專利名稱：用于二氧化碳去除的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文描述的主題總體上涉及燃燒化石燃料的發(fā)電設(shè)備，且更具體地涉及一種用于經(jīng)由磁制冷來(lái)從相關(guān)的廢氣流去除二氧化碳的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
已知的燃燒化石燃料的發(fā)電設(shè)備通過(guò)空氣來(lái)燃燒化石燃料并產(chǎn)生包含二氧化碳(CO2)的廢氣。這些已知的設(shè)備中的許多設(shè)備使用已知方法來(lái)去除CO2的至少一部分。一些已知的方法用于促進(jìn)燃燒前捕獲，包括燃料氣化系統(tǒng)中的變換。這些已知的燃燒前方法將燃料源限制于氣化系統(tǒng)，需要大量資本投資，并且提高了操作成本。其它已知的方法包括氧燃料燃燒，其中使用富氧氣體而不是壓縮空氣用于燃燒，從而產(chǎn)生由于CO2的高濃度而促進(jìn)CO2去除的富CO2廢氣，其中使常規(guī)收集更容易。這些已知的氧燃料燃燒方法也需要大量資本投資，并引起提高的操作成本，包括增加的輔助功耗。此外，其它已知的方法包括典型·地使用至少一種從廢氣分離CO2的方法的燃燒后捕獲法。一些此類已知的燃燒后CO2分離和去除法包括化學(xué)溶劑洗滌、物理溶劑洗滌、吸附和隔膜，其中此類方法中的每一種方法都需要使廢氣與促進(jìn)從廢氣分離CO2的物質(zhì)接觸。這些已知的燃燒后方法也需要大量資本投資，并引起提高的操作成本，包括增加的輔助功耗。另一種已知的燃燒后CO2分離和去除法是結(jié)合廢氣的至少一些常規(guī)上游冷卻的低溫CO2捕獲。這些已知的低溫CO2捕獲方法中的至少一些包括布雷登循環(huán)的使用，即廢氣的壓縮，隨之后續(xù)的膨脹。然而，在廢氣冷卻到大致環(huán)境溫度的情況下使用已知的低溫CO2捕獲法需要廢氣壓縮裝置使用大量輔助功率。此外，廢氣在壓縮后的后續(xù)加熱需要使用大量基于制冷劑的冷卻能量來(lái)降低廢氣的溫度，以充分促進(jìn)CO2在廢氣膨脹前的冷凝和去除。此夕卜，從廢氣流去除的CO2的比例是廢氣溫度的函數(shù)。例如，隨著廢氣溫度降低，去除的CO2的比例增大，并且用以實(shí)現(xiàn)該結(jié)果的能量成本提高。因此，這種用于低溫CO2捕獲的已知配置使得相關(guān)的性能系數(shù)(COP)、即從廢氣去除的熱量與用于去除該熱量的能量的比例的值比較低。用以從廢氣去除熱量的較高的能量使用和用于壓縮廢氣的能量一起而顯著影響操作相關(guān)設(shè)備的成本。
發(fā)明內(nèi)容
在一方面，提供了一種二氧化碳(CO2)去除系統(tǒng)。該CO2去除系統(tǒng)包括外部傳熱裝置。該CO2去除系統(tǒng)還包括與外部傳熱裝置流連通地聯(lián)接的磁熱傳熱裝置。該CO2去除系統(tǒng)還包括與磁熱傳熱裝置流連通地聯(lián)接的低溫CO2捕獲系統(tǒng)。在另一方面，一種燃燒設(shè)備包括至少一個(gè)燃燒裝置。該設(shè)備還包括二氧化碳(CO2)去除系統(tǒng)。該CO2去除系統(tǒng)包括外部傳熱裝置。該CO2去除系統(tǒng)還包括與外部傳熱裝置流連通地聯(lián)接的至少一個(gè)磁熱傳熱裝置。該CO2去除系統(tǒng)還包括與磁熱傳熱裝置流連通地聯(lián)接的至少一個(gè)低溫CO2捕獲系統(tǒng)。在又另一方面，提供了一種從流體流去除二氧化碳(CO2)的方法。該方法包括將流體流引導(dǎo)到磁熱傳熱裝置。該方法還包括經(jīng)由磁熱傳熱裝置從流體流散熱。該方法還包括將流體流引導(dǎo)到低溫CO2捕獲系統(tǒng)。
當(dāng)參考附圖閱讀下文的詳細(xì)描述時(shí)，本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更好理解，全部附圖中相似的附圖標(biāo)記表示相似的零件，其中
圖I是示范性燃?xì)鉁u輪發(fā)電設(shè)備的示意 圖2是可以與圖I中所示的燃?xì)鉁u輪發(fā)電設(shè)備聯(lián)用的示范性低溫二氧化碳(CO2)去除系統(tǒng)的不意圖；以及
圖3是示出了可以用于組裝圖2中所示的低溫CO2去除系統(tǒng)的示范性方法的流程圖。除非以其它方式指出，否則本文提供的附圖旨在圖示本發(fā)明的關(guān)鍵發(fā)明特征。認(rèn) 為這些關(guān)鍵發(fā)明特征可適用于包括本發(fā)明的一個(gè)或更多實(shí)施例的各種各樣的系統(tǒng)中。因此，附圖并非旨在包括為了實(shí)施本發(fā)明所需的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員已知的所有常規(guī)特征。部件列表
100燃?xì)鉁u輪發(fā)電設(shè)備 102燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)組件 104燃料源 106 空氣源 108燃料管道 110空氣管道
112低溫二氧化碳(CO2)去除系統(tǒng)
114熱廢氣排氣管
116排氣煙囪
118冷廢氣排氣管
120煙囪氣室
122熱廢氣流
124冷廢氣流
130外部冷卻式熱交換器
132冷卻水源
134冷卻水管道
136冷凝物排出管道
138第一冷卻的廢氣流
140磁熱傳熱裝置
142制冷劑熱交換器
144外部磁制冷裝置
146制冷劑管道
148冷凝物排出管道
150第二冷卻的廢氣流160低溫CO2捕獲系統(tǒng) 162壓縮機(jī) 164中間冷卻器 166膨脹器 168旋風(fēng)分離器
170固態(tài)CO2 172冷富氮流 200方法
202將外部傳熱裝置與CO2源流連通地聯(lián)接
204將磁熱傳熱裝置與外部傳熱裝置流連通地聯(lián)接 206將低溫CO2捕獲系統(tǒng)與磁熱傳熱裝置流連通地聯(lián)接。
具體實(shí)施例方式在下文的說(shuō)明書和權(quán)利要求書中，將提及多個(gè)術(shù)語(yǔ)，應(yīng)該將這些術(shù)語(yǔ)定義為具有以下含義。單數(shù)形式“一”、“一個(gè)”和“該”包括復(fù)數(shù)個(gè)指代對(duì)象，除非在上下文中清楚地另外指出?！翱蛇x的”或“可選地”意味著隨后描述的事件或情況可能發(fā)生，也可能不發(fā)生，并且該描述包括發(fā)生該事件的例子和不發(fā)生該事件的例子。如文中貫穿說(shuō)明書和權(quán)利要求書所用的近似語(yǔ)可以適用于修飾準(zhǔn)許改變而不會(huì)引起它所涉及的基本功能的變化的任何量化表示。因此，由一個(gè)或多個(gè)術(shù)語(yǔ)如“約”和“大致”修飾的值并不局限于所指定的精確值。在至少一些例子中，近似語(yǔ)可以對(duì)應(yīng)于用于測(cè)量該值的儀器的精度。在這里并且貫穿說(shuō)明書和權(quán)利要求書，范圍限制可以結(jié)合和/或互換，此類范圍經(jīng)過(guò)認(rèn)定并且包括其中包含的所有子范圍，除非上下文或語(yǔ)言另外指出。文中所述的示范性系統(tǒng)和方法通過(guò)在低溫CO2去除系統(tǒng)上游提供附加的有效散熱裝置來(lái)克服已知的二氧化碳(CO2)去除系統(tǒng)的缺點(diǎn)。更具體而言，一種高能效的磁熱傳熱裝置用于在將熱流體引導(dǎo)到低溫0)2去除系統(tǒng)前冷卻熱流體，該低溫CO2去除系統(tǒng)利用布雷登循環(huán)來(lái)從流體冷凍和去除C02。此類磁熱傳熱裝置促進(jìn)了減小布雷登循環(huán)的壓縮部分的尺寸和能耗需求，使得CO2去除系統(tǒng)的總體性能系數(shù)(COP)與已知的CO2去除系統(tǒng)相比提高。低溫CO2捕獲系統(tǒng)隨在先磁熱傳熱而變化的相關(guān)效率提高與不具有這種傳熱相比有利于減少系統(tǒng)的能耗。