使用二氧化碳作为制冷回路中的制冷剂的二氧化碳分离设备和方法与流程

本发明涉及用于从烟气中分离二氧化碳（co2）的系统或设备和方法。

背景技术：

1、通过在若干发电过程中燃烧燃料，例如，化石燃料（诸如天然气）来生成co2。co2是对气候产生负面影响的温室气体，并且被视为气候变化尤其是全球变暖的原因。尽管正在不断努力减少由化石燃料燃烧产生的电量，但这些化石燃料仍然是主要能源之一。

2、化石燃料也用于供给燃料电池，其中通过不涉及燃烧的化学反应将化学能转换成电能。典型的燃料电池，诸如固体氧化物燃料电池（sofc），使用氢气作为燃料。氢气可以根据以下反应通过重整由化石燃料，诸如甲烷（ch4）来产生：

3、

4、氢气在燃料电池中与例如包含在环境空气中的氧气（o2）发生反应，并根据该反应产生电力：

5、

6、来自sofc或其他燃料电池的烟气含有高浓度的二氧化碳（co2），并且可能含有残余的h2和co。

7、减少释放到大气中的co2的量正成为最近旨在减少人类活动对气候影响的政策的重要方面。这也同样适用于来自燃料电池的烟气。

8、通过低温分离从烟气中除去co2，这已在相当长时间内为人所知。参见例如ep2407741和ep2365265。根据该已知技术，包含co2的压缩烟气按顺序流过一个或多个热交换器（也被称为冷箱），在该一个或多个热交换器中，从烟气中除去热量。温度降低导致co2通过液化而分离。液体co2用作热交换器中的制冷剂。为了降低液化co2的温度，液化co2在膨胀器中膨胀或通过膨胀阀膨胀。膨胀和部分汽化的co2流过热交换器的冷侧，而压缩烟气流过热交换器的热侧。排出热交换器的完全汽化并加热的二氧化碳再次被中间冷却的co2压缩机组压缩，并且最终被收集在储存器中或者进一步在管道中传输。

9、us2011/0271713和fr2934170中公开了其他co2分离系统和方法。

10、因此，从含co2的烟气中分离二氧化碳是一个耗电量较大的过程，这降低了发电过程的总体效率。

11、因此，能够减少二氧化碳分离所需的电力的方法和系统将在本领域中受到欢迎。

技术实现思路

1、根据一个方面，本文公开了一种使用制冷剂回路从烟气中产生co2的系统，其中二氧化碳作为制冷剂进行处理。该系统包括热交换器，该热交换器适于接收压缩的入口烟气流并冷凝其二氧化碳含量的至少一部分；该系统还包括至少第一分离鼓，该至少第一分离鼓适于从该热交换器接收包含至少部分液化co2的激冷的烟气流，并且从该激冷的烟气流中分离液化co2。该系统还包括收集器管线，该收集器管线适于从该第一分离鼓的液体出口收集液化的二氧化碳。液化co2收集管道从该收集器管线延伸通过该热交换器并且适于将二氧化碳输送到制冷回路。该液化co2收集管道包括延伸通过该热交换器的热交换区段。流过液化co2收集管道的热交换区段的二氧化碳通过从烟气和流过热交换器的热的二氧化碳吸收热量而汽化。该制冷回路包括：co2压缩机；压缩co2管道，该压缩co2管道具有出口、连接到该co2压缩机的输送侧的入口，以及位于该入口与该出口之间并延伸通过该热交换器的热交换区段。该制冷回路还包括co2返回管道，该co2返回管道将压缩co2管道的出口流体联接到该收集器管线或液化co2收集管道，该co2返回管道位于液化co2收集管道（71）的热交换区段（71.1）的上游。

2、co2出口管道连接到压缩co2管道的出口，以通过冷凝除去从烟气中提取的二氧化碳的一部分。

3、根据另一方面，本文公开了一种用于从烟气中产生液体co2的方法，该方法包括以下步骤：

4、a)将包含co2的压缩烟气流输送通过热交换器，该热交换器利用在制冷回路中循环的激冷的co2流进行热交换；

5、b)通过利用在该制冷回路中循环的激冷的co2进行热交换来至少部分地冷凝包含在压缩烟气中的co2；

6、c)在至少第一分离鼓中从压缩烟气流中分离液化co2；

7、d)从该第一分离鼓中除去液化co2；

8、e)将来自该第一分离鼓的液化co2收集在液化co2收集管道中，该液化co2收集管道包括延伸通过该热交换器的热交换区段；

9、f)使流过该液化co2收集管道的热交换区段的co2蒸发；

10、g)在该制冷回路的co2压缩机中，压缩在该液化co2收集管道的热交换区段中蒸发的co2，并排出该热交换器；

11、h)将来自co2压缩机的压缩co2流输送通过压缩co2管道，该压缩co2管道包括延伸通过该热交换器的热交换区段，并对该压缩co2流进行冷却；

12、i)在压缩co2管道的出口处将压缩并激冷的co2分成第一部分co2流和第二部分co2流；

13、j)将第一部分co2流返回到其热交换区段（71.1）上游的液化co2收集管道；

14、k)将第二部分co2流作为co2产物从该制冷回路中除去；

15、l)从该热交换器中除去贫co2烟气。

16、因此，在根据本公开的系统和方法中，在收集器管线处收集的液化co2和来自液化co2收集管道的液化co2在单个液体co2流中组合，该液体co2流通过液化co2收集管道的热交换区段馈送并汽化。然后将收集管道的液化co2的热交换区段的出口处的汽化co2流输送到制冷回路的压缩机。因此，与现有技术的其他系统和方法相比，需要单个压力水平和单个压缩机组来管理co2，从而大大简化了排布结构。

17、下文参考附图描述了本文公开的方法和系统的进一步特征和实施方案，并且在所附权利要求中阐述。

1.一种用于从烟气中产生co2的系统（1），所述系统包括：

2.根据权利要求1所述的系统（1），所述系统还包括位于所述第一分离鼓（43）的所述液体出口（43.2）与所述收集器管线（51）之间的第一减压阀（43.4）。

3.根据权利要求1或2所述的系统（1），所述系统还包括：

4.根据权利要求3所述的系统（1），所述系统还包括另外的减压阀（45.4; 47.4），所述另外的减压阀位于所述另外的分离鼓（45; 47）的所述液体出口（45.2; 47.2）与所述收集器管线（51）之间。

5.根据前述权利要求中任一项所述的系统（1），所述系统还包括定位在所述co2返回管道（75）中的膨胀阀（77）。

6.根据前述权利要求中任一项所述的系统（1），所述系统还包括沿着所述co2出口管道（79）的压力调节单元（83）。

7.根据权利要求6所述的系统（1），其中，所述压力调节单元（83）选自由以下项构成的组：减压阀；增压单元。

8.根据前述权利要求中任一项所述的系统（1），其中，所述co2压缩机（61）是中间冷却压缩机。

9.根据前述权利要求中任一项所述的系统（1），其中，所述co2压缩机（61）流体联接到后冷却器（63）。

10.根据前述权利要求中任一项所述的系统，所述系统还包括烟气预处理区段（3）。

11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述烟气预处理区段（3）包括下述项中的至少一项：

12.一种用于从烟气中产生液体co2的方法，所述方法包括以下步骤：

13.根据权利要求12所述的方法，所述方法还包括对从所述液化co2收集管道（71）上游的所述第一分离鼓（43）中除去的液化co2进行减压的步骤。

14.根据权利要求12所述的方法，所述方法还包括以下步骤：

15.根据权利要求14所述的方法，所述方法还包括对从所述液化co2收集管道（71）上游的所述另外的分离鼓（45; 47）中除去的液化co2进行减压的步骤。

16.根据权利要求12至15中任一项所述的方法，所述方法还包括在所述压缩co2管道（73）的所述出口（85）与所述液化co2收集管道（71）之间使所述第一部分co2流膨胀的步骤。

17.根据权利要求12至16中任一项所述的方法，所述方法还包括调节作为co2产物从所述制冷回路中除去的所述第二部分co2流的压力的步骤；调节所述压力的步骤包括：使所述第二部分co2流膨胀；或者提高所述第二部分co2流的所述压力。

18.根据权利要求12至17中任一项所述的方法，所述方法还包括使从所述热交换器（37）中除去的所述贫co2烟气膨胀的步骤。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，使所述贫co2烟气膨胀的步骤包括使所述贫co2烟气在膨胀器（59.3）中膨胀并由此产生机械动力的步骤。