升压系统及气体的升压方法

升压系统及气体的升压方法
【专利摘要】本发明提供一种将对象气体升压至高于临界压的目标压以上的压力的升压系统，该升压系统包括：压缩部，其将上述对象气体压缩到临界压以上且不足目标压的中间压而生成中间超临界流体；冷却部，其将通过上述压缩部生成的上述中间超临界流体冷却至临界温度附近而生成中间超临界压液体；及泵部，其将通过上述冷却部生成的上述中间超临界压液体升压至上述目标压以上的压力，将由上述泵部升压后的上述中间超临界压液体、在泵部的上游侧对上述中间超临界压液体进行抽液而减压至临界压附近而生成的低温液体、及外部冷却介质中的至少一者用作冷却部中的冷却介质。
【专利说明】升压系统及气体的升压方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及对气体进行升压的升压系统及升压方法。
【背景技术】
[0002]升压系统是将作为对象的气体升压至目标压力的装置。
[0003]在此，近年来，由于作为温室效应气体而被公知的二氧化碳的排出量增大而导致全球气候变暖等问题逐渐显著化。尤其是公知有如下技术:在火力发电厂的废气中含有大量的二氧化碳，在将该二氧化碳分离?回收之后，利用升压系统进行升压，向陆地的地下、海底的地下贮存，从而减少大气中的二氧化碳。
[0004]在这样的升压系统中，利用多级构成的压缩机来依次进行二氧化碳的压缩，利用二次冷却器对处于超临界压力.温度以上的状态的二氧化碳进行冷却，从而获得最适于输送.贮存的目标温度.压力的二氧化碳。
[0005]然而，在仅具有以上述气体状态进行升压的压缩机的系统中，为了获得目标温度?压力的二氧化碳，需要超高压大容量的二次冷却器，通过形成超高压压缩区域而使升压系统整体的运转效率、可靠性降低。
[0006]在此，例如在专利文献I中，公开了未使用上述二次冷却器的升压系统(二氧化碳液化装置)。在该升压系统中，在前方级侧设置压缩机，在后方级侧设置泵而依次进行二氧化碳的压缩。此外，在将二氧化碳从压缩机向泵导入时，利用由泵进行升压而达到超临界压的液体状态的二氧化碳的冷能，使二氧化碳的液化效率化。
[0007]在先技术文献
[0008]专利文献
[0009]专利文献1:日本特开2010-266154号公报
[0010]发明要解决的问题
[0011]然而，在上述专利文献I的升压系统中，通过将压缩机与泵组合而不再需要二次冷却器，虽然能够谋求降低动力，但利用压缩机仅使气体(二氧化碳)升压至临界压力以下的压力，从而进行冷却液化并向泵中导入。因此，液化所需的冷量非常大且形成为低温，在外部制冷循环中需要较大的动力。因此，作为整体的运转效率存在改善的余地。

【发明内容】

[0012]本发明提供进一步降低动力而提高运转效率的升压系统及气体的升压方法。
[0013]解决方案
[0014]本发明的第一实施方式的升压系统是将对象气体升压至高于临界压的目标压以上的压力的升压系统，该升压系统包括:压缩部，其将上述对象气体压缩至临界压以上且不足目标压的中间压而生成 中间超临界流体；冷却部，其将由上述压缩部生成的上述中间超临界流体冷却至临界温度附近而生成中间超临界压液体；泵部，其将由上述冷却部生成的上述中间超临界压液体升压至上述目标压以上的压力；及加热部，其将由上述泵部升压的上述中间超临界压液体加热至临界温度附近，上述冷却部具有在与上述加热部之间进行热交换而对上述中间超临界流体进行冷却的主冷却部。
[0015]根据这样的升压系统，利用压缩部进行前方级侧的压缩，利用泵部进行基于成为更高压的后方级侧的中间超临界流体的压送的升压，从而形成目标压以上的压力的液体。之后，能够利用加热部最终加热至临界温度以上，从而获得作为目标的压力、温度的超临界流体。S卩，在后级侧形成高压的部分处，假设在应用压缩机进行加压的情况下，大多需要高压气封、与高压对应的压缩机外壳，但通过在后级侧采用泵部，则不需要上述高压对应，故能够降低成本、提高可靠性，也不需要对加压后的超临界流体进行冷却的二次冷却器，从而能够降低动力。
