Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО И СПОСОБЫ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА

Данное изобретение было выполнено при поддержке Правительства по контракту № DE-AR0000101, заключенному с Департаментом Энергии. Правительство обладает определенными правами на данное изобретение.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Объект, описанный в данном документе, в целом относится к устройствам для обработки газа, а более конкретно к устройству для обработки газа, применяемому при обработке диоксида углерода (СО₂).

По меньшей мере некоторые из известных энергоустановок включают камеру сгорания и/или бойлер для получения пара, который используют в паротурбогенераторе. В ходе типичного процесса сгорания внутри камеры сгорания или бойлера получают, например, поток газообразных продуктов сгорания или топочных газов. Известные газообразные продукты сгорания содержат продукты сгорания, включая (но не ограничиваясь перечисленным) углерод, зольную пыль, диоксид углерода, монооксид углерода, воду, водород, азот, серу, хлор, мышьяк, селен и/или ртуть.

По меньшей мере некоторые из известных энергоустановок включают устройство для обработки газа, которое используют для снижения количества продуктов сгорания в топочных газах. Известные устройства для обработки газа включают систему низкотемпературного охлаждения для отделения СО₂ от топочных газов. В ходе работы система низкотемпературного охлаждения охлаждает поток топочного газа с образованием твердого СО₂ из газообразного СО₂, находящегося в потоке топочного газа. Кроме того, по меньшей мере некоторые известные устройства для обработки газа включают насос для низкотемпературного перекачивания твердых частиц для использования при перемещении твердого СО₂ из системы низкотемпературного охлаждения в систему удаления СО₂ для удаления и размещения СО₂. В ходе работы система низкотемпературного охлаждения переносит некоторое количество холода к потоку топочного газа с образованием твердого СО₂. По мере того, как насос для низкотемпературного перекачивания твердых частиц перемещает твердый СО₂ из системы охлаждения, по меньшей мере некоторое количество холода может быть потеряно на тепло, генерируемое при работе насоса для твердых частиц. Потеря количества холода через насос для твердых частиц увеличивает расходы на эксплуатацию устройства для обработки газа в результате увеличения количества энергии, необходимого для охлаждения потока топочного газа.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В одном аспекте обеспечен теплообменный агрегат для обработки диоксида углерода (СО₂). Данный теплообменный агрегат включает корпус, который включает впускное отверстие, выпускное отверстие и внутреннюю поверхность, которая ограничивает полость, проходящую между впускным отверстием и выпускным отверстием. Данный корпус выполнен с возможностью приема твердого СО₂ через впускное отверстие. Через корпус проходит по меньшей мере одна теплообменная труба. Теплообменная труба расположена таким образом, что она контактирует с твердым СО₂, чтобы способствовать переносу тепла от твердого СО₂ к текучему теплоносителю, который пропускают через теплообменную трубу, чтобы способствовать превращению по меньшей мере части твердого СО₂ в жидкий СО₂. Теплообменный агрегат выполнен с возможностью извлечения некоторого количества холода из твердого СО₂ и переноса по меньшей мере части извлеченного количества холода к топочному газу.

В другом аспекте обеспечено устройство для обработки газа для использования при обработке диоксида углерода (СО₂) в топочном газе. Устройство для обработки газа включает систему охлаждения, соединенную с источником топочного газа и выполненную с возможностью приема потока топочного газа из данного источника. Система охлаждения выполнена с возможностью охлаждения газообразного СО₂, входящего в состав топочного газа, с образованием твердого СО₂. Теплообменный агрегат соединен с системой охлаждения для приема потока твердого СО₂ из системы охлаждения. Теплообменный агрегат выполнен с возможностью извлечения некоторого количества холода из твердого СО₂ и переноса по меньшей мере части извлеченного количества холода к топочному газу. Теплообменный агрегат включает корпус, который включает впускное отверстие, выпускное отверстие и внутреннюю поверхность, которая ограничивает полость, проходящую между впускным отверстием и выпускным отверстием. Корпус выполнен с возможностью приема твердого СО₂ через впускное отверстие. Через корпус проходит по меньшей мере одна теплообменная труба. Теплообменная труба расположена таким образом, что она контактирует с твердым СО₂, чтобы способствовать переносу тепла от твердого СО₂ к текучему теплоносителю, который пропускают через теплообменную трубу, чтобы способствовать превращению по меньшей мере части твердого СО₂ в жидкий СО₂.

В еще одном аспекте обеспечен способ обработки диоксида углерода (СО₂). Способ включает пропускание топочного газа, содержащего СО₂, в систему охлаждения, чтобы охладить топочный газ с образованием твердого СО₂, и направление твердого СО₂ в теплообменный агрегат. Теплообменный агрегат включает корпус, который выполнен с возможностью приема в него твердого СО₂, и по меньшей мере одну теплообменную трубу, проходящую через корпус. Давление внутри корпуса регулируют так, чтобы поддерживать давление внутри корпуса в заданном диапазоне давлений для предотвращения повторной сублимации твердого СО₂. Поток текучего теплоносителя пропускают через по меньшей мере одну теплообменную трубу, чтобы способствовать переносу тепла от твердого СО₂ к текучему теплоносителю и превращению по меньшей мере части твердого СО₂ в жидкий СО₂, а также чтобы извлечь некоторое количество холода из СО₂. По меньшей мере часть извлеченного количества холода передают топочному газу, чтобы способствовать охлаждению топочного газа.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 представляет собой схематическое изображение примера энергоустановки.

Фиг.2 представляет собой схематическое изображение примера теплообменного агрегата, который можно использовать с энергоустановкой, изображенной на Фиг.1.

Фиг.3-4 представляют собой схематические изображения альтернативных воплощений теплообменного агрегата, изображенного на Фиг.2.

Фиг.5 представляет собой альтернативное воплощение энергоустановки, изображенной на Фиг.1.

Фиг.6 представляет собой другое воплощение энергоустановки, изображенной на Фиг.1.

Фиг.7 представляет собой блок-схему примера способа, который можно использовать для обработки диоксида углерода, образующегося при работе энергоустановки, изображенной на Фиг.1.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Приведенные в качестве примеров устройства и способы, описанные в данном документе, преодолевают по меньшей мере некоторые из недостатков известных устройств для обработки газа, обеспечивая устройство для обработки газа, включающее теплообменный агрегат, выполненный с возможностью переноса тепла от текучего теплоносителя к твердому СО₂, чтобы способствовать извлечению некоторого количества холода из твердого СО₂. Кроме того, теплообменный агрегат выполнен с возможностью поддержания СО₂ в фазовом равновесии твердое вещество - жидкость, чтобы позволить теплообменному агрегату передавать тепло к твердому СО₂ и способствовать образованию жидкого СО₂ для использования его при предварительном охлаждении топочного газа. В результате обеспечения устройства для обработки газа, которое включает теплообменный агрегат, выполненный с возможностью извлечения некоторого количества холода из твердого СО₂, стоимость обработки СО₂, входящего в состав топочного газа, снижается по сравнению с известными устройствами для обработки газа.

Фиг.1 представляет собой схематическое изображение примера энергоустановки 10. Фиг.2 представляет собой схематическое изображение примера теплообменного агрегата 12, который можно использовать с энергоустановкой 10. В данном примере воплощения изобретения энергоустановка 10 включает блок 14 камеры сгорания, блок 16 парогенератора после блока 14 камеры сгорания по ходу технологического потока и паротурбинный двигатель 20, соединенный с блоком 16 парогенератора. Блок 14 камеры сгорания включает по меньшей мере одну камеру 22 сгорания, систему 24 подачи топлива и систему 26 подачи воздуха. Система 24 подачи топлива соединена с камерой 22 сгорания для направления потока топлива, например, угля, в камеру 22 сгорания. В альтернативном варианте система 24 подачи топлива может направлять любое другое пригодное топливо, включая (но не ограничиваясь перечисленным) нефть, природный газ, биомассу, отходы и/или любое другое ископаемое и/или возобновляемое топливо, которое позволяет энергоустановке 10 функционировать, как описано в данном документе. Кроме того, с камерой 22 сгорания соединена система 26 подачи воздуха для направления потока воздуха в камеру 22 сгорания. Камера 22 сгорания выполнена с возможностью приема заданного количества топлива и воздуха из системы 24 подачи топлива и системы 26 подачи воздуха, соответственно, и воспламенения топливно-воздушной смеси с получением газообразных продуктов сгорания или топочных газов. Кроме того, камера 22 сгорания направляет поток топочных газов 28 в блок 16 парогенератора, чтобы генерировать пар, который направляют в паротурбинный двигатель 20 для использования при выработке электроэнергии.

В данном примере воплощения изобретения блок 16 парогенератора включает по меньшей мере один парогенератор 30 с рекуперацией тепла (ПГРТ), который сообщается по потоку с блоком 32 подачи воды в бойлер. ПГРТ 30 принимает поток питающей воды 33 для бойлера из блока 32 подачи воды в бойлер, чтобы способствовать нагреванию питающей воды 33 для бойлера с получением пара. ПГРТ 30 также принимает топочные газы 28 из блока 14 камеры сгорания, чтобы дополнительно нагреть питающую воду 33 для бойлера с получением пара. ПГРТ 30 выполнен с возможностью облегчения переноса тепла от топочных газов 28 к питающей воде 33 для бойлера для получения пара и направления пара 34 в паротурбинный двигатель 20. Паротурбинный двигатель 20 включает одну или более паровых турбин 36, которые соединены с генератором 38 электроэнергии с помощью приводного вала 40. ПГРТ 30 выпускает пар 34 в паровую турбину 36, в которой тепловая энергия пара преобразуется в механическую энергию вращения. Пар 34 сообщает энергию вращения паровой турбине 36 и приводному валу 40, который затем приводит в движение генератор 38 электроэнергии, чтобы способствовать выработке электроэнергии.

В данном примере воплощения изобретения энергоустановка 10 включает устройство 42 для обработки газа, расположенное после блока 14 камеры сгорания и блока 16 парогенератора по ходу технологического потока. Устройство 42 для обработки газа выполнено с возможностью приема топочных газов 28, выпущенных из блока 14 камеры сгорания и/или блока 16 парогенератора, чтобы способствовать удалению из топочных газов продуктов сгорания, включая (но не ограничиваясь перечисленным) углерод, зольную пыль, диоксид углерода, монооксид углерода, воду, водород, азот, серу, хлор, мышьяк, селен и/или ртуть.

В данном примере воплощения изобретения устройство 42 для обработки газа включает систему 44 предварительного охлаждения топочного газа, систему 46 низкотемпературного охлаждения, расположенную после системы 44 предварительного охлаждения топочного газа по ходу технологического потока, сепаратор 48 СО₂, расположенный после системы 46 охлаждения по ходу технологического потока, теплообменный агрегат 12, расположенный после системы 46 охлаждения по ходу технологического потока, и систему 52 утилизации СО₂, расположенную после теплообменного агрегата 12 по ходу технологического потока. Топочные газы 28, включающие газообразные СО₂ и азот (N₂), направляют из блока 14 камеры сгорания и/или блока 16 парогенератора в систему 44 предварительного охлаждения топочного газа. Система 44 предварительного охлаждения топочного газа способствует переносу тепла от топочных газов 28 к текучему теплоносителю 54, который пропускают через систему 44 предварительного охлаждения топочного газа, чтобы способствовать снижению температуры топочных газов 28. Система 44 предварительного охлаждения направляет охлажденные топочные газы 28 в систему 46 охлаждения.

Система 46 охлаждения выполнена с возможностью обработки топочных газов 28 для охлаждения газообразного СО₂, входящего в состав топочных газов 28, с образованием твердого СО₂. Система 46 охлаждения направляет охлажденные топочные газы 28 и твердый СО₂ в сепаратор 48 СО₂, чтобы способствовать отделению твердого СО₂ и N₂ от топочных газов 28. Сепаратор 48 СО₂ направляет твердый СО₂ 56 в теплообменный агрегат 12, чтобы способствовать переносу тепла от текучего теплоносителя 54 к твердому СО₂ 56. Кроме того, теплообменный агрегат 12 выполнен с возможностью облегчения переноса тепла от твердого СО₂ 56 к текучему теплоносителю 54, который пропускают через теплообменный агрегат 12, чтобы способствовать превращению твердого СО₂ 56 в жидкий СО₂ 58. Кроме того, теплообменный агрегат 12 выполнен с возможностью извлечения некоторого количества холода из твердого СО₂ 56 и переноса по меньшей мере части извлеченного количества холода к топочным газам 28, чтобы способствовать охлаждению топочных газов 28. Кроме того, теплообменный агрегат 12 выполнен с возможностью направления жидкого СО₂ 58 в систему 52 утилизации СО₂ для утилизации обогащенного СО₂. В одном из воплощений данного изобретения система 52 утилизации СО₂ включает систему удаления для удаления обогащенного СО₂. В качестве альтернативы, система 52 утилизации может включать любую систему, выполненную с возможностью использования СО₂ для любых целей. В данном примере воплощения изобретения теплообменный агрегат 12 также выполнен с возможностью регулирования температуры и давления внутри теплообменного агрегата 12 таким образом, чтобы СО₂ внутри теплообменного агрегата 12 находился в фазовом равновесии твердое вещество - жидкость.

Теплообменный агрегат 12 включает теплообменник 60 и блок 62 шлюзового бункера. Блок 62 шлюзового бункера соединяет теплообменник 60 и сепаратор 48 СО₂, чтобы направлять твердый СО₂ 56 из сепаратора 48 СО₂ в теплообменник 60. Блок 62 шлюзового бункера включает емкость 64, которая выполнена с возможностью приема твердого СО₂ 56 из сепаратора 48 СО₂, и блок 66 клапана, который соединяет емкость 64 и теплообменник 60, чтобы иметь возможность избирательно направлять твердый СО₂ 56 из емкости 64 в теплообменник 60. Блок 62 шлюзового бункера выполнен с возможностью регулирования давления внутри емкости 64 таким образом, чтобы давление внутри емкости 64 находилось в таком диапазоне давлений, чтобы твердый СО₂ 56 оставался в твердой фазе. Кроме того, блок 62 шлюзового бункера выполнен с возможностью подачи твердого СО₂ 56 из емкости 64 в теплообменник 60 под действием силы тяжести. В данном примере воплощения изобретения блок 62 шлюзового буккера выполнен с возможностью поддержания внутреннего давления, равного приблизительно 0,7 МПа (7 атм).

Теплообменник 60 включает корпус 68 и по меньшей мере одну теплообменную трубу 70, которая проходит через корпус 68. Корпус 68 включает впускное отверстие 72, выпускное отверстие 74 и внутреннюю поверхность 76, которая ограничивает полость 78, проходящую между впускным отверстием 72 и выпускным отверстием 74. Корпус 68 выполнен с возможностью поддержания давления внутри полости 78 в заданном диапазоне давлений, чтобы предотвратить повторную сублимацию твердого СО₂ 56 в газообразный CO₂ внутри полости 78. В данном примере воплощения изобретения корпус 68 выполнен с возможностью поддержания внутреннего давления, равного приблизительно 0,7 МПа (7 атм). В одном из воплощений изобретения корпус 68 выполнен с возможностью поддержания внутреннего давления от приблизительно 0,1 МПа (1 атм) до приблизительно 1 МПа (10 атм). Кроме того, блок 62 шлюзового бункера направляет поток находящейся под давлением текучей среды в полость 78 корпуса через блок 66 клапана, чтобы повысить давление внутри корпуса 68 до заданного значения. В данном примере воплощения изобретения внутренняя поверхность 76 включает верхнюю часть 80 и нижнюю часть 82, которая проходит под верхней частью 80. Впускное отверстие 72 проходит через верхнюю часть 80 и соединено с блоком 62 шлюзового бункера для приема твердого CO₂ 56 из блока 62 шлюзового бункера. Кроме того, нижняя часть 82 корпуса имеет такой размер и такую форму, чтобы она содержала в себе жидкий CO₂ 58. Выпускное отверстие 74 проходит через нижнюю часть 82 и соединено с системой 52 утилизации CO₂. Более конкретно, теплообменный агрегат 12 включает насос 84 для жидкого CO₂, который соединяет теплообменник 60 и систему 52 утилизации CO₂ для направления жидкого CO₂ 58 из нижней части 82 в систему 52 утилизации CO₂.

В данном примере воплощения изобретения теплообменная труба 70 проходит через полость 78 корпуса и выполнена с возможностью направления потока текучего теплоносителя 54 через полость 78 корпуса. Теплообменная труба 70 проходит вдоль центральной оси 85 между первым концом 86 и вторым концом 88. Теплообменная труба 70 расположена внутри полости 78 таким образом, что внешняя поверхность 90 теплообменной трубы 70 контактирует с твердым CO₂ 56, чтобы способствовать переносу тепла от текучего теплоносителя 54 к твердому СО₂ 56 для увеличения температуры твердого СО₂ 56 и облегчения превращения по меньшей мере части твердого СО₂ 56 в жидкий СО₂ 58.

Теплообменный агрегат 12 также включает множество пластин 92, которые идут наружу от внешней поверхности трубы 90. Каждая пластина 92 включает внешнюю поверхность 94, выполненную с возможностью контакта с твердым СО₂ 56, чтобы способствовать переносу тепла от текучего теплоносителя 54 к твердому CO₂ 56, чтобы способствовать образованию жидкого CO₂ 58 из твердого СО₂ 56 и охлаждению текучего теплоносителя 54, чтобы извлечь некоторое количество холода из твердого СО₂ 56. Каждая пластина 92 расположена внутри полости 78 таким образом, что теплообменная труба 70 по меньшей мере частично поддерживает твердый СО₂ 56 внутри верхней части 80 корпуса. Кроме того, каждая пластина 92 ориентирована таким образом, что она направляет жидкий СО₂ 58, образованный внутри полости 78, из верхней части 80 в нижнюю часть 82, чтобы жидкий СО₂ 58 собирался внутри резервуара 96, образованного в нижней части 82. В данном примере воплощения изобретения каждая пластина 92 ориентирована по существу перпендикулярно центральной оси 85. Кроме того, каждая пластина 92 по меньшей мере частично погружена в жидкий СО₂ 58, чтобы способствовать переносу тепла от жидкого CO₂ 58 к текучему теплоносителю 54. В одном из воплощений данного изобретения теплообменная труба 70 включает множество трубок 98, каждая из которых соединена с одной или более пластин 92. Каждая трубка 98 расположена внутри полости 78 и проходит между первым концом 86 и вторым концом 88. Одна или более трубок 98 по меньшей мере частично погружены в жидкий CO₂ 58, чтобы способствовать переносу тепла от жидкого CO₂ 58 к текучему теплоносителю 54.

Во время работы устройства 10 камера 22 сгорания принимает заданное количество топлива из системы 24 подачи топлива и принимает заданное количество воздуха из системы 26 подачи воздуха. Камера 22 сгорания впрыскивает топливо в поток воздуха, поджигает топливно-воздушную смесь, чтобы расширить топливно-воздушную смесь посредством сгорания, и создает топочные газы высокой температуры. Камера 22 сгорания направляет топочные газы 28 в ПГРТ 30, чтобы способствовать получению пара из топочных газов 28. В дополнение, блок 32 подачи воды в бойлер направляет поток питающей воды 33 для бойлера в ПГРТ 30. ПГРТ 30 переносит тепло от топочных газов 28 к питающей воде 33 для бойлера, чтобы способствовать нагреванию питающей воды 33 для бойлера для получения пара 34. ПГРТ 30 выпускает пар 34 в паровую турбину 36, где тепловая энергия пара преобразуется в механическую энергию вращения. ПГРТ 30 и/или камера 22 сгорания выпускают топочные газы 28 в устройство 42 для обработки газа, чтобы способствовать обработке диоксида углерода СО₂, входящего в состав топочных газов 28.

