СПОСОБ ОТДЕЛЕНИЯ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА ИЗ ОТХОДЯЩЕГО ГАЗА ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ, РАБОТАЮЩЕЙ НА ИСКОПАЕМОМ ТОПЛИВЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2015 года по МПК F23J15/00 B01D53/14 

Изобретение относится к устройству для отделения диоксида углерода, предназначенному для функционирования на электростанции, работающей на ископаемом топливе; к электростанции, работающей на ископаемом топливе, с устройством для отделения диоксида углерода; к способу отделения диоксида углерода в ходе функционирования электростанции, работающей на ископаемом топливе, и к применению способа отделения диоксида углерода на электростанции, работающей на ископаемом топливе.

На электростанциях, работающих на ископаемом топливе, при выработке электроэнергии в результате сгорания ископаемого топлива образуется отходящий газ, содержащий диоксид углерода. Указанный отходящий газ, содержащий диоксид углерода, как правило, сбрасывается в атмосферу. С целью достижения уменьшения выброса диоксида углерода на электростанциях, работающих на ископаемом топливе, диоксид углерода можно выделять из отходящего газа.

В общем случае, для отделения диоксида углерода от газовой смеси известны различные способы. В частности, для отделения диоксида углерода от газа, отходящего после процесса сгорания, общепринятым является способ абсорбции-десорбции. В промышленном масштабе описанное отделение диоксида углерода способом абсорбции-десорбции осуществляют при помощи селективного промывающего реагента для диоксида углерода. В данном случае отходящий газ приводят в контакт с селективным растворителем в абсорбционной колонне, при этом диоксид углерода связывается с растворителем. Отходящий газ, который в значительной степени очищен от диоксида углерода, отводят из абсорбционной колонны для дальнейшей обработки или сброса. Растворитель, который насыщен диоксидом углерода, направляют в десорбционную колонну для отделения диоксида углерода и регенерации растворителя. Отделение в десорбционной колонне можно осуществлять термически. В данном случае насыщенный растворитель нагревают, при этом образуется парогазовая смесь, состоящая из газообразного диоксида углерода и испаренного растворителя, - это так называемый отработанный пар. Испаренный растворитель затем отделяют от диоксида углерода. Далее отделенный диоксид углерода можно подвергнуть сжатию и охлаждению в несколько стадий. Диоксид углерода в жидком или замороженном состоянии можно затем подавать в емкость для хранения или для дальнейшего использования. Регенерированный растворитель вновь направляют в абсорбционную колонну, где можно снова абсорбировать диоксид углерода из отходящего газа, содержащего диоксид углерода.

Существенным недостатком абсорбционно-десорбционного способа прежде всего является то, что для десорбции в большинстве случаев необходимо расходовать большое количество энергии. Указанную энергию, как правило, извлекают в виде греющего пара из технологического контура электростанции, что значительно снижает общий коэффициент полезного действия электростанции. С целью снижения необходимого потребления энергии для десорбции в способах предшествующего уровня техники уже описан ряд предложений по усовершенствованию, в которых потребление энергии следует частично оптимизировать посредством улучшенной интеграции абсорбционно-десорбционного процесса в технологический контур электростанции.

Кроме того, большая проблема заключается в том, что описанный абсорбционно-десорбционный процесс прежде всего является очень медленно действующим вследствие необходимого конструктивного размера абсорбционно-десорбционной колонны. К тому же, практически полное выделение диоксида углерода из отходящего газа электростанции можно эффективно начинать только тогда, когда греющий пар в достаточной степени можно сделать доступным с помощью электростанции и десорбционная колонна нагрелась им в достаточной мере. Ранее, до настоящего момента времени было возможно сбрасывать в атмосферу большие количества отходящего газа, насыщенного диоксидом углерода, в неочищенном состоянии.

Электростанцию, например электростанцию комбинированного контура, а также во всевозрастающем количестве паровые электростанции, отключают от сети с увеличивающейся частотой, например каждую ночь или каждые выходные. В связи с отключением электростанции больше не происходит выработки дымового газа, содержащего диоксид углерода. Однако пара или нагревающего пара также больше не имеется в наличии. Если устройство для отделения диоксида углерода отключают вместе с электростанцией, не принимая дополнительных мер, может возникать ряд проблем. Так, растворитель, насыщенный диоксидом углерода, который остается в абсорбционно-десорбционном устройстве, охлаждается, в результате чего пределы растворимости понижаются, и могут иметь место возникновение осадка и осаждение продуктов. В результате осевших частиц или суспендированных частиц, которые содержатся в растворителе, существует повышенный риск блокирования устройства.

