专利名称：二氧化碳压缩中的热回收和压缩及液化系统的制作方法
技术领域：
所公开的实施例涉及用于压缩和/或压缩并液化大量二氧化碳(CO2)或包含二氧化碳的气体混合物的系统和方法。
背景技术：
在诸如化石燃料的燃烧或脱碳过程的各种工业过程中产生二氧化碳。二氧化碳捕集、运输和储存有助于二氧化碳排放的减少。已开发和使用若干二氧化碳压缩或压缩及液化工艺。它们通常使用串联布置的压缩级和中间冷却。二氧化碳流或包括二氧化碳的混合物的流相继流经串联布置的压缩级，使得二氧化碳或二氧化碳混合物的压力逐渐升高。离开一个压缩级的经压缩的二氧化碳或包含二氧化碳的混合物在进入下一压缩级之前在级间换热器中被冷却，以从其去除热。离开最末压缩级的经压缩的二氧化碳或包含二氧化碳的混合物的流最终被冷却、液化且由低温泵抽吸至最终压力。在一些情况下，二氧化碳或包含二氧化碳的混合物为气态、高密度状态而不液化。图1显示二氧化碳焓-压力图，其中示出了压缩过程的起点(S)和端点(E)。从点S移至点E的若干可能性是可行的，这取决于所用的过程。图1示意性地示出了代表三个备选的二氧化碳压缩过程的三条曲线A、B和C。曲线的水平部分是级间冷却阶段，在此，在进入下一压缩级之前从来自一个压缩级的二氧化碳流去除热，以至少部分地去除通过前一次压缩产生的热并增加气体密度。曲线A显示了其中级间冷却和液化被合并的过程。气体首先沿多个压缩步骤(该示例中为5个)被压缩并进行级间冷却。压缩气体被液化并最终重新膨胀至超临界状态(点 E)。曲线B显示了通过相继的压缩和级间冷却步骤实现超临界点E的过程。曲线C显示了二氧化碳或包含二氧化碳的流被压缩和冷却直到实现状态El的过程，通过抽吸从状态El到达最终点E。图2示出了根据技术现状的二氧化碳压缩系统的示意图。图中仅示出系统的主要构件。标记为Cl至C6的多个串联布置的压缩机级由压缩机驱动器(compressor driver)CD例如电动机驱动。各压缩机级(在所示示例中为六个)通常包括离心式压缩机。二氧化碳(或包含二氧化碳的气体混合物)在IN被供给到第一压缩机级Cl并离开所述第一压缩机级而进入第二压缩机级C2，等等。在各压缩机级中，二氧化碳经历压缩阶段以使压力从入口压力升高到出口压力。在各对相继布置的压缩机级之间提供级间冷却。这由标记为IC1、IC2、…IC5的相应级间换热器(中间冷却器)示意性地表示。由下游压缩级C6输送的经压缩的二氧化碳在最终换热器IC6中进一步冷却。视情况而定，可执行更多处理步骤，例如以使经压缩的超临界二氧化碳或包含其的混合物液化。二氧化碳在图2所示的压缩过程结束时的最终压力通常在180-200巴左右，用于管线运输或再喷射到例如耗尽的油或气体储罐中。二氧化碳压缩 及液化设备中的典型流率高达60 kg/s。这意味着用以驱动压缩机和泵的极高功率消耗。此外，需要更多功率来使冷却流体(通常为水)在级间冷却换热器中循环并从冷却流体冷却去除热。
发明内容
为了提高二氧化碳压缩系统的总体能量效率，提供一种系统，该系统包括至少两个相继布置的二氧化碳压缩机级和级间换热器，级间换热器布置成由冷却流体从自第一压缩机级流至第二压缩机级的经压缩的气态流去除废热。系统还包括能量转化单元，该能量转化单元将从所述冷却流体回收的废热的至少一小部分转化成有用功率，例如机械功率或电力。由能量转化单元产生的有用功率可以直接用于电气或机械地向压缩系统的一个或更多构件、装置或区段提供功率。如从以下描述将变得更清楚的，文中公开的二氧化碳压缩系统适合于不仅处理二氧化碳，而且除二氧化碳外还处理包含其它气态成分(例如甲烷或其它烃)的气态流。无论何时提及二氧化碳，这都应被理解为还涵盖包含二氧化碳的混合物，例如除其它气体外还包含二氧化碳作为主要成分的混合物，除非不同地指明。根据一些实施例，提供一种二氧化碳压缩系统(即，用于处理二氧化碳或可与其它成分结合地包含二氧化碳的气态混合物的系统)，该二氧化碳压缩系统包括:
串联布置的至少第一二氧化碳压缩机级和第二二氧化碳压缩机级；
至少一个级间换热器，其布置成接收从所述第一二氧化碳压缩机级流入所述第二二氧化碳压缩机中的包含二氧化碳的压缩气体并从其去除废热，
能量转化单元，在其中，所述废热的至少一部分被回收并转换成机械能。如上所述，二氧化碳压缩机级应当被理解为处理二氧化碳或包含二氧化碳的混合物的压缩机级。根据一些实施例,该系统包括延伸穿过所述能量转化单元和所述至少一个级间换热器的流体路径。冷却流体在从所述包含二氧化碳的压缩气体去除废热的所述至少一个级间换热器中循环并通过膨胀和压缩过程在所述能量转化单元中被处理以从其回收能量。在一些实施例中，该能量转化单元包括:膨胀器，布置成从所述至少一个级间换热器接收所述冷却流体并使冷却流体膨胀以从其回收能量并驱动轴；流体连接至膨胀器的冷凝器，布置成使膨胀后的冷却流体冷凝；泵，流体联接至冷凝器且布置成增加所述冷凝后的冷却流体的压力。根据更多实施例，该系统包括:至少一个换热单元；用于操作流体的流体路径，该流体路径延伸穿过换热单元和能量转化单元，操作流体接收换热单元中的热并通过膨胀和压缩过程在能量转化单元中被处理以从其回收能量；至少一个冷却流体路径，其延伸穿过(多个)级间换热器和(多个)换热单元，以从包含二氧化碳的压缩气体去除废热并将所去除的废热转移到换热单元中的操作流体。在文中公开的主题的一些示例性实施例中，能量转化单元包括:膨胀器，布置成从换热单元接收操作流体并使操作流体膨胀以从其回收能量并驱动轴；流体连接至膨胀器的冷凝器，布置成使膨胀后的操作流体冷凝；流体连接至冷凝器的泵，布置成将冷凝后的操作流体抽吸到(多个)换热单元。能量转化单元可包括朗肯循环系统，且特别是有机朗肯循环。
在一些实施例中，包括多个串联布置的二氧化碳压缩机级。相应的级间换热器可布置在相继布置的二氧化碳压缩机级对之间。至少一个级间换热器可布置在每一对相继布置的压缩机级之间。然而，在一些实施例中，可在沿该系列压缩机级的一些位置省略级间换热器。此外，每个级间换热器可设置有废热回收装置，但这不是强制性的。例如，在一些情况下，可以由与将废热转移到能量转化单元的流体不同的流体来冷却一个或更多级间换热器。是否从系统的特定换热器回收废热尤其取决于能量转化单元的类型、包含二氧化碳的气态流的速率、经其从包含二氧化碳的气态流去除热的换热器的入口和出口处的温度范围。在一些实施例中，为每一个所述级间换热器提供相应的流体路径，以使所述冷却流体在所述级间换热器中循环并从循环通过所述级间换热器中的每一个的包含二氧化碳的压缩气体去除废热。流体路径与能量转化单元流体连通，使得来自级间换热器的冷却流体在能量转化单元中被处理以从其回收能量。在更多实施例中，该系统可包括多个串联布置的二氧化碳压缩机级。相应的级间换热器可布置在相继布置的二氧化碳压缩机级对之间。可以为每个级间换热器提供相应的流体路径，以使冷却流体在级间换热器中循环并从循环通过所述级间换热器的包含二氧化碳的压缩气体去除废热。级间换热器中的至少一些与相应的换热单元结合。换热单元布置成使得由所述冷却流体去除的废热在所述换热单元中转移到操作流体；所述操作流体在所述能量转化单元中被处理以从其回收能量。该系统还可包括二氧化碳抽吸区段，在其中，离开串联布置的压缩机级中的最末压缩机级的包含二氧化碳的压缩气体被进一步冷却并最终抽吸至最终期望压力。在一些实施例中，包含二氧化碳的气态流可以被液化、抽吸并最终膨胀。在其它实施例中，流体被按需要处理为超临界状态而不经过液化和随后的抽吸阶段。废热基本上从系统的换热器中的至少一个被回收并转化成有用的能量。