СИСТЕМА И СПОСОБ ОБРАБОТКИ ОТХОДЯЩЕГО ГАЗА, СОДЕРЖАЩЕГО СО И ОТДЕЛЕНИЯ СО Российский патент 2013 года по МПК B01D53/14 

Настоящее изобретение относится к системе и способу для обработки отходящего газа, содержащего СО₂, и отделения СО₂.

В настоящее время имеется значительный интерес к разработке новых решений и совершенствованию имеющихся технологий улавливания (каптажа) СО₂. Этот интерес основан на осознании того, какое влияние на окружающую среду оказывает повышенная концентрация СО₂ в атмосфере, особенно в связи с глобальным потеплением.

Один из традиционных подходов к решению этой проблемы состоит в применении для поглощения диоксида углерода обычного оборудования, предназначенного для абсорбции других газов, путем введения абсорбентов диоксида углерода и регулировки оборудования в соответствии с новыми условиями. Однако многие условия улавливания СО₂ сильно отличаются и являются причиной неизвестных ранее проблем. Некоторые вопросы связаны с габаритами и масштабом оборудования, другие - с условиями, такими как температура и давление.

Проблемы, касающиеся размера таких систем, особенно ощутимы при разработке проектов установок по улавливанию СО₂ при крупных электростанциях, таких как электростанции, на которых в качестве источника энергии используется газ. Количество образующихся отходящих продуктов сгорания в сопоставлении с нагрузочной способностью имеющихся абсорбентов СО₂ обуславливает необходимость создания очень больших и высоких абсорберов или установки нескольких абсорберов параллельно.

Хотя уже ведется большое количество исследований и разработок в отношении улавливания СО₂, до сих пор они еще не доведены ни до крупномасштабных испытаний, ни до эксплуатации. Следовательно, существует огромный интерес и потребность в системе, которая могла бы быть реализована в крупном масштабе из сравнительно недорогих материалов и которая была бы достаточно легко приспособляема, с возможностью проведения крупномасштабных испытаний и оптимизации, включая изменение различных параметров.

В US 5826518 описана комбинированная установка для рекуперации тепла дымового газа и удаления загрязняющих веществ. Удаление СО₂ не описывается.

В RU 2091139 описан горизонтальный абсорбер с двумя уровнями.

В ЕР 1707876 А1 описана система для поглощения SО₂ из отходящего газа. Поток отходящего газа идет по системе, главным образом, горизонтально. Система дополнительно включает распылительные сопла, через которые в поток газа подается промывочная жидкость. Абсорбент SО₂ входит в промывочную жидкость в виде соединения щелочноземельного металла.

В US 4343771 описана горизонтальная газожидкостная система для удаления диоксида серы из потока газа. Сопла, распыляющие жидкость, расположены вверху и имеют предпочтительное пространственное расположение.

В СА 2504594 описан «ливневый туннель», оборудованный распылительными соплами для введения аэрозоля жидкости в отходящий газ, движущийся в туннеле по винтовой линии. Отделение СО₂ описано как возможная последняя стадия с использованием аэрозоля, содержащего смесь кальция и фермента.

В SU 1745314 описано удаление СО₂ из природного газа в горизонтальном абсорбере; абсорбентом является водный раствор аммиака.

В WO 00/74816 описана комбинированная система обессеривания и удаления диоксида углерода. В одном из описанных вариантов осуществления изобретения эта система включает две горизонтально ориентированные камеры. В одной из этих камер жидкость, содержащую реагент для удаления СО₂, распыляют горизонтально и параллельно потоку газа. Реагент для удаления СО₂ представляет собой амин. Объединение этой системы с электростанцией не описано.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение новой концепции для создания и эксплуатации установки для улавливания СО₂. Кроме того, ставится задача обеспечить универсальную установку, где каждая секция легкодоступна, а параметры настройки и конфигурация установки могут быть изменены без значительных затрат. Другой задачей является обеспечение способа эксплуатации, совместимого с использованием недорогих конструкционных материалов. Также ставится задача обеспечить эффективное использование тепла.

Эти и другие задачи достигаются благодаря системе и способу, описываемым в настоящем документе.

Настоящим изобретением обеспечивается система для обработки потока отходящего газа и отделения от него СО₂, отличающаяся тем, что эта система включает:

- впуск для содержащего СО₂ отходящего газа в, по существу, горизонтальной туннелеобразной конструкции, включающей последовательные секции абсорбции СО₂ и очистки, и расположенный ниже по потоку выпуск для обедненного СО₂ выпускаемого газа, сообщающийся по текучей среде с впуском для холодного газа теплообменника,

- где теплообменник дополнительно включает впуск для горячего газа, выпуск для газа с пониженной температурой и выпуск для нагретого газа,

- вытяжную трубу с впуском, сообщающимся по текучей среде с указанным выпуском для нагретого газа из указанного теплообменника.

Кроме того, настоящим изобретением обеспечивается способ обработки потока отходящего газа и отделения от него СО₂, отличающийся тем, что этот способ включает:

I) подачу содержащего СО₂ отходящего газа в виде, по существу, горизонтального потока в, по существу, горизонтальную туннелеобразную конструкцию, и, при поддержании, по существу, горизонтального течения, осуществляют следующие этапы:

Ia) необязательное охлаждение указанного потока газа,

Ib) приведение этого потока газа в контакт с абсорбентом СО₂,

Ic) абсорбция СО₂ из этого потока газа с получением обедненного СО₂ потока газа,

Id) очистка указанного обедненного СО₂ потока газа и тем самым получение холодного обедненного СО₂ отходящего газа,

II) нагревание указанного холодного обедненного СО₂ отходящего газа путем теплообмена с горячим потоком.

В одном из вариантов осуществления системы, соответствующей настоящему изобретению, горизонтальная туннелеобразная конструкция дополнительно включает секцию охлаждения, расположенную по потоку до секции абсорбции. Необходимость охлаждения зависит от источника отходящего газа и от выбора абсорбента.

Другие варианты осуществления настоящего изобретения описаны в независимых пунктах формулы изобретения.

В соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения источником отходящего газа является электростанция. Эта электростанция может относиться к любому типу электростанций, на которых происходит сжигание топлива и образование содержащего СО₂ отходящего газа, таких как электростанции, на которых в качестве источника энергии используется уголь, нефть или газ.

Термин «отходящий газ» в контексте настоящего документа означает любой поток газа, содержащего СО₂ наряду с одним или более другими газообразными соединениями. В этом контексте отходящий газ включает отходящие продукты сгорания систем сжигания топлива, таких как электростанции и двигательные установки, отходящий газ промышленных процессов, такой как отходящий газ сталелитейных и алюминиевых комбинатов, цементных печей и т.д.

В контексте настоящего документа термин «горизонтальная» используется для обозначения основного направления потока или расположения конструкции. Этот термин также охватывает преимущественно горизонтальные направления, в которые могут входить нисходящие и/или восходящие части.

Настоящее изобретение не ограничивается использованием определенного типа абсорбента, напротив, может быть реализовано с любым типом абсорбента. Абсорбент приводят в контакт с отходящим газом в форме капель жидкости, содержащей абсорбент, или материала насадки, увлажненного абсорбентом. Капли могут дополнительно содержать разбавитель и/или растворитель, который образует с абсорбентом раствор и/или суспензию. Примерами применимых абсорбентов являются первичные, вторичные или третичные амины, такие как моноэтаноламин (МЕА), и соединения, образующие карбонаты, такие как соединение кальция и соединение калия, сочетание соды и соли или аммиака. В соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения предпочтительным абсорбентом является водный раствор аммиака.

В соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения капли, содержащие абсорбент, как таковые, могут образовывать поверхность контакта между растворителем и отходящим газом. В другом аспекте настоящего изобретения секция абсорбции дополнительно содержит заполняющий материал, способствующий улучшению контакта между газом и жидкостью.

Горизонтальная туннелеобразная конструкция системы, соответствующая настоящему изобретению, обеспечивает возможность добавления, удаления или изменения различных секций без неизбежной переделки системы в целом. В каждой секции могут быть предусмотрены люки для обеспечения доступа, а благодаря горизонтальному расположению и исследователи, и технический и обслуживающий персонал могут достичь любой секции, не карабкаясь на высокие башни. Кроме того, горизонтальное расположение системы позволяет снизить требования к опоре конструкции, так как по сравнению с соответствующим вертикальным расположением различных секций уменьшается вес на единицу площади. В соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения система может дополнительно включать туннельные секции для удаления из отходящего газа различных других газообразных веществ, таких как NO_х и SO₂.

В соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения туннелеобразная конструкция может быть изготовлена из бетона, который может быть покрыт материалом, обеспечивающим более гладкую и пассивную поверхность. Использование бетона позволяет создавать туннели с очень большим поперечным сечением при относительно низких затратах по сравнению с поглотительной башней таких же габаритов, изготовленной из дорогостоящей стали. Большое поперечное сечение делает возможным поддержание скорости газа низкой и обеспечивает малые потери на трение.

Более подробно настоящее изобретение описывается со ссылкой на прилагаемые чертежи, где:

на фиг.1 показана система известного уровня техники, вид сбоку;

на фиг.2 показан вариант осуществления системы, соответствующей настоящему изобретению, вид сверху;

на фиг.3 показан вариант осуществления настоящего изобретения, вид сверху;

на фиг.4 показан вариант осуществления системы, соответствующей настоящему изобретению, где источником отходящего газа является электростанция, вид сверху;

на фиг.5 показан горизонтальный канал с распылительными соплами, вид сбоку;

на фиг.6 показан вариант осуществления горизонтального канала абсорбера, вид сбоку.

Везде, где это возможно, для обозначения подобных элементов и/или потоков использованы одинаковые номера ссылочных позиций. Список ссылочных позиций, использованных на фигурах, и их спецификация приложены в конце настоящего описания.

На фиг.1 показана система известного уровня техники, в которой источник отходящего газа 1, такой как газовая электростанция и т.п., продуцирует поток горячего отходящего газа 12, который подают в охладитель 17. Полученный охлажденный отходящий газ 13 направляют в вертикальный абсорбер 18, в котором СО₂ поглощается абсорбентом. Обогащенный СО₂ абсорбент выходит из абсорбера в виде потока 20. Полученный поток обедненного СО₂ отходящего газа 14 подают в секцию промывки водой 19 вертикального абсорбера 18 с целью уменьшения содержания в газе абсорбента. В результате промывки водой получают поток обедненного СО₂ промытого отходящего газа 21. Эта система является непереналаживаемой в том смысле, что после того как абсорбер спроектирован и построен, заданную высоту изменить нельзя. Если нужен более длинный проход, очень сложно добавить еще одну секцию в верхней части абсорбера 18. Если для оптимизации работы абсорбера нужен более короткий проход, необходимо сместить вниз точку подачи абсорбирующей жидкости или сместить вверх точку подачи газа. Если бы такая установка для улавливания СО₂ была воплощена с целью проведения крупномасштабных испытаний и оптимизации, было бы необходимо строить более высокий абсорбер, чем определено расчетами, чтобы обеспечить его универсальность, соответственно, цена такой универсальности была бы очень высокой.

На фиг.2 показан общий вид сверху варианта осуществления системы, соответствующей настоящему изобретению. Источник отходящего газа 101 продуцирует поток отходящего газа 112. Температура этого потока может изменяться в зависимости от типа источника. Этот источник, если применимо, может включать средство рекуперации тепла отходящего газа до определенного значения температуры. Выходящий из источника 101 отработанный газ, обычно, имеет температуру в диапазоне 150-70°С, однако температура этого отходящего газа может быть даже ниже 70°С. Отходящий газ подают в первую секцию горизонтального канала 102 для отходящего газа, который в штатном режиме функционирует как канал, соединяющий источник 101 с секцией 104 охлаждения. В этом канале имеется клапан или подобное ему устройство, которое может быть открыто. Этот клапан обеспечивает возможность направления потока 131 отходящего газа в обход улавливающей системы непосредственно в вытяжную трубу 107. Эту возможность используют во время технического обслуживания и/или запуска системы улавливания, когда источник 101 отходящего газа работает в непрерывном режиме, и/или во время запуска источника 101.

Пройдя канал 102, отходящий газ 130 поступает в секцию 104 охлаждения. В зависимости от того, какой абсорбент выбран и каково происхождение отходящего газа, температура отходящего газа может нуждаться в понижении до температуры, подходящей для данного абсорбента и данного процесса абсорбции. Для некоторых абсорбентов на основе аминов для достижения эффективной абсорбции достаточна температура менее 40°С, тогда как для некоторых образующих карбонаты абсорбентов может требоваться температура 15°С или ниже. Следовательно, в данном варианте осуществления настоящего изобретения отходящий газ 133 подают в первую секцию 104 горизонтальной туннелеобразной конструкции. В этой секции 104 отходящий газ охлаждается до нужного уровня. Во время прохождения газа горизонтально через секцию 104 в поток газа распыляют капли воды с более низкой температурой, чем необходимая температура газа. Падая сквозь поток, капли воды поглощают тепло газа. Воду собирают и отводят из нижней части канала. Охлажденный отходящий газ 113, двигаясь горизонтально, поступает из секции охлаждения в секцию 105 абсорбции, где в поток газа вводят капли, содержащие абсорбент, которые падают сквозь поток газа. Тем самым осуществляют контакт абсорбента с СО₂, поглощаемым им. Расположение распылительных сопел более подробно описано ниже. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения капли могут, по меньшей мере частично, некоторое время следовать за горизонтальным потоком газа во время своего медленного падения на дно канала. В другом варианте осуществления настоящего изобретения секция абсорбции может включать заполняющий материал. На поверхности этого заполняющего материала капли образуют жидкую пленку, благодаря которой увеличивается поверхность контакта между жидкой и газовой фазами.

Секция абсорбции может быть разделена на меньшие подсекции, в каждой из которых имеются распылительные сопла и средство сбора абсорбирующей жидкости в нижней части туннеля. В предпочтительном варианте осуществления изобретения раствор обедненного СО₂ абсорбента через сопла подают в последнюю подсекцию, абсорбирующую жидкость собирают в ее нижней части и насосом опять подают в туннель через распылительные сопла предыдущей подсекции, и так далее; тем самым организуют некоторый тип поперечного потока.

Обогащенная СО₂ абсорбирующая жидкость выходит из туннелеобразной конструкции в виде потока 120 и поступает в систему десорбции, которая не показана. Полученный обедненный СО₂ отходящий газ 114 горизонтально перемещается в следующую секцию 106 туннелеобразной конструкции, где этот отходящий газ промывают водой и/или очищают другими средствами. Процедура очистки зависит от источника газа, используемого абсорбента и ограничений, накладываемых на выбросы отходящего газа. При использовании абсорбента на основе аминов для обработки отходящих продуктов сгорания электростанции, работающей на природном газе, может быть достаточно промывочной воды, тогда как в случае использования основного абсорбента, такого как аммиак, может оказаться необходимым проведение кислотной промывки с целью удаления аммиака, имеющегося в газовой фазе. Такую промывку осуществляют аналогично охлаждению и адсорбции, распыляя промывочную среду через сопла в горизонтальный поток, позволяя каплям падать сквозь газ и собирая эту среду внизу канала, откуда она отводится. В других вариантах осуществления настоящего изобретения процесс очистки также может включать удаление из отходящего газа других веществ, таких как NО_х и/или SО₂. Поток 121 очищенного обедненного СО₂ отходящего газа имеет температуру в диапазоне от температуры потока 113 охлажденного отходящего газа до, приблизительно, менее 40°С. Если этот газ подлежит выбросу непосредственно через вытяжную трубу, необходимо установить вентиляторы, вытягивающие и/или выталкивающие газ вверх через трубу. Однако поток 121 обедненного СО₂ отходящего газа может быть пропущен через теплообменник 103 с получением нагретого потока обедненного СО₂ отходящего газа 132. То есть температуру обедненного отходящего газа 132, направляемого в вытяжную трубу, повышают. Если температура повышена до, приблизительно, 70°С, в трубе создается поток или тяга, достаточно сильная для существенного снижения нагрузки на вентилятор, и в предпочтительном варианте осуществления изобретения в установке вентилятора нет необходимости. В еще более предпочтительном варианте осуществления изобретения может быть снижено давление, представляющее собой сопротивление, преодолеваемое источником отходящего газа, тем самым его эффективность может быть увеличена. Кроме того, повышение температуры гарантирует, что обедненный СО₂ отходящий газ, возможно, обедненный и кислородом, выходя из вытяжной трубы, будет подниматься вверх, не создавая обедненные кислородом зоны у поверхности земли. При нагревании отходящего газа уменьшается его относительная влажность, и тем самым ослабляется визуальная различимость потока, выходящего из трубы. Горячий поток 137 снабжает теплообменник 103 теплом и выходит из этого теплообменника в виде охлажденного потока 138. Горячий поток 137 может представлять собой любой имеющийся в распоряжении поток, содержащий достаточно тепла для повышения температуры потока 121.

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения горячий поток в теплообменнике может быть эквивалентен потоку 130 отходящего газа, тогда полученный таким образом поток частично охлажденного отходящего газа направляют в секцию 104 охлаждения на дальнейшее охлаждение. В этом варианте осуществления изобретения обедненный газ 121 нагревают в теплообменнике 103 за счет тепла отходящего газа, которое, иначе, было бы потеряно. В этом варианте осуществления изобретения теплообменник 103 является частью горизонтального канала, который вследствие этого образует петлевидный циркуляционный контур.

На фиг.3 показан непрерывный петлевидный поток газа в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения. Эта система включает те же секции, что и система на фиг.2. Стрелками показано направление движения газа через систему. В секциях 104, 105 и 106 поток газа, по существу, горизонтален, однако для образования петли система должна включать одну или более изогнутых секций, как показано на фигуре. Клапан (демпфер) 108 иллюстрирует возможность обхода абсорбционной системы. В теплообменнике 103 происходит теплопередача от отходящего газа к потоку обедненного СО₂ и очищенного газа 121. Тем самым получают частично охлажденный поток 133 отходящего газа.

На фиг.4 показан вариант осуществления системы, соответствующей настоящему изобретению, в которой источник отходящего газа представляет собой газотурбинную электростанцию 201, на которой предусмотрена рециркуляция отходящего газа. Здесь топливо 210 в форме газа и воздуха 211 подают на сжигание в источнике отходящего газа 201. Энергию отходящих продуктов сгорания отводят при помощи обычной турбины (турбин) и систем рекуперации тепла до того, как отходящие продукты сгорания в виде потока 212 поступают в канал 202 и далее, в виде потока 230, в разделитель 234. В соответствии с данным аспектом настоящего изобретения отходящий газ разделяется на поток 235 рециркулируемого газа и остальной поток 236 отходящего газа, который подают в систему улавливания СО₂, включающую последовательность горизонтальных секций 204, 205, 206, подобных секциям 104, 105 и 106 на фиг.2. В каждом из аспектов настоящего изобретения габариты и конструкция каждого элемента подбираются в соответствии с имеющимся источником отходящего газа с целью обеспечения низкой скорости газа. Рециркулируемый поток 235 охлаждают в теплообменнике 203, тем самым передавая тепло к потоку 221 обедненного СО₂ промытого отходящего газа. Охлажденный рециркулируемый поток 239 может быть дополнительно охлажден или обработан иным образом до и/или после его возврата в систему электростанции. В показанном на фигуре варианте осуществления рециркулируемый поток 235 содержит достаточно тепла для нагревания до нужной температуры потока 232 нагретого обедненного СО₂ газа перед его поступлением в вытяжную трубу 207.

Для отделения СО₂ от абсорбента поток обогащенного СО₂ абсорбента 20, 120 или 220 направляют в систему отгонки и/или десорбции, на фигуре не показанную. Обедненный СО₂ абсорбент может быть рециркулирован в секцию абсорбции. Конструкция и компоновка данной системы зависят от выбора абсорбента и разбавителя. Если абсорбент представляет собой аминосоединение, может оказаться возможным использование сбрасываемого тепла источника отходящего газа 1, 101 или 201 для нагревания потока обогащенного СО₂ абсорбента и облегчения десорбции СО₂. Если абсорбент представляет собой соединение, образующее карбонат, поток 20, 120 или 220 обогащенного СО₂ абсорбента может содержать карбонаты в растворенной форме или форме твердых частиц, и десорбционная система должна быть приспособлена к таким разным ситуациям. Процесс десорбции может быть осуществлен в соответствии с известными методиками.

В соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения охлаждение в секции 104 и 204 осуществляют путем прямого охлаждения водой, распыляя воду в потоке отходящего газа. Вода может поступать из природного источника, такого как море, озеро или река, эта вода может быть возвращена в указанный природный источник. Однако в соответствии с другим аспектом изобретения воду охлаждают и рециркулируют в более или менее замкнутой петле (контуре). В соответствии с еще одним аспектом изобретения охлаждение в секции 104 и 204 осуществляют как косвенное охлаждение хладагентом через газонепроницаемый барьер.

В соответствии с настоящим изобретением жидкость может распыляться в различных секциях туннеля. Распыление жидкости и образование капель происходит посредством распылительных сопел, расположенных в различных секциях туннеля. Сопла для распыления жидкости могут быть расположены на любой стороне стенки конструкции или внутри туннелеобразного корпуса (конструкции), эти сопла могут направлять капли в любую сторону. Следовательно, капли могут перемещаться противоточно, прямоточно, ортогонально по отношению к горизонтальному потоку газа или в направлении, представляющем собой любое сочетание перечисленных. На фиг.5 показано эффективное расположение сопел в туннеле, соответствующее одному из аспектов настоящего изобретения. Преимущество такого расположения состоит в том, что воздействию капель подвергается все поперечное сечение туннеля. Здесь поток 341 газа, движущийся горизонтально, поступает в секцию 340, где капли жидкости распыляются и горизонтально через сопла 342 и сверху через сопла 343. Капли жидкости падают вниз сквозь поток газа под действием силы тяжести, собираются и выводятся как поток 345. Сопла подбирают так, чтобы обеспечить размер капель, соответствующий скорости потока газа, с тем чтобы капли некоторое время до осаждения внизу туннеля следовали за потоком газа; благодаря этому поддерживается длительное время пребывания и тем самым обеспечение взаимодействия СО₂ с абсорбентом. Обработанная газовая фаза продолжает двигаться горизонтально как поток 344. Показанная секция в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего изобретения может отражать любую из секций туннеля, предназначенных для охлаждения, абсорбции и очистки. То, какая жидкость вводится через сопла 342 и 343, непосредственно определяется типом секции.

На фиг.6 показана секция абсорбции или подсекция 405. В эту секцию поступает поток охлажденного отходящего газа 413, движущийся горизонтально, он вступает в контакт с абсорбирующей жидкостью в форме капель, распыляемых через сопла 450 и 451. Капли жидкости, содержащей абсорбированный СО₂, собираются в нижней части туннеля в резервуаре 452. Наличие этого резервуара способствует увеличению времени пребывания, что может способствовать более полной абсорбции в зависимости от кинетики реакции (реакций) с выбранным абсорбентом. Увеличения времени пребывания можно достичь, как показано на фигуре, путем оборудования данной секции канала резервуаром или путем выдерживания абсорбирующей жидкости 120 или 220 (на фиг.2 и 4 соответственно) в емкости и/или резервуаре в течение определенного периода времени перед подачей отработанной абсорбирующей жидкости в систему десорбции, расположенную ниже по потоку. В соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения после распыления капель, содержащих абсорбент, газ и капли перемещаются горизонтально и соударяются с заполняющим материалом и/или насадочным материалом 460. Заполняющий материал может представлять собой любой тип заполняющего материала, на котором капли могут образовывать жидкую пленку, в результате чего увеличивается поверхность их контакта с газом и время контакта. Для удаления капель жидкости и предотвращения их поступления с газом в следующую секцию, до того как газ выйдет из данной секции в виде потока 414, его пропускают через каплеотбойник 470. Каплеотбойник 470 собирает капли и направляет жидкость в резервуар 452. После этого газ продолжает горизонтальное движение как поток 414 обедненного СО₂ газа в соединительный канал 480. Конструкция каплеотбойника не ограничена каким-либо определенным типом, к примерам применимых каплеотбойников относятся сетчатый каплеотбойник, заполняющие материалы и т.п.

Система, соответствующая настоящему изобретению, может включать каплеотбойники после каждой из секций охлаждения, абсорбции и очистки или даже внутри этих секций, чтобы свести к минимуму количество жидкости, переносимой газом в следующую секцию.

Геометрия туннеля, соответствующего настоящему изобретению, не ограничена, поперечное сечение туннеля может иметь любую форму, например квадратную, прямоугольную, овальную или круглую. Система, соответствующая настоящему изобретению, с горизонтальной туннелеобразной конструкцией обеспечивает возможность создания установок с большим поперечным сечением, что, в свою очередь, обеспечивает относительно малую скорость газа. Скорость отходящего газа в туннеле может составлять от 1 до 10 м/с, 2-7 м/с, предпочтительно, от 1 до 6 м/с, более предпочтительно, от 2 до 5 м/с. Как показано на фиг.2-4, туннелеобразная конструкция может включать изогнутые элементы или быть криволинейной.

В соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения вдоль туннелеобразной конструкции располагают люки или двери, обеспечивающие доступ к оборудованию для технического обслуживания и перекомпоновки. Благодаря горизонтальному расположению каждая часть туннеля легкодоступна.

В соответствии с еще одним из аспектов настоящего изобретения система может быть приспособлена для поглощения других соединений, таких как оксид серы, путем введения или перекомпоновки секции или части секции с целью обеспечения введения в поток отходящего газа абсорбента оксида серы.

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения вытяжная труба в верхней ее части дополнительно оборудована изогнутой трубой, соединенной с отверстием вытяжной трубы посредством вращающегося контактного устройства. Назначением этой дополнительной трубы является использование эффекта эжектирования, создаваемого ветром доминирующего направления, характерным для климата многих областей, в частности прибрежных областей. Эффект эжектирования добавляется к описанному выше температурному эффекту в вытяжной трубе и тем самым увеличивает тягу. Вращающееся контактное устройство обеспечивает возможность регулирования направления изогнутой трубы в соответствии с направлением ветра.

Номера позиций

1, 101, 201 - источник отходящего газа

102, 202 - горизонтальный канал для отходящего газа

103, 203 - теплообменник

104, 204 - секция горизонтального канала, используемая для охлаждения

105, 205, 405 - секция горизонтального канала, используемая для абсорбции

106, 206 - секция горизонтального канала для промывки водой и/или другой очистки

107, 207 - вытяжная труба для обедненного СО₂ отходящего газа

108 - байпасный клапан

210 - топливо

211 - воздух

12, 112, 212 - горячий отходящий газ

13, 113, 213, 413 - охлажденный отходящий газ

14, 114, 214, 414 - обедненный СО₂ отходящий газ

17 - охладитель

18 - вертикальный абсорбер

19 - секция промывки водой вертикального абсорбера

20, 120, 220 - обогащенный СО₂ абсорбент

21, 121, 221 - обедненный СО₂ промытый отходящий газ

128 - обходной (байпасный) канал

129 - канал, соединяющий с вытяжной трубой

130, 230 - основной поток отходящего газа

131, 231 - байпас не обедненного СО₂ отходящего газа

132, 232 - нагретый обедненный СО₂ отходящий газ

234 - разделитель

235 - поток рециркулируемого отходящего газа

236 - отходящий газ

137 - горячий поток

138 - охлажденный поток

239 - охлажденный рециркулируемый поток

340 - секция канала для взаимодействия между газом и жидкостью

341 - поток газа

342 - горизонтальные прямоточные распылительные сопла для жидкости

343 - вертикальные распылительные сопла для жидкости

344 - поток газа после обработки каплями жидкости

345 - сток жидкости

450 - горизонтальные прямоточные распылительные сопла для абсорбирующей жидкости

451 - вертикальные распылительные сопла для абсорбирующей жидкости

452 - резервуар для сбора жидкости

460 - материал насадки

470 - каплеотбойник

480 - соединительный канал

Описаны система и способ обработки отходящего газа (112), включающей отделение СО₂. Система включает горизонтальный канал с последовательностью секций, включающей секцию охлаждения (104), секцию абсорбции СО₂ (105) и секцию очистки (106). Система дополнительно включает теплообменник (103) для нагревания обедненного СО₂ газа перед его подачей в вытяжную трубу (107) за счет тепла поступающего необработанного газа. Изобретение позволяет отделить и уловить СО₂ из электростанции. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Система для обработки потока отходящего газа и отделения от него СО₂, отличающаяся тем, что упомянутая система соединена с электростанцией и установкой для улавливания СО₂ и включает в себя:
- впуск для содержащего СО₂ отходящего газа в, по существу, горизонтальную туннелеобразную конструкцию, содержащую последовательно секцию абсорбции СО₂ и секцию очистки, и расположенный ниже по потоку выпуск для обедненного СО₂ выпускаемого газа, находящийся в сообщении по текучей среде с впуском для холодного газа в теплообменнике,
- причем теплообменник дополнительно включает впуск для горячего газа, выпуск для газа с пониженной температурой и выпуск для нагретого газа,
- вытяжную трубу с впуском, находящимся в сообщении по текучей среде с указанным выпуском для нагретого газа из указанного теплообменника.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что горизонтальная туннелеобразная конструкция дополнительно содержит секцию охлаждения, расположенную выше по потоку секции абсорбции.

3. Система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что в этой системе имеется петлевидный циркуляционный контур, в котором впуск для горячего газа находится в сообщении по текучей среде с выпуском для отходящего газа из источника отходящего газа, а выпуск для газа с пониженной температурой находится в сообщении по текучей среде с впуском для содержащего СО₂ отходящего газа.

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что эта система дополнительно содержит разделитель, расположенный в потоке отходящего газа выше по потоку теплообменника, и трубопровод рециркуляции отходящего газа, соединенный с электростанцией.

5. Система по п.1, отличающаяся тем, что эта система дополнительно включает клапан для обхода туннелеобразной конструкции.

6. Система по п.1, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, одна из секции охлаждения, секции абсорбции СО₂ и/или секции очистки содержит распылительные сопла для ввода капель жидкости в поток отходящего газа.

7. Система по п.6, отличающаяся тем, что распылительные сопла расположены в верхней части и в поперечном сечении туннеля для направления капель вертикально вниз и прямоточно с потоком газа.

8. Система по п.6 или 7, отличающаяся тем, что секция абсорбции дополнительно содержит насадочный материал.

9. Система по п.6 или 7, отличающаяся тем, что в секции абсорбции СО₂ имеются распылительные сопла для подачи капель жидкости, и что система дополнительно включает резервуар и/или емкость для абсорбирующей текучей среды с целью увеличения времени пребывания.

10. Способ обработки потока отходящего газа и отделения от него СО₂, отличающийся тем, что этот способ, реализуемый с электростанцией и установкой для улавливания СО₂, включает этапы, на которых:
I) подают содержащий СО₂ отходящий газ как, по существу, горизонтальный поток в, по существу, горизонтальную туннелеобразную конструкцию и, при поддержании, по существу, горизонтального течения осуществляют следующие этапы:
Iа) охлаждают указанный поток газа,
Ib) приводят этот поток газа в контакт с абсорбентом СО₂,
Iс) абсорбируют СО₂ из этого потока газа с получением обедненного СО₂ потока газа,
Id) очищают указанный обедненный СО₂ поток газа и, тем самым,
получают холодный обедненный СО₂ отходящий газ,
II) нагревают указанный холодный обедненный CO₂ отходящий газ путем теплообмена с горячим потоком.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что, по меньшей мере, часть указанного горячего потока эквивалентна указанному содержащему СО₂ отходящему газу, который предварительно охлаждают на этапе II) перед подачей в соответствии с этапом I).

12. Способ по п.10, отличающийся тем, что охлаждение на этапе Iа) происходит в результате прямого охлаждения жидкостью.

13. Способ по п.10, отличающийся тем, что очистку на этапе Id) осуществляют путем распыления одной или более жидкостей в форме капель в потоке газа.

14. Способ по п.10, отличающийся тем, что этап Iс) включает распыление капель жидкости, содержащей абсорбент СО₂, в поток газа.

15. Способ по п.14, отличающийся тем, что жидкость собирают в нижней части туннелеобразной конструкции и отводят оттуда для десорбции CO₂, осуществляемой отдельно.

16. Способ по п.15, отличающийся тем, что время пребывания собранной жидкости перед десорбцией из нее СО₂ увеличено.

17. Способ по любому из пп.10-16, отличающийся тем, что контакт между газом и жидкостью улучшается, по меньшей мере, на одном из этапов Iа)-Id) в результате того, что капли увлажняют насадочный материал и образуют на нем поверхность контакта.

18. Способ по любому из пп.10-16, отличающийся тем, что этот способ дополнительно включает разделение потока отходящего газа и рециркулирование его первой части на электростанцию после нагревания холодного обедненного СО₂ отходящего газа за счет теплообмена в соответствии с этапом II) и подачу его второй части в виде горизонтального потока в соответствии с этапом I).