用于二氧化碳去除的系統和方法技術方案

本發明專利技術涉及用于二氧化碳去除的系統和方法，具體而言，二氧化碳(CO2)去除系統(112)包括外部傳熱裝置(130)。該系統還包括與外部傳熱裝置流連通地聯接的磁熱傳熱裝置(140)。該系統還包括與磁熱傳熱裝置流連通地聯接的低溫CO2捕獲系統(160)。

【技術實現步驟摘要】

本文描述的主題總體上涉及燃燒化石燃料的發電設備，且更具體地涉及一種用于經由磁制冷來從相關的廢氣流去除二氧化碳的系統和方法。
技術介紹
已知的燃燒化石燃料的發電設備通過空氣來燃燒化石燃料并產生包含二氧化碳(CO2)的廢氣。這些已知的設備中的許多設備使用已知方法來去除CO2的至少一部分。一些已知的方法用于促進燃燒前捕獲，包括燃料氣化系統中的變換。這些已知的燃燒前方法將燃料源限制于氣化系統，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，從而產生由于CO2的高濃度而促進CO2去除的富CO2廢氣，其中使常規收集更容易。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從廢氣分離CO2的物質接觸。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分離和去除法是結合廢氣的至少一些常規上游冷卻的低溫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的使用，即廢氣的壓縮，隨之后續的膨脹。然而，在廢氣冷卻到大致環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加熱需要使用大量基于制冷劑的冷卻能量來降低廢氣的溫度，以充分促進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。例如，隨著廢氣溫度降低，去除的CO2的比例增大，并且用以實現該結果的能量成本提高。因此，這種用于低溫CO2捕獲的已知配置使得相關的性能系數(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設備的成本。
技術實現思路
在一方面，提供了一種二氧化碳(CO2)去除系統。該CO2去除系統包括外部傳熱裝置。該CO2去除系統還包括與外部傳熱裝置流連通地聯接的磁熱傳熱裝置。該CO2去除系統還包括與磁熱傳熱裝置流連通地聯接的低溫CO2捕獲系統。在另一方面，一種燃燒設備包括至少一個燃燒裝置。該設備還包括二氧化碳(CO2)去除系統。該CO2去除系統包括外部傳熱裝置。該CO2去除系統還包括與外部傳熱裝置流連通地聯接的至少一個磁熱傳熱裝置。該CO2去除系統還包括與磁熱傳熱裝置流連通地聯接的至少一個低溫CO2捕獲系統。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到磁熱傳熱裝置。該方法還包括經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到低溫CO2捕獲系統。附圖說明當參考附圖閱讀下文的詳細描述時，本專利技術的這些和其它特征、方面和優點將變得更好理解，全部附圖中相似的附圖標記表示相似的零件，其中 圖I是示范性燃氣渦輪發電設備的示意 圖2是可以與圖I中所示的燃氣渦輪發電設備聯用的示范性低溫二氧化碳(CO2)去除系統的不意圖；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專利技術的關鍵專利技術特征。認 為這些關鍵專利技術特征可適用于包括本專利技術的一個或更多實施例的各種各樣的系統中。因此，附圖并非旨在包括為了實施本專利技術所需的本領域的普通技術人員已知的所有常規特征。部件列表 100燃氣渦輪發電設備 102燃氣渦輪發動機組件 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 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 162壓縮機 164中間冷卻器 166膨脹器 168旋風分離器 170固態CO2 172冷富氮流 200方法 202將外部傳熱裝置與CO2源流連通地聯接 204將磁熱傳熱裝置與外部傳熱裝置流連通地聯接 206將低溫CO2捕獲系統與磁熱傳熱裝置流連通地聯接。具體實施例方式在下文的說明書和權利要求書中，將提及多個術語，應該將這些術語定義為具有以下含義。單數形式“一”、“一個”和“該”包括復數個指代對象，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生，也可能不發生，并且該描述包括發生該事件的例子和不發生該事件的例子。如文中貫穿說明書和權利要求書所用的近似語可以適用于修飾準許改變而不會引起它所涉及的基本功能的變化的任何量化表示。因此，由一個或多個術語如“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，近似語可以對應于用于測量該值的儀器的精度。在這里并且貫穿說明書和權利要求書，范圍限制可以結合和/或互換，此類范圍經過認定并且包括其中包含的所有子范圍，除非上下文或語言另外指出。文中所述的示范性系統和方法通過在低溫CO2去除系統上游提供附加的有效散熱裝置來克服已知的二氧化碳(CO2)去除系統的缺點。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到低溫0)2去除系統前冷卻熱流體，該低溫CO2去除系統利用布雷登循環來從流體冷凍和去除C02。此類磁熱傳熱裝置促進了減小布雷登循環的壓縮部分的尺寸和能耗需求，使得CO2去除系統的總體性能系數(COP)與已知的CO2去除系統相比提高。低溫CO2捕獲系統隨在先磁熱傳熱而變化的相關效率提高與不具有這種傳熱相比有利于減少系統的能耗。此外，低溫CO2捕獲系統的壓縮部分的這種能耗減少足以多過用于操作磁熱傳熱裝置的附加能源。因此，CO2去除系統的總體操作在能耗方面更有效，并且降低了相關的操作成本。圖I是使用至少一個燃燒過程來釋放轉化為電力的熱能的示范性發電設備100的示意圖。在該示范性實施例中，設備100是使用低溫二氧化碳去除系統的燃燒化石燃料的發電設備，且更具體而言，文中稱為燃氣渦輪設備100的示范性燃氣渦輪發電設備100。備選地，如文中所述的方法和設備可以與呈任何合適的構造的任何常規發電設備聯用，包括但不限于燃煤發電裝置鍋爐、燃油發電裝置鍋爐和/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備可與呈任何合適的構造的任何常規功率發生裝置聯用，包括但不限于往復式發動機如柴油發動機、汽油發動機、以及燃燒生物燃料和它們的派生物的發動機。應理解，燃氣渦輪設備100可以包含許多所示元件之外的元件。此外，在一些實施例中，燃氣渦輪設備100可以是包括但不限于整體氣化聯合循環(IGCC)發電裝置的更大型的設備的一部分。在示范性實施例中，燃氣渦輪設備100包括燃氣渦輪發動機組件102。燃氣渦輪發動本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種二氧化碳(CO2)去除系統(112)，包括：外部傳熱裝置(130)；與所述外部傳熱裝置流連通地聯接的磁熱傳熱裝置(140)；以及與所述磁熱傳熱裝置流連通地聯接的低溫CO2捕獲系統(160)。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：C富格爾，PP庫爾卡尼，MAG薩拉扎，
申請(專利權)人：通用電氣公司，
類型：發明
國別省市：