2/10 P4318NO00 gjennom en rik aminlinje 5. En pumpe 6 er anordnet i linje 5 for å gi trykket som er nødvendig for å pumpe det rike aminet i linje 5 vi

Transkript

1 1/10 P4318NO00 Beskrivelse Teknisk felt [0001] Foreliggende oppfinnelse angår en absorber for et anlegg for fjerning av en sur gass fra en gasstrøm, slik som et anlegg for innfangning av CO2 fra en CO2 inneholdende gasstrøm, slik som en eksosgass fra forbrenning av karbonholdig brensel. Bakgrunnsteknikk [0002] Fremgangsmåter og anlegg for innfangning av sure gasser, slik som CO2, fra gassblandinger, slik som eksosgass, har væ rt kjent i flere tiår. De siste års aktiviteter for utvikling av forbedrede fremgangsmåter og anlegg for CO2 fangst har øket på grunn av sterk økning i atmosfæ risk CO2 stort sett på grunn av forbrenning av karbonholdige brensler. [0003] De vanligvis foreslåtte anlegg og fremgangsmåter for CO2 fangst fra en eksosgass er fremgangsmåter basert på vandige CO2 absorbenter som er blir brakt i motstrøms strøm mot eksosgassen i en pakket seksjon i en absorber for å gi en CO2 uttømt eksosgass, som blir frigitt til omgivelsene, og en CO2 rik absorbent, som blir trukket ut og regenerert for å gi en CO2 strøm som blir komprimert og behandlet videre for eksport fra anlegget og regenerert absorbent som blir resirkulert til absorberen. [0004] Et anlegg av denne typen er beskrevet i WO 2010/102877, Aker Clean Carbon AS. Hovedprinsippene i et slikt anlegg er illustrert i den vedlagte figur 1. Eksosgass blir introdusert inn i anlegget gjennom et eksosrør 1 og blir ledet inn i en kjøler 2, her illustrert med en direkte kontakt kjøler 2. Eksosgass blir introdusert næ r bunnen av direkte kontakt kjøleren og blir brakt i motstrøms strøm mot vann introdusert ved sprøyting av vann inn i kjøleren via en kjølevanns resirkuleringslinje 2 og en resirkulasjonspumpe 2. [0005] Avkjølt og fuktet eksosgass blir trukket ut fra direkte kontaktkjøleren og introdusert inn i en absorber 3, hvor eksosgassen blir brakt i motstrøms strøm mot en vandig CO2 absorbent, slik som en vandig aminoppløsning. CO2 arm eksosgass blir trukket ut gjennom et eksosrør for renset eksosgass 10 og frigitt i omgivelsene, mens det rike aminet som har absorbert CO2, blir oppsamlet ved bunnen av absorberen og trukket ut

