CN105332801A - 在空气压缩和膨胀系统中进行二氧化碳捕捉的系统和方法 - Google Patents

在空气压缩和膨胀系统中进行二氧化碳捕捉的系统和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105332801A
CN105332801A CN201510769063.8A CN201510769063A CN105332801A CN 105332801 A CN105332801 A CN 105332801A CN 201510769063 A CN201510769063 A CN 201510769063A CN 105332801 A CN105332801 A CN 105332801A
Authority
CN
China
Prior art keywords
gas
compression
amount
path
working fluid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201510769063.8A
Other languages
English (en)
Inventor
M.芬肯拉特
G.阿斯特
M.勒哈
T.弗雷
S.D.德雷珀
R.奥曼
S.M.霍夫曼
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of CN105332801A publication Critical patent/CN105332801A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/14—Gas-turbine plants having means for storing energy, e.g. for meeting peak loads
    • F02C6/16—Gas-turbine plants having means for storing energy, e.g. for meeting peak loads for storing compressed air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C1/00—Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid
    • F02C1/02—Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid the working fluid being an unheated pressurised gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B15/00—Pumps adapted to handle specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts
    • F04B15/06—Pumps adapted to handle specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts for liquids near their boiling point, e.g. under subnormal pressure
    • F04B15/08—Pumps adapted to handle specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts for liquids near their boiling point, e.g. under subnormal pressure the liquids having low boiling points
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/50—Carbon oxides
    • B01D2257/504—Carbon dioxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/1456—Removing acid components
    • B01D53/1475—Removing carbon dioxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/22—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/60—Fluid transfer
    • F05D2260/61—Removal of CO2
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/16—Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49826—Assembling or joining

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)
  • Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Gas Separation By Absorption (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

本发明为在空气压缩和膨胀系统中进行二氧化碳捕捉的系统和方法。一种系统(100,182)包括：压缩系统，其流体地联接到隔室(134)上，以压缩用于存储在隔室中的第一量的气体，该压缩系统(106)包括用以传输第一量的气体的压缩路径(132)；膨胀系统(110)，其流体地联接到隔室上，以使来自隔室的第二量的气体膨胀，该膨胀系统包括用以传输第二量的气体的膨胀路径(160)；第一路径，其流体地联接到压缩路径上，以将第一量的气体传输到隔室；第二路径，其流体地联接到膨胀路径上，以将第二量的气体从隔室传输到膨胀系统；以及流体地联接到第一路径、第二路径、压缩路径和膨胀路径中的一个上的分离单元，其中，分离单元(138,168,170,172)从第一量的气体和第二量的气体中的一个中移除一定量的二氧化碳。

Description

在空气压缩和膨胀系统中进行二氧化碳捕捉的系统和方法
本申请为2012年4月26日进入中国国家阶段的PCT专利申请“在空气压缩和膨胀系统中进行二氧化碳捕捉的系统和方法”（申请号：201080049819.7，申请人：通用电气公司）的分案申请。
发明背景
本发明的实施例大体涉及空气压缩和膨胀系统，并且更具体而言，涉及用于在空气压缩和膨胀系统中进行二氧化碳捕捉的系统和方法。
在许多行业中空气压缩和膨胀系统被用于多种应用。例如，在产生和存储能量方面，一个这种应用是将空气压缩和膨胀系统用作涡轮机。压缩空气能量存储(CAES)系统典型地包括具有一个或多个压缩机的压缩系，该一个或多个压缩机压缩进口空气，并且将压缩的进口空气提供给洞、地下存储器或其它压缩空气存储构件。然后在以后使用压缩空气来驱动一个或多个涡轮，以产生能量，诸如例如电能。在CAES系统的压缩级的运行期间，压缩的进口空气在存储之前典型地被冷却到洞的温度。在膨胀级的运行期间，空气从地下存储器中排出通过涡轮，并且膨胀，使得空气在环境压力下离开涡轮。
作为在高峰功率时间期间将能量注入电网中的源，CAES系统有效地帮助公用发电厂的功率发生的混合，同时在非高峰时间期间存储多余的能量。CAES系统还可使用从风力发动机中产生的能量来对压缩系提供动力，而压缩空气被输送到能量存储洞等。
虽然CAES系统可改进能量发生的效率，以及/或者在高峰时间期间对电网提供辅助能量，但是公用发电厂(例如煤发电厂和天然气发电厂)会产生大量二氧化碳(CO2)，二氧化碳会增加大气温室气体。
因此，设计一种减少在公用发电厂中实现的CAES系统所产生的CO2的系统和方法将是合乎需要的。
发明简述
本发明的实施例涉及用于在空气压缩和膨胀系统中进行二氧化碳捕捉的系统和方法。
因此，根据本发明的一方面，一种气体压缩和膨胀系统包括压缩系统，该压缩系统流体地联接到存储隔室上，并且构造成压缩用于存储在存储隔室中的第一量的气体，压缩系统包括构造成使第一量的气体传输通过其中的压缩路径。该气体压缩和膨胀系统还包括膨胀系统，该膨胀系统流体地联接到存储隔室上，并且构造成使来自存储隔室的第二量的气体膨胀，膨胀系统包括构造成使第二量的气体传输通过其中的膨胀路径。另外，该气体压缩和膨胀系统包括：第一路径，其流体地联接到压缩路径上，并且构造成将第一量的气体传输到存储隔室；第二路径，其流体地联接到膨胀路径上，并且构造成将第二量的气体从存储隔室传输到膨胀系统；以及流体地联接到第一路径、第二路径、压缩路径和膨胀路径中的一个上的二氧化碳分离单元，其中，二氧化碳分离单元构造成从第一量的气体和第二量的气体中的一个中移除一定量的二氧化碳。
根据本发明的另一方面，一种制造空气压缩和膨胀系统的方法包括：将压缩机构造成压缩用于存储在存储容积中的空气流；将第一空气流路径联接到压缩机上，并且将第一空气流路径构造成把压缩空气流输送到存储容积；以及将涡轮构造成接收一定量的压缩空气流，并且使该量的压缩空气流膨胀。该方法还包括将第二空气流路径联接到涡轮上，并且将第二空气流路径构造成把该量的压缩空气流从存储容积输送到涡轮；以及沿着第一空气流路径和第二空气流路径中的至少一个联接二氧化碳过滤器，并且将二氧化碳过滤器构造成从压缩空气流中过滤出一定量的二氧化碳。
根据本发明的另一方面，一种压缩空气能量存储(CAES)系统包括具有入口和出口的压缩机组件，压缩机构造成在压缩机组件的出口处排出压缩工作流体。CAES系统还包括：存储容积，其定位在压缩机的出口的下游，并且构造成接收和存储压缩工作流体；涡轮组件，其定位在存储容积的下游，并且构造成在涡轮组件的入口处接收来自存储洞的压缩工作流体，以及在涡轮组件的出口处排出膨胀工作流体；以及定位在压缩机组件的出口的下游和涡轮组件的入口的上游的二氧化碳分离单元，其中，二氧化碳分离单元构造成从压缩工作流体中移除一定量的二氧化碳。
根据以下详细描述和附图，将使得各种其它特征和优点是显而易见的。
附图简述
图示出了在目前为了执行本发明而构想的优选实施例。
在图中：
图1是根据本发明的一个实施例的示例性CAES系统的框图。
图2是根据本发明的另一个实施例的示例性CAES系统的框图。
详细描述
关于标准压缩空气能量存储(CAES)系统和具有排气再循环的CAES系统来描述本发明的实施例。但是，本领域技术人员将理解，本发明的实施例同样能够应用来与其它空气压缩和膨胀系统一起使用。
参照图1，显示了根据本发明的一个实施例的示例性空气压缩和膨胀系统100(诸如例如CAES系统)的框图。CAES系统100包括马达/发电机单元102、联接到压缩系统106上的第一传动轴104，以及联接到膨胀系统110上的第二传动轴108。离合器112、114选择性地分别使马达/发电机单元102与压缩系统106和膨胀系统110脱开。
根据一个实施例，压缩系统106包括单个压缩机单元，该压缩机单元构造成在压缩系统106的入口侧118处接收工作流体116，将工作流体116压缩到存储压力(例如大约50巴-150巴)，以及在压缩机系统106的出口侧122处排出压缩工作流体120。备选地，压缩系统106可包括许多串联地联接在一起的压缩机单元。照这样，该许多压缩机单元构造成以许多压力级将工作流体116从第一压力压缩到第二压力，各个压缩机单元构造成将工作流体116压缩小于第一压力和第二压力之间的差的压力。例如，该许多压缩机单元可构造成将工作流体116从环境压力压缩到存储压力。同样，根据一个实施例，膨胀系统110包括构造成使一定量的存储工作流体124从第三压力膨胀到第四压力的一个膨胀器单元或涡轮。备选地，膨胀系统110可包括串联地联接在一起且构造成以许多压力级运行的许多膨胀器单元，各个膨胀器单元构造成使存储工作流体124膨胀小于第三压力和第四压力之间的差的压力。膨胀系统110构造成在膨胀系统110的入口126处接收该量的存储工作流体124，使存储工作流体124膨胀到排出压力(例如大约1巴)，以及在膨胀系统110的出口128处排出膨胀工作流体168。
工作流体116在压缩系统106的入口侧118处进入CAES系统100，并且在工作流体116行进通过压缩机路径130时，工作流体116被压缩系统106压缩。压缩工作流体120离开压缩机系统106的出口侧122，并且在压缩系统106和压缩空气存储容积134(诸如例如天然洞或盐洞)之间沿着第一路径132行进。在它沿着第一路径132行进时，压缩工作流体120传送通过用以在存储之前冷却压缩工作流体120的可选的热交换器或后冷却器136(以虚线显示)，并且进入二氧化碳(CO2)分离系统138，在CO2分离系统138中，从压缩工作流体120中过滤或分离出CO2。如图1中显示的那样，CO2分离系统138在压缩系统106的下游和膨胀系统110的上游定位在CAES系统100内。CO2分离系统138包括CO2分离单元140，诸如例如基于溶剂的CO2捕捉单元或基于隔膜的CO2捕捉单元。CO2分离系统138还包括：可选的处理系统142，其可包含调温冷却器144(以虚线显示)，以将压缩工作流体120冷却到CO2分离温度；以及/或者可选的预处理装置146(以虚线显示)，其可定位在CO2分离单元140的上游，以从工作流体116中移除微粒。CO2稀薄或不含CO2的工作流体148离开CO2分离系统138，并且存储在压缩空气存储容积134中。根据一个实施例，分离出的CO2150可被引导到可选的CO2存储系统152(以虚线显示)。
因为工作流体116在传送通过CO2分离单元140之前被压缩，所以工作流体116的CO2分压增大，从而基本增大用于分离CO2的驱动力。而且，因为传送通过CO2分离系统138的工作流体116的容积由于压缩而减小，所以可在CAES系统100中结合较小的CO2分离单元，从而降低装备成本。
许多阀154、156、158定位在压缩系统106、膨胀系统110和压缩空气存储容积134之间，以控制流体在整个CAES系统100中的运动。例如，当阀154关闭时，可打开阀156、158，以在压缩空气存储容积134和膨胀系统110之间沿着第二路径160引导一定量的存储工作流体124。在它沿着第二路径160行进时，该量的存储工作流体124可传送通过可选的燃烧器162(以虚线显示)。存储工作流体124在膨胀系统110的入口126处进入，并且在存储工作流体124行进通过膨胀路径164时被膨胀系统110膨胀。膨胀工作流体166在膨胀系统110的出口128处离开CAES系统100。
