本發明涉及一種設備和一種用于操作設備的方法。本發明特別涉及一種用于分離和處理二氧化碳(co2)以在管道中運輸的設備和方法。

背景技術：

1、眾所周知，需要減少來自發電廠和其他過程運行的二氧化碳(co2)排放量。在此，碳分離被認為是實現將co2排放量降至盡可能低的水平的全球目標的重要因素。

2、國際能源署(iea)預測，為了實現氣候目標，到2050年，分離的co2的量可能會從目前的每年5000萬噸增加到每年76億噸。

3、為了從煙氣等廢氣中分離二氧化碳(co2)，目前唯一可商業化大規模使用的技術是胺系統。胺系統需要大量低壓蒸汽，并因此需要為工藝提供熱量，成本相當高，這使得碳分離對于經營者來說通常在經濟上不具吸引力。

4、另一個方面是，如果附近沒有存儲器或回收設施，二氧化碳(co2)在封存后通常必須長距離運輸。為此，超臨界相的管道運輸通常被認為是一種好方法。為了將二氧化碳(co2)帶入超臨界相，必須將其從接近大氣壓壓縮到超臨界壓力(超過73bar和31℃)，通常在100到200bar之間。

5、在壓縮過程中，會釋放出大量熱量，但由于溫度水平較低，這些熱量目前尚未被利用。

6、根據胺系統的使用方法，存在不同的潛在熱源。有些過程是放熱的，因此廢熱流可用于lp蒸汽處理。但如果不是這種情況，并且沒有替代熱源，則必須安裝燃料或電加熱的鍋爐。通常使用天然氣鍋爐，其消耗大量的天然氣并且還產生額外的二氧化碳(co2)，這些二氧化碳也必須被分離，從而導致更高的對胺系統的能源和投資要求。

7、對于壓縮熱，重要的是合理使用它并盡可能將其與胺裝置所需的nd蒸汽處理相結合。然而，低品質的熱量必須首先轉化為高品質的熱量。一種可能的方法是，在壓縮階段之間使用更少的中間冷卻器，使得二氧化碳(co2)只有在溫度高于可用于nd蒸汽處理的溫度時才被冷卻。然而，二氧化碳(co2)隨后被冷卻回大氣溫度，使得可產生的蒸汽量相對較少，而且熱量僅被部分利用。如果要100％地利用熱量并最大化蒸汽產量，可以使用高溫熱泵。然而，這會帶來明顯更高的投資成本和空間要求。

技術實現思路

1、基于此背景，本發明的目的是以成本優化的方式提供用于提供二氧化碳(co2)的設備和方法。

2、本發明的另一個目的是以盡可能低的成本和空間要求最大化低壓(lp)蒸汽處理的熱回收。

3、該目的通過一種用于提供二氧化碳(co2)的設備來實現，該設備包括分離裝置，其中，分離裝置與由煙氣和二氧化碳(co2)組成的氣體混合物通過流動技術連接，其中，分離裝置構造成分離煙氣中所含的二氧化碳(co2)，其中，在運行中，分離裝置可利用來自蒸汽管線的蒸汽運行，該設備還包括：第一二氧化碳管線，該第一二氧化碳管線與分離裝置通過流動技術連接，并且在運行中，分離裝置中分離出的二氧化碳(co2)從該第一二氧化碳管線流出；預熱器，二氧化碳管線穿過該預熱器，該預熱器構造成使二氧化碳(co2)的溫度升高；以及多級式壓縮機，該壓縮機在入口側與來自預熱器的二氧化碳管線通過流動技術連接，其中，在一個級之后，二氧化碳(co2)的溫度和壓力升高，其中，在該級之后，二氧化碳(co2)通過管線穿過蒸汽發生器，其中，蒸汽發生器構造成使得供給到蒸汽發生器中的水通過與來自壓縮機的經過一個級的二氧化碳(co2)的熱能進行能量交換而產生蒸汽，其中，在蒸汽發生器中冷卻的二氧化碳(co2)返回到壓縮機中的下一級，其中，在蒸汽發生器中產生的蒸汽通過蒸汽管線與分離裝置通過流動技術連接，其中，在最后一級之后從壓縮機流出的二氧化碳(co2)流過預熱器并被加熱并流入出口管線中。

