DE102009039898A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung eines kohlendioxidhaltigen Gasstroms - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung eines kohlendioxidhaltigen Gasstroms, insbesondere aus einer Großfeuerungsanlage, z. B. aus einem Kraftwerk. Der vorverdichtete Gasstrom wird in einer Kohlendioxidreinigungsstufe in einen Teilgasstrom mit erhöhtem Kohlendioxidgehalt (Kohlendioxidproduktstrom) und einen Teilgasstrom mit vermindertem Kohlendioxidgehalt (Ventgasstrom) aufgetrennt. Der Kohlendioxidproduktstrom wgeführt. Insbesondere kann durch Verpressung des Kohlendioxids im Untergrund die Emission klimaschädlicher Gase vermindert werden. Zur Verbesserung der Energieeffizienz wird vorgeschlagen, dass der Ventgasstrom in mindestens einer Expansionsturbine entspannt wird und sowohl die dabei anfallende kinetische Energie als auch die dabei erzeugte Kälte zur Energierückgewinnung genutzt werden. Zur Nutzung der kinetischen Energie kann die Expansionsturbine mit einem Verdichter (Booster) gekoppelt sein, der den Rohgasstrom und/oder den Kohlendioxidproduktstrom verdichtet. Zur Nutzung der bei der Entspannung erzeugten Kälte kann der zumindest teilweise entspannte Ventgasstrom in Wärmetausch mit abzukühlendern Prozessströmen, z. B. dem Rohgasstrom und/oder dem Kohlendioxidproduktstrom, gebracht werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung eines kohlendioxidhaltigen Gasstroms, insbesondere aus einer Großfeuerungsanlage, wobei der vorverdichtete Rohgasstrom in einer Kohlendioxidreinigungsstufe in einen Teilgasstrom mit erhöhtem Kohlendioxidgehalt (Kohlendioxidproduktstrom) und einen Teilgasstrom mit vermindertem Kohlendioxidgehalt (Ventgasstrom) aufgetrennt wird und der Kohlendioxidproduktstrom einer Weiterverwertung und/oder Lagerung zugeführt wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
  • Kohlendioxidhaltige Gasströme fallen bei allen Großfeuerungsanlagen an, die mit fossilen Brennstoffen wie Kohle, Erdöl oder Erdgas betrieben werden. Hierzu zählen insbesondere Kraftwerke, aber auch Industrieöfen, Dampfkessel und ähnliche thermische Großanlagen zur Strom- und/oder Wärmeerzeugung. Darüberhinaus entstehen kohlendioxidhaltige Gasströme auch bei Prozessanlagen der chemischen oder petrochemischen Industrie, wie z. B. bei Spaltöfen von Olefinanlagen oder bei Dampfreformern von Synthesegasanlagen. Aufgrund der klimaschädlichen Wirkung von Kohlendioxidgas wird nach Lösungen gesucht, um die Emissionen von kohlendioxidhaltigen Abgasen an die Atmosphäre zu vermindern.
  • In jüngster Zeit werden neue Kraftwerkskonzepte vorgeschlagen, bei denen der fossile Brennstoff, z. B. Kohle, mit einem sauerstoffreichen Verbrennungsgas, insbesondere mit technisch reinem Sauerstoff oder mit sauerstoffangereicherter Luft, verbrannt wird (Sauerstoffbrenngasverfahren). Der Sauerstoffanteil dieses Verbrennungsgases beträgt z. B. 95 bis 99,9 Vol.-%. Das dabei entstehende Abgas, das auch als Rauchgas bezeichnet wird, enthält hauptsächlich Kohlendioxid (CO2) mit einem Anteil von ca. 70 bis 85 Vol.-%. Ziel dieser neuen Konzepte ist es, das bei der Verbrennung der fossilen Brennstoffe entstehende und im Rauchgas konzentriert vorhandene Kohlendioxid in geeigneten Lagerstätten, insbesondere in bestimmten Gesteinsschichten oder salzwasserführenden Schichten, zu verpressen und somit den Kohlendioxidausstoß zur Atmosphäre zu begrenzen. Dadurch soll die klimaschädliche Wirkung von Treibhausgasen wie Kohlendioxid reduziert werden. Derartige Kraftwerke werden in der Fachwelt als so genannte ”Oxyfuel”-Kraftwerke bezeichnet.
