CN102706095A - 用于冷却用于气体处理的溶剂的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于冷却用于气体处理的溶剂的系统和方法。当前的实施例涉及使用来自空气分离单元的流体流来冷却气体处理系统的溶剂。在一个实施例中，提供了一种包括空气分离单元的系统。该空气分离单元具有构造成接收空气流的空气入口、构造成输出氧流的氧出口、构造成输出氮流的氮出口和构造成冷却空气流以使得能够将空气流分离成氧流和氮流的冷却系统，其中，冷却系统构造成冷却第一气体处理系统的第一溶剂。

Description

用于冷却用于气体处理的溶剂的系统和方法
技术领域
公开的主题涉及气体处理系统，例如气化系统中的酸性气体去除(AGR)系统。更具体而言，公开的主题涉及冷却用于气体处理系统的溶剂。
背景技术
可通过使诸如煤的给料的气化来产生合成气，而且可在联合循环动力装置中将合成气用作燃料。合成气一般可包括一氧化碳和氢的气态混合物，以及少量的氯化氢、氟化氢、氨和其它气体。取决于给料的有机含量，合成气还可包括不定量的酸性气体，例如硫化氢和二氧化碳。为降低空气污染和环境成本，可能需要对合成气进行清洁或“脱硫”，以在联合循环动力装置内燃烧之前去除酸性气体。酸性气体去除过程可包括使用物理溶剂，物理溶剂被冷却，以促进从合成气中吸收酸性气体。可惜的是，冷却要求会提高AGR系统的成本。
发明内容
下面对在范围方面与原本声明的发明相当的某些实施例进行概述。这些实施例不意图限制声明的发明的范围，而是相反，这些实施例仅意图提供本发明的可能形式的简要概述。实际上，本发明可包括可类似于或异于下面所阐述的实施例的多种形式。
在第一个实施例中，一种系统包括空气分离单元。该空气分离单元具有构造成接收空气流的空气入口、构造成输出氧流的氧出口和构造成输出氮流的氮出口。空气分离单元还具有构造成冷却空气流以使得能够将空气流分离成氧流和氮流的冷却系统，其中，冷却系统构造成冷却第一气体处理系统的第一溶剂。
在第二个实施例中，一种系统包括第一气体处理系统。该第一气体处理系统具有构造成接收第一未经处理的气体流的第一气体入口和构造成输出第一经处理的气体流的第一气体出口。第一气体处理系统还具有联接到第一气体入口和第一气体出口上的第一基于溶剂的处理系统，其中，第一基于溶剂的处理系统构造成用第一溶剂从第一未经处理的气体流中去除至少一种杂质，而产生第一经处理的气体流。第一气体处理系统还具有联接到第一基于溶剂的处理系统上的第一冷却系统，其中，第一冷却系统包括构造成接收来自第一空气分离单元的第一冷却剂的第一冷却剂入口。
在第三个实施例中，一种方法包括使流体流在基于溶剂的气体处理系统和空气分离单元之间循环。该方法进一步包括通过流体流的循环来冷却基于溶剂的气体处理系统的溶剂。
附图说明
当参照附图来阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面与优点将变得更好理解，在附图中，相同符号在所有图中表示相同部件，其中：
图1是具有空气分离单元、气体处理系统和控制器的系统的一个实施例的简图，其示出了在空气分离单元的冷却系统和气体处理系统之间的流体流；
图2是具有空气分离单元和气体处理系统以及控制器的系统的一个实施例的简图，其示出了在气体处理系统和空气分离单元的冷却系统之间的溶剂流；
图3是各自接收来自空气分离单元的冷却剂的第一气体处理系统和第二气体处理系统的一个实施例的简图；
图4是使用液化气体来冷却气体处理系统的溶剂的冷却系统的一个实施例的简图；
图5是使用液态氮来冷却气体处理系统的溶剂的冷却系统的一个实施例的简图；
图6是使用液态氧来冷却气体处理系统的溶剂的冷却系统的一个实施例的简图；以及
图7是利用来自空气分离单元的液化气体流来冷却溶剂的第一气体处理系统和第二气体处理系统的一个实施例的简图。
部件列表
10系统
12空气分离单元
14气体处理系统
15流体流
16控制器
18空气
20压缩机
22压缩空气流
24冷却系统
26液态空气流
28分离系统
30氧
32氮
36未经处理的合成气
38基于溶剂的处理系统
40酸性气体去除系统
42碳捕捉系统
44冷却系统
46经处理的气体
48泵
50流量阀
13气体处理系统
70给料
72气化器
74CO2
76硫
78盐
80化工生产系统
82动力发生系统
84其它基于合成气的系统
86暖溶剂
88出口
90入口
92热交换器
94冷溶剂
96出口
98入口
120第一气体处理系统
122第二气体处理系统
124液态氮流
126液态氧流
128第一未经处理的合成气
130第一经处理的合成气
132输出汽化氮
134第二未经处理的合成气
136第二经处理的合成气
138输出汽化氧
140杂质去除单元
142经处理的压缩空气
144热交换单元
146变成液化空气
148蒸馏单元
150富氮流
152富氧流
154冷产物流
156存储单元
158液态氮存储单元
160液态氧存储单元
159出口
162液态氧出口
164入口
166基于溶剂的处理系统
168第一热交换器
170第一暖溶剂
172第一冷溶剂
174冷却剂入口
176入口
178基于溶剂的处理系统
180第二热交换器
182第二暖溶剂
184第二冷溶剂
186冷却剂入口
188阀
190液态氮流量阀
192液态氧流量阀
210冷却系统
220液化气体流
222暖溶剂
224冷溶剂
226汽化输出
228阀
230方向
232第一热交换器
234方向
236液化气体存储单元
238阀
240输出流
242汽化气体流
244液化气体流
246汽化输出
248箭头
250第二热交换器
252箭头
254蒸汽流
256汽化输出
258蒸汽冷凝物输出
260阀
262阀
280冷却系统
290液化氮流
292方向
294液化氮存储单元
296方向
298第一热交换器
300第二热交换器
302方向
304第三热交换器
306阀
308暖流
310冷流
312汽化氮流
314暖溶剂
316产生冷溶剂
318汽化氮
320空气流
322液化空气流
324汽化氮流
340冷却系统
350液化氧流
352汽化氧输出
354汽化氧输出
356液化氧存储单元
380液化气体流
382第一气体处理系统
384第二气体处理系统
386汽化输出
388汽化输出
390阀
392方向
394方向
396汽化单元
398阀
400箭头
402箭头
404第一热交换器
406第一暖溶剂
408第一冷溶剂
410气体流
412蒸气/液体分离器
414汽化气体流
416液化气体流
418出口
420出口
422第一泵
424箭头
426第二热交换器
428第二暖溶剂
430第二冷溶剂
432气体流
434蒸气/液体分离器
436汽化气体流
438液化气体流
440出口
442出口
444第二泵
446箭头
448液化气体流
450阀
452第三热交换器
454返回流
456箭头
458空气流
460液化空气流
462气体流
464箭头
466箭头
468箭头
具体实施方式
下面将对本发明的一个或多个具体实施例进行描述。为了致力于提供对这些实施例的简明描述，可能不会在说明书中对实际实现的所有特征进行描述。应当理解，当例如在任何工程或设计项目中开发任何这种实际实现时，必须作出许多对实现而言专有的决定来实现开发者的具体目标，例如符合与系统有关及与商业有关的约束，开发人员的具体目标可根据不同的实现彼此有所改变。此外，应当理解，这种开发工作可能是复杂和耗时的，但尽管如此，对受益于本公开的普通技术人员来说，这种开发工作将是设计、生产和制造的例行任务。
当介绍本发明的各实施例的元件时，冠词“一个”、“一种”、“该”和“所述”意图表示存在一个或多个该元件。用语“包括”、“包含”和“具有”意图为包括性的，并且表示除了列出的元件之外，可存在另外的元件。
本公开涉及使用来自空气分离单元(ASU)的流体流来冷却气体处理系统的物理溶剂的技术。更具体而言，本公开的实施例结合了在酸性气体去除过程中进行冷却和在空气分离单元中进行加热/汽化的要求。作为一般的实例，空气分离单元中的流体流可用来冷却在酸性气体去除中使用的物理溶剂，以冷却改进酸性气体的物理吸收。如本文所用，用语“酸性气体”包括(但不限于)酸性气体硫化氢和二氧化碳以及其它含硫化合物。用语“物理吸收”将指的是通过溶剂进行的吸收，溶剂通过物理特性而非通过化学反应来从合成气流中吸收选定成分。用语“ASU流体流”包括(但不限于)空气分离单元内的任何低温流，例如液态空气、液态氧、液态氮或稀释氮，或者ASU流体流可包括汽化流，例如汽化氮、汽化氧或汽化空气。在某些实施例中，ASU流体流可在ASU的内部、在气体处理系统的内部或在ASU和气体处理系统之间与用于气体处理系统(例如AGR系统)的溶剂流交换热(即冷却溶剂流)。
图1是包括空气分离单元12和气体处理系统14的系统10的一个实施例的简图。如下面进一步论述的那样，空气分离单元12和气体处理系统14可构造成在空气分离单元12和气体处理系统14之间交换流体流15，以冷却气体处理系统14的物理溶剂。例如，流体流15可包括ASU流体流、溶剂流，或者ASU流体或溶剂之外的中间流体流。ASU流体可包括ASU冷却剂和ASU低温流体或液化气体，例如液化氮、液化氧或液化空气。控制器16可用来控制不同的流率，以及因此控制热传递，以冷却物理溶剂。如下面进一步详细地论述的那样，用以冷却物理溶剂的热交换可位于空气分离单元12内、气体处理系统14内，或者位于空气分离单元12和气体处理系统14之间。例如，气体处理系统14可将溶剂传递到ASU 12，其中，ASU流体将热传递远离溶剂。作为另一个实例，ASU 12可将ASU流体(例如液化气体)传递到气体处理系统14，其中，ASU流体将热传递远离溶剂。作为另一个实例，ASU流体和溶剂可在ASU 12和气体处理系统14之间交换热。在另一个实例中，中间流体(例如水或其它冷却介质)可被ASU 12中的ASU流体冷却，流到气体处理系统14，并且将热传递远离气体处理系统14中的溶剂。
空气分离单元12可用来将大气空气分离成其主要成分，例如氧和氮。大体上，空气18首先被压缩机20压缩。在某些实施例中，可使用单个压缩机20，而其它实施例则可包括两个或更多个压缩机20。之后，压缩空气流22进入空气分离单元12，并且被冷却系统24冷却到其液化温度，而产生液态空气流26。随后，液态空气流26被分离系统28蒸馏。所产生的输出是大气空气18的两种主要组分：氧30和氮32。在某些实施例中，可使氧输出30和氮输出32液化。在其它实施例中，可使氧输出30和氮输出32汽化。如将理解的那样，氧输出30和氮输出32可具有多种温度和体积。如下面进一步论述的那样，冷却系统24可构造成冷却气体处理系统14的物理溶剂。再次，冷却系统24可接收溶剂作为流体流15，在ASU 12中冷却溶剂，并且将经冷却的溶剂作为流体流15返回到气体处理系统14。作为替代，冷却系统24可将中间流体的经冷却的ASU流体作为流体流15而传递到气体处理系统14，在将加温的流体流15返回到ASU  12之前，气体处理系统14使用经冷却的流体流15来冷却气体处理系统14中的溶剂。
可使用气体处理系统14来从未经处理的合成气中去除酸性气体。如上面描述的那样，通过给料的气化而产生的合成气可包括可能需要去除的酸性气体，例如硫化氢和二氧化碳。未经处理的合成气36由气体处理系统14接收，其中未经处理的合成气36可被基于溶剂的处理系统38、酸性气体去除系统40、碳捕捉系统42或它们的组合清洁。在某些实施例中，酸性气体去除系统40和/或碳捕捉系统42可包括基于溶剂的处理系统38，以从未经处理的合成气36中去除有害的酸性气体和/或碳。相反，气体处理系统14可具有包括酸性气体去除系统40和/或碳捕捉系统42的基于溶剂的处理系统38。气体处理系统14可进一步包括冷却系统44。如下面进一步详细地论述的那样，冷却系统44可构造成与空气分离单元12的冷却系统24交换流体流15。再次，流体流15可为ASU流体、溶剂或中间冷却流体，使得溶剂可在ASU 12、气体处理系统14或它们之间的某个地方中被冷却。一旦未经处理的合成气36传送通过气体处理系统14且被清洁，它就作为经处理的气体46而从气体处理系统14中输出。经处理的气体46然后可被引导到动力发生系统、化工生产系统或另一个适当的应用。
如上面提到的那样，系统10包括控制器16，以调节不同的流率，以及因此调节热传递，以冷却物理溶剂。例如，控制器16可操作泵(P)48和流量阀50，以调节在空气分离单元12和气体处理系统14之间的流体流15的流率。例如，控制器16可提高泵48的速度和/或阀50的开度，以提高流体流15的流率，从而提高热传递，以降低溶剂的温度。控制器16还可接收反馈，例如温度反馈，以促进控制来保持溶剂的最低温度。控制器16还可控制ASU 12和气体处理系统13，以及/或者被ASU 12和气体处理系统14控制。虽然示出的实施例包括一个泵48和流量阀50，但是，其它实施例可包括两个或更多个泵48和流量阀50。
图2是包括空气分离单元12和气体处理系统14的系统10的一个实施例的简图。如上面关于图1所描述的那样，大气空气18被压缩机20接收和压缩，压缩机20输出压缩空气流22。随后，空气分离单元12用冷却系统24来冷却压缩空气22，并且将压缩空气22分离成其两种主要组分：氧30和氮32。此外，如上面关于图1所描述的那样，气体处理系统14接收未经处理的合成气36，并且从未经处理的合成气36中去除选定成分，而产生经处理的合成气46。更具体而言，通过给料70(例如煤)在气化器72中的气化来产生未经处理的合成气36。未经处理的合成气36可包括一氧化碳和氢的气态混合物以及不定量的酸性气体。如在示出的实施例中显示的那样，气体处理系统14可从未经处理的合成气36中去除多种成分，例如CO2 74、硫76和盐78。作为一个实例，气体处理系统14可去除呈硫化氢的形式的硫76。一旦经处理的合成气46被气体处理系统14输出，它就可在联合循环动力装置中被用作燃料。例如，经处理的合成气46可被引导到化工生产系统80、动力发生系统82或其它基于合成气的系统84。例如，经处理的合成气46可被供应给燃气轮机，以驱动一个或多个负载，例如发电机。
如上面关于图1所论述的那样，气体处理系统14可包括基于溶剂的处理系统。具体而言，在基于溶剂的处理系统内的溶剂可选择性地从未经处理的合成气36中吸收酸性气体。例如，溶剂可为聚乙二醇的二甲醚的混合物，例如可从密歇根米德兰的陶氏化学公司商购获得的聚乙二醇二甲醚。一旦溶剂从未经处理的合成气36中吸收酸性气体，溶剂就会经历再生过程，以从溶剂中解吸出酸性气体。在酸性气体被解吸出来之后，相对不含酸性气体的溶剂可再次用来从未经处理的合成气36中吸收酸性气体。冷却溶剂会提高这个酸性气体吸收过程的效率。
以实例的方式，在示出的实施例中，空气分离单元12构造成接收、冷却和返回用于气体处理系统14的溶剂流。更具体而言，暖溶剂86可通过出口88离开气体处理系统14，以及通过入口90进入空气分离单元12。随后，暖溶剂86可传送通过空气分离单元12的冷却系统24。在示出的实施例中，空气分离单元12的冷却系统24包括热交换器92。虽然示出的实施例显示了一个热交换器92作为冷却系统24的一部分，但是，备选实施例可在冷却系统24内包括两个或更多个热交换器92。如将理解的那样，来自空气分离单元12的ASU流体流(例如低温液体或其它经冷却的产物)也可被传送通过冷却系统24的热交换器92。ASU流体流可有多种压力和温度。此外，可使用高压泵来输送ASU流体流。在某些实施例中，ASU流体流可为液化氧、液化氮或液化空气。在其它实施例中，ASU流体流可为汽化氧或汽化氮。在热交换器92内，来自暖溶剂86的热可被传递给来自空气分离单元12的ASU流体流，从而产生冷溶剂94。在传送通过热交换器92以吸收来自暖溶剂86的热之后，来自空气分离单元12的ASU流体流可作为液体而传送到空气分离单元12内的存储单元，如下面进一步详细地论述的那样。但是，由于热交换过程，ASU流体流可从液化气体转化成汽化气体。在这种情形下，在存储之前，ASU流体流可传送通过空气分离单元12内的冷箱。备选地，汽化流体流可被引导到气化器，以在气化过程内被消耗。冷溶剂94可离开空气分离单元12的出口96，并且通过入口98再进入气体处理系统14，以在酸性气体去除过程中继续使用。
如图2中示出的那样，系统10进一步包括控制器16，以调节暖溶剂86、冷溶剂94或两者的流率。此外，控制器16可构造成控制操作空气分离单元12和气体处理系统14的许多运行参数。例如，控制器16可调节进入气体处理系统14中的未经处理的合成气36的流率。对于另一个实例，控制器16可调节来自空气分离单元12的ASU流体流通过冷却系统24的流率，以实现冷溶剂94的期望温度。
图3是包括空气分离单元12、控制器16、第一气体处理系统120和第二气体处理系统122的系统10的一个实施例的简图。大体上，空气分离单元12接收来自压缩机20的压缩空气，而空气分离单元12输出液态氮流124和液态氧流126。第一气体处理系统120接收第一未经处理的合成气128，并且输出第一经处理的合成气130。此外，第一气体处理系统120构造成接收来自空气分离单元12的流体流。具体而言，第一气体处理系统120接收液态氮流124，以冷却溶剂，并且输出汽化氮132。类似地，第二气体处理系统122接收第二未经处理的合成气134，并且输出第二经处理的合成气136。此外，第二气体处理系统122构造成接收来自空气分离单元12的流体流。具体而言，第二气体处理系统122接收液态氧流126，以冷却溶剂，并且输出汽化氧138。
在示出的实施例中，压缩机20接收大气空气18且输出压缩空气流22。空气分离单元12接收压缩空气流22。如上面所论述的那样，空气分离单元12将压缩空气流22冷却到其液化温度，并且将空气压缩空气22蒸馏成其主要组分：氧和氮。更具体而言，在某些实施例中，压缩空气22可进入空气分离单元12，并且传送通过杂质去除单元140。如将理解的那样，杂质去除单元140可构造成从压缩空气22中去除杂质，例如水蒸气和CO2。如果不从未经处理的压缩空气22中去除这样的杂质，它们就可在处理装备的内表面上冻结和淀积。杂质去除单元140可包括用以从未经处理的压缩空气22中去除杂质的多种系统，其包括(但不限于)分子筛和逆流热交换器。在分子筛中，杂质的分子被吸附到分子筛材料的表面上。在逆流热交换器中，暖空气在冰水和CO2的上面经过，以使使水蒸发，以及使CO2升华而返回到大气中。
在示出的实施例中，经处理的压缩空气142被供应给热交换单元144，其中，使用冷流来冷却经处理的压缩空气142。在运行中，使用热交换器144来将热从经处理的压缩空气142传递给空气分离单元12的冷流。例如，热交换单元144可冷却经处理的压缩空气142，直到它在低于大约-175摄氏度、-185摄氏度或-195摄氏度的温度下变成液化空气146为止。接着，使用蒸馏单元148来将液化空气146分离成期望的流，该流可主要富含一种成分。例如，取决于期望的流的数量和流的期望纯度，蒸馏单元148可包括一个或多个蒸馏柱。具体而言，蒸馏单元148可包括产生富氮流150的第一蒸馏柱、产生富氧流152的第二蒸馏柱，以及用于其它气体的额外的蒸馏柱。可在其它实施例中使用蒸馏柱的其它组合和构造。例如，一个蒸馏柱可产生富氮流150和富氧流152两者。另外，蒸馏单元148的蒸馏柱可为塔盘式或填充式。
然后将来自蒸馏单元148的一个或多个冷产物流154供应给热交换单元144，以冷却经处理的压缩空气142。在经处理的压缩空气142进入蒸馏单元148之前，这个热交换会降低经处理的压缩空气142的温度。冷产物流154的数量可取决于蒸馏柱的数量和/或蒸馏单元148的蒸馏柱的排出点的数量而改变。如图3中进一步显示的那样，冷产物流154中的一个或多个可被引导到一个或多个存储单元156。更具体而言，富氮流150被供应给液态氮存储单元158。此外，富氧流152被供应给液态氧存储单元160。在某些实施例中，空气分离单元12可针对蒸馏单元148所产生的各个与别个不同的纯度包括一个存储单元156。例如，空气分离单元12可包括用于蒸馏单元148所产生的所有富氮流150的一个液态氮存储单元158和用于蒸馏单元148所产生的所有富氧流152的一个液态氧存储单元160。在其它实施例中，空气分离单元12可包括构造成接收一个或多个富氧流152或富氮流150的多个存储单元156。如所显示的那样，空气分离单元12还包括出口159，可通过出口159来输出存储在存储单元156中的液化气体。如所显示的那样，空气分离单元12具有液态氮出口160，可通过液态氮出口160来从空气分离单元12中输出存储在液态氮存储单元158中的液态氮。类似地，空气分离单元12具有液态氧出口162，可通过液态氧出口162来从空气分离单元12中输出存储在液态氧存储单元160中的液态氧。虽然示出的实施例显示了两个空气分离单元出口159，但是对于其它应用，其它实施例可包括更多或更少的出口。
使用出口159来将液化气体作为冷却剂而输送到第一气体处理系统120和第二气体处理系统122。如上面所论述的那样，气体处理系统可接收未经处理的合成气，从未经处理的合成气中去除选定成分，以及输出经处理的合成气以在联合循环动力装置或其它系统中使用。如图3中显示的那样，第一气体处理系统120构造成通过入口164来接收第一未经处理的合成气128。第一未经处理的合成气128进入第一基于溶剂的处理系统166，其中选定的酸性气体被从第一未经处理的合成气128中去除。在经历处理过程之后，第一未经处理的合成气128作为第一经处理的合成气130而离开第一气体处理系统120。如上面所论述的那样，可用来自ASU 12的液化气体来实现对在第一溶剂处理系统166中使用的物理溶剂的冷却。例如，第一气体处理系统120包括第一热交换器168，第一热交换器168构造成接收第一暖溶剂170，将热从第一暖溶剂170传递给冷却剂，以及使第一冷溶剂172返回到第一基于溶剂的处理系统166。在示出的实施例中，第一气体处理系统120的第一热交换器168构造成接收来自空气分离单元12的冷却剂。更具体而言，第一气体处理系统120接收来自空气分离单元12的液态氮流124。如上面所论述的那样，液态氮流124可通过出口160离开空气分离单元12。随后，液态氮流124可通过冷却剂入口174进入第一气体处理系统120的第一热交换器168。在运行中，第一热交换器168将热从第一暖溶剂170传递给液态氮流124。在液态氮流124从第一暖溶剂170中吸收热时，液态氮流124的温度可升高。因此，液态氮流124可转化成汽化氮流132，并且离开第一气体处理系统120。在某些实施例中，汽化氮132可被引导到气化器，以在气化过程中使用。备选地，汽化氮132可被引导回空气分离单元12，以进行冷却和存储。
第二气体处理系统122包括类似于第一气体处理系统120的构造。具体而言，第二气体处理系统构造成通过入口176来接收第二未经处理的合成气134。第二未经处理的合成气134进入第二基于溶剂的处理系统178，其中选定的酸性气体被从第二未经处理的合成气134中去除。在经历处理过程之后，第二未经处理的合成气134作为第二经处理的合成气136而离开第二气体处理系统122。如上面所论述的那样，可用来自ASU 12的液化气体来实现对在第二溶剂处理系统178中使用的物理溶剂的冷却。例如，第二气体处理系统122包括第二热交换器180，第二热交换器180构造成接收第二暖溶剂182、将热从第二暖溶剂182传递给冷却剂，以及使第二冷溶剂184返回到第二基于溶剂的处理系统178。在示出的实施例中，第二气体处理系统122的第二热交换器180构造成接收来自空气分离单元12的冷却剂。更具体而言，第二气体处理系统122接收来自空气分离单元12的液态氧流126。如上面所论述的那样，液态氧流126可通过出口162离开空气分离单元12。随后，液态氧流126可通过冷却剂入口186进入第二气体处理系统122的第二热交换器180。在运行中，第二热交换器180将热从第二暖溶剂182传递给液态氧流126。在液态氧流126从第二暖溶剂182中吸收热时，液态氧流126的温度可升高。因此，液态氧流126可转化成汽化氧流138，并且离开第二气体处理系统122。在某些实施例中，汽化氧138可被引导到气化器，以在气化过程中使用。备选地，汽化氧138可被引导回空气分离单元12，以进行冷却和存储。
虽然示出的实施例显示了空气分离单元12产生和释放液态氮流124和液态氧流126，以用来冷却第一气体处理系统120的第一暖溶剂170和第二气体处理系统122的第二暖溶剂182，但重要的是要注意，空气分离单元12可产生其它冷却剂或流体流，以在气体处理系统中用于冷却暖溶剂。例如，空气分离单元12可产生适于冷却气体处理系统120和122中的溶剂的液化空气流、汽化氮流或汽化氧流。此外，虽然示出的实施例描绘了空气分离单元12对两个气体处理系统提供冷却剂或流体流，但是，其它实施例可包括对更多或更少的气体处理系统提供冷却剂或流体流的空气分离单元12。
如图3中显示的那样，系统10还包括用以控制一个或多个阀188的控制器16，以控制冷却剂或流体流的流率。示出的实施例显示了控制器16联接到液态氮流量阀190和液态氧流量阀192上。控制器16可构造成调节液态氮流124的流率和液态氧流126的流率，从而调节液态氮流124和第一暖溶剂170之间热传递以及液态氧流126和第二暖溶剂182之间的热传递。例如，控制器16可被编程来控制液态氮流124的流率，使得第一暖溶剂170被冷却到目标温度。另外，控制器16可构造成控制空气分离单元12的一个或多个运行参数。例如，控制器16可构造成调节液态氮存储单元158或液态氧存储单元160的温度。作为另一个实例，控制器16可构造成调节通往热交换器144的一个或多个冷产物流154的流率。此外，控制器16可构造成调节第一气体处理系统120和第二气体处理系统122的一个或多个运行参数。例如，控制器16可被编程来调节通往第一热交换器168的第一暖溶剂170的流率，并且从而，调节第一暖溶剂170和冷却剂(例如液态氮流124)之间的热传递。类似地，控制器16可被编程来调节通往第二热交换器180的第二暖溶剂182的流率，以类似地调节第二暖溶剂182和液态氧流126之间的热传递。
图4是用于在诸如气体处理的应用中使用的溶剂的冷却系统210的一个实施例的简图。如所显示的那样，冷却系统210构造成接收来自空气分离单元12的液化气体流220(例如液化空气、液化氮或液化氧)和来自气体处理系统14的暖溶剂流222。此外，冷却系统210包括一个或多个热交换器，以将热从暖溶剂222传递给液化气体流220。冷却系统输出冷溶剂224和至少一个汽化输出226，冷溶剂224可返回到气体处理系统14，以在气体处理过程中进一步被使用。冷却系统210还包括控制器16，控制器16调节多个阀228、泵或冷却系统210的其它运行参数。因而，控制器16构造成控制热传递，并且因此控制溶剂的冷却。
如之前提到的那样，冷却系统210接收来自空气分离单元12的液化气体流220。例如，液化气体流可为液化空气、液化氧或液化氮。液化气体流220可沿方向230流动，并且被第一热交换器232接收。液化气体流220还可沿方向234流动，并且存放到液化气体存储单元236中。如下面进一步详细地论述的那样，液化气体流的方向可由阀238控制，阀238由控制器16控制。第一热交换器232还接收暖溶剂222。通过将热从暖溶剂222传递给液化气体流220，液化气体流220和暖溶剂222在第一热交换器232内交换热。第一热交换器232输出冷溶剂224，冷溶剂224可返回到气体处理系统14，以在气体处理过程中进一步被使用。此外，在第一热交换器232内的在暖溶剂222和液化气体流22之间的热交换过程期间，由于从暖溶剂222传递给液化气体流220的热的原因，液化气体流220的一部分可汽化。因此，第一热交换器232可释放包含汽化部分和液化部分的输出流240。如所显示的那样，冷却系统210可构造成将流240引导到汽化气体流242和液化气体流244中。更具体而言，汽化气体流242可作为汽化输出246而离开冷却系统210，并且可被供应给气化装置的气化器。另外，液化气体流244可被引导到其它地方。例如，如在示出的实施例中显示的那样，液化气体流244可返回到液化气体存储单元236，如箭头248所显示的那样，或者液化气体流244可被引导到第二热交换器250，如箭头252所显示的那样。第二热交换器250还可接收蒸汽流254。在某些实施例中，蒸汽流254可由蒸汽发生器或整体气化联合循环(IGCC)动力装置内的其它系统供应。在第二热交换器250内，热可从蒸汽流254传递给液化气体流244。因此，第二热交换器250可释放汽化输出256和蒸汽冷凝物输出258。
如之前所提到的那样，冷却系统210包括用以调节冷却系统210的一个或多个运行参数或元件的控制器16。例如，控制器16可控制多个阀228，以控制流体流，并且因此控制不同的流体之间的热传递。例如，控制器16可调节阀238，使得液化气体流220以期望的流率被引导到第一热交换器232。作为另一个实例，控制器16可操作阀260，以调节通往液化气体存储236和/或热交换器250的液化气体流220和244的流向。换句话说，控制器16可打开阀260，以允许液化气体流244沿方向248流到液化气体存储单元236。备选地，控制器16可关闭阀260，以沿方向252将液化气体流244引导到第二热交换器250。此外，控制器16可调节阀262，以调节从热交换器232到液化气体存储236和/或热交换器250的液化气体流244，例如，阀236可在存在来自热交换器232的液化气体流244的情况下打开，以及在没有来自热交换器232的液化气体流244的情况下关闭。
图5是用于在诸如气体处理的应用中的使用的溶剂的冷却系统280的一个实施例的简图。冷却系统280在液化氮流290(例如来自空气分离单元12)和物理溶剂(例如来自气体处理系统12)之间交换热。另外，冷却系统280输出汽化气体和冷溶剂，液化气体可被引导到气化装置中的气化器，而且冷溶剂可返回到气体处理系统14(例如AGR系统)。冷却系统280进一步包括多个热交换器和控制器16，控制器16可控制冷却系统280的一个或多个元件或运行参数。
在示出的实施例中，控制器16构造成控制液化氮流290沿方向292流到液化氮存储单元294，沿方向296流到第一热交换器298，以及随后流到第二热交换器300，以及/或者沿方向302流到第三热交换器304。如在示出的实施例中显示的那样，液化氮流290由阀306控制，阀306由控制器16调节。在某些实施例中，阀306可为6通阀，使得液化氮流290可被引导成沿方向292、296、302或它们的任何组合而流动。此外，液化氮流290的方向可被控制器16调节，以实现某个期望的运行状况(例如溶剂热传递速率、液化氮流率、汽化氮输出速率等)。
如上面提到的那样，液化氮流290可由第一热交换器298接收。在示出的实施例中，第一热交换器298还接收来自空气分离单元12的暖流308。暖流308可包括大气空气、汽化氧、汽化氮或任何其它暖的ASU流。在第一热交换器298内，来自暖流308的热可传递给液化氮流290。因此，第一热交换器298输出冷流310，分离系统28中的空气分离单元12可使用该冷流310。冷流310可为液化空气、液化氧、液化氮或任何其它冷的ASU流。如上面所论述的那样，在第一热交换器298内，来自暖流308的热可传递给液化氮流290。这可导致液化氮流290转化成汽化氮流312。在示出的实施例中，汽化氮流312被引导到第二热交换器300，第二热交换器300还接收暖溶剂314(例如来自气体处理系统14)。汽化氮流312和暖溶剂314在第二热交换器300内交换热，从而冷却暖溶剂314，以及加热汽化氮流312，而产生冷溶剂316和汽化氮318。如将理解的那样，虽然汽化氮流312不具有像液化氮流290那样低的温度，但是汽化氮流312仍然能够从暖溶剂314中移除足够的热，以改进溶剂的气体处理属性(例如酸性气体吸收属性)。因此，第二热交换器300释放冷溶剂316，冷溶剂316可返回到气体处理系统14，以在气体处理过程(例如AGR过程)中被再使用。另外，第二热交换器300输出汽化氮流318，汽化氮流318可被引导到气化器，以在气化过程中被使用。
备选地，如上面提到的那样，由控制器16操作的阀306可沿方向302发送液化氮流290或液化氮流290的一部分。沿方向302行进的液化氮流290由第三热交换器304接收。如在示出的实施例中显示的那样，第三热交换器302还接收空气流320。在某些实施例中，空气流320可为大气空气、压缩空气、未经处理的空气或另一种空气流。在第三热交换器302内，液化氮流290从空气流320中吸收热，而产生液化空气流322和汽化氮流324。在某些实施例中，汽化氮流324可被引导到气化器，以在气化过程中被使用。
图6是使用液化氧流350(例如来自空气分离单元12)来冷却用于在诸如气体处理的应用中使用的溶剂的冷却系统340的一个实施例的简图。图6的实施例类似于图5的实施例，只是冷却系统340使用液化氧流350而非液化氮流290。类似地，虽然图5中示出的实施例包括汽化氮输出318和324，但是图6中示出的实施例具有汽化氧输出352和354。此外，示出的实施例具有液化氧存储单元356而非氮存储器294。在其它实施例中，用以冷却溶剂的冷却剂流可包括液化空气、液化氮、汽化空气、汽化氮或汽化氧。另外，一些实施例可包括额外的控制器16、阀306、热交换器、泵和用以将热传递远离溶剂而改进气体处理系统14的装备。以实例的方式，控制器16还可构造成调节第一热交换器298、第二热交换器300、第三热交换器302或它们的组合的运行。例如，控制器16可构造成调节第一热交换器298，以在液化氧流350和暖流308之间实现期望的热传递速率，以产生在期望的温度和流率内的ASU冷流310。类似地，控制器16可构造成调节第二热交换器300，以实现冷溶剂316的期望的温度和流率。作为另一个实例，控制器16可构造成调节第三热交换器302，以实现液化空气322的期望的温度和流率。
图7是构造成利用液化气体流380(例如来自空气分离单元12)来冷却第一气体处理系统382的溶剂和第二气体处理系统384的溶剂的系统10的一个实施例的简图。系统10进一步包括汽化输出386、汽化输出388和控制器16。如下面进一步详细地论述的那样，控制器16可构造成调节系统10的一个或多个运行参数和/或系统10的多种构件。
如上面提到的那样，系统10包括来自空气分离单元12的液化气体流380。在某些实施例中，液化气体流380可包括液化空气、液化氧、液化氮或它们的组合。如在示出的实施例中显示的那样，控制器16可操作阀390，以调节液化气体流380的流量。例如，控制器16和阀390可沿方向392将液化气体流发送到第一气体处理系统382和/或第二气体处理系统384。控制器16和阀390还可沿方向394将液化气体流发送到汽化单元396。
如上面提到的那样，液化气体流380可沿方向392流到第一气体处理系统382和/或第二气体处理系统384。因而，控制器16可操作阀398，以引导液化气体流380进入第一气体处理系统382(如箭头400所指示的那样)和/或第二气体处理系统384(如箭头402所指示的那样)。如所显示的那样，进入第一气体处理系统382的液化气体流380由第一热交换器404接收，第一热交换器404还构造成接收来自第一气体处理系统382的第一暖溶剂406。第一热交换器404将热从第一暖溶剂406传递给液化气体流380，从而产生第一冷溶剂408和气体流410。第一冷溶剂408然后可在第一气体处理系统382内的气体处理过程中被再使用。由于在第一热交换器404中从第一暖溶剂406中吸收的热的原因，液化气体流380或液化气体流380的一部分可汽化。因此，离开第一热交换器404的气体流410可为汽化气体和液化气体的混合物。在示出的实施例中，第一气体处理系统382包括第一蒸气/液体分离器412，第一蒸气/液体分离器412运行来将气体流410分离成汽化气体流414和液化气体流416。汽化气体流414可通过出口418离开第一气体处理系统382，并且可被发送到IGCC中的另一个系统，例如气化器。此外，液化气体流416通过出口420离开第一气体处理系统382。随后，液化气体流416可进入第一泵422，第一泵422可将液化气体流416泵送到汽化单元396，如箭头424所指示的那样。
如上面提到的那样，液化气体流380还可由第二气体处理系统384接收。如所显示的那样，液化气体流380可进入第二气体处理系统384，并且传送通过第二热交换器426。第二热交换器426还构造成接收来自第二气体处理系统384的第二暖溶剂428。第二热交换器426将热从第二暖溶剂428传递给液化气体流380，从而产生第二冷溶剂430和气体流432。第二冷溶剂430然后可在第二气体处理系统384内的气体处理过程中被再使用。由于在第二热交换器426中从第二暖溶剂428中吸收的热的原因，液化气体流380或液化气体流380的一部分可汽化。因此，离开第二热交换器426的气体流432可为汽化气体和液化气体的混合物。在示出的实施例中，第二气体处理系统384包括第二蒸气/液体分离器434，第二蒸气/液体分离器434运行来将气体流432分离成汽化气体流436和液化气体流438。汽化气体流436可通过出口440离开第二气体处理系统384，并且可被发送到IGCC动力装置中的另一个系统，例如气化器。此外，液化气体流438通过出口442离开第二气体处理系统384。随后，液化气体流438可进入第二泵444，第二泵444可将液化气体流438泵送到汽化单元396，如箭头446所指示的那样。
在示出的实施例中，液化气体流416(箭头424)和液化气体流438(箭头446)结合起来形成通往汽化单元396的液化气体流448。另外，控制器16可控制阀450，以调节通往汽化单元396的液化气体流448的流率。如所显示的那样，汽化单元396包括第三热交换器452和返回流454。如箭头456所指示的那样，液化气体流448可进入第三热交换器452。第三热交换器452还接收空气流458。在某些实施例中，空气流458可为大气空气、压缩空气、未经处理的空气、经处理的空气或另一种空气流。第三热交换器452将热从空气流452传递给液化气体流448，从而产生液化空气流460和气体流462。在某些情形下，气体流462可包括液化气体成分和汽化气体成分。汽化气体成分可被发送到IGCC动力装置中的另一个系统，例如气化器，如箭头464所指示的那样。液化气体成分可被发送到返回流454，如箭头466指示的那样。如所显示的那样，返回流454可引导液化气体构件再进入汽化单元396的第三热交换器452，如箭头468所指示的那样，以进一步冷却空气流458，以及通过从空气流458中吸收热来汽化。此外，如之前提到的那样，控制器16可调节阀390，以沿方向394将液化气体流380引导到汽化单元396，而且控制器16可操作阀450，以将液化气体流380和448引导到汽化单元396。因而，液化气体流380、448和454中的各个均可由汽化单元396和第三热交换器452用来产生液态空气460和汽化输出388。
如上面所论述的那样，系统10包括构造成操作系统10的多种阀390、398和450的控制器16，以控制多种流体之间的热传递。如在示出的实施例中显示的那样，控制器16可还构造成操作第一气体处理系统382和/或第二气体处理系统384的一个或多个运行参数。例如，控制器16可构造成调节通过第一热交换器404的第一暖溶剂406的流率，以在第一暖溶剂406和液化气体流380之间实现期望热传递速率。作为另一个实例，控制器16可构造成调节通过第二热交换器426的液化气体流380的流率，以在第二暖溶剂428和液化气体流380之间实现期望热传递速率。因而，通过提供适当流率和温度的冷溶剂408和430，控制器16可能能够改进气体处理过程(例如AGR过程)和气体处理系统382和384的效率。
本书面描述使用实例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域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的字面语言的结构元素，或者如果这样的其它实例包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等效结构元素，则它们意图处于权利要求的范围之内。

Claims (15)

1.一种系统(10)，包括：
空气分离单元(12)，其包括：
构造成接收空气流(18)的空气入口(22)；
构造成输出氧流(152，226，352，354)的氧出口(30)；
构造成输出氮流(150，226，318，324)的氮出口(32)；
冷却系统(24，210，280，340)，其构造成冷却所述空气流(18)，以使得能够将所述空气流(18)分离成所述氧流(152，226，352，354)和所述氮流(150，226，318，324)，其中，所述冷却系统(24，210，280，340)构造成冷却第一气体处理系统(14)的第一溶剂(15，86，222，314)。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述冷却系统(24，210，280，340)包括低温冷却系统。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述冷却系统(24，210，280，340)包括热交换器(92，232，300)，并且所述热交换器(92，232，300)构造成将热从所述第一溶剂(15，86，222，314)传递给第一液化气体流(30，32，220，290，350)。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述热交换器(92，232，300)构造成将热从所述第一溶剂(15，86，222，314)传递给作为所述第一液化气体流(30，32，220，290，350)的液化空气流(220)、液化氮流(32，220，290)或液化氧流(32，220，290)或它们的组合。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述冷却系统(24)构造成产生第一液化气体流(30，32，124，126)，而所述空气分离单元(12)构造成将所述第一液化气体流(30，32，124，126)输出到所述第一气体处理系统(14，120，122)，以冷却所述第一溶剂(15，170，182)。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述冷却系统(24)构造成产生作为所述第一液化气体流(30，32，124，126，220，290，350)的液化空气流(220)、液化氮流(32，124，220，290)或液化氧流(30，126，220，350)或它们的组合。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述冷却系统(24，210，280，340)构造成冷却第二气体处理系统(14，120，122)的第二溶剂(15，86，222，314)。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述冷却系统(24，210，280，340)构造成用第一液化气体(30，32，220，290，350)冷却所述第一溶剂(15，86，222，314)，所述冷却系统(24，210，280，340)构造成用第二液化气体(30，32，220，290，350)冷却所述第二溶剂(15，86，222，314)，并且所述第一和第二液化气体(30，32，220，290，350)彼此是不同的。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括所述第一气体处理系统(14)，其中，所述第一溶剂(15，86，222，314)构造成选择性地从第一合成气流中去除杂质。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述第一气体处理系统(14)包括第一酸性气体去除系统(166，178)。
11.一种系统(10)，包括：
第一气体处理系统(14，120，122)，其包括：
构造成接收第一未经处理的气体流(36，128，134)的第一气体入口(36，164，176)；
构造成输出第一经处理的气体流(46，130，136)的第一气体出口(46，130，136)；
联接到所述第一气体入口(36，164，176)和所述第一气体出口(46，130，136)上的第一基于溶剂的处理系统(38，166，178)，其中，所述第一基于溶剂的处理系统(38，166，178)构造成用第一溶剂(15，94，172，184，408，430)来从所述第一未经处理的气体流(36，128，134)中去除至少一种杂质，而产生所述第一经处理的气体流(46，130，136)；以及
联接到所述第一基于溶剂的处理系统(38，166，178)上的第一冷却系统(44，168，180，210，280，340，382，384)，其中，所述第一冷却系统(44，168，180，210，280，340，382，384)包括构造成接收来自第一空气分离单元(12)的第一冷却剂(124，126，220，290，350，380)的第一冷却剂入口(174，186)。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述第一冷却剂系统(44，168，180，210，280，340，382，384)包括构造成将热从所述第一溶剂(15，94，172，184，408，430)传递给所述第一冷却剂(124，126，220，290，350，380)的第一热交换器(168，180，300，404，426)。
13.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述系统包括所述第一空气分离单元(12)。
14.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述第一冷却剂(124，126，220，290，350，380)包括所述第一空气分离单元(12)的第一低温冷却剂。
15.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述第一冷却剂(124，126，220，290，350，380)包括液化空气流(220，380)、液化氮流(124，220，290，380)或液化氧流(126，220，350，380)或它们的组合。
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