用于降低二氧化碳排放的方法及装置的制作方法

专利名称：用于降低二氧化碳排放的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于降低二氧化碳到大气中的排放的方法以及一种用于执行所述方法的装置。二氧化碳(CO2)主要在含碳燃料燃烧时产生。这样产生的二氧化碳逸出到大气中并且加剧全球变暖。这个环境问题例如在德国专利申请DE 19834073A1中已经予以描述。
背景技术：
为了避免将二氧化碳排放入大气中，需要将通过燃烧产生的二氧化碳分离出来并且合适地持久储存。为了能将全部二氧化碳从发电厂经过大的距离运输到合适的储库/地层/矿层，出于经济原因，通常首先将二氧化碳液化。然后将液态的二氧化碳例如从先前通过燃烧产生二氧化碳的发电厂船运到储库。船运的特点在于，CO2在发电厂中持续产生，而船舶运输仅可分批地进行。由此存在提供缓冲容积的必要性。液化的二氧化碳可填充在储罐中，借助于运输工具如船舶或车辆运往储库例如枯竭的油田或气田或盐穴，并在到达储库之后转移到储库中。已知，为了运输而使气体液化并且借助于储罐在液化状态下将气体从输出地点运输到期望的目标地点。因此，例如将天然气冷却到-ierc至-164°c并因此液化。液化天然气(LNG)的运输尤其是借助于船舶进行。在LNG的情况下，为了储存在储罐中必须选择能够承受低温的材料。但通常不需要使所使用的材料在低温下同时具有高强度，这是因为可在标准压力或很小的过压下运输LNG。但也力求在较高的压力下并因此随之在较高的温度下运输LNG。已知，在压力下储存LPG。储存压力可高达18bar abs.(绝对压力)，这是因为该气体能够仅通过这样的压力升高来液化。这在直到45°C的环境温度下都适用。45°C通常是为世界范围行驶的气槽船所假设的上设计温度。另外还已知，将待运输的LPG的温度降低到_42°C，以便能在大容积的储罐中运输LPG，所述储罐不必能胜任特别的压力需求。待运输的LPG的储存压力于是可降低到环境压力。专业人员力求使液态气体的温度可不必冷却到-50°C以下，因为否则必须使用相对较昂贵的钢。当要求储罐必须能承受过压时情况尤其如此。如果液态气体的温度为_50°C 及以上，则可使用通常的低温细粒结构钢如P355NL2或13MNN163。由这种低温细粒结构钢制成的储罐于是也可构造得相对较抗压。但在大容积的储罐(数千立方米)的情况下，要制造能承受例如5 IObar g(表压力)的相对较高的过压的储罐很困难或在技术上投入非常高。因此，如果要运输大的体积，则专业人员力求这样选择液化气体的温度，使得可避免使用抗压的储罐或者可降低所需的耐压强度，以便能相对较无问题地使用大容积的储罐。如果将用于液态气体的储罐构造得抗压，则专业人员力求将这种储罐的壁厚度限制到大约50mm。尤其是下面的物理关系在此是决定性的细粒结构钢经受所谓的低温脆变 /脆化，该低温脆变导致，细粒结构钢在特定的使用温度以下不再能用于构造压力容器。衡量其的量度是在相应温度下的缺口冲击韧度。该值主要与钢中的组织结构相关。现在，板件/金属板越厚，组织不均勻性的风险越大。附加地，在加工时，“相对于轧制的板件产生组织变化”的这一风险例如在焊接时的热影响区中会提高。由此，在制成的储罐的所有部位上遵循在测试板件上得到的值的可能性会下降。由此得到“应在比使用温度低的温度下检查较厚的板件”这一实践方案。这应保证，这样发现的缺口冲击韧度值在使用温度下能有效地在板件中处处得到遵循。本发明中考察的值对于特殊的细粒结构钢例如P690QL2反映出远洋航行船舶上的气体储存罐的设计中通常使用的压力/温度和板厚度。由此，对于50mm的壁厚度和-40°C的储存温度，得到一测试温度，在所述测试温度下，生产钢的炼钢厂达到所要求的缺口冲击值。因此，如果专业人员力求将来自燃烧过程的二氧化碳运到储库，则专业人员出于所述原因将力求使二氧化碳液化并在-50°C的温度下以及在大约6. 6bar g的压力下进行运输。为了不必设置更低的温度或更高的压力，专业人员首先将二氧化碳净化并尤其分离出氢和氮，所述氢和氮在用于从发电厂气体中分离CO2的技术已知的方法中作为CO2的杂质 /污染物必然以一定的量存在。

发明内容
本发明的目的在于，将通过燃烧过程产生的二氧化碳经济地并且尽可能完全地运输到储库。本发明的目的通过一种方法来实现，在所述方法中，从气体中分离出由燃烧过程产生的二氧化碳。接着使二氧化碳达到至少lobar abs.、优选至少Mbar abs.、特别优选至少18bar abs.的压力并将其冷却到直到-10°C、优选直到_20°C的温度。优选地，液化的二氧化碳的温度为直到-40°C。液化的二氧化碳的温度当在储罐中运输期间特别优选处于-25°C至_35°C之间。液化所需的温度与储存压力相关。但根据本发明，力求不必选择过低的温度。虽然较高的、例如18bar g(bar gauge巴表压力)的压力需要提供具有较高的、 19 21bar g的设计压力并因此具有随之而来的高的壁厚度的储罐。但由于高的压力，在二氧化碳气体中可容忍相对较高份额的氢和氮。即不需要在液化之前从二氧化碳中很大程度地分离氮和氢，按照现有技术这也会导致分离出二氧化碳。这部分二氧化碳还会以这种方式不利地逸出到大气中。因此，根据本发明，由于与传统所追求的-50°C的温度不同，所以能够在不必事先很大程度地分离出氢和氮的情况下将分离出的二氧化碳液化并且运输到储库。因此不需要提供相对较纯的二氧化碳。越必须大程度地分离出氢和氮，越多的二氧化碳就同时不可避免地被一起分离出并且然后不利地到达大气中。因此，根据本发明，为了运输气体，不是将所述气体冷却到-50°C，以便可在液态状态中在尽可能小的压力下运输气体。取而代之的是，不同于这种通常的处理方式，以具有较高的压力为代价，使得不必分离氮和氢，或者使这种分离能至少降低到最小程度。虽然对于储罐而言需要相对较高的壁厚度，但成本总体上不会由此提高，这是因为在其它地方节省了成本。例如，因为不必大程度地从二氧化碳分离出氢、氧和/或氮来获得相对较纯的二氧化碳，所以成本得以节省。为了保证可最佳地对用于储罐的钢进行加工，储罐的最大壁厚度约为50mm。
如果二氧化碳中氮的份额不大于0. 7%mol(摩尔百分比)或者氧的份额不大于 0. 99%mol或者氢的份额不大于0. 14% mol，则当(X)2的温度约为_30°C并且压力约为Wbar abs.时，可有利地完全放弃从分离出的二氧化碳中分离氧、氮或氢。如果在CO2中存在多种不同的、不利地需要提高压力或降低温度以便使CO2液化的有害气体，则根据组成成分而定适用其它上限。在本发明的一种实施形式中，使二氧化碳冷却到-30°C并且这样选择压力， 使得可避免从分离出的二氧化碳中分离有害气体。在本发明的一种实施形式中，将有害气体、确切地说尤其是氮、氧和氢从分离出的 CO2中除去，以便可节省用于液化的能量。为了对二氧化碳进行废料处理(entsorgen)，将所述二氧化碳例如泵送入以前的油田或气田的井眼/钻孔中或盐穴中。CO2首先原则上水蒸气饱和地产生。因此，在本发明的一种实施形式中，在以液体状态运输二氧化碳之前先将所述二氧化碳干燥。否则，会由于低温储存而产生冰和水合物。如果通过干燥而避免形成冰和水合物，则由此可避免阻塞过滤器、阀、泵等中的窄的横截面。有利地，当使二氧化碳达到高的压力时，对所述二氧化碳进行干燥。这使干燥变得简单。本发明尤其是涉及从发电厂的烟气中分离二氧化碳的情况。发电厂中的燃烧过程在很大程度上加剧二氧化碳对环境的负荷。因此，本发明尤其是使用在这样的情况中。此外，为了实现所述目的，提出一种储罐，所述储罐具有并列独立权利要求的特征。有利的设计方案由从属权利要求中得到。此外，本发明还涉及一种驳船，所述驳船配备有用于液化二氧化碳的设备和/或用于在_20°C至_40°C的温度下、优选在大约-30°C的温度下储存液态二氧化碳的、足够抗压的储罐。当储罐能承受液化(X)2所需的压力时，所述储罐是足够抗压的。驳船的储罐的罐容积尤其为至少2000立方米、优选至少3000立方米，以便可储存大量的CO2,而同时不必为提供储罐花费过大的成本。驳船尤其有利，当-在发电厂没有建造位置时；-建造时间紧急时，因为驳船可比陆地设备更快地建造。驳船上的单个储罐的尺寸可较大，因为不必运输这些储罐。因此，在本发明的一种实施形式中，将液态的(X)2从驳船的一储罐转移到一船只的一具有较小容积的储罐中。然后，该船只将液态的(X)2运输到合适的储库。