生產(chǎn)二氧化碳的雙流系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明是生產(chǎn)二氧化碳的雙流系統(tǒng)和方法。從包含烴的工藝氣體生產(chǎn)二氧化碳的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包含配置用于燃燒烴并且輸出燃燒流出物的燃燒子系統(tǒng)，其中燃燒流出物包含二氧化碳和水；配置用于從燃燒流出物分離第一量的二氧化碳的第一分離子系統(tǒng)；以及配置用于從燃燒流出物分離第二量的二氧化碳的第二分離子系統(tǒng)。
【專利說明】生產(chǎn)二氧化碳的雙流系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請涉及二氧化碳生產(chǎn)，并且更具體而言，涉及半移動(dòng)式原位二氧化碳生產(chǎn)。
【背景技術(shù)】
[0002]在提高采收率法采油(“E0R”)中使用大量的二氧化碳。油井在一次采油階段期間通常從地下油層收集其油的大約30%。使用二次采油技術(shù)，比如增加地下壓力的注水開發(fā)，可以采收額外20%的油。EOR方法提供能夠從地下油層采收額外20%或更多的油的三次采油技術(shù)。
[0003]在EOR過程期間，大量的二氧化碳被注入地下油層中，從而從井中推動(dòng)額外的油。二氧化碳是優(yōu)選的EOR氣體，因?yàn)槠渚哂信c地下油混合并且使油粘性更小且更容易提取的能力。
[0004]用于EOR過程的二氧化碳可用各種技術(shù)從各種源獲得。例如，二氧化碳可以從天然源比如環(huán)境空氣中收集，或者可作為各種工業(yè)目的比如啤酒發(fā)酵的副產(chǎn)物收集。令人遺憾地，傳統(tǒng)的二氧化碳生產(chǎn)技術(shù)是能量密集型的，特別是當(dāng)在工業(yè)規(guī)模上運(yùn)行時(shí)。而且，將二氧化碳從生產(chǎn)位置輸送到EOR位置(例如，通過貨運(yùn)或管道)的成本是相當(dāng)顯著的。
[0005]因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員繼續(xù)在二氧化碳生產(chǎn)和輸送領(lǐng)域中進(jìn)行研究和開發(fā)工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)本公開內(nèi)容的方面提供了從包含烴的工藝氣體生產(chǎn)二氧化碳的雙流系統(tǒng)，其可包括(I)配置用于燃燒烴并且輸出燃燒流出物的燃燒子系統(tǒng)，其中燃燒流出物包含二氧化碳和水；(2)配置用于從燃燒流出物分離第一量的二氧化碳的第一分離子系統(tǒng)；以及(3)配置用于從燃燒流出物分離第二量的二氧化碳的第二分離子系統(tǒng)。
[0007]有利地，烴包含甲烷、乙烷、丙烷和丁烷中的至少一種。
[0008]有利地，烴可以是甲烷。
[0009]有利地，工藝氣體可以是天然氣。
[0010]有利地，工藝氣體可進(jìn)一步包含二氧化碳。
[0011] 有利地，燃燒子系統(tǒng)可包含內(nèi)燃機(jī)。
[0012]有利地，燃燒子系統(tǒng)可包含改進(jìn)為靠烴運(yùn)行的柴油機(jī)。
[0013]有利地，燃燒子系統(tǒng)可包含渦輪機(jī)。
[0014]有利地，燃燒子系統(tǒng)可配置用于將環(huán)境空氣與烴混合。
[0015]有利地，燃燒流出物可進(jìn)一步包含氮。
[0016]有利地，燃燒流出物可進(jìn)一步包含氧。
[0017]有利地，燃燒流出物可包含按重量計(jì)至少大約5%的二氧化碳。
[0018]有利地，燃燒流出物可包含按重量計(jì)至少大約10%的二氧化碳。
[0019]有利地，燃燒流出物可包含按重量計(jì)至少大約12%的二氧化碳。
[0020]有利地，燃燒流出物可基本上沒有烴。[0021]有利地，燃燒子系統(tǒng)可產(chǎn)生電能。
[0022]有利地，燃燒子系統(tǒng)可產(chǎn)生電能，并且電能可被供應(yīng)至第一分離子系統(tǒng)和/或第二分離子系統(tǒng)。
[0023]有利地，冷卻子系統(tǒng)可置于燃燒子系統(tǒng)和第一分離子系統(tǒng)之間。
[0024]有利地，冷卻子系統(tǒng)可置于燃燒子系統(tǒng)和第一分離子系統(tǒng)之間，并且冷卻子系統(tǒng)可包含換熱器。
[0025]有利地,冷卻子系統(tǒng)可置于燃燒子系統(tǒng)和第一分尚子系統(tǒng)之間，并且冷卻子系統(tǒng)可包含換熱器，其中換熱器與第一分離子系統(tǒng)和/或第二分離子系統(tǒng)熱耦合。
[0026]有利地，冷卻子系統(tǒng)可置于燃燒子系統(tǒng)和第一分離子系統(tǒng)之間，其中冷卻子系統(tǒng)包含干燥劑。
[0027]有利地，第一分離子系統(tǒng)可包含吸附材料。 [0028]有利地，第一分離子系統(tǒng)可包含吸附材料，其中吸附材料包含沸石。
[0029]有利地，第二分離子系統(tǒng)可包含化學(xué)吸附劑。
[0030]有利地，第二分離子系統(tǒng)可包含化學(xué)吸附劑，其中化學(xué)吸附劑包含胺。
[0031]有利地，第二分離子系統(tǒng)可包含化學(xué)吸附劑，其中化學(xué)吸附劑包含鏈烷醇胺。
[0032]有利地，第二分離子系統(tǒng)可包含化學(xué)吸附劑，其中化學(xué)吸附劑包含選自單乙醇胺、二乙醇胺、甲基二乙醇胺、二異丙醇胺、二甘醇胺、三乙醇胺以及其組合的成分。
[0033]有利地,第二分尚子系統(tǒng)可與第一分尚子系統(tǒng)串聯(lián)并且在第一分尚子系統(tǒng)的下游。
[0034]有利地,第二分尚子系統(tǒng)可與第一分尚子系統(tǒng)串聯(lián)并且在第一分尚子系統(tǒng)的下游，并且其中空氣推動(dòng)單元配置用于將環(huán)境空氣引入燃燒流出物。
[0035]有利地,第二分尚子系統(tǒng)可與第一分尚子系統(tǒng)串聯(lián)并且在第一分尚子系統(tǒng)的下游，并且其中空氣推動(dòng)單元配置用于將環(huán)境空氣引入燃燒流出物，環(huán)境空氣在第一分離子系統(tǒng)和第二分尚子系統(tǒng)之間被引入。
[0036]有利地，燃燒子系統(tǒng)、第一分離子系統(tǒng)和第二分離子系統(tǒng)可以在移動(dòng)平臺(tái)上。
[0037]根據(jù)本公開內(nèi)容的另一個(gè)方面提供了從包含烴的工藝氣體生產(chǎn)二氧化碳的雙流系統(tǒng)，其可包括(I)配置用于燃燒烴并且輸出燃燒流出物的燃燒子系統(tǒng)，其中燃燒流出物包含二氧化碳和水；(2)配置用于通過物理吸附從燃燒流出物分離第一量的二氧化碳的第一分尚子系統(tǒng)；以及(3)與第一分尚子系統(tǒng)串聯(lián)的第二分尚子系統(tǒng)，第二分尚子系統(tǒng)配置用于通過化學(xué)吸附從燃燒流出物分離第二量的二氧化碳。
[0038]根據(jù)本公開內(nèi)容的進(jìn)一步方面提供了生產(chǎn)二氧化碳的雙流方法，其可包括以下步驟:(1)提供包含烴的工藝氣體；(2)燃燒烴以產(chǎn)生電能和燃燒流出物，其中燃燒流出物包含二氧化碳和水；(3)從燃燒流出物分離第一量的二氧化碳；并且(4)從燃燒流出物分離第
二量的二氧化碳。
[0039]有利地，烴可包含甲烷、乙烷、丙烷和丁烷中的至少一種。
[0040]有利地,烴是甲燒。
[0041]有利地，工藝氣體是天然氣。
[0042]有利地，工藝氣體進(jìn)一步包含二氧化碳。
[0043]有利地，所述方法進(jìn)一步包括在燃燒步驟之前將環(huán)境空氣與烴混合的步驟。[0044]有利地，燃燒流出物基本上沒有烴。
[0045]有利地，所述方法進(jìn)一步包括從燃燒流出物分離水的步驟。
[0046]有利地，所述方法進(jìn)一步包括將燃燒流出物冷卻的步驟。
[0047]有利地，所述方法進(jìn)一步包括將燃燒流出物冷卻的步驟，其中所述冷卻步驟在分
離第一量和第二量的二氧化碳之前進(jìn)行。
[0048]有利地，所述電能用于分離第一量的步驟和/或分離第二量的步驟期間。
[0049]有利地，分離第一量的步驟包括將燃燒流出物與吸附材料接觸。
[0050]有利地，分離第一量的步驟包括將燃燒流出物與吸附材料接觸，其中吸附材料包含沸石。
[0051]有利地，分離第二量的步驟包括將燃燒流出物與化學(xué)吸附劑接觸。
[0052]有利地，分離第二量的步驟包括將燃燒流出物與化學(xué)吸附劑接觸，其中化學(xué)吸附劑包含胺。
[0053]有利地，分離第二量的步驟包括將燃燒流出物與化學(xué)吸附劑接觸，其中化學(xué)吸附劑包含鏈烷醇胺。
[0054]有利地，分離第二量的步驟包括將燃燒流出物與化學(xué)吸附劑接觸，其中化學(xué)吸附劑包含選自單乙醇胺、二乙醇胺、甲基二乙醇胺、二異丙醇胺、二甘醇胺、三乙醇胺以及其組合的成分。
[0055]根據(jù)本公開內(nèi)容的另一個(gè)方面提供了生產(chǎn)二氧化碳的雙流方法，其可包括以下步驟:(1)提供包含烴的工藝氣體；(2)燃燒烴以產(chǎn)生電能和燃燒流出物，其中燃燒流出物包含二氧化碳和水；(3)用物理吸附材料從燃燒流出物分離第一量的二氧化碳；并且(4)用化學(xué)吸附劑從燃燒流出物分離第二量的二氧化碳。
[0056]根據(jù)本公開內(nèi)容的另一個(gè)方面提供了從工藝氣體生產(chǎn)二氧化碳的系統(tǒng)，所述工藝氣體包括烴，所述系統(tǒng)包括:配置用于燃燒所述烴并且輸出燃燒流出物的燃燒子系統(tǒng)，其中所述燃燒流出物包含二氧化碳和水；配置用于從所述燃燒流出物分離第一量的所述二氧化碳的第一分離子系統(tǒng)；以及配置用于從所述燃燒流出物分離第二量的所述二氧化碳的第二分離子系統(tǒng)。
[0057]有利地，烴包括甲烷、乙烷、丙烷和丁烷中至少一種。
[0058]有利地，工藝氣體是天然氣。
[0059]有利地，工藝氣體進(jìn)一步包括二氧化碳。
[0060]有利地，燃燒子系統(tǒng)包括內(nèi)燃機(jī)、改進(jìn)為靠所述烴運(yùn)行的柴油機(jī)以及渦輪機(jī)中的至少一種。
[0061]有利地,燃燒流出物進(jìn)一步包括氮和氧中的至少一種。
[0062]有利地，燃燒流出物包括按重量計(jì)至少大約5%的所述二氧化碳。
[0063]有利地，燃燒流出物基本上沒有所述烴。
[0064]有利地，燃燒子系統(tǒng)產(chǎn)生電能。
[0065]有利地，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括置于所述燃燒子系統(tǒng)和所述第一分離子系統(tǒng)之間的冷卻子系統(tǒng)。
[0066]優(yōu)選地，冷卻子系統(tǒng)包括與所述第一分離子系統(tǒng)和所述第二分離子系統(tǒng)中的至少一個(gè)熱耦合的換熱器。[0067]優(yōu)選地，冷卻子系統(tǒng)包括干燥劑。
[0068]有利地，第一分離子系統(tǒng)包括吸附材料。
[0069]優(yōu)選地，吸附材料包括沸石。
[0070]有利地，第二分離子系統(tǒng)包括化學(xué)吸附劑。
[0071]有利地，第二分離子系統(tǒng)與所述第一分離子系統(tǒng)串聯(lián)并且在所述第一分離子系統(tǒng)的下游。
[0072]優(yōu)選地，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括配置用于將環(huán)境空氣引入所述燃燒流出物的空氣推動(dòng)單元。
[0073]優(yōu)選地，環(huán)境空氣在所述第一分離子系統(tǒng)和所述第二分離子系統(tǒng)之間引入。
[0074]有利地，燃燒子系統(tǒng)、所述第一分離子系統(tǒng)和所述第二分離子系統(tǒng)在移動(dòng)平臺(tái)或運(yùn)輸工具上。
[0075]根據(jù)本公開內(nèi)容的方面提供了生產(chǎn)二氧化碳的方法，其包括以下步驟:提供包含烴的工藝氣體；燃燒所述烴以產(chǎn)生電能和燃燒流出物，其中所述燃燒流出物包含二氧化碳和水；從所述燃燒流出物分離第一量的所述二氧化碳；并且從所述燃燒流出物分離第二量的所述二氧化碳。
[0076]有利地，烴包括甲烷、乙烷、丙烷和丁烷中的至少一種。
[0077]有利地，所述方法進(jìn)一步包括在所述燃燒步驟之前將環(huán)境空氣與所述烴混合的步驟。
[0078]有利地，所述方法進(jìn)一步包括從所述燃燒流出物分離所述水的步驟。
[0079]有利地，所述方法進(jìn)一步包括將所述燃燒流出物冷卻的步驟。
[0080]有利地，分離所述第一量的步驟包括將所述燃燒流出物與吸附材料接觸。
[0081]有利地，分離所述第二量的步驟包括將所述燃燒流出物與化學(xué)吸附劑接觸。
[0082]公開的生產(chǎn)二氧化碳的雙流系統(tǒng)和方法的其它實(shí)施方式通過下面的詳述、附圖和所附權(quán)利要求書將變得顯而易見。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0083]圖1是公開的生產(chǎn)二氧化碳的雙流系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式的示意性工藝流程圖；
[0084]圖2是圖1系統(tǒng)的冷卻子系統(tǒng)的示意性框圖；
[0085]圖3是圖1系統(tǒng)的第一分離子系統(tǒng)的示意性框圖；
[0086]圖4是圖1系統(tǒng)的第二分離子系統(tǒng)的示意性框圖；和
[0087]圖5是描述公開的生產(chǎn)二氧化碳的雙流方法的一個(gè)實(shí)施方式的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0088]參考圖1，公開的生產(chǎn)二氧化碳的雙流系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式——一般指定為
10-可包含燃燒子系統(tǒng)12、冷卻子系統(tǒng)14、第一分尚子系統(tǒng)16和第二分尚子系統(tǒng)18。收
集子系統(tǒng)20可提供用于收集通過系統(tǒng)10生產(chǎn)的雙二氧化碳流。在不偏離本公開內(nèi)容范圍的情況下，可將額外的組件和子系統(tǒng)并入公開的系統(tǒng)10中。
[0089]工藝氣體22可在燃燒子系統(tǒng)12處供應(yīng)到系統(tǒng)10。工藝氣體22可以是包含烴比如甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)和/或丁烷(C4Hltl)的任何氣體或氣體混合物。除烴以外，工藝氣體22還可包含其它組分，比如二氧化碳、水蒸氣、氮?dú)夂?或硫化氫。工藝氣體22的烴組分的濃度可取決于工藝氣體22的源變化。
