Устройство и способы для обработки диоксида углерода



Устройство и способы для обработки диоксида углерода
Устройство и способы для обработки диоксида углерода
Устройство и способы для обработки диоксида углерода
Устройство и способы для обработки диоксида углерода
Устройство и способы для обработки диоксида углерода
Устройство и способы для обработки диоксида углерода
Устройство и способы для обработки диоксида углерода
Устройство и способы для обработки диоксида углерода

 


Владельцы патента RU 2601679:

Дженерал Электрик Компани (US)

Теплообменный агрегат (12) для обработки диоксида углерода (СО2). Теплообменный агрегат включает корпус (68), включающий впускное отверстие (72), выпускное отверстие (74) и внутреннюю поверхность (76), которая ограничивает полость (78), проходящую между впускным отверстием и выпускным отверстием. Корпус выполнен с возможностью приема твердого СО2 через впускное отверстие. Через корпус проходит по меньшей мере одна теплообменная труба (70). Теплообменная труба расположена таким образом, что она контактирует с твердым СО2, чтобы способствовать переносу тепла от твердого СО2 к текучему теплоносителю, который пропускают через теплообменную трубу, чтобы способствовать превращению по меньшей мере части твердого СО2 в жидкий СО2. Теплообменный агрегат выполнен с возможностью извлечения некоторого количества холода из твердого СО2 и переноса по меньшей мере части извлеченного количества холода к топочному газу. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Данное изобретение было выполнено при поддержке Правительства по контракту № DE-AR0000101, заключенному с Департаментом Энергии. Правительство обладает определенными правами на данное изобретение.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Объект, описанный в данном документе, в целом относится к устройствам для обработки газа, а более конкретно к устройству для обработки газа, применяемому при обработке диоксида углерода (СО2).

По меньшей мере некоторые из известных энергоустановок включают камеру сгорания и/или бойлер для получения пара, который используют в паротурбогенераторе. В ходе типичного процесса сгорания внутри камеры сгорания или бойлера получают, например, поток газообразных продуктов сгорания или топочных газов. Известные газообразные продукты сгорания содержат продукты сгорания, включая (но не ограничиваясь перечисленным) углерод, зольную пыль, диоксид углерода, монооксид углерода, воду, водород, азот, серу, хлор, мышьяк, селен и/или ртуть.

По меньшей мере некоторые из известных энергоустановок включают устройство для обработки газа, которое используют для снижения количества продуктов сгорания в топочных газах. Известные устройства для обработки газа включают систему низкотемпературного охлаждения для отделения СО2 от топочных газов. В ходе работы система низкотемпературного охлаждения охлаждает поток топочного газа с образованием твердого СО2 из газообразного СО2, находящегося в потоке топочного газа. Кроме того, по меньшей мере некоторые известные устройства для обработки газа включают насос для низкотемпературного перекачивания твердых частиц для использования при перемещении твердого СО2 из системы низкотемпературного охлаждения в систему удаления СО2 для удаления и размещения СО2. В ходе работы система низкотемпературного охлаждения переносит некоторое количество холода к потоку топочного газа с образованием твердого СО2. По мере того, как насос для низкотемпературного перекачивания твердых частиц перемещает твердый СО2 из системы охлаждения, по меньшей мере некоторое количество холода может быть потеряно на тепло, генерируемое при работе насоса для твердых частиц. Потеря количества холода через насос для твердых частиц увеличивает расходы на эксплуатацию устройства для обработки газа в результате увеличения количества энергии, необходимого для охлаждения потока топочного газа.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В одном аспекте обеспечен теплообменный агрегат для обработки диоксида углерода (СО2). Данный теплообменный агрегат включает корпус, который включает впускное отверстие, выпускное отверстие и внутреннюю поверхность, которая ограничивает полость, проходящую между впускным отверстием и выпускным отверстием. Данный корпус выполнен с возможностью приема твердого СО2 через впускное отверстие. Через корпус проходит по меньшей мере одна теплообменная труба. Теплообменная труба расположена таким образом, что она контактирует с твердым СО2, чтобы способствовать переносу тепла от твердого СО2 к текучему теплоносителю, который пропускают через теплообменную трубу, чтобы способствовать превращению по меньшей мере части твердого СО2 в жидкий СО2. Теплообменный агрегат выполнен с возможностью извлечения некоторого количества холода из твердого СО2 и переноса по меньшей мере части извлеченного количества холода к топочному газу.

В другом аспекте обеспечено устройство для обработки газа для использования при обработке диоксида углерода (СО2) в топочном газе. Устройство для обработки газа включает систему охлаждения, соединенную с источником топочного газа и выполненную с возможностью приема потока топочного газа из данного источника. Система охлаждения выполнена с возможностью охлаждения газообразного СО2, входящего в состав топочного газа, с образованием твердого СО2. Теплообменный агрегат соединен с системой охлаждения для приема потока твердого СО2 из системы охлаждения. Теплообменный агрегат выполнен с возможностью извлечения некоторого количества холода из твердого СО2 и переноса по меньшей мере части извлеченного количества холода к топочному газу. Теплообменный агрегат включает корпус, который включает впускное отверстие, выпускное отверстие и внутреннюю поверхность, которая ограничивает полость, проходящую между впускным отверстием и выпускным отверстием. Корпус выполнен с возможностью приема твердого СО2 через впускное отверстие. Через корпус проходит по меньшей мере одна теплообменная труба. Теплообменная труба расположена таким образом, что она контактирует с твердым СО2, чтобы способствовать переносу тепла от твердого СО2 к текучему теплоносителю, который пропускают через теплообменную трубу, чтобы способствовать превращению по меньшей мере части твердого СО2 в жидкий СО2.

