專利名稱：用于減少燃燒流中的CO₂排放的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大致涉及燃燒流(combustion stream),本發(fā)明具體涉及減 少燃燒流中的(:02排放。
背景技術(shù)：
世界范圍內(nèi)的空氣污染導(dǎo)致了更嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)控 制著電力工業(yè)所產(chǎn)生的氮氧化物(NOx)、未燃燒的烴(HC)、 一氧化碳 (CO)和二氧化碳(CO》的排放。尤其是二氧化碳，它已經(jīng)被認(rèn)作是溫 室氣體，因此人們發(fā)展了多種技術(shù)來減少排放到大氣中的二氧化碳 濃度。
因此，有必要把C02從發(fā)電設(shè)備(power plant)和其它產(chǎn)生大量C02 的商業(yè)設(shè)備中分離出來。大體上，收集co2的費(fèi)用占到碳的收集、 儲存、傳輸和隔離(sequestration)的總費(fèi)用的約四分之三。
結(jié)果，需要繼續(xù)發(fā)展(302去除技術(shù)，例如，能夠在現(xiàn)有發(fā)電設(shè) 備及其類似物中更新的。02去除技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本文公開了電力系統(tǒng)、032去除系統(tǒng)、這些系統(tǒng)的使用方法，以 及用于減少燃燒流中的(302排放的方法的實(shí)施例。
在一個實(shí)施例中，用于減少燃燒流中的排放的方法包括在燃 氣渦輪機(jī)組件中產(chǎn)生電能，其中廢氣流從燃?xì)鉁u輪機(jī)組件中排出； 壓縮廢氣流；以及通過使所述廢氣流經(jīng)過膜而把CC^從廢氣流中分 離，來產(chǎn)生C02產(chǎn)物流(product stream)和貧C02廢氣流(032 lean exhaust stream)。
在一個實(shí)施例中，發(fā)電設(shè)備包括燃?xì)鉁u輪機(jī)組件，其構(gòu)造成
能產(chǎn)生電能和包括C02的廢氣流；和(302分離單元，其構(gòu)造成可招「 收廢氣流。C02分離單元包括單元壓縮器和單元膨脹器，其中單元壓 縮器通過單元熱交換器與032分離反應(yīng)器進(jìn)口保持流體連通，而單 元膨脹器通過單元熱交換器與032分離反應(yīng)器出口保持流體連通。
在另一個實(shí)施例中，用于在發(fā)電設(shè)備中減少排放的方法，包括 在燃?xì)鉁u輪機(jī)組件中發(fā)電，其中廢氣流從燃?xì)鉁u輪機(jī)組件排出；改 變廢氣流的工作壓力；改變廢氣流的工作溫度；使廢氣流中的C02 經(jīng)過032分離反應(yīng)器內(nèi)的膜，以產(chǎn)生(302產(chǎn)物流和貧(:02廢氣流； 改變貧(302廢氣流的溫度，以產(chǎn)生冷卻的廢氣流；并把進(jìn)入燃?xì)鉁u 輪機(jī)組件的空氣與冷卻的廢氣流一起冷卻。
在一個實(shí)施例中，用于減少燃燒流中的排放的方法包括將氣 流燃燒，以產(chǎn)生包含二氧化碳的廢氣流，并通過使所述廢氣流經(jīng)過 膜而把032從廢氣流中分離，以產(chǎn)生(302產(chǎn)物流和貧。02廢氣流。
上述特征和其它特征將通過附圖和詳細(xì)描述來舉例說明。


現(xiàn)在參見附圖，這些附圖僅僅是示范性的，而不是限制性的， 其中相同的數(shù)字作了相同的標(biāo)號。
圖l是帶有0)2分離單元的發(fā)電設(shè)備的示例的示意圖。
圖2是帶有C02分離單元的發(fā)電設(shè)備的另 一實(shí)施例的示意圖。
圖3是帶有CC^分離單元的發(fā)電設(shè)備的又一實(shí)施例的示意圖。
具體實(shí)施例方式
來自發(fā)電設(shè)備的二氧化碳(CO》排放越來越受到國內(nèi)的和國際的 各種法頭見頭見范的制約，例如Kyoto protocol, EU Emission Trading Scheme的制約。隨著C02排放費(fèi)用的增加，降低032排放對于經(jīng)濟(jì) 型發(fā)電來說日益重要。(302去除技術(shù)關(guān)注于在發(fā)電設(shè)備的大氣煙道氣 流或其它產(chǎn)生032的過程中清除C02，這導(dǎo)致了龐大昂貴且耗能極
高的CC^去除單元的出現(xiàn)。
使用煙氣循環(huán)并對富<302煙氣加壓，增加了發(fā)電設(shè)備煙氣中co2 的局部壓力，因此簡化了 032分離過程。這種壓縮還減少了要在032 去除單元中處理的氣體體積；因此降低了相關(guān)的資金和能量需求。 本系統(tǒng)包括CC^分離單元，其具有壓縮器、膨脹器、熱交換器和(302 分離反應(yīng)器。反應(yīng)器使用(302膜技術(shù)，可以同時包括一氧化碳(CO) 轉(zhuǎn)化和(302去除這兩種功能。本解決方案很容易在所有現(xiàn)有及未來 的發(fā)電設(shè)備中實(shí)行，并且不需要集成在主電力系統(tǒng)中。任選地，還 可以從主電力系統(tǒng)中實(shí)行熱回收，包括從熱燃?xì)鉁u輪機(jī)廢氣中、或 燃?xì)鉁u輪機(jī)中間冷卻器中(如果可能的話)進(jìn)行熱回收。
圖1是發(fā)電設(shè)備6示例的示意圖，其包括燃燒過程(例如示范性 的燃?xì)鉁u輪機(jī)組件10)。其它可能的燃燒過程也可以(或備選地)使用， 諸如燃燒室、熔爐和其它產(chǎn)生包括C02的流的過程(例如政府規(guī)控的 032量)，諸如燃煤發(fā)電設(shè)備、燃油鍋爐、水泥廠鋼鐵廠等等。燃?xì)?渦輪機(jī)組件10包括核心燃?xì)鉁u輪機(jī)12，其包括一個或多個壓縮器(例 如，高壓壓縮器14(例如，它可以把流壓縮到大于或等于約45bar的 壓強(qiáng))和低壓壓縮器20(例如，它能夠壓縮到約5bar的壓強(qiáng)))， 一個或 多個燃燒室16，以及一個或多個渦輪機(jī)(例如高壓渦輪機(jī)18和低壓 渦輪機(jī)22)。高壓壓縮器(HPC)14和高壓渦輪機(jī)(HPT)18可選地由第 一軸桿24聯(lián)接，而低壓壓縮器(LPC)20可以由第二軸桿26聯(lián)接到中 壓渦輪機(jī)(未示出)上。在示范性實(shí)施例中，低壓渦輪機(jī)(LPT)22通過 軸桿30聯(lián)接到負(fù)載，例如發(fā)電機(jī)28上。在該示范性實(shí)施例中，核 心燃?xì)鉁u輪機(jī)12是Ohio州Cincinnati市General Electric Aircraft Engine公司的LMS100型燃?xì)鉁u輪機(jī)。
燃?xì)鉁u輪機(jī)組件10可選地能夠包括中間冷卻器40，以利于進(jìn)入 高壓壓縮器14的已壓縮氣流的溫度的降低。更具體地，中間冷卻器 40在低壓壓縮器20和高壓壓縮器14之間保持流體連通，使得從低 壓壓縮器20排放的氣流在供給到高壓壓縮器14之前冷卻。在示范
性實(shí)施例中，中間冷卻器40是從水到氣的熱交換器，其具有流經(jīng)其 中的工作流體(未示出)。例如，工作流體可以是從發(fā)電設(shè)備8附近的 水域(例如湖泊)引來的未凈化的水?？蛇x的是，中間冷卻器40是從 氣到氣的熱交換器，其具有流經(jīng)其中的冷卻氣流(未示出)。
