7)和/或CO2废气处理(6)或CO2加工设施、尤其是发电装置烟气处理装置(6a)至
少部分或暂时以所述过剩电力(10b、10c)运行，和/或向所述甲烷化装
置(7)和/或CO2废气处理(6)或CO2加工设施、尤其是发电装置烟气
处理装置(6a)供给通过附连至所述发电装置(2、2a)的水/蒸汽回路(11)
的发电机(5)产生的电力(5a、5b)。
10.如前述权利要求中任一项所述的甲烷化方法，其特征在于，供
给至所述甲烷化装置(7)的氢气(19a)至少部分或暂时通过电解(9)、
尤其是整合入工业装置中的电解(9)产生。
11.如权利要求10所述的甲烷化方法，其特征在于，在公共电网中
有过剩电力(10a)时，所述电解(9)至少部分或暂时以所述过剩电力
(10a)运行、和/或向所述电解(9)供给通过附连至所述发电装置(2、
2a)的水/蒸汽回路(11)的发电机(5)产生的电力(5c)。
12.如前述权利要求中任一项所述的甲烷化方法，其特征在于，在
工业装置的区域中，所述甲烷化装置(7)中所需的用于CO2甲烷化的氢
气(19b)至少部分或暂时从一种或多种副产物气体(30)获得，尤其是
通过变压吸附或膜分离的方式获得。
13.如前述权利要求中任一项所述的甲烷化方法，其特征在于，将
在所述电解(9)中作为副产物产生的氧气(20)作为物质流和/或能量
流供给至所述工业装置的一个或多个操作平台、和/或作为工艺气体(20a)
供给至所述发电装置(2、2a)、尤其是作为氧化剂供给至所述蒸汽发生
器(18)的燃烧室(17)。
14.如前述权利要求中任一项所述的甲烷化方法，其特征在于，将

\t再循环的发电装置烟气(15c)作为物质流和/或能量流供给至所述发电装
置(2、2a)、尤其是所述蒸汽发生器(18)的燃烧室(17)。
15.如前述权利要求中任一项所述的甲烷化方法，其特征在于，将
所述甲烷化装置(7)中产生的甲烷(CH4)作为物质流和/或能量流(21)
全部或部分供给至工业装置的生产操作、尤其是转化操作，和/或输送入
天然气网和/或储存在容器中。
16.权利要求1-15中任一项所述的甲烷化方法的用途，所述方法用
于储存过剩电能，以甲烷化装置(7)中产生的甲烷(CH4)的形式，将
通过燃烧含碳燃料(3)的发电装置站(2、2a)产生和/或存在于公共电
网中的过剩电能、尤其是电力(5a、5b、5c)和/或过剩电力(10a、10b、
10c)储存，并利用所述甲烷化装置(7)中产生的热能。
17.如权利要求16所述的用途，在包含发电装置(2)、尤其是副产
物气体发电装置(2a)的工业装置中，尤其是在冶炼设施(1)或化工设
施中，所述发电装置(2)、尤其是副产物气体发电装置(2a)具有附连
的CO2分离的发电装置烟气处理装置(6a)，所述发电装置烟气处理装置
(6a)尤其是处于借助于吸附剂(PC(C)C＝燃烧后(碳)捕获)的CO2气体洗涤器的形式，所述烟气处...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯蒂安·伯金斯，托尔斯滕·布登贝格，埃玛努伊尔·卡卡拉斯，
申请(专利权)人：三菱日立电力系统欧洲有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE