УСТАНОВКА И СПОСОБ ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ CO Российский патент 2011 года по МПК B01D53/62 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к установке и способу для извлечения двуокиси углерода (СО₂) с целью уменьшения содержания СО₂ в дымовых газах, осуществляемого посредством абсорбирования СО₂, содержащейся в дымовых газах, жидкостью, предназначенной для абсорбирования СО₂, последующей регенерации и повторного использования указанной жидкости, абсорбирующей СО₂.

Уровень техники

Одной из причин глобального потепления является парниковый эффект, создаваемый СО₂, и поэтому первостепенной задачей становится, причем в международном масштабе, принятие в отношении СО₂ контрмер с тем, чтобы защитить глобальную окружающую среду от потепления. Двуокись углерода образуется вследствие деятельности человека, связанной со сжиганием органического топлива, и существует возрастающая необходимость в подавлении вредных выбросов СО₂ в атмосферу. Наряду с отмеченной возрастающей необходимостью, ученые основательно проводят исследования метода уменьшения концентрации и извлечения СО₂, содержащейся в дымовых газах, для применения такого метода на электростанции, потребляющей большое количество органического топлива, например на тепловой электростанции. Согласно этому методу дымовой газ, выходящий из парового котла, приводят в контакт с жидкостью на основе аминов, абсорбирующей СО₂ (здесь и далее называемой просто «абсорбирующая жидкость»), с тем, чтобы обеспечить абсорбирование этой жидкостью СО₂. Извлеченный СО₂ накапливается в абсорбирующей жидкости и не выбрасывается в воздух.

В выложенной заявке на патент Японии 2008-62165, например, описан способ, в соответствии с которым абсорбирующая жидкость, к примеру одна из упомянутых выше, абсорбирует содержащуюся в дымовых газах СО₂, и тем самым уменьшает содержание в них СО₂, освобождает и извлекает из них СО₂. Согласно этому способу абсорбирующую жидкость, кроме того, регенерируют, возвращают обратно в абсорбер СО₂ и используют ее вновь.

Пример известной установки для извлечения СО₂ представлен на фиг.4. Известная установка для извлечения СО₂ 100А включает абсорбер СО₂ 13 и регенератор 15. Абсорбер СО₂ 13 приводит дымовой газ 11, содержащий СО₂, выбрасываемый из промышленного оборудования, работающего со сжиганием топлива, такого как паровой котел или газотурбинная установка, в контакт с абсорбирующей СО₂ жидкостью 12 с абсорбированием СО₂, и тем самым содержание СО₂ в дымовых газах 11 уменьшается. В регенераторе 15 абсорбирующая СО₂ жидкость 14 (далее называемая «насыщенным растворителем»), которая абсорбировала СО₂, выделяет содержащийся в ней СО₂ так, что абсорбирующая СО₂ жидкость 12 может быть регенерирована (далее называется «регенерированным растворителем»).

На фиг.4 позицией 17 обозначен дымовой газ, содержащий СО₂, поглощаемую в абсорбере СО₂ 13; позицией 18 обозначен насос для насыщенного растворителя, предназначенный для нагнетания насыщенного растворителя 14 в регенератор 15; позицией 19 обозначен теплообменник для насыщенного/регенерированного растворителей, в котором осуществляют теплообмен между насыщенным растворителем 14 и регенерированным растворителем 12; позицией 20 обозначен насос для регенерированного растворителя, который нагнетает регенерированную жидкость 12, абсорбирующую СО₂ в абсорбер СО₂ 13; позицией 21 на фиг.4 показан охладитель регенерированного растворителя, который охлаждает регенерированный растворитель 12; позицией 22 показан нагреватель для регенерации и позицией 23 показан трубопровод с водяным паром.

В установке 100А для извлечения СО₂ регенератор 15 уменьшает содержание СО₂ в абсорбирующей СО₂ жидкости 14 с тем, чтобы регенерированную абсорбирующую СО₂ жидкость 12 можно было вновь использовать в абсорбере 13 в качестве абсорбирующей жидкости. Газ 16, содержащий двуокись углерода, извлеченную в регенераторе 15, сжимают в компрессоре, подают в подземный пласт нефтяного месторождения и используют ее для повышения нефтеотдачи пласта (ПНП) или осуществляют хранение СО₂ в водоносном пласте в качестве меры по предотвращению глобального потепления. Кроме того, газ 16, содержащий двуокись углерода, может быть использован как искусственное сырье для производства химических продуктов.

Фиг.5 иллюстрирует пример способа нагнетания газа 16, включающего СО₂, извлеченного в регенераторе 15, в подземный резервуар (нижние слои грунта). Газ 16, включающий двуокись углерода, извлеченный в регенераторе 15, сжимают в процессе 101 сжатия и транспортируют к скважине 103 а, расположенной в месте аккумулирования СО₂, с помощью средства 102 транспортирования, такого как трубопровод или транспортное судно. У скважины 103b, расположенной в месте аккумулирования СО₂, ее смешивают с газом 105 (здесь и далее называемым регенерированным газом), выделяющимся попутно при добыче сырой нефти, очищенным с помощью оборудования 104 для очистки регенерированного газа и закачки в подземный резервуар 107 посредством процесса 106 нагнетания. После указанного смешивания, если в регенерированном газе 105 содержится сероводород (H₂S), кислород (О₂), содержащийся в газе 16, включающем двуокись углерода, может реагировать с H₂S в соответствии с приведенной ниже формулой реакции.

В результате протекания такой реакции может быть осаждена твердая фаза серы (S), и функционирование установки может быть нарушено. Кроме того, если в процессе сжатия конденсируется влага, остающаяся в газе 16, включающем СО₂, то эта влага может ускорять углекислотную коррозию с участием совместно существующего О₂.

В связи с существованием этой проблемы в журнале Oil&Gas Journal (on Sept.4, p.74-84) описан способ предотвращения осаждения твердой фазы серы (S) или углекислотной коррозии. Согласно описанному способу при запуске и остановке компрессора вводят газ, содержащий N₂, и подобный ему, так, что количество серы или О₂, остающихся в компрессоре или трубопроводе, уменьшается.

Кроме того, если извлеченный газ 16, включающий СО₂, предполагается использовать в качестве сырья для химических продуктов, синтетические материалы могут быть окрашены под действием кислорода. Для решения этой проблемы выгодно уменьшить концентрацию кислорода в извлеченном газе 16, включающем СО₂. Причина присутствия кислорода в газе 16, включающем СО₂, заключается в том, что этот кислород подмешивается в газ 16, включающий СО₂, когда кислород, содержащийся в абсорбирующей жидкости 12, протекающей в абсорбере СО₂ 13, выделяется вместе с СО₂ в регенераторе 15.

В выложенной заявке на патент Японии №2007-137725, например, раскрыт способ снижения концентрации кислорода в абсорбирующей жидкости. С помощью этого способа кислород, растворенный в насыщенном растворителе 14, перед нагнетанием насыщенного растворителя 14 в регенератор 15 выделяется посредством снижения давления насыщенного растворителя 14 в устройстве 24 для снижения содержания кислорода, показанном в установке 100 В для извлечения СО₂ на фиг.6.

Кроме того, в патентном документе JP 3663117 раскрыт другой способ снижения концентрации кислорода, растворенного в насыщенном растворителе. Согласно этому способу газ, включающий СО₂, используют в качестве газа, снижающего концентрацию кислорода, при этом для уменьшения концентрации кислорода, растворенного в насыщенном растворителе, газ, включающий СО₂, приводят в контакт с насыщенным растворителем при противоточном течении.

На фиг.7 представлена схема проведения процесса сжатия извлеченного газа, включающего СО₂, в регенераторе. Как показано на фиг.7, газ 16, включающий СО₂, отводят с верха регенератора 15, вместе с водяным паром, выделенным из насыщенного растворителя 14 и наполовину регенерированного растворителя в регенераторе 15, посредством трубопровода 25 для отвода газа. Затем водяной пар конденсируют в конденсаторе 26, а воду 28 отделяют в сепарационном барабане 27. Газ 16, включающий СО₂, содержащий водяной пар, отводят из системы, и давление газа 16, включающего СО₂, извлеченного в регенераторе 15, постепенно повышают посредством сжатия в компрессорах, при его прохождении от первого компрессора 29-1 до четвертого компрессора 29-4, с получением сжатого газа, содержащего СО₂. Сжатый СО₂ затем извлекают и отводят.

Ниже по потоку от соответствующих компрессоров, от первого 29-1 до четвертого 29-4, размещены охладители, от первого 30-1 до четвертого 30-4, и сепараторы, от первого 31-1 до четвертого, соответственно, которые служат для отвода жидкости, образующейся при сжатии газа 16, включающего СО₂. Между третьим компрессором 29-3 и четвертым компрессором 29-4 размещен дегидратор (осушитель) 33. В указанном дегидраторе 33 газ 16, включающий СО₂, приводят в контакт с дегидратирующим агентом (например, молекулярное сито, диэтиленгликоль (ДЭГ) или триэтиленгликоль (ТЭГ)) с целью извлечения воды и дегидратации газа 16, включающего СО₂.

На фиг,7 позицией 34 показан газожидкостный сепаратор; позицией 35 показан циркуляционный насос сконденсированной воды, который нагнетает воду 28, отделенную в сепарационном барабане 27, к верху регенератора 15.

Когда дымовые газы, содержащие СО₂, приводят в контакт с абсорбирующей жидкостью в абсорбере СО₂, в абсорбирующую жидкость, которая стекает вниз в абсорбере СО₂ к его днищу, могут захватываться пузырьки воздуха, и насыщенный растворитель направляют в регенератор вместе с захваченными растворителем пузырьками воздуха. Например, концентрация кислорода, растворенного в абсорбирующей жидкости, составляет приблизительно несколько десятков частей на миллион частей СО₂; с другой стороны, концентрация кислорода, захваченного в абсорбирующей жидкости, может достигать приблизительно несколько сотен частей на миллион частей СО₂. Следовательно, для уменьшения концентрации кислорода, содержащегося в газе, включающем СО₂, воздушные пузырьки, захваченные в насыщенный растворитель в абсорбере СО₂, необходимо удалить.

Как отмечено выше, количество кислорода, захваченного абсорбирующей жидкостью в виде пузырьков воздуха, больше, чем количество растворенного в ней кислорода. Поскольку задача известного способа уменьшения концентрации кислорода заключается в удалении кислорода, растворенного в абсорбирующей жидкости, при проведении операции снижения давления или операции подачи газа необходима кинетическая энергия для обеспечения контактирования этой жидкости с промывочным газом при их противоточном течении. В результате увеличиваются дополнительные затраты на извлечение СО₂.

Сущность изобретения

В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения установка для извлечения СО₂ содержит: абсорбер СО₂, в котором дымовые газы, содержащие СО₂, приводят в контакт с жидкостью, абсорбирующей СО₂, для уменьшения содержания СО₂ в дымовых газах; регенератор, который уменьшает содержание СО₂ в насыщенном растворителе, который абсорбировал СО₂ в абсорбере СО₂, с тем, чтобы регенерированный растворитель, имеющий за счет использования регенератора пониженное содержание СО₂, можно было повторно использовать в абсорбере СО₂; по меньшей мере, два компрессора, которые сжимают газ, включающий СО₂, отведенный из регенератора; и аппарат для снижения содержания кислорода в газе, включающем СО₂, размещенный между первым сепаратором, установленным ниже по потоку от первого компрессора, и вторым сепаратором, размещенным ниже по потоку от второго компрессора.

Предпочтительно, в установке для извлечения СО₂ аппарат для уменьшения содержания кислорода размещен между вторым компрессором и вторым охладителем, который находится ниже по потоку от второго компрессора и выше по потоку от второго сепаратора.

Предпочтительно в установке для извлечения СО₂ аппарат для уменьшения содержания кислорода содержит катализатор горения и конструктивно выполнен в виде контейнера, конфигурация которого позволяет монтировать его в трубопроводе подачи сжатого газа, включающего СО₂, или в виде статического смесителя или сотовой структуры, на поверхность которого нанесен катализатор горения, или слоя насадки, заполненного гранулированным катализатором, имеющим форму таблеток или сферическую форму.

Предпочтительно, в установке для извлечения СО₂ катализатор горения представляет собой металлический катализатор на основе Pd или Pt.

Предпочтительно, в установке для извлечения СО₂ аппарат для снижения содержания кислорода снабжен устройством для подачи газа, включающего водород, которое обеспечивает подачу в указанный аппарат газа, богатого водородом.

Предпочтительно, в установке для извлечения СО₂ газ, богатый водородом, представляет собой водород, полученный в устройстве для производства водорода, в котором осуществляют процесс риформинга и процесс удаления образовавшегося СО с использованием в качестве сырья органического топлива.

Предпочтительно, в установке для извлечения СО₂ газ, богатый водородом, помимо водорода содержит СО.

Предпочтительно, в установке для извлечения СО₂ устройство для снабжения газом, содержащим водород, размещено выше по потоку от компрессора, который расположен выше по потоку от аппарата для снижения содержания кислорода.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения способ извлечения СО₂ включает извлечение СО₂ с использованием описанной выше установки для извлечения СО₂ и в то же время уменьшение концентрации кислорода в газе, включающем СО₂, отведенном из регенератора, в процессе сжатия газа, включающего СО₂.

Настоящее изобретение создано с учетом изложенного выше. Задача настоящего изобретения заключается в обеспечении установки для извлечения СО₂ и способа извлечения газа, содержащего СО₂, для снижения концентрации кислорода, содержащегося в СО₂, который извлечен в регенераторе, и для устранения проблем, связанных с остаточным кислородом, таких как закупоривание оборудования или трубопроводов, или окрашивание химических продуктов.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - принципиальная схема расположения элементов установки для извлечения СО₂ в соответствии с первым воплощением настоящего изобретения.

Фиг.2 - схема установки для извлечения СО₂ в соответствии с первым воплощением, но с другим взаимным расположением элементов.

Фиг.3 - принципиальная схема расположения элементов установки для извлечения СО₂ в соответствии со вторым воплощением настоящего изобретения.

Фиг.4 - схема расположения элементов примера известной установки для извлечения СО₂.

Фиг, 5 - схема процесса извлечения газа, включающего СО₂, из отходящих газов и его аккумулирования в подземном резервуаре.

Фиг.6 - схема другого расположения элементов примера известной установки для извлечения СО₂.

Фиг.7 - схема процесса сжатия газа, содержащего СО₂, извлеченного в регенераторе.

Подробное описание предпочтительных воплощений

Воплощения настоящего изобретения далее будут раскрыты более подробно со ссылками на приложенные чертежи. Следует понимать, что эти воплощения не имеют целью каким-либо образом ограничивать объем настоящего изобретения. Эти воплощения могут подразумевать включение таких конструктивных элементов, которые могут себе легко представить специалисты в данной области техники, а именно таких, которые являются в значительной степени идентичными и находятся в пределах объема так называемых эквивалентов.

Первое воплощение

Установка для извлечения СО₂ в соответствии с первым воплощением настоящего изобретения будет рассмотрена ниже со ссылкой на фиг.1.

Фиг.1 иллюстрирует схему установки для извлечения СО₂ в соответствии с первым воплощением настоящего изобретения. На фиг.1 элементы конструкции, одинаковые с показанными на фиг.4-фиг.7, обозначены одинаковыми ссылочными номерами позиций, и повторные разъяснения в их отношении здесь исключены.

Так же, как и в случае установки для извлечения СО₂, показанной на фиг.4-фиг.7, установка 10А для извлечения CO₂ согласно первому воплощению включает систему абсорбции СО₂, предназначенную для абсорбирования СО₂, осуществляемого в абсорбере СО₂; систему для извлечения СО₂/регенерации абсорбирующей жидкости, служащую для извлечения СО₂ и регенерации жидкости, абсорбирующей СО₂, в регенераторе; и систему для сжатия СО₂, предназначенную для сжатия извлеченной СО₂ с целью закачивания СО₂ в подземный резервуар или в пласт нефтяного месторождения. Система абсорбирования СО₂, использующая абсорбер для абсорбирования СО₂, выполнена такой же, как и включенная в установку для извлечения СО₂, показанную на фиг.4 и фиг.6; поэтому относящиеся к ней пояснения здесь исключены.

Как показано на фиг.1, установка 10А для извлечения СО₂ в соответствии с первым воплощением включает абсорбер СО₂, регенератор 15, компрессоры, от первого компрессора 29-1 до четвертого 29-4, и аппарат 41 для снижения содержания кислорода. Абсорбер СО₂ приводит дымовые газы, которые содержат СО₂, в контакт с абсорбирующей СО₂ жидкостью (в дальнейшем называемой «абсорбирующей жидкостью») для уменьшения содержания СО₂ в дымовых газах. Регенератор 15 уменьшает концентрацию СО₂ в абсорбирующей жидкости 14, которая абсорбировала СО₂ в абсорбере СО₂ (в дальнейшем называемой «насыщенным растворителем»), что обеспечивает регенерацию абсорбирующей жидкости, так что регенерированную абсорбирующую жидкость 12 (в дальнейшем называемая «регенерированным (бедным) растворителем»), содержание СО₂ в которой уменьшено в регенераторе 15, вновь используют в абсорбере СО₂. Компрессоры, от первого компрессора 29-1 до четвертого 29-4, сжимают газ 16, включающий СО₂, поступающий из регенератора 15. Аппарат 41 для снижения содержания кислорода размещен между вторым компрессором 29-2 и вторым охладителем 30-2 и обеспечивает снижение концентрации кислорода, содержащегося в газе 16, включающем СО₂.

Насыщенный растворитель 14 направляют из абсорбера СО₂ в регенератор 15, через его верх, по подводящему трубопроводу 42 для насыщенного растворителя. Насыщенный растворитель 14 подают через форсунку 43, установленную в верхней части регенератора 15, при этом указанный растворитель участвует в экзотермической реакции, в результате которой освобождается большая часть СО₂. Абсорбирующую СО₂ жидкость, из которой в регенераторе 15 выделилась некоторая или большая часть СО₂, называют наполовину регенерированным (полубедным) растворителем.

Наполовину регенерированный растворитель достигает со временем нижней части регенератора 15, при этом из растворителя удаляется почти вся двуокись углерода, превращая тем самым наполовину регенерированный растворитель в абсорбирующую жидкость 12 (регенерированный растворитель). Регенерированный растворитель затем 12 нагревают водяным паром 23 в нагревателе 22 регенерации, при этом часть регенерированного растворителя 12 испаряется, и полученный пар направляют внутрь регенератора 15.

На фиг.1 позицией 15А показана насадка, размещенная внутри регенератора 15. Позицией 44 показана тарелка с патрубком для прохода газа. Позицией 45 показан сепарационный барабан для отделения пара 23, который обменивается в нагревателе теплотой с регенерированным растворителем 12. Позицией 46 показана вода, которая представляет собой сконденсированный пар, отделенный в сепарационном барабане 45.

