一个ＣＯ↓［２］的除去和捕集系统（３），该系统的作用是在床（１０）中从烟道气除去ＣＯ↓［２］、使ＣＯ↓［２］溶解在床（１０）的水中，然后将水／ＣＯ↓［２］返回大海、河流、湖泊或其它可用来储存ＣＯ↓［２］的区域。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本专利技术广义上涉及从工业气体中大规模捕集CO2的领域，具体涉及更加有效除去并捕集发电厂燃烧矿物燃料所产生的CO2的新的有用方法。
技术介绍
从发电厂工艺中大规模捕集CO2属于相对新的领域。人们已经广泛认识到在全球范围控制CO2排放的需要，并且燃烧矿物燃料来产生电力的发电厂是主要目标。在北美，煤炭是用于发电的主要燃料。对CO2捕集/捕集提出的控制策略之一涉及浓缩锅炉烟道气中的CO2，随后液化CO2。然后，用管道将液态CO2输送到最终储存地点，包括深海、地下含水土层、废弃的天然气井以及其它类似地点。针对捕集并浓缩烟道气中CO2提出的许多方法，包括吸收/解吸、半渗膜、用氧代替燃烧空气、以及改变这些方法的不同组合。在所有这些情况下，在通过压缩和冷却来液化CO2之前，CO2气体必须脱水，并将酸性气体从中除去。CO2液化以后，可泵送到最终储存地点。近年来，已经认真考虑到可将CO2直接注入海洋。由于CO2是酸性气体，直接注入会引起注入点海域的pH局部明显下降至小于3.5，而正常海水的pH一般大于7.8。在Santa Clare的California大学以及Lawrence Livermore NationalLaboratory进行的研究建议，将发电厂燃烧气体中的CO2直接吸收到海水中是一种可能的捕集CO2的方法。该方法在概念上，是使用改性的SO2湿涤气装置，结合多开口碳酸盐床和碳酸/水溶液，使烟道气与水和石灰石接触，采用这种方法，吸收速度和容量利用了大多数烟道气中存在的较高的CO2分压。提出的这种方法涉及CO2与适度碱性的石灰石反应，从而缓冲溶液的pH。CO2与水和石灰石接触期间最低的pH大约为6.5。将此含CO2的海水排放到广阔的海洋中，与其水达到平衡后，pH将大于7.8，这样就减小了对广阔海水的影响。对这一建议方法的进一步分析表明，溶解在海水中的钙仅增加0.6％，碳酸氢盐仅增加大约5％。尽管海水组成的这些变化对环境造成的后果的还未知，但是与浓缩的液化CO2加入到海水中的后果相比，这一影响还是比较小的。不幸的是，对采用上述任一方法还存在一些限制因素。首先，需处理的CO2的量和体积太大，无法使用常规实际结构的湿涤气设备。另一个问题是这些除去CO2的方法都是能量极高能量消耗的。所以，这些方法都有附加的能量损失，将大大减小这些方法的吸引力。附加的能量损失描述如下。发电厂中消耗电能的辅助设备所使用的能量称作辅助能量消耗或附加能量。这些辅助设备包括例如鼓风机、抽风机、静电沉积器上的变压整流器(TR)组、进水泵和其它等等设备。发电厂的净发电容量有时称作线路(busbar)能量，是发电厂的能量输出总额与附加能量之差。通常是将附加能量表示为能量输出总额的百分数。例如，基于石灰石强制氧化法的烟道气脱硫(FGD)系统使用大约1.4％附加能量。对燃煤发电厂，控制CO2最常考虑的两种方法是“吸收/解吸”和“用氧燃烧”。这两种方法的附加能量的要求描述如下。吸收-解吸描述了一类用于除去和浓缩气流中“杂质”的方法。对烟道气中CO2的情况，采用双塔装置。含CO2的烟道气通过填料塔，与有机溶液如单乙醇胺(MEA)对流接触。CO2被选择性地吸收到有机溶液中。饱和了CO2的溶液然后转移到第二塔，在该塔内溶液与水蒸汽接触。以这种方式，CO2从有机溶剂中解吸成为水蒸汽-CO2气体混合物。然后，水蒸汽冷凝，留下浓缩的CO2气流。涉及吸收/解吸来除去和浓缩CO2的方法都是很费能量的。例如，CO2解吸塔上的再沸器的热负荷占发电锅炉热量输入的大约50％。该热量需求通常用50-磅/英寸2的水蒸汽来满足。至少这个水蒸汽需求是取自水蒸汽循环，从而减少发电机所发的能量。在一个研究中，现有的凝汽式涡轮必须被两个水蒸汽涡轮取代，第一个是背压涡轮，第二个是凝汽式涡轮。此外由于吸收/解吸法降低了热循环效率，与此同时，就增加了热量排出。