而且，如图1中显示的那样，根据一个实施例，CO2分离系统138如上面描述的那样沿着第一路径132流体地联接在压缩系统106和压缩空气存储容积134之间。根据其它实施例，CO2分离系统138可定位在CAES系统100内的各种备选位置处，诸如例如位置168、170和172(以虚线显示)中的任一个。本领域技术人员将认可，CO2分离系统138也可定位在其它位置处，诸如例如在燃烧器162的上游和膨胀系统110的下游的位置处，或者在阀156和压缩空气存储容积134之间的位置处。
根据本发明的一个实施例，CAES系统100可以可选地构造有热交换器174(以虚线显示)，以在存储工作流体124在膨胀系统110中膨胀之前预热它。在这种实施例中，沿着路径176引导膨胀工作流体166的全部或一部分，使其传送通过热交换器174。
在一个实施例中，工作流体116是例如具有大约400ppmv的CO2浓度的环境空气。在这种实施例中，压缩系统106可构造成将工作流体116压缩到例如100巴的存储压力，使得压缩工作流体120在分离时具有大约0.04巴的CO2分压。
备选地，工作流体116可为从发电厂或工业过程中排出的、例如具有大约3%-30%的体积百分比的CO2的烟道气。例如，工作流体116可为从粉煤发电厂中排出的、具有大约百分之十五(15)(体积)的CO2浓度的烟道气。在这个实施例中，压缩工作流体120可具有100巴的存储压力，并且在分离时具有大约十五(15)巴的对应的CO2分压。作为另一个实例，工作流体116可为从天然气联合循环中排出的、具有大约百分之四(4)(体积)的CO2浓度的烟道气。在这个实施例中，压缩工作流体120可被压缩到100巴的存储压力，并且在分离时具有大约八(8)巴的CO2分压。
对于在膨胀系统的上游包括共燃的CAES系统(例如天然气发电厂)，根据本发明的实施例，离开膨胀系统的排出的膨胀工作流体的一部分可以可选地再循环回到压缩机。例如，可在膨胀系统110的出口侧128和压缩系统106的入口侧118之间沿着再循环路径180引导包括一部分(例如高达50%)的膨胀工作流体166的再循环排气或再循环流体178(以虚线显示)。再循环流体178在压缩系统106的入口侧118处与工作流体116混合。因此，压缩工作流体120中的CO2浓度增大，从而增大CO2分压，以及使CO2分离更容易。与没有结合再循环排出流体178的那些实施例相比，在结合了再循环排出流体178的实施例中，工作流体116可以更小的入口流进入压缩系统106。
现在参照图2，显示了根据本发明的一个实施例的CAES系统182的框图。CAES系统182包括联接到压缩机系统186上的马达184、存储洞188、联接到发电机192上的涡轮系统190，以及CO2分离系统194，诸如例如CO2分离系统152(图1)。CAES系统182还包括许多可被操纵来控制气体通往和离开存储洞188的运动的阀196、198、200。
如图2中显示的那样，压缩机系统186包括在它们之间具有齿轮箱206的第一压缩机202和第二压缩机204。第一涡轮系统190包括第一涡轮208和第二涡轮210。可选的燃烧器212、214(以虚线显示)如所显示的那样可定位在第一涡轮208的入口侧入口216处和/或在第一涡轮208和第二涡轮210之间的位置处。虽然在本实施例中显示了仅两个压缩机202、204，但是构想了压缩系统186可包括不止两个压缩机。类似地，涡轮系统190可包括不止两个涡轮。
气体在第一压缩机202的入口218处进入压缩机系统186，行进通过压缩路径220，并且在第二压缩机204的出口222处离开压缩机系统186。在气体传送通过第一压缩机202时，气体被压缩到中间压力，以及在气体传送通过第二压缩机204时，气体被压缩到最终存储压力。可选的冷却单元224(以虚线显示)可定位在第一压缩机202和第二压缩机204之间，以在气体在第二压缩机204中被压缩之前预先冷却它。
在离开压缩机系统186之后，气体沿着在压缩机系统186和存储洞188之间形成的压缩气体路径226行进。在气体沿着压缩空气路径226行进时，CO2分离系统194以类似于关于图1的CO2分离系统138所描述的方式从气体中过滤出CO2。