Оказывается, что отключение устройства для отделения диоксида углерода, которое интегрировано в контур электростанции, также является сложным. В течение запланированного простоя абсорбционно-десорбционной установки растворитель, который содержится во всем контуре растворителя, необходимо практически полностью десорбировать во избежание риска блокирования. Для этого абсорбционную колонну отключают от потока отходящего газа, а десорбционную колонну дополнительно нагревают. В результате дополнительный диоксид углерода десорбируется посредством десорбционной колонны, и дополнительный диоксид углерода больше не абсорбируется в абсорбционной колонне. После этого в течение сравнительно долгого периода растворитель регенерируют до момента времени, когда станция может быть отключена. До указанного момента устройство для отделения диоксида углерода необходимо снабжать греющим паром с достаточно высоким массовым паросодержанием. Если электростанцию опять нужно запускать, растворитель следует снова нагревать. До момента достижения рабочей температуры проходит сравнительно длительный период времени, в течение которого невозможно отделять диоксид углерода или не достигается экономически целесообразная степень отделения.

Однако практически полная десорбция растворителя для непродолжительного простоя, с одной стороны, является нерентабельной, а, кроме того, связана с длительным периодом времени повторного запуска десорбционной колонны. Следовательно, в случае кратковременного простоя устройство для отделения диоксида углерода предпочтительно поддерживать в режиме ожидания. Однако в режиме ожидания все еще необходимо нагревание растворителя с целью обеспечения быстрого повторного запуска, с одной стороны, а с другой стороны, для предотвращения возможной кристаллизации или осаждения растворителя. Более того, в режиме ожидания также необходимо, чтобы растворитель дополнительно подвергался циркуляции, то есть прокачивался по контуру циркуляции. В результате циркуляции предотвращается появление продуктов увлажнения или испарения, обусловленное удерживанием растворителя в любых углублениях или мертвых зонах, которое также приводит к кристаллизации. Снижение скорости потока в режиме ожидания, несомненно, возможно, но только при условии, что весь контур циркуляции растворителя в каждой точке подвержен циркуляции в достаточной степени.

Следовательно, цель изобретения заключается в предложении устройства для отделения диоксида углерода, предназначенного для функционирования на электростанции, работающей на ископаемом топливе, а также электростанции с устройством для отделения диоксида углерода, работающей на ископаемом топливе, что, с одной стороны, делает возможным осуществление энергетически экономичного режима ожидания, а, с другой стороны, обеспечивает быстрое возвращение в рабочее состояние устройства для отделения диоксида углерода, при этом необходимое потребление энергии в режиме ожидания значительно снижается.

Кроме того, цель изобретения заключается в предложении способа отделения диоксида углерода, предназначенного для технологического процесса электростанции, работающей на ископаемом топливе, а также применения способа отделения диоксида углерода на электростанции, работающей на ископаемом топливе, который, с одной стороны, обусловливает возможность достижения состояния энергетически экономичного режима ожидания, а, с другой стороны, обеспечивает быстрое возвращение к рабочим условиям способа отделения диоксида углерода, при этом необходимое потребление энергии в состоянии режима ожидания значительно снижается.

Цель изобретения, которая касается устройства, достигается посредством признаков, изложенных в пунктах формулы.

Устройство для отделения диоксида углерода согласно изобретению, по существу, содержит узел абсорбции для поглощения дымового газа электростанции, работающей на ископаемом топливе, узел десорбции и теплообменник. Теплообменник имеет первую сторону, посредством которой может поглощаться тепло, и вторую сторону, посредством которой поглощенное тепло может выделяться снова. Теплообменник соединен своей первой стороной с линией обратной связи, которая соединяет узел десорбции с узлом абсорбции. В данном случае теплообменник с первой стороны подачи подключен через линию обратной связи стороны ввода к узлу десорбции, а с первой стороны отвода подключен через линию обратной связи стороны отвода к узлу абсорбции. Своей второй стороной теплообменник соединен с линией подачи, которая соединяет узел абсорбции с узлом десорбции. В данном случае теплообменник со второй стороны подачи соединен через линию подачи стороны ввода с узлом абсорбции, а со второй стороны отвода соединен через линию подачи стороны отвода с узлом десорбции. Согласно изобретению в настоящее время предусматривается первая обводная линия, которая соединяет линию обратной связи стороны ввода с линией подачи стороны отвода, так что образуется, по меньшей мере, практически замкнутый первый контур с узлом десорбции, а также предусматривается вторая обводная линия, которая соединяет линию подачи стороны ввода с линией обратной связи стороны отвода, так что образуется, по меньшей мере, практически замкнутый второй контур с узлом абсорбции.

Сущность изобретения заключается в разделении действующего контура растворителя, который по сути образован посредством узла абсорбции, узла десорбции, теплообменника, линии подачи и линии обратной связи, на два отдельных контура растворителя, то есть на первый контур растворителя с узлом десорбции и второй контур растворителя с узлом абсорбции. Разделение действующего контура растворителя на первый контур растворителя и второй контур растворителя достигается при помощи первой обводной линии и второй обводной линии. В данном случае первая обводная линия и вторая обводная линия выполнены таким образом, что они соединяются через теплообменник.

Что касается теплообменника, то он представляет собой теплообменник с перекрестным потоком, который обычно используют в абсорбционно-десорбционных устройствах данного типа. В теплообменнике горячий регенерированный растворитель направляют противотоком к теплому насыщенному растворителю, при этом тепло от горячего регенерированного растворителя передается теплому насыщенному растворителю. Вследствие протяженной обвязки теплообменника посредством первой обводной линии и второй обводной линии, с одной стороны, достигается тот результат, что при этом формируются первый контур растворителя и второй контур растворителя, причем два контура являются практически замкнутыми, и теплообмен между ними уменьшается в значительной степени.