在本发明的一种实施形式中，对于较老的发电厂，将缓冲储库从一个发电厂运送到另一个发电厂，以便可继续使用所述缓冲储库。在这方面，设置驳船比设置陆地设备占优势。在一种实施形式中，驳船停泊在贸易港口之外，以便由此克服在摆渡船的通道水深方面的限制。因为要运输大的量，所以，用于将液化的CO2运输到储库的储罐的容积出于前述原因也优选为至少2000立方米，特别优选为至少3000立方米。具有18bar g至20bar g设计压力的、按照当前的现有技术可合适地构造用于在18bar abs.和_30°C下储存CO2的最大的单个压力罐处于5000 6500m3的数量级内。于是，由此可通过组合任意多个储罐而在船只上构造相应的缓冲容积或运输容积。
为了使储罐能胜任温度和压力方面的要求，所述储罐尤其是由高强度的特种钢、 例如按照EN 10028-6具有> 500MPa直至900MPa的屈服点的特种钢制成。这种材料已知其材料编号为P690QL2或1. 8888。具有2000立方米及以上容积的储罐用船只运输。但也可使用其它车辆例如火车或载货汽车来运输储罐，以便将液态的二氧化碳从进行相应燃烧过程的地点运输到储库。 储罐容积于是当然较小。于是可更容易地特别抗压地构造储罐。因此，本发明首先涉及将二氧化碳以大的量用船只运到合适的储库的情况。船只当然通常不是仅配备有一个而是配备有多个储罐(罐仓库)。总容积通常至少为5000m3。出于清楚起见，在这里还要借助于编号的实施形式来描述本发明1. 一种用于降低二氧化碳排放的方法，根据该方法，将通过燃烧过程产生的二氧化碳分离出来，使分离出的二氧化碳达到至少IObar abs.、优选至少15bar abs.、特别优选至少ISkir abs.的压力，使分离出的二氧化碳达到直到-10°C、优选直到-20°C、特别优选直到-40°C的温度，这样，将分离出的二氧化碳液化地转移到储罐中，将所述储罐运输到用于二氧化碳的储库。2.根据实施形式1的方法，其中，液态的二氧化碳的压力不高于25bar abs.，优选 ^1 ^1 18bar abs.。3.根据上述实施形式之一的方法，其中，储罐的最大壁厚度不超过50mm。4.根据上述实施形式之一的方法，其中，储罐的设计压力不超过20bar g。5.根据上述实施形式之一的方法，其中，在液化的二氧化碳中，氮的份额不超过 0.7%mOl (摩尔百分比)或者氧的份额不超过0. 99% mol或者氢的份额取值不超过0. 14% mol。根据上述实施形式之一的方法，其中，在二氧化碳液化之前，将非二氧化碳气体例如氮、氧、氢的总体积的至多75%、优选至多50%、特别优选至多25%从二氧化碳中分离。6.根据上述实施形式之一的方法，其中，在液化之前不从分离出的二氧化碳中将氧或氮分离出来。7.根据上述实施形式之一的方法，其中，将二氧化碳通过一个或多个井眼运到储库中。8.根据上述实施形式之一的方法，其中，对二氧化碳进行干燥并且在干燥过的状态中将二氧化碳运到储库。9.根据上述实施形式之一的方法，其中，储罐由材料编号为P690QL2的钢制成。10.根据上述实施形式之一的方法，其中，储罐由具有> 500MPa、尤其是> 620MPa、更尤其是> 690MPa的屈服点的钢例如P690QL2或等效的钢制成。11.根据上述实施形式之一的方法，其中，将二氧化碳呈气态地从发电厂工艺过程中提取出来，尤其是从发电厂的烟气中分离出来。12.根据上述实施形式之一的方法，其中，将二氧化碳在驳船上液化和/或暂时储存。13.根据上述实施形式之一的方法，其中，将在驳船上储存的液态的二氧化碳转移到具有自己的驱动装置的船只上。14.根据上述实施形式之一的方法，其中，具有自己的驱动装置的船只上的二氧化碳储罐比驳船上的二氧化碳储罐小。
