NO20110359A1 - Kombinert syklus kraftverk med CO2 fangst - Google Patents

Description

Beskrivelse

Teknisk felt

[0001 ] Foreliggende oppfinnelse angår feltet CO2 fangst fra C02-inneholdende gasser, slik som eksosgass fra forbrenning av karbonholdige brensler. Mer spesifikt angår oppfinnelsen forbedringer ved et gassfyrt kombinert syklus kraftanlegg som omfatter CO2fangst, som har en høyere elektrisk

effektivitet enn tidligere foreslåtte løsninger.

Bakgrunnsteknikk

[0002] Frigivingen av CO2fra forbrenning av karbonholdig brensel og mer spesifikt fossil brensel, er av stor bekymring på grunn av drivhuseffekten i atmosfæren. En tilnærming er å oppnå en reduksjon av CO2emisjon til atmosfæren er C02-fangst fra forbrenningsgasser og sikker deponering av innfanget CO2. Det siste tiåret eller så er det foreslått et stort antall løsninger for C02-fangst.

[0003] Teknologiene foreslått for C02-fangst kan bli kategorisert i tre hovedgrupper: 1. CO2absorpsjon - hvor eksosgass blir reversibelt absorbert fra eksosgassen for å gi en CO2uttømt eksosgass og hvor absorbenten blir regenerert for å gi CO2som blir behandlet videre og deponert. 2. Brenselomdanning - hvor hydrokarbonbrensel blir konvertert (reformer) for å gi hydrogen og CO2. CO2blir separert fra hydrogenet og deponert sikkert, mens hydrogen blir benyttet som brensel. 3. "Oxyfuel" - hvor karbonholdig brensel blir forbrent i nærvær av oksygen som har blitt separert fra luft. Det å erstatte luft med oksygen gir en eksosgass som hovedsaklig omfatter CO2og damp som kan bli separert ved kjøling og flashing.

[0004] mmmmmm, beskriver et anlegg hvor karbonholdig brensel blir forbrent under forhøyet trykk, hvor forbrenningsgassene blir avkjølt på innsiden av forbrenningskammeret ved generering av damp i damprør i forbrenningskammeret, og hvor CO2blir separert fra forbrenningsgassen og deretter ekspandert over en gassturbin.

[0005]j^gm^<gg>^mmmm beskriver etkullfyrt trykksatt trykksatt virvelsjjikt forbrenningsanlegg som omfatter forbedringer ved injeksjon av brensel og forbehandling av eksosgassen.

[0006] Forbrenning av det karbonholdige brenselet under forhøyet trykk og kjøling av den trykksatte forbrenningsgassen fra forbrenningskammeret reduserer volum til eksosgassen i forhold til tilsvarende mengde eksosgass under atmosfærisk trykk. Videre gjør det forhøyede trykket og kjølingen av forbrenningsprosessen en hovedsakelig støkiometrisk forbrenning mulig. En hovedsakelig støkiometrisk forbrenning som gir et restinnhold av oksygen på < 5 volum% slik som <4 volum% eller <3 volum%, reduserer massestrømmen av luft som er nødvendig for den angitte kraftproduksjonen. Det forhøyede trykket i kombinasjon med den reduserte massestrømmen resulterer i en betydelig reduksjon av totalvolumet av eksosgassen som skal behandles. Videre resulterer dette i betydelig økning i konsentrasjonen og partialtrykket av CO2i forbrenningsgassen, noe som forenkler utstyret og reduserer energibehovet for innfanging av CO2. Videre gir et lavt rest oksygeninnhold mindre oksygen i CO2produktet, noe som er viktig for anvendelser for CO2slik som øket oljeutvinning fra oljebrønner.

[0007] WO 99/48709 A, (Norsk Hydro AS), 24.08.2000, angår et kraftanlegg som omfatter et hovedkraftsystem og et sekundært kraftsystem. Hovedkraftsystement er et kombinert syklus kraftanlegg som omfatter en gassturbin og gassturbin, hvor dampen blir generert ved avkjøling av eksosgassen som forlater gassturbinen. Den avkjølte og ekspanderte eksosgassen blir så introdusert i det sekundære kraftanlegget hvor eksosgassen blir komprimert og igjen avkjølt før den komprimerte eksosgassen blir introdusert inn i et aminbasert C02-fangstanlegg hvor eksosgassen blir separert i en C02-strøm som blir eksportert fra anlegget, og en C02-uttømt strøm som blir re-oppvarmet før gassen blir ekspandert over en turbin for generering av elektrisk kraft før den ekspanderte CO2-uttømpte gassen blir frigitt til omgivelsene. Rekomprimering av eksosgassen etter at den har forlatt kombinert syklus kraftanlegget, fører til at volumet av eksosgassen som skal behandles blir betydelig redusert. I tillegg blir partialtrykket av CO2i eksosgassen øket, noe som øker effektiviteten til C02-fangsten i absorpsjonsenheten i C02-fangstanlegget.

