涉及碳封存和發動機的方法及系統的製作方法

2023-06-01 05:10:46

專利名稱：涉及碳封存和發動機的方法及系統的製作方法
涉及碳封存和發動機的方法及系統技術領域
本文中所公開的主題涉及碳封存，且更具體地，涉及在功率系統中封存碳。
技術背景
功率系統常排出二氧化碳廢氣。碳封存系統從廢氣中移除二氧化碳氣體並且儲藏二氧化碳。
從廢氣中移除二氧化碳氣體消耗了能量，該能量否則將被利用來產生有用的軸功 率。需要一種方法和系統，其允許系統封存碳並且更有效地操作。發明內容
根據本發明的一個方面，用於產生動力的系統包括發動機，其可操作以輸出廢 氣；碳捕集機構，其可操作以從廢氣移除二氧化碳(CO2)並且輸出CO2 ；以及壓縮機，其可操 作以接收(X)2並且輸出冷卻發動機的構件的壓縮的co2。
根據本發明的另一方面，一種操作功率系統的方法包括從發動機輸出廢氣；從 廢氣移除二氧化碳(CO2)；壓縮CO2 ；以及用該壓縮的(X)2冷卻發動機的構件。
根據聯繫附圖獲得的以下描述，這些和其它優點和特徵將變得更清楚。