此外，低溫CO2捕獲系統(tǒng)的壓縮部分的這種能耗減少足以多過(guò)用于操作磁熱傳熱裝置的附加能源。因此，CO2去除系統(tǒng)的總體操作在能耗方面更有效，并且降低了相關(guān)的操作成本。圖I是使用至少一個(gè)燃燒過(guò)程來(lái)釋放轉(zhuǎn)化為電力的熱能的示范性發(fā)電設(shè)備100的示意圖。在該示范性實(shí)施例中，設(shè)備100是使用低溫二氧化碳去除系統(tǒng)的燃燒化石燃料的發(fā)電設(shè)備，且更具體而言，文中稱為燃?xì)鉁u輪設(shè)備100的示范性燃?xì)鉁u輪發(fā)電設(shè)備100。備選地，如文中所述的方法和設(shè)備可以與呈任何合適的構(gòu)造的任何常規(guī)發(fā)電設(shè)備聯(lián)用，包括但不限于燃煤發(fā)電裝置鍋爐、燃油發(fā)電裝置鍋爐和/或燃燒生物燃料的鍋爐。此外，備選地，如文中所述的方法和設(shè)備可與呈任何合適的構(gòu)造的任何常規(guī)功率發(fā)生裝置聯(lián)用，包括但不限于往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)如柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、汽油發(fā)動(dòng)機(jī)、以及燃燒生物燃料和它們的派生物的發(fā)動(dòng)機(jī)。應(yīng)理解，燃?xì)鉁u輪設(shè)備100可以包含許多所示元件之外的元件。此外，在一些實(shí)施例中，燃?xì)鉁u輪設(shè)備100可以是包括但不限于整體氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)發(fā)電裝置的更大型的設(shè)備的一部分。在示范性實(shí)施例中，燃?xì)鉁u輪設(shè)備100包括燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)組件102。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)組件102與至少一個(gè)燃料源104和至少一個(gè)空氣源106流連通地聯(lián)接。燃料源104經(jīng)由燃料管道108與燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)組件102流連通地聯(lián)接?？諝庠?06經(jīng)由空氣管道110與燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)組件102流連通地聯(lián)接。燃?xì)鉁u輪設(shè)備100還包括經(jīng)由熱廢氣排氣管114與燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)組件102流連通地聯(lián)接的低溫二氧化碳(CO2)去除系統(tǒng)112。燃?xì)鉁u輪設(shè)備100還包括經(jīng)由冷廢氣排氣管118和煙囪氣室(stack plenum) 120與低溫二氧化碳去除系統(tǒng)112流連通地聯(lián)接的排氣煙囪116。在操作中，燃?xì)鉁u輪組件102將空氣和燃料(均未示出)混合，產(chǎn)生熱燃燒氣體(未示出)，并且將燃燒氣體內(nèi)的熱能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)能，該旋轉(zhuǎn)能隨后轉(zhuǎn)化為電能以便傳輸?shù)饺細(xì)鉁u輪設(shè)備100和/或電網(wǎng)(未示出)內(nèi)的至少一個(gè)輔助負(fù)載(未示出)。熱燃燒氣體·冷卻而形成流體流，即，包括第一濃度的CO2的熱廢氣流122。熱廢氣流122被引導(dǎo)到低溫CO2去除系統(tǒng)112，其中大部分CO2從廢氣被去除并且冷廢氣流124被引導(dǎo)到帶有大大小于第一濃度的CO2的第二濃度的CO2的排氣煙囪116。冷廢氣流124還包括氮?dú)?N2)、氧氣
