[发明专利]一种深海碳封存与发电系统

权利要求书

1.一种深海碳封存与发电系统，其特征在于，包括余热透平(2)、废气换热器(4)、气体剥离装置(5)、废气处理装置(6)、超临界二氧化碳压缩机(7)、波浪能发电设备(8)、地热换热器(9)、超临界二氧化碳透平(12)和海底冷却器(13)；其中，

余热透平(2)及废气处理装置(6)布置于海岸上，波浪能发电设备(8)布置于海面，其余设备布置于海平面以下的海水中；余热透平(2)通过电厂(1)的废气驱动做功，余热透平(2)出口依次连通废气冷却器(4)和气体剥离装置(5)，气体剥离装置(5)用于将二氧化碳从冷却之后的废气中剥离，气体剥离装置(5)的废气出口与布置于海岸的废气处理装置(6)相连，二氧化碳出口与超临界二氧化碳压缩机(7)入口相连，超临界二氧化碳压缩机(7)出口穿过海床(10)，与位于海底地热层(11)的地热换热器(9)入口连通，地热换热器(9)出口穿出海床(10)，与超临界二氧化碳透平(12)入口相连，超临界二氧化碳透平(12)出口与海底冷却器(13)高温侧入口相连，海底冷却器(13)低温侧出口通过注入通道(14)与深海封存孔穴(15)相连；波浪能发电设备(8)布置于海面，产生的部分电能用于驱动超临界二氧化碳压缩机(7)工作，剩余的电能与余热透平(2)和超临界二氧化碳透平(12)发出的电能共同并入电网(3)。

2.根据权利要求1所述的一种深海碳封存与发电系统，其特征在于，余热透平(2)为双级轴向烟气透平，入口温度范围为180℃～250℃，转速在10000rpm～30000rpm之间。

3.根据权利要求1所述的一种深海碳封存与发电系统，其特征在于，废气冷却器(4)与气体剥离装置(5)布置在海平面以下10m～300m。

4.根据权利要求1所述的一种深海碳封存与发电系统，其特征在于，气体剥离装置(5)采用二氧化碳选择透过膜进行二氧化碳剥离。

5.根据权利要求1所述的一种深海碳封存与发电系统，其特征在于，废气冷却器(4)及海底冷却器(13)利用高压低温的海水作为冷源。

6.根据权利要求1所述的一种深海碳封存与发电系统，其特征在于，超临界二氧化碳压缩机(7)采用单级或双级的离心式压缩机，其入口压力范围为7.5MPa～9MPa，入口温度范围为31.5℃～40℃，转速在30000rpm～50000rpm之间。

7.根据权利要求1所述的一种深海碳封存与发电系统，其特征在于，超临界二氧化碳透平(12)采用轴流式透平，其入口压力范围为18MPa～22MPa，入口温度范围为80℃～330℃，转速在30000rpm～50000rpm之间。

8.根据权利要求1所述的一种深海碳封存与发电系统，其特征在于，超临界二氧化碳压缩机(7)、地热换热器(9)、超临界二氧化碳透平(12)及海底冷却器(13)均布置在800m～2000m深的海底，该海底深度范围的海水压力为7.8MPa～19.6MPa，温度为2℃～8℃，海底地热层(11)是热泉或热干岩，温度在200℃～380℃之间。

9.根据权利要求1所述的一种深海碳封存与发电系统，其特征在于，深海封存孔穴(15)为废弃的海底油田、废弃的海底气田或天然形成的海底孔穴，位于500m～1000m深的海底，孔隙率为0.2～0.6，温度为0℃～8℃，压力为5MPa～10MPa；对于海底油田或气田，其含水饱和度大于0.2。

10.根据权利要求1所述的一种深海碳封存与发电系统，其特征在于，在工作时，电厂(1)产生的中高温烟气首先进入余热透平(2)膨胀做功，将烟气的内能转化成机械能进行发电，膨胀做功后的烟气通过废气冷却器(4)，与低温海水进行热量交换达到超临界二氧化碳压缩机(7)所需的低温状态，之后进入气体剥离装置(5)进行二氧化碳剥离，脱除二氧化碳的废气通入废气处理装置(6)进行脱硫脱硝处理，达到排放标准后排放到大气；

波浪能发电设备(8)利用海洋波浪动能发电并驱动超临界二氧化碳压缩机(7)工作，气体剥离装置(5)剥离出的二氧化碳工质进入超临界二氧化碳压缩机(7)被压缩至低温高压状态，随后通过输送管道穿过海床(10)，进入置于海底地热层(11)的地热换热器(9)，经海底地热源加热之后达到高温高压状态，由地热换热器(9)出口管道引出海床(10)至超临界二氧化碳透平(12)，高温高压的超临界二氧化碳工质在超临界二氧化碳透平(12)中膨胀做功，将内能转化为机械能进行发电，做完功的超临界二氧化碳工质流出超临界二氧化碳透平(12)进入海底冷却器(13)，与低温海水进行热量交换达到二氧化碳水合物(16)生成所需的低温状态，最后从海底冷却器(13)离开的二氧化碳工质穿过注入通道(14)，排入深海封存孔穴(15)，在0℃～8℃和5MPa～8MPa的条件下与水反应生成固态的二氧化碳水合物(16)，实现二氧化碳的地质封存。