低温熱交換器システムおよび方法
【課題】熱交換器の冷たいストリームと煙道ガスの温かいストリームとの間の効果的な熱伝達が行われる低温二酸化炭素除去プロセスを提供する。
【解決手段】低温二酸化炭素除去装置を、圧縮された煙道ガス１００供給源と、第１のストリーム１３０と第２のストリーム１３２に分けるように構成された圧縮ガス予冷用のマルチストリーム熱交換器、該熱交換器の下流に位置し二酸化炭素が減少した第１のサブストリーム１３４と二酸化炭素の第２のサブストリーム１３６へと膨張させるガス膨張装置１１４より構成し、第１のサブストリームの一部および２のサブストリームの少なくとも一部をマルチストリームマルチストリーム熱交換器に再循環して、圧縮された煙道ガスを予冷する。
【解決手段】低温二酸化炭素除去装置を、圧縮された煙道ガス１００供給源と、第１のストリーム１３０と第２のストリーム１３２に分けるように構成された圧縮ガス予冷用のマルチストリーム熱交換器、該熱交換器の下流に位置し二酸化炭素が減少した第１のサブストリーム１３４と二酸化炭素の第２のサブストリーム１３６へと膨張させるガス膨張装置１１４より構成し、第１のサブストリームの一部および２のサブストリームの少なくとも一部をマルチストリームマルチストリーム熱交換器に再循環して、圧縮された煙道ガスを予冷する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の分野は、一般に、二酸化炭素含有ガスからの二酸化炭素（ＣＯ2）の低温回収に関する。より詳細には、本開示は、ガスのストリームから二酸化炭素を分離して、その二酸化炭素を用いて煙道ガスを予冷するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エネルギー生産のための燃料の燃焼は、大量の排気ガス、例えば、化石燃料を燃やす発電所で生じる排気ガスを発生させる。排気ガスは煙道を介して燃焼チャンバを出て、典型的には大気に排出されるため、排気ガスは、通常、煙道ガスと呼ばれる。煙道ガスの組成は、燃焼される燃料に依存する。典型的な煙道ガスは、窒素、二酸化炭素、水蒸気、酸素、一酸化炭素、酸化物、および粒子状物質を含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１１／０１４６３０２号明細書
【発明の概要】
【０００４】
二酸化炭素ガスは、地球温暖化に寄与する可能性がある温室効果ガスとなることがわかっている。二酸化炭素ガスはまた、食物および飲料産業で用いられる成分であり、光合成を通じた植物の成長に寄与する。典型的に、二酸化炭素は、アミンを用いて煙道ガスから除去される場合がある。代替的に、固体ＣＯ2が形成されるまで煙道ガスが低温の温度に冷却される、二酸化炭素の低温回収は、アミンベースの溶媒を使用する現行の技術への代替的方法である。しかしながら、冷たいストリームと煙道ガスとの間の直接熱交換は、結果的に２つのストリームの間の大きい温度差をもたらし、エネルギー効率が良くない。さらに、冷却するストリームを収容する管の表面上に固体ＣＯ2が形成され、したがって冷たい管と煙道ガスとの間の熱伝達効率が低下する。加えて、管の表面からの固体ＣＯ2の除去は、技術的課題をもたらす。
【０００５】
本開示は、低温二酸化炭素除去プロセスにおける熱交換器の冷たいストリームと煙道ガスの温かいストリームとの間の効果的な熱伝達を可能にするシステムおよび方法を説明する。
【０００６】
１つの態様では、二酸化炭素を回収するための装置は、圧縮された煙道ガスを供給するための供給源と、圧縮された煙道ガスを予冷するためのマルチストリーム熱交換器と、マルチストリーム熱交換器の下流に位置するガス膨張装置であり、圧縮された煙道ガスを二酸化炭素が減少したガスの第１のサブストリームと二酸化炭素の第２のサブストリームへと膨張させるガス膨張装置と、第１のサブストリームの少なくとも一部をマルチストリーム熱交換器に再循環させる第１の再循環チャネルと、第２のサブストリームの少なくとも一部をマルチストリーム熱交換器に再循環させる第２の再循環チャネルとを備える。マルチストリーム熱交換器は、第１のサブストリームおよび第２のサブストリームを用いて、圧縮された煙道ガスを予冷するように構成される。
【０００７】
別の態様では、二酸化炭素を回収する方法は、二酸化炭素を含有する圧縮ガスを提供すること、マルチストリーム熱交換器の中で圧縮ガスを予冷すること、二酸化炭素が減少したガスの第１のサブストリームと二酸化炭素の第２のサブストリームとを提供するためにガス膨張装置の中で圧縮ガスを膨張させること、ならびに圧縮ガスの予冷を促進するために第１のサブストリームおよび第２のサブストリームをマルチストリーム熱交換器に供給することを含む。
【０００８】
さらに別の態様では、炭素回収システムは、圧縮された煙道ガスを供給するための供給部と、圧縮された煙道ガスを冷却する水予冷器と、圧縮された煙道ガスをさらに予冷するための、水予冷器の下流に位置するマルチストリーム熱交換器と、マルチストリーム熱交換器の下流に位置するガス膨張装置であり、圧縮された煙道ガスを二酸化炭素が減少したガスの第１のサブストリームと二酸化炭素の第２のサブストリームへと膨張させるガス膨張装置と、第１のサブストリームの少なくとも一部をマルチストリーム熱交換器に再循環させる第１の再循環チャネルと、第２のサブストリームの少なくとも一部をマルチストリーム熱交換器に再循環させる第２の再循環チャネルとを備える。マルチストリーム熱交換器は、第１のサブストリームおよび第２のサブストリームを用いて、圧縮された煙道ガスを予冷するように構成される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本開示に係る例示的な低温炭素回収システムのブロック図である。
【図２】本開示に係る例示的な熱交換器の断面である。
【図３】本開示に係る熱交換器の中の煙道ガスの温度および冷たいストリームの温度の例示的なプロットを示すチャートである。
【図４】本開示に係るエネルギーおよび熱交換器区域の例示的なプロットを示すチャートである。
【図５】正味効率ポイントおよび排気ガス再循環値をプロットするチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本開示は、低温二酸化炭素除去プロセスにおける熱交換器の冷たいストリームと煙道ガスの温かいストリームとの間の効果的な熱伝達を促進する技術的効果を提供するシステムおよび方法を説明する。
【００１１】
図１に概して示されるのは、本開示に係る低温の炭素回収システムの例示的な実施形態である。一実施形態では、炭素回収システムは、二酸化炭素含有ガスの圧縮されたストリーム（例えば、煙道ガス）１００と、熱交換器１０４、１０６、および１０８を備えるマルチストリーム熱交換器１０２と、マニホルド１１０と、二次熱交換器１１２と、膨張装置１１４と、冷凍装置１１６と、一対の固−液相変化装置１１８、１２０と、貯蔵チャンバ１２２、１２４と、水予冷器１２６とを含む。
【００１２】
一実施形態では、二酸化炭素ガスの圧縮されたストリーム１００は、電気の発電所のような化石燃料だき発電所の煙道から抽出される煙道ガスである。二酸化炭素ガスの圧縮されたストリーム１００の圧力および温度は、ガスの成分と、圧縮のために用いられる圧縮機に依存する。一実施形態では、圧縮機は、ユーザによって選択される温度および圧力を提供するためにオペレータによって制御される。代替的に、圧縮機は、二酸化炭素ガスの圧縮されたストリーム１００を所定の圧力および温度に自動的に調節して提供してもよい。例えば、一実施形態では、二酸化炭素ガスの圧縮されたストリーム１００は、およそ２５℃の温度および４．８バールの圧力で提供される。別の実施形態では、二酸化炭素ガスの圧縮されたストリーム１００の成分は、二酸化炭素ガスの圧縮されたストリーム１００の流量がおよそ５，８１１，３７０ｌｂｍ／時のとき、モル分率で０．６６８が窒素、０．１６７が水蒸気、０．１３３が二酸化炭素、０．０２４が酸素、および０．００８がアルゴンである。
【００１３】
一実施形態では、二酸化炭素含有ガスの圧縮されたストリーム１００は、入力１２８を介してマルチストリーム熱交換器１０２に入る。一実施形態では、マルチストリーム熱交換器１０２は、気−液熱交換器１０４、気−気熱交換器１０６、および気−固熱交換器１０８を備える。他の実施形態では、熱交換器１０４、１０６、および１０８は、システムが本明細書で説明されるように機能することを可能にする任意の適切な熱交換器である。
【００１４】
一実施形態では、二酸化炭素ガスの圧縮されたストリーム１００は、マルチストリーム熱交換器１０２に入る前に２つのストリーム１３０、１３２に分けられる。代替的に、マルチストリーム熱交換器１０２は、二酸化炭素ガスの圧縮されたストリーム１００を、マルチストリーム熱交換器１０２に入った後で２つのストリームに分けるように構成される。一実施形態では、ストリーム１３０および１３２は等しい流量ではなく、例えば、ストリーム１３２は、二酸化炭素ガスの圧縮されたストリーム１００のすべての流れのおよそ６０％〜９０％であり、ストリーム１３０はおよそ１０％〜４０％である。別の実施形態では、ストリーム１３２は、二酸化炭素ガスの圧縮されたストリーム１００のすべての流れのおよそ７５％〜９０％であり、ストリーム１３０はおよそ１０％〜２５％である。さらに別の実施形態では、ストリーム１３２は、二酸化炭素ガスの圧縮されたストリーム１００のすべての流れのおよそ８０％であり、ストリーム１３０はおよそ２０％である。しかしながら、ストリーム１３０および１３２の流量の割合は、システムが本明細書で説明されるように機能することを可能にする任意の割合であってもよい。
【００１５】
マルチストリーム熱交換器１０２は、二酸化炭素ガスの圧縮されたストリーム１００を予冷するように構成される。一実施形態では、二酸化炭素ガスの圧縮されたストリーム１００を予冷するために、マルチストリーム熱交換器１０２は、二酸化炭素が減少した材料のストリーム１３４と二酸化炭素のストリーム１３６を使用する。ストリーム１３４および１３６は、固体、液体、またはガスの形態であってもよい。一実施形態では、ストリーム１３４は二酸化炭素が減少したガスのストリームであり、ストリーム１３６は固体二酸化炭素のストリームである。
【００１６】
二酸化炭素が減少した材料のストリーム１３４と二酸化炭素のストリーム１３６は、マルチストリーム熱交換器１０２の下流に位置する膨張装置１１４から提供される。二酸化炭素含有ガスの圧縮されたストリーム１００は、膨張装置１１４の中に流れる。膨張装置１１４は、二酸化炭素含有ガスの圧縮されたストリーム１００を膨張させて、これにより二酸化炭素含有ガスの圧縮されたストリーム１００を冷却する。膨張装置１１４は、膨張によって、二酸化炭素含有ガス１００の他の成分から二酸化炭素を分離する程度に二酸化炭素含有ガス１００を冷却する。一実施形態では、膨張装置１１４は、膨張後に、二酸化炭素ストリーム１３６を−１１９℃で、および二酸化炭素が減少したストリーム１３４を−１１９℃で出力する。
【００１７】
一実施形態では、二酸化炭素ストリーム１３６は、固−液相変化装置１１８を介して熱交換器１０４に送られる。固−液相変化装置１１８は、流入する固体二酸化炭素ストリーム１３６を、ストリーム１３６が液体二酸化炭素ストリーム１３８になるまで温める。別の実施形態では、液体二酸化炭素ストリーム１３８の温度は、およそ−５６℃である。液体二酸化炭素ストリーム１３８は、熱交換器１０４の中に送られ、ストリーム１３０を冷却する。一実施形態では、熱交換器１０４の出力でのストリーム１３０の温度は−５１℃であり、気−液熱交換器１０４から出る液体二酸化炭素ストリーム１３８の温度は−２２℃である。
【００１８】
図１に示すように、熱交換器１０４は、二酸化炭素ストリーム１３８を加温装置１２０に出力する。代替的に、加温装置１２０は、二酸化炭素ストリーム１３８をおよそ−２２℃から２０℃に温める。さらなる実施形態として、加温装置１２０は、二酸化炭素ストリーム１３８を貯蔵または隔離のために貯蔵チャンバ１２２に出力する。
【００１９】
一実施形態では、マルチストリーム熱交換器１０２と膨張装置１１４との間に二次熱交換器１１２が配置される。別の実施形態では、二次熱交換器１１２は、冷蔵庫装置１１６から冷媒１４０を供給される。二次熱交換器１１２は、ストリーム１００が膨張装置１１４に入る前に、二酸化炭素含有ガスの圧縮されたストリーム１００をさらに予冷するように構成される。一実施形態では、二次熱交換器１１２は、二酸化炭素ストリーム１３６と併せて二酸化炭素のストリーム１４２を出力する。別の実施形態では、二酸化炭素ストリーム１４２は、−９７℃の固体二酸化炭素である。加えて、二次熱交換器１１２は、二酸化炭素含有ガスの予冷されたストリーム１００を膨張装置１１４に出力する。一実施形態では、二次熱交換器１１２から膨張装置１１４に供給される、圧縮された二酸化炭素含有ガスの予冷されたストリーム１００は、ストリーム１４０と同じ温度である。代替的に、圧縮された二酸化炭素含有ガスの予冷されたストリーム１００は、ストリーム１４０とは異なる温度である。別の実施形態では、ストリーム１４２がストリーム１３６と組み合わされるときに、結果的に組み合わされた二酸化炭素ストリームの温度は−１０２℃である。
【００２０】
二次熱交換器１１２は、コーティングされた表面に固体二酸化炭素１４６が付着するのを防ぐまたは実質的に防ぐために、着氷防止コーティング１４４を備える。一実施形態では、二次熱交換器１１２は、固体二酸化炭素粒子１４６を収集するための収集部分１４８を備える。別の実施形態では、固体二酸化炭素粒子１４６は収集および貯蔵される。さらに別の実施形態では、固体二酸化炭素粒子１４６は、二酸化炭素ストリーム１４２として出力される。さらに別の実施形態では、二次熱交換器１１２は、コーティングされた表面１４４に固体二酸化炭素１４６が付着するのを防ぐまたは実質的に防ぐために、熱交換器１１２を振動させる振動装置１５０を備える。
【００２１】
一実施形態では、二酸化炭素が減少したガスのストリーム１３４は、熱交換器１０８に戻される。別の実施形態では、二酸化炭素が減少したストリーム１３４は、−１１９℃の温度で熱交換器１０８に供給され、ガスのストリーム１３２をおよそ−８３℃の入力温度からおよそ−８７℃に冷却し、二酸化炭素が減少したストリーム１５２は、熱交換器１０８をおよそ−８８℃で出る。さらに別の実施形態では、二酸化炭素が減少したストリーム１５２は、圧縮ガスストリーム１３２を冷却するために熱交換器１０６に供給される。さらに別の実施形態では、熱交換器１０６は、ストリーム１３２をおよそ２５℃の温度からおよそ−８３℃に冷却し、二酸化炭素が減少したガスを貯蔵チャンバ１２４に排出する。
【００２２】
一実施形態では、１つまたは複数の熱交換器１０４、１０６、１０８、および１１２の中の冷媒と圧縮ガスストリームとの間の温度差は５℃以下である。一実施形態では、５℃の温度差は、対向流式熱交換器である熱交換器１０４、１０６、１０８、および１１２のうちの１つまたは複数によって促進される。例えば、図３に示すように、システムは、１１個の例示的なセグメント１〜１１にセグメント化される。各セグメントは、システムの経路に沿った異なる地点を表す。このように、二酸化炭素含有ガスのストリーム１００が熱交換器１０４、１０６、１０８、および１１２のそれぞれの中の冷たいストリームと接するときに、熱交換器１０４、１０６、１０８、および１１２の対向流配置は、熱交換器内の冷たいストリーム（例えば、冷たいストリーム１３４、１３６、１３８、１４０）と温かいストリーム（例えば、二酸化炭素含有ガスのストリーム１００）とのおよそ５℃となる温度差（すなわち、ピンチポイント）を提供する。５℃の温度差は、二酸化炭素含有ガスからの二酸化炭素の低温回収の制御されたかつ効率的な様態を促進する。
【００２３】
図４に示されるのは、図３のセグメント１〜１１のそれぞれにおけるエネルギーバランスの例示的なプロットである。図４のバーのそれぞれは、熱交換器内のそれぞれの冷却するストリームと温かいストリームとの間の５℃の温度差を維持するためにストリームに追加１５４されるまたはストリームから除去１５６される必要があるエネルギーの量を表す。負のエネルギー値は、特定のストリームから除去されなければならないエネルギーに対応する。例えば、圧縮された二酸化炭素含有ガスのストリーム１００は各熱交換器の中で冷却されるため、ストリーム１００のエネルギーバランスは常に負である。一実施形態では、ゾーン１〜４では、ストリーム１００から除去される量よりも多量のエネルギーが冷却するストリームに追加１５８されなければならない。ゾーン５〜１０では、冷却するストリームに追加される必要があるよりも多くのエネルギーがストリーム１００から除去されなければならない。一実施形態では、ゾーン５〜１０は、熱交換器１１２を通る経路を表し、この場合、ゾーン５〜１０のストリーム１００からエネルギーを除去するために二次熱交換器１１２に冷媒１４０を提供するのに冷凍システム１１６が採用される。別の実施形態では、ゾーン１１のストリーム１００から熱を除去するために冷凍システム１１６が用いられる。別の実施形態では、ゾーン５〜１１の冷凍システム１１６の中の冷媒１４０から除去された熱は、ゾーン１〜４の加温装置１２０および液−気相変化装置１１８に伝達される。ゾーン１〜１１は例示的なものであり、システムが本明細書で説明されるように機能することを可能にする様態でシステムに沿って分布していてもよい。
【００２４】
図５に示されるのは、炭素回収システムを含む場合がある異なる複合サイクルシステムの正味効率ポイントおよび排気ガス再循環レベルの例示的なプロットである。排気ガス再循環（ＥＧＲ）レベルは、天然ガス複合サイクルシステムのような複合サイクルシステムのオペレータにより制御されるパラメータである。典型的に、複合サイクルシステムは、およそ５０％の効率（すなわち、５０正味効率ポイント）で稼働する。しかしながら、複合サイクルシステムに炭素回収システムが付加されるときに効率の低下が起こり、これはシステムの正味効率ポイントを減少させる。線１６０は、炭素回収システムなしの天然ガス複合サイクルシステムの正味効率ポイントをプロットし、発電所のようなベースライン複合サイクルシステムを表す。線１６２は、アミンベースの炭素回収システムを含む天然ガス複合サイクルシステムの正味効率ポイントをプロットする。図のように、アミンベースの炭素回収システムを用いるとき、すべてのＥＧＲレベルでおよそ７効率ポイントの損失（すなわち、効率ペナルティ）を負う。線１６４は、本開示に係るマルチストリーム熱交換器を含まない公知の低温炭素回収システムを含む天然ガス複合サイクルシステムの正味効率ポイントをプロットする。図５に示すように、伝統的な低温炭素回収システムでは−９ポイントから−７ポイントまでの間にわたる効率ペナルティを負う。線１６６は、本開示に係る低温炭素回収システムを含む天然ガス複合サイクルシステムの正味効率ポイントをプロットする。図のように、およそ−８ポイント〜−６ポイントの効率ペナルティを負う。線１６８は、本開示に係る低温炭素回収システムとアミンベースの炭素回収システムとを含む天然ガス複合サイクルシステムの正味効率ポイントをプロットする。したがって、図５に示すように、本開示に係る低温炭素回収システムは、公知の炭素回収システム（すなわち、線１６２および１６４）と比べて１〜２ポイント増の天然ガス複合サイクルシステムの正味効率ポイント（低減したペナルティ）が得られる可能性がある。
【００２５】
いくつかの実施形態では、上記で説明されるシステムおよび方法は、電子的にまたはコンピュータで制御される。本明細書で説明される実施形態は、本明細書で説明される処理およびタスクを行うための如何なる特定のシステムコントローラまたはプロセッサにも限定されない。本明細書で用いられる場合のコントローラまたはプロセッサという用語は、計算、すなわち本明細書で説明されるタスクを行うのに必要な計算を行うことができるあらゆるマシンを表すように意図される。コントローラおよびプロセッサという用語はまた、構造化された入力を受け入れること、およびその入力を規定のルールに従って処理して出力をもたらすことができるあらゆるマシンを表すように意図される。本明細書で用いられる場合の「するように構成される」というフレーズは、当業者によって理解されるようにコントローラ／プロセッサが本発明の実施形態のタスクを行うためのハードウェアとソフトウェアとの組合せを搭載することを意味することにも留意されたい。本明細書で用いられる場合のコントローラ／プロセッサという用語は、本明細書で説明される機能を実行することができる中央処理装置、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、縮小命令セット回路（ＲＩＳＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、論理回路、およびあらゆる他の回路またはプロセッサを指す。
【００２６】
本明細書で説明される実施形態は、一時的でないコンピュータ可読記憶媒体を含む１つまたは複数のコンピュータ可読媒体を包含し、この場合、各媒体は、データまたはデータを取り扱うためのコンピュータで実行可能な命令を含むまたはその上に含むように構成されてもよい。コンピュータで実行可能な命令は、種々の異なる機能を行うことができる汎用コンピュータに関連する処理システムまたは限られた数の機能を行うことができる特殊用途のコンピュータに関連する処理システムのような処理システムによってアクセスされてもよいデータ構造、オブジェクト、プログラム、ルーチン、または他のプログラムモジュールを含む。本開示の態様は、本明細書で説明される命令を実行するように構成されるときに汎用コンピュータを特殊用途のコンピューティング装置に変化させる。コンピュータで実行可能な命令は、処理システムに特定の機能または機能の群を行わせるものであり、本明細書で開示された方法のステップを実施するためのプログラムコード手段の例である。さらに、実行可能な命令の特定のシーケンスは、こうしたステップを実施するのに用いられてもよい対応する動作の例を提供する。コンピュータ可読媒体の例は、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）、読出し専用メモリ（「ＲＯＭ」）、プログラム可能読出し専用メモリ（「ＰＲＯＭ」）、消去可能プログラム可能読出し専用メモリ（「ＥＰＲＯＭ」）、電気的消去可能プログラム可能読出し専用メモリ（「ＥＥＰＲＯＭ」）、コンパクトディスク読出し専用メモリ（「ＣＤ−ＲＯＭ」）、もしくは処理システムによってアクセスされてもよいデータまたは実行可能な命令を提供することができるあらゆる他の装置またはコンポーネントを含む。
【００２７】
本明細書で説明されるようなコンピュータまたはコンピューティング装置は、１つまたは複数のプロセッサまたは処理装置、システムメモリ、および或る形態のコンピュータ可読媒体を有する。限定ではなく単なる例として、コンピュータ可読媒体は、コンピュータ記憶媒体および通信媒体を含む。コンピュータ記憶媒体は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、または他のデータのような情報の記憶のためのあらゆる方法または技術で実装される揮発性および不揮発性、取り外し可能および取り外し不能媒体を含む。通信媒体は、典型的に、搬送波または他の輸送機構のような変調されたデータ信号でコンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、または他のデータを具体化するものであり、あらゆる情報配信媒体を含む。上記のいずれかの組合せもまた、コンピュータ可読媒体の範囲内に含まれる。
【００２８】
本明細書は、例を用いて最良の形態を含む本発明を開示し、あらゆる装置またはシステムを作製することおよび用いることならびにあらゆる組み込まれた方法を行うことを含む本発明を当業者が実施できるようにしている。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の例を含んでもよい。それらが特許請求の範囲の文字通りの言葉と相違ない構成要素を有する場合、またはそれらが特許請求の範囲の文字通りの言葉とそれほど相違ない同等の構成要素を含む場合、このような他の例は特許請求の範囲内となるように意図される。
【符号の説明】
【００２９】
１００ 二酸化炭素ガスの圧縮されたストリーム
１０２ マルチストリーム熱交換器
１０４ 熱交換器
１０６ 熱交換器
１０８ 熱交換器
１１０ マニホルド
１１２ 二次熱交換器
１１４ 膨張装置
１１６ 冷凍装置
１１８ 固−液相変化装置
１２０ 固−液相変化装置
１２２ 貯蔵チャンバ
１２４ 貯蔵チャンバ
１２６ 水予冷器
１２８ 入力
１３０ 第１のストリーム
１３２ 第２のストリーム
１３４ 二酸化炭素が減少したガスのストリーム
１３６ 固体二酸化炭素のストリーム
１３８ 液体二酸化炭素のストリーム
１４０ 冷媒
１４２ 二酸化炭素のストリーム
１４４ 着氷防止コーティング
１４６ 固体二酸化炭素
１４８ 収集部分
１５０ 振動装置
１５２ 二酸化炭素が減少したストリーム
１５４ 追加されたエネルギー
１５６ 除去されたエネルギー
１５８ 追加されたエネルギー
１６０ 正味効率ポイントｗ／ｏ炭素回収
１６２ アミンベースの炭素回収を含む正味効率ポイント
１６４ マルチストリーム熱交換器を含まない公知の低温炭素回収システムを含む天然ガス複合サイクルシステムの正味効率ポイント
１６６ 本開示に係る低温炭素回収システムを含む天然ガス複合サイクルシステムの正味効率ポイント
１６８ 本開示に係る低温炭素回収システムとアミンベースの炭素回収システムとを含む天然ガス複合サイクルシステムの正味効率ポイント
【技術分野】
【０００１】
本開示の分野は、一般に、二酸化炭素含有ガスからの二酸化炭素（ＣＯ2）の低温回収に関する。より詳細には、本開示は、ガスのストリームから二酸化炭素を分離して、その二酸化炭素を用いて煙道ガスを予冷するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エネルギー生産のための燃料の燃焼は、大量の排気ガス、例えば、化石燃料を燃やす発電所で生じる排気ガスを発生させる。排気ガスは煙道を介して燃焼チャンバを出て、典型的には大気に排出されるため、排気ガスは、通常、煙道ガスと呼ばれる。煙道ガスの組成は、燃焼される燃料に依存する。典型的な煙道ガスは、窒素、二酸化炭素、水蒸気、酸素、一酸化炭素、酸化物、および粒子状物質を含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１１／０１４６３０２号明細書
【発明の概要】
【０００４】
二酸化炭素ガスは、地球温暖化に寄与する可能性がある温室効果ガスとなることがわかっている。二酸化炭素ガスはまた、食物および飲料産業で用いられる成分であり、光合成を通じた植物の成長に寄与する。典型的に、二酸化炭素は、アミンを用いて煙道ガスから除去される場合がある。代替的に、固体ＣＯ2が形成されるまで煙道ガスが低温の温度に冷却される、二酸化炭素の低温回収は、アミンベースの溶媒を使用する現行の技術への代替的方法である。しかしながら、冷たいストリームと煙道ガスとの間の直接熱交換は、結果的に２つのストリームの間の大きい温度差をもたらし、エネルギー効率が良くない。さらに、冷却するストリームを収容する管の表面上に固体ＣＯ2が形成され、したがって冷たい管と煙道ガスとの間の熱伝達効率が低下する。加えて、管の表面からの固体ＣＯ2の除去は、技術的課題をもたらす。
【０００５】
本開示は、低温二酸化炭素除去プロセスにおける熱交換器の冷たいストリームと煙道ガスの温かいストリームとの間の効果的な熱伝達を可能にするシステムおよび方法を説明する。
【０００６】
１つの態様では、二酸化炭素を回収するための装置は、圧縮された煙道ガスを供給するための供給源と、圧縮された煙道ガスを予冷するためのマルチストリーム熱交換器と、マルチストリーム熱交換器の下流に位置するガス膨張装置であり、圧縮された煙道ガスを二酸化炭素が減少したガスの第１のサブストリームと二酸化炭素の第２のサブストリームへと膨張させるガス膨張装置と、第１のサブストリームの少なくとも一部をマルチストリーム熱交換器に再循環させる第１の再循環チャネルと、第２のサブストリームの少なくとも一部をマルチストリーム熱交換器に再循環させる第２の再循環チャネルとを備える。マルチストリーム熱交換器は、第１のサブストリームおよび第２のサブストリームを用いて、圧縮された煙道ガスを予冷するように構成される。
【０００７】
別の態様では、二酸化炭素を回収する方法は、二酸化炭素を含有する圧縮ガスを提供すること、マルチストリーム熱交換器の中で圧縮ガスを予冷すること、二酸化炭素が減少したガスの第１のサブストリームと二酸化炭素の第２のサブストリームとを提供するためにガス膨張装置の中で圧縮ガスを膨張させること、ならびに圧縮ガスの予冷を促進するために第１のサブストリームおよび第２のサブストリームをマルチストリーム熱交換器に供給することを含む。
【０００８】
さらに別の態様では、炭素回収システムは、圧縮された煙道ガスを供給するための供給部と、圧縮された煙道ガスを冷却する水予冷器と、圧縮された煙道ガスをさらに予冷するための、水予冷器の下流に位置するマルチストリーム熱交換器と、マルチストリーム熱交換器の下流に位置するガス膨張装置であり、圧縮された煙道ガスを二酸化炭素が減少したガスの第１のサブストリームと二酸化炭素の第２のサブストリームへと膨張させるガス膨張装置と、第１のサブストリームの少なくとも一部をマルチストリーム熱交換器に再循環させる第１の再循環チャネルと、第２のサブストリームの少なくとも一部をマルチストリーム熱交換器に再循環させる第２の再循環チャネルとを備える。マルチストリーム熱交換器は、第１のサブストリームおよび第２のサブストリームを用いて、圧縮された煙道ガスを予冷するように構成される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本開示に係る例示的な低温炭素回収システムのブロック図である。
【図２】本開示に係る例示的な熱交換器の断面である。
【図３】本開示に係る熱交換器の中の煙道ガスの温度および冷たいストリームの温度の例示的なプロットを示すチャートである。
【図４】本開示に係るエネルギーおよび熱交換器区域の例示的なプロットを示すチャートである。
【図５】正味効率ポイントおよび排気ガス再循環値をプロットするチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本開示は、低温二酸化炭素除去プロセスにおける熱交換器の冷たいストリームと煙道ガスの温かいストリームとの間の効果的な熱伝達を促進する技術的効果を提供するシステムおよび方法を説明する。
【００１１】
図１に概して示されるのは、本開示に係る低温の炭素回収システムの例示的な実施形態である。一実施形態では、炭素回収システムは、二酸化炭素含有ガスの圧縮されたストリーム（例えば、煙道ガス）１００と、熱交換器１０４、１０６、および１０８を備えるマルチストリーム熱交換器１０２と、マニホルド１１０と、二次熱交換器１１２と、膨張装置１１４と、冷凍装置１１６と、一対の固−液相変化装置１１８、１２０と、貯蔵チャンバ１２２、１２４と、水予冷器１２６とを含む。
【００１２】
一実施形態では、二酸化炭素ガスの圧縮されたストリーム１００は、電気の発電所のような化石燃料だき発電所の煙道から抽出される煙道ガスである。二酸化炭素ガスの圧縮されたストリーム１００の圧力および温度は、ガスの成分と、圧縮のために用いられる圧縮機に依存する。一実施形態では、圧縮機は、ユーザによって選択される温度および圧力を提供するためにオペレータによって制御される。代替的に、圧縮機は、二酸化炭素ガスの圧縮されたストリーム１００を所定の圧力および温度に自動的に調節して提供してもよい。例えば、一実施形態では、二酸化炭素ガスの圧縮されたストリーム１００は、およそ２５℃の温度および４．８バールの圧力で提供される。別の実施形態では、二酸化炭素ガスの圧縮されたストリーム１００の成分は、二酸化炭素ガスの圧縮されたストリーム１００の流量がおよそ５，８１１，３７０ｌｂｍ／時のとき、モル分率で０．６６８が窒素、０．１６７が水蒸気、０．１３３が二酸化炭素、０．０２４が酸素、および０．００８がアルゴンである。
【００１３】
一実施形態では、二酸化炭素含有ガスの圧縮されたストリーム１００は、入力１２８を介してマルチストリーム熱交換器１０２に入る。一実施形態では、マルチストリーム熱交換器１０２は、気−液熱交換器１０４、気−気熱交換器１０６、および気−固熱交換器１０８を備える。他の実施形態では、熱交換器１０４、１０６、および１０８は、システムが本明細書で説明されるように機能することを可能にする任意の適切な熱交換器である。
【００１４】
一実施形態では、二酸化炭素ガスの圧縮されたストリーム１００は、マルチストリーム熱交換器１０２に入る前に２つのストリーム１３０、１３２に分けられる。代替的に、マルチストリーム熱交換器１０２は、二酸化炭素ガスの圧縮されたストリーム１００を、マルチストリーム熱交換器１０２に入った後で２つのストリームに分けるように構成される。一実施形態では、ストリーム１３０および１３２は等しい流量ではなく、例えば、ストリーム１３２は、二酸化炭素ガスの圧縮されたストリーム１００のすべての流れのおよそ６０％〜９０％であり、ストリーム１３０はおよそ１０％〜４０％である。別の実施形態では、ストリーム１３２は、二酸化炭素ガスの圧縮されたストリーム１００のすべての流れのおよそ７５％〜９０％であり、ストリーム１３０はおよそ１０％〜２５％である。さらに別の実施形態では、ストリーム１３２は、二酸化炭素ガスの圧縮されたストリーム１００のすべての流れのおよそ８０％であり、ストリーム１３０はおよそ２０％である。しかしながら、ストリーム１３０および１３２の流量の割合は、システムが本明細書で説明されるように機能することを可能にする任意の割合であってもよい。
【００１５】
マルチストリーム熱交換器１０２は、二酸化炭素ガスの圧縮されたストリーム１００を予冷するように構成される。一実施形態では、二酸化炭素ガスの圧縮されたストリーム１００を予冷するために、マルチストリーム熱交換器１０２は、二酸化炭素が減少した材料のストリーム１３４と二酸化炭素のストリーム１３６を使用する。ストリーム１３４および１３６は、固体、液体、またはガスの形態であってもよい。一実施形態では、ストリーム１３４は二酸化炭素が減少したガスのストリームであり、ストリーム１３６は固体二酸化炭素のストリームである。
【００１６】
二酸化炭素が減少した材料のストリーム１３４と二酸化炭素のストリーム１３６は、マルチストリーム熱交換器１０２の下流に位置する膨張装置１１４から提供される。二酸化炭素含有ガスの圧縮されたストリーム１００は、膨張装置１１４の中に流れる。膨張装置１１４は、二酸化炭素含有ガスの圧縮されたストリーム１００を膨張させて、これにより二酸化炭素含有ガスの圧縮されたストリーム１００を冷却する。膨張装置１１４は、膨張によって、二酸化炭素含有ガス１００の他の成分から二酸化炭素を分離する程度に二酸化炭素含有ガス１００を冷却する。一実施形態では、膨張装置１１４は、膨張後に、二酸化炭素ストリーム１３６を−１１９℃で、および二酸化炭素が減少したストリーム１３４を−１１９℃で出力する。
【００１７】
一実施形態では、二酸化炭素ストリーム１３６は、固−液相変化装置１１８を介して熱交換器１０４に送られる。固−液相変化装置１１８は、流入する固体二酸化炭素ストリーム１３６を、ストリーム１３６が液体二酸化炭素ストリーム１３８になるまで温める。別の実施形態では、液体二酸化炭素ストリーム１３８の温度は、およそ−５６℃である。液体二酸化炭素ストリーム１３８は、熱交換器１０４の中に送られ、ストリーム１３０を冷却する。一実施形態では、熱交換器１０４の出力でのストリーム１３０の温度は−５１℃であり、気−液熱交換器１０４から出る液体二酸化炭素ストリーム１３８の温度は−２２℃である。
【００１８】
図１に示すように、熱交換器１０４は、二酸化炭素ストリーム１３８を加温装置１２０に出力する。代替的に、加温装置１２０は、二酸化炭素ストリーム１３８をおよそ−２２℃から２０℃に温める。さらなる実施形態として、加温装置１２０は、二酸化炭素ストリーム１３８を貯蔵または隔離のために貯蔵チャンバ１２２に出力する。
【００１９】
一実施形態では、マルチストリーム熱交換器１０２と膨張装置１１４との間に二次熱交換器１１２が配置される。別の実施形態では、二次熱交換器１１２は、冷蔵庫装置１１６から冷媒１４０を供給される。二次熱交換器１１２は、ストリーム１００が膨張装置１１４に入る前に、二酸化炭素含有ガスの圧縮されたストリーム１００をさらに予冷するように構成される。一実施形態では、二次熱交換器１１２は、二酸化炭素ストリーム１３６と併せて二酸化炭素のストリーム１４２を出力する。別の実施形態では、二酸化炭素ストリーム１４２は、−９７℃の固体二酸化炭素である。加えて、二次熱交換器１１２は、二酸化炭素含有ガスの予冷されたストリーム１００を膨張装置１１４に出力する。一実施形態では、二次熱交換器１１２から膨張装置１１４に供給される、圧縮された二酸化炭素含有ガスの予冷されたストリーム１００は、ストリーム１４０と同じ温度である。代替的に、圧縮された二酸化炭素含有ガスの予冷されたストリーム１００は、ストリーム１４０とは異なる温度である。別の実施形態では、ストリーム１４２がストリーム１３６と組み合わされるときに、結果的に組み合わされた二酸化炭素ストリームの温度は−１０２℃である。
【００２０】
二次熱交換器１１２は、コーティングされた表面に固体二酸化炭素１４６が付着するのを防ぐまたは実質的に防ぐために、着氷防止コーティング１４４を備える。一実施形態では、二次熱交換器１１２は、固体二酸化炭素粒子１４６を収集するための収集部分１４８を備える。別の実施形態では、固体二酸化炭素粒子１４６は収集および貯蔵される。さらに別の実施形態では、固体二酸化炭素粒子１４６は、二酸化炭素ストリーム１４２として出力される。さらに別の実施形態では、二次熱交換器１１２は、コーティングされた表面１４４に固体二酸化炭素１４６が付着するのを防ぐまたは実質的に防ぐために、熱交換器１１２を振動させる振動装置１５０を備える。
【００２１】
一実施形態では、二酸化炭素が減少したガスのストリーム１３４は、熱交換器１０８に戻される。別の実施形態では、二酸化炭素が減少したストリーム１３４は、−１１９℃の温度で熱交換器１０８に供給され、ガスのストリーム１３２をおよそ−８３℃の入力温度からおよそ−８７℃に冷却し、二酸化炭素が減少したストリーム１５２は、熱交換器１０８をおよそ−８８℃で出る。さらに別の実施形態では、二酸化炭素が減少したストリーム１５２は、圧縮ガスストリーム１３２を冷却するために熱交換器１０６に供給される。さらに別の実施形態では、熱交換器１０６は、ストリーム１３２をおよそ２５℃の温度からおよそ−８３℃に冷却し、二酸化炭素が減少したガスを貯蔵チャンバ１２４に排出する。
【００２２】
一実施形態では、１つまたは複数の熱交換器１０４、１０６、１０８、および１１２の中の冷媒と圧縮ガスストリームとの間の温度差は５℃以下である。一実施形態では、５℃の温度差は、対向流式熱交換器である熱交換器１０４、１０６、１０８、および１１２のうちの１つまたは複数によって促進される。例えば、図３に示すように、システムは、１１個の例示的なセグメント１〜１１にセグメント化される。各セグメントは、システムの経路に沿った異なる地点を表す。このように、二酸化炭素含有ガスのストリーム１００が熱交換器１０４、１０６、１０８、および１１２のそれぞれの中の冷たいストリームと接するときに、熱交換器１０４、１０６、１０８、および１１２の対向流配置は、熱交換器内の冷たいストリーム（例えば、冷たいストリーム１３４、１３６、１３８、１４０）と温かいストリーム（例えば、二酸化炭素含有ガスのストリーム１００）とのおよそ５℃となる温度差（すなわち、ピンチポイント）を提供する。５℃の温度差は、二酸化炭素含有ガスからの二酸化炭素の低温回収の制御されたかつ効率的な様態を促進する。
【００２３】
図４に示されるのは、図３のセグメント１〜１１のそれぞれにおけるエネルギーバランスの例示的なプロットである。図４のバーのそれぞれは、熱交換器内のそれぞれの冷却するストリームと温かいストリームとの間の５℃の温度差を維持するためにストリームに追加１５４されるまたはストリームから除去１５６される必要があるエネルギーの量を表す。負のエネルギー値は、特定のストリームから除去されなければならないエネルギーに対応する。例えば、圧縮された二酸化炭素含有ガスのストリーム１００は各熱交換器の中で冷却されるため、ストリーム１００のエネルギーバランスは常に負である。一実施形態では、ゾーン１〜４では、ストリーム１００から除去される量よりも多量のエネルギーが冷却するストリームに追加１５８されなければならない。ゾーン５〜１０では、冷却するストリームに追加される必要があるよりも多くのエネルギーがストリーム１００から除去されなければならない。一実施形態では、ゾーン５〜１０は、熱交換器１１２を通る経路を表し、この場合、ゾーン５〜１０のストリーム１００からエネルギーを除去するために二次熱交換器１１２に冷媒１４０を提供するのに冷凍システム１１６が採用される。別の実施形態では、ゾーン１１のストリーム１００から熱を除去するために冷凍システム１１６が用いられる。別の実施形態では、ゾーン５〜１１の冷凍システム１１６の中の冷媒１４０から除去された熱は、ゾーン１〜４の加温装置１２０および液−気相変化装置１１８に伝達される。ゾーン１〜１１は例示的なものであり、システムが本明細書で説明されるように機能することを可能にする様態でシステムに沿って分布していてもよい。
【００２４】
図５に示されるのは、炭素回収システムを含む場合がある異なる複合サイクルシステムの正味効率ポイントおよび排気ガス再循環レベルの例示的なプロットである。排気ガス再循環（ＥＧＲ）レベルは、天然ガス複合サイクルシステムのような複合サイクルシステムのオペレータにより制御されるパラメータである。典型的に、複合サイクルシステムは、およそ５０％の効率（すなわち、５０正味効率ポイント）で稼働する。しかしながら、複合サイクルシステムに炭素回収システムが付加されるときに効率の低下が起こり、これはシステムの正味効率ポイントを減少させる。線１６０は、炭素回収システムなしの天然ガス複合サイクルシステムの正味効率ポイントをプロットし、発電所のようなベースライン複合サイクルシステムを表す。線１６２は、アミンベースの炭素回収システムを含む天然ガス複合サイクルシステムの正味効率ポイントをプロットする。図のように、アミンベースの炭素回収システムを用いるとき、すべてのＥＧＲレベルでおよそ７効率ポイントの損失（すなわち、効率ペナルティ）を負う。線１６４は、本開示に係るマルチストリーム熱交換器を含まない公知の低温炭素回収システムを含む天然ガス複合サイクルシステムの正味効率ポイントをプロットする。図５に示すように、伝統的な低温炭素回収システムでは−９ポイントから−７ポイントまでの間にわたる効率ペナルティを負う。線１６６は、本開示に係る低温炭素回収システムを含む天然ガス複合サイクルシステムの正味効率ポイントをプロットする。図のように、およそ−８ポイント〜−６ポイントの効率ペナルティを負う。線１６８は、本開示に係る低温炭素回収システムとアミンベースの炭素回収システムとを含む天然ガス複合サイクルシステムの正味効率ポイントをプロットする。したがって、図５に示すように、本開示に係る低温炭素回収システムは、公知の炭素回収システム（すなわち、線１６２および１６４）と比べて１〜２ポイント増の天然ガス複合サイクルシステムの正味効率ポイント（低減したペナルティ）が得られる可能性がある。
【００２５】
いくつかの実施形態では、上記で説明されるシステムおよび方法は、電子的にまたはコンピュータで制御される。本明細書で説明される実施形態は、本明細書で説明される処理およびタスクを行うための如何なる特定のシステムコントローラまたはプロセッサにも限定されない。本明細書で用いられる場合のコントローラまたはプロセッサという用語は、計算、すなわち本明細書で説明されるタスクを行うのに必要な計算を行うことができるあらゆるマシンを表すように意図される。コントローラおよびプロセッサという用語はまた、構造化された入力を受け入れること、およびその入力を規定のルールに従って処理して出力をもたらすことができるあらゆるマシンを表すように意図される。本明細書で用いられる場合の「するように構成される」というフレーズは、当業者によって理解されるようにコントローラ／プロセッサが本発明の実施形態のタスクを行うためのハードウェアとソフトウェアとの組合せを搭載することを意味することにも留意されたい。本明細書で用いられる場合のコントローラ／プロセッサという用語は、本明細書で説明される機能を実行することができる中央処理装置、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、縮小命令セット回路（ＲＩＳＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、論理回路、およびあらゆる他の回路またはプロセッサを指す。
【００２６】
本明細書で説明される実施形態は、一時的でないコンピュータ可読記憶媒体を含む１つまたは複数のコンピュータ可読媒体を包含し、この場合、各媒体は、データまたはデータを取り扱うためのコンピュータで実行可能な命令を含むまたはその上に含むように構成されてもよい。コンピュータで実行可能な命令は、種々の異なる機能を行うことができる汎用コンピュータに関連する処理システムまたは限られた数の機能を行うことができる特殊用途のコンピュータに関連する処理システムのような処理システムによってアクセスされてもよいデータ構造、オブジェクト、プログラム、ルーチン、または他のプログラムモジュールを含む。本開示の態様は、本明細書で説明される命令を実行するように構成されるときに汎用コンピュータを特殊用途のコンピューティング装置に変化させる。コンピュータで実行可能な命令は、処理システムに特定の機能または機能の群を行わせるものであり、本明細書で開示された方法のステップを実施するためのプログラムコード手段の例である。さらに、実行可能な命令の特定のシーケンスは、こうしたステップを実施するのに用いられてもよい対応する動作の例を提供する。コンピュータ可読媒体の例は、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）、読出し専用メモリ（「ＲＯＭ」）、プログラム可能読出し専用メモリ（「ＰＲＯＭ」）、消去可能プログラム可能読出し専用メモリ（「ＥＰＲＯＭ」）、電気的消去可能プログラム可能読出し専用メモリ（「ＥＥＰＲＯＭ」）、コンパクトディスク読出し専用メモリ（「ＣＤ−ＲＯＭ」）、もしくは処理システムによってアクセスされてもよいデータまたは実行可能な命令を提供することができるあらゆる他の装置またはコンポーネントを含む。
【００２７】
本明細書で説明されるようなコンピュータまたはコンピューティング装置は、１つまたは複数のプロセッサまたは処理装置、システムメモリ、および或る形態のコンピュータ可読媒体を有する。限定ではなく単なる例として、コンピュータ可読媒体は、コンピュータ記憶媒体および通信媒体を含む。コンピュータ記憶媒体は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、または他のデータのような情報の記憶のためのあらゆる方法または技術で実装される揮発性および不揮発性、取り外し可能および取り外し不能媒体を含む。通信媒体は、典型的に、搬送波または他の輸送機構のような変調されたデータ信号でコンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、または他のデータを具体化するものであり、あらゆる情報配信媒体を含む。上記のいずれかの組合せもまた、コンピュータ可読媒体の範囲内に含まれる。
【００２８】
本明細書は、例を用いて最良の形態を含む本発明を開示し、あらゆる装置またはシステムを作製することおよび用いることならびにあらゆる組み込まれた方法を行うことを含む本発明を当業者が実施できるようにしている。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の例を含んでもよい。それらが特許請求の範囲の文字通りの言葉と相違ない構成要素を有する場合、またはそれらが特許請求の範囲の文字通りの言葉とそれほど相違ない同等の構成要素を含む場合、このような他の例は特許請求の範囲内となるように意図される。
【符号の説明】
【００２９】
１００ 二酸化炭素ガスの圧縮されたストリーム
１０２ マルチストリーム熱交換器
１０４ 熱交換器
１０６ 熱交換器
１０８ 熱交換器
１１０ マニホルド
１１２ 二次熱交換器
１１４ 膨張装置
１１６ 冷凍装置
１１８ 固−液相変化装置
１２０ 固−液相変化装置
１２２ 貯蔵チャンバ
１２４ 貯蔵チャンバ
１２６ 水予冷器
１２８ 入力
１３０ 第１のストリーム
１３２ 第２のストリーム
１３４ 二酸化炭素が減少したガスのストリーム
１３６ 固体二酸化炭素のストリーム
１３８ 液体二酸化炭素のストリーム
１４０ 冷媒
１４２ 二酸化炭素のストリーム
１４４ 着氷防止コーティング
１４６ 固体二酸化炭素
１４８ 収集部分
１５０ 振動装置
１５２ 二酸化炭素が減少したストリーム
１５４ 追加されたエネルギー
１５６ 除去されたエネルギー
１５８ 追加されたエネルギー
１６０ 正味効率ポイントｗ／ｏ炭素回収
１６２ アミンベースの炭素回収を含む正味効率ポイント
１６４ マルチストリーム熱交換器を含まない公知の低温炭素回収システムを含む天然ガス複合サイクルシステムの正味効率ポイント
１６６ 本開示に係る低温炭素回収システムを含む天然ガス複合サイクルシステムの正味効率ポイント
１６８ 本開示に係る低温炭素回収システムとアミンベースの炭素回収システムとを含む天然ガス複合サイクルシステムの正味効率ポイント
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化炭素を回収するための装置であって、
圧縮された煙道ガスを供給するように構成される供給源（１００）と、
前記圧縮された煙道ガスを予冷するためのマルチストリーム熱交換器（１０２）であり、前記圧縮された煙道ガスを第１の圧縮されたストリーム（１３０）と第２の圧縮されたストリーム（１３２）に分けるように構成される、マルチストリーム熱交換器（１０２）と、
前記マルチストリーム熱交換器の下流に位置するガス膨張装置（１１４）であり、前記圧縮された煙道ガスを二酸化炭素が減少したガスの第１のサブストリーム（１３４）と二酸化炭素の第２のサブストリーム（１３６）へと膨張させるように構成される、ガス膨張装置（１１４）と、
前記第１のサブストリームの少なくとも一部を前記マルチストリーム熱交換器に再循環させるように構成される第１の再循環チャネル（１３８）と、
前記第２のサブストリームの少なくとも一部を前記マルチストリーム熱交換器に再循環させるように構成される第２の再循環チャネル（１５２）とを備え、前記マルチストリーム熱交換器が、前記第１のサブストリームおよび前記第２のサブストリームを用いて前記圧縮された煙道ガスを予冷するように構成される、装置。
【請求項２】
前記第１のサブストリーム（１３６）が前記第１の圧縮されたストリーム（１３０）を予冷し、前記第２のサブストリーム（１３４）が前記第２の圧縮されたストリーム（１３２）を予冷する、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記マルチストリーム熱交換器（１０２）が、前記第１の圧縮されたストリーム（１３０）が前記第２の圧縮されたストリーム（１３２）よりも大きい体積のストリームになるように前記煙道ガスを分離するように構成される、請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記第１の圧縮されたストリーム（１３０）と前記第２の圧縮されたストリーム（１３２）とを再び合流させるように構成されるマニホルド（１１０）をさらに備える、請求項３記載の装置。
【請求項５】
前記マルチストリーム熱交換器（１０２）の下流に位置する二次熱交換器（１１２）をさらに備え、前記二次熱交換器が、再合流した前記圧縮された煙道ガスを前記ガス膨張装置（１１４）に入る前にさらに冷却するように構成される、請求項４記載の装置。
【請求項６】
前記二次熱交換器（１１２）が着氷防止コーティング（１４４）を備える、請求項５記載の装置。
【請求項７】
前記二次熱交換器（１１２）が、前記二次熱交換器の中に形成された固体二酸化炭素（１４６）を収集するように構成される、請求項５記載の装置。
【請求項８】
前記二次熱交換器（１１２）が、前記二次熱交換器の表面からの固体二酸化炭素（１４６）の除去を促進するために前記二次熱交換器を振動させるように構成される振動装置（１５０）を備える、請求項５記載の装置。
【請求項９】
前記二次熱交換器（１１２）が着氷防止コーティング（１４４）を備える、請求項８記載の装置。
【請求項１０】
前記マルチストリーム熱交換器（１０２）が、出力チャネルを分けるために前記第１のサブストリーム（１３０）および前記第２のサブストリーム（１３２）を出力するように構成される、請求項２記載の装置。
【請求項１】
二酸化炭素を回収するための装置であって、
圧縮された煙道ガスを供給するように構成される供給源（１００）と、
前記圧縮された煙道ガスを予冷するためのマルチストリーム熱交換器（１０２）であり、前記圧縮された煙道ガスを第１の圧縮されたストリーム（１３０）と第２の圧縮されたストリーム（１３２）に分けるように構成される、マルチストリーム熱交換器（１０２）と、
前記マルチストリーム熱交換器の下流に位置するガス膨張装置（１１４）であり、前記圧縮された煙道ガスを二酸化炭素が減少したガスの第１のサブストリーム（１３４）と二酸化炭素の第２のサブストリーム（１３６）へと膨張させるように構成される、ガス膨張装置（１１４）と、
前記第１のサブストリームの少なくとも一部を前記マルチストリーム熱交換器に再循環させるように構成される第１の再循環チャネル（１３８）と、
前記第２のサブストリームの少なくとも一部を前記マルチストリーム熱交換器に再循環させるように構成される第２の再循環チャネル（１５２）とを備え、前記マルチストリーム熱交換器が、前記第１のサブストリームおよび前記第２のサブストリームを用いて前記圧縮された煙道ガスを予冷するように構成される、装置。
【請求項２】
前記第１のサブストリーム（１３６）が前記第１の圧縮されたストリーム（１３０）を予冷し、前記第２のサブストリーム（１３４）が前記第２の圧縮されたストリーム（１３２）を予冷する、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記マルチストリーム熱交換器（１０２）が、前記第１の圧縮されたストリーム（１３０）が前記第２の圧縮されたストリーム（１３２）よりも大きい体積のストリームになるように前記煙道ガスを分離するように構成される、請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記第１の圧縮されたストリーム（１３０）と前記第２の圧縮されたストリーム（１３２）とを再び合流させるように構成されるマニホルド（１１０）をさらに備える、請求項３記載の装置。
【請求項５】
前記マルチストリーム熱交換器（１０２）の下流に位置する二次熱交換器（１１２）をさらに備え、前記二次熱交換器が、再合流した前記圧縮された煙道ガスを前記ガス膨張装置（１１４）に入る前にさらに冷却するように構成される、請求項４記載の装置。
【請求項６】
前記二次熱交換器（１１２）が着氷防止コーティング（１４４）を備える、請求項５記載の装置。
【請求項７】
前記二次熱交換器（１１２）が、前記二次熱交換器の中に形成された固体二酸化炭素（１４６）を収集するように構成される、請求項５記載の装置。
【請求項８】
前記二次熱交換器（１１２）が、前記二次熱交換器の表面からの固体二酸化炭素（１４６）の除去を促進するために前記二次熱交換器を振動させるように構成される振動装置（１５０）を備える、請求項５記載の装置。
【請求項９】
前記二次熱交換器（１１２）が着氷防止コーティング（１４４）を備える、請求項８記載の装置。
【請求項１０】
前記マルチストリーム熱交換器（１０２）が、出力チャネルを分けるために前記第１のサブストリーム（１３０）および前記第２のサブストリーム（１３２）を出力するように構成される、請求項２記載の装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−７９７９６（Ｐ２０１３−７９７９６Ａ）
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１２−２０６４２８（Ｐ２０１２−２０６４２８）
【出願日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２０６４２８（Ｐ２０１２−２０６４２８）
【出願日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Ｆターム（参考）】
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