УСТРОЙСТВО И СПОСОБЫ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА
DEVICE AND METHODS FOR TREATMENT OF CARBON DIOXIDE

Данное изобретение было выполнено при поддержке Правительства по контракту № DE-AR0000101, заключенному с Департаментом Энергии. Правительство обладает определенными правами на данное изобретение.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
2
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 (СО).
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.
2
2
2
2
2
2
2
2
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 СО от топочных газов. В ходе работы система низкотемпературного охлаждения охлаждает поток топочного газа с образованием твердого СО из газообразного СО, 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 СО из системы низкотемпературного охлаждения в систему удаления СО для удаления и размещения СО. В ходе работы система низкотемпературного охлаждения переносит некоторое количество холода к потоку топочного газа с образованием твердого СО. По мере того, как насос для низкотемпературного перекачивания твердых частиц перемещает твердый СО 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
2
2
2
2
2
2
2
В одном аспекте обеспечен теплообменный агрегат для обработки диоксида углерода (СО). 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 СО через впускное отверстие. Через корпус проходит по меньшей мере одна теплообменная труба. Теплообменная труба расположена таким образом, что она контактирует с твердым СО, чтобы способствовать переносу тепла от твердого СО к текучему теплоносителю, который пропускают через теплообменную трубу, чтобы способствовать превращению по меньшей мере части твердого СО в жидкий СО. Теплообменный агрегат выполнен с возможностью извлечения некоторого количества холода из твердого СО и переноса по меньшей мере части извлеченного количества холода к топочному газу.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
В другом аспекте обеспечено устройство для обработки газа для использования при обработке диоксида углерода (СО) 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 СО, входящего в состав топочного газа, с образованием твердого СО. Теплообменный агрегат соединен с системой охлаждения для приема потока твердого СО из системы охлаждения. Теплообменный агрегат выполнен с возможностью извлечения некоторого количества холода из твердого СО 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 СО через впускное отверстие. Через корпус проходит по меньшей мере одна теплообменная труба. Теплообменная труба расположена таким образом, что она контактирует с твердым СО, чтобы способствовать переносу тепла от твердого СО к текучему теплоносителю, который пропускают через теплообменную трубу, чтобы способствовать превращению по меньшей мере части твердого СО в жидкий СО.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
В еще одном аспекте обеспечен способ обработки диоксида углерода (СО). Способ включает пропускание топочного газа, содержащего СО, в систему охлаждения, чтобы охладить топочный газ с образованием твердого СО, и направление твердого СО в теплообменный агрегат. Теплообменный агрегат включает корпус, который выполнен с возможностью приема в него твердого СО, 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 СО. Поток текучего теплоносителя пропускают через по меньшей мере одну теплообменную трубу, чтобы способствовать переносу тепла от твердого СО к текучему теплоносителю и превращению по меньшей мере части твердого СО в жидкий СО, а также чтобы извлечь некоторое количество холода из СО. 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
2
2
2
2
2
2
2
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 СО, чтобы способствовать извлечению некоторого количества холода из твердого СО. Кроме того, теплообменный агрегат выполнен с возможностью поддержания СО в фазовом равновесии твердое вещество - жидкость, чтобы позволить теплообменному агрегату передавать тепло к твердому СО и способствовать образованию жидкого СО 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 СО, стоимость обработки СО, 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.
2
2
2
2
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 СО, 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 СО, расположенную после теплообменного агрегата 12 по ходу технологического потока. Топочные газы 28, включающие газообразные СО и азот (N), 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.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
Система 46 охлаждения выполнена с возможностью обработки топочных газов 28 для охлаждения газообразного СО, входящего в состав топочных газов 28, с образованием твердого СО. Система 46 охлаждения направляет охлажденные топочные газы 28 и твердый СО в сепаратор 48 СО, чтобы способствовать отделению твердого СО и N от топочных газов 28. Сепаратор 48 СО направляет твердый СО 56 в теплообменный агрегат 12, чтобы способствовать переносу тепла от текучего теплоносителя 54 к твердому СО 56. Кроме того, теплообменный агрегат 12 выполнен с возможностью облегчения переноса тепла от твердого СО 56 к текучему теплоносителю 54, который пропускают через теплообменный агрегат 12, чтобы способствовать превращению твердого СО 56 в жидкий СО 58. Кроме того, теплообменный агрегат 12 выполнен с возможностью извлечения некоторого количества холода из твердого СО 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 СО 58 в систему 52 утилизации СО для утилизации обогащенного СО. В одном из воплощений данного изобретения система 52 утилизации СО включает систему удаления для удаления обогащенного СО. В качестве альтернативы, система 52 утилизации может включать любую систему, выполненную с возможностью использования СО 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 СО внутри теплообменного агрегата 12 находился в фазовом равновесии твердое вещество - жидкость.
2
2
2
2
2
2
2
2
Теплообменный агрегат 12 включает теплообменник 60 и блок 62 шлюзового бункера. Блок 62 шлюзового бункера соединяет теплообменник 60 и сепаратор 48 СО, чтобы направлять твердый СО 56 из сепаратора 48 СО в теплообменник 60. Блок 62 шлюзового бункера включает емкость 64, которая выполнена с возможностью приема твердого СО 56 из сепаратора 48 СО, и блок 66 клапана, который соединяет емкость 64 и теплообменник 60, чтобы иметь возможность избирательно направлять твердый СО 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 СО 56 оставался в твердой фазе. Кроме того, блок 62 шлюзового бункера выполнен с возможностью подачи твердого СО 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).
2
2
2
2
2
2
2
2
2
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 СО 56 в газообразный CO 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 CO 56 из блока 62 шлюзового бункера. Кроме того, нижняя часть 82 корпуса имеет такой размер и такую форму, чтобы она содержала в себе жидкий CO 58. Выпускное отверстие 74 проходит через нижнюю часть 82 и соединено с системой 52 утилизации CO. Более конкретно, теплообменный агрегат 12 включает насос 84 для жидкого CO, который соединяет теплообменник 60 и систему 52 утилизации CO для направления жидкого CO 58 из нижней части 82 в систему 52 утилизации CO.
2
2
2
2
2
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 CO 56, чтобы способствовать переносу тепла от текучего теплоносителя 54 к твердому СО 56 для увеличения температуры твердого СО 56 и облегчения превращения по меньшей мере части твердого СО 56 в жидкий СО 58.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
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 СО 56, чтобы способствовать переносу тепла от текучего теплоносителя 54 к твердому CO 56, чтобы способствовать образованию жидкого CO 58 из твердого СО 56 и охлаждению текучего теплоносителя 54, чтобы извлечь некоторое количество холода из твердого СО 56. Каждая пластина 92 расположена внутри полости 78 таким образом, что теплообменная труба 70 по меньшей мере частично поддерживает твердый СО 56 внутри верхней части 80 корпуса. Кроме того, каждая пластина 92 ориентирована таким образом, что она направляет жидкий СО 58, образованный внутри полости 78, из верхней части 80 в нижнюю часть 82, чтобы жидкий СО 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 СО 58, чтобы способствовать переносу тепла от жидкого CO 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 CO 58, чтобы способствовать переносу тепла от жидкого CO 58 к текучему теплоносителю 54.
2
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 СО, входящего в состав топочных газов 28.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
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 СО из газообразного СО, 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 СО и направляет охлажденные топочные газы 28 и твердый СО 56 в сепаратор 48 СО, чтобы способствовать отделению твердого СО и N от топочных газов 28. Сепаратор 48 СО выпускает твердый СО в блок 62 шлюзового бункера. Кроме того, сепаратор 48 СО направляет поток обедненного СО газа 100, который включает смесь CО и N, в систему 46 охлаждения и/или блок 62 шлюзового бункера. В одном из воплощений данного изобретения обедненный СО газ 100, выпущенный из сепаратора 48 СО, 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.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
Блок 62 шлюзового бункера направляет твердый СО 56 в теплообменник 60, чтобы перенести тепло от твердого СО 56 к текучему теплоносителю 54, который пропускают через теплообменник 60. Твердый СО 56 подают в теплообменник 60 под действием силы тяжести, чтобы перенести тепло от текучего теплоносителя 54 к твердому СО 56 для превращения по меньшей мере части твердого СО 56 в жидкий CO 58 и охлаждения текучего теплоносителя 54, чтобы извлечь некоторое количество холода из твердого СО 56. Теплообменник 60 выпускает жидкий CО 58 в систему 52 утилизации СО. Кроме того, теплообменник 60 направляет текучий теплоноситель 54 в систему 44 предварительного охлаждения для использования при охлаждении топочных газов 28.
2
2
2
2
2
2
2
2
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 СО 56 в газообразный СО внутри полости 78 и поддержанию СО в фазовом равновесии твердое вещество - жидкость. Блок 62 шлюзового бункера направляет твердый СО 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 СО 56 контактирует с теплообменной трубой 70, по меньшей мере часть твердого СО 56 превращается в жидкий СО 58. Жидкий СО 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.
2
2
2
2
2
2
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 СО 58. Вторая секция 110 расположена в верхней части 80 и выполнена с возможностью поддержки твердого СО 56 так, чтобы твердый СО 56 находился над резервуаром 96 с жидким СО. Пластины 92 присоединены к теплообменной трубе 70 и расположены наклонно по отношению к центральной оси 85, чтобы способствовать стеканию жидкого СО 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 СО 58.
2
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 СО 58 из верхней части 80 в нижнюю часть 82.
2
2
2
2
2
2
2
2
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 СО 58 в систему 44 предварительного охлаждения топочного газа для использования в предварительном охлаждении топочных газов 28. Более конкретно, насос 84 для жидкого СО направляет жидкий СО 58 из теплообменника 60 в систему 44 предварительного охлаждения топочного газа. Кроме того, система 44 предварительного охлаждения топочного газа направляет жидкий СО 58 в систему 52 утилизации СО. В одном из воплощений изобретения насос 84 для жидкого СО выполнен с возможностью направления жидкого CO 58 через систему 44 предварительного охлаждения топочного газа в систему 52 утилизации CO.
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.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
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 СО 58. Система 44 предварительного охлаждения направляет топочные газы 28 в теплообменник 60 для переноса тепла от топочных газов 28 к твердому CO 56 с образованием жидкого СО 58 из твердого СО 56, чтобы способствовать охлаждению топочных газов 28 и чтобы извлечь некоторое количество холода из твердого СО 56. Теплообменник 60 направляет охлажденные топочные газы 28 в систему 46 охлаждения для охлаждения топочных газов 28 с образованием твердого СО из газообразного CО, входящего в состав топочных газов 28. Система 46 охлаждения направляет твердый СО и топочные газы 28 в сепаратор 48 CО, чтобы отделить твердый СО от топочных газов 28 и выгрузить твердый СО в блок 62 шлюзового бункера. Блок 62 шлюзового бункера выгружает твердый СО 56 в теплообменник 60 для переноса тепла от твердого СО 56 к топочным газам 28, которые пропускают через теплообменник 60, и образования жидкого СО 58 из твердого СО 56. Теплообменник 60 направляет жидкий СО 58 в систему 44 предварительного охлаждения, чтобы способствовать переносу тепла от топочных газов 28 к жидкому СО 58. Кроме того, система 44 предварительного охлаждения направляет жидкий СО 58 в систему 52 утилизации СО.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
Фиг.7 представляет собой блок-схему приведенного в качестве примера способа 200, который можно использовать для обработки СО, получаемого при работе энергоустановки 10. В данном примере воплощения изобретения способ 200 включает направление 202 твердого СО 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 СО к текучему теплоносителю 54 с образованием жидкого СО из твердого СО и извлечению некоторого количества холода из твердого СО и жидкого СО. Способ 200 также включает регулирование 206 давления внутри корпуса 68 для поддержания давления внутри корпуса в заданном диапазоне, чтобы предотвратить повторную сублимацию твердого СО в газообразный СО. Текучий теплоноситель 54 направляют 208 из теплообменного агрегата 12 в систему 44 предварительного охлаждения для предварительного охлаждения топочных газов 28. Жидкий СО направляют 210 из теплообменного агрегата 12 в систему 52 утилизации СО, чтобы способствовать утилизации обогащенного СО.
2
2
2
2
2
2
2
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 СО, чтобы способствовать извлечению некоторого количества холода из твердого СО. Кроме того, устройство для обработки газа включает теплообменный агрегат, который выполнен с возможностью поддержания СО в фазовом равновесии твердое вещество - жидкость, чтобы предоставить возможность теплообменному агрегату переносить тепло от твердого CO к текучему теплоносителю, чтобы способствовать образованию жидкого СО для использования в предварительном охлаждении топочного газа. В результате обеспечения устройства для обработки газа, которое включает теплообменный агрегат, извлекающий некоторое количество холода из твердого СО, стоимость обработки СО, 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.