CN117441054A - 用于有效减少机组系统中的碳足迹的蒸汽循环方法、系统和装置 - Google Patents
用于有效减少机组系统中的碳足迹的蒸汽循环方法、系统和装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117441054A CN117441054A CN202280041006.6A CN202280041006A CN117441054A CN 117441054 A CN117441054 A CN 117441054A CN 202280041006 A CN202280041006 A CN 202280041006A CN 117441054 A CN117441054 A CN 117441054A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- coupled
- line
- heat exchanger
- outlet
- stream
- 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
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract description 10
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title abstract description 10
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 73
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 30
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 25
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 22
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 13
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 6
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 4
- 238000004064 recycling Methods 0.000 claims description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 3
- 238000010992 reflux Methods 0.000 claims 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 12
- 238000010248 power generation Methods 0.000 abstract description 11
- 238000007670 refining Methods 0.000 abstract description 8
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 8
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000003949 liquefied natural gas Substances 0.000 description 5
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 5
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 5
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000011112 process operation Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
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
- F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
- F02C7/12—Cooling of plants
- F02C7/16—Cooling of plants characterised by cooling medium
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
- F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
- F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
- F01K23/064—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle in combination with an industrial process, e.g. chemical, metallurgical
-
- 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
- F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
- F02C7/12—Cooling of plants
- F02C7/14—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel
-
- 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
- F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
- F02C7/22—Fuel supply systems
- F02C7/222—Fuel flow conduits, e.g. manifolds
-
- 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
- F05D2220/00—Application
- F05D2220/70—Application in combination with
- F05D2220/72—Application in combination with a steam turbine
-
- 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
- F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
- F05D2260/213—Heat transfer, e.g. cooling by the provision of a heat exchanger within the cooling circuit
-
- 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
- F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
- F05D2260/232—Heat transfer, e.g. cooling characterized by the cooling medium
-
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
本公开的各方面涉及用于有效减少机组系统中的碳足迹的蒸汽循环方法、系统和装置。在一个方面中，在机组系统中进行循环以收集CO2。在一个方面中，在机组系统中进行循环以回收能量。机组系统包括发电系统、精炼系统和/或石化加工系统中的一个或多个。
Description
背景
技术领域
本公开的各方面涉及用于有效减少电力生产系统、精炼系统和/或石化加工系统中的碳足迹的蒸汽循环方法、系统和装置。在一个方面中，在石化加工系统中进行循环以收集二氧化碳(CO2)。在一个方面中，在石化加工系统中进行循环以回收能量。
背景技术
发电系统、精炼系统和石化加工系统可能涉及浪费的能源，比如工艺操作期间产生的能量。这种能量通常以热量的形式被传递到大气中。发电系统、精炼系统和石化加工系统还可能涉及CO2排放，比如可能排放到大气中的CO2。
因此，对于发电系统、精炼系统和/或石化加工系统，需要有助于收集CO2并且回收操作能量的方法、系统和装置，以有助于减少碳足迹、增加成本效率以及增加操作效率(比如热效率)。
发明内容
本公开的各方面涉及用于有效减少机组系统中的碳足迹的蒸汽循环方法、系统和装置。在一个方面中，在机组系统中进行循环以收集CO2。在一个方面中，在机组系统中进行循环以回收能量。机组系统包括发电系统、精炼系统和/或石化加工系统中的一种或多种。
在一个实施方式中，用于机组系统的蒸汽循环系统包括向机组系统的一件或多件设备供应燃料混合物的燃料馈送管线。蒸汽循环系统包括联接至一件或多件设备的排气管线的第一膨胀涡轮机，以及第一分离器。第一分离器包括入口、联接至水馈送管线的下出口、联接至燃料馈送管线的上出口。蒸汽循环系统包括第一换热器单元。第一换热器单元包括联接至第一膨胀涡轮机的第一换热器入口管线，以及联接至第一分离器的入口的第一换热器出口管线。第一换热器单元包括联接至水馈送管线的第二换热器入口管线，以及联接至燃料馈送管线的第二换热器出口管线。
在一个实施方式中，用于机组系统的蒸汽循环系统包括向机组系统的一件或多件设备供应燃料混合物的燃料馈送管线。蒸汽循环系统包括联接至一件或多件设备的排气管线的第一膨胀涡轮机，以及第一分离器。第一分离器包括入口、联接至水馈送管线的下出口、联接至燃料馈送管线的上出口。第一分离器的上出口通过与燃料入口管线联接的压缩机联接至燃料馈送管线。蒸汽循环系统包括第一换热器单元。第一换热器单元包括联接至第一膨胀涡轮机的第一换热器入口管线，以及联接至第一分离器的入口的第一换热器出口管线。侧出口管线联接在燃料馈送管线与第一换热器入口管线之间。第一换热器单元包括联接至水馈送管线的第二换热器入口管线，以及联接至燃料馈送管线的第二换热器出口管线。
在一个实施方式中，操作机组系统的方法包括从空气供应中分离氮气，以产生氧气，以及将氧气供应至燃料馈送管线中的燃料混合物。该方法包括在第一膨胀涡轮机中使来自机组系统的一个或多个加热器的排气流膨胀，以及在第一换热器单元的第一流动路径中冷却排气流。该方法包括将排气流的液体组分从排气流的气体组分分离。排气流的液体组分包括水，而排气流的气体组分包括蒸汽和CO2。该方法包括向燃料馈送管线中的燃料混合物供应排气流的气体组分，以及在第一换热器单元的第二流动路径中加热液体组分以产生高压蒸汽。该方法包括在第二膨胀涡轮机中使高压蒸汽膨胀以产生中压蒸汽，以及向燃料馈送管线中的燃料混合物供应中压蒸汽。该方法包括将燃料混合物馈送至一个或多个加热器，以燃烧燃料混合物。
附图说明
因此，其中可以详细地理解本公开的上述特征的方式可以通过参考实施例获得上面简要概述的本公开的更具体的描述，其中一些实施例在附图中示出。然而，应注意，附图仅示出了本公开的典型实施例，且因为本公开可允许其他同等有效的实施例，因此附图不应视为对范围的限制。
图1A是根据一个实施方式的蒸汽循环系统的局部示意图。
图1B是根据一个实施方式的图1A所示CO2循环系统的局部示意图。
图2是根据一个实施方式的操作机组系统的方法的示意图。
为了便于理解，尽可能地使用相同的附图标记来表示附图中共有的相同元件。可以设想，在一个实施方式中公开的元件可以有益地用在其他实施方式中而无需特定说明。
具体实施方式
本公开的各方面涉及用于有效减少精炼、石化和电力系统中的碳足迹的蒸汽循环方法、系统和装置。在一个方面中，在机组系统中进行循环以收集CO2。在一个方面中，在机组系统中进行循环以回收能量。机组系统包括发电系统、精炼系统和/或石化加工系统中的一种或多种。
本公开设想诸如“已联接”、“联接”、“联接了”和/或“联接有”之类的术语的使用可以包括直接联接和/或间接联接，比如通过其他部件联接。本公开设想诸如“已联接”、“联接”、“联接了”和/或“联接有”之类的术语的使用可以包括连接、焊接和/或使用诸如销钉、铆钉、螺栓和/或螺母之类的紧固件紧固。本公开设想诸如“已联接”、“联接”、“联接了”和/或“联接有”之类的术语的使用可以包括流体联接，比如一个或多个连接部以建立流体连通。
图1A是根据一个实施方式的蒸汽循环系统100的局部示意图。蒸汽循环系统100联接至机组系统190，或者是机组系统190的一部分。蒸汽循环系统100构造成进行蒸汽循环。机组系统190包括发电系统、精炼系统和/或石化加工系统(比如液化天然气(LNG)系统)中的一种或多种。蒸汽循环系统100联接至机组系统190的一件或多件设备191。一件或多件设备191包括一个或多个裂解器(比如一个或多个热裂解器和/或催化裂解器)、一个或多个燃气轮机发电机和/或一个或多个加热器(比如可燃加热器，例如熔炉、燃烧器和/或锅炉)。一个或多个燃气轮机发电机可以在发电系统中使用。在可以组合其他实施例的一个实施例中，一件或多件设备191包括一个或多个裂解器的一个或多个加热器。一个或多个加热器可以是热电联产加热器，比如燃煤热电联产加热器。
联接至一件或多件设备191的燃料馈送管线101将燃料混合物馈送给一件或多件设备191。燃料混合物在一件或多件设备191中燃烧。燃料混合物包括氧气、中压蒸汽和CO2。氧气管线102联接至燃料馈送管线101以向燃料馈送管线101供应氧气。空气分离单元103联接至空气管线104，而第一压缩机105沿空气管线104布设。空气管线104联接至空气供应部148。空气供应部148向第一压缩机105供应比如来自大气的空气。第一压缩机105增加空气的压力，而空气则被供应至空气分离单元103。空气分离单元103将空气中的氮气从空气中的氧气分离，并使用氧气管线102将氧气供应给燃料馈送管线101。分离出的氮气被供应至氮气管线106。
第一膨胀涡轮机107联接至一件或多件设备191的排气管线108。排气管线108向第一膨胀涡轮机107供应排气流。排气流包括CO2和高压蒸汽。排气流还可以包括氨、氮、氩和/或一种或多种液化天然气。排气流包括在一件或多件设备191中燃烧期间产生的副产物，以及从一件或多件设备191中排出的副产物。排气流流经第一膨胀涡轮机107，以减少从高压到中压的排气流。排气流流经第一膨胀涡轮机107并流至与第一膨胀涡轮机107联接的第一换热器(HX)入口管线109。第一HX入口管线109通入第一换热器单元(HXU)110。除了用第一膨胀涡轮机107所供应的排气流之外，联接在燃料馈送管线101与第一HX入口管线109之间的侧出口管线111还从燃料馈送管线101向第一HX入口管线109供应(例如，回流)中压蒸汽和CO2。侧出口管线111和第一膨胀涡轮机107一起通过第一HX入口管线109向第一HXU 110供应第一HX流。第一HX入口管线109中的第一HX流包括80-90％体积或摩尔(例如87％体积或摩尔)的中压蒸汽和10-20％体积或摩尔(例如13％的体积或摩尔)的CO2。第一HX流包括从一件或多件设备接收的排气流。
第一HX流流经第一HXU 110并流至第一HX出口管线112。随着第一HX流从第一HX入口管线109经第一HXU 110流至第一HX出口管线112，第一HX流与从第二HX入口管线113经第一HXU 110流至第二HX出口管线114的第二HX流进行热交换。第一HX入口管线109和第一HX出口管线112是第一HXU 110的第一流动路径的一部分。