[0016]在此，在冷却部中，对利用压缩部达到临界压以上的压力状态的中间超临界流体进行冷却而形成中间超临界压液体，因此与在不足临界压的状态下进行冷却的情况相比较，能够一边将冷却所需的热量显著地抑制得较小、一边使中间超临界流体液化。
[0017]此外，利用冷却部中的主冷却部，对由压缩部进行压缩后的中间超临界流体进行冷却而生成中间超临界压液体，能够将该中间超临界压液体向泵部导入，并且利用在中间超临界流体的冷却时回收的热量，在与加热部之间进行热交换，由此能够更高效地将中间超临界压液体加热至临界温度以上，从而获得作为目标的压力、温度的超临界流体。
[0018]另外，本发明的第二实施方式的升压系统还包括抽液减压部，该抽液减压部设置在上述第一实施方式中的上述冷却部与上述泵部之间，并对上述中间超临界压液体进行抽液而减压至临界压附近，从而生成低温液体，也可以利用上述主冷却部，在与由上述抽液减压部生成的上述低温液体之间进行热交换，从而对上述中间超临界流体进行冷却。
[0019]利用这样的抽液减压部，通过有效地利用向泵部导入的中间超临界压液体自身的冷能，从而在不额外设置从中间超临界流体生成中间超临界压液体所需要的冷凝器的情况下，能够可靠地生成向泵部导入的中间超临界压液体。
[0020]此外，本发明的第三实施方式的升压系统是将对象气体升压至高于临界压的目标压以上的压力的升压系统，该升压系统包括:压缩部，其将上述对象气体压缩至临界压以上且不足目标压的中间压而生成中间超临界流体；冷却部，其将由上述压缩部生成的上述中间超临界流体冷却至临界温度附近而生成中间超临界压液体；泵部，其将由上述冷却部生成的上述中间超临界压液体升压至上述目标压以上的压力；及抽液减压部，其设置在上述冷却部与上述泵部之间，并对上述中间超临界压液体进行抽液而减压至临界压附近，从而生成低温液体，上述冷却部具有在与由上述抽液减压部生成的上述低温液体之间进行热交换而对上述中间超临界流体进行冷却的主冷却部。
[0021]根据这样的升压系统，通过在后级侧采用泵部，与假设在后级侧应用压缩机的情况相比较，不需要对应高压，因此能够降低成本、提高可靠性，也无需对加压后的超临界流体进行冷却的二次冷却器，从而能够降低动力。此外，在冷却部中，与在不足临界压的状态下进行冷却的情况相比较，能够一边将冷却所需的热量显著地抑制得较小、一边使该超临界流体液化。另外，利用抽液减压部，向泵部导入的中间超临界压液体自身的冷能被冷却部中的主冷却部利用，无须额外设置冷凝器，便能对由压缩部压缩后的中间超临界流体进行冷却而生成中间超临界压液体，并向泵部导入。
[0022]另外，在本发明的第四实施方式的升压系统中，也可以使由上述第二或第三实施方式中的上述抽液减压部生成的上述低温液体在上述主冷却部进行热交换，由此将被加热汽化而生成的气体或超临界流体送回到上述压缩部中的相应压力部。
[0023]这样的话，无需由抽液减压部抽液并将生成的低温液体向外部排出，便能向与从低温液体生成的气体或超临界流体的压力相应的压缩机的相应压力部送回该气体或超临界流体，因此能够进一步提高升压系统整体的效率。
[0024]另外，在本发明的第五实施方式的升压系统中，上述第一至第四实施方式中的上述冷却部也可以具有预冷却部，该预冷却部在与冷却介质之间进行热交换，并将上述中间超临界流体冷却而向上述主冷却部输送。
[0025]利用这样的预冷却部，能够对中间超临界流体预冷却，因此能够降低在主冷却部所需要的冷量。
[0026]本发明的第六实施方式的气体的升压方法是将对象气体升压至高于临界压的目标压以上的压力的气体的升压方法，该气体的升压方法包括:压缩工序，其将上述对象气体压缩至临界压以上且不足目标压的中间压而生成中间超临界流体；冷却工序，其将由上述压缩工序生成的上述中间超临界流体冷却至临界温度附近而生成中间超临界压液体；及泵工序，其将由上述冷却工序生成的上述中间超临界压液体升压至上述目标压以上的压力，在上述冷却工序中，将由上述泵工序升压后的上述中间超临界压液体、在上述泵工序开始之前对上述中间超临界压液体进行抽液且减压至临界压附近而生成的低温液体、及外部冷却介质中的至少一者用作冷却介质而对中间超临界流体进行冷却。
[0027]根据这样的气体的升压方法，在压缩工序之后包括泵工序，从而与假设仅利用压缩工序进行气体的升压至目标压以上的压力的情况相比较，无需对应高压，因此能够降低成本，由于也不再需要对升压后的超临界流体进行冷却的二次冷却器，因此能够降低动力。此外，在冷却工序中对处于临界压以上的压力状态的中间超临界流体进行冷却而形成为中间超临界压液体，因此与在临界压以下的状态下进行冷却的情况相比较，能够一边将冷却所需的热量显著地抑制得较小、一边使中间超临界流体液化。另外，在冷却工序中，能够利用中间超临界压液体、低温液体、外部冷却介质等有效地冷却中间超临界流体。
[0028]发明效果
[0029]根据本发明的升压系统及气体的升压方法，将压缩部与泵部组合起来，在冷却部中以临界压以上的压力状态对中间超临界流体进行冷却，由此能够进一步降低动力而提高运转效率。
【专利附图】

【附图说明】
[0030]图1是表示本发明的第一实施方式的升压系统的概要的系统图。
[0031 ] 图2涉及本发明的第一实施方式的升压系统，是表示二氧化碳的状态的P_h线图。
[0032]图3是表示本发明的第一实施方式的第一变形例的升压系统的概要的系统图。
[0033]图4涉及本发明的第一实施方式的第一变形例的升压系统，是表示二氧化碳的状态的Ρ-h线图。
[0034]图5是表示本发明的第一实施方式的第二变形例的升压系统的概要的系统图。
[0035]图6是表示本发明的第一实施方式的第三变形例的升压系统的概要的系统图。
[0036]图7是表示本发明的第二实施方式的升压系统的概要的系统图。[0037]图8是表示本发明的第二实施方式的变形例的升压系统的概要的系统图。
[0038]图9涉及本发明的第二实施方式的变形例的升压系统，是表示二氧化碳的状态的P-h线图。
【具体实施方式】
[0039]以下，说明本发明的第一实施方式的升压系统I。在本实施方式中，升压系统I成为组装有泵的齿轮式压缩机，该泵使作为对象气体的二氧化碳F的气体升压至规定的压力、温度，以便能够将上述气体贮存到陆地的地下、海底的地下。
[0040]需要说明的是，齿轮式压缩机是借助齿轮使多个叶轮连动的多轴多级结构的压缩机。
[0041]如图1所示，升压系统I包括:压缩部2，其导入作为对象气体的二氧化碳F并对其进行压缩；泵部3，其设置在压缩部2的后方级侧并对二氧化碳F进行升压；冷却部4，其设置在压缩部2与泵部3之间。
[0042]另外，该升压系统I包括:加热部5，其对由泵部3升压后的二氧化碳F进行加热；抽液减压部6，其设置在冷却部4与泵部3之间并导出二氧化碳F ;旁通流路7，其将来自抽液减压部6的二氧化碳F送回到压缩部2。
[0043]压缩部2具有设为多级(在本实施方式中为六级)的多个叶轮10及在叶轮10彼此之间及与冷却部4之间各设置一个的多个中间冷却器20。而且，压缩部2将导入的二氧化碳F作为导入气体H)反复进行压缩和冷却，并且压缩至临界压以上且不足目标压的中间压的压力状态，从而生成中间超临界流体F1。二氧化碳F的临界压是7.4 [MPa]。作为目标压，设为比该临界压高的值，例如设定为15 [MPa]。此外，作为由压缩部2生成的中间超临界流体Fl的中间压，例如设定为10 [MPa]。
[0044]在此，在压缩部2中，由导入二氧化碳F且供其流通的、从上游侧朝向下游侧依次设置的一级压缩叶轮11、第一中间冷却器21、二级压缩叶轮12、第二中间冷却器22、三级压缩叶轮13、第三中间冷却器23、四级压缩叶轮14、第四中间冷却器24、五级压缩叶轮15、第五中间冷却器25、六级压缩叶轮16及第六中间冷却器26构成，上述构件通过管路8a、8b、8c、8d、8e、8f、8g、8h、81、8j、8k、81、8m、8n 而彼此连接。
[0045]冷却部4借助管路81而与第六中间冷却器26的下游侧连接，并将从成为压缩部2的最终级的六级压缩叶轮16生成的中间超临界流体Fl冷却至临界温度附近并使其液化，从而生成中间超临界压液体F2。
[0046]该冷却部4具有对由压缩部2生成的中间超临界流体Fl进行预冷却的预冷却部29及对由预冷却部29冷却后的中间超临界流体Fl进行进一步冷却而生成中间超临界压液体F2的主冷却部28。
[0047]预冷却部29是借助外部冷却介质W对中间超临界流体Fl进行预冷却的热交换器。
[0048]主冷却部28导入来自后述的抽液减压部6的低温液体F5，将其作为制冷剂而进行中间超临界流体Fl的冷却。而且，在本实施方式中，在主冷却部28与加热部5之间，利用由主冷却部28冷却中间超临界流体Fl而获得的热量进行加热部5处的加热，从而构成一个热交换器。[0049]在此，基于在预冷却部29处从外部导入的外部冷却介质W的温度及流量等使预冷却部29处的冷却能力不同,但在本实施例中不使用预冷却部29而仅利用第六中间冷却器26将由压缩部2生成的中间超临界流体Fl冷却至朝向液体转变的过渡区域，然后，被主冷却部28液化而生成中间超临界压液体F2。
[0050]此外，当由冷却部4将中间超临界流体Fl冷却至临界温度附近时，优选冷却至成为临界温度的±20[°C ]的温度，进一步优选冷却至成为临界温度的±15[°C ]的温度，最优选冷却至成为临界温度的±10[°C ]的温度。
[0051]泵部3借助管路Sm而与冷却部4的下游侧连接，导入通过冷却部4而生成的中间超临界压液体F2并将其升压到目标压的压力状态，从而生成目标压液体F3。在本实施方式中，该泵部3成为由一级泵叶轮31及二级泵叶轮32构成的二级结构。
[0052]加热部5借助管路Sn而与泵部3的下游侧连接设置，导入来自泵部3的目标压液体F3，生成临界温度(31.1[°C ])以上的目标超临界流体F4。如上所述，加热部5与冷却部4的主冷却部28 —起构成热交换器。
[0053]即，在该加热部5中，通过进行在与主冷却部28之间的热交换，利用在主冷却部28处冷却中间超临界流体Fl而获得的凝结热来进行目标压液体F3的加热。
[0054]抽液减压部6设置在主冷却部28与泵部3之间，利用对来自主冷却部28的中间超临界压液体F2的一部分进行抽液而获得的低温液体F5，进行主冷却部28处的中间超临界流体Fl的冷却，并且加热低温液体F5自身。
[0055]具体来说，该抽液减压部6具有以从主冷却部28与泵部3之间的管路8m分支的方式一端与该管路8m连接的分支管路41、与该分支管路41的另一端连接而在与主冷却部28之间进行热交换的热交换部42、及设置在分支管路41的中途位置的阀43。
[0056]阀43通过调节的开度来对抽液后的中间超临界压液体F2进行由焦耳-汤姆孙效应引起的减压，从而生成低温液体F5。该减压进行至临界压附近，优选减压至成为临界压的±2[MPa]的压力，进一步优选减压至成为临界压的±1.5[MPa]的压力，最优选减压至成为临界压的±l[MPa]的压力。
[0057]旁通流路7将来自抽液减压部6的低温液体F5送回到压缩部2的六级压缩叶轮16的上游侧。即，该旁通流路7将其一端与抽液减压部6的热交换部42连接，另一端与六级压缩叶轮16和第五中间冷却器25之间的管路8j连接。
[0058]接着，参照图2的P-h线图，对二氧化碳F的状态变化的样子(二氧化碳F的升压方法)进行说明。
[0059]在压缩部2中，导入到一级压缩叶轮11的导入气体H)(状态Sla)如图2的实线的箭头所示，被一级压缩叶轮11压缩而成为比状态Sla高压且高温的状态Sib。之后，被第一中间冷却器21以等压冷却而成为状态S2a。然后，这样反复压缩和冷却，以状态S2b—状态S3a —状态S3b —状态S4a —状态S4b —状态S5a —状态S5b —状态S6a —状态S6b —状态S7a—状态S7b的方式进行状态变化，成为临界压以上的压力的中间超临界流体Fl的状态(压缩工序)。
[0060]之后，将处于状态S7b的中间超临界流体Fl向预冷却部29导入。能够在预冷却部29处在等压状态下被进一步冷却而降低中间超临界流体Fl的温度(冷却工序)，但在本实施例中不利用预冷却部29。[0061]中间超临界流体Fl通过主冷却部28在保持超临界压的状态下以等压冷却，成为临界温度以下的状态S8a，中间超临界流体Fl向中间超临界压液体F2发生相变化，并向泵部3导入(冷却工序)。
[0062]在泵部3中，状态S8a的中间超临界压液体F2升压至能够向陆地的地下、海底的地下贮存的目标压力，并且，温度上升而形成状态SSb的目标压液体F3 (泵工序)。之后，利用加热部5对该目标压液体F3进行加热，从而以等压升温至临界温度以上，形成能够将二氧化碳F向陆地的地下、海底的地下贮存的最终状态S9。
[0063]在此，在主冷却部28处形成为状态S8a的中间超临界压液体F2的一部分通过打开抽液减压部6的阀43而被抽液。被抽液的中间超临界压液体F2被减压，成为状态SlO的低温液体F5。该状态SlO下的压力成为与六级压缩叶轮16的上游侧且是第五中间冷却器25的下游侧的压力相当的压力。此外，该低温液体F5通过在与冷却部4之间进行热交换而被加热，保持等压状态进行汽化，成为六级压缩叶轮16的上游侧的状态S6a的气体或超临界流体。该气体或超临界流体借助旁通流路7而向六级压缩叶轮16的上游侧送回，并混入到在压缩部2流通的中间超临界流体F1。
[0064]根据这样的升压系统1，首先，由压缩部2进行前方级处的二氧化碳F的压缩，由泵部3进行形成更高压的后方级处的升压，从而生成目标压液体F3，之后利用加热部5最终加热至临界温度以上，由此能够获得可向陆地的地下、海底的地下贮存的目标超临界流体F4。
[0065]在此，假设在形成为高压的后级侧的部分也使用与压缩部2相同的叶轮的情况下，大多需要高压气封、与高压对应的压缩机外壳，存在可靠性降低并且成本升高的问题。此外，为了与这样的高压状态对应，需要增大叶轮的轴径、降低叶轮的转数等对应措施，存在可靠性与运转效率降低的问题。
[0066]基于该点，在本实施方式中在高压侧采用泵部3。在泵部3中，当为了使液体升压而升压至高压状态(大约15?60[MPa])时，由于容易密封成为对象的流体，因此是非常有利的，从而能够避免上述的成本升高，此外也能够消除可靠性和运转效率的问题。
[0067]另外，假设在形成为高压的后级侧也使用与压缩部2相同的叶轮的情况下，为了避免特性变得不稳定的过渡区域处的压缩，第六中间冷却器26处的冷却止于状态S7a，如图2的虚线所示，升压后的超临界流体与目标超临界流体F4相比，处于温度较高的状态。因而，为了获得目标超临界流体F4，还需要用于进行压缩后的冷却的二次冷却器等。
[0068]对于该点，在本实施方式中无需上述二次冷却器等，能够降低用于使该二次冷却器工作的动力。
[0069]此外，在冷却部4中，对利用压缩部2来形成为临界压以上的状态的中间超临界流体Fl进行冷却而形成中间超临界压液体F2。
[0070]在此，根据图2所示的P-h线图，在不足临界压力的情况下等温线以与纵轴(压力)大致平行的方式立起，并且使等温线彼此的间隔变窄。另一方面，在临界压以上且是临界温度附近的过渡区域中，等温线变得与横轴(焓)大致平行，并且使等温线彼此的间隔变宽。因而，在过渡区域处，当二氧化碳F在等压状态下进行状态变化时，能够利用更小的温度变化来产生更大的焓变化。
[0071]由此，如本实施方式所示，在临界压以上的状态下对中间超临界流体Fl进行冷却的情况下，与在不足临界压的状态下进行冷却的情况相比较，能够一边将冷却所需的热量抑制得较小、一边实现中间超临界流体Fl的液化。
[0072]此外，中间超临界流体Fl首先仅利用第六中间冷却器26通过水冷而冷却至过渡区域。在此，由于中间超临界流体Fl处于临界压、临界温度附近的状态，故能够如上所述地利用较小温度变化而产生更大的焓变化，仅利用水冷来获得中间超临界流体Fl的液化所需的大部分的冷量。
[0073]需要说明的是，在本实施方式中，主冷却部28的制冷剂是来自抽液减压部6的低温液体F5，在从外部获得适当的冷却介质W的情况下，利用预冷却部29进行预冷却，由此能够降低主冷却部28所需的冷量。例如在这种情况下，如图3、图4所示，从状态S7b到状态S7c的冷却在预冷却部29处进行冷却，从状态S7c到状态S8a的冷却在主冷却部28处进行。
[0074]因而，即使利用这样的预冷却部29来降低低温液体F5的流量，也能够充分地进行主冷却部28处的冷却。由此，由于能够降低经由旁通流路7向压缩部2送回的低温液体F5的流量，因此，也能够实现压缩部2处的动力降低，牵涉到进一步的运转效率的提高。
[0075]另外，该主冷却部28的制冷剂是低温液体F5，因此能有效地利用向泵部3导入的中间超临界压液体F2自身的冷能，即，在没有额外设置从中间超临界流体Fl生成中间超临界压液体F2所需的冷凝器的前提下，能够可靠地生成向泵部3导入的中间超临界压液体F2。
[0076]此外，在主冷却部28处，对由压缩部2压缩后的中间超临界流体Fl进行冷却而生成中间超临界压液体F2，能够向泵部3导入中间超临界压液体F2，并且对于在中间超临界流体Fl的冷却时回收的热量，通过在与加热部5之间进行热交换，能够将中间超临界压液体F2加热至临界温度以上。
[0077]此外，由于在冷却部4处的中间超临界流体Fl的冷却、加热部5处的目标压液体F3的加热以临界压以上的高压状态进行热交换，因此能够使热交换部分小型化，因此能够作为系统整体而实现小型化。
[0078]而且，通过设置旁通流路7，无需将抽出的中间超临界压液体F2向外部排出，因此能够进一步提高升压系统I整体的效率。
[0079]需要说明的是，在本实施方式中，不一定要设置抽液减压部6，在该情况下，如图5所示，冷却部4仅在其与加热部5之间，或加热部5及外部冷却介质W之间进行热交换。
[0080]此外，在仅由泵部3升压而能够获得目标压力、温度的气体的情况、出于将作为流程的原料贮存于容器等目的而期望液体状态的情况下，不一定要设置加热部5，在该情况下，如图6所示,冷却部4通过抽液减压部6中的低温液体F5及外部冷却介质W或上述中的任一方来进行冷却。
[0081]接着，说明本发明的第二实施方式的升压系统1A。
[0082]对与第一实施方式共用的结构元件上标注相同的附图标记并省略详细说明。
[0083]如图7所示，本实施方式的升压系统IA由任意的压缩机形式(离心式、往复式等)及泵形式组合而成。
[0084]升压系统IA与第一实施方式相同地，具备压缩部2A、泵部3A、冷却部4A、加热部5A、包括分支管路41A、热交换部42A、阀43A在内的抽液减压部6A、及旁通流路7A。而且，将这些压缩部2A、泵部3A、冷却部4A、加热部5A借助管路8Aa、8Ab、8Ac、8Ad、8Ae、8Af、8Ag、8Ah、8A1、8Aj、8Ak、8A1、8Am、8An 而彼此连接。
[0085]压缩部2A具有设为多级(在本实施方式中为六级)的多个压缩工作台IlA~16A及在压缩工作台IlA~16A彼此之间、及与冷却部4A之间各设有一个的多个中间冷却器21A ~26A。
[0086]泵部3A由设置于压缩部2A的后方级的、多级(在本实施方式中为二级)的泵工作台31A、32A构成。
[0087]在此，图7中的二氧化碳F的状态Sla至状态S9及状态S10、与图2中的二氧化碳F的状态Sla至状态S9及状态SlO对应。
[0088]根据这样的升压系统1A，与第一实施方式相同地，使压缩部2A与泵部3A组合而抑制成本，提高运转效率，并且采用冷却部4A而能够实现临界压以上处的冷却，因此能够进一步降低中间超临界流体Fl的液化所需的动力。
[0089]在此，也可以如图8所示，在泵部3A的后级侧还具备泵部9A。这样的话，也可以追加泵工作台，还能够进一步进行升压至高压。而且，在这种情况下，如图9所示，二氧化碳F的状态S9变为状态S9a，从而能够获得目标压以上的压力的超临界流体。
[0090]需要说明的是，在第一实施方式的升压系统I中，也可以如上所述地在泵部3的后级侧进一步追加泵部，将二氧化碳F升压至目标压以上的压力。
[0091]此外，在本实施方式中，在冷却部4A处不利用预冷却部29A，而仅通过主冷却部28A进行冷却，但也能够利用预冷却部29A进行预冷却，从而降低在主冷却部28A处所需的冷量。
[0092]以上，说明了本发明的优选实施方式，但本发明并不限定于上述实施方式。在不脱离本发明的主旨的范围内，能够进行结`构的附加、省略、置换及其它变更。本发明并不因上述说明受到限定，而仅限定于添加的权利要求书。
[0093]例如，冷却部4 (4A)中的主冷却部28 (28A)利用来自抽液减压部6 (6A)的低温液体F5进行中间超临界压液体F2的冷却，但也可以与预冷却部29(29A)相同地，利用外部冷却介质W等来自外部的制冷剂来冷却中间超临界压液体F2。另外，也可以在加热部5 (5A)处额外设置外部的加热器，对目标压液体F3进行加热而生成目标超临界流体F4，即，也可以使冷却部4 (4A)与加热部5(5A)独立。由此能够简化构造。
[0094]此外，中间冷却器21A~26A的冷却介质并不限于水，也可以是空气等。
[0095]另外，不一定要设置旁通流路7 (7A)。在这种情况下，能够不考虑向压缩部2 (2A)送回的低温液体F5的流量部分而进行压缩部2 (2A)的设计。
[0096]此外，压缩部2 (2A)及泵部3(3A)的级数并不限定于上述实施方式。
[0097]另外，在实施方式中，对象气体是二氧化碳F，但并不限定于此，能够在各种气体的升压中应用升压系统I (IA)。
[0098]产业上的可利用性
[0099]本发明涉及一种对气体进行升压的升压系统。根据本发明的升压系统，组合压缩部与泵部，在冷却部以临界压以上的压力状态对中间超临界流体进行冷却，由此能够进一步降低动力而提高运转效率。
[0100]附图标记说明如下:
[0101]I…升压系统 2…压缩部 3…泵部 4…冷却部 5…加热部 6…抽液减压部 7 …旁通流路 8a、8b、8c、8d、8e、8f、8g、8h、81、8j、8k、81、8m、8n …管路 11----级压
缩叶轮12…二级压缩叶轮13…三级压缩叶轮14…四级压缩叶轮15…五级压缩叶轮 16…六级压缩叶轮 20…中间冷却器 21...第一中间冷却器 22…第二中间冷却器23…第三中间冷却器 24...第四中间冷却器 25…第五中间冷却器26…第六中间冷却器F…二氧化碳(对象气体)Rl...导入气体Fl…中间超临界流体F2...中间超临界压液体F3…目标压液体F4…目标超临界流体F5…低温液体W…外部冷却介质28…主冷却
部 29…预冷却部 31----级泵叶轮 32…二级泵叶轮41…分支管路42…热交换部
43…阀IA…升压系统 2A…压缩部 3A…泵部 4A…冷却部 5A…加热部 6A...抽液减压部 7A …旁通流路 8Aa、8Ab、8Ac、8Ad、8Ae、8Af、8Ag、8Ah、8A 1、8A j、8Ak、8A1、8Am、8An …管路 9A …泵部 11A、12A、13A、14A、15A、16A …压缩工作台 21A、22A、23A、24A、25A、26A…中间冷却器 28A…主冷却器 29A…预冷却器 31A、32A…栗工作台 41A…分支管路42A…热交换部4 3A…阀。
【权利要求】
1.一种升压系统，该升压系统将对象气体升压至高于临界压的目标压以上的压力，其中， 所述升压系统具备: 压缩部，其将所述对象气体压缩至临界压以上且不足目标压的中间压而生成中间超临界流体； 冷却部，其将由所述压缩部生成的所述中间超临界流体冷却至临界温度附近而生成中间超临界压液体； 泵部，其将由所述冷却部生成的所述中间超临界压液体升压至所述目标压以上的压力 '及 加热部，其将由所述泵部升压后的所述中间超临界压液体加热至临界温度附近，所述冷却部具有在与所述加热部之间进行热交换而对所述中间超临界流体进行冷却的主冷却部。
2.根据权利要求1所述的升压系统，其中， 所述升压系统还具备抽液减压部，该抽液减压部设置在所述冷却部与所述泵部之间，并对所述中间超临界压液体进行抽液而减压至临界压附近，从而生成低温液体， 利用所述主冷却部，在与由所述抽液减压部生成的所述低温液体之间进行热交换，从而对所述中间超临界流体进行冷却。
3.一种升压系统，该升压系统将对象气体升压至高于临界压的目标压以上的压力，其中，` 所述升压系统具备: 压缩部，其将所述对象气体压缩至临界压以上且不足目标压的中间压而生成中间超临界流体； 冷却部，其将由所述压缩部生成的所述中间超临界流体冷却至临界温度附近而生成中间超临界压液体； 泵部，其将由所述冷却部生成的所述中间超临界压液体升压至所述目标压以上的压力；及 抽液减压部，其设置在所述冷却部与所述泵部之间，并对所述中间超临界压液体进行抽液而减压至临界压附近，从而生成低温液体， 所述冷却部具有在与由所述抽液减压部生成的所述低温液体之间进行热交换而对所述中间超临界流体进行冷却的主冷却部。
4.根据权利要求2或3所述的升压系统，其中， 将由所述抽液减压部生成的所述低温液体在所述主冷却部处进行热交换而被加热汽化生成的气体或超临界流体，送回到所述压缩部中的相应压力部。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的升压系统，其中， 所述冷却部具有预冷却部，该预冷却部在与外部冷却介质之间进行热交换，并将所述中间超临界流体冷却而向所述主冷却部输送。
6.一种气体的升压方法，该气体的升压方法将对象气体升压至高于临界压的目标压以上的压力，其中， 所述气体的升压方法包括:压缩工序，其将所述对象气体压缩至临界压以上且不足目标压的中间压而生成中间超临界流体； 冷却工序，其将由所述压缩工序生成的所述中间超临界流体冷却至临界温度附近而生成中间超临界压液体；及 泵工序，其将由所述冷却工序生成的所述中间超临界压液体升压至所述目标压以上的压力， 在所述冷却工序中，将由所述泵工序升压后的所述中间超临界压液体、在所述泵工序开始之前对所述中间超临界压液体进行抽液而减压至临界压附近而生成的低温液体、及外部冷却介质中的至少一者用作冷却介质而对中间超临界流体进行冷却。
【文档编号】B01J19/00GK103796747SQ201280005501
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2012年9月13日 优先权日:2012年9月13日
【发明者】米村直人, 宫田宽之, 永尾英树 申请人:三菱重工压缩机有限公司