用于CO2冷凝的方法和系统 |
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| 申请号 | CN201280047666.1 | 申请日 | 2012-09-28 | 公开(公告)号 | CN104471335B | 公开(公告)日 | 2017-11-07 |
| 申请人 | 通用电气公司; | 发明人 | M.A.冈萨雷斯萨拉扎; V.米歇拉西; C.沃格尔; | ||||
| 摘要 | 根据本 发明 的一方面，提供一种从二 氧 化 碳 (CO2)流中冷凝CO2的方法。方法包括(i)压缩和冷却CO2流，以形成部分地冷却的CO2流，其中，部分地冷却的CO2流冷却到第一 温度 。方法包括(ii)通过磁热冷却将部分地冷却的CO2流冷却到第二温度，以形成冷却的CO2流。方法进一步包括(iii)使冷却的CO2流中的CO2的至少一部分冷凝，以形成冷凝的CO2流。还提供一种用于从二氧化碳(CO2)流中冷凝CO2的系统。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种从二氧化碳(CO2)流中冷凝CO2的方法，包括： |
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| 说明书全文 | 用于CO2冷凝的方法和系统技术领域背景技术[0002] 基于燃烧含碳燃料的功率发生过程典型地产生CO2作为副产物。捕捉或以别的方式从气体混合物中分离出CO2以阻止CO2释放到环境中，以及/或者在功率发生过程或其它过程中利用CO2可为合乎需要的。使分离出的CO2液化/冷凝，以有利于运输和存储分离出的CO2可为进一步合乎需要的。为了期望的最终使用应用，可使用CO2压缩、液化和泵送系来使CO2液化。但是，用于冷凝/液化CO2的方法可能是能量密集性的。 [0003] 因而，需要用于使CO2冷凝的高效的方法和系统。另外，需要用于在中间冷却式压缩和泵送系中使CO2冷凝的高效的方法和系统。发明内容 [0004] 根据本发明的一方面，提供一种从二氧化碳(CO2)流中冷凝CO2的方法。该方法包括(i)压缩和冷却CO2流，以形成部分地冷却的CO2流，其中，部分地冷却的CO2流冷却到第一温度。方法包括(ii)通过磁热冷却将部分地冷却的CO2流冷却到第二温度，以形成冷却的CO2流。方法进一步包括(iii)使冷却的CO2流中CO2的至少一部分在第二温度下冷凝，以形成冷凝的CO2流。 [0005] 根据本发明的另一方面，提供一种从二氧化碳(CO2)流中冷凝CO2的方法。该方法包括(i)在包括第一换热器的第一冷却级中冷却CO2流，以形成第一部分地冷却的CO2流。方法进一步包括(ii)压缩第一部分地冷却的CO2流，以形成第一压缩CO2流。方法进一步包括(iii)在包括第二换热器的第二冷却级中冷却第一压缩CO2流，以形成第二部分地冷却的CO2流。方法进一步包括(iv)压缩第二部分地冷却的CO2流，以形成第二压缩CO2流。方法进一步包括(v)在包括第三换热器的第三冷却级中将第二压缩CO2流到冷却第一温度，以形成部分地冷却的CO2流。方法进一步包括(vi)通过磁热冷却将部分地冷却的CO2流冷却到第二温度，以形成冷却的CO2流。方法进一步包括(vii)使冷却的CO2流中的CO2的至少一部分在第二温度下冷凝，以形成冷凝的CO2流。 [0006] 根据本发明的又一方面，提供一种用于从二氧化碳(CO2)流中冷凝CO2的系统。该系统包括(i)构造成接收CO2流的一个或多个压缩级。系统进一步包括(ii)与一个或多个压缩级处于流体连通的一个或多个冷却级，其中，一个或多个压缩级和一个或多个冷却级的组合构造成压缩CO2流，以及将CO2流冷却到第一温度，以形成部分地冷却的CO2流。系统进一步包括(iii)磁热冷却级，其构造成接收部分地冷却的CO2流，以及将部分地冷却的CO2流冷却到第二温度，以形成冷却的CO2流。系统进一步包括(iv)冷凝级，其构造成使冷却的CO2流中的CO2的一部分在第二温度下冷凝，从而从冷却的压缩CO2流中冷凝CO2，以形成冷凝的CO2流。 附图说明[0008] 当参照附图来阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，在附图中，相同符号在所有图中表示相同部件，其中： [0009] 图1是根据本发明的一个实施例的从CO2流中冷凝CO2的方法的流程图。 [0010] 图2是根据本发明的一个实施例的从CO2流中冷凝CO2的方法的流程图。 [0011] 图3是根据本发明的一个实施例的从CO2流中冷凝CO2的系统的框图。 [0012] 图4是根据本发明的一个实施例的从CO2流中冷凝CO2的系统的框图。 [0013] 图5是根据本发明的一个实施例的从CO2流中冷凝CO2的系统的框图。 [0014] 图6是根据本发明的一个实施例的从CO2流中冷凝CO2的系统的框图。 [0015] 图7是根据本发明的一个实施例的从CO2流中冷凝CO2的系统的框图。 [0016] 图8是根据本发明的一个实施例的从CO2流中冷凝CO2的系统的框图。 [0017] 图9是根据本发明的一个实施例，从CO2流中冷凝CO2的系统的框图。 [0018] 图10是关于CO2的压力-温度图。 具体实施方式[0019] 如下面详细论述的那样，本发明的实施例包括适于CO2冷凝的方法和系统。如前面提到的那样，CO2的液化和泵送可能需要高能量输入。例如，可能需要大约60巴的压力来使CO2在20℃下液化。在一些实施例中，中间磁冷却步骤有利地将CO2温度降低到低于0℃，从而显著地减少整个系统所需的功。在一些实施例中，取决于磁热冷却系统的性能系数，使用本文描述的方法和系统获得大约10%至大约15%的总效率改进可为可行的。 [0020] 可应用本文在整个说明书和权利要求中使用的近似语来修饰可允许改变的任何数量表示，而不会导致与其有关的基本功能有变化。因此，诸如“大约”的用语或多个用语所修饰的值不限于规定的确切值。在一些情况下，近似语可对应于用于测量值的仪器的精度。 [0021] 在以下说明书和所附权利要求中，单数形式“一个”、“一种”和“该”包括复数个对象，除非上下文明确另有规定。 [0022] 在一个实施例中，如图1和3中显示的那样，提供用于从CO2流中冷凝二氧化碳的方法10。如本文所用，用语“CO2流”表示由于处理燃料(诸如天然气、生物质量、汽油、柴油燃料、煤、油页岩、燃油、沥青砂和它们的组合)而排出的CO2气体混合物流。在一些实施例中，CO2流包括从燃气涡轮排出的CO2流。在特定实施例中，CO2流包括从燃烧煤或天然气的功率装置中排出的CO2气体混合物。 [0023] 在一些实施例中，CO2流进一步包括氮、二氧化氮、氧或水蒸气中的一个或多个。在一些实施例中，CO2流进一步包括杂质或污染物，其示例包括(但不限于)氮、氧化氮、氧化硫、一氧化碳、硫化氢、未燃烧的烃、颗粒物质和它们的组合。在特定实施例中，CO2流基本不含杂质或污染物。在特定实施例中，CO2流基本包括二氧化碳。 [0024] 在一些实施例中，CO2流中的杂质或污染物的量低于大约50摩尔%。在一些实施例中，CO2流中的杂质或污染物的量低于大约20摩尔%。在一些实施例中，CO2流中的杂质或污染物的量的范围为大约10摩尔%至大约20摩尔%。在一些实施例中，CO2流中的杂质或污染物的量低于大约5摩尔%。 [0025] 在一个实施例中，方法包括如图3中指示的那样，接收来自烃处理、燃烧、气化或类似的功率装置(未显示)的CO2流101。如图1和3中指示的那样，在步骤11处，方法10包括压缩和冷却CO2流101，以形成部分地冷却的CO2流201。在一些实施例中，可使用一个或多个压缩级120来压缩CO2流101。在一些实施例中，可使用一个或多个冷却级110来冷却CO2流。 [0026] 在一些实施例中，可通过使用一个或多个压缩级，将CO2流101压缩到期望压力，如图3中的120指示的那样。如图3中指示的那样，在一些实施例中，压缩级120可进一步包括一个或多个压缩机，诸如121和122。应当注意，在图3中，显示了两个压缩机121和122仅作为示例性实施例，而且压缩机的实际数量和它们的单独构造可取决于期望的最终结果而改变。在一个实施例中，CO2流101可压缩到磁冷却和冷凝步骤12和13分别所期望的压力和温度。 在一些实施例中，在磁冷却步骤12之前，CO2流101可压缩到范围为大约10巴至大约60巴的压力。在特定实施例中，在磁冷却步骤12之前，CO2流101可压缩到范围为大约20巴至大约40巴的压力。 [0027] 在一些实施例中，通过使用一个或多个冷却级(如图3中的110指示的那样)，可将CO2流101冷却到期望温度。如图3中指示的那样，在一些实施例中，冷却级110可进一步包括一个或多个换热器，诸如，111、112和113。应当注意，在图3中，显示了三个换热器111、112和113仅作为示例性实施例，而且换热器的实际数量和它们的单独构造可取决于期望的最终结果而改变。在一些实施例中，可使用冷却介质来冷却一个或多个换热器。在一些实施例中，可使用冷却空气、冷却水或它们两者(如图3中的115指示的那样)来冷却一个或多个换热器。在一些实施例中，冷却级可进一步包括一个或多个中间冷却器，以在不影响压力的情况下冷却CO2流101。 [0028] 应当进一步注意的是，在图3中，显示了冷却级110和压缩级120的构造仅作为示例性实施例，而且实际构造可取决于期望的最终结果而改变。例如，在一些其它实施例中，方法可包括在压缩机121(未显示)中压缩CO2流之前，冷却换热器111中的CO2流。 [0029] 在一些实施例中，方法进一步包括通过使CO2流在一个或多个膨胀器123中膨胀，来将CO2流101冷却到第一温度，如图8中指示的那样。在一些实施例中，方法包括膨胀步骤，该步骤使CO2流101的压力从大于大约20巴的绝对压力水平降低到大约20巴的压力水平，从而使CO2流101的温度降低到低于空气或水冷却可达到的值。不受任何理论的限制，相信通过采用膨胀步骤，可减少磁冷却步骤12的整体负荷，因为通往磁热步骤的部分地冷却的CO2流的入口温度可低于在没有膨胀步骤的情况下的温度。在一些实施例中，膨胀步骤中提取的功可进一步用于磁冷却步骤12。 [0030] 在一个实施例中，CO2流101可冷却到磁冷却步骤12和冷凝步骤13所期望的温度和压力。在一个实施例中，方法包括压缩和冷却CO2流101，以形成部分地冷却的CO2流201，如图3中指示的那样。在一个实施例中，方法进一步包括通过使CO2流在一个或多个膨胀器123中膨胀来将CO2流101冷却到第一温度，以形成部分地冷却的CO2流201，如图8中指示的那样。 [0031] 在一个实施例中，方法包括将部分地冷却的CO2流201冷却到第一温度。在一些实施例中，在磁冷却步骤12之前，部分地冷却的CO2流201可冷却到范围为大约5摄氏度至大约35摄氏度的温度。在特定实施例中，在磁冷却步骤12之前，部分地冷却的CO2流201可冷却到范围为大约10摄氏度至大约25摄氏度的温度。 [0032] 如前面提到的那样，在没有额外的磁冷却步骤的情况下，部分地冷却的CO2流201中的CO2典型地在范围为大约20摄氏度至大约25摄氏度的温度下液化。冷凝温度由冷却介质的温度决定，冷却介质可为冷却水或空气。如图10中显示的那样，在范围为大约20摄氏度至大约25摄氏度的冷凝温度下，需要大约60巴的绝对压力来使CO2液化。相比之下，通过将CO2流冷却到范围为大约-25摄氏度至大约0摄氏度的温度，可有利地使用较低的压力来从部分地冷却的CO2流201中冷凝CO2。 [0033] 在一个实施例中，方法进一步包括，在步骤12处，通过磁热冷却将部分地冷却的CO2流201冷却到第二温度，以形成进一步冷却的CO2流302，如图1和3中指示的那样。在一个实施例中，方法包括使用磁热冷却级200来冷却部分地冷却的CO2流201，如图3中指示的那样。 [0034] 在一些实施例中，磁热冷却级200包括换热器212和外部磁热冷却装置211。在一些实施例中，外部磁热冷却装置211构造成对换热器212提供冷却，如图3中显示的那样。 [0035] 在一个实施例中，磁热冷却装置211包括冷换热器和热换热器、永磁体组件或感应线圈磁体组件、磁热材料制成的再生器，以及热传递流体循环。