В еще одном аспекте обеспечен способ обработки диоксида углерода (СО2). Способ включает пропускание топочного газа, содержащего СО2, в систему охлаждения, чтобы охладить топочный газ с образованием твердого СО2, и направление твердого СО2 в теплообменный агрегат. Теплообменный агрегат включает корпус, который выполнен с возможностью приема в него твердого СО2, и по меньшей мере одну теплообменную трубу, проходящую через корпус. Давление внутри корпуса регулируют так, чтобы поддерживать давление внутри корпуса в заданном диапазоне давлений для предотвращения повторной сублимации твердого СО2. Поток текучего теплоносителя пропускают через по меньшей мере одну теплообменную трубу, чтобы способствовать переносу тепла от твердого СО2 к текучему теплоносителю и превращению по меньшей мере части твердого СО2 в жидкий СО2, а также чтобы извлечь некоторое количество холода из СО2. По меньшей мере часть извлеченного количества холода передают топочному газу, чтобы способствовать охлаждению топочного газа.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 представляет собой схематическое изображение примера энергоустановки.

Фиг.2 представляет собой схематическое изображение примера теплообменного агрегата, который можно использовать с энергоустановкой, изображенной на Фиг.1.

Фиг.3-4 представляют собой схематические изображения альтернативных воплощений теплообменного агрегата, изображенного на Фиг.2.

Фиг.5 представляет собой альтернативное воплощение энергоустановки, изображенной на Фиг.1.

Фиг.6 представляет собой другое воплощение энергоустановки, изображенной на Фиг.1.

Фиг.7 представляет собой блок-схему примера способа, который можно использовать для обработки диоксида углерода, образующегося при работе энергоустановки, изображенной на Фиг.1.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Приведенные в качестве примеров устройства и способы, описанные в данном документе, преодолевают по меньшей мере некоторые из недостатков известных устройств для обработки газа, обеспечивая устройство для обработки газа, включающее теплообменный агрегат, выполненный с возможностью переноса тепла от текучего теплоносителя к твердому СО2, чтобы способствовать извлечению некоторого количества холода из твердого СО2. Кроме того, теплообменный агрегат выполнен с возможностью поддержания СО2 в фазовом равновесии твердое вещество - жидкость, чтобы позволить теплообменному агрегату передавать тепло к твердому СО2 и способствовать образованию жидкого СО2 для использования его при предварительном охлаждении топочного газа. В результате обеспечения устройства для обработки газа, которое включает теплообменный агрегат, выполненный с возможностью извлечения некоторого количества холода из твердого СО2, стоимость обработки СО2, входящего в состав топочного газа, снижается по сравнению с известными устройствами для обработки газа.

Фиг.1 представляет собой схематическое изображение примера энергоустановки 10. Фиг.2 представляет собой схематическое изображение примера теплообменного агрегата 12, который можно использовать с энергоустановкой 10. В данном примере воплощения изобретения энергоустановка 10 включает блок 14 камеры сгорания, блок 16 парогенератора после блока 14 камеры сгорания по ходу технологического потока и паротурбинный двигатель 20, соединенный с блоком 16 парогенератора. Блок 14 камеры сгорания включает по меньшей мере одну камеру 22 сгорания, систему 24 подачи топлива и систему 26 подачи воздуха. Система 24 подачи топлива соединена с камерой 22 сгорания для направления потока топлива, например, угля, в камеру 22 сгорания. В альтернативном варианте система 24 подачи топлива может направлять любое другое пригодное топливо, включая (но не ограничиваясь перечисленным) нефть, природный газ, биомассу, отходы и/или любое другое ископаемое и/или возобновляемое топливо, которое позволяет энергоустановке 10 функционировать, как описано в данном документе. Кроме того, с камерой 22 сгорания соединена система 26 подачи воздуха для направления потока воздуха в камеру 22 сгорания. Камера 22 сгорания выполнена с возможностью приема заданного количества топлива и воздуха из системы 24 подачи топлива и системы 26 подачи воздуха, соответственно, и воспламенения топливно-воздушной смеси с получением газообразных продуктов сгорания или топочных газов. Кроме того, камера 22 сгорания направляет поток топочных газов 28 в блок 16 парогенератора, чтобы генерировать пар, который направляют в паротурбинный двигатель 20 для использования при выработке электроэнергии.

В данном примере воплощения изобретения блок 16 парогенератора включает по меньшей мере один парогенератор 30 с рекуперацией тепла (ПГРТ), который сообщается по потоку с блоком 32 подачи воды в бойлер. ПГРТ 30 принимает поток питающей воды 33 для бойлера из блока 32 подачи воды в бойлер, чтобы способствовать нагреванию питающей воды 33 для бойлера с получением пара. ПГРТ 30 также принимает топочные газы 28 из блока 14 камеры сгорания, чтобы дополнительно нагреть питающую воду 33 для бойлера с получением пара. ПГРТ 30 выполнен с возможностью облегчения переноса тепла от топочных газов 28 к питающей воде 33 для бойлера для получения пара и направления пара 34 в паротурбинный двигатель 20. Паротурбинный двигатель 20 включает одну или более паровых турбин 36, которые соединены с генератором 38 электроэнергии с помощью приводного вала 40. ПГРТ 30 выпускает пар 34 в паровую турбину 36, в которой тепловая энергия пара преобразуется в механическую энергию вращения. Пар 34 сообщает энергию вращения паровой турбине 36 и приводному валу 40, который затем приводит в движение генератор 38 электроэнергии, чтобы способствовать выработке электроэнергии.

В данном примере воплощения изобретения энергоустановка 10 включает устройство 42 для обработки газа, расположенное после блока 14 камеры сгорания и блока 16 парогенератора по ходу технологического потока. Устройство 42 для обработки газа выполнено с возможностью приема топочных газов 28, выпущенных из блока 14 камеры сгорания и/или блока 16 парогенератора, чтобы способствовать удалению из топочных газов продуктов сгорания, включая (но не ограничиваясь перечисленным) углерод, зольную пыль, диоксид углерода, монооксид углерода, воду, водород, азот, серу, хлор, мышьяк, селен и/или ртуть.

В данном примере воплощения изобретения устройство 42 для обработки газа включает систему 44 предварительного охлаждения топочного газа, систему 46 низкотемпературного охлаждения, расположенную после системы 44 предварительного охлаждения топочного газа по ходу технологического потока, сепаратор 48 СО2, расположенный после системы 46 охлаждения по ходу технологического потока, теплообменный агрегат 12, расположенный после системы 46 охлаждения по ходу технологического потока, и систему 52 утилизации СО2, расположенную после теплообменного агрегата 12 по ходу технологического потока. Топочные газы 28, включающие газообразные СО2 и азот (N2), направляют из блока 14 камеры сгорания и/или блока 16 парогенератора в систему 44 предварительного охлаждения топочного газа. Система 44 предварительного охлаждения топочного газа способствует переносу тепла от топочных газов 28 к текучему теплоносителю 54, который пропускают через систему 44 предварительного охлаждения топочного газа, чтобы способствовать снижению температуры топочных газов 28. Система 44 предварительного охлаждения направляет охлажденные топочные газы 28 в систему 46 охлаждения.

Система 46 охлаждения выполнена с возможностью обработки топочных газов 28 для охлаждения газообразного СО2, входящего в состав топочных газов 28, с образованием твердого СО2. Система 46 охлаждения направляет охлажденные топочные газы 28 и твердый СО2 в сепаратор 48 СО2, чтобы способствовать отделению твердого СО2 и N2 от топочных газов 28. Сепаратор 48 СО2 направляет твердый СО2 56 в теплообменный агрегат 12, чтобы способствовать переносу тепла от текучего теплоносителя 54 к твердому СО2 56. Кроме того, теплообменный агрегат 12 выполнен с возможностью облегчения переноса тепла от твердого СО2 56 к текучему теплоносителю 54, который пропускают через теплообменный агрегат 12, чтобы способствовать превращению твердого СО2 56 в жидкий СО2 58. Кроме того, теплообменный агрегат 12 выполнен с возможностью извлечения некоторого количества холода из твердого СО2 56 и переноса по меньшей мере части извлеченного количества холода к топочным газам 28, чтобы способствовать охлаждению топочных газов 28. Кроме того, теплообменный агрегат 12 выполнен с возможностью направления жидкого СО2 58 в систему 52 утилизации СО2 для утилизации обогащенного СО2. В одном из воплощений данного изобретения система 52 утилизации СО2 включает систему удаления для удаления обогащенного СО2. В качестве альтернативы, система 52 утилизации может включать любую систему, выполненную с возможностью использования СО2 для любых целей. В данном примере воплощения изобретения теплообменный агрегат 12 также выполнен с возможностью регулирования температуры и давления внутри теплообменного агрегата 12 таким образом, чтобы СО2 внутри теплообменного агрегата 12 находился в фазовом равновесии твердое вещество - жидкость.

Теплообменный агрегат 12 включает теплообменник 60 и блок 62 шлюзового бункера. Блок 62 шлюзового бункера соединяет теплообменник 60 и сепаратор 48 СО2, чтобы направлять твердый СО2 56 из сепаратора 48 СО2 в теплообменник 60. Блок 62 шлюзового бункера включает емкость 64, которая выполнена с возможностью приема твердого СО2 56 из сепаратора 48 СО2, и блок 66 клапана, который соединяет емкость 64 и теплообменник 60, чтобы иметь возможность избирательно направлять твердый СО2 56 из емкости 64 в теплообменник 60. Блок 62 шлюзового бункера выполнен с возможностью регулирования давления внутри емкости 64 таким образом, чтобы давление внутри емкости 64 находилось в таком диапазоне давлений, чтобы твердый СО2 56 оставался в твердой фазе. Кроме того, блок 62 шлюзового бункера выполнен с возможностью подачи твердого СО2 56 из емкости 64 в теплообменник 60 под действием силы тяжести. В данном примере воплощения изобретения блок 62 шлюзового буккера выполнен с возможностью поддержания внутреннего давления, равного приблизительно 0,7 МПа (7 атм).

Теплообменник 60 включает корпус 68 и по меньшей мере одну теплообменную трубу 70, которая проходит через корпус 68. Корпус 68 включает впускное отверстие 72, выпускное отверстие 74 и внутреннюю поверхность 76, которая ограничивает полость 78, проходящую между впускным отверстием 72 и выпускным отверстием 74. Корпус 68 выполнен с возможностью поддержания давления внутри полости 78 в заданном диапазоне давлений, чтобы предотвратить повторную сублимацию твердого СО2 56 в газообразный CO2 внутри полости 78. В данном примере воплощения изобретения корпус 68 выполнен с возможностью поддержания внутреннего давления, равного приблизительно 0,7 МПа (7 атм). В одном из воплощений изобретения корпус 68 выполнен с возможностью поддержания внутреннего давления от приблизительно 0,1 МПа (1 атм) до приблизительно 1 МПа (10 атм). Кроме того, блок 62 шлюзового бункера направляет поток находящейся под давлением текучей среды в полость 78 корпуса через блок 66 клапана, чтобы повысить давление внутри корпуса 68 до заданного значения. В данном примере воплощения изобретения внутренняя поверхность 76 включает верхнюю часть 80 и нижнюю часть 82, которая проходит под верхней частью 80. Впускное отверстие 72 проходит через верхнюю часть 80 и соединено с блоком 62 шлюзового бункера для приема твердого CO2 56 из блока 62 шлюзового бункера. Кроме того, нижняя часть 82 корпуса имеет такой размер и такую форму, чтобы она содержала в себе жидкий CO2 58. Выпускное отверстие 74 проходит через нижнюю часть 82 и соединено с системой 52 утилизации CO2. Более конкретно, теплообменный агрегат 12 включает насос 84 для жидкого CO2, который соединяет теплообменник 60 и систему 52 утилизации CO2 для направления жидкого CO2 58 из нижней части 82 в систему 52 утилизации CO2.

В данном примере воплощения изобретения теплообменная труба 70 проходит через полость 78 корпуса и выполнена с возможностью направления потока текучего теплоносителя 54 через полость 78 корпуса. Теплообменная труба 70 проходит вдоль центральной оси 85 между первым концом 86 и вторым концом 88. Теплообменная труба 70 расположена внутри полости 78 таким образом, что внешняя поверхность 90 теплообменной трубы 70 контактирует с твердым CO2 56, чтобы способствовать переносу тепла от текучего теплоносителя 54 к твердому СО2 56 для увеличения температуры твердого СО2 56 и облегчения превращения по меньшей мере части твердого СО2 56 в жидкий СО2 58.

Теплообменный агрегат 12 также включает множество пластин 92, которые идут наружу от внешней поверхности трубы 90. Каждая пластина 92 включает внешнюю поверхность 94, выполненную с возможностью контакта с твердым СО2 56, чтобы способствовать переносу тепла от текучего теплоносителя 54 к твердому CO2 56, чтобы способствовать образованию жидкого CO2 58 из твердого СО2 56 и охлаждению текучего теплоносителя 54, чтобы извлечь некоторое количество холода из твердого СО2 56. Каждая пластина 92 расположена внутри полости 78 таким образом, что теплообменная труба 70 по меньшей мере частично поддерживает твердый СО2 56 внутри верхней части 80 корпуса. Кроме того, каждая пластина 92 ориентирована таким образом, что она направляет жидкий СО2 58, образованный внутри полости 78, из верхней части 80 в нижнюю часть 82, чтобы жидкий СО2 58 собирался внутри резервуара 96, образованного в нижней части 82. В данном примере воплощения изобретения каждая пластина 92 ориентирована по существу перпендикулярно центральной оси 85. Кроме того, каждая пластина 92 по меньшей мере частично погружена в жидкий СО2 58, чтобы способствовать переносу тепла от жидкого CO2 58 к текучему теплоносителю 54. В одном из воплощений данного изобретения теплообменная труба 70 включает множество трубок 98, каждая из которых соединена с одной или более пластин 92. Каждая трубка 98 расположена внутри полости 78 и проходит между первым концом 86 и вторым концом 88. Одна или более трубок 98 по меньшей мере частично погружены в жидкий CO2 58, чтобы способствовать переносу тепла от жидкого CO2 58 к текучему теплоносителю 54.

Во время работы устройства 10 камера 22 сгорания принимает заданное количество топлива из системы 24 подачи топлива и принимает заданное количество воздуха из системы 26 подачи воздуха. Камера 22 сгорания впрыскивает топливо в поток воздуха, поджигает топливно-воздушную смесь, чтобы расширить топливно-воздушную смесь посредством сгорания, и создает топочные газы высокой температуры. Камера 22 сгорания направляет топочные газы 28 в ПГРТ 30, чтобы способствовать получению пара из топочных газов 28. В дополнение, блок 32 подачи воды в бойлер направляет поток питающей воды 33 для бойлера в ПГРТ 30. ПГРТ 30 переносит тепло от топочных газов 28 к питающей воде 33 для бойлера, чтобы способствовать нагреванию питающей воды 33 для бойлера для получения пара 34. ПГРТ 30 выпускает пар 34 в паровую турбину 36, где тепловая энергия пара преобразуется в механическую энергию вращения. ПГРТ 30 и/или камера 22 сгорания выпускают топочные газы 28 в устройство 42 для обработки газа, чтобы способствовать обработке диоксида углерода СО2, входящего в состав топочных газов 28.

