冷凝的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種從二氧化碳(CO2)流中冷凝CO2的方法。方法包括(i)壓縮和冷卻CO2流，以形成部分地冷卻的CO2流，其中，部分地冷卻的CO2流冷卻到第一溫度。方法包括(ii)通過磁熱冷卻將部分地冷卻的CO2流冷卻到第二溫度，以形成冷卻的CO2流。方法進一步包括(iii)使冷卻的CO2流中的CO2的至少一部分冷凝，以形成冷凝的CO2流。還提供一種用于從二氧化碳(CO2)流中冷凝CO2的系統(tǒng)。
【專利說明】 用于CO2冷凝的方法和系統(tǒng)

【技術領域】
[0001]本公開涉及使用磁熱冷卻來使二氧化碳(CO2)冷凝的方法和系統(tǒng)。更特別地，本公開涉及使用磁熱冷卻來在中間冷卻式壓縮和泵送系中進行CO2冷凝的方法和系統(tǒng)。

【背景技術】
[0002]基于燃燒含碳燃料的功率發(fā)生過程典型地產生CO2作為副產物。捕捉或以別的方式從氣體混合物中分離出CO2以阻止CO2釋放到環(huán)境中，以及/或者在功率發(fā)生過程或其它過程中利用CO2可為合乎需要的。使分離出的CO2液化/冷凝，以有利于運輸和存儲分離出的CO2可為進一步合乎需要的。為了期望的最終使用應用，可使用CO2壓縮、液化和泵送系來使CCV液化。但是，用于冷凝/液化CO2的方法可能是能量密集性的。
[0003]因而，需要用于使CO2冷凝的高效的方法和系統(tǒng)。另外，需要用于在中間冷卻式壓縮和泵送系中使CO2冷凝的高效的方法和系統(tǒng)。


【發(fā)明內容】

[0004]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種從二氧化碳(CO2)流中冷凝0)2的方法。該方法包括(i)壓縮和冷卻CO2流，以形成部分地冷卻的CO 2流，其中，部分地冷卻的CO 2流冷卻到第一溫度。方法包括Qi)通過磁熱冷卻將部分地冷卻的CO2流冷卻到第二溫度，以形成冷卻的CO2流。方法進一步包括(iii)使冷卻的CO2流中CO2的至少一部分在第二溫度下冷凝，以形成冷凝的CO2流。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種從二氧化碳(CO2)流中冷凝0)2的方法。該方法包括(i)在包括第一換熱器的第一冷卻級中冷卻0)2流，以形成第一部分地冷卻的CO2流。方法進一步包括(ii)壓縮第一部分地冷卻的CO2流，以形成第一壓縮CO2流。方法進一步包括(iii)在包括第二換熱器的第二冷卻級中冷卻第一壓縮0)2流，以形成第二部分地冷卻的CO2流。方法進一步包括(iv)壓縮第二部分地冷卻的CO2流，以形成第二壓縮CO2流。方法進一步包括(V)在包括第三換熱器的第三冷卻級中將第二壓縮CO2流到冷卻第一溫度，以形成部分地冷卻的CO2流。方法進一步包括(Vi)通過磁熱冷卻將部分地冷卻的CO2流冷卻到第二溫度，以形成冷卻的CO2流。方法進一步包括(vii)使冷卻的CO2流中的CO2的至少一部分在第二溫度下冷凝，以形成冷凝的CO2流。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種用于從二氧化碳(CO2)流中冷凝0)2的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括(i)構造成接收CO2流的一個或多個壓縮級。系統(tǒng)進一步包括(ii)與一個或多個壓縮級處于流體連通的一個或多個冷卻級，其中，一個或多個壓縮級和一個或多個冷卻級的組合構造成壓縮CO2流，以及將CO2流冷卻到第一溫度，以形成部分地冷卻的CO2流。系統(tǒng)進一步包括(iii)磁熱冷卻級，其構造成接收部分地冷卻的CO2流，以及將部分地冷卻的CO2流冷卻到第二溫度，以形成冷卻的CO2流。系統(tǒng)進一步包括(iv)冷凝級，其構造成使冷卻的CO2流中的CO 2的一部分在第二溫度下冷凝，從而從冷卻的壓縮CO 2流中冷凝CO 2，以形成冷凝的CO2流。
[0007]根據(jù)以下詳細描述、附圖和所附權利要求，本發(fā)明的其它實施例、方面、特征和優(yōu)點將對本領域普通技術人員變得顯而易見。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]當參照附圖來閱讀以下詳細描述時，本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點將變得更好理解，在附圖中，相同符號在所有圖中表示相同部件，其中:
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的從0)2流中冷凝CO2的方法的流程圖。
[0009]圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的從0)2流中冷凝CO2的方法的流程圖。
[0010]圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的從0)2流中冷凝0)2的系統(tǒng)的框圖。
[0011]圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的從0)2流中冷凝0)2的系統(tǒng)的框圖。
[0012]圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的從0)2流中冷凝0)2的系統(tǒng)的框圖。
[0013]圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的從0)2流中冷凝0)2的系統(tǒng)的框圖。
[0014]圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的從0)2流中冷凝0)2的系統(tǒng)的框圖。
[0015]圖8是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的從0)2流中冷凝0)2的系統(tǒng)的框圖。
[0016]圖9是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，從0)2流中冷凝0)2的系統(tǒng)的框圖。
[0017]圖10是關于CO2的壓力-溫度圖。

【具體實施方式】
[0018]如下面詳細論述的那樣，本發(fā)明的實施例包括適于CO2冷凝的方法和系統(tǒng)。如前面提到的那樣，0)2的液化和泵送可能需要高能量輸入。例如，可能需要大約60巴的壓力來使0)2在20°C下液化。在一些實施例中，中間磁冷卻步驟有利地將CO 2溫度降低到低于0°C，從而顯著地減少整個系統(tǒng)所需的功。在一些實施例中，取決于磁熱冷卻系統(tǒng)的性能系數(shù)，使用本文描述的方法和系統(tǒng)獲得大約10%至大約15%的總效率改進可為可行的。
[0019]可應用本文在整個說明書和權利要求中使用的近似語來修飾可允許改變的任何數(shù)量表示，而不會導致與其有關的基本功能有變化。因此，諸如“大約”的用語或多個用語所修飾的值不限于規(guī)定的確切值。在一些情況下，近似語可對應于用于測量值的儀器的精度。
[0020]在以下說明書和所附權利要求中，單數(shù)形式“一個”、“一種”和“該”包括復數(shù)個對象，除非上下文明確另有規(guī)定。
[0021]在一個實施例中，如圖1和3中顯示的那樣，提供用于從CO2流中冷凝二氧化碳的方法10。如本文所用，用語“0)2流”表示由于處理燃料(諸如天然氣、生物質量、汽油、柴油燃料、煤、油頁巖、燃油、瀝青砂和它們的組合)而排出的0)2氣體混合物流。在一些實施例中，CO2流包括從燃氣渦輪排出的CO 2流。在特定實施例中，CO 2流包括從燃燒煤或天然氣的功率裝置中排出的CO2氣體混合物。
[0022]在一些實施例中，0)2流進一步包括氮、二氧化氮、氧或水蒸氣中的一個或多個。在一些實施例中，CO2流進一步包括雜質或污染物，其示例包括(但不限于)氮、氧化氮、氧化硫、一氧化碳、硫化氫、未燃燒的烴、顆粒物質和它們的組合。在特定實施例中，0)2流基本不含雜質或污染物。在特定實施例中，0)2流基本包括二氧化碳。
[0023]在一些實施例中，CO2流中的雜質或污染物的量低于大約50摩爾％。在一些實施例中，CO2流中的雜質或污染物的量低于大約20摩爾％。在一些實施例中，CO2流中的雜質或污染物的量的范圍為大約10摩爾％至大約20摩爾％。在一些實施例中，CO2流中的雜質或污染物的量低于大約5摩爾％。
[0024]在一個實施例中，方法包括如圖3中指示的那樣，接收來自烴處理、燃燒、氣化或類似的功率裝置(未顯示)的0)2流101。如圖1和3中指示的那樣，在步驟11處，方法10包括壓縮和冷卻0)2流101，以形成部分地冷卻的0)2流201。在一些實施例中，可使用一個或多個壓縮級120來壓縮0)2流101。在一些實施例中，可使用一個或多個冷卻級110來冷卻CO2流。
[0025]在一些實施例中，可通過使用一個或多個壓縮級，將0)2流101壓縮到期望壓力，如圖3中的120指示的那樣。如圖3中指示的那樣，在一些實施例中，壓縮級120可進一步包括一個或多個壓縮機，諸如121和122。應當注意，在圖3中，顯示了兩個壓縮機121和122僅作為示例性實施例，而且壓縮機的實際數(shù)量和它們的單獨構造可取決于期望的最終結果而改變。在一個實施例中，0)2流101可壓縮到磁冷卻和冷凝步驟12和13分別所期望的壓力和溫度。在一些實施例中，在磁冷卻步驟12之前，0)2流101可壓縮到范圍為大約10巴至大約60巴的壓力。在特定實施例中，在磁冷卻步驟12之前，0)2流101可壓縮到范圍為大約20巴至大約40巴的壓力。
[0026]在一些實施例中，通過使用一個或多個冷卻級(如圖3中的110指示的那樣)，可將0)2流101冷卻到期望溫度。如圖3中指示的那樣，在一些實施例中，冷卻級110可進一步包括一個或多個換熱器，諸如，111、112和113。應當注意，在圖3中，顯示了三個換熱器111、112和113僅作為示例性實施例，而且換熱器的實際數(shù)量和它們的單獨構造可取決于期望的最終結果而改變。在一些實施例中，可使用冷卻介質來冷卻一個或多個換熱器。在一些實施例中，可使用冷卻空氣、冷卻水或它們兩者(如圖3中的115指示的那樣)來冷卻一個或多個換熱器。在一些實施例中，冷卻級可進一步包括一個或多個中間冷卻器，以在不影響壓力的情況下冷卻排氣流101。
[0027]應當進一步注意的是，在圖3中，顯示了冷卻級110和壓縮級120的構造僅作為示例性實施例，而且實際構造可取決于期望的最終結果而改變。例如，在一些其它實施例中，方法可包括在壓縮機121 (未顯示)中壓縮CO2流之前，冷卻換熱器111中的CO2流。
[0028]在一些實施例中，方法進一步包括通過使0)2流在一個或多個膨脹器123中膨脹，來將0)2流101冷卻到第一溫度，如圖8中指示的那樣。在一些實施例中，方法包括膨脹步驟，該步驟使0)2流101的壓力從大于大約20巴的絕對壓力水平降低到大約20巴的壓力水平，從而使0)2流101的溫度降低到低于空氣或水冷卻可達到的值。不受任何理論的限制，相信通過采用膨脹步驟，可減少磁熱冷卻步驟12的整體負荷，因為通往磁熱步驟的部分地冷卻的CO2流的入口溫度可低于在沒有膨脹步驟的情況下的溫度。在一些實施例中，膨脹步驟中提取的功可進一步用于磁熱冷卻步驟12。
[0029]在一個實施例中，0)2流101可冷卻到磁冷卻步驟12和冷凝步驟13所期望的溫度和壓力。在一個實施例中，方法包括壓縮和冷卻0)2流101，以形成部分地冷卻的CO 2流201，如圖3中指示的那樣。在一個實施例中，方法進一步包括通過使0)2流在一個或多個膨脹器123中膨脹來將0)2流101冷卻到第一溫度，以形成部分地冷卻的CO 2流201，如圖8中指示的那樣。
[0030]在一個實施例中，方法包括將部分地冷卻的0)2流201冷卻到第一溫度。在一些實施例中，在磁冷卻步驟12之前，部分地冷卻的0)2流201可冷卻到范圍為大約5攝氏度至大約35攝氏度的溫度。在特定實施例中，在磁冷卻步驟12之前，部分地冷卻的0)2流201可冷卻到范圍為大約10攝氏度至大約25攝氏度的溫度。
[0031]如前面提到的那樣，在沒有額外的磁冷卻步驟的情況下，部分地冷卻的0)2流201中的CO2典型地在范圍為大約20攝氏度至大約25攝氏度的溫度下液化。冷凝溫度由冷卻介質的溫度決定，冷卻介質可為冷卻水或空氣。如圖10中顯示的那樣，在范圍為大約20攝氏度至大約25攝氏度的冷凝溫度下，需要大約60巴的絕對壓力來使CCV液化。相比之下，通過將CO2流冷卻到范圍為大約-25攝氏度至大約O攝氏度的溫度，可有利地使用較低的壓力來從部分地冷卻的0)2流201中冷凝CO 2。
[0032]在一個實施例中，方法進一步包括，在步驟12處，通過磁熱冷卻將部分地冷卻的0)2流201冷卻到第二溫度，以形成冷卻的CO 2流302，如圖1和3中指示的那樣。在一個實施例中，方法包括使用磁熱冷卻級200來冷卻部分地冷卻的0)2流201，如圖3中指示的那樣。
[0033]在一些實施例中，磁熱冷卻級200包括換熱器212和外部磁熱冷卻裝置211。在一些實施例中，磁熱冷卻裝置211構造成對換熱器212提供冷卻，如圖3中顯示的那樣。
[0034]在一個實施例中，磁熱冷卻裝置211包括冷換熱器和熱換熱器、永磁體組件或感應線圈磁體組件、磁熱材料制成的再生器，以及熱傳遞流體循環(huán)。在一個實施例中，熱傳遞流體被流體泵(未顯示)泵送通過再生器和換熱器。
