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特表2022-530635建物排出物処理および／または隔離システムならびに方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-06-30
(54)【発明の名称】建物排出物処理および／または隔離システムならびに方法
(51)【国際特許分類】
F23N 5/00 20060101AFI20220623BHJP
F23N 1/02 20060101ALI20220623BHJP
F23J 11/12 20060101ALI20220623BHJP
F22D 1/02 20060101ALI20220623BHJP
B01D 53/62 20060101ALI20220623BHJP
B01D 53/75 20060101ALI20220623BHJP
B01D 53/82 20060101ALI20220623BHJP
C01B 32/50 20170101ALI20220623BHJP
F24H 1/00 20220101ALN20220623BHJP
【ＦＩ】
F23N5/00 J
F23N1/02 101
F23J11/12
F22D1/02
B01D53/62 ZAB
B01D53/75
B01D53/82
C01B32/50
F24H1/00 631A
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021564282
(86)(22)【出願日】2020-04-29
(85)【翻訳文提出日】2021-12-23
(86)【国際出願番号】 US2020030533
(87)【国際公開番号】W WO2020223391
(87)【国際公開日】2020-11-05
(31)【優先権主張番号】62/977,050
(32)【優先日】2020-02-14
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/840,206
(32)【優先日】2019-04-29
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】521471039
【氏名又は名称】ネクストワッツ，インク．
(74)【代理人】
【識別番号】110000659
【氏名又は名称】弁理士法人広江アソシエイツ特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】フューゲルヴァンド，ウィリアム，エー．
(72)【発明者】
【氏名】ヴォルバーディング，アルフレッド，ティー．
【テーマコード（参考）】
3K003
3K261
3L122
4D002
4G146
【Ｆターム（参考）】
3K003AB02
3K003AB06
3K003CA03
3K003CA05
3K003DA03
3K003DA04
3K003EA02
3K003EA07
3K003FA04
3K003FB04
3K003FB05
3K003GA03
3K003GA04
3K261MC01
3L122AA03
3L122AA34
4D002AA09
4D002AC10
4D002BA04
4D002BA13
4D002CA07
4D002CA13
4D002EA01
4D002EA02
4D002EA05
4D002HA09
4G146JA02
4G146JA04
4G146JB09
4G146JC07
4G146JC10
4G146JC14
4G146JC20
4G146JC36
4G146JC40
4G146JD03
4G146JD06
(57)【要約】
建物内で生成された煙道ガスから二酸化炭素を捕捉するためのシステムおよび／または方法が提供される。
【選択図】図１１
【選択図】図１１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
建物内で燃焼ボイラを操作するための方法であって、燃焼バーナに空気および燃料を供給するステップと、
前記燃焼バーナ内の空気および燃料を燃焼させるステップと、
前記バーナ内の遊離酸素の量を監視するステップと、
前記バーナに供給される空気および燃料の量を制御して、約３％の遊離酸素量を維持するステップと、
を含む方法。
【請求項2】
燃焼が煙道ガスを生成し、前記方法は、前記煙道ガス中に少なくとも約１０％の二酸化炭素を生成するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
二酸化炭素を煙道ガスから分離するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項4】
前記煙道ガスから二酸化炭素を分離した後、二酸化炭素を液化するステップをさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項5】
前記煙道ガスから二酸化炭素を分離した後、二酸化炭素を貯蔵するステップをさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項6】
二酸化炭素を貯蔵した後、二酸化炭素を輸送するステップをさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項7】
建物内で燃焼ボイラを操作するための方法であって、バーナ内で空気および燃料を燃焼させて、遊離酸素濃度を有する煙道ガスを生成するステップと、
前記バーナから前記煙道ガスを運搬するように動作可能に位置合わせされた導管内のトランプ空気を実質的に排除することにより、前記煙道ガスからの空気を制限するステップと、を含む方法。
【請求項8】
共有プレナムに動作可能に結合された少なくとも２つのボイラが存在し、前記方法は、一方のボイラの運転中のバーナと前記プレナムとの間の流体連通を提供し、同時に前記プレナムと他方の運転中のボイラのアイドル中のバーナとの間の流体連通を制限するステップを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項9】
二酸化炭素を前記煙道ガスから分離するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項10】
前記煙道ガスから二酸化炭素を分離した後、二酸化炭素を液化するステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項11】
前記空気および燃料を燃焼させて、少なくとも約１０％の二酸化炭素を有する前記煙道ガスを生成するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項12】
前記空気および燃料を燃焼させて、約３％の遊離酸素を有する前記煙道ガスを生成するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項13】
建物内の燃焼ボイラからの煙道ガスを冷却する方法であって、前記ボイラ給水を運搬する少なくとも１組の冷却コイルを有する少なくとも１つのエコノマイザに前記煙道ガスを供給するステップと、前記供給するステップが前記煙道ガスを冷却するステップと、前記ボイラ給水を加熱するステップとを含む、方法。
【請求項14】
前記加熱されたボイラ給水を前記燃焼ボイラに供給するステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項15】
前記煙道ガスを前記１組のコイルに供給した後、飲用または工業用プロセス水を運搬する別の組のコイルに前記煙道ガスを供給するステップと、前記供給するステップが前記煙道ガスをさらに冷却するステップと、前記飲用または工業用プロセス水を加熱するステップとをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項16】
前記加熱された飲用または工業用プロセス水を給湯システムに供給するステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項17】
前記燃焼ボイラからの蒸気で前記給湯システムを加熱するステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項18】
一方の組の冷却コイルが１つのエコノマイザの構成要素であり、他方の組の冷却コイルが別のエコノマイザの構成要素である、請求項１５に記載の方法。
【請求項19】
一方のエコノマイザが非凝縮エコノマイザであり、他方のエコノマイザが凝縮エコノマイザである、請求項１８に記載の方法。
【請求項20】
前記煙道ガスを前記一方のエコノマイザに供給した後、前記冷却された煙道ガスをダイバータを通して供給して、前記冷却された煙道ガスの少なくとも一部を前記他方のエコノマイザに迂回させるステップをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項21】
前記ダイバータから前記他方のエコノマイザに、ブロワを用いて前記冷却された煙道ガスを供給するステップをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項22】
前記一方のエコノマイザに入る前に、前記煙道ガスが少なくとも約１０％の二酸化炭素である、請求項１３に記載の方法。
【請求項23】
前記一方のエコノマイザに入る前に、前記煙道ガスが約３％の遊離酸素である、請求項１３に記載の方法。
【請求項24】
前記煙道ガスを冷却した後に、二酸化炭素を液化するステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項25】
建物内の燃焼ボイラから発生する煙道ガスから二酸化炭素を分離する方法であって、約３％未満の水を含む煙道ガスを供給するステップと、
前記煙道ガスを圧縮するステップと、
圧縮機を熱伝達流体で冷却し、チラーおよび／または冷却塔との間に熱伝達流体を供給するステップと、を含む方法。
【請求項26】
使用済み熱伝達流体を前記チラーに戻す前に、前記建物の冷却塔内で前記チラーの前記熱伝達流体を冷却することをさらに含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項27】
前記熱交換器から水を回収し、前記回収された水を排出する前に前記回収された水を処理するステップをさらに含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項28】
前記煙道ガスから二酸化炭素を分離した後、前記煙道ガス内から二酸化炭素を液化するステップをさらに含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項29】
建物内の燃焼ボイラから発生する煙道ガスから二酸化炭素を分離する方法であって、前記煙道ガスを圧縮するステップと、
前記煙道ガスから回収された二酸化炭素の分離中に回収された窒素を使用して前記煙道ガスを乾燥させるステップと、を含む方法。
【請求項30】
前記圧縮前の前記煙道ガスが約３％未満の水である、請求項２９に記載の方法。
【請求項31】
前記乾燥機で前記窒素を使用した後、排気スタックに前記窒素を供給するステップをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項32】
圧力スイング吸着アセンブリから前記窒素を供給するステップをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項33】
前記煙道ガスを前記乾燥機に供給した後、約１０ｐｐｍ未満の水を有する煙道ガスを前記圧力スイング吸着アセンブリに供給するステップをさらに含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項34】
前記圧力スイング吸着アセンブリから乾燥機と制御弁との両方に前記窒素を供給するステップをさらに含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項35】
建物内の燃焼ボイラから発生する煙道ガスから二酸化炭素を分離する方法であって、圧力スイング吸着アセンブリを使用して、前記煙道ガスから前記窒素の少なくとも一部を除去して、約９５％を超える二酸化炭素を生成するステップと、
前記煙道ガスを前記圧力スイング吸着アセンブリに供給する前に、前記煙道ガスから除去された前記窒素を使用して前記煙道ガスから水を除去するステップと、を含む方法。
【請求項36】
前記煙道ガスが、前記圧力スイング吸着アセンブリに供給される前に、１０ｐｐｍ未満の水である、請求項３５に記載の方法。
【請求項37】
前記煙道ガスを乾燥させた後、前記建物の排気スタックに前記窒素を供給することをさらに含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項38】
建物内の燃焼ボイラから発生する煙道ガスから二酸化炭素を分離する方法であって、圧力スイング吸着アセンブリを使用して、前記煙道ガスから前記窒素の少なくとも一部を除去して、約９５％を超える二酸化炭素を生成するステップと、
前記煙道ガスから除去された前記窒素の少なくとも一部をガス膨脹機／発生器に供給するステップと、を含む方法。
【請求項39】
前記膨張機／発生器から建物および／またはグリッドに電気を供給するステップをさらに含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項40】
前記建物の排気スタックに前記窒素を供給するステップをさらに含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項41】
前記圧力スイング吸着アセンブリから前記窒素を分離するステップと、前記窒素の一部を制御弁に供給するステップと、別の部分を前記膨張機／発生器に供給するステップと、をさらに含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項42】
前記制御弁および膨張機／発生器が並列に位置合わせされている、請求項３８に記載の方法。
【請求項43】
建物内の燃焼ボイラから発生する煙道ガスから二酸化炭素を分離する方法であって、圧力スイング吸着アセンブリを使用して、前記煙道ガスから前記窒素の少なくとも一部を除去して、９５％を超える二酸化炭素を生成するステップと、
前記煙道ガスから除去された前記窒素の少なくとも一部を乾燥機およびガス膨張機／発生器の両方に供給するステップと、を含む方法。
【請求項44】
前記圧力スイング吸着アセンブリに前記窒素を供給する前に、前記窒素を使用して煙道ガスを１０ｐｐｍ未満の水に乾燥させることをさらに含む、請求項４３に記載の方法。
【請求項45】
前記窒素を使用して前記煙道ガスを乾燥させた後、前記建物の排気スタックに前記窒素を供給するステップをさらに含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項46】
前記窒素を部分に分離するステップと、一部を前記乾燥機に供給し、別の部分を前記膨張機／発生器に供給するステップと、をさらに含む、請求項４３に記載の方法。
【請求項47】
前記一部が、前記圧力スイング吸着アセンブリからの前記窒素の約３分の１である、請求項４６に記載の方法。
【請求項48】
前記膨張機／発生器を使用して電気を生成するステップをさらに含む、請求項４３に記載の方法。
【請求項49】
前記窒素を前記膨張機／発生器内で使用した後、前記建物の排気スタックに前記窒素を供給するステップをさらに含む、請求項４８に記載の方法。
【請求項50】
建物内の燃焼ボイラから発生する煙道ガスから分離された二酸化炭素を冷却する方法であって、圧力スイング吸着アセンブリを使用して煙道ガスから窒素を分離するステップと、
熱交換器の存在下で前記窒素を膨張させて、前記熱交換器内の流体を冷却するステップと、
その冷却された流体を、前記圧力スイング吸着アセンブリの二酸化炭素生成物と動作可能に位置合わせされた別の熱交換器に移送して、二酸化炭素生成物を冷却するステップと、を含む方法。
【請求項51】
前記圧力スイング吸着アセンブリによって受け取られる前記煙道ガスが１０ｐｐｍ未満の水である、請求項５０に記載の方法。
【請求項52】
熱交換器の存在下で前記窒素を膨張させるために膨張機／発生器を使用するステップをさらに含む、請求項５０に記載の方法。
【請求項53】
前記膨張機／発生器から前記建物グリッドに電気を供給するステップをさらに含む、請求項５２に記載の方法。
【請求項54】
前記建物の排気スタックに前記膨張した窒素を供給するステップをさらに含む、請求項５２に記載の方法。
【請求項55】
二酸化炭素生成物が約９５％より多い二酸化炭素であり、少なくとも約１００℃である、請求項５０に記載の方法。
【請求項56】
二酸化炭素生成物の温度を約１００℃未満に下げるステップをさらに含む、請求項５５に記載の方法。
【請求項57】
建物内の燃焼ボイラから発生する煙道ガスから分離された二酸化炭素を液化する方法であって、スパージアセンブリを介して前記ガス状二酸化炭素を供給して、容器内で二酸化炭素を液体二酸化炭素内に散布するステップを含む方法。
【請求項58】
前記ガス状二酸化炭素が少なくとも９５％二酸化炭素である、請求項５７に記載の方法。
【請求項59】
前記スパージアセンブリからの前記ガス状二酸化物を泡立てるステップをさらに含む、請求項５７に記載の方法。
【請求項60】
タンク内に、二酸化炭素の液体／蒸気バリアを確立することをさらに含む、請求項５７に記載の方法。
【請求項61】
前記蒸気二酸化炭素を冷却して液体二酸化炭素を生成することをさらに含む、請求項６０に記載の方法。
【請求項62】
前記蒸気二酸化炭素を受け取り、二酸化炭素を液化するために、冷凍ユニットを前記タンクと動作可能に係合させるステップをさらに含む、請求項６１に記載の方法。
【請求項63】
前記液化二酸化炭素を前記タンクに戻すステップをさらに含む、請求項６２に記載の方法。
【請求項64】
建物排出物が、炭素捕捉システムに動作可能に結合され、前記システムが前記炭素排出物から二酸化炭素を分離および凝縮するように構成される、炭素燃料源を利用して前記炭素燃料源の燃焼時に炭素排出物を生成する建物。
【請求項65】
建物排出物が、炭素捕捉システムに動作可能に結合され、前記システムが炭素排出物を処理し、建物に熱を戻すように構成される、炭素燃料源を利用して前記炭素燃料源の燃焼時に炭素排出物を生成する建物。
【請求項66】
建物排出物が、炭素捕捉システムに動作可能に結合され、前記システムが炭素排出物を処理し、電気を生成するように構成される、炭素燃料源を利用して前記炭素燃料源の燃焼時に炭素排出物を生成する建物。
【請求項67】
建物排出物が、炭素捕捉システムに動作可能に結合され、前記システムが炭素排出物を処理し、電気を貯蔵するように構成される、炭素燃料源を利用して前記炭素燃料源の燃焼時に炭素排出物を生成する建物。
【請求項68】
建物排出物が、炭素捕捉システムに動作可能に結合され、前記システムが前記燃焼および捕捉システムを動的に制御して炭素燃焼を低減し、炭素捕捉を増加させるように構成される、炭素燃料源を利用して前記炭素燃料源の燃焼時に炭素排出物を生成する建物。
【請求項69】
建物排出物が、炭素捕捉および除去システムに動作可能に結合される、炭素燃料源を利用して前記炭素燃料源の燃焼時に炭素排出物を生成する建物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
（関連出願の相互参照）
この出願は、２０１９年４月２９日に出願された、「Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｃａｒｂｏｎ Ｄｉｏｘｉｄｅ Ｓｅｑｕｅｓｔｒａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ（二酸化炭素隔離システムおよび方法の構築）」と題された米国仮特許出願第６２／８４０，２０６号明細書および２０２０年２月１４日に出願された、「Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｎｄ／ｏｒ Ｓｅｑｕｅｓｔｒａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ（建物排出物処理および／または隔離システムおよび方法）」と題された米国仮特許出願第６２／９７７，０５０号明細書の優先権および利益を主張するものであり、これらのそれぞれの全体は、参照により本明細書に組み込まれる。
この出願は、２０１９年４月２９日に出願された、「Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｃａｒｂｏｎ Ｄｉｏｘｉｄｅ Ｓｅｑｕｅｓｔｒａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ（二酸化炭素隔離システムおよび方法の構築）」と題された米国仮特許出願第６２／８４０，２０６号明細書および２０２０年２月１４日に出願された、「Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｎｄ／ｏｒ Ｓｅｑｕｅｓｔｒａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ（建物排出物処理および／または隔離システムおよび方法）」と題された米国仮特許出願第６２／９７７，０５０号明細書の優先権および利益を主張するものであり、これらのそれぞれの全体は、参照により本明細書に組み込まれる。
【0002】
本発明の分野は、二酸化炭素管理システムおよび方法を含むことができる建物排出物の処理に関するものであり、より具体的には、蒸気加熱および排出物の副産物発生を伴う熱水など、建物システムのための大きい燃焼エネルギー源を利用する多数の階層および大きい設置面積の建物によって利用される。
【背景技術】
【0003】
建物内、特に大都市圏内での二酸化炭素の発生は、全体的な二酸化炭素の発生に対して重要な誘因である。二酸化炭素は現在、地球温暖化化合物として列挙されており、その削減は世界中で求められている。二酸化炭素の発生は呼吸の必要な部分であり、生命の必要な部分であるが、しかし気候変動に対処するために二酸化炭素の発生を制限することが重要である。本開示は、大都市圏における化石燃料の燃焼およびその急増からの二酸化炭素発生に対処することができる建物排出物処理および隔離システムを提供する。
【発明の概要】
【0004】
建物内で燃焼ボイラを操作するためのシステムまたは方法が提供される。システムまたは方法は、燃焼バーナに空気および燃料を供給するステップと、燃焼バーナ内の空気および燃料を燃焼させるステップと、バーナ内の遊離酸素の量を監視するステップと、バーナに供給される空気および燃料の量を制御して、約３％の遊離酸素量を維持するステップとを含むことができる。システムまたは方法は、バーナ内で空気および燃料を燃焼させて、酸素濃度を有する煙道ガスを生成するステップと、バーナから煙道ガスを運搬するように動作可能に位置合わせされた導管内のトランプ空気を実質的に排除することにより、煙道ガスからの空気を制限するステップと、を含むことができる。
【0005】
建物内で燃焼ボイラから煙道ガスを冷却するためのシステムまたは方法が提供される。システムまたは方法は、ボイラ給水を運搬する少なくとも１組の冷却コイルを有する少なくとも１つのエコノマイザに煙道ガスを供給するステップと、煙道ガスを冷却するステップと、ボイラ給水を加熱するステップとを含むことができる。
【0006】
建物内の燃焼ボイラから発生する煙道ガスから二酸化炭素を分離するためのシステムまたは方法が提供される。システムまたは方法は、約３％未満の水を含む煙道ガスを供給するステップと、煙道ガスを圧縮するステップと、圧縮機を熱伝達流体で冷却し、チラーおよび／または冷却塔との間に熱伝達流体を供給するステップと、を含むことができる。システムまたは方法は、煙道ガスを圧縮するステップと、煙道ガスから回収された二酸化炭素の分離中に回収された窒素を使用して煙道ガスを乾燥させるステップと、を含むことができる。システムまたは方法は、圧力スイング吸着アセンブリを使用して、煙道ガスから窒素の少なくとも一部を除去して、約９５％を超える二酸化炭素を生成するステップと、煙道ガスを圧力スイング吸着アセンブリに供給する前に、煙道ガスから除去された窒素を使用して煙道ガスから水を除去するステップと、を含むことができる。システムまたは方法は、圧力スイング吸着アセンブリを使用して、煙道ガスから窒素の少なくとも一部を除去して、約９５％を超える二酸化炭素を生成するステップと、煙道ガスから除去された窒素の少なくとも一部をガス膨脹機／発生器に供給するステップと、を含むことができる。システムまたは方法は、圧力スイング吸着アセンブリを使用して、煙道ガスから窒素の少なくとも一部を除去して、約９５％を超える二酸化炭素を生成するステップと、煙道ガスから除去された窒素の少なくとも一部を乾燥機および膨張機／発生器の両方に、または乾燥機および制御弁に供給するステップと、を含むことができる。制御弁にはサイレンサが装備されているか、または装備されていない可能性がある。
【0007】
建物内の燃焼ボイラから発生する煙道ガスから分離された二酸化炭素を冷却するためのシステムまたは方法が提供される。システムまたは方法は、圧力スイング吸着アセンブリを使用して煙道ガスから窒素を分離するステップと、熱交換器の存在下でタービン膨張機によって窒素を膨張させて、熱交換器内の流体を冷却するステップと、その冷却された流体を、圧力スイング吸着アセンブリの二酸化炭素生成物と動作可能に位置合わせされた別の熱交換器に移送して、二酸化炭素生成物を冷却するステップと、を含む方法。
【0008】
建物内の燃焼ボイラから発生する煙道ガスから分離された二酸化炭素を液化するためのシステムまたは方法が提供される。システムまたは方法は、スパージアセンブリを介して貯蔵容器内の液体二酸化炭素内にガス状二酸化炭素を供給するステップを含むことができる。
【0009】
炭素燃料源を利用し、炭素燃料源の燃焼時に炭素排出物を生成する建物が提供される。建物の排出物は、二酸化炭素を炭素排出物から分離し、凝縮するように構成された炭素捕捉システムに動作可能に結合され得る。このシステムは、炭素排出物を処理し、建物に熱を戻すように構成され得る。このシステムは、炭素排出物を処理し、電気を生成するように構成され得る。このシステムは、炭素排出物を処理し、電気エネルギーを貯蔵するように構成され得る。このシステムは、燃焼システムと捕捉システムを動的に制御して、炭素の燃焼を減らし、炭素の捕捉を増加させるように構成され得る。
【図面の簡単な説明】
【0010】
本開示の実施形態は、以下の添付図面を参照して以下に説明される。
【0011】
【図1】本開示の一実施形態による、二酸化炭素捕捉方法および／またはシステムを示す図である。
【図2】本開示の別の実施形態による、二酸化炭素捕捉方法および／またはシステムを示す図である。
【図3A】本開示の一実施形態による、遊離酸素センサを備えたボイラの例を示す図である。
【図3B】本開示の一実施形態による、プレナムに動作可能に結合された例示的なボイラの構成を示す図である。
【図3C】本開示の一実施形態による、遊離酸素センサを備えたボイラの例を示す図である。
【図4A】本開示の一実施形態による、二酸化炭素捕捉方法および／またはシステムの部分を示す図である。
【図4B】本開示の別の実施形態による、二酸化炭素捕捉方法および／またはシステムの部分を示す図である。
【図4C】本開示の別の実施形態による、二酸化炭素捕捉方法および／またはシステムの部分を示す図である。
【図5A】本開示の一実施形態による、二酸化炭素捕捉方法および／またはシステムの構成要素の構成の例を示す図である。
【図5B】本開示の一実施形態による、二酸化炭素捕捉方法および／またはシステムの構成要素の構成の別の例を示す図である。
【図6】本開示の一実施形態による、二酸化炭素捕捉方法および／またはシステムの部分を示す図である。
【図7】本開示の一実施形態による、二酸化炭素捕捉方法および／またはシステムの部分を示す図である。
【図8】本開示の一実施形態による、二酸化炭素捕捉方法および／またはシステムの構成要素の構成の例を示す図である。
【図9】本開示の一実施形態による、二酸化炭素捕捉方法および／またはシステムの部分を示す図である。
【図10】本開示の一実施形態による、二酸化炭素捕捉方法および／またはシステムの部分を示す図である。
【図11】本開示の一実施形態による、二酸化炭素捕捉方法および／またはシステムの部分を示す図である。
【図12A】本開示の一実施形態による、二酸化炭素捕捉方法および／またはシステムの部分を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
本開示は、図１～１２Ｂを参照して説明される。本開示のシステムおよび方法は、わずかな定期的なメンテナンスのみで、最長１０年間、建物内で無人および／または継続的に操作され得る。最初に図１を参照すると、空気および燃料を燃焼させて煙道ガスを生成するボイラなどの煙道ガス源を含むシステム１０が提供される。煙道ガス１２は、建物の加熱および／または冷却システムからの典型的な燃焼生成物を含むことができる。これらの建物は、商業用、住宅用、および／または工業用の建物と見なすことができる。システム１０は、化石燃料の燃焼に依存する可能性がある。これらの化石燃料は、石油および／または天然ガスを含むことができる。燃料が燃焼すると、煙道ガスの一部としてＣＯ２が発生する可能性がある。天然ガス燃焼の場合、システム１０は、少なくとも約１０％のＣＯ２および約１８％の水を生成することができる。本開示のシステムおよび／または方法は、分離のための部分１４、液化のための部分１６、貯蔵のための部分１８、およびＣＯ ２の移送のための部分１９を含むことができる。
【0013】
実施例によれば、建物の煙道ガスの少なくとも約６００標準立方フィート／分が、システム１０の構成要素１４でＣＯ２が分離および精製される煙道ガスプロセスストリームに迂回され得る。この分離／精製構成要素は、圧力スイング（ＰＳＡ）、温度スイング（ＴＳＡ）、または電気スイング（ＥＳＡ）、またはそれらの任意の組み合わせの条件下で操作される吸着精製システムであり得る。実施例によれば、それは、８５％を超えるＣＯ ２回収を提供するために協調して機能するように結合および／または構成された層状固相吸着材料を含む複数の容器を含む多成分吸着システムである圧力スイング吸着システムであり得る。これらの多成分吸着システムは、ほとんどの場合９５％以上、他の場合には少なくとも９９％の純度まで、本質的に「乾燥した」煙道ガス流から二酸化炭素を除去することができる。次に、この精製された二酸化炭素ガスを連続的な冷却および圧縮ステップで液化して相変化を生じさせて、液体二酸化炭素を液化成分１６に形成し、次にその液化二酸化炭素を貯蔵構成要素１８に提供して、必要に応じて計画的に除去することができる。実施例によれば、この液化二酸化炭素は、移送構成要素１９内に移送されることができ、移送は、いくつかの例として、コンクリート硬化、廃水処理、その他の二酸化炭素隔離方法、防火システム用リサイクル、工業用特殊ガス、ハイブリッド燃料および有機中間化学物質の製造での消費、または飲料の炭酸化用などの用途で使用するために二酸化炭素を分配することができる貯蔵施設などの別の供給源に提供され得る。
【0014】
次いで図２を参照すると、システム３２をその中に有する建物システム３０が示されている。煙道ガス１２は、建物によって生成された煙道ガスからＣＯ ２を捕捉するために、システムおよび／または方法１４、１６、１８、１９および／または冷却塔３１の一連の部分に提供される。
【0015】
【0016】
最初に図３Ａを参照すると、遊離酸素センサ４３の存在下で燃焼４２を生成するボイラ４０が示されている。燃焼４２は、ボイラ排気４５に供給される煙道ガス４４を生成する。図３Ｂを参照すると、ボイラ排気は、プレナム４８と動作可能に結合されている。この図示された構成では、複数のボイラが示され、それぞれが排気４５および４６を有し、例えば、各排気は、プレナム４８に動作可能に結合されている。
【0017】
次いで図３Ｃを参照すると、本開示のシステムおよび／または方法で構成されたボイラが示されている。したがって、空気６０および燃料６２が燃焼バーナに提供されることができ、それらの混合物、したがってその燃焼は、遊離酸素センサ４３と動作可能に接続された燃焼コントローラ６６によって制御される。したがって、ボイラ給水５２は、燃焼ボイラによって受け取られ、温水または蒸気５０に加熱され、これは、建物および／または給湯器５８などの建物システムを加熱するために使用される。給湯器システム５８は、加熱のための飲用水および／または加熱のための工業用プロセス水を受け取るように構成され得る。
【0018】
例示的な実施形態によれば、制御６６は、センサ４３を利用して、燃焼バーナ内の遊離酸素の量を監視し、遊離酸素の量を約３％に維持することができる。約３％の遊離酸素は、３～７％の遊離酸素を含み得る。実施例によれば、燃焼は煙道ガス４４を生成することができる。煙道ガス４４の組成は、少なくとも約１０％の二酸化炭素を含むように制御され得る。約１０％の二酸化炭素は、天然ガスの燃焼による煙道ガスの９～１２％の二酸化炭素を含む可能性がある。システム１０は、他の最適なＣＯ ２煙道ガス濃度を決定する可能性がある天然ガス以外の燃料を燃焼させるために利用することができる。したがって、システム１０は、複数の燃料を利用するように構成され得る。
【0019】
本開示のシステムおよび／または方法は、煙道ガスから二酸化炭素を分離するステップ、煙道ガスから二酸化炭素を分離した後に二酸化炭素を液化するステップ、煙道ガスから二酸化炭素を分離した後に分離された二酸化炭素を液化するステップ、二酸化炭素を液化した後の二酸化炭素を貯蔵するステップ、および／または二酸化炭素を貯蔵した後の二酸化炭素を輸送するステップを含み得る。
【0020】
図３Ｂおよび図３Ｃの両方を参照して、建物内で燃焼ボイラを操作するためのシステムおよび／または方法が提供され、それは、バーナ内で空気および燃料を燃焼させて酸素濃度を有する煙道ガス４４を生成するステップと、バーナから煙道ガスを運搬するように動作可能に位置合わせされた導管内のトランプ空気を実質的に排除するステップにより、煙道ガスからの空気を制限するステップとを含むことができる。実施例によれば、図３Ｂに示されるような複数のボイラの場合、排気４５および４６は、プレナム４８と動作可能に位置合わせされ得る。４６などの使用されていない排気は、プレナムへのトランプ空気の供給源になる可能性がある。例示的な実施形態によれば、本開示のシステムおよび／または方法は、一方のボイラの運転中のバーナとプレナムとの間の流体連通を提供し、同時にプレナムと他方の運転中のボイラのアイドル中のバーナとの間の流体連通を制限するステップを含むことができる。少なくとも１つの構成では、ドアまたは仕切り４７が提供され、アイドル中のバーナの排気からトランプ空気を排除するように動作可能とすることができる。
【0021】
本開示の少なくとも１つの態様によれば、燃焼源またはボイラのリアルタイム制御は、例えば、煙道ガス中の二酸化炭素の濃度を増加させながら、天然ガスまたは燃料の消費を低減するためのより高い効率を達成することができる。これは、本開示のシステムおよび／または方法が建物からの炭素排出物を削減するために利用されている場合、煙道ガス中の二酸化炭素の濃度を増加させるために直観的と反すると見なされ得る。ただし、二酸化炭素濃度を上昇させることは、排気による熱損失を減らすことによって燃料消費量を減らすという恩恵を提供することができる。燃焼を調整して遊離酸素を３％に制御することは、より高い燃焼効率を提供することができる。実施例によれば、燃焼制御を通じて、天然ガスを燃焼させる場合、ＣＯ２の１２％濃度値に近づき、煙道ガスの少なくとも約１０％の二酸化炭素濃度を達成することが望ましい。これは、開示された建物排出物処理システムおよび／または方法の少なくとも１つの特徴であり、炭素捕捉の最初のステップの１つとして利用され得る。
【0022】
建物内では、燃焼バーナを様々な所定の燃焼速度、１）オフ状態、２）遅い燃焼速度、および／または３）速い燃焼速度に制御することにより、温水または蒸気の必要性に対応することにより、ボイラの動作が指示され得る。これらの速度は、例えば、較正された機械的リンケージを介して古いボイラで確立されていた可能性がある。周期的ボイラの運転は時間ごと、日ごと、季節ごとに大きく異なることを認識して、前述のように遊離酸素を制御しながら、ボイラ負荷範囲全体にわたって連続的に火炎速度の自動制御を確立することが所望される。本開示のシステムおよび／または方法は、低減された火炎速度でボイラの稼働時間を延長し、ボイラの寿命を延ばし、分離、液化、貯蔵および／または輸送システムおよび／または本開示の方法への煙道ガスのより連続的な流れを提供することによって、オンオフサイクルを低減するように構成することができる。
【0023】
したがって、ボイラおよびシステム制御（例えば、図１１）は、本開示のシステムおよび方法への煙道ガス供給のための最適条件を生成しながら、より高い建物の熱効率を達成することができる。
【0024】
次に図４Ａ～図４Ｃを参照すると、煙道ガスから水を分離し、ならびに煙道ガスを冷却するためのシステムおよび方法の複数の部分が示されている。最初に図４Ａ～図４Ｃを参照して、建物内の燃焼ボイラからの煙道ガスを冷却するためのシステムおよび／または方法の３つの異なる構成が示されている。最初に図４Ａを参照すると、煙道ガス４４は、非凝縮および凝縮エコノマイザ６０ａの組み合わせに進むことができる。煙道ガス４４は、最初に、ボイラ給水５２が導管、導管の組、および／またはコイルを通して供給され、煙道ガスが冷却され、ボイラ給水が加熱される非凝縮構成に進む。したがって、建物内の燃焼ボイラからの煙道ガスを冷却するための方法が提供される。ボイラ給水を加熱すると、それがボイラに供給され得るため、したがって給水を温水および／または蒸気に加熱するために必要なエネルギーを下げることができる。
【0025】
さらに、エコノマイザは凝縮用に構成され得る。したがって、導管、導管の組、またはコイル５４は、例えば、ユーティリティから受け取られる飲用または工業用プロセス水を運搬するように構成され得る。この水は、通常は地下のパイプを通って運搬されるため、地下水の温度に近い温度を有する可能性がある。したがって、水は、非凝縮エコノマイザで部分的に冷却された後でも、煙道ガスとは実質的に異なる温度を有する。これらの導管に煙道ガスを供給することにより、煙道ガスから水を除去することができ、したがって、凝縮水流出液５３を生成することができる。導管を通って進むこの水は、加熱され、水加熱システムの取水口５４として給湯システム５８（図３Ｃ）に提供され、加熱され、出口５６を通して受け取られることができる。したがって、給湯システム５８内の水を加熱するために必要なエネルギーの量は、少なくとも、加熱のために受け取られる水が典型的な水道水に関連するよりも低い温度から加熱される必要がなく、むしろ予熱されているという理由でより少ない。代替構成によれば、図４Ｂを参照すると、１つの組のコイル５２を１つのエコノマイザ６０ｂに関連付けることができ、別の組のコイル５４を別のエコノマイザ６５ａに関連付けることができる。この構成では、エコノマイザ６０ｂは非凝縮エコノマイザであることができ、エコノマイザ６５ａは凝縮エコノマイザとして構成され得る。本開示の別の実施形態によれば、ダイバータ６４は、図４Ａ～図４Ｃに示されるように、エコノマイザに動作可能に結合され得る。実施例によれば、冷却された煙道ガスは、ブロワを使用してダイバータ６４から供給され得る。システムおよび／または方法は、ダイバータを使用して処理される煙道ガスの量を制御することができる。実施例によれば、図４Ｃによる現在のシステムは、４５０標準立方フィート／分（ＳＣＦＭ）～５００ＳＣＦＭの湿った煙道ガス４４を受け取る予定である。このダイバータは、ダイバータ内の電動バタフライ弁を制御できるマスターシステム全体（図１１）によって制御され得る。マスターシステムは、ガスの温度と流量のデータを収集し、図６に示すようにブロワを操作することもできる。
【0026】
したがって、エコノマイザがダイバータからプロセスストリームの下流にある場合、ブロワがエコノマイザに先行する可能性がある。実施例によれば、煙道ガスは、第１のエコノマイザに入る前に、少なくとも約１０％の二酸化炭素および／または少なくとも約３％の遊離酸素である。本開示のシステムおよび／または方法は、例えば、図５Ａおよび５Ｂに示されるように構成されたエコノマイザを利用することができ、方法は、追加の分離ならびに液化、貯蔵、および輸送を含むことができる。
【0027】
ボイラからの煙道ガスの含水率は約１８％で、温度は最大３５０°Ｆまでの範囲であると判断されている。ＣＯ２を分離する前に、この水は煙道ガスから実質的に除去され得る。これには、煙道ガスの温度を露点より低くすること、および水を液体として凝縮させることが含まれる。煙道ガスの含水量が低下すると、露点も低下し、水分を除去し続けるには追加の冷却が必要になる。この冷却により、煙道ガスの凝縮物をもたらす可能性がある。
【0028】
煙道ガスの凝縮物はわずかに酸性（ｐＨ＜＝５）になる傾向があり、これは、耐酸性ではない建設資材（炭素鋼など）が原因で一部の建物のプレナムに損傷を与える可能性がある状態である。このような場合、ガスはプレナムから除去され、耐酸性のステンレス鋼構成要素を有する外部熱交換器内で凝縮されなければならない。加えて、凝縮器の設計によっては、ガス流にある程度の微小液体粒子が残る可能性がある。これらの微小液体粒子は、ｐｐｍレベルで存在する可能性のある酸性エアゾールと呼ばれ得る。本開示は、酸性エアゾールの除去を企図している。これらのシステムおよび／または方法は、例えば、湿式壁熱交換器、不活性網状炭素発泡体を備えたインピンジャ、および沈殿器が含まれる。
【0029】
上記に従って、非凝縮エコノマイザは露点温度を超えて動作することができ、任意の液体凝縮物が形成されることを防ぐ。凝縮がなければ、このエコノマイザはほとんどのプレナム建材と互換性がある可能性がある。
【0030】
上記のように、凝縮エコノマイザは、プレナムから煙道ガスを抽出し、それを凝縮エコノマイザに向けるダイバータ（図４Ｃ）の下流に提供され得る。この凝縮エコノマイザからの凝縮物は、建物の排水口に進む前に化学的に中和され得る。
【0031】
次に図６を参照すると、煙道ガスの乾燥は、ダイバータからの煙道ガスの圧力を増加させるためにブロワ６８を用いて継続することができる。このブロワ６８は、熱交換器／凝縮器７０を通る流れを支持することができ、酸急冷アセンブリ７４に動作可能に結合された水出口７１を含むことができる。熱交換器７０は、ガスを露点以下に冷却してほとんどの水を凝縮し、約３％未満の水または約０．２％と同じくらい少ない水を残すように構成され得る。
【0032】
熱交換器７０は、例えば、チラーから提供される外部水／グリコールループおよび／または例えば建物の冷却塔からの水によって冷却される、管およびシェル構成であり得る。示されているように、熱交換器７０でシステムから除去された水はわずかに酸性である可能性があり、公立処理場（ＰＯＴＷ）または下水道システムに進む前に水は中和され得ることが予想される。加えて、一部の水は、小さな微小液滴、ミスト、または酸性エアゾールとしてプロセスストリームに残るが、これらは、特別な熱交換器設計、衝突装置、または場合によっては沈殿器によって最小限に抑えられるか、または除去される。
【0033】
大半の水が除去されてしまい、酸性エアゾールが軽減された後、冷却された煙道ガス７２は、ＰＳＡシステム仕様によって指示されるように、煙道ガスの圧力を約１００ｐｓｉｇ以下の最適レベルに増加させるために圧縮機に進み続けることができる。
【0034】
次に図７を参照すると、圧縮機７４は煙道ガス７２を受け取ることができる。圧縮機７４は、下流の製品汚染を排除するための「オイルフリー」圧縮機にすることができ、圧縮機は、可変ガス流量に応答するように可変周波数ドライブ（ＶＦＤ）で構成され得る。圧縮は煙道ガスの温度を上昇させることができるので、第２の熱交換器７６を利用して、煙道ガスの温度を４０℃未満に下げることができる。この段階で、ガスは蒸気として存在する可能性のある約３％未満の水を含む可能性があり、ガスは４０°Ｃ未満の温度である可能性があり、圧力は約１００ｐｓｉｇである可能性がある。
【0035】
図７を参照すると、建物内の燃焼ボイラから発生する煙道ガスから二酸化炭素を分離するためのシステムおよび／または方法は、約３％未満の水を含む煙道ガス７２を供給するステップと、煙道ガスを圧縮するステップと、圧縮機７４を熱伝達流体９０で冷却し、チラーおよび／または冷却塔との間に熱伝達流体を提供するステップとを含む。圧縮機の例が図８に示される。熱伝達流体は、例えば水であることができ、チラーの水は、使用済みの熱伝達流体をチラーに戻す前に、建物の冷却塔内で冷却され得る。したがって、本開示のシステムおよび／または方法は、追加の分離、液化、貯蔵、および／または輸送を含むことができる。これは、チラーおよび／または冷却塔の熱伝達流体で冷却され得るシステムの発熱構成要素の一例に過ぎない。本開示のシステムおよび／または方法の冷却要件の７０％以上は、圧縮機および／またはポンプで生成される熱から、ならびに液化スキッド上の熱交換器から生じる可能性がある。これらの各構成要素は、局所的チラーから、または中央チラーから直接供給される水冷却回路を備え付けることができる。局所的チラーは、中央チラーまたは建物の冷却塔からの冷却水からもたらされる水ループで水冷され得る。中央チラーは、例えば、以下の、ａ）家庭内温水補給、ｂ）冷却塔、ｃ）外気との交換の順序で熱伝達を優先させるように設計され得る。
【0036】
再び図７を参照すると、圧縮後、煙道ガスは、乾燥剤乾燥機などの乾燥機７８に供給され得る。乾燥機７８は、使用済み乾燥剤を再生するように構成されたスイープフィードなどの窒素フィードと動作可能に係合され得る。通常、乾燥機は２チャンバのサイクリング装置であり、一方のチャンバが乾燥し、他方のチャンバが乾燥のために再生され、これらのサイクルが継続する。窒素は、一方のチャンバで使用済み乾燥剤に供給されることができ、同時に他方のチャンバは煙道ガスを乾燥している。したがって、建物内の燃焼ボイラから発生する煙道ガスから二酸化炭素を分離するシステムおよび／または方法が提供され、それらは煙道ガスから回収された二酸化炭素の分離中に、回収された窒素を使用して煙道ガスを乾燥させるステップを含むことができる。この回収された窒素は、圧力スイング吸着アセンブリ８０から導管９２を介して乾燥機７８に運搬され、次いでスタック８６を通して排気され得る。実施例によれば、乾燥した煙道ガスは、追加の分離、液化、貯蔵、および／または輸送のために供給され得る。
【0037】
乾燥機から、１０ｐｐｍ未満の水を含む煙道ガス７９は、圧力スイング吸着（ＰＳＡ）アセンブリ８０に進むことができる。この圧力スイング吸着アセンブリは、８５％を超えるＣＯ２回収を、９５％を超える純度、１ｐｓｉｇ、１００℃で提供することができる。この時点での最大ＣＯ２出力フローは約４０ＳＣＦＭであり得る。煙道ガスの残りの部分、主に窒素は、圧力下で継続するか、および／または一部が乾燥機７８に戻ることで分割される可能性がある。窒素の別の部分は、タービン膨張機８２／発生器９３に進むことができ、タービン膨張機８２／発生器９３は、ほぼ周囲圧力で、電気エネルギー９４および低温出力ガスを提供することができる。加えて、サイレンサを備えた制御弁８４は、膨張機８２／発生器９３と並列に動作可能に位置合わせされ得る。
【0038】
したがって、建物内の燃焼ボイラから発生する煙道ガスから二酸化炭素を分離する方法であって、圧力スイング吸着アセンブリ８０を使用して、煙道ガスから窒素の少なくとも一部を除去して、約９５％を超える二酸化炭素７８を生成するステップを含むことができる方法が提供される。煙道ガスから除去された窒素が使用されて、例えば、乾燥機７８において、煙道ガスを圧力スイング吸着アセンブリに供給する前に、煙道ガスから水を除去することができる。別法として、または追加的に、煙道ガスから除去された窒素の少なくとも一部の窒素は、ガス膨脹機／発生器に供給され得る。別法として、または追加的に、ＰＳＡからの窒素の一部は、サイレンサを備えた制御弁に提供され、別の部分を膨張機／発生器に提供することができる。例示的な実施形態によれば、本開示のシステムおよび／または方法は、窒素を部分に分離するステップと、一部を乾燥機に供給し、別の部分を膨張機／発生器に供給するステップとを含むことができる。一実施例では、一部が、圧力スイング吸着アセンブリからの窒素の約３分の１である。
【0039】
ＰＳＡの窒素排気を使用して、建物内の燃焼ボイラから生成された煙道ガスから分離された二酸化炭素を冷却するためのシステムおよび／または方法もまた提供される。システムおよび／または方法は、圧力スイング吸着アセンブリ８０を使用して煙道ガスから窒素を分離するステップと、熱交換器９２の存在下でタービンによって窒素を膨張させて、熱交換器９２内の流体を冷却するステップと、その冷却された流体を、圧力スイング吸着アセンブリの二酸化炭素生成物と動作可能に位置合わせされた別の熱交換器１００に移送して、二酸化炭素生成物７８を冷却するステップとを含むことができる。タービンは、例えば、発電機９３の一部であり得るか、または交換器９２を冷却するために提供され得る。
【0040】
通常、ＰＳＡを出る窒素ガスは、定格システム流量の６５％を超える流量を有して、少なくとも８５ｐｓｉｇである可能性がある。実施例によれば、窒素は、市場性のある製品として処理および保存され得る。発電に関しては、グリッド互換の電力変換が必要となる。タービン発電機の出力は５００Ｈｚで、６０Ｈｚグリッドとは互換性がない。したがって、適切な電力変換が指定されることが想定される。これは、建物の停電が発生した場合に適切な安全機能を備えたＤＣ－ＡＣ多相インバータに続く整流であり得る。タービン発電機とＣＯ２熱交換器で使用した後、窒素廃ガスは排気スタックまたはプレナムに戻ることができる。
【0041】
次に図９を参照すると、本開示の別の一連の構成要素において、純度が９５％を超えるＣＯ２７８は、熱交換器１０４、圧縮機１０６および１０８、ならびに液化のための相変化状態に近づくために、冷却移送流体９０と動作可能に係合する圧縮機を備えた熱交換器１１０に示されるように、連続ステップで冷却および圧縮され得る。実施例によれば、純度が９５％を超えるＣＯ２は、１００℃にもなるＰＳＡからもたらされる温度を有することができる。説明したように、熱交換器が設けられて、ガスの温度を十分な温度に下げ、次いでガスをより高い圧力に圧縮することができる。実施例によれば、このＣＯ２ストリームから除去された熱は、外部の水／グリコール冷却ループを介して、図９Ａに示すように補給水の予熱をサポートする熱管理システムに戻るように移送され得る。それはまた、タービンを介して膨張する前に、ＰＳＡから出る窒素ガスの温度を上げるために提供され得る。これにより、低温出力制限を超える前に、窒素フローを最大限に活用できることによって、タービン効率を向上させることができる。これは、システムの他の部分でシステム構成要素からの熱を利用して、より効率的な全体的システムを得るためのいくつかの例の１つに過ぎない。図９に従って、ＣＯ２ガスの段階的な冷却および／圧縮の連続があり、３１１ｐｓｉｇと０°Ｆの最終状態に向かって駆動し、その時点で相変化が発生し、ＣＯ２が液体になる。
【0042】
次に図１０を参照すると、ＣＯ２液化および貯蔵システムおよび／または方法が示され、ＣＯ２ガス１１２が、断熱容器などの容器１１３の内部に散布される。断熱容器の例には、真空ジャケット付き液体貯蔵タンクが含まれるが、これに限定されない。この容器内で、ガス１１２は液体１１４に変換され得る。実施例によれば、ガス１１２は、スパージアセンブリ１１８に提供されることができ、ここで、ガス１１２は、液体１１４内に散布すると液化するスパージガス１２０として提供される。
【0043】
容器１１３の上部の蒸気１１６は、蒸気１１６を冷却する冷凍システム１２２によって管理され、蒸気１１６は、凝縮して液体１１４に戻り、液体１１４は容器１１３内に戻る。例示的な構成によれば、システム１２２は、容器１１３と流体連通するループとして構成することができ、蒸気ＣＯ２１１６は、システム１２２に入り、液体ＣＯ２１１４として容器１１３に戻る。少なくとも１つの構成では、システム１２２は、蒸発器を備えた低温凝縮器として構成されている。
【0044】
建物の電力損失が発生した場合、例えば、真空ジャケットタンクの優れた断熱材により、液体ＣＯ２を少なくとも３０日間維持することができる。実施例によれば、建物自体は、例えば、ＣＯ２消火方法を必要とする電子部品に関連する火災など、火災を消火するためにＣＯ２を供給するために容器１１３内に放出することができる可能性がある。
【0045】
図１、図１１、図１２Ａ、および図１２Ｂを参照すると、他の実施例に従って、ＣＯ２除去および／またはシステム制御によって提供されるような配送の必要性と連携して提供される１つまたは複数の車両を使用するオフテイク管理を含むことができる、ＣＯ２除去および／または配送システムが提供される。例えば、移送ポンプ２０２を介して容器１１３からトラック２００に取り付けられた液体ＣＯ２タンクにＣＯ２を直接移送する、除去および／または配送トラック２００が提供され得る。システムは、容器１１３の容量、システム１０のＣＯ２生成、合法的な日付／時刻のピックアップウィンドウ、および／またはＣＯ２配送の必要性など、多数のパラメータに基づいてＣＯ２ピックアップ時間を生成するように構成され得る。ＣＯ２配送の必要性に関して、そのような高純度のＣＯ２は、倉庫に保管されたり、追加の精製を必要とせずに、ユーザに直接配送され得ることが企図される。直接配送の一例は、廃水処理プラントへの配送であり得る。
【0046】
次に図１１を参照すると、制御システムのプラント、プロセス、およびフィールドレベルの構成要素が示されている。実施例に従って、燃焼排出物および制御、マスターＰＬＣ（ＭＡＳＴＥＲ ＰＬＣ）コントローラ、ダイバータ、圧縮、乾燥機、分離、冷却および圧縮、冷凍／貯蔵、および食品グレードのＣＯ２の提供を示す例示的な全体制御システムが提供される。これらのシステムは、電気、天然ガス、および水のユーティリティシステムにも結合されている。これらの制御システムは、基本的なネットワークアーキテクチャ図を例示する。ＭＡＳＴＥＲ ＰＬＣは、イーサネットループ接続およびローカルパッケージコントローラへのインターネットＩＰプロトコル通信を用いて、ならびにデジタルおよびアナログＩ／Ｏフィールド計装レベルへの直接接続および制御によってプラント全体を制御する。ＨＭＩサーバは、ＭＡＳＴＥＲ ＰＬＣからデータを収集し、プラントのリアルタイムディスプレイを管理し、ロギング、データ管理アプリケーションを実行し、安全なファイアウォールを介して外部ユーザと通信する。また、ＭＡＳＴＥＲ ＰＬＣに定期的にダウンロードされるすべての運用ソフトウェアと更新を維持するエンジニアリング開発ワークステーションも含まれる。
【0047】
図１２Ａおよび図１２Ｂを参照して、本明細書に記載の異なる構成要素およびプロセスのシーケンス、ならびに建物に関連する追加の熱管理構成要素を詳述するシステムおよび／または方法の実施例が開示される。図および付随する説明全体に見られるように、開示されたシステムの異なる構成要素から既存の建物システムに熱が伝達されるための複数の場所が存在する。例えば、図示ように、チラーは建物内、ならびに既存の冷却塔内にも配置され得る。これらの活動中の冷却構成要素は、個々の冷却ループを介してプロセス構成要素から除去される熱と動作可能に結合され得る。実施例によれば、排熱と呼ばれることもある熱は、余分な熱を使用してより効率的に動作できる建物システムに伝達され得る。したがって、開示されたシステムからの排熱に関して、設計の選択は、最初に建物の蒸気および温水補給システムに、次に建物の冷却塔に、そして最後に空気との熱交換を含む適切なチラーに排熱を伝達することである。
【0048】
図１１および図１２Ａ、図１２Ｂに示すように、熱管理システム（例えばＭＡＳＴＥＲ ＰＬＣ、コントローラなどを参照）は、燃焼コントローラを使用して燃焼を最適化することにより、ボイラ内の天然ガスなどの燃料の使用を節約し、フロントエンドコントローラで煙道ガスから水分の除去を制御し、乾燥機で追加の分離を実行し、分離コントローラでＰＳＡを実行し、液化／貯蔵コントローラでＣＯ２を液化して貯蔵し、オフテイクコントローラによってピックアップおよび／または配送トラックへのオフテイクを指示することができる。これらおよび追加のコントローラは、ボイラ給水、飲用および／または工業用水、チラー水、および／または冷却塔の水、ならびにシステム内の熱負荷を低減および／または排除するための窒素膨張冷却を制御するように機能することができる。したがって、水のノックアウトのために煙道ガスが冷却されることができ、圧縮機、ブロワ、ポンプ、ファンなどの発熱する電気構成要素もまた冷却され得る。
【0049】
実施例によれば、本開示のシステムおよび／または方法は、電力変換構成要素および／またはバッテリまたはバッテリバンク構成要素を含むように構成され得るエネルギー貯蔵システムを含むことができる。一例として、エネルギーは窒素のタービン膨張を介して生成されることができ、このエネルギーは変換されて建物内に貯蔵され得る。エネルギーは変換され、例えば圧縮機などのシステム構成要素に直接提供されたり、および／または貯蔵後にシステム構成要素に提供されることができ、それにより建物のエネルギー需要を低下させる。さらに、エネルギーは、建物自体に関連付けられた電力網に提供されることができる。
【0050】
実施例によれば、ＭＡＳＴＥＲ ＰＬＣを使用して、システムで生成されたエネルギーは、「ピーク需要」時間中（例えば電気料金が高い場合）および／または建物が「ピーク」量の電力を利用している場合に利用され得る。これらの時間中、ＭＡＳＴＥＲ ＰＬＣは建物の需要を監視し、次いでシステムパラメータを変更してエネルギー貯蔵を効率的に使用し、かつ／あるいは二酸化炭素の分離、液化、貯蔵、および／または輸送を変更して、「ピーク需要」中のエネルギー消費を低下させ、それによりエネルギーコストの節約を提供する。
【0051】
本開示のシステムおよび／または方法の実施例は、炭素捕捉システムだけでなく、ＣＯ ２排出物を低減しながら、建物全体のエネルギー効率（熱的および電気的の両方）の改善も提供することができる。実施例は、ボイラ燃焼の最適化による炭素燃料消費量を削減するステップと、より暖かいボイラ給水を提供して、それによりボイラ給水を加熱するために必要なエネルギーを少なくするステップと、飲用水またはプロセス水を温め、それにより飲用水またはプロセス水を加熱するために必要なエネルギーを少なくするステップと、電気エネルギーを生成し、同じものを使用してシステム構成要素に電力を供給するステップと、および／または建物の熱負荷などを減らすために建物の冷却塔を使用するステップとを含むことができ、これらは個別におよび／または集合的に建物の効率を劇的に改善するシステムの一部になり得る。
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12A】
【図12B】
【国際調査報告】