根据一个实施例，在压缩气体存储在洞188中之前，压缩气体可传送通过可选的冷却单元228(以虚线显示)，在压缩空气存储在洞188中之前，冷却单元228从压缩空气中移除热。通过在存储之前从压缩气体中移除热，可保护洞188的完整性。虽然显示了冷却单元228在CO2分离系统194的上游，但是，备选地，冷却单元228可定位在CO2分离系统194的下游。
在存储在洞188中之后，压缩气体可沿着离开路径236行进到涡轮系统190。备选地，可操纵阀196-200，以允许压缩气体直接从压缩系统186行进到涡轮系统190，而不需要在洞188中进行中间存储。由于涡轮系统190的构造的原因，允许压缩气体在它传送通过涡轮系统190时膨胀，从而导致涡轮系统190旋转。气体在其传送通过第一涡轮208时膨胀到中间膨胀压力，并且在其传送通过第二涡轮210时进一步膨胀到环境压力。涡轮系统190的旋转会导致连接到发电机单元192上的传动轴230旋转，从而导致发电机单元192发电。
根据本发明的一个实施例，CAES系统182可以可选地包括热能存储(TES)单元232(以虚线显示)。在这种实施例中，沿着压缩空气路径226传送向存储洞188的压缩气体传送通过TES单元232，TES单元232从压缩气体中移除热。热由TES单元232存储，并且随后在压缩气体通过TES单元232而传送回时，随着气体沿着形成于存储洞188和涡轮系统190之间的离开路径234行进，热被传输回到压缩气体。
虽然在图2中显示了CO2分离系统194在压缩机系统186的下游和存储洞188的上游的位置处，但是本领域技术人员将理解，CO2分离系统194可定位在第一压缩机202的下游和第二涡轮210的上游的任何位置处。因而，根据各种实施例，CO2分离系统194可定位在例如位置236、238、240、242(以虚线显示)中的任一个处。
因此，根据一个实施例，一种气体压缩和膨胀系统包括压缩系统，该压缩系统流体地联接到存储隔室上，并且构造成压缩用于存储在存储隔室中的第一量的气体，压缩系统包括构造成将第一量的气体传输通过其中的压缩路径。气体压缩和膨胀系统还包括膨胀系统，该膨胀系统流体地联接到存储隔室上，并且构造成使来自存储隔室的第二量的气体膨胀，膨胀系统包括构造成将第二量的气体传输通过其中的膨胀路径。另外，气体压缩和膨胀系统包括：第一路径，其流体地联接到压缩路径上，并且构造成将第一量的气体传输到存储隔室；第二路径，其流体地联接到膨胀路径上，并且构造成将第二量的气体从存储隔室传输到膨胀系统；以及流体地联接到第一路径、第二路径、压缩路径和膨胀路径中的一个上的二氧化碳分离单元，其中，二氧化碳分离单元构造成从第一量的气体和第二量的气体中的一个中移除一定量的二氧化碳。
根据另一个实施例，一种制造空气压缩和膨胀系统的方法包括：将压缩机构造成压缩用于存储在存储容积中的空气流；将第一空气流路径联接到压缩机上，并且将第一空气流路径构造成把压缩空气流输送到存储容积；以及将涡轮构造成接收一定量的压缩空气流，并且使该量的压缩空气流膨胀。该方法还包括将第二空气流路径联接到涡轮上，并且将第二空气流路径构造成把该量的压缩空气流从存储容积输送到涡轮；以及沿着第一空气流路径和第二空气流路径中的至少一个联接二氧化碳过滤器，并且将二氧化碳过滤器构造成从压缩空气流中过滤出一定量的二氧化碳。
根据又一个实施例，一种压缩空气能量存储(CAES)系统包括具有入口和出口的压缩机组件，压缩机构造成在压缩机组件的出口处排出压缩工作流体。CAES系统还包括：存储容积，其定位在压缩机的出口的下游，并且构造成接收和存储压缩工作流体；涡轮组件，其定位在存储容积的下游，并且构造成在涡轮组件的入口处接收来自存储洞的压缩工作流体，以及在涡轮组件的出口处排出膨胀工作流体；以及定位在压缩机组件的出口的下游和涡轮组件的入口的上游的二氧化碳分离单元，其中，二氧化碳分离单元构造成从压缩工作流体中移除一定量的二氧化碳。
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 (20)

