[發明專利]用于壓縮空氣和生產富二氧化碳流體的集成方法和裝置

有效

• 申請號: 201180060101.2
• 申請日: 2011-11-04
• 公開（公告）號: CN103261632A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發明（設計）人: B·達維迪安;J-P·特拉尼耶
• 申請（專利權）人: 喬治洛德方法研究和開發液化空氣有限公司
• 主分類號: F02C7/143
• 分類號: F02C7/143;C01B31/20;F25J3/06;F28C3/08;F04D29/58
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 管瑩;吳鵬

本發明涉及一種用于壓縮和甚至分離空氣并用于生產富二氧化碳流體的集成方法和集成設備。

富二氧化碳流體包含至少30mol%的二氧化碳、或至少60mol%的二氧化碳、或甚至至少80mol%的二氧化碳、或甚至至少95mol%的二氧化碳。

為了減少人類排放至大氣的CO₂，已開發用于捕捉在給定工藝中產生的CO₂的方法。它們涉及從通過該工藝產生的氣體中提取CO₂，可選地對其進行凈化，并最后通常對其進行壓縮以在管道系統內進行運輸。

就這點而言應指出的是，另一種運輸二氧化碳的途徑是將其液化并裝載到為此用途而設計的船只上。一些CO₂液化循環需要將CO₂壓縮至一定壓力，使得其能夠被冷凝至與環境相近的溫度。該液體隨后被減壓至運輸壓力（通常介于6bar?a和10bar?a之間）。本發明將適用于這種類型的工廠。

還應指出，盡管CO₂捕捉方法之間存在許多不同（二次燃燒，以氨或氨水沖洗；還有燃料的汽化，化學循環過程，黑色金屬冶金工藝，水泥設備，或任何使用空氣的工業方法），但它們基本上都包括壓縮相對純凈的CO₂，并因此適于執行下文描述的本發明。

將CO₂供應給管道系統的壓力一般大于150bar?abs。在現有技術中，CO₂在離心壓縮機中被壓縮至最終壓力（給定在工廠中應用二氧化碳捕捉所涉及的流量）。

本發明的一個方面基于如下事實，即在60bar左右時，CO₂能夠被冷凝至與環境接近的溫度。一旦其處于冷凝形式（密度乘以3至500的因數），則泵送CO₂與將相同量的CO₂壓縮至氣態形式相比消耗少得多的能量。

在下文中，術語“壓縮”是指提高氣體壓力的意思，“泵送”是指將流體的壓力提高到使流體具有超過500kg/m³的密度的意思，該密度是泵能接受的密度下限。

此外，術語“富CO₂流”和“CO₂”將類似地使用。

應說明的是，在給定成分下，氣體在一給定溫度下必須被壓縮以使其冷凝的壓力隨著溫度的上升而提高。類似地，在給定溫度下，冷凝壓力隨著不可冷凝的種類（比CO₂更易揮發的成分，如CO、H₂、O₂、N₂、Ar和NO）的程度而上升。

本發明的一個方面涉及冷卻來自工業過程的富CO₂流體，以便例如冷凝其所包含的部分水，從而減少壓縮二氧化碳所需的能量。本發明的一個可選方面因此涉及通過在已冷凝富CO₂流后使用泵完成壓縮來減少運行費用。

循環用來冷卻富CO₂流體的冷水使得該方法自動運行，而不消耗水。

根據本發明的一個主題，提供了用于壓縮空氣和生產富二氧化碳流體的集成方法，該方法包括以下步驟：

i)使用于空氣壓縮機的空氣與水接觸以產生加濕的、或甚至是水飽和的空氣和經冷卻的水，

ii)在所述壓縮機內壓縮經加濕的空氣以產生壓縮空氣，

iii)在生產富二氧化碳氣體的設備中使用所述壓縮空氣的至少一部分或者通過分離所述壓縮空氣所產生的流體，

iv)在二氧化碳壓縮機中壓縮富二氧化碳氣體，以及

v)使用來自步驟i)中的經冷卻的水的冷量（負大卡，frigories）來冷卻二氧化碳壓縮機上游和/或下游的富二氧化碳氣體。

根據其它可選方面：

-來自所述空氣壓縮機的空氣被冷卻以冷凝存在于空氣中的水，存在于空氣中的水用來加濕用于所述空氣壓縮機的空氣。

-來自所述設備的包含二氧化碳的殘余氣體被冷卻以冷凝其所包含的水；所述水用來冷卻用于所述空氣壓縮機的空氣；并且所述殘余氣體被處理以生產所述富二氧化碳氣體。

-所述富二氧化碳氣體在所述二氧化碳壓縮機下游被冷卻以使之冷凝，所產生的富二氧化碳液體在泵中被加壓。

-富氧流或富氮流或富氬流是通過分離空氣產生的流體。

-所述設備是增氧燃燒設備或黑色金屬生產設備或氣化器。

-在所述設備中使用壓縮空氣。

-所述設備是水泥設備，用于生產金屬的設備、例如黑色金屬設備，或燃氣輪機。