(57)【要約】      （修正有）【課題】二酸化炭素を処理するための熱交換アセンブリを提供する。【解決手段】本熱交換アセンブリ１２は、注入部、排出部、および注入部と排出部との間に広がる空胴を画定する内側表面を含むハウジング６８を含む。ハウジング６８は、注入部を介して固体二酸化炭素を受け取るように構成される。少なくとも１つの熱交換チューブ７０が、ハウジング６８を通って延び、固体二酸化炭素の少なくとも一部を液体二酸化炭素へと変換させることを促進させるために、固体二酸化炭素と接触するような向きに配置される。熱交換器アセンブリ１２は、固体二酸化炭素から冷凍価を回収し、回収した冷凍価の少なくとも一部を煙道ガスへ移すように構成される。【選択図】図１
2013096695.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化炭素（ＣＯ2）を処理するための熱交換アセンブリ（１２）であって、
注入部（７２）、排出部（７４）、および前記注入部と前記排出部との間に広がる空胴（７８）を画定する内側表面（７６）を備えたハウジング（６８）であって、前記注入部を介して固体ＣＯ2を受け取るように構成される、ハウジング（６８）と、
前記ハウジングを通って延びる少なくとも１つの熱交換チューブ（７０）であって、固体ＣＯ2の少なくとも一部を液体ＣＯ2へと変換させることを促進させるために、前記熱交換チューブを介して送られる熱交換流体へ固体ＣＯ2から熱が伝達することを容易にするために固体ＣＯ2と接触するような向きに配置され、前記熱交換器アセンブリが前記固体ＣＯ2から冷凍価を回収し、前記回収した冷凍価の少なくとも一部を煙道ガスへ移すように構成される、少なくとも１つの熱交換チューブ（７０）とを備えた、熱交換器アセンブリ（１２）。
【請求項２】
前記ハウジング（６８）は、固体ＣＯ2がガス状のＣＯ2に再昇華することを防止するために、所定の範囲内の圧力に前記空胴を維持するように構成される、請求項１記載の熱交換アセンブリ（１２）。
【請求項３】
前記ハウジング内側表面（７６）が、上側部分（８０）と前記上側部分（８０）の下方に広がる下側部分（８２）との間に広がり、前記下側部分がその中に液体ＣＯ2を収容するように構成される、請求項１記載の熱交換アセンブリ（１２）。
【請求項４】
前記少なくとも１つのチューブ（７０）が、外側表面（９０）および前記チューブ外側表面から外へ向かって延びる複数のフィン（９２）を含み、前記複数のフィンの各フィン（９２）が、前記上側部分（８０）の内部で固体ＣＯ2を支持するような向きに配置される、請求項３記載の熱交換アセンブリ（１２）。
【請求項５】
前記複数のフィンの各フィン（９２）が、液体ＣＯ2の中に少なくとも部分的に浸される、請求項４記載の熱交換アセンブリ（１２）。
【請求項６】
隣接するフィン（９２）は、複数の開口部（１１２）が隣接するフィンの間で画定されるように向きを決められ、各開口部が、液体ＣＯ2を前記上側部分（８０）から前記下側部分（８２）へ送る大きさに決められる、請求項４記載の熱交換アセンブリ（１２）。
【請求項７】
前記注入部を介して前記ハウジング空胴（７８）中へと固体ＣＯ2を送るために前記ハウジング注入部（７２）に連結されたロックホッパアセンブリ（６２）をさらに備えた、請求項１記載の熱交換アセンブリ（１２）。
【請求項８】
前記ロックホッパアセンブリ（６２）は、固体ＣＯ2が前記ハウジング空胴（７８）中へと重力で供給されることを可能にするように構成される、請求項７記載の熱交換アセンブリ（１２）。
【請求項９】
煙道ガス中の二酸化炭素（ＣＯ2）を処理する際に使用するためのガス処理システム（４２）であって、
煙道ガスの供給源に連結され、前記供給源から煙道ガスの流れを受け取るように構成された冷却システム（４６）であって、固体ＣＯ2を形成するために前記煙道ガスの中のＣＯ2を冷却するように構成される、冷却システム（４６）と、
前記冷却システムから固体ＣＯ2の流れを受け取るために前記冷却システムに連結された熱交換アセンブリ（１２）であって、前記固体ＣＯ2から冷凍価を回収し、前記煙道ガスへ前記回収した冷凍価の少なくとも一部を移すように構成される、熱交換器アセンブリ（１２）とを備え、前記熱交換アセンブリが、
注入部（７２）、排出部（７４）、および前記注入部と前記排出部との間に広がる空胴（７８）を画定する内側表面（７６）を備えたハウジング（６８）であって、前記注入部を介して固体ＣＯ2を受け取るように構成される、ハウジングと（６８）、
前記ハウジングを通って延びる少なくとも１つの熱交換チューブ（７０）であって、固体ＣＯ2の少なくとも一部を液体ＣＯ2へと変換させることを促進させるために、前記熱交換チューブを介して送られる熱交換流体へ固体ＣＯ2から熱が伝達することを容易にするために固体ＣＯ2と接触するような向きに配置される、少なくとも１つの熱交換チューブ（７０）とを備えた、ガス処理システム（４２）。
【請求項１０】
前記ハウジング（６８）は、固体ＣＯ2がガス状のＣＯ2に再昇華することを防止するために、所定の範囲内の圧力に前記空胴を維持するように構成される、請求項９記載のガス処理システム（４２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書において説明する主題は、全体としてガス処理システムに関係し、特に、二酸化炭素（ＣＯ2）を処理する際に使用するためのガス処理システムに関係する。
【背景技術】
【０００２】
少なくとも一部の既知の発電システムは、蒸気タービン発電機中で使用される水蒸気を発生させるために、燃焼器および／またはボイラを含む。燃焼器またはボイラの内部での典型的な燃焼プロセス中に、例えば、燃焼ガスまたは煙道ガスの流れが生成される。既知の燃焼ガスは、炭素、フライアッシュ、二酸化炭素、一酸化炭素、水、水素、窒素、硫黄、塩素、ヒ素、セレン、および／または水銀を含むが、これらに限定されない燃焼生成物を含有する。
【０００３】
少なくとも一部の既知の発電システムは、煙道ガスの中の燃焼生成物の量を減少させる際に使用するためのガス処理システムを含む。既知のガス処理システムは、煙道ガスからＣＯ2を分離するための低温冷却システムを含む。動作中には、低温冷却システムは、煙道ガス流を冷却して、煙道ガス流の中に浮遊するガス状のＣＯ2から固体ＣＯ2を形成する。それに加えて、少なくとも一部の既知のガス処理システムは、ＣＯ2を隔離し堆積させるためのＣＯ2隔離システムへ低温冷却システムから固体ＣＯ2を搬送する際に使用するための低温固体ポンプを含む。動作中には、低温冷却システムは、煙道ガス流へと冷凍価（ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ  ｖａｌｕｅ）を移して、固体ＣＯ2を形成する。低温固体ポンプが冷却システムから固体ＣＯ2を搬送するので、冷凍価のうちの少なくとも一部が、固体ポンプの動作から発生する熱のために失われることがある。固体ポンプを介した冷凍価の損失は、煙道ガス流を冷却するために必要なエネルギーの量を増加させることによってガス処理システムの動作コストを増加させる。
【発明の概要】
【０００４】
一態様では、二酸化炭素（ＣＯ2）を処理するための熱交換アセンブリを提供する。本熱交換アセンブリは、注入部、排出部、および注入部と排出部との間に広がる空胴を画定する内側表面７６を含むハウジングを含む。ハウジングは、注入部を介して固体ＣＯ2を受け取るように構成される。少なくとも１つの熱交換チューブが、ハウジングを通って延びる。熱交換チューブが、固体ＣＯ2の少なくとも一部を液体ＣＯ2へと変換させることを促進させるために、熱交換チューブを介して送られる熱交換器流体へ固体ＣＯ2から熱を伝達することを容易にするために固体ＣＯ2と接触するような向きに配置される。熱交換アセンブリは、固体ＣＯ2から冷凍価を回収し、回収した冷凍価の少なくとも一部を煙道ガスへ移すように構成される。
【０００５】
別の一態様では、煙道ガス中の二酸化炭素（ＣＯ2）を処理する際に使用するためのガス処理システムを提供する。本ガス処理システムは、煙道ガスの供給源に連結され、供給源から煙道ガスの流れを受け取るように構成された冷却システムを含む。冷却システムは、固体ＣＯ2を形成するために煙道ガスの中に浮遊するガス状のＣＯ2を冷却するように構成される。熱交換アセンブリが、冷却システムから固体ＣＯ2の流れを受け取るために冷却システムに連結される。熱交換アセンブリは、固体ＣＯ2から冷凍価を回収し、煙道ガスへ回収した冷凍価の少なくとも一部を移すように構成される。熱交換器アセンブリは、注入部、排出部、および注入部と排出部との間に広がる空胴を画定する内側表面を含むハウジングを含む。ハウジングは、注入部を介して固体ＣＯ2を受け取るように構成される。少なくとも１つの熱交換チューブが、ハウジングを通って延びる。熱交換チューブは、固体ＣＯ2の少なくとも一部を液体ＣＯ2へと変換させることを促進させるために、熱交換チューブを介して送られる熱交換器流体へ固体ＣＯ2から熱が伝達することを容易にするために固体ＣＯ2と接触するような向きに配置される。
【０００６】
さらに別の一態様では、二酸化炭素（ＣＯ2）を処理する方法を提供する。本方法は、固体ＣＯ2を形成するために煙道ガスを冷却する冷却システムへＣＯ2を含有する煙道ガスを送るステップと、熱交換器アセンブリへ固体ＣＯ2を送るステップとを含む。熱交換器アセンブリは、その中に固体ＣＯ2を受け取るように構成されたハウジングと、ハウジングを通って延びる少なくとも１つの熱交換チューブとを含む。ハウジングの内部の圧力は、固体ＣＯ2が再昇華することを防止するためにハウジング圧力を所定の範囲内の圧力に維持するように調節される。熱交換流体の流れが、固体ＣＯ2の少なくとも一部を液体ＣＯ2へと変換させるため、およびＣＯ2から冷凍価を回収するために、固体ＣＯ2から熱交換流体へ熱が伝達することを容易にするために少なくとも１つの熱交換チューブを介して送られる。回収した冷凍価の少なくとも一部が、煙道ガスを冷却することを容易にするために煙道ガスへ移される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】例示的な発電システムの概略図である。
【図２】図１に示した発電システムと共に使用することができる例示的な熱交換器アセンブリの概略図である。
【図３】図２に示した熱交換器アセンブリの代替実施形態の概略図である。
【図４】図２に示した熱交換器アセンブリの代替実施形態の概略図である。
【図５】図１に示した発電システムの代替実施形態の図である。
【図６】図１に示した発電システムの別の一実施形態の図である。
【図７】図１に示した発電システムの動作中に発生する二酸化炭素を処理するために使用することができる例示的な方法の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本明細書において説明する例示的なシステムおよび方法は、熱交換流体から固体ＣＯ2へ熱を伝達させて、固体ＣＯ2から冷凍価を回収することを容易にするように構成されている熱交換器アセンブリを含むガス処理システムを提供することによって、既知のガス処理システムの少なくとも一部の欠点を克服する。その上、熱交換アセンブリは、ＣＯ2を固相−液相平衡に維持し、熱交換アセンブリが固体ＣＯ2へ熱を伝達させることを可能にして、煙道ガスを事前冷却する際に使用するための液体ＣＯ2を形成することを容易にするように構成される。固体ＣＯ2から冷凍価を回収するように構成された熱交換アセンブリを含むガス処理システムを提供することによって、煙道ガスの中に浮遊するＣＯ2を処理するコストを、既知のガス処理システムと比較して削減する。
【０００９】
図１は、例示的な発電システム１０の概略図である。図２は、発電システム１０の一部として使用することができる例示的な熱交換アセンブリ１２の概略図である。例示的な実施形態では、発電システム１０は、燃焼器アセンブリ１４、燃焼器アセンブリ１４の下流の水蒸気発生アセンブリ１６、および水蒸気発生アセンブリ１６に連結された蒸気タービンエンジン２０を含む。燃焼器アセンブリ１４は、少なくとも１つの燃焼器２２、燃料供給システム２４、および空気供給システム２６を含む。燃料供給システム２４を、燃焼器２２への、例えば石炭などの燃料の流れを送るために燃焼器２２に連結する。あるいは、燃料供給システム２４は、石油、天然ガス、バイオマス、廃棄物、ならびに／または発電システム１０が本明細書において説明するように機能することを可能にする任意の他の化石燃料および／もしくは再生可能燃料を含むがこれらの限定されない任意の他の適した燃料を送ることができる。それに加えて、空気供給システム２６を、燃焼器２２へ空気の流れを送るために燃焼器２２に連結する。燃焼器２２は、それぞれ、燃料供給システム２４および空気供給システム２６から所定の量の燃料および空気を受け取り、燃焼を発生させるために燃料／空気混合物または煙道ガスを発火させるように構成される。その上、燃焼器２２は、煙道ガス２８の流れを水蒸気発生アセンブリ１６へ送って、発電負荷を発生する際に使用するために蒸気タービンエンジン２０へ送られる水蒸気を発生する。
【００１０】
例示的な実施形態では、水蒸気発生アセンブリ１６は、ボイラ給水アセンブリ３２と流れ伝通で連結される少なくとも１つの熱回収水蒸気発生器（ＨＲＳＧ）３０を含む。ＨＲＳＧ３０は、ボイラ給水アセンブリ３２からボイラ給水３３の流れを受け取り、水蒸気を発生させるためにボイラ給水３３を加熱することに役立つ。ＨＲＳＧ３０は、燃焼器アセンブリ１４から煙道ガス２８をやはり受け取って、水蒸気を発生させるためにボイラ給水３３をさらに加熱する。ＨＲＳＧ３０は、水蒸気を発生させるために煙道ガス２８からボイラ給水３３へ熱が伝達することを容易にして、蒸気タービンエンジン２０へ水蒸気３４を送るように構成される。蒸気タービンエンジン２０は、駆動シャフト４０を用いて発電機３８に回転可能に連結される１つまたは複数の蒸気タービン３６を含む。ＨＲＳＧ３０は、蒸気タービン３６へ向けて水蒸気３４を放出し、蒸気タービンでは水蒸気中の熱エネルギーが機械的な回転エネルギーに変換される。水蒸気３４は、蒸気タービン３６および駆動シャフト４０に回転エネルギーを与え、これは引き続いて発電機３８を駆動して、発電負荷を発生することに役立つ。
【００１１】
例示的な実施形態では、発電システム１０は、燃焼器アセンブリ１４および水蒸気発生アセンブリ１６から下流にあるガス処理システム４２を含む。ガス処理システム４２は、燃焼器アセンブリ１４および／または水蒸気発生アセンブリ１６から排出される煙道ガス２８を受け取り、煙道ガスから炭素、フライアッシュ、二酸化炭素、一酸化炭素、水、水素、窒素、硫黄、塩素、ヒ素、セレン、および／または水銀を含むがこれらに限定されない燃焼生成物を除去すること容易にするように構成される。
【００１２】
例示的な実施形態では、ガス処理システム４２は、煙道ガス事前冷却システム４４、煙道ガス事前冷却システム４４の下流の低温冷却システム４６、冷却システム４６の下流のＣＯ2分離器４８、冷却システム４６の下流の熱交換アセンブリ１２、および熱交換アセンブリ１２の下流のＣＯ2利用システム５２を含む。ガス状のＣＯ2および窒素（Ｎ2）を含む煙道ガス２８は、燃焼器アセンブリ１４および／または水蒸気発生アセンブリ１６から煙道ガス事前冷却システム４４へ送られる。煙道ガス事前冷却システム４４は、煙道ガス事前冷却システム４４を介して送られる熱交換流体５４への煙道ガス２８からの熱伝達を促進させて、煙道ガス２８の温度を低下させることを容易にする。事前冷却システム４４は、冷却した煙道ガス２８を冷却システム４６へ送る。
【００１３】
冷却システム４６は、煙道ガス２８を処理し、煙道ガス２８の中のガス状のＣＯ2を冷却して、固体ＣＯ2を形成するように構成される。冷却システム４６は、ＣＯ2分離器４８へ冷却した煙道ガス２８および固体ＣＯ2を送り、煙道ガス２８から固体ＣＯ2およびＮ2を分離することに役立つ。ＣＯ2分離器４８は、固体ＣＯ2５６を熱交換アセンブリ１２へ送って、熱交換流体５４から固体ＣＯ2５６へ熱が伝達することを容易にする。その上、熱交換アセンブリ１２は、熱交換アセンブリ１２を介して送られる熱交換流体５４へ固体ＣＯ2５６から熱が伝達することを容易にして、固体ＣＯ2５６が液体ＣＯ2５８へ変換することを促進させるように構成される。その上、熱交換アセンブリ１２は、固体ＣＯ2５６から冷凍価を回収し、回収した冷凍価の少なくとも一部を煙道ガス２８へ移して、煙道ガス２８を冷却することを容易にするように構成される。それに加えて、熱交換アセンブリ１２は、含有量の多いＣＯ2を利用するためにＣＯ2利用システム５２へ液体ＣＯ2５８を送るように構成される。一実施形態では、ＣＯ2利用システム５２は、含有量の多いＣＯ2を隔離するための隔離システムを含む。あるいは、利用システム５２は、任意の目的のためにＣＯ2を使用するように構成された任意のシステムを含むことができる。例示的な実施形態では、熱交換アセンブリ１２は、熱交換アセンブリ１２の内部のＣＯ2が固相−液相平衡になるように熱交換アセンブリ１２の内部の温度および圧力を調節するようにやはり構成される。
【００１４】
熱交換アセンブリ１２は、熱交換器６０およびロックホッパアセンブリ６２を含む。固体ＣＯ2５６をＣＯ2分離器４８から熱交換器６０へ送るために、ロックホッパアセンブリ６２を熱交換器６０とＣＯ2分離器４８との間に連結する。ロックホッパアセンブリ６２は、ＣＯ2分離器４８から固体ＣＯ2５６を受け取るように構成されている槽６４、および槽６４と熱交換器６０との間に連結され、固体ＣＯ2５６が槽６４から熱交換器６０へ選択的に送られることを可能にする弁アセンブリ６６を含む。ロックホッパアセンブリ６２は、槽６４の内部の圧力が、固体ＣＯ2５６が固相のままであるような圧力の範囲内になるように、槽６４の内部の圧力を調節するように構成される。それに加えて、ロックホッパアセンブリ６２は、固体ＣＯ2５６が槽６４から熱交換器６０中へと重力で供給されることを可能にするように構成される。例示的な実施形態では、ロックホッパアセンブリ６２は、内部圧力を約７ａｔｍに等しく維持するように構成される。
【００１５】
熱交換器６０は、ハウジング６８およびハウジング６８を通って延びる少なくとも１つの熱交換チューブ７０を含む。ハウジング６８は、注入部７２、排出部７４、および注入部７２と排出部７４との間に広がる空胴７８を画定する内側表面７６を含む。ハウジング６８は、所定の範囲内の圧力に空胴７８の内部の圧力を維持して、固体ＣＯ2５６が空胴７８の内部でガス状のＣＯ2へと再昇華することを防止することに役立つように構成される。例示的な実施形態では、ハウジング６８は、約７ａｔｍの内部圧力を維持するように構成される。一実施形態では、ハウジング６８は、約１ａｔｍと約１０ａｔｍとの間に内部圧力を維持するように構成される。その上、ロックホッパアセンブリ６２は、弁アセンブリ６６を介してハウジング空胴７８へ加圧した流体の流れを送り、所定の圧力までハウジング６８を加圧する。例示的な実施形態では、内側表面７６は、上側部分８０および上側部分８０の下方に広がる下側部分８２を含む。注入部７２は、上側部分８０を通って延び、ロックホッパアセンブリ６２から固体ＣＯ2５６を受け取るためにロックホッパアセンブリ６２に連結される。それに加えて、ハウジング下側部分８２は、液体ＣＯ2５８をその中に含むように大きさおよび形状を決められる。排出部７４は、下側部分８２を通って延び、ＣＯ2利用システム５２へ連結される。より具体的には、熱交換アセンブリ１２は、液体ＣＯ2５８を下側部分８２からＣＯ2利用システム５２へ送るために、熱交換器６０とＣＯ2利用システム５２との間に連結されている液体ＣＯ2ポンプ８４を含む。
【００１６】
例示的な実施形態では、熱交換チューブ７０は、ハウジング空胴７８を通って延び、ハウジング空胴７８を介して熱交換流体５４の流れを送るように構成される。熱交換チューブ７０は、第１の末端８６と第２の末端８８との間の中心線軸８５に沿って延びる。熱交換チューブ７０は、空胴７８の内部で、熱交換チューブ７０の外側表面９０が固体ＣＯ2５６と接触して、熱交換流体５４から固体ＣＯ2５６へ熱が伝達することを容易にして、固体ＣＯ2５６の温度を高くし且つ固体ＣＯ2５６の少なくとも一部を液体ＣＯ2５８へ変換させることを促進させるような向きに配置される。
【００１７】
熱交換アセンブリ１２は、チューブ外側表面９０から外へ向かって延びる複数のフィン９２をやはり含む。各フィン９２は、固体ＣＯ2５６と接触して、熱交換流体５４から固体ＣＯ2５６へ熱が伝達することを容易にし、固体ＣＯ2５６から液体ＣＯ2５８が形成されることを容易にし、固体ＣＯ2５６から冷凍価を回収するために熱交換流体５４を冷却するように構成される外側表面９４を含む。各フィン９２は、空胴７８の内部で、固体ＣＯ2５６がハウジング上側部分８０の内部で熱交換チューブ７０によって少なくとも部分的に支持されるような向きに配置される。その上、各フィン９２は、液体ＣＯ2５８が下側部分８２の内部に形成されたプール９６の中に集められるように、上側部分８０から下側部分８２へと空胴７８の内部で形成された液体ＣＯ2５８を流すような向きに配置される。例示的な実施形態では、各フィン９２は、中心線軸８５に実質的に垂直な向きに配置される。それに加えて、各フィン９２は、液体ＣＯ2５８の中に少なくとも部分的に浸されて、液体ＣＯ2５８から熱交換流体５４へと熱が伝達することを容易にする。一実施形態では、熱交換チューブ７０は、１つまたは複数のフィン９２に各々連結されている複数のパイプ９８を含む。各パイプ９８は、空胴７８の内部で向きを決められ、第１の末端８６と第２の末端８８との間に延びる。１つまたは複数のパイプ９８は、液体ＣＯ2５８の中に少なくとも部分的に浸されて、液体ＣＯ2５８から熱交換流体５４へと熱が伝達することを容易にする。
【００１８】