В данном примере воплощения изобретения ПГРТ 30 и/или камера 22 сгорания направляют топочные газы в систему 44 предварительного охлаждения. Система 44 предварительного охлаждения переносит тепло от топочных газов 28 к текучему теплоносителю 54, чтобы снизить температуру топочных газов 28. Система 44 предварительного охлаждения выпускает топочные газы 28 в систему 46 охлаждения, чтобы способствовать образованию твердого СО2 из газообразного СО2, входящего в состав топочных газов 28. Кроме того, система 44 предварительного охлаждения направляет текучий теплоноситель 54 в теплообменный агрегат 12. Система 46 охлаждения охлаждает топочные газы 28 с образованием твердого СО2 и направляет охлажденные топочные газы 28 и твердый СО2 56 в сепаратор 48 СО2, чтобы способствовать отделению твердого СО2 и N2 от топочных газов 28. Сепаратор 48 СО2 выпускает твердый СО2 в блок 62 шлюзового бункера. Кроме того, сепаратор 48 СО2 направляет поток обедненного СО2 газа 100, который включает смесь CО2 и N2, в систему 46 охлаждения и/или блок 62 шлюзового бункера. В одном из воплощений данного изобретения обедненный СО2 газ 100, выпущенный из сепаратора 48 СО2, разделяют на первый подпоток 102 и второй подпоток 104. Первый подпоток 102 выпускают в атмосферу. Второй подпоток 104 сжимают в компрессоре 106 и направляют в блок 62 шлюзового бункера при заданном давлении, чтобы способствовать регулированию давления внутри блока 62 шлюзового бункера.

Блок 62 шлюзового бункера направляет твердый СО2 56 в теплообменник 60, чтобы перенести тепло от твердого СО2 56 к текучему теплоносителю 54, который пропускают через теплообменник 60. Твердый СО2 56 подают в теплообменник 60 под действием силы тяжести, чтобы перенести тепло от текучего теплоносителя 54 к твердому СО2 56 для превращения по меньшей мере части твердого СО2 56 в жидкий CO2 58 и охлаждения текучего теплоносителя 54, чтобы извлечь некоторое количество холода из твердого СО2 56. Теплообменник 60 выпускает жидкий CО2 58 в систему 52 утилизации СО2. Кроме того, теплообменник 60 направляет текучий теплоноситель 54 в систему 44 предварительного охлаждения для использования при охлаждении топочных газов 28.

В данном примере воплощения изобретения внутреннее давление как в блоке 62 шлюзового бункера, так и в теплообменнике 60 поддерживают равным приблизительно 0,7 МПа (7 атм), чтобы способствовать предотвращению повторной сублимации твердого СО2 56 в газообразный СО2 внутри полости 78 и поддержанию СО2 в фазовом равновесии твердое вещество - жидкость. Блок 62 шлюзового бункера направляет твердый СО2 56, имеющий температуру, равную приблизительно -102°С, в теплообменник 60. Текучий теплоноситель 54, который направляют в теплообменник 60, имеет температуру, равную приблизительно -51°С. Поскольку твердый СО2 56 контактирует с теплообменной трубой 70, по меньшей мере часть твердого СО2 56 превращается в жидкий СО2 58. Жидкий СО2 58, выпущенный из теплообменника 60, имеет температуру текучей среды, равную приблизительно -51°С. Текучий теплоноситель 54, выпущенный из теплообменника 60, имеет температуру текучей среды, равную приблизительно -80°С.

Фиг.3-4 представляют собой схематические изображения альтернативных воплощений теплообменного агрегата 12. Идентичные компоненты, изображенные на Фиг.3-4, обозначены теми же номерами, которые применяли на Фиг.2. В альтернативном воплощении изобретения теплообменная труба 70 проходит между первой секцией 108 и второй секцией 110. Первая секция 108 расположена в нижней части 82 таким образом, что первая секция 108 по меньшей мере частично погружена в жидкий СО2 58. Вторая секция 110 расположена в верхней части 80 и выполнена с возможностью поддержки твердого СО2 56 так, чтобы твердый СО2 56 находился над резервуаром 96 с жидким СО2. Пластины 92 присоединены к теплообменной трубе 70 и расположены наклонно по отношению к центральной оси 85, чтобы способствовать стеканию жидкого СО2 58 из верхней части 80 в нижнюю часть 82. Одна или более пластин 92 присоединены к первой трубной секции 108 и по меньшей мере частично погружены в жидкий СО2 58.

Обратимся к Фиг.4; в другом воплощении изобретения каждая пластина 92 соединена со второй секцией 110 теплообменной трубы 70 таким образом, что каждая пластина 92 расположена в верхней части 80. Каждая пластина 92 ориентирована по отношению к расположенной рядом пластине 92 таким образом, что между расположенными рядом пластинами 92 имеется множество отверстий 112. Каждое отверстие 112 имеет такой размер и такую форму, чтобы пропускать жидкий СО2 58 из верхней части 80 в нижнюю часть 82.

