專利名稱：用于處理二氧化碳的系統(tǒng)及方法
技術領域：
本文所述的主題大體涉及氣體處理系統(tǒng)，并且更具體地，涉及用于處理二氧化碳(CO2)的氣體處理系統(tǒng)。
背景技術：
至少一些公知的功率發(fā)生系統(tǒng)包括用以生成在蒸汽渦輪發(fā)生器中使用的蒸汽的燃燒器和/鍋爐。在燃燒器或鍋爐內(nèi)的典型燃燒過程期間，例如，產(chǎn)生了燃燒氣體流或煙道氣體流。公知的燃燒氣體包含燃燒產(chǎn)物，燃燒產(chǎn)物包括但不限于碳、飛灰、二氧化碳、一氧化碳、τΚ、氫、氮、硫、氯、砷、硒和/或萊。至少一些公知的功率發(fā)生系統(tǒng)包括用于減少煙道氣體內(nèi)的燃燒產(chǎn)物量的氣體處理系統(tǒng)。公知的氣體處理系統(tǒng)包括用于從煙道氣體分離CO2的低溫冷卻系統(tǒng)。在操作期間，低溫冷卻系統(tǒng)冷卻煙道氣體流，以便從懸浮在煙道氣體流內(nèi)的氣態(tài)CO2形成固態(tài)co2。此外，至少一些公知的氣體處理系統(tǒng)包括低溫固體泵，低溫固體泵用于將固態(tài)CO2從低溫冷卻系統(tǒng)輸送至CO2隔離(sequestration)系統(tǒng)來用于CO2的隔離和沉積。在操作期間，低溫冷卻系統(tǒng)將冷凍(refrigeration)值傳遞至煙道氣體流來形成固態(tài)C02。當?shù)蜏毓腆w泵從冷卻系統(tǒng)運送固態(tài)CO2時，至少一些冷凍值可損失于從固體泵操作生成的熱中。通過固體泵的冷凍值的損失將通過增加用以冷卻煙道氣體流所需的能量的量而增加氣體處理系統(tǒng)的操作成本。

發(fā)明內(nèi)容
在一方面，提供了一種用于處理二氧化碳(CO2)的熱交換組件。熱交換組件包括殼體，殼體包括入口、出口和內(nèi)表面，內(nèi)表面限定在入口與出口之間延伸的腔體。殼體構造成用以通過入口接收固態(tài)co2。至少一個熱交換管延伸通過殼體。熱交換管定向成用以接觸固態(tài)CO2,以便于將熱從固態(tài)CO2傳遞至通過熱交換管引導的熱交換器流體，以便于將固態(tài)CO2的至少一部分轉(zhuǎn)變成液態(tài)C02。熱交換組件構造成用以從固態(tài)CO2回收冷凍值，且將回收的冷凍值的至少一部分傳遞至煙道氣體。在另一方面，提供了一種用于處理煙道氣體中的二氧化碳(CO2)的氣體處理系統(tǒng)。氣體處理系統(tǒng)包括冷卻系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)聯(lián)接到煙道氣體的源且構造成用以從源接收煙道氣體流。冷卻系統(tǒng)構造成用以冷卻懸浮在煙道氣體內(nèi)的氣態(tài)CO2，以便形成固態(tài)co2。熱交換組件聯(lián)接到冷卻系統(tǒng)上用于從冷卻系統(tǒng)接收固態(tài)CO2流。熱交換組件構造成用以從固態(tài)CO2回收冷凍值，且將回收的冷凍值的至少一部分傳遞至煙道氣體。熱交換組件包括殼體，殼體包括入口、出口和內(nèi)表面，內(nèi)表面限定在入口與出口之間延伸的腔體。殼體構造成用以通過入口接收固態(tài)co2。至少一個熱交換管延伸通過殼體。熱交換管定向成用以接觸固態(tài)CO2,以便于將熱從固態(tài)CO2傳遞至通過熱交換管引導的熱交換器流體，以便于將固態(tài)CO2的至少一部分轉(zhuǎn)變成液態(tài)CO2。在又一方面，提供了一種處理二氧化碳(CO2)的方法。該方法包括將含有CO2的煙道氣體引導至冷卻系統(tǒng)來冷卻煙道氣體，以便形成固態(tài)CO2,以及將固態(tài)CO2引導至熱交換器組件。熱交換器組件包括構造成用以將固態(tài)CO2接收到其中的殼體，以及延伸通過殼體的至少一個熱交換管。調(diào)整殼體內(nèi)的壓力以將殼體壓力保持在預定的壓力范圍內(nèi)，以便防止固態(tài)CO2的再升華。將熱交換流體流引導通過至少一個熱交換管，以便于將熱從固態(tài)CO2傳遞至熱交換流體，以將固態(tài)CO2的至少一部分轉(zhuǎn)變成液態(tài)CO2,且用以從CO2回收冷凍值。將回收的冷凍值的至少一部分傳遞至煙道氣體，以便于冷卻煙道氣體。


圖1為示例性功率發(fā)生系統(tǒng)的示意圖。圖2為可與圖1中所示的功率發(fā)生系統(tǒng)一起使用的示例性熱交換器組件的示意圖。圖3至圖4為圖2中所示的熱交換器組件的備選實施例的示意圖。圖5為圖1中所示的功率發(fā)生系統(tǒng)的備選實施例。圖6為圖1中所示的功率發(fā)生系統(tǒng)的另一實施例。圖7為可用于處理在圖1中所示的功率發(fā)生系統(tǒng)的操作期間生成的二氧化碳的示例性方法的流程圖。部件列表
10功率發(fā)生系統(tǒng)
12熱交換組件
14燃燒器組件
16蒸汽發(fā)生組件
20蒸汽渦輪發(fā)動機
22燃燒器
24燃料供應系統(tǒng)
26空氣供應系統(tǒng)
28煙道氣體
30HRSG
32鍋爐供水組件
33鍋爐供水
34蒸汽
36蒸汽渦輪
38功率發(fā)生器
40傳動軸
42氣體處理系統(tǒng)
44預冷卻系統(tǒng)46低溫冷卻系統(tǒng)
48C02分尚器
52C02隔離系統(tǒng)
54熱交換流體
56固態(tài)C02
58液態(tài)C02
60熱交換器
62閉鎖式料斗組件
64罐體
66閥組件
68殼體
70熱交換管線
72人口
74出口
76內(nèi)表面
78腔體
80上部部分
82下部部分
84液態(tài)C02泵
85中心軸線
86第一端部88第二端部90外表面92肋片
94外表面
96液態(tài)C02池
98管路
100貧氣
102N2
104第一區(qū)段
106第二區(qū)段
108開口
110燃氣渦輪發(fā)動機組件
112壓縮機
114燃燒器
116渦輪
118發(fā)電機
120渦輪
122發(fā)生器 200方法
202從閉鎖式料斗組件引導固態(tài)C02 204 通過熱交換管線弓I導熱交換流體流
206調(diào)整熱交換組件內(nèi)的壓力
208將熱交換流體引導至預冷卻系統(tǒng)
210將液態(tài)C02引導至C02利用系統(tǒng)。
具體實施例方式本文中所述的示例性系統(tǒng)和方法通過提供一種氣體處理系統(tǒng)克服了公知的氣體處理系統(tǒng)的至少一些缺點，該氣體處理系統(tǒng)包括熱交換組件，熱交換組件構造成用以將熱從熱交換流體傳遞至固態(tài)CO2以便于從固態(tài)CO2回收冷凍值。此外，熱交換組件構造成用以保持CO2固相-液相平衡，以便使熱交換組件能夠?qū)醾鬟f至固態(tài)CO2,以便于形成用于預冷卻煙道氣體的液態(tài)co2。通過提供包括構造成用以從固態(tài)CO2回收冷凍值的熱交換組件的氣體處理系統(tǒng)，相比于公知的氣體處理系統(tǒng)，降低了處理懸浮在煙道氣體內(nèi)的CO2的成本。圖1為示例性功率發(fā)生系統(tǒng)10的示意圖。圖2為可與功率發(fā)生系統(tǒng)10 —起使用的示例性熱交換組件12的示意圖。在示例性實施例中，功率發(fā)生系統(tǒng)10包括燃燒器組件
14、燃燒器組件14下游的蒸汽發(fā)生組件16和聯(lián)接到蒸汽發(fā)生組件16上的蒸汽渦輪發(fā)動機20。燃燒器組件14包括至少一個燃燒器22、燃料供應系統(tǒng)24和空氣供應系統(tǒng)26。燃料供應系統(tǒng)24聯(lián)接到燃燒器22上，用于將燃料(諸如例如，煤)流引導至燃燒器22。作為備選，燃料供應系統(tǒng)24可引導可使功率發(fā)生系統(tǒng)10能夠如本文所述地起作用的任何其它適合的燃料，包括但不限于油、天然氣、生物質(zhì)、廢物和/或任何其它化石燃料和/或可再生燃料。此外，空氣供應系統(tǒng)26聯(lián)接到燃燒器22上用于將空氣流引導至燃燒器22。燃燒器22構造成用以分別從燃料供應系統(tǒng)24和空氣供應系統(tǒng)26接收預定量的燃料和空氣，且點燃燃料/空氣混合物以生成燃燒氣體或煙道氣體。此外，燃燒器22引導煙道氣體28流至蒸汽發(fā)生組件16以生成蒸汽，將蒸汽引導至蒸汽渦輪發(fā)動機20用于生成功率負載。在示例性實施例中，蒸汽發(fā)生組件16包括至少一個熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)30，熱回收蒸汽發(fā)生器30與鍋爐供水組件32流動連通地聯(lián)接。HRSG 30從鍋爐供水組件32接收鍋爐供水33流，以便于加熱鍋爐供水33以生成蒸汽。HRSG 30還從燃燒器組件14接收煙道氣體28來進一步加熱鍋爐供水33以生成蒸汽。HRSG 30構造成用以便于將熱從煙道氣體28傳遞至鍋爐供水33以生成蒸汽，且將蒸汽34引導至蒸汽渦輪發(fā)動機20。蒸汽渦輪發(fā)動機20包括用傳動軸40可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到功率發(fā)生器38上的一個或多個蒸汽渦輪36。HRSG 30朝蒸汽渦輪36排出蒸汽34，在蒸汽渦輪36中，蒸汽中的熱能轉(zhuǎn)變成機械旋轉(zhuǎn)能。蒸汽34將旋轉(zhuǎn)能賦予蒸汽渦輪36和傳動軸40，隨后傳動軸40驅(qū)動功率發(fā)生器38以便于生成功率負載。在示例性實施例中，功率發(fā)生系統(tǒng)10包括氣體處理系統(tǒng)42，氣體處理系統(tǒng)42在燃燒器組件14和蒸汽發(fā)生組件16的下游。氣體處理系統(tǒng)42構造成用以接收從燃燒器組件14和/或蒸汽發(fā)生組件16排放的煙道氣體28，以便于除去燃燒產(chǎn)物，燃燒產(chǎn)物包括但不限于來自煙道氣體的碳、飛灰、二氧化碳、一氧化碳、水、氫、氮、硫、氯、砷、硒和/或汞。在示例性實施例中，氣體處理系統(tǒng)42包括煙道氣體預冷卻系統(tǒng)44、煙道氣體預冷卻系統(tǒng)44下游的低溫冷卻系統(tǒng)46、冷卻系統(tǒng)46下游的CO2分離器48、冷卻系統(tǒng)46下游的熱交換組件12，以及熱交換組件12下游的CO2利用系統(tǒng)52。將包括氣態(tài)CO2和氮(N2)的煙道氣體28從燃燒器組件14和/或蒸汽發(fā)生組件16引導至煙道氣體預冷卻系統(tǒng)44。煙道氣體預冷卻系統(tǒng)44便于將熱從煙道氣體28傳遞至通過煙道氣體預冷卻系統(tǒng)44引導的熱交換流體54，以便于降低煙道氣體28的溫度。預冷卻系統(tǒng)44引導冷卻的煙道氣體28至冷卻系統(tǒng)46。冷卻系統(tǒng)46構造成用以處理煙道氣體28以冷卻煙道氣體28內(nèi)的氣態(tài)CO2來形成固態(tài)CO2。冷卻系統(tǒng)46將冷卻的煙道氣體28和固態(tài)CO2引導至CO2分離器48，以便于從煙道氣體28分離固態(tài)CO2和N2。CO2分離器48將固態(tài)CO2 56引導至熱交換組件12來便于將熱從熱交換流體54傳遞至固態(tài)CO2 56。此外，熱交換組件12構造成用以便于將熱從固態(tài)CO2 56傳遞至通過熱交換組件12引導的熱交換流體54，以便于將固態(tài)CO2 56轉(zhuǎn)變成液態(tài)CO2 58。此外，熱交換組件12構造成用以從固態(tài)CO2 56回收冷凍值，且將回收的冷凍值的至少一部分傳遞至煙道氣體28以便于冷卻煙道氣體28。此外，熱交換組件12構造成用以引導液態(tài)CO2 58至CO2利用系統(tǒng)52用于利用富集CO2。在一個實施例中，CO2利用系統(tǒng)52包括用于隔離富集CO2的隔離系統(tǒng)。作為備選，利用系統(tǒng)52可包括構造成用以使用0)2用于任何目的的任何系統(tǒng)。在示例性實施例中，熱交換組件12還構造成用以調(diào)整熱交換組件12內(nèi)的溫度和壓力，使得熱交換組件12內(nèi)的CO2固相-液相平衡。