システム１０の動作中には、燃焼器２２は、燃料供給システム２４から所定の量の燃料を受け取り、且つ空気供給システム２６から所定の量の空気を受け取る。燃焼器２２は、燃料を空気の流れの中へと注入し、燃料−空気混合物を発火させて燃焼を介して燃料−空気混合物を膨張させ、高温煙道ガスを発生する。燃焼器２２は、ＨＲＳＧ３０へ煙道ガス２８を送り、煙道ガス２８から水蒸気が発生することを容易にする。それに加えて、ボイラ給水アセンブリ３２は、ボイラ給水３３の流れをＨＲＳＧ３０へ送る。ＨＲＳＧ３０は、煙道ガス２８からボイラ給水３３へ熱を伝達させ、水蒸気３４を発生させるためにボイラ給水３３を加熱することを容易にする。ＨＲＳＧ３０は、蒸気タービン３６へ向けて水蒸気３４を放出し、蒸気タービン３６では、水蒸気中の熱エネルギーが機械的な回転エネルギーに変換される。ＨＲＳＧ３０および／または燃焼器２２は、ガス処理システム４２へ向けて煙道ガス２８を放出して、煙道ガス２８の中に浮遊する二酸化炭素ＣＯ2を処理することを容易にする。
【００１９】
例示的な実施形態では、ＨＲＳＧ３０および／または燃焼器２２は、煙道ガスを事前冷却システム４４へ送る。事前冷却システム４４は、煙道ガス２８から熱交換流体５４へ熱を伝達させて、煙道ガス２８の温度を低下させる。事前冷却システム４４は、煙道ガス２８を冷却システム４６へ向けて放出して、煙道ガス２８の中に浮遊するガス状のＣＯ2から固体ＣＯ2を発生させることを容易にする。それに加えて、事前冷却システム４４は、熱交換流体５４を熱交換アセンブリ１２に向けて送る。冷却システム４６は、煙道ガス２８を冷却して固体ＣＯ2を発生させ、煙道ガス２８から固体ＣＯ2およびＮ2を分離することを容易にするためにＣＯ2分離器４８へ冷却した煙道ガス２８および固体ＣＯ2５６を送る。ＣＯ2分離器４８は、固体ＣＯ2をロックホッパアセンブリ６２に向けて放出する。それに加えて、ＣＯ2分離器４８は、ＣＯ2およびＮ2の混合物を含むＣＯ2の少ないガス１００の流れを冷却システム４６および／またはロックホッパアセンブリ６２へ送る。一実施形態では、ＣＯ2分離器４８から放出されたＣＯ2の少ないガス１００を、第１の分流１０２および第２の分流１０４へと分割する。第１の分流１０２は、大気へと放出される。第２の分流１０４は、圧縮機１０６内で圧縮され、所定の圧力でロックホッパアセンブリ６２へ送られ、ロックホッパアセンブリ６２の内部の圧力を調節することに役立つ。
【００２０】
ロックホッパアセンブリ６２は、固体ＣＯ2５６を熱交換器６０へ向けて送り、固体ＣＯ2５６から熱交換器６０を介して送られる熱交換流体５４へ熱を伝達させる。固体ＣＯ2５６を、熱交換器６０へ重力で供給し、熱交換流体５４から固体ＣＯ2５６へ熱を伝達させて、固体ＣＯ2５６の少なくとも一部を液体ＣＯ2５８に変換し、熱交換流体５４を冷却して固体ＣＯ2５６から冷凍価を回収する。熱交換器６０は、液体ＣＯ2５８をＣＯ2利用システム５２へ放出する。それに加えて、熱交換器６０は、煙道ガス２８を冷却する際に使用するために、熱交換流体５４を事前冷却システム４４に向けて送る。
【００２１】
例示的な実施形態では、ロックホッパアセンブリ６２および熱交換器６０は、約７ａｔｍに等しい内圧を各々有し、空胴７８の内部で固体ＣＯ2５６がガス状のＣＯ2へと再昇華することを防止することに役立ち、固相−液相平衡にＣＯ2を維持する。ロックホッパアセンブリ６２は、約−１０２℃に等しい温度を有する固体ＣＯ2５６を熱交換器６０に向けて送る。熱交換流体５４は、約−５１℃に等しい温度を有する熱交換器６０中へと送られる。固体ＣＯ2５６が熱交換チューブ７０と接触するので、固体ＣＯ2５６の少なくとも一部が、液体ＣＯ2５８へと変換される。熱交換器６０から放出された液体ＣＯ2５８は、約−５１℃に等しい流体温度を有する。熱交換器６０から放出された熱交換流体５４は、約−８０℃に等しい流体温度を有する。
【００２２】
図３〜図４は、熱交換アセンブリ１２の代替実施形態の概略図である。図３〜図４に示した同一の構成要素を、図２において使用した同じ参照番号を用いて表示する。一代替実施形態では、熱交換チューブ７０は、第１のセクション１０８と第２のセクション１１０との間に延びる。第１のセクション１０８は、下側部分８２の内部で、第１のセクション１０８が液体ＣＯ2５８の中に少なくとも部分的に浸るような向きに配置される。第２のセクション１１０は、上側部分８０の内部で向きを決められ、固体ＣＯ2５６を支持するように構成され、その結果、固体ＣＯ2５６が液体ＣＯ2プール９６の上方で向きを決められる。フィン９２が、熱交換チューブ７０に連結され、中心線軸８５に対して斜めの向きに配置されて、上側部分８０から下側部分８２へ液体ＣＯ2５８を送ることを容易にする。１つまたは複数のフィン９２を、チューブの第１のセクション１０８に連結し、液体ＣＯ2５８の中に少なくとも部分的に浸す。
【００２３】
