BRPI0924205B1

BRPI0924205B1 - Método para a separação de dióxido de carbono de um gás de exaustão de uma usina de força alimentada a energia fóssil.

Info

Publication number: BRPI0924205B1
Application number: BRPI0924205-8A
Authority: BR
Inventors: Peter Richter; Rüdiger Schneider; Henning Schramm
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 2009-01-28
Filing date: 2009-11-05
Publication date: 2019-05-07
Also published as: RU2495707C2; JP2012516226A; CN102300619B; IL214008A0; RU2011135811A; CA2750780A1; EP2382028B1; CA2750780C; KR20110110244A; AU2009338577B2; PL2382028T3; US8557205B2; US20110277479A1; WO2010086039A1; BRPI0924205A2; CN102300619A; EP2382028A1; AU2009338577A1; KR101401813B1

Abstract

método para a separação de dióxido de carbono de um gás de exaustão de uma usina de força alimentada a energia fóssil a presente invenção refere-se a um método e a um dispositivo para a separação do dióxido de carbono de um gás de exaustão de uma usina de força alimentada a energia fóssil. a usina de força, deste modo, compreende um processo de combustão no qual um combustível fóssil é queimado, sendo que um gás de exaustão compreendendo dióxido de carbono é gerado. em um processo de absorção fechado, o gás de exaustão compreendendo o dióxido de carbono é colocado em contato com um meio de absorção, no qual um meio de absorção carregado e um gás de exaustão limpo são formados. em um processador de dessorção subsequente (10), o meio de absorção carregado é regenerado, no qual um meio de absorção regenerado (26) é formado, sendo que o meio de absorção carregado (25) é alimentado para o processo de dessorção (10) pelo menos em um primeiro fluxo parcial (30) e um segundo fluxo parcial (40). em um processo de expansão subsequente ao processo de dessorção (10), o meio de absorção regenerado (26) é expandido, no qual um meio de absorção vaporoso (27) é formado. o meio de absorção vaporoso (27) é em seguida retornado ao processo de dessorção (10).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para MÉTODO PARA A SEPARAÇÃO DE DIÓXIDO DE CARBONO DE UM GÁS DE EXAUSTÃO DE UMA USINA DE FORÇA ALIMENTADA A ENERGIA FÓSSIL.

[001] A presente invenção refere-se a um método para a operação de uma usina de força alimentada a energia fóssil e, em particular, a um método para a separação de dióxido de carbono de um gás de exaustão de uma usina de força alimentada a energia fóssil. A invenção se refere, ainda, a uma usina de força alimentada a energia fóssil tendo um aparelho de separação para a separação de dióxido de carbono de um gás de exaustão.

[002] Nas usinas de força alimentadas a energia fóssil para a geração de energia elétrica, um gás de exaustão contendo dióxido de carbono ocorre devido à combustão de um combustível fóssil. Este produto é geralmente descarregado para a atmosfera. O dióxido de carbono que se acumula na atmosfera obstrui a dissipação do calor da terra, neste caso, resultando em uma elevação na temperatura da superfície da terra devido ao que se conhece como efeito estufa. Para se obter uma redução na emissão de dióxido de carbono nas usinas de força alimentadas a energia fóssil, o dióxido de carbono pode ser separado do gás de exaustão.

[003] Vários métodos são conhecidos, em geral, para a separação de dióxido de carbono de uma mistura de gás. O método de absorção/dessorção é especialmente costumeiro para a separação de dióxido de carbono de um gás de exaustão após um processo de combustão.

[004] A separação de dióxido de carbono por meio do método de absorção/dessorção conforme descrito é executada em uma escala industrial através de um agente de purificação. Em um processo de absorção/dessorção convencional, o gás de exaustão é colocado em

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2/18 contato em uma coluna de absorção com um solvente seletivo como um agente de purificação. Neste caso, a absorção de dióxido de carbono acontece em função de um processo químico ou físico. Os gases de exaustão purificados são purgados da coluna de absorção para outro processamento ou descarga. O solvente carregado com dióxido de carbono é conduzido para uma coluna de dessorção a fim de separar o dióxido de carbono e regenerar o solvente. A separação na coluna de dessorção pode ser feita termicamente. Neste caso, o solvente carregado é aquecido, sendo obtida uma mistura de gás/vapor de dióxido de carbono gasoso e do solvente evaporado, mistura esta que vem a ser conhecida como vapores de exaustão. O solvente evaporado é, em seguida, separado do dióxido de carbono. O dióxido de carbono poderá, então, ser comprimido e resfriado em uma pluralidade de etapas. No estado líquido ou congelado, o dióxido de carbono poderá, em seguida, ser liberado para armazenamento ou utilização. O solvente regenerado é conduzido novamente para a coluna de absorvedor, na qual o mesmo poderá mais uma vez absorver o dióxido de carbono do gás de exaustão contendo dióxido de carbono.

