[發明專利]使用會聚-發散噴嘴用冷卻進行CO2分離的方法和系統

在審

• 申請號: 201380021824.0
• 申請日: 2013-04-12
• 公開（公告）號: CN104254382A
• 公開（公告）日: 2014-12-31
• 發明（設計）人: N.西佩茨;J.M.弗里茨;M.A.岡薩雷斯薩拉扎;R.杜考澤德納澤勒;R.A.施斯勒;V.V.利相斯基;V.米謝拉西
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: B01D53/00
• 分類號: B01D53/00;F25J1/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 嚴志軍;周心志

1.一種用于從氣流分離二氧化碳(CO₂)的方法，所述方法包括：

(i)在冷卻級中冷卻所述氣流以形成冷卻氣流；

(ii)在會聚-發散噴嘴中冷卻所述冷卻氣流使得所述氣流中的CO₂的一部分形成固體CO₂和液體CO₂之一或兩者；

(iii)在所述會聚-發散噴嘴中從所述冷卻氣流分離固體CO₂和液體CO₂之一或兩者的至少一部分以形成富CO₂流和貧CO₂氣流；

(iv)在所述會聚-發散噴嘴的下游的膨脹器中膨脹所述貧CO₂氣流以形成冷卻貧CO₂氣流；以及

(v)將所述冷卻貧CO₂氣流的至少一部分循環到所述冷卻級以便冷卻所述氣流。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(ii)包括將所述會聚-發散噴嘴中的冷卻氣體混合物加速到超音速。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(ii)包括將所述會聚-發散噴嘴中的冷卻氣體混合物加速到亞音速。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述氣流在所述冷卻級中由所述循環冷卻貧CO₂氣流主要地冷卻。

5.根據權利要求1所述的方法，所述方法還包括在步驟(iv)之前使用閥冷卻所述貧CO₂氣流。

6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(i)之前所述氣流受到壓縮步驟。

7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(i)之前所述氣流不受到壓縮步驟。

8.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(ii)包括在所述會聚-發散噴嘴中冷卻所述氣流以主要形成固體CO₂并且步驟(iii)包括從所述冷卻氣流分離所述固體CO₂以形成富固體CO₂流。

9.根據權利要求1所述的方法，所述方法還包括：

在液化單元中液化富固體CO₂流的至少一部分以形成液體CO₂流，

在加壓單元中加壓所述液體CO₂流的至少一部分以形成加壓液體CO₂流，

加熱所述加壓液體流的至少一部分以形成加壓氣體CO₂流，以及

將所述加壓氣體CO₂流的至少一部分循環到所述液化單元。

10.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(iii)中分離存在于所述氣流中的至少大約50質量百分數的CO₂。

11.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述貧CO₂氣流基本上沒有CO₂。

12.一種用于從氣流分離二氧化碳(CO₂)的系統，所述系統包括：

(a)冷卻級，所述冷卻級配置成冷卻所述氣流以形成冷卻氣流；

(b)與所述冷卻級流體連通的會聚-發散噴嘴，其中所述會聚-發散噴嘴配置成進一步冷卻所述冷卻氣流使得所述氣流中的CO₂的一部分形成固體CO₂和液體CO₂之一或兩者，并且其中所述會聚-發散噴嘴還配置成從所述冷卻氣流分離固體CO₂和液體CO₂之一或兩者的至少一部分以形成富CO₂流和貧CO₂氣流；

(c)膨脹器，所述膨脹器位于所述會聚-發散噴嘴的下游并且與所述會聚-發散噴嘴流體連通，其中所述膨脹器配置成膨脹所述貧CO₂氣流以形成冷卻貧CO₂氣流；以及

(d)循環回路，所述循環回路配置成將所述冷卻貧CO₂氣流轉移到所述冷卻級以便冷卻所述氣流。

13.根據權利要求12所述的系統，其特征在于，所述會聚-發散噴嘴配置成將所述氣流加速到超音速。