熱交換組件12包括熱交換器60和閉鎖式料斗(lockhopper)組件62。閉鎖式料斗組件62聯(lián)接在熱交換器60與CO2分離器48之間，以用于將固態(tài)CO2 56從CO2分離器48引導至熱交換器60。閉鎖式料斗組件62包括:罐體(tank) 64，罐體64構造成用以從CO2分離器48接收固態(tài)CO2 56 ；以及閥組件66，閥組件66聯(lián)接在罐體64與熱交換器60之間，以便使得能夠有選擇地將固態(tài)CO2 56從罐體64引導至熱交換器60。閉鎖式料斗組件62構造成用以調(diào)整罐體64內(nèi)的壓力，使得罐體64內(nèi)的壓力在一定的壓力范圍內(nèi)，使得固態(tài)CO256保持為固相。此外，閉鎖式料斗組件62構造成用以使固態(tài)CO2 56能夠從罐體64重力供給到熱交換器60中。在示例性實施例中，閉鎖式料斗組件62構造成用以將內(nèi)部壓力保持為等于大約7 atm。熱交換器60包括殼體68和延伸通過殼體68的至少一個熱交換管70。殼體68包括入口 72、出口 74和內(nèi)表面76，內(nèi)表面76限定在入口 72與出口 74之間延伸的腔體78。殼體68構造成用以將腔體78內(nèi)的壓力保持在預定的壓力范圍內(nèi)，以便于防止固態(tài)CO2 56在腔體78內(nèi)再升華成氣態(tài)CO2。在示例性實施例中，殼體68構造成用以保持大約7 atm的內(nèi)部壓力。在一個實施例中，殼體68構造成用以將內(nèi)部壓力保持為大約I atm至大約10atm之間。此外，閉鎖式料斗組件62將加壓流體流通過閥組件66引導至殼體腔體78，以便將殼體68加壓至預定的壓力。在示例性實施例中，內(nèi)表面76包括上部部分80和在上部部分80下方延伸的下部部分82。入口 72延伸通過上部部分80，且聯(lián)接到閉鎖式料斗組件62上用于從閉鎖式料斗組件62接收固態(tài)CO2 56。此外，殼體下部部分82的尺寸和形狀確定為用以將液態(tài)CO2 58包含于其中。出口 74延伸通過下部部分82，且聯(lián)接到CO2利用系統(tǒng)52。更具體而言，熱交換組件12包括液態(tài)CO2泵84，泵84聯(lián)接在熱交換器60與CO2利用系統(tǒng)52之間，以用于將液態(tài)CO2 58從下部部分82引導至CO2利用系統(tǒng)52。在示例性實施例中，熱交換管70延伸通過殼體腔體78，且構造成用以通過殼體腔體78引導熱交換流體54流。熱交換管70沿第一端部86與第二端部88之間的中心軸線85延伸。熱交換管70定向在腔體78內(nèi)，使得熱交換管70的外表面90接觸固態(tài)CO2 56，以便于將熱從熱交換流體54傳遞至固態(tài)CO2 56，以便升高固態(tài)CO2 56的溫度，且便于將固態(tài)CO2 56的至少一部分轉(zhuǎn)變成液態(tài)CO2 58。熱交換組件12還包括從管外表面90向外延伸的多個肋片92。各個肋片92包括外表面94，外表面94構造成用以接觸固態(tài)CO2 56，以便于將熱從熱交換流體54傳遞至固態(tài)CO2 56，以便于從固態(tài)CO2 56形成液態(tài)CO2 58，且用以冷卻熱交換流體54以從固態(tài)CO256回收冷凍值。各個肋片92均定向在腔體78內(nèi)，使得固態(tài)CO2 56由殼體上部部分80內(nèi)的熱交換管70至少部分地支承。此外，各個肋片92均定向成用以將形成在腔體78內(nèi)的液態(tài)CO2 58從上部部分80引導至下部部分82，使得液態(tài)CO2 58收集在形成于下部部分82內(nèi)的池(pool)96內(nèi)。在示例性實施例中，各個肋片92均定向成大致垂直于中心軸線85。此夕卜，各個肋片92均至少部分地淹沒在液態(tài)CO2 58內(nèi)，以便于將熱從液態(tài)CO2 58傳遞至熱交換流體54。在一個實施例中，熱交換管70包括多個管路98，多個管路98分別聯(lián)接到一個或多個肋片92上。