[0008] C02-fangstprosessen er en energikonsumerende prosess som betydelig reduserer totaleffektiviteten til kraftanlegget. Betydelig innsats har blitt gjort for å redusere energi-, eller varmetapet, forårsaket av CO2-innfangingsprosessen, da energitapet er av stor økonomisk interesse. Dette energitapet er et viktig hinder for implementering av C02-fangst, og en reduksjon av energitapet er derfor viktig for å gjøre C02-fangst

økonomisk mulig.

Oppsummering av oppfinnelsen

[0009] Ifølge et første aspekt angår foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for produksjon av elektrisk kraft og fangst av CO2, hvor brensel i gassform og en oksygeninneholdende gass blir introdusert inn i en gassturbin for å fremstille elektrisk kraft og en eksosgass, hvor eksosgassen er trukket ut fra gassturbinen blir avkjølt ved fremstilling av damp i en kjel, og hvor avkjølt eksosgass blir introdusert inn i et anlegg for C02-fangst for innfanging av CO2fra den avkjølte gassen som forlater gassturbinen har et trykk på 4 til 15 bara, at eksosgassen blir ekspandert til atmosfærisk trykk etter å ha forlatt anlegget for C02-fangst. Ved delvis ekspandering av eksosgassen i gassturbinen til et trykk på 4 til 15 bara, blir volumet av eksosgassen høyere og trykket er høyere enn et anlegg som opererer ved hovedsakelig atmosfærisk trykk. Det lavere volum og det høyere trykket gir flere fordeler. Det reduserte volum til gassen reduserer størrelsesbehovet for utstyret for fangstutstyr. Det reduserte volum til gassen øker partialtrykket til CO2og øker effektiviteten og hastigheten til absorpsjonsprosessen og således C02-fangsten. Det høyere trykket gjør det også mulig på en effektiv mate å benytte varm kaliumkarbonatbaserte absorbenter. Varme kaliumkarbonatabsorbenter er miljøvennlige / - akseptable i motsetning til forskjellige amin- og ammoniumkarbonatabsorbenter som blir benyttet / er foreslått for anlegg for karbonfangst.

[0010] Det for tiden foretrukne trykket for eksosgassen som forlater gassturbinen er 6 til 12 bara. Trykket er et kompromiss mellom det foretrukne trykket for karbonfangst og den nødvendige ekspansjonen i gassturbinen for å gi kraft til gassturbinens kompressor og en temperatur til den ekspanderte gassen som kan bli videre nedkjølt i kjelen.

[0011] Ifølge en utførelsesform, blir NOx i eksosgassen fjernet eller betydelig redusert etter at eksosgassen forlater kjelen, og før introduksjon inn i en absorber i CO2fangsanlegget. Introduksjon av en enhet for NOx fjerning/ reduksjon reduserer både utslippet av NOx fra kraftanlegget, og unngår problemene med NOx i karbonfangstdelen av anlegget.

[0012] Ifølge en annen utførelsesform, blir eksosgassen som forlater kjelen ytterligere avkjølt ved varmeveksling mot C02-arm eksosgass som forlater absorberen, og hvor den C02-arme eksosgassen deretter blir ekspandert over en turbin. Varmevekslingen av eksosgassen som skal introduseres i absorberen mot den C02-arme eksosgassen som forlater absorberen reduserer temperaturen til gassen som blir introdusert inn i absorberen, noe som eren fordel for absorpsjonen i stripperen. Videre, tilfører oppvarming av eksosgassen som skal ekspanderes over turbinen for ekspansjon av arm eksosgass, energi til gassen som skal ekspanderes og således energiutbyttet fra turbinen.

[0013] Ifølge et andre aspekt angår foreliggende oppfinnelse et kombinert syklus kraftanlegg med C02-fangst, omfattende en gassturbin, en kjele for kjøling av eksosgassen som forlater gassturbinen ved generering av damp i varmerør, en dampturbin-syklus for å produsere elektrisk kraft fra dampen generert i boileren, og et C02-fangstanlegg omfattende en absorber tipasset for å bringe en vandig absorbent i motstrøms strømning mot eksosgassen for å gi en C02-arm eksosgass, og en C02-rik absorbent, en arm eksoslinje for uttak av arm eksosgass fra absorberen, en rik absorbentlinje for uttak av rik absorbent fra absorberen og introduksjon av den rike absorbenten inn i en stripper for regenerering av absorbenten, en C02-uttakslinje for uttak av en C02-rik strøm fra stipperen, og en arm absorbentlinje for uttak av regenerert, eller arm, absorbent fra stripperen og introdusering av den arme absorbenten inn i absorberen, hvori gassturbinen er konfigurert for partiell ekspansjon av eksosgassen til et trykk op 4 til 15 bara, og hvori en turbin for ekspansjon av eksosgassen til atmosfærisk trykk er anordnet nedstrøms for absorberen for ekspandering av eksosgassen etter innfanging av CO2.

Kort beskrivelse av figurene

[0014]

Fig. 1 er en prinsippskisse av en første utførelsesform av et gassfyrt kraftanlegg ifølge foreliggende oppfinnelse.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

[0015] Figur 1 er en presentasjon som illustrerer basiskonseptet ved foreliggende oppfinnelse. Det illustrerte anlegget omfatter tre hoveddeler, en gassturbin 1, en dampturbin 2 og et co2 fangstanlegg 3.

[0016] Luft blir introdusert via en luftlinje 10 inn i en kompressor 11,11' med en mellomkjøler 100 mellom trinnene. Kompressoren kan også bli drevet uten mellomkjøler 100. Komprimert luft blir ledet via en linje 12 og blandet med gass, slik som naturgass, som blir introdusert inn i en brensellinje 14 inn i etforbrenningskammer 13 hvor gassen blir forbrent under forhøyet trykk. Typisk er trykket i forbrenningskammeret i området over 20 bar absolutt, heretter forkortet bara. Høyt trykk opp til over 40 bara er foretrukket. Forbrenningsgassen blir trukket gjennom en komprimert eksoslinje 15 og blir introdusert inn i en turbin 16, hvor gassen blir delvis ekspandert fra trykket i forbrenningskammeret til et trykk på 4 til 15 bara, slik som typisk fra 6 til 12 bara.

[0017] Ekspansjon av eksosgass reduserer temperatur til eksosgassen og graden av ekspansjon er et kompromiss mellom nødvendigheten til å drive kompressoren 11, 11' og det å redusere temperaturen til eksosgassen tilstrekkelig for utstyret nedstrøms, og det foretrukne trykket i CO2fangstenheten. Ekspandering av trykket fra typisk 42 bara ved 1250 °C til 8,4 bara gir en utløpstemperatur på omkring 830 °C som er passende for videre ekstern kjøling ved produksjon av damp. I motsetning vill ekspansjon fra turbin med lavere trykk som opererer ved typisk 26 bara, gi en mye høyere utløpstemperatur. Som et eksempel vil ekspansjon fra typisk 26 bara og 1250<0>til 8,4 bara redusere temperatur til eksosgassen til omkring 940 °C, noe som i stor grad vil komplisere den videre kjølingen ved produksjon av damp i et eksternt utstyr.

[0018] Turbinen 16 er forbundet til en generator 17 via en aksling 18, for generering av elektrisk kraft. For effektiv C02-fangst må trykket ved utløpet av turbin være så høyt som mulig. Dette blir oppnådd når kraften fra turbin 16 er akkurat tilstrekkelig for å drive kompressoren 11.1 dette tilfellet kan generatoren 17 bli fjernet. Akslingen 18 er illustrert som en felles aksling for kompressoren 11, turbin 16 og generatoren 17, men fagpersonen vil forstå at spesielle design som ikke er vist i figurene, slik som to akslinger, kan være foretrukket for å redusere problemer forårsaket av ubalanse i akslingen på grunn av forskjellig strøm i kompressoren og turbin. De fleste kommersielt tilgjengelige gassturbiner vil ikke være i stand til å håndtere en slik ubalanse på akslingen. Oppfinnerne har identifisert minst en spesifikk gassturbin som har de nødvendige egenskapene og som kan håndtere slik ubalanse, nemlig LMS100 fra GE Power Systems, Houston, USA.

[0019] Eksosgassen blir trukket ut fra gassturbinen 16 i en ekspandert eksoslinje 19 og introdusert til kjelen 20 hvor eksosgassen blir kjølt ved generering

av damp i damprør 21 på innsiden av trykkbeholderen til kjelen 20. Eksoslinje 19 kan være et dobbelt rør hvor det ytre røret er isolert og holdt ved en relativt lav temperatur, slik som 300 til 400 °C, og det indre røret blir brukt for den varme eksosgassen. Kjelen 20 kan bestå av en trykkbeholder som blir holdt ved relativt lav, slik dom 300 til 400 C for strukturell integritet, og en indre beholder hvor den varme gassen blir brakt i kontakt med varmerørene 21. Den lave temperatur til det ytre skillet kan bli oppnådd ved å strømme luft eller kald gass mellom trykkskallet og den indre beholderen, og/eller ved kjøling av beholderen til de indre varmerørene med vann.

[0020] Damp blir tatt ut fra kjelen 20 gjennom damplinje 22 og blir introdusert inn i en dampturbin 23. Dampturbinen 23 blir forbundet til en andre generator

24 for generering av elektrisk kraft.

[0021 ] Ekspandert damp blir trukket ut fra dampgeneratoren 23 via en ekspandert damplinje 25 og avkjølt i en kjøler 26 for å sikre at dampen blir kondensert.

En sirkulasjonspumpe 27 er anordnet for å pumpe den kondenserte dampen, eller vannet, gjennom en vannlinje 28 og tilbake til varmerørene 21 i kjelen 20. Fagpersonen vil forstå at forvarming av vannet ved bruk av overskuddsvarme eller varme trukket utfra dampturbinen 23, og gjenoppvarming av dampen etter partiell ekspansjon i dampturbinen 23 før endelig ekspansjon vil øke effektiviteten til denne syklussen.

[0022] Delvis avspent og delvis avkjølt eksosgass ved en temperatur på mellom

250 og 450 °C blir trinnet ut fra kjelen gjennom linje 29.

[0023] Forbrenning av karbonholdig brensel i nærvær av luft genererer NOx. Ved siden av sine miljøeffekter, kan NOx også være skadelige for C02-fangst. En selektiv katalytisk (SCR) enhet 30 er derfor anordnet nedstrøms for kjelen 20. Urea eller NH3blir introdusert inn i SCR-enheten og reagert med NOx over en katalysator for å fjerne NOx ifølge kjent teknologi. Temperaturen i SCR-enheten er fortrinnsvis mellom 250 og 450 °C. Foretrukket driftstemperatur for en SCR enhet er omkring 350 °C.

[0024] Nedstrøms for SCR-enheten er en eller flere varmevekslere, eksosgassvaskere og eventuelle filtre anordnet. Den første varmeveksleren 40 er en eksosgasskjøleenhet for kjøling av eksosgassen til under 250 °C. Den andre illustrerte kjøleenheten 41 er illustrert som en motstrøms vasker, eller kombinert direkte kontakt kjøler og poleringsenhet, som er den foretrukne kjøleren da den bade kjøler og metter eksosgassen med vann og fjerner gjenværende kontaminanter som NOx og ammoniakkslipp fra eksosgassen.

[0025] Kjølevann blir introdusert inn i kjøleren 41 gjennom et resirkuleringsrør 42 inn i kjøleren 41 over en kontaktsone 43 og brakt i motstrøms strøm til eksosgassen som blir introdusert inn i kjøleren 41 og resirkulert gjennom resirkuleringsrøret 42. Resirkuleringsrøret kan bli ledet gjennom en varmeveksler for å fjerne overskuddsvarme, slik at væsken som strømmer til toppen av kontaktsonen 43 er kaldere enn ved bunnen av kontaktsonen. På denne måten kan temperature bli justert som ønskelig for CO2-absorberen.

[0026] Avkjølt eksosgass blir trukket ut fra kjøleren 41 gjennom en renset eksoslinje 44 og blir introdusert inn i den nedre delen av en absorberingskolonne 45 hvor eksosgassen blir brakt i motstrøms strøm til en flytende absorbent i en eller flere kontaktsoner 46 inni absorberen. Den vandige absorbenten blir introdusert i absorberen over den øvre kontaktsonen gjennom en arm absorbentlinje 47.

[0027] CO2i eksosgassen blir absorbert av absorbenten på innsiden av absorberen for å gi en C02-lastet, eller -rik, absorbent som blir trukket ut fra bunen av absorberen 44 gjennom en rik absorbentlinje 48.

[0028] En arm eksosgass, fra hvilken mer enn 50%, foretrukket mer enn 80% av CO2i eksosgassen introdusert inn i absorberen er fjernet, blir trukket ut gjennom en arm eksosgasslinje 49.

[0029] Trykke i absorberen er litt lavere enn trykket i kjelen på grunn av et mindre trykkfall i SCR 30, varmeveksler 40 og direktekontakt kjøleren 41 og linjene som forbinder dem. Foretrukket er trykkfallet så lite som mulig og det er foretrukket mindre enn 1 bar, og mer foretrukket mindre enn 0,5 bar, slik som 0,2 til 0,3 bar. Dette tilsvarer til et trykk i absorberen på fra 4,5 til 14,8 bara.

[0030] Kombinasjonen av høyt trykk og C02-innhold i eksosgassen introdusert inn i absorberen gjør det mulig å redusere volum til absorberen betydelig samtidig som det blir oppnådd høyeffektiv C02-fangst. Det er viktig at dette blir oppnådd ved bruk av industrielt testet utstyr for fangst, uten oppskalering og bruk av varm kaliumkarbonat absorbent som i motsetning til organiske absorbenter ikke degraderes av rest-oksygeninnhold i eksosgassen.

[0031] Den vandige absorbenten benyttet i absorberen kan være en aminoppløsning, en aminosyreoppløsning, en

ammoniumkarbonatoppløsning, eller foretrukket en oksygentolerant kaliumkarbonatbasert oppløsning. Foretrukket omfatter den varme vandige kaliumkarbonatbaserte oppløsningen fra 15 til 35 vekt% K2CO3oppløst i vann. Passende tilsetningsstoffer kan li benyttet for å øke reaksjonshastigheten og minimalisere korrosjon. Kaliumkarbonatbasert absorbent med uorganiske tilsetningsstoffer er foretrukket som absorbent på grunn av ingen volatilitet og utmerket kjemisk stabilitet, spesielt i CO2-absorberen som behandler eksosgasser med høyt partialtrykk av oksygen.

Oksygen vil degradere alternative absorbenter sli som hovedsakelig alle organiske vandige oppløsninger, aminosyrer etc, ved de konsentrasjonene og temperaturene som er i absorberen og desorberen. Degradering av absorbenten vil legge til alvorlige problemer og kostnadselementer til driften av anlegget, inkludert ekstra kostnader for separering av degradert absorbent fra resten av absorbenten, erstatning av degradert absorbent og avfallshåndtering. Degradering av absorbent kan også gi gassformige degraderingsprodukter som kan bli sluppet ut med den CO2uttømte eksosgassen. Noen av disse vil være toksiske og miljømessig uakseptable.

[0032] I varm kaliumkarbonatbaserte systemer blir CO2absorbert ifølge den følgende reversible totalreaksjonen: (1) K2CO3+ C02+ H20 <--> 2 KHCO3- AHtf = -32.29 kJ/mol C02)

[0033] Arm eksosgass blir trukket ut fra toppen av absorberen 45 gjennom en arm eksosgasslinje 49 og brakt inn i en vaskeseksjon 50 hvor den arme eksosgassen blir brakt i motstrøms strøm mot vaskevann i en kontaktseksjon 51. Vaskevannet blir samlet opp på bunnen av vaskeseksjonen gjennom en vaskevann resirkuleringslinje 52 og blir re-introdusert inn i vaskeseksjonen over kontaktseksjonen 51. Avkjøling i linje 52 kan kondensere vanndamp fra eksosgassen og således ta vare på vannet. Alternativt vil oppvarming fordampe vann, øke varmekapasiteten og volume til den arme eksosgassen og således øke kraften generert i ekspander 54. Vasket arm eksos blir trukket ut fra toppen av vaskeseksjonen gjennom et rør for behandlet eksos 53.

[0034] Gassen i røret for den behandlede eksosen 53 blir introdusert inn i varmeveksleren 40 hvor den behandlede eksosgassen blir varmet mot den varme eksosgassen som forlater SCR 30.

[0035] Den således behandlede og oppvarmede eksosgassen blir så introdusert inn i en gassturbin 54 hvor gassen blir ekspandert for å produsere elektrisk kraft i en generator 55. Ekspandert gass blir trukket ut gjennom et rør for ekspandert eksosgass 56 og blir frigitt ut i atmosfæren.

[0036] Rik absorbent, dvs. absorbent lastet med CO2blir samlet opp ved bunnen av absorberen 45 og blir trukket ut derfra gjennom et før for rik absorbent 48, som beskrevet ovenfor.

[0037] En oksygenreduksjonsenhet 73 er fortrinnsvis anordnet i den rike absorbentlinjen 48 for å fjerne eller betydelig redusere oksygeninnholdet i den rike absorbenten før introduksjon inn i stripperen 61. Oksygenreduksjonsenheten er anbrakt for å redusere oksygeninnholdet i den fangede CO2som er for høy for den tiltenkte bruken av CO2. I de fleste oljefelt, vil CO2som har for høyt oksygeninnhold ikke bli akseptert for øket oljeutvinning (EOR) som på kort sikt vil være den mest trolige storskala bruk av fanget CO2.

[0038] Oksygenreduksjonsenheten kan være en flashtank hvor oksygen blir fjernet fra den rike absorbenten ved flashing over en trykkreduksjonsventil 72. Moer foretrukket er oksygenreduksjonsenheten 73 en strippeenhet hvor oksygen blir fjernet ved hjelp av stippegass, mest foretrukket nitrogen, men andre inertgasser slik som CO2, kan også bli benyttet.

[0039] Trykket i oksygenreduksjonsenheten 73 er lavere enn trykket i absorberen 46 for å frigi oksygen. Trykket i oksygenfjerningsenheten er i imidlertid

høyere enn partialtrykket av CO2i eksosgassen som ble introdusert inn i absorberen gjennom linje 44 for å unngå at en betydelig del av C02-en i den rike absorbenten blir strippet av sammen med oksygenet. Typisk er trykket i oksygenreduksjonsenheten mellom 2 og 3 bara. Oksygenet som er strippet av og eventuell gass blir trukket av gjennom en strippelinje 74 for videre behandling.

[0040] Den rike absorbenten som forlater oksygenfjerningsenheten 73 blir deretter flashet over en flashventil 60 til et trykk noe over 1 bara, slik som

1,2 bara, før den blir introdusert inn i en strippekolonne 61.

[0041 ] En eller flere kontaktseksjon(er) 62 er anordnet i strippekolonnen 61. Den rike absorbenten blir introdusert over den øvre kontaktseksjonen i stripperen, og motstrøms for dampen som blir introdusert under den nederste kontaktseksjonen. Lavt partialtrykk av CO2i stripperen som er resultat av laft trykk og fortynning av CO2i stripperen forårsaker likevekten

i reaksjon (1) ovenfor, blir forskyvet over mot venstre og CO2blir frigitt fra absorbenten.

[0042] Arm absorbent blir oppsamlet ved bunnen av strippekolonnen 61 og blir trukket ut gjennom et rør for arm absorbent 63. Røret for arm absorbent 63 blir delt i to, et arm absorbent reboilerrør 64 som blir oppvarmet i en reboiler 66 for å gi damp som blir introdusert som strippegass i strippekolonnen gjennom en damplinje 67, og en arm absorbent resirkuleringslinje 65 i hvilken arm absorbent blir resirkulert inn i absorberen 45.

[0043] En flashventil 68 fulgt av en flashtank 69 er anordnet i arm absorbent resirkuleringslinjen 65 for å flashe den arme absorbenten. Gassfasen blir trukket ut fra flashtanken 69 ved hjelp av en kompressor 70. Den komprimerte og således oppvarmede gassfasen blir introdusert inn i strippekolonnen 61 som ytterligere strippedamp. Væskefasen i strippetanken 65 blir trukket u tog pumpet ved hjelp av en pumpe 71 for å øke trykket derav før væskefasen blir introdusert inn i absorberen 45 via linje 47 som arm absorbent.

[0044] En vaskeseksjon omfattende en kontaktseksjon 80 og en oppsamlingsplate 81 anordnet under vaskeseksjonen er anordnet ved toppen av strippekolonnen 61. Gass som forlater toppen av den (øvre) kontaktseksjonen før den blir trukket ut gjennom en CO2uttakslinje 82 ved toppen av strippekolonnen 61.

[0045] Vaske- og kjølevann blir introdusert over vaskeseksjonen 80 gjennom en vaskevannslinje 83 og blir forårsaket å strømme motstrøms til den oppstrømmende CO2og vanndamp i blanding fra kontaktseksjonen(e) 62 for fjerning av eventuell absorbent eller andre urenheter i gassen og for kondenserende vanndamp, for således å varme vannet. Vannet blir trukket ut fra oppsamlingsplaten 81 gjennom en vaskevann returlinje 84. En sirkulasjonspumpe 85 er anordnet i linje 84 for å øke trykket og fremme strømmen av det oppvarmede vannet før det bli flashet i en flashventil 86 og introdusert inn i en flashtank 87 for å bli separert i en væskefase og en gassfase. Øket energiinnhold og høyere temperatur til vannet i

vaskevannlinjen 84 vil redusere den nødvendige kraften for kompressor

90. Vaskevannet i linje 84 kan derfor bli rutet for å anvende passende

lavtemperatur spillvarme etter at den forlater oppsamlingsplaten 81, men før den kommer inn i flashventilen 86. Slike kilder for spillvarme kan omfatte mellomkjølere benyttet i CO2kompressortoget 95, spillvarme fra mellomkjøler 100 og spillvarme fra direkte kontakt kjøleren 41.

[0046] Væskefasen i flashtanken 87, nå kjølt ved lavtrykks flashoperasjon, blir trukket ut gjennom en sirkulasjonspumpe 88 og blir resirkulert til vaskeseksjonen 80. Gassfasen blir trukket ut gjennom en kompressor 90 og deretter eventuelt kjølt i en kjøler 91 og ledet gjennom en damplinje 92 og introdusert som ytterligere strippedamp sammen med damp i linje 67. Sammen med damp fra kompressor 70, tilfører dette det meste av strippedampen sin er nødvendig for drift av strippekolonnen 61, for således å minimalisere belastningen til reboileren 66 og maksimalisere systemets effektivitet.

[0047] CO2og gjenværende damp blir oppsamlet ved toppen av strippekolonnen gjennom et C02-uttaksrør 82. Damp og CO2i rør 82 blir kjølt i en kjøler 93 og introdusert inn i en flashtank 94. Vann blir oppsamlet i bunnen av flashtanken 94 og blir introdusert inn i vannreturlinjen 83 som vaskevann. Et vannbalanserør 95 kan være anordnet for å tilsette eller fjerne vann fra rør 83, for å balansere den sirkulerende vannmengden. Figur 1 viser en relativt forenklet og skjematisk oversikt over vannbalansen i dette systemet. I praksis er opprettholdelse av vannbalansen i C02-systemet meget viktig og kan være mer kompleks. For eksempel kan passende mengde væske fra flashtank 94 bli ledet direkte til toppen av kontaktseksjonene 62 i strippekolonnen 61, til toppen av kontaktseksjonen 46 i absorberen 45, og/eller til toppen av kontaktseksjonen 51 i vaskeseksjonen 50.