[005] O problema principal nos métodos existentes para a separação de dióxido de carbono de um gás de exaustão é basicamente o gasto muito alto de energia que se faz necessário sob a forma de uma energia de aquecimento para dessorção. Até agora, na técnica anterior, não foi possível se descobrir nenhum aperfeiçoamento útil a este aspecto, o que representaria uma redução suficiente no gasto de energia de uma usina de separação para a separação de dióxido de carbono, integrada a um processo de usina de força.

[006] Na indústria química, é conhecida uma multiplicidade de ligações estendidas de circuitos para a economia de energia térmica no processo de dessorção. Assim, a Patente EP 0133208 mostra um método para auxiliar na regeneração do absorvente no dessorvedor, o

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3/18 que vem a ser conhecido como o método rápido de solvente pobre. A Patente EP 1759756-A1 mostra o método de reaquecimento de solvente pobre no qual um processo de dessorção é auxiliado lateralmente. Uma ligação de circuito apresentada na Patente DE 2817084-C2 auxilia no processo de absorção por meio de uma refrigeração lateral. Um outro método para uma ligação de circuito estendida é apresentado no relatório descritivo da Patente DE 1167318, conforme é conhecido como o método de alimentação dividida.

[007] No entanto, os métodos-padrão conhecidos para ligações de circuito estendidas a partir da indústria química para a separação de dióxido de carbono de um gás de exaustão não podem ser prontamente adaptados a outras aplicações. Precisamente quando o método de separação de dióxido de carbono é integrado a um processo de usina de força, a ligação de circuito estendida poderá, em um balanço geral, em interação com um processo de usina de força, exibir uma economia de energia acentuadamente pequena ou até mesmo apresentar um efeito adverso.

[008] Mesmo uma possível redução da inerente necessidade de energia não correlatamente levará a um aumento da eficiência como um todo. Ainda, com a integração ao processo da usina de força, nenhuma eficiência geral favorável deve ser esperada desta interação mútua. O gasto adicional, portanto, não seria justificado em termos econômicos.

[009] A desvantagem geral dos métodos de separação para o dióxido de carbono conhecidos a partir da técnica anterior continua a ser, portanto, o gasto particularmente alto de energia. Precisamente quando o método de separação é integrado a uma usina de força alimentada a energia fóssil, isto resultará em uma indesejável deterioração na eficiência geral da usina de força alimentada a energia fóssil. Mesmo quando o método-padrão é ampliado por meio de uma ligação

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4/18 de circuito estendida conhecida a partir da indústria química, até agora não tem sido possível reduzir, de forma apreciável, a inerente necessidade de energia do método de separação.

[0010] Um objeto da presente invenção é propor um método para a separação de dióxido de carbono de um gás de exaustão de uma usina de força alimentada a energia fóssil, cujo método torne possível se obter uma alta eficiência de separação, juntamente com uma pequena necessidade de energia inerente e, ao mesmo tempo, uma eficiência de fábrica favorável no todo do processo de uma usina de força.

[0011] Um outro objeto da presente invenção é propor uma usina de força alimentada a energia fóssil tendo um aparelho de separação para o dióxido de carbono, que torne possível se obter uma alta eficiência de separação, juntamente com uma pequena necessidade de energia inerente e, ao mesmo tempo, uma eficiência geral favorável da usina de força.

[0012] O objeto pretendido em um método é alcançado, de acordo com a presente invenção, por meio de um método para a separação de dióxido de carbono de um gás de exaustão de uma usina de força alimentada a energia fóssil, no qual um combustível fóssil é queimado em um processo de combustão, um gás de exaustão contendo dióxido de carbono sendo gerado, o gás de exaustão contendo dióxido de carbono é colocado em contato com um meio de absorção em um processo de absorção subsequente, o dióxido de carbono sendo absorvido pelo meio de absorção, um meio de absorção carregado e um gás de exaustão purificado sendo formados, o meio de absorção carregado é regenerado em um processo de dessorção subsequente, um meio de absorção regenerado sendo formado, o meio de absorção carregado sendo liberado para o processo de dessorção pelo menos em um primeiro fluxo parcial e um segundo fluxo parcial, e o meio de

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5/18 absorção regenerado é expandido em um processo de expansão, um meio de absorção vaporoso sendo formado, e o meio de absorção vaporoso sendo recirculado para o processo de dessorção.

[0013] A presente invenção, neste caso, se processa a partir da idéia de se adotar métodos conhecidos a partir de uma engenharia de processo químico de modo a chegar ao objeto da presente invenção. É conveniente se selecionar a partir da abundância de diferentes métodos de ligação de circuitos adicionais comprovados e executados que não absorvem ou ainda absorvem em excesso as suas propriedades positivas, mesmo em interação entre si, quando utilizados no processo de usina de força. A essência da presente invenção é, neste caso, combinar os métodos uns com os outros de tal modo que os efeitos positivos dos métodos possam ser amplamente adicionados uns aos outros. Isto é obtido, de acordo com a presente invenção, por meio de uma combinação direta do método de alimentação dividida com o método rápido de solvente pobre. De maneira surpreendente, precisamente na combinação destes dois métodos, chega-se à descoberta de que o inerente consumo de energia do aparelho de separação pode ser decisivamente abaixado e, ainda, que a eficiência geral do processo de usina de força tendo usinas de separação de dióxido de carbono poderá ser acentuadamente aumentada. Os custos do processo de separação do dióxido de carbono são, portanto, drasticamente reduzidos.

[0014] No método rápido de solvente pobre, a evaporação no reservatório da coluna de dessorção é auxiliada por um tanque de expansão a vácuo. Neste caso, faz-se uso do efeito de que a temperatura de ebulição do solvente cai no evento de uma pressão menor. A energia elétrica necessária para a geração do vácuo no tanque de expansão é, portanto, baixa, em comparação com a energia térmica economizada na evaporação do solvente, de modo que o equilíbrio

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6/18 geral se torna positivo.

[0015] No método de alimentação dividida, o fluxo de solvente carregado que surge da coluna de absorção é dividido e parcialmente introduzido, frio, no alto da coluna de dessorção. Como um resultado, os vapores de exaustão contidos no alto da coluna de dessorção já se encontram em grande parte condensados. Isto alivia o condensador que segue a coluna de dessorção, de modo que o condensador não precisa descarregar o calor para fora através de uma água de refrigeração. Ao contrário, o calor pode ser usado diretamente para o aquecimento do solvente carregado.

[0016] De acordo com a presente invenção, esses métodos são combinados de uma maneira direta e são integrados ao processo de usina de força. Para este fim, o meio de absorção carregado é liberado para o processo de dessorção em pelo menos dois fluxos parciais. Nenhuma energia adicional se faz necessária para liberação no pelo menos dois fluxos parciais. O primeiro fluxo parcial é, neste caso, liberado para o processo de dessorção em uma etapa de processo na qual vapores de exaustão se encontram predominantemente presentes no processo de dessorção. Em função dos vapores de exaustão que são atuados pelo meio de absorção carregado a partir do primeiro fluxo parcial, os vapores de exaustão se condensam. Como um resultado, o processo de condensação que segue o processo de dessorção é aliviado, e a energia elétrica para o roteamento da água de refrigeração do processo de condensação é economizada. Além disso, o meio de absorção carregado liberado é aquecido como um resultado da condensação e se torna disponível para o processo de dessorção. Uma vez que a necessidade de um preaquecimento se torna dispensável, a energia de aquecimento sob a forma de um vapor de aquecimento é economizada no processo de dessorção.

[0017] O segundo fluxo parcial é liberado para o processo de desPetição 870180136930, de 02/10/2018, pág. 9/27

7/18 sorção em uma etapa de processo na qual o mesmo se torna diretamente disponível para o processo de dessorção. A liberação de um meio de absorção carregado em uma pluralidade de fluxos parciais em uma pluralidade de etapas de processo da unidade de dessorção poderá ser igualmente concebida.

[0018] O meio de absorção regenerado que, em seguida, abandona o processo de dessorção é, então, liberado para um processo de expansão no qual o mesmo é expandido. Energia elétrica é gasta a fim de gerar um vácuo. Como um resultado da expansão, parte do meio de absorção se evapora. O processo de expansão, deste modo, separa o meio de absorção de líquido de um meio de absorção vaporoso. O meio de absorção vaporoso, em seguida, é recirculado para o processo de dessorção. Como um resultado, o meio de absorção vaporoso recirculado auxilia no processo de dessorção, levando, assim, a uma economia de energia térmica sob a forma de um vapor de aquecimento. O vapor de aquecimento economizado pode, portanto, ser usado no processo de usina de força para a geração de energia elétrica.