Это обеспечивает возможность для особенно эффективной работы устройства для отделения в состоянии режима ожидания. Точнее, это способствует особенно тому, чтобы первый контур растворителя и второй контур растворителя функционировали с различными параметрами. В результате каждый под-контур растворителя можно наилучшим образом оптимизировать в соответствии с его минимальными требованиями к режиму ожидания, причем соответствующий другой контур растворителя не оказывает на это влияния. Это делает возможным оптимизированное согласование соответствующего под-контура растворителя с состоянием режима ожидания, так что обеспечивается быстрый возврат к работе устройства для отделения диоксида углерода, и в то же время снижение необходимого потребления энергии в состоянии режима ожидания, поскольку требуется меньше энергии с целью нагревания устройства для отделения.

Следовательно, например, узел десорбции можно дополнительно нагревать с целью быстрого достижения оптимальной температуры десорбции при возвращении в нормальное рабочее состояние, и при этом узел абсорбции не будет нагреваться в той же степени. В то же время в результате разъединения или разделения узла абсорбции и узла десорбции узел абсорбции можно эксплуатировать при более низкой температуре в состоянии режима ожидания.

Кроме того, надлежащим образом предусмотрены соответствующие запорные клапаны и регулирующие клапаны для возможности контролирования и регулирования потока растворителя. Следовательно, в линии обратной связи ниже по ходу потока от разветвления первой обводной линии предусмотрен первый клапан, при помощи которого можно уменьшать или отключать поток растворителя. В результате этого достигается эффект, по меньшей мере, от частичного перепуска растворителя, направляемого через первую обводную линию. Подобно этому на линии подачи ниже по ходу потока от разветвления второго обводного трубопровода предусмотрен второй клапан, при помощи которого можно уменьшать или отключать поток растворителя. В результате этого достигается эффект, по меньшей мере, от частичного перепуска растворителя, направляемого через вторую обводную линию.

Например, поэтому возможно поддерживать первый контур растворителя с узлом десорбции при более высокой температуре, чем второй контур растворителя. К тому же, в результате существования двух контуров растворителя, которые герметично разделены, первый контур растворителя можно поддерживать при давлении, отличном от давления второго контура растворителя.

В качестве альтернативы или дополнительно к этому существует возможность функционирования двух контуров растворителя с различными скоростями (расходами) потоков растворителя, который следует подавать. В соответствующем отдельном контуре растворителя циркуляцию осуществляют в упомянутых, соответствующих минимуму количествах подачи. В результате этого можно устанавливать различные скорости потоков для циркуляции растворителя в соответственных контурах растворителя и, таким образом, оптимизировать соответственный контур растворителя. Это обеспечивает возможность экономии электроэнергии и, следовательно, снижает количество электроэнергии, необходимое для осуществления режима ожидания.

В дополнительном варианте усовершенствования устройства для отделения первый вспомогательный теплообменник включают в первую обводную линию. Указанный первый вспомогательный теплообменник является особенно эффективным, когда в режиме ожидания предусмотрено дополнительное нагревание узла десорбции, но, например, вследствие отключения электростанции греющий пар становится недоступным для прямого функционирования узла десорбции. В данном случае тепловую энергию можно подавать в первый контур растворителя, а, следовательно, в узел десорбции, при помощи вспомогательного теплообменника. Однако первый вспомогательный теплообменник можно также размещать в любой другой возможной точке контура с узлом десорбции.

Дополнительно или в качестве альтернативы, в дополнительном варианте выполнения устройства для отделения второй вспомогательный теплообменник включен во вторую обводную линию. Второй вспомогательный теплообменник можно также эксплуатировать в отсутствие первого вспомогательного теплообменника. В данном случае назначение второго вспомогательного теплообменника аналогично назначению первого вспомогательного теплообменника, и в режиме ожидания он обеспечивает возможность нагревания узла абсорбции. Второй вспомогательный теплообменник также можно размещать в любой другой возможной точке контура с узлом абсорбции.

В конкретном варианте усовершенствования устройства для отделения первый вспомогательный теплообменник первой обводной линии соединен со вторым вспомогательным теплообменником второй обводной линии таким образом, что тепло может передаваться от первого вспомогательного теплообменника ко второму вспомогательному теплообменнику. Это позволяет осуществлять режим ожидания устройства для отделения, в котором, с одной стороны, организованы два отдельных контура растворителя, а с другой стороны, узел десорбции и узел абсорбции дополнительно нагреваются. В данном случае, как и в нормальном рабочем состоянии, тепло в форме греющего пара подают в узел десорбции, а, следовательно, в первый контур растворителя через кубовый кипятильник. Для нагревания узла абсорбции тепло из первого контура растворителя далее подают по линии посредством первого вспомогательного теплообменника сo второй вспомогательный теплообменник, а затем во второй контур растворителя и, следовательно, в узел абсорбции.

В дополнительном предпочтительном варианте усовершенствования устройства для отделения первый клапан включен в первую обводную линию, а второй клапан включен во вторую обводную линию. В случае наличия указанных клапанов они являются регулирующими клапанами или запорными клапанами, при помощи которых можно регулировать скорость потока растворителя соответствующего обводного трубопровода. В режиме ожидания первый клапан и второй клапан, по меньшей мере, частично или полностью открыты, и, следовательно, первый обводной трубопровод и второй обводной трубопровод, по меньшей мере, частично открыты. В нормальном рабочем состоянии первый клапан и второй клапан в основном закрыты, так что первый обводной трубопровод и второй обводной трубопровод в основном перекрыты.

Электростанция, работающая на ископаемом топливе, в которую интегрировано устройство для отделения диоксида углерода, или к которой оно подсоединено ниже по ходу потока, предпочтительно представляет собой паросиловую установку. Паросиловая установка в данном случае содержит котел, работающий на ископаемом топливе, паровую турбину, которая приводится в действие паром котла, генератор, который приводится в движение паровой турбиной посредством вала, и устройство для отделения диоксида углерода, которое подсоединено к котлу со стороны дымового газа ниже по ходу потока.

В качестве альтернативы электростанция, работающая на ископаемом топливе, также может быть объектом ССРР (энергетической установкой комбинированного контура или силовой парогазовой установкой). В данном случае объект ССРР имеет в своем составе газовую турбину, работающую на ископаемом топливе, котел-утилизатор, который подсоединен к каналу тепла отходящих газов газовой турбины, паровую турбину, которая приводится в действие паром котла-утилизатора, по меньшей мере, один генератор, который приводится в движение газовой турбиной и паровой турбиной посредством вала, и устройство для отделения диоксида углерода, которое подключено к газовой турбине со стороны отработанного газа ниже по ходу потока.

Цель изобретения, которая касается способа, достигается посредством признаков, изложенных в пунктах формулы.

Способ отделения диоксида углерода согласно изобретению в условиях технологического процесса электростанции, работающей на ископаемом топливе, по существу. включает в себя процесс абсорбции и процесс десорбции. В способе отделения диоксида углерода различают нормальное рабочее состояние и специальное рабочее состояние, которое отклоняется от нормального рабочего состояния. В специальном рабочем состоянии первый обводной трубопровод открывают таким образом, что регенерированный растворитель из процесса десорбции, по меньшей мере, частично возвращается снова в процессе десорбции. Кроме того, второй обводной трубопровод открывают таким образом, что насыщенный растворитель из процесса абсорбции, по меньшей мере, частично возвращается в процесс абсорбции.

Более того, возможно еще, чтобы часть тепла от регенерированного растворителя процесса десорбции передавалась насыщенному растворителю процесса абсорбции.

В данном случае существенно, что первоначальный контур растворителя, который в нормальном рабочем состоянии сформирован главным образом посредством соединения процесса абсорбции и процесса десорбции, в специальном рабочем состоянии разделяют на два практически изолированных контура растворителя. Указанное разделение достигается при помощи первого обводного трубопровода и второго обводного трубопровода. При помощи первого обводного трубопровода образуется практически замкнутый первый контур растворителя с процессом десорбции, а при помощи второго обводного трубопровода формируется практически замкнутый второй контур растворителя с процессом абсорбции. Вследствие наличия двух контуров растворителя, которые практически изолированы друг от друга, возможно, чтобы теплообмен между двумя контурами растворителя уменьшался в значительной степени. В результате такого усовершенствования первый контур растворителя и второй контур растворителя можно эффективно поддерживать в рабочем состоянии с различными параметрами. Таким образом, например, узел десорбции можно дополнительно нагревать с целью быстрого достижения оптимальной температуры десорбции при возвращении в нормальное рабочее состояние, и при этом узел абсорбции не будет нагреваться в той же степени. В то же время в результате разъединения или разделения узла абсорбции и узла десорбции узел абсорбции можно эксплуатировать при более низкой температуре в состоянии режима ожидания. К тому же, в результате существования двух контуров растворителя, которые герметично разделены, первый контур растворителя можно поддерживать при давлении, отличном от давления второго контура растворителя. В результате указанной меры обеспечивается возможность быстрого перехода станции в состояние режима ожидания, быстрого повторного запуска и, кроме того, станции требуется лишь небольшое количество энергии в состоянии режима ожидания, так как компенсируются только фактические потери тепла растворителя.

Размещение соответствующего растворителя следует особо пояснять терминами «насыщенный растворитель» и «регенерированный растворитель». Регенерированный растворитель размещен в области осуществления процесса десорбции, поскольку растворитель регенерируется в ходе процесса десорбции, а насыщенный растворитель размещен в области осуществления процесса абсорбции, поскольку диоксид углерода поглощается в ходе процесса абсорбции. Однако в специальном рабочем состоянии можно устанавливать режим, в котором насыщенный растворитель имеет ту же концентрацию диоксида углерода, что и регенерированный растворитель.

