專利名稱：空氣分離裝置以及包括該空氣分離裝置的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及空氣分離裝置以及包括所述空氣分離裝置的系統(tǒng)。確切地說，本發(fā)明涉及對液態(tài)空氣中的氮氣和氧氣進行分離，以及混合這些產(chǎn)物以用于，例如，發(fā)電和自然資源回收等應(yīng)用的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
例如，在發(fā)電系統(tǒng)中，燃燒化石燃料生成的排氣流中包括燃燒副產(chǎn)物氮氧化物(NOx)和一氧化碳(CO)。無需從排氣中除去NOx便可達到近零NOx的方法是氧-燃料燃燒工藝。在這個工藝方法中，使用純氧(通常結(jié)合精洗煤氣(secondary gas),例如二氧化碳)而非空氣作為氧化劑，因而產(chǎn)生的廢氣中具有可忽略不計的NOx排放物。此外，對于從氧污染度較低的CO2生產(chǎn)中受益的應(yīng)用，例如二氧化碳(CO2)生產(chǎn)或隔離而言，氧-燃料燃燒是非常有發(fā)展前途的技術(shù)。在經(jīng)由氧-燃料工藝運作的燃氣渦輪機中，并不需要CO2隔離裝 置，這是因為燃燒排氣的主要成分主要包括CO2以及水(H2O)。通過使H2O冷凝，可以產(chǎn)生高濃度CO2流，而且所述流可用于CO2隔離或其他CO2應(yīng)用?？諝夥蛛x裝置(ASU)分離氧氣和氮氣，可用作氧-燃料工藝的氧氣來源、并可用于單獨提供高純度氮氣。ASU獲取的高純度氮氣可以用于各種應(yīng)用，例如強化油或氣回收系統(tǒng)中的儲油器或儲氣器管理。氮氣和二氧化碳可在強化油回收技術(shù)(EOR)中用作注入流體。在EOR應(yīng)用中，氮氣可以用作二氧化碳的經(jīng)濟替代品。較為有利的是,注入油井的氮氣壓力大于氮氣和油的最低混相壓力(minimummiscible pressure, MMP) 0氮氣與油形成混相段塞，從而有助于釋放油，便于回收。因此，通常情況下，ASU所供應(yīng)的低壓氣態(tài)氮在注入儲油器之前，會先被壓縮至高壓。但是，在這些系統(tǒng)中，在ASU中與氧氣分離的氮氣隨后會在氣相狀態(tài)被壓縮至所需的壓力，該過程需要大量動力/能量。因此，仍需要一種用于發(fā)電的系統(tǒng)和方法，所述系統(tǒng)和方法可提供低含量/低程度的NOx和CO排放物，同時降低耗電量。

發(fā)明內(nèi)容
簡而言之，在一項實施例中，本發(fā)明提供一種系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括空氣分離裝置。所述空氣分離裝置包括空氣壓縮裝置，其經(jīng)配置以產(chǎn)生壓力大于約3巴(bars)的壓縮空氣；熱交換器裝置，其經(jīng)配置以接收并冷卻所述壓縮空氣，以產(chǎn)生冷卻空氣；第一蒸餾裝置，其經(jīng)配置以接收所述冷卻空氣、并產(chǎn)生包括液態(tài)氮的第一輸出流；以及第一泵，其與所述第一蒸餾裝置直接連通，且經(jīng)配置可將所述第一輸出流加壓至大于大氣壓的壓力。所述第一泵經(jīng)配置以將所述第一輸出流加壓至在約300巴到約500巴范圍內(nèi)的壓力。所述系統(tǒng)進一步包括經(jīng)配置以從所述第一泵中接收所述第一輸出流的天然氣或油回收井。所述第一泵與所述熱交換器流體連通。所述第一蒸餾裝置經(jīng)配置以產(chǎn)生包括氮氣和氧氣的第二輸出流。所述ASU進一步包括第二蒸餾裝置，所述第二蒸餾裝置經(jīng)配置以接收來自所述第一蒸餾裝置的所述第二輸出流，并產(chǎn)生包括液態(tài)氧的第三輸出流。