使用致冷系统的低温CO2分离的制作方法与工艺

使用致冷系统的低温CO2分离发明领域本发明涉及通过将烟道气流致冷以冷凝其中存在的CO2，从富含CO2的烟道气流分离CO2的方法和系统。背景在燃烧设备(例如发电设备)中，在燃料(例如煤、油、泥煤、废料等)的燃烧中，产生热的过程气体，这样的过程气体除其它组分以外还含有二氧化碳CO2。随着提高的环境要求，已开发用于从过程气体除去二氧化碳的各种过程。CO2捕集通常包括冷却（或压缩和冷却）烟道气，以将CO2冷凝为液体或固体形式，和将其与非可冷凝的烟道气组分(例如N2和O2)分离。在CO2捕集之前，通常需要清洁富含二氧化碳的烟道气。气体清洁操作通常可包括除去灰尘、硫化合物、金属、氮氧化物等。通过各种方式(例如，使用合适的外部致冷剂)，可实现将烟道气冷却至其冷凝温度。使用外部致冷剂的CO2捕集系统在投资成本和操作成本两者方面可能昂贵。作为备选，通常使用自动致冷系统，其中将富含CO2的烟道气压缩、冷却和膨胀，以实现CO2的冷凝。在这些系统中，液体CO2产物用作富含CO2的烟道气的冷却介质。由于在这些系统中在冷凝介质和蒸发介质之间温度紧密接近，通常必须使用铜焊铝（brazedaluminium）换热器进行CO2冷凝。除了昂贵以外，铝对于来自化石燃料燃烧的烟道气中所含的许多痕量组分(如汞和颗粒物质)的污损敏感。因此，自动致冷系统通常需要大量的努力以除去CO2冷凝步骤上游的烟道气中的有害组分，例如颗粒过滤器、汞吸附器和SOX/NOX洗涤器。发明概述本发明的一个目的是提供用于从烟道气流（例如，在含氧气体存在下产生于燃烧燃料的锅炉中）除去二氧化碳的系统和方法，所述系统和方法减轻至少一个以上提及的问题。根据本文描述的各方面从烟道气流除去二氧化碳的系统和方法允许成本高效的CO2分离，使用简单、稳健的换热器设计和材料。根据本文说明的各方面，提供了用于冷凝烟道气流中的二氧化碳(CO2)的致冷系统，所述系统包含含有致冷剂的致冷回路，所述致冷回路包含多阶段致冷剂压缩机，致冷剂冷凝器，致冷剂冷冻器，烟道气冷冻器，第一CO2冷凝器，第二CO2冷凝器，其中所述多阶段致冷剂压缩机设置为将来自所述烟道气冷冻器、第一CO2冷凝器和第二CO2冷凝器的致冷剂压缩至压力P0，所述致冷剂冷凝器设置为冷凝所述经压缩的致冷剂，所述致冷剂冷冻器设置为使用在所述第一和/或第二CO2冷凝器中分离的液体CO2冷冻至少一部分所述经冷凝的致冷剂，所述烟道气冷冻器设置为在低于P0的第一膨胀压力P1下使用第一部分所述经冷冻、冷凝的致冷剂来冷冻所述烟道气流，所述第一CO2冷凝器设置为在低于P1的第二膨胀压力P2下使用第二部分所述经冷冻、冷凝的致冷剂从所述经冷冻的烟道气流冷凝和分离第一部分CO2，所述第二CO2冷凝器设置为在低于P2的第三膨胀压力P3下使用第三部分所述经冷冻、冷凝的致冷剂从所述经冷冻的烟道气流冷凝和分离第二部分CO2。致冷系统包含致冷剂冷冻器，其设置为使用在第一和/或第二CO2冷凝器中分离的液体CO2冷冻至少一部分经冷凝的致冷剂。常规的致冷循环预见在由外部冷却剂(例如，冷却水)给定的条件下致冷剂的冷凝。当致冷剂膨胀至相应于限定的温度的压力水平时，这可导致高的蒸气部分，因为在绝热膨胀期间的潜热变化等于所得到的蒸气部分蒸发的热量。该蒸气部分仅增加很少致冷负荷，但是必须在致冷剂压缩机中压缩和在致冷剂冷凝器中冷凝。通过系统中冷源的高度热集成，本文描述的致冷系统允许残余的蒸气部分最小化。在进料烟道气中具有足够高的CO2浓度，可实现多于90%的CO2收率。根据一些实施方案，致冷回路还包含第一辅助致冷剂冷冻器，其设置为在所述致冷剂用于所述第一CO2冷凝器之前，使用在所述第一CO2冷凝器中分离的液体CO2进一步冷冻所述第二部分经冷冻、冷凝的致冷剂，和/或第二辅助致冷剂冷冻器，其设置为在所述致冷剂用于所述第二CO2冷凝器之前，使用在所述第二CO2冷凝器中分离的液体CO2进一步冷冻所述第三部分经冷冻、冷凝的致冷剂。第一和/或第二辅助致冷剂冷冻器使来自在第一和/或第二CO2冷凝器中分离的液体CO2的冷回收最大化。根据一些实施方案，将分别来自烟道气冷冻器、第一CO2冷凝器和第二CO2冷凝器的每部分致冷剂随后进料至多阶段致冷剂压缩机的合适的压缩阶段，并且再压缩至压力P0。根据一些实施方案，致冷回路还包含换热器，其设置为使用来自第二CO2冷凝器的耗尽CO2的烟道气冷却至少一部分经冷凝的致冷剂。已发现，来自第二CO2冷凝器的冷的耗尽CO2的烟道气可有利地用于预冷来自致冷剂冷凝器的经冷凝的致冷剂，然后在致冷剂冷冻器和/或辅助致冷剂冷冻器中将所述制冷剂冷冻。致冷系统可结合到用于从烟道气流除去CO2的烟道气处理系统中，例如，在含氧气体存在下，在燃烧燃料的锅炉中产生的烟道气流。在用于从烟道气流除去CO2的烟道气处理系统中结合致冷系统，允许系统中冷源的高度热集成，这可在系统中提供显著的总体能量节约。为了在使用本文描述的致冷系统的烟道气处理系统中实现有效的CO2冷凝，两个重要的因素为(a)富含CO2的烟道气流的压力和(b)富含CO2的烟道气流的水蒸汽含量。要经受CO2冷凝的富含CO2的烟道气流应优选处于一定压力下，在该压力下，当CO2冷凝器中烟道气的温度降低时，烟道气中的气态CO2转化为液体形式。烟道气压缩机操作用于将烟道气压缩至一定压力(例如约30巴或更高)，在该压力下，当CO2冷凝器中烟道气的温度降低时，气态CO2转化为液体形式。在富含CO2的烟道气中残余的水可导致在CO2冷凝器的换热器中形成冰，最终导致降低的冷却能力和堵塞换热器的问题。通过在CO2冷凝器的上游提供吸附干燥器，避免这些问题，或至少最小化。吸附干燥器可例如设置为将烟道气的水露点降低至约-60℃。根据本文说明的其它方面，提供了用于从烟道气流除去CO2的烟道气处理系统，所述系统包含烟道气压缩机，烟道气吸附干燥器，和如上文定义的用于冷凝二氧化碳(CO2)的致冷系统，其中所述烟道气冷冻器在烟道气压缩机与烟道气吸附干燥器之间布置，并且第一和第二CO2冷凝器在烟道气吸附干燥器的下游串联布置。根据一些实施方案，烟道气处理系统还包含第一辅助致冷剂冷冻器，其设置为在所述致冷剂用于所述第一CO2冷凝器之前，使用在所述第一CO2冷凝器中分离的液体CO2进一步冷冻所述第二部分经冷冻、冷凝的致冷剂，和/或第二辅助致冷剂冷冻器，其设置为在致冷剂用于第二CO2冷凝器之前，使用在第二CO2冷凝器中分离的液体CO2进一步冷冻第三部分经冷冻、冷凝的致冷剂。第一和/或第二辅助致冷剂冷冻器使来自在第一和/或第二CO2冷凝器中分离的液体CO2的冷回收最大化。根据一些实施方案，烟道气处理系统还包含CO2产物泵，优选在CO2冷凝器与致冷剂冷冻器或辅助致冷剂冷冻器之间布置，其设置为将第一和/或第二CO2冷凝器中分离的液体CO2泵送至一定压力，例如约60巴，该压力足以防止致冷剂冷冻器和/或第一辅助致冷剂冷冻器和/或第二辅助致冷剂冷冻器中的经冷凝CO2蒸发。根据一些实施方案，烟道气处理系统还包含换热器，其设置为使用来自第二CO2冷凝器的耗尽CO2的烟道气冷却至少一部分经冷凝的致冷剂。已发现来自第二CO2冷凝器的冷的耗尽CO2的烟道气可有利地用于预冷来自致冷剂冷凝器的经冷凝的致冷剂，然后在致冷剂冷冻器和/或辅助致冷剂冷冻器中冷冻所述制冷剂。根据某些实施方案，烟道气处理系统包含第一换热器，其设置为使用来自所述第二CO2冷凝器的耗尽CO2的烟道气冷却至少一部分所述经冷凝的致冷剂，第二换热器，其设置为使用来自所述烟道气压缩机的暖烟道气再加热来自所述第一换热器的耗尽CO2的烟道气，烟道气膨胀器，其设置为膨胀来自所述第二换热器的经再加热的压缩的耗尽CO2的烟道气，和第三换热器，其设置为使用来自所述烟道气膨胀器的耗尽CO2的烟道气进一步冷却来自所述第一换热器的经冷凝的致冷剂。在各步骤中冷却经冷凝的致冷剂，使来自第二CO2冷凝器的耗尽CO2的烟道气的冷回收最大化。根据烟道气处理系统的一些实施方案，致冷剂冷冻器设置为使用在第一和/或第二CO2冷凝器中分离的液体CO2冷冻第一部分经冷凝的致冷剂，和换热器设置为使用来自第二CO2冷凝器的耗尽CO2的烟道气冷却第二部分经冷凝的致冷剂。根据某些实施方案，烟道气处理系统包含致冷剂冷冻器，其设置为使用在所述第一和/或第二CO2冷凝器中分离的液体CO2冷冻第一部分所述经冷凝的致冷剂，第一换热器，其设置为使用来自所述第二CO2冷凝器的耗尽CO2的烟道气冷却第二部分所述经冷凝的致冷剂，第二换热器，其设置为使用来自所述烟道气压缩机的暖烟道气再加热来自所述第一换热器的耗尽CO2的烟道气，烟道气膨胀器，其设置为膨胀来自所述第二换热器的经再加热的压缩的耗尽CO2的烟道气，和第三换热器，其设置为使用来自所述烟道气膨胀器的耗尽CO2的烟道气冷却第三部分所述经冷凝的致冷剂。根据一些实施方案，烟道气处理系统还包含烟道气冷凝器，其用于除去来自烟道气流的水蒸汽，参考烟道气流的总体流动方向，布置在烟道气压缩机的上游。根据一些实施方案，烟道气处理系统还包含选择性催化还原(SCR)单元，其用于除去来自烟道气流的氮氧化物(NOx)，参考烟道气流的总体流动方向，布置在第二CO2冷凝器的下游。根据本文说明的各方面，提供了一种使用外部致冷剂的循环流冷凝烟道气流中的二氧化碳(CO2)的方法，所述方法包括将外部致冷剂压缩和至少部分冷凝，以得到经冷凝的外部致冷剂，通过凭借至少部分蒸发在步骤a)中得到的经冷凝的外部致冷剂而使所述烟道气流致冷，冷凝所述烟道气流中的CO2，从所述烟道气流分离所述经冷凝的CO2，和使用在步骤c)中分离的经冷凝的CO2，冷冻所述经冷凝的外部致冷剂，用于步骤b)的致冷。根据一些实施方案，用于冷冻经冷凝的外部致冷剂的经冷凝的CO2的压力保持足以防止经冷凝的CO2在冷冻期间蒸发，例如，约60巴。根据一些实施方案，所述方法还包括使用从中已分离出经冷凝的CO2的烟道气流，预冷经冷凝的外部致冷剂，用于步骤b)的致冷，随后使用在步骤c)中分离的经冷凝的CO2，冷冻经冷凝的外部致冷剂。根据一些实施方案，所述方法还包括使用在步骤c)中分离的经冷凝的CO2，冷冻第一部分所述经冷凝的外部致冷剂，用于步骤b)的致冷；和使用从中已分离出所述经冷凝的CO2的烟道气流，冷冻第二部分所述经冷凝的外部致冷剂，用于步骤b)的致冷。在以上提及的方法和系统的实施方案中的外部致冷剂可例如为丙烷或丙烯。通过以下附图和详述来举例说明上描和其它特征。由说明书和权利要求书，本发明的其它目的和特征将显而易见。附图简述现在参考附图，附图为示例性实施方案：图1示意性描述锅炉系统。图2示意性描述CO2分离系统的一个实施方案。图3示意性描述CO2分离系统的一个实施方案。图4示意性描述CO2分离系统的一个实施方案。优选实施方式的详述本文中压力的单位为“巴”，除非另外说明，否则表示绝对压力。关于两种流体之间的热交换(例如加热、冷却或冷冻)，本文使用的术语“间接”或“间接地”是指不将两种流体混合在一起而发生热交换。这样的间接热交换可例如在间接接触换热器中实施，其中流体流保持分隔，并且热量连续通过不渗透的分隔壁而传递。本文公开的各方面的致冷系统或烟道气处理系统可例如在燃烧设备(例如锅炉系统)中实施。图1为从其侧面观看的锅炉系统1的示意性表示。锅炉系统1包含作为主要部件的锅炉2(在该实施方案中，为氧燃料锅炉)、蒸汽涡轮发电系统(示意性说明为4)和烟道气处理系统3。烟道气处理系统可例如包含灰尘去除装置(其可例如为织物过滤器或静电沉淀器8)、二氧化硫去除系统(其可为湿洗涤器10)和CO2分离系统40、140、240。燃料(例如煤、油或泥煤)包含在燃料储存器12中，并且可经由供应管线14供应至锅炉2。采用本身已知的方式，氧气源16操作用于提供氧气。氧气源16可为空气分离设备(其操作用于从空气中分离氧气)、氧气分离膜、储存槽或用于向锅炉系统1提供氧气的任何其它来源。供应导管18操作用于向锅炉2传送产生的氧气，其通常包含90-99.9体积%氧气(O2)。导管20操作用于向锅炉2传送含有二氧化碳的再循环的烟道气。如图1中说明的，在锅炉2的上游，供应导管18接合导管20，使得氧气和含有二氧化碳的再循环的烟道气可变成彼此混合，以形成气体混合物，该混合物通常含有约20-50体积%的氧气，余量主要为二氧化碳和水蒸汽。由于几乎没有空气进入锅炉2，几乎没有氮气供应至锅炉2。在实际操作中，供应至锅炉2的小于3体积%的气体体积为空气，其主要经由例如锅炉2和烟道气处理系统3作为空气渗漏进入锅炉系统1。锅炉2操作用于在氧气存在下燃烧经由供应管线14供应的燃料，与经由导管20供应的含有二氧化碳的再循环烟道气混合。蒸汽管线22操作用于向蒸汽涡轮发电系统4传送由于燃烧在锅炉2中生产的蒸汽，发电系统4操作用于产生电力形式的动力。导管24操作用于向灰尘去除装置8传送在锅炉2中产生的富含二氧化碳的烟道气。“富含二氧化碳的烟道气”是指经由导管24离开锅炉2的烟道气含有至少40体积%的二氧化碳(CO2)。离开锅炉2的烟道气通常多于50体积%为二氧化碳。通常，离开锅炉2的烟道气含有50-80体积%的二氧化碳。“富含二氧化碳的烟道气”的余量为约15-40体积%的水蒸汽(H2O)、2-7体积%的氧气(O2)，因为在锅炉2中通常优选稍微过量的氧气，和共约0-10体积%的其它气体，主要包括氮气(N2)和氩气(Ar)，因为空气的一些渗漏很少能完全避免。在锅炉2中产生的富含二氧化碳的烟道气通常可包含形式为例如灰尘颗粒、盐酸HCl、氮氧化物NOX、硫氧化物SOX和重金属(包括汞Hg)的污染物。灰尘去除装置8从富含二氧化碳的烟道气中除去大多数灰尘颗粒。导管26操作用于向湿洗涤器10传送来自织物过滤器8的富含二氧化碳的烟道气。湿洗涤器10包含循环泵28，其操作用于在浆料循环管线30中将包含例如石灰石的吸收液体从湿洗涤器10的底部循环至布置于湿洗涤器10的上部部分的一组喷嘴32。浆料喷嘴32操作用于在湿洗涤器10中精细分布吸收液体，以实现吸收液体与烟道气之间的良好接触，所述烟道气经由导管26送至湿洗涤器10并且在湿洗涤器10的内部基本上垂直向上流动，以实现有效除去二氧化硫(SO2)和来自富含二氧化碳的烟道气的其它酸性气体。烟道气处理系统3还包含烟道气冷凝器37，其中将烟道气冷却低于其水露点，并且由所得到的冷凝而释放的热量作为低温热量回收。烟道气的水含量可例如从进料至烟道气冷凝器的烟道气的约40体积%降低至离开烟道气冷凝器的烟道气的约5体积%。取决于烟道气冷凝器中的pH和温度，烟道气冷凝还可导致还原烟道气中的硫氧化物(SOX)。硫氧化物在形成的冷凝物中被捕集，并且从烟道气分离。此外，在冷凝期间，去除夹带在来自前面的二氧化硫去除步骤的烟道气中的洗涤液或浆料，例如，石灰浆料。至少部分清洁的富含二氧化碳的烟道气经由导管34离开湿洗涤器10，导管34将烟道气送至气体分割点36，其中将至少部分清洁的富含二氧化碳的烟道气分离成为两个流，即，经由导管20再循环返回至锅炉2的第一流，和经由烟道气冷凝器37和导管38送至CO2分离系统的第二流。在CO2分离系统中，通过压缩和冷凝，CO2与烟道气的轻质气体(例如，N2、Ar、O2)至少部分分离。经压缩的二氧化碳因此经由导管43离开CO2分离系统，并且运走用于处理，其有时称为“CO2封存”。经由导管20再循环返回至锅炉2的第一流通常占离开湿洗涤器10的富含二氧化碳的烟道气总流的50-75体积%。通常占离开湿洗涤器10的富含二氧化碳的烟道气总流的25-50体积%的第二流从而经由烟道气冷凝器37和导管38送至CO2分离系统40、140、240，下文中将更详细地描述。在本文描述的实施方案中，借助烟道气的压缩和通过致冷而冷凝，实现CO2分离。图2示意性说明用于冷凝烟道气流中的二氧化碳(CO2)的CO2分离系统。图2的CO2分离系统可在图1的锅炉系统中实施。CO2分离系统40包括烟道气导管55，其操作用于将烟道气从锅炉送至烟道，任选经由一个或多个烟道气处理单元，例如灰尘去除装置、二氧化硫去除系统和烟道气冷凝器。CO2分离系统40可任选包含至少一个压缩机44，其具有至少一个(并且通常2-10个)压缩阶段，用于压缩富含二氧化碳的烟道气。烟道气压缩机操作用于将烟道气压缩至一定压力，在该压力下，当CO2冷凝器64、70中烟道气的温度降低时，气态CO2转化为液体形式。在多阶段压缩机中，通常将富含二氧化碳的烟道气压缩至约20巴或更高的压力，例如约33巴。每一个压缩阶段可布置为单独的单元。作为备选，数个压缩阶段可通过共同的驱动轴操作。在一个或多个压缩阶段的下游，压缩机44还可包含中间冷却单元(未显示)。中间冷却单元还可设置为收集和处置在富含二氧化碳的烟道气的压缩和/或冷却期间形成的任何液体冷凝物。CO2分离系统40包括致冷系统50，其具有含有液体和/或蒸气形式的致冷剂的致冷回路51。多种不同的致冷剂可用于供应致冷系统中冷凝CO2所需的冷却和冷凝负荷。可使用的致冷剂的实例包括丙烷(R290)和丙烯(R1270)和它们的混合物。还可按期望使用具有期望的热力学和化学性质的其它致冷剂。致冷回路51包括多阶段致冷剂52压缩机，其设置为将致冷剂压缩至预定的压力。多阶段压缩机52可例如具有三个或更多个压缩阶段，每一个压缩阶段设置为将致冷剂压缩至特定压力水平。多阶段压缩机52可在两个或更多个压缩阶段之间提供有中间冷却。将冷的气态致冷剂从多阶段压缩机52内的低压压缩至压力P0，例如约8-25巴范围(取决于致冷剂和冷凝介质温度)，并且引向致冷剂冷凝器53内。高压致冷剂随后在致冷剂冷凝器53内基本上冷凝，其可通过水、强制通风等冷却。将经冷凝的致冷剂分布至烟道气冷冻器60、第一CO2冷凝器64和第二CO2冷凝器70，在这里所述致冷剂用于冷冻含有CO2的烟道气。烟道气冷冻器60包含计量装置，例如膨胀阀(未显示)，用于降低压力和诱导蒸发经冷凝的致冷剂。烟道气冷冻器还包含换热器，其中将致冷剂膨胀至压力P1，例如约5巴，并且沸腾的致冷剂用于间接冷冻烟道气流至约10-20℃范围的温度。在烟道气冷冻器中冷冻期间，从烟道气沉淀的水从烟道气流分离，并且经由管线61除去。来自烟道气冷冻器的耗尽水蒸汽的经冷冻的烟道气随后送至第一CO2冷凝器64，任选经由吸附干燥器(未显示)。第一CO2冷凝器64包含计量装置，例如膨胀阀(未显示)，用于降低压力和诱导蒸发经冷凝的致冷剂。第一CO2冷凝器64还包含换热器，其中液化的致冷剂膨胀至低于P1的压力P2，例如约2.7巴，并且沸腾的致冷剂用于间接冷冻烟道气流至约-20℃的温度，导致来自烟道气的至少一部分CO2冷凝。第一CO2冷凝器64还包含第一气/液分离器65。气/液分离器65从残余的部分耗尽CO2的烟道气(排放气体)分离液体形式的经冷凝的CO2。液化的CO2经由管线66离开气/液分离器65，并且通过CO2产物泵67泵送至CO2产物鼓。排放气体经由管线68离开气/液分离器65。部分耗尽CO2的排放气体经由管线68送至第二CO2冷凝器70。第二CO2冷凝器70包含计量装置，例如膨胀阀(未显示)，用于降低压力和诱导蒸发经冷凝的致冷剂。第二CO2冷凝器70还包含换热器，其中液化的致冷剂膨胀至低于P2的压力P3，例如大气压(约1巴)，并且沸腾的致冷剂用于间接冷冻烟道气流至约-42℃的温度，导致至少一部分CO2从自烟道气中冷凝。致冷温度受到致冷剂的最小可达到温度的限制。对于丙烯或丙烷，在环境压力水平下，该温度限度为约-45℃。第二CO2冷凝器70还包含气/液分离器71。气/液分离器71从残余的部分耗尽CO2的烟道气(排放气体)分离液体形式的经冷凝的CO2。液化的CO2经由管线72离开气/液分离器71，并且通过CO2产物泵73泵送至CO2产物鼓。排放气体经由管线74离开气/液分离器71。致冷系统50还包含致冷剂冷冻器80。致冷剂冷冻器80包含换热器，其设置为通过与来自第一CO2冷凝器64和/或第二CO2冷凝器70的冷的经冷凝的CO2间接接触来冷冻致冷剂。来自第一CO2冷凝器64和第二CO2冷凝器70的经冷凝的CO2的温度通常可分别为约-20℃和-42℃。在致冷剂冷冻器80中，致冷剂的温度可从约15-30℃范围降低至约-17℃。来自致冷剂冷冻器80的经冷冻的致冷剂经由管线81、82、83分布至烟道气冷冻器60、第一CO2冷凝器64和第二CO2冷凝器70。可选择分布至烟道气冷冻器、第一CO2冷凝器和第二CO2冷凝器中的每一个的致冷剂的量，以在每一个换热器中提供期望的致冷。将来自烟道气冷冻器60、第一CO2冷凝器64和第二CO2冷凝器70的用过的致冷剂返回至多阶段压缩机52，用于再压缩并用于进一步冷却烟道气流。在压力P1(例如约5巴)下，将来自烟道气冷冻器60的用过的致冷剂送至适用于在P1压力下接受致冷剂的多阶段压缩机52的第一压缩阶段52’。在压力P2(例如约2.7巴)下，将来自第一CO2冷凝器64的用过的致冷剂任选经由致冷剂压缩机抽吸鼓56送至适用于在P2压力下接受致冷剂的多阶段压缩机52的第二压缩阶段52’’。在压力P3(例如约1巴)下，将来自第二CO2冷凝器70的用过的致冷剂任选经由致冷剂压缩机抽吸鼓57送至适用于在P3压力下接受致冷剂的多阶段压缩机52的第三压缩阶段52’’’。随后将用过的致冷剂流再压缩至压力P0，并且再用于致冷回路。可在CO2产物鼓87中收集来自致冷剂冷冻器80的液体CO2产物，并且可随后通过CO2产物泵88泵送至适于输送或进一步加工的压力水平。如果在单一步骤中在CO2产物泵67或73内将压力提高至该水平，泵会将太多热量引入CO2产物流中，从而降低可用于在致冷剂冷冻器和/或辅助致冷剂冷冻器中使致冷剂冷冻的负荷。图3示意性描述集成到用于从烟道气流（例如在含氧气体存在下，在燃烧燃料的锅炉中产生的烟道气流）除去CO2的烟道气处理系统中的CO2分离系统的实施方案。CO2分离系统140包含至少一个压缩机144，其具有至少一个(通常2-10个)压缩阶段，用于压缩富含二氧化碳的烟道气。烟道气压缩机144操作用于将烟道气压缩至一定压力，在该压力下，当在CO2冷凝器164，170中烟道气的温度降低时，气态CO2转化为液体形式。在多阶段压缩机中，通常将富含二氧化碳的烟道气压缩至约20巴或更高的压力，例如约33巴。每一个压缩阶段可布置为单独的单元。作为备选，数个压缩阶段可通过共同的驱动轴来操作。在一个或多个压缩阶段的下游，压缩机144还可包含中间冷却单元(未显示)。中间冷却单元还可设置为收集和处置在富含二氧化碳的烟道气的压缩和/或冷却期间形成的任何液体冷凝物。残余的水可导致在CO2冷凝器的换热器中形成冰，最终导致降低的冷却能力和堵塞换热器的问题。通过在CO2冷凝器的上游提供吸附干燥器，避免这样的问题，或至少最小化。因此，CO2分离系统140还可包含吸附干燥器162，其操作用于除去在富含CO2的烟道气流中的至少一部分剩余的水蒸汽。吸附干燥器162提供有包含对水蒸汽具有亲和力的水蒸汽吸附剂(也称为干燥剂)的填料。干燥剂可例如为硅胶、硫酸钙、氯化钙、蒙脱土粘土、分子筛或已知其同样用作干燥剂的另一种材料。因此，当经压缩和冷冻的富含二氧化碳的烟道气经过所述填料时，气体的至少一部分水蒸汽含量将吸附在干燥剂填料上。由于烟道气中的水蒸汽可阻塞CO2冷凝器的换热器，在吸附干燥器中将烟道气的水露点降低至约-60℃。可优选选择干燥器材料，使得其可承受最终形成的酸。这允许省略用于除去SOX和NOX化合物（否则其可损害吸附剂的完整性）的附加步骤。吸附干燥器162可提供有再生和加热系统，用于间歇再生吸附干燥器的水蒸汽吸附能力。布置供应导管190，用于向系统供应再生气体。再生气体优选为不与吸附干燥器的填料反应的惰性气体。合适气体的实例包括氮气或优选带有低量的汞和水蒸汽的另一种惰性气体。优选，在CO2分离系统140中与二氧化碳分离的通常包含氮气作为其主要组成之一的排放气体用作再生气体。再生系统包含适合加热再生气体的加热器191。加热回路与加热器连接，用于在加热器中循环加热介质(例如蒸汽)。为了使吸附干燥器162的填料材料再生，加热器通常可将再生气体加热至约120-300℃的温度。在再生序列期间，将已加热的再生气体从再生和加热系统供应至吸附干燥器162。再生气体加热填料材料并导致水蒸汽解吸。根据一个实施方案，该系统可提供有两个并联的吸附干燥器，那些并联的吸附干燥器中的一个进行操作，而另一个并联的吸附干燥器经历再生。根据另一种实施方案，在吸附干燥器的填料再生期间，富含二氧化碳的烟道气可排放至大气。参考图3，烟道CO2分离系统140包含致冷系统150，用于冷凝烟道气流中的二氧化碳。致冷系统150包含含有液体和/或蒸气形式致冷剂的致冷回路151。多种不同的致冷剂可用于供应在致冷系统中冷凝CO2所需的冷却和冷凝负荷。可使用的致冷剂的实例包括丙烷(R290)和丙烯(R1270)和它们的混合物。也可按期望使用具有期望的热力学和化学性质的其它致冷剂。致冷回路151包含多阶段致冷剂压缩机152，其设置为将致冷剂压缩至预定的压力。多阶段压缩机可例如具有三个或更多个压缩阶段，每一个压缩阶段设置为将致冷剂压缩至某特定力水平。多阶段压缩机可在两个或更多个压缩阶段之间提供有中间冷却。冷的气态致冷剂从在多阶段压缩机152内的低压压缩至压力P0，例如在约8-约25巴范围(取决于致冷剂和冷凝介质温度)，并且引向致冷剂冷凝器153。高压致冷剂随后基本上在致冷剂冷凝器153内冷凝，其可通过水、强制通风等冷却。经冷凝的致冷剂分布至烟道气冷冻器160、第一CO2冷凝器164和第二CO2冷凝器170，在此用于冷冻在烟道气导管155中行进的含有CO2的烟道气。烟道气冷冻器160包含计量装置，例如膨胀阀(未显示)，用于降低压力和诱导蒸发经冷凝的致冷剂。烟道气冷冻器还包含换热器，其中将致冷剂膨胀至压力P1，例如约5巴，并且沸腾的致冷剂用于间接冷冻烟道气流至约6-20℃范围的温度。在烟道气冷冻器中在冷冻期间，从烟道气沉淀的水从烟道气流分离，并且经由管线161除去。来自烟道气冷冻器的耗尽水蒸汽的经冷冻的烟道气随后送至吸附干燥器162。将来自吸附干燥器162的经冷冻和干燥的烟道气送至第一CO2冷凝器164。第一CO2冷凝器包含计量装置，例如膨胀阀(未显示)，用于降低压力和诱导蒸发经冷凝的致冷剂。第一CO2冷凝器还包含换热器，其中液化的致冷剂膨胀至低于P1的压力P2，例如约2.7巴，并且沸腾的致冷剂用于间接冷冻烟道气流至约-20℃的温度，导致来自烟道气的至少一部分CO2冷凝。第一CO2冷凝器164还包含第一气/液分离器165。气/液分离器165从残余的部分耗尽CO2的烟道气(排放气体)分离液体形式的经冷凝的CO2。液化的CO2经由管线166离开气/液分离器165，并且通过CO2产物泵167泵送至例如约60巴的压力，当其用于在致冷剂冷冻器180和/或辅助致冷剂冷冻器184中冷却致冷剂时，足以防止蒸发CO2产物。排放气体经由管线168离开气/液分离器165。部分耗尽CO2的排放气体经由管线168送至第二CO2冷凝器170。第二CO2冷凝器包含计量装置，例如膨胀阀(未显示)，用于降低压力和诱导蒸发经冷凝的致冷剂。第二CO2冷凝器还包含换热器，其中液化的致冷剂膨胀至低于P2的压力P3，例如大气压(约1巴)，并且沸腾的致冷剂用于间接冷冻烟道气流至约-42℃的温度，导致来自烟道气的至少一部分CO2冷凝。致冷温度受到致冷剂的最小可达到温度的限制。对于丙烯或丙烷，在环境压力水平下，该温度限度为约-45℃。第二CO2冷凝器还包含气/液分离器171。气/液分离器171从残余的部分耗尽CO2的烟道气(排放气体)分离液体形式的经冷凝的CO2。液化的CO2经由管线172离开气/液分离器171，并且通过CO2产物泵173泵送至例如约60巴的压力，当其用于在致冷剂冷冻器180和/或辅助致冷剂冷冻器186中冷却致冷剂时，足以防止蒸发CO2产物。排放气体经由管线174离开气/液分离器171。致冷系统150还包含致冷剂冷冻器180。致冷剂冷冻器180包含换热器，其设置为通过与来自第一CO2冷凝器164和第二CO2冷凝器170的冷的经冷凝的CO2间接接触来冷冻致冷剂。来自第一CO2冷凝器164和第二CO2冷凝器170的经冷凝的CO2的温度通常分别可为约-20℃和-42℃。致冷剂的温度可在致冷剂冷冻器180中从约15-30℃降低至约-10℃。将来自致冷剂冷冻器180的冷冻致冷剂分开，并且经由管线181，182、183分布至烟道气冷冻器160、第一CO2冷凝器164和第二CO2冷凝器170。可选择分布至烟道气冷冻器160、第一CO2冷凝器164和第二CO2冷凝器170中的每一个的致冷剂的量，以在每一个换热器中提供期望的致冷。图3中的致冷系统150还包含两个辅助致冷剂冷冻器184、186，用于进一步提高来自第一CO2冷凝器164和第二CO2冷凝器170的冷的经冷凝的CO2的冷回收。第一辅助致冷剂冷冻器184在第一CO2冷凝器与致冷剂冷冻器180之间的管线168上布置，并且设置为通过与来自第一CO2冷凝器164的冷的经冷凝的CO2间接接触，将来自致冷剂冷冻器180的致冷剂进一步冷冻至约-17℃。第二辅助致冷剂冷冻器186在第二CO2冷凝器170与致冷剂冷冻器180之间的管线174上布置，并且设置为通过与来自第二CO2冷凝器170的冷的经冷凝的CO2间接接触，将来自致冷剂冷冻器180的致冷剂进一步冷冻至约-39℃。来自致冷剂冷冻器180的液体CO2产物可在CO2产物鼓187中收集，并且可随后通过CO2产物泵188泵送至适于输送或进一步加工的压力水平。如果在CO2产物泵167或173内在单一步骤中将压力提高至该水平，泵将引入太多热量到CO2产物流中，从而降低可用于在致冷剂冷冻器和/或辅助致冷剂冷冻器中使致冷剂冷冻的负荷。图3中的致冷系统150还包含以下布置：使用来自第二CO2冷凝器的冷的耗尽CO2的烟道气，用于预冷来自致冷剂冷凝器的至少一部分经冷凝致冷剂。该布置包含第一换热器192，其设置为通过经由管线174与来自第二CO2冷凝器170的冷的耗尽CO2的烟道气间接接触，冷却来自致冷剂冷凝器153的致冷剂。第二换热器193设置为使用来自烟道气压缩机144的暖烟道气再加热来自第一换热器192的耗尽CO2的烟道气。烟道气膨胀器194设置为膨胀来自第二换热器的经再加热的压缩的耗尽CO2的烟道气，导致降低烟道气的温度。将来自烟道气膨胀器194的烟道气送至第三换热器195，在此将其用于进一步冷却来自第一换热器的经冷凝的致冷剂。任选，该布置还包含第四换热器196，其设置为使用来自烟道气压缩机144的暖烟道气再加热自第三换热器195的耗尽CO2的烟道气来；第二烟道气膨胀器197，其设置为使来自第四换热器196的经再加热的耗尽CO2的烟道气膨胀，导致降低烟道气的温度；和第五换热器198，其设置为使用来自烟道气压缩机144的暖烟道气再加热来自第二烟道气膨胀器197的经膨胀的烟道气。该任选的布置提供了再加热的烟道气，可能在再生气体加热器191中另外加热后，其适合用作用于再生如上所述的吸附干燥器162的再生气体。可将经再加热的烟道气送至(任选的)SCR单元，用于通过选择性催化还原为N2而从烟道气除去氮氧化合物。将来自烟道气冷冻器160、第一CO2冷凝器164和第二CO2冷凝器170的用过的致冷剂返回至多阶段压缩机152，用于再压缩和使用，用于进一步冷却烟道气流。在压力P1(例如约5巴)下，将来自烟道气冷冻器160的用过的致冷剂送至适用于在P1压力下接受致冷剂的多阶段压缩机152的第一压缩阶段152’。在压力P2(例如约2.7巴)下，将来自第一CO2冷凝器164的用过的致冷剂任选经由致冷剂压缩机抽吸鼓156送至适用于在P2压力下接受致冷剂的多阶段压缩机152的第二压缩阶段152’’。在压力P3(例如约1巴)下，将来自第二CO2冷凝器170的用过的致冷剂任选经由致冷剂压缩机抽吸鼓157送至适用于在P3压力下接受致冷剂的多阶段压缩机152的第三压缩阶段152’’’。用过的致冷剂流随后再压缩至压力P0并再用于致冷回路。参考图4，CO2分离系统240包含备选的致冷系统250。致冷系统250包含含有液体和/或蒸气形式致冷剂的致冷回路251。多种不同的致冷剂可用于供应在致冷系统中冷凝CO2所需的冷却和冷凝负荷。可使用的致冷剂的实例包括R290(丙烷)和R1270丙烯和它们的混合物。也可按期望使用具有期望的热力学和化学性质的其它致冷剂。致冷回路包含多阶段致冷剂压缩机252，其设置为将致冷剂压缩至预定的压力。多阶段压缩机可例如具有三个或更多个压缩阶段，每一个压缩阶段设置为将致冷剂压缩至特定压力水平。多阶段压缩机可在两个或更多个压缩阶段之间提供有中间冷却。将冷的气态致冷剂从在多阶段压缩机252内的低压压缩至压力P0，例如约8-约25巴范围(取决于致冷剂和冷凝介质温度)，并且引向致冷剂冷凝器253内。高压致冷剂随后基本上在致冷剂冷凝器253内冷凝，其可通过水、强制通风等冷却。致冷回路251包含液体分割，其将来自致冷剂冷凝器253的致冷剂流分成第一和第二部分。将第一部分经冷凝的致冷剂经由管线254a引向致冷剂冷冻器280，其设置为使用在第一CO2冷凝器264和/或第二CO2冷凝器270中分离的液体CO2冷冻第一部分经冷凝的致冷剂。将第二部分经冷凝的致冷剂经由管线254b引向换热器布置，其设置为使用来自第二CO2冷凝器270的耗尽CO2的烟道气冷却第二部分经冷凝的致冷剂。第一部分经冷凝的致冷剂经由管线254a从致冷剂冷凝器253送至致冷剂冷冻器280。致冷剂冷冻器包含换热器，其设置为通过与来自第一CO2冷凝器264和第二CO2冷凝器270的冷的经冷凝的CO2间接接触来冷冻致冷剂。来自第一CO2冷凝器264和第二CO2冷凝器270的经冷凝的CO2的温度通常可分别为约-20℃和-42℃。致冷剂的温度可在致冷剂冷冻器280中从约15-30℃降低至约-17℃。将来自致冷剂冷冻器280的经冷冻的致冷剂分开，并经由管线281、282、283分布至烟道气冷冻器260、第一CO2冷凝器264和第二CO2冷凝器270。可选择分布至烟道气冷冻器260、第一CO2冷凝器264和第二CO2冷凝器270中的每一个的致冷剂的量，以在每一个换热器中提供期望的致冷。烟道气冷冻器260包含计量装置，例如膨胀阀(未显示)，用于降低压力和诱导蒸发经冷凝的致冷剂。烟道气冷冻器还包含换热器，其中将致冷剂膨胀至压力P1，例如约5巴，并且沸腾的致冷剂用于间接冷冻烟道气流至约6-20℃范围的温度。在烟道气冷冻器中在冷冻期间，从烟道气沉淀的水从烟道气流分离，并且经由管线161除去。来自烟道气冷冻器的耗尽水蒸汽的经冷冻的烟道气随后送至第一CO2冷凝器264，任选经由吸附干燥器262。第一CO2冷凝器包含计量装置，例如膨胀阀(未显示)，用于降低压力和诱导蒸发经冷凝的致冷剂。第一CO2冷凝器还包含换热器，其中液化的致冷剂膨胀至低于P1的压力P2，例如约2.7巴，并且沸腾的致冷剂用于间接冷冻烟道气流至约-20℃的温度，导致来自烟道气的至少一部分CO2冷凝。第一CO2冷凝器264还包含第一气/液分离器265。气/液分离器265从残余的部分耗尽CO2的烟道气(排放气体)分离液体形式的经冷凝的CO2。液化的CO2经由管线266离开气/液分离器265，并且通过CO2产物泵267泵送至例如约60巴的压力，当其用于在致冷剂冷冻器280中冷却致冷剂时，足以防止蒸发CO2产物。排放气体经由管线268离开气/液分离器265。部分耗尽CO2的排放气体经由管线268送至第二CO2冷凝器270。第二CO2冷凝器包含计量装置，例如膨胀阀(未显示)，用于降低压力和诱导蒸发经冷凝的致冷剂。第二CO2冷凝器还包含换热器，其中液化的致冷剂膨胀至低于P2的压力P3，例如大气压(约1巴)，并且沸腾的致冷剂用于间接冷冻烟道气流至约-42℃的温度，导致来自烟道气的至少一部分CO2冷凝。致冷温度受到致冷剂的最小可达到温度的限制。对于丙烯或丙烷，在环境压力水平下，该温度限度为约-45℃。第二CO2冷凝器还包含气/液分离器271。气/液分离器271从残余的部分耗尽CO2的烟道气(排放气体)分离液体形式的经冷凝的CO2。液化的CO2经由管线272离开气/液分离器271，并且通过CO2产物泵273泵送至例如约60巴的压力，当其用于在致冷剂冷冻器280和辅助致冷剂冷冻器286中冷却致冷剂时，足以防止蒸发CO2产物。排放气体经由管线274离开气/液分离器271。图4中的致冷系统250还包含辅助致冷剂冷冻器286，用于进一步提高来自第二CO2冷凝器270的冷的经冷凝的CO2的冷回收。辅助致冷剂冷冻器286在第二CO2冷凝器270与致冷剂冷冻器280之间的管线272上布置，并且设置为通过与来自第二CO2冷凝器270的冷的经冷凝的CO2间接接触，将来自致冷剂冷冻器280的致冷剂进一步冷冻至约-39℃。来自致冷剂冷冻器280的液体CO2产物可在CO2产物鼓287中收集，并且可随后通过CO2产物泵288泵送至适于输送或进一步加工的压力水平。如果在CO2产物泵273中在单一步骤中将压力提高至该水平，泵将引入太多热量到CO2产物流中，从而降低可用于在致冷剂冷冻器280和辅助致冷剂冷冻器286中使致冷剂冷冻的负荷。第二部分经冷凝的致冷剂经由管线254b引向换热器布置，其设置为使用来自第二CO2冷凝器270的耗尽CO2的烟道气冷却第二部分经冷凝的致冷剂。换热器布置包含并联布置的两个换热器292a、292b。将来自致冷剂冷凝器的第二部分经冷凝的致冷剂分成两个支流，每一个分别经由管线254b1和254b2引向两个换热器中的一个。换热器292a设置为使用来自第二CO2冷凝器270的耗尽CO2的烟道气冷却经冷凝的致冷剂的支流254b1。换热器293设置为使用来自烟道气压缩机244的暖烟道气再加热来自换热器292a的耗尽CO2的烟道气。烟道气膨胀器294设置为使来自换热器293的经再加热的压缩的耗尽CO2的烟道气膨胀。换热器292b设置为使用来自烟道气膨胀器294的耗尽CO2的烟道气冷却经冷凝的致冷剂的支流254b2。将来自换热器292a、292b的冷却的第一和第二支流合并，并经由管线295送至管线283，其在此与来自辅助致冷剂冷冻器286的致冷剂合并。任选，该排列还包含换热器296，其设置为使用来自烟道气压缩机244的暖的烟道气再加热来自换热器292b的耗尽CO2的烟道气；第二烟道气膨胀器297，其设置为使来自换热器296的经再加热的耗尽CO2的烟道气膨胀，导致降低烟道气的温度；和换热器298，其设置为使用来自烟道气压缩机244的暖烟道气再加热来自第二烟道气膨胀器297的经膨胀的烟道气。该任选的布置提供了再加热的烟道气，可能在再生气体加热器291中另外加热之后，其适合用作用于再生如上所述的吸附干燥器262的再生气体。可将经再加热的烟道气送至(任选的)SCR单元，用于通过选择性催化还原为N2而从烟道气除去氮氧化物。将来自烟道气冷冻器260、第一CO2冷凝器264和第二CO2冷凝器270的用过的致冷剂返回至多阶段压缩机252，用于再压缩和使用，以进一步冷却烟道气流。在压力P1(例如约5巴)下，将来自烟道气冷冻器260的用过的致冷剂送至适用于在P1压力下接受致冷剂的多阶段压缩机252的第一压缩阶段252’。在压力P2(例如约2.7巴)下，将来自第一CO2冷凝器264的用过的致冷剂任选经由致冷剂压缩机抽吸鼓256送至适用于在P2压力下接受致冷剂的多阶段压缩机252的第二压缩阶段252’’。在压力P3(例如约1巴)下，将来自第二CO2冷凝器270的用过的致冷剂任选经由致冷剂压缩机抽吸鼓257送至适用于在P3压力下接受致冷剂的多阶段压缩机252的第三压缩阶段252’’’。用过的致冷剂流随后再在多阶段压缩机252中压缩至压力P0并再用于致冷回路。上文描述的实施方案的优点包括：1)与常规的致冷CO2分离系统相比更低的能耗。2)允许使用对污损和腐蚀强健的简单、强健的换热器设计和材料。3)出于过程的原因，不必需烟道气精制设备。虽然已参考多个优选的实施方案描述了本发明，本领域技术人员应理解的是，在不偏离本发明的范围的情况下，可以进行各种变化，并且等价物可替代本发明的要素。此外，在不偏离本发明的实质范围的情况下，可进行许多修改，使得特定的情况或材料适应本发明的教导。因此，旨在本发明不局限于作为预期实施本发明的最佳方式而公开的特定实施方案，而是本发明包括落入所附权利要求范围内的所有实施方案。此外，使用术语“第一”、“第二”等不表示任何顺序或重要性，而是使用术语“第一”、“第二”等区分一个要素与另一个。