1.一种气体压缩和膨胀系统，包括：
压缩系统，其流体地联接到存储隔室上，并且构造成压缩用于存储在所述存储隔室中的第一量的气体，所述压缩系统包括构造成将所述第一量的气体传输通过其中的压缩路径；
膨胀系统，其流体地联接到所述存储隔室上，并且构造成使来自所述存储隔室的第二量的气体膨胀，所述膨胀系统包括构造成将所述第二量的气体传输通过其中的膨胀路径；
第一路径，其流体地联接到所述压缩路径上，并且构造成将所述第一量的气体传输到所述存储隔室；
第二路径，其流体地联接到所述膨胀路径上，并且构造成将所述第二量的气体从所述存储隔室传输到所述膨胀系统；以及
流体地联接到所述第一路径、所述第二路径、所述压缩路径和所述膨胀路径中的一个上的二氧化碳分离单元，其中，所述二氧化碳分离单元构造成从所述第一量的气体和所述第二量的气体中的一个中移除一定量的二氧化碳。
2.根据权利要求1所述的气体压缩和膨胀系统，其特征在于，所述二氧化碳分离单元包括基于溶剂的分离单元和基于隔膜的分离单元中的一个。
3.根据权利要求1所述的气体压缩和膨胀系统，其特征在于，所述压缩系统构造成使所述第一量的气体的压力从第一压力增大到第二压力，所述压缩系统包括流体地联接到所述压缩路径上的多个压缩机单元；以及
其中，各个压缩机单元构造成使所述第一量的气体的压力增大小于所述第一压力和所述第二压力之间的差的相应的压力。
4.根据权利要求1所述的气体压缩和膨胀系统，其特征在于，所述膨胀系统构造成使所述第二量的气体的压力从第三压力减小到第四压力，所述膨胀系统包括流体地联接到所述膨胀路径上的多个膨胀器单元；以及
其中，各个膨胀器单元构造成使所述第二量的气体的压力减小小于所述第三压力和所述第四压力之间的差的相应的压力。
5.根据权利要求1所述的气体压缩和膨胀系统，其特征在于，所述第一量的气体包括环境空气。
6.根据权利要求1所述的气体压缩和膨胀系统，其特征在于，所述第一量的气体包括烟道气。
7.根据权利要求6所述的气体压缩和膨胀系统，其特征在于，所述气体压缩和膨胀系统进一步包括流体地联接到所述膨胀系统和所述压缩系统上的第三路径，所述第三路径构造成将一定量的富含二氧化碳的气体从所述膨胀系统传输到所述压缩系统。
8.根据权利要求1所述的气体压缩和膨胀系统，其特征在于，所述存储隔室包括洞。
9.一种制造空气压缩和膨胀系统的方法，包括：
将压缩机构造成压缩用于存储在存储容积中的空气流；
将第一空气流路径联接到所述压缩机上，并且将所述第一空气流路径构造成把压缩空气流输送到所述存储容积；
将涡轮构造成接收一定量的所述压缩空气流，并且使所述量的所述压缩空气流膨胀；
将第二空气流路径联接到所述涡轮上，并且将所述第二空气流路径构造成把所述量的所述压缩空气流从所述存储容积输送到所述涡轮；以及
沿着所述第一空气流路径和所述第二空气流路径中的至少一个联接二氧化碳过滤器，并且将所述二氧化碳过滤器构造成从所述压缩空气流中过滤出一定量的二氧化碳。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，将第三空气流路径联接在所述压缩机和所述涡轮之间，并且将所述第三空气流路径构造成把再循环空气流输送到所述压缩机。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括将所述压缩机构造成压缩富含二氧化碳的空气流，所述富含二氧化碳的空气流包括所述再循环空气流和烟道气的混合物。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括将第三空气流路径联接到所述压缩机上且联接到发电厂和工业过程中的一个上，以将所述空气流从所述发电厂和所述工业过程中的所述一个输送到所述压缩机。
13.一种压缩空气能量存储(CAES)系统，包括：
具有入口和出口的压缩机组件，所述压缩机构造成在所述压缩机组件的所述出口处排出压缩工作流体；
存储容积，其定位在所述压缩机的所述出口的下游，并且构造成接收和存储所述压缩工作流体；
涡轮组件，其定位在所述存储容积的下游，并且构造成在所述涡轮组件的入口处接收来自所述存储洞的所述压缩工作流体，以及在所述涡轮组件的出口处排出膨胀工作流体；以及
定位在所述压缩机组件的所述出口的下游和所述涡轮组件的所述入口的上游的二氧化碳分离单元，其中，所述二氧化碳分离单元构造成从所述压缩工作流体中移除一定量的二氧化碳。
14.根据权利要求13所述的CAES系统，其特征在于，所述第一量的工作流体包括环境空气；以及
其中，所述压缩机组件构造成：
　　在所述压缩机组件的所述入口处接收所述工作流体，所述工作流体具有环境空气二氧化碳浓度；以及
　　压缩所述工作流体。
15.根据权利要求14所述的CAES系统，其特征在于，所述环境空气二氧化碳浓度为大约0.04体积%。
16.根据权利要求13所述的CAES系统，其特征在于，所述第一量的工作流体包括烟道气；以及
其中，所述压缩机组件构造成：
　　在所述压缩机组件的所述入口处接收所述工作流体，所述工作流体具有烟道气二氧化碳浓度；以及
　　压缩所述工作流体。
17.根据权利要求16所述的CAES系统，其特征在于，所述烟道气二氧化碳浓度在大约4体积%至15体积%的范围内。
18.根据权利要求16所述的CAES系统，其特征在于，所述压缩机组件进一步构造成：
在所述压缩机组件的所述入口处接收一定量的工作流体；
接收来自所述涡轮组件的所述出口的一定量的再循环流体，所述再循环流体包括一定量的所述膨胀工作流体；
将所述量的工作流体和所述量的再循环流体的组合物压缩成组合流体混合物；以及
在所述压缩机组件的所述出口处排出所述组合流体混合物，所述组合流体混合物包括大于所述烟道气二氧化碳浓度的混合物二氧化碳浓度。
19.根据权利要求18所述的CAES系统，其特征在于，所述混合物二氧化碳浓度为大约8体积%。
20.根据权利要求13所述的CAES系统，其特征在于，所述压缩空气存储容积包括盐洞。
CN201510769063.8A 2009-10-27 2010-09-16 在空气压缩和膨胀系统中进行二氧化碳捕捉的系统和方法 Pending CN105332801A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/606,478 US20110094230A1 (en) 2009-10-27 2009-10-27 System and method for carbon dioxide capture in an air compression and expansion system
US12/606478 2009-10-27
CN2010800498197A CN102597461A (zh) 2009-10-27 2010-09-16 在空气压缩和膨胀系统中进行二氧化碳捕捉的系统和方法

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2010800498197A Division CN102597461A (zh) 2009-10-27 2010-09-16 在空气压缩和膨胀系统中进行二氧化碳捕捉的系统和方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105332801A true CN105332801A (zh) 2016-02-17

Family

ID=43897210

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2010800498197A Pending CN102597461A (zh) 2009-10-27 2010-09-16 在空气压缩和膨胀系统中进行二氧化碳捕捉的系统和方法
CN201510769063.8A Pending CN105332801A (zh) 2009-10-27 2010-09-16 在空气压缩和膨胀系统中进行二氧化碳捕捉的系统和方法

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2010800498197A Pending CN102597461A (zh) 2009-10-27 2010-09-16 在空气压缩和膨胀系统中进行二氧化碳捕捉的系统和方法

Country Status (9)

Country Link
US (1) US20110094230A1 (zh)
EP (1) EP2494168B1 (zh)
JP (1) JP5706908B2 (zh)
KR (1) KR20120098656A (zh)
CN (2) CN102597461A (zh)
CA (1) CA2778235A1 (zh)
MX (1) MX2012005028A (zh)
PL (1) PL2494168T3 (zh)
WO (1) WO2011056301A2 (zh)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011002697A2 (en) 2009-07-02 2011-01-06 Honeywell International Inc. Turbocharger system for air-throttled engines
US8446029B2 (en) * 2010-04-05 2013-05-21 Honeywell International Inc. Turbomachinery device for both compression and expansion
US9567962B2 (en) 2011-05-05 2017-02-14 Honeywell International Inc. Flow-control assembly comprising a turbine-generator cartridge
GB2493726A (en) * 2011-08-16 2013-02-20 Alstom Technology Ltd Adiabatic compressed air energy storage system
EP2841744B1 (en) 2012-04-23 2016-11-30 Honeywell International Inc. Butterfly bypass valve, and throttle loss recovery system incorporating same
US9938895B2 (en) * 2012-11-20 2018-04-10 Dresser-Rand Company Dual reheat topping cycle for improved energy efficiency for compressed air energy storage plants with high air storage pressure
FR3003600A1 (fr) * 2013-03-25 2014-09-26 Nergitec Systeme mecanique reversible de production de gaz liquefie ou d’energie mecanique
ITFI20130299A1 (it) * 2013-12-16 2015-06-17 Nuovo Pignone Srl "improvements in compressed-air-energy-storage (caes) systems and methods"
CN105854543B (zh) * 2016-05-13 2018-03-20 东南大学 一种协同实现火电机组储能调峰和碳捕捉的装置及方法
CN113339088B (zh) * 2021-05-12 2022-07-26 山东大学 温压协同控制的水上光伏耦合压缩二氧化碳储能系统和方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3796044A (en) * 1971-04-06 1974-03-12 Kraftwerk Union Ag Gas turbine air storage system
US5255507A (en) * 1992-05-04 1993-10-26 Ahlstrom Pyropower Corporation Combined cycle power plant incorporating atmospheric circulating fluidized bed boiler and gasifier
JPH11315727A (ja) * 1998-05-01 1999-11-16 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 炭酸ガス除去用のガス化複合発電設備
CN1759233A (zh) * 2003-03-18 2006-04-12 弗劳尔公司 具有二氧化碳回收的湿空气涡轮机循环
US20090158740A1 (en) * 2007-12-21 2009-06-25 Palo Alto Research Center Incorporated Co2 capture during compressed air energy storage

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3151250A (en) * 1962-12-26 1964-09-29 Gen Electric Spinning reserve peaking gas turbine
US4410432A (en) * 1981-05-27 1983-10-18 Stone & Webster Engineering Corp. Process for removing hydrogen sulfide from fluids
DE3428041A1 (de) * 1984-07-30 1986-01-30 BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden, Aargau Luftspeichergasturbinenkraftwerk mit wirbelbettfeuerung
US4899544A (en) * 1987-08-13 1990-02-13 Boyd Randall T Cogeneration/CO2 production process and plant
IL108546A (en) * 1994-02-03 1997-01-10 Israel Electric Corp Ltd Compressed air energy storage method and system
JPH09242562A (ja) * 1996-03-05 1997-09-16 Mitsubishi Heavy Ind Ltd クローズドブレイトンサイクル装置とその運転方法
JP3460433B2 (ja) * 1996-03-14 2003-10-27 株式会社日立製作所 エネルギー貯蔵型ガスタービン発電システム
US6920759B2 (en) * 1996-12-24 2005-07-26 Hitachi, Ltd. Cold heat reused air liquefaction/vaporization and storage gas turbine electric power system
JP2002339760A (ja) * 2001-05-16 2002-11-27 Hitachi Ltd ガスタービン発電方法および装置
US7490472B2 (en) * 2003-02-11 2009-02-17 Statoil Asa Efficient combined cycle power plant with CO2 capture and a combustor arrangement with separate flows
US7637093B2 (en) * 2003-03-18 2009-12-29 Fluor Technologies Corporation Humid air turbine cycle with carbon dioxide recovery
DE102004039164A1 (de) * 2004-08-11 2006-03-02 Alstom Technology Ltd Verfahren zur Erzeugung von Energie in einer eine Gasturbine umfassenden Energieerzeugungsanlage sowie Energieerzeugungsanlage zur Durchführung des Verfahrens
US7266940B2 (en) * 2005-07-08 2007-09-11 General Electric Company Systems and methods for power generation with carbon dioxide isolation
US7827778B2 (en) * 2006-11-07 2010-11-09 General Electric Company Power plants that utilize gas turbines for power generation and processes for lowering CO2 emissions
US20080127632A1 (en) * 2006-11-30 2008-06-05 General Electric Company Carbon dioxide capture systems and methods
US20110226010A1 (en) * 2007-11-28 2011-09-22 Brigham Young University Carbon dioxide capture from flue gas
US7958731B2 (en) * 2009-01-20 2011-06-14 Sustainx, Inc. Systems and methods for combined thermal and compressed gas energy conversion systems
US7821158B2 (en) * 2008-05-27 2010-10-26 Expansion Energy, Llc System and method for liquid air production, power storage and power release

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3796044A (en) * 1971-04-06 1974-03-12 Kraftwerk Union Ag Gas turbine air storage system
US5255507A (en) * 1992-05-04 1993-10-26 Ahlstrom Pyropower Corporation Combined cycle power plant incorporating atmospheric circulating fluidized bed boiler and gasifier
JPH11315727A (ja) * 1998-05-01 1999-11-16 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 炭酸ガス除去用のガス化複合発電設備
CN1759233A (zh) * 2003-03-18 2006-04-12 弗劳尔公司 具有二氧化碳回收的湿空气涡轮机循环
US20090158740A1 (en) * 2007-12-21 2009-06-25 Palo Alto Research Center Incorporated Co2 capture during compressed air energy storage

Also Published As

Publication number Publication date
MX2012005028A (es) 2012-05-22
KR20120098656A (ko) 2012-09-05
EP2494168B1 (en) 2019-01-02
CA2778235A1 (en) 2011-05-12
JP5706908B2 (ja) 2015-04-22
WO2011056301A2 (en) 2011-05-12
PL2494168T3 (pl) 2019-04-30
WO2011056301A3 (en) 2012-03-01
EP2494168A2 (en) 2012-09-05
US20110094230A1 (en) 2011-04-28
CN102597461A (zh) 2012-07-18
JP2013508619A (ja) 2013-03-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105332801A (zh) 在空气压缩和膨胀系统中进行二氧化碳捕捉的系统和方法
US10570793B2 (en) Systems and methods for carbon dioxide capture and power generation in low emission turbine systems
EP2240675B1 (en) Low carbon emissions combined cycle power plant and process
CN101235752B (zh) 用燃气涡轮机发电的动力设备和降低二氧化碳排放的方法
EP2588728B1 (en) Stoichiometric combustion of enriched air with exhaust gas recirculation
EP2880266B1 (en) Dual-end drive gas turbine
WO2020205750A1 (en) Co2 separation & liquefaction system and method
CN102858434B (zh) 用于减少燃烧流中的co2排放物的方法以及利用该方法的工业设备
CN100520260C (zh) 提供制冷剂压缩用能量和轻质烃气体液化过程用电能的减少二氧化碳排放物的系统和方法
US20130125580A1 (en) Expander and method for co2 separation
US20130025866A1 (en) Integrated process utilizing nitrogen and carbon dioxide streams for enhanced oil recovery
US5259196A (en) Inlet air cooling system
RU2531073C2 (ru) Способ проведения ремонтных работ в участках секций многониточных трубопроводов и система для его реализации
WO2023104451A1 (en) Power generation and storage
Carpenter Process Reduces Carbon Emissions From Natural Gas Compression and Production

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20160217

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication