[go: up one dir, main page]

CN102330603A - 用于周期性冷却、存储和加热大气气体的方法和系统 - Google Patents

用于周期性冷却、存储和加热大气气体的方法和系统 Download PDF

Info

Publication number
CN102330603A
CN102330603A CN2011101640177A CN201110164017A CN102330603A CN 102330603 A CN102330603 A CN 102330603A CN 2011101640177 A CN2011101640177 A CN 2011101640177A CN 201110164017 A CN201110164017 A CN 201110164017A CN 102330603 A CN102330603 A CN 102330603A
Authority
CN
China
Prior art keywords
stream
air stream
entraining air
big entraining
liquefaction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2011101640177A
Other languages
English (en)
Inventor
徐建国
R.维罗
D.M.赫龙
P.J.佩斯科
R.M.皮尔斯泰恩
J.F.西鲁西
P.希格根博塔姆
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Air Products and Chemicals Inc
Original Assignee
Air Products and Chemicals Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Air Products and Chemicals Inc filed Critical Air Products and Chemicals Inc
Publication of CN102330603A publication Critical patent/CN102330603A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C1/00—Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid
    • F02C1/04—Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid the working fluid being heated indirectly
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/14—Gas-turbine plants having means for storing energy, e.g. for meeting peak loads
    • F02C6/16—Gas-turbine plants having means for storing energy, e.g. for meeting peak loads for storing compressed air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/0002—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the fluid to be liquefied
    • F25J1/0012—Primary atmospheric gases, e.g. air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0032—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration"
    • F25J1/0035—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration" by gas expansion with extraction of work
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0032—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration"
    • F25J1/0035—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration" by gas expansion with extraction of work
    • F25J1/0037—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration" by gas expansion with extraction of work of a return stream
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0032—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration"
    • F25J1/004—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration" by flash gas recovery
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0032—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration"
    • F25J1/0042—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration" by liquid expansion with extraction of work
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0032—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration"
    • F25J1/0045—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration" by vaporising a liquid return stream
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0201—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using only internal refrigeration means, i.e. without external refrigeration
    • F25J1/0202—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using only internal refrigeration means, i.e. without external refrigeration in a quasi-closed internal refrigeration loop
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0221—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using the cold stored in an external cryogenic component in an open refrigeration loop
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0225—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using other external refrigeration means not provided before, e.g. heat driven absorption chillers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0244—Operation; Control and regulation; Instrumentation
    • F25J1/0245—Different modes, i.e. 'runs', of operation; Process control
    • F25J1/0251—Intermittent or alternating process, so-called batch process, e.g. "peak-shaving"
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0257—Construction and layout of liquefaction equipments, e.g. valves, machines
    • F25J1/0262—Details of the cold heat exchange system
    • F25J1/0264—Arrangement of heat exchanger cores in parallel with different functions, e.g. different cooling streams
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/24—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using regenerators, cold accumulators or reversible heat exchangers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
    • F25J2210/06—Splitting of the feed stream, e.g. for treating or cooling in different ways
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
    • F25J2210/40—Air or oxygen enriched air, i.e. generally less than 30mol% of O2
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
    • F25J2210/42—Nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/02—Expansion of a process fluid in a work-extracting turbine (i.e. isentropic expansion), e.g. of the feed stream
    • F25J2240/10—Expansion of a process fluid in a work-extracting turbine (i.e. isentropic expansion), e.g. of the feed stream the fluid being air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/90—Hot gas waste turbine of an indirect heated gas for power generation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/04—Internal refrigeration with work-producing gas expansion loop
    • F25J2270/06—Internal refrigeration with work-producing gas expansion loop with multiple gas expansion loops
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/90—External refrigeration, e.g. conventional closed-loop mechanical refrigeration unit using Freon or NH3, unspecified external refrigeration
    • F25J2270/908—External refrigeration, e.g. conventional closed-loop mechanical refrigeration unit using Freon or NH3, unspecified external refrigeration by regenerative chillers, i.e. oscillating or dynamic systems, e.g. Stirling refrigerator, thermoelectric ("Peltier") or magnetic refrigeration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/90—External refrigeration, e.g. conventional closed-loop mechanical refrigeration unit using Freon or NH3, unspecified external refrigeration
    • F25J2270/908—External refrigeration, e.g. conventional closed-loop mechanical refrigeration unit using Freon or NH3, unspecified external refrigeration by regenerative chillers, i.e. oscillating or dynamic systems, e.g. Stirling refrigerator, thermoelectric ("Peltier") or magnetic refrigeration
    • F25J2270/91—External refrigeration, e.g. conventional closed-loop mechanical refrigeration unit using Freon or NH3, unspecified external refrigeration by regenerative chillers, i.e. oscillating or dynamic systems, e.g. Stirling refrigerator, thermoelectric ("Peltier") or magnetic refrigeration using pulse tube refrigeration
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/16—Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Abstract

公开了一种方法和系统。该方法和系统包括压缩大气气流来形成超临界大气气流，由该超临界大气气流来至少形成第一流，将该第一流导向用于冷却的再生器，来形成第一冷却流，将该第一冷却流从该再生器导出，膨胀该第一冷却流来形成液化的大气气流，存储至少一部分的该液化的大气气流，加压至少一部分的该存储部分的液化大气气流，和在该再生器中加热至少一部分的该加压的液化大气气流。在该方法和系统中，从不可燃源将低于该大气气体临界温度的致冷直接或者间接的提供给至少一部分的该系统。

Description

用于周期性冷却、存储和加热大气气体的方法和系统
技术领域
本发明涉及一种用于周期性冷却、存储和加热大气气体的方法和系统。更具体的，本发明涉及一种方法和系统，其包括用于大气气体的再生循环。
背景技术
已知的系统能够冷却在非需电高峰小时(非高峰小时)过程中所获得的加压空气，并且在需电高峰小时(高峰小时)过程中在压力下汽化该加压的空气。
日本专利申请JP4-132837A(其在此以其全部引入作为参考)描述一种燃气涡轮发电设备，其包含用于驱动发电机的燃气涡轮，用于液化空气的液化设备，用于存储液化流体的存储容器，和用于汽化该液化流体，并且将产物供给到燃气涡轮燃烧器的汽化设备。当该液化流体从存储容器泵送出来时，它发生汽化，并且导向燃气涡轮燃烧器。该设备具有几种缺点。例如，空气的液化是使用专用的液化器来进行的，其可能是低效的。另外，该液化的流体的汽化和致冷的传递因为包括多个传热步骤而会是低效的。
日本专利申请JP4-127850(其在此以其全部引入作为参考)描述了一种液体空气存储发电系统，其冷却、液化和存储常压下的空气。将该液体空气升温，并且根据需要抽取高压空气。使用该高压空气来驱动发电涡轮和发电。这种系统具有几种缺点。例如，虽然在液化天然气的汽化中使用致冷能够降低空气液化所需的能量，但是液化天然气并非总是能够获得的。另外，作为可燃气体，液化天然气包括了与存储和运输有关的安全考虑，并且更重要的是作为可燃材料的液化天然气与氧化性气体(例如空气)的热交换。
日本专利申请JP4-191419(其在此以其全部引入作为参考)描述了这样的方法，其用于将空气以恒定的规定压力供给到燃烧温度。在一种高损失性方法中，压力增加到远高于规定压力的压力，并且该压力在使用过程中降低到恒定压力。在一种高风险方法中，使用由海水、河水、湖水等所产生的分别的水位差来将压力升高到规定的水平。在该JP4-191419专利的方法中，将空气进行液化，并且将体积降低到低于在大气压力时存在的体积。将该液体汽化，并且存储致冷。该存储的致冷可以用于预冷却空气液化所吸入的空气，来降低压缩机的动力消耗和来降低在液体空气生产中电功率的消耗速率。这种方法具有这样的缺点，即，它没有提供一种有效的方法来液化空气和汽化存储的液体空气。
Hitachi(Hidefumi Araki，Mitsugu Nakabaru，和Kooichi Chino，Heat Transfer-Asian Research，31(4)，2002)(其在此以其全部引入作为参考)描述了将高压空气在高峰小时送到燃气涡轮的燃烧器。这样的循环包括预冷却的再生器。预冷却可以通过液化天然气的汽化来实现。在一些地区，液化天然气可能是无法获得的。另外，作为一种可燃气体，液化天然气包括了与存储和运输有关的安全考虑，并且更重要的是作为可燃材料的液化天然气与氧化性气体(例如空气)的热交换。另外，Hitachi讨论了通过包括再生介质例如小圆石或者混凝土的长期冷却。同样，如Hitachi所公开的那样，预冷却的再生器的运行会导致该再生器在循环过程中的升温，这归因于热泄漏，通过机器例如液体空气泵所引入的热量，和如果冷却的空气的压力等同于或者类似于加热的空气的压力时，在再生器和其他热交换器中进行传热所需的传热温差，因此这样的方法是不可维持的。如果待加热的空气的压力远低于冷却的空气的压力，则该方法变得效率更低。
所需要的是一种方法和系统，其用于在加工循环的第一运行周期过程中冷却和存储大气气体，并且在第二运行周期过程中加热该大气气体，其中该方法和系统的运行是可维持的，可靠的和安全的。维持能力理想的包括在该系统运行几周或者几月之后，系统中流体的温度和压力，特别是较低温度时的这些，在周期性运行的相同阶段时基本保持恒定。可靠性理想的包括材料和装置的使用不受大量的另外一种材料存在的限制。安全性理想的包括在该系统中使用不可燃材料。
发明内容
本发明的一方面包括一种再生方法，用于周期性冷却、存储和加热大气气体。该方法包括：压缩大气气流到高于预定压力的压力，来至少形成超临界大气气流(该预定压力在该大气气流的临界压力左右)；由该超临界大气气流来至少形成第一流；将该第一流导向用于冷却的再生器，来至少形成第一冷却流；将该第一冷却流从该再生器导出；膨胀该第一冷却流来至少形成液化的大气气流；存储至少一部分的该液化的大气气流，作为存储的液化大气气体；加压至少一部分的该存储的液化大气气体到高于第二预定压力的压力，来形成加压的液化大气气流(该第二预定压力在该液化的大气气体的临界压力左右)；和在再生器中加热至少一部分的该加压的液化大气气流。从外部不可燃源将低于预定温度的致冷直接或者间接的提供给该大气气流、该超临界大气气流、该第一流、该第一冷却流、该液化的大气气流和该加压的液化大气气流中的一种或多种，所述的预定温度在该液化的大气气流的临界温度左右。
本发明的另一方面包括一种系统，用于周期性冷却，存储和加热大气气体。该系统包括：压缩机，其配置来压缩大气气流到高于预定压力的压力，来至少形成超临界大气气流(该预定压力在该大气气流的临界压力左右)；再生器，其配置来接收由该超临界气流所形成的第一流，并且形成第一冷却流；降压装置，其配置来降低该第一冷却流的压力，并且设置来至少形成液化的大气气流；容器，用于存储至少一部分的该液化的大气气流作为存储的液化大气气体；升压装置，其配置来加压该存储的液化大气气体到高于预定压力的压力(该预定压力在该大气气体的临界压力左右)；和不可燃外部致冷源，其配置来将低于预定温度的致冷提供给该系统的至少一部分，该预定温度在该液化的大气气流的临界温度左右。
本发明的一个优点包括在用于冷却和存储大气气体的系统和相关的系统的加热和冷却运行中，更大的控制和更大的效率。
本发明的另一优点包括允许一种使用再生器的可维持的周期性循环，其中由于热交换所产生的能量损失被明显降低。
本发明的另一优点是由于在所述过程中使用不可燃材料而带来的安全性。
本发明的另一优点是提高的通用性，这归因于消除了必须将液化天然气的气化单元整合到所述系统这样的限制。
本发明的其他特征和优点将从下面的更详细说明的优选实施方案，并且结合附图而变得显而易见，该附图作为例举，说明了本发明的原理。
附图说明
图1表示了根据本发明的再生系统的一种示例性实施方案的示意图。
图2表示了根据本发明的再生系统的一种示例性实施方案的示意图。
图3表示了根据本发明的再生系统的一种示例性实施方案的示意图。
图4表示了根据本发明的再生系统的一种示例性实施方案的示意图。
图5表示了根据本发明的再生系统的一种示例性实施方案的示意图。
图6表示了根据本发明的再生系统的一种示例性实施方案的示意图。
具体实施方式
提供了一种方法和系统，用于在加工循环的第一运行周期过程中冷却和存储大气气体，并且在第二运行周期过程中加热该大气气体。该系统和方法包括用于冷却和加热该大气气体的再生器。
该方法和系统的实施方案能够由于存储和随后使用液体大气气体而提高效率，为其他运行或者系统提供加热或者冷却，调整该系统和相关系统的加热和冷却运行，和/或使得所述方法能够维持，而不引入大的低效率。
作为此处使用的，术语“大气气体”指的是这样的气体，其主要包含氮气，氩气，氧气或者其组合。在一种实施方案中，该大气气体是氮气，氩气和氧气的混合物。在一种实施方案中，氧气含量可以高于大约20.95体积%。在一种实施方案中，氩气含量可以高于大约0.93体积%。作为此处使用的，术语“再生器”指的是一种固定体，具有流动特征和热容量，并且是作为一种周期性传热装置来运行的，其在第一运行模式运行时提供冷却，在第二运行模式运行时提供加热。作为此处使用的，术语“不可燃”指的是在空气存在下不燃烧的材料。
通常，流体在第一运行周期过程中(例如，当电价通常较低时的非高峰需电周期)和在第一运行模式过程中在第一方向上流过再生器的流动部件(例如流道)。在该第一运行模式中，再生器吸收了来自导入到该再生器中的至少一部分的流体的热量。通过再生器吸热而将所述流体冷却到低于预定温度，来形成从再生器导出的流体。在第二运行周期(例如，当电价通常较高时，在高峰需电周期中)过程中，相同的再生器可以以第二运行模式来运行。在该第二运行模式中，加压的液化大气气流被引导通过再生器(其为该加压的大气气流提供了热)。该第一运行周期和第二运行周期可以重复循环多次，并且该循环可以重复进行。该第一运行周期可以处于低能量需求周期中，该第二运行周期可以处于高能量需求周期中。
当再生器在是第一运行周期和第二运行周期过程中经历运行循环时，该再生器的传热或者吸热能力是根据温度曲线来提供的。即，该再生器在第一运行周期和第二运行周期过程中具有预定的传热能力。在预定数目的循环之后，本发明再生器的温度曲线必须在该循环的任何固定的阶段保持基本恒定，用于使得所述方法和/或系统长时间工作。在该温度曲线在所述循环的固定阶段是基本恒定的情况中，该再生器的温度在运行循环期间基本上不升高，因此这样的方法能够运行数月或者更长时间。这种维持能力是由如下来提供的：在所述方法中提供给至少一种流体的处于低于该大气气体的临界温度的温度的外部致冷源。本发明中的外部致冷源定义为流体外部的致冷源，其与再生器相连。该外部致冷源可以是液氮或者液体空气流，其来自所述方法外部的来源，与再生器，液体大气气体存储装置，此处所述的其他系统部件，致冷器例如气体膨胀器、Sterling致冷器、脉冲管致冷器、磁性致冷、其组合等有关。
一个再生器可以与一个或多个另外的再生器串联排列，和/或该再生器可以平行于一个或多个另外的再生器来排列。再生器的串联排列能够降低纵向传热(纵向传热是在流动方向上的传热)。在包括多个再生器的情况中，令人期望的是将不同的再生器配置来用于不同的预定参数值(例如压力范围，温度范围和/或流量范围)。
图1表示了再生系统101的示意图，该系统用于本发明的加热，冷却和存储大气气体的再生方法。在该再生方法的一种实施方案中，将大气气流100加压到高于预定压力的压力，来形成超临界大气气流108。该预定压力在大气气流100中的大气气体的临界压力左右。该大气气流100被引导通过空气压缩机10。杂质(例如水蒸气，二氧化碳和/或其他杂质)是通过空气净化器20除去的。进一步加压是通过增压压缩机30来实现的。在一种实施方案中，该增压压缩机30可以包括级间冷却器(未示出)和后冷却器(未示出)。
如图1所示，在一种实施方案中，将超临界大气气流108分成第一流110和第二流120。第一流110可以以比第二流120更大的体积流量来提供。将第一流110导向再生器40。该第一流110在第一运行周期过程中和在第一运行模式过程中，在第一方向上流过再生器40的流动部件(例如流道)。在该第一运行模式中，再生器40接收了来自至少一部分的第一流110的热量。这种传热将第一流110冷却到低于预定温度，来形成第一冷却流112。该预定温度低于大气气流100中的大气气体的临界温度。在第二运行周期过程中，再生器40是以第二运行模式运行的。在该第二运行模式中，将加压的液化大气气流引导通过再生器40(其提供了热来产生再生器加热的大气气流196)。
将第二流120(包括一部分的超临界大气气流108)在第一运行周期过程中导向间接热交换器50。该间接热交换器50冷却了至少一部分的该第二流120，来形成第二冷却流122。合并的冷却流130通过液体空气或者液氮流150来进一步冷却。在一种实施方案中，冷却是通过液体空气或者液氮流150提供的。在其他实施方案中，间接热交换器50和60中的之一或者之二可以用任何合适的外部致冷源来替代。
间接热交换器50和60能够冷却超临界大气气流108、第一流110、第二流120、第一冷却流112、合并的冷却流130或者其组合，来形成外部冷却流132。作为此处使用的，术语“外部冷却”指的是由非再生器40的源来提供的冷却。例如，图1表示了合并的冷却流130和第二流120是通过外部低温流150(其可以为热交换器50，60二者提供致冷)来冷却的。另外或者可选择的，冷却可以通过将高压气流(未示出)膨胀到低于大气气体临界温度的温度来提供。参考图6，在线冷却来形成外部冷却流132可以通过冷却该超临界大气气流108、第一流110、第一冷却流112或者其组合来提供。明确的，图6表示了第一冷却流112是通过外部致冷源500冷却，来形成外部冷却流130的。在这种实施方案中，外部致冷源500可以是Sterling 致冷器，Gifford-McMahon 致冷器，脉冲管致冷器，热声致冷器，磁致冷器，其组合，或者任何其他合适的致冷源。
在第一运行周期过程中，将第一冷却流112和第二冷却流122定向排列，来形成合并的冷却流130。该合并的冷却流130是通过液体空气或者液氮流150(其在这里是一种外部致冷源)在第二间接热交换器60中进一步冷却的。将该第二间接热交换器60配置到低于第一间接热交换器50的温度。液体空气或者液氮流150可以在预定压力(例如高于环境大气压)来提供。通过冷却，该合并的冷却流130形成了另外的冷却流132。该另外的冷却流132膨胀来形成液化的大气气流134，将其低压存储在空气存储槽80中(例如稍高于环境大气压力)。在一种实施方案中，冷却流132是通过膨胀阀70来膨胀的。在一种可选择的实施方案中，如图3所示，冷却流132可以通过浓稠流体膨胀器370来膨胀。在该可选择的实施方案中，液体空气或者液氮流150(这种方法中的外部致冷源)可以在间接热交换器60中加热，然后在间接热交换器50中加热。
在第二运行周期(通过图1的虚线/点线部分来表示)过程中，液体大气气流190从空气存储槽80中导出，并且通过增压机构90(例如泵)加压，来形成加压的液体大气气流194。将该加压的液体大气气流194导向再生器40，并且加热到环境温度左右或者稍高于环境温度。在一种实施方案中，液体空气的压力比导入再生器40的大气气体的第一流110低(例如低了大约5-50 psi)。
其他合适的冷却源可以另外的或者可选择的使用。例如，外部源可以提供另外的流体(其低于大气气体的临界温度)，并且与第一冷却流112，第二冷却流122，液体空气或者液氮流150，合并的冷却流130，另外的冷却流132，该液化的大气气流134，液体大气气流190，和/或加压的液体大气气流194混合。在一种实施方案中，由一个或多个再生器来提供另外的或者可选择的冷却。该外部致冷允许冷却到低于大气气体的临界温度，由此延长该再生系统的运行持续时间。例如，包括该外部致冷能够将运行维持能力延长数月或者数年的持续时间。引入液氮，液体空气，和/或加入低温致冷器到所述方法中能够提供这样的外部致冷。该再生系统中的冷却是使用不可燃材料来进行的。例如，致冷系统的冷却中所用的流体是不可燃的。作为此处使用的，术语“不可燃流体”可以包括空气，氩气，氮气，氧气，氦气，氙气及其组合。
图2表示了根据本发明另外一种实施方案的再生系统101的示意图。如图1所示的实施方案中，将超临界大气气流108分成第一流110和第二流120。在这种实施方案中，超临界大气气流202(一部分的第二流120，其被冷却到例如大约-50℉-大约-180℉的预定温度)从间接热交换器50中导向膨胀器210。废流203(其可以是两相流)从间接热交换器50导向相分离器230。相分离器230将蒸气流204导向间接热交换器50。间接热交换器50传热到蒸气流204来形成加热的大气气流205。该加热的大气气流205处于升高的温度(例如大约环境温度)和预定压力(例如高于大约90 psia)。该加热的大气气流205可以再循环到增压压缩机30的入口或者用于其他目的，例如供给到低温空气分离单元。
除了第一流110和第二流120之外，超临界大气气流108可以分成第三流206，其可以小于第一流110和第二流120。第三流206被导向第二膨胀器220。该第二膨胀器220可以配置到比膨胀器210更高的温度，并且可以基本上平衡间接热交换器50中的多个温度的供热与吸热。第二膨胀器220膨胀了第三流206来形成膨胀器废流208。该膨胀器废流208导向间接热交换器50，来在蒸气流204在间接热交换器50中被部分加热之后与蒸气流204合并，由此通过在热交换器50中进一步加热来形成加热的大气气流205。该加热的大气气流205处于大约环境温度。该加热的大气气流205再循环到增压压缩机30的入口。
在图2所示的实施方案中，第一冷却流112是通过浓稠流体膨胀器270来膨胀的，第二冷却流122是通过节流阀240来膨胀的。这里，第一膨胀器210的废流(例如流203)和第一膨胀器210的废流(例如流208)为所述系统提供了外部致冷。在它们中，通过第一膨胀器的废流(例如流203)所提供的致冷的较冷部分低于冷却的大气气流(流110和120)的临界温度。将从间接热交换器50导出的第一冷却流112、第二冷却流122和废流203进行合并，并且导向相分离器230来形成液体流232和蒸气流204。液体流232从相分离器230中导出，通过节流阀260进一步膨胀，并且导向第二相分离器250。第二相分离器250的运行压力低于第一相分离器230。第二相分离器250形成了富含氮气的蒸气流234，其导向间接热交换器50。在该间接热交换器50中，富含氮气的蒸气流234接收了来自第二流120的热，并且形成了第二富含氮气的蒸气流236。将该第二富含氮气的蒸气流236排出或者导向另外的方法。来自第二相分离器250的液体形成了液化的大气气流134，并且导向液体空气大气气体存储槽80。
图3表示了根据本发明另外一种实施方案的再生系统101的示意图。在这种实施方案中，将再生器加热的大气气流196(包括大气气体)从再生器40导向热交换器310，来形成加热的流396。热交换器310将热从燃气涡轮(未示出)的废流302传导给再生器加热的大气气流196。该燃气涡轮可以用于在第二运行周期(高峰运行)过程中产生电。将加热的流396导向膨胀器320来形成膨胀流398和来产生功率。在一种实施方案中，系统101的运行包括引导具有大约表1所列组成的流体。
表1
组成(mol%)
Figure 301220DEST_PATH_IMAGE002
在这种实施方案中，空气压缩机10和增压压缩机30的功率可以是大约11903 kW，膨胀器320的功率可以是大约-10006 kW，浓稠流体膨胀器370的功率可以是大约-88 kW。在这种实施方案中，流动条件，功输入和/或功输出对于第一运行周期(非高峰运行)和第二运行周期(高峰运行)来说基于相同的流动持续时间。在其他实施方案中，该第一运行周期的持续时间和该第二运行周期的持续时间不同。例如，该第一运行周期(非高峰运行)可以是10小时，而第二运行周期(高峰运行)可以是6小时。在这种实施方案中，在第一运行周期过程中流体100，110，120，112和132的流量，或者在第二运行周期过程中流体150，154，194，196，396，398，302和304的流量以及膨胀器320和/或浓稠流体膨胀器370的功率量是可以进行调整的。例如，该调整可以包括将流体100，110，120，112和132的流量降低0.6的乘积倍数，和将空气压缩机10的功率量降低相同的乘积倍数。在这种实施方案中，流150中的液氮的流量可以是再生器加热的大气气流196流量的大约3.5%。
在一种实施方案中，将从膨胀器320导出的膨胀流398导向空气分离系统(未示出)。在另外一种实施方案中，将该膨胀流398作为冷却源导向数据中心610。例如，数据中心中的计算机可以由预定温度和/或预定相对低的湿度的空气维持。在一种实施方案中，与图3所述的运行条件相结合，膨胀流398处于预定温度范围内。膨胀流398可以与空气混合来形成具有期望温度和/或期望湿度的流体。膨胀流398在数据中心610中的这种用途能够降低或者消除需电高峰小时过程中的致冷需求。
图4表示了根据本发明一种实施方案的再生系统101的示意图。在这种实施方案中，再生器加热的大气气流196从再生器40导向低温空气分离设备(未示出)的热交换器50。该热交换器50是一种“泵送式LOX热交换器”，其可以用于加热从低温空气分离设备泵送的液氧。该热交换器50将热从再生器加热的大气气流196传导给导入热交换器50中的液氧流504。通过加热，该液氧流504形成了气态或者超临界氧气流506，其被送往一种耗氧方法。通过冷却，再生器加热的大气气流196形成了冷却流502，并且用于低温空气分离设备中。
图5表示了根据本发明另外一种实施方案的再生系统101的示意图。在这种实施方案中，从再生器40导出的该再生器加热的大气气流196是通过热交换器710中的燃气涡轮的废气流712来加热的。废气流712形成了冷却流714，其可以排出或者用于另外一种方法中。该再生器加热的大气气流196形成了加热的流702，其被导向膨胀器720来形成膨胀的流704，该膨胀流形成了至少一部分的供料流705。该供料流705可以在注入水流706之后来进一步冷却燃气涡轮压缩机730中的大气气体(例如，通过蒸发性冷却)之后，导向燃气涡轮压缩机730，由此形成压缩的空气状流708，其被送往燃气涡轮(未示出)的燃烧器(未示出)。在一种实施方案中，该供料流705被导向空气分离系统(未示出)。
虽然已经参考优选的实施方案描述了本发明，但是本领域技术人员将理解可以进行不同的变化，并且等价物可以替代其元件，而不脱离本发明的范围。另外，可以根据本发明的教导而进行许多的改变来适应具体的情形或者材料，而不脱离其的基本范围。所以，其目的是不将本发明限制到作为进行本发明的最佳实施方式而公开的具体实施方案中，相反，本发明将包括落入附加的权利要求范围内的全部实施方案。

Claims (20)

1. 一种用于周期性冷却、存储和加热大气气体的再生方法，该方法包括：
压缩大气气流到高于预定压力的压力，来至少形成超临界大气气流，该预定的压力在该大气气流的临界压力左右；
由该超临界大气气流来至少形成第一流；
将该第一流导向用于冷却的再生器，来至少形成第一冷却流；
将该第一冷却流从该再生器导出；
膨胀该第一冷却流来至少形成液化的大气气流；
存储至少一部分的该液化的大气气流，作为存储的液化大气气体；
加压至少一部分的该存储的液化大气气体到高于第二预定压力的压力，来形成加压的液化大气气流，该第二预定压力在该液化的大气气体的临界压力左右；和
在再生器中加热至少一部分的该加压的液化大气气流；
其中从外部不可燃源将低于预定温度的致冷直接或者间接的提供给该大气气流、该超临界大气气流、该第一流、该第一冷却流、该液化的大气气流和该加压的液化大气气流中的一种或多种，所述的预定温度在该液化的大气气流的临界温度左右。
2. 权利要求1的方法，其进一步包括：
将该超临界大气气流至少分成第一流和第二流；
将该第二流导向间接热交换器，并且冷却至少一部分的该第二流来至少形成第二冷却流；
将该第一冷却流和该第二冷却流合并。
3. 权利要求2的方法，其中该分流发生在第一运行周期过程中，该第一运行周期处于非高峰运行过程中。
4. 权利要求3的方法，其中在再生器中加热该部分的加压的液化大气气流发生在第二运行周期过程中，该第二运行周期处于高峰运行过程中。
5. 权利要求4的方法，其中该分流发生在第一运行周期和第二运行周期过程中。
6. 权利要求4的方法，其中该第二运行周期的持续时间低于该第一运行周期。
7. 权利要求2的方法，其进一步包括将至少一部分的该第二超临界大气气流从间接热交换器导入膨胀器中。
8. 权利要求2的方法，其进一步包括：
将废流从该间接热交换器导向相分离器中；
将蒸气流从该相分离器导向间接热交换器；
加热该蒸气流来形成加热的大气气流；和
将该加热的大气气流再循环到增压压缩机中，该增压压缩机被配置和处置来压缩该大气气流。
9. 权利要求1的方法，其中至少一部分的该致冷是通过液体空气或者液氮流来提供的。
10. 权利要求1的方法，其进一步包括将该超临界大气气体分成第三流，并且将该第三流导向膨胀器。
11. 权利要求1的方法，其中该第一冷却流是通过浓稠流体膨胀器来膨胀的。
12. 权利要求1的方法，其进一步包括将该加热的部分加压液化大气气流导向热交换器，该热交换器被配置来传递来自燃气涡轮废流的热。
13. 权利要求1的方法，其进一步包括将再生器加热的大气气流导向膨胀器，来形成膨胀流，和将该膨胀流导向空气分离系统，该再生器加热的大气气流是通过该再生器加热的加压大气气流。
14. 权利要求1的方法，其进一步包括将再生器加热的大气气流导向膨胀器，来至少形成膨胀流，和将该膨胀流导向数据中心用于冷却，该再生器加热的大气气流是通过再生器加热的加压大气气流。
15. 权利要求1的方法，其进一步包括将该再生器加热的大气气流导向低温空气分离设备的热交换器，该再生器加热的大气气流是通过再生器加热的加压大气气流。
16. 权利要求1的方法，其进一步包括通过燃气涡轮的废流来加热再生器加热的大气气流，该再生器加热的大气气流是通过再生器加热的加压大气气流。
17. 权利要求1的方法，其中至少一部分的该再生器加热的加压液化大气气流是由该存储部分的该液化大气气流形成的。
18. 权利要求1的方法，其中至少一部分的该再生器加热的加压液化大气气流是由这样的来源形成的，该来源不同于所述的存储部分的液化大气气流。
19. 一种可运行的系统，其被配置来进行权利要求1的方法。
20. 一种用于周期性冷却、存储和加热大气气体的系统，该系统包括：
压缩机，其被配置来压缩大气气流到高于预定压力的压力，来至少形成超临界大气气流，该预定压力在该大气气流的临界压力左右；
再生器，其被配置来接收由该超临界气流所形成的第一流，并且形成第一冷却流；
降压装置，其被配置来降低该第一冷却流的压力，并且被处置来至少形成液化的大气气流；
容器，用于存储至少一部分的该液化的大气气流，作为存储的液化大气气体；
升压装置，其被配置来加压该存储的液化大气气体到高于预定压力的压力，该预定压力在该大气气体的临界压力左右；和
不可燃外部致冷源，其被配置来将低于预定温度的致冷提供给该系统的至少一部分，该预定温度在该液化的大气气流的临界温度左右。
CN2011101640177A 2010-06-17 2011-06-17 用于周期性冷却、存储和加热大气气体的方法和系统 Pending CN102330603A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/817,627 US20110308275A1 (en) 2010-06-17 2010-06-17 Method and system for periodic cooling, storing, and heating of atmospheric gas
US12/817627 2010-06-17

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102330603A true CN102330603A (zh) 2012-01-25

Family

ID=44352290

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2011101640177A Pending CN102330603A (zh) 2010-06-17 2011-06-17 用于周期性冷却、存储和加热大气气体的方法和系统

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20110308275A1 (zh)
EP (1) EP2397668A2 (zh)
CN (1) CN102330603A (zh)
CA (1) CA2743195A1 (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109826741A (zh) * 2019-02-20 2019-05-31 西安交通大学 一种以废弃隧道或者防空洞作为储能容器的变工况无水坝抽水蓄能系统及方法
CN110462181A (zh) * 2017-03-29 2019-11-15 株式会社神户制钢所 压缩空气储能发电装置
CN114658546A (zh) * 2022-03-21 2022-06-24 东南大学 一种面向工程应用的液态空气储能系统及方法
US20220390966A1 (en) * 2021-06-08 2022-12-08 Caeli, LLC Control systems for use in critical power applications

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120180988A1 (en) * 2011-01-19 2012-07-19 Air Liquide Process & Construction, Inc. Moving thermal bed to time shift liquifaction and vaporization
EP2930322A1 (de) * 2014-04-11 2015-10-14 Linde Aktiengesellschaft Verfahren und Anlage zum Speichern und Rückgewinnen von Energie
GB201601878D0 (en) 2016-02-02 2016-03-16 Highview Entpr Ltd Improvements in power recovery
WO2023244883A1 (en) * 2022-06-16 2023-12-21 Praxair Technology, Inc. Liquid nitrogen energy storage system and method
US20230408188A1 (en) * 2022-06-16 2023-12-21 Neil M. Prosser Liquid nitrogen energy storage system
CN116688839B (zh) * 2023-08-09 2023-12-01 苏州八匹马超导科技有限公司 超临界混合流体制备装置及制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11315727A (ja) * 1998-05-01 1999-11-16 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 炭酸ガス除去用のガス化複合発電設備
CN1308708A (zh) * 1998-07-07 2001-08-15 米歇尔·纳哈姆京 带补充压缩空气的燃气轮机的运行
CN101270689A (zh) * 2008-04-30 2008-09-24 杭州杭氧透平机械有限公司 煤气化增压联合循环发电系统的能量转化和回收方法
CN101427007A (zh) * 2006-02-27 2009-05-06 高维有限公司 存储能量的方法和低温能量存储系统
US20090293502A1 (en) * 2008-05-27 2009-12-03 Expansion Energy, Llc System and method for liquid air production power storage and power release

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04127850A (ja) 1990-09-19 1992-04-28 Central Res Inst Of Electric Power Ind 液体空気貯蔵発電システム
JP3040442B2 (ja) 1990-09-20 2000-05-15 三菱重工業株式会社 ガスタービン発電設備
JPH04191419A (ja) 1990-11-26 1992-07-09 Kiichi Taga 液体空気ガスタービン

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11315727A (ja) * 1998-05-01 1999-11-16 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 炭酸ガス除去用のガス化複合発電設備
CN1308708A (zh) * 1998-07-07 2001-08-15 米歇尔·纳哈姆京 带补充压缩空气的燃气轮机的运行
CN101427007A (zh) * 2006-02-27 2009-05-06 高维有限公司 存储能量的方法和低温能量存储系统
CN101270689A (zh) * 2008-04-30 2008-09-24 杭州杭氧透平机械有限公司 煤气化增压联合循环发电系统的能量转化和回收方法
US20090293502A1 (en) * 2008-05-27 2009-12-03 Expansion Energy, Llc System and method for liquid air production power storage and power release

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ARAKI ETC: "Simulation of Heat Transfer in the Cool Storage Unit of a Liquid-Air Energy Storage System", 《HEAT TRANSFER-ASIAN RESEARCH》 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110462181A (zh) * 2017-03-29 2019-11-15 株式会社神户制钢所 压缩空气储能发电装置
CN110462181B (zh) * 2017-03-29 2022-04-29 株式会社神户制钢所 压缩空气储能发电装置
CN109826741A (zh) * 2019-02-20 2019-05-31 西安交通大学 一种以废弃隧道或者防空洞作为储能容器的变工况无水坝抽水蓄能系统及方法
CN109826741B (zh) * 2019-02-20 2023-05-16 西安交通大学 一种以废弃隧道或者防空洞作为储能容器的变工况无水坝抽水蓄能系统及方法
US20220390966A1 (en) * 2021-06-08 2022-12-08 Caeli, LLC Control systems for use in critical power applications
US12287656B2 (en) * 2021-06-08 2025-04-29 Caeli, LLC Control systems for use in critical power applications
CN114658546A (zh) * 2022-03-21 2022-06-24 东南大学 一种面向工程应用的液态空气储能系统及方法
CN114658546B (zh) * 2022-03-21 2023-08-18 东南大学 一种面向工程应用的液态空气储能系统及方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20110308275A1 (en) 2011-12-22
CA2743195A1 (en) 2011-12-17
EP2397668A2 (en) 2011-12-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102330603A (zh) 用于周期性冷却、存储和加热大气气体的方法和系统
JP7169305B2 (ja) 分段蓄冷式超臨界圧縮空気エネルギー貯蔵システムおよび方法
AU2013264211B2 (en) Liquid hydrogen production device
CN108979762B (zh) 分级蓄冷式超临界压缩空气储能系统及方法
CN102287267A (zh) 使用多个再生器来进行周期性冷却、存储和加热的方法和系统
CN114111413B (zh) 一种采用二氧化碳混合工质的压缩储能系统及其工作方法
EP1913117A1 (en) Lng bog reliquefaction apparatus
CN103109144A (zh) 制冷剂成分控制
CN117318319B (zh) 利用二氧化碳作为冷凝工质的二氧化碳储能系统及方法
CN116928578A (zh) 一种低温储氢系统
CN114370391B (zh) 一种超临界压缩空气储能系统
CN102330604A (zh) 再生器、再生方法和用于再生器的液体聚合物混合物
KR20190057919A (ko) 작동유체냉각장치 및 이를 이용한 발전 플랜트
CN217303237U (zh) 一种间隙式制冷机高效预冷及液化系统
KR20190046107A (ko) 작동유체냉각장치 및 이를 이용한 발전 플랜트
CN223064138U (zh) 基于lng浅中深冷温区分段式的冷能回收与梯级利用系统
KR20200033647A (ko) 액체공기를 이용한 가스터빈 발전 시스템
CN107702432A (zh) 气体制备系统及利用空气分离和制备设备进行发电的系统
CN217504027U (zh) 耦合膨胀机构和回热式制冷机的高效预冷及液化系统
KR102699325B1 (ko) Lng 및 혼합냉매를 이용한 수소 액화 시스템
JP2001159318A (ja) 冷熱発電装置
KR20200033432A (ko) 액체산소를 이용한 가스터빈 발전 시스템
KR101080235B1 (ko) 액화천연가스 기화 시스템
WO2007001432A2 (en) Hydrogen cooling system for superconducting equipment
KR102765697B1 (ko) 고효율 공기액화 에너지 저장 시스템 및 이의 제어방법

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20120125