Газ, включающий двуокись углерода и содержащий водяной пар, выделенные из насыщенного растворителя 14 и наполовину регенерированного растворителя, отводится в регенераторе 15 через его верх, посредством трубопровода 25 для выпуска газа. Водяной пар, содержащийся в газе 16, включающем СО₂, конденсируют в конденсаторе 26, а воду 28 отделяют в сепарационном барабане 27. Газ 16, включающий СО₂, отводят из системы и извлекают из него СО₂ отдельно. Воду 28, отделенную в сепарационном барабане 27, направляют к верху регенератора 15 с помощью циркуляционного насоса 35 для конденсата.

Регенерированная абсорбирующая жидкость 12 (регенерированный растворитель) отводят из днища регенератора 15 и обменивают теплотой с насыщенным растворителем 14 с целью охлаждения. Давление регенерированной абсорбирующей жидкости 12 затем повышают, и регенерированную абсорбирующую жидкость 12 дополнительно охлаждают и направляют в абсорбер.

Газ 16, включающий СО₂, отведенный из регенератора 15 и содержащий водяной пар, сжимают в компрессорах при прохождении газа от первого компрессора 29-1 до четвертого 29-4. В частности, после сжатия в первом компрессоре 29-1 газ 16, включающий CO₂, охлаждают в первом охладителе 30-1. Затем воду, содержащуюся в этом газе, отделяют в первом сепараторе 31-1, а газ 16, включающий СО₂, направляют во второй компрессор 29-2. Такой же процесс осуществляют в компрессорах, от второго компрессора 29-2 до четвертого 29-4, и давление газа 16, включающего СО₂, постепенно повышают с получением сжатого газа 16, включающего СО₂.

Аппарат 41 для снижения содержания кислорода размещен между вторым компрессором 29-2 и вторым охладителем 30-2 и уменьшает концентрацию О₂, содержащегося в газе 16, включающем СО₂, который поступает в этот аппарат. В соответствии с первым воплощением в аппарате 41 для снижения содержания кислорода размещен катализатор 47 горения, способствующий снижению О₂ в газе 16, включающем СО₂. Катализатор 47 горения, который представляет собой гранулированный катализатор, имеющий форму таблеток или сферическую форму, уложен в виде насадки.

Аппарат 41 для снижения содержания кислорода включает также устройство 49 для снабжения газом 48, богатым водородом (Н₂), которое обеспечивает подачу богатого водородом газа 48 в аппарат 41 для снижения содержания кислорода. При вводе в аппарат 41 для снижения содержания кислорода газа 48, богатого водородом, кислород, содержащийся в газе 16, включающем СО₂, который подают в указанный аппарат 41, реагирует с Н₂. Таким путем концентрация кислорода, содержащегося в газе 16, включающем СО₂, может быть уменьшена.

Описанным выше образом, за счет снижения содержания кислорода в газе 16, включающем СО₂, отведенном из регенератора 15, становится возможным смягчить проблемы, связанные с остаточными H₂S и Н₂О, такие как закупоривание оборудования или трубопроводов, или окрашивание химических продуктов.

Например, предполагая, что а) концентрация О₂ в газе 16, включающем СО₂, который подают в аппарат 41 для снижения содержания кислорода, составляет приблизительно несколько сотен частей на миллион, б) температура газа 16, включающего СО₂, составляет приблизительно 150°С, и в) почасовая объемная скорость газа, протекающего через катализатор горения 47, составляет приблизительно 10000 час^-1, концентрация О₂ в газе 16, включающем СО₂, может быть уменьшена до или менее чем нескольких десятков частей на миллион к тому времени, когда газ 16, включающий СО₂, отводят из аппарата 41 для снижения содержания кислорода.

Газ 48, богатый водородом, не ограничивается здесь газом, содержащим водород в качестве единственной компоненты, и может быть любым газом, в котором содержится большое количество водорода в виде газообразной компоненты. Например, газ 48, богатый Н₂, введенный в аппарат 41 для снижения содержания кислорода, может, помимо Н₂, содержать в виде газообразной компоненты окись углерода (СО). Такая окись углерода, содержащаяся в газе 48, богатом Н₂, вступает в реакцию с О₂ в присутствии катализатора 47 горения, с превращением в СО₂.

Способ получения газа 48, богатого Н₂, вводимого в аппарат 41 для снижения содержания кислорода, особенно не ограничивается. Устройство для получения водорода, в котором осуществляется процесс риформинга и процесс удаления СО, может производить Н₂, используя в качестве сырья органическое топливо, и полученный водород может быть введен в аппарат 41 для снижения содержания кислорода в качестве газа, богатого Н₂.