В данном примере воплощения изобретения ПГРТ 30 и/или камера 22 сгорания направляют топочные газы в систему 44 предварительного охлаждения. Система 44 предварительного охлаждения переносит тепло от топочных газов 28 к текучему теплоносителю 54, чтобы снизить температуру топочных газов 28. Система 44 предварительного охлаждения выпускает топочные газы 28 в систему 46 охлаждения, чтобы способствовать образованию твердого СО₂ из газообразного СО₂, входящего в состав топочных газов 28. Кроме того, система 44 предварительного охлаждения направляет текучий теплоноситель 54 в теплообменный агрегат 12. Система 46 охлаждения охлаждает топочные газы 28 с образованием твердого СО₂ и направляет охлажденные топочные газы 28 и твердый СО₂ 56 в сепаратор 48 СО₂, чтобы способствовать отделению твердого СО₂ и N₂ от топочных газов 28. Сепаратор 48 СО₂ выпускает твердый СО₂ в блок 62 шлюзового бункера. Кроме того, сепаратор 48 СО₂ направляет поток обедненного СО₂ газа 100, который включает смесь CО₂ и N₂, в систему 46 охлаждения и/или блок 62 шлюзового бункера. В одном из воплощений данного изобретения обедненный СО₂ газ 100, выпущенный из сепаратора 48 СО₂, разделяют на первый подпоток 102 и второй подпоток 104. Первый подпоток 102 выпускают в атмосферу. Второй подпоток 104 сжимают в компрессоре 106 и направляют в блок 62 шлюзового бункера при заданном давлении, чтобы способствовать регулированию давления внутри блока 62 шлюзового бункера.

Блок 62 шлюзового бункера направляет твердый СО₂ 56 в теплообменник 60, чтобы перенести тепло от твердого СО₂ 56 к текучему теплоносителю 54, который пропускают через теплообменник 60. Твердый СО₂ 56 подают в теплообменник 60 под действием силы тяжести, чтобы перенести тепло от текучего теплоносителя 54 к твердому СО₂ 56 для превращения по меньшей мере части твердого СО₂ 56 в жидкий CO₂ 58 и охлаждения текучего теплоносителя 54, чтобы извлечь некоторое количество холода из твердого СО₂ 56. Теплообменник 60 выпускает жидкий CО₂ 58 в систему 52 утилизации СО₂. Кроме того, теплообменник 60 направляет текучий теплоноситель 54 в систему 44 предварительного охлаждения для использования при охлаждении топочных газов 28.

В данном примере воплощения изобретения внутреннее давление как в блоке 62 шлюзового бункера, так и в теплообменнике 60 поддерживают равным приблизительно 0,7 МПа (7 атм), чтобы способствовать предотвращению повторной сублимации твердого СО₂ 56 в газообразный СО₂ внутри полости 78 и поддержанию СО₂ в фазовом равновесии твердое вещество - жидкость. Блок 62 шлюзового бункера направляет твердый СО₂ 56, имеющий температуру, равную приблизительно -102°С, в теплообменник 60. Текучий теплоноситель 54, который направляют в теплообменник 60, имеет температуру, равную приблизительно -51°С. Поскольку твердый СО₂ 56 контактирует с теплообменной трубой 70, по меньшей мере часть твердого СО₂ 56 превращается в жидкий СО₂ 58. Жидкий СО₂ 58, выпущенный из теплообменника 60, имеет температуру текучей среды, равную приблизительно -51°С. Текучий теплоноситель 54, выпущенный из теплообменника 60, имеет температуру текучей среды, равную приблизительно -80°С.

Фиг.3-4 представляют собой схематические изображения альтернативных воплощений теплообменного агрегата 12. Идентичные компоненты, изображенные на Фиг.3-4, обозначены теми же номерами, которые применяли на Фиг.2. В альтернативном воплощении изобретения теплообменная труба 70 проходит между первой секцией 108 и второй секцией 110. Первая секция 108 расположена в нижней части 82 таким образом, что первая секция 108 по меньшей мере частично погружена в жидкий СО₂ 58. Вторая секция 110 расположена в верхней части 80 и выполнена с возможностью поддержки твердого СО₂ 56 так, чтобы твердый СО₂ 56 находился над резервуаром 96 с жидким СО₂. Пластины 92 присоединены к теплообменной трубе 70 и расположены наклонно по отношению к центральной оси 85, чтобы способствовать стеканию жидкого СО₂ 58 из верхней части 80 в нижнюю часть 82. Одна или более пластин 92 присоединены к первой трубной секции 108 и по меньшей мере частично погружены в жидкий СО₂ 58.