随着第一HX流和第二HX流移动经过(例如，流经)第一HXU 110，热量从第一HX流传递至第二HX流。第一HX流的中压蒸汽的至少一部分在传热的促进下冷凝成水，并且在第一HXU 110中，中压蒸汽在传热的促进下被减压为低压蒸汽。第一HX出口管线112中的第一HX流被供应至与第一HX出口管线112联接的第一分离器115。第二HX入口管线113中的第二HX流包括液相的水。使用与水馈送管线117联接的泵116向第二HX入口管线113供应水。水馈送管线117通过泵116联接至第二HX入口管线113。随着第二HX流从第二HX入口管线113经第一HXU 110流至第二HX出口管线114，第二HX流的水在第一HXU 110中的传热的促进下沸腾而成高压蒸汽。第一HXU 110是使第二HX流沸腾的锅炉。第二HX出口管线114中的高压蒸汽被供应至与第二HX出口管线114联接的第二膨胀涡轮机118。第二膨胀涡轮机118有助于将第二HX出口管线114中的高压蒸汽的压力降低到联接第二膨胀涡轮机118与燃料馈送管线101之间的侧入口管线119中的中压蒸汽。侧入口管线119向燃料馈送管线101供应中压蒸汽。燃料馈送管线101、第一HX入口管线109、第一HX出口管线112、第二HX入口管线113和侧入口管线119中的工作压力为40bar或更低，比如36bar或更低。第二HX出口管线114中的工作压力在70bar至90bar的范围内，比如80bar。第二HX入口管线113和第二HX出口管线114是第一HXU 110的第二流动路径的一部分。
第一分离器115将第一HX流的液体组分(包括液态水)从第一HX流的气体组分分离。第一HX流的气体组分包括第一HX流的低压蒸汽、氨和CO2。使用与水馈送管线117联接的第一分离器115的下出口122将使用第一分离器115分离出的液体组分供应至水馈送管线117。气体组分流至第一分离器115的上出口123。上出口123中的气体组分被分开并分别供应给第二压缩机124和第三膨胀涡轮机125。上出口123中的气体组分的第一部分供应至第二压缩机。上出口123中的气体组分的第二部分供应至第三膨胀涡轮机125以产生循环流。上出口123联接至第二压缩机124和第三膨胀涡轮机125。上出口123中的气体组分的到第二压缩机124的第一部分在第二压缩机124中被加压。第二压缩机124被用于将上出口123的第一部分的低压蒸汽加压至中压蒸汽。排气流的气体组分的第一部分(包括中压蒸汽、氨和CO2)通过联接在第二压缩机124与燃料馈送管线101之间的燃料入口管线126从第二压缩机124被供应至燃料馈送管线101。
上出口123中的排气流的气体组分的被分至第三膨胀涡轮机125的第二部分(包括低压蒸汽、氨和CO2)的温度和压力在第三膨胀涡轮机125中降低，以产生循环流。使用与第三膨胀涡轮机125联接的循环入口131将循环流(包括低压蒸汽、水、氨和CO2)供应至CO2循环系统130。使用第三膨胀涡轮机125降低循环流(包括低压蒸汽)的压力，使得循环入口131和CO2循环系统130中的压力在2个绝对psi(psia)(0.138bar)至3psia(0.207bar)的范围内。在循环入口131和CO2循环系统130中，压力可以小于2psia(0.138bar)，比如小于1psia(0.069bar)。CO2循环系统130构造成进行CO2循环。在可以组合其他实施例的一个实施例中，CO2循环是低温干燥CO2循环。在可以组合其他实施例的一个实施例中，CO2循环系统130是低温热量回收系统或废物回收系统。
图1B是图1A所示的CO2循环系统130的局部示意图。CO2循环系统130包括第二分离器132。第二循环流(包括低压蒸汽、水、氨和/或CO2中的一种或多种，可以单独存在，也可以以任意组合存在)从第一HX出口管线188被供应到第二分离器132的入口143。第二分离器132的下出口134将第二循环流的液相从第二循环流的气相分离。第二循环流的液相在下出口134处离开第二分离器132。第二循环流的气相在上出口135处离开第二分离器132。第二循环流的液相(包括水)前行至与第二泵138联接的泵管线137。下出口134与泵管线137联接。第二泵138是多相泵。第二循环流的气相前行至与上出口135联接的第四膨胀涡轮机139。第四膨胀涡轮机139与泵管线137联接。
用第二泵138将第二循环流的液相和流经泵管线137的气相泵送至第二HXU 142的第一HX入口管线141。第一HX入口管线141通过第二泵138与泵管线137联接。分至泵管线137的气相的第二部分和液相从第一HX入口管线141经第二HXU 142流至第二HXU 142的第一HX出口管线143。
第二HXU 142包括与机组系统190的任何低温热源联接的第二HX入口管线144和第二HX出口管线151。一股或多股低温热流从第二HX入口管线144经第二HXU 142流至第二HX出口管线151。循环流离开第三膨胀涡轮机125(如图1A所示)，并从循环入口131流出，作为第三流进入第二HXU 142的第三HX入口管线187。作为第三流的循环流被用作热流，并随着循环流流经第二HXU 142而被冷却，第二HXU 142通过第三HX出口管线186与循环出口140联接。循环出口140被引导回图1A所示的第三分离器145。热量从循环入口131并向第一HX入口管线141传递。热量也从第二HX入口管线144并向第一HX入口管线141传递。第二循环流的液相和气相流至泵管线137。泵管线137中的第二循环流的液相和气相的温度在第二HXU 142中升高。然后，第二循环流的液相和气相通过第一HX出口管线188流至第二分离器132的入口143。入口133、泵管线137和/或第一HX入口管线141中的工作压力在290bar至310bar的范围内，比如300bar。
