專利名稱：低溫?zé)峤粨Q器系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開的領(lǐng)域大體涉及從包含二氧化碳的氣體中以低溫的方式捕捉二氧化碳(CO2)。更具體而言，本公開涉及用于從氣體流中分離二氧化碳以及利用二氧化碳來預(yù)冷卻煙道氣的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
燃燒燃料來產(chǎn)生能量會產(chǎn)生大量排氣，例如，在燃燒化石燃料的功率裝置中產(chǎn)生的排氣。排氣通常稱為煙道氣，因?yàn)榕艢馔ㄟ^煙道而離開燃燒室，并且典型地排到大氣中。煙道氣的組成取決于燃燒的燃料。典型的煙道氣包括氮、二氧化碳、水蒸汽、氧、一氧化碳、氧化物和顆粒物質(zhì)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)二氧化碳?xì)怏w是溫室氣體，溫室氣體可導(dǎo)致全球變暖。二氧化碳?xì)怏w還是用于食品和飲料工業(yè)中的成分，而且會通過光合作用而促進(jìn)植物生長。典型地，可使用胺來從煙道氣中移除二氧化碳。備選地，二氧化碳的低溫捕捉(其中，煙道氣冷卻到低溫溫度，直到形成固態(tài)CO2)是目前存在的利用胺基溶劑的技術(shù)的備選方法。但是，冷流和煙道氣之間的直接熱交換會在兩個(gè)流之間引起大的溫差，而且在能量方面不是高效的。另外，固態(tài)CO2形成在包含冷卻流的管的表面上，從而降低冷管和煙道氣之間的熱傳遞的效率。另外，從管的表面移除固態(tài)CO2提出了技術(shù)挑戰(zhàn)。本公開描述了一種系統(tǒng)和方法，其使得在低溫二氧化碳移除工藝中能夠在熱交換器的冷流和煙道氣的暖流之間進(jìn)行有效的熱傳遞。

發(fā)明內(nèi)容
在一方面，一種用于捕捉二氧化碳的裝置包括用于供應(yīng)壓縮煙道氣的供應(yīng)源；用于預(yù)冷卻壓縮煙道氣的多流熱交換器；位于多流熱交換器的下游的氣體膨脹裝置，氣體膨脹裝置使壓縮煙道氣膨脹成為二氧化碳枯竭的第一氣體子流和為二氧化碳的第二子流；使第一子流的至少一部分再循環(huán)到多流熱交換器中的第一再循環(huán)通道；以及使第二子流的至少一部分再循環(huán)到多流熱交換器中的第二再循環(huán)通道。多流熱交換器構(gòu)造成使用第一子流和第二子流來預(yù)冷卻壓縮煙道氣。在另一方面，一種捕捉二氧化碳的方法包括提供包含二氧化碳的壓縮氣體；在多流熱交換器中預(yù)冷卻壓縮氣體；在氣體膨脹裝置中使壓縮氣體膨脹，以提供為二氧化碳枯竭氣體的第一子流和為二氧化碳的第二子流；以及將第一子流和第二子流供應(yīng)到多流熱交換器，以有利于預(yù)冷卻壓縮氣體。在又一方面，一種碳捕捉系統(tǒng)包括用于供應(yīng)壓縮煙道氣的供應(yīng)；冷卻壓縮煙道氣的水預(yù)冷卻器；多流熱交換器，其位于水預(yù)冷卻器的下游，以進(jìn)一步預(yù)冷卻壓縮煙道氣 ’位
于多流熱交換器的下游的氣體膨脹裝置，氣體膨脹裝置使壓縮煙道氣膨脹成為二氧化碳枯
竭氣體的第一子流和為二氧化碳的第二子流；使第一子流的至少一部分再循環(huán)到多流熱交
換器中的第一再循環(huán)通道；以及使第二子流的至少一部分再循環(huán)到多流熱交換器中的第二
再循環(huán)通道。多流熱交換器構(gòu)造成使用第一子流和第二子流來預(yù)冷卻壓縮煙道氣。


圖1是根據(jù)本公開的示例性低溫碳捕捉系統(tǒng)的框圖。圖2是根據(jù)本公開的示例性熱交換器的橫截面。圖3是顯示了根據(jù)本公開的熱交換器中的煙道氣溫度和冷流溫度的示例性標(biāo)圖
的圖形。圖4是顯示了根據(jù)本公開的能量和熱交換器區(qū)段的示例性標(biāo)圖的圖形。圖5是標(biāo)繪了凈效率點(diǎn)和排氣再循環(huán)值的圖形。部件列表
權(quán)利要求