На Фиг.5 изображено другое воплощение энергоустановки 10. Идентичные компоненты, изображенные на Фиг.5, обозначены теми же номерами, которые применяли на Фиг.1. В альтернативном воплощении изобретения теплообменник 60 направляет холодный жидкий СО2 58 в систему 44 предварительного охлаждения топочного газа для использования в предварительном охлаждении топочных газов 28. Более конкретно, насос 84 для жидкого СО2 направляет жидкий СО2 58 из теплообменника 60 в систему 44 предварительного охлаждения топочного газа. Кроме того, система 44 предварительного охлаждения топочного газа направляет жидкий СО2 58 в систему 52 утилизации СО2. В одном из воплощений изобретения насос 84 для жидкого СО2 выполнен с возможностью направления жидкого CO2 58 через систему 44 предварительного охлаждения топочного газа в систему 52 утилизации CO2.

На Фиг.6 изображено альтернативное воплощение энергоустановки 10. Идентичные компоненты, изображенные на Фиг.6, обозначены теми же номерами, которые применяли на Фиг.1. В альтернативном воплощении изобретения энергоустановка 10 включает верхний цикл, или газотурбинный агрегат 114, и нижний цикл, или паротурбинный двигатель 20. Газотурбинный агрегат 114 включает компрессор 116, камеру 118 сгорания, расположенную после компрессора 116 по ходу технологического потока, и турбину 120, расположенную после камеры 118 сгорания по ходу технологического потока; его приводят в действие газами, выпускаемыми из камеры 118 сгорания. Турбина 120 приводит в действие электрогенератор 122. Кроме того, турбина 120 выпускает топочные газы 28 в ПГРТ 30 для получения пара с применением топочных газов 28.

В данном примере воплощения изобретения теплообменник 60 присоединен к выходу системы 44 предварительного охлаждения для приема потока топочных газов 28 из системы 44 предварительного охлаждения. Во время работы ПГРТ 30 и/или турбина 120 выпускают топочные газы 28 в систему 44 предварительного охлаждения для передачи тепла от топочных газов 28 к жидкому СО2 58. Система 44 предварительного охлаждения направляет топочные газы 28 в теплообменник 60 для переноса тепла от топочных газов 28 к твердому CO2 56 с образованием жидкого СО2 58 из твердого СО2 56, чтобы способствовать охлаждению топочных газов 28 и чтобы извлечь некоторое количество холода из твердого СО2 56. Теплообменник 60 направляет охлажденные топочные газы 28 в систему 46 охлаждения для охлаждения топочных газов 28 с образованием твердого СО2 из газообразного CО2, входящего в состав топочных газов 28. Система 46 охлаждения направляет твердый СО2 и топочные газы 28 в сепаратор 48 CО2, чтобы отделить твердый СО2 от топочных газов 28 и выгрузить твердый СО2 в блок 62 шлюзового бункера. Блок 62 шлюзового бункера выгружает твердый СО2 56 в теплообменник 60 для переноса тепла от твердого СО2 56 к топочным газам 28, которые пропускают через теплообменник 60, и образования жидкого СО2 58 из твердого СО2 56. Теплообменник 60 направляет жидкий СО2 58 в систему 44 предварительного охлаждения, чтобы способствовать переносу тепла от топочных газов 28 к жидкому СО2 58. Кроме того, система 44 предварительного охлаждения направляет жидкий СО2 58 в систему 52 утилизации СО2.

Фиг.7 представляет собой блок-схему приведенного в качестве примера способа 200, который можно использовать для обработки СО2, получаемого при работе энергоустановки 10. В данном примере воплощения изобретения способ 200 включает направление 202 твердого СО2 из блока 62 шлюзового бункера в теплообменный агрегат 12 и направление 204 потока текучего теплоносителя 54 через теплообменную трубу 70, чтобы способствовать переносу тепла от твердого СО2 к текучему теплоносителю 54 с образованием жидкого СО2 из твердого СО2 и извлечению некоторого количества холода из твердого СО2 и жидкого СО2. Способ 200 также включает регулирование 206 давления внутри корпуса 68 для поддержания давления внутри корпуса в заданном диапазоне, чтобы предотвратить повторную сублимацию твердого СО2 в газообразный СО2. Текучий теплоноситель 54 направляют 208 из теплообменного агрегата 12 в систему 44 предварительного охлаждения для предварительного охлаждения топочных газов 28. Жидкий СО2 направляют 210 из теплообменного агрегата 12 в систему 52 утилизации СО2, чтобы способствовать утилизации обогащенного СО2.

Описанные выше устройства и способы преодолевают по меньшей мере некоторые недостатки известных устройств для обработки газа, обеспечивая устройство для обработки газа, которое включает теплообменный агрегат, выполненный с возможностью переноса тепла от текучего теплоносителя к твердому СО2, чтобы способствовать извлечению некоторого количества холода из твердого СО2. Кроме того, устройство для обработки газа включает теплообменный агрегат, который выполнен с возможностью поддержания СО2 в фазовом равновесии твердое вещество - жидкость, чтобы предоставить возможность теплообменному агрегату переносить тепло от твердого CO2 к текучему теплоносителю, чтобы способствовать образованию жидкого СО2 для использования в предварительном охлаждении топочного газа. В результате обеспечения устройства для обработки газа, которое включает теплообменный агрегат, извлекающий некоторое количество холода из твердого СО2, стоимость обработки СО2, входящего в состав топочного газа, снижается по сравнению с известными устройствами для обработки газа.

Выше были подробно описаны примеры воплощений устройств и способов для обработки диоксида углерода. Данные устройства и способы не ограничены конкретными воплощениями, описанными в данном документе, скорее, компоненты устройств и/или стадии способа можно использовать независимо и отдельно от других компонентов и/или стадий, описанных в данном документе. Например, устройства и способы можно также использовать в сочетании с другими устройствами и способами для обработки газа, и они не ограничены осуществлением только того устройства для обработки газа, которое описано в данном документе. Скорее, пример воплощения данного изобретения можно осуществить и применить в связи с многими другими применениями устройства для обработки газа.

Хотя конкретные признаки различных воплощений данного изобретения могут быть изображены на некоторых чертежах и не изображены на других, это сделано исключительно для удобства. В соответствии с принципами данного изобретения любой признак, изображенный на чертеже, может быть упомянут и/или заявлен в сочетании с любым признаком, изображенным на любом другом чертеже.

В данном описании использованы примеры для раскрытия данного изобретения, включая лучший вариант осуществления изобретения, а также для того, чтобы дать любому специалисту в данной области техники возможность осуществить на практике данное изобретение, включая изготовление и применение любых приспособлений или систем и реализацию любых включенных способов. Патентоспособный объем данного изобретения определен формулой изобретения и может включать другие примеры, которые могут предложить специалисты в данной области техники. Предполагается, что такие другие примеры входят в объем формулы изобретения, если они включают структурные элементы, которые не отличаются от буквально изложенного в формуле изобретения, или если они включают эквивалентные структурные элементы с несущественными отличиями от буквально изложенного в формуле изобретения.

1. Теплообменный агрегат (12) для обработки диоксида углерода (СО2), включающий:
корпус (68), включающий впускное отверстие (72), выпускное отверстие (74) и внутреннюю поверхность (76), которая ограничивает полость (78), проходящую между указанным впускным отверстием и указанным выпускным отверстием; причем указанный корпус выполнен с возможностью приема твердого СО2 через указанное впускное отверстие; и
по меньшей мере одну теплообменную трубу (70), проходящую через указанный корпус; причем указанная теплообменная труба расположена таким образом, что она контактирует с твердым СО2, чтобы способствовать переносу тепла от твердого СО2 к текучему теплоносителю, который пропускают через указанную теплообменную трубу, чтобы способствовать превращению по меньшей мере части твердого СО2 в жидкий СО2; причем указанный теплообменный агрегат выполнен с возможностью извлечения некоторого количества холода из твердого СО2 и переноса по меньшей мере части извлеченного количества холода к топочному газу.

2. Теплообменный агрегат (12) по п.1, в котором указанный корпус (68) выполнен с возможностью поддержания давления в указанной полости в заданном диапазоне давлений, чтобы предотвратить повторную сублимацию твердого СО2 в газообразный СО2.

3. Теплообменный агрегат (12) по п.1, в котором указанная внутренняя поверхность (76) корпуса проходит между верхней частью (80) и нижней частью (82), проходящей под указанной верхней частью, а указанная нижняя часть выполнена с возможностью содержания в ней жидкого СО2.

4. Теплообменный агрегат (12) по п.3, в котором указанная по меньшей мере одна труба (70) включает внешнюю поверхность (90) и множество пластин (92), идущих наружу от внешней поверхности указанной трубы, причем каждая пластина (92) из указанного множества пластин ориентирована таким образом, что она поддерживает твердый СО2 внутри указанной верхней части (80).

5. Теплообменный агрегат (12) по п.4, в котором каждая пластина (92) из указанного множества пластин по меньшей мере частично погружена в жидкий СО2.

6. Теплообменный агрегат (12) по п.4, в котором расположенные рядом пластины (92) ориентированы таким образом, что между расположенными рядом пластинами имеется множество отверстий (112), причем каждое отверстие имеет такой размер, чтобы пропускать жидкий CO2 из указанной верхней части (80) в указанную нижнюю часть (82).

7. Теплообменный агрегат (12) по п.1, дополнительно включающий блок (62) шлюзового бункера, соединенный с указанным впускным отверстием (72) корпуса для направления твердого СО2 в указанную полость (78) корпуса через указанное впускное отверстие.

8. Теплообменный агрегат (12) по п.7, в котором указанный блок (62) шлюзового бункера выполнен с возможностью подачи твердого СО2 в указанную полость (78) корпуса под действием силы тяжести.

9. Устройство (42) для обработки газа для использования при обработке диоксида углерода (СО2) в топочном газе, включающее:
систему (46) охлаждения, соединенную с источником топочного газа и выполненную с возможностью приема потока топочного газа из данного источника; причем указанная система охлаждения выполнена с возможностью охлаждения СО2, входящего в состав топочного газа, с образованием твердого СО2; и
теплообменный агрегат (12), соединенный с указанной системой охлаждения для приема потока твердого СО2 из указанной системы охлаждения; причем указанный теплообменный агрегат выполнен с возможностью извлечения некоторого количества холода из твердого СО2 и переноса по меньшей мере части извлеченного количества холода к топочному газу; причем указанный теплообменный агрегат включает:
корпус (68), включающий впускное отверстие (72), выпускное отверстие (74) и внутреннюю поверхность (76), которая ограничивает полость (78), проходящую между указанным впускным отверстием и указанным выпускным отверстием; причем указанный корпус выполнен с возможностью приема твердого СО2 через указанное впускное отверстие; и
по меньшей мере одну теплообменную трубу (70), проходящую через указанный корпус; причем указанная теплообменная труба расположена таким образом, что она контактирует с твердым СО2, чтобы способствовать переносу тепла от твердого СО2 к текучему теплоносителю, который пропускают через указанную теплообменную трубу, чтобы способствовать превращению по меньшей мере части твердого СО2 в жидкий СО2.

10. Устройство (42) для обработки газа по п.9, в котором указанный корпус (68) выполнен с возможностью поддержания давления в указанной полости в заданном диапазоне давлений, чтобы предотвратить повторную сублимацию твердого СО2 в газообразный СО2.



 

Похожие патенты:

Радиатор // 2577438
Настоящее изобретение относится к радиатору (1) для отопления помещений или частей помещений, содержащему основной корпус (2), который имеет ячеистую структуру (3) и который обеспечивает две расположенные на наружной стороне большие поверхности (4), причем каждая из больших поверхностей снабжена экраном (5), а также блок (6) параллельных труб, который встроен в ячеистую структуру (3) основного корпуса (2) и проходит через нее, и соединительное устройство, которое содержит гидравлический блок, соединяющий блок (6) параллельных труб с источником теплоносителя и/или возвратным трубопроводом, а также узел крепления для крепления к стене, при этом полости, образованные ячеистой структурой, по меньшей мере, частично заполнены вспученным графитом.

Изобретение относится к области машиностроения, теплотехники, холодильной промышленности и компрессоростроения и может быть использовано в производстве бытовых, промышленных холодильников, конденсаторов, теплообменников и компрессоров.

Теплообменное устройство содержит элементы в виде спирально навитых труб с чередующимися прямыми и кольцеобразными участками, расположенными напротив друг друга.

Изобретение относится к реактору со стационарным слоем катализатора, состоящему из многосекционного корпуса, крышки и днища, штуцеров для подачи и вывода продуктов реакции, каждая секция которого состоит из реакционной зоны - цилиндрического корпуса с устройством для удержания мелкозернистого катализатора, и теплообменной зоны - кожухотрубного теплообменника, в трубки которого подается реакционная смесь, а в межтрубное пространство - теплоноситель.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в трубных опорах теплообменников, используемых для обмена сред тепловой энергией без их смешивания.

Изобретение относится к теплотехнике и может использоваться в жидкостных теплообменниках. В жидкостно-жидкостном теплообменнике, соединяющем секции труб, закрепленных в герметичном корпусе и подключенных к раздельным коллекторам по контурам охлаждающих теплоносителей, в контуре змеевикообразного теплоносителя каждая секция труб выполнена в виде спиралеобразного конусного змеевика сходящегося и расходящегося типа, установленных попарно большими основаниями, обращенными друг к другу, и попарно меньшими основаниями, обращенными друг к другу, причем секции разделены поперечными перегородками в местах больших оснований змеевиков отверстиями кольцеобразных прорезей, в местах меньших оснований - центральными отверстиями в контуре охлаждающего теплоносителя.

Группа изобретений относится к холодильной технике. Испаритель для холодильного аппарата включает в себя трубу (11) для хладагента, по меньшей мере, одну несущую пластину (7), на которой закреплена труба (11), и расположенную между трубой (11) и несущей пластиной (7) теплораспределительную пластину (12), имеющую выступы (18), которыми зажимается труба (11).

Группа изобретений относится к холодильному аппарату и к испарителю, используемому в таком холодильном аппарате. Испаритель для холодильного аппарата содержит трубу, по которой проходит хладагент.

Группа изобретений относится к химической, нефтяной, газовой и другим отраслям промышленности и предназначена для охлаждения влажного природного газа. В частности, изобретения могут использоваться в аппаратах воздушного охлаждения (далее - ABO), при эксплуатации которых в условиях холодного климата северных регионов могут образовываться гидраты газа.

Изобретение предназначено для применения в теплотехнике и может быть использовано в теплообменных аппаратах с оребренными трубами. В теплообменном аппарате оребренная теплообменная труба диаметром d выполнена серпантинообразной с внешним диаметром оребрения D и толщиной ребер L1, расположенных на расстоянии L2 друг от друга, при этом амплитуда серпантина A по внешнему диаметру оребрения составляет не менее A = D × ( 2 + 1 L 1 + L 2 L 1 − 1 ) период волны серпантина P не менее P = 2 D × ( 1 + 1 L 1 + L 2 L 1 − 1 ) Технический результат: интенсификация теплообмена за счет турбулизации потока, проходящего внутри оребренных серпантинообразных труб, и увеличение площади теплообмена аппарата.
Наверх