Газ, образующийся при сжигании органического топлива, используемого в качестве сырья, может быть эффективно использован при использовании этого газа в качестве газа 48, богатого водородом, представляющего собой газообразный продукт сжигания топлива, необходимый для уменьшения содержания О₂ в газе 16, включающем СО₂.

Выбор катализатора, используемого в качестве катализатора 47 горения, также не ограничен. Может быть использован любой катализатор, если такой катализатор может способствовать реагированию газа 16, включающего СО₂, с Н₂. Предпочтительно, например, использование металлического катализатора на основе Pd или Pt.

Кроме того, в установке 10А для извлечения СО₂, соответствующей первому воплощению, аппарат 41 для снижения содержания кислорода содержит катализатор 47 горения, причем в качестве катализатора 47 горения используют гранулированный катализатор, имеющий форму таблетки или сферическую форму. При этом аппарат 41 для снижения содержания кислорода имеет любую такую конструкцию, которая может уменьшить содержание О₂ в газе 16, включающем СО₂.

Например, аппарат 41 для снижения содержания кислорода может быть конструктивно выполнен в виде контейнера, содержащего катализатор 47 горения, конфигурация которого позволяет монтировать его в трубопроводе для подачи направляемого на сжатие газа 16, включающего СО₂. В качестве альтернативы, аппарат 41 для снижения содержания кислорода может быть выполнен в виде статического смесителя или сотовой структуры, поверхность которого покрыта катализатором 47 горения. За счет использования аппарата 41 для снижения содержания кислорода, имеющего такие конструкции, содержание кислорода в газе 16, включающем СО₂, может быть уменьшено в значительной степени.

В установке 10А для извлечения СО₂ согласно первому воплощению аппарат 41 для снижения содержания кислорода размещен между вторым компрессором 29-2 и вторым охладителем 30-2. Чтобы эффективно уменьшить содержание кислорода в газе 16, включающем СО₂, лучше, чтобы температура газообразной СО₂ была высокой. Если аппарат 41 для снижения содержания кислорода размещен выше, а не ниже по потоку от указанного охладителя, то газ 16, содержащий СО₂, может поступать в аппарат 41 для снижения содержания кислорода при более высокой температуре. Поэтому аппарат 41 для снижения содержания кислорода размещают выше по потоку от второго охладителя 30-2. Кроме того, газ 48, богатый кислородом, может быть введен в аппарат 41 для снижения содержания кислорода при более низком давлении, если указанный аппарат 41 для снижения содержания кислорода размещен в таком месте установки, где давление более низкое, например в месте ниже по потоку от первого компрессора 29-1 или второго компрессора 29-2, а не ниже по потоку от третьего компрессора 29-3 или четвертого компрессора 29-4. По указанной выше причине аппарат 41 для снижения содержания кислорода размещают ниже по потоку от второго компрессора 29-2. Таким образом, в соответствии с первым воплощением аппарат 41 для снижения содержания кислорода размещен между вторым компрессором 29-2 и вторым охладителем 30-2.

Более того, хотя аппарат 41 для снижения содержания кислорода в установке 10А для извлечения СО₂ в соответствии с первым воплощением изобретения размещен между вторым компрессором 29-2 и вторым охладителем 30-2, аппарат 41 для снижения содержания кислорода может быть также размещен и между первым сепаратором 31-1 и вторым сепаратором 31-2. Если в аппарате 41 для снижения содержания кислорода размещен катализатор 47 горения, этот катализатор 47 горения должен быть защищен от дезактивации, обусловленной приведением его в контакт с водой, содержащейся в газе 16, содержащем СО₂. При сжатии газа 16, содержащего СО₂, в первом компрессоре 29-1 образуется дополнительное количество воды (конденсата) по сравнению с количеством воды, образующейся в других компрессорах. Поэтому воду, образовавшуюся в первом компрессоре 29-1, необходимо удалить в первом сепараторе 31-1. По этой причине аппарат 41 для снижения содержания кислорода размещают ниже по потоку от первого сепаратора 31-1. Если вода образуется и в результате реакции между О₂, содержащимся в газе 16, включающем СО₂, и водородом, протекающим в аппарате 41 для снижения содержания кислорода, прохождение этой воды в третий компрессор 29-3 предотвращают. С этой целью аппарат 41 для снижения содержания кислорода размещают выше по потоку от второго сепаратора 31-2.

В качестве альтернативы аппарат 41 для снижения содержания кислорода может быть также размещен между первым сепаратором 31-1 и вторым компрессором 29-2, как это показано на фиг.2. При таком взаимном размещении в качестве катализатора 47 горения могут быть использованы только определенные катализаторы, такие как Pt. В то же время газ, содержащий Н₂, вводимый в аппарат 41 для снижения содержания кислорода, должен быть более очищенным.

В установке 10А для извлечения СО₂ в соответствии с первым воплощением, до тех пор, пока при сжатии газа 16, включающего СО₂, образуется меньшее количество воды, нежелательную дезактивацию катализатора 47 горения в аппарате 41 для снижения содержания кислорода можно предотвратить. Поэтому аппарат 41 для снижения содержания кислорода может быть размещен ниже по потоку от третьего компрессора 29-3 или четвертого компрессора 29-4, который установлен ниже по потоку, чем второй компрессор 29-2.

Кроме того, между третьим компрессором 29-3 и четвертым компрессором 29-4 размещен дегидратор (осушитель) 33. Путем приведения газа 16, включающего СО₂, в контакт с обезвоживающим веществом (например, молекулярное сито, DEG (диэтиленгликоль), TEG (триэтиленгликоль)), вода может быть удалена, и газ 16, содержащий СО₂, может быть обезвожен.

Кроме того, в установке 10А для извлечения СО₂ в соответствии с первым воплощением размещены четыре компрессора. Однако указанное количество компрессоров может быть изменено так, как это необходимо, в зависимости от степени сжатия газа 16, включающего СО₂.

Кроме того, используют холодную воду (C.W.) в качестве низкотемпературного вещества, которое обменивается теплотой с газом 16, включающим СО₂, в охладителях, от первого охладителя 30-1 до четвертого 30-4. Однако такое вещество не ограничивается холодной водой и может быть также водопроводной водой, промышленными сточными водами или морской водой, если только такая вода имеет температуру, более низкую, чем газ 16, включающий СО₂.

Таким образом, установка 10А для извлечения СО₂ в соответствии с первым воплощением включает: аппарат 41 для снижения содержания кислорода, размещенный между вторым компрессором 29-2 и вторым охладителем 30-2 и снабженный катализатором 47 горения; и устройство 49 для подачи газа, содержащего Н₂, которое подает газ 48, богатый Н₂, в аппарат 41 для снижения содержания кислорода. За счет такого выполнения содержание кислорода, содержащегося в газе 16, включающем СО₂, подводимом в аппарат 41 для снижения содержания кислорода, может быть уменьшено с помощью катализатора 47 горения, используя газ 48, богатый водородом, в качестве газа горения в аппарате 41 для снижения содержания кислорода. Кроме того, газ, образующийся при использовании в качестве сырья органического топлива, может быть эффективно использован путем выбора газа 48, богатого водородом, в качестве газа горения, необходимого для снижения содержания кислорода в газе 16, включающем СО₂.

Выбор абсорбирующей жидкости, которая может быть использована в настоящем изобретении, особенно не ограничивается. Примеры такой жидкости включают алканоламины или стерически затрудненные амины, имеющие спиртовые гидроксильные группы. Такие алканоламины включают моноэтаноламин, диэтаноламин, триэтаноламин, метилдиэтаноламин, диизопропаноамин и дигликольамин. Однако обычно предпочтительно использование моноэтаноламина (МЭА). Примеры стерически затрудненных аминов, имеющих спиртовые гидроксильные группы, включают 2-амино-2-метил-1-пропанол (АМП), 2-(этиламино)-этанол (ЭАЭ) или 2-(метиламино)-этанол (МАЭ).

Тип теплообменника, используемого в первом воплощении, также особенно не ограничивается; могут быть использованы известные теплообменники, например пластинчатый теплообменник или кожухотрубный теплообменник.

Второе воплощение

На фиг.3 представлена схема установки для извлечения СО₂ согласно второму воплощению настоящего изобретения. Указанная установка для извлечения СО₂ согласно второму воплощению настоящего изобретения далее будет рассмотрена со ссылкой на фиг.3. Элементы конструкции установки, такие же, как и в рассмотренном выше первом воплощении, обозначены на фиг.3 одинаковыми номерами позиций, и повторные разъяснения в их отношении здесь исключены.

В установке 10В для извлечения СО₂ согласно второму воплощению настоящего изобретения устройство 49 для подачи газа 48, богатого Н₂, размещено между первым сепаратором 31-1 и вторым компрессором 29-2.

За счет ввода в газ 16, содержащий СО₂, газа 48, богатого Н₂, поступающего из устройства 49 для подачи газа, содержащего Н₂, размещенного между первым сепаратором 31-1 и вторым компрессором 29-2, может быть обеспечена подача газа 48, богатого H₂, из указанного устройства 49 в газ 16, содержащий СО₂, без какого-либо повышения его давления. Таким путем газ 16, включающий СО₂, может быть достаточно хорошо смешан с газом 48, богатым Н₂, что способствует достаточному перемешиванию Н₂ с указанным газом 16, включающим СО₂. В результате, становится возможным повысить эффективность сжигания О₂ в аппарате 41 для снижения содержания СО₂ в присутствии катализатора 47 горения, предотвращая неравномерность протекания в аппарате реакции О₂, содержащегося в газе 16, содержащем СО₂.

Таким образом, в установке 10В для извлечения СО₂ в соответствии со вторым воплощением содержание О₂ в газе 16, включающем СО₂, может быть уменьшено более эффективно.

При использовании установки для извлечения СО₂ в соответствии с настоящим изобретением становится возможным уменьшить концентрацию кислорода в газе, включающем СО₂, отведенном из регенератора, в дополнение к смягчению проблемы, связанной с наличием остаточного кислорода, заключающейся, например, в закупоривании оборудования или трубопроводов или окрашивании химических продуктов.

Заявленная группа изобретений относится к установке и способу для извлечения двуокиси углерода с целью уменьшения содержания СО₂ в дымовых газах. Установка содержит абсорбер, который приводит дымовые газы, содержащие СО₂, в контакт с жидкостью, абсорбирующей СО₂, для уменьшения содержания СО₂ в дымовых газах, регенератор 15, снижающий содержание СО₂ в насыщенном растворителе, так что регенерированный растворитель, имеющий пониженное содержание СО₂, повторно используют в абсорбере, по меньшей мере, два компрессора 29-1, 29-2, 29-3, 29-4, которые сжимают газ, включающий СО₂, отведенный из регенератора 15, и аппарат 41 для снижения содержания кислорода в газе, включающем СО₂. Аппарат 41 для снижения содержания кислорода размещен между первым сепаратором 31-1, установленным ниже по потоку от первого компрессора 29-1, и вторым сепаратором 31-2, размещенным ниже по потоку от второго компрессора 29-2. Аппарат 41 для снижения содержания кислорода содержит катализатор горения 47, способствующий уменьшению содержания О₂ в газе, включающем СО₂. Аппарат 41 для снижения содержания кислорода включает устройство 49 для подачи газа, содержащего водород. Технический результат: эффективное удаление СО₂ из дымовых газов, снижение концентрации кислорода, содержащегося в СО₂, который извлечен в регенераторе, что уменьшает закупоривание оборудования или трубопроводов или окрашивание химических продуктов. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Установка для извлечения СО₂, содержащая:
абсорбер СО₂, который приводит дымовые газы, содержащие СО₂, в контакт с жидкостью, абсорбирующей СО₂, для уменьшения содержания СО₂ в дымовых газах;
регенератор, снижающий содержание СО₂ в насыщенном растворителе, который абсорбировал СО₂ в абсорбере СО₂, так, что регенерированный растворитель, имеющий пониженное с помощью регенератора содержание СО₂, повторно используют в абсорбере СО₂;
по меньшей мере, два компрессора, которые сжимают газ, включающий СО₂, отведенный из регенератора;
и аппарат для снижения содержания кислорода, который снижает содержание О₂ в газе, включающем СО₂, и размещен между первым сепаратором, установленным ниже по потоку от первого компрессора, и вторым сепаратором, размещенным ниже по потоку от второго компрессора.

2. Установка по п.1, в которой аппарат для снижения содержания кислорода размещен между вторым компрессором и вторым охладителем, который расположен ниже по потоку от второго компрессора и выше по потоку от второго сепаратора.

3. Установка по п.1 или 2, в которой аппарат для снижения содержания кислорода содержит катализатор горения, способствующий уменьшению содержания О₂ в газе, включающем СО₂.

4. Установка по п.3, в которой аппарат для снижения содержания кислорода включает катализатор горения и выполнен в виде контейнера, конфигурация которого позволяет монтировать его в трубопроводе для подачи сжатого газа, включающего СО₂, статического смесителя или сотовой структуры, на поверхность которого нанесен катализатор горения, или слоя насадки, заполненного гранулированным катализатором, имеющим форму таблеток или сферическую форму.

5. Установка по п.3, в которой катализатор горения представляет собой металлический катализатор на основе палладия или платины.

6. Установка по п.3, в которой аппарат для снижения содержания кислорода включает устройство для подачи газа, содержащего водород, которое обеспечивает подачу газа, богатого водородом.

7. Установка по п.3, в которой газ, богатый водородом, представляет собой водород, полученный в устройстве для производства водорода, в котором осуществляется процесс риформинга и процесс удаления СО, использующем в качестве сырья органическое топливо.

8. Установка по п.6, в которой газ, богатый водородом, помимо водорода содержит СО.

9. Установка по любому из пп.1 и 2, в которой устройство для подачи газа, включающего водород, размещено выше по потоку от компрессора, который находится выше по потоку от устройства для снижения содержания кислорода.

10. Способ извлечения СО₂ из дымовых газов, осуществляемый на установке для извлечения СО₂ по любому одному из пп.1-9, в котором уменьшают содержание кислорода в газе, включающем СО₂, отведенном из регенератора, в процессе сжатия газа, содержащего СО₂.