相应地提高了热污染。这一损失并不是严格的附加能量消耗。而实际上是降低了发电机的总能量输出。美国能源部(DOE)赞助的一项科研工作研究了对现有434MWe发电厂中采用基于单乙醇胺吸收的影响。该研究表明，传送到线路的发电量从434Mwe下降到260Mwe。但是，发电厂的燃料消耗仍然那么多。这种发电厂的能量转化效率从36％下降到21％。这种使用MEA吸收/解吸的发电厂的总附加能量大约为44％，而未使用MEA吸收/解吸的情况是6.2％(进一步的讨论可参见John Marion等人的论文，“Engineering Feasibility of CO2Capture on an Existing US Coal-firedplant”，26thInternational Conference on Coal Utilization & Fuel Systems，Clearwater，FI，March 5-8，2001，参考结合于此)。在氧燃锅炉中是使用氧气取代空气作为矿物燃料的氧化剂。空气包含大约21体积％的氧，余量中大多数为氮气。在氧燃锅炉中，氧气占98体积％以上，余量为氮和氩。在常规用空气进行燃烧期间，燃烧过程释放的大多数热能消耗加热空气中的氮。但是，用氧进行燃烧时，只有极少量的氮吸收热能的。结果是用氧燃烧会产生非常高温度的火焰，使得常规发电锅炉的结构材料破坏。可以设想在用氧燃烧情况下，进行烟道气循环来避免这个问题。实际上，用氧燃烧作为产生富CO2的烟道气的一种办法，与常规的用空气燃烧的燃煤锅炉相比，其使用的辅助即附加消耗较小。然而，当从空气中分离氧所需和能量以及为最终将CO2输送到捕集的终点而冷却和冷凝CO2所需的能量一起在能量计算中考虑进去，能量消耗的情况就有很大改变。如果将这种方法应用于上述现有技术的434Mwe发电厂，线路上可得到的净能量从434Mwe下降到280Mwe。但是此能量输入还会降低大约2％。配备氧燃锅炉的发电厂总的附加能量消耗大约为40％，而按照其原设计模式操作的这个发电厂仅为6.4％。直到目前提出的所有CO2捕集方法固有的较大附加能量消耗，是实施这些方法仍然存在行政和经济上阻力的主要原因，特别是在美国。因此，需要一种捕集CO2方法，其所需的能量消耗尽可能的小。专利技术概述本专利技术的第一个目的是提供解决许多与现有方法相关的问题的CO2捕集系统。本专利技术第二个目的是提供改进已知处理CO2方法的捕集系统，该系统能降低与CO2除去和处理相关的能量消耗。因此，提供了一种捕集系统，一层粗粉碎的石灰石床层覆盖着载有烟道气的管道。这些管道壁上有间隔的开口能让烟道气通入石灰石床层。水填充到石灰石床层高度的大约2/3，高于管道深度。水以预定流量流过该床层。此设备排列为许多平行排的床层，在每对相邻排之间有敞开的槽。这些敞开的槽是交替的进水槽和出水槽。烟道气传输系统包括集气管和歧管，以足够的压力分配烟道气，克服管道壁上开口存在的水压。在提供于沿海环境的设备的一个实施方案中，床层安装在高潮汐点之上，其取向能使从下面泵入床层的海水在重力作用下流回到大海。可以使用一些格栅在靠近流入至大海的水出口处将石灰石保留在床层中。在附属并形成本说明书一部分的权利要求书中将指出本专利技术新颖性各种特征。为了更好地理解本专利技术、通过其使用得到的其操作优点和具本文档来自技高网...
【技术保护点】
从具有原始ＣＯ↓［２］浓度的气体中除去并捕集预定量ＣＯ↓［２］的系统，该系统包括：反应床；将具有原始ＣＯ↓［２］浓度的气体分配到床中的装置；供给到所述床的ＣＯ↓［２］溶剂；装在床内用来从气体除去预定量ＣＯ↓［ ２］的化学物质；用来将除去的预定量的ＣＯ↓［２］溶解于溶剂中的装置；用来处理一部分包含除去的预定的溶解ＣＯ↓［２］的溶剂的装置。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：W唐斯，H萨弗，
申请(专利权)人：麦克德莫技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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