.第三分离器145的入口与来自第二HXU 142的循环出口140联接。第三分离器145将出口流的液体组分(比如水和/或氨)从出口流的气体组分分离。在第三分离器145中分离的液体组分在第三分离器145的下出口146处离开。下出口146联接至水馈送管线117。液体组分从下出口146流出，并流至水馈送管线117。出口流的气体组分在第三分离器145的上出口147处离开第三分离器145。在第三分离器145的上出口147处离开的气体组分主要是CO2。在第三分离器145的上出口147处离开的气体组分是CO2的质量、体积或摩尔数占75-100％(比如质量占75-100％的CO2)。上出口147中的含CO2的气体组分不排入大气，而是被收集到CO2收集器155(比如储罐)中，以供再次使用，或被馈送到机组系统190的其他设备以供再次使用。上出口147与CO2收集器155联接。收集CO2以供再次使用有助于减少机组系统190的CO2排放量，并减少机组系统190的碳足迹。循环入口131中的CO2的第一温度在300华氏度至350华氏度的范围之间。循环出口140中的CO2的第二温度在100华氏度到150华氏度的范围之间。本公开的各个方面有利于收集和再次使用机组系统190中产生的能量，而不是在第一温度下将CO2释放到大气中。
本公开设想分离器115、132、145中的每一个均可以是重力分离器，比如竖直分离器或水平分离器。本公开设想分离器115、132、145中的每一个替代地均可以是相分离器。需要注意的是，分离器115、132和145不需要都是同一类型的分离器(例如，重力或相分离器)。涡轮机107、118、125、139中的每一个都可旋转以发电。使用涡轮机107、118、125、139产生的电力可用于机组系统190的其他设备，比如压缩机105、124和/或泵116、138。蒸汽循环系统100所具有的热效率为60％或更高，并且有助于减少精炼、石化和电力系统的CO2排放量。
本公开设想蒸汽循环系统100和CO2循环系统130可以在现有的精炼、石化和电力系统中实施和改造。
图2是根据一个实施方式的操作机组系统的方法200的示意图。机组系统包括发电系统、精炼系统和/或石化处理系统(比如液化天然气(LNG)系统)中的一种或多种。方法200的操作202包括从空气供应中分离出氮气，以生成氧气。在可以组合其他实施例的一个实施例中，在于操作202处将氮气从空气供应中分离出来之前，所供应的空气在第一压缩机中被压缩。操作204包括向燃料馈送管线中的燃料混合物供应氧气。
操作206包括在第一膨胀涡轮机中使来自机组系统的一个或多个加热器的排气流膨胀。操作208包括在第一换热器单元的第一流动路径中冷却排气流。操作210包括将排气流的液体组分从排气流的气体组分分离。排气流的液体组分包括水，而排气流的气体组分包括蒸汽和CO2。
操作212包括将排气流的气体组分供应至燃料馈送管线中的燃料混合物。在可以组合其他实施例的一个实施例中，向燃料馈送管线中的燃料混合物馈送排气流的气体组分包括在第二压缩机中压缩排气流的气体组分。在可以组合其他实施例的一个实施例中，向燃料馈送管线中的燃料混合物馈送的排气流的气体组分的一部分回流至第一换热器单元的第一流动路径。
操作214包括将排气流的气体组分供应至第三膨胀涡轮机，以产生循环流，而操作216包括在循环流动上进行CO2循环。该CO2循环包括使用上述CO2循环系统130进行的CO2循环的操作、方面、部件、属性和/或特征中的一个或多个。操作216包括收集出口流的气体组分。出口流的气体组分包括CO2。
操作218包括在第一换热器单元的第二流动路径中加热液体组分，以产生高压蒸汽。操作220包括在第二膨胀涡轮机中使高压蒸汽膨胀，以产生中压蒸汽。
操作222包括向燃料馈送管线中的燃料混合物供应中压蒸汽。操作224包括将燃料混合物馈送至一个或多个加热器，以燃烧燃料混合物。
本公开设想操作202、204、206、208、210、212、214、216、218、220、222和/或224中的一个或多个(比如全部)可以同时进行。
本公开的优点包括收集CO2、回收利用操作能量、减少碳足迹、提高成本效率以及提高机组系统的运行效率(比如热效率)。作为示例，在热效率为60％或更高的情况下，本文所述方面可将机组系统(可包括发电系统、精炼系统和/或石化加工系统中的一种或多种)的碳足迹减少5.5倍或更多。作为另一示例，在热效率为60％或更高的情况下，本文所述方面可消除加热器(比如燃烧加热器)或裂解器的CO2排放。
可以设想的是，可以将本文公开的这些方面中的一个或多个组合起来。此外，可以设想这些方面中的一个或多个方面可以包括前述优点的一些或全部优点。作为示例，本公开设想可以将蒸汽循环系统100、机组系统190、CO2循环系统130和/或方法200的方面、特征、部件、操作和/或属性中的一个或多个组合起来。
本领域技术人员可以理解的是，前述实施例是示例性和非限制性的。本公开意图将本领域技术人员在阅读说明书和研究附图时显而易见的所有修改、排列、增强、等同和改进都包括在公开范围之内。因此，以下所附权利要求书意图包括所有此类修改、排列、增强、等同和改进。本公开还设想，本文所描述的实施例的一个或多个方面可以被一个或多个所描述的其他方面所取代。本公开的范围是由所附的权利要求书确定的。
Claims (20)
1.一种用于机组系统的蒸汽循环系统，包括：
燃料馈送管线，所述燃料馈送管线向机组系统的一件或多件设备供应燃料混合物；
第一膨胀涡轮机，所述第一膨胀涡轮机联接至所述一件或多件设备的排气管线；
第一分离器，所述第一分离器包括：
入口，
联接至水馈送管线的下出口，和
联接至所述燃料馈送管线的上出口；以及