各個管路98均定向在腔體78內(nèi)，且在第一端部86與第二端部88之間延伸。一個或多個管路98至少部分地淹沒在液態(tài)CO2 58內(nèi)，以便于將熱從液態(tài)CO2 58傳遞至熱交換流體54。在系統(tǒng)10的操作期間，燃燒器22從燃料供應系統(tǒng)24接收預定量的燃料，且從空氣供應系統(tǒng)26接收預定量的空氣。燃燒器22將燃料噴射到空氣流中，點燃燃料-空氣混合物來通過燃燒使燃料-空氣混合物膨脹，且生成高溫煙道氣體。燃燒器22將煙道氣體28引導至HRSG 30，以便于由煙道氣體28生成蒸汽。此外，鍋爐供水組件32將鍋爐供水33流引導至HRSG 30。HRSG 30將熱從煙道氣體28傳遞至鍋爐供水33，以便于加熱鍋爐供水33以生成蒸汽34。HRSG 30朝蒸汽渦輪36排出蒸汽34，其中蒸汽中的熱能轉(zhuǎn)變成機械旋轉(zhuǎn)能。HRSG 30和/或燃燒器22朝氣體處理系統(tǒng)42排出煙道氣體28，以便于處理懸浮在煙道氣體28內(nèi)的二氧化碳CO2。在示例性實施例中，HRSG 30和/或燃燒器22將煙道氣體引導至預冷卻系統(tǒng)44。預冷卻系統(tǒng)44將熱從煙道氣體28傳遞至熱交換流體54，以便降低煙道氣體28的溫度。預冷卻系統(tǒng)44朝冷卻系統(tǒng)46排出煙道氣體28，以便于從懸浮在煙道氣體28內(nèi)的氣態(tài)CO2生成固態(tài)C02。此外，預冷卻系統(tǒng)44朝熱交換組件12引導熱交換流體54。冷卻系統(tǒng)46冷卻煙道氣體28來生成固態(tài)CO2,且將冷卻的煙道氣體28和固態(tài)CO2 56引導至CO2分離器48以便于從煙道氣體28分離固態(tài)CO2和N2。CO2分離器48朝閉鎖式料斗組件62排出固態(tài)C02。此外，CO2分離器48將包括CO2和N2的混合物的CO2貧氣100流引導至冷卻系統(tǒng)46和/或閉鎖式料斗組件62。在一個實施例中，從CO2分離器48排出的CO2貧氣100分成第一支流102和第二支流104。將第一支流102排出至大氣。在壓縮機106中壓縮第二支流104，且在預定的壓力下將第二支流104引導至閉鎖式料斗組件62以便于調(diào)整閉鎖式料斗組件62內(nèi)的壓力。閉鎖式料斗組件62朝熱交換器60引導固態(tài)CO2 56，以便將熱從固態(tài)CO2 56傳遞至通過熱交換器60引導的熱交換流體54。將固態(tài)CO2 56重力供給至熱交換器60以將熱從熱交換流體54傳遞至固態(tài)CO2 56來將固態(tài)CO2 58的至少一部分轉(zhuǎn)變成液態(tài)CO2 58，且冷卻熱交換流體54來從固態(tài)CO2 56回收冷凍值。熱交換器60將液態(tài)CO2 58排放至CO2利用系統(tǒng)52。此外,熱交換器60朝預冷卻系統(tǒng)44引導熱交換流體54用于冷卻煙道氣體28。在示例性實施例中，閉鎖式料斗組件62和熱交換器60分別包括等于大約7 atm的內(nèi)部壓力，以便于防止固態(tài)CO2 56在腔體78內(nèi)再升華成氣態(tài)CO2,且保持CO2的固相-液相平衡。閉鎖式料斗組件62將具有等于大約-102°C的溫度的固態(tài)CO2 56朝熱交換器60引導。將引導到熱交換器60中的熱交換流體54包括等于大約-51°C的溫度。當固態(tài)CO2 56接觸熱交換管70時，固態(tài)CO2 56的至少一部分轉(zhuǎn)變成液態(tài)CO2 58。從熱交換器60排出的液態(tài)CO2 58包括等于大約_51°C的流體溫度。從熱交換器60排出的熱交換流體54包括等于大約-80°C的流體溫度。圖3至圖4為熱交換組件12的備選實施例的示意圖。圖3至圖4中所示的相同構件標有與圖2中使用的相同的附圖標記。在備選實施例中，熱交換管70在第一區(qū)段108與第二區(qū)段110之間延伸。