СПОСОБ УДАЛЕНИЯ CO (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2013 года по МПК B01D53/14 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к области технологий для охраны климата и, в частности, к усовершенствованию улавливания углерода на электростанциях на ископаемом топливе при помощи установки, в которой диоксид углерода абсорбируется из дымовых газов электростанции раствором или суспензией на основе аммиака.

Уровень техники

Электростанции на ископаемом топливе могут быть оснащены оборудованием для улавливания диоксида углерода (CO₂) либо при строительстве, либо при модификации. Одна из технологий, которая является перспективной в отношении крупномасштабного внедрения в практику в ближайшем будущем, основана на использовании обогащенных аммиаком растворов и суспензий для поглощения CO₂ из дымовых газов электростанций.

Например, в опубликованной международной патентной заявке №WO 2006/022885 A1 (E. Gal) описан способ, относящийся к типу способов с применением охлажденного аммиака, в котором после обычного очистного оборудования, такого как электростатический осадитель или обессериватель дымовых газов, по ходу технологического потока дымовые газы охлаждают до температуры насыщения, которая намного меньше комнатной, и подвергают мокрой очистке холодной водой с целью удаления остаточных примесей, не удаленных на обычном оборудовании. За этим следует пропускание очищенных дымовых газов через один или более абсорбер CO₂, работающий под давлением, близким к атмосферному, и при низкой температуре в диапазоне от 0°С до 20°С, в котором газообразный CO₂ из дымовых газов вступает в реакцию с насыщенным аммиаком раствором. Благодаря охлаждению дымового газа перед пропусканием через абсорбер CO₂ снижается содержание в нем влаги и его объем, тем самым увеличивается концентрация CO₂, улавливание которого становится более эффективным. Кроме того, при относительно низкой температуре мокрой очистки в абсорбере усиливается массоперенос CO₂ в раствор аммиака, тогда как давление паров аммиака уменьшается, таким образом предотвращается его испарение в поток дымового газа. Обогащенный CO₂ раствор аммиака после абсорбера сжимают и нагревают, чтобы освободить абсорбированный CO₂ в виде потока относительного чистого газообразного CO₂ повышенного давления, содержащего небольшое количество аммиака, который позже извлекают при помощи дополнительной мокрой очистки при пониженной температуре. Теперь раствор аммиака, обедненный CO₂, рециркулируют для последующей абсорбции CO₂. Тем временем поток газообразного CO₂ может быть охлажден и дополнительно сжат для дальнейшего хранения и секвестрации. За более полным описанием данного способа читатель может обратиться к указанной выше патентной публикации.

Конечно, способы улавливания углерода направлены на замедление наступающего изменения климата, вызванного повышением концентраций парниковых газов в атмосфере. Однако большинство специалистов по климату согласны с тем, что некоторое глобальное потепление уже наступило и будет продолжаться в течение, по меньшей мере, нескольких десятилетий. Результаты изменения климата из-за глобального потепления включают возросшую засушливость некоторых регионов мира с сопутствующей нехваткой воды. Кроме того, увеличится потребность в удобрениях для повышения урожайности.

Сущность изобретения

В соответствии с этим настоящим изобретением обеспечивается установка для удаления диоксида углерода из обессеренных содержащих пары воды дымовых газов электростанции на ископаемом топливе с образованием потоков удобрения и воды. Данная установка включает:

(a) первую стадию охлаждения дымового газа, включающую охладитель воды и первый охладитель дымового газа, подсоединенный так, чтобы принимать охлажденную рециркуляционную воду из охладителя воды с целью охлаждения дымовых газов и, тем самым, конденсации содержащейся в них воды;

(b) вторую стадию охлаждения дымового газа, включающую охладитель хладагента, подсоединенный с образованием замкнутого цикла со вторым охладителем дымового газа, в результате чего во второй охладитель дымового газа поступает рециркуляционный хладагент из охладителя хладагента с целью дальнейшего охлаждения дымовых газов и, тем самым, конденсации содержащейся в них воды;

(c) сливное устройство, посредством которого потоки воды, по меньшей мере, равные количеству конденсата, образующегося на первой и второй стадиях охлаждения дымового газа, по отдельности выводятся из установки на дальнейшее использование;

(d) стадию абсорбции диоксида углерода, на которой для абсорбции диоксида углерода из охлажденных обезвоженных дымовых газов используется рециркуляционный обогащенный аммиаком раствор и образуется поток обедненного диоксидом углерода дымового газа, содержащего захваченный аммиак;

(e) стадию регенерации диоксида углерода, на которую поступает содержащий диоксид углерода, обогащенный аммиаком раствор со стадии абсорбции диоксида углерода, и образуется поток диоксида углерода, содержащего захваченный аммиак, в результате нагревания обогащенного аммиаком раствора для выделения из него абсорбированного диоксида углерода, а обедненный диоксидом углерода обогащенный аммиаком раствор снова направляется на стадию абсорбции диоксида углерода;

(f) устройство выведения потока диоксида углерода из установки и подготовки его к длительному хранению;

(g) стадию промывки серной кислотой, на которую поступает поток обедненного диоксидом углерода дымового газа со стадии абсорбции диоксида углерода, из которого в результате реакции аммиака с серной кислотой с образованием концентрированного раствора сульфата аммония удаляется аммиак, и образуется поток чистого обедненного диоксидом углерода дымового газа;

(h) сливное устройство, посредством которого концентрированный раствор сульфата аммония выводится из установки на дальнейшее использование;

(i) устройство для приема чистого дымового газа со стадии промывки серной кислотой и направления его в атмосферу.

Может оказаться необходимым или желательным предусмотреть стадию промывки водой между стадией абсорбции диоксида углерода и стадией промывки серной кислотой с целью первичного извлечения части аммиака из потока обедненного диоксидом углерода дымового газа, при этом извлеченный аммиак рециркулируют, добавляя к насыщенному аммиаком раствору на стадии абсорбции диоксида углерода. Стадия промывки водой также может быть предусмотрена после стадии регенерации диоксида углерода с целью извлечения аммиака из потока диоксида углерода до выведения диоксида углерода из установки на длительное хранение, при этом извлеченный аммиак рециркулируют, добавляя к насыщенному аммиаком раствору на стадии регенерации диоксида углерода.

Предпочтительно, первый охладитель дымового газа представляет собой смешивающий газоохладитель. Является преимуществом, если рециркуляционную воду, которая нагрета в результате контакта с дымовыми газами в первом охладителе дымового газа, пропускают через теплообменник на стадии регенерации диоксида углерода, тем самым нагревая содержащий диоксид углерода обогащенный аммиаком раствор и выделяя из него абсорбированный диоксид углерода. После прохождения стадии регенерации диоксида углерода рециркуляционную воду пропускают через охладитель воды первой стадии охлаждения дымового газа.

В охладителе воды первой стадии охлаждения дымового газа рециркуляционная вода должна охлаждаться таким способом, который не приводит к потере воды в результате испарения. Так, охладитель воды первой стадии охлаждения дымового газа может представлять собой теплообменник, в котором рециркуляционная вода вступает в бесконтактный теплообмен либо с потоком чистого дымового газа, выходящего со стадии промывки серной кислотой до того, как поток чистого дымового газа будет выпущен в атмосферу, либо с природным хладагентом, таким как морская вода или окружающий воздух. Например, охладитель воды может представлять собой сухую градирню, в которой для охлаждения рециркуляционной воды используется поток чистого дымового газа или окружающий воздух. В качестве еще одной альтернативы, охладитель воды первой стадии охлаждения дымового газа может представлять собой абсорбционный холодильник, который получает тепловую энергию от электростанции и предназначен для охлаждения рециркуляционной воды и сброса полученного при этом тепла в окружающую среду.

Осуществление бесконтактного теплообмена рециркуляционной воды с потоком чистого дымового газа до того, как этот поток будет выпущен в атмосферу, является особенно эффективным, так как в этом случае исключается нагревание природных хладагентов, и так как нагревание потока чистого дымового газа после стадии промывки серной кислотой способствует рассеиванию шлейфа выходящих газов.

В то время как первый охладитель дымового газа, предпочтительно, представляет собой смешивающий газоохладитель, второй охладитель дымового газа является формой теплообменника, в котором хладагент не вступает в непосредственный контакт с потоком дымового газа. Таким образом, второй охладитель дымового газа может включать группу теплообменных змеевиков, по которым протекает рециркуляционный хладагент.

Охладитель хладагента второй стадии охлаждения дымового газа может представлять собой холодильник с машинным охлаждением, в котором хладагент представляет собой охлаждающее вещество (такое как аммиак, CO₂ или Freon®), которое испаряется в результате теплообмена с дымовыми газами и конденсируется в результате теплообмена с природным хладагентом, таким как морская вода или окружающий воздух. В качестве альтернативы, охладитель хладагента может представлять собой абсорбционный холодильник, который получает тепловую энергию от электростанции и предназначен для охлаждения рециркуляционной воды или другого хладагента, нагретого дымовыми газами, и сброса полученного при этом тепла в окружающую среду.

Настоящим изобретением также обеспечивается способ удаления диоксида углерода из обессеренных содержащих пары воды дымовых газов электростанции на ископаемом топливе. Данный способ включает следующие этапы:

(a) охлаждение дымовых газов и конденсация содержащейся в них воды на первой стадии охлаждения дымового газа;

(b) дальнейшее охлаждение дымовых газов и конденсация содержащейся в них воды на второй стадии охлаждения дымового газа;

(c) слив воды по отдельности с первой и второй стадий охлаждения дымового газа в виде соответствующих водных потоков, расход которых, по меньшей мере, эквивалентен соответствующему количеству конденсата, образующегося на первой и второй стадиях охлаждения дымового газа;

(d) абсорбция диоксида углерода из охлажденных обезвоженных дымовых газов обогащенным аммиаком раствором с образованием потока обедненного диоксидом углерода дымового газа, содержащего захваченный аммиак;

(e) нагревание обогащенного аммиаком раствора и получение потока высвободившегося диоксида углерода, содержащего захваченный аммиак;

(f) рециркуляция обедненного диоксидом углерода обогащенного аммиаком раствора на повторное использование для абсорбции диоксида углерода;

(g) выведение потока диоксида углерода из процесса и подготовка к длительному хранению;

(h) удаление захваченного аммиака из потока обедненного диоксидом углерода дымового газа путем его промывки серной кислотой с образованием потока чистого обедненного диоксидом углерода дымового газа и, одновременно, концентрированного раствора сульфата аммония в результате реакции аммиака с серной кислотой;

(i) выведение потока концентрированного раствора сульфата аммония со стадии промывки серной кислотой и его направление на дальнейшее использование;

(j) выпуск чистого дымового газа в атмосферу.

Электростанция на ископаемом топливе - это, предпочтительно, газотурбинная электростанция с комбинированным циклом, на которой сжигают газифицированный уголь или нефть.

Другие аспекты настоящего изобретения станут ясны при внимательном прочтении следующего ниже описания и формулы изобретения.

Краткое описание чертежа

Далее примерные варианты осуществления изобретения описаны со ссылкой на прилагаемую фиг.1, на которой представлена технологическая схема, в упрощенной форме иллюстрирующая способ удаления, в числе прочего, диоксида углерода из дымовых газов.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

На электростанции, сжигающей природный газ, образуется поток относительно чистого дымового газа, содержащего только около 2-3% CO₂. С другой стороны, на электростанции, сжигающей такие топлива, как уголь и нефть, образуются дымовые газы, которые содержат (помимо прочего) около 10-15% CO₂. По всему миру, на большей части уже построенных электростанций или тех, которые планируется построить в краткосрочной или среднесрочной перспективе, используется уголь в той или иной форме. Следовательно, следует понимать, что уменьшение количества CO₂ в их выбросах играет очень важную роль в ослаблении влияния на изменение климата.

Хотя обессеривание дымовых газов электростанции не является объектом настоящего изобретения, предполагается, что поток 10 дымового газа нуждается в обессеривании, что и отражено в левой части фиг.1. После прохождения через электростатический осадитель (если нужно, не показан), в котором удаляются любые взвешенные твердые частицы и туман сернистой/серной кислоты, дымовой газ 10 поступает на обессеривание 12. В данном случае принимается, что это процесс мокрой очистки, в ходе которого размолотый известняк (карбонат кальция) 13 смешивают с низкокачественной водой 14 (например, морской водой) с получением распыляемой суспензии известняка, через которую пропускают дымовой газ 10. Происходит реакция, в ходе которой диоксид серы, содержащийся в дымовом газе, преобразуется в сульфит кальция и диоксид углерода. Затем сульфит кальция окисляется до гидратированного сульфата кальция (гипса) 15, который может быть предложен к продаже в качестве строительного материала.

Альтернативным способом обессеривания является процесс Wellman-Lord, возможность использования которого в контексте настоящего изобретения может быть рассмотрена. Во-первых, горячие дымовые газы промывают с целью удаления пепла, хлороводорода, фтороводорода и триоксида серы. После охлаждения в этих газах в абсорбционной колонне распыляют насыщенный раствор сульфита натрия. Сульфит натрия вступает в реакцию с диоксидом серы с образованием концентрированного раствора бисульфита натрия, который направляют на регенерацию в установку для термовакуумного испарения, где в результате обработки паром он разрушается, выделяя рециркулируемый сульфит натрия. Выделившийся диоксид серы преобразуют в элементарную серу, серную кислоту или жидкий диоксид серы. Основным преимуществом данного процесса является то, что он позволяет регенерировать и непрерывно рециркулировать сорбент. Кроме того, при использовании на электростанции, где для выработки электроэнергии используются паровые котлы, эта электростанция может служить источником используемого в данном процессе пара.

Дополнительной альтернативой, возможность использования которой с настоящим изобретением может быть рассмотрена, является удаление серы из угля при сжигании на электростанции. Это может быть выполнено путем использования либо камеры для сжигания псевдоожиженного слоя топлива, либо процесса Integrated Gasification Combined Cycle (комбинированный цикл комплексной газификации). В этом случае в обессеривании дымового газа, показанном на фиг.1, нет необходимости.

В целях описания вариантов осуществления настоящего изобретения со ссылкой на фиг.1 принимается, что дымовой газ 10А, вне зависимости от того, как он был обессерен, образуется на газотурбинной электростанции с комбинированным циклом (GTCC), сжигающей газифицированный уголь или нефть, и, следовательно, содержит, примерно, 10-15% CO₂. Помимо CO₂ и других атмосферных газов обессеренный дымовой газ 10А содержит только остаточные примеси и насыщен водой, то есть содержит примерно 15-18% воды при температуре 40-70°С, обычно, около 55°С. Для очистки от остаточных примесей и охлаждения дымового газа 10А его направляют на первую стадию охлаждения дымового газа, на которой имеется смешивающий газоохладитель (direct contact gas cooler - DCC) 16, в котором для промывки дымового газа в противоточном насадочном резервуаре используют относительно холодную воду 18А с температурой, равной, примерно, комнатной (например, 25°С). Вследствие этого дымовой газ охлаждается до примерно комнатной температуры, а избыток воды конденсируется. Если допустить, что поток 10А дымового газа имеет приемлемую степень чистоты, то вода в DCC 16 (которая циркулирует через регенератор 44 CO₂, что будет пояснено далее) также будет приемлемо чистой. Сконденсировавшуюся воду смешивают с промывной водой 18А и получают поток 18В малозагрязненной воды, который выходит из DCC 16 с температурой около 52°С. Повышение температуры потока 18В происходит в результате комбинированного эффекта от теплоты конденсации и теплопередачи от дымового газа. Отметим, что поток 20 воды, по меньшей мере, эквивалентный количеству воды, образующемуся в результате конденсации пара, содержащегося в дымовом газе 14, показан как сливаемый из основного потока 18В на выходе из DCC 16. После очистки, если она необходима, например, при помощи ионообменной смолы или солнечного опреснителя, вода 20 пригодна для питья или использования для промышленных или сельскохозяйственных нужд.

Специалистам в данной области ясно, что спустя некоторое время работы DCC 16, в ходе которого используемую в нем воду непрерывно рециркулируют, примеси, поступающие из дымового газа 10А, постепенно накапливаются в рециркуляционной воде. Следовательно, необходимо непрерывно или периодически заменять некоторое количество загрязненной рециркуляционной воды на чистую. Подходящим способом для этого является слив из потока 20 некоторого количества воды, которое немного превосходит количество, конденсирующееся из дымового газа 14, и восполнение образующегося дефицита воды путем непрерывного введения соответствующего небольшого потока чистой воды в верхнюю часть DCC 16. Удобно, если эта чистая вода является неиспользованной частью потока 20 после очистки.

Предварительно охлажденный дымовой газ 10В затем направляют на вторую стадию охлаждения дымового газа, на которой имеется охладитель 24 газа, представляющий собой теплообменник радиаторного типа, подобный охладителям на входе воздуха, используемым на газотурбинных двигателях, когда температура окружающего воздуха слишком высока для эффективной работы газовой турбины. В охладителе газа такого типа хладагент 26А, 26В протекает через группу теплообменных змеевиков, и непосредственного контакта хладагента и потока 10В газа не происходит.

В варианте осуществления настоящего изобретения, показанном на фиг.1, холодильник 30 представляет собой холодильник с машинным охлаждением. Он включает, главным образом, компрессор, перекачивающий охлаждающее вещество, такое как Freon®, аммиак или диоксид углерода, по замкнутому циклу между охладителем 24 газа, где хладагент отводит тепло от дымового газа в результате испарения, и устройством 28 для отвода тепла, включающим конденсатор, которые в целом осуществляют функцию теплового насоса. В конденсаторе хладагент конденсируется в результате отвода тепла к природному хладагенту, такому как морская вода или окружающий воздух.

В качестве альтернативы, холодильник 30 может представлять собой промышленный холодильник абсорбционного типа, получающий тепловую энергию от электростанции и предназначенный для охлаждения рециркуляционной воды или другого хладагента 26В, нагретого потоком 10В дымового газа. Аналогично, полученное при этом абсорбционным холодильником от потока 26В нагретого хладагента тепло должно быть сброшено в окружающую среду в позиции 28 при помощи теплообменника, форма которого зависит от типа хладагента, используемого в охладителе 24 газа, и конкретного природного хладагента, которому передается тепло.

Используя указанные выше устройства охлаждения, можно охладить дымовой газ до 5°С в потоке 10С, готовом для подачи в абсорбер 34 CO₂ после ускорения вспомогательным вентилятором 36.

Дымовой газ 10В с температурой около 25°С перед подачей в охладитель 24 газа еще содержит существенное количество водяного пара. Следовательно, необходимо дополнительно уменьшить количество воды в потоке 10В дымового газа до такого низкого уровня, при котором не нарушается водный баланс в системе 34/44 абсорбер/регенератор CO₂. Это достигается в охладителе 24 газа, так как при 5°С большая часть водяного пара, содержащегося в дымовом газе 10В, конденсируется и удаляется в виде потока 32 воды. После небольшой дополнительной обработки или без нее вода 32 пригодна для питья или использования для промышленных или сельскохозяйственных нужд.

Относительно сухие (содержание воды 0,8%), охлажденные дымовые газы 10D, которым сообщена энергия, пропускают через один или более абсорбер 34 CO₂, работающий примерно при атмосферном давлении, где газообразный CO₂ из дымовых газов контактирует с насыщенным аммиаком раствором или суспензией и, следовательно, абсорбируется им. Обедненный CO₂ поток 10Е дымового газа перед выбросом в атмосферу направляют на дальнейшую обработку, описанную ниже. Между тем, обогащенный CO₂ раствор 40А аммиака подают насосом 42 из резервуара абсорбера 34 в устройство 44 регенерации CO₂, где его нагревают для выделения абсорбированного CO₂ в виде газового потока 45 относительно чистого сжатого CO₂, содержащего небольшое количество аммиака. После прохождения устройства 44 регенерации раствор 40В аммиака, обедненного CO₂, рециркулируют в абсорбер 34 CO₂ для повторного использования. Эффективно, но несущественно, если небольшие количества аммиака из потока 45 газообразного CO₂ извлекают путем промывки водой в мокром газоочистителе 46 и рециркулируют в регенератор 44. После этого газообразный поток 47 очищенного CO₂ может быть охлажден и дополнительно сжат перед хранением и секвестрацией (не показано).

Выигрышным свойством описываемой установки для улавливания углерода является то, что, по меньшей мере, часть тепла, необходимого для выделения абсорбированного CO₂ из насыщенного аммиаком раствора в устройстве 44 регенерации, поступает из DCC 16. Как указывалось ранее, поток 18В охлаждающей воды выходит из DCC 16 с температурой около 52°С. После слива воды 20 оставшийся поток воды 18С пропускают через теплообменник 22 устройства 44 регенерации, где, нагревая насыщенный аммиаком раствор, он способствует выделению CO₂. Может оказаться невозможным получать все тепло, необходимое для работы устройства 44 регенерации, из DCC 16, в этом случае в устройстве 44 регенерации нужен дополнительный нагреватель (не показан). После передачи значительной части своего тепла в устройстве регенерации вода имеет температуру около 35°С, и ее рециркулируют в сухую градирню 48 как поток 18D для охлаждения до температуры окружающей среды перед повторным использованием в DCC 16.

В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.1, используют сухую градирню 48, так как в открытых градирнях, которые обычно используются в схемах производства электроэнергии, большое количество воды испаряется в атмосферу. Это нежелательно в ситуациях, когда важно беречь воду, и может противоречить цели настоящего изобретения, которая состоит в использовании дымовых газов электростанции для обеспечения дополнительного количества воды в тех районах, где ее недостает.

Теперь вернемся к траектории движения дымовых газов после выхода из абсорбера 34 CO₂; специалистам в данной области ясно, что поток 10Е дымового газа в абсорбере 34 CO₂ неизбежно загрязняется аммиаком. В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.1, аммиак удаляют при помощи двухстадийного процесса. Сначала поток 10Е дымового газа, содержащий примерно 5000 частей на миллион NH₃, подвергают промывке водой в мокром газоочистителе 48 для удаления значительной части аммиака, который рециркулируют в абсорбер 34. Благодаря этому концентрация аммиака в потоке 10F дымового газа, выходящего из мокрого газоочистителя, уменьшается до примерно 200 частей на миллион. Затем поток 10F дымового газа направляют на промывку серной кислотой в мокрый газоочиститель 50, где концентрация аммиака в потоке 10G дымового газа, выходящего из мокрого газоочистителя 50, уменьшается до примерно 2 частей на миллион. После этой стадии данной установки поток 10G дымового газа очищен достаточно для сброса в атмосферу через дымовую трубу.

Промывка кислотой является самостоятельным процессом, в ходе которого относительно небольшое количество серной кислоты при помощи насоса 52 непрерывно рециркулируют из нижней части мокрого газоочистителя 50 в верхнюю. В этом газоочистителе серная кислота соединяется с аммиаком, содержащимся в дымовых газах, с образованием сульфата аммония по реакции

H₂SO₄+2NH₃=(NH₄)₂SO₄.

Поскольку количество и концентрация серной кислоты, циркулирующей в этом газоочистителе, надлежащим образом регулируется, раствор сульфата аммония в нижней части газоочистителя имеет довольно высокую концентрацию и содержит до 30% или 40% сульфата аммония. Как показано на чертеже, его сливают в виде потока 54, который, после минимальной дополнительной обработки, пригоден для использования в качестве удобрения. Конечно, в ходе промывки кислотой серная кислота постепенно расходуется, поэтому нужно постоянно вводить дополнительное количество кислоты в мокрый газоочиститель 52 по линии 56 подпитки. Потери воды из-за испарения в мокром газоочистителе 52 очень малы, так как дымовой газ 10F, поступающий в газоочиститель, имеет температуру всего около 5°С. Следовательно, температура чистого дымового газа 10G также близка к 5°С, поэтому он содержит очень мало водяных паров, и в мокрый газоочиститель 52 вместе с серной кислотой нужно добавлять очень мало подпиточной воды.

Потери аммиака в данной установке вследствие неэффективности извлечения аммиака и его расходования на образование сульфата аммония, конечно, должны быть компенсированы путем введения (не показано) на стадии 34/44 абсорбции/регенерации CO₂ подпиточного аммиака.

Может быть предусмотрен процесс, в ходе которого аммиак, захваченный дымовыми газами при прохождении через абсорбер, удаляется только при помощи промывки серной кислотой в газоочистителе 50. В этом случае образуется больше раствора сульфата аммония, что требует пропорционально большего количества серной кислоты в газоочистителе 50, поэтому увеличивается потребность в подпитке серной кислотой и аммиаком.

Как уже отмечалось, в градирнях (сухих или открытых) текучая среда может охлаждаться только до температуры окружающего воздуха или немного выше, так как для достижения эффекта охлаждения в них используется атмосферный воздух. Поэтому, в районах с жарким климатом, где температура воздуха может регулярно превышать 35°С, может быть осуществлен теплообмен между потоком воды 18D и морской водой, если она имеется в этом районе, вместо использования градирни.

Другой альтернативой использованию градирни 48 может быть холодильник абсорбционного типа, получающий тепловую энергию от электростанции и предназначенный для охлаждения воды 18D до приемлемой для использования в DCC 16 температуры. В этом случае также необходим сброс тепла в окружающую среду.

Предпочтительной с экологической точки зрения альтернативой использованию природных хладагентов для охлаждения потока воды 18D является использование сухой градирни или другого пригодного устройства теплообмена, где тепло от потока воды 18D с температурой около 35°С передается потоку 10G чистого дымового газа с начальной температурой около 5°С до того, как этот дымовой газ будет выпущен в атмосферу. На фиг.1 это показано направленным налево пунктирным продолжением стрелки 10G. При такой передаче тепла от дымового газа предшествующей стадии данного процесса к потоку чистого дымового газа исключается необходимость отведения тепла природными хладагентами, такими как морская вода, и обеспечивается более быстрое рассеяние выходящего шлейфа чистого дымового газа. Этот шлейф может быть невидимым благодаря низкому содержанию в нем водяных паров.

Специально следует отметить следующие характерные особенности описанного выше способа:

(a) количество и степень чистоты воды, выводимой из процесса, максимально увеличены путем:

- использования электростанции GTCC, сжигающей газифицированный уголь (в противоположность другим типам угля, сжигаемого на других электростанциях), благодаря чему гарантируется, что содержание примесей в потоке 10 дымового газа минимально, поэтому после обессеривания поток 10А дымового газа, поступающий в DCC 16, достаточно чист для того, чтобы облегчить получение слива 20 воды приемлемой степени чистоты;

- исключения свойственного предшествующему уровню техники приема, заключающегося в возвращении избытка воды из DCC 16 в процесс обессеривания 12; вместо этого для обессеривания может быть использована низкокачественная вода, такая как морская вода, тем самым относительно чистая вода может быть выведена в виде потока 20;

- использования для охлаждения потока 18А воды и потока 26А хладагента перед их поступлением в DCC 16 и охладитель газа 24, соответственно, способов с «нулевым испарением» (без потери воды);

(b) благодаря настоящему изобретению максимально увеличено количество полезного продукта - удобрения, производимого в ходе данного процесса. Это достигается благодаря использованию промывки 50 серной кислотой в качестве самостоятельной стадии в конце процесса, то есть единственное, что связывает эту стадию с какой-либо предшествующей стадией или стадиями данного процесса, это прием потока 10F дымового газа с предыдущей стадии процесса, в остальном промывка рециркуляционной кислотой изолирована от предшествующих технологических стадий;

(c) эффективность использования энергии в процессе удаления CO₂ увеличена, а воздействие на окружающую среду уменьшено путем:

- использования тепла DCC 16 в регенераторе CO₂;

- использования охлажденного чистого дымового газа 10G для охлаждения воды перед поступлением воды в DCC 16 и соответствующего нагревания чистого дымового газа для улучшения рассеяния шлейфа выходящих газов.

Настоящее изобретение было описано выше только для примера, в пределах объема изобретения, изложенного в формуле изобретения, возможны модификации. Таким образом, объем изобретения не следует ограничивать каким-либо из описанных выше примерных вариантов его осуществления. Каждое характерное свойство, раскрытое в описании, включая формулу изобретения и чертежи, может быть заменено альтернативным характерным свойством, служащим тем же, эквивалентным или подобным целям, если явно не указано иное.

Если контекст очевидно не указывает на иное, в настоящем описании и формуле изобретения слова «содержит», «содержащий» и т.п.следует рассматривать как включающие, в противоположность исключающему или исчерпывающему смыслу, то есть в смысле «включающий, но этим не ограничивающийся».

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Для удаления диоксида углерода из дымовых газов электростанции на ископаемом топливе используется раствор аммиака. Дымовые газы обессеривают, охлаждают и абсорбируют из них CO₂. Вместе с углекислым газом из дымовых газов улавливается вода, что является преимуществом для использования способа в районах с жарким климатом, и получают удобрение - (NH₂)₂SO₄. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ удаления CO₂ из газа сгорания, включающий этапы, на которых:
(a) охлаждают обогащенный CO₂ поток газа до температуры ниже температуры окружающей среды, причем охлаждение осуществляется во множестве стадий охлаждения;
(b) абсорбируют CO₂ из охлажденного обогащенного CO₂ потока газа, используя обедненный CO₂ раствор аммиака с получением, тем самым, обедненного CO₂ потока газа и обогащенного CO₂ раствора аммиака;
(c) нагревают обогащенный CO₂ раствор аммиака для выделения СO₂ из обогащенного CO₂ раствора аммиака, тем самым обеспечивая обедненный CO₂ раствор аммиака для этапа (b);
(d) причем на, по меньшей мере, одной стадии охлаждения на этапе (а) для охлаждения обогащенного CO₂ потока газа используется обедненный CO₂ поток газа с этапа (b), тем самым нагревают обедненный CO₂ поток газа и улучшают рассеяние обедненного CO₂ потока газа в атмосфере;
причем охлажденная текучая среда используется для охлаждения обогащенного CO₂ потока газа, тем самым текучая среда нагревается, причем охлажденная текучая среда охлаждает обогащенный CO₂ поток газа в сухой градирне.

2. Способ по п.1, в котором обогащенный CO₂ раствор аммиака на этапе (с) нагревается текучей средой; и способ дополнительно включает:
после этапа (c) нагревание обедненного CO₂ потока газа при помощи текучей среды, тем самым дополнительно улучшается рассеяние обедненного CO₂ потока газа в атмосфере и охлаждение текучей среды.

3. Способ по п.1, в котором нагретая текучая среда используется для нагревания обогащенного CO₂ раствора аммиака на этапе (c).

4. Способ по п.1, дополнительно включающий этап, на котором: извлекают первичную часть захваченного аммиака из обедненного CO₂ потока дымового газа путем промывки обедненного CO₂ потока дымового газа на стадии промывки водой;
извлекают другую часть захваченного аммиака из обедненного CO₂ потока дымового газа путем промывки обедненного CO₂ потока дымового газа на стадии промывки кислотой.

5. Способ по п.4, в котором стадия промывки водой предшествует стадии промывки кислотой при извлечении захваченного аммиака из обедненного CO₂ потока дымового газа.

6. Способ по п.4, в котором на стадии промывки кислотой используется серная кислота, тем самым за счет соединения аммиака с серной кислотой обеспечивается концентрированный сульфат аммония.

7. Способ по п.4, в котором этап (b) осуществляется, по меньшей мере, на одной стадии абсорбции, аммиак, извлеченный на стадии промывки водой, подается в абсорбционную колонну, а аммиак, извлеченный на стадии промывки кислотой, выводится из процесса.

8. Способ по п.1, в котором обогащенный CO₂ дымовой газ образуется в газотурбинной электростанции с комбинированным циклом, на которой сжигают газифицированный уголь или нефть, и способ дополнительно включает этап, на котором:
сливают воду с первой и второй стадий охлаждения дымового газа для использования вне данного процесса.

9. Способ по п.8, дополнительно включающий:
обессеривание обогащенного CO₂ дымового газа перед этапом (a), на котором используют морскую воду.

10. Способ по п.9, в котором воду сливают отдельно с первой и второй стадий охлаждения дымового газа для использования для промышленных или сельскохозяйственных нужд.

11. Способ удаления CO₂ из газа сгорания, включающий этапы, на которых:
(a) охлаждают обогащенный CO₂ поток газа до температуры ниже температуры окружающей среды, причем охлаждение осуществляется во множестве стадий охлаждения;
(b) абсорбируют CO₂ из охлажденного обогащенного CO₂ потока газа, используя обедненный CO₂ раствор аммиака с получением, тем самым, обедненного CO₂ потока газа и обогащенного CO₂ раствора аммиака;
(c) нагревают обогащенный CO₂ раствор аммиака для выделения CO₂ из обогащенного CO₂ раствора аммиака, тем самым обеспечивают обедненный CO₂ раствор аммиака для этапа (b);
(d) извлекают первичную часть захваченного аммиака из обедненного CO₂ потока дымового газа путем промывки обедненного CO₂ потока дымового газа на стадии промывки водой; и
(e) извлекают другую часть захваченного аммиака из обедненного CO₂ потока дымового газа путем промывки обедненного CO₂ потока дымового газа на стадии промывки кислотой, причем
стадия промывки водой предшествует стадии промывки кислотой при извлечении захваченного аммиака из обедненного CO₂ потока дымового газа.

12. Способ по п.11, в котором на стадии промывки кислотой используется серная кислота, тем самым в результате соединения аммиака с серной кислотой обеспечивается концентрированный сульфат аммония.

13. Способ по п.11, в котором этап (b) осуществляется, по меньшей мере, на одной стадии абсорбции, аммиак, извлеченный на стадии промывки водой, подается в абсорбционную колонну, а аммиак, извлеченный на стадии промывки кислотой, выводится из процесса.