用于壓縮氣體的系統的制作方法

專利名稱：用于壓縮氣體的系統的制作方法
技術領域：
本文中公開的主題涉及用于在動力裝置中壓縮諸如含碳氣體的氣體的系統和方法。
背景技術：
可使諸如煤或石油的化石燃料氣化，以在生產電力、化學物、合成燃料時使用，或用于各種其它應用。氣化包括使含碳燃料和氧氣在非常高的溫度處反應而產生合成氣，即包含一氧化碳和氫氣的燃料，與處于其原始狀態的燃料相比，該合成氣的燃燒更高效且更清潔。氣化操作可導致產生二氧化碳(CO2),其為溫室氣體。因此，用于高效地處理和存儲 CO2的系統和方法將是有益的。

發明內容
下面對在范圍方面與獨創地要求保護的發明相當的某些實施例進行了概述。這些實施例不意圖限制所要求保護的發明的范圍，而是相反，這些實施例僅意圖對本發明的可行形式提供簡要概述。實際上，本發明可包括可類似于或不同于下面闡述的實施例的各種形式。在第一實施例中，一種系統包括構造成以便壓縮含碳氣體的第一壓縮機和控制器。控制器構造成在氣化系統的啟動期間控制第一壓縮機從壓縮第一含碳氣體過渡到壓縮第二含碳氣體。在第二實施例中，一種系統包括構造成以便壓縮含碳氣體的壓縮機和控制器。控制器構造成以便控制通往壓縮機的含碳氣體流。控制器構造成以便在啟動時期期間的第一含碳氣體源和穩態時期期間的第二含碳氣體源之間過渡。在第三實施例中，一種系統包括第一 (X)2源、包括(X)2捕捉系統的第二 (X)2源、壓縮系統和控制器。壓縮系統聯接到第一和第二 CO2源上。控制器構造成以便啟動壓縮系統的利用來自第一源的第一 (X)2流的操作，并且過渡到壓縮系統的使用來自第二 (X)2源的第二 CO2流的穩態操作。


當參照附圖閱讀以下詳細描述時，本發明的這些和其它特征、方面和優點將變得更好理解，在附圖中，相同的符號在所有圖中表示相同的部件，其中圖1描繪了包括氣體壓縮系統的整體氣化聯合循環(IGCC)動力裝置的一個實施例的簡圖；圖2描繪了在圖1中描繪的氣體壓縮系統的一個實施例的簡圖；圖3是在氣體壓縮系統的啟動和穩態操作之間過渡的方法的流程圖；以及，圖4是從第一 CO2源過渡到第二 CO2源以壓縮氣體的曲線圖。部件列表
100IGCC動力裝置
102燃料源
104給料制備單元
106氣化器
108渣料
110氣體洗滌器
111硫
112硫處理器
113Trrt.
114水處理單元
115氣體處理器
116殘余氣體組分
117碳捕捉系統
118抽出CO2
119氣體壓縮系統
120CO2
121碳封存系統
122EOR管道
123CO2
124啟動CO2
125控制器
126閥
128閥
130閥
132閥
134閥
136閥
138閥
140燃燒器
142燃氣輪機發動機
144空氣分離單元(ASU)
146輔助空氣壓縮機
148稀釋氮氣(DGAN)壓縮機
150渦輪
152傳動軸
154壓縮機
156負載
158蒸汽輪機發動機
160熱回收蒸汽發生器(HRSG)系統
162第二負載
164冷凝器
168冷卻塔
170導管
172第一級壓縮機
176脫水系統
174導管
178導管
180第二級壓縮機
182導管
184導管
186導管
210邏輯
212方框
214方框
216方框
218方框
220方框
222方框
224方框
226方框
228方框
230方框
232CO2過渡模型
234起動時期
236流
238第一過渡時期
240流
242第二過渡時期
244流量水平
246穩態操作時期
具體實施例方式
將在下面描述本發明的一個或多個具體實施例。為了致力于對這些實施例提供簡明的描述，可不在說明書中描述實際實現的所有特征。應當理解，在任何工程或設計項目中開發任何這種實際實現時，必須作出許多對于實現而言專有的決定，以實現開發者的具體目的，例如遵守與系統相關的和與商業相關的約束，這些約束可根據不同的實現而改變。此外，應當理解，這種開發工作可為復雜和費時的，但盡管如此，其仍然是受益于本公開的普通技術人員的設計、生產和制造的例行任務。
當介紹本發明的各種實施例的元件時，冠詞“一”、“一個”、“該”和“所述”意圖指存在一個或多個元件。用語“包括”、“包含”和“具有”意圖為包括性的，并且指除了所列元件之外可存在額外的元件。所公開的實施例包括用于將來自不同的源(例如強化采油(EOR)管道)的含碳氣體(例如CO2)用作用來啟動氣體壓縮操作的氣體的系統和方法。在下面參照圖1更詳細地描述的動力裝置(例如整體氣化聯合循環(IGCC)動力裝置)可使用氣體壓縮機來壓縮在合成氣處理期間捕捉到的C02。換句話說，在氣化器和氣體處理裝備的操作期間，可獲得捕捉到的C02。捕捉到的CO2可被壓縮和脫水，以便更高效地運送給碳封存(sequestration) 設施或油井。不同的啟動氣體(例如氮氣)可在裝置啟動期間替代捕捉到的CO2,并且可用來啟動壓縮操作。但是，氮氣具有的分子量不同于CO2,并且會限制壓縮機排出壓力，在諸如氣體脫水系統的系統中產生某些有害影響，并且更昂貴。另外，由于從啟動氮氣過渡到在正常裝置操作期間產生的捕捉到的ω2的原因，將氮氣用于氣體壓縮系統(例如在圖2中描繪的 CO2壓縮系統)的啟動操作會導致延遲。這種延遲還可導致CO2和富硫氣體有更高的啟動排放，因為在過渡時期期間由裝置操作產生的氣體此后可能不會被壓縮和/或脫水。因此， 所公開的實施例通過使來自其它源的ω2改道來將(X)2用作在壓縮機啟動操作期間的啟動氣體，并且此后在正常的壓縮機操作期間使用裝置產生的捕捉到的co2。考慮到前述內容，圖1描繪了 IGCC動力裝置100的一個實施例，其可產生和燃燒合成氣體，即合成氣。IGCC動力裝置100的元件可包括可用作IGCC動力裝置100的能源的燃料源102，例如固體進料。燃料源102可包括煤、石油焦、生物質、基于木材的材料、農業廢料、焦油、焦爐氣和浙青，或其它包含碳的物品。燃料源102的固體燃料可傳到給料制備單元104。給料制備單元104可例如通過對燃料源102進行斬切、碾磨、切碎、粉碎、壓塊或堆垛來重新設置燃料源102的大小或形狀，以產生給料。另外，可在給料制備單元104中對燃料源102添加水或其它適當的液體， 以產生漿狀給料。在某些實施例中，不對燃料源添加液體，從而產生干給料。給料可傳輸到氣化器106中，以用于氣化操作中。氣化器106可將給料轉化成合成氣，例如一氧化碳和氫氣的結合物。根據所使用的給料的類型，可通過使給料在提高的壓力(例如約600磅每平方英寸表壓 (PSIG)-1200PSIG)和升高的溫度(例如約2200° F_2700° F)處經受受控的量的任何減速劑和有限的氧氣來實現此轉化。在熱解過程期間加熱給料可產生固體(例如炭)和殘余氣體(例如一氧化碳、氫氣和氮氣)。然后可在氣化器106中發生燃燒過程。燃燒可包括將氧氣引導到炭和殘余氣體中。炭和殘余氣體可與氧氣反應而形成二氧化碳和一氧化碳，這為此后的氣化反應提供了熱。在燃燒過程期間的溫度的范圍可為約2200° F至約2700° F。另外，可將蒸汽引導到氣化器106中。氣化器106使用了蒸汽和有限的氧氣，以允許給料中的一些燃燒而產生一氧化碳和能量，該能量可驅動將另外的給料轉化成氫氣和額外的二氧化碳的第二反應。這樣，氣化器106制造出產物氣體。此產物氣體可包括約85%的等比例的一氧化碳和氫氣，以及CH4、HC1、HF、C0S、NH3、HCN和H2S (基于給料的硫含量)。此產物氣體可稱為未處理合成氣，因為它包含例如&S。氣化器106還可產生廢料，例如渣料108，其可為濕灰材料。可從氣化器106中移除此渣料108，并且將其例如作為路基或另一種建筑材料處理掉。為了處理未處理合成氣，可使用氣體洗滌器110。在一個實施例中，氣體洗滌器110可為水氣轉換反應器。氣體洗滌器110可洗滌未處理合成氣，以從未處理合成氣中去除HC1、 HF、COS、HCN和H2S,這可包括通過例如硫處理器112中的酸氣去除過程來在硫處理器112 中分離出硫111。此外，氣體洗滌器110可通過水處理單元114來將鹽113從未處理合成氣中分離出來，水處理單元114可使用水凈化技術來從未處理合成氣中產生可使用的鹽113。 此后，來自氣體洗滌器110的氣體可包括具有微量的其它化學物(例如NH3(氨)和CH4(甲烷))的已處理合成氣(例如，已經從合成氣中去除了硫111)。可使用氣體處理器115來從已處理合成氣中去除額外的殘余氣體組分116，例如氨和甲烷，以及甲醇或任何殘余的化學物。但是，從已處理合成氣中去除殘余氣體組分是可選的，因為即便是當包含殘余氣體組分(例如尾氣)時已處理合成氣也可用作燃料。在這一點上，已處理合成氣可包含約3%的CO、約55%的H2和約40%的CO2，并且基本除掉了 H2S。在一些實施例中，碳捕捉系統117可抽取和處理包含在合成氣中的含碳氣體(例如為約80%-100%或90%-100% (體積)純度的C02)。抽出C02118然后可傳送到氣體壓縮系統119中。在某些實施例中，氣體壓縮系統119可使抽出CO2IlS壓縮、脫水和液化， 從而產生更易于運送和存儲的C021 20。然后可使C02120改道到碳封存系統121、EOR管道 122和/或其它CO2源123(例如存儲罐)中，以用于例如采油活動中。因此，可通過使抽出 CO2IlS改道以用于這種活動中，來減少或消除抽出CO2IlS到大氣中的排放。當啟動氣體壓縮系統119的操作時，使用CO2氣體而非具有不同的分子量的氣體 (例如氮氣)可為有益的。因此，可使用諸如EOR管道122、碳封存系統121和/或其它CO2 源123的(X)2源來提供啟動C02124。啟動C021 24然后可用于氣體壓縮系統119的啟動操作中，如以下參照圖2、3和4更詳細地描述。因而，在示出的實施例中，(X)2控制器125可通過使用例如閥126、128、130、132、134、136和138來管理各種CO2流的傳送。閥1 用來調節(例如增大或減小)從碳捕捉系統117到氣體壓縮系統119的 CO2流118。閥1 用來調節從氣體壓縮系統119到碳封存系統121的(X)2流120。閥130 用來調節從氣體壓縮系統119到EOR管道122的(X)2流120。閥132用來調節從氣體壓縮系統119到其它(X)2源123 (例如(X)2存儲罐)的(X)2流120。因此，可輸送經壓縮和脫水的 CO2120來用于例如采油活動中。如上面所提到的那樣，使用啟動(X)2對于(X)2壓縮系統的啟動操作而言是有利的。 因此，可通過包含來自諸如EOR管道122、碳封存系統121和/或其它(X)2源123的源的CO2 流來獲得啟動(X)2流124。因而，CO2控制器125可調節例如閥134，以調節從EOR管道122 到氣體壓縮系統119的(X)2流124。閥136可用來調節從碳封存系統121到氣體壓縮系統 119的(X)2流124。閥138可用來調節從其它(X)2源123 (例如存儲罐)到氣體壓縮系統119 的(X)2流124。然后可在裝置啟動操作(包括氣體壓縮系統119啟動操作)期間使用啟動 C02124，如下面參照圖2、3和4更詳細地描述。繼續描述合成氣處理，一旦已經從合成氣中捕捉CO2,則已處理合成氣可作為可燃燃料傳遞給燃氣輪機發動機142的燃燒器140 (例如燃燒室)。IGCC動力裝置100可進一步包括空氣分離單元(ASU) 144。ASU144可操作來例如通過蒸餾技術將空氣分離成組分氣體。 ASU144可從自輔助空氣壓縮機146供應到該ASU的空氣中分離出氧氣，并且ASU144可將分離出的氧氣傳送到氣化器106。另外，ASU144可將分離出的氮氣傳遞給稀釋氮氣(DGAN) 壓縮機148。DGAN壓縮機148可將從ASU144接收的氮氣至少壓縮到等于在燃燒器140中的壓力水平的壓力水平，以便不干涉合成氣的恰當燃燒。因而，一旦DGAN壓縮機148已經將氮氣充分地壓縮到適當的水平，DGAN壓縮機148就可將壓縮氮氣傳遞到燃氣輪機發動機142 的燃燒器140。氮氣可用作稀釋劑，以例如有利于控制排放。如前面所述，壓縮氮氣可從DGAN壓縮機148傳遞到燃氣輪機發動機142的燃燒器 140。燃氣輪機發動機142可包括渦輪150、傳動軸152和壓縮機154，以及燃燒器140。燃燒器140可接收可在壓力下從燃料噴嘴噴射的燃料，例如合成氣。此燃料可在燃燒器140 中與壓縮空氣以及來自DGAN壓縮機148的壓縮氮氣混合，并且被燃燒。此燃燒可產生熱的加壓排氣。燃燒器140可朝向渦輪150的排氣出口引導排氣。當來自燃燒器140的排氣穿過渦輪150時，排氣會迫使在渦輪150中的渦輪葉片使傳動軸152沿著燃氣輪機發動機142 的軸線旋轉。如所示出的那樣，傳動軸152連接到燃氣輪機發動機142的多種構件上，包括壓縮機巧4。傳動軸152可將渦輪150連接到壓縮機154上而形成轉子。壓縮機154可包括聯接到傳動軸152上的葉片。因而，在渦輪150中的渦輪葉片的旋轉可使將渦輪150連接到壓縮機巧4上的傳動軸152使在壓縮機154內的葉片旋轉。在壓縮機154中的葉片的此旋轉會使壓縮機1 壓縮通過在壓縮機1 中的進氣口接收到的空氣。壓縮空氣然后可供應給燃燒器140，并且與燃料和壓縮氮氣混合，以允許有更高效率的燃燒。傳動軸152還可連接到例如在動力裝置中的負載156上，負載156可為固定式負載，例如用于產生電功率的發電機。實際上，負載156可為由燃氣輪機發動機142的旋轉輸出提供動力的任何適當的裝置。IGCC動力裝置100還可包括蒸汽輪機發動機158和熱回收蒸汽發生(HRSG)系統 160。蒸汽輪機發動機158可驅動第二負載162。第二負載162也可為用于產生電功率的發電機。但是，第一和第二負載156、162兩者可為能夠被燃氣輪機發動機142和蒸汽輪機發動機158驅動的其它類型的負載。另外，雖然燃氣輪機發動機142和蒸汽輪機發動機158 可如示出的實施例所示的那樣驅動單獨的負載156和162，但是也可一前一后地使用燃氣輪機發動機142和蒸汽輪機發動機158來通過單個軸驅動單個負載。蒸汽輪機發動機158 以及燃氣輪機發動機142的具體構造可為對于實現而言專有的，并且可包括區段的任何組
I=I O系統100還可包括HRSG160。來自燃氣輪機發動機142的經加熱的排氣可運送到 HRSG160中，并且用來加熱水以及產生用來對蒸汽輪機發動機158提供動力的蒸汽。來自例如蒸汽輪機發動機158的低壓區段的排氣可被引導到冷凝器164中。冷凝器164可使用冷卻塔168來將經加熱的水交換成冷卻水。冷卻塔168用來對冷凝器164提供冷水，以幫助使從蒸汽輪機發動機158傳遞到冷凝器164的蒸汽冷凝。來自冷凝器164的冷凝物又可被引導到HRSG160中。再次，來自燃氣輪機發動機142的排氣也可被引導到HRSG160中，以加熱來自冷凝器164的水以及產生蒸汽。在諸如IGCC動力裝置100的聯合循環動力裝置中，熱的排氣可從燃氣輪機發動機142流出且流到HRSG160，在HRSG160中，該熱的排氣可用來產生高壓、高溫蒸汽。HRSG160 產生的蒸汽然后可穿過用于產生動力的蒸汽輪機發動機158。另外，所產生的蒸汽還可供應給其中可使用蒸汽的任何其它過程，例如供應給氣化器106。燃氣輪機發動機142發生循環通常稱為“頂循環(topping cycle)”，而蒸汽輪機發動機158發生循環通常稱為“底循環 (bottoming cycle) ”。通過如圖1中所示的那樣結合這兩個循環，IGCC動力裝置100可導致在兩個循環中有更高的效率。具體而言，可捕獲來自頂循環的排氣熱且使用該排氣熱來產生用于在底循環中使用的蒸汽。圖2是氣體壓縮系統119的一個實施例的簡圖，氣體壓縮系統119可由CO2控制器 125控制，例如以對CO2壓縮和脫水。壓縮CO2是有利的，因為壓縮可產生液態C02。然后可通過使用例如更高效的液體泵和液體傳遞導管來更容易地運送液態C02。CO2的除水(即脫水)是有利的，因為CO2的更低的水分含量有助于防止導管以及與水發生接觸的表面(例如存儲罐的內側)的腐蝕。再生的水還可再循環，從而進一步減少了對原水的需要。在某些實施例(例如所描繪的實施例)中，氣體壓縮系統119包括兩個壓縮級。在其它的實施例中，氣體壓縮系統119可包括三個、四個、五個、六個、七個、八個壓縮級。在另外的其它實施例中，氣體壓縮系統119包括單個壓縮級。實際上，可使用任何數量的壓縮級來壓縮C02。在氣體壓縮系統119的啟動階段期間，控制器可使用啟動C02124。因此，導管170 將來自諸如碳封存系統121、EOR管道122和其它(X)2源123的源的啟動(X)2流IM傳送到第一級壓縮機172中，如所示出的那樣。將理解，在啟動CO2IM輸送自多個源(例如，碳封存系統121、EOR管道122、其它CO2源123)的實施例中，結合啟動CO2IM可包括使用允許結合可具有不同的流率、壓力和溫度的氣體的構件，例如壓力調整器、混合罐、壓縮機、加熱器、冷卻器等。傳送到壓縮機172的C021 24可為約60% -70%,70% -80%,80% -90%, 90%-100% (體積)純度。在某些實施例中，壓縮機172可包括軸流式壓縮機、離心壓縮機、往復壓縮機和/或旋轉式壓縮機。實際上，可使用能夠壓縮氣體(例如CO2)的任何壓縮機。壓縮機172能夠在約50° F-300。F、100° F_300° F、250° F_300° F的溫度范圍處將CO2IM的壓力從大約接近大氣壓提高到約100磅每平方英寸大氣壓(PSIA)、400PSIA、 500PSIA.600PSIA.700PSIA 以上的壓力。然后可通過使用例如導管174來將被壓縮機172壓縮的CO2流傳送到脫水系統 176。脫水系統176能夠從進入的CO2流中去除水。因此，脫水系統176可使用諸如二甘醇 (DEG)脫水、三甘醇(TEG)脫水、硅膠脫水、硅石-氧化鋁凝膠脫水、直接冷卻、分子篩等的技術來使(X)2流脫水。離開脫水系統176的(X)2流可僅包含約1、4、8、20、50磅每百萬標準立方英尺(lb/MMSCF)的含水量。導管178將脫水CO2流引導到第二級壓縮機180中。在某些實施例中，第二級壓縮機180可包括軸流式壓縮機、離心壓縮機、往復壓縮機和/或旋轉式壓縮機。實際上， 可使用能夠壓縮氣體(例如CO2)的任何壓縮機。壓縮機180能夠在約100° F-600。F、 250 ° F-600 ° F的溫度范圍處將脫水CO2的壓力提高到約1800PSIA-2400PSIA、 2400PSIA-2700PSIA的壓力。因此，第二級壓縮機180能夠使(X)2有從氣相到液相的相變。在裝置100啟動操作期間，啟動(X)2流IM可持續到足夠體積的抽出CO2IlS變得可用為止。在某些實施例中，導管182可使來自壓縮機180的啟動CO2IM改道到壓縮機172 中。實際上，可使用導管182來產生能夠啟動氣體壓縮系統119的壓縮操作的第一啟動循
9環。第一啟動循環將啟動CO2IM用作用以起動壓縮機172、脫水系統176和壓縮機180的操作的氣體。在第一啟動循環(即，通過導管182傳送C021 24)的某些實施例中，壓縮機180可不將CO2IM壓縮成液相。在這些實施例中，控制器125會等待，直到可獲得抽出C02118(在使抽出CO2IlS液化之前)為止，從而節省能量。在第一啟動循環的其它實施例中，控制器 125可控制壓縮機180，以便使啟動C021 24液化。控制器125可隨后在將C021 24傳送回到壓縮機172之前例如通過使用減壓器來降低C02124的壓力。在這些實施例中，可通過在使用抽出CO2IlS之前使用啟動CO2IM來測試氣體壓縮系統119中的所有系統的全部能力，包括液化能力。在某些實施例中，第二啟動循環包括使用導管184。在這些實施例中，可將啟動 C02124壓縮和液化成C021 20，并且傳送通過導管184。如上面關于圖1所提到的那樣，經壓縮和液化的C021 20可傳送回到碳封存系統121、EOR管道122或其它(X)2源123 (例如存儲罐)中。在此第二啟動循環中，使啟動CO2IM壓縮、脫水和液化，并且然后通過導管184使其改道回到前面提到的(X)2源121、122和/或123其中一個中。(X)2源121、122和/或123 然后可使啟動C021 24改道回到氣體壓縮系統119中，以用于啟動操作中。在第一和第二啟動循環的其它實施例中，可結合啟動CO2IM來使用抽出C02118， 或者可使用抽出CO2Iis來替代啟動C02124。在這些實施例中，在氣體壓縮系統119完成啟動之前，可能已經開始產生抽出C02118。因此，可使用導管186來使抽出CO2IlS改道至壓縮系統119。在這些實施例中，控制器125能夠結合啟動CO2IM與抽出CO2IlS以及使用結合的(X)2流來啟動氣體壓縮系統119。結合的(X)2流將進入壓縮級172、180，并且在與上面提到的使用啟動(X)2流124的啟動過程類似的啟動過程中被脫水系統180脫水。控制器 125能夠調節結合的(X)2流，以便使用盡可能多的抽出C02118。實際上，協調壓縮系統119 的操作的啟動與氣化操作的啟動而使得產生的所有抽出CO2IlS被壓縮且改道到各個0)2源 121,122和123中可為可行的。換句話說，控制器125可構造成以便協調啟動CO2IM和抽出C02118的流率，使得C021 24的流率逐漸減小，而CO2118的流率逐漸增加。一旦氣體壓縮系統119到達穩態操作(即，正常操作)，氣體壓縮系統119就能夠接收氣化裝置100的穩態操作產生的所有抽出(X)2流118。因此，抽出CO2IlS然后可被第一級壓縮機172壓縮。第一級壓縮機172可在約50° F-300。FUOO0 F-3000 F、 250° F-300° F的溫度范圍處將(X)2流118的壓力從大約接近大氣壓提高到約100PSIA、 400PSIA、500PSIA、600PSIA、700PSIA以上的壓力。第一級壓縮機172能夠更快速地壓縮抽出CO2IlS,因為第一級壓縮機172現在正在持續運行。然后可通過使用導管174來使經壓縮的抽出CO2IlS改道到脫水系統176。脫水系統176在穩態操作期間也持續運行，并且能夠從進入的抽出(X)2流118中去除水。因此， 通過例如導管178離開脫水系統176的抽出(X)2流118可僅包含約l、4、8、20、501b/MMSCF 的含水量。導管178將經脫水的抽出(X)2流118引導到第二級壓縮機180中。第二級壓縮機180在持續地運行，并且能夠在約100° F-600。F、250° F_600° F的溫度范圍處將經脫水的抽出C02118壓縮到約1800PSIA-2400PSIAJ400PSIA-2700PSIA的壓力。因此，抽出 CO2IlS可經歷從氣相到液相的相變。然后可使得到的液化C02120改道到碳封存系統121、 EOR管道122和/或其它(X)2源123。實際上，氣化操作產生的未來的抽出(X)2流118可被氣體壓縮系統119壓縮、脫水和液化，并且隨后可使其改道到前面提到的(X)2源121、122和/或123中的一個中。通過使用啟動C021 24和/或抽出CO2IlS而非氮氣來啟動氣體壓縮系統119的操作，可在啟動和正常操作期間使用相同類型的氣體。因此，氣體壓縮系統119可經歷更平滑的過渡而使用抽出C02118，因為將壓縮機喘振(例如在氣體流中的快速脈動)減少到了最低限度，脫水系統176能夠更快速地到達穩態，并且控制器模態可構造成以便控制單種類型的氣體(例如CO2)。這種平滑的過渡可導致消除過渡延遲，從而避免了在裝置啟動期間將(X)2排到大氣中。圖3是計算機實現的方法210的一個實施例的流程圖，例如圖1和2的(X)2控制器125可使用方法210來啟動氣體壓縮操作以及過渡到壓縮抽出C02118。更具體而言，方法210詳細描述了當通過使用第一含碳氣體(例如CO2)源來啟動壓縮過程以及隨后過渡到將第二含碳氣體(例如CO2)源用作可輸送到各個0)2源121、122和123的壓縮氣體時例如控制器125可采用的過程。因此，方法210的各個方框可包括可由控制器125執行的機器可讀代碼或計算機指令。在某些實施例中，第一含碳載體氣體源是一直可用的，而第二含碳載體氣體源僅在氣化器的操作期間可用。在其中第一和第二含碳氣體源為CO2氣體的實施例中，第一 (X)2源可包括在圖1和2中示出的啟動CO2IM源。如上面關于圖1所提到的那樣，可重復使用來自諸如碳封存121、EOR管道122和/或一些其它CO2源123的多個位置的啟動C02124。將啟動CO2IM用作在壓縮啟動操作期間使用的第一氣體可為有利的，因為這可允許在裝置的從啟動直到正常操作和停機的整個操作循環中采用相同類型的載體氣體(例如C02)。因此，可重復使用相同類型的壓縮控制模態、脫水模態等，并且不需要改變它們來適應不同的啟動氣體(例如氮氣)。方法210可通過起動第一 (X)2源的流(方框21 來開始。第一 (X)2源的流可包括使用單個源(例如EOR管道122)，或者與碳封存系統121結合的(X)2源(例如EOR管道 122)的結合物。實際上，可結合任何啟動CO2IM源或單獨將任何啟動CO2IM源用作輸送啟動氣體壓縮操作所需的CO2的第一 CO2源。在某些實施例(例如啟動壓縮操作以及氣化操作兩者的實施例)中，還起動了氣化器106(方框214)。將理解，氣化器106的起動可與第一 CO2源的流的起動(方框21 發生在大致相同的時間，發生在第一 CO2源的流的起動 (方框21 之前，或發生在第一 CO2源的流的起動(方框21 之后。可例如通過將燃料輸送到氣化器106以使燃料氣化，來起動氣化器106。在第一 (X)2源的流已經起動之后，可使用第一 (X)2源的流來啟動第一壓縮級(方框 216)，例如在圖2中示出的第一壓縮機172。在一個實施例中，第一壓縮機172被開啟并且導管170用來將第一 (X)2源的流輸送到第一壓縮機172。在此實施例中，第一壓縮機172壓縮第一 CO2 源的流，直到 CO2 流在約 50° F-300。F、100° F_300° F、250° F_300° F 的溫度范圍處到達某個壓縮值為止，例如，約100PSIA、400PSIA、500PSIA、600PSIA、700PSIA的值。一旦(X)2流到達某個壓縮值，就可使第一 (X)2源的壓縮流改道，并且使用它來啟動脫水系統(例如脫水系統176)的操作(方框218)。脫水系統啟動可包括啟動子系統，例如TEG脫水器、DEG脫水器、分子篩等。脫水系統176的啟動可持續到第一 (X)2源的流到達例如約 l、4、8、20、501b/MMSCF 的水的水平(water level)為止。一旦CO2流到達某個水的水平，就可使用0)2流來啟動第二壓縮機級(例如第二級壓縮機180)的操作(方框220)。在一個實施例中，壓縮機180被開啟，并且導管178用來將第一 CO2源的流輸送到第二壓縮機180中。在此實施例中，第二壓縮機180然后開始壓縮第一 (X)2源的流。然后例如可通過使來自第二級壓縮機180的第一 (X)2源的壓縮流改道到第一級壓縮機172中來穩定壓縮和脫水操作(方框22 。通過使用壓縮/脫水循環，可實現恒定的、均勻的(X)2流。通過支持平滑地啟動氣體壓縮系統119的子系統(例如壓縮機、 脫水器、壓力調整器)，壓縮/脫水循環有助于有利地產生恒定的穩定流。最初，可從第一 CO2源引導約100%的可用于壓縮和脫水操作的C02。當氣化器開始氣化且開始產生合成氣時，IGCC動力裝置構件就可使用得到的合成氣來產生CO2,作為第二 CO2源(方框224)。第二 CO2源可包括例如圖1的碳捕捉系統117。將理解，雖然合成氣和第二 CO2源的產生發生在氣化器的起動(方框214)之后，但是合成氣和第二 CO2源的產生(方框224)可發生在方框222之前。