Обратимся к Фиг.4; в другом воплощении изобретения каждая пластина 92 соединена со второй секцией 110 теплообменной трубы 70 таким образом, что каждая пластина 92 расположена в верхней части 80. Каждая пластина 92 ориентирована по отношению к расположенной рядом пластине 92 таким образом, что между расположенными рядом пластинами 92 имеется множество отверстий 112. Каждое отверстие 112 имеет такой размер и такую форму, чтобы пропускать жидкий СО₂ 58 из верхней части 80 в нижнюю часть 82.

На Фиг.5 изображено другое воплощение энергоустановки 10. Идентичные компоненты, изображенные на Фиг.5, обозначены теми же номерами, которые применяли на Фиг.1. В альтернативном воплощении изобретения теплообменник 60 направляет холодный жидкий СО₂ 58 в систему 44 предварительного охлаждения топочного газа для использования в предварительном охлаждении топочных газов 28. Более конкретно, насос 84 для жидкого СО₂ направляет жидкий СО₂ 58 из теплообменника 60 в систему 44 предварительного охлаждения топочного газа. Кроме того, система 44 предварительного охлаждения топочного газа направляет жидкий СО₂ 58 в систему 52 утилизации СО₂. В одном из воплощений изобретения насос 84 для жидкого СО₂ выполнен с возможностью направления жидкого CO₂ 58 через систему 44 предварительного охлаждения топочного газа в систему 52 утилизации CO₂.

На Фиг.6 изображено альтернативное воплощение энергоустановки 10. Идентичные компоненты, изображенные на Фиг.6, обозначены теми же номерами, которые применяли на Фиг.1. В альтернативном воплощении изобретения энергоустановка 10 включает верхний цикл, или газотурбинный агрегат 114, и нижний цикл, или паротурбинный двигатель 20. Газотурбинный агрегат 114 включает компрессор 116, камеру 118 сгорания, расположенную после компрессора 116 по ходу технологического потока, и турбину 120, расположенную после камеры 118 сгорания по ходу технологического потока; его приводят в действие газами, выпускаемыми из камеры 118 сгорания. Турбина 120 приводит в действие электрогенератор 122. Кроме того, турбина 120 выпускает топочные газы 28 в ПГРТ 30 для получения пара с применением топочных газов 28.

В данном примере воплощения изобретения теплообменник 60 присоединен к выходу системы 44 предварительного охлаждения для приема потока топочных газов 28 из системы 44 предварительного охлаждения. Во время работы ПГРТ 30 и/или турбина 120 выпускают топочные газы 28 в систему 44 предварительного охлаждения для передачи тепла от топочных газов 28 к жидкому СО₂ 58. Система 44 предварительного охлаждения направляет топочные газы 28 в теплообменник 60 для переноса тепла от топочных газов 28 к твердому CO₂ 56 с образованием жидкого СО₂ 58 из твердого СО₂ 56, чтобы способствовать охлаждению топочных газов 28 и чтобы извлечь некоторое количество холода из твердого СО₂ 56. Теплообменник 60 направляет охлажденные топочные газы 28 в систему 46 охлаждения для охлаждения топочных газов 28 с образованием твердого СО₂ из газообразного CО₂, входящего в состав топочных газов 28. Система 46 охлаждения направляет твердый СО₂ и топочные газы 28 в сепаратор 48 CО₂, чтобы отделить твердый СО₂ от топочных газов 28 и выгрузить твердый СО₂ в блок 62 шлюзового бункера. Блок 62 шлюзового бункера выгружает твердый СО₂ 56 в теплообменник 60 для переноса тепла от твердого СО₂ 56 к топочным газам 28, которые пропускают через теплообменник 60, и образования жидкого СО₂ 58 из твердого СО₂ 56. Теплообменник 60 направляет жидкий СО₂ 58 в систему 44 предварительного охлаждения, чтобы способствовать переносу тепла от топочных газов 28 к жидкому СО₂ 58. Кроме того, система 44 предварительного охлаждения направляет жидкий СО₂ 58 в систему 52 утилизации СО₂.