第一區(qū)段108定向在下部部分82內(nèi)，使得第一區(qū)段108至少部分地淹沒在液態(tài)CO2 58內(nèi)。第二區(qū)段110定向在上部部分80內(nèi)，且構造成用以支承固態(tài)CO2 56，使得固態(tài)CO2 56定向在液態(tài)CO2池96的上方。肋片92聯(lián)接到熱交換管70上，且相對于中心軸線85傾斜地定向，以便于將液態(tài)CO2 58從上部部分80引導至下部部分82。一個或多個肋片92聯(lián)接到管的第一區(qū)段108上，且至少部分地淹沒在液態(tài)CO2 58內(nèi)。參看圖4，在另一實施例中，各個肋片92聯(lián)接到熱交換管70的第二區(qū)段110上，使得各個肋片92均定向在上部部分80內(nèi)。各個肋片92均相對于相鄰肋片92定向，使得多個開口 112限定在相鄰肋片92之間。各個開口 112的尺寸和形狀確定為用以將液態(tài)CO258從上部部分80引導至下部部分82。 圖5為功率發(fā)生系統(tǒng)IO的另一實施例。圖5中所示的相同構件標有圖1中使用的相同附圖標記。在備選實施例中，熱交換器60將冷的液態(tài)CO2 58引導至煙道氣體預冷卻系統(tǒng)44，用于預冷卻煙道氣體28。更具體而言，液態(tài)CO2泵84將液態(tài)CO2 58從熱交換器60引導至煙道氣體預冷卻系統(tǒng)44中。此外，煙道氣體預冷卻系統(tǒng)44將液態(tài)CO2 58引導至CO2利用系統(tǒng)52。在一個實施例中，液態(tài)CO2泵84構造成用以將液態(tài)CO2 58引導通過煙道氣體預冷卻系統(tǒng)44，且引導至CO2利用系統(tǒng)52。圖6為功率發(fā)生系統(tǒng)10的備選實施例。圖6中所示的相同構件標有圖1中使用的相同附圖標記。在備選實施例中，功率發(fā)生系統(tǒng)10包括頂循環(huán)或燃氣渦輪發(fā)動機組件114和底循環(huán)或蒸汽渦輪發(fā)動機20。燃氣渦輪發(fā)動機組件114包括壓縮機116、壓縮機116下游的燃燒器118、以及燃燒器118下游且通過從燃燒器118排出的氣體供能的渦輪120。渦輪120驅(qū)動發(fā)電機122。此外，渦輪120將煙道氣體28排出至HRSG 30用于由煙道氣體28生成蒸汽。在示例性實施例中，熱交換器60聯(lián)接到預冷卻系統(tǒng)44的下游，以用于從預冷卻系統(tǒng)44接收煙道氣體28流。在操作期間，HRSG 30和/或渦輪120將煙道氣體28排出至預冷卻系統(tǒng)44，以便將熱從煙道氣體28傳遞至液態(tài)CO2 58。預冷卻系統(tǒng)44將煙道氣體28引導至熱交換器60，以便將熱從煙道氣體28傳遞至固態(tài)CO2 56，以便從固態(tài)CO2 56形成液態(tài)CO2 58，以便于冷卻煙道氣體28，且從固態(tài)CO2 56回收冷凍值。熱交換器60將冷卻的煙道氣體28引導至冷卻系統(tǒng)46以冷卻煙道氣體28，以便從懸浮在氣體28內(nèi)的氣態(tài)CO2形成固態(tài)C02。冷卻系統(tǒng)46將固態(tài)CO2和煙道氣體28引導至CO2分離器48，以便從煙道氣體28分離固態(tài)CO2,且將固態(tài)CO2排出至閉鎖式料斗組件62。閉鎖式料斗組件62將固態(tài)CO2 56排出至熱交換器60，以便將熱從固態(tài)CO2 56傳遞至通過熱交換器60引導的煙道氣體28，且便于從固態(tài)CO2 56形成液態(tài)CO2 58。熱交換器60將液態(tài)CO2 58引導至預冷卻系統(tǒng)44，以便于將熱從煙道氣體28傳遞至液態(tài)CO2 58。此外，預冷卻系統(tǒng)44將液態(tài)CO2 58引導至CO2利用系統(tǒng)52。圖7為可用于處理在功率發(fā)生系統(tǒng)10的操作期間生成的CO2的示例性方法200的流程圖。