(O2)和氬氣(Ar) ο圖2是可以與燃?xì)鉁u輪設(shè)備100 (在圖I中示出)聯(lián)用的低溫CO2去除系統(tǒng)112的示意圖。在該示范性實(shí)施例中，低溫CO2去除系統(tǒng)112從包括但不限于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)組件102 (在圖I中示出)以及燃煤和燃油發(fā)電裝置鍋爐的任何常規(guī)燃燒化石燃料的功率發(fā)生裝置接收熱廢氣流122。對(duì)于這些燃燒諸如煤之類的材料的功率發(fā)生裝置，在將熱廢氣流122引導(dǎo)到低溫CO2去除系統(tǒng)112前，采用標(biāo)準(zhǔn)顆粒材料去除法來(lái)充分洗滌此類氣體。在該示例性實(shí)施例中，低溫CO2去除系統(tǒng)112包括外部傳熱裝置，例如外部冷卻式熱交換器130。熱交換器130是經(jīng)由冷卻水管道134與冷卻水源132流連通地聯(lián)接的殼管式熱交換器。冷卻水管道134包括引導(dǎo)冷卻水通過(guò)熱交換器130的多個(gè)水管(未示出)。熱交換器130包括構(gòu)造成引導(dǎo)來(lái)自被引導(dǎo)通過(guò)熱交換器130的熱廢氣的冷凝水蒸氣的冷凝物排出管道136。熱廢氣流122將大部分熱量傳遞到冷卻水使得第一冷卻的廢氣流138從熱交換器130被引導(dǎo)。第一冷卻的廢氣流138具有基本上等于低溫CO2去除系統(tǒng)112附近的環(huán)境溫度的溫度。例如但不限于，在北美和歐洲，環(huán)境溫度條件可以在從大約35攝氏度(°C)(大約95華氏度(T))至大約-4°C (25 T )的范圍內(nèi)，且更典型的溫度范圍介于大約 20°C (68 0F )和大約 0°C (32 0F )之間。此外，在示范性實(shí)施例中，低溫CO2去除系統(tǒng)112包括與外部冷卻式熱交換器130流連通地聯(lián)接的磁熱傳熱裝置140。磁熱傳熱裝置140包括制冷劑熱交換器142，該制冷劑熱交換器142是經(jīng)由制冷劑管道146與外部磁制冷裝置144流連通地聯(lián)接的殼管式熱交換器。制冷劑管道146包括引導(dǎo)制冷劑通過(guò)制冷劑熱交換器142的多個(gè)制冷劑管(未示出)。制冷劑熱交換器142包括構(gòu)造成引導(dǎo)來(lái)自被引導(dǎo)通過(guò)制冷劑熱交換器142的冷卻的廢氣的冷凝水蒸氣的冷凝物排出管道148。外部磁制冷裝置144利用磁熱效應(yīng)來(lái)從第一冷卻的廢氣流138散熱。如文中所用，磁熱效應(yīng)是指伴有磁熱材料的磁性相變的熵變，其中通過(guò)利用磁熱材料的這種熵變引起的溫度變化來(lái)促進(jìn)磁熱材料的冷卻。在示范性實(shí)施例中，所使用的磁熱材料是釓(Gd)合金。備選地，制冷裝置144可以使用使裝置144能夠如文中所述操作的任何磁熱工作材料，包括但不限于鑭(La)合金和鐵磁(FeMn)合金。磁制冷裝置144的一些備選實(shí)施例可以包括具有與不同級(jí)中的每一級(jí)相關(guān)的不同磁熱材料和/或不同組分的多級(jí)磁性蓄熱器。例如但不限于，在磁制冷裝置144內(nèi)使用Gd5(Si2Ge2)，其中這種磁熱材料的溫度在它進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)升高且在它離開(kāi)磁場(chǎng)時(shí)降低。更具體而言，Gd5(Si2Ge2)在兩種狀態(tài)之間交替。第一狀態(tài)是低磁熵狀態(tài)，具有通過(guò)在磁熱材料的居里溫度、即磁性材料在加熱后變成順磁性的溫度附近向磁熱材料施加磁場(chǎng)來(lái)產(chǎn)生的高度磁定向。