从发电系统和方法生产低压液态二氧化碳技术方案

本公开涉及提供低压液态CO2流的系统和方法。特别地，本公开提供了以下系统和方法：其中高压CO2流(诸如，来自主要使用CO2作为工作流体的发电过程的再循环CO2流)可被分开以使得其一部分可被膨胀并用作热交换器中的冷却流以冷却高压CO2流的剩余部分，后者随后可被膨胀以形成低压CO2流，所述低压CO2流可为含有CO2蒸汽的混合形式。所述系统和方法可用于提供易于运输的液体形式的来自燃烧的净CO2。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】从发电系统和方法生产低压液态二氧化碳
本文所公开的主题涉及生产液态二氧化碳的系统和方法。具体而言，液态二氧化碳可为由在发电系统和方法(特别是使用二氧化碳作为工作流体的系统和方法)中生产的二氧化碳形成的低压二氧化碳流。
技术介绍
碳捕获和封存(CCS)是生产二氧化碳(CO2)的任何系统或方法的关键考虑因素。这与通过燃烧化石燃料或其它含碳氢材料的发电特别相关。已提出若干能够实现CCS的发电方法。具有CCS的高效发电领域中的一篇出版物，Allam等人的第8,596,075号美国专利，提供了利用再循环CO2流在闭环氧-燃料燃烧系统中的理想效率。在这种系统中，CO2在高压下被捕获为相对纯的流。目前关于CO2处理的建议通常需要在高压管线中作为100巴(10MPa)至250巴(25MPa)压力下的高密度超临界流体来输送。这种管线需要高资本支出。经管道输送的CO2被封存在地下地质层，诸如深层盐水层中，或者可用于经济价值，诸如用于提高采油率(EOR)。将CO2用于EOR需要其在大面积富油地区上可用。这将需要广泛使用在整个地区延伸的管网。这在许多用途中，特别是在离岸油田中变得非常昂贵。因此，有用的是提供易于递送至离岸采油平台的液体形式的大量CO2(诸如由发电系统和方法所生产的)。如果CO2能够以液化形式提供，则可设想从发电设施收集的CO2的其他有益用途。
技术实现思路
本公开提供了可用于生产液态CO2的系统和方法。所公开的系统和方法可使用来自任何来源的CO2。然而，当与产生高压CO2流、特别是近环境温度的高压CO2流的系统和方法相关时，所述系统和方法可能是特别有利的。本专利技术的系统和方法的有利之处还在于可生产非常高纯度的液态CO2，特别是具有低水平的氧气、氮气和稀有气体(例如，氩气)。在某些实施方式中，可用于生产液态CO2的CO2源可为发电系统(特别是氧燃料(oxyfuel)燃烧系统)和发电方法(更具体而言，使用CO2工作流体的燃烧方法)。可从其获得CO2流的发电系统和方法在以下文献中描述：第8,596,075号美国专利、第8,776,532号美国专利、第8,959,887号美国专利、第8,986,002号美国专利、第9,068,743美国专利、第2010/0300063号美国专利申请公开、第2012/0067054号美国专利申请公开、第2012/0237881号美国专利申请公开和第2013/0213049号美国专利申请公开，这些文件以其全部内容通过引用并入本文。在一些实施方式中，本公开涉及生产低压液态二氧化碳(CO2)流的方法。该方法可包括提供压力为约60巴(6MPa)或更高、约100巴(10MPa)或更高或者在如本文另外公开的压力范围内的高压CO2流。所述方法还可包括分出(divideout)高压CO2流的一部分并使该部分膨胀以形成可用作制冷剂的冷却流。例如，所述冷却流可处于约-20℃或更低的温度或在本文另外公开的温度范围内。所述方法还可包括通过将高压CO2流与冷却流成热交换关系地通过热交换器来将高压CO2流冷却至约5℃或更低(优选约-10℃或更低)的温度。所述方法还可包括膨胀高压CO2流以形成压力低至约6巴(0.6MPa)的低压CO2流。所述方法还可包括使低压CO2流通过能有效地从其中分离蒸汽流并提供低压液态CO2流的分离器。