在示例性實施例中，方法200包括將固態(tài)CO2從閉鎖式料斗組件62引導202至熱交換組件12，以及將熱交換流體54流通過熱交換管70引導204以便于將熱從固態(tài)CO2傳遞至熱交換流體54，以便從固態(tài)CO2形成液態(tài)CO2,且從固態(tài)CO2和液態(tài)CO2回收冷凍值。方法200還包括調(diào)整206殼體68內(nèi)的壓力，以便將殼體壓力保持在預定的壓力范圍內(nèi)，以便防止固態(tài)CO2再升華為氣態(tài)C02。將熱交換流體54從熱交換組件12引導208至預冷卻系統(tǒng)44以預冷卻煙道氣體28。將液態(tài)CO2從熱交換組件12引導210至CO2利用系統(tǒng)52以便于利用富集CO2。上述系統(tǒng)和方法通過提供一種氣體處理系統(tǒng)克服了公知的氣體處理系統(tǒng)的至少一些缺點，該氣體處理系統(tǒng)包括熱交換組件，熱交換組件構造成用以將熱從熱交換流體傳遞至固態(tài)CO2以便于從固態(tài)CO2回收冷凍值。此外，氣體處理系統(tǒng)包括熱交換組件，熱交換組件構造成用以保持CO2的固相-液相平衡，以便使得熱交換組件能夠?qū)釓墓虘B(tài)CO2傳遞至熱交換流體，以便于形成用于預冷卻煙道氣體的液態(tài)co2。通過提供包括從固態(tài)CO2回收冷凍值的熱交換組件的氣體處理系統(tǒng)，相比于公知的氣體處理系統(tǒng)，降低了處理懸浮在煙道氣體內(nèi)的CO2的成本。上文詳細描述了用于處理二氧化碳的系統(tǒng)和方法的示例性實施例。系統(tǒng)和方法不限于本文所述的特定實施例，而是相反，系統(tǒng)的構件和/或方法的步驟可獨立地使用，且可與本文所述的其它構件和/或步驟分開使用。例如，系統(tǒng)和方法還可結(jié)合其它氣體處理系統(tǒng)和方法使用，且不限于僅用如本文所述的氣體處理系統(tǒng)來實施。相反，可結(jié)合許多其它氣體處理系統(tǒng)應用來執(zhí)行和使用示例性實施例。盡管在一些圖中示出了而在另一些中未示出本發(fā)明的各種實施例的具體特征，但這僅是為了方便起見。根據(jù)本發(fā)明的原理，圖中的任何特征都可結(jié)合任何其它圖中的任何特征來參考和/或主張權利。本書面描述使用實例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，并且還使本領域技術人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)并實施任何合并的方法。本發(fā)明的專利保護范圍由權利要求限定，并且可包括本領域技術人員所想到的其它實例。如果其它實例具有與權利要求的字面語言并無不同的結(jié)構元件或者如果其它實例包括與權利要求的字面語言并無實質(zhì)差別的等效結(jié)構元件，則這些其它實例預期在權利要求的范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種用于處理二氧化碳(CO2)的熱交換組件(12)，所述熱交換組件包括: 殼體(68)，其包括入口(72)、出口(74)和限定在所述入口與所述出口之間延伸的腔體(78)的內(nèi)表面(76)，所述殼體構造成用以通過所述入口接收固態(tài)CO2;以及 延伸通過所述殼體的至少一個熱交換管(70)，所述熱交換管定向成用以接觸固態(tài)CO2,以便于將熱從固態(tài)CO2傳遞至通過所述熱交換管引導的熱交換流體，以便于將固態(tài)CO2的至少一部分轉(zhuǎn)變成液態(tài)CO2,所述熱交換組件構造成用以從所述固態(tài)CO2回收冷凍值，且將所述回收的冷凍值的至少一部分傳遞至煙道氣體。
2.根據(jù)權利要求1所述的熱交換組件(12)，其特征在于，所述殼體(68)構造成用以將所述腔體保持在預定的壓力范圍內(nèi)，以便防止所述固態(tài)CO2再升華成氣態(tài)C02。