15. 一种运输工具的储罐，具有包含在该储罐中的液态的二氧化碳，所述储罐具有至少2000m3的罐容积，其中，在储罐中存在有至少IObar g、优选至少Mbar g、特别优选至少18bar g的压力，并且二氧化碳的温度为_30°C至_20°C。但原则上也存在一种用于运输工具的储罐，其具有包含在储罐中的液态的二氧化碳，所述储罐根据实施形式1至14之一的方法来制造。16.在上述两种实施形式之一中的储罐，所述储罐由P690QL2制成。17. 一种罐仓库，具有多个具有包含在其中的液态的二氧化碳的储罐，尤其是根据上述两个实施形式之一的储罐，其中，在每个储罐中均存在有至少IObar g、优选至少Mbar g、特别优选至少18bar g的压力并且二氧化碳的温度为-30°C至_20°C，其中，储罐的总容积至少为5000m3，优选为10000m3。18. —种具有一储罐的驳船，液态的二氧化碳可在_30°C的温度下、在18bar g的压力下储存在该储罐中。19.尤其是根据上述实施形式的驳船，具有用于使二氧化碳液化的设备。20. 一种具有一个或多个储罐的驳船，液态的二氧化碳可在约-30°C的温度下和约18bar g的压力下储存在所述储罐中。
具体实施例方式下面借助于一个例子来详细描述本发明。在典型的燃烧后捕集过程中，发电厂的全部烟气在通常的处理步骤(除尘、脱硫、脱氮)之后经历附加的洗涤过程(氨吸收过程)。 因为CO2优选被吸收在氨溶液中，所以可通过浓缩的溶液在洗涤塔的塔板/塔底上吸出co2。 然后，在氨再生中，CO2通过热输入被从氨溶液中逐出并在大气压力下作为水饱和的/饱含水的粗CO2产生。在多级压缩中，CO2达到期望的液化压力，所述液化压力可处于12bar abs. 至40bar abs.之间。在一个优选例子中，以18bar abs.的压力运输CO2并且宜将液化压力选择得稍高(大约19bar abs.)。在压缩压力较高时，需要多级压缩，所述多级压缩宜随着在此产生的冷凝水的中间冷却和分离而进行。接着将气体干燥。这首先在压力露点温度不高于约4°C的冷冻式干燥器中、接着在吸收式干燥器中进行。接着将干燥的(X)2液化——例如通过使用制冷剂冷凝设备。在此可以使用不同的制冷剂和工艺过程。在一个实施例中使用R410制冷剂。该制冷剂在低的压力和约_30°C的温度下蒸发并且在此产生冷量，CO2用该冷量冷凝。接着制冷剂被压缩并且在约30°C下用冷却水冷凝。在此也可使用取决于其它的压力和部件选择的其它方法(例如用空气等冷凝)。主要针对北欧所考虑的本发明选取项的优点是有利的能量消耗以及在制冷技术中可使用通常的部件的可能性。气体的压缩在发电厂中进行，以便可经济地进行运输。由此，干燥也宜在发电厂进行，因为否则会在运输期间出现冷凝水。出于开头所述的原因，当要分批地进行后续的运走时，设置有缓冲容积。如果这种缓冲容积或缓冲储库直接设置在发电厂所在地，则压缩可合适地在一个多级过程中进行。 如果发电厂和储库的地点彼此分开，则有利地在液化机上进行再压缩(用以补偿运输损失)。由于将热引入到缓冲罐中而必然产生的蒸发气体/逸气可通过相应的再压缩机重新达到液化压力。于是，在该实施形式(再压缩机为用于液化CO2的装置)中节省了压缩机。但液化和中间储存可非常妥善地(但不必)在地点上分开地进行。在此，除了例
7如在港口附近的缓冲储库之外，船只上的设备也是可能的。液化和中间储存优选在驳船即没有自己的驱动装置的船只上进行。驳船降低了对地皮的需求并且与陆地设备相比可在较短的时间内成本低廉地建造。原则上，驳船作为用于发电厂的现代化设施可以比相应的陆地设备更容易实现。如果液化装置和缓冲储库或船只在空间上是分开的，则液态运输分别通过合适的泵抽来实现。运输船将(X)2泵抽到固定布置的设备，所述设备实施压力升高和加热以馈入到储库中，或者该船只装备有相应的部件并且直接(例如通过与海底管线临时连接)馈入到与储库形成连接的井眼/钻孔中。因为储库处于压力下并且井眼不适于在低温下装备，所以需要提高压力和加热。在本发明的一个实施例中，储库压力为18bar abs.。液化压力比其稍高。液态的二氧化碳的温度大约为_35°C。储罐是筒形的罐，由P690QL2制成，设计压力为19bar g，容积为3000立方米。下面的例子表明，为了能在大约18bar abs.的储库压力和大约30°C的温度下进行运输，二氧化碳中所能包含的氮、氧杂质的极限是多少。混合物I CO2 99. 1992mol% (摩尔百分比)N2 0. 4004mol%O2 0. 4004mol%在Wbar abs.下液化温度为 _29· 75°C ；混合物II CO2 99. 1305mol% (摩尔百分比)N2 0. 3498mol%O2 0. 5197mol%在Wbar abs.下液化温度为 _30· 18°C ；混合物III CO2 99. 2303mol% (摩尔百分比)N2 0. 5496mol%O2 0. 2201mol%在18bar abs.下液化温度为_30°C。亦即，如果要在_30°C和18bar abs.下进行运输，则在包含过多的氮、氧杂质时就应首先进行净化，以便获得足够纯的、充分摆脱氮和氧的二氧化碳。在其它压力和温度下适用相应的情况。