该一般概念可以在本领域技术人员已知的各种压缩或压缩及液化过程、系统和装置中的任何一者中实施。在一些实施例中，二氧化碳抽吸区段包括又一换热器，该又一换热器布置成接收从串联布置的二氧化碳压缩机级中的至少一个流来的包含二氧化碳的压缩气体，以从其去除废热。此外，泵布置在抽吸区段中，以从所述又一换热器接收包含二氧化碳的压缩气体并将包含二氧化碳的气体输送到输送管道中。可提供又一流体路径以使冷却流体循环通过抽吸区段中的又一换热器，以在所述最末二氧化碳压缩机级与所述泵之间从包含二氧化碳的经压缩或液化的流体去除废热，所述又一流体路径布置成将离开所述又一换热器的所述冷却流体输送到所述能量转化单元。根据又一方面，文中公开的主题还涉及一种二氧化碳压缩方法。该方法可以用于压缩和/或压缩及液化由二氧化碳组成或包含二氧化碳和可选地其它另外的气态成分(例如甲烷或其它烃)的气态流。该方法可供以从主要成分(即二氧化碳)分离和去除一种或更多次要流体成分。该方法供以在沿着压缩或压缩及液化过程的一个或更多步骤从气态流去除热并且使用合适的转化循环例如由能量转化单元将所述去除的废热转化成有用的功率。在一些实施例中，该方法包括以下步骤: 使包含二氧化碳的气体流经多个二氧化碳压缩机级，即用于压缩二氧化碳或包含二氧化碳的气态混合物的压缩机级；
从自一个二氧化碳压缩机级流至下一二氧化碳压缩级的经压缩的包含二氧化碳的气体去除废热；
回收从所述包含二氧化碳的气体去除的所述废热的至少一部分并将其转化成机械能。在文中公开的方法的一些有利实施例中，废热通过朗肯循环特别是有机朗肯循环转化成机械能。以上简要描述陈述了本发明的各种实施例的特征，以便更好地理解以下详细描述，并且更好地认识发明对本领域的贡献。当然，存在本发明的其它特征，这些特征将在下文描述且将在所附权利要求中陈述。在这方面，在详细解释本发明的若干实施例之前，应理解，本发明的各种实施例在它们的应用上并不限于在以下描述中陈述或在附图中示出的结构和构件布置的细节。本发明能够具有其它实施例并以各种方式实施和实行。此外，将会理解，文中采用的措辞和术语出于描述的目的且不应被视为限制。因此，本领域的技术人员将认识到，本公开所基于的概念可被容易地用作设计用于实行本发明的若干目的的其它结构、方法和/或系统的基础。因此，重要的是将权利要求视为包括此类等同的构造，只要它们不偏离本发明的精神和范围。
在结合附图考虑时，通过参照以下详细描述，将易于获得对本发明的公开实施例及其许多伴随优点的更完整理解，因为这些变得更好理解，在附图中:
图1示出了二氧化碳的焓-压力 图2示意性地示出了根据技术现状的压缩系统；
图3至图7示出了根据文中公开的主题的压缩及液化系统的五个实施例。
具体实施例方式以下对示例性实施例的详细描述参照了附图。不同附图中相同的标号表示相同或类似的元件。此外，附图未必按比例绘制。而且，以下详细描述不限制本发明。而是，本发明的范围由所附权利要求限定。贯穿说明书对“一个实施例”或“一实施例”或“一些实施例”的提及是指结合一实施例所描述的特定特征、结构或特性被包括在所公开主题的至少一个实施例中。因此，短语“在一个实施例中”或“在一实施例中”或“在一些实施例中”贯穿说明书在各个位置的出现未必指相同(多个)实施例。此外，特定特征、结构或特性可以以任何合适方式结合在一个或更多实施例中。在以下描述中，通常将提及二氧化碳的压缩。然而，应理解，可以使用相同的原理、方法和装置来处理包含二氧化碳的气体混合物，例如与诸如甲烷或其它烃的其它气态成分相结合的包含二氧化碳作为主要成分的混合物。现在参照图3，公开了二氧化碳压缩系统的第一实施例。系统整体标记为10。在该实施例中，系统10包括多个串联布置的压缩机级，每个压缩机级包括一个或更多压缩机，例如离心式压缩机。在一些实施例中，每个压缩机级可包括单个离心式压缩机。图3中所示的示例性实施例包括标记为I至6的六个串联布置的压缩机级，每个压缩机级包括一个压缩机。压缩机级I至6共同由示意性地以7表示的压缩机驱动器驱动。在其它实施例中，可提供多于一个驱动器。在图3的图解表示中，四个压缩机级是成对的。每一对相对布置的压缩机级由共同的轴驱动。齿轮箱将各种轴连接到压缩机驱动器7。其它实施例当然是可能的。二氧化碳在9进入第一压缩机级I并在11离开所述第一压缩机级I。流动路径13从压缩机级I的离开侧延伸到压缩机级2的进入侧。沿流体路径13设置有第一级间冷却器15。所述级间冷却器在下文将表示为级间换热器15。跨过级间换热器15流经流体路径13的二氧化碳由流经管17的冷却流体例如水冷却。在一些实施例中，水可在30°C左右进入级间换热器15并在100°C -110°C左右离开换热器15。这些值仅为示例性的并且不应视为限制了文中公开的主题的范围。进入第二压缩机级2的经冷却的二氧化碳在19离开所述压缩机级2，流经第二级间换热器21，并且经冷却的二氧化碳进入第三压缩机级3。23和24表示将第二压缩机级2的输出部连接至级间换热器21并将后者连接至第三压缩机级3的入口的流体路径。与级间换热器15类似，级间换热器21也由流经管25的冷却流体流例如冷水冷却。类似地，从第三压缩机级3输送的二氧化碳流进入级间换热器30，在此，二氧化碳流被冷却流体流冷却并进入第四压缩机级4。在第四压缩机级4与第五压缩机级5之间设置有又一级间换热器32，并且在第五压缩机级5的出口与第六压缩机级6的入口之间设置有又一级间换热器34。由在例如30°C下进入相应级间换热器并在取决于二氧化碳的压缩水平的温度下离开的冷却流体流例如冷水在两个级间换热器32和34中去除热，如在图3的图中针对每个级间换热器所示。应注意到，文中公开的所有温度值仅为示例性的并且不应视为限制了本公开的范围。由最末压缩机级6输送的二氧化碳流经又一换热器36，使冷却流体穿过该换热器36以去除热并使二氧化碳为例如由图1中的点El代表的超临界状态。离开又一换热器36的二氧化碳被供给到由驱动器例如电动机40驱动的泵38，以抽吸二氧化碳，直到实现期望的最终压力(参看图1中的点E)。该系统可设置有旨在从经压缩的二氧化碳流去除二氧化碳以外的流体的分离器。这些分离器是本领域技术人员众所周知的且为了清楚而未在图中示出。如针对级间换热器15、30和32图解性地示出的，在高温下离开级间换热器的冷却流体穿过标记为42、44和46的相应换热单元以从冷却流体去除及回收热。提供换热单元的类似布置以从在级间换热器21、34和又一换热器36中循环的冷却流体去除热。为了清楚，未示出将那些级间换热器21、34和36连接至换热单元的流体路径和相应换热单元。在一些实施例中，由级间换热器21、34和又一换热器36去除的废热可简单地排出，而非由换热单元回收。在更多实施例中，由级间换热器30去除的废热也可散开而非由换热单元40回收。流经换热单元42、44和46的冷却流体由操作流体流冷却，该操作流体流在能量转化单元50中被处理以回收从二氧化碳去除并转化成机械功率的废热的至少一部分。
在所示示例中,提供单个流动路径52以使操作流体循环通过全部换热单元42、44和46。在各换热单元42、44和46中，热从来自级间换热器15、30和32的冷却流体被去除，并且所回收的热被转移至在流体路径52中循环的操作流体。所述操作流体例如在30°C左右进入第一换热单元42且例如在150°C左右离开最末换热单元46。数值仅为示例性的并且不应被解释为限制本公开的范围。在流体路径52和能量转化单元50中循环的操作流体例如为通常在有机朗肯循环(ORC)中使用的有机流体。可提供类似布置以从换热器21、34和36回收热，但为了清楚已将其省略。在图3所示的实施例中，能量转化单元50包括膨胀器53，例如涡轮。涡轮53的轴54布置成驱动负载旋转。在图3所示的示例中，所述负载包括发电机56。涡轮53的流输出经流动路径60连接至冷凝器58，该流动路径60延伸穿过冷凝器58并延伸到泵62。操作流体由冷却流体例如水在冷凝器58中冷却并冷凝，并且冷凝后的操作流体被再次抽吸到流动路径52中。冷凝器58可由水或空气或以任何其它合适方式冷却，以从在流动路径60中流动的冷却流体去除废热。因此，操作流体循环通过流体路径52、涡轮53、冷凝器58和泵62。上述能量转化单元50因此被设计为有机朗肯循环(PRC)装置或系统，其中，当流经换热单元42、44和46时有机操作流体例如被加热至150°C，并且然后在涡轮53中膨胀而产生用于驱动负载(例如发电机56)的机械功率。膨胀后的有机流体然后在冷凝器58中再次冷凝并由泵62抽吸以在所需压力下进入第一换热单元42。该布置允许回收由级间换热器15、21、30、32、34中的至少一些并由又一换热器36从二氧化碳流去除的废热的一部分并将其转化成机械能且最终由发电机56转化成电能。根据计算，该布置可实现在5%-10%的范围内的能量节省，例如7%左右。现在参照图4，公开了二氧化碳压缩系统的又一实施例。系统整体标记为100。在该示例性实施例中，系统100包括标记为101、102、103、104、105和106的六个压缩级。图4中示意性地显示的至少一个共同驱动器107用于驱动压缩机级101至106的相继布置的压缩机。可提供多于一个驱动器107。每个压缩级可包括一个或更多压缩机，例如离心式压缩机。压缩机级101至106可布置成对，每一对压缩机级由共同的轴驱动。三个轴可以以不同转速旋转。相应的级间换热器设置成作为每一对相继布置的压缩机级101至106之间的级间冷却器操作。更具体而言，在压缩机级101和102之间设置第一级间换热器111。在第二压缩机级102与第三压缩机级103之间布置第二级间换热器112。在第三压缩机级103与第四压缩机级104之间布置第三级间换热器113。在第四压缩机级104与第五压缩机级105之间布置第四级间换热器114。最后，在第五压缩机级105与第六压缩机级106之间布置第五级间换热器115。二氧化碳在117进入第一压缩机级101并在119离开最末压缩机级106。离开最末压缩机级106的二氧化碳被冷冻并在最末压缩机级106下游的工位中被进一步压缩为超临界状态。所述工位示意性地包括布置在第六压缩机级106与泵123之间的又一换热器121，处于超临界状态的二氧化碳在124从该泵123输送。该泵由泵驱动器125例如电动机驱动。
五个级间换热器111至115和又一换热器121设置成从二氧化碳去除废热并且出于该目的使冷却流体循环通过所述换热器。提供分配器127，冷却流体从该分配器127经由管 129、130、131、132、133、134 输送到相应的换热器 111、112、113、114、115、121。离开换热器111至115、121的冷却流体然后由两个收集器137和138收集并在管139中流动，该管139将加热后的冷却流体输送到膨胀器，例如能量转化单元143的涡轮141。涡轮141的轴142驱动负载，例如发电机145，以利用由冷却流体回收的热的至少一部分产生电力。膨胀后的冷却流体然后跨过冷凝器148流经流体路径147，冷却和冷凝后的冷却流体从该冷凝器148被输送到泵149。泵149在将冷冻和冷凝后的冷却流体输送到分配器127之前将其抽吸至最终压力。冷凝器148可由水或空气或以任何其它合适方式冷却，以从在流动路径147中流动的冷却流体去除废热。与图3的实施例不同，在现在参照图4公开的实施例中，从级间冷却换热器111至115且从又一换热器121去除热的冷却流体是在由能量转化单元143执行的能量转化循环中使用的相同操作流体，即，例如用于有机朗肯循环装置的有机流体。使用相同流体从级间冷却器去除热并操作能量转化单元的涡轮减少了热损失并且提高了系统的总体效率。图5示出了根据文中公开的主题的系统的又一实施例。相同的标号表示与图4中所示相同或相当的部件。将不会再次描述那些部件。图5的系统不同于图4的系统，因为泵123不是由电驱动器125驱动而是直接由能量转化单元143的涡轮141驱动。因此，在该实施例中，通过冷却流体在涡轮141中的膨胀所回收的机械功率经由轴142用于直接驱动系统的构件。相反，在图4中，由涡轮141产生的机械能用于产生电能，该电能继而可用于驱动泵驱动器125。在图3的实施例中也可使用相同的方法。而且，在该情况下，在能量转化单元50中回收的机械功率可用于直接驱动泵58而非驱动发电机56。图6不出了压缩系统的又一实施例。相同的标号表不与图4和图5中相同或相当的部件并且将不会再次描述。在该实施例中，在能量转化单元143中循环的冷却流体跨过串联而非如图4和图5所示并联的级间换热器111、113和114而循环。此外，在所示实施例中，级间换热器112、115和又一换热器121未连接至能量转化单元143。后三个提到的换热器由单独的冷却回路冷却，冷却回路不朝能量转化单元143回收热。在其它实施例中，可设置单独的冷却流体路径，其将泵149与换热器112、115和121串联连接，使得从二氧化碳去除的全部废热在能量转化单元143中被回收。此外，在图6的实施例中，与图5的实施例类似，冷却流体在经由轴142直接驱动泵123的涡轮141中膨胀。在未显示的其它实施例中，涡轮141可用于驱动轴142，该轴142继而驱动发电机145或不同的机械负载旋转。二氧化碳压缩系统的又一实施例在图7中示出。使用相同的标号表示与图4中相同或相当的元件。不再次公开那些元件。与图4的实施例不同，在图7的实施例中，离开级间换热器111至115和又一换热器121的冷却流体被分开朝两个涡轮(膨胀器)141A、141B输送，这两个涡轮用于产生机械功率以驱动压缩机级101至106的压缩机。更具体而言，在该实施例中，从级间换热器111、
113、114收集的冷却流体被收集在收集器137中并进入第一涡轮141A。由收集器138从级间换热器112、115和又一换热器121收集的冷却流体被输送到第二涡轮141B。两个涡轮141A和141B可由共同的机械轴142连接。在其它实施例中，可设置两个单独的机械轴，每个涡轮141A、141B—个。在未显示的更多实施例中，可为全部冷却流体流使用单个涡轮，所述全部冷却流体流在该情况下可如图4的实施例中所示仅被收集在一个管道中。在这种情况下，单个涡轮将由单个机械轴连接至压缩机列，以供应用以驱动压缩机的机械能。由于由能量转化单元143回收的功率仅为驱动整组压缩机级所需的功率的一小部分，因而压缩机驱动器107仍是所需要的但将吸收减小量的功率。虽然文中描述的主题的公开实施例已在附图中显示且在上文结合若干示例性实施例具体且详细地充分描述，但对本领域普通技术人员而言将显而易见的是，许多修改、更改和省略是可能的而不实质地偏离文中阐述的新颖教导、原理和概念，以及所附权利要求中述及的主题的优点。因此，所公开的创新的适当范围应当仅由所附权利要求的最宽泛解释来确定，以便涵盖所有此类修改、更改和省略。另外，任何过程或方法步骤的次序或顺序均可根据备选实施例而改变或重新排序。
权利要求
1.一种二氧化碳压缩系统，包括: 串联布置的至少第一压缩机级和第二压缩机级；至少一个级间换热器，所述至少一个级间换热器布置成接收从所述第一压缩机级流入所述第二压缩机中的包含二氧化碳的压缩气体并从其去除废热， 其特征在于能量转化单元，在其中，所述废热的至少一部分被回收并转换成机械能。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于延伸穿过所述能量转化单元和所述至少一个级间换热器的流体路径，冷却流体在从所述包含二氧化碳的压缩气体去除废热的所述至少一个级间换热器中循环并通过膨胀和压缩过程在所述能量转化单元中被处理以从其回收能量。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述能量转化单元包括:膨胀器，所述膨胀器布置成从所述至少一个级间换热器接收所述冷却流体并使所述冷却流体膨胀以从其回收能量并驱动轴；流体连接至所述膨胀器的冷凝器，布置成使膨胀后的冷却流体冷凝；泵，其流体联接至所述冷凝器且布置成增加所述冷凝后的冷却流体的压力。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于:至少一个换热单元；用于操作流体的流体路径，所述流体路径延伸穿过所述换热单元和所述能量转化单元，所述操作流体接收所述换热单元中的热并通过膨胀和压缩过程在所述能量转化单元中被处理以从其回收能量；至少一个冷却流体路径，其延伸穿过所述至少一个级间换热器和所述至少一个换热单元，以从所述包含二氧化碳的压缩气体去除废热并将所述去除的废热转移到所述换热单元中的所述操作流体。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述能量回收单元包括:膨胀器，所述膨胀器布置成从所述换热单元接收所述操作流体并使所述操作流体膨胀以从其回收能量并驱动轴；流体连接至所述膨胀器的冷凝器，布置成使膨胀后的操作流体冷凝；流体连接至所述冷凝器的泵，布置成将所述冷凝后的操作流体抽吸到所述至少一个换热单元。
6.根据前述权利要求中的一项或多项所述的系统，其特征在于，所述能量转化单元包括朗肯循环系统。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述朗肯循环系统是有机朗肯循环。
8.根据前述权利要求中的一项或多项所述的系统，其特征在于多个串联布置的压缩机级，其中，相应的级间换热器布置在相继布置的压缩机级对之间；其中，为每个所述级间换热器提供相应的流体路径，以使所述冷却流体在所述级间换热器中循环并从循环通过所述级间换热器的包含二氧化碳的压缩气体去除废热；并且其中，所述流体路径与所述能量转化单元流体连通，使得来自所述级间换热器的所述冷却流体在所述能量转化单元中被处理以从其回收能量。
9.根据权利要求1至7中的一项或多项所述的系统，其特征在于多个串联布置的压缩机级，其中，相应的级间换热器布置在相继布置的压缩机级对之间；其中，为每个所述级间换热器提供相应的流体路径，以使冷却流体在所述级间换热器中循环并从循环通过所述级间换热器的包含二氧化碳的压缩气体去除废热；其中，所述级间换热器中的至少一些与相应的换热单元结合；并且其中，所述换热单元布置成使得由所述冷却流体去除的废热在所述换热单元中被转移到操作流体；所述操作流体在所述能量转化单元中被处理以从其回收能量。
10.根据前述权利要求中的一项或多项所述的系统，其特征在于抽吸区段。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述抽吸区段包括:又一换热器，所述又一换热器布置成接收从所述串联布置的压缩机级中的最末压缩机级流来的包含二氧化碳的压缩气体，以从其去除废热；泵，所述泵布置成从所述又一换热器接收包含二氧化碳的压缩气体并将包含二氧化碳的气体输送到输送管道中。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于又一流体路径，其设置成使冷却流体循环通过所述又一换热器，以在所述最末压缩机级与所述泵之间从所述包含二氧化碳的压缩气体去除废热，所述又一流体路径布置成将离开所述又一换热器的所述冷却流体输送到所述能量转化单元。
13.根据权利要求4和11所述的系统，其特征在于:又一流体路径，其设置成使冷却流体循环通过所述又一换热器，以在所述最末压缩机级与所述泵之间从所述包含二氧化碳的压缩气体去除废热；又一换热单元，其布置成将来自从所述又一换热器循环的所述冷却流体的废热转移到所述操作流体。
14.根据前述权利要求中的一项或多项所述的系统，其特征在于，所述能量转化单元布置成驱动发电机。
15.根据权利要求1至14中的一项或多项所述的系统，其特征在于，所述能量转化单元布置成将机械能直接供应给所述压缩机级中的至少一个。
16.根据权利要求11、12或13所述的系统，其特征在于，所述能量转化单元布置成将机械功率供应给所述泵。
17.—种二氧化碳压缩方法，包括: 使包含二氧化碳的气体流经多个压缩机级； 从自一个压缩机级流至下一压缩机级的经压缩的包含二氧化碳的气体去除废热； 回收从所述包含二氧化碳的气体去除的所述废热的至少一部分并将其转化成机械能。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，通过朗肯循环将所述废热转化成机械倉泛。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，通过有机朗肯循环将所述热转化成机械能。
20.根据权利要求17、18或19所述的方法，其特征在于，所述机械能至少部分地用于向所述压缩机级中的至少一个提供功率。
21.根据权利要求17至20中的一项或多项所述的方法，其特征在于，所述机械能至少部分地转化成电能。
22.根据权利要求17至21中的一项或多项所述的方法，其特征在于，还包括在包括至少一个又一换热器和泵的抽吸区段中冷却及抽吸所述包含二氧化碳的气体。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，还包括回收由所述抽吸区段的所述又一换热器去除的热的至少一部分并将其转化成机械能。
24.根据权利要求22或23所述的方法，其特征在于，所述机械能至少部分地用于向所述抽吸区段的泵提供功率。
25.根据权利要求17至24中的一项或多项所述的方法，其特征在于，所述废热由冷却流体去除，并且其中，使所述冷却流体在膨胀器中膨胀而将热转化成机械能。
26.根据权利要求17至24中的一项或多项所述的方法，其特征在于，由冷却流体去除所述废热，并且其中，将热从所述冷却流体转移到操作流体并使所述操作流体在膨胀器中膨胀而将热转化成机 械能。
全文摘要
本发明涉及二氧化碳压缩中的热回收和压缩及液化系统，公开了一种二氧化碳压缩系统。该系统包括串联布置用于相继地压缩包含二氧化碳的气态流的多个压缩机级(1、2、3、4、5、6)。在相继布置的压缩机级中的至少一些之间设置有级间换热器(15、21、30、32、34)，以从经压缩的气态流去除废热并朝能量转化单元(59)转移所述热，在该能量转化单元中，废热的至少一部分被回收并转换成机械能。
文档编号F01K27/00GK103147811SQ20121051837
公开日2013年6月12日 申请日期2012年12月6日 优先权日2011年12月6日
发明者M.贝蒂, F.贝兰托內, M.德艾科, P.德特科, M.比吉 申请人:诺沃皮尼奥内有限公司