2 2/10 P4318NO00 gjennom en rik aminlinje 5. En pumpe 6 er anordnet i linje 5 for å gi trykket som er nødvendig for å pumpe det rike aminet i linje 5 via en varmeveksler inn i en regenerator 8 for å bli regenerert ved stripping av aminet i motstrøms strøm mot damp som blir introdusert inn i regeneratoren gjennom en damplinje 12. Regenerert, eller arm amin blir oppsamlet i bunnen av regeneratoren 8, og blir resirkulert gjennom en arm eksoslinje 4 via varmeveksleren 9 og reintrodusert inn i absorberen 3. Damp for stripping i regeneratoren 8 blir generert ved koking av en del av den arme absorbenten i linje 4 i en reboiler 11 ved bruk av damp introdusert i linje 13 som et varmemedium. Den arme absorbenten som blir re-introdusert inn i absorberen 3 blir introdusert ved toppen av en pakking 3 frembrakt for å optimalisere kontakten mellom eksosgassen og absorbenten. [0006] På grunn av de store volumene eksosgass som kommer ut av et termisk kraftverk, og den nødvendige kontakttiden mellom absorbenten og gassen for å oppnå den tilstrekkelige kontakten mellom eksosgassen og absorbentene, har absorberen for et 400 MW gassfyrt kraftanlegg et tverrsnitts areal på typisk omkring 320 m 2, og en høyde på mer enn 60 meter. Eksosgassen blir ført inn i absorberen fra kjøleren 2 gjennom et eller flere innløp som typisk har et totalt tverrsnitt på 54 m 2, ved en hastighet på omkring 17 m/s. [0007] Eksosgassinnløpene inn i absorberen er normalt anordnet 2 til 3 meter, slik som omkring 2.5 meter over overflaten til absorbenten oppsamlet i bundelen av absorberen for å redusere vind -påvirkningen på væ skeoverflaten. En vind av innkommende eksosgass ved en vindhastighet fra stiv til sterk kuling kombinert med tungt regn av absorbent som faller ned fra absorberpakkingen vil imidlertid resultere i at gassbobler blir oppsamlet ved bunnen av absorberen. [0008] Nivået av væ ske oppsamlet ved bunnen av absorberen kan variere under driften av anlegget da absorberen ofte blir benyttet som en buffer for absorbent. Det minimale væ skenivået er, imidlertid, 2 meter, både for å gi det nødvendige væ skenivået for å unngå kavitasjon i pumper for uttrekking av væ sken fra absorberen, og for betydelig å redusere, eller fortrinnsvis unngå at gassbobler er til stede i absorbenten som blir trukket ut fra

3 3/10 P4318NO00 absorberen. Den nødvendige sugehøyden, dvs. væ skedybden i sumpen, eller bunnen av absorberen, genererer et større absorbentvolum av absorbent i absorbersumpen. [0009] For å unngå eller redusere mengden av bobler i absorbenten trukket ut fra absorberen, er utløpet(ene) for absorbenten fra absorberen fortrinnsvis anordnet næ r siden av absorberen hvor eksosgassen blir introdusert da vindpåvirkningen er relativt lav da geometrien og strømningsretningen vil møte overflaten av væ sken ved en avstand fra eksosgassinnløpet, typisk ved omkring den samme avstand som høyden av eksosgassinnløpet over væ skeoverflaten. På grunn av de geometriske begrensningene forårsaket av at kjøleren er næ r innløpet på absorberen, og kravene til en barriere for å samle opp eventuell lekkasje fra absorberen, må rørledningene komme inn i absorberen fra den motsatte siden i forhold til eksosgassinnløpet, og må bli sikkert festet til bunnen av absorber in en lengde på omkring 15 meter, at arrangement som kan væ re et svakt punkt i konstruksjonen. Alternativt kan utløpet komme inn i absorberen gjennom bunnen av absorberen, men dette arrangementet vil kreve ekstra rom under bunnen på absorberen for å tillate tilgang til rørledningene og pumpene anordnet under absorberen, og vil øke byggekostnadene til det totale anlegget. Oppsummering av oppfinnelsen [0010] Ifølge foreliggende oppfinnelse blir det fremskaffet en absorberkolonne for et CO2 fangstanlegg, hvor absorberkolonnen omfatter en arm absorbentlinje for introduksjon av arm absorbent inn på toppen av en eller flere pakking(er) anordnet på tvers av tverrsnittet til absorberkolonnen, ett eller flere eksosgassinnløp anordnet i sideveggen til absorberkolonnen og under pakkingen(e) for introduksjon av innkommende eksosgass inn i absorberkolonnen slik at eksosgassen blir brakt i motstrøms strøm til absorbenten i pakkingen(e), et eksosgassutløp anordnet over pakkingen(e), en absorberkolonne bunndel med en dybde på minst 2 meter for oppsamling av rik absorbent som har absorbert CO2, og rørledninger for uttak av rik amin fra bunndelen av absorberen, hvor en forhøyet bunndel er anbrakt under overflaten til absorbenten oppsamlet i bunndelen av absorberen, hvor den forhøyede bunndelen er anordnet for

4 4/10 P4318NO00 å fortrenge 50% eller mer av volumet til den rike absorbenten oppsamlet i bunndelen. [0011] Som nevnt i den innledende delen, blir et betydelig volum absorbent normalt oppsamlet i bunnen av en absorber kolonne på grunn av kravene for sugehøyde for pumper og tverrsnittet til absorpsjonskolonnen. Ved anordning av en forhøyet bunndel som fortrenger en betydelig del av absorbentvolumet, dvs. som fyller opp en betydelig del av volumet som kunne væ rt fylt med absorbent, blir volumet til aminet som til enhver tid er til stede i absorpsjonskolonnen for å gi den påkrevde sugehøyden, betydelig redusert da full dybde av den flytende absorbenten kun er til stede i en mindre del av tverrsnittet til absorpsjonskolonnen. Reduksjon av volumet oppsamlet i bunnen av absorberen betyr en reduksjon i den totale absorbenten og kan således redusere kostnaden både for kjøp av ny absorbent og for deponering av brukt amin. I tillegg er det antatt at en betydelig del av degraderingen av absorbenten skjer under dens oppholdstid i absorberen. Ved reduksjon av volumet i absorbersumpen mens sirkulasjonsraten blir opprettholdt, blir oppholdstiden i absorberen redusert. Reduksjon av det totale volumet vil også forbedre responstiden til absorberen overfor driftsmessige endringer. [0012] Ifølge en utførelsesform, er en forhøyede bunndelen anordnet for å fortrenge 50% eller mer av volumet av den rike absorbenten oppsamlet i bunndelen. For å ha en tilstrekkelig fordelaktig effekt er det antatt at volumet av den rike absorbenten som er til stede i bunnen av absorberen må bli redusert med 50 % eller mer, uten å redusere sugehøyden for pumpene. Det er foretrukket at volumet blir redusert mer, slik som mer enn 55 %, eller mer enn 60%. [0013] Den forhøyede bunndelen fyller fortrinnsvis et volum som starter på den motsatte siden av absorberen i forhold til siden for eksosinnløpet(ene) og fortsetter mot siden for eksosinnløpene i den totale bredden av kolonnen for å etterlate en brønndel som løper til bunnen av absorberen for å tillate for sugehøyden som er påkrevet for pumpene for rik absorbent, mellom den forhøyede delen og absorberveggen under eksosgassinnløpet(ene). Ved å bygge opp den forhøyede bunndelen fra den delen av absorberen

5 5/10 P4318NO00 som er lengst bort fra eksosgassinnløpet(ene) for å danne en brønndel av absorberen direkte under eksosgassinnløpene inn i absorberen, den dypeste delen av absorberen og delen fra hvilken den rike absorbenten blir trukket ut er plassert der hvor påvirkningen av den innkommende eksosgassen på grunn av den innkommende hastighet er lavest da eksosgassen blåser inn i absorberen høyere opp. Følgelig har den flytende absorbenten i brønndelen mindre gassbobler på grunn av bølger og hard vind i absorberen enn andre deler av absorberen. I tillegg er strømmene i absorbenten betydelig lavere i denne delen av absorberen enn delene hvor hastigheten til den innkommende eksosgassen forårsaker dannelse av bølger og virvelbevegelse i væ sken. Kort beskrivelse av figurene [0014] Fig. 1 er en prinsippskisse av et aminbasert karbonfangstanlegg ifølge teknikkens stand, Fig. 2 er et tverrsnitt gjennom en absorber i et karbonfangstanlegg ifølge foreliggende oppfinnelse, og Fig. 3 er et lengdesnitt gjennom en bunndel av absorberen ifølge fig. 2. Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen [0015] Figur 2 er et tverrsnitt gjennom en absorber 3 produsert i sement. Sement er et attraktivt byggemateriale for en absorber. Det rektangulæ re tverrsnittet, slik at absorberen er et rett rektangulæ rt prisme, er et praktisk valg av geometri både fra et praktisk og økonomisk synspunkt. De indre veggene av absorberen er fortrinnsvis foret med en lining av et polymermateriale for å redusere eller unngå erosjon av veggene under drift av anlegget. [0016] Den nedre delen av absorberen er omgitt av et kar 20 for å samle opp eventuell lekkasje av absorbent fra absorberen 3 for å unngå eventuelt utslipp til omgivelsene. Karet 20 er i mange land et krav for å få lov til å operere et slikt anlegg da utslipp av absorbent til omgivelsene ikke er lov, og karet er konstruert slik at det er i stand til å samle opp det maksimale

6 6/10 P4318NO00 volumet av absorbent som kan unnslippe fra absorberen ved en større hendelse. [0017] En opphøyet bunndel 22 av absorberen er anordnet i absorberen 3, for å redusere væ skedybden i en betydelig del av bunnen på absorberen, og således redusere totalvolumet av absorbent oppsamlet i bunndelen av absorberen. Den opphøyede bunndelen er forhøyet fra den lavere delen av absorberen bortsett fra i et område så starter fra veggen gjennom hvilken den innkommende eksosgassen blir introdusert, i hvilket område en brønndel 7 er dannet. Den for tiden foretrukne opphøyde bunndelen er en solid blokk av betong støpt under fremstillingen av fundamentet for glidestøping av betong absorpsjonskolonnen. Fagpersonen vil imidlertid forstå at den opphøyede bunndelen 22 kan væ re en hvilken som helst konstruksjon som kan fortrenge en betydelig del av absorbenten i bunnen av absorberen, og kan væ re en hul struktur dannet av betongvegger og tak. [0018] Pumper 6 for uttrekking av absorbent fra bunnen av absorberen er anordnet på utsiden av karet 20. På grunn av geometriske begrensninger forårsaket av direkte kontakt kjøleren 2 som er anordnet næ r absorberen og forbundet til absorberen avkjølt eksoskanal 24 som er åpen inn i eksosinnløpet 23, er pumpene 6 fortrinnsvis anordnet på den siden av absorberen som er motsatt for eksosinnløpet 23 som illustrert i figur 3. Rørledninger 5 er derfor anordnet fra pumpene 6, gjennom veggen til karet 20, gjennom veggen til absorberen, og er sementert inn i den opphøyede bunndelen 22, og ender inn i brønndelen 7 ved bunnen av absorberen for å virke som absorbentuttaksrør. Å pne ender 21 av rørledningene 5 er anordnet næ r bunnen av brønndelen 7 og er anordnet næ r til den siden av absorberen på hvilken eksosgassen kommer inn i absorberen gjennom et eller flere eksosinnløp 23. [0019] Som nevnt ovenfor er den typisk påkrevde dybden av absorbenten oppsamlet på bunnen av absorberen for å gi den påkrevde sugehøyden for pumpene 6, omkring 2 meter. For å væ re på den sikre siden er den typiske gjennomsnittlige dybden under drift omkring 2.8 meter. Dybden kan imidlertid variere under drift mellom omkring 3 meter og 2.3 meter.

7 7/10 P4318NO00 Den minimale amindybden må imidlertid væ re tilstrekkelig til å dekke den forhøyede bunndelen for å unngå at den forhøyede bunndelen dannet av den opphøyede bunndelen blir utsatt for fysisk stress grunnet eksponering for væ skeabsorbenten som regner ned fra pakkingen over, og den harde vinden fra den innkommende eksosgassen. Fortrinnsvis, er den opphøyede bunndelen dekket med minst 0,5 m absorbent, mer foretrukket omkring 0.8 m under stabil drift av fangstanlegget. [0020] Ved å redusere volumet i bunndelen av absorberen, kan det totale volumet av absorbent karbonfangstanlegget bli redusert betydelig. Et redusert volum absorbent er en fordel med hensyn på investeringskostnaden ved kjøp av kjemikalier. [0021] Den opphøyede bunndelen er fortrinnsvis anordnet slik at den starter motsatt for eksosgassinnløpet(ene) inn i absorberen, og fortsetter mot eksosgassinnløpet(ene), og avsluttes ved en avstand til absorberens side mot eksosgassinnløpet(ene) for å etterlate en brønndel 7 som har absorberens fulle dybde. Ved denne typen arrangement, vil brønndelen 7 væ re i «vindskyggen» for den innkommende eksosgassen, hvor brønndelen vil væ re anordnet i delen av bunnseksjonen som gir minst påvirkning fra vind og uønskede strømmer i væ sken. [0022] Videre er en viktig del av den termiske og oksidative degraderingen av absorbenten antatt å væ re næ r forbundet med oppholdstiden i bunndelen av absorberen, hvor absorbenten blir eksponert for høye temperaturer i kombinasjon med oksygen fra eksosgassen. Blir en reduksjon av oppholdstiden i bunndelen av absorberen antatt å væ re fordelaktig med hensyn på degradering av absorbenten. [0023] Et redusert totalvolum av absorbent er, på grunn av den reduserte degraderingsraten, også fordelaktig med hensyn på driftskostnadene forbundet med kjøp av nytt amin og deponering av brukt amin, da aminabsorbentene er miljømessig uakseptable og må bli håndtert som spesialavfall. Kostnaden for håndtering av brukt amin kan væ re betydelig høyere enn kostnaden for nytt amin. [0024] En reduksjon av totalvolumet av absorbent er også fordelaktig fra absorbsjonsregenererings synspunktet. Degradering, dvs. termisk og/eller

8 8/10 P4318NO00 oksidativ degradering er uunngåelig. En blødestrøm av arm absorbent blir derfor trukket fra den arme absorbentlinjen 4 og introdusert inn i en ikke illustrert reclaimer for reclaiming av ikke-degradert amin som en blanding av amindamp og damp som blir introdusert inn i regenereringskolonnen som ytterligere strippedamp, og hvor uoppløselig materiale blir fjernet eller deponert. Dette er en prosess som krever betydelig mengde energi og en reduksjon av volumet introdusert inn i reclaimeren vil derfor redusere det totale energibehovet for anlegget. Eksempel [0025] En eksempelvis absorber for innfangning av CO2 fra eksosgassen fra et 400 MW gassfyrt kraftanlegg, mottar omkring 700 m 3 /sek eksosgass ved en temperatur på omkring 30 C fra direkte kontaktkjøleren 2. Med et tverrsnitt på eksosgassinnløpet 23 på omkring 80 m 2, har den innkommende eksosgassen en hastighet på omkring 13 m/sek inn i absorberen. Eksosgassinnløpet(ene) er anordnet i en av veggene til absorberen som har et rektangulæ rt tverrsnitt, og er anordnet under pakkingen 3, men over overflaten til absorbenten oppsamlet i bunnen av absorberen. [0026] For å tillate tilstrekkelig kontakttid mellom absorbenten og eksosgassen i pakkingen for å oppnå et tilstrekkelig nivå på CO2 absorpsjon, blir gasshastigheten inn i absorberen redusert til 2 3 m/sek ved økning av tverrsnittet av absorberen i forhold til tverrsnittet til eksosgassinnløpet, for å gi et tverrsnitt på > 300 m 2. en eksemplifiserte absorberen har et rektangulæ rt tverrsnitt, med sidevegglengder på henholdsvis 16 m og 20 dvs. et areal på omkring 320 m 2. Avstanden mellom eksosgassinnløpet og den motsatte veggen er 16 m. [0027] Absorbenten oppsamlet ved bunnen av absorberen har en dybde i brønndelen 7 på omkring 2.75 m. Den opphøyede bunndelen her en høyde på omkring 2 meter, noe som gir omkring 0.75 meter absorbent væ skedybde over den forhøyede bunnen i stabil drift. Den opphøyede bunndelen fyller bunndelen av absorberen, bortsett fra brønndelen som starter fra veggen i hvilken eksosgassinnløpet (ene) er anordnet, og løper omkring 2 meter fra nevnte vegg. I dette eksempelet er volumet av

9 9/10 P4318NO00 absorbenten som er til stede i bunnen av absorberen redusert fra 880 m 3 til 320 m 3, eller en volumreduksjon på omkring 64 % sammenliknet med en absorber uten en forhøyet bunnseksjon. [0028] Den innkommende eksosgassen vil forårsake at bølger blir dannet på overflaten til absorbenten oppsamlet i bunndelen. Bølger og amin som regner ned fra pakkingen vil forårsake dannelse av gassbobler som blir blandet inn i absorbenten. Desto større bølgene er desto mer bobler blir blandet inn i absorbenten. Gassbobler i absorbenten uønsket da bobler kan forårsake ytterligere kontakt mellom gassen som inneholder oksygen, og absorbenten, som kan forårsake ytterligere oksidativ degradering. I tillegg, kan gassboblene forårsake kavitasjonsproblemer for pumpene. [0029] For å redusere bølgene, er eksosgassinnløpet(ene) anordnet i en viss høyde over aminbassenget, slik som minst 1 meter over overflaten mer foretrukket minst 2 meter over overflaten. Dersom høyden mellom eksosgassinnløpet og overflaten til absorbentbassenget overskrider en viss høyde blir ingen ytterligere fordeler oppnådd, men konstruksjonskostnad blir tillagt på grunn av den økede totalhøyden på absorberen, Det er for tiden antatt at avstanden skal væ re mindre enn 4 meter, og mer foretrukket mindre enn 3 meter. En for tiden foretrukket avstand er mellom 2 og 2.5 meter mellom den nedre delen av eksosgassinnløpet(ene) og overflaten til absorbentbassenget under stabil drift av anlegget. Med andre ord, er fortrinnsvis forlengelsen av brønndelen fra veggen som omfatter eksosgassinnløpet(ene) kortere enn høyden mellom overflaten av absorbentbassenget og den nedre delen av eksosgassinnløpet(ene) slik som mer enn 5% kortere eller mer foretrukket mer enn 10% kortere.

10 10/10 P4318NO00 Krav 1. En absorberkolonne (3 ) for et CO2 fangstanlegg, hvor absorberkolonnen (3) omfatter en arm absorbentlinje (4) for introduksjon av arm absorbent inn på toppen av en eller flere pakking(er) (3 ) anordnet på tvers av tverrsnittet til absorberkolonnen (3), ett eller flere eksosgassinnløp (23) anordnet i sideveggen til absorberkolonnen og under pakkingen(e) (3 ) for introduksjon av innkommende eksosgass inn i absorberkolonnen slik at eksosgassen blir brakt i motstrøms strøm til absorbenten i pakkingen(e), et eksosgassutløp (10) anordnet over pakkingen(e), en absorberkolonne bunndel med en dybde på minst 2 meter for oppsamling av rik absorbent som har absorbert CO2, og rørledninger (5) for uttak av rik amin fra bunndelen av absorberen (3), k a r a k t e r i s e r t v e d at en forhøyet bunndel (22) er anbrakt under overflaten til absorbenten oppsamlet i bunndelen av absorberen, hvor den forhøyede bunndelen er anordnet for å fortrenge 50% eller mer av volumet til den rike absorbenten oppsamlet i bunndelen. 2. Absorberen ifølge krav 1, hvori flere eksosgassinnløp (23) er anordnet fra en side av absorberkolonnen. 3. Absorberkolonnen ifølge krav 1 eller 2, hvori den forhøyede bunndelen (22) fyller et volum som starter på den motsatte siden av absorberen i forhold til siden for eksosinnløpet(ene) (23) og fortsetter mot siden for eksosinnløpet(ene) (23) i kolonnens bredde for å gi en brønndel (7) som løper til bunnen av absorberen for å tillate den sugehøyden på minst 2 meter som er påkrevet for rik absorbentpumpen(e) (6), mellom den forhøyede delen og absorberveggen under eksosgassinnløpet(ene) (23). 4. Absorberen ifølge et hvilket som helst av de foregående kravene 1 til 3, hvori den forhøyede bunndelen består av en solid betongkloss. 5. Absorberen ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 3, hvori den forhøyede bunndelen er dannet av betongvegger og betonglokk.