[发明专利]用于二氧化碳分离的膨胀机和方法

说明书

关于联邦资助研究和开发的声明

本发明在由美国能源部(DOE)授予合同号DE-AR0000101、子合同号DE-0000101的政府支持下进行。政府对本发明可享有一定的权利。

技术领域

本发明涉及用于二氧化碳分离的膨胀机和方法。更具体来讲，本发明涉及用于固体CO₂分离的膨胀机和方法。

背景技术

基于含碳燃料燃烧的发电过程通常产生CO₂作为副产物。可能期望从气体混合物捕获或者以其他方式分离CO₂以防止CO₂释放到环境和/或在发电过程或在其它过程中利用CO₂。

但是，典型的CO₂捕获法(例如基于胺的方法)可能需要大量能量和大量资金。低温和/或高压法也可用于CO₂分离，其中分离是通过冷凝CO₂以形成液体CO₂或固体CO₂来实现。但是，由于系统部件的表面起霜，用于冷凝CO₂的系统和方法可能需要额外的分离系统，还可能使效率降低。

由此，需要用于分离CO₂的高效的系统和方法。此外，需要用于分离固体CO₂的高效的系统和方法，从而能够有效运输和/或贮存分离的CO₂。

发明内容

本发明包括的实施方案满足了这些及其它需要。一个实施方案是用于从气流中分离二氧化碳的膨胀机。所述膨胀机包括(a)外壳；(b)至少一个设置在外壳内的旋转部件；(c)至少一个设置在外壳中的入口，其中所述入口构造成接收气流；(d)至少一个设置在外壳中的第一出口，其中所述第一出口构造成排出富CO₂流；和(d)至少一个设置在外壳中的第二出口，其中所述第二出口构造成排出贫CO₂流。所述膨胀机构造成冷却气流以便气流中的部分CO₂形成固体CO₂和液体CO₂中的一种或两种。所述膨胀机进一步构造成从气流中分离至少部分固体CO₂和液体CO₂中的一种或两种以形成富CO₂流和贫CO₂流。

另一个实施方案是从气流中分离二氧化碳的系统。所述系统包括(i)构造成压缩和冷却气流的压缩阶段和冷却阶段。所述系统进一步包括(iii)与冷却阶段或压缩阶段流体连通的包括膨胀机的膨胀阶段。所述膨胀机包括(a)外壳；(b)至少一个设置于外壳内的旋转部件；(c)至少一个设置在外壳中的入口，其中所述入口构造成接收气流；(d)至少一个设置在外壳中的第一出口，其中所述第一出口构造成排出富CO₂流；和(e)至少一个设置在外壳中的第二出口，其中所述第二出口构造成排出贫CO₂流。所述膨胀机构造成冷却气流以便气流中部分CO₂形成固体CO₂和液体CO₂中的一种或两种。所述膨胀机进一步构造成从气流中分离至少部分固体CO₂和液体CO₂中的一种或两种以形成富CO₂流和贫CO₂流。

另一个实施方案是从气流中分离二氧化碳的方法。所述方法包括(i)提供膨胀机。所述膨胀机包括(a)外壳；(b)至少一个设置于外壳内的旋转部件；(c)至少一个设置在外壳中的入口，其中所述入口构造成接收气流；(d)至少一个设置在外壳中的第一出口，其中所述第一出口构造成排出富CO₂流；和(e)至少一个设置在外壳中的第二出口，其中所述第二出口构造成排出贫CO₂流。所述方法进一步包括(ii)冷却膨胀机中的气流以便气流中的部分CO₂形成固体CO₂和液体CO₂中的一种或两种。所述方法进一步包括(iii)从膨胀机中的气流中分离至少部分固体CO₂和液体CO₂中的一种或两种以形成富CO₂流和贫CO₂流。

附图说明

本领域普通技术人员从以下详述、附图和随附权利要求将明白本发明的其它实施方案、方面、特征和优点。在整个附图中相同符号表示相同部分，其中：