[0035]在一個實施例中，磁熱冷卻裝置以活性磁再生循環(huán)(AMR)工作，并且通過用逆流熱傳遞流對磁熱再生器進行順序的磁化和去磁化，來對熱傳遞流體提供冷卻功率。在一些實施例中，可通過其中再生器穿過磁體系統(tǒng)的膛孔的旋轉式設施，來允許對磁熱再生器進行順序的磁化和去磁化。在一些其它實施例中，可通過往復式線性裝置來允許對磁熱再生器進行順序的磁化和去磁化。在2009年2月25日提交的美國專利申請N0.12/392，115中描述了示例性磁體組件和磁熱冷卻裝置，出于任何和所有目的，該申請通過引用而整體地結合在本文中，只要它不直接與本文的教導相矛盾。
[0036]在一些實施例中，熱換熱器處的熱可輸送到周圍環(huán)境。在一些其它實施例中，在泵送液體CO2之后，熱換熱器處的熱可輸送到冷凝和液化的0)2的回行流，如下文描述的那樣。
[0037]如前面提到的那樣，磁熱冷卻級進一步包括換熱器212，其中，磁熱冷卻裝置211構造成對換熱器212提供冷卻。在一個實施例中，換熱器212與一個或多個冷卻級110和一個或多個壓縮級120處于流體連通。在一個實施例中，換熱器212與在壓縮和冷卻步驟11產生的部分地冷卻的0)2流201處于流體連通。
[0038]在一些實施例中，磁熱冷卻裝置211構造成對換熱器212提供冷卻，使得部分地冷卻的0)2流201冷卻到第二溫度。在一個實施例中，第二溫度的范圍為大約O攝氏度至大約-25攝氏度。在一個實施例中，第二溫度的范圍為大約5攝氏度至大約-20攝氏度。如前面提到的那樣，在磁熱冷卻級中冷卻部分地冷卻的0)2流的步驟13會產生冷卻的CO2流。
[0039]在一些實施例中，磁熱冷卻裝置211構造成對換熱器212提供冷卻，使得部分地冷卻的0)2流201冷卻到第二溫度，使得0)2從冷卻的0)2流冷凝。如前面提到的那樣，在一些實施例中，方法包括將0)2流101壓縮到范圍為大約20巴至大約40巴的壓力。如圖10中指示的那樣，在40巴的壓力水平下，0)2在5°0的溫度下冷凝。另外，如圖10中指示的那樣，在20巴的壓力水平下，0)2在_20°C的溫度下冷凝。
[0040]在一個實施例中，方法進一步包括，在步驟13處，使冷卻的CO2流中的CO 2的至少一部分在第二溫度下冷凝，從而從冷卻的0)2流中冷凝CO 2，以形成冷凝的0)2流302。在一個實施例中，方法包括使冷卻的CO2流中的CO2的至少一部分在范圍為大約20巴至大約60巴的壓力下冷凝。在一個實施例中，方法包括使冷卻的CO2流中的CO2的至少一部分在范圍為大約20巴至大約40巴的壓力下冷凝。因此，在一些實施例中，本發(fā)明的方法有利地允許0)2在較低的壓力下冷凝。
[0041]在一些實施例中，方法包括同時執(zhí)行以下步驟:冷卻部分地冷卻的CO2流以形成冷卻的0)2流12，以及從冷卻的CO 2流13中冷凝CO 2。在一些其它實施例中，方法包括按順序執(zhí)行以下步驟:冷卻部分地冷卻的0)2流以形成冷卻的0)2流12，以及從冷卻0)2流13中冷
Mco2O
[0042]如圖3中指示的那樣，在一些實施例中，可在換熱器212中從部分地冷卻的0)2流201中產生冷卻的CO2流。在這樣的實施例中，冷卻的CO2流中的CO2的一部分在生熱器本身中冷凝，從而形成冷凝的0)2流302，如圖3中指示的那樣。
[0043]在一些其它實施例中，如圖4中指示的那樣，在換熱器212中從部分地冷卻的CO2流201中產生冷卻的0)2流301。方法進一步包括將冷卻的CO 2流301傳遞到冷凝器213，如圖4中指示的那樣。在這樣的實施例中，冷卻的0)2流301中的CO2的一部分在冷凝器213中冷凝，并且形成冷凝的0)2流302，如圖4中指示的那樣。
[0044]在一些實施例中，方法包括使0)2流101中的至少大約95重量％的CO 2冷凝，以形成冷凝的0)2流302。在一些實施例中，方法包括使CO 2流101中的至少大約90重量％的CO2冷凝，以形成冷凝的CO 2流302。在一些實施例中，方法包括使CO 2流101中的50重量％至大約90重量％的CO2冷凝，以形成冷凝的CO 2流302。在一些實施例中，方法包括使CO 2流101中的至少大約99重量％的CO2冷凝，以形成冷凝的CO 2流302。
[0045]在一些實施例中，如前面提到的那樣，0)2流101進一步包括除了二氧化碳之外的一種或多種成分。在一些實施例中，方法進一步可選地包括在磁熱冷卻(步驟12)和0)2冷凝(步驟13)的步驟之后，產生貧化流(由虛線箭頭202指示)。用語“貧化(lean)流”202表示其中0)2含量低于0)2流101中的CO2含量的流。在一些實施例中，如前面提到的那樣，0)2流中的幾乎所有CO 2都在步驟13中冷凝。在這樣的實施例中，CO 2貧化流基本不含CO 2。在一些其它實施例中，如前面提到的那樣，CO2流的一部分可在步驟13中不冷凝，并且貧化流可包括未冷凝的CO2氣體混合物。