  • Bei den bisher bekannten Konzepten erfolgen in aufeinander folgenden Schritten eine Entstaubung, Entstickung und Entschwefelung des Rauchgases. Im Anschluss an diese Rauchgasreinigung wird das so aufbereitete, kohlendioxidreiche Abgas verdichtet und einer Kohlendioxidreinigungsstufe zugeführt. Dort werden typischerweise durch ein kryogenes Trennverfahren ein Teilgasstrom mit vermindertem Kohlendioxidgehalt und ein anderer Teilgasstrom mit erhöhtem Kohlendioxidgehalt erzeugt. Der Teilgasstrom mit erhöhtem Kohlendioxidgehalt stellt den gewünschten Kohlendioxidproduktstrom dar, der mit einem Kohlendioxidgehalt von z. B. mehr als 95 Vol.-% anfällt und zur weiteren Nutzung, insbesondere zum Transport zu Lagerungsstätten, vorgesehen ist. Der Teilgasstrom mit vermindertem Kohlendioxidgehalt fällt als Nebenstrom (so genanntes Ventgas) bei 15 bis 30 bar, vorzugsweise 18–25 bar, an und enthält überwiegend die nicht zur Verpressung vorgesehenen Bestandteile, insbesondere Inertgase wie Stickstoff (N2) und Argon (Ar) sowie Sauerstoff (O2). In diesem Teilgasstrom sind aber auch noch Anteile an Kohlendioxid in einer Konzentration von ca. 25–35 Vol.-% vorhanden. Dieses Ventgas wird gegenwärtig zur Atmosphäre abgeblasen.
  • Üblicherweise wird der Rohgasstrom in vorgeschalteten Anlagenteilen auf Druck vorverdichtet und z. B. in Adsorberstationen getrocknet. Das bedeutet, dass auch das Ventgas zunächst noch im verdichteten Zustand vorliegt. Gegenwärtig wird dieses Druckniveau über Entspannungsventile abgebaut.
  • In der EP 1952874 A1 und der EP 1953486 A1 ist bereits vorgeschlagen worden, nach Anwärmung des Ventgases und weiterer Aufheizung mittels Abwärme aus der Verdichtung eine Turbinenentspannung des Ventgasstroms durchzuführen. Eine Nutzung der bei der Turbinenentspannung freiwerdenden Energie, insbesondere der beim Entspannungsvorgang anfallenden Kälteleistung, ist hierbei jedoch nicht vorgesehen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens so auszugestalten, dass die Energieeffizienz bei der Gewinnung des Kohlendioxidproduktstroms verbessert werden kann.
  • Diese Aufgabe wird verfahrensseitig dadurch gelöst, dass der Ventgasstrom in mindestens einer Expansionsturbine entspannt wird, wobei durch Nutzung sowohl der dabei anfallenden kinetische Energie als auch der dabei erzeugten Kälte Energie rückgewonnen wird.
  • Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, die bei der Entspannung des Ventgasstroms freiwerdende Energie für eine Verbesserung der Energieefizienz des Gesamtprozesses zu nutzen. Die arbeitsleistende Entspannung des Ventgases in einer Expansionsturbine bietet dabei die Möglichkeit der günstigen Energierückgewinnung.