[0090]在一個(gè)具體執(zhí)行方式中，工藝氣體22可以是天然氣，其可包含顯著的甲烷組分。天然氣可來自于天然氣田、油田(例如，提高采收率法采油位置)、煤礦等。天然氣可通過當(dāng)?shù)卦痪蛘咄ㄟ^其它裝置比如管道或儲(chǔ)存容器供應(yīng)到系統(tǒng)10。
[0091]雖然公開的系統(tǒng)10可有利地在各種與石油工業(yè)相關(guān)聯(lián)的位置(例如，氣田和EOR位置)實(shí)施，但在不偏離本公開內(nèi)容范圍的情況下可使用工藝氣體22的各種其它源。作為一個(gè)實(shí)例，工藝氣體22可來自于農(nóng)業(yè)設(shè)施(例如，具有甲烷捕集系統(tǒng)的奶牛場(dairyfarm))。作為另一個(gè)實(shí)例，工藝氣體22可來自于填埋場(例如，具有甲烷捕集系統(tǒng)的填埋場)。在閱讀本公開內(nèi)容后，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言含烴工藝氣體22的其它合適的源將是顯而易見的。
[0092]燃燒子系統(tǒng)12可接收工藝氣體22并且可燃燒工藝氣體22中的烴(以及工藝氣體22中任何其它可燃燒的組分)以產(chǎn)生電能24和氣態(tài)燃燒流出物26。如果需要氧以維持(或完成)燃燒，則環(huán)境空氣28可從周圍環(huán)境中收集并且可通過流體管線30被供應(yīng)到燃燒子系統(tǒng)12，并且在烴的燃燒之前與工藝氣體22混合。
[0093]通過燃燒子系統(tǒng)12產(chǎn)生的電能24可用于對系統(tǒng)10的各種組件和子系統(tǒng)比如冷卻子系統(tǒng)14、第一分尚子系統(tǒng)16、第二分尚子系統(tǒng)18、收集子系統(tǒng)20和空氣推動(dòng)單兀32，34 (下面討論)提供動(dòng)力?？蛇x地(或額外地)，通過燃燒子系統(tǒng)12產(chǎn)生的電能24可銷售到電網(wǎng)36。因此，通過燃燒子系統(tǒng)12產(chǎn)生的電能24可以是公開的系統(tǒng)10的一些收入來源中的一種。
[0094]燃燒子系統(tǒng)12可包含任何合適的燃燒裝置或系統(tǒng)。作為一個(gè)實(shí)例,燃燒子系統(tǒng)12可包含間歇式燃燒的內(nèi)燃機(jī)，比如改進(jìn)為靠天然氣運(yùn)行的柴油機(jī)。作為另一個(gè)實(shí)例，燃燒子系統(tǒng)12可包含連續(xù)式內(nèi)燃機(jī)，比如渦輪機(jī)(例如，微型渦輪機(jī))。雖然連續(xù)式內(nèi)燃機(jī)可能比間歇式燃燒的內(nèi)燃機(jī)在產(chǎn)生電能24上更有效率，但較低效的燃燒子系統(tǒng)12，比如改進(jìn)為靠天然氣運(yùn)行的柴油機(jī)，可生成更多`二氧化碳，并且因此可以提高整個(gè)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性。
[0095]燃燒子系統(tǒng)12可將工藝氣體22中的烴轉(zhuǎn)化成二氧化碳和水。例如，工藝氣體22中的烴可如下轉(zhuǎn)化成二氧化碳和水:
[0096]CH4+202 — C02+2H20(方程 I)
[0097]2C2H6+702 — 4C02+6H20 (方程 2)
[0098]C3H8+502 — 3C02+4H20(方程 3)
[0099]2C4H10+1302 — 8C02+10H20 (方程 4)
[0100]因此，燃燒流出物26可包括二氧化碳和水，以及已經(jīng)通過燃燒子系統(tǒng)12的環(huán)境空氣28的組分(例如,氮?dú)?、氧?以及其它燃燒副產(chǎn)物(例如，一氧化碳、氮氧化物)。燃燒流出物26可基本上沒有烴，烴可在燃燒子系統(tǒng)12內(nèi)基本上完全燃燒。
[0101]作為一個(gè)實(shí)例，當(dāng)工藝氣體22是天然氣時(shí)，燃燒流出物26可包括按重量計(jì)至少大約10%的二氧化碳(例如，按重量計(jì)大約12%的二氧化碳)和按重量計(jì)至少5%的水(例如，按重量計(jì)大約9%的水)。當(dāng)然，燃燒流出物26中二氧化碳和水的實(shí)際濃度將取決于各種因素，比如工藝氣體22的組成、供給至燃燒子系統(tǒng)12的環(huán)境空氣28的量(若有的話)、環(huán)境空氣28的濕度以及燃燒子系統(tǒng)12的構(gòu)造。[0102]燃燒流出物26可從燃燒子系統(tǒng)12傳送至冷卻子系統(tǒng)14，其可在燃燒流出物傳送到第一分離子系統(tǒng)16之前將燃燒流出物26冷卻?？諝馔苿?dòng)單元32，比如風(fēng)扇或鼓風(fēng)機(jī)，可置于燃燒子系統(tǒng)12和冷卻子系統(tǒng)14之間以利于將燃燒流出物26輸送至冷卻子系統(tǒng)14。
[0103]不限于任何具體的理論，當(dāng)?shù)谝环蛛x子系統(tǒng)16采用物理吸附(下面討論)以提取二氧化碳時(shí)，在燃燒流出物傳送至第一分離子系統(tǒng)16之前將燃燒流出物26冷卻可能是有利的。特別地，將燃燒流出物26冷卻到吸附材料的某溫度(例如，至少10度或至少5度)內(nèi)以便增強(qiáng)物理吸附可能是有利的。例如，當(dāng)吸附材料處于環(huán)境條件(25°C)時(shí)，燃燒流出物26可被冷卻到至多350C (例如，30°C )。
[0104]參考圖2，冷卻子系統(tǒng)14可包含換熱器38和任選的干燥劑室40。在不偏離本公開內(nèi)容范圍的情況下，冷卻子系統(tǒng)14可包含額外的組件，比如額外的換熱器和/或額外的干燥劑室。
[0105]換熱器38可將熱能42(圖1)從燃燒流出物26中移除。例如，換熱器38可包含反向循環(huán)冷卻液(例如，水或乙二醇)，其從燃燒流出物26中提取熱能42。在不偏離本公開范圍的情況下可使用各種熱交換裝置和系統(tǒng)。 [0106]返回參考圖1，在冷卻子系統(tǒng)14處通過換熱器38(圖2)從燃燒流出物26移除的熱能42可被供應(yīng)到系統(tǒng)10的一個(gè)或多個(gè)組件和子系統(tǒng)。例如，在換熱器38處移除的熱能42可被供應(yīng)到第一分離子系統(tǒng)16和第二分離子系統(tǒng)18，并且可用于利用熱再生第一分離子系統(tǒng)16和第二分離子系統(tǒng)18內(nèi)所含的吸附材料(下面討論)。還考慮了熱能42的其它應(yīng)用。
[0107]通過將燃燒流出物26冷卻，換熱器38 (圖2)可將燃燒流出物26內(nèi)的水蒸氣冷凝，其可隨后通過流體管線46作為水44輸出。水44可被系統(tǒng)10使用，可被銷售(例如，可以是系統(tǒng)10的另一個(gè)收入流)或者可被排放(例如，排放到排水道)。
[0108]返回參考圖2，任選的干燥劑室40可將在換熱器38中的冷凝之后的燃燒流出物26中殘留的基本所有水蒸氣移除。例如，在干燥劑室40之后，燃燒流出物26的含水量可以是按重量計(jì)1%或更少。在干燥劑室40處從燃燒流出物26移除的水可通過流體管線46作為水44(圖1)輸出。
[0109]干燥劑室40可包含干燥劑材料。各種干燥劑材料可適合用在干燥劑室40中以便將基本上所有的水從燃燒流出物26中移除。作為一個(gè)一般性實(shí)例，干燥劑材料可以是分子篩材料。作為一個(gè)具體實(shí)例，干燥劑材料可以是具有堿金屬硅酸鋁結(jié)構(gòu)的分子篩材料，其具有3埃的有效開孔，盡管可使用任何合適的干燥劑材料。
[0110]因此，冷卻子系統(tǒng)14可接收燃燒流出物26并且可輸出冷卻、干燥的氣態(tài)燃燒流出物48。
[0111]返回參考圖1，冷卻、干燥的燃燒流出物48可供應(yīng)到第一分離子系統(tǒng)16。第一分離子系統(tǒng)16可從冷卻、干燥的燃燒流出物48分離第一量的二氧化碳(流50)，并且可輸出貧燃燒流出物52 (即二氧化碳少于燃燒流出物中初始所含二氧化碳的燃燒流出物)。第一二氧化碳流50可通過流體管線54傳送至收集子系統(tǒng)20。
[0112]第一分離子系統(tǒng)16可采用各種技術(shù)以便將二氧化碳從冷卻、干燥的燃燒流出物48中分離。第一分離子系統(tǒng)16所用的分離技術(shù)的類型可由各種因素決定，包括工藝條件(例如，收集的二氧化碳50的期望純度)和工藝經(jīng)濟(jì)性(例如，第一分離子系統(tǒng)16的總能耗)。
[0113]雖然下面描述物理吸附方法，但在不偏離本公開內(nèi)容范圍的情況下，第一分離子系統(tǒng)16可使用其它技術(shù)，比如化學(xué)吸附、渦流分離和液化。
[0114]渦流分離可采用渦流以實(shí)現(xiàn)二氧化碳與冷卻、干燥的燃燒流出物48的分離。例如，冷卻、干燥的燃燒流出物48可被泵入靜態(tài)渦流分離器，使得引起渦流路徑，從而引起二氧化碳的分離，二氧化碳可比冷卻、干燥的燃燒流出物48的其它組分具有更高的分子量。
[0115]液化可采用壓力容器和泵，其中所述泵以足以將冷卻、干燥的燃燒流出物48分離成液體部分和氣體部分的壓力將冷卻、干燥的燃燒流出物48泵入壓力容器內(nèi)?？砂ǘ趸嫉囊后w部分可隨后輕易地與氣體部分分離。
[0116]參考圖3，在一個(gè)具體的構(gòu)造中，第一分離子系統(tǒng)16可包含物理吸附室56和任選的真空脫附室58。還考慮使用額外的裝置和組件。
[0117]物理吸附室56可接收冷卻、干燥的燃燒流出物48，可使冷卻、干燥的燃燒流出物48接觸吸附材料，并且可輸出貧二氧化碳的氣態(tài)燃燒流出物52。因此，在物理吸附室56內(nèi)，冷卻、干燥的燃燒流出物48中的二氧化碳可通過物理吸附方法(物理吸附)吸附到吸附材料上。