因此，方法210的其它實施例可能能夠使用第二 CO2源來例如穩定壓縮/脫水循環(方框222)，或啟動壓縮系統119的多個構件的操作(方框216、218、220)。在所描繪的實施例中，第二 CO2源在方框222之后變得可用。因此，描繪了過渡到使第二 (X)2源壓縮和脫水(方框226)發生在方框222之后，但是它可發生在方框 212之后的任何時間。在0)2源的過渡(226)期間，更多的合成氣通過氣化活動變得可用。因此，方法210 從使用第一 CO2源(例如啟動C021 24)過渡到使用第二 CO2源(例如抽出CO2IlS)，以作為壓縮和脫水氣體來替代第一 (X)2中的一些。在一個實施例中，(X)2控制器125可控制一組閥來結合啟動C021 24以及抽出CO2IlS兩者，使得它們兩者被用作如之前關于圖2所描述的壓縮和脫水氣體。當傳感器指示有更多的抽出CO2IlS可用時，CO2控制器125可使更多抽出 CO2IlS和更少啟動C02124改道，以用作壓縮和脫水氣體。將理解，結合啟動C02124與抽出 CO2IlS可包括使用允許結合可具有不同的流率、壓力和溫度的氣體的構件，例如壓力調整器、混合罐、壓縮機、加熱器、冷卻器等。當氣化器和動力裝置的其余部分斜坡加速(ramp up)至正常操作(方框228)時， 可產生更多的量的合成氣且因此可產生更多量的第二 C02。因此，方法210可使更多量的第二 (X)2和更少量的第一 (X)2改道到壓縮和脫水過程中，直到約100%的壓縮和脫水氣體可為第二 CO2為止。當第二 CO2到達期望的百分比(例如100% )時，則可不再將第一 CO2用作(X)2源(方框230)。因此，可通過使第二 (X)2改道到壓縮和脫水過程中來完全地消除第二 (X)2的排放。如前面所提到的那樣，經壓縮和脫水的(X)2可隨后被引導到碳封存系統121、 EOR管道122和/或其它CO2源，以用于例如采油活動中。圖4是(X)2過渡模型232的一個實施例的曲線圖，(X)2過渡模型232可用來從第一 CO2 (例如啟動C02124)過渡到作為被氣體壓縮系統119壓縮和脫水的氣體的第二 CO2 (例如抽出C02118)。曲線圖的縱坐標(即，y軸)表示第一 CO2和第二 CO2的流率。橫坐標(即χ 軸)表示時間。如上面關于圖3所描述的那樣，第一 (X)2源(例如C02124)可用作啟動CO2 源，以例如在IGCC裝置100啟動期間起動壓縮操作。第二 CO2 (例如CO2118)則可用來從啟動操作過渡到正常操作。在起動時期234中，當氣體壓縮系統119開始啟動過程時，控制器125可啟動第一 CO2的流236。可在壓縮系統的啟動過程期間以增量的方式使流236壓縮和脫水。當氣體壓縮系統119繼續啟動過程時，可使用不斷增加的量的第一 (X)2流236。
在某些實施例中，控制器125然后可進入第一過渡時期238，其中，第二 (X)2的流 240可添加到第一 (X)2的流236中。過渡時期可在某個時間T1處開始，例如，當氣化操作產生的抽出CO2IlS變得可用時。當氣化操作產生不斷增加的量的第二 C02240時，控制器125 可增加第二 (X)2流240的流率。因此，使用流率236與流率240的組合來繼續啟動操作。在時間T2處，控制器125可進入第二過渡時期M2。在第二過渡時期期間，第一和第二 (X)2源 236,240的結合的流能夠啟動壓縮和脫水操作。因此，當在氣化操作期間不斷增加的量的第二 (X)2流240變得可用時，可減小第一 (X)2流236。減小第一 (X)2的流236以及增加第二 (X)2 的流MO的過程然后可持續到氣化操作產生足夠體積的第二 (X)2為止，以便在時間T3獲得穩態(即正常操作)流量水平M4。在穩態流量水平244處，可關掉第一 (X)2源236，而壓縮和脫水操作則可通過使用第二 C02240來繼續操作。因此，曲線圖的穩態操作時期246描繪了將第二 CO2流240用作在壓縮和脫水操作中使用的主要(X)2流。將理解，本文中公開的實施例允許使用(X)2過渡模型(例如實例CO2過渡模型232)的許多變型。實際上，水平244可更低或更高，并且流率236J40的向上曲線和向下曲線可調節成例如具有不同的斜率，以便在各種各樣的動力裝置100操作和氣體壓縮系統119實施例中更高效且更經濟地從第一 CO2氣體過渡到第二 CO2氣體。本發明的技術效果包括能夠平滑地從用來啟動壓縮操作的啟動(X)2氣體過渡到抽出(X)2氣體，抽出(X)2氣體可用來繼續正常壓縮操作。因此，可減少或消除裝置操作所導致的(X)2排放。啟動(X)2載體氣體源可包括強化采油管道、碳封存系統和諸如(X)2存儲罐的其它源。抽出CO2載體氣體源包括碳捕捉系統。另外的效果包括能夠通過將相同類型的氣體用于啟動操作以及用于正常操作來簡化壓縮和脫水操作。因此，氣體壓縮和脫水系統可經歷更平滑的過渡而壓縮第二氣體源，因為將壓縮機喘振(例如在氣體流中的快速脈動)減少到了最低限度，脫水系統能夠更快速地到達穩態，并且控制器模態可構造成以便控制單種類型的氣體(例如CO2)。控制器模態可使用計算機指令來快速和高效地在氣體源之間過渡。此書面描述使用了實例來公開本發明，包括最佳模式，并且還使得本領域的任何技術人員能夠實踐本發明，包括制造和使用任何裝置或系統，以及執行任何結合的方法。本發明的可授予專利的范圍由權利要求書限定，并且可包括本領域技術人員想到的其它實例。如果這樣的其它實例具有不異于權利要求書的字面語言的結構元素，或如果它們包括與權利要求書的字面語言無實質性差異的等效結構元素，則這樣的其它實例意圖處于權利要求書的范圍內。
權利要求
1.一種系統，包括構造成以便壓縮含碳氣體(118，124)的第一壓縮機(172)；以及構造成在氣化系統(106)的啟動期間控制所述第一壓縮機(17 從壓縮第一含碳氣體 (124)過渡到壓縮第二含碳氣體(118)的控制器(125)。
2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述第一含碳氣體(IM)、所述第二含碳氣體(118)或兩者包括按體積計純度為至少約80%的二氧化碳。
3.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述第二含碳氣體(118)是從在所述過渡期間由所述氣化系統(106)產生的合成氣中捕捉到的，而所述第一含碳氣體(124)不是從在所述過渡(238)期間產生的所述合成氣中捕捉到的。
4.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述系統包括所述氣化系統(106)和氣體處理系統(115)。
5.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述過渡(238)在所述氣化系統的啟動 (234)期間開始，并且在所述氣化系統的穩態操作(M6)期間結束。
6.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述系統包括具有所述第一壓縮機(172) 和所述控制器(125)的碳捕捉系統(117)，其中，所述碳捕捉系統(117)是所述第二含碳氣體(118)的源。
7.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述系統包括強化采油(EOR)管道 (122)、碳封存系統(121)、存儲罐(123)中的至少一個，或它們的組合，作為所述第一含碳氣體(124)的源。
8.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述第一壓縮機(17 在所述第一壓縮機 (172)的啟動期間僅壓縮所述含碳氣體(IM)。
9.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述系統包括脫水系統(176)，所述脫水系統(176)聯接到所述第一壓縮機(172)上，并且構造成以便使被所述第一壓縮機(172) 壓縮的所述含碳氣體(118，124)脫水。
10.根據權利要求9所述的系統，其特征在于，所述系統包括第二壓縮機(180)，所述第二壓縮機(180)聯接到所述脫水系統(176)上，并且構造成以便壓縮通過所述脫水系統 (176)脫水的所述含碳氣體(118，1M)。
全文摘要
本發明涉及用于壓縮氣體的系統。提供了用于氣化(106)操作的系統。該系統可將含碳氣體(118，124)用作裝置(100)操作的一部分。該系統可包括構造成以便壓縮含碳氣體(118，124)的第一壓縮機(172)和控制器(125)。控制器(125)構造成以便在氣化系統(106)的啟動期間控制第一壓縮機(172)從壓縮第一含碳氣體(124)過渡到壓縮第二含碳氣體(118)。
文檔編號F25J1/00GK102311806SQ201110204448
公開日2012年1月11日 申請日期2011年5月17日 優先權日2010年5月17日
發明者A·馬宗達, R·S·貝尼帕爾, S·R·米什拉 申請人:通用電氣公司