第二狀態(tài)是高磁熵狀態(tài)，具有通過(guò)從磁熱材料去除磁場(chǎng)而產(chǎn)生的低度磁定向，即基本上隨機(jī)的定向。一旦磁場(chǎng)被去除，磁熱材料便將在第一狀態(tài)下生成的熱量傳遞到周圍環(huán)境，以獲得比材料在暴露于磁場(chǎng)前所具有的溫度低的溫度。高磁熵狀態(tài)與低磁熵狀態(tài)之間的這種過(guò)渡分別表現(xiàn)為低組態(tài)熵與高組態(tài)熵之間的過(guò)渡，從而分別引起磁熱材料分別在暴露于磁化和退磁時(shí)的升溫和降溫。因此，磁熱材料·的交替的磁化和退磁的過(guò)程是一種基本可逆的絕熱過(guò)程，并且基本上是等熵的。此外，連續(xù)暴露于磁場(chǎng)以及隨后從磁場(chǎng)移除促進(jìn)了磁熱材料的連續(xù)冷卻。在示范性實(shí)施例中，外部磁制冷裝置144包括彼此以預(yù)定距離定向和分離的多個(gè)固定永磁體(未示出)。備選地，外部磁制冷裝置144包括與固定永磁體結(jié)合或者代替固定永磁體的至少一個(gè)電磁體(未示出)。這種電磁體可以包括超導(dǎo)磁體,其中此類超導(dǎo)磁體包括高磁場(chǎng)強(qiáng)度。這種高磁場(chǎng)強(qiáng)度可以促進(jìn)制冷裝置144的冷卻功率密度的提高，從而提高裝置144的冷卻效率。經(jīng)由使用超導(dǎo)電磁體來(lái)提高制冷裝置144的操作效率也可以促進(jìn)降低發(fā)電設(shè)備100的整體功耗，從而促進(jìn)與操作設(shè)備100相關(guān)的經(jīng)濟(jì)效益的提高。外部磁制冷裝置144還包括使Gd5(Si2Ge2)移動(dòng)進(jìn)出由永磁體生成的磁場(chǎng)的運(yùn)輸機(jī)構(gòu)。制冷劑經(jīng)由制冷劑管道146被引導(dǎo)到冷卻的Gd5(Si2Ge2)附近，使得制冷劑中的熱量傳遞到Gd5 (Si2Ge2)，從而升高Gd5 (Si2Ge2)的溫度并降低制冷劑的溫度。冷卻的制冷劑被引導(dǎo)通過(guò)制冷劑熱交換器142，以從第一冷卻的廢氣流138傳熱，使得第二冷卻的廢氣流150的溫度介于大約_50°C (-58 0F )與大約-60°C (-76 0F )之間。此外，在示范性實(shí)施例中，低溫CO2去除系統(tǒng)112包括與磁熱傳熱裝置140流連通地聯(lián)接的低溫CO2捕獲系統(tǒng)160。低溫CO2捕獲系統(tǒng)160包括與制冷劑熱交換器142流連通地聯(lián)接的壓縮機(jī)162，以接收第二冷卻的廢氣流150。壓縮機(jī)162對(duì)第二冷卻的廢氣流150進(jìn)行加壓和加熱。低溫CO2捕獲系統(tǒng)160還包括與壓縮機(jī)162流連通地聯(lián)接的中間冷卻器164，其中由于壓縮而傳遞到第二冷卻的廢氣流150的熱量被去除。低溫CO2捕獲系統(tǒng)160還包括與中間冷卻器164流連通地聯(lián)接的膨脹器166，其中第二冷卻的廢氣流150的溫度降低到大約-100°C (-148 T )。在一些實(shí)施例中，膨脹器166是可以用于生成有用功和/或電力的渦輪機(jī)。第二冷卻的廢氣流150中的CO2去升華，即從氣相直接過(guò)渡到固相，跳過(guò)了液相。低溫CO2捕獲系統(tǒng)160還包括與膨脹器166流連通地聯(lián)接的旋風(fēng)分離器168。旋風(fēng)分離器168分離固態(tài)CO2 170以進(jìn)行處置和/或隔離，并保留廢氣流150的成分，即，包括O2和Ar的冷富N2流172。冷富N2流172被引導(dǎo)到中間冷卻器164，以促進(jìn)熱量從壓縮后的第二冷卻的廢氣流150傳遞到流172，從而生成冷廢氣流125。
在示范性實(shí)施例中，低溫CO2捕獲系統(tǒng)160使用布雷登循環(huán)并具有在大約2與3之間的范圍內(nèi)的獨(dú)立C0P。從第一冷卻的廢氣流138傳熱所需的功的量是對(duì)低溫CO2捕獲的總體經(jīng)濟(jì)性的極大限制。然而，磁熱傳熱裝置140促進(jìn)了從第一冷卻的廢氣流138傳熱使得第二冷卻的廢氣流150的溫度介于大約_50°C (-58 0F )與大約-60°C (-76 0F )之間。因此，可以減小壓縮機(jī)162的尺寸和能耗需求，使得低溫CO2捕獲系統(tǒng)160的總體COP上升到大約5至6的范圍。具有磁熱傳熱裝置140的低溫CO2捕獲系統(tǒng)160的效率的提高與不具有裝置140相比有利于減少系統(tǒng)160的能耗。低溫CO2捕獲系統(tǒng)160的這種能耗減少足以多過(guò)用于操作磁熱傳熱裝置140的附加能源。因此，低溫CO2去除系統(tǒng)112和燃?xì)鉁u輪設(shè)備100的總體操作在能耗方面更有效，并且設(shè)備100的操作成本降低。低溫CO2去除系統(tǒng)112的一些備選實(shí)施例可以包括串聯(lián)的多組磁熱傳熱裝置140和低溫CO2捕獲系統(tǒng)160。此外，低溫CO2去除系統(tǒng)112的一些備選實(shí)施例可以在低溫CO2捕獲系統(tǒng)160前包括串聯(lián)的多個(gè)磁熱傳熱裝置140。此外，低溫CO2去除系統(tǒng)112的一些備選實(shí)施例可以在磁熱傳熱裝置140后包括串聯(lián)的多個(gè)低溫CO2捕獲系統(tǒng)160。此外，低溫CO2去除系統(tǒng)112的一些備選實(shí)施例可以包括磁熱傳熱裝置140和CO2去除系統(tǒng)112的任何組
八
口 ο在0)2去除系統(tǒng)112的操作中，基本上被洗滌燃燒顆粒副產(chǎn)品的熱廢氣流122被引導(dǎo)到外部冷卻式熱交換器130。熱廢氣流122中的至少一部分水蒸氣在熱廢氣冷卻到大致環(huán)境溫度時(shí)作為熱廢氣被去除，從而形成第一冷卻的廢氣流138。第一冷卻的廢氣流138被引導(dǎo)到磁熱傳熱裝置140。流138可以具有在從大約35°C (大約95°F)到大約_4°C (25 0F )的范圍內(nèi)的溫度條件，且更典型的溫度范圍介于大約20°C (68 0F )與大約0°C (32 0F )之間。第一冷卻的廢氣流138中至少一部分剩下的水蒸汽在廢氣冷卻到大約-50°C (-58 T )和大約-60°C (-76 T )時(shí)被去除，從而形成第二冷卻的廢氣流150。此外，在CO2去除系統(tǒng)112的操作中，第二冷卻的廢氣流150被引導(dǎo)到低溫CO2捕獲系統(tǒng)160，即壓縮機(jī)162，其中對(duì)流150進(jìn)行加壓和加熱。第二冷卻的廢氣流150進(jìn)一步被引導(dǎo)到中間冷卻器164，其中去除了由于壓縮而傳遞到第二冷卻的廢氣流150的熱量。第二冷卻的廢氣流150被進(jìn)一步引導(dǎo)到膨脹器166，其中流150的溫度降低到大約-100°C (-148 0F )。第二冷卻的廢氣流150中的CO2過(guò)渡到固相使得旋風(fēng)分離器168分離固態(tài)CO2 170以進(jìn)行處置和/或隔離。冷富N2流172被引導(dǎo)到中間冷卻器164，以促進(jìn)熱量從壓縮后的第二冷卻的廢氣流150傳遞到流172，從而生成冷廢氣流125。圖3是示出了可以用于組裝低溫CO2去除系統(tǒng)112 (在圖2中示出)的示范性方法200的流程圖。在示范性實(shí)施例中，外部冷卻式熱交換器130(在圖2中示出)與CO2源例如燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)組件102 (在圖I中示出)流連通地聯(lián)接202。此外，磁熱傳熱裝置140(在圖2中示出)與外部冷卻式熱交換器130流連通地聯(lián)接204。此外，低溫CO2捕獲系統(tǒng)160 (在圖2中示出)與磁熱換熱裝置140流連通地聯(lián)接206。上述用于二氧化碳(CO2)去除系統(tǒng)的磁熱換熱裝置提供了一種用于提高此類CO2去除系統(tǒng)的效率的成本劃算的方法。具體而言，文中所述的裝置、系統(tǒng)和方法在低溫CO2去除系統(tǒng)上游提供了附加的有效散熱裝置。更具體而言，一種高能效的磁熱傳熱裝置用于在將熱流體弓I導(dǎo)到低溫CO2去除系統(tǒng)前冷卻該流體，低溫CO2去除系統(tǒng)利用布雷登循環(huán)來(lái)從流體冷凍和去除co2。此類磁熱傳熱裝置促進(jìn)了減小布雷登循環(huán)的壓縮部分的尺寸和能耗需求，使得CO2去除系統(tǒng)的總體性能系數(shù)(COP)與已知的CO2去除系統(tǒng)相比提高。低溫0)2捕獲系統(tǒng)隨在先的磁熱傳熱而而變化的相關(guān)效率提聞與不具有這種傳熱相比有利于減少系統(tǒng)的能耗。此外，低溫CO2捕獲系統(tǒng)的壓縮部分的這種能耗減少足以多過(guò)用于操作磁熱傳熱裝置的附加能源。因此，CO2去除系統(tǒng)的總體操作在能耗方面更有效，并且降低了相關(guān)的操作成本。上文詳細(xì)描述了用于CO2去除系統(tǒng)的磁熱傳熱裝置的裝置、系統(tǒng)和方法的示范性實(shí)施例。裝置、系統(tǒng)和方法并不局限于文中所述的特定實(shí)施例，相反，可以與文中所述的其它構(gòu)件和/或步驟獨(dú)立地和分開(kāi)地利用系統(tǒng)的構(gòu)件和/或方法的步驟。例如，也可以結(jié)合其它旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)和方法來(lái)使用該系統(tǒng)和方法，并且該系統(tǒng)和方法并不局限于僅通過(guò)如文中所述的用于CO2去除系統(tǒng)的磁熱傳熱裝置來(lái)實(shí)施。相反，示范性實(shí)施例可以結(jié)合許多其它冷卻系統(tǒng)和材料去除系統(tǒng)應(yīng)用來(lái)實(shí)現(xiàn)和利用。雖然本發(fā)明各種實(shí)施例的特定特征可能在一些附圖中示出而在其它附圖中未示出，但這只是為了方便。此外，以上描述中對(duì)“一個(gè)實(shí)施例”的談及并非旨在將其解釋為排 除也結(jié)合了所述及的特征的其它實(shí)施例的存在。根據(jù)本發(fā)明的原理，附圖的任何特征可以結(jié)合任何其它附圖的任何特征來(lái)談及和/或要求保護(hù)。此書面描述使用了包括最佳模式在內(nèi)的實(shí)例來(lái)公開(kāi)本發(fā)明，并且還使本領(lǐng)域的任何技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明，包括制造并利用任何裝置或系統(tǒng)并且執(zhí)行任何所結(jié)合的方法。本發(fā)明可取得專利權(quán)的范圍通過(guò)權(quán)利要求來(lái)限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它實(shí)例。如果此類其它實(shí)例沒(méi)有不同于權(quán)利要求的文字語(yǔ)言所描述的結(jié)構(gòu)元件，或者它們包括與權(quán)利要求的文字語(yǔ)言無(wú)實(shí)質(zhì)性區(qū)別的等同結(jié)構(gòu)元件，則認(rèn)為此類其它實(shí)例包含在權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種二氧化碳(CO2)去除系統(tǒng)(112)，包括 外部傳熱裝置(130)； 與所述外部傳熱裝置流連通地聯(lián)接的磁熱傳熱裝置(140);以及 