本文所附的權利要求書中具體地指出並且清楚地要求保護被認為是本發明的主 題。根據聯繫附圖獲得的以下詳細說明，本發明的前述和其它特徵和優點將顯而易見，在其 中




3圖1圖示了用於產生動力的示例性系統和方法。圖2圖示了用於產生動力的系統和方法的示例性備選實施例。圖3圖示了圖1和圖2的發動機的示例性實施例的框圖。通過參考附圖的示例，本詳細說明解釋了本發明的實施例和優點及特徵。部件清單100系統102燃氣渦輪發動機103燃燒後廢氣104碳捕集機構106熱回收蒸汽發生器(HRSG)105C02107冷卻氣體入口 108壓縮機 109冷卻氣體出口 110封存場所
111第一流體通道
112熱交換器
113第二流體通道
114膨脹器
115蒸汽發生器
200 系統
202壓縮機部分
204燃燒器部分
206功率渦輪部分
208定子(噴嘴)
210過渡件具體實施方式
碳捕集機構和封存裝置(CCS)用來從系統廢氣中移除(X)2並且在封存場所中儲存 該C02。CCS方法常消耗能量，導致系統效率的降低；例如，燃燒後的基於胺的CO2的移除使 用能量來再生溶劑，例如來自熱回收蒸汽發生器或蒸汽渦輪機提取的熱能和功率被用來驅 動壓縮CO2的壓縮機，以進行封存。燃氣渦輪發動機常使用燃燒前壓縮的空氣(放氣(bleed air))來冷卻發動機構件。使用放氣降低了性能，即燃氣渦輪發動機的輸出和熱效率。
圖1圖示了用於增加使用CCS的功率系統的效率的示例性系統和方法。在這 點上，系統100包括燃氣渦輪發動機102，該燃氣渦輪發動機102經由熱回收蒸汽發生器 (HRSG) 106將燃燒後的廢氣103輸出至碳捕集機構104。該圖示的示例性實施例包括HRSG 106，其冷卻廢氣103並且輸出蒸汽，然而其它實施例可不包括該HRSG 106。在該圖示的示 例性實施例中的碳捕集機構104可以例如是基於胺的系統，該系統可例如從HRSG 106接 收蒸汽；然而，可使用任何其它合適的碳捕集機構方法或系統從廢氣103提取C02。碳捕集 機構104從廢氣103中移除C02。在105處的(X)2由壓縮機108壓縮，並且被引導至封存場 所110。封存場所110可包括例如地下存儲場所，其可例如遠離發電設備幾百英尺或幾百 英裡。在合適的壓力下從CO2壓縮機中的一個埠提取壓縮的(X)2的一部分，用來經由充 分設計的管道系統輸送至燃氣渦輪機並且從燃氣渦輪機返回。引導提取的(X)2穿過熱交換 器112(經由第一流體通道111)，在該處提取的(X)2由在第二流體通道113中的(X)2加熱到 適合冷卻燃氣渦輪機102的溫度(例如600° F)。來自第一流體通道111的(X)2進入燃氣 渦輪機102的冷卻氣體入口 107，冷卻燃氣渦輪發動機102的構件，並且以更高的溫度(例 如1100° F)離開燃氣渦輪機102的冷卻氣體出口 109。該(X)2在降低CO2的溫度(例如 650° F)的膨脹器114中膨脹。將來自膨脹器114的CO2引導至熱交換器112，在熱交換器 112中，(X)2進入第二流體通道113並且加熱在第一流體通道111中的CO2。該(X)2離開熱交 換器112的第二流體通道113並且被引導至壓縮機108入口。該圖示的示例性實施例使用 燃氣渦輪發動機102，然而其它類似系統可使用輸出廢氣且由CO2冷卻的另一種類型的發動 機。
圖2圖示了一個備選的實施例系統200。該系統200以與如上所述的系統100類 似的方式操作。在該系統200中，CO2膨脹器114由蒸汽發生器115取代，該蒸汽發生器115可例如是鍋形再沸器，其中，利用提取自從燃氣渦輪機102返回的熱(X)2的熱來產生處在合 適壓力下的蒸汽。在蒸汽發生器115中產生的蒸汽可例如供給至聯合循環蒸汽渦輪機(未 顯示)或被用於單獨的蒸汽渦輪機中以產生額外的功率。
圖3圖示了燃氣渦輪機102的一個示例性實施例的框圖。該燃氣渦輪機102包括 壓縮機部分202、可操作以燃燒燃料的燃燒器部分204以及動力渦輪部分206。CO2進入冷 卻氣體入口 107，冷卻發動機構件(比方說，例如熱氣體通道(HGP)構件(例如第一渦輪級 定子(噴嘴)208或燃燒器過渡件210))，並經由冷卻氣體出口 109離開發動機。
在封閉的迴路中使用(X)2來冷卻燃氣渦輪機102的HGP構件增加了燃氣渦輪機 102的功率輸出和效率。(X)2具有超過壓縮空氣的更好的傳熱特性(即更高的比熱)，以便 實現用更少量的冷卻劑流冷卻燃氣渦輪機102的HGP構件。使用CO2作為渦輪機冷卻劑來 取代來自壓縮機的放氣，允許更多的壓縮空氣被用於燃燒和用於產生有用軸功率的渦輪膨 脹。來自壓縮機的放氣典型地進入氣體流通道並且在第一級轉子入口上遊與熱燃燒氣體混 合，在該處熱燃燒氣體通過膨脹開始產生有用功。如上所述的(X)2的使用，避免了由與放氣 的混合造成的渦輪入口溫度的不希望的降低，並且減少了在燃氣渦輪機102的渦輪入口和 轉子入口(點火溫度)之間的溫度差。當由CO2冷卻時，燃氣渦輪機102的增加的效率和 功率輸出抵消了由CCS過程在系統100中引起的無效率的一部分。從而，該增加的燃氣渦 輪機功率輸出抵消了總的CCS功率損失的一部分，該功率損失包括由於用來捕集來自廢氣 的(X)2的熱能而產生的損失的蒸汽渦輪機功率輸出和為封存而用來壓縮捕集的(X)2的寄生 功率消耗。
儘管僅聯繫了有限數量的實施例對本發明進行描述，但應該容易理解的是本發明 不限於這些公開的實施例。相反，可修改本發明以結合迄今為止未描述但與本發明的精神 和範圍相稱的任何數量的變型、變更、替代或等同裝置。另外，雖然已經描述了本發明的各 種實施例，但應該理解的是本發明的各方面可僅包括一些所述實施例。因此，本發明不應視 為由前述說明限制，而是僅由所附權利要求書的範圍限制。權利要求
1.一種用於功率發生的系統(100)，包括發動機(102)，其可操作以輸出廢氣(103)；碳捕集機構(104)，其可操作以從所述廢氣(103)移除二氧化碳(105)並且輸出所述二 氧化碳(105)；以及壓縮機O04)，其可操作以接收所述二氧化碳(10 並且輸出冷卻所述發動機(102)的 構件的壓縮的二氧化碳(105)。
2.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述系統還包括具有第一流體通道(111) 和第二流體通道(11 的熱交換器(112)，所述熱交換器(11 可操作以將從所述壓縮機 (204)輸出的所述壓縮的二氧化碳(10 接收在所述第一流體通道(111)中，並且從所述第 一流體通道(111)以更高的溫度將所述二氧化碳(10 輸出至所述發動機的冷卻氣體入口 (107)。
3.根據權利要求2所述的系統，其特徵在於，所述系統還包括膨脹器(114)，所述膨脹 器(114)可操作以從所述發動機(102)的冷卻氣體出口(109)接收二氧化碳(105)，並且 以更低的溫度將膨脹的二氧化碳(10 輸出至所述熱交換器(112)的所述第二流體通道 (113)。
4.根據權利要求2所述的系統，其特徵在於，所述系統還包括蒸汽發生器(115)，所述 蒸汽發生器(11 可操作以從所述發動機(102)的冷卻氣體出口(109)接收二氧化碳，並 且以更低的溫度將膨脹的二氧化碳(10 輸出至所述熱交換器(11 的所述第二流體通道 (113).
5.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述碳捕集機構(104)是基於胺的系統。
6.根據權利要求2所述的系統，其特徵在於，所述熱交換器(112)還可操作以將二氧化 碳(10 從所述第二流體通道(11 輸出至所述壓縮機004)。
7.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述系統還包括熱回收蒸汽發生器 (106)，所述熱回收蒸汽發生器(106)可操作以從所述發動機(10 接收所述廢氣(103)，冷 卻所述廢氣(103)，並且將冷卻的所述廢氣(10 輸出至所述碳捕集機構(104)。
8.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述系統還包括碳封存場所(110)，所述 碳封存場所(110)可操作以從所述壓縮機(204)接收並且存儲所述壓縮的二氧化碳(105) 的一部分。
9.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述發動機(102)的構件是處在燃燒器 (204)的一部分的下遊的渦輪機熱氣體通道構件。
全文摘要
本發明指向涉及碳封存和發動機的方法及系統。具體而言，一種用於功率發生的系統(100)包括發動機(102)，其可操作以輸出廢氣(103)；碳捕集機構(104)，其可操作以從廢氣(103)移除二氧化碳(CO2)並且輸出CO2(105)；和壓縮機(204)，其可操作以接收CO2(105)並且輸出冷卻發動機(102)的構件的壓縮的CO2(105)。
文檔編號F02C7/18GK102032049SQ20101050352
公開日2011年4月27日 申請日期2010年9月28日 優先權日2009年10月5日
發明者C·博特羅, S·C·吉倫 申請人:通用電氣公司