Основополагающая идея разделения первоначального контура растворителя на два контура растворителя, которые отделены друг от друга, обеспечивает возможность осуществления технологического режима, в котором только часть растворителя используют в двух контурах растворителя, которые изолированы друг от друга. Другую часть растворителя используют в первоначальном контуре растворителя, как и в нормальном рабочем состоянии. Например, это может быть особенно предпочтительно, если в состоянии режима ожидания подачу энергии на процесс абсорбции осуществляют в ходе процесса десорбции, и к тому же процесс абсорбции требует нагрева в меньшей степени. В данном случае часть растворителя направляют из первого контура растворителя во второй контур растворителя.

Оказалось, что предпочтительным является вариант осуществления способа отделения диоксида углерода, в котором от 80% до 98% растворителя после процесса десорбции повторно направляют в процесс десорбции посредством первого обводного трубопровода и, следовательно, формируют первый контур растворителя, а от 2% до 20% подают в процесс абсорбции и, следовательно, как и первоначальный контур растворителя, используют в нормальном рабочем состоянии. В результате этого тепло из процесса десорбции подают в процесс абсорбции. Следовательно, в свою очередь от 80% до 98% растворителя после процесса абсорбции повторно возвращают в процесс абсорбции посредством второго обводного трубопровода, а от 2% до 20% подают в процесс десорбции. Процентное отношение в данном случае относится к циркулирующему объему растворителя. Подачу в процесс абсорбции осуществляют посредством процесса в теплообменнике, расположенном выше по ходу потока.

Оказалось, что соотношение 10% к 90% является особенно предпочтительным. В данном случае 10% растворителя направляют из процесса десорбции в процесс абсорбции, а 90% повторно возвращают в процесс десорбции через обводной трубопровод. Вследствие указанного соотношения, например, при температуре процесса десорбции около 100°С может устанавливаться температура процесса абсорбции около 40°С. В результате более низкой температуры процесса абсорбции в специальном рабочем состоянии сберегают тепловую энергию.

В альтернативном варианте осуществления способа отделения диоксида углерода регенерированный растворитель из процесса десорбции в полном объеме подают через первый обводной трубопровод в процесс десорбции, а насыщенный растворитель из процесса абсорбции полностью повторно возвращают в процесс абсорбции через второй обводной трубопровод. То есть не осуществляют никакого разделения первого контура растворителя и второго контура растворителя на парциальные потоки. Однако предусмотрено, что регенерированный растворитель из первого контура растворителя обменивается теплом с насыщенным растворителем из второго контура растворителя таким образом, что насыщенный растворитель нагревается. Поскольку два контура растворителя отделены друг от друга, в специальном рабочем состоянии процесс десорбции можно затем осуществлять при давлении, отличном от давления процесса абсорбции, в результате чего можно устанавливать оптимизированный режим выполнения соответствующего процесса.

В специальном рабочем состоянии способа отделения диоксида углерода в абсорбере процесса абсорбции предпочтительно устанавливают среднюю температуру от 30°C до 70°C, а в десорбере процесса десорбции предпочтительно устанавливают среднюю температуру от 80°C до 120°C. Оказалось, что в данном случае температура около 40°C в абсорбере и температура около 100°C в десорбере являются особенно предпочтительными.

В качестве растворителя в способе отделения диоксида углерода целесообразно использовать раствор соли аминокислоты.

Кроме того, в усовершенствованном варианте способа отделения диоксида углерода скорость потока насыщенного растворителя в процесс абсорбции и/или регенерированного растворителя в процесс десорбции снижают в специальном рабочем состоянии по сравнению с нормальным рабочим состоянием. Скорость потока определяет количество растворителя, которое подвергается циркуляции в процессе. Поскольку в специальном рабочем состоянии абсорбция не происходит или протекает лишь ограниченная абсорбция диоксида углерода, скорость потока можно уменьшать. Вследствие разделения контуров растворителя можно оптимизировать скорость потока соответственного растворителя в соответствующем контуре растворителя, при этом соответствующий контур другого растворителя не подвергается существенному влиянию. В результате экономят энергию для работы используемых насосов.

Вследствие приостановленной или ограниченной абсорбции диоксида углерода во время специального рабочего состояния целесообразно в сопоставлении с нормальным рабочим состоянием не осуществлять охлаждения растворителя, который подают в процесс абсорбции. В нормальном рабочем состоянии охлаждение выполняют при помощи холодильника обедненного растворителя. В результате охлаждения растворителя до поступления его в процесс абсорбции впоследствии можно достигать более высокой степени насыщения растворителя диоксидом углерода в процессе абсорбции. Однако, поскольку в специальном рабочем состоянии должно абсорбироваться меньше диоксида углерода или вообще не должно его абсорбироваться, можно исключить охлаждение, в результате чего сберегается энергия.

В случае специального рабочего состояния оно представляет собой состояние режима ожидания. Специальное рабочее состояние предпочтительно осуществляют при полном или частичном отключении технологического процесса электростанции, работающей на ископаемом топливе. Специальное рабочее состояние начинают реализовывать, когда в процесс абсорбции поступает только отработанный газ с пониженным содержанием диоксида углерода или отработанный газ, совсем не содержащий диоксида углерода. В связи с этим холодильник дымового газа можно отключать.

Способ отделения диоксида углерода предпочтительно используют на электростанции, работающей на ископаемом топливе.

Примеры вариантов осуществления изобретения поясняются ниже более подробно со ссылкой на прилагаемые схематические чертежи.

На фиг.1 отображен пример осуществления способа отделения диоксида углерода;

на фиг.2 представлен пример выполнения устройства для отделения диоксида углерода.

На фиг.1 показан способ 90 отделения диоксида углерода. Осуществление способа начинается со стадии 100 принятия решения. На стадии 100 принятия решения определяется, следует ли переводить способ 90 отделения диоксида углерода из нормального рабочего состояния 110 в специальное рабочее состояние 120. При установлении специального рабочего состояния 120 выполняют следующие операции:

- открывают первый обводной трубопровод 130;

- открывают второй обводной трубопровод 140.

Последовательность операций, которые следует выполнять, может изменяться. Посредством открывания первого обводного трубопровода 130 регенерированный растворитель из процесса 160 десорбции, по меньшей мере, частично возвращают в процесс 160 десорбции. Посредством открывания второго обводного трубопровода 140 насыщенный растворитель из процесса 150 абсорбции, по меньшей мере, частично возвращают в процесс 150 абсорбции. Дополнительная стадия способа, на которой из регенерированного растворителя процесса 160 десорбции тепло выделяется в насыщенный растворитель процесса 150 абсорбции, не показана. В результате, по меньшей мере, частичное нагревание при осуществлении процесса 150 абсорбции достигается с помощью процесса 160 десорбции. Способ 90 отделения диоксида углерода находится теперь в специальном рабочем состоянии 120.

Следующей после стадии 100 принятия решения является стадия 200 принятия решения, на которой определяется, следует ли снова возвращать способ 90 отделения диоксида углерода из специального рабочего состояния 120 в нормальное рабочее состояние 110. При установлении нормального рабочего состояния 110 выполняют следующие операции:

- закрывают первый обводной трубопровод 230;

- закрывают второй обводной трубопровод 240.

Последовательность операций, которые следует выполнять, может изменяться. Посредством закрывания первого обводного трубопровода 130 регенерированный растворитель из процесса 160 десорбции направляют в процесс 150 абсорбции. Посредством закрывания второго обводного трубопровода 140 насыщенный растворитель из процесса 150 абсорбции направляют в процесс 160 десорбции. Способ 90 отделения диоксида углерода теперь снова находится в нормальном рабочем состоянии 110.

На фиг.2 представлено устройство 1 для отделения диоксида углерода. Электростанция, в которую интегрировано устройство 1 для отделения, не показана.

Устройство 1 для отделения подсоединено к электростанции через проточный канал для дымового газа 3 и посредством линии 20 греющего пара. При помощи проточного канала для дымового газа 3 дымовой газ, содержащий диоксид углерода в нормальном рабочем состоянии, подают в устройство 1 для отделения. По линии 20 греющего пара устройство для отделения снабжают греющим паром в ходе функционирования. Для этого греющий пар подают в кубовый кипятильник 21. Подача греющего пара, например, в боковое нагревательное устройство не показана.

Устройство 1 для отделения, по существу, содержит узел 2 абсорбции, узел 4 десорбции, теплообменник 5, первую обводную линию 10 и вторую обводную линию 11. Теплообменник 5 имеет первую сторону для поглощения тепла и вторую сторону для выделения тепла. Теплообменник с первой стороны подачи соединен через линию 6 обратной связи стороны ввода с узлом 4 десорбции, а со стороны отвода соединен через линию 7 обратной связи стороны отвода с узлом 2 абсорбции. Со второй стороны подачи теплообменник 5 соединен через линию 8 подачи стороны ввода с узлом 2 абсорбции, а со стороны отвода соединен через линию 9 подачи стороны отвода с узлом 4 десорбции. В результате данной схемы размещения с внутренними связями образуется контур растворителя между узлом 2 абсорбции и узлом 4 десорбции через теплообменник 5.

Кроме того, предусмотрена первая обводная линия 10, в которую включены первый клапан 14 и первый вспомогательный теплообменник. Первая обводная линия 10 соединяет линию 6 обратной связи стороны ввода с линией 9 подачи стороны отвода. С помощью первой обводной линии 10 формируется, по меньшей мере, практически замкнутый первый контур с узлом десорбции. Кроме того, предусмотрена вторая обводная линия 11, в которую включены второй клапан 15 и второй вспомогательный теплообменник 13. Вторая обводная линия 11 соединяет линию 8 подачи стороны ввода с линией 7 обратной связи стороны отвода. С помощью второй обводной линии 11 формируется, по меньшей мере, практически замкнутый второй контур с узлом абсорбции.

Соединительная линия, которая соединяет первый вспомогательный теплообменник 12 со вторым вспомогательным теплообменником 13, не показана. Посредством такой соединительной линии тепло может передаваться от первого вспомогательного теплообменника 12 ко второму вспомогательному теплообменнику 13.

Первый насос 17 включен в линию 6 обратной связи стороны ввода, а второй насос 16 включен в линию 8 подачи стороны ввода. Скорости потоков, с которыми растворитель подвергают циркуляции в первом контуре и во втором контуре, в каждом случае можно регулировать при помощи первого насоса 17 и второго насоса 16. Различные дополнительные элементы обвязки, такие как дополнительные клапаны или приборы контроля, которые могут быть включены в линию подачи или линию обратной связи, не показаны.

Холодильник 18 включен в линию 7 обратной связи стороны отвода. В состоянии режима ожидания пропускную способность холодильника 18 можно уменьшать или отключать его.

Вследствие наличия двух контуров, которые практически отделены друг от друга, становится возможным, что теплообмен между двумя контурами в значительной степени уменьшается. В результате указанной меры первый контур и второй контур можно эффективно поддерживать в рабочем состоянии с различными параметрами. Это делает возможным оптимизированное согласование соответствующих контуров с состоянием режима ожидания, с одной стороны, таким образом, что обеспечивается быстрый возврат к работе устройства 1 для отделения, и в то же время создается возможность для снижения необходимого потребления энергии в состоянии режима ожидания, поскольку требуется меньше энергии на нагревание устройства 1 для отделения, а также для циркулирования растворителя.

Изобретение относится к устройству для отделения диоксида углерода. В данном случае устройство для отделения, по существу, содержит узел абсорбции для поглощения дымового газа электростанции, работающей на ископаемом топливе, узел десорбции и теплообменник. Теплообменник с первой стороны подачи соединен через линию обратной связи стороны ввода с узлом десорбции, а со стороны отвода соединен через линию обратной связи стороны отвода с узлом абсорбции. Со второй стороны подачи теплообменник соединен через линию подачи стороны ввода с узлом абсорбции, а со стороны отвода соединен через линию подачи стороны отвода с узлом десорбции. Кроме того, предусмотрена первая обводная линия, посредством которой линия обратной связи стороны ввода соединена с линией подачи стороны отвода, таким образом, что формируется, по меньшей мере, практически замкнутый первый контур с узлом десорбции, и, кроме того, предусмотрена вторая обводная линия, посредством которой линия подачи стороны ввода соединена с линией обратной связи стороны отвода таким образом, что формируется, по меньшей мере, практически замкнутый второй контур с узлом абсорбции. 5 н. и 21 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство (1) для отделения диоксида углерода, содержащее узел (2) абсорбции для поглощения дымового газа электростанции, работающей на ископаемом топливе, узел (4) десорбции и теплообменник (5), который с первой стороны подачи соединен через линию (6) обратной связи стороны ввода с узлом (4) десорбции и со стороны отвода соединен через линию (7) обратной связи стороны отвода с узлом (2) абсорбции, а со второй стороны подачи соединен через линию (8) подачи стороны ввода с узлом (2) абсорбции и со стороны отвода соединен через линию (9) подачи стороны отвода с узлом (4) десорбции, отличающееся тем, что предусмотрена первая обводная линия (10), которая соединяет линию (6) обратной связи стороны ввода с линией (9) подачи стороны отвода, так что образуется по меньшей мере замкнутый первый контур с узлом (4) десорбции, и тем, что предусмотрена вторая обводная линия (11), которая соединяет линию (8) подачи стороны ввода с линией (7) обратной связи стороны отвода таким образом, что образуется по меньшей мере замкнутый второй контур с узлом (2) абсорбции.

2. Устройство (1) для отделения по п. 1, отличающееся тем, что первый вспомогательный теплообменник (12) включен в первую обводную линию (10).

3. Устройство (1) для отделения по п. 1 или 2, отличающееся тем, что второй вспомогательный теплообменник (13) включен во вторую обводную линию (11).

4. Устройство (1) для отделения по п. 3, отличающееся тем, что первый вспомогательный теплообменник (12) первой обводной линии (10) соединен со вторым вспомогательным теплообменником (13) второй обводной линии (11) таким образом, что тепло может передаваться от первого вспомогательного теплообменника (12) ко второму вспомогательному теплообменнику (13).

5. Устройство (1) для отделения по любому из пп. 1, 2, 4, отличающееся тем, что первый клапан (14) включен в первую обводную линию (10) и тем, что второй клапан (15) включен во вторую обводную линию (11).

6. Устройство (1) для отделения по п. 3, отличающееся тем, что первый клапан (14) включен в первую обводную линию (10) и тем, что второй клапан (15) включен во вторую обводную линию (11).

7. Электростанция, работающая на ископаемом топливе, выполненная как паросиловая установка, содержащая котел, работающий на ископаемом топливе, паровую турбину, которая приводится в действие паром котла, генератор, который приводится в движение паровой турбиной посредством вала, и устройство (1) для отделения диоксида углерода по любому из пп. 1-6, которое подключено к котлу со стороны дымового газа ниже по ходу потока.

