WO2011057601A1 - Co2-abtrennung aus rauchgasen durch chemische wäsche und wärmeintegration mit kohletrocknung sowie vorrichtung zur durchführung des verfahrens - Google Patents

Co2-abtrennung aus rauchgasen durch chemische wäsche und wärmeintegration mit kohletrocknung sowie vorrichtung zur durchführung des verfahrens Download PDF

Info

Publication number
WO2011057601A1
WO2011057601A1 PCT/DE2010/001284 DE2010001284W WO2011057601A1 WO 2011057601 A1 WO2011057601 A1 WO 2011057601A1 DE 2010001284 W DE2010001284 W DE 2010001284W WO 2011057601 A1 WO2011057601 A1 WO 2011057601A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
unit
absorbent
desorption
gas
liquid separation
Prior art date
Application number
PCT/DE2010/001284
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jewgeni Nazarko
Sebastian Schiebahn
Ernst Riensche
Ludger Blum
Detlef Stolten
Original Assignee
Forschungszentrum Jülich GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Forschungszentrum Jülich GmbH filed Critical Forschungszentrum Jülich GmbH
Publication of WO2011057601A1 publication Critical patent/WO2011057601A1/de

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/1425—Regeneration of liquid absorbents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/1456—Removing acid components
    • B01D53/1475—Removing carbon dioxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46—Removing components of defined structure
    • B01D53/62—Carbon oxides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/77—Liquid phase processes
    • B01D53/78—Liquid phase processes with gas-liquid contact
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J15/00—Arrangements of devices for treating smoke or fumes
    • F23J15/02—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of purifiers, e.g. for removing noxious material
    • F23J15/04—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of purifiers, e.g. for removing noxious material using washing fluids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/50—Carbon oxides
    • B01D2257/504—Carbon dioxide
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J2215/00—Preventing emissions
    • F23J2215/50—Carbon dioxide
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J2219/00—Treatment devices
    • F23J2219/40—Sorption with wet devices, e.g. scrubbers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/32—Direct CO2 mitigation

Definitions

  • the invention relates to a method for C0 2 separation from power plant exhaust gases (flue gases) by means of a chemical wash, and a device for carrying out the method, in particular an adsorption desorption plant.
  • a device for carrying out the method in particular an adsorption desorption plant.
  • the C0 2 wash as chemical absorption functions. as follows.
  • the flue gas is passed through a washing liquid after denitrification and desulfurization and possibly further cooling.
  • This liquid usually contains amines.
  • the C0 2 can first be bound chemically or physically in the detergent (absorption).
  • the entire cleaning liquid is then heated, whereby the C0 2 separates again from the amines (desorption).
  • the washed-out C0 2 is almost pure and can then be compressed and possibly transported away to a storage.
  • the amine-containing washing liquid is reusable after heating. For low to moderate C0 2 partial pressures, a separation of 75 to 90% can be achieved.
  • the regeneration of the detergent is an energy-consuming process, since the exothermic reaction detergent C0 2 is reversed by supplying heat.
  • the required heat which is taken from the power plant process, usually has a detrimental effect on the power plant efficiency.
  • the enriched with C0 2 raw gas usually enters from below into the absorber and flows through it to the top. Clean, C0 2 -depleted detergent (absorbent) is added to the absorption column over the beds and trickles down in countercurrent to the gas.
  • the detergent loads in the direction of the thermodynamic equilibrium with the C0 2 to be washed out of the gas, so that the flue gas leaves the wash column with a reduced C0 2 content, whereas the detergent is enriched with C0 2 ,
  • the regeneration of the detergent preferably takes place at elevated temperature, so that, for reasons of energy optimization, a first heat exchanger heats the laden detergent and simultaneously cools the warm, regenerated and thus again C0 2 -depleted detergent. Further heating of the absorbent can take place either in a heater before the desorber or in another apparatus which is located at the bottom of the regenerating. The heated detergent trickles down in the desorber over the bed, whereby a part of the C0 2 goes back into the gas phase and rises in the desorber upwards.
  • the gaseous C0 2 is cooled by a further heat exchanger, with evaporated detergent condensed out and via a line in the Desorption is returned. If necessary, water introduced into the process with the raw gas can also be discharged here.
  • desorption can be carried out by lowering the pressure with the aid of a vacuum pump arranged at the head of the desorber.
  • the C0 2 -depleted detergent from the bottom of the regeneration column can now be reloaded in the absorber. For this purpose, it is to cool to absorber temperature, which is used in addition to the detergent countercurrent usually a second heat exchanger with cooling water.
  • detergents in particular amine-based solvents are known, for example, diethanolamine, triethanolamine, activated methyldiethanolamine and monoethanol amine.
  • Mono-ethanol-amine (MEA) is known to require a high desorption temperature of about 120 to 130 ° C due to the strong binding effect between C0 2 and MEA. This energy requirement must be additionally made available by the power plant, thus adversely reducing the efficiency by about 1 to 13 percentage points.
  • the brown coal contains up to 60% by weight of water.
  • the lignite was also to be dried for the application of C0 2 separation (regardless of the deposition concept).
  • the lignite is dried with hot flue gases at a temperature of 900 to 1000 ° C, the flue gases are withdrawn from the furnace.
  • drying and dewatering processes have already been developed for use in power plants, such as the fluidized-bed dryer, in which the coal water evaporates as it passes through the fluidized bed.
  • the energy required for drying is usually provided by a steam-heated heat exchanger.
  • heating steam can also be taken from a low-pressure turbine at only about 3 bar, which is available at about 133 ° C. for drying the brown coal.
  • the drying takes place at a pressure of about 1, 1 bar and at a fluidized bed temperature of about 1 10 ° C in almost pure steam atmosphere.
  • Part of the heat of the evaporated water from lignite can be recovered by using the vapors (water vapor from lignite drying) either for boiler feed water pre-heating or also for heating lignite coal drying.
  • the vapors for coal drying must be recompressed with a compressor so that a temperature difference between the vapors to be cooled and the water to be evaporated from the brown coal is given.
  • the heat recovery lignite drying is an energy-consuming process due to the steam extraction or due to the repeated compression of the vapors. Task and solution
  • the object of the invention is to provide a further method for the effective reduction of C0 2 emissions from the exhaust gases of combustion plants, which is overall more energy efficient and thus cheaper than before.
  • the invention relates to a combined method for reducing C0 2 emissions from the exhaust gases of combustion plants, in particular from flue gases of energy conversion plants, with an integrated coal drying, especially a lignite drying. Furthermore, the invention relates to a device suitable for carrying out this method.
  • firing plant is understood to mean any plant in which a gaseous, liquid and / or solid fuel is oxidized to utilize the heat generated.
  • gas burners which are operated with natural gas, liquefied petroleum gas, city gas or landfill gas, oil burners, the z. B. with petroleum, fuel oil, or alcohols are operated, and also grate firing for particulate fuels, such as gas-rich coal or woodchips, fluidized bed or dust firing.
  • Flue gas is the gaseous combustion product produced during the technical combustion of fuels.
  • Flue gases usually include solid, liquid and / or gaseous impurities such as nitrogen, carbon dioxide, sulfur dioxide, nitrogen oxide and water vapor as gases, solid particles such as fly ash and soot, and optionally also carbon monoxide or hydrogen.
  • the idea of the invention is based on an improved over the prior art and To provide more effective C0 2 separation from a flue gas by means of chemical absorption, in which a coal drying is integrated to the more effective energy yield of this process and taking advantage of synergistic effects.
  • a cooling step required in the CO 2 removal from a flue gas is advantageously used to dry coal, in particular moist brown coal, at least in part.
  • the CO 2 separation takes place from the flue gas by means of chemical scrubbing.
  • the C0 2 -rich wash solution is passed into a desorption column.
  • the heating of the washing solution can be effected, for example, by a heat exchanger operated with low-pressure steam taken from the turbines.
  • part of the washing solution in particular water, is evaporated together with C0 2 .
  • the amount of the evaporated wash solution varies depending on the operating conditions of the process, in particular temperature, pressure, C0 2 loading of the wash solution.
  • washing solutions in particular amine-based liquids are suitable.
  • a cooling and a subsequent gas / liquid separation are provided regularly.
  • the previous cooling is required so far as the most effective separation, in other words a pure C0 2 stream, is sought.
  • the lower the temperature selected during the gas / liquid separation the more completely the previously evaporated wash solution can condense out again.
  • the temperatures required for desorption (release) of C0 2 from the absorbent are generally well above 100 ° C. for amine-based wash solutions. Accordingly, the released C0 2 together with the proportion of absorbent evaporated in the desorption unit when leaving the desorption unit usually has temperatures of more than 100 ° C, in particular more than 120 ° C, and advantageously more than 130 ° C.
  • This heated and possibly pressurized mixture is advantageously suitable to be used as a heat transfer agent for the process of coal drying.
  • the invention provides, the released C0 2 together with the vaporized in the desorption unit of absorbent, which is discharged from the desorption unit, direct to a coal drying unit to be used there at least for partial drying of the coal.
  • this mixture acts as a medium for a heat exchanger, which is arranged in the coal drying.
  • this heat exchanger fed by the mixture is placed directly in the fluidized bed of a fluidized bed dryer of a coal drying unit.
  • other heat exchangers for example, with steam-operated heat exchangers, as previously customary be arranged within the coal drying unit.
  • the condensation of the evaporated washing solution takes place at a corresponding pressure regularly at a temperature which is above the temperature of the coal drying, so that the water contained in the coal at least partially evaporated.
  • the actual separation of the gaseous C0 2 from the absorbent is carried out regularly in the downstream gas / liquid separation unit.
  • the mixture can be fed directly to the gas / liquid separation unit after passing through the coal drying unit, or, if necessary, also be further cooled before.
  • the condensed wash solution from the heat exchanger is separated after passing through the coal dryer from C0 2 -rich gas stream and for washing solution treatment recycled. If necessary, the washing solution can be prepared beforehand and, if appropriate, appropriately tempered via a further heat exchanger.
  • the evaporated water from the coal drying can be used as before for the supply of gas, district heating or for another purpose. Part of the resulting water vapor can be used for direct turbulence of the brown coal to be dried and for the production of the floating fluidized bed or in addition as a heat exchanger to support the brown coal drying process.
  • the heat for lignite drying at another point from the adsorption / desorption process for example by the heated regenerated wash solution is first used for lignite drying before they preheat with C0 2- loaded wash water before the desorption column is used.
  • the advantage of the invention is that a large part of the energy for coal drying, in particular completely or in part by waste heat from the C0 2 may be provided -Redu- z istsvon, in particular by the heat for the de- sorption of C0 2 from the loaded wash water is needed. Due to the condensation of the evaporated washing solution outside the desorption column, it is advantageously possible to cover the energy required for drying the coal at least partially. As a result, on the one hand eliminates the amount of cooling water to cool the wash solution or at least reduced, and on the other hand, less energy from other processes, in particular in the form of steam from the turbine to be decoupled for drying the lignite. In total, this leads to a significant increase in power plant efficiency.
  • FIGS. 1 to 4 In this case, in FIGS. 1 to 4:
  • FIG 1 shows the diagram of an energy conversion process, here an energy production in a coal power plant with the C0 2 separation from the flue gas (decarbonization) by means of chemical scrubbing (eg 30% aqueous solution of the monoethanolamine) after the flue gas cleaning according to FIG the current state of the art.
  • the flue gas cleaning of a fired with a solid fuel and the current state of the art large combustion plant includes the denitrification, dedusting and desulfurization in this order.
  • the chemical washing separates 90% of the CO 2 contained in the flue gas (a) with a purity of 99% by volume (g). Due to the regeneration of the washing solution and the electrical consumption of the decarburisa- tion plant, the power plant net efficiency is reduced by 10 percentage points in a defined design case.
  • FIG. 1 shows a washing process from the prior art.
  • the raw flue gas (a) loaded with C0 2 is fed to an absorption unit (1), which flows through it from bottom to top.
  • the washing solution (d) (absorbent), often an aqueous solution of amines, which is added to the head of the absorption unit (1) and receives in countercurrent C0 2 from the flue gas.
  • the C0 2 -saturated wash solution (c) is passed into a desorption unit (2), where it is heated to about 120 ° C (WT1). At these temperatures, the C0 2 (desorbed) dissolves again from the wash solution.
  • FIG. 2 shows the scheme of a brown coal drying process with vapor condensation from the prior art.
  • the wet coal (i) is fed to a coal drying unit (4).
  • a heat exchanger operated with steam (k) provides the heat transfer required for the drying of the wet coal, so that it can be withdrawn, mainly dried, from the coal drying unit (4) as dried coal (j).
  • the steam already partially condenses in this process (1).
  • Part of the vapors (m) is used to fluidize the fluidized bed in the coal drying unit (4), another part after cooling (WT5) condensed (n).
  • WT5 part after cooling
  • FIG. 4 shows the diagram of an energy conversion process with the combined method according to the invention for reducing C0 2 emissions from flue gases of energy conversion plants with integrated coal drying.
  • the flue gas (a) of the absorption unit (1) is supplied. There, the C0 2 by means of the washing solution (d) washed out of the C0 2 -containing flue gas (a). The C0 2 depleted flue gas (b) leaves the absorption column (1).
  • the C0 2 enriched wash solution (c) passes after preheating via a heat exchanger (WT1) in the desorption unit (2), where the C0 2 is released under heating.
  • WT6 heat exchanger
  • the liberated gaseous C0 2 and the evaporated washing solution (e) together leave the desorption column (2) with an overpressure, and are fed to a heat exchanger (WT6) a coal drying unit (4).
  • the condensation of the evaporated washing solution takes place regularly at a temperature which is above the temperature of the coal drying, so that the water contained in the coal evaporates as vapors (m).
  • the scrubbing solution freed from C0 2 leaves the desorption unit (2), is cooled (WT1 and optionally WT2) and returned to the absorption unit (1).
  • the CO 2 leaving the coal drying unit is supplied directly to a gas / liquid separation unit (3a) together with the washing solution evaporated in the desorption unit (2).
  • the separated condensate of the washing solution (h) is fed directly back to the desorption unit (2).
  • the separated C0 2 -rich gas stream (g) is fed to a further treatment.
  • the gas / liquid separation takes place this takes place without further cooling of the mixture at a high temperature level.
  • the separated under these conditions C0 2 disadvantageously still has a significant proportion of water.
  • the separated washing solution still has such a high temperature level that it can be returned directly to the desorption unit.
  • the CO 2 leaving the coal drying unit is first cooled (WT 7) together with the scrubbing solution evaporated in the desorption unit (2) and only then supplied to a gas / liquid separation unit (3b).
  • the gas / liquid separation is carried out in such a way that the proportion of water still present in the separated C0 2 - stream can be significantly lowered.
  • the condensed wash solution now has such low temperatures that a direct use in the desorption unit makes little sense energetically. Therefore, in this case, the washing solution is fed directly or through further cooling (WT2) to the absorption unit (1).
  • WT2 further cooling
  • a procedure may also be advantageous in which both paths indicated above are taken simultaneously.
  • the proportions for a direct return to the desorption unit or to the absorption unit could advantageously be regulated directly as required.
  • the evaporated water from the coal drying (vapors) can be used for feedwater pre-heating, district heating or for another purpose. After the heat release the vapor condensate is optionally fed to the water treatment. Part of the resulting water vapor can be used as in the prior art for turbulence of the brown coal to be dried and for the production of the floating fluidized bed.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Solid Fuels And Fuel-Associated Substances (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung von Kohlendioxid aus einem Rauchgas mit den Schritten - das Rauchgas (a) wird einer Absorptionseinheit (1) zugeführt, in dem zumindest ein Teil des CO2 aus dem Rauchgas mit Hilfe eines der Absorptionseinheit zugeführten flüssigen Absorptionsmittels (d) absorbiert wird, - das mit CO2 angereicherte flüssige Absorptionsmittel (c) wird einer Desorptionseinheit (2) zugeführt und erhitzt, wobei wenigstens ein Teil des CO2 aus dem Absorptionsmittel freigesetzt wird, - das freigesetzte CO2 wird zusammen mit dem in der Desorptionseinheit verdampften Anteil an Absorptionsmittel aus der Desorptionseinheit ausgeschleust (e), und einer Gas/Flüssigtrenneinheit (3a) zugeführt, - in der Gas/Flüssigtrenneinheit wird das gasförmige CO2 von dem auskondensierten Absorptionsmittel abgetrennt (g). Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das freigesetzte CO2 zusammen mit dem in der Desorptionseinheit verdampften Anteil an Absorptionsmittel aus der Desorptionseinheit zunächst als Wärmeträger (e) einer Kohletrocknungseinheit zugeführt (4) wird, bevor es der Gas/Flüssigtrenneinheit zugeführt wird.

Description

Beschreibung
CO2 -ABTRENNUNG AUS RAUCHGASEN DURCH CHEMISCHE WÄSCHE UND WÄRMEINTEGRATION MIT KOHLETROCKNUNG SOWIE VORRICHTUNG ZUR DURCHFÜHRUNG DES VERFAHRENS
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur C02-Abtrennung aus Kraftwerksabgasen (Rauchgasen) mit Hilfe einer chemischen Wäsche, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, insbesondere eine Adsorptions-Desorptionsanlage. Stand der Technik
Die Verbrennung der Braunkohle führt aufgrund ihrer elementaren Zusammensetzung zu hohen massenbezogenen spezifischen C02-Emissionen. Daher wird versucht, das bei der Verbrennung der kohlenstoffhaltigen Brennstoffe entstandene C02 abzutrennen und danach einzulagern, um es nicht in die Atmosphäre gelangen zu lassen. Grund für diese Bemühungen sind der Treibhauseffekt und die daraus resultierende globale Erwärmung.
Derzeit gibt es drei prinzipielle Konzepte der Abscheidung von Kohlendioxid, die sich in der Positionierung der Abtrennung im Energieumwandlungsprozess unterscheiden. Dies sind die C02-Abtrennung vor der Energieumwandlung (Pre-Combustion), die Erzeugung eines C02- reichen Rauchgases durch die Energieumwandlung in einer angereicherten Sauerstoffatmosphäre (Oxy-Fuel), und die C02-Abtrennung nach der Energieumwandlung (Post- Combustion).
Das Konzept der C02-Abtrennung nach der Energieumwandlung weist dabei als End-of-pipe Problemlösung die Vorteile auf, dass die C02-Abtrennung selbst nur einen geringen Einfluss auf die Verfügbarkeit der Energieumwandlungsanlage aufweist, und die Möglichkeit gegeben ist, bestehende Anlagen nachzurüsten. In den meisten Kraftwerken verlässt das Rauchgas den Schornstein, wobei das C02, das einen Anteil von etwa 15 Vol.-% ausmacht (abhängig von dem jeweiligen Kraftwerk, Brennstoff, Feuerungsbedingungen etc.), in die Atmosphäre ge- langt.
Für die Abtrennung von C02 aus Rauchgas kommen diverse Verfahren zur Anwendung, beispielsweise die chemische bzw. physikalische Absorption in Absorptionstürmen oder in Membrankontaktoren oder eine C02-selektive Membran.
Die C02- Wäsche als chemische Absorption (CAS = Chemical Absorption System) funktio- niert wie folgt. Das Rauchgas wird nach Entstickung und Entschwefelung und ggf. weitere Kühlung durch eine Waschflüssigkeit geleitet. Diese Flüssigkeit enthält in der Regel Amine. Das C02 kann zunächst chemisch oder physikalisch in dem Waschmittel gebunden werden (Absorption). Im Anschluss wird die gesamte Reinigungsflüssigkeit erhitzt, wodurch das C02 sich wieder von den Aminen trennt (Desorption). Das ausgewaschene C02 ist nahezu rein und kann anschließend verdichtet und gegebenenfalls zu einem Speicher abtransportiert werden. Die aminhaltige Waschflüssigkeit ist nach dem Erhitzen wieder verwendbar. Für niedrige bis moderate C02-Partialdrücke kann so eine Abrennung von 75 bis 90 % erreicht werden. Die Regenerierung des Waschmittels ist jedoch ein energieaufwändiger Prozess, da die exotherme Reaktion Waschmittel-C02 durch Wärmezufuhr rückgängig gemacht wird. Die benötigte Wärme, die dem Kraftwerksprozess entnommen wird, wirkt sich in der Regel nachteilig auf den Kraftwerks Wirkungsgrad aus. Das mit C02 angereicherte Rohgas tritt in der Regel von unten in den Absorber ein und durchströmt diesen nach oben. Sauberes, C02-abgereichertes Waschmittel (Absorptionsmittel) wird der Absorptionskolonne über den Schüttungen zugegeben und rieselt im Gegenstrom zum Gas nach unten. Beim intensiven Kontakt zwischen Gas und Waschmittel in den Schüttungen belädt sich das Waschmittel in Richtung des thermodynamischen Gleichgewichts mit dem aus dem Gas auszuwaschenden C02, so dass das Rauchgas die Waschkolonne mit verringertem C02-Gehalt verlässt, das Waschmittel hingegen mit C02 angereichert ist.
Vor einer erneuten Verwendung als C02-abgereichettes Waschmittel zur Auswaschung muss es selbst von seiner C02-Beladung befreit werden. Die Regenerierung des Waschmittels findet bevorzugt bei erhöhter Temperatur statt, so dass aus Gründen der energetischen Optimierung ein erster Wärmeaustauscher das beladene Waschmittel erwärmt und gleichzeitig das warme, regenerierte und damit wieder C02-abgereicherte Waschmittel kühlt. Eine weitere Aufheizung des Absorptionsmittels kann entweder in einem Heizer vor dem Desorber erfolgen oder in einem weiteren Apparat, der sich am Sumpf der Regenerierkolonne befindet. Das erhitzte Waschmittel rieselt im Desorber über die Schüttung hinab, wobei ein Teil des C02 wieder in die Gasphase übergeht und im Desorber nach oben steigt.
Am Kopf des Desorbers wird das gasförmige C02 durch einen weiteren Wärmeaustauscher abgekühlt, wobei verdampftes Waschmittel auskondensiert und über eine Leitung in den Desorptionsprozess zurück geleitet wird. Mit dem Rohgas in den Prozess eingebrachtes Wasser kann hier gegebenenfalls ebenfalls ausgeschleust werden.
Alternativ oder zusätzlich ist eine Desorption durch Druckabsenkung mit Hilfe einer am Kopf des Desorbers angeordneten Vakuumpumpe durchführbar.
Das C02-abgereicherte Waschmittel aus dem Sumpf der Regeneriersäule kann nun im Absorber erneut beladen werden. Dafür ist es auf Absorbertemperatur abzukühlen, wozu außer dem Waschmittel-Gegenströmer in der Regel noch ein zweiter Wärmeaustauscher mit Kühlwasser dient.
Je nach dem, welche Bindungskräfte zwischen der Übergangskomponente und der Absorptionsflüssigkeit wirken, spricht man von physikalischen oder chemischen Waschmitteln. Flüssigkeiten, bei denen beide Bindungsarten in relevanter Größenordnung auftreten, nennt man Hybrid- Waschmittel.
Bislang sind als Waschmittel insbesondere Lösungsmittel auf Aminbasis bekannt, beispielsweise Diethanolamin, Triethanolamin, aktiviertes Methyldiethanolamin und Monoethanol amine. Von Mono-Ethanol-Amin (MEA) ist bekannt, dass auf Grund der starken Bindungs- Wirkung zwischen C02 und MEA eine hohe Desorptionstemperatur von ca. 120 bis 130 °C notwendig ist. Dieser Energiebedarf muss vom Kraftwerk zusätzlich zur Verfügung gestellt werden und reduziert so nachteilig den Wirkungsgrad um ca. 1 1 bis 13 %-Punkte.
Im Technikumsmaßstab werden derzeit daher auch alternative Waschmittel untersucht, die auf Grund ihrer geringeren Wärmekapazität und/oder geringeren Absorptionsenthalpie einen geringeren Bedarf an Regenerationsenergie benötigen würden. Von der Technischen Universität Dresden wird beispielsweise das Waschmittel GenosorbN getestet, welches nach derzeitigem Stand eine deutliche Energieeinsparung vermuten lässt. Stand der Technik der Braunkohletrocknung
Die Braunkohle enthält bis zu 60 Gew.-% Wasser. Für die Verdampfung des in der Kohle enthaltenen Wassers sind in den konventionellen Braunkohlekraftwerken je nach Wassergehalt der Braunkohle 15 bis 20 Gew.-% der Brennstoffmenge notwendig. Daher steht diese Brennstoffmenge der Dampferzeugung und damit der Stromerzeugung nicht mehr zur Verfügung. Auch für die Anwendung der C02-Abtrennung (unabhängig von dem Abscheidungs- konzept) sollte die Braunkohle getrocknet werden.
Derzeit wird die Braunkohle mit heißen Rauchgasen bei einer Temperatur von 900 bis 1000 °C getrocknet, wobei die Rauchgase aus dem Feuerraum abgezogen werden. Zwecks Erhöhung des Wirkungsgrades der braunkohlebefeuerten Kraftwerke wäre jedoch eine Trocknung der Braunkohle auf einem niedrigeren Temperaturniveau vorteilhaft.
Für den Einsatz bei Kraftwerken wurden bereits verschiedene Trocknungs- und Entwässe- rungsverfahren entwickelt, so beispielsweise der Wirbelschichttrockner, bei dem das Kohlewasser beim Durchlaufen der Wirbelschicht verdampft. Bei den derzeit in der Entwicklung befindlichen Trocknungsverfahren wird die für die Trocknung erforderliche Energie in der Regel durch einen dampfbeheizten Wärmeaustauscher bereitgestellt. Neben Heizdampf mit 10 bis 12 bar kann alternativ und vorzugsweise auch Heizdampf aus einer Niederdruckturbine bei nur ca. 3 bar entnommen werden, der mit ca. 133 °C Wärme zur Trocknung der Braunkohle zur Verfügung steht. Die Trocknung erfolgt bei einem Druck von ca. 1 ,1 bar und bei einer Wirbelschichttemperatur von ca. 1 10 °C in nahezu reiner Wasserdampfatmosphäre.
Ein Teil der Wärme des verdampften Wassers aus der Braunkohle kann zurück gewonnen werden, indem die Brüden (Wasserdampf aus der Braunkohletrocknung) entweder zur Kes- selspeisewasservorwärmung oder ebenfalls zur Beheizung der Braunkohletrocknung verwendet werden. Im ersten beschriebenen Fall ist für die Kohletrocknung eine Dampfentnahme aus dem Dampfkraftprozess notwendig. Im zweiten beschriebenen Teil müssen für die Kohletrocknung die Brüden mit einem Kompressor erneut verdichtet werden, damit ein Tempera- turgefalle zwischen den abzukühlenden Brüden und dem zu verdampfenden Wasser aus der Braunkohle gegeben ist. Trotz der Wärmerückgewinnung ist die Braunkohletrocknung aufgrund der Dampfentnahme bzw. aufgrund der wiederholten Verdichtung der Brüden ein energieaufwändiger Prozess. Aufgabe und Lösung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein weiteres Verfahren zur effektiven Reduzierung von C02- Emissionen aus den Abgasen von Feuerungsanlagen bereitzustellen, welches insgesamt energieeffizienter und somit kostengünstiger als bislang ist.
Ferner ist es die Aufgabe der Erfindung, eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens bereit zu stellen.
Die Aufgaben der Erfindung werden gelöst durch ein Verfahren gemäß Hauptanspruch sowie durch eine Vorrichtung mit der Gesamtheit der Merkmale des Nebenanspruchs. Vorteilhafte Ausführungsformen sind den jeweils darauf rückbezogenen Unteransprüchen zu entnehmen.
Gegenstand der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein kombiniertes Verfahren zur Reduzierung von C02-Emissionen aus den Abgasen von Feuerungsanlagen, insbesondere aus Rauchgasen von Energieumwandlungsanlagen, mit einer integrierten Kohletrocknung, insbesondere einer Braunkohletrocknung. Ferner betrifft die Erfindung eine für die Durchführung dieses Verfahrens geeigneten Vorrichtung.
In Folgenden wird unter Feuerungsanlage jede Anlage verstanden, in der ein gasförmiger, flüssiger und/oder fester Brennstoff zur Nutzung der erzeugten Wärme oxidiert wird. Dazu zählen beispielsweise Gasbrenner, die mit Erdgas, Flüssiggas, Stadtgas oder Deponiegas betrieben werden, Ölbrenner, die z. B. mit Erdöl, Heizöl, oder auch Alkoholen betrieben werden, und auch Rostfeuerungen für stückige Brennstoffe, wie beispielsweise gasreiche Steinkohle oder Holzhackschnitzel, Wirbelschichtfeuerungen oder Staubfeuerungen.
Rauchgas nennt man das bei der technischen Verbrennung von Brennstoffen entstehende gasförmige Verbrennungsprodukt. Rauchgase umfassen in der Regel feste, flüssige und/oder gasförmige Verunreinigungen, wie beispielsweise Stickstoff, Kohlendioxid, Schwefeldioxid, Stickstoffoxid und Wasserdampf als Gase, Festkörperpartikel, wie Flugasche und Ruß, und gegebenenfalls auch noch Kohlenmonoxid oder Wasserstoff.
Die Idee der Erfindung basiert darauf, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte und effektivere C02-Abtrennung aus einem Rauchgas mittels chemischer Absorption zur Verfugung zu stellen, bei der zur effektiveren Energieausbeute dieses Prozesses und unter Ausnutzung von Synergieeffekten eine Kohletrocknung integriert ist. Dazu wird ein bei der C02- Abtrennung aus einem Rauchgas benötigter Abkühlungsschritt vorteilhaft dazu benutzt, Koh- le, insbesondere feuchte Braunkohle, wenigstens zum Teil zu trocknen.
Erfindungsgemäß findet die C02-Abtrennung aus dem Rauchgas mittels chemischer Wäsche statt. Nach der chemischen (oder physikalischen) C02-Bindung in einem geeigneten Waschmittel (Absorptionsmittel) wird die C02-reiche Waschlösung in eine Desorptionskolonne geleitet. Durch eine Erhitzung der C02-reichen Waschlösung wird das absorbierte C02 aus der Waschlösung ausgetrieben. Die Erhitzung der Waschlösung kann beispielsweise durch einen, mit aus den Turbinen entnommenem Niederdruckdampf betriebenen, Wärmeaustauscher erfolgen. Zusammen mit C02 wird in der Regel auch ein Teil der Waschlösung, insbesondere Wasser, verdampft. Die Menge der verdampften Waschlösung variiert dabei je nach den Betriebsbedingungen des Prozesses, insbesondere Temperatur, Druck, C02-Beladung der Waschlösung. Als Waschlösungen sind insbesondere Flüssigkeiten auf Aminbasis geeignet. Zur Abtrennung des C02 aus der verdampften Waschlösung sind regelmäßig eine Abkühlung sowie eine sich anschließende Gas/Flüssigtrennung vorgesehen. Die vorherige Abkühlung wird insoweit benötigt, als eine möglichst effektive Abtrennung, mit anderen Worten ein möglichst reiner C02-Strom, angestrebt wird. Je tiefer die Temperatur bei der Gas/Flüssigtrennung gewählt wird, umso vollständiger kann die zuvor verdampfte Waschlösung wieder auskondensieren.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Idee ist es nun, anstelle oder zumindest zusätzlich zu dieser bislang vorgesehenen Abkühlung, die üblicherweise mit einem Kühlmittel bewerkstelligt wird, einen weiteren Wärme aufnehmenden Prozess zu integrieren, insbesondere an dieser Stelle eine Kohletrocknung zu integrieren. Zur Kohletrocknung, insbesondere bei der Trocknung von feuchter Braunkohle, wird Energie in Form von Wärme benötigt. Gemäß der Lehre der Erfindung wird das gasförmige, freigesetzte C02 zusammen mit dem in der Desorptionseinheit verdampften Absorptionsmittel (Waschlösung) am Kopf der Desorpti- onseinheit (Kolonnenkopf) abgezogen und einer Kohletrocknungseinheit, insbesondere einer Braunkohletrocknungseinheit, zugeführt. Das freigesetzte C02 und das verdampfte Absorptionsmittel weisen beim Verlassen der Desorptionseinheit häufig einen Überdruck auf. Typi- sehe Druckverhältnisse liegen zwischen 1 und 8 bar, insbesondere zwischen 2 und 6 bar. Die zur Desorption (Freisetzung) des C02 aus dem Absorptionsmittel benötigten Temperaturen liegen für aminbasierte Waschlösungen in der Regel deutlich über 100 °C. Dementsprechend weist das freigesetzte C02 zusammen mit dem in der Desorptionseinheit verdampften Anteil an Absorptionsmittel beim Verlassen der Desorptionseinheit üblicherweise Temperaturen von mehr als 100 °C, insbesondere mehr als 120 °C, und vorteilhaft mehr als 130 °C auf.
Diese aufgeheizte und gegebenenfalls unter Druck stehende Mischung ist vorteilhaft dazu geeignet, als Wärmeüberträger für den Prozess der Kohletrocknung eingesetzt zu werden. Dazu ist erfindungsgemäß vorgesehen, das freigesetzte C02 zusammen mit dem in der Desorptionseinheit verdampften Anteil an Absorptionsmittel, welches aus der Desorptionseinheit ausgeschleust wird, direkt zu einer Kohletrocknungseinheit zu leiten, um dort zumindest zur teilweisen Trocknung der Kohle eingesetzt zu werden. Vorteilhaft fungiert diese Mischung als Medium für einen Wärmeaustauscher, der in der Kohletrocknung angeordnet ist. Beispiels- weise wird dieser durch die Mischung gespeiste Wärmeaustauscher direkt in der Wirbelschicht eines Wirbelschichttrockners einer Kohletrocknungseinheit angeordnet. Zusätzlich können auch weitere Wärmeüberträger, zum Beispiel mit Dampf betriebene Wärmeaustauscher, wie bislang üblich innerhalb der Kohletrocknungseinheit angeordnet sein. Die Kondensation der verdampften Waschlösung findet bei entsprechendem Druck regelmäßig bei einer Temperatur statt, die über der Temperatur der Kohletrocknung liegt, so dass das in der Kohle enthaltene Wasser zumindest teilweise verdampft.
Dennoch kann es während des Wärmeübergangs auf die zu trocknende Kohle zumindest teilweise schon zu einer Kondensation des verdampften Absorptionsmittels kommen.
Die eigentliche Trennung des gasförmigen C02 von dem Absorptionsmittel erfolgt regelmäßig in der nachgeschalteten Gas/Flüssigtrenneinheit. Je niedriger die Temperaturen in der Gas/Flüssigtrenneinheit, desto besser ist der Abtrenngrad. Je nach den Rahmenbedingungen kann die Mischung nach Durchlaufen der Kohletrocknungseinheit direkt der Gas/Flüssigtrenneinheit zugeführt werden, oder bei Bedarf auch noch zuvor weiter abgekühlt werden.
Die kondensierte Waschlösung aus dem Wärmetauscher wird nach dem Durchlaufen des Kohletrockners vom C02-reichen Gastrom abgetrennt und zur Waschlösungsaufbereitung zurückgeführt. Bei Bedarf kann die Waschlösung zuvor aufbereitet und gegebenenfalls über einen weiteren Wärmeaustauscher entsprechend temperiert werden.
Das verdampfte Wasser aus der Kohletrocknung (Brüden) kann wie bislang zur Speisewas- servorwärmung, Fernheizung oder zu einem anderen Zweck verwendet werden. Ein Teil des entstandenen Wasserdampfes kann zur direkten Verwirbelung der zu trocknenden Braunkohle und zur Herstellung der schwebenden Wirbelschicht verwendet werden oder auch zusätzlich als Wärmtauscher den Braunkohletrocknungsprozess unterstützen. Neben dieser vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es aber auch prinzipiell denkbar, die Wärme für die Braunkohletrocknung an einer anderen Stelle aus dem Adsorpti- ons/Desorptionsprozess auszuschleusen, beispielsweise indem die aufgeheizte regenerierte Waschlösung zunächst zur Braunkohletrocknung eingesetzt wird, bevor sie zur Vorheizung des mit C02-beladenen Waschwassers vor der Desorptionskolonne verwendet wird.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass ein großer Teil der Energie zur Kohletrocknung, insbesondere vollständig oder zum Teil durch die Abwärme aus dem C02-Redu- zierungsprozess bereitgestellt werden kann, insbesondere durch die Wärme, die für die De- sorption des C02 aus dem beladenen Waschwasser benötigt wird. Durch die Kondensation der verdampften Waschlösung außerhalb der Desorptionskolonne ist es vorteilhaft möglich, den Energieaufwand zur Kohletrocknung zumindest teilweise zu decken. Dadurch entfällt einerseits die Menge an Kühlwasser zur Abkühlung der Waschlösung oder reduziert sich zumindest, und anderseits muss weniger Energie aus anderen Prozessen, insbesondere in Form von Dampf aus der Turbine, zur Trocknung der Braunkohle ausgekoppelt werden. Dies führt in der Summe zur deutlichen Erhöhung des Kraftwerkswirkungsgrades.
Spezieller Beschreibungsteil
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, ohne dass dadurch der Schutzbereich eingeschränkt wird. Der zuständige Fachmann kann in diesen ohne Weiteres analoge Abwandlungen als zur Erfindung zugehörig erkennen.
Dabei bedeuten in den Figuren 1 bis 4:
a C02-haltiges Rauchgas,
b C02-abgereichertes Abgas, c mit C02-angereicherte Waschflüssigkeit (Absorptionsmittel),
d regenerierte, C02-abgereicherte Waschflüssigkeit,
e verdampfte Waschflüssigkeit mit C02,
f kondensierte Waschflüssigkeit mit C02
g abgetrenntes, gasförmiges C02
h kondensierte und vom gasförmigen C02 abgetrennte Waschflüssigkeit
i feuchte Roh-Braunkohle
j getrocknete Braunkohle
k Dampf
1 Kondensat
m Brüden
n Brüdenkondensat
Absorptionseinheit
2 Desorptionseinheit
3a, 3b Trenneinheit gasförmig/flüssig
4 Kohletrocknungseinheit
WT1 - WT7 Wärmeaustauscher
Die Figur 1 zeigt das Schema eines Energieumwandlungsprozesses, hier einer Energieerzeugung in einem Kohlekraftwerk mit der C02-Abtrennung aus dem Rauchgas (Entkarbonisie- rung) mittels chemischer Wäsche (z. B. 30 %-ige wässrige Lösung des Monoethanolamins) nach der Rauchgasreinigung gemäß dem derzeitigen Stand der Technik. Die Rauchgasreinigung einer mit einem festen Brennstoff befeuerten und dem derzeitigen Stand der Technik entsprechenden Großfeuerungsanlage umfasst dabei die Entstickung, die Entstaubung und die Entschwefelung in dieser Reihenfolge. Durch die chemische Wäsche wird 90 % des im Rauchgas (a) enthaltenen C02 mit einer Reinheit von 99 Vol.-% (g) abgetrennt. Durch die Regeneration der Waschlösung und durch den elektrischen Verbrauch der Entkarbonisie- rungsanlage verringert sich der Kraftwerksnettowirkungsgrad in einem definierten Auslegungsfall um 10 %-Punkte.
Aus einer Tonne Roh-Braunkohle mit einem Wassergehalt von 60 Gew.-% und einem Kohlenstoffgehalt von 68,3 Gew.-% wasser-und-aschefrei werden ca. 974,686 kg C02 freigesetzt. Bei einem spezifischen Energiebedarf von 4 MJ/kg C02 werden bei der Regeneration ca. 3,898 GJ Wärme benötigt. Anschließend wird diese Wärme dann in der aufgewärmten und verdampften Waschlösung zusammen mit dem freigesetzten C02 über Wärmetauscher zwecks Abkühlung der Waschlösung für den erneuten Einsatz und zwecks Aufkonzentration von C02 abgeführt.
Im Einzelnen wird in Figur 1 ein Waschprozess aus dem Stand der Technik wiedergegeben. Das mit C02 beladene Roh-Rauchgas (a) ird einer Absorptionseinheit (1) zugeführt, die es von unten nach oben durchströmt. Hier trifft es auf die Waschlösung (d) (Absorptionsmittel), häufig eine wässrige Lösung von Aminen, die am Kopf der Absorptionseinheit (1) zugegeben wird und im Gegenstrom das C02 aus dem Rauchgas aufnimmt. Die mit C02-gesättigte Waschlösung (c) wird in eine Desorptionseinheit (2) geleitet, wobei sie auf ca. 120 °C erhitzt wird (WT1). Bei diesen Temperaturen löst sich das C02 (desorbiert) wieder aus der Waschlösung. Das freigesetzte C02 wird zusammen mit der verdampften Waschlösung (e) aus der Desorptionseinheit (2) abgeführt und abgekühlt (WT4). Das in einer Gas/Flüssigtrenneinheit (3a) abgetrennte C02 (g) liegt nun in hoher Reinheit vor, während die abgetrennte auskondensierte Waschlösung (h) wieder zur Desorptionseinheit (2) zurückgeführt wird. Die in der Desorptionseinheit (2) vom C02 befreite Waschlösung wird abgekühlt (WT1 , WT2) und erneut der Absorptionseinheit (1) zugeführt, wo der Waschvorgang erneut startet. In Figur 2 ist das Schema eines Braunkohletrocknungsprozesses mit Brüdenkondensation aus dem Stand der Technik dargestellt. Die feuchte Kohle (i) wird einer Kohletrocknungseinheit (4) zugeführt. Ein mit Dampf (k) betriebener Wärmeaustauscher sorgt für den für die Trocknung der feuchten Kohle erforderlichen Wärmeübergang, so dass diese überwiegend getrocknet aus der Kohletrocknungseinheit (4) als getrocknete Kohle (j) abgezogen werden kann. Der Dampf kondensiert bei diesem Prozess schon teilweise aus (1). Ein Teil der Brüden (m) wird zur Aufwirbelung der Wirbelschicht in der Kohletrocknungseinheit (4) eingesetzt, ein anderer Teil nach Abkühlung (WT5) auskondensiert (n). Bei einer Braunkohle mit dem Wassergehalt von 60 Gew.-%, einer Kohletemperatur von 1 1 °C und Restwassergehalt in der trockenen Braunkohle von 12 Gew.-% müssen ca. 205 MJ für die Kohleerwärmung und ca. 1,245 GJ für die Kohletrocknung aufgewendet werden.
Beim in Figur 3 dargestellten, ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannten, Braunkohle- trocknungsprozess mit Brüdenrekompression werden für die Rekompression von Brüden (552 kg) aus einer Tonne Roh-Braunkohle von 1 auf 2,5 bar ca. 1 10 MW elektrisch aufgewendet. Bei dieser Ausführung wird die Wärme der Brüden nach Verdichtung als Wärmeüberträger zur Kohletrocknung eingesetzt.
In Figur 4 ist das Schema eines Energieumwandlungsprozesses mit dem erfindungsgemäßen kombinierten Verfahren zur Reduzierung von C02-Emissionen aus Rauchgasen von Energieumwandlungsanlagen mit integrierter Kohletrocknung dargestellt.
Nach der ggf. Entstickung, Entstaubung, Entschwefelung und ggf. weiteren Kühlung wird das Rauchgas (a) der Absorptionseinheit (1) zugeführt. Dort wird aus dem C02-haltigen Rauchgas (a) das C02 mittels der Waschlösung (d) ausgewaschen. Das C02-abgereicherte Rauchgas (b) verlässt die Absorptionskolonne (1). Die mit C02 angereicherte Waschlösung (c) gelangt nach einer Vorwärmung über einen Wärmeaustauscher (WT1) in die Desorptionseinheit (2), wo unter Erhitzung das C02 wieder freigesetzt wird. Das freigesetzte gasförmige C02 und die verdampfte Waschlösung (e) verlassen zusammen die Desorptionskolonne (2) mit einem Überdruck, und werden einem Wärmetauscher (WT6) einer Kohletrocknungseinheit (4) zugeführt. Die Kondensation der verdampften Waschlösung findet regelmäßig bei einer Temperatur statt, die über der Temperatur der Kohletrocknung liegt, so dass das in der Kohle enthaltene Wasser als Brüden (m) verdampft. Die vom C02 befreite Waschlösung verlässt die Desorptionseinheit (2), wird abgekühlt (WT1 und gegebenenfalls WT2) und wieder der Absorp- tionseinheit (1) zugeführt.
Nach dem Durchlaufen des Wärmeaustauschers (WT6) in der Kohletrocknungseinheit (4) liegt gegebenenfalls schon eine zumindest teilweise kondensierte Waschlösung und ein C02- reicher Gasstrom (f) vor, der anschließend in einer Gas/Flüssigtrenneinheit (3 a) in eine flüssi- ge Waschlösung (h) und eine gasförmige C02-Phase (g) getrennt wird.
Dafür stehen zwei Alternativen zur Verfügung, die gegebenenfalls auch kumulativ eingesetzt werden können. In einer ersten Ausführung der Erfindung wird das die Kohletrocknungseinheit verlassende C02 zusammen mit der in der Desorptionseinheit (2) verdampften Waschlösung direkt einer Gas/Flüssigtrenneinheit (3a) zugeführt. Dort wird das abgetrennte Kondensat der Waschlösung (h) direkt wieder der Desorptionseinheit (2) zugeführt. Der abgetrennte C02-reiche Gasstrom (g) wird einer weiteren Behandlung zugeführt. Die Gas/Flüssigtrennung findet hierbei ohne weitere Abkühlung der Mischung auf einem hohen Temperaturniveau statt. Das bei diesen Bedingungen abgetrennte C02 weist nachteilig noch einen deutlichen Anteil an Wasser auf. Die abgetrennte Waschlösung weist jedoch noch ein so hohes Temperaturniveau auf, dass sie direkt wieder zur Desorptionseinheit zurückgeführt werden kann.
In einer weiteren Alternative wird das die Kohletrocknungseinheit verlassende C02 zusammen mit der in der Desorptionseinheit (2) verdampften Waschlösung zunächst abgekühlt (WT7) und erst dann einer Gas/Flüssigtrenneinheit (3b) zugeführt. Die Gas/Flüssigtrennung erfolgt hierbei derart, dass der Anteil an noch vorhandenem Wasser in dem abgetrennten C02- Strom deutlich abgesenkt werden kann. Allerdings weist die auskondensierte Waschlösung nun derart tiefe Temperaturen auf, dass ein direkter Einsatz in der Desorptionseinheit energetisch wenig sinnvoll ist. Daher wird die Waschlösung in diesem Fall direkt oder über eine weitere Abkühlung (WT2) der Absorptionseinheit (1) zugeführt. Je nach Rahmenbedingung und Kreislaufführung der Waschlösung kann auch eine Vorgehensweise vorteilhaft sein, bei der beide oben aufgezeigten Wege gleichzeitig beschritten werden. Durch eine Steuerung könnten die Anteile für eine direkte Rückführung zur Desorptionseinheit oder zur Absorptionseinheit vorteilhaft direkt nach Anforderung geregelt werden. Das verdampfte Wasser aus der Kohletrocknung (Brüden) kann zur Speisewasservorwär- mung, Fernheizung oder zu einem anderen Zweck verwendet werden. Nach der Wärmeabgabe wird das Brüdenkondensat ggf. der Wasseraufbereitung zugeführt. Ein Teil des entstandenen Wasserdampfes kann wie beim Stand der Technik zur Verwirbelung der zu trocknenden Braunkohle und zur Herstellung der schwebenden Wirbelschicht verwendet werden.
Bei der erfindungsgemäßen Nutzung der Abwärme aus der Wascheinheit bei der Kohletrocknung kann vorteilhaft auf die Entnahme des Dampfes zur Kohletrocknung ganz oder teilweise verzichtet werden, bzw. die energieaufwendige Rekompression der Brüden eingespart werden.
Insbesondere durch die Verwendung von durch diese Art getrockneter Braunkohle im Kraft- werksprozess kann ein Wirkungsgradgewinn von bis zu 4 %-Punkte erreicht werden. Unter Berücksichtigung der Verluste aus der C02-Abtrennung ergibt sich für den Gesamtprozess ein Wirkungsgradverlust von nur 6 %-Punkte.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Abtrennung von Kohlendioxid aus einem Rauchgas mit den Schritten
- das Rauchgas wird einer Absorptionseinheit zugeführt, in dem zumindest ein Teil des C02 aus dem Rauchgas mit Hilfe eines der Absorptionseinheit zugeführten flüssigen Abso tionsmittels absorbiert wird,
- das mit C02 angereicherte flüssige Absorptionsmittel wird einer Desorptionseinheit zugeführt und erhitzt, wobei wenigstens ein Teil des C02 aus dem Absorptionsmittel freigesetzt wird,
- das freigesetzte C02 wird zusammen mit dem in der Desorptionseinheit verdampften Anteil an Absorptionsmittel aus der Desorptionseinheit ausgeschleust, und einer Gas/Flüssigtrenneinheit zugeführt,
- in der Gas/Flüssigtrenneinheit wird das gasförmige C02 von dem auskondensierten Absorptionsmittel abgetrennt,
dadurch gekennzeichnet, dass
das freigesetzte C02 zusammen mit dem in der Desorptionseinheit verdampften Anteil an Absorptionsmittel aus der Desorptionseinheit zunächst als Wärmeträger einer Kohletrocknungseinheit zugeführt wird, bevor es der Gas/Flüssigtrenneinheit zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem in der Kohletrocknungseinheit Braunkohle getrocknet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, bei dem das abgetrennte C02 zusammen mit dem in der Desorptionseinheit verdampften Absorptionsmittel einem Wärmeaustauscher innerhalb der Kohletrocknungseinheit zugeführt wird, und Wärme an die zu trocknende Kohle abgegeben wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, bei dem das verdampfte Absorptionsmittel durch die Wärmeabgabe in der Kohletrocknungseinheit zumindest teilweise auskondensiert.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, bei dem das freigesetzte C02 zusammen mit dem in der Desorptionseinheit verdampften Anteil an Absorptionsmittel unter Druck aus der Desorptionseinheit ausgeschleust wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, bei dem das freigesetzte C02 zusammen mit dem in der Desorptionseinheit verdampften Anteil an Absorptionsmittel beim Verlassen der Desorptionseinheit einen Druck zwischen 1 und 8 bar, insbesondere zwischen 2 und 6 bar aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, bei dem das freigesetzte C02 zusammen mit dem in der Desorptionseinheit verdampften Anteil an Absorptionsmittel beim Verlassen der Desorptionseinheit Temperaturen von mehr als 100 °C, insbesondere mehr als 120 °C, und vorteilhaft mehr als 130 °C aufweist.
8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, bei dem das freigesetzte C02 zusammen mit dem in der Desorptionseinheit verdampften Anteil an Absorptionsmittel nach dem Verlassen der Kohletrocknungseinheit direkt einer Gas/Flüssigtrenneinheit zugeführt wird, und das dort abgetrennte Absorptionsmittel wieder der Desorptionseinheit zugeführt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, bei dem das freigesetzte C02 zusammen mit dem in der Desorptionseinheit verdampften Anteil an Absorptionsmittel nach dem Verlassen der Kohletrocknungseinheit zunächst weiter abgekühlt wird, einer
Gas/Flüssigtrenneinheit zugeführt wird, und das dort abgetrennte Absorptionsmittel der Absorptionseinheit zugeführt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, bei dem das freigesetzte C02 zusammen mit dem in der Desorptionseinheit verdampften Anteil an Absorptionsmittel nach dem Verlassen der Kohletrocknungseinheit sowohl teilweise direkt einer Gas/Flüssigtrenneinheit zugeführt wird, und das dort abgetrennte Absorptionsmittel wieder der Desorptionseinheit zugeführt wird, als auch teilweise zunächst weiter abgekühlt wird, einer
Gas/Flüssigtrenneinheit zugeführt wird, und das dort abgetrennte Absorptionsmittel der Absorptionseinheit zugeführt wird.
1 1. Vorrichtung zur Abtrennung von Kohlendioxid aus einem Rauchgas mit einer Absorbereinheit (1), in der Rauchgas mit Absorptionsmittel in Kontakt gebracht wird, und mit einer Desorptionseinheit (2), in der C02 aus dem erhitzten mit C02 angereicherten Absorptionsmittel freigesetzt wird, einer Kreislaufführung (c, d) für ein Absorptionsmittel zwischen der Absorptionseinheit (1) und der Desorptionseinheit (2), sowie einer weiteren Leitung für verdampftes Adsorptionsmittel zusammen mit freigesetztem C02 (e) von der Desorptionseinheit (2) zu einer Gas/Flüssigtrenneinheit (3a, 3b), dadurch gekennzeichnet,
dass die Leitung zwischen der Desorptionseinheit (2) und der Gas/Flüssigtrenneinheit (3a, 3b) zumindest teilweise als Wärmeaustauscher (WT6) für eine Kohletrocknungseinheit (4) ausgebildet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1 1, bei der die Kohletrocknungseinheit in dieser Vorrichtung integriert ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 1 1 bis 12, mit einer Braunkohletrocknungseinheit.
14. Vorrichtung nach Anspruch 1 1 bis 13, mit einer Leitung für auskondensiertes Absorptionsmittel (h) von der Gas/Flüssigtrenneinheit (3a) zur Desorptionseinheit (2).
15. Vorrichtung nach Anspruch 1 1 bis 13, mit einer Leitung für auskondensiertes Absorptionsmittel (h) von der Gas/Flüssigtrenneinheit (3 b) zur Absorptionseinheit (2) sowie mit einem der Gas/Flüssigtrenneinheit vorgeschalteten weiteren Wärmeaustauscher (WT7).
16. Vorrichtung nach Anspruch 11 bis 13, mit einer Leitung für auskondensiertes Absorptionsmittel (h) von einer ersten Gas/Flüssigtrenneinheit (3a) zur Desorptionseinheit (2) und mit einer Leitung für auskondensiertes Absorptionsmittel (h) von einer weiteren Gas/Flüssigtrenneinheit (3b) zur Absorptionseinheit (2) sowie mit einem der weiteren Gas/Flüssigtrenneinheit (3b) vorgeschalteten weiteren Wärmeaustauscher (WT7).
PCT/DE2010/001284 2009-11-16 2010-11-03 Co2-abtrennung aus rauchgasen durch chemische wäsche und wärmeintegration mit kohletrocknung sowie vorrichtung zur durchführung des verfahrens WO2011057601A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009053009.6 2009-11-16
DE102009053009A DE102009053009A1 (de) 2009-11-16 2009-11-16 CO2-Abtrennung aus Rauchgasen durch chemische Wäsche sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011057601A1 true WO2011057601A1 (de) 2011-05-19

Family

ID=43618679

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2010/001284 WO2011057601A1 (de) 2009-11-16 2010-11-03 Co2-abtrennung aus rauchgasen durch chemische wäsche und wärmeintegration mit kohletrocknung sowie vorrichtung zur durchführung des verfahrens

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102009053009A1 (de)
WO (1) WO2011057601A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112014006458B4 (de) 2014-03-13 2019-05-16 Mitsubishi Heavy Industries Engineering, Ltd. Minderwertige Kohle nutzendes Energieerzeugungssystem

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008127709A2 (en) * 2007-04-11 2008-10-23 Great River Energy Apparatus and method of enhancing the quality of high-moisture materials and separating and concentrating organic and/or non-organic material contained therein
US20090151566A1 (en) * 2007-12-13 2009-06-18 Alstom Technology Ltd System and method for regeneration of an absorbent solution

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2792777B2 (ja) * 1992-01-17 1998-09-03 関西電力株式会社 燃焼排ガス中の炭酸ガスの除去方法
DE19623209C1 (de) * 1996-06-11 1998-02-26 Rheinische Braunkohlenw Ag Verfahren zum Betrieb eines mit Braunkohle befeuerten Kraftwerkes sowie ein derartiges Kraftwerk
GB2434330B (en) * 2006-01-13 2010-02-17 Project Invest Energy As Removal of CO2 from flue gas

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008127709A2 (en) * 2007-04-11 2008-10-23 Great River Energy Apparatus and method of enhancing the quality of high-moisture materials and separating and concentrating organic and/or non-organic material contained therein
US20090151566A1 (en) * 2007-12-13 2009-06-18 Alstom Technology Ltd System and method for regeneration of an absorbent solution

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HARKIN T ET AL: "Process integration analysis of a brown coal-fired power station with CO2 capture and storage and lignite drying", ENERGY PROCEDIA, ELSEVIER, NL, vol. 1, no. 1, 1 February 2009 (2009-02-01), pages 3817 - 3825, XP026472341, ISSN: 1876-6102, [retrieved on 20090201], DOI: DOI:10.1016/J.EGYPRO.2009.02.183 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112014006458B4 (de) 2014-03-13 2019-05-16 Mitsubishi Heavy Industries Engineering, Ltd. Minderwertige Kohle nutzendes Energieerzeugungssystem

Also Published As

Publication number Publication date
DE102009053009A1 (de) 2011-05-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1682638B1 (de) Verfahren zur gewinnung eines unter hohem druck stehenden sauergasstroms durch entfernung der sauergase aus einem fluidstrom
DE60004795T2 (de) Verfahren zur entfernung und wiedergewinnung von c02 aus abgasen
EP2382028B1 (de) Verfahren zum abtrennen von kohlendioxid aus einem abgas einer fossilbefeuerten kraftwerksanlage
EP2452051A2 (de) Kohlekraftwerk mit zugeordneter co2-wäsche und wärmerückgewinnung
EP2105189A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Abtrennen von Kohlendioxid aus Rauchgas einer fossilbefeuerten Kraftwerksanlage
EP2414076A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur entfernung von kohlendioxid (co2) aus dem rauchgas einer feuerungsanlage nach der energieumwandlung
WO2007093615A1 (de) Umrüstung von anlagen zur sauergasentfernung
WO2010006825A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum abtrennen von kohlendioxid aus einem abgas einer fossilbefeuerten kraftwerksanlage
WO2014037214A1 (de) Verfahren zur abtrennung von sauergasen aus einem wasserhaltigen fluidstrom
WO2013013749A1 (de) Wärmerückgewinnung bei absorptions- und desorptionsprozessen
DE202020005634U1 (de) Ein System für integrierte Entfernung von mehreren Schadstoffe aus einem Rauchgas vom Nahe-Null-Emissionstyp
EP3493892A1 (de) Zweistufiges verfahren zum entfernen von co2 aus synthesegas
EP2435667A2 (de) Verfahren zum betrieb eines dampfturbinenkraftwerks sowie einrichtung zum erzeugen von dampf aus braunkohle
EP2105191A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Abtrennen von Kohlendioxid aus einem Abgas einer fossilbefeuerten Kraftwerksanlage
WO2009118227A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum abtrennen von kohlendioxid aus einem abgas einer fossilbefeuerten kraftwerksanlage
DE102010061538A1 (de) Rauchgaswäscher mit zugeordnetem Kühlturm
WO2009118274A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum abtrennen von kohlendioxid aus einem abgas einer fossilbefeuerten kraftwerksanlage
WO2011057601A1 (de) Co2-abtrennung aus rauchgasen durch chemische wäsche und wärmeintegration mit kohletrocknung sowie vorrichtung zur durchführung des verfahrens
EP2181754A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Abtrennen von Kohlendioxid aus einem Abgas einer fossilbefeuerten Kraftwerksanlage
DE102012202703A1 (de) Verbesserung der enthalpieschen Prozesseffizienz einer CO2-Abscheidevorrichtung in einer Kraftwerksanlage
WO2009118225A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum abtrennen von kohlendioxid aus einem abgas einer fossilbefeuerten kraftwerksanlage
DE102008010367A1 (de) Vorteilhafte Einbindung einer Rauchgaswäsche auf Kohlendioxid in ein fossiles Kaftwerk
WO2013029927A1 (de) Verfahren und anlage zur entfernung von kohlendioxid aus rauchgasen
US20190291042A1 (en) Method and system for separating co2 based on chemical absorption
DE102009017215A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung eines kohlendioxidhaltigen Gasstroms

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10794860

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 10794860

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1