[發(fā)明專利]具有渦輪膜式O2源的改進的半封閉式循環(huán)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201980092238.2
• 申請日: 2019-12-16
• 公開（公告）號: CN113891985A
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發(fā)明（設計）人: P·M·鄧恩
• 申請（專利權）人: 提高能源集團有限責任公司
• 主分類號: F01K25/08
• 分類號: F01K25/08
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 蘇娟

公開了一種運行半封閉式循環(huán)的改進的方法和系統，降低了用于氧氣生成和氣體凈化的寄生負荷，同時也降低了氣體凈化機(降低干燥要求)和制氧氣機(相對于分子篩，實施了膜)的資金成本。本發(fā)明適用于活塞或渦輪發(fā)動機，并且通過半封閉式循環(huán)(SCC)，以捕獲二氧化碳的形式的碳的方式和以提高現有公開的效率和成本效益的方式，產生了幾乎完全無排放的動力系統。捕獲的碳具有直接適用于提高石油采收率(EOR)、封存(sequestration)或工業(yè)用途的純度和壓力。

相關申請的交叉引用

本申請涉及、要求以下所列申請的最早可用有效申請日(例如，要求除臨時專利申請之外的最早可用優(yōu)先權日；根據35USC§119(e)要求臨時專利申請的權益)，并通過引用將以下所列申請(“相關申請”)的所有主題的全部內容并入，只要這種主題與本文不矛盾；本申請還要求該相關申請的任何和所有母、祖母、曾祖母等申請的最早可用有效申請日，并也通過引用該相關申請的任何和所有母、祖母、曾祖母等申請的所有主題的全部內容并入，只要這種主題與本文不矛盾：

于2018年12月14日遞交的署名Paul M.Dunn為發(fā)明人的題為“具有渦輪膜式O2源的改進的半封閉式循環(huán)”的美國臨時專利申請62/779533。

技術領域

本發(fā)明總體上涉及半封閉循環(huán)動力系統，更特別是包括碳捕獲設備或至少具有已濃縮的排氣CO2水平的動力系統，使得能夠采用低成本的CO2捕獲設備。此外，本發(fā)明涉及制氧氣機，特別是膜式制氧氣機，具有相應的方法來降低這些機器的比功率，并使它們與真空變壓吸附(VPSA)制氧氣機相比具有競爭力。

背景技術

傳統的動力系統，無論是內燃還是外燃機，都是用空氣燃燒燃料，并且通常將未經處理的燃燒產物(排氣/煙氣)排放到空氣中(或通過水下接口排放到空氣中)。天然氣、汽油和柴油活塞發(fā)動機，還有燃氣輪、噴氣發(fā)動機，或甚至是基于蒸汽鍋爐的動力機器都是如此。

將未經處理的煙氣排放到空氣中，盡管執(zhí)行起來簡單，但由于環(huán)境原因而是不可取的。諸如SO2、NOx、CO、HC(未燃燒的碳氫化合物)和最近CO2的氣體被被定義為污染物，并且排放受到管制。此外，對于特殊用途的應用，特別是海下應用，將系統排氣壓力與環(huán)境壓力(升高的背壓)聯系起來的要求會顯著降低發(fā)動機循環(huán)效率。

歷史上，對各種封閉式或半封閉式動力系統所做的先前工作(在20世紀的前半部分)主要與特殊用途的應用有關。最近的先前工作主要是關于提供更高效率和/或有效控制排放，或甚至捕獲系統排放(特別是二氧化碳)的能力。US9,194,340B2，也由本發(fā)明人發(fā)明，提供了相關專利的歷史和引用。

起初，由于孤立、貧困或戰(zhàn)爭而無法獲得常規(guī)燃料；之后，由于希望使用可再生燃料，已出現了對熱解和氣化系統的大量修補、研究、專利和商業(yè)化，這些系統主要通過高溫熱分解，將不能或不容易在發(fā)動機中燃燒的可用原料或燃料(煤、固體廢物、木材廢物、紙、塑料)分解成至少一種在發(fā)動機中容易燃燒的組分，通常是合成氣。

熱解和氣化系統一般分為兩類：連續(xù)進料機器或間歇(高壓釜)型機器。優(yōu)選的機器將取決于原料，并且在很大程度上取決于該原料是否可以通過運送機、螺桿或其它裝置被有效地輸送到反應區(qū)；在可能的情況下，優(yōu)選連續(xù)進料型機器。具有母和子專利的US 8,784,616 B2提供了對該領域十幾個專利和非專利文件的完整引用。

PCT/US2018/000163公開了一種對該熱解技術進行整合和改進以及降低半封閉式循環(huán)(semi-closed cycle，SCC)的排氣中的氧氣水平的方法，該方法改進了指標，并且使碳負動力系統成為可能。

改進現有技術的動機

現有的半封閉循環(huán)動力系統和相關的現有技術受到顯著的操作不利的阻礙。在現有技術文獻中討論的制氧氣機經常是動力系統的最高運行成本，并且消耗所產生凈功率的很大一部分。此外，動力系統的低背壓導致排氣中有很大比例的水蒸氣，這使發(fā)動機運行復雜化，同時也因為必須將原始CO2流脫水而使氣體凈化系統要求復雜化。