図４を参照すると、別の一実施形態では、各フィン９２を上側部分８０の内部で向きを決めるように、各フィン９２を熱交換チューブ７０の第２のセクション１１０に連結する。複数の開口部１１２を隣接するフィン９２の間で画定するように、各フィン９２を隣接するフィン９２に対して向きを決める。各開口部１１２は、上側部分８０から下側部分８２へ液体ＣＯ2５８を送るように大きさおよび形状を決められる。
【００２４】
図５は、発電システム１０の別の一実施形態である。図５に示した同一の構成要素を、図１において使用した同じ参照番号を用いて表示する。一代替実施形態では、熱交換器６０は、煙道ガス２８を事前冷却する際に使用するために冷たい液体ＣＯ2５８を煙道ガス事前冷却システム４４へ送る。より詳しくは、液体ＣＯ2ポンプ８４は、液体ＣＯ2５８を熱交換器６０から煙道ガス事前冷却システム４４へ送る。それに加えて、煙道ガス事前冷却システム４４は、液体ＣＯ2５８をＣＯ2利用システム５２へ送る。一実施形態では、液体ＣＯ2ポンプ８４は、煙道ガス事前冷却システム４４を介してＣＯ2利用システム５２へ液体ＣＯ2５８を送るように構成される。
【００２５】
図６は、発電システム１０の一代替実施形態である。図６に示した同一の構成要素を、図１において使用した同じ参照番号を用いて表示する。一代替実施形態では、発電システム１０は、上部循環またはガスタービンエンジンアセンブリ１１４および底部循環または蒸気タービンエンジン２０を含む。ガスタービンエンジンアセンブリ１１４は、圧縮機１１６、圧縮機１１６の下流の燃焼器１１８、および燃焼器１１８の下流で且つ燃焼器１１８から放出されるガスによって動力を与えられるタービン１２０を含む。タービン１２０は、発電機１２２を駆動する。それに加えて、タービン１２０は、煙道ガス２８から水蒸気を発生させるために、煙道ガス２８をＨＲＳＧ３０へ放出する。
【００２６】
例示的な実施形態では、熱交換器６０は、事前冷却システム４４からの煙道ガス２８の流れを受け取るために事前冷却システム４４の下流に連結される。動作中には、ＨＲＳＧ３０および／またはタービン１２０は、煙道ガス２８を事前冷却システム４４へ放出して、煙道ガス２８から液体ＣＯ2５８へ熱を伝達させる。事前冷却システム４４は、煙道ガス２８を熱交換器６０へ送り、煙道ガス２８から固体ＣＯ2５６へ熱を伝達させて固体ＣＯ2５６から液体ＣＯ2５８を形成して煙道ガス２８を冷却することを容易にし、且つ固体ＣＯ2５６から冷凍価を回収する。熱交換器６０は、冷却した煙道ガス２８を冷却システム４６へ送り、煙道ガス２８を冷却して煙道ガス２８の中に浮遊するガス状のＣＯ2から固体ＣＯ2を形成する。冷却システム４６は、固体ＣＯ2および煙道ガス２８をＣＯ2分離器４８へ送って、煙道ガス２８から固体ＣＯ2を分離し、固体ＣＯ2をロックホッパアセンブリ６２へ放出する。ロックホッパアセンブリ６２は、固体ＣＯ2５６を熱交換器６０へ放出し、熱交換器６０を介して送られる煙道ガス２８へ固体ＣＯ2５６から熱を伝達させ、且つ固体ＣＯ2５６から液体ＣＯ2５８を形成する。熱交換器６０は、液体ＣＯ2５８を事前冷却システム４４へ送って、煙道ガス２８から液体ＣＯ2５８へ熱が伝達することを容易にする。それに加えて、事前冷却システム４４は、液体ＣＯ2５８をＣＯ2利用システム５２へ送る。
【００２７】
図７は、発電システム１０の動作中に発生するＣＯ2を処理するために使用することができる例示的な方法２００の流れ図である。例示的な実施形態では、方法２００は、固体ＣＯ2をロックホッパアセンブリ６２から熱交換アセンブリ１２へ送るステップ２０２、および固体ＣＯ2から液体ＣＯ2を形成し且つ固体ＣＯ2および液体ＣＯ2から冷凍価を回収するために、固体ＣＯ2から熱交換流体５４へ熱が伝達することを容易にさせるように熱交換チューブ７０を介して熱交換流体５４の流れを送るステップ２０４を含む。方法２００は、固体ＣＯ2がガス状のＣＯ2へと再昇華することを防止するために所定の範囲内の圧力にハウジング圧力を維持するようにハウジング６８の内部の圧力を調節するステップ２０６をやはり含む。熱交換流体５４は、煙道ガス２８を事前冷却するために、熱交換アセンブリ１２から事前冷却システム４４へ送られる２０８。液体ＣＯ2は、含有量の多いＣＯ2を利用することを促進させるために、熱交換アセンブリ１２からＣＯ2利用システム５２へ送られる２１０。
【００２８】
上に説明したシステムおよび方法は、固体ＣＯ2から冷凍価を回収することを容易にするために、熱交換流体から固体ＣＯ2へ熱を伝達させるように構成された熱交換アセンブリを含むガス処理システムを提供することによって、既知のガス処理システムの少なくとも一部の欠点を克服する。それに加えて、ガス処理システムは、煙道ガスを事前冷却する際に使用するため液体ＣＯ2を形成することを容易にし、熱交換器アセンブリが固体ＣＯ2から熱交換流体へ熱を伝達させることを可能にするために、ＣＯ2を固相−液相平衡に維持するように構成されている熱交換器アセンブリを含む。固体ＣＯ2から冷凍価を回収する熱交換器アセンブリを含むガス処理システムを提供することによって、煙道ガスの中に浮遊するＣＯ2を処理するコストが、既知のガス処理システムに比べて削減される。
【００２９】
二酸化炭素を処理するためのシステムおよび方法の例示的な実施形態を、詳細に上に説明している。本システムおよび方法は、本明細書において説明した具体的な実施形態に限定されずに、むしろシステムの構成要素および／または方法のステップを、本明細書において説明した他の構成要素および／またはステップから独立しておよび個別に利用することができる。例えば、本システムおよび方法を、また、別のガス処理システムおよび方法と組み合わせて使用することができ、本明細書において説明したようなガス処理システムだけを用いて実行するように限定されない。むしろ、例示的な実施形態を、多くの他のガス処理システム応用例と協働して実装し利用することができる。
【００３０】
本発明の様々な実施形態の具体的な特徴を、いくつかの図面において示し、他の図面では示さないことがあるが、これは、利便性のためだけである。本発明の原理にしたがえば、ある図面の任意の特徴を、いずれかの他の図面の任意の特徴と組み合わせて参照するおよび／または権利を主張することができる。
【００３１】
この明細書は、最良の形態を含む本発明を開示するため、および任意の装置またはシステムを作成することおよび使用すること、ならびに任意の組み込んだ方法を実行することを含む本発明を当業者が実施することをやはり可能にするために例を使用している。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者なら思い付く別の例を含むことができる。そのような別の例が、特許請求の範囲の文面と異ならない構造的要素を有する場合、またはそのような別の例が、特許請求の範囲の文面との実質的でない差異を有する等価な構造的要素を含む場合には、そのような別の例は、特許請求の範囲の範囲内に収まることを意図されている。
【符号の説明】
【００３２】
１０  発電システム
１２  熱交換アセンブリ
１４  燃焼器アセンブリ
１６  水蒸気発生アセンブリ
２０  蒸気タービンエンジン
２２  燃焼器
２４  燃料供給システム
２６  空気供給システム
２８  煙道ガス
３０  ＨＲＳＧ
３２  ボイラ給水アセンブリ
３３  ボイラ給水
３４  水蒸気
３６  蒸気タービン
３８  発電機
４０  駆動シャフト
４２  ガス処理システム
４４  事前冷却システム
４６  低温冷却システム
４８  ＣＯ2分離器
５２  ＣＯ2隔離システム
５４  熱交換流体
５６  固体ＣＯ2
５８  液体ＣＯ2
６０  熱交換器
６２  ロックホッパアセンブリ
６４  槽
６６  弁アセンブリ
６８  ハウジング
７０  熱交換パイプライン
７２  注入部
７４  排出部
７６  内側表面
７８  空胴
８０  上側部分
８２  下側部分
８４  液体ＣＯ2ポンプ
８５  中心線軸
８６  第１の末端
８８  第２の末端
９０  外側表面
９２  フィン
９４  外側表面
９６  液体ＣＯ2プール
９８  パイプ
１００  少ないガス
１０２  第１の分流
１０４  第２の分流
１０６  圧縮機
１０８  第１のセクション
１１０  第２のセクション
１１２  開口部
１１４  ガスタービンエンジンアセンブリ
１１６  圧縮機
１１８  燃焼器
１２０  タービン
１２２  発電機
２００  方法
２０２  固体ＣＯ2をロックホッパアセンブリから送るステップ
２０４  熱交換パイプラインを介して熱交換流体の流れを送るステップ
２０６  熱交換器アセンブリの内部の圧力を調節するステップ
２０８  熱交換流体を事前冷却システムへ送るステップ
２１０  液体ＣＯ2をＣＯ2利用システムへ送るステップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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