[0048] Gassfasen i flashtanken 94 blir trukket ut og komprimert ved hjelp av en kompressor 95 før gassen blir ytterligere behandlet for å gi tørr og komprimert CO2som blir eksportert fra anlegget nyttige anvendelser eller deponering. Fagpersonen vil forstå at flere komprimeringstrinn og en dehydreringsenhet kan være nødvendig, avhengig av den påkrevde CO2renheten og leveringstrykket.

[0049] Ifølge en alternativ utførelsesform av foreliggende oppfinnelse er en eventuell brenselgasslinje 101 fremskaffet for å tilføre brensel til kjelen. Ifølge denne utførelsesformen, vil kjelen 20. brenselet kan være gass, olje, kull, bio eller annet brensel. Ifølge denne utførelsesformen vil kjelen 20 først kjøle eksosgassen fra linje 19 til en temperatur som passer for ekstra fyring ved bruk av gass, ved varmeveksling med dampspiral 21. Denne temperaturen er i området fra 350 til 500 °C bestemt ved behovet for en stabil flamme når en fyrer med delvis oksygenuttømt eksosgass fra linje 19, hvor høyere temperatur er bedre og hva angår målet å minimalisere NOx-dannelse, hvor lavere temperatur er bedre. Typisk inneholder eksosgassen i linje 19 mellom 12 og 13 volum% oksygen. Etter fyring med ekstra brenselgass fra linje 101, blir rest oksygen redusert til under 6 volum%, foretrukket under 4 volum% og enda mer foretrukket 3 volum% eller mindre. Energi fra denne fyringen blir overført til dampspiral 21, for således å kjøle eksosgassen til mellom 250 og 450 °C. Ekstra fyring gir noen meget viktige effekter. Dampturbinen 23 vil produsere mye mer energi. Partialtrykket av CO2i eksosgassen fra kjelen 20 vil øke betydelig, noe som forenkler C02-fangsten i fangstsystemet 3. Restoksygen i eksosgassen vil bli sterkt redusert, noe som reduserer mengden av oppløst oksygen i den C02-fine absorbenten fra CO2absorberen 45, og således begrenser mengden oksygen som kommer inn i C02-produktet. I tillegg, øker mengden vanndamp i eksosgassen fra kjelen 20, er noe som øker vannkondensasjonstemperaturen i eksosgassen og således øker mengden og temperatur til energien tilgjengelig fra kjøleren 41.

[0050] Fagpersonen vil også forstå at nøkkelprinsippet til den fullstendige prosessen er å muliggjøre høy temperatur og derfor effektiv kraftproduksjon, systemer 1 og 2, i kombinasjon med trykksatt eksosgassrensing, system 3 uten rekompresjon av eksosgassen, brenselkonvertering eller separasjon. Trykksatt eksosgassrensing muliggjør bruk av varm kaliumkarbonat basert absorbent, men vil også muliggjøre og forbedre andre CC>2-fangstmetoder slik som systemer basert på amin, aminosyre, ammoniumkarbonat, membran eller tør CO2-absorbent.

[0051] Tabell 1 nedenfor er en illustrasjon på input og output fra et eksempelanlegg ifølge foreliggende oppfinnelse for å illustrere totaleffektiviteten oppnådd ved foreliggende løsning. Tabell 1 refererer til figure 1, uten ekstra fyring i kjele 20 fra en brenselgasslinje 101.

[0052] Tabell 2 nedenfor viser fødegass til C02-absorberen for eksempelanlegget vist i tabell 1. Legg merke til at partialtrykket for CO2er omkring 0,3 bara. Selv om dette er mye høyere enn for gassturbin eksosgass ved atmosfærisk trykk, er det relativt lavt for kaliumkarbonatbasert C02-fangst, hor partialtrykk på 0,5 bara eller høyere er foretrukket. Slikt lavt partialtrykk kan resultere i noe lavere rate for CO2-fangst enn den ønskelige 90%. Bemerk også at den faktiske volumstrømmen av gass som er meget lav for et 108 MW anlegg, muliggjør anvendelsen av en C02-fangstkollonne med relativt liten diameter.

[0053]

[0054] Tabell 3 nedenfor er en illustrasjon av input og output fra et eksempelanlegg ifølge foreliggende oppfinnelse for å illustrere totaleffektiviteten ve foreliggende løsning. Tabell 3 refererer til figur 1, med brensellinje 101, som omfatter ekstra fyring i kjele 20.

[0055]

[0056] Tabell 4 nedenfor viser fødegassen til CO2absorberen for det eksempelvise anlegget vist i tabell 3. Bemerk at partialtrykket av CO2er omkring 0.7 bara. Dette er innen normalområdet for varm kaliumkarbonatbasert C02-fangst, hvor partialtrykk på 0.5 bara eller høyere er foretrukket. Merk også at det faktiske strømningsvolumet av gass er omkring det same som i tabell 2, selv om kraftproduksjonen er mer enn doblet. Den termiske effektiviteten er meget høy i tabell 1, hvor både CO2-fangst og kompresjon er inkludert, kun er svakt redusert med ekstra fyring. Det er signifikant at molfraksjonen av oksygen i eksosgassen til CC"2-absorberen er sterkt redusert.

[0057]

Claims (10)

1. En fremgangsmåte for fremstilling av elektrisk kraft og innfanging av CO2, omfattende trinnene: a. introdusering av gassformig brensel og en oksygeninneholdende gass inn i en gassturbin for å produsere elektrisk kraft og en eksosgass, b. kjøling av eksosgassen trukket ut fra gassturbinen ved produksjon av damp i en kjele (20), c. introdusering av den avkjølte eksosgassen fra trinn b) inn i et CO2-fangstanlegg for fangst av CO2fra den avkjølte eksosgassen ved en absorpsjons- / desorpsjonsprosess for å gi en CC*2-rik strøm som blir behandlet videre for å gi CO2som blir eksportert, d. frigiving av den behandlede C02-arme eksosgassen til omgivelsene og eksport av den innfangede CO2fra anlegget,karakterisert vedat eksosgassen som forlater gassturbinen i trinn a) har et trykk på 4 til 15 bara, og at den behandlede CO2-arme eksosgassen fra trinn c) blir gjenoppvarmet og ekspandert til atmosfærisk trykk før den blir frigitt til omgivelsene i trinn d).

2. Fremgangsmåten ifølge krav 1, hvori ytterligere brensel blir introdusert i kjelen i trinn b) for å gi ekstra fyring i kjelen.

3. Fremgangsmåten ifølge krav 1 eller 2, hvori trykket i eksosgassen som forlater gassturbinen har et trykk på 6 til 12 bara.

4. Fremgangsmåten ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, hvori NOx i eksosgassen blir fjernet eller betydelig redusert etter at eksosgassen forlater kjelen i trinn b) og før introduksjon inn i absorberen i C02-fangstanlegget i trinn c).

5. Fremgangsmåten ifølge krav 4, hvor NOx blir fjernet ved hjelp av selektiv katalytisk reduksjon.

6. Fremgangsmåten ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, hvor eksosgassen som forlater kjelen blir ytterligere avkjølt ved varmeveksling mot C02-arm eksosgass som forlater absorberen, og hvor den C02-arme eksosgassen deretter blir ekspandert over en turbin.

7. Et kombinert syklus kraftanlegg med CCtø-fangst, omfattende en gassturbin (1), en kjele (20) for kjøling av eksosgassen som forlater gassturbinen (1) ved generering av damp i damprør (21), en dampturbinsyklus (2) for å produsere elektrisk kraft fra dampen generert i kjelen, og et C02-fangstanlegg (3) omfattende en absorber (45) tilpasset til å bringe en vandig absorbent i motstrøs strøm mot eksosgassen for å gi en CCtø-arm eksosgass og en CO2-rik absorbent, en arm eksoslinje (49) for uttak av den arme eksosgassen fra absorberen (45), en rik absorbentlinje (48) for uttak av rik absorbent fra absorberen (45) og introdusere den rike absorbenten inn i en stripper (61) for regenerering av absorbenten, en C02-uttakslinje (82) for uttak av en CCtø-rik strøm fra stripperen (61), og en arm absorbentlinje (47) for uttak av regenerert, eller arm, absorbent fra stripperen (61) og introdusering av en arme absorbenten inn i absorberen (45),karakterisertv e d at gassturbinen (1) er konfigurert for delvis ekspansjon av eksosgassen til et trykk på 4 til 15 bara, og hvor en turbin (54) for ekspandering av eksosgassen til atmosfærisk trykk er anordnet nedstrøms for absorberen (45) for ekspandering av eksosgassen etter innfanging av CO2.

8. Anlegget ifølge krav 7, hvori en ekstra brensellinje (101) er anordnet for levering av ytterligere brensel til en Brenner i kjelen (20) for å øke temperatur til eksosgassen deri.

9. Anlegget ifølge krav 6 eller 7, hvori en selektiv katalytisk reduksjonsenhet (30) er anordnet for å fjerne NOx fra den avkjølte eksosgassen trukket ut fra kjelen (20).

10. Anlegget ifølge krav 7, 8 eller 9, hvori en varmeveksler (40) er anordnet for å kjøle eksosgassen før introduksjon inn i absorberen (45), mot C02-arm eksosgass trukket ut fra absorberen (45) før den arme eksosen blir introdusert i turbinen (54).