4、所述方法所針對的目的是通過以下步驟解決的：

5、-將由煙氣和二氧化碳(co2)組成的氣體混合物通過流動技術供給到分離裝置中，

6、-在分離裝置中分離二氧化碳(co2)，

7、-將二氧化碳(co2)供應到預熱器，其中，二氧化碳(co2)在預熱器中被加熱，

8、-將在預熱器中加熱的二氧化碳(co2)輸送到多級式壓縮機的第一級中，其中，二氧化碳(co2)的壓力和溫度在第一級中升高，

9、-將經過第一級的加熱后的二氧化碳(co2)輸送到蒸汽發生器中，其中，利用二氧化碳(co2)的熱能以在蒸汽發生器中產生蒸汽，

10、-執行再循環步驟，其中，在再循環步驟中，蒸汽發生器中冷卻的二氧化碳(co2)被供給到壓縮機的下一級，其中，二氧化碳(co2)的溫度和壓力在下一級中升高，

11、-將經過下一級的加熱后的二氧化碳(co2)輸送到蒸汽發生器中，其中，利用二氧化碳(co2)的熱能以在蒸汽發生器中產生蒸汽，

12、-重復再循環步驟直至最后一級，

13、-將在最后一級之后流出的二氧化碳輸送通過預熱器，

14、-將從預熱器流出的二氧化碳輸送到出口管線中，

15、-其中，在蒸汽發生器中產生的蒸汽通過蒸汽管線與分離裝置通過流動技術連接。

16、利用新的解決方案可以使熱量利用率最大化，并產生與熱泵相同量的蒸汽，同時幾乎不需要額外的設施或額外的空間。

17、本發明的一個主要特征是壓縮機，其通常包括六至八個級，以用于從大氣壓到超臨界壓力的壓縮。這意味著，廢熱鍋爐(hrsg)中的壓縮和蒸汽處理的過程實際上會發生多次，具體取決于達到出口壓力所需的最終級數。

18、無論級數是多少，預熱器和所有其他下游部件都僅使用一次。

19、根據本發明，二氧化碳(co2)僅被冷卻到熱量仍可用于廢熱鍋爐中的蒸汽處理的程度。該溫度通常比胺系統所需的最終蒸汽溫度高5-10℃，但這取決于熱交換器的最終結構。然而，這意味著，二氧化碳(co2)在到達下一個壓縮機級之前不會冷卻回大氣溫度。這使得每個壓縮級之后的蒸汽處理使用與傳統運行中相同數量的熱交換器/hrsg。

20、但實際上，該過程只能在壓縮機的第二級甚至第三級之后開始，因為必須首先將二氧化碳(co2)從胺系統之后的大氣出口溫度加熱到可用的溫度水平。為了進一步最大化蒸汽處理，現在可以利用最后一個hrsg之后的二氧化碳(co2)的高溫，以將壓縮機入口處的二氧化碳(co2)預熱到可用的溫度水平，使得整個壓縮機(從入口到出口)都在可處理蒸汽的溫度水平下運行，從而在第一個壓縮機級之后就已經可以開始蒸汽處理。

21、盡管預熱器之后的二氧化碳(co2)已經被部分冷卻，以便預熱入口處的二氧化碳(co2)，但是在預熱器的下游還需要后冷卻器，以便將二氧化碳(co2)再次冷卻到大氣溫度。此外，針對管道注入通常需要對二氧化碳(co2)流進行脫水，這通常在40-50bar的壓力下使用三乙二醇(teg)系統進行，因為這是二氧化碳(co2)脫水最經濟的方法。然而，這意味著，為了脫水必須在40-50bar下將二氧化碳(co2)冷卻到大氣溫度。

22、該問題通過使用基于甘油的脫水系統來解決，該脫水系統雖然有點昂貴且耗能，但是可以在超臨界壓力下對二氧化碳(co2)進行脫水，從而使蒸汽產量最大化。但是，如果出于某種原因不希望這樣做，也可以在40-50bar下使用teg系統對二氧化碳(co2)進行脫水。在這種情況下，需要對預熱器和熱交換器進行適配。

23、根據本發明，不需要額外的設施或機械，并且額外的空間要求也非常有限，而熱泵會使空間要求和投資成本增加大約一倍。因此，該解決方案顯著降低了胺系統的能量需求，從而節省了燃料，包括使用化石燃料時節省的二氧化碳(co2)，因此，在這種情況下，也節省了胺系統的資本支出(capex)，因為需要分離的二氧化碳(co2)更少，同時不需要額外的機械，只需要一些額外的驅動功率。

24、此外，由于除了后冷卻器之外，總是有給水或來自入口的二氧化碳(co2)用于冷卻二氧化碳(co2)，因此壓縮機對冷卻水的需求也顯著減少，這也是一個顯著的優勢，因為在一些地區，冷卻水的供應是一個問題。

25、在從屬權利要求中給出了有利的改進方案。

26、本發明的優點是使二氧化碳(co2)壓縮熱的熱利用和回收最大化，而幾乎不需要額外的機械和空間要求。

27、另一個優點是節省了用于胺系統的nd蒸汽處理的在鍋爐中的燃料。

28、特別的優勢在于顯著節省了二氧化碳(co2)壓縮機的冷卻水。

29、另一個優點在于，當使用化石燃料作為鍋爐的熱源時，實現了潛在的對二氧化碳(co2)的節省。

30、結合以下對實施例的描述，將使本發明的上述特性、特征和優點以及它們實現的方式變得更加清楚和易于理解，這些實施例將結合附圖更詳細地闡述。

31、相同的部件或者具有相同功能的部件在此采用相同的附圖標記來標識。