3.根據(jù)權利要求1所述的熱交換組件(12)，其特征在于，所述殼體內(nèi)表面(76)在上部部分(80)與在所述上部部分的下方延伸的下部部分(82)之間延伸，所述下部部分構造成用以將液態(tài)CO2包含于其中。
4.根據(jù)權利要求3所述的熱交換組件(12)，其特征在于，所述至少一個管(70)包括外表面(90)和從所述管外表面向外延伸的多個肋片(92)，所述多個肋片中的每個肋片(92)均定向成用以支承所述上部部分(80)內(nèi)的固態(tài)C02。
5.根據(jù)權利要求4所述的熱交換組件(12)，其特征在于，所述多個肋片中的每個肋片(92)至少部分地淹沒在液態(tài)CO2內(nèi)。
6.根據(jù)權利要求4所述的熱交換組件(12)，其特征在于，相鄰肋片(92)定向成使得將多個開口(112)限定在相鄰肋片之間，各開口的尺寸確定為用以將液態(tài)CO2從所述上部部分(80)引導至所述下部部分(82)。
7.根據(jù)權利要求1所述的熱交換組件(12)，其特征在于，所述熱交換組件(12)還包括閉鎖式料斗組件(62)，所述閉鎖式料斗組件(62)聯(lián)接到所述殼體入口(72)上，用于將固態(tài)CO2通過所述入口引導至所述殼體腔體(78)中。
8.根據(jù)權利要求7所述的熱交換組件(12)，其特征在于，所述閉鎖式料斗組件(62)構造成用以使得固態(tài)CO2能夠重力供給到所述殼體腔體(78)中。
9.一種用于處理煙道氣體中的二氧化碳(CO2)的氣體處理系統(tǒng)(42)，所述氣體處理系統(tǒng)包括: 冷卻系統(tǒng)(46)，其聯(lián)接到煙道氣體的源，且構造成用以從所述源接收煙道氣體流，所述冷卻系統(tǒng)構造成用以冷卻所述煙道氣體內(nèi)的CO2來形成固態(tài)CO2 ;以及 熱交換組件(12)，其聯(lián)接到所述冷卻系統(tǒng)上，用于從所述冷卻系統(tǒng)接收固態(tài)CO2流，其中，所述熱交換組件構造成用以從所述固態(tài)CO2回收冷凍值，且將所述回收的冷凍值的至少一部分傳遞至所述煙道氣體，所述熱交換組件包括: 殼體(68)，其包括入口(72)、出口(74)和限定在所述入口與所述出口之間延伸的腔體(78)的內(nèi)表面(76)，所述殼體構造成用以通過所述入口接收固態(tài)CO2;以及 延伸通過所述殼體的至少一個熱交換管(70)，所述熱交換管定向成用以接觸固態(tài)CO2以便于將熱從固態(tài)CO2傳遞至通過所述熱交換管引導的熱交換流體，以便于將固態(tài)CO2的至少一部分轉(zhuǎn)變成液態(tài)CO2。
10.根據(jù)權利要求9所述的氣體處理系統(tǒng)(42)，其特征在于，所述殼體(68)構造成用以將所述腔體保持在預定的壓力范圍內(nèi)，以便防止固態(tài)CO2再升華成氣態(tài)co2。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于處理二氧化碳的系統(tǒng)及方法。具體而言，描述了一種用于處理二氧化碳(CO2)的熱交換組件(12)。熱交換組件包括殼體(68)，殼體(68)包括入口(72)、出口(74)和限定在入口與出口之間延伸的腔體(78)的內(nèi)表面(76)。殼體構造成用以通過入口接收固態(tài)CO2。至少一個熱交換管(70)延伸通過殼體。熱交換管定向成用以接觸固態(tài)CO2，以便于將熱從固態(tài)CO2傳遞至引導通過熱交換管的熱交換器流體，以便于將固態(tài)CO2的至少一部分轉(zhuǎn)變成液態(tài)CO2。熱交換組件構造成用以從固態(tài)CO2回收冷凍值，且將回收的冷凍值的至少一部分傳遞至煙道氣體。
文檔編號F28F9/00GK103090697SQ20121031748
公開日2013年5月8日 申請日期2012年8月31日 優(yōu)先權日2011年10月31日
發(fā)明者J.H.齊亞, D.C.霍菲爾, V.V.利相斯基, S.D.桑博恩, M.阿里克, R.A.施斯勒, P.B.維克沙姆 申請人:通用電氣公司