[0118]不限于任何具體的理論，由于冷卻、干燥的燃燒流出物48的組成，在第一分離子系統(tǒng)16處使用物理吸附方法可能是有利的。例如，當(dāng)工藝氣體22是天然氣或類似物時(shí)，冷卻、干燥的燃燒流出物48可包含按重量計(jì)至少大約10%的二氧化碳和按重量計(jì)至多大約1%的水。因此，冷卻、干燥的燃燒流出物48的組成可對于物理吸附是理想的，其在至少大約1:1的二氧化碳與水的比時(shí)可最有效地進(jìn)行。
[0119]各種吸附材料可適合用在物理吸附室56中以便從冷卻、干燥的燃燒流出物48中吸附二氧化碳。作為一個(gè)一般性實(shí)例，吸附材料可以是分子篩材料，比如具有10埃有效開孔尺寸的分子篩材料。作為一個(gè)具體實(shí)例，吸附材料可以是沸石材料，比如具有10埃有效開孔尺寸的沸石13X分子篩材料。作為另一個(gè)具體實(shí)例，吸附材料可以是5A沸石材料。
[0120]當(dāng)足量的二氧化碳已經(jīng)吸附到物理吸附室56內(nèi)的吸附材料上時(shí)，吸附的二氧化碳可作為第一二氧化碳流50釋放，從而將吸附材料再生。例如，當(dāng)貧燃燒流出物52中二氧化碳的濃度超過預(yù)定的閾值(例如，按重量計(jì)2%、按重量計(jì)3%或按重量計(jì)5%)時(shí)，吸附的二氧化碳可被釋放以便將吸附材料再生。
[0121]各種技術(shù)可用于將吸附的二氧化碳從物理吸附室56中的吸附材料中釋放。作為一個(gè)實(shí)例，真空脫附室58 (其可與物理吸附室56相同或者與物理吸附室56分開)可用于將二氧化碳從吸附材料脫附。在真空脫附室58 (或物理吸附室56)中可抽真空。因此，當(dāng)準(zhǔn)備再生吸附材料時(shí)，可將物理吸附室56密封，并且可在脫附室58 (或物理吸附室56)中抽真空，從而將二氧化碳從吸附材料中抽出?？稍诿摳绞?8 (或物理吸附室56)的下游放置指形冷凍器，使得脫附的二氧化碳在指形冷凍器上冷凝。作為指形冷凍器的一個(gè)替代方案，壓縮可用于分離脫附的二氧化碳。
[0122]作為另一個(gè)實(shí)例，比如用微波能、紅外能等的加熱，可用于將吸附的二氧化碳從物理吸附室56中的吸附材料中釋放。
[0123]因此，第一分離子系統(tǒng)16可接收冷卻、干燥的燃燒流出物48并且可輸出貧燃燒流出物52。貧燃燒流出物52可包括按重量計(jì)至多大約5%的二氧化碳，比如按重量計(jì)至多大約2%的二氧化碳。
[0124]返回參考圖1，來自第一分離子系統(tǒng)16的貧燃燒流出物52可串聯(lián)地供應(yīng)到第二分離子系統(tǒng)18。第二分離子系統(tǒng)18可從貧燃燒流出物52中分離第二量的二氧化碳(流60)，并且可通過流體管線63輸出基本上沒有二氧化碳的廢氣62。第二二氧化碳流60可通過流體管線64送至收集子系統(tǒng)20。
[0125]任選地，空氣推動(dòng)單元34，比如風(fēng)扇或鼓風(fēng)機(jī)，可在第二分離子系統(tǒng)18之前(或在第二分離子系統(tǒng)18內(nèi))將環(huán)境空氣28引入貧燃燒流出物52。將環(huán)境空氣28引入貧燃燒流出物52可進(jìn)一步冷卻貧燃燒流出物52。另外，將環(huán)境空氣28引入貧燃燒流出物52可將天然濕度(水)引入貧燃燒流出物52，當(dāng)?shù)诙蛛x子系統(tǒng)18采用化學(xué)吸附方法時(shí)其可能是有利的。
[0126]由于環(huán)境空氣28僅包含大約400ppm的二氧化碳，將環(huán)境空氣28引入貧燃燒流出物52可將貧燃燒流出物52的二氧化碳含量稀釋。在一種表達(dá)中，可控制引入貧燃燒流出物52的環(huán)境空氣28的量，使得進(jìn)入第二分離子系統(tǒng)18的貧燃燒流出物52內(nèi)二氧化碳的濃度不下降到按重量計(jì)大約2%以下。在另一種表達(dá)中，可控制引入貧燃燒流出物52的環(huán)境空氣28的量，使得進(jìn)入第二分離子系統(tǒng)18的貧燃燒流出物52內(nèi)二氧化碳的濃度不下降到按重量計(jì)大約1%以下。在又另一種表達(dá)中，可控制引入貧燃燒流出物52的環(huán)境空氣28的量，使得進(jìn)入第二分離子系統(tǒng)18的貧燃燒流出物52內(nèi)二氧化碳的濃度不下降到按重量計(jì)大約0.5%以下。
[0127]第二分離子系統(tǒng)18可采用各種技術(shù)以將二氧化碳從貧燃燒流出物52中分離。第二分離子系統(tǒng)18所用的分離技術(shù)的類型可由各種因素決定，包括貧燃燒流出物52中二氧化碳的濃度、工藝條件(例如，收集的二氧化碳60的期望純度)和工藝經(jīng)濟(jì)性(例如，第二分離子系統(tǒng)18的總能耗)。
[0128]雖然下面描述物理吸附方法，但在不偏離本公開內(nèi)容范圍的情況下，第二分離子系統(tǒng)18可使用其它技術(shù)，比如化學(xué)吸附、渦流分離和液化。
[0129]參考圖4，在一個(gè)具體構(gòu)造中，第二分離子系統(tǒng)18可包含吸收器66和解吸器68。還考慮了使用額外的裝置和組件。
[0130]吸收器66可接收貧燃燒流出物52，可將貧燃燒流出物52與化學(xué)吸附劑接觸，并且可通過流體管線63輸出基本上沒有二氧化碳的廢氣62 (圖1)。因此，在吸收器66內(nèi)，可通過化學(xué)吸附方法(化學(xué)吸附)經(jīng)由化學(xué)吸附劑捕集貧燃燒流出物52中的二氧化碳。
[0131]不限于任何具體理論，由于貧燃燒流出物52中的低二氧化碳濃度，以及因?yàn)榄h(huán)境空氣28中的自然濕度而在貧燃燒流出物52中潛在存在水，在第二分離子系統(tǒng)18處使用化學(xué)吸附方法可能是有利的。
[0132]各種化學(xué)吸附劑可適合用在吸收器66中以便從貧燃燒流出物52中提取二氧化碳。作為一個(gè)一般性實(shí)例，化學(xué)吸附劑可以是(或者可包含)胺。作為一個(gè)具體實(shí)例，化學(xué)吸附劑可以是(或可包含)鏈烷醇胺，比如單乙醇胺、二乙醇胺、甲基二乙醇胺、二異丙醇胺、二甘醇胺、三乙醇胺以及其組合。作為另一個(gè)一般性實(shí)例，可使用基于碳酸氫鹽的化學(xué)吸附方案。當(dāng)選擇用于吸收器66的化學(xué)吸附劑時(shí)，可考慮各種因素，比如貧燃燒流出物52中二氧化碳的濃度以及貧燃燒流出物52的組成。
[0133]含二氧化碳的化學(xué)吸附劑(例如，胺和二氧化碳溶液)可在解吸器68中再生，從而釋放第二二氧化碳流60。各種技術(shù)可用于再生化學(xué)吸附劑和釋放二氧化碳60。作為一個(gè)實(shí)例，含二氧化碳的化學(xué)吸附劑可泵入解吸器68中，在此其可被加熱以驅(qū)除二氧化碳。在冷卻子系統(tǒng)14處收集的熱能42可用于加熱解吸器68，盡管也可能需要其它加熱。再生的化學(xué)吸附劑可泵回吸收器66。
[0134]返回參考圖1，收集子系統(tǒng)20可接收來自第一分離子系統(tǒng)16的第一二氧化碳流50 (通過流體管線54)和來自第二分離子系統(tǒng)18的第二二氧化碳流60 (通過流體管線64)，并且可任選地將雙二氧化碳流50，60組合。如果必要，收集子系統(tǒng)20可進(jìn)一步純化雙(或組合的)二氧化碳流50，60，比如通過壓縮(液化)或熱(蒸餾)。
[0135]另外，收集子系統(tǒng)20可以各種方式輸送雙(或組合的)二氧化碳流50，60。作為一個(gè)實(shí)例，收集子系統(tǒng)20可將雙(或組合的)二氧化碳流50，60泵入保存容器(例如，存儲(chǔ)罐)中。作為另一個(gè)實(shí)例，收集子系統(tǒng)20可將雙(或組合的)二氧化碳流50，60泵送至下游應(yīng)用，比如在提高采收率法采油位置處注入井。作為又另一個(gè)實(shí)例，收集子系統(tǒng)20可經(jīng)過管道泵送雙(或組合的)二氧化碳流50，60。
[0136]因此，收集子系統(tǒng)20接收的二氧化碳50，60可提供公開的系統(tǒng)10的另一個(gè)收入源。
[0137]因此，公開的系統(tǒng)10可使用含烴的工藝氣體22產(chǎn)生多個(gè)潛在收入源:電能、二氧化碳和水。而且，公開的系統(tǒng)10可用于在含烴工藝氣體22 (例如，甲烷)的任何源20處生產(chǎn)二氧化碳32，從而用作虛擬管道，其消除對于長距離輸送二氧化碳一比如通過貨運(yùn)或物理管道——的需求。例如，系統(tǒng)10可安裝在移動(dòng)平臺(tái)上，比如貨車車廂(truck bed)，從而使系統(tǒng)10可移動(dòng)并且能夠在需要的地方實(shí)施。
[0138]參考圖5，還公開了生產(chǎn)二氧化碳的雙流方法100。方法100可通過提供含烴工藝氣體的源的步驟開始于方框102。
[0139]在方框104，含烴工藝氣體可被燃燒以產(chǎn)生燃燒流出物和電能。燃燒可在氧的存在下發(fā)生，比如通過將環(huán)境空氣與含烴工藝氣體混合。燃燒步驟可將含烴工藝氣體中的大多數(shù)(如果不是所有)烴轉(zhuǎn)化成二氧化碳和水。
[0140]任選地，在方框106，燃燒流出物在繼續(xù)到方框108之前可被冷卻和/或除濕。
[0141]在方框108，可從燃燒流出物中分離第一二氧化碳流。分離可用物理吸附方法(例如，通過沸石)實(shí)現(xiàn)，盡管在不偏離本公開內(nèi)容范圍的情況下可使用各種可選的分離技術(shù)。第一二氧化碳流可由收集子系統(tǒng)收集。
[0142]任選地，在方框110，環(huán)境空氣在繼續(xù)到方框112之前可與燃燒流出物混合。
[0143]在方框112，可從燃燒流出物中分離第二二氧化碳流。分離可用化學(xué)吸附方法(例如，通過胺型化學(xué)吸附劑)實(shí)現(xiàn)，盡管在不偏離本公開內(nèi)容范圍的情況下可使用各種可選的分離技術(shù)。第二二氧化碳流可通過收集子系統(tǒng)收集，并且任選地，可與第一二氧化碳流合并。