所述ASU進一步包括第二泵，所述第二泵與所述第二蒸餾裝置直接連通，且經(jīng)配置以將所述第三輸出流加壓至在約30巴到約60巴范圍內(nèi)的壓力。所述第二泵與所述熱交換器流體連通。所述系統(tǒng)進一步包括氧-燃料燃燒室，所述氧燃料燃燒室經(jīng)配置以接收來自所述ASU的所述第三輸出流，并產(chǎn)生廢氣。所述系統(tǒng)進一步包括渦輪機，所述渦輪機經(jīng)配置以接收來自燃燒室的所述廢氣，并產(chǎn)生渦輪機排出廢氣。所述系統(tǒng)進一步包括冷凝器，所述冷凝器經(jīng)配置以接收所述渦輪機排出廢氣，并產(chǎn)生二氧化碳流。所述系統(tǒng)包括經(jīng)配置以接收所述二氧化碳流的油回收井。所述空氣壓縮裝置經(jīng)配置以產(chǎn)生壓力在約15巴到約60巴范圍內(nèi)的壓縮空氣。所述ASU進一步包括膨脹器，所述膨脹器與熱交換裝置和第一蒸餾裝置流體連通，且經(jīng)配置以將所述冷卻空氣膨脹至大氣壓。在另一項實施例中，本發(fā)明提供一種方法。所述方法包括以下步驟在空氣壓縮裝置內(nèi)將空氣壓縮至大于約3巴的壓力；使壓縮空氣通過熱交換器裝置，以冷卻所述壓縮空氣；在蒸餾裝置中蒸餾所冷卻的空氣流，以產(chǎn)生包括液態(tài)氮的第一流以及第二流；以及將所述第一流加壓至大于大氣壓的壓力。 所述方法進一步包括在第二蒸餾裝置內(nèi)蒸餾所述第二流，以產(chǎn)生包括液態(tài)氧的第三流；并進一步包括將所述第三流加壓至在約30巴到約60巴范圍內(nèi)的壓力。所述方法還進一步包括將所述第二流加壓至在約30巴到約60巴范圍內(nèi)的壓力。在一項實施例中，本發(fā)明提供一種系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括空氣分離裝置以及油或氣回收井。所述空氣分離裝置包括空氣壓縮裝置，其經(jīng)配置以產(chǎn)生壓力大于約3巴的壓縮空氣；熱交換器裝置，其經(jīng)配置以接收并冷卻所述壓縮空氣，以產(chǎn)生冷卻空氣；第一蒸餾裝置，其經(jīng)配置以接收所述冷卻空氣、并產(chǎn)生液態(tài)氮；第一泵，其與所述第一蒸餾裝置直接連通，且經(jīng)配置以將所述液態(tài)氮加壓至大于大氣壓的壓力；以及油或氣回收井經(jīng)配置以接收液態(tài)氮并回收油或氣。所述第一泵經(jīng)配置以將所述液態(tài)氮加壓至在約300巴到約500巴范圍內(nèi)的壓力。所述ASU經(jīng)進一步配置以產(chǎn)生液態(tài)氧。ASU包括第二泵，所述第二泵經(jīng)配置以將所述液態(tài)氧加壓至約30巴到約60巴范圍內(nèi)的壓力。所述系統(tǒng)可進一步包括燃燒室，其配置以接收所加壓的液態(tài)氧，以燃燒燃料流并產(chǎn)生廢氣流；渦輪機，其經(jīng)配置以接收所述廢氣流，用以發(fā)電、并放出排出廢氣；冷凝器，其與所述渦輪機流體連通，且經(jīng)配置以接收所述排出廢氣、并產(chǎn)生二氧化碳流；以及壓縮機，其經(jīng)配置以壓縮所述二氧化碳流。所述油或氣回收井經(jīng)進一步配置以接收所述二氧化碳流，并回收所述油或氣。


在參閱附圖閱讀以下具體說明后，可更好地理解本發(fā)明的這些和其他特征、方面和優(yōu)點，在附圖中，類似的符號代表所有附圖中類似的部分，其中圖I描繪聯(lián)合氧-燃料渦輪機系統(tǒng)；圖2是根據(jù)本發(fā)明一項實施例的空氣分離裝置；圖3是根據(jù)本發(fā)明一項實施例的空氣分離裝置；以及圖4描繪根據(jù)本發(fā)明另一項實施例的渦輪機系統(tǒng)。兀件符號列表
權(quán)利要求