  • Zur Nutzung der kinetischen Energie wird die Expansionsturbine zweckmäßigerweise mit mindestens einem Verdichter (Booster) gekoppelt, so dass die Expansionsturbine bei der zumindest teilweisen Entspannung des Ventgasstroms den Rohgasstrom und/oder den Kohlendioxidproduktstrom verdichtet. Zur Nutzung der bei der Entspannung erzeugten Kälte wird der zumindest teilweise entspannte Ventgasstrom vorzugsweise in Wärmetausch mit abzukühlenden Prozessströmen, z. B. dem Rohgasstrom/und oder dem Kohlendioxidproduktstrom, gebracht. Durch die Entspannung des Ventgases kann prozessintern Kälteleistung bereitgestellt werden und damit Fremdkälte eingespart werden.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird der Ventgasstrom stufenweise in mindestens zwei Expansionsturbinen entspannt. Durch die stufenweise Entspannung des Ventgasstromes kann die Bildung von festem Kohlendioxid im Ventgas zuverlässig verhindert werden. Bei der Entspannung des Ventgases vom verdichteten Zustand auf Umgebungsdruck sollten nämlich die Sublimationseigenschaften des Kohlendioxids beachtet werden. Wird für einen definierten Partialdruck des Kohlendioxids (abhängig von der Zusammensetzung und dem Entspannungsdruck des Ventgases) die Sublimationstemperatur unterschritten, kommt es zur Bildung von festem Kohlendioxid. Damit wird der Entspannungsdruck des Ventgases nach der Expansionsturbine durch das Erreichen der Feststoffphase des Kohlendioxids begrenzt und das vorhandene Druckniveau des Ventgases kann nicht vollständig genutzt werden. Der Einsatz einer einzigen Expansionsturbine verlangt entweder eine starke Aufheizung bei der vollständigen Entspannung oder nur eine Teilentspannung, um nicht in die Kohlendioxid-Feststoffphase zu gelangen. Durch die Stufenentspannung kann man dagegen das gesamte Druckniveau ausnutzen.
  • Vorteilhafterweise wird bei stufenweiser Entspannung des Ventgasstroms in mindestens zwei Expansionsturbinen jeweils nach einer Stufe der Entspannung der Ventgasstrom in Wärmetausch mit abzukühlenden Prozessströmen, insbesondere dem Rohgasstrom und/oder dem Kohlendioxidproduktstrom, gebracht. Bei einer zweistufigen Entspannung wird also der Ventgasstrom nach der Entspannung in der ersten Expansionsturbine zweckmäßigerweise in einer Wärmeübertragungseinheit angewärmt und dann in der zweiten Expansionsturbine weiter bis nahe Atmosphärendruck entspannt und wiederum in der Wärmeübertragungseinheit angewärmt. Damit kann das vorhandene Druckniveau des Ventgases vollständig ausgenutzt werden.
  • Die bei der Entspannung des Ventgases in der Expansionsturbine anfallende kinetische Energie kann anstelle zum Antrieb mindestens eines Verdichters auch zum Antrieb mindestens eines Generators eingesetzt werden. Die in der Entspannungsturbine erzeugte Leistung kann somit zur Stromerzeugung genutzt werden.
  • Neben der stufenweisen Entspannung in mindestens zwei Expansionsturbinen kann auch nur mit einer Expansionsturbine gearbeitet werden. Dann nutzt man aber das mögliche Druckniveau nicht aus und die Restentspannung wird mittels Entspannungsventil durchgeführt. Aber auch hier nutzt man das gewonnene Kältepotenzial in der Wärmeübertragungseinheit aus.
  • Besteht die Forderung von sehr hohen Produktreinheiten, wie zum Beispiel eine Verringerung des Sauerstoffgehaltes im Kohlendioxidproduktstrom, insbesondere bei Injektion in erschöpfte Erdgas- oder Erdölfelder, aber auch bei Überführung in eine industrielle Nutzung, ist eine einfache Reinigung des Rohgasstroms durch Abscheidung des Kohlendioxids nicht mehr einsetzbar. In diesem Fall wird eine Rektifikationskolonne in den Prozess integriert. Auch hier kann das Ventgas mit einer Booster-gebremsten Expansionsturbine oder Generator-gebremsten Expansionsturbine entspannt werden und damit der Energieverbrauch gesenkt werden.
  • Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Behandlung eines kohlendioxidhaltigen Gasstroms (Rohgasstroms), insbesondere aus einer Großfeuerungsanlage, mit einer mit dem vorverdichteten Rohgasstrom beschickten Kohlendioxidreinigungseinrichtung, die eine Ableitung für einen Teilgasstrom mit erhöhtem Kohlendioxidgehalt (Kohlendioxidproduktstrom) und eine Ableitung für einen Teilgasstrom mit vermindertem Kohlendioxidgehalt (Ventgasstrom) aufweist, wobei die Ableitung für den Kohlendioxidproduktstrom mit einer Verwertungseinrichtung und/oder Lagerungsstätte in Verbindung steht.
  • Vorrichtungsseitig wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass die Ableitung für den Ventgasstrom mit mindestens einer Expansionsturbine in Verbindung steht, die mit mindestens einer Einrichtung zur Nutzung der in der Expansionsturbine anfallenden kinetischen Energie gekoppelt ist und eine Ableitung für den zumindest teilweise entspannten Ventgasstrom aufweist, die mit einer Wärmeübertragungseinrichtung verbunden ist, welche mit abzukühlenden Prozessströmen beschickbar ist.
  • Vorzugsweise ist die Einrichtung zur Nutzung der in der Expansionsturbine anfallenden kinetischen Energie als Verdichter (Booster) ausgebildet ist, der mit dem Rohgastrom und/oder dem Kohlendioxidproduktstrom beaufschlagbar ist.
  • Eine andere vorteilhafte Variante sieht vor, dass die Einrichtung zur Nutzung der in der Expansionsturbine anfallenden kinetischen Energie als Generator zur Stromerzeugung ausgebildet ist.
  • Die Erfindung eignet sich für alle denkbaren Großfeuerungsanlagen, bei denen kohlendioxidhaltige Gasströme anfallen. Hierzu zählen z. B. mit fossilen Brennstoffen betriebene Kraftwerke, Industrieöfen, Dampfkessel und ähnliche thermische Großanlagen zur Strom- und/oder Wärmeerzeugung. Mit besonderem Vorteil kann die Erfindung bei Großfeuerungsanlagen eingesetzt werden, die mit technisch reinem Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft als Brenngas versorgt werden und bei denen demzufolge Abgasströme mit hohen Kohlendioxidkonzentrationen anfallen. Insbesondere eignet sich die Erfindung für so genannte CO2-arme Kohlekraftwerke, die mit Sauerstoff als Brenngas betrieben werden (”Oxyfuel”-Kraftwerke) und bei denen das im Abgas in hoher Konzentration enthaltene Kohlendioxid abgetrennt und im Untergrund verpresst wird (”CO2-Capture-Technology”).
  • Mit der Erfindung sind eine ganze Reihe von Vorteilen verbunden:
    Durch die Nutzung der freigewordenen Energie der Expansionsturbine zum Antrieb des Boosters findet eine sofortige Energierückführung im Prozess statt. Der Kohlendioxidrohgasstrom wird im Booster nachverdichtet. Damit kann diese Verdichtungsenergie im vorgeschalteten Rohgasverdichter eingespart werden (wenn man davon ausgeht, dass der gleiche Zwischendruck erreicht werden soll). Ebenso kann die Nutzung der freigewordenen Energie der Expansionsturbine zum Antrieb eines Boosters zur Druckerhöhung des Kohlendioxidproduktstromes genutzt werden. Das vorhandene Druckniveau des Ventgases kann vollständig ausgenutzt werden.
  • Durch die stufenweise Entspannung des Ventgases kann in der zentralen Wärmeübertragungseinheit Kälteleistung aus prozessinternen Ressourcen bereitgestellt werden. Damit kann der Einsatz von Fremdkälte eingespart oder vermindert werden.
  • Außerdem kann durch die stufenweise Entspannung des Ventgases die dabei auftretende Abkühlung des kohlendioxidhaltigen Ventgases so erfolgen, dass die Gefahr einer Unterschreitung der Sublimationstemperatur vermieden wird. Dadurch wird verhindert, dass Kohlendioxid-Feststoff (Trockeneis) entsteht, ausfällt und damit den Prozess stört.