[0144]來自第二分離步驟(方框112)的廢氣可基本上沒有二氧化碳，并且可釋放到大氣中。
[0145]因此，公開的方法100可在含烴工藝氣體的任何源處產(chǎn)生二氧化碳(以及水和電能)，從而減少或消除與輸送二氧化碳有關(guān)的成本。
[0146]雖然已經(jīng)顯示和描述了公開的生產(chǎn)二氧化碳的雙流系統(tǒng)和方法的各種實(shí)施方式，但本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀該說明書之后可以想到改型。本申請包含這些改型并且僅受權(quán)利要求的范圍限制。`
【權(quán)利要求】
1.從工藝氣體生產(chǎn)二氧化碳的系統(tǒng)，所述工藝氣體包括烴，所述系統(tǒng)包括: 燃燒子系統(tǒng)12，其配置用于燃燒所述烴并且輸出燃燒流出物，其中所述燃燒流出物包括二氧化碳和水； 第一分離子系統(tǒng)16，其配置用于從所述燃燒流出物分離第一量的所述二氧化碳；以及 第二分離子系統(tǒng)18，其配置用于從所述燃燒流出物分離第二量的所述二氧化碳。
2.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述烴包括甲烷、乙烷、丙烷和丁烷中的至少一種。
3.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述燃燒子系統(tǒng)12包括內(nèi)燃機(jī)、改進(jìn)為靠所述烴運(yùn)行的柴油機(jī)以及渦輪機(jī)中的至少一種。
4.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述燃燒子系統(tǒng)12產(chǎn)生電能。
5.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括置于所述燃燒子系統(tǒng)12和所述第一分離子系統(tǒng)16之間的冷卻子系統(tǒng)14。
6.權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述冷卻子系統(tǒng)14包括與所述第一分離子系統(tǒng)16和所述第二分離子系統(tǒng)18中的至少一個(gè)熱耦合的換熱器38。
7.權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述冷卻子系統(tǒng)14包括干燥劑。
8.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第一分離子系統(tǒng)16包括吸附材料。
9.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第二分離子系統(tǒng)18包括化學(xué)吸附劑。
10.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第二分離子系統(tǒng)18與所述第一分離子系統(tǒng)16串聯(lián)并且在所述第一分離子系統(tǒng)16的下游。
11.權(quán)利要求1或10所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括配置用于將環(huán)境空氣引入所述燃燒流出物的空氣推動(dòng)單元32。
12.生產(chǎn)二氧化碳的方法，其包括以下步驟: 提供包含烴的工藝氣體； 燃燒所述烴以產(chǎn)生電能和燃燒流出物，其中所述燃燒流出物包括二氧化碳和水； 從所述燃燒流出物分離第一量的所述二氧化碳；并且 從所述燃燒流出物分離第二量的所述二氧化碳。
13.權(quán)利要求12所述的方法，其中所述烴包括甲烷、乙烷、丙烷和丁烷中的至少一種。
14.權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括在所述燃燒步驟之前將環(huán)境空氣與所述烴混合的步驟。
15.權(quán)利要求12或14所述的方法，進(jìn)一步包括從所述燃燒流出物分離所述水的步驟。
16.權(quán)利要求12-15任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括將所述燃燒流出物冷卻的步驟。
17.權(quán)利要求12所述的方法，其中所述分離所述第一量的步驟包括將所述燃燒流出物與吸附材料接觸。
18. 權(quán)利要求12所述的方法，其中所述分離所述第二量的步驟包括將所述燃燒流出物與化學(xué)吸附劑接觸。
【文檔編號(hào)】C01B31/20GK103626176SQ201310369878
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月23日
【發(fā)明者】D·A·加拉索 申請人:波音公司