1.一種用于捕捉二氧化碳的裝置，包括 構(gòu)造成供應(yīng)壓縮煙道氣的供應(yīng)源(100)； 用于預(yù)冷卻所述壓縮煙道氣的多流熱交換器(102)，其中，所述多流熱交換器構(gòu)造成將所述壓縮煙道氣分離成第一壓縮流(130)和第二壓縮流(132)； 位于所述多流熱交換器的下游的氣體膨脹裝置(114)，所述氣體膨脹裝置構(gòu)造成使所述壓縮煙道氣膨脹成為二氧化碳枯竭氣體的第一子流(134，136)和為二氧化碳的第二子流(134，136)； 構(gòu)造成使所述第一子流的至少一部分再循環(huán)到所述多流熱交換器中的第一再循環(huán)通道(138，152);以及 構(gòu)造成使所述第二子流的至少一部分再循環(huán)到所述多流熱交換器中的第二再循環(huán)通道(138，152)，其中，所述多流熱交換器構(gòu)造成使用所述第一子流和所述第二子流來預(yù)冷卻所述壓縮煙道氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一子流(136)預(yù)冷卻所述第一壓縮流(130)，并且所述第二子流(134)預(yù)冷卻所述第二壓縮流(132)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述多流熱交換器(102)構(gòu)造成分離所述煙道氣，使得所述第一壓縮流(130)是比所述第二壓縮流(132)更大體積的流。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述裝置進(jìn)一步包括構(gòu)造成重新結(jié)合所述第一壓縮流(130)和所述第二壓縮流(132)的歧管(110)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述裝置進(jìn)一步包括位于所述多流熱交換器(102)的下游的輔助熱交換器(112)，所述輔助熱交換器構(gòu)造成在重新結(jié)合的壓縮煙道氣進(jìn)入所述氣體膨脹裝置(114)之前進(jìn)一步冷卻所述重新結(jié)合的壓縮煙道氣。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述輔助熱交換器(112)包括憎冰涂層(144)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述輔助熱交換器(112)構(gòu)造成收集形成于所述輔助熱交換器中的固態(tài)二氧化碳(146)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述輔助熱交換器(112)包括構(gòu)造成振動所述輔助熱交換器的振動器(150)，以有利于從所述輔助熱交換器的表面移除固態(tài)二氧化碳(146) ο
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述輔助熱交換器(112)包括憎冰涂層(144)。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述多流熱交換器(102)構(gòu)造成將所述第一子流(130)和所述第二子流(132)輸出到單獨(dú)的輸出通道。
全文摘要
本發(fā)明涉及低溫?zé)峤粨Q器系統(tǒng)和方法。一種用于捕捉二氧化碳的裝置包括用于供應(yīng)壓縮煙道氣的供應(yīng)源；用于預(yù)冷卻壓縮煙道氣的多流熱交換器；以及位于多流熱交換器的下游的氣體膨脹裝置。多流熱交換器構(gòu)造成將壓縮煙道氣分離成第一壓縮流和第二壓縮流。氣體膨脹裝置構(gòu)造成將壓縮煙道氣膨脹成為二氧化碳枯竭氣體的第一子流和為二氧化碳的第二子流。該裝置包括將第一子流的一部分再循環(huán)到多流熱交換器中的第一再循環(huán)通道和使第二子流的至少一部分再循環(huán)到多流熱交換器中的第二再循環(huán)通道，其中，多流熱交換器構(gòu)造成使用第一子流和第二子流來預(yù)冷卻壓縮煙道氣。
文檔編號F25J3/08GK103033026SQ201210368850
公開日2013年4月10日 申請日期2012年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者V.V.利相斯基, R.A.施斯勒, M.A.岡薩雷斯 申請人:通用電氣公司