专利名称：用于压缩二氧化碳或者具有类似特性的气体的方法
专利说明在燃烧含碳的燃料时形成了二氧化碳。对于给定的能量载体，所产生的二氧化碳 的量直接取决于燃料的量并且由此取决于所转化的能量的量。现代的设备以及运行方法虽 然能够比以前更好地利用包含在燃料中的能量，但是不能防止气体的形成。因为还没有提出有效的并且经济的方法用于分离二氧化碳，所以二氧化碳的量泄 漏到大气中并且引起全球变暖。为了防止二氧化碳进入大气中，已知将二氧化碳储藏到深 入地表下方的空腔中。例如，在北海许多年以来将影响气候的气体泵入深入海底的岩层中。此外，必须将二氧化碳从环境压力以及温度置于允许通过管道将气体置于地下的 储藏场所中的压力水平。这意味着，用于二氧化碳的压缩单元必须提供80-300巴的最终压力。为此，需要相应巨大的功率。从"International Journal of Greenhouse gas Control I (2007)，，中公开了 Audun Aspelund和Kristin Jordal的论文，该论文提出了将CO2压缩到临界压力以下的大 约65巴的压力，并且随后进行冷却从而随着后面的泵送冷凝到150巴的最终压力。所描述的方法的缺点尤其是大约10°C的较低的循环冷却温度，该循环冷却温度尤 其在具有自然的热降的热的季节中很难提供或者甚至不能提供。在此，尤其关注，二氧化碳 的有待压缩的量要求强劲的压缩设备的循环冷却。
发明内容
本发明的任务是说明一种用于压缩二氧化碳或者具有类似特性的气体的方法，其 中要求尽可能小的功率。所述任务对于开头所述类型的方法来说通过以下方法得到解决，即在第一步骤中 将首先气态的二氧化碳在压缩机中借助于基本上等温的过程压缩到在二氧化碳的临界点 的压力之上的压力，在第二步骤中将二氧化碳在冷却装置中冷却到临界点的温度之下的温 度，并且然后在第三步骤中将二氧化碳在泵装置中压缩到给定的最终压力。在按本发明的方法中，通过组合地使用涡轮压缩机和泵装置来达到最终压力。所 述涡轮压缩机将气体从环境条件压缩到80-90巴的暂时的最终压力。在此，按本发明的过 程在等温过程附近运动。在涡轮压缩机的出口处，气体的温度大约为120-140°C。通过有针 对性地将二氧化碳在80-90巴时循环冷却到10-30°C的温度水平，实现了二氧化碳的密度 在典型的液体的密度附近的状态。然后，在该状态下的二氧化碳能够借助于泵置于直至400 巴的所希望的最终压力。在此，泵的能量消耗通常明显低于用涡轮压缩机进行的类似的压 缩。如果不用泵、而是用其它类型的压缩机、例如用单轴压缩机实施所要求的200巴 的最终压力，那么需要大约多10%的功率，并且二氧化碳处于对于管道来说高太多的温度。 那就会需要额外的二次冷却器。按本发明的方法相对于现有技术具有显著的优点，即循环冷却温度处于二氧化碳的临界温度的区域内-也就是在31°C。这种温度能够毫无问题地借助于自然的热降提供， 从而不必提供如现有技术所要求的那样的额外的冷却设备。相应地提高了整个设备的效 率，并且在整个设备的功率输出相同的情况下能够减少初级能量载体的使用。相应地也降低了 _即使是能储藏的形式的-所产生的二氧化碳。以这种方式更慢 地装满尤其自然的最终储藏场所。此外，能够更简单地构造用于循环冷却压缩的二氧化碳的热交换器，因为湿蒸汽 区域中的从气态的二氧化碳到液体的相变需要更贵的材料选择。
下面应该根据附图中示出的压力-焓图表对按本发明的方法进行详细描述。
具体实施例方式在示出的压力_焓图表中以箭头和点的形式示出了按本发明的方法的方法特性 曲线。在方法开始时在点P1，有待压缩的二氧化碳处于环境温度下。在涡轮压缩机中的 传动装置中或者说在传动装置压缩机中，在点Pi处于环境压力下的二氧化碳被压缩到点 P13的大约90巴的压力。在此，除了最后阶段，在每个压缩阶段之后进行循环冷却，从而考 虑等温的压缩过程。也就是说，在点Pl和P2、P3和P4、P5和P6、P7和P8、P9和P10、Pll和P13之间 分别压缩二氧化碳。其中，分别在点P2和P3、P4和P5、P6和P7、P8和P9、P10和Pll之间 将二氧化碳循环冷却到相应恒定的压力水平。尽管经过多次循环冷却，传动装置压缩机的 出口处的温度仍旧大约为120°C。随后，在特别的冷却装置中将120°C的二氧化碳循环冷却到30°C，这通过P13和 P14之间的箭头示出。在此，二氧化碳的密度明显增加并且达到大约750kg/m3的密度。由 此，超临界的二氧化碳或者说超临界的气体具有类似于液体密度的密度，并且能够几乎不 可压缩地泵送。由此，用于泵送到200巴最终压力的能量消耗是比较小的。按本发明的方法的特别之 处是围绕临界点进行压缩，由此省去了冷凝以及2相 流。二氧化碳的临界点在74巴以及31°C。可以从压力-焓图表中获知，按本发明的方法的 方法特性曲线在二氧化碳的临界点上方延伸。
权利要求
用于压缩二氧化碳的方法，其特征在于， 在第一步骤中将首先气态的二氧化碳在压缩机中借助于基本上等温的过程压缩到在二氧化碳的临界点的压力之上的压力， 在第二步骤中将二氧化碳在冷却装置中冷却到临界点的温度之下的温度，并且 然后在第三步骤中将二氧化碳在泵装置中压缩到给定的最终压力。
全文摘要
在多级的传动装置压缩机中借助于基本上等温的过程将二氧化碳压缩到在二氧化碳的临界点的压力之上的压力。随后将二氧化碳在冷却装置中冷却到环境温度，并且随后在泵装置中压缩到给定的最终压力。
文档编号C01B31/20GK101959578SQ200880127482
公开日2011年1月26日 申请日期2008年10月29日 优先权日2008年2月25日
发明者L·施吕特, M·内尔克, T·蒙克 申请人:西门子公司