發(fā)電設(shè)備6還可選地包括熱回收蒸汽發(fā)電機(jī)(heat recovery steam generator, HRSG)50，其構(gòu)造成可以接收從燃?xì)鉁u輪機(jī)組件10排放的 相對熱的廢氣流，并可以把該熱量傳遞到流經(jīng)HSRG50的工作流體， 以產(chǎn)生在示范性實(shí)施例中可以用來驅(qū)動流渦輪機(jī)52的流(見圖2)。冷 凝器54可以放置在HSRG50的下游，以通過降低氣體溫度從HSRG50 中排放的廢氣流中大幅去除水蒸汽。還可以把除濕器(未示出)用在 HRSG50的下游和冷凝器54的上游，以促進(jìn)廢氣流中的水的去除。 除濕器可以包括干燥劑氣體千燥系統(tǒng)。
發(fā)電設(shè)備6還包括示范性的(302分離單元32。 032分離單元32 包括第二低壓壓縮器60、膨脹器62和用來把第二低壓壓縮器60聯(lián) 接到膨脹器62的軸桿64。此處使用的膨脹器，可以是離心渦輪機(jī)或 軸向流渦輪機(jī)，通過其高壓氣體可以膨脹，以產(chǎn)生可以用來驅(qū)動壓 縮器、例如低壓壓縮器60的功。膨脹器62(也稱為渦輪膨脹機(jī)或膨 脹渦輪機(jī))通過軸桿68連接到原動機(jī)66(見圖2)，諸如電動機(jī)、燃?xì)?渦輪機(jī)、往復(fù)式以動機(jī)等等。同樣，原動機(jī)66用來在膨脹器62的 輔助下驅(qū)動低壓壓縮器60,這將在下文描述。可選的是， 一個或多 個干燥劑氣體干燥系統(tǒng)可以用在CC^分離單元32中，例如032分離 反應(yīng)器80的下游，中間冷卻器34的下游。
發(fā)電設(shè)備8還可以包括第二中間冷卻器或熱交換器70(見圖2)， 其與低壓壓縮器60和膨脹器62保持流體連通。在工作中，從低壓 壓縮器60中排放的廢氣流被引導(dǎo)經(jīng)過中間冷卻器70以在廢氣流供 給到(302分離單元80和膨脹器62之前提供冷卻。在示范性實(shí)施例 中，中間冷卻器70是從水到氣的熱交換器，其具有流經(jīng)其中的工作 流體(未示出)。例如，如上所述，工作流體可以是從發(fā)電設(shè)備8附近的水域中引來的未凈化的水?？蛇x的是，冷水還可以通過濕冷卻塔
來產(chǎn)生，并且/或者中間冷卻器70也可以是從氣到氣的熱交換器，其 具有流經(jīng)其中的冷卻氣流(未示出)。然后，從膨脹器62中排放的廢 氣流可以供給到第三熱交換器72,以利于供給到燃?xì)鉁u輪機(jī)組件10 的入口空氣的工作溫度的下降，這將在下文討論。
在工作期間，吸入燃?xì)鉁u輪機(jī)的環(huán)境空氣被引導(dǎo)經(jīng)過熱交換器72 以促進(jìn)供給到燃?xì)鉁u輪機(jī)組件10環(huán)境空氣的工作溫度的下降。燃?xì)?渦專侖機(jī)組件10以本領(lǐng)域已知的方式工作，而同樣地，產(chǎn)生具有從約 600度華氏溫度(。F)(316度攝氏溫度(。C))到約1300。F(704。C)溫度的廢 氣流。從燃?xì)鉁u輪機(jī)組件10排放的廢氣流被引導(dǎo)經(jīng)過HRSG50,其 中來自廢氣流的熱量的大部分都傳遞到Rankine循環(huán)中，該循環(huán)具有 引過其中的工作流體以產(chǎn)生流(如上所述)，可以用來驅(qū)動流渦輪機(jī) 52。 HSRG50有利于把廢氣流的工作溫度減少到約75。F(24。C)和約 248。F(120。C)。在示范性實(shí)施例中，HSRG50有利于把廢氣流的工作 溫度減少到約100。F(38。C)。在其它實(shí)施例中，廢氣流可以是簡單冷 卻的，而并不把熱能用在有用的目的上，且/或可以連接到另一過程 上以蒸汽或熱水的形式來提供熱能。在一個實(shí)施例中，廢氣流還可 以被引導(dǎo)經(jīng)過附加的熱交換器(未示出)，以進(jìn)一步從廢氣流中冷凝 水，然后通過冷凝器54把該冷凝水排放(例如)。
如圖1所示，在圖2所示的結(jié)構(gòu)中，在壓縮器60的上游， 一部 分廢氣可選地回流到主燃?xì)鉁u輪機(jī)組件10;例如，約30%體積至約 70%體積的廢氣流可以循環(huán)以和空氣一起進(jìn)入燃?xì)鉁u輪機(jī)組件。回流 廢氣和新鮮空氣的混合可以發(fā)生在可選的熱交換器72的上游或下 游。^^一部分廢氣流回流到燃?xì)鉁u輪機(jī)組件10的入口增加了工作流 體中的032濃度，因此在(302分離反應(yīng)器80中增加了用于032分離 的驅(qū)動力。此外，廢氣循環(huán)有利于降低其它的燃燒排放，例如降低 NOx的形成。
然后，相對較冷而干燥的廢氣流在可選的第二低壓壓縮器60中
壓縮，其在示范性實(shí)施例中由膨脹器62和原動機(jī)66驅(qū)動(如果需要 的話)。第二低壓壓縮器60可以用來增加引過其中的廢氣流的工作壓 力，使之接近從燃?xì)鉁u輪機(jī)組件IO排;改的廢氣流的工作壓力的四倍。 而且，引導(dǎo)廢氣流經(jīng)過第二低壓壓縮器使得廢氣流的溫度增加。然 后，從第二低壓壓縮器60中排放的廢氣流可選地被引導(dǎo)經(jīng)過第二中 間冷卻器70以促進(jìn)廢氣流的工作溫度的降低，如果有利于(:02分離 反應(yīng)器80和/或系統(tǒng)的工作的話。在示范性實(shí)施例中，第二中間冷卻 器70促進(jìn)廢氣流的工作溫度降低到約100。F(38。C)。
從中間冷卻器70中排放的富C02廢氣流(C02 rich exhaust stream) 進(jìn)入0)2分離反應(yīng)器80。 032分離反應(yīng)器80可以包括多種032分離 工藝，諸如002選擇膜技術(shù)、吸附工藝(吸附和/或吸收)，隔膜 (diaphragm),低溫學(xué)工藝等等，以及包括了上述至少一種前述工藝的 組合。膜可以是以任何可選地允許吹掃氣在不進(jìn)入廢氣流的情況下
去除(:02的方式而和廢氣流的流密封隔絕。例如，(:02經(jīng)過膜壁以包 圍膜的其它側(cè)的區(qū)域，而廢氣流繼續(xù)經(jīng)過反應(yīng)器。吹掃氣進(jìn)入保衛(wèi) 區(qū)域，經(jīng)過膜并去除穿過膜壁的co2。吹掃氣可選地通過分離出口把 032帶出反應(yīng)器，而不是保留在剩下的廢氣流中。
一個或多個膜是對(302具有選擇性的，并且因此不斷地去除所
產(chǎn)生的co2,包括在一個或多個催化劑部分可選地由co生成的co2， 所述催化劑部分可以加在膜上，如果需要的話。所述膜可以包括在 工作條件下穩(wěn)定且具有所需co2滲透性和選擇性的任何膜材料?？?br> 能的0)2選擇性膜材料包括某些無機(jī)和聚合物材料，以及包括至少
一種這些材料的組合。無機(jī)材料包括多微孔碳、多微孔石圭、多微孔
娃酸《太(microporous titanosilicate)、多微孔混合氧化物和沸石材料， 以及包括至少一種這些材料的組合。 一些可能的膜材料在2005年10 月31日由Ruud等人提交的美國專利申請No.11/263165中有介紹。
不局限于特定理論的是，在多微孔材料中用于(302選擇性的機(jī) 理包括表面擴(kuò)散和毛細(xì)凝聚。相對于流中其它氣體而具有CC^親合
力(affinity)的材料會表現(xiàn)出更好的(302吸附和032表面擴(kuò)散作用。另 外，所吸附的C02分子經(jīng)過毛細(xì)凝聚會有效地阻止吸附性更差的氣 體進(jìn)入氣孔，并因此而干擾它們的傳輸。經(jīng)過膜的氣體選擇性由 Knudsen流和表面擴(kuò)散在整個氣體傳輸中的相對比重而決定。例如， 為獲得CC^選擇性，表面擴(kuò)散必須在整個(302傳輸中占顯著比重。 表面擴(kuò)散率取決于所吸附的C02量及其相對可動性(mobility)。
作為第 一步的近似，氣體在材料上的表面擴(kuò)散率可以從所吸附 的熱能來估計(jì)。由于擴(kuò)散率與所吸附熱能呈負(fù)指數(shù)的變化關(guān)系，具 有較低吸附熱能的材料表現(xiàn)出較高的表面擴(kuò)散率。從物理上來說， 這意味著適合于功能材料的材料具有較大的C02親合力(相比較于流 中其它氣體的親合力)，但是該(302親合力沒有大到足夠使(302約束 在表面上而不傳輸經(jīng)過氣孔通道。低的吸附熱能相應(yīng)于弱約束的 C02，其利于高的擴(kuò)散率。因此，適合用作功能材料的材料的特征在 于，高表面覆蓋導(dǎo)數(shù)(de/dp)和低的吸附熱(AH)。這些性質(zhì)可以由材料 的C(V吸附等溫線來確定，并由此選擇合適的材料。在示范性實(shí)施 例中，陶瓷包括諸如Si02、 BaTi03、 BaZr03、 LaFe03等材料和包括 了至少一種這些材料的組合。這些氧化物在理論上表現(xiàn)出足夠高的 用于(302表面擴(kuò)散的可動性，并因此而可以提供所需的滲透性。
在實(shí)際中，膜常常包括分離層，其設(shè)置在支承層上。對于不對 稱的無機(jī)膜，多孔的支承部可以包括不同于分離層的材料。用于不 對稱無機(jī)膜的支承材料包括多孔的氧化鋁、二氧化鈦、堇青石、碳、 石英玻璃(例如Vycor⑧牌)和金屬，以及包括有這些材料中至少一種 的組合。多孔的金屬支承層包括含鐵材料、鎳材料和包括這些材料 中至少一種的組合，諸如不銹鋼、鐵基合金和鎳基合金。聚合膜可 以設(shè)置在聚合支承部或無機(jī)支承部上。所述膜可以包括聚合物材料(諸 如聚醚和聚醚混合物)和混合膜(例如硅烷化的，氧化鋁膜)。硅烷， 諸如2-乙酰氧基乙基，2-甲氧基羰基乙基和3-氨基丙基，可以與陶 瓷膜一體地形成，以獲得選擇性的(302傳輸。
從0)2分離反應(yīng)器80中排放的貧(302廢氣流可選地可以通過膨 脹器62膨脹，從已加壓的廢氣中吸取功，以驅(qū)動低壓壓縮器60，因 此大大地降低了廢氣流的溫度。例如，在一個實(shí)施例中，從膨脹器62 中排出的廢氣流的溫度為約30。F(-1。C)至約-30。F(-34。C)。在該示范 性實(shí)施例中，從膨脹器62中排出的廢氣流的溫度接近-20。F。然后相 對較冷的廢氣流可以被引導(dǎo)經(jīng)過熱交換器72以促進(jìn)入口空氣流的冷 卻，并促進(jìn)引導(dǎo)到燃?xì)鉁u輪機(jī)組件10的氣流的空氣密度的增加，因 此增加了核心燃?xì)鉁u輪機(jī)12的效率和輸出功率。因此，流到燃?xì)鉁u 輪機(jī)的空氣流的入口溫度的降低，就導(dǎo)致增加了質(zhì)量流量和效率， 從而有效地減少了 C02分離過程的經(jīng)濟(jì)上的影響。
圖3是另一示范性發(fā)電設(shè)備100的示意圖。該發(fā)電設(shè)備100基 本上類似于發(fā)電設(shè)備8，如圖2所示。在該示范性實(shí)施例中，發(fā)電設(shè) 備100不包括熱交換器72,而相對較冷而干燥的從膨脹器62中排放 的廢氣流被分成第一空氣流部分110和第二空氣流部分112,第一空 氣流部分110直接排放入燃?xì)鉁u輪機(jī)組件10的入口內(nèi)，而笫二空氣 流部分112 ^f支引導(dǎo)經(jīng)過位于第二低壓壓縮器上游的熱交換器120?？?選的是，在進(jìn)入燃?xì)鉁u輪機(jī)組件10之前，可以利用一個或多個干燥 劑氣體干燥系統(tǒng)來從笫一空氣流部分110和/或入口氣流中去除濕
在工作期間，第一空氣流110被直接引導(dǎo)入供給到燃?xì)鉁u輪機(jī) 組件12的入口空氣流。更具體地，當(dāng)與空氣流110混合時，任何還 夾帶在內(nèi)引入的新鮮空氣流內(nèi)的濕氣冷凝成相對較小的或微觀的小 滴，這形成了細(xì)霧或薄霧。然后，該細(xì)霧或薄霧被引導(dǎo)入低壓壓縮 器20中，小滴在其中蒸發(fā)，以促進(jìn)供給到核心燃?xì)鉁u輪機(jī)12的氣 流的工作溫度的降低。因此，引入核心燃?xì)鉁u輪機(jī)12的氣流的溫度 降低，因此減少了壓縮過程中所需要的功，而增加了燃?xì)鉁u輪機(jī)組 件10的總效率。流110的含氧量由于燃?xì)鉁u輪機(jī)10內(nèi)的燃燒過程 而減少。把該流與新鮮空氣混合導(dǎo)致了燃燒室16中燃燒空氣的含氧
量的凈減少，同時有利于減少燃燒室中NOx的形成。
第二空氣流部分112可以被引導(dǎo)經(jīng)過熱交換器120，以利于從引 入第二低壓壓縮器60的廢氣流中去除熱量，并有利于在廢氣空氣流 進(jìn)入第二低壓壓縮器60之前，把夾帶在廢氣空氣流中的水冷凝并去除。
本文所介紹的是用于減少發(fā)電設(shè)備排放并增加發(fā)電設(shè)備效率的 一種方法和系統(tǒng)。該方法包括利用C02分離反應(yīng)器增加分離夾帶在 廢氣內(nèi)的幾乎所有C02，在該反應(yīng)器中廢氣流中的CO轉(zhuǎn)化成co2， 并且(302經(jīng)過032選擇膜而去除，以產(chǎn)生貧032流。貧C02流可以
排出及/或循環(huán)回燃?xì)鉁u輪機(jī)組件。這可以通過利用來自燃?xì)鉁u輪機(jī) 組件的廢氣流而不增加壓力且/或不降低溫度來實(shí)現(xiàn)。例如，廢氣流
可以在032分離反應(yīng)器中在約250°C到約500。C(例如，約300。C到 約450。C)的溫度下和約低于5bar(0.5兆帕(MPa))的壓強(qiáng)下處理；例如， 更具體地為約lbar到約4bar(約0.1MPa到約0.4MPa))。另外，來自 (302分離反應(yīng)器的貧COr流可以直接傳遞到膨脹器(例如渦輪機(jī))，例 如，不經(jīng)過熱交換器。該過程(甚至在壓縮到約5bar時)可以去除大于 或等于廢氣流中的約80%體積的C02，或更具體而言，可以去除廢 氣流中的約80%體積到約90%體積的C02。
其它的優(yōu)點(diǎn)還包括，不需要把壓縮器-膨脹器單元集成在主電力 系統(tǒng)內(nèi)；本系統(tǒng)能夠更新成現(xiàn)有的帶(302收集的系統(tǒng)?？筛滦圆?限于基于燃?xì)鉁u輪機(jī)的動力循環(huán)，而是可以應(yīng)用到任何產(chǎn)生C02的 燃燒過程?？蛇x的是，熱交換器可以集成在主電力系統(tǒng)內(nèi)，如果有 利的話。這會減少驅(qū)動壓縮器-膨脹器單元所必需的電力需求，甚至 還有利于能量自給。然后這還會減少或消除對(大型)原動機(jī)或發(fā)動機(jī) 的需求。作為備選或作為附加，可以在壓縮器-膨脹器單元內(nèi)通過熱 交換器或類似物(其已經(jīng)在附圖中顯示)進(jìn)行可選的重新加熱，并且/或 者使用其它熱回收策略和增濕作用，以有利地降低壓縮器-膨脹器單 元內(nèi)的電力需求。可以在壓縮之后對工作流體進(jìn)行增濕，以利用過程熱能并增加流體的質(zhì)量流量，并因此而增加循環(huán)的總效率，且在 貧0)2工作流體膨脹時，增加膨脹器部分中的發(fā)電。
與重新加熱相比，壓縮器-膨脹器內(nèi)的已加壓工作流體可以可選
地冷卻，且可以在去除032后膨脹到大氣壓力。在這種情況下，冷
的(溫度非常低，甚至低于零度)的膨脹的工作流體可以用于在入口對
進(jìn)入主燃?xì)鉁u輪機(jī)的入口流進(jìn)行激冷(chilling)。
本文所公開的范圍是包括性的和組合性的(例如，"高達(dá)約25%的 重量，或更具體而言約5%到約20%的重量"，其范圍包括了端點(diǎn)值 和"約5%到約25%的重量"范圍內(nèi)的所有中間值等)。"組合"則包括了 混合物、混合劑、合金、反應(yīng)成分等。另外，用語"第一"、"第二"等， 在本文中不表示任何順序、程度或重要性，而是用來區(qū)分一個元件 與另 一個元件，且用語"一"和"一個"在本文中不表示對數(shù)量的限制， 而表示所述的物體至少有一個。修飾語"約"與數(shù)量詞一起使用，其包 括了所稱的值，并具有上下文中所含的意思(例如包括與特定質(zhì)量的 測量有關(guān)的誤差程度)。"一個或多個"在本文中用來表示其修飾的詞 語包括單數(shù)和復(fù)數(shù)的情況，因此包括一個或多個該詞語(例如， 一個 或多個冷卻劑包括一個冷卻劑或多個冷卻劑)。在整個說明書中所用 的參考"一個實(shí)施例"、"另一實(shí)施例"、"實(shí)施例，，等，表示連同實(shí)施 例一起介紹的特定要素(例如特征、結(jié)構(gòu)及/或特性)包括在本文所介紹 的至少一個實(shí)施例中，并且可以包括在其它實(shí)施例中，當(dāng)然也可以 不包括在其它實(shí)施例中。此外，應(yīng)當(dāng)理解，所介紹的元件可以以任 何合適的方式結(jié)合在多種實(shí)施例中。
所有引用的專利、專利申請和其它參考文獻(xiàn)通過引用整體地結(jié) 合于本文中。然而，如果本申請中的用語和所述結(jié)合于本文中的參 考文獻(xiàn)中的用語有矛盾或有沖突，本申請中的用語具有優(yōu)先的權(quán)重。
盡管本發(fā)明已經(jīng)參考優(yōu)選實(shí)施例而介紹，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng) 理解，在不背離本發(fā)明的范圍的前提下，就可以進(jìn)行各種修改，并 且用等同物來代替其中的元件。此外，在不背離本發(fā)明基本范圍前
提下，可以進(jìn)行大量的修改來適應(yīng)特殊情況或本發(fā)明所示范的材料。 因此，本發(fā)明并不限于所公開的作為本發(fā)明最佳實(shí)施方式的實(shí)施例， 而是包括落在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種用于減少燃燒流中的排放的方法，包括將氣流燃燒，以產(chǎn)生包含二氧化碳的廢氣流；并且通過使所述廢氣流經(jīng)過膜而從所述廢氣流中分離CO2，以產(chǎn)生CO2產(chǎn)物流和貧CO2廢氣流。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，燃燒所述氣流還 包括在燃?xì)鉁u輪機(jī)組件(l0)中發(fā)電；并且還包括壓縮所述廢氣流。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法還包括， 在壓縮所述廢氣流之前，在熱回收蒸汽發(fā)電機(jī)(50)內(nèi)從所述廢氣流中回收熱能，以降低所述廢氣流的工作溫度；并且在把所述廢氣流引至C02分離反應(yīng)器之前和在壓縮所述廢氣流 之后，在中間冷卻器(34)內(nèi)降低所述廢氣流的工作溫度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所 述廢氣流在^f皮引至所述C02分離反應(yīng)器之前其工作壓強(qiáng)^皮調(diào)節(jié)到小 于或等于約0.5MPa的壓強(qiáng)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所 述方法還包括，在把所述廢氣流的一部分引入到所述032分離反應(yīng) 器之前，把所述廢氣流的其余部分循環(huán)到所述燃?xì)鉁u輪機(jī)組件(IO)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所 述方法還包括減少所述貧(302廢氣流內(nèi)的含濕量。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所 述方法還包括，把所述貧032廢氣流分成第一部分(110)和第二部分 (112)，并且把所述貧032廢氣流的所述第一部分(110)與進(jìn)入所述燃 氣渦輪機(jī)組件(10)的空氣結(jié)合起來。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所 述方法還包括，以已冷卻的所述廢氣流來冷卻進(jìn)入所述燃?xì)鉁u4侖機(jī) 組件(10)的空氣。
9. 一種發(fā)電設(shè)備(6,8),包括燃?xì)鉁u輪機(jī)組件(IO),其構(gòu)造成能夠發(fā)電且產(chǎn)生包括C02的廢 氣流；并且C02分離單元，其構(gòu)造成能夠接收所述廢氣流，其中，所述C02 分離單元包括通過單元熱交換器(34)與C02分離反應(yīng)器入口保持流 體連通的單元壓縮器，以及通過所述單元熱交換器(34)與所述C02 分離反應(yīng)器出口保持流體連通的單元膨脹器(62)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的發(fā)電設(shè)備(6,8)，其特征在于，所述發(fā) 電設(shè)備還包括冷凝器，其構(gòu)造成能夠接收來自所述燃?xì)鉁u輪機(jī)組件(IO) 中的廢氣流，并能夠從所述廢氣流中去除水分，并且所述(:02分離 單元構(gòu)造成能夠接收來自所述冷凝器中的廢氣流。
全文摘要
本文公開了一種系統(tǒng)和方法，其用于減少發(fā)電設(shè)備(6，8)的CO₂排放。在一個實(shí)施例中，用于減少燃燒流中的排放的方法，包括將氣流燃燒，以產(chǎn)生包含二氧化碳的廢氣流，并通過使所述廢氣流經(jīng)過膜從該廢氣流中分離CO₂，以產(chǎn)生CO₂產(chǎn)物流和貧CO₂廢氣流。
文檔編號F23J15/02GK101201171SQ20071019426
公開日2008年6月18日 申請日期2007年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月11日
發(fā)明者M·巴特萊特, M·芬肯拉思, N·D·喬希, S·M·-N·霍夫曼 申請人:通用電氣公司