CN102036727A - 反升华系统的结霜容器的操作 - Google Patents

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Abstract

一种用于操作用于从气流(2)中捕获CO2的反升华系统的结霜容器的方法。在对存在于结霜容器(3)中的CO2冰进行除霜期间，从结霜容器(3)中移除CO2气体。一种用于从气流中捕获CO2的反升华系统。所述反升华系统包括结霜容器(3)和用于从结霜容器中移除CO2气体的机构。所述机构适于在对存在于结霜容器中的CO2冰进行除霜期间移除CO2气体。一种烟道气处理系统，其包括用于降低烟道气的温度的一个或多个热交换器(4)，以及用于从烟道气中移除污染物的一个或多个洗涤器。所述烟道气处理系统进一步包括上述反升华系统。

Description

反升华系统的结霜容器的操作
相关申请的交叉引用
本申请要求2008年5月22日提交的、编号No.61/055,163的美国临时专利申请的优先权，该申请特此通过引用而以其整体结合进来。
技术领域
本发明涉及用于操作用于从气流中捕获CO2的反升华系统的结霜容器的方法，以及用于从气流中捕获CO2的反升华系统，所述反升华系统包括结霜容器。本发明还涉及烟道气处理系统。
背景技术
在已知的反升华系统中，通过使CO2冰在一个或多个结霜容器内部的冷表面上结霜并且随后通过使这些上述表面变暖来对CO2除霜来进行二氧化碳(CO2)捕获。现有技术预见结霜容器为压力容器，并且以远远高于大气压的压力操作，从而需要昂贵的设计解决方案，例如针对高压设计的厚的容器壁、加强环和阀与配件。
US 7,073,348涉及用于从源自烃在特别设计来产生机械能的装备中的燃烧的烟中提取二氧化碳的方法和系统。该方法包括以差不多等于大气压的压力、以一定温度冷却所述烟的步骤，使得二氧化碳通过反升华过程直接从蒸气态转到固态。在反升华阶段期间，CO2霜在反升华蒸发器中形成。准备反升华蒸发器以对包含在烟中的CO2进行下一个反升华循环的程序概述如下。固态CO2在5.2巴的压力处融化，即从固相转到液相。一旦CO2完全处于液相，就通过泵来将其传送到隔热贮存器中。
US 2006/0277942提供了很大程度上与US 7,073,348的公开相类似的公开，但是涉及二氧化硫以及二氧化碳的提取。
发明内容
本发明的一个目标是改进用于捕获CO2的反升华系统的结霜容器的操作，尤其涉及存在于结霜容器中的CO2冰的除霜。
本发明的另一个目标是允许有用于捕获CO2的反升华系统的结霜容器的更轻且因此更便宜的设计。
本发明的另一个目标是提供允许以比以前所考虑的更低的压力对存在于结霜容器中的CO2冰进行除霜的、用于捕获CO2的反升华系统的设计和操作模式。
如已在本技术领域中变得通用的，本文中的用语“反升华”指的是当所论述的气体的温度在其三相点的温度以下时发生的直接的气相/固相变化。本文中的用语“升华”如常规的那样指的是直接的固相/气相变化。
本文中的用语“除霜”指的是冰变换成另一种状态。具体而言，其指的是CO2冰(即固态CO2)变换成另一种状态。
在本上下文中，用语“气流”可指包含CO2的任何气体混合物流。但是，“气流”典型地可为有机材料(诸如可再生或非可再生燃料)的燃烧产生的烟道气流。如果待根据本发明来处理的气流包含不适于处于反升华系统中或不适于本发明的其它特征的化学种类或颗粒，则这种种类或颗粒起初可通过技术人员已知的分离技术移除。
在第一方面，通过一种用于操作用于从气流中捕获CO2的反升华系统的结霜容器的方法来实现上述目标以及在研究以下的描述之后对于技术人员将变得显而易见的另外的目标，其中，在对存在于结霜容器中的CO2冰进行除霜期间，从结霜容器中移除CO2气体。
通过在CO2冰的除霜期间从结霜容器中移除CO2气体，使结霜容器的内部压力保持低于以别的方式将可能出现的内部压力。作为一个有利的结果，结霜容器可设计成比已知的结霜容器经受更低的压力。因此，结霜容器及其相关联的管道系统和配件可为更轻的设计且因此更便宜。
所提出的方法可理解为操作结霜容器的新方式，其中，通过将存在于结霜容器中的CO2冰变换成CO2气体(即通过升华)来执行所述除霜。
结霜容器的操作可使得在所述除霜期间，结霜容器保持处于这样的内部压力：低于大气压以上约50kPa，优选地低于大气压以上约25kPa，更优选地低于大气压以上约10kPa，并且最优选地约大气压。在构造上和经济上有利的是在接近于大气压的内部压力处操作结霜容器。便利地，可从结霜容器中移除使得结霜容器保持处于所述内部压力的量的CO2气体。
取决于在所述除霜期间在结霜容器中的压力状况以及在从结霜容器中移除的CO2的预期的终点时的压力状况，可要求通过泵送来从结霜容器中移除CO2气体。如本文所用，“泵送”包括由诸如气体泵、送风机或压缩机的任何种类的气体泵送设备执行的动作。考虑到优选地以足够高而使CO2处于其液态的压力来存储和/或进一步处理(例如运输)所捕获的CO2，泵送可将从结霜容器中移除的CO2气体变换成液态CO2。因此，泵送操作可涉及压缩性动作，例如压缩机施加的动作。所产生的液态CO2可便利地通到存储容器。如果N2或其它气体与从结霜容器中移除的CO2一起存在，则可在形成液态CO2之后通过气体/液体分离来移除这些气体。
在第二方面，还通过一种用于从气流中捕获CO2的反升华系统来实现本发明的目标，所述反升华系统包括结霜容器和用于从该结霜容器中移除CO2气体的机构，所述机构适于在对存在于结霜容器中的CO2冰进行除霜期间移除CO2气体。
由于适于在存在于结霜容器中的CO2冰的除霜期间移除CO2气体，所以用于移除CO2气体的机构提供了以比按照别的方式将可能出现的内部压力更低的内部压力来操作结霜容器的可能性。作为一个有利的结果，结霜容器可设计成比已知的结霜容器经受更低的压力。因此，结霜容器及其相关联的管道系统和配件可为更轻的设计且因此更便宜。
反升华系统可包括不止一个(具有)本文所公开的设计和功能的结霜容器。典型地，合乎需要的是对反升华系统配备两个结霜容器，以便能够在一个结霜容器中对CO2冰进行除霜，同时在另一个结霜容器中从气流中捕获CO2。
取决于在所述除霜期间在结霜容器中的压力状况以及在从结霜容器中移除的CO2的预期的终点时的压力状况，可要求用于从结霜容器中移除CO2气体的机构是泵，并且泵的入口连接到结霜容器上。如本文所用，“泵”包括诸如气体泵、送风机或压缩机的任何类别的气体泵送设备。考虑到优选地以足够高而使CO2处于其液态的压力来存储和/或进一步处理(例如运输)所捕获的CO2，泵可为适于将从结霜容器中移除的CO2气体变换成液态CO2的压缩机。因此，需要相应地对泵之后的容器、管道系统和配件进行压力标定。便利地，反升华系统可进一步包括连接到压缩机的出口上且适于接收液态CO2的存储容器。气体/液体分离器可安装在适于将从结霜容器中移除的CO2气体变换成液态CO2的压缩机的下游。因此，可在形成液态CO2之后通过气体/液体分离来移除可能与从结霜容器中移除的CO2一起存在的N2或其它气体。
反升华系统可使得结霜容器适于仅在以下内部压力处操作：低于大气压以上约50kPa，优选地低于大气压以上约25kPa，更优选地低于大气压以上约10kPa，并且最优选地约大气压。在构造上和经济上有利的是以接近于大气压的内部压力操作结霜容器。因此，反升华系统可使得针对不大于大气压以上50kPa，优选地不大于大气压以上25kPa，更优选地不大于大气压以上10kPa的最大可允许压力来设计和配备结霜容器。
在第三方面，还通过一种烟道气处理系统来实现本发明的目标，该烟道气处理系统包括用于降低烟道气的温度的一个或多个热交换器，以及用于从烟道气中移除污染物的一个或多个洗涤器，所述烟道气处理系统进一步包括如上面所限定的反升华系统。典型地，烟道气处理系统可包括集成的级联冷却系统，该集成的级联冷却系统可提供使CO2冰在结霜容器中结霜所必需的冷(环境)。
附图说明
图1是用于从气流中捕获CO2的反升华系统的示意图。
具体实施方式
将参照图1对根据本发明的反升华系统的一个实施例进行描述。用于从气流2中捕获CO2的反升华系统1包括具有内部冷表面4的结霜容器3。气流2可通过阀5、6被传送通过结霜容器3。结霜容器3是适于以低于50kPa的内部压力操作的容器。泵7的入口通过阀8连接到结霜容器3上。泵7的出口连接到存储容器9上。气体/液体分离器10安装在泵7的出口和存储容器9之间。
在CO2冰在内部冷表面4上结霜期间，阀5、6是打开的，并且包含CO2的气流2被传送通过结霜容器3。进入结霜容器3的气体的温度可为约-100℃，而内部冷表面4可保持在约-120℃处。发生反升华，使得在气流中的CO2气体变换成CO2冰。在CO2冰的结霜期间，不使用泵7，并且阀8是关闭的。当达到了结霜容器3的结霜容量时，阀5、6关闭，并且气流2不再被传送通过结霜容器3，而是可被传送到结霜可在其中继续的另一个结霜容器(未显示)。
在对存在于结霜容器3中的CO2冰进行除霜期间，阀5、6是关闭的，并且气流2不再被传送通过结霜容器。内部冷表面4的温度可上升到约-45℃。发生升华，使得CO2冰变换成CO2气体。在CO2冰的除霜期间，阀8是打开的，并且泵7释放结霜容器的CO2气体，使得结霜容器的内部压力保持在50kPa以下。这允许结霜容器及其相关联的管道系统和配件制造起来更便宜且制造得更轻，因为它们不必经受升高的压力水平。泵7施加压缩动作，使得泵7输送液态CO2。液态CO2收集在存储容器9中。在液态CO2收集在存储容器9中之前，剩余的N2由气体/液体分离器10移除。
当结霜容器3中的CO2冰已经除霜或移除时，气流2可再次传送通过结霜容器，并且重复结霜。

Claims (14)

1.一种用于操作用于从气流中捕获CO2的反升华系统的结霜容器的方法，其中，在对存在于所述结霜容器中的CO2冰进行除霜期间，从所述结霜容器中移除CO2气体。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过将存在于所述结霜容器中的CO2冰变换成CO2气体来执行所述除霜。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述除霜期间，所述结霜容器保持处于低于大气压以上约50kPa的内部压力，优选地低于大气压以上约25kPa，更优选地低于大气压以上约10kPa，并且最优选地为约大气压。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，从所述结霜容器中移除使得所述结霜容器保持在所述内部压力处的量的CO2气体。
5.根据前述权利要求中的任一项权利要求所述的方法，其特征在于，通过泵送来从所述结霜容器中移除CO2气体。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述泵送将从所述结霜容器中移除的所述CO2气体变换成液态CO2。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述液态CO2被通到存储容器。
8.一种用于从气流中捕获CO2的反升华系统，所述反升华系统包括结霜容器和用于从所述结霜容器中移除CO2气体的机构，所述机构适于在对存在于所述结霜容器中的CO2冰进行除霜期间移除CO2气体。
9.根据权利要求8所述的反升华系统，其特征在于，用于从所述结霜容器中移除CO2气体的所述机构是泵，并且所述泵的入口联接到所述结霜容器上。
10.根据权利要求9所述的反升华系统，其特征在于，所述泵是适于将从所述结霜容器中移除的所述CO2气体变换成液态CO2的压缩机。
11.根据权利要求10所述的反升华系统，其特征在于，所述反升华系统进一步包括联接到所述压缩机的出口上且适于接收所述液态CO2的存储容器。
12.根据权利要求8至11中的任一项权利要求所述的反升华系统，其特征在于，所述结霜容器适于仅在以下内部压力处操作：低于大气压以上约50kPa，优选地低于大气压以上约25kPa，更优选地低于大气压以上约10kPa，并且最优选地约大气压。
13.一种烟道气处理系统，包括用于降低烟道气的温度的一个或多个热交换器，以及用于从烟道气中移除污染物的一个或多个洗涤器，所述烟道气处理系统进一步包括在权利要求8至12中的任一项权利要求中限定的反升华系统。
14.根据权利要求13所述的烟道气处理系统，其特征在于，所述烟道气处理系统进一步包括集成的级联冷却系统。
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