1.一種系統(tǒng)(10、50)，其包括 空分裝置(ASU) (12)，其包括 空氣壓縮裝置(20)，其經(jīng)配置以產(chǎn)生壓力大于約3巴的壓縮空氣； 熱交換器裝置(22)，其經(jīng)配置以接收并冷卻所述壓縮空氣，從而產(chǎn)生冷卻空氣； 第一蒸餾裝置(26)，其經(jīng)配置以接收所述冷卻空氣、并產(chǎn)生包括液態(tài)氮的第一輸出流(30);以及 第一泵(28)，其與所述第一蒸餾裝置(26)直接連通，且經(jīng)配置以將所述第一輸出流(30)加壓至大于大氣壓的壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一泵(28)經(jīng)配置以將所述第一輸出流(28)加壓至在約300巴到約500巴范圍內(nèi)的壓力。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，進一步包括經(jīng)配置以接收來自所述第一泵(28)的所述第一輸出流(30)的天然氣或油回收井。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一泵(28)與所述熱交換器(22)流體連通。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一蒸餾裝置(26)經(jīng)配置以產(chǎn)生包括氮氣和氧氣的第二輸出流(32)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述ASU(12)進一步包括第二蒸餾裝置(36)，所述第二蒸餾裝置經(jīng)配置以接收來自所述第一蒸餾裝置(26)的所述第二輸出流(32)，并產(chǎn)生包括液態(tài)氧的第三輸出流(38)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述ASU(12)進一步包括第二泵(39)，所述第二泵與所述第二蒸餾裝置(36)直接連通，且經(jīng)配置以將所述第三輸出流(38)加壓至在約30巴到約60巴范圍內(nèi)的壓力。
8.一種方法，其包括 在空氣壓縮裝置(12)內(nèi)將空氣壓縮至大于約3巴的壓力； 使所述壓縮空氣通過熱交換器裝置(22)，以冷卻所述壓縮空氣； 在蒸餾裝置(26)中蒸餾所述冷卻空氣流，以產(chǎn)生包括液態(tài)氮的第一流(30)、和第二流(32);以及 將所述第一流(30)加壓至大于大氣壓的壓力。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，進一步包括在第二蒸餾裝置(36)內(nèi)蒸餾所述第二流(32)，以產(chǎn)生包括液態(tài)氧的第三流(38)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，進一步包括將所述第三流(38)加壓至在約30巴到約60巴范圍內(nèi)的壓力。
全文摘要
本發(fā)明提供一種空氣分離裝置以及包括該空氣分離裝置(ASU)的系統(tǒng)。所述ASU經(jīng)配置以產(chǎn)生液態(tài)氮并使用泵加壓至更高的壓力。ASU可經(jīng)進一步配置以產(chǎn)生液態(tài)氧，所述液態(tài)氧可直接加壓以用于所需的應(yīng)用。所述系統(tǒng)進一步包括氧-燃料燃燒系統(tǒng)、集成式燃氣渦輪機、以及集成式強化油和/或氣回收裝置。本發(fā)明還包括運行所述系統(tǒng)的方法。
文檔編號F25J3/04GK102853633SQ20121022819
公開日2013年1月2日 申請日期2012年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月30日
發(fā)明者M.A.G.薩拉扎, P.P.庫爾卡尼, G.M.克諾特 申請人:通用電氣公司