  • Die Erfindung sowie weitere Ausgestaltungen der Erfindung werden im Folgenden anhand von in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen im Vergleich zum bisherigen Stand der Technik näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 ein Blockschaltbild einer Kohlendioxidbehandlungsanlage mit Entspannung des Ventgases über Entspannungsventile nach dem Stand der Technik für hohe Reinheiten des Kohlendioxidproduktstromes
  • 2 ein Blockschaltbild einer Kohlendioxidbehandlungsanlage mit Entspannung des Ventgases über eine Turbine nach dem Stand der Technik
  • 3 ein Blockschaltbild einer Kohlendioxidbehandlungsanlage mit stufenweiser Entspannung des Ventgases über Booster-gebremste Expansionsturbinen mit Energierückgewinnung gemäß der Erfindung
  • 4 ein Blockschaltbild einer Kohlendioxidbehandlungsanlage mit stufenweiser Entspannung des Ventgases über Generator-gebremste Expansionsturbinen mit Energierückgewinnung gemäß der Erfindung
  • 5 ein Blockschaltbild einer Kohlendioxidbehandlungsanlage mit Rektifikationskolonne zur Erlangung hoher Kohlendioxidproduktreinheiten und Entspannung des Ventgases über eine Booster-gebremste Expansionsturbine mit Energierückgewinnung gemäß der Erfindung
  • In 1 ist eine herkömmliche Aufbereitung eines kohlendioxidhaltigen Rohgasstroms aus einem Kohlekraftwerk nach dem Stand der Technik zur Gewinnung hoher Kohlendioxidproduktreinheiten dargestellt. Der Rohgasstrom wird nach in der Figur nicht gezeigter Vorverdichtung und Trocknung über Leitung (1) einer Rektifikationskolonne (2) zugeführt, in der das Kohlendioxid zum Großteil aus dem Rohgas abgetrennt wird. Hierzu wird Rohgas und im Kreislauf geführtes angereichertes Kohlendioxidgas über Leitung (3) vom Reboiler der Rektifikationskolonne (4) über einen Wärmetauscher (5) und einen mit Kältemittel über Leitung (6) versorgten Verflüssigen (7) zum Kopf der Rektifikationskolonne (2) geleitet. Der dabei entstehende, hoch mit Kohlendioxid angereicherte Kohlendioxidproduktstrom wird über Leitung (8) aus der Rektifikationskolonne (2) abgezogen und kann z. B. einer Verpressung im Untergrund oder einem CO2-Flüssiglager zugeführt werden. Das kohlendioxidarme Ventgas wird über Leitung (9) aus der Rektifikationskolonne (2) abgezogen und über den Wärmetauscher (5) einem Kohlendioxidabscheider (10) zugeführt, in dem das Ventgas weitgehend von noch enthaltenem Kohlendioxid befreit wird. Das abgetrennte Kohlendioxid wird vom Boden des Kohlendioxidabscheiders abgezogen und über Leitung (11) und einen Rücklaufkompressor (12) zur Rektifikationskolonne (2) zurückgeführt. Das weitgehend von Kohlendioxid befreite Ventgas wird vom Kopf des Kohlendioxidabscheiders (10) abgezogen, in einem Entspannungsventil (13) vorentspannt, anschließend über den Wärmetauscher (5) geleitet und schließlich in einem zweiten Entspannungsventil (14) entspannt und an die Atmosphäre abgegeben.
  • Die in 2 dargestellte Variante des Standes der Technik unterscheidet sich von der in 1 gezeigten dadurch, dass anstelle einer Rektifikationskolonne zwei Kohlendioxidabscheider (1) und (2) zur Trennung des über Leitung (3) zugeführten Rohgases nach Abkühlung und Teilkondensation in der zentralen Wärmeübertragungseinheit (4) in den Kohlendioxidproduktstrom und das kohlendioxidarme Ventgas vorgesehen sind. Der Kohlendioxidproduktstrom wird jeweils vom Boden der Kohlendioxidabscheider (1, 2) abgezogen und über eine zentrale Wärmeübertragungseinheit (4) einer nicht dargestellten Produktverdichtung (7) zugeführt, um schließlich z. B. im Untergrund verpresst zu werden. Das Ventgas wird jeweils vom Kopf der Kohlendioxidabscheider (1, 2) abgezogen, ebenfalls über die zentrale Wärmeübertragungseinheit (4) geleitet und schließlich nach einer weiteren Erwärmung im Wärmeübertrager (8) über eine Turbine (5) entspannt, um an die Atmosphäre (6) abgegeben zu werden. Eine derartige Verfahrensweise ist z. B. in der EP 1952874 A1 beschrieben.
  • Im Gegensatz zu den in den 1 und 2 gezeigten Verfahren zur Kohlendioxidaufbereitung nach dem Stand der Technik bieten die in den 3 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung den Vorteil der Energierückgewinnung bei der Entspannung des Ventgases.
  • Bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind wie bei der in 2 gezeigten Variante des Standes der Technik zwei Kohlendioxidabscheider (1) und (2) sowie eine zentrale Wärmeübertragungseinheit (3) vorgesehen. Im Gegensatz zum Stand der Technik erfolgt jedoch keine bloße Entspannung des Ventgases über eine einzige Turbine, sondern eine stufenweise Entspannung über zwei Expansionsturbinen (4) und (5), die Verdichter (Booster) (6) und (7) antreiben, welche den Rohgasstrom und den Kohlendioxidproduktstrom verdichten. Dabei kann die bei der Entspannung des Ventgases in den Expansionsturbinen (4) und (5) freiwerdende Energie auf effiziente Weise zurückgewonnen werden. Die Funktionsweise dieser Anordnung lässt sich folgendermaßen beschreiben:
    Mit der freigesetzten Energie der Expansionsturbine (4) wird Booster (6) angetrieben. Mit dem Booster (6) kann der vom Kohlendioxidabscheider (2) kommende Kohlendioxidproduktstrom mit dem geringeren Druck auf den höheren Druck des vom anderen Kohlendioxidabscheider (1) kommenden Kohlendioxidproduktstromes zunächst vorkomprimiert und über einen weiteren Verdichter (8) auf das Druckniveau gehoben werden. Mit der freigesetzten Energie der zweiten Expansionsturbine (5) wird der zweite Booster (7) angetrieben. Mit diesem Booster (7) kann das über Leitung (9) von der nicht dargestellten Trocknung und Vorverdichtung kommende Rohgas auf einen höheren Druck komprimiert werden. Durch die stufenweise Entspannung des Ventgasstromes kann die Bildung von festem Kohlendioxid im Ventgas verhindert werden. Nach der Entspannung in der ersten Expansionsturbine (4) wird der Ventgasstrom in der zentralen Wärmeübertragunseinheit (3) angewärmt und dann in der zweiten Expansionsturbine (5) weiter bis nahe Atmosphärendruck entspannt und wiederum in der zentralen Wärmeübertragungseinheit (3) angewärmt. Damit kann das vorhandene Druckniveau des Ventgases vollständig ausgenutzt werden. Das nach der Entspannung kalte Ventgas wird in der zentralen Wärmeübertragungseinheit gegen die abzukühlenden Prozessströme angewärmt. Damit stellt das Ventgas einen Teil der im Prozess notwendigen Kälteleistung bereit.
  • In 4 ist eine Variante des Ausführungsbeispiels von 3 gezeigt, welche sich dadurch unterscheidet, dass die Expansionsturbinen (4) und (5) anstelle von Verdichtern (Booster) Generatoren (12) und (13) zur Stromerzeugung antreiben. Auch hiermit kann eine Energierückgewinnung ermöglicht werden.
  • Schließlich zeigt 5 noch eine Variante der Erfindung, bei der beispielsweise wegen des Erfordernisses hoher Produktreinheiten anstelle von Kohlendioxidabscheidern eine Rektifikationskolonne (2) zur Abtrennung des Kohlendioxids aus dem Rohgas vorgesehen ist. Hierbei wird das über Leitung (9) zugeführte Rohgas über die zentrale Wärmeübertragungseinheit (3) und Verflüssiger (7) in der Rektifikationskolonne (2) in einen kohlendioxidreichen Kohlendioxidproduktstrom, welcher vom Sumpf der Rektifikationskolonne (2) abgezogen wird, und einen kohlendioxidarmen Ventgasstrom, welcher vom Kopf der Rektifikationskolonne (2) abgezogen wird, getrennt. Der Kohlendioxidproduktstrom wird mittels Leitung (13) über die zentrale Wärmeübertragungseinheit (3) geleitet und kann nach einer Produktverdichtung (10) z. B. einer Verpressung im Untergrund zugeführt werden. Das Ventgas wird mittels Leitung (14) ebenfalls über die zentrale Wärmeübertragungseinheit (3) geführt und einem Abscheider (1) aufgegeben, wo es weitgehend von verbleibendem Kohlendioxid befreit wird. Das abgeschiedene Kohlendioxid wird vom Boden des Abscheiders (1) abgezogen und über Leitung (15) und einen Rücklaufkompressor (12) dem Rohgaszulauf zugegeben. Das weitgehend kohlendioxidfreie Ventgas wird vom Kopf des Abscheiders (1) abgezogen und mittels Leitung (17) über die zentrale Wärmeübertragungseinheit (3) der Expansionsturbine (4) zugeführt. Die Expansionsturbine (4) treibt einen Booster (6) an, der das Rohgas verdichtet. Das dabei angewärmte Rohgas wird über Leitung (18) zur Beheizung im Reboiler (5) der Rektifikationskolonne (2) genutzt. Das in der Expansionsturbine (4) entspannte Ventgas wird schließlich über die zentrale Wärmeübertragungseinheit (3) an die Atmosphäre (11) abgegeben.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 1952874 A1 [0006, 0032]
    • EP 1953486 A1 [0006]

Claims (10)

  1. Verfahren zur Behandlung eines kohlendioxidhaltigen Gasstroms (Rohgasstroms), insbesondere einer Großfeuerungsanlage, wobei der vorverdichtete Rohgasstrom in einer Kohlendioxidreinigungsstufe in einen Teilgasstrom mit erhöhtem Kohlendioxidgehalt (Kohlendioxidproduktstrom) und einen Teilgasstrom mit vermindertem Kohlendioxidgehalt (Ventgasstrom) aufgetrennt wird und der Kohlendioxidproduktstrom einer Weiterverwertung und/oder Lagerung zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventgasstrom in mindestens einer Expansionsturbine entspannt wird, wobei durch Nutzung sowohl der dabei anfallenden kinetische Energie als auch der dabei erzeugten Kälte Energie rückgewonnen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventgasstrom stufenweise in mindestens zwei Expansionsturbinen entspannt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionsturbine mindestens einen Verdichter (Booster) antreibt, der den Rohgasstrom und/oder den Kohlendioxidproduktstrom verdichtet.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dass die Expansionsturbine mindestens einen Generator zur Stromerzeugung antreibt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der in der Expansionsturbine entspannte Ventgasstrom in Wärmetausch mit abzukühlenden Prozessströmen, insbesondere dem Rohgasstrom und/oder dem Kohlendioxidproduktstrom, gebracht wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei stufenweiser Entspannung des Ventgasstroms in mindestens zwei Expansionsturbinen jeweils nach einer Stufe der Entspannung der Ventgasstrom in Wärmetausch mit abzukühlenden Prozessströmen, insbesondere dem Rohgasstrom und/oder dem Kohlendioxidproduktstrom, gebracht wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlendioxidreinigungsstufe eine Rektifikationskolonne umfasst.
  8. Vorrichtung zur Behandlung eines kohlendioxidhaltigen Gasstroms (Rohgasstroms), insbesondere aus einer Großfeuerungsanlage, mit einer mit dem vorverdichteten Rohgasstrom beschickten Kohlendioxidreinigungseinrichtung, die eine Ableitung für einen Teilgasstrom mit erhöhtem Kohlendioxidgehalt (Kohlendioxidproduktstrom) und eine Ableitung für einen Teilgasstrom mit vermindertem Kohlendioxidgehalt (Ventgasstrom) aufweist, wobei die Ableitung für den Kohlendioxidproduktstrom mit einer Verwertungseinrichtung und/oder Lagerungsstätte in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass die Ableitung für den Ventgasstrom mit mindestens einer Expansionsturbine in Verbindung steht, die mit mindestens einer Einrichtung zur Nutzung der in der Expansionsturbine anfallenden kinetischen Energie gekoppelt ist und eine Ableitung für den zumindest teilweise entspannten Ventgasstrom aufweist, die mit einer Wärmeübertragungseinrichtung verbunden ist, welche mit abzukühlenden Prozessströmen beschickbar ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Nutzung der in der Expansionsturbine anfallenden kinetischen Energie als Verdichter (Booster) ausgebildet ist, der mit dem Rohgastrom und/oder dem Kohlendioxidproduktstrom beaufschlagbar ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Nutzung der in der Expansionsturbine anfallenden kinetischen Energie als Generator zur Stromerzeugung ausgebildet ist.
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