與所述磁熱傳熱裝置流連通地聯(lián)接的低溫CO2捕獲系統(tǒng)(160)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的CO2去除系統(tǒng)(112)，其特征在于，所述外部傳熱裝置(130)構(gòu)造成在介于大約35°C與_4°C之間的溫度下將流體流引導(dǎo)到所述磁熱傳熱裝置(140)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的CO2去除系統(tǒng)(112)，其特征在于，所述磁熱傳熱裝置(140)包括 制冷劑熱交換器(142);以及 與所述制冷劑熱交換器流連通地聯(lián)接的外部磁制冷裝置(144)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的0)2去除系統(tǒng)(112)，其特征在于，所述外部磁制冷裝置(144)構(gòu)造成利用磁熱效應(yīng)來(lái)從制冷劑去除熱量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的0)2去除系統(tǒng)(112)，其特征在于，所述制冷劑熱交換器(142)構(gòu)造成 從所述外部傳熱裝置(130)接收流體流；并且 將熱量從所述流體流傳遞到所述制冷劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的CO2去除系統(tǒng)(112)，其特征在于，所述低溫CO2捕獲系統(tǒng)(160)包括 與所述磁熱換熱裝置(140)流連通地聯(lián)接的壓縮機(jī)(162)； 與所述壓縮機(jī)流連通地聯(lián)接的熱交換器(164);以及 與所述熱交換器流連通地聯(lián)接的膨脹裝置(166)，所述熱交換器和所述膨脹裝置構(gòu)造成配合而生成具有低于大約-60° C的溫度的流體流。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的CO2去除系統(tǒng)(112)，其特征在于，所述低溫CO2捕獲系統(tǒng)(160)還包括構(gòu)造成從所述流體流基本去除固態(tài)CO2 (170)的旋風(fēng)分離器(168)。
8.一種燃燒設(shè)備(100)，包括 至少一個(gè)燃燒裝置(102);以及 二氧化碳(CO2)去除系統(tǒng)(112)，包括 外部傳熱裝置(130)； 與所述外部傳熱裝置流連通地聯(lián)接的至少一個(gè)磁熱傳熱裝置(140);以及 與所述磁熱傳熱裝置流連通地聯(lián)接的至少一個(gè)低溫CO2捕獲系統(tǒng)(160)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃燒設(shè)備(100)，其特征在于，所述外部傳熱裝置(130)構(gòu)造成在介于大約35°C與_4°C之間的溫度下將流體流引導(dǎo)到所述至少一個(gè)磁熱傳熱裝置(140)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃燒設(shè)備(100)，其特征在于，所述磁熱傳熱裝置(140)包括 制冷劑熱交換器(142);以及 與所述制冷劑熱交換器流連通地聯(lián)接的外部磁制冷裝置(144)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于二氧化碳去除的系統(tǒng)和方法，具體而言，二氧化碳(CO2)去除系統(tǒng)(112)包括外部傳熱裝置(130)。該系統(tǒng)還包括與外部傳熱裝置流連通地聯(lián)接的磁熱傳熱裝置(140)。該系統(tǒng)還包括與磁熱傳熱裝置流連通地聯(lián)接的低溫CO2捕獲系統(tǒng)(160)。
文檔編號(hào)F25J3/08GK102901323SQ20121026323
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月28日
發(fā)明者C.富格爾, P.P.庫(kù)爾卡尼, M.A.G.薩拉扎 申請(qǐng)人:通用電氣公司