权利要求
1.一种用于降低二氧化碳排放的方法，其中a)将通过燃烧过程产生的二氧化碳分离出来；b)使分离出的二氧化碳达到至少IObarabs.的压力；c)将分离出的二氧化碳冷却到直到-10°C的温度；d)这样，将分离出的二氧化碳液化地转移到储罐中；以及e)将所述储罐运输到用于二氧化碳的储库。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使分离出的二氧化碳达到至少ISbar abs.的压力。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将分离出的二氧化碳冷却到直到-40°C的温度。
4.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，使液态二氧化碳的压力不高于 25bar abs. 0
5.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，使用于液态二氧化碳的储罐的平均壁厚度不超过50mm。
6.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，使用于液态二氧化碳的储罐的设计压力不高于20bar g0
7.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，使液态二氧化碳满足下述标准至少之一氮的份额不高于0. 7% mol，氧的份额不高于0. 99% mol，氢的份额不高于0. 14%mol ο
8.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在液化之前不从分离出的二氧化碳中分离氧或氮。
9.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在驳船上液化和储存二氧化碳。
10.一种用于运输液态二氧化碳的储罐，具有至少2000立方米的容积，所述储罐至少部分地填充有根据权利要求1至9的方法制备的液态二氧化碳，其中，在所述储罐中存在有至少IObar g的压力。
11.根据权利要求10所述的储罐，其特征在于，在所述储罐中存在有至少18barg的压力。
12.根据权利要求10或11所述的储罐，其特征在于，二氧化碳的温度为-30°C 到-20°C，包含_20°C在内。
13.根据权利要求10至12之一所述的储罐，其特征在于，液态二氧化碳在18barg的压力下具有_30°C的温度。
14.一种罐仓库，具有多个根据权利要求10至13之一所述的储罐。
15.一种驳船，具有根据权利要求10至13之一所述的储罐。
全文摘要
本发明涉及一种用于降低二氧化碳到大气中的排放的方法以及一种用于实施该方法的储罐。根据本方法，从气体中分离出由燃烧过程产生的二氧化碳，接着使二氧化碳达到至少10bar abs.、优选至少15bar abs.、特别优选至少18bar abs.的压力并将其冷却到直到-10℃、优选直到-20℃的温度。液化的二氧化碳的温度优选为直到-40℃。液化的二氧化碳当在储罐中运输期间的温度特别优选处于-25℃和-35℃之间。虽然较高的例如18bar abs.的压力需要提供壁厚度较厚的储罐，但由于高的压力，在二氧化碳气体中可容忍份额较高的氢和氮。这样，在液化前无需从二氧化碳中很大程度地分离出氮和氢，根据现有技术，这也会导致分离出二氧化碳。
文档编号C01B31/20GK102458611SQ201080026759
公开日2012年5月16日 申请日期2010年6月16日 优先权日2009年6月16日
发明者H-C·哈尔曼-库恩, M·库埃维尔 申请人:塔格海底天然气工程有限公司