在另外的实施方式中，本公开涉及可用于生产低压液态二氧化碳(CO2)流的系统。在一些实施方式中，这样的系统可包括一个或多个适于提供高压CO2流的组件、一个或多个热交换器、一个或多个膨胀器(例如，阀)、一个或多个分离器以及一个或多个蒸馏器。在非限制性实例中，根据本公开的系统可包括：适于高压CO2流通过的管道；适于将高压CO2流分成冷却部分和主体流的分配器；适于膨胀和冷却高压CO2流的冷却部分的膨胀器；适于用经加温膨胀(warmingexpanded)和冷却的高压CO2流的冷却部分来冷却主体高压CO2流的热交换器；适于膨胀和冷却主体高压CO2流以形成两相低压CO2流的膨胀器；适于从两相低压CO2流中去除蒸汽部分的分离器；以及适于去除至少一部分非CO2组分并提供低压液态CO2流的蒸馏器。在仍然其它实施方式中，本公开涉及从来自发电过程的高压CO2流生产低压液态二氧化碳(CO2)流的方法。在一些实施方式中，该方法可包括在约100巴(10MPa)或更高的压力和约400℃或更高的温度在氧气和再循环CO2流存在下在燃烧器中燃烧碳质或碳氢燃料，以形成包含CO2的燃烧器出口流。燃烧器出口流特别地可处于约200巴(20MPa)至约400巴(40MPa)的压力。燃烧器出口流特别可处于约800℃至约1,600℃的温度。所述方法还可包括在涡轮机中膨胀燃烧器出口流以发电并形成压力为约50巴(5MPa)或更低的包含CO2的涡轮机出口流。涡轮机出口流特别地可处于约20巴(2MPa)至约40巴(4MPa)的压力。所述方法还可包括在热交换器中冷却涡轮机出口流，热传递到加热再循环CO2流中。冷却可至约80℃或更低的温度，诸如近环境温度。所述方法还可包括用环境冷却装置进一步冷却涡轮机排气流并在分离器中分离冷凝水。所述方法还可包括将CO2从涡轮机出口压力泵压至约100巴(10MPa)或更高的压力以形成高压CO2流。特别地，高压CO2流可处于约100巴(10MPa)至约500巴(50MPa)或者约200巴(20MPa)至约400巴(40MPa)的压力。来自经冷却的涡轮机出口流的CO2可被压缩到第一压力，冷却以提高其密度，然后被泵压到上述范围内的第二较高压力。高压CO2流的一部分可在返回到燃烧器中之前被返回通过热交换器以用冷却涡轮机出口流加热。还可在压缩之后和通入燃烧器之前对所述流施加进一步加热，诸如用来自非涡轮机出口流的来源的进一步加热。高压CO2流的一部分(该部分可包含在燃烧中产生的任何净CO2)可被冷却至约5℃或更低的温度，例如在使用制冷剂的热交换器中。制冷剂可包括高压CO2流的一部分，其可以通过将该部分膨胀至约30巴(3MPa)或更低但高于CO2三相点压力的压力而被用作冷却部分。冷却部分可处于约0℃或更低或者约-20℃或更低的温度。在特定实施方式中，高压CO2流的冷却部分可被冷却至约-55℃至约0℃的温度。在热交换器中用CO2冷却部分冷却的高压CO2流的部分以被膨胀至低至约6巴(0.6MPa)的压力(优选始终保持高于CO2三相点压力的压力)，以形成低压液态CO2流。特别地，经冷却的高压CO2流的部分可被膨胀至约30巴(3MPa)或更低但高于CO2三相点压力的压力。如上所述的方法还可包括其它元件。例如，涡轮机出口流的冷却特别地可达到约70℃或更低或者约60℃或更低的温度。可使用一个热交换器或多个热交换器。例如，可使用节能热交换器，之后是冷水热交换器。在冷却之后，所述方法还可包括将包含CO2的涡轮机出口流通过一个或多个分离器以从其中去除至少水。此外，在所述泵压步骤之前，所述方法可包括将包含CO2的涡轮机出口流压缩至至多约80巴(8MPa)的压力(例如，约60巴(6MPa)至约80巴(8MPa)的压力)。此外，所述方法可包括提高包含CO2的涡轮机出口流的密度，诸如通过在冷水热交换器中冷却所述流。例如，密度可被提高到约600kg/m3本文档来自技高网...

【技术保护点】
生产低压液态二氧化碳(CO2)流的方法，所述方法包括：在约100巴(10MPa)或更高的压力和约400℃或更高的温度在再循环CO2流存在下在燃烧器中用氧气燃烧碳质或碳氢燃料以形成包含CO2的燃烧器出口流；在涡轮机中膨胀燃烧器出口流以发电并形成压力为约50巴(5MPa)或更低的包含CO2的涡轮机出口流；在第一热交换器中冷却涡轮机出口流以形成经冷却的涡轮机出口流；将来自经冷却的涡轮机出口流的CO2泵压至约100巴(10MPa)或更高的压力以形成高压CO2流；将高压CO2流分为主体部分和冷却部分；将高压CO2流的冷却部分膨胀以将其温度降低至约‑20℃或更低；通过将高压CO2流的主体部分通过第二热交换器以用经膨胀的高压CO2流的冷却部分将高压CO2流的主体部分冷却至约5℃或更低的温度；和将经冷却的高压CO2流的主体部分膨胀至约30巴(3MPa)或更低但高于CO2的三相点压力的压力，从而形成低压液态CO2流。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.09 US 62/047,7441.生产低压液态二氧化碳(CO2)流的方法，所述方法包括：在约100巴(10MPa)或更高的压力和约400℃或更高的温度在再循环CO2流存在下在燃烧器中用氧气燃烧碳质或碳氢燃料以形成包含CO2的燃烧器出口流；在涡轮机中膨胀燃烧器出口流以发电并形成压力为约50巴(5MPa)或更低的包含CO2的涡轮机出口流；在第一热交换器中冷却涡轮机出口流以形成经冷却的涡轮机出口流；将来自经冷却的涡轮机出口流的CO2泵压至约100巴(10MPa)或更高的压力以形成高压CO2流；将高压CO2流分为主体部分和冷却部分；将高压CO2流的冷却部分膨胀以将其温度降低至约-20℃或更低；通过将高压CO2流的主体部分通过第二热交换器以用经膨胀的高压CO2流的冷却部分将高压CO2流的主体部分冷却至约5℃或更低的温度；和将经冷却的高压CO2流的主体部分膨胀至约30巴(3MPa)或更低但高于CO2的三相点压力的压力，从而形成低压液态CO2流。2.根据权利要求1所述的方法，其中燃烧器出口流处于约200巴(20MPa)至约400巴(40MPa)的压力。3.根据权利要求3所述的方法，其中燃烧器出口流处于约800℃至约1,600℃的温度。4.根据权利要求1所述的方法，其中包含CO2的涡轮机出口流处于约20巴(2MPa)至约40巴(4MPa)的压力。5.根据权利要求1所述的方法，其中涡轮机出口流在热交换器中冷却至约80℃或更低的温度。6.根据权利要求5所述的方法，还包括将经冷却的包含CO2的涡轮机出口流通过一个或多个分离器以从其中去除至少水。7.根据权利要求1所述的方法，还包括在热交换器中用涡轮机出口流加热氧气和再循环CO2流中的一种或两种。8.根据权利要求1所述的方法，其中高压CO2流处于约200巴(20MPa)至约400巴(40MPa)的压力。9.根据权利要求1所述的方法，其中高压CO2流的主体部分被冷却至约-55℃至约0℃的温度。10.根据权利要求1所述的方法，还包括在高压CO2流的主体部分的所述冷却之后并且在高压CO2流的主体部分的所述膨胀之前，使高压CO2流的主体部分通过再沸器。11.根据权利要求10所述的方法，其中再沸器在汽提塔中。12.根据权利要求1所述的方法，还包括将低压液态CO2流通过能从其中有效分离蒸汽流的分离器。13.根据权利要求12所述的方法，其中蒸汽流占通过分离器的低压液态CO2流的至多约8wt％。14.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：RJ阿拉姆，BA福里斯特，JE费维德，
申请(专利权)人：八河流资产有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US