专利名称：：允许俘获产生的所有二氧化碳的氧化燃烧法的制作方法允许俘获产生的所有二氧化碳的氧化燃烧法发明领域本发明涉及一种从化石燃料产生能量的方法，该方法通过隔绝来俘获二氧化碳。石油、天然气或煤炭资源的燃烧产生二氧化碳，这些二氧化碳则会在大气中累积。目前，二氧化碳是主要的"温室效应"气体。二氧化碳会阻止太阳红外辐射返回宇宙空间，因此促进地球表面温度升高，该温度升高的比例比迄今整个地质年代已观察到的显著得多。既然在可以预见的未来，人类似乎不太可能不使用化石燃料还能满足经济的需求，人们考虑了许多行动，或者开始努力减少排放到大气中的C02的量，或者降低其影响。本发明的目标是提供一种燃烧方法，该方法允许俘获C02以便将其注入合适的地质层中(远古石油或天然气沉积层，密封的盐水层，煤矿,...)。发明背景文献FR-2,872,566揭示了一种燃烧法，该方法特别允许在环境温度下对俘获的C02进行全部液化。全部C02液化需要限制制得的C02中包含的惰性化合物的比例。在此方法中，最大C02俘获比主要取决于燃烧烟气中包含的惰性气体的比例。为了最好地限制烟气中惰性气体的量以免降低C02俘获效率，该方法必须优选在恒定地保持压力略超过外界的燃烧室内操作。还优选使用能够提供纯度大于98%的氧气的氧气生产单元操作。本发明提供了一种包括C02俘获的氧化燃烧法(oxycombustionmethod),其中对C02中惰性化合物的比例没有限制。根据本发明，在输送<:02之前，不需要使其全部液化在多相压縮之后进行C02输送，该多相压縮允许对包含大量惰性化合物的C02流进行处理。
发明内容一般来说，本发明涉及一种包括俘获二氧化碳的燃烧法，该方法中至少进行以下阶段a)将富氧物流与富含二氧化碳的物流混合，形成混合物，b)用所述混合物燃烧燃料，c)处理燃烧烟气，使水冷凝，并与硫化合物一起带走，d)通过压縮至40-70巴的绝对压力、并冷却至高于(TC的温度，对阶段c)得到的处理过的烟气的至少一部分进行部分液化，得到包含至少8体积％液体的部分液化的烟气，e)用至少一个多相泵，对阶段d)得到的部分液化的烟气进行压縮，以获得压縮物流。根据本发明，阶段c)获得的处理过的烟气的一部分可用来与阶段a)的富氧物流混合。在阶段d)中,可通过以下方式完成对处理过的烟气的部分液化至少一个压縮操作，压縮至50-70巴的压力、并将压縮的烟气冷却至0-40。C的温度。根据本发明，还可进行以下操作-使得在阶段e)得到的压縮物流的一部分膨胀，然后-在使用多相泵压縮之前，通过将所述膨胀的物流部分加入阶段c)中得到的部分液化的烟气，循环所述物流部分。另外，可以在膨胀之前，通过热交换冷却所述压縮物流部分。根据本发明，可以将所述压縮烟气注入地下储层。阶段e)得到的压縮烟气可以被输送到地下储层，然后注入其中，隔绝在其中。或者可以将阶段e)得到的压縮烟气输送到地下烃类储层中，然后注入其中，以提高烃类采收率。所述多相泵可以是螺旋-轴向转子动力泵，其包括安装在单个轴上的至少一个压縮单元，其几何结构适于泵送气相和至少一种液相的混合物。更准确地说，所述多相泵可包括适于泵送气相和至少一种液相的混合物的至少一个压縮单元，该压縮单元还与常规用来泵送或压縮单相组成的流体的至少一个压縮单元相连。根据本发明的方法的主要优点是允许俘获燃烧产生的全部C02,即C02俘获效率为100%。根据本发明的方法允许将氧化燃烧装置产生的C02输送到其储藏位置,不管任何C02的纯度，具体是惰性物质含量，所述惰性物质包括氮气、氩气和氧气。然而，本发明可提供关于文献FR-2,872,566中所述方法的其它优点-提高<:02处理装置的总能量效率，-降低总投资成本，-降低操作成本，-减小工业风险和环境危害。附图简述通过参照附图，阅读以下说明，可以清楚地了解本发明的其它特征和优点，附图中-图l显示了包括烟气俘获的燃烧装置的示意图，-图2显示了烟气液化的详图。详述图l中所示的燃烧装置可用于各种工业。例如，所述燃烧装置是蒸汽和发电装置，炼油厂或石油化工加热器。所述装置可以是例如蒸汽转化炉，其允许采用包括C02俘获和储存的氢气生产法。所述燃烧装置还可以是水泥厂窑或特别用于钢铁工业的氧气炼钢炉。在图l中，通过管道l将空气送入氧气生产装置O。氮气通过管道2从装置O排出，其可以在接近环境温度的温度下排入大气中。可以完成装置O与C02液化装置L1的热综合利用在C02部分液化过程中可使用从氮气排放回路回收的冷冻能力。装置0通常产生纯度为95体积％的氧气。通过管道3将装置0产生的氧气输送到气/气混合器M中，与通过管道4流入的C02混合。因此，混合器M可通过对来自装置O的氧气进行稀释，重新构成与空气相同的氧化剂。氧气与C02的混合物从混合器M通过管道5排放。或者，可以将氧气生产装置O和混合器M结合成单独的装置。该装置可以是隔膜分离器，其中通过隔膜将氧气从空气中分离出来。空气在隔膜的一侧循环，氧气向另一侧迁移，与循环的气态C02接触。然后将氧气直接加入用作尾气的C02中。通过管道6向燃烧室CC提供氧化剂，通过管道8向其提供燃料。所述燃料是来自化石来源的燃料。例如，可以使用天然气、液体燃料、煤、油焦，或者这些化石燃料的混合物。对在管道6和8中循环的燃料和氧化剂的流速进行控制和调节，以便在过量氧气的条件下进行燃烧。在燃烧装置的标准操作条件下，阀门V2是关闭的，通过管道6流入的氧化剂是混合器M制得的氧气与C02的混合物。当阀门V2打开的时候，通过管道7向燃烧室CC提供流入的空气，当氧气生产装置0或者C02的调节以及向地下储存位置的输送出现问题的时候，该燃烧室允许回到在空气下燃烧的情况。燃烧室CC由衬有耐热材料的金属外壳组成。另外，所述燃烧室包括一个或多个燃烧器，以及待加热的流体在其中循环的管子。所述流体可以是转化为蒸汽的锅炉水(对于蒸汽发生器和/或发电机)，烃类混合物(对于炼油厂加热器)，烃类和蒸汽的混合物(对于蒸汽转化炉)。在燃烧室CC中燃烧产生的烟气可以在装置T中进行除尘以及除去氧化硫和/或氧化氮的处理。对于除尘，优选使用静电过滤器。可以在燃烧室CC中进行一些处理。例如，如果使用高硫含量燃料，通过向燃烧室CC注入石灰石可第一次降低氧化硫含量，通常随后对离开燃烧室的烟气进行第二脱硫阶段。然后通过管道9和抽提器E1排放烟气。然后，烟气所流经的路线由阀门或气闸V5和V6(即允许控制管路中烟气流速的装置)决定,。当气闸V6关闭、气闸V5打开的时候，烟气通过烟囱C释放入大气中。当燃烧在空气中进行的时候，特别是在装置停止或启动阶段，或者当氧气生产装置0或者题的时候，这种操作方法是优选的。当气闸V6打开，气间V5关闭的时候，烟气被通入水冷凝装置CT。装置CT对烟气进行冷却。冷凝的水还带走了处理装置T中可能没有除去的硫化合物和粉尘。所述水和硫化合物冷凝物通过管道10排放到水和硫化合物处理装置。不含冷凝水的脱硫的烟气储存在罐SG中。储罐SG中包含的烟气的一部分通过管道11和抽提器E2排出，然后通过管道4循环到混合器M，该混合器允许重新构成氧化剂。罐SG中包含的另一部分烟气通过管道12进入液化装置L1，在液化装置L1中部分液化。在稳定的操作条件下，进入液化装置L1的C02的流速等于燃烧产生的C02的流速。通过一系列压缩和冷却阶段进行部分液化。在两个压縮阶段之间，C02在压縮结束时达到的温度和接近环境温度的温度之间进行冷却。可通过，与空气、水或任意其它制冷剂进行热交换来完成冷却。具体来说，可以使用在装置0产生的管道2的氮气膨胀的时候获得的冷却能力进行冷却。在C02液化的时候，在各压縮步骤之后的连续冷却步骤中收集得到的水可以通过管道13排放。最后，CO2处于高压(40巴，可能是50巴)和与其临界点之下，优选绝对压力50-70巴)和低温(高于0。C,优选0-4(TC,优选10。C)。因为存在惰性物质，不可能使得气相完全液化。如果需要仅存在液相，则C02的纯度至少为95体积％,而氧化燃烧装置通常生成最高纯度为90体积X的CO2。在此情况下，如下面表示数量的实施例所示，在分离后得到两相-包含几乎所有惰性物质和部分(302(40-60体积％)的气相，-包含余下的C02的液相。装置L1中部分液化的C02和惰性物质通过管道14进入储存罐SM。罐SM中的混合物处于40-70巴和高于0'C的条件之下。根据本发明，装置L1必须在管道14中制得包含至少8体积％液体的物流，以确保需要最小量进口液体的多相泵PP平稳运行。储存罐SM中包含的混合物可预期隔绝在地下储层中，例如储存在远古石油或天然气沉积层中，储存在密封的盐水层或煤矿中。还可将其注入贫化的烃类、油或气储藏层中，以提高采收率。该混合物通过管道15从罐SM排出，然后在多相压縮之后输送到储层，例如通过管道16循环。在本发明中，制得的两相混合物通过至少一个多相泵pp压縮。还可使用一些并联或串联设置的泵。使用多相泵可处理两相混合物。这种方式避免在多相压縮之前必须将烟气冷却至很低的温度(低于o。c)。就能耗和装置成本而言，这是有益的。另外，所有的燃烧烟气，即C02和惰性化合物都可在无需分离操作的情况下进行处理，以释放出富含惰性物质的烟气部分。考虑到工业氧化燃烧装置通常遇到的烟气压力、温度和体积流速条件，使用的多相泵优选是螺旋-轴向转子动力型多相泵，但是也可在不偏离本发明范围的前提下使用其它类型的多相泵，例如多螺杆正位移多相泵(multiscrewpositivedisplacementmultiphasepump)。螺旋-轴向转子动力型多相泵由固定在单个轴上的一个或多个压縮阶段组成，其几何结构适于泵送气相和至少一种液相的混合物。该单元的几何结构详细描述于文献FR-2,665,224或GB-2,287，288中，该说明不是限制性的，在此仅作为多相泵可能实施方式的例子提到。所述多相泵还可由一个或多个多相阶段，随后是一个或多个非螺旋-轴向阶段，例如在常用于单相液体的离心泵的径向或半径向几何结构阶段组成。文献FR-2,748,532描述了这种组合，当压力必须升高到高于混合物仅由一种或多种液相或单独的致密相组成的值的时候，这种组合对本发明的方法是特别有益的。可以将C02压縮至一定的压力，在此压力下将其注入地下储层中，封闭在其中。通常注入压力为80-300巴，优选100-120巴。为了了解多相泵排放端的压力，必须如以下表示数量的实施例中那样，将输送管道以及井中的固定高度和压降考虑在内。较佳的是，可以在多相泵PP周围设置C02循环回路。在压力下由泵PP输送的部分的C02流在热交换器E3中冷却，例如冷却至0-40。C。较佳的是,所述处于压力下的C02流部分通过与周围流体(例如空气或水)热交换而冷却。然后该冷却的物流在膨胀装置T中膨胀至接近泵PP的入口压力的压力，例如为40-70巴。在与管道15内循环的部分液化的C(V混合的同时，将膨胀的物流再循环到泵入口。膨胀装置T1可以是膨胀阀或两相膨胀涡轮。如果使用涡轮，可以例如通过在相同的轴上安装涡轮T1和泵PP来回收膨胀能量，驱动泵PP。另一方面，多相泵PP周围的C02循环回路的优点是能够保护泵PP免于经历由于流速不足造成的操作不稳定。另一方面，通过降低泵PP进口处的流体温度，该回路允许增大泵进口的液体/气体比例，从而改进泵PP的性能。在标准的或稳定的操作条件下，混合器M为燃烧室CC提供来自装置O的氧气与来自储存罐SG的C02的混合物。向燃烧室CC输送来自混合器M的氧化剂以及通过管道8流入的燃料。将所有的燃烧烟气输送到处理装置T和水冷凝装置CT,然后通入储存罐SG。将罐SG中包含的C02的一部分通入混合器M。罐SG中包含的C02的另一部分在液化装置L1中部分液化，然后储存在罐SM中，在混合相中压縮，最后通过管道15排放出来，储存于地下储层。图2显示了所述燃烧烟气的部分液化阶段的详图。图2中与图1相同的编号表示相同的元件。烟气的液化通过在压縮机的各个阶段Kl,K2，K3和K4中进行几个连续的压縮，以及在热交换器Ell,E12，E13和E14中进行冷却而进行。在阶段Kl-K3中进行压縮之后，通过热交换器在E1-E3中(通常用水)对烟气进行冷却，达到低于5(TC的温度，通常约为40。C。冷却使得水冷凝，收集在罐B1-B3的底部。将B1-B3顶部的气体输送到以后的压縮阶段。在罐B3顶部排放的烟气可以在装置DH中进行脱水处理。例如DH使用二醇处理。在罐B1-B3(可能来自DH)的底部收集的水流通过管道13排放。在罐B3顶部排放的(可能在DH中处理的)烟气通过压縮阶段K4压縮，然后通过管道14输送到罐SM。根据本发明，确定K1-K4的压縮比以及E22的冷却温度，以便在管道14中获得部分液化的包含至少8%液体的物流。另外，为了不使用高能耗的制冷循环，通过在Ell、E12E13和E22中与周围流体(例如水或空气)热交换将烟气冷却至高于(TC,优选0-4(TC。这样，本发明可俘获和隔绝来自燃烧室CC的所有C02。根据本发明的燃烧装置可以使用燃烧室和已有的烟囱来实施。该操作通常称为重修，允许重新使用在C02俘获过程中高投资成本的现有的设备。用根据本发明的方法可以采用这种操作，这是因为其不需要对燃烧室CC加压。通过以下表示数量的实施例(其结合使用图1所示的草图和图2所示的液化装置)，可以很清楚地了解本发明的各种优点。在应用实施例中，我们考虑了450-MW净氧化锅炉(netoxyboiler)，其产生烟气量为470吨/小时，其含有以下质量比例杂质和惰性气体的C02:-二氧化碳C02:91.13质量％-水1120:1.33质量％-氮气>12:1.84质量％-氧气02:2.20质量％-氩气Ar:3.34质量％-其它，包括S02:0.16质量％通过四个压縮阶段K1-K4将气体压縮至最高50巴，中间在E11-E13冷却至环境温度，优选0-40。C。下表给出了压縮时气体的热力学条件<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>下表列出了各压縮阶段K1-K4所需的功率:<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>在K4的出口，通过冷却至6'C使得气体混合物部分液化，获得9.8体积％的液体。在本实施例中，多相泵设计成将混合物的压力从50巴升高到100巴。较佳的是，在压縮之前，通过位于多相泵上游的脱水装置DH从混合物中除去水仏0相。考虑到总输出，单独的螺旋-轴向型多相泵可适宜获得该压力升高。该泵由串联安装在单个轴上的10个压縮阶段组成，包括固定在旋转的轴上的旋转部件(称为转子)以及静止部件(称为定子)，其调节流动。对于该应用，泵的预先尺寸计算得出转子外径为460mm，转子转速为3600rpm。所述多相泵由两个压縮单元系列组成，第一系列包括四个连续的单元，之后是第二系列六个单元。在同一系列中各个压縮单元的几何结构是相同的。在泵中，选择两个不同系列的单元是用来将压縮单元的几何结构调节到通过泵的流动的特性，以便对预期应用的设备的水力性能优化。在此泵中，不需要在各个压縮阶段中使用不同几何形状的单元作为轴向压縮机或涡轮。该泵的轴上所需的驱动功率约为5100KW。对于本实施例，通过该泵压縮的混合物的热力学特性的变化列于下表:<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>NS:不重要，达到致密相区域本实施例显示混合相中的压缩使450-MW氧化锅炉的燃烧残余物的总流速(即约为516吨/小时)可获得所需的注入压力水平(此处为100巴)。该流速可使用单独的10级多相泵处理，该泵需要的驱动功率小于或等于等价的C02液化处理、气体/液体分离装置和泵送装置通常消耗的功率。通过处理所有的C02和惰性物流，根据本发明的方法还允许在无需气/液分离设备的情况下进行操作。权利要求1.一种包括俘获二氧化碳的燃烧法，该方法中至少进行以下阶段a)将富氧物流与富含二氧化碳的物流混合，形成混合物，b)用所述混合物燃烧燃料，c)处理燃烧烟气，使水冷凝，并与硫化合物一起带走，d)通过压缩至40-70巴的绝对压力、并冷却至高于0℃的温度，使得阶段c)得到的处理过的烟气的至少一部分部分液化，得到包含至少8体积％液体的部分液化的烟气，e)用至少一个多相泵，对阶段d)得到的部分液化的烟气进行压缩，以获得压缩物流。2.如权利要求l所述的方法，其特征在于，阶段c)中得到的处理过的烟气的一部分用来与阶段a)中富氧物流混合。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在阶段d)中，通过以下方式完成处理过的烟气的部分液化至少一个烟气压縮操作，压縮至50-70巴，并将压縮的烟气冷却至0-4(TC。4.如权利要求l-3中任一项所述的方法，其特征在于，进行了以下操作使得阶段e)中得到的压縮物流的一部分膨胀，然后在通过所述多相泵压縮之前，通过将所述膨胀的物流部分加入所述阶段c)得到的部分液化的烟气，循环所述物流部分。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在膨胀之前，通过热交换冷却所述压縮物流部分。6.如权利要求l-5中任一项所述的方法，其特征在于，将所述压縮烟气注入地下储层。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，将阶段e)得到的压縮烟气输送到地下储层，然后注入其中，并隔绝在其中。8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，将阶段e)得到的压縮烟气输送到地下烃类层，然后注入其中，以提高烃类采收率。9.如以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述多相泵是螺旋-轴向旋转动力泵，其包括安装在单个轴上的至少一个压縮单元，其几何结构适于对气相和至少一种液相的混合物进行泵送。10.如权利要求l-9中任一项所述的方法，其特征在于，所述多相泵包括适于泵送气相和至少一种液相的混合物的至少一个压縮单元，该压縮单元与常规用于泵送或压縮单相组成的流体的至少一个压縮单元相连。全文摘要本发明涉及包括俘获产生的CO<sub>2</sub>的氧化燃烧法。根据本发明，混合器(M)为室(CC)输送来自装置(O)的氧气与来自储存罐(SG)的循环烟气的混合物。向室(CC)输送来自混合器(M)的氧化剂和通过管道8流入的燃料。将所有的燃烧烟气送到水冷凝装置(CT)，然后使其进入储存罐(SG)。在液化装置(L1)中将包含通过燃烧制得的所有CO<sub>2</sub>的部分烟气压缩至约60巴，然后在大约15℃冷却并部分液化，储存在罐(SM)中。根据本发明，通过多相泵对部分液化的CO<sub>2</sub>进行压缩，以使其通过管道(16)排出，储存在地下储层中。文档编号F23J15/06GK101283220SQ200680036969公开日2008年10月8日申请日期2006年10月4日优先权日2005年10月4日发明者J·法尔西马尼,P·布罗廷,R·维尔拉金,T·博克哈德特申请人:法国石油研究所