第一换热器单元，所述第一换热器单元包括：
联接至所述第一膨胀涡轮机的第一换热器入口管线，
联接至所述第一分离器的所述入口的第一换热器出口管线，
联接至所述水馈送管线的第二换热器入口管线，和
联接至所述燃料馈送管线的第二换热器出口管线。
2.根据权利要求1所述的蒸汽循环系统，其特征在于，所述第二换热器入口管线通过至少一个泵联接至所述水馈送管线。
3.根据权利要求1所述的蒸汽循环系统，其特征在于，所述第二换热器出口管线通过第二膨胀涡轮机和与所述燃料馈送管线联接的侧入口管线联接至所述燃料馈送管线。
4.根据权利要求3所述的蒸汽循环系统，其特征在于，所述第一分离器的所述上出口通过与燃料入口管线联接的压缩机联接至所述燃料馈送管线。
5.根据权利要求4所述的蒸汽循环系统，其特征在于，侧出口管线联接在所述燃料馈送管线与所述第一换热器入口管线之间。
6.根据权利要求1所述的蒸汽循环系统，其特征在于，还包括空气分离单元，所述空气单元通过氧气管线联接至所述燃料馈送管线，其中，所述空气分离单元通过压缩机联接至空气供应部。
7.根据权利要求1所述的蒸汽循环系统，其特征在于，所述第一分离器的所述上出口还联接至第三膨胀涡轮机。
8.根据权利要求7所述的蒸汽循环系统，其特征在于，还包括CO2循环系统，所述CO2循环系统包括：
联接至所述第三膨胀涡轮机的循环入口；
第二分离器，所述第二分离器包括：
入口，
联接至泵管线的下出口，和
联接至第四膨胀涡轮机的上出口；
第二换热器单元，所述第二换热器单元包括：
通过泵联接至所述泵管线的第一换热器入口管线，
联接至所述第二分离器的所述入口的第一换热器出口管线，
联接至所述机组系统的低温热源的第二换热器入口管线，和
联接至所述机组系统的所述低温热源的第二换热器出口管线；
联接至所述循环入口的第三换热器入口管线，和
第三换热器出口管线；以及
泵，所述泵联接至所述泵管线；以及
联接至所述第三换热器出口管线的循环出口。
9.根据权利要求8所述的蒸汽循环系统，其特征在于，所述第四膨胀涡轮机还联接至所述泵管线。
10.根据权利要求9所述的蒸汽循环系统，其特征在于，还包括第三分离器，所述第三分离器包括：
联接至所述循环出口的入口；
联接至所述水馈送管线的下出口；以及
联接至CO2收集器的上出口。
11.一种用于机组系统的蒸汽循环系统，包括：
燃料馈送管线，所述燃料馈送管线向机组系统的一件或多件设备供应燃料混合物；
第一膨胀涡轮机，所述第一膨胀涡轮机联接至所述一件或多件设备的排气管线；
第一分离器，所述第一分离器包括：
入口，
联接至水馈送管线的下出口，和
联接至所述燃料馈送管线的上出口，所述第一分离器的所述上出口通过与燃料入口管线联接的压缩机联接至所述燃料馈送管线；以及
第一换热器单元，所述第一换热器单元包括：
联接至所述第一膨胀涡轮机的第一换热器入口管线，其中，侧出口管线联接在所述燃料馈送管线与所述第一换热器入口管线之间，
联接至所述第一分离器的所述入口的第一换热器出口管线，
联接至所述水馈送管线的第二换热器入口管线，和
联接至所述燃料馈送管线的第二换热器出口管线。
12.根据权利要求1所述的蒸汽循环系统，其特征在于，所述第二换热器入口管线通过至少一个泵联接至所述水馈送管线。
13.一种操作机组系统的方法，包括：
从空气供应中分离出氮气，以产生氧气；
向燃料馈送管线中的燃料混合物供应所述氧气；
在第一膨胀涡轮机中使来自所述机组系统的一个或多个加热器的排气流膨胀；
在第一换热器单元的第一流动路径中冷却所述排气流；
将所述排气流的液体组分从所述排气流的气体组分分离，所述排气流的所述液体组分包括水，而所述排气流的所述气体组分包括蒸汽和CO2；
将所述排气流的所述气体组分供应至所述燃料馈送管线中的所述燃料混合物；
在所述第一换热器单元的第二流动路径中加热所述液体组分，以产生高压蒸汽；
在第二膨胀涡轮机中使所述高压蒸汽膨胀，以产生中压蒸汽；
向所述燃料馈送管线中的所述燃料混合物供应所述中压蒸汽；以及
将所述燃料混合物馈送至所述一个或多个加热器，以燃烧所述燃料混合物。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括：
将所述排气流的所述气体组分供应至第三膨胀涡轮机，以产生循环流；
在所述循环流上进行CO2循环，所述CO2循环包括：
将第二循环流的液体组分从所述第二循环流动的气体组分分离，所述第二循环流的所述液体组分包括水，而所述第二循环流的所述气体组分包括CO2，
将所述第二循环流的所述液体组分和所述气体组分供应至第二换热器单元的第一流动路径，
将热量从所述循环流传递至所述第二循环流，
使所述循环流的所述液体组分和所述气体组分回流至所述第二分离器，
在第四膨胀涡轮机中使所述第二循环流的所述气体组分膨胀，以及
在所述热量传递之后，将所述循环流供应至第三分离器，作为出口流。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，在所述循环流上进行所述CO2循环包括使流体流经所述第二换热器单元的第二流动路径。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括在所述第三分离器中将所述出口流的液体组分从所述出口流的气体组分分离。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括：
加热所述第一换热器单元的所述第二流动路径中的所述出口流的所述液体组分，以产生所述高压蒸汽；以及