8. Электростанция, работающая на ископаемом топливе, выполненная как парогазовая силовая установка, содержащая газовую турбину, работающую на ископаемом топливе, котел-утилизатор, который подключен к каналу тепла отходящих газов газовой турбины, паровую турбину, которая приводится в действие паром котла-утилизатора, по меньшей мере, один генератор, который приводится в движение газовой турбиной и паровой турбиной посредством вала, и устройство (1) для отделения диоксида углерода по любому из пп. 1-6, которое подключено к газовой турбине со стороны отработанного газа ниже по ходу потока.

9. Способ (90) отделения диоксида углерода в условиях технологического процесса электростанции, работающей на ископаемом топливе, включающий в себя процесс (150) абсорбции и процесс (160) десорбции, при этом:
- первый обводной трубопровод (130) открывают таким образом, что регенерированный растворитель из процесса (160) десорбции по меньшей мере частично возвращают в процесс (160) десорбции,
- второй обводной трубопровод (140) открывают таким образом, что насыщенный растворитель из процесса (150) абсорбции по меньшей мере частично возвращают в процесс (150) абсорбции,
при этом тепло передается от регенерированного растворителя процесса (160) десорбции насыщенному растворителю процесса (150) абсорбции.

10. Способ (90) отделения диоксида углерода по п. 9, в котором от 80% до 98% регенерированного растворителя из процесса (160) десорбции возвращают в процесс (160) десорбции через первый обводной трубопровод (130), а от 2% до 20% подают в процесс (150) абсорбции таким образом, что тепло подводится в процесс (150) абсорбции, и в котором от 80% до 98% насыщенного растворителя из процесса (150) абсорбции возвращают в процесс (150) абсорбции через второй обводной трубопровод (140), а от 2% до 20% подают в процесс (160) десорбции.

11. Способ (90) отделения диоксида углерода по п. 9, в котором регенерированный растворитель из процесса (160) десорбции полностью возвращают в процесс (160) десорбции через первый обводной трубопровод (130), а насыщенный растворитель из процесса (150) абсорбции полностью возвращают в процесс (150) абсорбции через второй обводной трубопровод (140), и в котором регенерированный растворитель обменивается теплом с насыщенным растворителем таким образом, что насыщенный растворитель нагревается.

12. Способ (90) отделения диоксида углерода по любому из пп. 9-11, в котором в абсорбере процесса (150) абсорбции устанавливается средняя температура (Т₁₀) от 30°C до 70°C, а в десорбере процесса (160) десорбции устанавливается средняя температура (Т₂₀) от 80°C до 120°C.

13. Способ (90) отделения диоксида углерода по любому из пп. 9-11, в котором в качестве растворителя используют раствор соли аминокислоты.

14. Способ (90) отделения диоксида углерода по п. 12, в котором в качестве растворителя используют раствор соли аминокислоты.

15. Способ (90) отделения диоксида углерода по любому из пп. 9-11, в котором скорость потока (М) насыщенного растворителя в процессе (150) абсорбции и/или регенерированного растворителя в процесс (160) десорбции дополнительно снижают.

16. Способ (90) отделения диоксида углерода по п. 12, в котором скорость потока (М) насыщенного растворителя в процессе (150) абсорбции и/или регенерированного растворителя в процесс (160) десорбции дополнительно снижают.

17. Способ (90) отделения диоксида углерода по п. 13, в котором скорость потока (М) насыщенного растворителя в процессе (150) абсорбции и/или регенерированного растворителя в процесс (160) десорбции дополнительно снижают.

18. Способ (90) отделения диоксида углерода по любому из пп. 9-11, 14, 16, 17, в котором не осуществляют охлаждения растворителя, который подают в процесс (150) абсорбции.

19. Способ (90) отделения диоксида углерода по п. 12, в котором не осуществляют охлаждения растворителя, который подают в процесс (150) абсорбции.

20. Способ (90) отделения диоксида углерода по п. 13, в котором не осуществляют охлаждения растворителя, который подают в процесс (150) абсорбции.

21. Способ (90) отделения диоксида углерода по п. 15, в котором не осуществляют охлаждения растворителя, который подают в процесс (150) абсорбции.

22. Способ (90) отделения диоксида углерода по любому из пп. 9-11, 14, 16, 17, 19-21, который осуществляют, когда технологический процесс электростанции, работающей на ископаемом топливе, полностью или частично отключают.

23. Способ (90) отделения диоксида углерода по п. 12, который осуществляют, когда технологический процесс электростанции, работающей на ископаемом топливе, полностью или частично отключают.

24. Способ (90) отделения диоксида углерода по п. 13, который осуществляют, когда технологический процесс электростанции, работающей на ископаемом топливе, полностью или частично отключают.

25. Способ (90) отделения диоксида углерода по п. 15, который осуществляют, когда технологический процесс электростанции, работающей на ископаемом топливе, полностью или частично отключают.

26. Способ (90) отделения диоксида углерода по п. 18, который осуществляют, когда технологический процесс электростанции, работающей на ископаемом топливе, полностью или частично отключают.