CN102311806A - 用于压缩气体的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于压缩气体的系统。提供了用于气化(106)操作的系统。该系统可将含碳气体(118，124)用作装置(100)操作的一部分。该系统可包括构造成以便压缩含碳气体(118，124)的第一压缩机(172)和控制器(125)。控制器(125)构造成以便在气化系统(106)的启动期间控制第一压缩机(172)从压缩第一含碳气体(124)过渡到压缩第二含碳气体(118)。

Description

用于压缩气体的系统
技术领域
本文中公开的主题涉及用于在动力装置中压缩诸如含碳气体的气体的系统和方法。
背景技术
可使诸如煤或石油的化石燃料气化，以在生产电力、化学物、合成燃料时使用，或用于各种其它应用。气化包括使含碳燃料和氧气在非常高的温度处反应而产生合成气，即包含一氧化碳和氢气的燃料，与处于其原始状态的燃料相比，该合成气的燃烧更高效且更清洁。气化操作可导致产生二氧化碳(CO2)，其为温室气体。因此，用于高效地处理和存储CO2的系统和方法将是有益的。
发明内容
下面对在范围方面与独创地要求保护的发明相当的某些实施例进行了概述。这些实施例不意图限制所要求保护的发明的范围，而是相反，这些实施例仅意图对本发明的可行形式提供简要概述。实际上，本发明可包括可类似于或不同于下面阐述的实施例的各种形式。
在第一实施例中，一种系统包括构造成以便压缩含碳气体的第一压缩机和控制器。控制器构造成在气化系统的启动期间控制第一压缩机从压缩第一含碳气体过渡到压缩第二含碳气体。
在第二实施例中，一种系统包括构造成以便压缩含碳气体的压缩机和控制器。控制器构造成以便控制通往压缩机的含碳气体流。控制器构造成以便在启动时期期间的第一含碳气体源和稳态时期期间的第二含碳气体源之间过渡。
在第三实施例中，一种系统包括第一CO2源、包括CO2捕捉系统的第二CO2源、压缩系统和控制器。压缩系统联接到第一和第二CO2源上。控制器构造成以便启动压缩系统的利用来自第一源的第一CO2流的操作，并且过渡到压缩系统的使用来自第二CO2源的第二CO2流的稳态操作。
附图说明
当参照附图阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，在附图中，相同的符号在所有图中表示相同的部件，其中：
图1描绘了包括气体压缩系统的整体气化联合循环(IGCC)动力装置的一个实施例的简图；
图2描绘了在图1中描绘的气体压缩系统的一个实施例的简图；
图3是在气体压缩系统的启动和稳态操作之间过渡的方法的流程图；以及，
图4是从第一CO2源过渡到第二CO2源以压缩气体的曲线图。
部件列表：
100  IGCC动力装置
102  燃料源
104  给料制备单元
106  气化器
108  渣料
110  气体洗涤器
111  硫
112  硫处理器
113  盐
114  水处理单元
115  气体处理器
116  残余气体组分
117  碳捕捉系统
118  抽出CO2
119  气体压缩系统
120  CO2
121  碳封存系统
122  EOR管道
123  CO2
124  启动CO2
125  控制器
126  阀
128  阀
130  阀
132  阀
134  阀
136  阀
138  阀
140  燃烧器
142  燃气轮机发动机
144  空气分离单元(ASU)
146  辅助空气压缩机
148  稀释氮气(DGAN)压缩机
150  涡轮
152  传动轴
154  压缩机
156  负载
158  蒸汽轮机发动机
160  热回收蒸汽发生器(HRSG)系统
162  第二负载
164  冷凝器
168  冷却塔
170  导管
172  第一级压缩机
176  脱水系统
174  导管
178  导管
180  第二级压缩机
182  导管
184  导管
186  导管
210  逻辑
212  方框
214  方框
216  方框
218  方框
220  方框
222  方框
224  方框
226  方框
228  方框
230  方框
232  CO2过渡模型
234  起动时期
236  流
238  第一过渡时期
240  流
242  第二过渡时期
244  流量水平
246  稳态操作时期
具体实施方式
将在下面描述本发明的一个或多个具体实施例。为了致力于对这些实施例提供简明的描述，可不在说明书中描述实际实现的所有特征。应当理解，在任何工程或设计项目中开发任何这种实际实现时，必须作出许多对于实现而言专有的决定，以实现开发者的具体目的，例如遵守与系统相关的和与商业相关的约束，这些约束可根据不同的实现而改变。此外，应当理解，这种开发工作可为复杂和费时的，但尽管如此，其仍然是受益于本公开的普通技术人员的设计、生产和制造的例行任务。
当介绍本发明的各种实施例的元件时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”意图指存在一个或多个元件。用语“包括”、“包含”和“具有”意图为包括性的，并且指除了所列元件之外可存在额外的元件。
所公开的实施例包括用于将来自不同的源(例如强化采油(EOR)管道)的含碳气体(例如CO2)用作用来启动气体压缩操作的气体的系统和方法。在下面参照图1更详细地描述的动力装置(例如整体气化联合循环(IGCC)动力装置)可使用气体压缩机来压缩在合成气处理期间捕捉到的CO2。换句话说，在气化器和气体处理装备的操作期间，可获得捕捉到的CO2。捕捉到的CO2可被压缩和脱水，以便更高效地运送给碳封存(sequestration)设施或油井。
不同的启动气体(例如氮气)可在装置启动期间替代捕捉到的CO2，并且可用来启动压缩操作。但是，氮气具有的分子量不同于CO2，并且会限制压缩机排出压力，在诸如气体脱水系统的系统中产生某些有害影响，并且更昂贵。另外，由于从启动氮气过渡到在正常装置操作期间产生的捕捉到的CO2的原因，将氮气用于气体压缩系统(例如在图2中描绘的CO2压缩系统)的启动操作会导致延迟。这种延迟还可导致CO2和富硫气体有更高的启动排放，因为在过渡时期期间由装置操作产生的气体此后可能不会被压缩和/或脱水。因此，所公开的实施例通过使来自其它源的CO2改道来将CO2用作在压缩机启动操作期间的启动气体，并且此后在正常的压缩机操作期间使用装置产生的捕捉到的CO2。
考虑到前述内容，图1描绘了IGCC动力装置100的一个实施例，其可产生和燃烧合成气体，即合成气。IGCC动力装置100的元件可包括可用作IGCC动力装置100的能源的燃料源102，例如固体进料。燃料源102可包括煤、石油焦、生物质、基于木材的材料、农业废料、焦油、焦炉气和沥青，或其它包含碳的物品。
燃料源102的固体燃料可传到给料制备单元104。给料制备单元104可例如通过对燃料源102进行斩切、碾磨、切碎、粉碎、压块或堆垛来重新设置燃料源102的大小或形状，以产生给料。另外，可在给料制备单元104中对燃料源102添加水或其它适当的液体，以产生浆状给料。在某些实施例中，不对燃料源添加液体，从而产生干给料。给料可传输到气化器106中，以用于气化操作中。
气化器106可将给料转化成合成气，例如一氧化碳和氢气的结合物。根据所使用的给料的类型，可通过使给料在提高的压力(例如约600磅每平方英寸表压(PSIG)-1200PSIG)和升高的温度(例如约2200°F-2700°F)处经受受控的量的任何减速剂和有限的氧气来实现此转化。在热解过程期间加热给料可产生固体(例如炭)和残余气体(例如一氧化碳、氢气和氮气)。
然后可在气化器106中发生燃烧过程。燃烧可包括将氧气引导到炭和残余气体中。炭和残余气体可与氧气反应而形成二氧化碳和一氧化碳，这为此后的气化反应提供了热。在燃烧过程期间的温度的范围可为约2200°F至约2700°F。另外，可将蒸汽引导到气化器106中。气化器106使用了蒸汽和有限的氧气，以允许给料中的一些燃烧而产生一氧化碳和能量，该能量可驱动将另外的给料转化成氢气和额外的二氧化碳的第二反应。
这样，气化器106制造出产物气体。此产物气体可包括约85％的等比例的一氧化碳和氢气，以及CH4、HCl、HF、COS、NH3、HCN和H2S(基于给料的硫含量)。此产物气体可称为未处理合成气，因为它包含例如H2S。气化器106还可产生废料，例如渣料108，其可为湿灰材料。可从气化器106中移除此渣料108，并且将其例如作为路基或另一种建筑材料处理掉。为了处理未处理合成气，可使用气体洗涤器110。在一个实施例中，气体洗涤器110可为水气转换反应器。气体洗涤器110可洗涤未处理合成气，以从未处理合成气中去除HCl、HF、COS、HCN和H2S，这可包括通过例如硫处理器112中的酸气去除过程来在硫处理器112中分离出硫111。此外，气体洗涤器110可通过水处理单元114来将盐113从未处理合成气中分离出来，水处理单元114可使用水净化技术来从未处理合成气中产生可使用的盐113。此后，来自气体洗涤器110的气体可包括具有微量的其它化学物(例如NH3(氨)和CH4(甲烷))的已处理合成气(例如，已经从合成气中去除了硫111)。
可使用气体处理器115来从已处理合成气中去除额外的残余气体组分116，例如氨和甲烷，以及甲醇或任何残余的化学物。但是，从已处理合成气中去除残余气体组分是可选的，因为即便是当包含残余气体组分(例如尾气)时已处理合成气也可用作燃料。在这一点上，已处理合成气可包含约3％的CO、约55％的H2和约40％的CO2，并且基本除掉了H2S。
在一些实施例中，碳捕捉系统117可抽取和处理包含在合成气中的含碳气体(例如为约80％-100％或90％-100％(体积)纯度的CO2)。抽出CO2118然后可传送到气体压缩系统119中。在某些实施例中，气体压缩系统119可使抽出CO2118压缩、脱水和液化，从而产生更易于运送和存储的CO2120。然后可使CO2120改道到碳封存系统121、EOR管道122和/或其它CO2源123(例如存储罐)中，以用于例如采油活动中。因此，可通过使抽出CO2118改道以用于这种活动中，来减少或消除抽出CO2118到大气中的排放。
当启动气体压缩系统119的操作时，使用CO2气体而非具有不同的分子量的气体(例如氮气)可为有益的。因此，可使用诸如EOR管道122、碳封存系统121和/或其它CO2源123的CO2源来提供启动CO2124。启动CO2124然后可用于气体压缩系统119的启动操作中，如以下参照图2、3和4更详细地描述。因而，在示出的实施例中，CO2控制器125可通过使用例如阀126、128、130、132、134、136和138来管理各种CO2流的传送。
阀126用来调节(例如增大或减小)从碳捕捉系统117到气体压缩系统119的CO2流118。阀128用来调节从气体压缩系统119到碳封存系统121的CO2流120。阀130用来调节从气体压缩系统119到EOR管道122的CO2流120。阀132用来调节从气体压缩系统119到其它CO2源123(例如CO2存储罐)的CO2流120。因此，可输送经压缩和脱水的CO2120来用于例如采油活动中。
如上面所提到的那样，使用启动CO2对于CO2压缩系统的启动操作而言是有利的。因此，可通过包含来自诸如EOR管道122、碳封存系统121和/或其它CO2源123的源的CO2流来获得启动CO2流124。因而，CO2控制器125可调节例如阀134，以调节从EOR管道122到气体压缩系统119的CO2流124。阀136可用来调节从碳封存系统121到气体压缩系统119的CO2流124。阀138可用来调节从其它CO2源123(例如存储罐)到气体压缩系统119的CO2流124。然后可在装置启动操作(包括气体压缩系统119启动操作)期间使用启动CO2124，如下面参照图2、3和4更详细地描述。
继续描述合成气处理，一旦已经从合成气中捕捉CO2，则已处理合成气可作为可燃燃料传递给燃气轮机发动机142的燃烧器140(例如燃烧室)。IGCC动力装置100可进一步包括空气分离单元(ASU)144。ASU144可操作来例如通过蒸馏技术将空气分离成组分气体。ASU144可从自辅助空气压缩机146供应到该ASU的空气中分离出氧气，并且ASU144可将分离出的氧气传送到气化器106。另外，ASU144可将分离出的氮气传递给稀释氮气(DGAN)压缩机148。
DGAN压缩机148可将从ASU144接收的氮气至少压缩到等于在燃烧器140中的压力水平的压力水平，以便不干涉合成气的恰当燃烧。因而，一旦DGAN压缩机148已经将氮气充分地压缩到适当的水平，DGAN压缩机148就可将压缩氮气传递到燃气轮机发动机142的燃烧器140。氮气可用作稀释剂，以例如有利于控制排放。
如前面所述，压缩氮气可从DGAN压缩机148传递到燃气轮机发动机142的燃烧器140。燃气轮机发动机142可包括涡轮150、传动轴152和压缩机154，以及燃烧器140。燃烧器140可接收可在压力下从燃料喷嘴喷射的燃料，例如合成气。此燃料可在燃烧器140中与压缩空气以及来自DGAN压缩机148的压缩氮气混合，并且被燃烧。此燃烧可产生热的加压排气。
燃烧器140可朝向涡轮150的排气出口引导排气。当来自燃烧器140的排气穿过涡轮150时，排气会迫使在涡轮150中的涡轮叶片使传动轴152沿着燃气轮机发动机142的轴线旋转。如所示出的那样，传动轴152连接到燃气轮机发动机142的多种构件上，包括压缩机154。
传动轴152可将涡轮150连接到压缩机154上而形成转子。压缩机154可包括联接到传动轴152上的叶片。因而，在涡轮150中的涡轮叶片的旋转可使将涡轮150连接到压缩机154上的传动轴152使在压缩机154内的叶片旋转。在压缩机154中的叶片的此旋转会使压缩机154压缩通过在压缩机154中的进气口接收到的空气。压缩空气然后可供应给燃烧器140，并且与燃料和压缩氮气混合，以允许有更高效率的燃烧。传动轴152还可连接到例如在动力装置中的负载156上，负载156可为固定式负载，例如用于产生电功率的发电机。实际上，负载156可为由燃气轮机发动机142的旋转输出提供动力的任何适当的装置。
IGCC动力装置100还可包括蒸汽轮机发动机158和热回收蒸汽发生(HRSG)系统160。蒸汽轮机发动机158可驱动第二负载162。第二负载162也可为用于产生电功率的发电机。但是，第一和第二负载156、162两者可为能够被燃气轮机发动机142和蒸汽轮机发动机158驱动的其它类型的负载。另外，虽然燃气轮机发动机142和蒸汽轮机发动机158可如示出的实施例所示的那样驱动单独的负载156和162，但是也可一前一后地使用燃气轮机发动机142和蒸汽轮机发动机158来通过单个轴驱动单个负载。蒸汽轮机发动机158以及燃气轮机发动机142的具体构造可为对于实现而言专有的，并且可包括区段的任何组合。
系统100还可包括HRSG160。来自燃气轮机发动机142的经加热的排气可运送到HRSG160中，并且用来加热水以及产生用来对蒸汽轮机发动机158提供动力的蒸汽。来自例如蒸汽轮机发动机158的低压区段的排气可被引导到冷凝器164中。冷凝器164可使用冷却塔168来将经加热的水交换成冷却水。冷却塔168用来对冷凝器164提供冷水，以帮助使从蒸汽轮机发动机158传递到冷凝器164的蒸汽冷凝。来自冷凝器164的冷凝物又可被引导到HRSG160中。再次，来自燃气轮机发动机142的排气也可被引导到HRSG160中，以加热来自冷凝器164的水以及产生蒸汽。
在诸如IGCC动力装置100的联合循环动力装置中，热的排气可从燃气轮机发动机142流出且流到HRSG160，在HRSG160中，该热的排气可用来产生高压、高温蒸汽。HRSG160产生的蒸汽然后可穿过用于产生动力的蒸汽轮机发动机158。另外，所产生的蒸汽还可供应给其中可使用蒸汽的任何其它过程，例如供应给气化器106。燃气轮机发动机142发生循环通常称为“顶循环(topping cycle)”，而蒸汽轮机发动机158发生循环通常称为“底循环(bottoming cycle)”。通过如图1中所示的那样结合这两个循环，IGCC动力装置100可导致在两个循环中有更高的效率。具体而言，可捕获来自顶循环的排气热且使用该排气热来产生用于在底循环中使用的蒸汽。
图2是气体压缩系统119的一个实施例的简图，气体压缩系统119可由CO2控制器125控制，例如以对CO2压缩和脱水。压缩CO2是有利的，因为压缩可产生液态CO2。然后可通过使用例如更高效的液体泵和液体传递导管来更容易地运送液态CO2。CO2的除水(即脱水)是有利的，因为CO2的更低的水分含量有助于防止导管以及与水发生接触的表面(例如存储罐的内侧)的腐蚀。再生的水还可再循环，从而进一步减少了对原水的需要。在某些实施例(例如所描绘的实施例)中，气体压缩系统119包括两个压缩级。在其它的实施例中，气体压缩系统119可包括三个、四个、五个、六个、七个、八个压缩级。在另外的其它实施例中，气体压缩系统119包括单个压缩级。实际上，可使用任何数量的压缩级来压缩CO2。
在气体压缩系统119的启动阶段期间，控制器可使用启动CO2124。因此，导管170将来自诸如碳封存系统121、EOR管道122和其它CO2源123的源的启动CO2流124传送到第一级压缩机172中，如所示出的那样。将理解，在启动CO2124输送自多个源(例如，碳封存系统121、EOR管道122、其它CO2源123)的实施例中，结合启动CO2124可包括使用允许结合可具有不同的流率、压力和温度的气体的构件，例如压力调整器、混合罐、压缩机、加热器、冷却器等。传送到压缩机172的CO2124可为约60％-70％、70％-80％、80％-90％、90％-100％(体积)纯度。在某些实施例中，压缩机172可包括轴流式压缩机、离心压缩机、往复压缩机和/或旋转式压缩机。实际上，可使用能够压缩气体(例如CO2)的任何压缩机。压缩机172能够在约50°F-300°F、100°F-300°F、250°F-300°F的温度范围处将CO2124的压力从大约接近大气压提高到约100磅每平方英寸大气压(PSIA)、400PSIA、500PSIA、600PSIA、700PSIA以上的压力。
然后可通过使用例如导管174来将被压缩机172压缩的CO2流传送到脱水系统176。脱水系统176能够从进入的CO2流中去除水。因此，脱水系统176可使用诸如二甘醇(DEG)脱水、三甘醇(TEG)脱水、硅胶脱水、硅石-氧化铝凝胶脱水、直接冷却、分子筛等的技术来使CO2流脱水。离开脱水系统176的CO2流可仅包含约1、4、8、20、50磅每百万标准立方英尺(1b/MMSCF)的含水量。
导管178将脱水CO2流引导到第二级压缩机180中。在某些实施例中，第二级压缩机180可包括轴流式压缩机、离心压缩机、往复压缩机和/或旋转式压缩机。实际上，可使用能够压缩气体(例如CO2)的任何压缩机。压缩机180能够在约100°F-600°F、250°F-600°F的温度范围处将脱水CO2的压力提高到约1800PSIA-2400PSIA、2400PSIA-2700PSIA的压力。因此，第二级压缩机180能够使CO2有从气相到液相的相变。
在装置100启动操作期间，启动CO2流124可持续到足够体积的抽出CO2118变得可用为止。在某些实施例中，导管182可使来自压缩机180的启动CO2124改道到压缩机172中。实际上，可使用导管182来产生能够启动气体压缩系统119的压缩操作的第一启动循环。第一启动循环将启动CO2124用作用以起动压缩机172、脱水系统176和压缩机180的操作的气体。在第一启动循环(即，通过导管182传送CO2124)的某些实施例中，压缩机180可不将CO2124压缩成液相。在这些实施例中，控制器125会等待，直到可获得抽出CO2118(在使抽出CO2118液化之前)为止，从而节省能量。在第一启动循环的其它实施例中，控制器125可控制压缩机180，以便使启动CO2124液化。控制器125可随后在将CO2124传送回到压缩机172之前例如通过使用减压器来降低CO2124的压力。在这些实施例中，可通过在使用抽出CO2118之前使用启动CO2124来测试气体压缩系统119中的所有系统的全部能力，包括液化能力。
在某些实施例中，第二启动循环包括使用导管184。在这些实施例中，可将启动CO2124压缩和液化成CO2120，并且传送通过导管184。如上面关于图1所提到的那样，经压缩和液化的CO2120可传送回到碳封存系统121、EOR管道122或其它CO2源123(例如存储罐)中。在此第二启动循环中，使启动CO2124压缩、脱水和液化，并且然后通过导管184使其改道回到前面提到的CO2源121、122和/或123其中一个中。CO2源121、122和/或123然后可使启动CO2124改道回到气体压缩系统119中，以用于启动操作中。
在第一和第二启动循环的其它实施例中，可结合启动CO2124来使用抽出CO2118，或者可使用抽出CO2118来替代启动CO2124。在这些实施例中，在气体压缩系统119完成启动之前，可能已经开始产生抽出CO2118。因此，可使用导管186来使抽出CO2118改道至压缩系统119。在这些实施例中，控制器125能够结合启动CO2124与抽出CO2118以及使用结合的CO2流来启动气体压缩系统119。结合的CO2流将进入压缩级172、180，并且在与上面提到的使用启动CO2流124的启动过程类似的启动过程中被脱水系统180脱水。控制器125能够调节结合的CO2流，以便使用尽可能多的抽出CO2118。实际上，协调压缩系统119的操作的启动与气化操作的启动而使得产生的所有抽出CO2118被压缩且改道到各个CO2源121、122和123中可为可行的。换句话说，控制器125可构造成以便协调启动CO2124和抽出CO2118的流率，使得CO2124的流率逐渐减小，而CO2118的流率逐渐增加。
一旦气体压缩系统119到达稳态操作(即，正常操作)，气体压缩系统119就能够接收气化装置100的稳态操作产生的所有抽出CO2流118。因此，抽出CO2118然后可被第一级压缩机172压缩。第一级压缩机172可在约50°F-300°F、100°F-300°F、250°F-300°F的温度范围处将CO2流118的压力从大约接近大气压提高到约100PSIA、400PSIA、500PSIA、600PSIA、700PSIA以上的压力。第一级压缩机172能够更快速地压缩抽出CO2118，因为第一级压缩机172现在正在持续运行。
然后可通过使用导管174来使经压缩的抽出CO2118改道到脱水系统176。脱水系统176在稳态操作期间也持续运行，并且能够从进入的抽出CO2流118中去除水。因此，通过例如导管178离开脱水系统176的抽出CO2流118可仅包含约1、4、8、20、50lb/MMSCF的含水量。导管178将经脱水的抽出CO2流118引导到第二级压缩机180中。第二级压缩机180在持续地运行，并且能够在约100°F-600°F、250°F-600°F的温度范围处将经脱水的抽出CO2118压缩到约1800PSIA-2400PSIA、2400PSIA-2700PSIA的压力。因此，抽出CO2118可经历从气相到液相的相变。然后可使得到的液化CO2120改道到碳封存系统121、EOR管道122和/或其它CO2源123。实际上，气化操作产生的未来的抽出CO2流118可被气体压缩系统119压缩、脱水和液化，并且随后可使其改道到前面提到的CO2源121、122和/或123中的一个中。
通过使用启动CO2124和/或抽出CO2118而非氮气来启动气体压缩系统119的操作，可在启动和正常操作期间使用相同类型的气体。因此，气体压缩系统119可经历更平滑的过渡而使用抽出CO2118，因为将压缩机喘振(例如在气体流中的快速脉动)减少到了最低限度，脱水系统176能够更快速地到达稳态，并且控制器模态可构造成以便控制单种类型的气体(例如CO2)。这种平滑的过渡可导致消除过渡延迟，从而避免了在装置启动期间将CO2排到大气中。
图3是计算机实现的方法210的一个实施例的流程图，例如图1和2的CO2控制器125可使用方法210来启动气体压缩操作以及过渡到压缩抽出CO2118。更具体而言，方法210详细描述了当通过使用第一含碳气体(例如CO2)源来启动压缩过程以及随后过渡到将第二含碳气体(例如CO2)源用作可输送到各个CO2源121、122和123的压缩气体时例如控制器125可采用的过程。因此，方法210的各个方框可包括可由控制器125执行的机器可读代码或计算机指令。在某些实施例中，第一含碳载体气体源是一直可用的，而第二含碳载体气体源仅在气化器的操作期间可用。在其中第一和第二含碳气体源为CO2气体的实施例中，第一CO2源可包括在图1和2中示出的启动CO2124源。如上面关于图1所提到的那样，可重复使用来自诸如碳封存121、EOR管道122和/或一些其它CO2源123的多个位置的启动CO2124。将启动CO2124用作在压缩启动操作期间使用的第一气体可为有利的，因为这可允许在装置的从启动直到正常操作和停机的整个操作循环中采用相同类型的载体气体(例如CO2)。因此，可重复使用相同类型的压缩控制模态、脱水模态等，并且不需要改变它们来适应不同的启动气体(例如氮气)。
方法210可通过起动第一CO2源的流(方框212)来开始。第一CO2源的流可包括使用单个源(例如EOR管道122)，或者与碳封存系统121结合的CO2源(例如EOR管道122)的结合物。实际上，可结合任何启动CO2124源或单独将任何启动CO2124源用作输送启动气体压缩操作所需的CO2的第一CO2源。在某些实施例(例如启动压缩操作以及气化操作两者的实施例)中，还起动了气化器106(方框214)。将理解，气化器106的起动可与第一CO2源的流的起动(方框212)发生在大致相同的时间，发生在第一CO2源的流的起动(方框212)之前，或发生在第一CO2源的流的起动(方框212)之后。可例如通过将燃料输送到气化器106以使燃料气化，来起动气化器106。
在第一CO2源的流已经起动之后，可使用第一CO2源的流来启动第一压缩级(方框216)，例如在图2中示出的第一压缩机172。在一个实施例中，第一压缩机172被开启并且导管170用来将第一CO2源的流输送到第一压缩机172。在此实施例中，第一压缩机172压缩第一CO2源的流，直到CO2流在约50°F-300°F、100°F-300°F、250°F-300°F的温度范围处到达某个压缩值为止，例如，约100PSIA、400PSIA、500PSIA、600PSIA、700PSIA的值。
一旦CO2流到达某个压缩值，就可使第一CO2源的压缩流改道，并且使用它来启动脱水系统(例如脱水系统176)的操作(方框218)。脱水系统启动可包括启动子系统，例如TEG脱水器、DEG脱水器、分子筛等。脱水系统176的启动可持续到第一CO2源的流到达例如约1、4、8、20、50lb/MMSCF的水的水平(water level)为止。
一旦CO2流到达某个水的水平，就可使用CO2流来启动第二压缩机级(例如第二级压缩机180)的操作(方框220)。在一个实施例中，压缩机180被开启，并且导管178用来将第一CO2源的流输送到第二压缩机180中。在此实施例中，第二压缩机180然后开始压缩第一CO2源的流。然后例如可通过使来自第二级压缩机180的第一CO2源的压缩流改道到第一级压缩机172中来稳定压缩和脱水操作(方框222)。通过使用压缩/脱水循环，可实现恒定的、均匀的CO2流。通过支持平滑地启动气体压缩系统119的子系统(例如压缩机、脱水器、压力调整器)，压缩/脱水循环有助于有利地产生恒定的稳定流。
最初，可从第一CO2源引导约100％的可用于压缩和脱水操作的CO2。当气化器开始气化且开始产生合成气时，IGCC动力装置构件就可使用得到的合成气来产生CO2，作为第二CO2源(方框224)。第二CO2源可包括例如图1的碳捕捉系统117。将理解，虽然合成气和第二CO2源的产生发生在气化器的起动(方框214)之后，但是合成气和第二CO2源的产生(方框224)可发生在方框222之前。因此，方法210的其它实施例可能能够使用第二CO2源来例如稳定压缩/脱水循环(方框222)，或启动压缩系统119的多个构件的操作(方框216、218、220)。在所描绘的实施例中，第二CO2源在方框222之后变得可用。因此，描绘了过渡到使第二CO2源压缩和脱水(方框226)发生在方框222之后，但是它可发生在方框212之后的任何时间。
在CO2源的过渡(226)期间，更多的合成气通过气化活动变得可用。因此，方法210从使用第一CO2源(例如启动CO2124)过渡到使用第二CO2源(例如抽出CO2118)，以作为压缩和脱水气体来替代第一CO2中的一些。在一个实施例中，CO2控制器125可控制一组阀来结合启动CO2124以及抽出CO2118两者，使得它们两者被用作如之前关于图2所描述的压缩和脱水气体。当传感器指示有更多的抽出CO2118可用时，CO2控制器125可使更多抽出CO2118和更少启动CO2124改道，以用作压缩和脱水气体。将理解，结合启动CO2124与抽出CO2118可包括使用允许结合可具有不同的流率、压力和温度的气体的构件，例如压力调整器、混合罐、压缩机、加热器、冷却器等。
当气化器和动力装置的其余部分斜坡加速(ramp up)至正常操作(方框228)时，可产生更多的量的合成气且因此可产生更多量的第二CO2。因此，方法210可使更多量的第二CO2和更少量的第一CO2改道到压缩和脱水过程中，直到约100％的压缩和脱水气体可为第二CO2为止。当第二CO2到达期望的百分比(例如100％)时，则可不再将第一CO2用作CO2源(方框230)。因此，可通过使第二CO2改道到压缩和脱水过程中来完全地消除第二CO2的排放。如前面所提到的那样，经压缩和脱水的CO2可随后被引导到碳封存系统121、EOR管道122和/或其它CO2源，以用于例如采油活动中。
图4是CO2过渡模型232的一个实施例的曲线图，CO2过渡模型232可用来从第一CO2(例如启动CO2124)过渡到作为被气体压缩系统119压缩和脱水的气体的第二CO2(例如抽出CO2118)。曲线图的纵坐标(即，y轴)表示第一CO2和第二CO2的流率。横坐标(即x轴)表示时间。如上面关于图3所描述的那样，第一CO2源(例如CO2124)可用作启动CO2源，以例如在IGCC装置100启动期间起动压缩操作。第二CO2(例如CO2118)则可用来从启动操作过渡到正常操作。
在起动时期234中，当气体压缩系统119开始启动过程时，控制器125可启动第一CO2的流236。可在压缩系统的启动过程期间以增量的方式使流236压缩和脱水。当气体压缩系统119继续启动过程时，可使用不断增加的量的第一CO2流236。
在某些实施例中，控制器125然后可进入第一过渡时期238，其中，第二CO2的流240可添加到第一CO2的流236中。过渡时期可在某个时间T1处开始，例如，当气化操作产生的抽出CO2118变得可用时。当气化操作产生不断增加的量的第二CO2240时，控制器125可增加第二CO2流240的流率。因此，使用流率236与流率240的组合来继续启动操作。在时间T2处，控制器125可进入第二过渡时期242。在第二过渡时期期间，第一和第二CO2源236、240的结合的流能够启动压缩和脱水操作。因此，当在气化操作期间不断增加的量的第二CO2流240变得可用时，可减小第一CO2流236。减小第一CO2的流236以及增加第二CO2的流240的过程然后可持续到气化操作产生足够体积的第二CO2为止，以便在时间T3获得稳态(即正常操作)流量水平244。
在稳态流量水平244处，可关掉第一CO2源236，而压缩和脱水操作则可通过使用第二CO2240来继续操作。因此，曲线图的稳态操作时期246描绘了将第二CO2流240用作在压缩和脱水操作中使用的主要CO2流。将理解，本文中公开的实施例允许使用CO2过渡模型(例如实例CO2过渡模型232)的许多变型。实际上，水平244可更低或更高，并且流率236、240的向上曲线和向下曲线可调节成例如具有不同的斜率，以便在各种各样的动力装置100操作和气体压缩系统119实施例中更高效且更经济地从第一CO2气体过渡到第二CO2气体。
本发明的技术效果包括能够平滑地从用来启动压缩操作的启动CO2气体过渡到抽出CO2气体，抽出CO2气体可用来继续正常压缩操作。因此，可减少或消除装置操作所导致的CO2排放。启动CO2载体气体源可包括强化采油管道、碳封存系统和诸如CO2存储罐的其它源。抽出CO2载体气体源包括碳捕捉系统。另外的效果包括能够通过将相同类型的气体用于启动操作以及用于正常操作来简化压缩和脱水操作。因此，气体压缩和脱水系统可经历更平滑的过渡而压缩第二气体源，因为将压缩机喘振(例如在气体流中的快速脉动)减少到了最低限度，脱水系统能够更快速地到达稳态，并且控制器模态可构造成以便控制单种类型的气体(例如CO2)。控制器模态可使用计算机指令来快速和高效地在气体源之间过渡。
此书面描述使用了实例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使得本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，以及执行任何结合的方法。本发明的可授予专利的范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这样的其它实例具有不异于权利要求书的字面语言的结构元素，或如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质性差异的等效结构元素，则这样的其它实例意图处于权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种系统，包括：
构造成以便压缩含碳气体(118，124)的第一压缩机(172)；以及
构造成在气化系统(106)的启动期间控制所述第一压缩机(172)从压缩第一含碳气体(124)过渡到压缩第二含碳气体(118)的控制器(125)。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一含碳气体(124)、所述第二含碳气体(118)或两者包括按体积计纯度为至少约80％的二氧化碳。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二含碳气体(118)是从在所述过渡期间由所述气化系统(106)产生的合成气中捕捉到的，而所述第一含碳气体(124)不是从在所述过渡(238)期间产生的所述合成气中捕捉到的。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括所述气化系统(106)和气体处理系统(115)。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述过渡(238)在所述气化系统的启动(234)期间开始，并且在所述气化系统的稳态操作(246)期间结束。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括具有所述第一压缩机(172)和所述控制器(125)的碳捕捉系统(117)，其中，所述碳捕捉系统(117)是所述第二含碳气体(118)的源。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括强化采油(EOR)管道(122)、碳封存系统(121)、存储罐(123)中的至少一个，或它们的组合，作为所述第一含碳气体(124)的源。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一压缩机(172)在所述第一压缩机(172)的启动期间仅压缩所述含碳气体(124)。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括脱水系统(176)，所述脱水系统(176)联接到所述第一压缩机(172)上，并且构造成以便使被所述第一压缩机(172)压缩的所述含碳气体(118，124)脱水。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述系统包括第二压缩机(180)，所述第二压缩机(180)联接到所述脱水系统(176)上，并且构造成以便压缩通过所述脱水系统(176)脱水的所述含碳气体(118，124)。
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