DE102007050781A1 - Systeme und Verfahren zur Energieerzeugung mit Kohlendioxydabsonderung - Google Patents

Systeme und Verfahren zur Energieerzeugung mit Kohlendioxydabsonderung Download PDF

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Stephanie Marie-Noelle Hoffmann
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Abstract

Ein Energieerzeugungssystem (10) beinhaltet wenigstens ein Turbinensystem (12). Das Turbinensystem (12) enthält einen wenigstens eine Stufe aufweisenden Kompressorabschnitt (14), der zur Lieferung eines verdichteten Oxidationsmittels (34) eingerichtet ist und eine Brennkammer 22, die dazu ausgelegt ist das verdichtete Oxidationsmittel (34) und einen Brennstoff auf Kohlenstoffbasis enthaltenden Brennstoffstrom (30) zu verbrennen und ein heißes Rauchgas (31) zu erzeugen. Das Turbinensystem (12) beinhaltet außerdem einen wenigstens zwei Stufen aufweisenden Expanderabschnitt (24) mit einem Einlass zur Aufnahme des heißen Rauchgases (31). Die beiden Stufen beinhalten einen Hochdruckexpander (26), der dazu eingerichtet ist, ein CO<SUB>2</SUB>-reiches expandiertes Abgas (36) zu erzeugen. Der Hochdruckexpander (26) ist fluidmäßig mit einem Niederdruckexpander (28) gekoppelt, der dazu eingerichtet ist ein endgültiges Abgas (52) und elektrische Energie zu erzeugen. Mit dem Hochdruckexpander (26) ist ein CO<SUB>2</SUB>-Abscheidesystem (40) fluidmäßig so gekoppelt, dass es das expandierte Abgas (36) von dem Hochdruckexpander (26) aufnimmt und ein CO<SUB>2</SUB>-armes Gas (46) abgibt, das dann dem Niederdruckexpander (28) zugeführt wird.

Description

  • Hintergrund
  • Die Erfindung betrifft allgemein die Energieerzeugung und die wirksame Rückgewinnung von Kohlendioxyd. Mehr im Einzelnen bezieht sich die Erfindung auf die Verknüpfung unter Druck stehender Medienströme aus Gasturbinen unter Kohlendioxydabscheidung und -rückgewinnung.
  • Energieerzeugungssysteme, die Kohlenstoff, bspw. fossile Brennstoffe, enthaltende Brennstoffe verbrennen, erzeugen als Nebenprodukt Kohlendioxyd (CO2) während der Verbrennung bei der Kohlenstoff in CO2 umgesetzt wird. Kohlendioxyd (CO2)-Emissionen von fossile Brennstoffe verwendenden Kraftwerken werden in zunehmendem Maße durch nationale und internationale Vorschriften, wie das Kyoto Protokoll und das EU Emission Trading Scheme, mit Auflagen belastet. Bei dem zunehmenden Kostenaufwand für die Emission von CO2 wird die Reduktion von CO2 Emissionen für eine wirtschaftliche Energie(Strom)-Erzeugung wichtig. Die Entfernung oder Rückgewinnung des Kohlendioxyds (CO2) aus Energieerzeugungssystemen etwa aus dem Abgas einer Gasturbine ist wegen des geringen CO2-Gehalts und des niedrigen (Umgebungs-)Drucks des Abgases in der Regel nicht wirtschaftlich. Deshalb wird das das CO2 enthaltende Abgas typischerweise in die Atmosphäre abströmen lassen und es wird nicht in Meeren, Bergwerken, Ölquellen, geologischen Salzbergwerkreservoiren und dergleichen eingeschlossen.
  • Gasturbinenanlagen arbeiten nach dem Brayton Kreisprozess. Sie verwenden einen Verdichter, um die Einlassluft strömungsaufwärts einer Brennkammer zu verdichten. Sodann wird Brennstoff eingeführt und gezündet, um ein Gas hoher Temperatur und hohen Drucks zu erzeugen, das in die Turbinenstufe einströmt und in dieser expandiert. Die Turbinenstufe treibt sowohl den Generator als auch den Verdichter an. Mit Verbrennung von Brennstoffen arbeitende Turbinen können auch einen weiten Bereich flüssiger und gasförmiger Brennstoffe, von Rohöl bis Erdgas, verbrennen.
  • Um die CO2-Emissionen aus solchen Kraftwerken zu reduzieren, werden gegenwärtig drei allgemein anerkannte Wege benutzt. Das erste Verfahren besteht darin, das CO2 auf der Ausgangsseite aufzufangen, wobei das während der Verbrennung erzeugte CO2 aus den Abgasen durch ein Absorptionsverfahren, durch Membranen, kryogene Prozesse oder deren Kombinationen entfernt wird. Ein zweites Verfahren beinhaltet die Reduzierung des Kohlenstoffgehalts des Brennstoffs. Bei diesem Verfahren wird der Brennstoff zunächst vor der Verbrennung in H2 und CO2 umgesetzt. Damit wird es möglich, den Kohlenstoffgehalt des Brennstoffs vor dem Eintritt in die Gasturbine abzufangen. Ein drittes Verfahren beinhaltet einen Brennstoffoxidationsprozess. Bei diesem Verfahren wird im Gegensatz zu Luft reiner Sauerstoff als Oxidationsmittel verwendet, womit sich ein Abgas ergibt, das aus Kohlendioxyd und Wasser besteht.
  • Der Hauptnachteil des Verfahrens zum Auffangendes CO2 auf der Ausgangsseite besteht darin, dass der CO2-Partialdruck wegen der niedrigen CO2-Konzentration im Abgas (typischerweise 3-4 Volumen% bei Erdgaseinsatz) sehr niedrig ist und deshalb zur Entfernung des CO2 große und teure Apparate erforderlich sind. Es besteht deshalb ein Bedürfnis nach einer Technik, die eine wirtschaftliche Rückgewinnung des von Energieerzeugungssystemen (bspw. Gasturbinen, die auf der Basis kohlenstoffhaltiger Brennstoffe arbeiten) abgegebenen CO2.
  • Kurze Beschreibung
  • Unter einem Aspekt beinhaltet ein Energieerzeugungssystem wenigstens ein Turbinensystem. Das Turbinensystem verfügt über einen wenigstens eine Stufe aufweisenden Verdichterschnitt, der zur Lieferung eines verdichteten Oxidationsmittels ausgelegt ist und eine Brennkammer, die dazu eingerichtet ist, das verdichtete Oxidationsmittel und einen Brennstoff auf Kohlenstoffbasis enthaltenden Brennstoffstrom zu verbrennen und ein heißes Rauchgas zu erzeugen. Das Turbinensystem beinhaltet außerdem einen Expansionsabschnitt mit einem Einlass zur Aufnahme des heißen Rauchgases, der mindestens zwei Stufen aufweist. Die beiden Stufen weisen einen Hochdruckexpander auf, der zur Erzeugung eines CO2-reichen, expandierten Abgases ausgelegt ist. Der Hochdruckexpander ist fluidmäßig mit einem Niederdruckexpander gekuppelt, die dazu ausgelegt ist ein endgültiges Abgas und elektrische Energie zu erzeugen. Mit dem Hochdruckexpander ist ein CO2-Abscheidesystem fluidmäßig gekoppelt, um expandiertes Abgas aus dem Hochdruckexpander aufzunehmen und ein CO2-armes Gas zu liefern, das dann in den Niederdruckexpander eingespeist wird.
  • Unter einem anderen Aspekt beinhaltet ein Energieerzeugungssystem ein erstes Turbinensystem mit einem wenigstens zwei Stufen aufweisenden ersten Verdichterabschnitt. Die beiden Stufen umfassen einen ersten Niederdruckverdichter, der fluidmäßig mit einem ersten Hochdruckverdichter gekoppelt ist, der dazu ausgelegt ist, einen ersten Teil verdichteten Oxidationsmittels und einen zweiten Teil verdichteten Oxidationsmittels zu liefern. Das erste Turbinensystem beinhaltet eine erste Verbrennungskammer, die zum Verbrennen des ersten Teils des verdichteten Oxidationsmittels und eines ersten Brennstoffstrom, der Brennstoffe auf Kohlenstoffbasis enthält ausgelegt ist und die ein erstes heißes Rauchgas erzeugt. Das erste Turbinensystem beinhaltet außerdem einen wenigstens zwei Stufen aufweisenden ersten Expansionsabschnitt mit einem Einlass zur Aufnahme des ersten heißen Rauchgases. Die beiden Stufen weisen einen ersten Hochdruckexpander auf, der zur Erzeugung eines CO2-reichen ersten expandierten Abgases ausgelegt ist, wobei der erste Hochdruckexpander fluidmäßig mit einer ersten Niederdruckexpander gekoppelt ist, der dazu ausgelegt ist ein erstes Abgas und elektrische Energie zu erzeugen. Ein CO2-Abscheidesystem ist mit dem Hochdruckexpander fluidmäßig gekoppelt, um das erste expandierte Abgas von dem ersten Hochdruckexpander aufzunehmen und ein CO2-Gas zu erzeugen, das dann in den erste Niederdruckexpander eingespeist wird. Das Energieerzeugungssystem beinhaltet außerdem ein zweites Turbinensystem. Das zweite Turbinensystem verfügt über einen zweiten Verdichterabschnitt, der wenigstens zwei Stufen aufweist. Die beiden Stufen beinhalten einen zweiten Niederdruckverdichter, der mit einem zweiten Hochdruckver dichter fluidmäßig gekoppelt ist. Eine zweite Brennkammer ist dazu ausgelegt, den zweiten Teil des verdichteten Oxidationsmittels und einen Brennstoff auf Kohlenstoffbasis enthaltenden zweiten Brennstoffstrom zu verbrennen und ein zweites heißes Rauchgas zu erzeugen. Das zweite Turbinensystem beinhaltet außerdem einen zweiten Expander, der zur Aufnahme des zweiten heißen Rauchgases ausgelegt ist und wenigstens zwei Stufen aufweist. Die beiden Stufen beinhalten einen zweiten Hochdruckexpander, der zur Erzeugung eines zweiten expandierten Rauchgases ausgelegt ist. Der zweite Hochdruckexpander ist fluidmäßig mit einem zweiten Niederdruckexpander gekoppelt, der dazu ausgelegt ist, ein zweites endgültiges Abgas und elektrische Energie zu erzeugen. Der zweite Verdichterabschnitt ist dazu eingerichtet, das Kohlendioxyd enthaltende zweite endgültige Abgas aufzunehmen und einen Rezirkulationsstrom zu der zweiten Verbrennungskammer und einen Abzweigstrom zu der ersten Verbrennungskammer abzugeben.
  • Unter einem anderen Aspekt beinhaltet ein Verfahren zur Energieerzeugung das Verdichten eines Oxidationsmittels in einen Verdichterabschnitt, um ein verdichtetes Oxidationsmittel zu erzeugen und das Verbrennen eines ersten Brennstoffs und des verdichteten Oxidationsmittels zur Erzeugung eines heißen Rauchgases. Das Verfahren beinhaltet außerdem das Expandieren des heißen Rauchgases in einen Expansionsabschnitt, um elektrische Energie zu erzeugen. Der Expansionsabschnitt ist dazu ausgelegt, das heiße Rauchgas aufzunehmen und weist wenigstens zwei Stufen auf, wobei die wenigstens zwei Stufen einen Hochdruckexpander beinhalten, der zur Erzeugung eines CO2-reichen ersten expandierten Abgases ausgelegt ist, wobei der Hochdruckexpander fluidmäßig mit einem Niederdruckexpander gekoppelt ist, der dazu eingerichtet ist ein erstes Abgas und elektrische Energie zu erzeugen. Das Verfahren beinhaltet außerdem das Abscheiden von CO2 aus dem ersten expandierten Abgas in einem CO2-Abscheider und das Einführen eines CO2-armen Gases in den Niederdruckexpander.
  • Zeichnungen
  • Das Verständnis dieser und anderer Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung wird erleichtert durch die nachfolgende detaillierte Beschreibung im Zusammenhang mit der beigefügten Zeichnung, in der in der ganzen Zeichnung gleiche Bezugszeichen gleiche Teile angeben, wobei:
  • 1 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Energieerzeugungssystems mit Kohlendioxydabscheidung gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist;
  • 2 eine schematische Darstellung eines anderen, zwei Turbinensysteme aufweisenden beispielhaften Energieerzeugungssystems gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist;
  • 3 eine schematische Darstellung eines weiteren zwei Turbinensysteme enthaltenden Energieerzeugungssystems gemäß gewissen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist; und
  • 4 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Wärmetauschersystems zur CO2-Abscheidung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Die vorliegende Beschreibung erläutert einen Prozess zur Absenkung von CO2-Emissionen durch Abscheidung von CO2 bei hohen Drücken in einer Energieerzeugungsanlage, die Gasturbinen zur Energieerzeugung einsetzt. CO2 wird aus den Abgasen von dem CO2-reichen Rauchgas halben Wegs durch den Expansionsweg einer Gasturbine abgeschieden. Da die Konzentration und der Partialdruck von CO2 erhöht sind, ist zur Entfernung des CO2 ein geringerer Energieverlust in Kauf zu nehmen.
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schafft zwei oder mehr beispielhafte Gasturbinensysteme, die in einem Energieerzeugungssystem so zusammenarbeiten, dass sie eine gemeinsame Versorgung mit verdichtetem Oxidationsmittel untereinander aufteilen. Als Ergebnis kann in einem oder mehreren der Turbinensysteme Verdichtungskapazität zur Verwendung bei der Rückgewinnung von Kohlendioxyd (CO2) freigesetzt werden, das durch ein oder mehrere der Gasturbinensysteme erzeugt wird. Bei einem Ausführungsbeispiel liefert ein Verdichter in einem ersten Turbinensystem (über Leitungen) Oxidationsmittel in eine Brennkammer in dem ersten Turbinensystem und außerdem in eine Brennkammer in einem zweiten Turbinensystem, wobei ein Verdichter in dem zweiten Turbinensystem freigesetzt wird. Wie im Nachfolgenden erläutet kann diese freigesetzte Verdichterkapazität dazu verwendet werden, die Konzentration von CO2 in dem Rezirkulationsstrom in dem zweiten Turbinensystem von dem Abgasauslass einer oder mehrere der Gasturbinen zu erhöhen. Das rückgewonnene CO2 kann als Produkt verkauft oder bspw. an Ort und Stelle als Einsatz stoff in anderen Prozessen verbraucht werden. Außerdem verringert eine solche CO2-Rückgewinnung die Menge des von dem Energieerzeugungssystem in die Umgebung emittierten CO2s.
  • Bezugnehmend auf 1 ist dort ein beispielhaftes Energieerzeugungssystem 10 mit einem Gasturbinensystem 12 veranschaulicht. Das Gasturbinensystem 12 enthält ganz allgemein einen Verdichterabschnitt 14. Bei einer Ausführungsform beinhaltet der Verdichterabschnitt 14 wenigstens eine Stufe. Bei einigen anderen Ausführungsformen, wie sie in den 1 bis 3 dargestellt sind, enthält der Verdichterabschnitt 14 wenigstens zwei Verdichterstufen und eine Brennkammer 22. Bei einer Ausführungsform weist der Verdichterabschnitt 14 zwei Stufen auf, wobei ein Niederdruckverdichter 16 fluidmäßig mit einem Hochdruckverdichter 18 gekoppelt und dazu ausgelegt ist, verdichtetes Oxidationsmittel 34 in die Brennkammer 22 zu liefern. Das Energieerzeugungssystem beinhaltet außerdem wenigstens einen Expansionsabschnitt 24 zur Lieferung der für den Antrieb der Verdichter 16, 18 und eines Generators 50 erforderlichen Energie. Die Brennkammer 22 ist dazu ausgelegt, einen Brennstoffstrom 30 und das verdichtete Oxidationsmittel 34 zu verbrennen und heißes Rauchgas 31 zu erzeugen.
  • Wie in 1 dargestellt, weist der Expansionsabschnitt 24 typischerweise wenigstens zwei Stufen auf und ist zur Aufnahme des heißen Rauchgases 31 eingerichtet. Die zwei Stufen des Expansionsabschnitts 24 beinhalten einen Hochdruckexpander (Hochdruckexpansionseinrichtung) 26, der zur Erzeugung eines CO2-reichen expandierten Abgases 36 ausgelegt ist. Der Hochdruckexpander 26 ist fluidmäßig mit einem Niederdruckexpander (Niederdruckexpansionseinrichtung) 28 gekoppelt, der dazu eingerichtet ist ein endgültiges Abgas 52 zu erzeugen und den Generator 50 anzutreiben und elektrischen Strom zu erzeugen.
  • Das Energieerzeugungssystem 10 beinhaltet außerdem ein CO2-Abscheidesystem 40, das fluidmäßig mit dem Hochdruckexpander 26 so gekoppelt ist, dass es das expandierte Abgas 36 aus dem Hochdruckexpander 26 empfängt und ein CO2-armes Gas 48 zu dem Niederdruckexpander 28 liefert.
  • Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform sind der Hochdruckverdichter 18 und der Niederdruckverdichter 16 durch eine gemeinsame Welle oder mehrere Wellen 20 angetrieben, und der Niederdruckexpander 28 ist eine getrennte Turbine, die den Generator auf einer getrennten Welle antreibt. Im Betrieb ergibt diese Antriebsanordnung Flexibilität beim Antrieb der Verdichter und der Expander mit unterschiedlichen Drehzahlen, um ein höheres Verdichtungsverhältnis zu erzielen. Außerdem kann eine solche Gasturbine mit einer Arbeitsturbine im Hinblick auf Fluidextraktion und Reinjektion einfacher abgewandelt werden.
  • Das Turbinensystem 12 beinhaltet einen Wärmerückgewinnungsdampfgenerator 54 (im Weiteren HRSG genannt). Der HRSG 54 ist dazu eingerichtet den Wärmeinhalt des endgültigen Abgases 52 des Expanderabschnitts 24 zur Erzeugung von Dampf 58 und einem gekühlten endgültigen Abgas 56 auszunutzen. Das in die Atmosphäre abgelassen gekühlte endgültige Abgas 56 ist frei von CO2, weil das CO2-Abscheidesystem dazu ausgelegt ist den CO2-Gehalt des in der Brennkammer 22 erzeugten heißen Rauchgases 31 abzuscheiden. Der in dem HRSG 54 erzeugte Dampf 58 wird anschließend in einer Dampfturbine 60 zur Erzeugung elektrischer Energie und entspannten Dampfes 61 verwendet. Das von dem entspannten Dampf 61 abgeschiedene Wasser wird in den HRSG 54 zur Erzeugung von Dampf rezirkuliert.
  • Wie bei der Ausführungsform nach 1 dargestellt, beinhaltet das CO2-Abscheidesystem 40 einen Wärmetauscher 42 und einen CO2-Abscheider 44. Der CO2-Abscheider 44 kann verschiedene an sich bekannte Techniken benutzen, einschließlich, aber ohne darauf beschränkt zu sein, Druckwechseladsorption, chemische Absorption, Membran-Abscheidung und dergleichen. Um das CO2 aus dem ersten entspannten Abgasstrom 36 abzuscheiden, wird das erste entspannte Abgas 36 in den Wärmetauscher 42 eingeleitet, um die Temperatur abzusenken und ein gekühltes, erstes entspanntes Abgas 38 zu erzeugen. Das gekühlte erste entspannte Abgas 38 wird in den CO2-Separator 44 eingeleitet, um einen CO2-reichen Mediumsstrom 67 und einen CO2-armen Mediumsstrom 46 zu erzeugen. Der CO2-arme Mediumsstrom 46 enthält außerdem CO, nicht reagierten Brennstoff und N2, wenn Luft als Oxidationsmittel verwendet wird. Der CO2-arme Mediumsstrom 46 wird in den Wärmetauscher 42 eingeleitet, um den Wärmeinhalt des ersten entspannten Abgase 36 oder Wärme aus diesem rückzugewinnen; er erzeugt einen aufgeheizten, CO2-armen Mediumsstrom 48. Der CO2-arme Mediumsstrom 48 wird in den Niederdruckexpander 28 zur weiteren Expansion und zur Erzeugung elektrischer Energie eingeleitet.
  • Zur Abscheidung von Kohlendioxyd aus einem Gasgemisch kann die Druckwechseladsorption (PSA = Pressure Swing Adsorption) verwendet werden. Bei PSA-Techniken können unter einem hohen Partialdruck Feststoff-Molekularsiebe Kohlendioxyd stärker adsorbieren als andere Gase. Als Ergebnis wird bei erhöhten Drücken Kohlendioxyd aus dem Gasgemisch abgetrennt, wenn dieses Gemisch durch ein Adsorptionsbett durch geleitet wird. Die Regeneration des Bettes geschieht durch Druckentlastung und Spülen. Bei kritischen Operationen werden typischerweise mehrere Adsorptionsbehälter zur kontinuierlichen Abscheidung von Kohlendioxyd verwendet, wobei jeweils ein Adsorptionsbett im Einsatz ist während die anderen regeneriert werden.
  • Eine andere Technik zur Abscheidung von Kohlendioxyd aus einem Gasstrom ist die chemische Absorption unter Verwendung von Oxoden, wie Calciumoxid (CaO) und Magnesiumoxid (MgO) oder Kombinationen von diesen. Bei einer Ausführungsform wird unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur CO2 durch CaO unter Bildung von Calciumcarbonat (CaCO3) absorbiert, wodurch CO2 aus dem Gasgemisch entfernt wird. Das Sorptionsmittel CaO wird durch Kalzinieren (Brennen) von CaCO3 regeneriert, wodurch CaCO3 wieder zu CaO reformiert wird.
  • Zur Abscheidung von Kohlendioxyd aus einem Gasstrom kann auch eine Membranabscheidungstechnologie verwendet werden. Membranprozesse sind in der Regel energieeffizienter und leichter zu handhaben als Absorptionsprozesse. Für eine Hochtemperatur-Kohlendioxydabscheidung verwendete Membranen umfassen Zeolite und keramische Membranen, die für CO2 selektiv sind. Membranseparatoren arbeiten typischerweise bei höheren Drücken effizienter, und die Verwendung eines Membranseparators zur Abscheidung des Kohlendioxyds aus dem gekühlten ersten Abgasstrom 38 ist durch den erhöhten Druck am Ausgang des Hochdruckexpanders 26 begünstigt. Der für die Abscheidung von CO2 zur Verfügung stehende höhere Druck verkleinert außerdem die Größe des CO2-Separaturs 44, wodurch die Durchführbarkeit und die Wirtschaftlichkeit des CO2-Abscheideprozesses verbessert werden. Der Gesamtwirkungsgrad der Energieerzeugung und der CO2-Abscheidung wird durch die Verwendung von Hochtemperaturmembranen zum Abtrennen von CO2 weiter erhöht. Vorteilhafterweise kann ein Hochtemperaturmembranmaterial verwendet werden, um eine Abscheidung bei Temperaturen zu gestatten, die so nah wie möglich bei der Extraktionstemperatur liegen. Dadurch werden die Größe und der Kostenaufwand für den Wärmetauscher 42 verringert.
  • Eine zur Abscheidung von CO2 aus dem ersten entspannten Abgas 36 verwendete weitere Technik kann auch, ohne darauf beschränkt zu sein, eine chemische Absorption von CO2 unter Verwendung von Aminen beinhalten. Das entspannte Abgas 36 kann auf eine zur Verwendung einer chemischen Absorption von Kohlendioxyd unter Einsatz von Aminen geeignete Temperatur abgekühlt werden. Diese Technik basiert auf Alkanolamin-Lösungsmitteln, die die Fähigkeit haben Kohlendioxyd bei verhältnismäßig niederen Temperaturen zu absorbieren und die durch Erhöhung der Temperatur der angereicherten Lösungsmittel leicht regeneriert werden können. Nach der Regenerierung des angereicherten Lösungsmittel wird ein kohlendioxydreicher Mediumsstrom 67 erhalten. Zu den bei dieser Technik verwendeten Lösungsmittel können beispielsweise gehören: Triethanolamine, Monoethanolamine, Diethanolamine, Diisopropanolamine, Diglykoamine und Methyldiethanolamine. Eine andere Technik zur CO2-Abscheidugn kann physikalische Absorption sein. Zu bemerken ist, dass alle oder eine Kombination beliebiger der vorstehend beschriebenen Techniken zur CO2-Abscheidung zur vorteilhaften Abtrennung von CO2 eingesetzt werden können.
  • Der Wärmetauscher 42 in dem CO2-Abscheidesystem 40 ist typischerweise ein Gas/Gas-Wärmetauscher, der mit zwei Gasströmen arbeitet, nämlich dem entspannten Abgasstrom 36 und dem CO2-armen Strom 46. Das Volumen des entspannten Abgasstromes 36 ist größer als das Volumen des aus dem CO2-Abscheider 44 kommenden CO2-armen Stroms 46, weil CO2 in dem CO2-Abscheider 44 von dem entspannten Abgasstrom 36 abgetrennt wird. Deshalb kann die von dem entspannten Abgasstrom 36 in dem Wärmetauscher 42 frei gesetzte Wärmemenge nicht vollständig zum Aufheizen des CO2-armen Stroms 46 verwendet werden, wobei die Überschusswärme zur Regenerierung des Lösungsmittels in dem CO2-Abscheider im Falle der Verwendung eines chemischen Adsorptionsprozesses eingesetzt werden kann. Bei einigen Ausführungsformen kann das CO2-Abscheidesystem außerdem ein Wasserabscheidesystem beinhalten um Feuchtigkeit aus dem entspannten Abgas 36 zu entfernen und damit das Volumen des CO2-armen Stroms 46 weiter zu reduzieren. Durch die Einbringung der Wasserabscheideeinheit wird deshalb die für die Lösungsmittelregenerierung zur Verfügung stehende Überschusswärme erhöht. Zufolge dieser effektiven Ausnutzung der Überschusswärme von dem Wärmetauscher 42 wird der Gesamtwirkungsgrad des Energieerzeugungssystems 10 erhöht. Außerdem kann Überschusswärme auch in anderer Weise dazu verwendet werden den Gesamtwirkungsgrad des Energieerzeugungssystems 10 zu verbessern.
  • Bei einigen Ausführungsformen wird im Betrieb das Oxidationsmittel 32 auf etwa 2 bis 10 bar im ersten Niederdruckverdichter 16 verdichtet und optional in einem ersten Zwischenkühler 70 heruntergekühlt. Das grundsätzliche Prinzip der Zwischenkühlung beinhaltet eine teilweise Verdichtung des Gases und dessen Kühlung vor der endgültigen Verdichtung auf den jeweils gewünschten Druck bspw. in dem Verdichter 18. Auf diese Weise werden die Verdichtungsarbeit verringert und damit die Energieabgabe des Kreisprozesses erhöht. Da die vor handenen Gasturbinen aeroderivativer Bauart Zwischenkühler aufweisen, die zwischen den Verdichtungsstufen angeordnet sind, sind keine weiteren Abänderungen der Turbinenkonstruktion erforderlich, um die Zwischenkühler in solchen Systemen einzubauen.
  • Das in den vorherigen Abschnitten beschriebene Energieerzeugungssystem benutzt mit Vorzug die Anordnung des CO2-Abscheidesystems, um das in dem Verbrennungsprozess erzeugte CO2 wirkungsvoll abzutrennen. Wie in 1 dargestellt, wird CO2 nach der Verbrennung abgeschieden und zwar genauer aus dem Rauchgas, das bei einem Druck halben Wegs durch den Gasturbinenexpander 24 ausgeleitet wurde. Es ist von Vorteil das CO2 aus einem unter Druck stehenden Rauchgas zu entfernen, weil die Antriebskräfte für die Separation steigen und die Anlagengröße und -kosten abnehmen. Je höher jedoch der Extraktionsdruck des Rauchgases ist, um so höher ist auch dessen Extraktionstemperatur. Im Hinblick auf Materialzwänge ist es zweckmäßig, das CO2-Abscheidesystem auf eine Temperatur von etwa 700°C bis etwa 1000°C auszulegen. Wenngleich der in dem heißen Rauchgasstrom 31 unmittelbar hinter der Brennkammer 22 zur Verfügung stehende Druck höher ist als der Druck des ersten entspannten Abgases 36, beruht der Kompromiss der Anordnung des CO2-Abscheidesystems auf halben Wege des Expansionsweges auf der hohen Temperatur von etwa 1300°C des heißen Rauchgases 31. Bei Gasturbinen der aeroderivativen Bauart, wie in 1 dargestellt, ergeben mehrere Verdichtungs- und Expansionsstufen ein hohes Verdichtungsverhältnis. Das somit der in dem Verdichterabschnitt erzeugte Druck verhältnismäßig hoch ist, ist der halbenwegs in dem Expanderabschnitt zur Verfügung stehende Druck ausrei chend hoch, um ein kostengünstiges und effizientes CO2-Abscheidesystem aufzubauen.
  • 2 veranschaulicht ein beispielhaftes Energieerzeugungssystem 100, das ein erstes Gasturbinensystem 102 und ein zweites Gasturbinensystem 154 beinhaltet.
  • Bei einer beispielhaften Ausführungsform beinhaltet das erste Gasturbinensystem 102 eine erste Brennkammer 112, die zur Verbrennung eines ersten Brennstoffstroms 116 ausgelegt ist und einen ersten Verdichterabschnitt 104, der dazu eingerichtet ist, einen ersten Anteil verdichteten Oxidationsmittels 124 zu der ersten Brennkammer 112 zu liefern. Das erste Turbinensystem 102 beinhaltet außerdem einen ersten Expanderabschnitt 110 mit einem Einlass zur Aufnahme des ersten heißen Rauchgases 113, wobei der erste Expanderabschnitt 110 wenigstens zwei Stufen aufweist. Wie in 2 dargestellt, beinhaltet der erste Expanderabschnitt 110 zwei Stufen, die einen ersten Hochdruckexpander 118 beinhalten, der zur Erzeugung eines CO2-reichen ersten entspannten Abgases 134 ausgelegt ist. Der erste Hochdruckexpander 118 ist fluidmäßig mit einem ersten Niederdruckexpander 120 gekoppelt, der dazu eingerichtet ist ein erstes endgültiges Abgas 150 und elektrische Energie zu erzeugen.
  • Das Energieerzeugungssystem 100 beinhaltet außerdem ein CO2-Abscheidesystem 128, das mit dem Hochdruckexpander 118 fluidmäßig gekoppelt ist, derart dass es das erste entspannte Abgas 134 von dem Hochdruckexpander 118 empfängt und CO2-armes Gas 140 zu dem Niederdruckexpander 120 liefert.
  • Das beispielhafte Energieerzeugungssystem 100 kann außerdem ein zweites Gasturbinensystem 154 mit einem zweiten Verdichterabschnitt 156 beinhalten. Der zweite Verdichterabschnitt 156 kann zwei Stufen enthalten, die einen zweiten Niederdruckverdichter 160 beinhalten, der fluidmäßig mit einem zweiten Hochdruckverdichter 162 gekoppelt ist. Das zweite Turbinensystem 154 beinhaltet außerdem eine zweite Brennkammer 170, die zur Verbrennung eines zweiten Anteils verdichteten Oxidationsmittels 126 und eines Brennstoffe auf Kohlenstoffbasis enthaltenden zweiten Brennstoffstroms 172 und zur Erzeugung eines zweiten heißen Rauchgases 210 ausgelegt ist. Der zweite Anteil verdichteten Oxidationsmittels 126 wird von dem ersten Verdichterabschnitt 104 des ersten Turbinensystems 102 zugeführt, wodurch die Verdichterkapazität des zweiten Turbinesystems 154 zur internen Verdichtung von Rezirkulationsströmen für die Erhöhung der CO2-Konzentration freigesetzt wird. Das zweite Turbinensystem 154 beinhaltet außerdem einen zweiten Expanderabschnitt 158, der zur Aufnahme des zweiten heißen Rauchgases 210 ausgelegt ist. Der zweite Expanderabschnitt 158 weist außerdem wenigstens zwei Stufen auf, die einen zweiten Hochdruckexpander 166 beinhalten, der dazu eingerichtet ist, ein zweites entspanntes Abgas 212 zu erzeugen. Der zweite Hochdruckexpander 166 ist fluidmäßig mit einem zweiten Niederdruckexpander 168 gekoppelt, der dazu eingerichtet ist, ein zweites endgültiges Abgas 167 und über einen mit dem zweiten Turbinensystem 154 gekuppelten Generator 194 elektrische Energie zu erzeugen.
  • Der zweite Verdichterabschnitt 156 ist dazu ausgelegt das Kohlendioxid enthaltende zweite endgültige Abgas 167 zu empfangen und einen Rezirkulationsstrom 186 an die zweite Brennkammer 170 und einen Abzweigstrom 188 an die erste Brennkammer 112 abzugeben. Die zweite Brennkammer 170 ist zur Verbrennung eines zweiten Brennstoffstroms 172 eingerichtet, wobei der erste Verdichterabschnitt 104 des ersten Gasturbinensystems 102 dazu ausgelegt ist, Oxidationsmittel 126 (einen zweiten Anteil des verdichteten Oxidationsmittels 122) in die zweite Brennkammer 170 zu liefern.
  • Bei der dargestellten Ausführungsform beinhaltet das erste Turbinensystem 102 außerdem einen ersten Wärmerückgewinnungsdampfgenerator 152 (im Folgenden als HRSG bezeichnet). In ähnlicher Weise beinhaltet das zweite Turbinensystem 154 typischerweise einen zweiten Wärmerückgewinnungsdampfgenerator 192 (im weiteren als HRSG bezeichnet). Das erste endgültige Abgas 150 aus dem ersten Gasturbinensystem 102 kann in den ersten HRSG 152 eingeleitet werden, um den Wärmeinhalt des ersten endgültigen Abgases 150 rückzugewinnen. Ein Wasserstrom 208 kann in den ersten HRSG 152 eingeleitet werden, der seinerseits einen ersten Anteil Dampf 202 unter wenigstens teilweiser Ausnutzung der aus dem ersten endgültigen Abgasstrom 150 rückgewonnenen Wärme erzeugen kann. Das abgekühlte erste endgültige Abgas 151 an dem ersten HRSG 152 wird in die Atmosphäre abströmen lassen. Der in dem zweiten Turbinensystem 154 erzeugte zweite endgültige Abgasstrom 167 kann in den zweiten HRSG 192 eingeleitet werden. Bei dieser Ausführungsform ist der zweite HRSG 192 in der Regel ein HRSG mit geschlossenem Kreislauf, bei dem typischerweise kein Dampf in die Atmosphäre abgegeben wird. Der Wärmeinhalt des zweiten endgültigen Abgasstroms 167 kann mittels eines Wasserstroms 210 rückgewonnen werden, um einen zweiten Dampfanteil 201 zu erzeugen. Der in dem ersten HRSG 152 erzeugte erste Dampfanteil 202 und der in dem zweiten HRSG 192 erzeugte zweite Dampfanteil 201 können bspw. in einer Dampfturbine 198 zur Erzeugung elektrischer Energie mittels eines Generators 200 und von entspanntem Dampf 204 verwendet werden. Der Wasseranteil in dem entspannten Dampf 204 wird in einem Abscheider 206 abgeschieden und bei 208 bzw. 210 zu dem ersten HRSG 152 und dem zweiten HRSG 192 rezirkuliert.
  • Bei den verschiedenen hier beschriebenen Ausführungsformen von Energieerzeugungssystemen ist das Oxidationsmittel Luft. Es versteht sich, dass das verdichtete Oxidationsmittel 122 von dem ersten Verdichterabschnitt 104 auch irgendein anderes, Sauerstoff enthaltenden Gas enthalten kann, z.B. sauerstoffreiche Luft, an Sauerstoff verarmte Luft und/oder reinen Sauerstoff.
  • Der erste und der zweite Brennstoffstrom 116 und 172 können irgendein geeignetes Kohlenwasserstoffgas oder eine entsprechende Flüssigkeit enthalten, wie Erdgas, Methan, Nafta, Butan, Propan, Synthesegas, Diesel Kerosin, Flugkraftstoff, aus Kohle gewonnener Brennstoff, Biobrennstoff, oxigeniertes Kohlenwasserstoff-Einsatzmaterial und Mischungen von diesen und dergleichen. Bei einer Ausführungsform ist der Brennstoff hauptsächlich Erdgas (NG = Natural Gas), und deshalb können das erste heiße Rauchgas 113 von der ersten Brennkammer 112 und das zweite heiße Rauchgas 210 von der zweiten Brennkammer 170 Wasser, Kohlendioxyd (CO2), Kohlenmonoxyd (CO), Stickstoff (N2) wenn das Oxidationsmittel Luft ist, unverbrannten Brennstoff und andere Verbindungen enthalten.
  • Der gekühlte zweite endgültige Abgasstrom 190 von dem zweiten HRSG 192 wird in der Regel in einen Gaskühler und einen Feuchtigkeitsabscheider 196 eingeleitet um das bei dem Verbrennungsprozess in der zweiten Brennkammer 170 gebildete Wasser abzuscheiden. Der Abstrom 197 von dem Feuchtigkeitsabscheider 196 beinhaltet typischerweise wenigstens CO2, CO, N2, und unverbrannte Kohlenwasserstoffe, gegebenenfalls zusammen mit unkondensiertem H2O. Der Abstrom 197 wird in der Regel in dem zweiten Verdichterabschnitt 156 zur Erzeugung eines verdichteten Mediumsstroms 185 verdichtet. Im Betrieb kann in der anfänglichen Betriebsphase nach dem Anfahren die CO2-Konzentration in dem verdichteten Mediumsstrom 185 nicht bedeutend sein, und deswegen kann der gesamte Strom 185 als Rezirkulationsstrom 186 in die zweite Brennkammer 170 rezirkuliert werden. Dieser Rezirkulationsvorgang erhöht allgemein die CO2-Konzentration in dem verdichteten Mediumsstrom 185. Sobald die CO2-Konzentration in dem verdichteten Mediumsstrom 185 ein jeweils gewünschtes Niveau erreicht, kann ein Abzweigstrom 188 in die erste Brennkammer 112 eingeleitet werden. Eine (nicht dargestellte) Regelventilanordnung kann dazu verwendet werden die Abzweigung und Einleitung des Abzweigstroms 188 in die erste Brennkammer 112 zu regeln. Beispielsweise kann ein Regelventil in der den Abzweigstrom führenden Leitung vorgesehen sein und der Betrieb des Regelventils kann mit einem Online-Instrument oder einem Fühler verknüpft sein, das bzw. der die Konzentration von CO2 in dem verdichteten Mediumstrom 185 misst. Die CO2-Konzentration in dem aus der ersten Brennkammer 112 austretenden ersten heißen Rauchgas 113 wird deshalb dadurch maximiert, dass die CO2-Konzentration in dem zweiten Turbinensystem durch zweckentsprechende Steuerung des Rezirkulationsstroms 186 und des Abzweigstroms 188 entsprechend geregelt wird.
  • Bei der in 2 dargestellten beispielhaften Ausführungsform wird eine umfassende Kohlendioxydabtrennung erreicht. Das von der ersten Brennkammer 112 erzeugte erste endgültige Abgas 150 ist im Wesentlichen frei von Kohlendioxyd, und der in die Atmosphäre abgegebene abgekühlte erste endgültige Abgasstrom 151 setzt im wesentlichen kein Kohlendioxyd frei. Das in der zweiten Brennkammer 170 erzeugte Kohlendioxyd kann in dem Rezirkulationsstrom 186 konzentriert und schließlich in die erste Brennkammer 112 eingespeist werden. Der CO2-Anteil in dem Abzweigstrom 188 wird gemeinsam mit dem in der ersten Brennkammer 112 erzeugten CO2 in dem CO2-Abscheidesystem 128 abgeschieden, und der CO2-Strom 142 kann abhängig von dem Bedarf an Kohlendioxyd entweder durch Abspeichern entsorgt oder auf dem Markt verkauft werden. Der in dem CO2-Abscheidesystem erzeugte CO2-reiche Strom 142 kann in einem Verdichter 144 verdichtet werden bevor er für die weitere Verwendung verteilt wird.
  • Bei einigen Ausführungsformen wird im Betrieb ein Gemisch von Luft (oder Sauerstoff angereicherter Luft) 114 auf etwa 2 bis 10 bar in dem ersten Niederdruckverdichter 106 verdichtet und optional in einem zwischen dem ersten Niederdruckverdichter 106 und dem ersten Hochdruckverdichter 108 angeordneten Zwischenkühler 182 abgekühlt. Das grundsätzliche Prinzip der Zwischenkühlung beinhaltet ein teilweise Verdichten des Gases und dessen anschließende Abkühlung bevor die endgültige Verdichtung auf den jeweils gewünschten Druck erfolgt. Auf diese Weise werden die Verdichtungsarbeit verringert und damit der Energieausstoß des Kreisprozesses erhöht. In ähnlicher Weise ist ein zweiter Zwischenkühler 184 zwischen dem zweiten Niederdruckverdichter 160 und dem zweiten Hochdruckverdichter 162 angeordnet, um optional das verdichtete, zweite endgültige Abgas abzukühlen. Da die vorhandenen Gasturbinen der aeroderivativen Bauart zwischen den Verdich tungsstufen angeordnete Zwischenkühler aufweisen, sind keine weiteren Veränderungen der Turbinenkonstruktion erforderlich, um die Zwischenkühler in solche Systeme einzubauen.
  • 3 veranschaulicht ein weiteres Energieerzeugungssystem 220, bei dem gleiche Merkmale mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Bei dem beispielhaften Energieerzeugungssystem 220 beinhaltet das zweite Turbinensystem 154 einen Zwischenerhitzungsbrenner 224, wobei der Zwischenerhitzungsbrenner 244 zwischen dem zweiten Hochdruckexpander 166 und dem zweiten Niederdruckexpander 168 angeordnet ist. Ein Teil des zweiten entspannten Abgases 226 des zweiten Hochdruckexpanders 166 wird in den Zwischenüberhitzungsbrenner 224 eingeleitet, der dazu eingerichtet ist, einen dritten Brennstoff 224 zu erhalten. Der die Verbrennungsprodukte enthaltende Ausgangsgasstrom 230 wird in den zweiten Niederdruckexpander 168 eingespeist, um die Erzeugung elektrischer Energie mittels des an das zweite Turbinensystem 154 angekuppelten Generators 194 zu erhöhen. Der Zwischenerhitzungsbrenner 224 trägt dazu bei, die einem gegebenen Verdichtungsverhältnis mögliche Energieabgabe zu erhöhen. Die Temperatur des zweiten heißen Rauchgases 210 nimmt, nachdem es in dem zweiten Hochdruckexpander 166 eine Expansion erfahren hat, ab. Da der Teil des zweiten entspannten Gases 226 dem Zwischenerhitzungsbrenner 224 zugeleitet wird, wird die Temperatur des Abgabestroms 230 des Zwischenerhitzungsbrenners 224 zufolge des in dem Zwischenerhitzungsbrenner 224 stattfinden Verbrennungsprozesses erhöht. Der heiße Ausgangsstrom 230 wird zur weiteren Expansion in den Niederdruckexpander 168 eingeleitet, um elektrische Energie zu erzeugen, wobei wegen dieser Temperaturerhöhung in dem Auslassstrom 230 die Gesamtenergieabgabe zunimmt.
  • 4 veranschaulicht eine beispielhafte Wärmetauschereinheit 300 für das CO2-Abscheidesystem. Bei Ausführungsformen, bei denen entspanntes Gas 308 aus dem (in 4 nicht dargestellten) Hochdruckexpander auf die Umgebungstemperatur abgekühlt werden muss (bspw. wenn ein Aminprozess zur Abscheidung von CO2 aus den Abgasströmen verwendet wird) wird das gekühlte erste entspannte Abgas 304 von dem Wärmetauscher 302 in einen Niedertemperaturwärmetauscher 306 eingeleitet, wobei der Niedertemperaturwärmetauscher 306 den gekühlten ersten entspannten Abgasstrom 304, der aus dem Wärmetauscher 302 austritt weiter abkühlt. Der Niedertemperaturwärmetauscher 306 ist mit einer Befeuchtungsvorrichtung 320 gekoppelt, wobei die Befeuchtungsvorrichtung 320 eine Quelle für Feuchtigkeit ist, die dem von dem CO2-Abscheider 316 abgegebenen CO2-armen Mediumsstrom 318 zugemischt wird. Das Wärmetauschersystem 300 kann außerdem einen Trimmkühler 312 aufweisen, der zwischen dem Niedertemperaturwärmetauscher 306 und dem CO2-Abscheider 316 angeordnet ist, um die Kühlungsverhältnisse des ersten entspannten Abgasstromes 308 zu verbessern.
  • Die in vorstehenden Abschnitten beschriebenen Energieerzeugungszyklen haben mehrere Vorteile. Das CO2-Abscheide3system ist vorteilhafterweise zwischen dem Niederdruck und dem Hochdruckexpander angeordnet. Das erste expandierte Abgas von dem Hochdruckexpander hat eine Temperatur von etwa 700°C bis etwa 1000°C aber immer noch einen Druck, der ausreicht, um eine hohe Abscheideeffizienz von CO2 in dem CO2-Abscheider im Falle der Verwendung eines Membranseparators oder von PSA zu erzielen. Außerdem sind der Raumbedarf und die Kapitalkosten zur Installation des CO2-Abscheide systems verringert, weil das erste expandierte Abgas einen hohen Druck von etwa 2bar bis etwa 30bar und eine mäßige Temperatur von etwa 700°C bis etwa 1000°C aufweist. Das hier beschriebene Energieerzeugungssystem ist dazu ausgelegt, eine umfassende Abtrennung von CO2 zu erzielen, weil das gesamte von den Brennkammern erzeugte CO2 in das CO2-Abscheidesystem eingeführt wird. Bei den Ausführungsformen, bei denen zwei Turbinensysteme vorhanden sind, werden die Verbrennungsprodukte des zweiten Turbinensystems in geschlossenem Kreislauf, wie im Vorstehenden beschrieben, rezirkuliert, um vor der Einleitung in die erste Brennkammer ein optimales CO2-Konzentrationniveau aufzubauen. Demzufolge ist das an einem solchen Energieerzeugungssystem in die Atmosphäreabgegebene Abgas im Wesentlichen frei von CO2.
  • Typscherweise weisen Energieerzeugungskreisprozesse, die eine CO2-Abscheidung und -Abtrennung beinhalten einen beträchtlichen Abfall (in der Größenordnung von etwa 10%) des Gesamtkreislaufprozesswirkungsgrads auf, verglichen mit einem Energiekreisprozess ohne CO2-Abscheidung. Das im Vorstehenden beschriebene Energieerzeugungssystem hat aber aus den folgenden Gründen einen wesentlich geringeren Abfall des Gesamtkreislaufwirkungsgrads zur Folge. Die Anordnung des CO2-Abscheidesystems auf halben Weg durch den Expansionsabschnitt und die dadurch erzielte Erhöhung der Abscheidewirksamkeit von CO2 durch Verwendung eines verhältnismäßig hohen Drucks selbst am Ausgang des Hochdruckexpanders tragen dazu bei den Gesamtwirkungsgrad des Energiekreisprozesses zu erhöhen. Außerdem erhöhen die Verwendung eines Zwischenerhitzungsbrenners und die Ausnutzung der in dem Gas/Gas-Wärmetauscher in dem CO2-Abscheidesystem erzeugten Überschusswärme den Wirkungsgrad des Kreisprozesses weiter. Deshalb ist der gesamte Energieverlust, der bei Energieerzeugungssystemen mit CO2-Abscheidung, wie im Vorstehenden beschrieben, auftritt, wesentlich geringe als bei gebräuchlichen Energiekreisprozessen mit CO2-Einfang.
  • Wenngleich lediglich gewisse Merkmale der Erfindung hier dargestellt und beschrieben sind, so kann der Fachmann doch viele Abwandlungen und Veränderungen finden. Es ist deshalb darauf hinzuweisen, dass die beigefügten Patentansprüche alle diese Abwandlungen und Veränderungen umfassen, so weit sie im Rahmen der Erfindung liegen.

Claims (10)

  1. Energieerzeugungssystem, das aufweist: Wenigstens ein Turbinensystem (10) mit: Einem wenigstens eine Stufe aufweisenden Verdichterabschnitt (14), der zur Lieferung eines verdichteten Oxidationsmittels (34) ausgelegt ist; einer Brennkammer (22), die dazu ausgelegt ist, das verdichtete Oxidationsmittel (34) und einen Brennstoff auf Kohlenstoffbasis enthaltenden Brennstoffstrom (30) zu verbrennen und ein heißes Rauchgas (31) zu erzeugen; einen wenigstens zwei Stufen aufweisenden Expanderabschnitt (24) mit einem Einlass zur Aufnahme des heißen Rauchgases (31), wobei die wenigstens zwei Stufen einen Hochdruckexpander (26) aufweisen, der zur Erzeugung eines expandierten CO2-reichen Abgases (36) eingerichtet ist, wobei der Hochdruckexpander (26) fluidmäßig mit einem Niederdruckexpander (28) gekoppelt ist, der zur Erzeugung eines endgültigen Abgases (52) und elektrischer Energie ausgelegt ist; und ein CO2-Abscheidesystem (40), das mit dem Hochdruckexpander (26) fluidmäßig so gekoppelt ist, dass es das expandierte Abgas (36) von dem Hochdruckexpander (26) empfängt und ein CO2-armes Gas (48) liefert, das dann dem Niederdruckexpander (28) zugeführt wird.
  2. System nach Anspruch 1, bei dem der Verdichterabschnitt (14) wenigstens zwei Stufen aufweist, wobei die zwei Stufen einen Niederdruckverdichter (16) enthalten, der fluidmäßig mit einem Hochdruckverdichter (18) gekoppelt ist.
  3. System nach Anspruch 1, bei dem das CO2-Abscheidesystem (40) einen Wärmetauscher (42) aufweist, der zur Wärmerückgewinnung aus dem expandierten Abgas (36) und zur Erzeugung eines abgekühlten expandierten Abgases (30) eingerichtet ist und das System einen CO2-Abscheider (44) aufweist, der dazu eingerichtet ist den abgekühlten CO2-reichen Gasstrom (38) aufzunehmen und einen CO2-armen Gasstrom (46) zu erzeugen.
  4. System nach Anspruch 3, bei dem der Wärmetauscher (42) einen Kreuzstromwärmetauscher aufweist, der dazu eingerichtet ist, aus dem expandierten Abgas (36) im Austausch mit dem CO2-armen Gasstrom (46) von dem CO2-Abscheider (44) Wärme zurück zu gewinnen.
  5. System nach Anspruch 3, bei dem der CO2-Abscheider (44) eine Membraneinheit aufweist.
  6. System nach Anspruch 1, das außerdem einen Wärmerückgewinnungsdampfgenerator (54) aufweist, der dazu eingerichtet ist, Wärme aus dem endgültigen Abgas (52) rückzugewinnen und Dampf zu erzeugen.
  7. System nach Anspruch 6, das außerdem eine Dampfturbine (60) aufweist, die dazu ausgelegt ist, den Dampf zur Erzeugung elektrischer Energie zu verwenden.
  8. System nach Anspruch 1, das außerdem einen Zwischenkühler (70) aufweist, der zwischen dem Niederdruckverdichter (16) und dem Hochdruckverdichter (18) angeordnet ist.
  9. System nach Anspruch 1, bei dem das endgültige Abgas (52) im Wesentlichen frei von CO2 ist.
  10. System nach Anspruch 1, bei dem der Brennstoff (30) Erdgas enthält.
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