收集所述出口流的所述气体组分，所述出口流的所述气体组分包括CO2。
18.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括使所述排气流量的所述气体组分的一部分回流至所述第一换热器单元的所述第一流动路口。
19.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，在将所述氮气从所述空气供应中分离之前，所述空气供应在第一压缩机中被压缩。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，向所述燃料馈送管线中的所述燃料混合物供应所述排气流的所述气体组分包括在第二压缩机中压缩所述排气流的所述气体组分。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US202163174959P | 2021-04-14 | 2021-04-14 | |
| US63/174,959 | 2021-04-14 | ||
| PCT/US2022/023407 WO2022221091A1 (en) | 2021-04-14 | 2022-04-05 | Steam cycle methods, systems, and appparatus for efficiently reducing carbon footprints in plant systems |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117441054A true CN117441054A (zh) | 2024-01-23 |
Family
ID=81384801
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202280041006.6A Pending CN117441054A (zh) | 2021-04-14 | 2022-04-05 | 用于有效减少机组系统中的碳足迹的蒸汽循环方法、系统和装置 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11885266B2 (zh) |
| EP (1) | EP4323626A1 (zh) |
| KR (1) | KR20230165342A (zh) |
| CN (1) | CN117441054A (zh) |
| BR (1) | BR112023021342A2 (zh) |
| CA (1) | CA3215544A1 (zh) |
| WO (1) | WO2022221091A1 (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11761344B1 (en) * | 2022-04-19 | 2023-09-19 | General Electric Company | Thermal management system |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7895822B2 (en) * | 2006-11-07 | 2011-03-01 | General Electric Company | Systems and methods for power generation with carbon dioxide isolation |
| TWI563166B (en) * | 2011-03-22 | 2016-12-21 | Exxonmobil Upstream Res Co | Integrated generation systems and methods for generating power |
| JP6057643B2 (ja) * | 2012-09-21 | 2017-01-11 | 三菱重工業株式会社 | 液体燃料を製造するとともに発電する方法およびシステム |
-
2022
- 2022-04-05 KR KR1020237038626A patent/KR20230165342A/ko unknown
- 2022-04-05 CA CA3215544A patent/CA3215544A1/en active Pending
- 2022-04-05 US US17/657,996 patent/US11885266B2/en active Active
- 2022-04-05 CN CN202280041006.6A patent/CN117441054A/zh active Pending
- 2022-04-05 BR BR112023021342A patent/BR112023021342A2/pt unknown
- 2022-04-05 WO PCT/US2022/023407 patent/WO2022221091A1/en active Application Filing
- 2022-04-05 EP EP22718521.2A patent/EP4323626A1/en active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2022221091A1 (en) | 2022-10-20 |