在一个实施例中，热传递流体被流体泵(未显示)泵送通过再生器和换热器。 [0036] 在一个实施例中，磁热冷却装置以活性磁再生循环(AMR)工作，并且通过用逆流热传递流对磁热再生器进行顺序的磁化和去磁化，来对热传递流体提供冷却功率。在一些实施例中，可通过其中再生器穿过磁体系统的膛孔的旋转式设施，来允许对磁热再生器进行顺序的磁化和去磁化。在一些其它实施例中，可通过往复式线性装置来允许对磁热再生器进行顺序的磁化和去磁化。在2009年2月25日提交的美国专利申请No. 12/392,115中描述了示例性磁体组件和磁热冷却装置，出于任何和所有目的，该申请通过引用而整体地结合在本文中，只要它不直接与本文的教导相矛盾。 [0037] 在一些实施例中，热换热器处的热可输送到周围环境。在一些其它实施例中，在泵送液体CO2之后，热换热器处的热可输送到冷凝和液化的CO2的回行流，如下文描述的那样。 [0038] 如前面提到的那样，磁热冷却级进一步包括换热器212，其中，磁热冷却装置211构造成对换热器212提供冷却。在一个实施例中，换热器212与一个或多个冷却级110和一个或多个压缩级120处于流体连通。在一个实施例中，换热器212与在压缩和冷却步骤11产生的部分地冷却的CO2流201处于流体连通。 [0039] 在一些实施例中，磁热冷却装置211构造成对换热器212提供冷却，使得部分地冷却的CO2流201冷却到第二温度。在一个实施例中，第二温度的范围为大约0摄氏度至大约-25摄氏度。在一个实施例中，第二温度的范围为大约5摄氏度至大约-20摄氏度。如前面提到的那样，在磁热冷却级中冷却部分地冷却的CO2流的步骤13会产生冷却的CO2流。 [0040] 在一些实施例中，磁热冷却装置211构造成对换热器212提供冷却，使得部分地冷却的CO2流201冷却到第二温度，使得CO2从冷却的CO2流冷凝。如前面提到的那样，在一些实施例中，方法包括将CO2流101压缩到范围为大约20巴至大约40巴的压力。如图10中指示的那样，在40巴的压力水平下，CO2在5℃的温度下冷凝。另外，如图10中指示的那样，在20巴的压力水平下，CO2在-20℃的温度下冷凝。 [0041] 在一个实施例中，方法进一步包括，在步骤13处，使冷却的CO2流中的CO2的至少一部分在第二温度下冷凝，从而从冷却的CO2流中冷凝CO2，以形成冷凝的CO2流302。在一个实施例中，方法包括使冷却的CO2流中的CO2的至少一部分在范围为大约20巴至大约60巴的压力下冷凝。在一个实施例中，方法包括使冷却的CO2流中的CO2的至少一部分在范围为大约20巴至大约40巴的压力下冷凝。因此，在一些实施例中，本发明的方法有利地允许CO2在较低的压力下冷凝。 [0042] 在一些实施例中，方法包括同时执行以下步骤：冷却部分地冷却的CO2流以形成冷却的CO2流(步骤12)，以及从冷却的CO2流中冷凝CO2(步骤13)。在一些其它实施例中，方法包括按顺序执行以下步骤：冷却部分地冷却的CO2流以形成冷却的CO2流(步骤12)，以及从冷却CO2流中冷凝CO2(步骤13)。 [0043] 如图3中指示的那样，在一些实施例中，可在换热器212中从部分地冷却的CO2流201中产生冷却的CO2流。在这样的实施例中，冷却的CO2流中的CO2的一部分在生热器本身中冷凝，从而形成冷凝的CO2流302，如图3中指示的那样。 [0044] 在一些其它实施例中，如图4中指示的那样，在换热器212中从部分地冷却的CO2流201中产生冷却的CO2流301。方法进一步包括将冷却的CO2流301传递到冷凝器213，如图4中指示的那样。在这样的实施例中，冷却的CO2流301中的CO2的一部分在冷凝器213中冷凝，并且形成冷凝的CO2流302，如图4中指示的那样。 [0045] 在一些实施例中，方法包括使CO2流101中的至少大约95重量%的CO2冷凝，以形成冷凝的CO2流302。在一些实施例中，方法包括使CO2流101中的至少大约90重量%的CO2冷凝，以形成冷凝的CO2流302。在一些实施例中，方法包括使CO2流101中的50重量%至大约90重量%的CO2冷凝，以形成冷凝的CO2流302。在一些实施例中，方法包括使CO2流101中的至少大约99重量%的CO2冷凝，以形成冷凝的CO2流302。 [0046] 在一些实施例中，如前面提到的那样，CO2流101进一步包括除了二氧化碳之外的一种或多种成分。在一些实施例中，方法进一步可选地包括在磁热冷却(步骤12)和CO2冷凝(步骤13)的步骤之后，产生贫化流(由虚线箭头202指示)。用语“贫化(lean)流”202表示其中CO2含量低于CO2流101中的CO2含量的流。在一些实施例中，如前面提到的那样，CO2流中的几乎所有CO2都在步骤13中冷凝。在这样的实施例中，CO2贫化流基本不含CO2。在一些其它实施例中，如前面提到的那样，CO2流的一部分可在步骤13中不冷凝，并且贫化流可包括未冷凝的CO2气体混合物。 [0047] 在一些实施例中，贫化流202可包括一种或多种不可冷凝的成分，其不可在步骤13中冷凝。在一些实施例中，贫化流202可包括一种或多种液体成分。在这样的实施例中，贫化流可进一步构造成与液体-气体分离器处于流体连通。在一些实施例中，贫化流202可包括氮、氧或二氧化硫中的一个或多个。 [0048] 在一些实施例中，方法可进一步包括在步骤11之前对CO2流101除湿。在一些实施例中，方法可进一步包括在步骤11之前以及步骤12之后对部分地冷却的CO2流201除湿。在一些实施例中，系统100可进一步包括构造成与CO2流101处于流连通的除湿器(未显示)。 [0049] 在一些实施例中，方法进一步包括使冷凝的CO2流302循环到用于冷却CO2流的一个或多个冷却级。如图5中指示的那样，方法进一步包括通过循环回路303使冷凝的CO2流循环到换热器113。在这样的实施例中，方法进一步包括回流(recuperation)步骤，其中，冷凝的CO2流循环回来，以在磁冷却步骤12之前进一步冷却部分地冷却的CO2流201。在一些实施例中，回流步骤可提高磁热步骤的效率。 [0050] 在一些实施例中，使冷凝的CO2回流到流换热器113可使部分地冷却的CO2流201冷却到低于使CO2冷凝所需的温度。在一些实施例中，方法可进一步包括使部分地冷却的CO2流201中的CO2冷凝，以形成经回流的冷凝CO2流501，如图5中指示的那样。 [0051] 在一些实施例中，方法进一步包括使用泵300来提高冷凝的CO2流302的压力，如图3中指示的那样。在包括回流步骤的实施例中，方法可进一步包括使用泵300来提高经回流的冷凝CO2流501的压力，如图5中指示的那样。在一些实施例中，方法包括使冷凝CO2流302或经回流的冷凝CO2流501的压力提高到CO2的封存或最终使用所期望的压力。在一些实施例中，方法包括使冷凝CO2流302或经回流的冷凝CO2流501的压力提高到范围为大约150巴至大约180巴的压力。 [0052] 在一些实施例中，方法进一步包括在泵送步骤之后产生加压CO2流401。在一些实施例中，方法进一步包括在泵送步骤之后产生超临界的加压CO2流401。在一些实施例中，如前面提到的那样，可使用加压CO2流401来进行加强油回收、CO2存储或CO2封存。 [0053] 在一些实施例中，提供用于从二氧化碳(CO2)流101中冷凝CO2的系统100，如图3-9中示出的那样。在一个实施例中，系统100包括构造成接收CO2流101的一个或多个压缩级120。系统100进一步包括与一个或多个压缩级120处于流体连通的一个或多个冷却级110。 在一个实施例中，一个或多个压缩级120和一个或多个冷却级110的组合构造成压缩CO2流 101，以及将CO2流101冷却到第一温度，以形成部分地冷却的CO2流201。 [0054] 在一个实施例中，系统100进一步包括磁热冷却级200，磁热冷却级200构造成接收部分地冷却的CO2流201，以及将部分地冷却的CO2流201冷却到第二温度，以形成冷却的CO2流301。如前面提到的那样，磁热冷却级200进一步包括换热器212，其中，磁热冷却装置211构造成对换热器212提供冷却。在一个实施例中，换热器212与一个或多个冷却级110和一个或多个压缩级120处于流体连通。 [0055] 如前面提到的那样，在一些实施例中，换热器212构造成使部分地冷却CO2流201中的CO2的一部分冷凝，以形成冷凝的CO2流302。在一些其它实施例中，系统100进一步包括冷凝级213，冷凝级213构造成使冷却的CO2流301中的CO2的一部分在第二温度下冷凝，从而从冷却的CO2流301中冷凝CO2，以形成冷凝的CO2流302。 [0056] 在一些实施例中，系统100进一步包括泵300，泵300构造成接收冷凝的CO2流302，以及提高冷凝的CO2流302的压力。在一些实施例中，系统进一步包括构造成使冷凝的CO2流302的一部分循环到一个或多个冷却级110的循环回路303。 [0057] 考虑到以上内容，在本文进一步描述根据本发明的一些示例性实施例的用于从CO2流中冷凝CO2的系统和方法。现在转到图2和3，在一个实施例中，提供从CO2流101中冷凝二氧化碳的方法20。在一个实施例中，方法包括，在步骤21处，在包括第一换热器111的第一冷却级中冷却CO2流101，以形成第一部分地冷却的CO2流102。在一个实施例中，方法包括，在步骤22处，在第一压缩机121中压缩第一部分地冷却的CO2流102，以形成第一压缩CO2流103。在一个实施例中，方法包括，在步骤23处，在包括第二换热器112的第二冷却级中冷却第一压缩CO2流103，以形成第二部分地冷却的CO2流104。在一个实施例中，方法包括，在步骤24处，在第二压缩机122中压缩第二部分地冷却的CO2流104，以形成第二压缩CO2流105。在一个实施例中，方法包括，在步骤25处，在包括第三换热器113的第三冷却级中，将第二压缩CO2流105冷却到第一温度，以形成部分地冷却的CO2流201。 [0058] 在一个实施例中，方法20包括，在步骤26处，通过使用磁热冷却级200的磁热冷却，将部分地冷却的CO2流201冷却到第二温度，以形成冷却的CO2流(未显示)。在一些实施例中，磁热冷却级200包括换热器212和外部磁热冷却装置211。在一些实施例中，磁热冷却装置211构造成对换热器212提供冷却，如图3中指示的那样。 [0059] 在一个实施例中，方法包括，在步骤27处，使冷却的CO2流中的CO2的至少一部分在第二温度下冷凝，从而从冷却的CO2流中冷凝CO2，以形成冷凝的CO2流302。如前面提到的那样，在一些实施例中，在换热器212中从部分地冷却的CO2流201中产生冷却的CO2流。在这样的实施例中，冷却的CO2流中的CO2的一部分在生热器本身中冷凝，从而形成冷凝的CO2流302，如图3中指示的那样。 [0060] 在一些实施例中，方法进一步包括使用泵300来提高冷凝的CO2流302的压力，如图3中指示的那样。在一些实施例中，方法进一步包括在泵送步骤之后产生加压CO2流401。在一些实施例中，如前面提到的那样，加压CO2流401可用于加强油回收、CO2存储或CO2封存。 [0061] 现在转到图4，在一个实施例中，提供用于从CO2流101中冷凝CO2的方法和系统。方法和系统类似于图3中示出的系统和方法，另外，方法进一步包括将冷却的CO2流301传递到冷凝器213，如图4中指示的那样。在这样的实施例中，冷却的CO2流301中的CO2的一部分在冷凝器213中冷凝，并且形成冷凝的CO2流302，如图4中指示的那样。 [0062] 现在转到图5，在一个实施例中，提供用于从CO2流101中冷凝CO2的方法和系统。方法和系统类似于图3中示出的系统和方法，另外，方法进一步包括使冷凝的CO2流302的一部分通过循环回路303循环到第三换热器113。如前面提到的那样，在一些实施例中，冷凝的CO2流回流到换热器113可使第二压缩CO2流105冷却到低于使CO2冷凝所需的温度。在一些实施例中，方法可进一步包括使第二压缩CO2流105中的CO2冷凝，以形成经回流的冷凝CO2流501，如图5中指示的那样。 [0063] 现在转到图6，在一个实施例中，提供从CO2流101中冷凝CO2的方法和系统。方法和系统类似于图4中示出的系统和方法，另外，方法进一步包括使冷凝的CO2流的一部分通过循环回路303循环到第三换热器113。如前面提到的那样，在一些实施例中，冷凝的CO2回流到换热器113可使第二压缩CO2流105冷却到低于使CO2冷凝所需的温度。在一些实施例中，方法可进一步包括使第二压缩CO2流105中的CO2冷凝，以形成经回流的冷凝CO2流501，如图6中指示的那样。 [0064] 现在转到图7，在一个实施例中，提供从CO2流101中冷凝CO2的方法和系统。方法和系统类似于图3中示出的系统和方法，另外，方法进一步包括使加压CO2流401的一部分通过循环回路403循环到第三换热器113。如前面提到的那样，在一些实施例中，加压CO2流401回流到第三换热器113可使第二压缩CO2流105冷却到低于使CO2冷凝所需的温度。在一些实施例中，方法可进一步包括使第二压缩CO2流105中的CO2冷凝，以形成经回流的冷凝CO2流501，如图7中指示的那样。 [0065] 现在转到图8，在一个实施例中，示出从CO2流101中冷凝CO2的方法和系统。方法和系统类似于图3中示出的系统和方法，另外，方法进一步包括在第三换热器113中形成第三部分地冷却的CO2流106。方法进一步包括通过在磁热冷却步骤之前，使第三部分地冷却的CO2流106在一个或多个膨胀器123中膨胀，来使第三部分地冷却的CO2流106冷却到第一温度，以形成部分地冷却的CO2流201，如图8中指示的那样。 [0066] 现在转到图9，在一个实施例中，示出从CO2流101中冷凝CO2的方法和系统。方法和系统类似于图8中示出的系统和方法，另外，第三冷却级进一步包括第四换热器114，并且方法进一步包括使加压CO2流401的一部分通过循环回路403循环到第四换热器114。方法进一步包括在膨胀步骤之前形成第四部分地冷却的CO2流107，以及将第四部分地冷却的CO2流107传送到第四换热器114。如前面提到的那样，在一些实施例中，加压CO2流401回流到第四换热器114可使第四部分地冷却的CO2流107冷却到低于使CO2冷凝所需的温度。在一些实施例中，方法可进一步包括使第四部分地冷却的CO2流107中的CO2冷凝，以形成经回流的冷凝CO2流501，如图9中指示的那样。 [0067] 如前面提到的那样，本发明的一些实施例有利地允许将超临界CO2冷却到较低的温度，然后使其在比通过传统的冷却方法(诸如蒸气压缩)可获得的那些更低的压力下冷凝。不受任何理论的限制，相信压缩超临界CO2可能没有泵送液体CO2那么高效。因而，在一些实施例中，方法减小了不那么高效的CO2压缩步骤的损耗。在一些实施例中，方法可通过改进压缩和泵送系统的效率来减小CO2液化和泵送的总损耗。在一些实施例中，磁热冷却级可使损耗减小超过10%。在一些实施例中，磁热冷却级可使损耗减小超过20%。在一些实施例中，可通过使用一个或多个本文描述的方法实施例来改进整体装置效率。 [0068] 另外，本发明的一些实施例有利地允许改进CO2压缩和液化系统的可操作性的范围。在传统的CO2压缩和液化系统中，冷却空气或冷却水的周围温度可限制可操作性的范围。超临界CO2可能不在高于大约32℃( CO2的临界温度)的温度下液化。因而，当周围温度高于30℃时，可能难以在没有额外的外部冷却的情况下使CO2液化。在一些实施例中，磁冷却步骤可有利地允许CO2冷却到亚临界范围，从而使得压缩和液化系统能够在任何周围条件下运行。 [0069] 本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，以及实行任何结合的方法。本发明的可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例具有不异于权利要求的字面语言的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等效结构要素，则它们意于处在权利要求的范围之内。 |
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