[0046]在一些實施例中，貧化流202可包括一種或多種不可冷凝的成分，其不可在步驟13中冷凝。在一些實施例中，貧化流202可包括一種或多種液體成分。在這樣的實施例中，貧化流可進一步構造成與液體-氣體分離器處于流體連通。在一些實施例中，貧化流202可包括氮、氧或二氧化硫中的一個或多個。
[0047]在一些實施例中，方法可進一步包括在步驟11之前對0)2流101除濕。在一些實施例中，方法可進一步包括在步驟11之前以及步驟12之后對部分地冷卻的0)2流201除濕。在一些實施例中，系統(tǒng)100可進一步包括構造成與0)2流101處于流連通的除濕器(未顯示)。在一些實施例中，系統(tǒng)100可進一步包括構造成與0)2流101處于流連通的除濕器(未顯示)。
[0048]在一些實施例中，方法進一步包括使冷凝的0)2流302循環(huán)到用于冷卻CO 2流的一個或多個冷卻級。如圖5中指示的那樣，方法進一步包括通過循環(huán)回路303使冷凝的0)2流循環(huán)到換熱器113。在這樣的實施例中，方法進一步包括回流(recuperat1n)步驟，其中，冷凝的CO2流循環(huán)回來，以在磁熱冷卻步驟12之前進一步冷卻部分地冷卻的0)2流201。在一些實施例中，回流步驟可提高磁熱步驟的效率。
[0049]在一些實施例中，使冷凝的0)2回流到流換熱器113可使部分地冷卻的0)2流201冷卻到低于使CO2冷凝所需的溫度。在一些實施例中，方法可進一步包括使部分地冷卻的0)2流201中的CO2冷凝，以形成經回流的冷凝0)2流501，如圖5中指示的那樣。
[0050]在一些實施例中，方法進一步包括使用泵300來提高冷凝的0)2流302的壓力，如圖3中指示的那樣。在包括回流步驟的實施例中，方法可進一步包括使用泵300來提高經回流的冷凝0)2流501的壓力，如圖5中指示的那樣。在一些實施例中，方法包括使冷凝CO 2流302或經回流的冷凝0)2流502的壓力提高到CO 2的封存或最終使用所期望的壓力。在一些實施例中，方法包括使冷凝0)2流302或經回流的冷凝CO 2流502的壓力提高到范圍為大約150巴至大約180巴的壓力。
[0051]在一些實施例中，方法進一步包括在泵送步驟之后產生加壓0)2流401。在一些實施例中，方法進一步包括在泵送步驟之后產生超臨界0)2流401。在一些實施例中，如前面提到的那樣，可使用加壓0)2流401來進行加強油回收、CO 2存儲或CO 2封存。
[0052]在一些實施例中，提供用于從二氧化碳(CO2)流101中冷凝CO2的系統(tǒng)100，如圖3-9中示出的那樣。在一個實施例中，系統(tǒng)100包括構造成接收0)2流101的一個或多個壓縮級120。系統(tǒng)100進一步包括與一個或多個壓縮級120處于流體連通的一個或多個冷卻級110。在一個實施例中，一個或多個壓縮級120和一個或多個冷卻級110的組合構造成壓縮0)2流101，以及將CO 2流101冷卻到第一溫度，以形成部分地冷卻的CO 2流201。
[0053]在一個實施例中，系統(tǒng)100進一步包括磁熱冷卻級200，磁熱冷卻級200構造成接收部分地冷卻的0)2流201，以及將部分地冷卻的0)2流201冷卻到第二溫度，以形成冷卻的0)2流301。如前面提到的那樣，磁熱冷卻級200進一步包括換熱器212，其中，磁熱冷卻裝置211構造成對換熱器212提供冷卻。在一個實施例中，換熱器212與一個或多個冷卻級110和一個或多個壓縮級120處于流體連通。
[0054]如前面提到的那樣，在一些實施例中，換熱器212構造成使部分地冷卻0)2流201中的0)2的一部分冷凝，以形成冷凝的0)2流302。在一些其它實施例中，系統(tǒng)100進一步包括冷凝級213，冷凝級213構造成使冷卻的0)2流301中的CO 2的一部分在第二溫度下冷凝，從而從冷卻的0)2流301中冷凝CO 2，以形成冷凝的0)2流302。
[0055]在一些實施例中，系統(tǒng)100進一步包括泵300，泵300構造成接收冷凝的0)2流302，以及提高冷凝的0)2流302的壓力。在一些實施例中，系統(tǒng)進一步包括構造成使冷凝的0)2流302的一部分循環(huán)到一個或多個冷卻級110的循環(huán)回路303。
[0056]考慮到以上內容，在本文進一步描述根據(jù)本發(fā)明的一些示例性實施例的用于從0)2流中冷凝CO 2的系統(tǒng)和方法?，F(xiàn)在轉到圖2和3，在一個實施例中，提供從CO 2流101中冷凝二氧化碳的方法20。在一個實施例中，方法包括，在步驟21處，在包括第一換熱器111的第一冷卻級中冷卻0)2流101，以形成第一部分地冷卻的0)2流102。在一個實施例中，方法包括，在步驟22處，在第一壓縮機121中壓縮第一部分地冷卻的0)2流102，以形成第一壓縮0)2流103。在一個實施例中，方法包括，在步驟23處，在包括第二換熱器112的第二冷卻級中冷卻第一壓縮0)2流103，以形成第二部分地冷卻的0)2流104。在一個實施例中，方法包括，在步驟24處，在第二壓縮機122中壓縮第二部分地冷卻的0)2流104，以形成第二壓縮0)2流105。在一個實施例中，方法包括，在步驟25處，在包括第三換熱器113的第三冷卻級中，將第二壓縮0)2流105冷卻到第一溫度，以形成部分地冷卻的0)2流201。
[0057]在一個實施例中，方法20包括，在步驟26處，通過使用磁熱冷卻級200的磁熱冷卻，將部分地冷卻的0)2流201冷卻到第二溫度，以形成冷卻的CO 2流(未顯示)。在一些實施例中，磁熱冷卻級200包括換熱器212和外部磁熱冷卻裝置211。在一些實施例中，磁熱冷卻裝置211構造成對換熱器212提供冷卻，如圖3中指示的那樣。
[0058]在一個實施例中，方法包括，在步驟27處，使冷卻的CO2流中的CO 2的至少一部分在第二溫度下冷凝，從而從冷卻的0)2流中冷凝CO 2，以形成冷凝的0)2流302。如前面提到的那樣，在一些實施例中，在換熱器212中從部分地冷卻的0)2流201中產生冷卻的CO2流。在這樣的實施例中，冷卻的CO2流中的CO 2的一部分在生熱器本身中冷凝，從而形成冷凝的0)2流302，如圖3中指示的那樣。
[0059]在一些實施例中，方法進一步包括使用泵300來提高冷凝的0)2流302的壓力，如圖3中指示的那樣。在一些實施例中，方法進一步包括在泵送步驟之后產生加壓0)2流401。在一些實施例中，如前面提到的那樣，加壓0)2流401可用于加強油回收、CO 2存儲或CO 2封存。
[0060]現(xiàn)在轉到圖4，在一個實施例中，提供用于從0)2流101中冷凝0)2的方法和系統(tǒng)。方法和系統(tǒng)類似于圖3中示出的系統(tǒng)和方法，另外，方法進一步包括將冷卻的0)2流301傳遞到冷凝器213，如圖4中指示的那樣。在這樣的實施例中，冷卻的0)2流301中的0)2的一部分在冷凝器213中冷凝，并且形成冷凝的0)2流302，如圖4中指示的那樣。
[0061]現(xiàn)在轉到圖5，在一個實施例中，提供用于從0)2流101中冷凝0)2的方法和系統(tǒng)。方法和系統(tǒng)類似于圖3中示出的系統(tǒng)和方法，另外，方法進一步包括使冷凝的0)2流302的一部分通過循環(huán)回路303循環(huán)到第三換熱器113。如前面提到的那樣，在一些實施例中，冷凝的0)2流回流到換熱器113可使第二壓縮CO 2流105冷卻到低于使CO 2冷凝所需的溫度。在一些實施例中，方法可進一步包括使第二壓縮0)2流105中的⑶2冷凝，以形成經回流的冷凝0)2流501，如圖5中指示的那樣。
[0062]現(xiàn)在轉到圖6，在一個實施例中，提供從0)2流101中冷凝CO 2的方法和系統(tǒng)。方法和系統(tǒng)類似于圖4中示出的系統(tǒng)和方法，另外，方法進一步包括使冷凝的CO2流的一部分通過循環(huán)回路303循環(huán)到第三換熱器113。如前面提到的那樣，在一些實施例中，冷凝的CO2回流到換熱器113可使第二壓縮0)2流105冷卻到低于使OT2冷凝所需的溫度。在一些實施例中，方法可進一步包括使第二壓縮0)2流105中的CO2冷凝，以形成經回流的冷凝0)2流501，如圖6中指示的那樣。
[0063]現(xiàn)在轉到圖7，在一個實施例中，提供從0)2流101中冷凝CO 2的方法和系統(tǒng)。方法和系統(tǒng)類似于圖3中示出的系統(tǒng)和方法，另外，方法進一步包括使加壓0)2流401的一部分通過循環(huán)回路403循環(huán)到第三換熱器113。如前面提到的那樣，在一些實施例中，加壓CO2流401回流到第三換熱器113可使第二壓縮0)2流105冷卻到低于使CO2冷凝所需的溫度。在一些實施例中，方法可進一步包括使第二壓縮0)2流105中的CO 2冷凝，以形成經回流的冷凝0)2流501，如圖7中指示的那樣。
[0064]現(xiàn)在轉到圖8，在一個實施例中，示出從0)2流101中冷凝CO 2的方法和系統(tǒng)。方法和系統(tǒng)類似于圖3中示出的系統(tǒng)和方法，另外，方法進一步包括在第三換熱器113中形成第三部分地冷卻的0)2流106。方法進一步包括通過在磁熱冷卻步驟之前，使第三部分地冷卻的0)2流106在一個或多個膨脹器123中膨脹，來使第三部分地冷卻的CO 2流106冷卻到第一溫度，以形成部分地冷卻的0)2流201，如圖8中指示的那樣。
[0065]現(xiàn)在轉到圖9，在一個實施例中，示出從0)2流101中冷凝CO 2的方法和系統(tǒng)。方法和系統(tǒng)類似于圖8中示出的系統(tǒng)和方法，另外，第三冷卻級進一步包括第四換熱器114，并且方法進一步包括使加壓0)2流401的一部分通過循環(huán)回路403循環(huán)到第四換熱器114。方法進一步包括在膨脹步驟之前形成第四部分地冷卻的0)2流107，以及將第四部分地冷卻的0)2流107傳送到第四換熱器114。如前面提到的那樣，在一些實施例中，加壓CO 2流401回流到第四換熱器114可使第四部分地冷卻的0)2流107冷卻到低于使CO 2冷凝所需的溫度。在一些實施例中，方法可進一步包括使第四部分地冷卻的0)2流107中的CO2冷凝，以形成經回流的冷凝0)2流501，如圖9中指示的那樣。
[0066]如前面提到的那樣，本發(fā)明的一些實施例有利地允許將超臨界0)2冷卻到較低的溫度，然后使其在比通過傳統(tǒng)的冷卻方法(諸如蒸氣壓縮)可獲得的那些更低的壓力下冷凝。不受任何理論的限制，相信壓縮超臨界CO2可能沒有泵送液體CO2那么高效。因而，在一些實施例中，方法減小了不那么高效的CO2壓縮步驟的損耗。在一些實施例中，方法可通過改進壓縮和泵送系統(tǒng)的效率來減小CCV液化和泵送的總損耗。在一些實施例中，磁熱冷卻級可使損耗減小超過10%。在一些實施例中，磁熱冷卻級可使損耗減小超過20%。在一些實施例中，可通過使用一個或多個本文描述的方法實施例來改進整體裝置效率。
[0067]另外，本發(fā)明的一些實施例有利地允許改進CO2壓縮和液化系統(tǒng)的可操作性的范圍。在傳統(tǒng)的CO2壓縮和液化系統(tǒng)中，冷卻空氣或冷卻水的周圍溫度可限制可操作性的范圍。超臨界CO2可能不在高于大約32°C ( CO2的臨界溫度)的溫度下液化。因而，當周圍溫度高于30°C時，可能難以在沒有額外的外部冷卻的情況下使CCV液化。在一些實施例中，磁冷卻步驟可有利地允許CO2冷卻到亞臨界范圍，從而使得壓縮和液化系統(tǒng)能夠在任何周圍條件下運行。
[0068]本書面描述使用示例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，并且還使本領域任何技術人員能夠實踐本發(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)，以及實行任何結合的方法。本發(fā)明的可取得專利的范圍由權利要求限定，并且可包括本領域技術人員想到的其它示例。如果這樣的其它示例具有不異于權利要求的字面語言的結構要素，或者如果它們包括與權利要求的字面語言無實質性差異的等效結構要素，則它們意于處在權利要求的范圍之內。
【權利要求】
1.一種從二氧化碳(CO2)流中冷凝CO2的方法，包括: (i)壓縮和冷卻所述CO2流，以形成部分地冷卻的CO2流，其中，所述部分地冷卻的CO 2流冷卻到第一溫度； (ii)通過磁熱冷卻將所述部分地冷卻的CO2流冷卻到第二溫度，以形成冷卻的0)2流；以及 (iii)使所述冷卻的CO2流中的CO2的至少一部分冷凝，以形成冷凝的CO 2流。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(iii)包括在范圍為大約20巴至大約60巴的壓力下，使所述冷卻的CO2流中的CO2的至少一部分冷凝。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(iii)包括在范圍為大約20巴至大約40巴的壓力下，使所述冷卻的CO2流中的CO2的至少一部分冷凝。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一溫度的范圍為大約5攝氏度至大約35攝氏度。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二溫度的范圍為大約O攝氏度至大約-25攝氏度。
6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(i)包括使用包括一個或多個換熱器的一個或多個冷卻級來冷卻所述CO2流。
7.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，進一步包括使所述冷凝的0)2流的一部分循環(huán)到用于冷卻所述CO2流的一個或多個冷卻級。
8.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(i)包括通過使所述0)2流在一個或多個膨脹器中膨脹，來將所述CO2流冷卻到所述第一溫度。
9.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(ii)包括使用旋轉式磁熱冷卻裝置來冷卻所述部分地冷卻的CO2流。
10.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，進一步包括使用泵來提高所述冷凝的CO2流的壓力，以形成加壓CO2流。
11.一種從二氧化碳(CO2)流中冷凝CO2的方法，包括:(i)在包括第一換熱器的第一冷卻級中冷卻所述CO2流，以形成第一部分地冷卻的CO2流； (ii)壓縮所述第一部分地冷卻的CO2流，以形成第一壓縮0)2流； (iii)在包括第二換熱器的第二冷卻級中冷卻所述第一壓縮CO2流，以形成第二部分地冷卻的0)2流； (iv)壓縮所述第二部分地冷卻的CO2流，以形成第二壓縮0)2流； (V)在包括第三換熱器的第三冷卻級中，將所述第二壓縮CO2流冷卻到第一溫度，以形成部分地冷卻的0)2流； (vi)通過磁熱冷卻將所述部分地冷卻的CO2流冷卻到第二溫度，以形成冷卻的0)2流；以及 (vii)使所述冷卻的CO2流中的CO2的至少一部分在所述第二溫度下冷凝，從而從所述冷卻的0)2流中冷凝CO 2，以形成冷凝的CO2流。
12.根據(jù)權利要求11所述的方法，其特征在于，進一步包括使所述冷凝的CO2流的一部分循環(huán)到所述第三換熱器。
13.根據(jù)權利要求11所述的方法，其特征在于，所述第三冷卻級進一步包括膨脹器，并且步驟(V)進一步包括通過使所述第二壓縮0)2流在所述膨脹器中膨脹，來將所述CO 2流冷卻到第一溫度。
14.根據(jù)權利要求13所述的方法，其特征在于，所述第三冷卻級進一步包括第四換熱器，并且所述方法進一步包括使所述冷凝的0)2流的一部分循環(huán)到所述第四換熱器。
15.一種用于從二氧化碳(CO2)流中冷凝CO2的系統(tǒng)，包括: (i)構造成接收所述(1)2流的一個或多個壓縮級； (ii)與所述一個或多個壓縮級處于流體連通的一個或多個冷卻級， 其中，所述一個或多個壓縮級和所述一個或多個冷卻級的組合構造成壓縮所述CO2流，以及使所述CO2流冷卻到第一溫度，以形成部分地冷卻的CO 2流； (iii)磁熱冷卻級，其構造成接收所述部分地冷卻的CO2流，以及將所述部分地冷卻的CO2流冷卻到第二溫度，以形成冷卻的CO 2流；以及 (iv)冷凝級，其構造成使所述冷卻的CO2流中的CO2的一部分在所述第二溫度下冷凝，從而從所述冷卻的0)2流中冷凝CO 2，以形成冷凝的CO2流。
16.根據(jù)權利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述磁熱冷卻級包括磁熱冷卻裝置和換熱器， 其中，所述換熱器與所述一個或多個冷卻級和所述一個或多個壓縮級處于流體連通。
17.根據(jù)權利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于，進一步包括構造成接收所述冷凝的CO2流且提高所述冷凝的0)2流的壓力的泵。
18.根據(jù)權利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述一個或多個冷卻級進一步包括膨脹器。
19.根據(jù)權利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述一個或多個冷卻級包括構造成使用空氣、水或它們的組合來冷卻所述CO2流的一個或多個換熱器。
20.根據(jù)權利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于，進一步包括構造成使所述冷凝的CO2流的一部分循環(huán)到所述一個或多個冷卻級的循環(huán)回路。
【文檔編號】F25J3/08GK104471335SQ201280047666
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2012年9月28日 優(yōu)先權日:2011年9月30日
【發(fā)明者】A. 岡薩雷斯薩拉扎 M., 米歇拉西 V., 沃格爾 C. 申請人:通用電氣公司