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将低温热量转换为电能并实现冷却的方法及其系统

阅读：453发布：2021-02-19

IPRDB可以提供将低温热量转换为电能并实现冷却的方法及其系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种发电方法，其应用太阳能、地热能、工业废热或来自产能处理的热量，具有150℃或更低温度等热源，包括吸收器系统,其中工质气体,主要是二氧化碳CO2,被吸收至吸收剂,该吸收剂通常是胺类；还包括反应器，其热收来自所述热源的热量并且其中吸收剂－CO2混合物被分离为CO2和吸收剂；还包括膨胀机，发电机和附加的设备，例如泵、管道和热交换器。根据本方法实现的系统允许高效益的发电，并允许采用低温热源进行冷却。，下面是将低温热量转换为电能并实现冷却的方法及其系统专利的具体信息内容。

1.一种采用实质闭环系统生成电能的方法，包括以下步骤：

－提供至少一个热源（1），热量可从该热源被传递至包含被加热的吸收剂液体的热量工质流体；

－提供吸收器系统（3），用于化学吸收二氧化碳（CO2）至吸收剂液体以提供液态CO2－吸收剂混合物；

－提供冷却和热交换系统（4，12），用于从所述系统中去除或传递热量；

－提供至少一个泵装置（6），用于输送系统中的所述工质流体，特别是用于增加所述气体－吸收剂混合物的压力并允许所述气体－吸收剂混合物被传送给反应器（7），采用所述热源（1）的热量加热增压后的气体－吸收剂混合物，从而将所述气体－吸收剂混合物分离为高压气体和吸收剂液体，作为反应器的输出；

－提供膨胀机（15），具有发电机（23），用于通过采用在所述吸收器系统（3）中产生的低压，将来自所述反应器（7）的被加热和加压的气体膨胀为非常低温度的气体来产生电能；

－提供引导所述工质流体穿过所述系统的管道系统，特别是引导所述被加热的吸收剂液体流出反应器（7），以及非常低温度的气体流出膨胀机（15）至所述吸收器系统（3），以便被再次化学吸收到液态气体－吸收剂混合物以用于最初的处理，其特征在于，

－采用二氧化碳（CO2）作为所述高压气体来运行所述膨胀机，所述膨胀机处在－78℃至＋150℃的温度区间内，优选的处于-70℃至＋140℃的区间内，－采用能够通过物理的范德华力或者化学键键合CO2的物质；

－在所述反应器内获得20bar至0.5bar之间的CO2压力，优选的处于15bar至0.8bar之间,更优选的处于10bar至1.2bar之间,以及-在吸收器系统内获得0.5bar至0.001bar之间的CO2压力，优选的在0.3bar至

0.002bar之间，更优选的在0.15bar至0.005bar之间，最优选的在0.1bar至0.01bar之间。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述热量工质流体工作于-70℃至150℃之间，更优选的在-30℃至140℃之间，而进一步优选的在-10℃至130℃之间，最优选的是在0℃至

100℃之间。

3.根据权利要求1或2所述的方法，进一步包括以下步骤：

提供用于存储热量工质流体的热量存储单元（2），以便在热源不能工作时向系统提供热量。

4.根据权利要求1－3中任一项所述的方法，进一步包括以下步骤：

提供预反应器系统，其优选的作为热交换系统（12）的一部分，通过热交换，将热量工质流体中的热量或者在反应器中释放了CO2之后的吸收剂中存储的能量恢复至输入的CO2－吸收剂混合物，从而如果在批量或半连续模式下，所述预反应器系统可以释放部分CO2。

5.根据权利要求1－4中任一项所述的方法，进一步包括以下步骤：

提供助推器系统（19），其工作在至少与热量工质流体相同的温度上，在反应器（7）的下游部分和进入膨胀机（15）之间，用于通过所述热源或者通过副热源加热二氧化碳气体。

6.根据权利要求1－5中任一项所述的方法，进一步包括以下步骤：

加入至少一种化学物以降低所述吸收剂－CO2混合物的凝固点，以便调节粘度或结晶，或者使其能够以至少一个输送桨（28）或类似装置的方式传输包含吸收剂－CO2混合物的浆状物，所述化学物可以从水、醇、油、硅酮及去泡剂中选择。

7.根据权利要求1－6中任一项所述的方法，其中热源（1）从太阳能、来自发电厂或工业处理中的废热，来自马达或发动机的废热，地热，来自含碳物质燃烧的能量以及高温产能循环的废热中选择。

8.根据权利要求1－6中任一项所述的方法，其中所述吸收剂从包括至少一种含氮化合物成份的组中选择，例如NH3或胺类。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述吸收剂从包括如下物质的组中选择：DEA（二乙醇胺），MEA(一乙醇胺),吗啉，哌嗪，MDEA（甲基二乙醇胺），DGA（二甘醇胺），DIPA（二异丙醇胺）、TEA（三乙醇胺）单独使用或者与水或醇相混合，亲脂性胺类如二烃基胺，其中烃基可以是甲基、乙基以及优选的丙基、丁基、仲丁基和异丁基、戊基、己基或具有多于六个碳原子的烃基族，混合物中包括两相和热变质胺混合物，或键合至沸石或硅的胺类，包括与水和/或如丁醇、己醇和乙二醇等醇的混合物，氨基硅酮，胍、脒、氨基酸衍生物、离子溶液，单独使用或者与凝固点抑制剂或其它能够使冷浆以机械手段进行传输的化学物，所述化学物包括硅酮油，并且其中胺类优选地具有比MEA（一乙醇胺）更低的CO2-胺反应吸收焓，并且在

1bar的压力下具有高于120℃的沸点。

10.根据权利要求1－9中任一项所述的方法，其中排出汽轮机的CO2的冷温度用于压缩水或者生成冰以形成洁净水或者为冷藏应用提供冷却,和/或其中在系统中生成的过剩热量提供剩余的热水或者用于在整个系统工作的一部分时间预加热收集太阳能的热量流体,如在清晨,以加快启动.

11.根据权利要求1－10中任一项所述的方法，其中,通过提供液滴形式的液体吸收剂加快吸收及将CO2质量传递到吸收剂的速度,优选的通过将液体吸收剂喷射入吸收器,从而排出膨胀机的气体能够以较大的表面积与许多吸收剂液滴相接触,其中优选的是使液滴具有5mm至0.01mm之间的直径，优选的是0.025至2mm，更优选的是0.05至0.5mm，最为优选的是0.1至0.25mm。

12.根据权利要求1－11中任一项所述的方法，其中,萃取CO2后的吸收剂被施加分离步骤,所述分离步骤从包括相分离、滗析和离心分离的组中进行选择，并且其中萃取CO2后的吸收剂被分离为至少两部分，其中富含CO2的部分被传输至反应器以便分离CO2气体和贫吸收剂。

13.根据权利要求1－12中任一项所述的方法，其中,对吸收器装置的壁和／或富CO2吸收剂进行冷却。

14.根据权利要求1－13中任一项所述的方法，其中,萃取CO2后的吸收剂混合物的一部分被输送回吸收器系统（3），以便达到更高的萃取水平。

15.根据权利要求1－14中任一项所述的用于发电的系统。

说明书全文

将低温热量转换为电能并实现冷却的方法及其系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于高效率地将低温热量转换为电能并实现冷却的方法，下面称之为碳载体回路（Carbon Carrier Cycle），即C3。本发明属于热动力、化学和发电相结合的技术领域。

背景技术

[0002] 目前将低于150℃的低温热量转换为电能的转换方法包括朗肯循环（Rankine cycle）的各种衍生方法，如有机朗肯循环（Organic Rankine cycle），卡林那循环（Kalina cycle）及三边闪蒸循环（Trilateral flash cycle）。
[0003] 尽管目前的方法在低至60℃的温度时仍能够产生电能，但是其转换效率非常低，因而即使是在以非常低的消耗就能生成热量的应用中，其在经济上也不具有吸引力。
[0004] 与理想的卡诺循环（Carnot cycle）相比，造成上述低转换效率的主要原因是在系统的熵降低冷却侧具有大量的能量损耗，以及在气体膨胀中非常小的温差。这意味着上述开销损耗极大地降低了实际的转换效率。
[0005] 在具有更高效的熵降低以及膨胀机中更大的温差的情况下，仍然采用环境温度作为冷却源，也可以显著地增加实际的转换效率。
[0006] 这就是本发明所要解决的技术问题和所述碳载体回路系统的建立基础。
[0007] 核燃料和化石燃料以及可能的CSP（集中式太阳能电源）等均可用于产生高温以及后续的水蒸发和汽轮机驱动从而产生电能。在相应的热动力回路中，采用远远高于200℃的初始温度。
[0008] 上述热动力回路的一个实例是US4009575，其中高压（大于100bar）CO2回路连接到中压（1-8bar）和中温（50-80℃）的K2CO3水溶液CO2吸收器，以用于能源生成。
[0009] 相类似的，WO2011/130981公开了一种热动力回路，其中气态工质如甲烷（或者包括CO2在内的其它气体）可以被溶剂吸收。高压部分通常的压力和温度为高于40bar和高于177℃,而低压吸收部分的压力为1.6至5bar，并且处于非常低的温度上，如-96℃。
[0010] CZ302037公开了采用CO2蒸发凝聚回路进行发电，其中采用最高+25℃热源进行CO2的蒸发。该文献没有公开可用的吸收剂或化学物。
[0011] SE9504683公开了在经修正的卡诺处理中在一乙醇胺（MEA）中吸收CO2，并且通过20℃至最高100℃的加热从MEA-CO2复合物中释放CO2，但没有公开细节或者结果。
[0012] 总体上来说，可以证明，如果通过各种手段在汽轮机的下游加强流体工质（水、CO2或其它）的凝聚或降压，例如通过加入化学物（NH3,Kalina，Goswami）或吸收剂，则高温热动力回路能够更加高效率的工作。尽管所获得的改善可能很小，但在经济上是值得采用的。
[0013] 然而，现有技术中并没有如何使用被认为具有低温—即在60-150℃，或70-140℃，或80-130℃的范围内—的热源执行上述处理的已知方法。而且，现有技术没有公开能够直接生成电能、热量并实现冷却的热动力回路。具体来说，冷流形式的能量，如具有-25℃或更低温度的流体在空调或食品冷冻方面是非常需要的。US4009575公开了冷冻技术，但是是通过非直接的处理，需要另外的设备。
[0014] 进而，如果采用了化学物来增加在汽轮机下游的气体液化以实现降低压力，一部分能量将被释放出来，这些能量大致上相当于气体（如CO2）和化学物（如MEA，参见SE9504683）生成化合物的生成焓。这部分能量必须被去除，而且必须在热动力回路的高温侧—即汽轮机的上游—被再次提供以分解该化合物。显然如果该能量越低，则回路的效率越高。另一方面，低生成焓经常带来较慢的反应速度。因而，需要在反应速度和生成焓之间达到平衡。更具体的讨论还涉及到在这一处理中的热量恢复等方面，在下面将予以说明。
[0015] 考虑到与温室气体过度排放和气候变化相关的风险，显然存在更大程度地开发可再生能源的需求。下面所公开的可在本发明中应用的可再生能源，包括通常被看作是属于低温热量的热源。这些热量包括太阳能（被加热至低于150℃的水、油等），地热（同样最高至150℃），工业废水热量（通常最高至120℃），燃烧过程产生的热量（同样最高至150℃）。通常，在上述温度之上，最有用的是采用传统的包括ORC（有机朗肯循环）的热动力回路，其采用挥发性有机液取代水作为工质。
[0016] 上述已知技术的主要缺陷在于，目前没有高效、便利的可用方法能够采用目前被认为属于低温的热源产生电能、热量和冷却形式的能量。采用ORC回路的已知方法，即使不考虑其较低的热-电转换效率，也只可能用于130℃以上的温度范围内，它们也不能同时并且直接地以冷却的方式来提供能量。

发明内容

[0017] 本发明的目的是提供一种热动力回路，其能够采用目前被认为属于低温的热源—特别是太阳能和地热、工业废水热量（通常最高至150℃）以及来自燃烧处理的热量，如来自传统发电厂或来自发动机的废热和类似热量（同样最高至150℃）—实现直接产生电能、热量和冷却形式的能量。特别是，通过最优化处理，本发明的目的是能够以非常低的成本产生能量。后一方面是非常重要的。如图1a所示，所有的热动力回路均在特定的压力-温度范围内运行。通常，设备和运行成本随着压力和温度而增加。并且，提供驱动热动力回路的热介质的成本也随着压力和温度增大而增加。因而，希望提供一种可以在相对较低的温度（如在-78℃至+150℃之间）和相对较低的压力（如低于10bar）下工作的热动力回路。
[0018] 为了提供最有效率的能量转换系统，人们希望在该能量回路的全部环节上最小化能量损耗。为了使竞争力最大，该系统还需要保持简单、鲁棒性并且避免高成本的驱动条件。
[0019] 对于低温转换来说，一种专门的使能量损耗最小化并降低材料消耗的有效方法是在环境平面温度和大气压力附近进行循环。并且，对于高效转换来说，使膨胀机上温差最大化并且在该回路的冷却部分中使熵降低过程中的能量损耗最小化是非常关键的。
[0020] 本发明所公开的技术方案通过将朗肯循环（Rankine cycle）划分为碳载体回路C3，对以上方面全部进行了最优化。取代凝聚器，本发明采用了二氧化碳化学物吸收处理在汽轮机的下游/膨胀机内实现了非常高效的降压。用于所述汽轮机/膨胀机的工质气体因而暂时以液态形式存储，这产生了相应的有益效果，例如可以用泵进行抽取。
[0021] 由于吸收是一种自发性化学反应，排出所述汽轮机/膨胀机的气体温度可以低至-70℃并且回路中的效率能够非常接近于理想的卡诺循环（Carnot cycle）。在具有90℃的热源和25℃环境温度的情况下，由于低能量损耗和较大的温差，相比目前的低温转换技术，所述C3将能够增加15%至300%的电能。
[0022] 所述系统在汽轮机/膨胀机的高压侧以稍高于环境压力的压力工作，并且在汽轮机/膨胀机的低压侧以接近真空工作，这能够实现非常低成本的机器结构。由于输入的液体优选地以高速进入吸收阶段，吸收器系统优选地将化学物溶剂分散为微小液滴以实现快速吸收，并实现紧凑型低成本吸收器和紧凑型低成本汽轮机。
[0023] 在本发明的一个实施例中，在主反应器之后增加一个附加的反应器助推器环节，其目的是如果补充热源是可用的，则将二氧化碳气体加热至更高温度。在某些实施例中，所述助推器是采用相同的主热源的传统换热器或者过热器。
[0024] 在本发明的其它实施例中，可加入浓缩器模块，其在化学吸收之后分离经萃取溶剂和未萃取溶剂以便增加反应器中的平衡气压且同时降低吸收器压力。该环节进一步增加了效率并且在热源中的温度低至60℃时仍能够进行高效的转换。
[0025] 并且，从膨胀后气体中提取非常低的温度以提供冷却的可能性对某些应用来说也是具有吸引力的选项。
[0026] 本发明的典型应用领域是将工业废水热量、地热、集中供暖热量、太阳能热量、联合发电厂底循环、各种来自发电厂的热量、燃烧发动机的排热及其它燃烧热源转换为电能并且可选地还在低于环境温度至-70℃之间进行外部冷却。

附图说明

[0027] 图1a表示从压力-温度方面看关于其它现有动力循环的碳载体回路（Carbon Carrier Cycle）整体图。
[0028] 图1b表示从包含流态的压力-温度方面看本发明方法的整体图。
[0029] 图2a表示从关于流体入口和出口的系统的方面看本发明方法的整体图。
[0030] 图2b表示从系统的方面看本发明方法的整体图。
[0031] 图2c表示从系统的方面看本发明方法的整体图。
[0032] 图2d表示相对于2c的另一可变实施例。
[0033] 图2e表示相对于图2c和2d的另一可变实施例。
[0034] 图3a表示从溶剂状态的方面看关于其萃取对其温度和压力的本发明方法的整体图。
[0035] 图3b表示图3a中描述的溶剂状态的另一可变视图，特别是采用了浓缩器模块以富集萃取吸收剂。
[0036] 图4a表示吸收器系统的整体图。
[0037] 图4b表示图4a中的吸收器系统的另一可选实施例，其采用富溶剂回收以增加萃取浓度
[0038] 图4c表示图4a中的吸收器系统的另一可选实施例，其在汽轮机出口后具有冷却提取，并在吸收器具有附加冷却以增加萃取浓度。
[0039] 图5表示反应器系统的整体视图。

具体实施方式

[0040] 下面参见图1a所示的实施例，表示从压力-温度方面看关于其它现有动力循环的碳载体回路（Carbon Carrier Cycle）整体图。
[0041] 朗肯循环（Rankine cycle）或所述蒸气循环通过加压并加热水产生蒸汽的方式工作。产生电能的方式是使所述蒸汽从通常为100Bar的P4和500℃的T4的点膨胀至低于100℃，在该温度下蒸汽在冷却过程中再次凝结为水，产生了接近于真空的低压。
[0042] 称之为有机朗肯循环（Organic Rankine Cycle,ORC）的低温循环采用相同的原理，但是其采用了具有比水更低的沸点的其它工质代替水。通常，该循环在90℃热源和25℃冷源之间采用从28Bar至7Bar的压力范围。
[0043] 所述碳载体回路（Carbon Carrier Cycle），即C3，以不同的方式工作。热量被用于从载体介质或者工质流中化学吸收CO2。在所述CO2通过膨胀产生电能之后，其在冷却过程中被化学吸收至载体介质内。所述化学吸收在生成低压方面是非常高效的，并且CO2能够膨胀到低至-78℃的温度，尽管在低热源温度下仍产生高功率输出。
[0044] 下面参见图1b所示的实施例，表示从包含流态的压力-温度方面看本发明方法的整体图。
[0045] 实际的闭环包括在流态1[FS1]冷却至环境温度T2的化学溶剂。该溶剂被雾化为微小液滴FS3并且在FS2与CO2相混合，经受自发性化学反应生成富CO2液态溶剂FS4并产生低至0.05Bar的压力P1。
[0046] 所述富CO2溶剂被加压至FS5，并在回路中被再利用的热量加热至FS6，并且进而被外部热源加热至FS7，达到低于150℃的T3的温度。
[0047] 在加热过程中并且在P2（通常为1bar）和P3(低于20bar)之间的压力下，所述CO2被从化学溶剂中解吸收，如有必要，对残余的贫溶剂在FS8继续加压。（在FS4和FS5之间的增压还可以被设计为高于FS4和FS1之间的压差，这样就避免了需要附加的泵）。热贫溶剂的热量返回FS5和FS6之间的富溶剂，从而产生FS9中的冷贫溶剂。
[0048] 通过进一步冷却FS9中的贫溶剂至回到FS1，完成了载体介质循环。
[0049] 在FS7中解吸收的CO2膨胀至回到FS2，产生低至-78℃的温度。
[0050] 在膨胀机的出口点FS2和化学吸收FS3，FS4之间，可以将施加热交换作为一种选项，以在环境温度和FS2处的气体温度之间对外部应用产生冷却。
[0051] 下面参见图2a所示的实施例，表示从关于流体入口和出口的系统的方面看本发明方法的整体图。
[0052] 一种热功率发电系统，包括发电膨胀系统15，可使用气体工质，包括第一流体入口1FI和第一流体出口1FO；
[0053] 热冷却源；具有第二流体出口2FO和第二2FI及第三流体入口3FI的化学吸收系统3，所述第二流体入口2FI可流通地连接至第一流体出口1FO，所述化学吸收系统包括液态化学吸收剂，其化学吸收进入到了第二流体入口2FI的工质气体以生成包括所述液态吸收剂和被吸收到所述液态吸收剂内的工质气体的混合物；所述化学吸收系统可交换能量地连接至所述冷源4，以便进行冷却所述混合物的能量传递；
[0054] 热能量源；具有第四液体入口4FI和第三3FO及第四流体出口4FO的反应器系统7，所述第四流体入口可流通地连接至第二流体出口以接收所述混合物；所述反应器系统可交换能量地连接至热能量源以接收用于加热所述混合物的能量；
[0055] 反应器系统7用于将所述混合物分离为升温、升压的工质气体及液态吸收剂；所述第三流体出口3FO可流通地连接至第一流体入口以便向第一流体入口提供所述升温、升压的工质气体，所述升温、升压的工质气体穿过发电膨胀系统15并作为降压、降温工质气体排出第一流体出口1FO，而使发电膨胀系统产生电能；并且第四流体出口4FO可流通地连接至第三流体入口3FI以向第三流体入口提供液态吸收剂。
[0056] 下面参见图2b所示的实施例，表示从系统的方面看本发明方法的整体图。实际上的闭环包括液泵6，预反应器（其主要实际目的可以被视为热交换器并且优选地可构成热交换器12的一部分），反应器7，推进器19，膨胀系统15、吸收器系统3及冷却系统4。
[0057] 所述泵6增加了液态CO2-吸收剂混合物的压力，而预反应器和反应器7通过加热释放CO2。助推器19在进入膨胀系统15之前进一步加热高压CO2以产生电能。膨胀后的气体可选地进入热交换器35以便为了外部冷却应用或者为了在吸收前冷却吸收剂而提取低温。膨胀的CO2及不含CO2的吸收剂在吸收系统3内在由冷却系统4进行的冷却过程中进行化学吸收或者转换为液态CO2-吸收剂混合物以进行重复处理。
[0058] 下面参见图2c所示的实施例，表示从系统的方面看本发明方法的整体图。
[0059] 反应器7从热交换器12接收半加热的富气体溶剂。通过采用由至少一个热源1产生的热介质的热量，所述富溶剂被进一步加热并且气体被化学解吸收。被解吸收的气体排出反应器并进入可选的气体加热助推器19，该助推器在气体进入膨胀机15之前进一步加热气体以通过发电机23生成电能24。贫溶剂离开反应器并在热交换器12内把其热量传递给输入的富溶剂。
[0060] 膨胀机15使被加热和加压的气体膨胀至低压和低温，并进入可选的热交换器35以便在气体进入吸收器3之后提供外部冷却38。
[0061] 进入吸收器3的冷气和已经被液泵37加压、被热交换器36通过冷源4冷却并且被雾化为微小液滴的贫溶剂接下来经受自发性放热化学反应，在该反应中气体被吸收至贫溶剂，然后离开吸收器进入泵6。
[0062] 富溶剂通过之前描述的热交换器12至反应器7被送出。
[0063] 下面参见图2d所示的实施例，表示相对于2c的另一可变实施例。
[0064] 排出吸收器的富溶剂包含萃取溶剂和未萃取溶剂二者。对于特定化学系统来说，对其进行分离是可能并且有益的，以便最小化至反应器的流体输送并增加膨胀机中的压比。
[0065] 为了达到这一点，排出吸收器的富溶剂被泵6抽送至分离器40。
[0066] 所述分离器部分地将萃取溶剂与未萃取溶剂相分离。所述未萃取溶剂被输送至吸收器重复利用，而高浓度富溶剂被通过热交换器12输送至反应器7。为了使这一过程能够实现，需要附加的泵39以从反应器中传输所述贫溶剂。
[0067] 下面参见图2e所示的实施例，表示相对于图2c和2d的另一可变实施例。
[0068] 在反应器中的CO2解吸收压力随着在吸收器中实现的CO2在化学溶剂内的萃取浓缩而增加。由于吸收是放热反应，对吸收器提供附加的冷却以便进一步浓缩该溶剂是有利的。
[0069] 本实施例与图2c所示实施例的区别在于对吸收器增加了附加的冷却。
[0070] 图2e示出了热量存储单元2，用于存储热量工质流体。这样在热源不起作用的时间内也能够进行连续的发电。对于夜间运行的太阳能驱动发电厂来说这一点是特别有用的，还可以用在热源不是所有时间都可用或者温度和数值发生变化的地热、废热和类似应用当中。
[0071] 下面参见图3a所示的实施例，表示从溶剂状态的方面看关于其萃取对其温度和压力的本发明方法的整体图。
[0072] 在本例当中，x轴(图3a)上的萃取值被定义为mol气体/mol溶剂，其中最小萃取值L1被定义为0mol气体/mol溶剂，最大萃取值L4是理论上的最大mol气体/mol溶剂。Y轴表示压力，其中P6作为在反应器中的CO2压力，P5作为吸收器中的CO2压力。温度曲线T2、T5、T6和T7表示反映所述循环的溶剂状态下的温度。限定每个溶剂状态的压力被定义为在特定温度和萃取值下与溶剂相平衡的CO2分压。
[0073] 在SS1冷却后的贫溶剂在通常的环境温度T2下保持非常接近于真空的内部低分压，并且部分萃取至值L2.冷却后的贫溶剂吸收气体获得SS2的富溶剂，具有更高萃取值L3，并且具有升高的温度T5.在该点的富溶剂的分压P5接近于在吸收器中所达到了的稳定状态压力。
[0074] 所述富溶剂被加热至接近热源温度T6，在该点SS4气体被解吸收并且溶剂返回到了具有低萃取浓度的贫溶剂状态.所述贫溶剂的温度将通过解吸收冷却和/或热交换降至T7。
[0075] 在反应器中稳态的CO2压力，这里用P6表示，近似于在SS4处的溶剂的分压。
[0076] 在SS4处的贫溶剂通过将其热量传输给SS2处的冷富溶剂并且通过将能量传输给外部冷源而被冷却，以达到溶剂状态SS1处的本循环最初的冷贫溶剂。
[0077] 下面参见图3b所示的实施例，表示图3a中描述的溶剂状态的另一可变视图，应注意二者具有两点区别：
[0078] 1.SS2处的部分萃取溶剂被分离为SS2’所示的具有更高萃取值的溶剂和SS2”所示的具有非常低萃取值的贫溶剂。
[0079] 2.在状态SS4处的热解吸收溶剂被冷却并与所述SS2”处的具有非常低萃取值的贫溶剂相混合以形成初始的贫溶剂状态SS1。
[0080] 其原理与图3a中的原理相同，然而，相比图3a中的P6和P5，在采用相同的热源温度的情况下，可以达到更高的反应器压力P6’和更低的吸收器压力P5’。这在回路中达到了更高的转换效率，但增加了附加的设备如离心机，并具有相应的工作损耗。
[0081] 下面参见图4a，表示吸收器系统的整体图。
[0082] 吸收器系统的目标是通过理想的等熵膨胀吸收离开了汽轮机15的气体16，从而具有非常低的温度，在CO2作为膨胀气体的情况下有可能降至-78℃,并且处于低于或者接近1bar的压力下，优选地远低于1bar(注意：在这些条件下，CO2有可能以固体颗粒的形式共存，例如以干冰的形式)。吸收剂18通过使用多个吸收剂喷头29被喷入吸收腔30，在吸收腔内吸收剂与CO2发生化学反应。反应的产物如箭头31所示在重力作用下向下运动至可选的输送桨28，以液态CO2-吸收剂混合物5的形式排出吸收系统。吸收系统的侧视图在图4a中可见。
[0083] 被搅拌的溶剂和气体之间的直接接触，结合非常快的吸收处理，使得来自汽轮机的具有非常高的输出速率—甚至高达100-200m/s—的气体能够溶解，从而能够实现非常紧凑和低成本的汽轮机。
[0084] 下面参见图4b所示的实施例，示出了图4a所示的吸收器系统的另一个可选实施例。
[0085] 吸收器系统的一个可选项是再利用部分离开吸收器的富溶剂5，在42加压并且通过将热量传递至冷源4的热交换43冷却所述溶剂，接着将所述溶剂搅拌返回至吸收器。
[0086] 这样做的目的是增加富溶剂的萃取值以便增加反应器压力并降低系统中的流体输送量。
[0087] 在所述吸收器中，希望获得压力在0.5bar至0.001bar之间的CO2压力，优选的在0.3bar至0.002bar之间，更优选的在0.15bar至0.005bar之间，最优选的是在0.1bar至
0.01bar之间。
[0088] 下面参见图4c所示的实施例，表示图4a的吸收器的另一个可选实施例。
[0089] 为了提取有价值的冷却能力以满足外部目标，一个选择是将热交换器38引入到汽轮机的出口点至吸收器之间的气体流35。
[0090] 与图2e相关的另一种选项是对被搅拌后已经吸收了气体的富溶剂在其离开吸收器前进行进一步的冷却。这样做的目的是增加富溶剂的萃取值以加大反应器压力并且降低系统中的流体输送量。
[0091] 下面参见图5，示出了反应器，其中所述CO2-吸收剂混合物5在低温下进入反应器7。高温热流11进入预反应器并以与所述CO2-吸收剂混合物5相反的方向流动，向所述混合物释放热量并且将部分CO233去除至前汽轮机腔10并且进入预反应器34。热流以低温从预反应器18中排出。去除CO2后的混合物32继续加热至反应器以进一步去除CO2。可选的是，气体分离膜9或者过滤器或能够阻止吸收剂流中的液滴进入汽轮机的物理手段，例如短蒸馏柱或去雾器，被用来确保没有吸收剂进入前汽轮机腔10。
[0092] 在反应器中，希望获得20bar至0.5bar之间的CO2压力，优选的是在15bar至0.8bar之间，更优选的是在10bar至1.2bar之间。
[0093] 为了使产生的能量最大化，重要的是避免正压力或者反压力累积，这将会对汽轮机发电的能力造成负面影响。很多膨胀气体，例如蒸汽形式的水，将凝结成水而降低挥发性，特别是同时还对其进行冷却的情况下。在本发明中，降低反压力的任务通过在能够在物理上或化学上与CO2反应的介质中吸收所述气体，优选的是CO2来实现。这里的“反应”应更理解为吸收或形成共价键或离子键（形成盐）或引力范德化键及类似键并形成总体特征在于至少10J/molCO2的焓变化的力，其显著高于以热的形式释放的焓。
[0094] 在将二氧化碳作为膨胀气体的情况下，在从燃烧处理中获取CO2的方面开发了可供选择的技术。CO2可被吸收至多孔硅酸盐，离子液体当中，但是最为合适的材料是胺类，例如一乙醇胺，可选的将其在水中稀释。在获取CO2的方面，燃烧产生的气体被引导穿过吸收器，在吸收器内在大约40℃和1-2bar的条件下富CO2气体与胺类液体相混合。这一条件适于从燃烧产生的气体中基本除去全部的CO2。所述富CO2胺类液体接下来可在另一个反应器内加热，通常加热至120℃和1bar，在该条件下纯CO2从胺类中被释放出来。贫CO2胺类接下来可在吸收阶段再次利用。
[0095] 然而，在本发明中所应用的基本设计中，由于涉及到了低温，需要对生成固体颗粒的风险予以关注。多数的胺类（一乙胺，哌嗪，吗啉，其它单、双和聚胺类）具有大约0-20℃的凝固点。在最简单的实施例中，可能的胺类和CO2固态混合物从汽轮机的膨胀区域通过固体传送机—例如传输和复合桨—等手段进行传输，还确保在胺类和CO2之间可发生反应。CO2和胺类之间的化学键确保了即使达到40℃的温度下仍然具有CO2的低波动性，如上面所讨论的。从工程的视角来看，优选的是在该阶段处理液态混合物。一种实际的解决方案是将胺类与具有非常低的融点的化学隋性液体相混合，例如硅酮油。在硅酮油中预分散的胺类因而成为液态介质，其可以高效吸收CO2，并且可以在汽轮机下游的各种流体条件下作为（虽然）粘性液体而得到处理。
[0096] 采用分散于低融点液体如硅酮油中的胺类提供了使用不同的胺类作为CO2吸收剂的机会。具体来说，希望采用与CO2的反应具有较低波动性或者产生更少的热量（低于1900千焦/kgCO2,参见下面的参考文献）的胺类代替一乙醇胺（MEA）。应当注意的是这些能量值是估计的，并且取决于处理参数如水含量、流量、接触时间（因为化学性质可能会发生变化，参见如Edward Rubin和Arnand Rao的DOE/DE-FC26-00NT40935,第18页，Gary Rochelle,“利用水溶液吸收剂的CO2获取”，化学工程部分，德克萨斯大学等参考文献或类似公开文献。因此，在文献中提供了不同的在各种胺类中吸收CO2的工艺，其处于100-4000千焦/kg CO2的范围内）。下面也提到了胺类的替代物，但是这里所公开的主要原理是结合胺类、沸石分子筛、微孔材料、“激冷氨”或者碳酸氢氨及类似系统，这些系统在-80至+60℃之间的温度上结合CO2，并且能够在更高的温度上释放CO2。在该阶段优选地可采用更大体积或空间位阻胺。其它适用的胺类是例如DEA（二乙醇胺）、DGA（二甘醇胺）、DIPA（二异丙醇胺）、TEA（三乙醇胺）及其它胺类，可单独使用或混合使用，通常与水或醇相混合。公开了具体的可适用的胺类系统的公开技术在下面列于说明书结尾以作为参考。
[0097] 所公开的化学物包括上述胺类或NH3系统，其可高效地在低温下吸收CO2并且能够在大约80-100℃的温度下至少部分地释放CO2，在采用由太阳能加热生成的热水或者如工业废热作为热源的情况下，这一点是特别有利的。
[0098] 在基本的发明之上，可以得到各种实施例和工程上的修正方案，这些方案全部采用了在碱性吸收介质或液体中化学临时吸收CO2的原理。作为示例，所述加热器/助推器可以通过从与主反应器通过阀门分离的接收容器或者预反应器中释放部分加压CO2（如通过一个单独的小汽轮机）而分批次工作。所述预反应器可以被充入富CO2吸收剂，其接下来流至热区段以便分离为气体和贫CO2吸收剂。
[0099] 根据本发明的热量工质流体优选的工作于-70℃至150℃之间，更优选的在-30℃至140℃之间，而进一步优选的在-10℃至130℃之间，最优选的是在0℃至100℃之间。
[0100] 本发明的示例
[0101] 在下面的部分给出了关于所述动力回路的不同区段，即吸收器、泵、热交换器、分离器、反应器或解吸收器、膨胀单元并且包括汽轮机和外部设备和化学物的示例。这些示例包括本发明的优选实施例。
[0102] 吸收器和化学物：如上文所述，排出膨胀机的工质气体在本阶段被化学吸收。为了评估包括MEA、MDEA、PZ、DETA和更多的氨和胺类吸收CO2的速率，进行了两组不同的实验。为了稳定的实验，一2升不锈钢反应器通常被充入100g的胺类，添加剂和1-5bar的CO2气体。下面的表格示出了典型的增重和进一步的解释。总体上看，如下的属性是优选的：高容量，相对于胺类或胺加溶剂的量来说高含量的CO2，快速吸收，在吸收过程中低热量产生，低粘度的最终产物，除了可泵取的盐类外不生成其它盐类，尽可能在低温和不发泡的情况下解吸收，低毒性，低价格，良好的热稳定性，在解吸收温度下保持低蒸气气压。某些化学物,如低分子量的氨、铵类—例如二乙胺—会蒸发并在反应器壁上形成盐。由于其具有高蒸气压力，它们需要在低温下被处理。特别是氨类，由于在汽轮机中膨胀至低温过程中会形成沉积，是非常难于处理的。二丁胺等二烃基胺单独使用或者与水或与如1-正已醇等醇混合，MDEA等叔胺类，DETA等二级胺，以及上述物质的组合，例如5-10%为哌嗪或DBA、60%为MDEA并且其余为水，被证明最能符合上述要求。其它可用的胺类公开在M.Sc.Yudi Halim Tan的博士论文“热变质亲脂胺溶剂的CO吸收研究”（Study of CO-absorption intothermomorphic lipophilic amine solvents）,Dortmund,2010中，在此引证为参考文献。也可以采用更强的碱，例如由David Heldebrant（Pacific NorthwestNation Laboratory）所报告的，包括胍（TMG）、脒（DBU）和巴氏及希氏碱（Barton’s and Hunig’s base），尽管其价格较高，主要是因为它们可以以生成碳酸盐的方式使CO2与醇相结合。
[0103]
[0104] 对所选择的化学物进行总结，很多胺类适用于上述处理，包括以下物质中的一种或多种：MEA(一乙醇胺),吗啉，哌嗪，MDEA（甲基二乙醇胺），DEA（二乙醇胺）、DGA（二甘醇胺）、DIPA（二异丙醇胺）、TEA（三乙醇胺），DETA（二乙烯三胺），单独使用，或者与水或醇混合，或者与其它胺类—例如带有硅氧烷功能族的胺类相混合；或者混合物中包括两相和热变质胺混合物，或键合至沸石或硅的胺类，包括与水和/或醇的混合物，或者氨（NH3）或氨化衍生物，或者离子液体，单独使用或者与凝固点抑制剂或其它能够使冷浆以机械手段进行传输的化学物联用。所述化学物可以从包括硅酮油、水、醇、油和消泡剂的组中选择。MEA和DETA只能用于温度明显高于100℃时的CO2解吸收，另一方面在吸收器中可以获得非常低的压力。MEA和DETA的吸收焓非常高，因而正如上面所讨论的，从解吸收温度，吸收焓、粘性和反应速度等方面考虑，其它的胺类—例如与哌嗪和水联用的MDEA，或者DBA等烷化胺类—可作为更优选的化学物。
[0105] 优选的是，吸收剂可以从包括以下物质的组中选择：DEA（二乙醇胺），MEA(一乙醇胺),吗啉，哌嗪，MDEA（甲基二乙醇胺），DGA（二甘醇胺），DIPA（二异丙醇胺）、TEA（三乙醇胺）单独使用或者与水或醇相混合，亲脂性胺类如二烃基胺，其中烃基可以是甲基、乙基以及优选的丙基、丁基、仲丁基和异丁基、戊基、己基或具有多于六个碳原子的烃基族，混合物中包括两相和热变质胺混合物，或键合至沸石或硅的胺类，包括与水和/或如丁醇、己醇和乙二醇等醇的混合物，氨基硅酮，胍、脒、氨基酸衍生物、离子溶液，单独使用或者与凝固点抑制剂或其它能够使冷浆以机械手段进行传输的化学物，所述化学物包括硅酮油，并且其中胺类优选地具有比MEA（一乙醇胺）更低的CO2-胺反应吸收焓，并且在1bar的压力下具有高于120℃的沸点。
[0106] 为了进行动力实验，采用一个12升流体反应器（长度可以为1m），该反应器具有观察玻璃窗、胺类收集容器、CO2流量控制器，用于胺流的薄膜泵、压力和温度传感器。该反应器被清理并被充入1.2bar的CO2，其中胺类被以微小液滴的形式泵入到反应器的顶部。吸收动力学（主要是达到毫巴水平的降压）具有毫秒级分辨率。收集所述胺类以用于分析，或者在对反应器充入CO2之后直接重复使用，以研究部分萃取CO2后的胺类的吸收动力学。在本实验的另一个可变方式当中，CO2气体以2升气体（STP，标准温度和压力）每分钟或更高的速率流动，胺类以0.5升每分钟的速率被喷射进所述反应器，并且记录可达到的真空水平。通常，在上述条件下，500ml可用和优选的胺类—如DETA或DBA—可在3-10秒内吸收16升STP CO2。希望通过将胺类液体分散为很多微小液滴而增加吸收溶液的整体表面积。为了达到这一目标，胺类被喷射到反应器内。最优的平均液滴大小取决于所采用的化学物和反应器的设计，然而，最有用的是0.01至5mm之间的数值，优选的是0.025至2mm，更优选的是
0.05至0.5mm，最为优选的是0.1至0.25mm。更小的液滴不能产生更高的吸收速度，因此需要在产生液滴所需要的更高的泵功率方面进行平衡，如果所希望的真空水平低于100mbar，或者低于50mbar，或者低于20mbar,则过大的液滴不能足够快地进行吸收。
[0107] 相性转换模式处理：特定的胺类如二丁胺（DBA）是不具有水溶性或者仅具有微溶性的，然而，通过与CO2反应生成的氨基甲酸脂或碳酸氢铵或碳酸盐是水溶性的，或者，它们在水相状态下易于生成凝胶或者沉淀。其它的胺类在与CO2的反应中生成难以处理的盐。在这一情况下，可以施以相性转换的特定模式处理。例如，DBA和水被喷射至吸收器以获取CO2，所得到的混合物将被相性分离为具有高相性的纯DBA和具有低相性的溶解或分散于水中的氨基甲酸脂，碳酸盐和其它盐。所述胺类能够被直接循环至吸收器，并且理想浓缩水溶液被泵入解吸收器。这一处理的一个优点是水吸收热量，如果希望的话在吸收器中的直接冷却可以被省去。水相（或者极相，如果选择水以外的溶剂）的浓缩可以通过离心或者滗析的手段完成。例如，DBA和CO2的复合物在水相中形成了凝胶型沉淀。包含40%的理论最大CO2萃取值（0.5摩尔CO2每摩尔DBA）的DBA和CO2的混合物被以相同体积的水进行处理。
在水相中形成的凝胶被分离并且被发现包含具有82%的萃取度（=0.82*0.5摩尔CO2每摩尔DBA）的DBA。该富混合物在受热时会产生明显高于40%萃取度的混合物的CO2压力：在70℃时所述富混合物已经生成了4.2bar的CO2压力，而40%混合物在90℃时只生成2.5bar。因此，在吸收阶段之后并且在将萃取后的富胺泵送至解吸收器之前，胺类-CO2复合物的富集是要执行的非常有用的处理。
[0108] 吸收热量：通常希望通过内部热交换器或者吸收器壁的冷却来冷却所述萃取CO2后的胺类。这限制了正在吸收的胺类的过度加热及吸收器中的CO2压力。总的来说，汽轮机前和汽轮机后的CO2压力比值决定了电能输出，建议尽量使吸收器中的压力最小化，因而一般优选地采用一些冷却手段。一种冷却的手段是加水，并且参见上文，对于萃取CO2后的胺类的富集来说这一处理还具有其它的优点。水的存在将在吸收器中产生明显的分压，因而具有比水更高的沸点极性醇、油和其它液体可作为替代物。该热量可以被去除，或者可用于在进入解吸收器前对富胺进行预加热。
[0109] 解吸收器或反应器：出于实验性研究，可采用150ml钢瓶，该钢瓶具有用于充入液体并连接至真空泵的开口/阀门，用于气相或液相的温度传感器，以及压力计。通常，50ml的萃取CO2后的胺类以冷却后的易挥发胺类的形式被充入真空的反应器。所述瓶体置于油加热盆内。将压力记录为温度的函数。在该实验的另一可变方式中，所述瓶体被加热至给定温度，如90℃，并且记录平衡压力。例如通过将压力从4bar降低至2bar左右等手段释放一定量的气体，记录所得到的新的平衡压力。在计算了液相的CO2容量之后，该实验可以得到作为所述胺类的CO2容量的函数的在给定温度下的CO2压力的图表。剩余胺类的质量被加权以检查质量平衡。通常，在给定温度下所能达到的最大压力随着CO2萃取值的降低而降低。可通过滴流反应器实现解吸收，将富胺喷射至加热反应器或者其它已经的结构内。对于高效的预加热和热传递来说特别有用的是称之为闪蒸的技术，该技术中液态富胺在压力下加热，避免在热交换器中生成气体。其可以与将富CO2胺类喷入解吸收器共同作用。可以通过选择化学物和溶剂的方式，以及通过例如去雾器等工程手段来控制发泡。在更大范围的处理中，已知并且有用的是采用助推器、重沸器或者过热器，以对工质气体提供高热量并且贫溶剂中进一步除去CO2。该重沸器可以是反应器的有机部分或者是独立的容器，并且从实际目的出发它可以具有同一个或者附加的热源。
[0110] 在下面的概要表中，给出了各种胺类系统的实验数据，这些数据对实现本发明来说是有用的。这里关注的焦点是可用于在相对较低的温度中取得能量的系统，例如低于100℃。
[0111]
[0112]
[0113] 在采用DBA的情况下，可以通过离心分离的方式富集DBA和CO2的化学复合物。从技术上看，可采用玻璃瓶连续地进行。或者，可采用桨式输送装置提取固体残余。因而，包含胺类、CO2和水或者醇等溶剂的吸收剂混合物可以在吸收阶段被适度的萃取，确保平衡压力可保持在例如低于0.1或者低于0.2bar,并且混合物可以被施以分离或富集处理，其中贫液体被再循环到吸收器并且只有少量富胺-CO2复合物被继续输送到解吸收部分。对比表的第6和7行，可以看到采用附加的分离步骤可以获得更高的压力。如果要求低解吸收温度，如70℃的情况下这一点是非常有用的。在高于90℃的温度下，通常不建议采用该附加的步骤。本领域技术人员可以认识到了，对胺类、复合溶剂和浓缩的选择取决于该系统如何在流量、温度等类似因素下求得平衡。
[0114] 附加的分离步骤可以从包括相分离、滗析和离心分离的组中进行选择，并且其中萃取CO2后的吸收剂被分离为至少两部分，其中富含CO2的部分被传输至反应器以便分离CO2气体和贫吸收剂。
[0115] 总论：在下表的基础上，示出了吸收和解吸收处理，并且指出了设计一个高效的过程的困难。表1表示对于两个不同的CO2萃取水平（萃取水平=在DBA中存储的最大CO2的百分比，100%=0.5摩尔/摩尔胺类），作为温度的函数的包含二丁胺（DBA）的混合物的平衡CO2压力。显然CO2压力随着萃取水平的增加而增大（在给定温度下）。（请注意相应压力与1/T的对数值给出了吸收焓的度量）。这些结果对于吸收器和解吸收器二者的设计提供了指引。例如，如果在吸收器内胺类（DBA）在50℃下被萃取至40%，将产生0.44bar的压力。在解吸收器中，在90℃下将生成最大2.2bar的压力。
[0116] 表1：对于两种萃取水平的DBA/CO2，作为温度函数的CO2平衡压力
[0117]
[0118] 表2示出了对于含有DBA的混合物，在两种不同温度下的平衡CO2压力。总体上，平衡压力随着在给定温度下CO2萃取值的增加而增加。显然如果要在吸收器内获得非常低的压力，在20℃下DBA的100%萃取值是不能达到的。（请注意给出的数值是估计的：在CO2压力高于1bar的情况下DBA能够被萃取至100%的CO2，并且相应的所获得的混合物被发现是亚稳定的。其可以作为低粘性液体在数天内保持稳定，但是也能够结晶并同时引起CO2的损耗以及产生轻微的自热）。如果70%萃取的DBA被加热至90℃，90℃下的数据表示从胺类-CO2复合物中解吸收CO2将生成如3.3bar。随着萃取水平降至50%，所获得的压力降至1.4bar。
[0119] 在该处理中避免或者尽量减少使用水是非常有利的。作为示例，水蒸气占了吸收器中平衡压力的一大部分。因此，哌嗪或者酯油被用作胺类的替代稀释物，上述稀释物以纯态的形式存在，并且当与CO2反应时变为粘性液体。此类的处理还消除了在汽轮机叶片上形成冰的风险。
[0120] 表1和表2示出了在实际中可以选择如下的处理模式：胺类在如25℃的温度被从20%萃取至50%，所述50%的混合物在解吸附器中被加热到90℃，此时将产生CO2压力直至胺类重新达到了20%的萃取水平。在热交换之后，降温至25℃的胺类在吸收器中被重新使用。在工作的修正状态下，吸收器中的胺类-CO2混合物与极溶剂相接触，优选的是水，以重新生成未反应的胺类并生成包含水和富胺类（参见相性转换部分）的相性。未反应的胺类被在吸收器内再次使用，而水被从胺类/水相中移除在，优选的是通过离心分离或者滗析以富集所述胺类-CO2复合物。这种处理模式允许对胺类的最大化利用，并使得在解吸收器内生成的最大压力，因为在解吸收器内可以应用高富集相性。在低温下循环并以CO2萃取胺类，以及以升高后的温度解吸收CO2的整体图可进一步参见图3a和3b,其中3b表示包括对特定萃取后胺类进行富集的处理。
[0121] 表2：在两种温度下，对于各种CO2萃取水平（DBA混合物）的CO2平衡压力[0122]
[0123]
[0124] 汽轮机和其它膨胀机：在给定温度和压力下CO2的能量含量可以利用公开数据（莫里尔图）加以计算。汽轮机和汽轮机效率可以采用公开的信息进行计算。取决于化学物和热源的选择，汽轮机上游的压力为1-20bar，通常可达到2-4bar。在更具体的水平上，希望在所述20bar至0.5bar之间的反应器内获得CO2压力，优选的为15bar至0.8bar，更优选的是10bar至1.2bar，并且在所述吸收系统中获得0.5bar至0.001bar的CO2压力，优选地在0.3bar至0.002bar之间，更优选的在0.15bar至0.005bar之间，最优选的是在0.1bar至0.01bar之间。
[0125] 同时，气轮机的上游/下游可用压力比在5-40之间，优选的希望在10-25之间。这意味着在反应器和吸收器中的压力是相关的。给出这两个压力值的一个可用的组合如下：在反应器中的稳态压力为3bar，在吸收器中为0.2bar，或者在反应器中2bar,并且在吸收器中为0.1bar（压力比为15）。
[0126] 作为示例，如果热源提供的热量在90至120℃之间，在12至25之间的压力比是可用的。如果热源温度高于120℃，则优选地采用20-30的压力比甚至20-40的压力比。如果低于90℃，优选地采用5-15的压力比。而且，在压力定额或比值大于将气体等熵膨胀至其三态点温度（对CO2为-78℃）所需要的压力比的结构中，在汽轮机的膨胀阶段之间加热气体的重加热系统是优选的，以便提高效率并提供更多的外部冷却。
[0127] 最终的选择取决于所用吸收剂并且基于实验和最优化来寻找，如上文所述，其平衡了萃取水平、温度等全部参数。
[0128] 将CO2吸收至被喷入吸收器的微小液滴的高吸收速度意味着汽轮机的尺寸可以减小。CO2的排出速度可以非常高，并且气流可以通过计算机仿真的方式与液滴的流动一起实现最优化。排出所述汽轮机的冷气可以将热量传递给热交换器系统，生成冷流，而不显著地影响吸收速度。膨胀机优选地包括至少一个等熵气态膨胀汽轮机。
[0129] 代替汽轮机，可采用不同的膨胀机（如Wankel型、斯特林型、活塞结构），如果只达到了中等的CO2压力其是有用的。在活塞移动时CO2充入气缸空间，从而增加了气缸的容积。进入气缸的气体驱动活塞。接着或者同时地，贫胺类被喷入气缸从而引起压力降低。该压力降低是所述膨胀机的第二驱动力并造成活塞产生相反的运动。富胺类被泵出所述气缸，并且这一循环重复。适当的阀门、凸轮轴和类似结构控制本处理。总之，可驱动发电机用于发电的膨胀机，与2极燃烧发动机正相反。如果需要完全释放富胺，该设置是有用的，因为该机器能够适应低压。各种气缸可用于连续的工作。
[0130] 热交换机,热源和冷却:驱动所述处理所要求的热量可以由太阳能或者工业能废热能提供。物理介质和流体工质可以是水，其在达到90℃时是可用的，还可以是水蒸气、油或其它导热流体，需要其具有适当的稳定性。用于热介质的存储单元2可以是系统的一部分，从而在热源短时间不可用时处理仍能够进行，例如对于太阳能驱动的处理来说可在夜晚运行。在太阳能驱动的处理当中，可以采用提供加热至90℃、100℃、110℃或者120℃的副热源，并且可采用设备聚集太阳能收集器，例如在热管或抛面槽或者线性菲涅尔反射器或者微CSP或抛面碟收集器或者辅助型燃烧热源。基于废热的处理也可以从辅助型副热源中获益，优选的其可进行能量交换的连接到气体温度助推器以提供能量来增加通过所述气体温度助推器的工质气体的温度。太阳能系统因而可以包括由太阳能热量收集器提供的热量源，在该太阳能热量收集器中热量工质流体被加热，可以替代地采用工业废热或者来自发动机或地热的热量作为热源。用于加热热量工质流体的太阳能热量收集器具有收集器流体入口和收集器流体出口，升温存储容器将该收集器流体出口连接到反应器的加热流体入口，并且降温存储容器将收集器流体入口连接到反应器的冷却流体出口。而且，由太阳能热量收集器组件和反应器形成的所述系统组成了用于对反应器提供热量的闭环加热系统。
[0131] 为了最优化系统性能和效率，优选和必要地对离开反应器的贫吸收剂和流入反应器的富吸收剂采用热交换。在吸收过程中或者之后，热量可以从系统中去除，或者从离开反应器的贫吸收剂中去除。
[0132] 本发明的有益效果
[0133] 应用本发明的各种有益效果如下：
[0134] 1.能够采用来自工业过程的过剩热量进行高效益发电（及制冷）
[0135] 2.能够采用来自低温井的地热进行高效益发电（及制冷）
[0136] 3.能够以大规模或小规模进行低温太阳能热量发电，具有将热量存储于水中的好处，能够7×24小时进行发电
[0137] 4.能够从热量产生处理中进行高效益的热电转换
[0138] 5.能够实现用于运输工业的紧凑型热能发电
[0139] 6.能够从气体汽轮机中实现紧凑型热能发电
[0140] 7.能够从用于陆地或海上运输的燃烧型发动机中实现紧凑型热能发电
[0141] 8.能够从发电厂底循环中实现附带的发电
[0142] 与其它解决方案相比，本产品的各种有益效果如下：
[0143] 1.具有非常高的转换效率
[0144] 2.非常紧凑并具有从家庭应用到工业应用的可伸缩性
[0145] 3.低压和低温，不需要使用破坏臭氧的气体或具有温室效应的气体，没有危险或稀有材料，使本产品完全安全并且环境友好。
[0146] 2.有效和简单的发电与制冷共存
[0147] 与其它解决方案相比，本回路的各种有益效果如下：
[0148] 1.在膨胀机中实现高温差和压力限额
[0149] 2.高效率熵降低
[0150] 3.在膨胀机后具有非常高效的降压
[0151] 4.由于具有高气体排出速率而产生非常紧凑的气轮机
[0152] 5.在环境温度和气压附近的工作压力和温度
[0153] 6.将具有二氧化碳的良性有机成分作为工作气体
[0154] 7.以非常低的热源温度实现高效率的溶剂浓缩的可能性
[0155] 参考资料：
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