[0019] A combinação do método de alimentação dividida com o método rápido de solvente pobre surpreendentemente exerce apenas uma influência recíproca muito pequena. Sendo assim, sem consideráveis subtrações, a contribuição do consumo de energia inerente ao método de separação por meio de métodos individuais poderá virtualmente ser adicionada. Neste caso, a eficiência de separação é maior. Neste caso, é especialmente surpreendente que, por meio desses dois métodos que são combinados de acordo com a presente invenção, a eficiência geral do processo de usina de força se torna maior, na mesma proporção.

[0020] Em um desenvolvimento vantajoso do método de separação de dióxido de carbono, o primeiro fluxo parcial é definido em uma temperatura T1 e o segundo fluxo parcial é definido a uma temperatura

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T2. Neste caso, a temperatura Ti is mais baixa que a temperatura T2. A temperatura T1 neste caso corresponde aproximadamente à temperatura do meio de absorção carregado que sai do processo de absorção. Poderá ser também necessário se ajustar a temperatura T1 a uma outra temperatura, dependendo das condições operacionais do processo de dessorção. A definição das temperaturas pode ser feita por meio de um processo de regulagem. A temperatura T1 e a temperatura T2 são reguladas como uma função das condições operacionais exigidas no processo de dessorção.

[0021] Em um outro refinamento vantajoso do método de separação de dióxido de carbono, o meio de absorção regenerado fica no processo de expansão separado, e, em um processo de trocador de calor, o calor é extraído do meio de absorção regenerado e é liberado para o meio de absorção carregado no segundo fluxo parcial. Isto torna possível se utilizar o calor que ainda permanece no meio de absorção regenerado, a fim de aquecer o meio de absorção carregado no segundo fluxo parcial. Sendo assim, por meio da regulação do processo de trocador de calor, a definição da temperatura T2 poderá ser feita ao mesmo tempo.

[0022] Convenientemente, o processo de expansão é executado a uma pressão P1 e o processo de dessorção a uma pressão P2, a pressão P1 sendo definida mais baixa que a pressão P2. Devido à pressão mais baixa P1 no processo de expansão, a evaporação do meio de absorção é obtida. A pressão P2 poderá, neste caso, ficar acima da pressão atmosférica, e consequentemente a pressão P1 poderá ser uma pressão entre a pressão atmosférica e a pressão P2. Em um desenvolvimento particular do método de separação de dióxido de carbono, neste caso, a pressão P2 é definida aproximadamente à pressão atmosférica. Isto acontece, na prática, pelo fato de o processo de dessorção ser executado à pressão atmosférica. A pressão P1 é conse

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9/18 quentemente regulada à pressão abaixo da pressão atmosférica.

[0023] Em um desenvolvimento vantajoso do método de separação de dióxido de carbono, o meio de absorção vaporoso é condensado antes de ser recirculado para o processo de dessorção. Neste caso, a pressão P1 se eleva para a pressão P2. O objetivo da compressão é recircular o meio de absorção vaporoso para o processo de dessorção. A recirculação, neste caso, de preferência, ocorre na região do reservatório.

[0024] De forma conveniente, o meio de absorção carregado é extraído do processo de absorção em um fluxo geral, o fluxo geral sendo dividido em pelo menos o primeiro fluxo parcial e o segundo fluxo parcial. A divisão em diversos fluxos parciais é igualmente possível. A divisão no primeiro fluxo parcial e no segundo fluxo parcial is de preferência controlada por meio de um processo de regulagem. A regulagem, neste caso, ocorre como uma função das condições operacionais requeridas no processo de dessorção. Uma divisão deve também ser entendida no sentido de uma ramificação ou extração parcial. A princípio, a extração do meio de absorção carregado a partir do processo de absorção em diversos fluxos parciais pode ser igualmente prevista.

[0025] Em um desenvolvimento vantajoso do método de separação de dióxido de carbono, uma mistura de gás/vapor de dióxido de carbono gasoso e um meio de absorção vaporoso é formada no processo de dessorção como um resultado da regeneração do meio de absorção carregado, um condensado sendo condensado a partir da mistura de gás/vapor em um processo de condensação. O processo de condensação neste caso segue o processo de dessorção. A mistura de gás/vapor é, em grande parte, vapores de exaustão. A composição do condensado é dependente do meio de absorção utilizado. No método de acordo com a presente invenção, uma água em grande parte pura é condensada para fora. Devido ao método de alimentação

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10/18 dividida, o processo de condensação é apreciavelmente aliviado, de modo que, por um lado, uma quantidade menor de água de refrigeração tenha de ser provida para a condensação e, por outro lado, uma quantidade menor de condensado também ocorra.

[0026] Uma solução de H2O e de derivados de amina é, de preferência, utilizada como um meio de absorção. Em comparação com os meios de absorção à base de amônia, o tratamento com uma solução de H2O e derivados de amina imprime riscos menores ou influências ambientais adversas.

[0027] O método é, de preferência, empregado em uma usina de força a vapor alimentada a energia fóssil ou em uma usina de força de ciclos combinados.

[0028] O objeto pretendido em um aparelho é obtido por meio de uma usina de força alimentada a energia fóssil com um aparelho de separação para o dióxido de carbono que segue um aparelho de combustão e através do qual um gás de exaustão contendo dióxido de carbono é capaz de fluir, o aparelho de separação tendo uma unidade de absorção para a absorção de dióxido de carbono a partir do gás de exaustão contendo dióxido de carbono e uma unidade de dessorção para a dispensa do dióxido de carbono absorvido, a unidade de absorção sendo conectada à unidade de dessorção através de uma linha de conexão com a finalidade de conduzir um meio de absorção carregado, a linha de conexão tendo uma primeira linha secundária e uma segunda linha secundária, e a primeira linha secundária e a segunda linha secundária sendo conectadas à unidade de dessorção em vários pontos de junção, e a unidade de dessorção sendo conectada a um tanque de pressão, um vapor formado no tanque de pressão sendo recirculável para a unidade de dessorção através de uma linha de vapor.

[0029] A invenção, neste caso, se processa a partir da idéia de se

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11/18 integrar a ligação de circuito de alimentação dividida juntamente com a expansão do solvente pobre para o aparelho de separação. Para este fim, a linha de conexão tem uma primeira e uma segunda linha secundária. Outras linhas secundárias são possíveis. A primeira linha secundária é, neste caso, conectada à unidade de dessorção em um ponto de junção diferente da segunda linha secundária. Quando a coluna de dessorção é definida verticalmente, os pontos de junção são espaçados horizontalmente entre si. A disposição horizontal dos pontos de junção pode variar como uma consequência de construção. As linhas secundárias são desenhadas de modo a conduzir um meio de absorção carregado.

[0030] A unidade de dessorção é seguida por um tanque de pressão, o qual é conectado à unidade de dessorção através de uma linha apropriada para a condução de um meio de absorção regenerado. O tanque de pressão é o que se conhece como um tanque de expansão no qual um meio pode ser evaporado. Além disso, o tanque de pressão é conectado à unidade de dessorção através de uma linha de recirculação para vapor.

[0031] A ligação de circuito de alimentação dividida pode ser combinada com a expansão de solvente pobre de uma forma surpreendente. Apenas uma influência insignificante exercida através das duas ligações de circuito, uma sobre a outra, como um resultado da operação da usina de força alimentada a energia fóssil poderá ser observada. Sendo assim, sem consideráveis subtrações, a contribuição na redução do inerente consumo de energia do método de separação e a contribuição da eficiência geral do processo de usina de força por meio dos métodos individuais poderão ser adicionadas, sendo isto obtido, ainda, com uma maior eficiência de separação.

[0032] Em um desenvolvimento conveniente da usina de força alimentada a energia fóssil, a linha de conexão é conectada à unidade

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12/18 de absorção em um ponto de junção. Um meio de absorção a ser conduzido para fora da unidade de absorção durante uma operação é, portanto, descarregado pela linha de conexão em apenas um ponto. Uma pluralidade de pontos de junção nos quais o meio de absorção a ser conduzido para fora é descarregado poderá ser igualmente concebida. A pluralidade de pontos de junção poderá, neste caso, ficar espaçada entre si no sentido vertical ou horizontal no caso de uma coluna de absorção definida verticalmente.

[0033] Um vácuo pode, de preferência, ser definido no tanque de pressão. Para este fim, o tanque de pressão é concebido de forma correspondente e compreende uma bomba de vácuo e válvulas de pressão.

[0034] Em um desenvolvimento particular da usina de força alimentada a energia fóssil, um trocador de calor é provido, o qual é inserido sobre o lado primário na segunda linha secundária e o qual é conectado sobre o lado de entrada secundário ao tanque de pressão e sobre o lado de saída secundário à unidade de absorção. Como um resultado, quando a usina de força alimentada a energia fóssil está em funcionamento, o calor pode ser transferido de um meio de absorção regenerado no tanque de pressão para um meio de absorção carregado na segunda linha secundária. O meio de absorção regenerado é, por conseguinte, resfriado para um uso renovado na unidade de absorção, e o meio de absorção carregado é aquecido para regeneração na unidade de dessorção.

[0035] Em um refinamento vantajoso da usina de força alimentada a energia fóssil, um compressor é inserido na linha de vapor. O compressor é um aparelho por meio do qual um vapor pode ser transferido para fora do tanque de pressão para a unidade de dessorção. O compressor é, de preferência, uma bomba de vácuo com uma válvula de retenção de refluxo. A válvula de retenção de refluxo impede que o

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13/18 meio venha a fluir para fora da unidade de dessorção de volta para o tanque de pressão.

[0036] Em um outro desenvolvimento vantajoso da presente invenção, uma válvula de regulagem é provida, a qual é conectada à unidade de absorção através da linha de conexão e a qual é conectada à unidade de dessorção através da primeira linha secundária e através da segunda linha secundária, de modo que, durante uma operação, um meio de absorção que flui através da linha de conexão possa ser dividido em uma razão em V na primeira linha secundária e na segunda linha secundária. A regulagem, neste caso, ocorre como uma função das condições operacionais requeridas na unidade de dessorção.

[0037] A usina de força alimentada a energia fóssil é, de preferência, configurada como uma usina de força a vapor compreendendo uma caldeira acesa e uma turbina a vapor, ou como uma usina de força de ciclos combinados compreendendo uma turbina a gás e um gerador de vapor de recuperação de calor residual que segue a turbina a gás sobre o lado do gás de exaustão e o qual é inserido no circuito de água/vapor de uma turbina a vapor.

[0038] As modalidades exemplares da presente invenção são explicadas em mais detalhes a seguir por meio dos desenhos esquemáticos em anexo, nos quais:

[0039] a figura 1 mostra uma modalidade exemplar de um método de separação de dióxido de carbono de uma usina de força alimentada a energia fóssil, [0040] a figura 2 mostra uma modalidade exemplar de uma usina de força a vapor com um aparelho de separação de dióxido de carbono, [0041] a figura 3 mostra uma modalidade exemplar de uma usina de força de ciclos combinados com um aparelho de separação de dióPetição 870180136930, de 02/10/2018, pág. 16/27

14/18 xido de carbono.

[0042] O método de separação de dióxido de carbono ilustrado na figura 1 tem, essencialmente, um processo de dessorção 10 e um processo de expansão 20.

[0043] O meio de absorção carregado 25 é liberado para o processo de dessorção através de um primeiro vapor parcial 30 e de um segundo vapor parcial 40. A liberação ocorre em várias etapas de processo do processo de dessorção 10. No processo de dessorção 10, o meio de absorção carregado 25 é regenerado. Neste caso, é formada uma mistura de gás/vapor 50 de dióxido de carbono e um meio de absorção vaporoso. A mistura de gás/vapor 50 e o meio de absorção regenerado 26 saem do processo de dessorção 10.

[0044] O meio de absorção regenerado 26 é, em seguida, liberado para o processo de expansão 20. No processo de expansão 20, o meio de absorção vaporoso 27 é separado do meio de absorção regenerado 26a a uma pressão mais baixa que a pressão no processo de dessorção. O meio de absorção regenerado 26a é conduzido para fora do processo de expansão 20 e recirculado para o circuito de absorção. O meio de absorção vaporoso 27 é recirculado para o processo de dessorção.

[0045] A usina de força a vapor ilustrada na figura 2, com um aparelho de separação integrado ao dióxido de carbono, compreende, essencialmente, um gerador de vapor alimentado a energia fóssil 60, e um aparelho de separação para o dióxido de carbono 70 que segue o gerador de vapor alimentado a energia fóssil 60.

[0046] O gerador de vapor alimentado a energia fóssil 60 é conectado ao aparelho de separação 70 através de uma linha de gás de exaustão 80 para a descarga do gás de exaustão. Além disso, o gerador de vapor 60 é inserido em um circuito de água/vapor 90. A caldeira acesa 60 é conectada através do circuito de água/vapor 90 a uma tur

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15/18 bina a vapor 100 por meio da qual um gerador 110 pode ser acionado. [0047] O aparelho de separação 70 consiste em uma unidade de absorção 120, de uma unidade de dessorção 130, de um tanque de pressão 140, de um compressor 150, de um trocador de calor 160, de um condensador 170, de um dispositivo de aquecimento 180 e de um trocador de calor 190.

[0048] A unidade de absorção 120 é inserida na linha de gás de exaustão 80. Outros dispositivos, por exemplo, instalações de dessulfurização ou sopradores, podem ser inseridos na linha de gás de exaustão 80. A fim de conduzir um meio de absorção carregado, a unidade de absorção 120 tem uma linha de absorção 200 conectada à mesma. Esta se divide em uma ramificação 205 em uma primeira linha secundária 201 e uma segunda linha secundária 202. A primeira linha secundária 201 é conectada à unidade de dessorção 130 no primeiro ponto de junção 210 e a segunda linha secundária 202 no segundo ponto de junção 211. O trocador de calor 160 é inserido sobre o lado primário na segunda linha secundária 202.

[0049] A unidade de dessorção 130 é seguida por um condensador 170 que é conectado à unidade de dessorção 130 através de uma linha de condensado 220.

[0050] A unidade de dessorção é conectada à unidade de absorção 120 e ao dispositivo de aquecimento 180 através de uma linha de meio de absorção 230. O tanque de pressão 140 é inserido na linha de meio de absorção 230. Este tanque de pressão é projetado para um vácuo e é conectado à unidade de dessorção 130 através de uma linha de vapor 231. O compressor 150 é inserido na linha de vapor 231. No presente documento não são ilustrados outros dispositivos para a geração e regulagem do vácuo no tanque de pressão 150. Além disso, a unidade de dessorção 140 é conectada ao dispositivo de aquecimento 180 através da linha de meio de absorção 230.

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16/18 [0051] A linha de meio de absorção 230 é ligada sobre o lado secundário ao trocador de calor 160, de modo que o calor seja extraído a partir de um meio de absorção carregado na linha de meio de absorção 230 e possa ser transferido para um meio de absorção que carrega a segunda linha secundária 202.

[0052] Além disso, outros dispositivos podem ser inseridos na linha de meio de absorção 230. Deste modo, por exemplo, um trocador de calor ou uma bomba de meio de absorção. O dispositivo de aquecimento 180 corresponde a um trocador de calor e é inserido no circuito de água/vapor 90. O circuito de água/vapor 90 pode ter ainda outros dispositivos, tais como, por exemplo, resfriadores ou bombas.

[0053] A figura 3 ilustra uma usina de força de ciclos combinados 56 com um aparelho de separação de dióxido de carbono integrado 70. A usina de força de ciclos combinados 56 compreende, essencialmente, uma turbina a gás 101 que aciona um compressor de processo 102 e um gerador 111 através de um eixo, um gerador de vapor de recuperação de calor residual 112 que segue a turbina a gás 101 sobre o lado do gás de exaustão e que é aceso pela turbina a gás 101 e é provido para a geração de vapor, e uma turbina a vapor 100, a qual é conectada a um gerador 110 através de um eixo e a qual é conectada ao gerador de vapor de recuperação de calor residual 112 por meio de uma linha de vapor. O gerador de vapor de recuperação de calor residual 112 é conectado, de modo a conduzir um gás de exaustão, ao aparelho de separação 70. O aparelho de separação a seguir 70 é configurado essencialmente de uma maneira similar à da usina de força a vapor 55 na figura 2.

[0054] As vantagens de acordo com a presente invenção, neste caso, podem se tornar evidentes, por exemplo, por meio de um processo de usina de força de 800 MW alimentada por carvão de betume. Nos processos de combustão fóssil deste tipo, um gás de exaustão

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17/18 com aproximadamente 10 a 15 porcento em volume de dióxido de carbono é obtido. Com uma taxa de separação de 90 % a ser obtida para o dióxido de carbono contido no gás de exaustão, uma determinação de energia térmica de 3,5 GJ/tCO2, utilizando a ligação de circuito padrão do processo de separação de dióxido de carbono, se faz necessária no sentido de separar uma tonelada de CO2. A ligação de circuito padrão de um processo de absorção/dessorção é tal como uma referência para o cálculo seguinte.

[0055] Utilizando o método de alimentação dividida, a determinação de energia térmica para separar uma tonelada de CO2 pode ser diminuída para 3,1 GJ/tCO2. Em comparação com a referência, as perdas de energia elétrica como um todo poderão, portanto, ser reduzidas em 7,5%. Esta medida diminui os custos relativos de prevenção de CO2 do processo de separação em 9,9%.

[0056] A integração individual do método rápido de solvente pobre torna possível diminuir a determinação de energia para a separação de uma tonelada de CO2 para 2,3 GJ/tCO2. As perdas de energia elétrica como um todo podem, portanto, ser reduzidas em 9,2%, de modo que os custos relativos de prevenção de CO2 do processo de separação sejam reduzidos em 8,2 %.

[0057] Em virtude da presente invenção, neste caso, as vantagens dos dois métodos podem ser virtualmente somadas. Sendo assim, a combinação dos dois métodos não tem um efeito adverso sobre a determinação inerente de energia, e, por conseguinte, neste exemplo operacional, 2,3 GJ/tCO2 são necessários no sentido de separar uma tonelada de CO2. As perdas de energia elétrica como um todo podem ser reduzidas em 15% e os custos relativos de prevenção de CO2 do processo de separação podem ser ainda baixados em 16,9%.

[0058] Sendo assim, em virtude da presente invenção, um processo de usina de força com um processo de separação integrado para o

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18/18 dióxido de carbono pode ser provido, no qual um aumento notável na quantidade de corrente produzida pela usina de força poderá ser obtido por meio de uma combinação direta do método de alimentação dividida com o método rápido de solvente pobre. Isto se torna possível, uma vez que a determinação de energia inerente ao processo de separação da combinação é, em termos substanciais, surpreendentemente menor que a das ligações de circuito individuais. Uma vez que, ao mesmo tempo, as necessidades de investimento são baixas, os custos da separação de dióxido de carbono podem ser drasticamente reduzidos.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para a separação de dióxido de carbono de um gás de exaustão de uma usina de força (55, 56) alimentada a energia fóssil, no qual:

a) um combustível fóssil é queimado em um processo de combustão, em que um gás de exaustão contendo dióxido de carbono é gerado,

b) o gás de exaustão contendo dióxido de carbono é colocado em contato com um meio de absorção em um aparelho de separação (70) em um processo de absorção em uma unidade de absorção (120), em que o dióxido de carbono é absorvido pelo meio de absorção, em que um meio de absorção carregado (25) e um gás de exaustão purificado são formados,

c) o meio de absorção carregado (25) é regenerado em um processo de dessorção (10) em uma unidade de dessorção (130) através de energia térmica na forma de vapor de aquecimento da usina de força (55 ,56) através de um trocador de calor (180), em que um meio de absorção regenerado (26) é formado, e um condensador (170), disposto a jusante da unidade de dessorção (130), através do qual um condensado é condensado para fora da mistura gás-vapor, caracterizado pelo fato de que

- o meio de absorção carregado (25) é separado em um primeiro fluxo parcial (30) e um segundo fluxo parcial (40), e alimentado no processo de dessorção (10), em que o primeiro fluxo parcial (30) da unidade de dessorção (130) é alimentado para uma etapa de processo, na qual, no processo de dessorção (10), está presente predominantemente vapor de exaustão, de modo que o vapor de exaustão condense e em que a etapa de processo na unidade de dessorção (130) se encontre mais alta do que uma etapa de processo na qual o segundo fluxo parcial (40) é alimentado para o processo de dessorção,

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- em um processo de expansão (20) com um tanque de pressão (140) que é configurado para o vácuo e cuja pressão P1 é mais baixa que uma pressão P2 no processo de dessorção (10), é expandido o meio de absorção regenerado da unidade de dessorção (130), em que meio de absorção regenerado vaporoso é formado e um meio de absorção regenerado é separado, e em que o meio de absorção vaporoso (27) é comprimido em um compressor (150) e é recirculado no processo de dessorção (10), e o meio de absorção regenerado é recirculado através de uma linha de recirculação de meio de absorção no processo de absorção, e

- o meio de absorção regenerado é conduzido em troca de calor somente com um segundo fluxo parcial (40, 202) em um trocador de calor (160), a fim de aquecer o meio de absorção carregado no segundo fluxo parcial.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro fluxo parcial (30) é definido a uma temperatura T1 e o segundo fluxo parcial (40) é definido a uma temperatura T2, a temperatura T1 sendo mais baixa que a temperatura T2.
3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a pressão P2 corresponde aproximadamente à pressão atmosférica.
4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que uma solução de H2O e de derivados de amina é usada como um meio de absorção.
5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo uso em uma usina de força a vapor alimentada a energia fóssil (55).
6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo uso em uma usina de força de ciclos combinados (56).