Фиг.7 представляет собой блок-схему приведенного в качестве примера способа 200, который можно использовать для обработки СО₂, получаемого при работе энергоустановки 10. В данном примере воплощения изобретения способ 200 включает направление 202 твердого СО₂ из блока 62 шлюзового бункера в теплообменный агрегат 12 и направление 204 потока текучего теплоносителя 54 через теплообменную трубу 70, чтобы способствовать переносу тепла от твердого СО₂ к текучему теплоносителю 54 с образованием жидкого СО₂ из твердого СО₂ и извлечению некоторого количества холода из твердого СО₂ и жидкого СО₂. Способ 200 также включает регулирование 206 давления внутри корпуса 68 для поддержания давления внутри корпуса в заданном диапазоне, чтобы предотвратить повторную сублимацию твердого СО₂ в газообразный СО₂. Текучий теплоноситель 54 направляют 208 из теплообменного агрегата 12 в систему 44 предварительного охлаждения для предварительного охлаждения топочных газов 28. Жидкий СО₂ направляют 210 из теплообменного агрегата 12 в систему 52 утилизации СО₂, чтобы способствовать утилизации обогащенного СО₂.

Описанные выше устройства и способы преодолевают по меньшей мере некоторые недостатки известных устройств для обработки газа, обеспечивая устройство для обработки газа, которое включает теплообменный агрегат, выполненный с возможностью переноса тепла от текучего теплоносителя к твердому СО₂, чтобы способствовать извлечению некоторого количества холода из твердого СО₂. Кроме того, устройство для обработки газа включает теплообменный агрегат, который выполнен с возможностью поддержания СО₂ в фазовом равновесии твердое вещество - жидкость, чтобы предоставить возможность теплообменному агрегату переносить тепло от твердого CO₂ к текучему теплоносителю, чтобы способствовать образованию жидкого СО₂ для использования в предварительном охлаждении топочного газа. В результате обеспечения устройства для обработки газа, которое включает теплообменный агрегат, извлекающий некоторое количество холода из твердого СО₂, стоимость обработки СО₂, входящего в состав топочного газа, снижается по сравнению с известными устройствами для обработки газа.

Выше были подробно описаны примеры воплощений устройств и способов для обработки диоксида углерода. Данные устройства и способы не ограничены конкретными воплощениями, описанными в данном документе, скорее, компоненты устройств и/или стадии способа можно использовать независимо и отдельно от других компонентов и/или стадий, описанных в данном документе. Например, устройства и способы можно также использовать в сочетании с другими устройствами и способами для обработки газа, и они не ограничены осуществлением только того устройства для обработки газа, которое описано в данном документе. Скорее, пример воплощения данного изобретения можно осуществить и применить в связи с многими другими применениями устройства для обработки газа.

Хотя конкретные признаки различных воплощений данного изобретения могут быть изображены на некоторых чертежах и не изображены на других, это сделано исключительно для удобства. В соответствии с принципами данного изобретения любой признак, изображенный на чертеже, может быть упомянут и/или заявлен в сочетании с любым признаком, изображенным на любом другом чертеже.

В данном описании использованы примеры для раскрытия данного изобретения, включая лучший вариант осуществления изобретения, а также для того, чтобы дать любому специалисту в данной области техники возможность осуществить на практике данное изобретение, включая изготовление и применение любых приспособлений или систем и реализацию любых включенных способов. Патентоспособный объем данного изобретения определен формулой изобретения и может включать другие примеры, которые могут предложить специалисты в данной области техники. Предполагается, что такие другие примеры входят в объем формулы изобретения, если они включают структурные элементы, которые не отличаются от буквально изложенного в формуле изобретения, или если они включают эквивалентные структурные элементы с несущественными отличиями от буквально изложенного в формуле изобретения.