| US20220333529A1 (en) | 2022-10-20 |
| KR20230165342A (ko) | 2023-12-05 |
| US11885266B2 (en) | 2024-01-30 |
| BR112023021342A2 (pt) | 2023-12-19 |
| EP4323626A1 (en) | 2024-02-21 |
| CA3215544A1 (en) | 2022-10-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2433339C2 (ru) | Способ выработки энергии в энергетической установке посредством сжигания углеродсодержащего топлива в, по существу, чистом кислороде, энергетическая установка для выработки энергии посредством сжигания углеродсодержащего топлива в, по существу, чистом кислороде, способ модификации процесса выработки энергии посредством сжигания углеродсодержащего топлива от сжигания топлива в воздухе до сжигания топлива в, по существу, чистом кислороде | |
| CN109296460B (zh) | 用于加热再循环气流的方法及发电方法 | |
| US7726114B2 (en) | Integrated combustor-heat exchanger and systems for power generation using the same | |
| US20040011057A1 (en) | Ultra-low emission power plant | |
| US20070199300A1 (en) | Hybrid oxy-fuel combustion power process | |
| CN101802366A (zh) | 涡轮设备和发电设备 | |
| KR20020093111A (ko) | 가스 터빈이 일체화된 산소 분리 방법 | |
| EP0571233A2 (en) | Staged furnaces for firing coal pyrolysis gas and char | |
| JP2004530097A (ja) | Ｃｏ２放出の少い発電機及び関連方法 | |
| RU2007138221A (ru) | Системы, способы и композиции для получения синтетических углеводородных соединений | |
| DK162653B (da) | Kombineret gas-dampkraftanlaeg med en forgasningsindretning til braendslet | |
| JP6132491B2 (ja) | 二酸化炭素を処理するためのシステムおよび方法 | |
| US20160017762A1 (en) | Gas turbine unit operating mode and design | |
| KR101731051B1 (ko) | 고효율 초임계 이산화탄소 발전 시스템 및 그 방법 | |
| CN102388265A (zh) | 用于生成电功率的方法及设备 | |
| CN113738467B (zh) | 一种利用液化天然气进行带碳捕集发电的集成系统 | |
| US20100293918A1 (en) | Method and system for use with an integrated gasification combined cycle plant | |
| WO2008091158A1 (en) | Method and plant for enhancing co2 capture from a gas power plant or thermal power plant | |
| US20120175889A1 (en) | Gas turbine combined cycle power plant and method thereof | |
| CN117441054A (zh) | 用于有效减少机组系统中的碳足迹的蒸汽循环方法、系统和装置 | |
| CN110945213A (zh) | 机械发电/电力发电系统 | |
| CN114382562B (zh) | 分流再压缩纯氧燃烧循环系统 | |
| JP2016510373A (ja) | ガスタービン及び熱交換器を使用する溶融炉からの排気からのエネルギー回収 | |
| CN208310851U (zh) | 一种集成太阳能的煤基甲醇合成与发电联产系统 | |
| EP3410013B1 (en) | Combustion gas supply system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |