DE112007001504T5 - Stromerzeugung - Google Patents

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DE112007001504T5
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Nello Nigro
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BHP Billiton Innovation Pty Ltd
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Abstract

Verfahren zum Erzeugen von Energie mittels einer Gasturbine, das die folgenden Schritte umfasst:
(a) Zuführen von Kohlenflözmethan und/oder Erdgas, Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft und Dampf, jeweils unter Druck, zu einer Verbrennungskammer der Gasturbine und Verbrennen des Kohlenflözmethans und/oder Erdgases und Benutzen der erwärmten Verbrennungsprodukte und des Verbrennungsgases, um die Gasturbine für die Erzeugung von Elektrizität anzutreiben;
(b) Zuführen eines in der Gasturbine erzeugten heißen Verbrennungsgasstroms zu einem Abhitzedampferzeuger und Benutzen der Wärme des Verbrennungsgases, um Hochdruckdampf und Niedrigdruckdampf durch Wärmeaustausch mit dem Dampfgenerator zugeführten Wasser zu erzeugen;
(c) Zuführen von mindestens einem Teil des Hochdruckdampfes aus dem Dampfgenerator zur Verbrennungskammer der Gasturbine;
(d) Rückgewinnen von CO2 aus dem Verbrennungsgas aus der Gasturbine, das durch den Abhitzedampferzeuger läuft; und
(e) Zuführen von rückgewonnenem CO2 zu einem geeigneten Speicherbereich.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen von elektrischer Energie, die auf der Nutzung von Kohlenflözmethangas und/oder Erdgas als Energiequelle zum Antreiben einer Gasturbine zum Erzeugen von Energie basiert.
  • Der Begriff „Kohlenflözmethan" ist dahingehend zu verstehen, dass hierbei Gas gemeint ist, das mindestens 75% Methangas auf einer Volumenbasis, die aus einem unterirdischen Kohlenvorkommen erhalten ist, enthält.
  • Der Begriff „Erdgas" soll eingehend verstanden werden, dass hierbei Kohlenwasserstoffgas gemeint ist, das beispielsweise in größeren biologischen Formationen gefunden wird.
  • Die internationale Patentanmeldung PCT/AU 2004/001339 ( WO 2005/5031136 ), die auf den Anmelder zurückgeht, beschreibt und beansprucht ein Verfahren zum Erzeugen von Energie mittels einer Gasturbine und einer Dampfturbine, das einen Betrieb in einem ersten Modus umfasst durch:
    • (a) Zuführen von Kohlenflözmethan, ein Sauerstoff enthaltendes Gas und in der Gasturbine erzeugtes Verbrennungsgas, jeweils unter Druck, zu einer Brennkammer der Gasturbine und Verbrennen des Kohlenflözmethans und Benutzen des erhitzten Verbrennungsprodukts und des Verbrennungsgases, um die Gasturbine anzutreiben;
    • (b) Zuführen von in der Gasturbine erzeugtem heißen Verbrennungsgas zu einem Abhitzedampferzeuger und Benutzen der Wärme des Verbrennungsgases, um Dampf durch einen Wärmeaustausch mit dem Dampfgenerator zugeführten Wasser zu erzeugen;
    • (c) Zuführen von Dampf aus dem Dampfgenerator zu einer Dampfturbine und Benutzen des Dampfs, um die Dampfturbine anzutreiben; und
    • (d) Zuführen (i) eines Teils des Verbrennungsgases aus der Gasturbine, der durch den Abhitzedampferzeuger durchläuft, zu der Verbrennungskammer der Dampfturbine und (ii) eines anderen Teiles des Verbrennungsgases aus der Gasturbine, der durch den Abhitzedampferzeuger läuft, zu einem geeigneten unterirdischen Speicherbereich.
  • Die internationale Patentanmeldung offenbart auch den Betrieb in einem zweiten Modus durch:
    • (a) Zuführen von Kohlenflözmethan und Luft aus einem Luftkompressor der Gasturbine, jeweils unter Druck, zu der Verbrennungskammer der Gasturbine und Verbrennen des Kohlenflözmethans und Benutzen der erwärmten Verbrennungsprodukte und des Verbrennungsgases, um die Gasturbine Anzutreiben;
    • (b) Zuführen eines in der Gasturbine erzeugten heißen Verbrennungsgasstroms zu dem Abhitzedampferzeuger und Benutzen der Wärme des Verbrennungsgases, um Dampf durch einen Wärmeaustausch mit dem Dampfgenerator zugeführten Wasser zu erzeugen;
    • (c) Zuführen von Dampf aus dem Dampfgenerator zu einer Dampfturbine und Benutzen des Dampfs, um die Dampfturbine anzutreiben.
  • Die internationale Anmeldung offenbart auch eine Vorrichtung zur Stromerzeugung.
  • Die Offenbarung der internationalen Patentanmeldung wird hiermit durch Verweis aufgenommen.
  • Eines der Merkmale des Verfahrens, das in der internationalen Patentanmeldung beschrieben und beansprucht ist, besteht darin, dass das Verfahren ohne CO2-Emission in die Atmosphäre durchgeführt werden kann. Beispielsweise ist der Betrieb im ersten Betriebsmodus des Verfahrens derart, dass Schritt (d) (i) das gesamte Verbrennungsgas (das unvermeidlicherweise beträchtliche Mengen CO2 enthält), das nicht der Verbrennungskammer zugeführt wird, dem geeigneten unterirdischen Speicher zuführt, eine effektive Option zur Vermeidung von CO2-Emissionen in die Atmosphäre, die keine nachteiligen Konsequenzen für die Umwelt aufweist.
  • Ein anderes Merkmal des in der internationalen Patentanmeldung beschriebenen und beanspruchten Verfahrens liegt darin, dass die Nutzung von Teilen des Verbrennungsgases aus der Gasturbine in der Verbrennungskammer der Gasturbine im Schritt (d) (i) des ersten Betriebsmodus des Verfahrens es ermöglicht, die Nutzung von Luft in der Verbrennungskammer der Gasturbine zu reduzieren und vorzugsweise vollständig zu ersetzen. Die vollständige Ersetzung der Luft durch Sauerstoff und Verbrennungsgas, welches in diesem Betriebsmodus hauptsächlich aus CO2 besteht, beseitigt beträchtliche Probleme in Bezug auf die Nutzung von Luft. Beispielsweise bedeutet die Nutzung von Luft, dass Verbrennungsgas aus der Gasturbine einen beträchtlichen Betrag (typischerweise mindestens 70 Vol%) Stickstoff, einen Betrag (typischerweise 10 Vol%) Sauerstoff und einen Betrag (typischerweise 5–10 Vol%) CO2 enthält. Die Mischung aus Stickstoff, Sauerstoff und CO2 erfordert beträchtliche Aufwendungen für die Gastrennung, um den Verbrennungsgasstrom richtig zu verarbeiten. Die Ersetzung von Luft durch Sauerstoff und Verbrennungsgas in diesen Betriebsmodus bedeutet, dass das Verbrennungsgas aus dem Abhitzedampferzeuger hauptsächlich aus CO2 und Wasser besteht und dadurch die Verarbeitungsanforderungen für das Verbrennungsgas aus der Gasturbine weitgehend vereinfacht, mit dem Ergebnis dass eine vergleichsweise unkomplizierte Anwendung vorliegt, um einen vorwiegend CO2 enthaltenden Verbrennungsgasstrom zu erzeugen und den Strom den Verbrennungskammern der Gasturbine zuzuführen.
  • Der Anmelder hat nun festgestellt, dass das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung, die verschieden sind von der in der internationalen Patentanmeldung beschriebenen und beanspruchten Erfindung, unter gewissen Umständen eine Alternative ist und Vorteile gegenüber dem Verfahren und der Vorrichtung, die in der internationalen Patentanmeldung beschrieben sind, hat.
  • Gemäß der folgenden Erfindung wird ein Verfahren zum Erzeugen von Energie mittels einer Gasturbine vorgeschlagen, das die folgenden Schritte umfasst:
    • (a) Zuführen von Kohlenflözmethan und/oder Erdgas, Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft und Dampf, jeweils unter Druck, zu einer Verbrennungskammer der Gasturbine und Verbrennen des Kohlenflözmethans und/oder Erdgases und Benutzen der erwärmten Verbrennungsprodukte und des Verbrennungsgases, um die Gasturbine für die Erzeugung von Elektrizität anzutreiben;
    • (b) Zuführen eines in der Gasturbine erzeugten heißen Verbrennungsgasstroms zu einem Abhitzedampferzeuger und Benutzen der Wärme des Verbrennungsgases, um Hochdruckdampf und Niedrigdruckdampf durch Wärmeaustausch mit dem Dampfgenerator zugeführten Wasser zu erzeugen;
    • (c) Zuführen von mindestens einem Teil des Hochdruckdampfes aus dem Dampfgenerator zur Verbrennungskammer der Gasturbine;
    • (d) Rückgewinnen von CO2 aus dem Verbrennungsgas aus der Gasturbine, das durch den Abhitzedampferzeuger läuft; und
    • (e) Zuführen von rückgewonnenem CO2 zu einem geeigneten Speicherbereich.
  • Dass Verfahren der vorliegenden Erfindung umfasst die Nutzung von Kohlenflözmethan und/oder Erdgas.
  • Es könnte aber auch Situationen geben, in denen es günstig ist, Kohlenflözmethan als alleinige Energiequelle zu nutzen, es könnte andere Situationen geben, in den es günstig ist, Erdgas als alleinige Energiequelle zu nutzen und es könnte Situationen geben, in denen es günstig ist, Kohlenflözgas und Erdgas zusammen als Energiequellen zu nutzen. Die folgende Erfindung erstreckt sich auf alle diese Situationen.
  • Zusätzlich könnte es Situationen geben, in denen es günstig ist, andere Energiequellen als Kohlenflözmethan, Erdgas mit Kohlenflözmethan und Erdgas zu benutzen. Die vorliegende Erfindung erstreckt sich auf diese Situationen.
  • Das oben beschriebene Verfahren kann mit Luft durchgeführt werden und vermeidet daher den Bedarf, eine Sauerstoffanlage vorzusehen und zu betreiben.
  • Der Anmelder hat gefunden, dass die Vorteile, die aus der Nutzung von Luft, die im vorangehenden Absatz beschrieben ist, resultieren, die Nachteile der Erzeugung von Verbrennungsgas, das beträchtliche Mengen von Stickstoff enthält, was weiter oben im Zusammenhang mit der internationalen Patentanmeldung erwähnt ist, mehr als ausgleicht.
  • Vorzugsweise umfasst Schritt (a) das Zuführen von Luft eher als das Zuführen von mit Sauerstoff angereicherter Luft (oder ausschließlich Sauerstoff) zu der Verbrennungskammer der Gasturbine.
  • Das Zuführen von Dampf zu der Gasturbine in Schritt (a) ist vorteilhaft, weil es (a) ermöglicht, den Betrag von Stickoxiden im in der Gasturbine erzeugten Verbrennungsgas zu steuern und (b) die durch die Gasturbine erzeugte Energie vergrößert.
  • In Hinblick auf Punkt (a) weiter oben reduziert der Dampf, der typischerweise eine Temperatur von 460–480°C aufweist, konkret die Flammentemperatur in der Verbrennungskammer der Gasturbine und ermöglicht es die Flamme bei Temperaturen, typischerweise unter 1300°C, zu halten, bei denen Stickoxide beginnen sich in der Verbrennungskammer auszubilden.
  • In Hinblick auf Punkt (b) weiter oben ist Dampf ein expansionsfähiges Gas und expandiert deshalb wegen des Anstieges der Temperatur, die in der Verbrennungskammer erzeugt wird, und trägt dadurch zum Gasfluss zu der Gasturbine bei.
  • Vorzugsweise umfasst Schritt (a) die Kontrolle der Zufuhr von Luft oder mit Sauerstoff angereicherter Luft zu der Gasturbine (i), um die Flamme bei Temperaturen, typischerweise unter 1300°C, zu halten, bei denen Stickoxide beginnen sich in der Verbrennungskammer auszubilden und (ii), um die Energie, die durch die Gasturbine erzeugt wird, zu vergrößern.
  • Vorzugsweise umfasst Schritt (a) die Kontrolle der Zufuhr von Kohlenflözmethan und/oder Erdgas, Luft oder mit Sauerstoff angereicherter Luft und Dampf zu der Gasturbine derart, dass Verbrennungsgas, welches in der Gasturbine erzeugt wird, weniger als 50 ppm Stickoxide aufweist.
  • Weiter vorzugsweise umfasst Schritt (a) die Kontrolle der Zufuhr von Kohlenflözmethan und/oder Erdgas, Luft oder mit Sauerstoff angereicherter Luft und Dampf zu der Gasturbine derart, dass in der Gasturbine produziertes Verbrennungsgas weniger als 25 ppm Stickoxide aufweist.
  • Weiter vorzugsweise umfasst Schritt (a) die Kontrolle der Zufuhr von Dampf zu der Gasturbine derart, dass das in der Gasturbine erzeugte Verbrennungsgas weniger als 50 ppm Stickoxide aufweist.
  • Vorzugsweise erzeugt Schritt (b) Niedrigdruckdampf, der einen Druck von bis zu 5 barg aufweist.
  • Weiter vorzugsweise erzeugt Schritt (b) Niedrigdruckdampf, der einen Druck von bis zu 3,5 barg aufweist.
  • Vorzugsweise erzeugt Schritt (b) Hochdruckdampf, der einen Druck von 15–60 barg aufweist.
  • Vorzugsweise weist der Hochdruckdampf, welcher der Verbrennungskammer der Gasturbine in Schritt (a) zugeführt wird, einen Druck von 15–60 barg auf.
  • Vorzugsweise umfasst Schritt (d) die Rückgewinnung von CO2 aus dem Verbrennungsgas aus der Gasturbine, das durch den Abhitzedampferzeuger läuft, durch Kontaktierung des Verbrennungsgases mit einem Lösungsmittel, das CO2 aus dem Verbrennungsgas absorbiert und ein CO2-beladenes Lösungsmittel und ein CO2-freies Verbrennungsgas erzeugt.
  • Vorzugsweise umfasst Schritt (d) weiterhin die Erwärmung des CO2-beladenen Lösungsmittels und die Ablösung von CO2 aus dem Lösungsmittel. Das abgelöste CO2 wird danach als rückgewonnenes CO2 Schritt (e) zugeführt und das Lösungsmittel wird aufbereitet, um CO2 aus dem Verbrennungsgas zu absorbieren.
  • Vorzugsweise umfasst Schritt (d) die Erwärmung des CO2-beladenen Lösungsmittels durch eine indirekte Wärmeaustauschbeziehung mit Niedrigdruckdampf, der in dem Abhitzedampferzeuger erzeugt wird.
  • Vorzugsweise umfasst das Verfahren die Nutzung eines mit Niedrigtemperaturdampf erzeugten Kondensats als eine Folge aus der Erwärmung des CO2-beladenen Lösungsmittel in Schritt (d) als Speisewasser für die Erzeugung von Dampf für Schritt (b).
  • Das rückgewonnene CO2 aus Schritt (d) kann dem Speicherbereich in der Gasphase oder in der flüssigen Phase zugeführt werden.
  • Vorzugsweise ist die Speicherregion für Schritt (e) ein Kohlenflöz oder eine geologische Formation, die Erdgas enthält oder enthalten hat.
  • Weiter vorzugsweise ist der Speicherbereich derjenige Kohlenflöz und/oder diejenige geologische Erdgasformation, aus dem/der das Kohlenflözmethan und/oder Erdgas zum Antrieb der Gasturbine gewonnen wird.
  • In diesem Zusammenhang können die existierenden Schachtstrukturen für die Gewinnung von Kohlenflözmethan und/oder Erdgas benutzt werden, um das Verbrennungsgas in flüssiger Phase oder Gasphase zu der unterirdischen Speicherregion zu transferieren.
  • Vorzugsweise umfasst Schritt (e) die Zufuhr von rückgewonnenem CO2 aus Schritt (b) zu der Speicherregion über bestehende Schachtstrukturen für die Gewinnung von Kohlenflözmethan und/oder Erdgas aus dem Speicherbereich.
  • Vorzugsweise umfasst Schritt (e):
    • (i) Komprimieren des rückgewonnenen CO2 aus Schritt (b) bis zu einem Druck von mindestens 130 barg; und danach
    • (ii) Zuführen des komprimierten CO2 zu dem Speicherbereich.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist auch eine Vorrichtung zum Erzeugen von Energie vorgesehen, die umfasst:
    • (a) eine Gasturbine, die einen Luftverdichter, einen Luftexpander und eine Verbrennungskammer aufweist;
    • (b) ein Zufuhrsystem zum Zuführen der folgenden Speisematerialien zu der Verbrennungskammer der Gasturbine: Kohlenflözmethan und/oder Erdgas, Luft oder sauerstoffangereicherte Luft und Dampf, jeweils unter Druck, zum Verbrennen des Kohlenflözmethans und/oder Erdgases und Benutzen der erwärmten Verbrennungsprodukte und des Verbrennungsgases, um die Gasturbine zum Erzeugen von Elektrizität anzutreiben;
    • (c) ein Abhitzedampferzeuger zum Erzeugen von Hochdruckdampf und Niedrigdruckdampf aus Wasser, das dem Dampfgenerator zugeführt wird, durch Wärmeaustausch mit Verbrennungsgas aus der Gasturbine;
    • (d) ein Zufuhrsystems zum Zuführen von mindestens einem Teil des Hochdruckdampfes aus dem Dampfgenerator zu der Verbrennungskammer der Gasturbine (i) zum Kontrollieren der Flammentemperatur der Verbrennungskammer der Gasturbine derart, dass diese ausreichend niedrig ist, um den Betrag von Stickoxiden in dem Verbrennungsgas zu reduzieren und (ii) zum Erhöhen der Energie, die durch die Gasturbine erzeugt wird;
    • (e) ein Rückgewinnungssystem zur Rückgewinnung von CO2 aus Verbrennungsgas aus der Gasturbine, das durch den Abhitzedampferzeuger läuft; und
    • (f) ein Zufuhrsystem zum Zuführen von rückgewonnenem CO2 zu einem geeigneten Speicherbereich.
  • Die vorliegende Erfindung ist unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnung, die einer, wenn auch nicht der einzigen, Ausführungsform eines Energieerzeugungsverfahrens und einer Energieerzeugungsvorrichtung der Erfindung entspricht, beschrieben.
  • Mit Verweis auf die Figuren umfasst das Verfahren das Zuführen der folgenden Gasströme zu einer Verbrennungskammer 5 einer Gasturbine, die allgemein mit dem Bezugszeichen 7 identifiziert wird;
    • (a) Kohlenflözmethan aus einer unterirdischen Quelle 3, wie einem Kohlenflöz, über (i) eine Trenneinheit (nicht gezeigt), die Kohlenflözmethan und Wasser aus dem Gasstrom aus der Quelle trennt, (ii) eine geeignete Kohlen flözmethanverdichtungsstation (nicht gezeigt), und (iii) eine Zufuhrleitung 51;
    • (b) Luft (oder sauerstoffangereicherte Luft) in einer Menge, die für die stöchiometrische Verbrennung des Kohlenflözmethans erforderlich ist, über eine Leitung 53; und
    • (c) Hochdruckdampf aus einem Abhitzedampferzeuger 27, der weiter unten beschrieben wird, über eine Leitung 63.
  • Die Ströme von Kohlenflözmethan, Luft und Dampf werden zu der Verbrennungskammer 5 bei einem vorausgewählten Druck von 15 bis 60 bar zugeführt. Es wird jedoch erwähnt, dass die Verbrennungskammer 5 bei jedem geeigneten Druck arbeiten kann.
  • Das Kohlenflözmethan wird in der Verbrennungskammer 5 verbrannt und die Verbrennungsprodukte werden an einen Expander 13 der Turbine 7 geliefert und treiben die Turbinenschaufeln (nicht gezeigt), die in dem Expander 13 angeordnet sind, an.
  • Der Auslass der Turbine 7 ist an einen elektrischen Generator 15 angeschlossen und treibt diesen an.
  • Der Ausstoßgasstrom, das heißt das Verbrennungsgas aus der Turbine 7, weist Atmosphärendruck und typischerweise eine Temperatur im Bereich von 410°C auf.
  • Das Verbrennungsgas aus der Turbine 7 läuft durch einen Abhitzedampferzeuger 27 und wird als eine Wärmequelle für die Erzeugung von (a) Hochdruckdampf, typischerweise bei einen Druck von 15 bis 60 barg und von (b) Niedrigdruckdampf, typischerweise bei einem Druck von ungefähr 3,5 barg, aus Speisewasser, das dem Dampfgenerator 27 zugeführt wird, benutzt. Typischerweise umfasst das Speisewasser (a) Wasser, das aus Kohlenflözmethan, das aus dem Kohlenflöz der unterirdischen Quelle gewonnen wird, abgetrennt wird und (b) rückgeführtes Kondensat.
  • Der Hochdruckdampf, typischerweise bei einer Temperatur von 460–480°C wird über die Leitung 63 zu der Verbrennungskammer 5 der Gasturbine 7 geführt.
  • Der Niedrigdruckdampf wird über eine Leitung 65 zu einer CO2-Rückgewinnungsanlage, die allgemein durch das Bezugszeichen 29 identifiziert ist und weiter unten beschrieben ist, geführt.
  • Das Verbrennungsgas aus dem Abhitzedampferzeuger 27, welches hauptsächlich aus CO2 und Wasser besteht, verlässt den Dampfgenerator als ein feuchter Verbrennungsgasstrom typischerweise bei einer Temperatur von 110–140°C und wird über eine Leitung 19 zu der CO2-Rückgewinnungsanlage 29 geführt.
  • Es gibt drei Abschnitte in der CO2-Rückgewinnungsanlage 29.
  • In einem ersten Abschnitt der CO2-Rückgewinnung zieht ein Induktionsgebläse (nicht gezeigt) eine kontrollierte Menge von Verbrennungsgas in einen Verbrennungskühler 31 ein, wo das Verbrennungsgas auf ungefähr 40°C herabgekühlt wird.
  • In einem zweiten Abschnitt wird gekühltes Verbrennungsgas aus dem Kühler 31 einem Absorptionsturm (nicht speziell gezeigt) zugeführt und Lösungsmittel wird in den Turm gesprüht, kontaktiert Verbrennungsgas und absorbiert CO2 aus dem Verbrennungsgas. Der resultierende Ausstoß des Turms ist ein CO2-beladenes Lösungsmittel und ein CO2-freies Verbrennungsgas. Das CO2-belade Lösungsmittel wird in einen dritten Abschnitt, der weiter unten beschrieben wird, behandelt. Das CO2-freie Verbrennungsgas wird in die Atmosphäre über einen Entlüfter/Schacht über dem Absorptionsturm ausgestoßen.
  • Im dritten und letzten Abschnitt der CO2-Rückgewinnungsanlage 29 wird das Lösungsmittel im CO2-beladenen Lösungsmittel durch indirekten Wärmeaustausch durch Niedrigdruckdampf aus dem Abhitzedampferzeuger 27 in einem Ablösungsturm (nicht gezeigt) erwärmt. Die Wärme löst CO2 aus dem Lösungsmittel als Gas, das rückgewonnen wird. Das abgelöste Losungsmittel wird in den Absorptionsturm zurückgeführt. Dieses abgelöste CO2 ist von einer Reinheit von mehr als 99%.
  • Der Niedrigdruckdampf wird durch den Wärmeaustausch mit dem CO2-beladenen Lösungsmittel heruntergekühlt, bildet ein Kondensat und wird über eine Leitung 21, eine Wasserbehandlungsanlage 23 und eine Leitung 25 als Speisewasser zu dem Abhitzedampferzeuger 27 rückgeführt.
  • Zusätzlich zu dem Kondensat empfängt und behandelt die Wasserbehandlungsanlage 23 auch Wasser, dass aus den Kohlenflözmethan abgetrennt wird, das aus dem Kohlenflöz gewonnen wird.
  • Das abgelöste CO2 wird einem Kompressor 41 über eine Leitung 39 zugeführt und wird durch Durckbeaufschlagung mit 75–130 barg komprimiert und getrocknet. In Abhängigkeit vom Druck ist das CO2 in einer Gasphase oder einer flüssigen Phase.
  • Das getrocknete und komprimierte CO2 wird dann in ein Absonderungspipelinesystem, das eine in der Figur gezeigte Leitung 71 umfasst, eingespeist und darin beispielsweise unbenutzten CBM Produktionsschächten (umgewandelt in einen Injektionsschacht) zugeführt, die Kohlenflözmethan dem Verfahren zugeführt haben, und wird in den Schächten abgesondert.
  • Die Schlüsselkomponenten der oben beschriebenen Ausführungsform des Verfahrens und der Vorrichtung der in den Figuren gezeigten Erfindung sind die folgenden:
    • (a) Gasturbine/Generator 7 – Typischerweise ist diese Einheit eine Standardgasturbine, die mit einer Standardverbrennungskammer ausgerüstet ist. Der Einsatz von großen Verdichtern mit vielen Verdichterstufen in Gasturbineneinheiten ist relativ üblich in der Stahlindustrie, wo Stahlwerkgase mit niedrigem BTU-Wert durch diese Einheiten komprimiert werden, bevor sie an die Verbrennungskammer zu Verbrennung geliefert werden.
    • (b) Rückgewinnungsdampfgenerator 27 – Typischerweise ist diese Einheit eine unbefeuerte Standarddoppeldruckeinheit.
    • (c) CO2 Rückgewinnungsanlage 29 – eine herkömmliche Einheit.
    • (d) Unterirdisches CO2 Speichersystem – vorzugsweise das Kohlenflöz aus dem das Kohlenflözmethan, welches das Verfahren antreibt, gewonnen wurde.
    • (e) Wasserbehandlungsanlage – eine konventionelle Einheit.
  • Viele Modifikationen können gegenüber der Ausführungsform des Verfahrens und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung, die oben beschrieben sind, gemacht werden ohne den Geist und den Bereich der Erfindung zu verlassen.
  • Beispielsweise ist, während die Ausführungsform die Erzeugung von CO2 in einer Gasphase oder in einer flüssigen Phase und die Zufuhr von CO2 zu nicht mehr genutzten CBM Produktionsschächten und eine Absonderung umfasst, die vorliegende Erfindung nicht derartig limitiert und erstreckt sich auf die Zufuhr von CO2 in der Gasphase oder flüssigen Phase zu irgendeinem geeigneten unterirdischen Ort.
  • Weiter beispielsweise ist, während die Ausführungsform auf der Nutzung von Kohlenflözmethan als eine Energiequelle zum Antreiben der Gasturbine 7 basiert, die vorliegende Erfindung nicht beschränkt auf eine solche Nutzung und erstreckt sich auf die Nutzung von Erdgas in Verbindung mit oder als Alternative zu Kohlenflözmethan. Zusätzlich erstreckt sich die folgende Erfindung auf Situationen, in denen andere Energiequellen zusammen mit Kohlenflözmethan und/oder Erdgas benutzt werden können.
  • Zusammenfassung
  • Eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erzeugen von Energie mittels einer Gasturbine werden offenbart. Kohlenflözmethan und/oder Erdgas wird verbrannt und resultierende Verbrennungsprodukte und Verbrennungsgases treiben die Gasturbine an und erzeugen Elektrizität. Ein heißer Verbrennungsgasstrom aus der Gasturbine wird einem Abhitzedampferzeuger (HRSG) zugeführt, wobei der Abhitzedampferzeuger Hochdruckdampf und Niedrigdruckdampf erzeugt. Der Hochdruckdampf wird der Verbrennungskammer der Gasturbine zugeführt. CO2 wird aus dem Verbrennungsgas des HRSG rückgewonnen. Das rückgewonnene CO2 wird einem geeigneten Speicherbereich, wie dem Kohlenflöz, welches das Kohlenflözmethan produziert, das in der Gasturbine verwendet wird, zugeführt.
  • Übersetzung der Figurenbeschriftung
  • 1
    • Raw Water = Rohwasser
    • Water Treatment Plant = Wasserbehandlungsanlage
    • Flue Gas Cooler = Verbrennungsgaskühler
    • Vent = Entlüfter
    • CO2 = Recovery Plant = CO2 Rückgewinnungsanlage
    • Solvent = Lösungsmittel
    • Ground = Grundoberfläche
    • FEED WATER = Speisewasser
    • Coal Seam = Kohlenflöz
    • LP Steam = Niedrigdruckdampf
    • HP Steam = Hochdruckdampf
    • CBM Extraction Flue = CBM – Extraktionsschächte
    • Injection Wells = Verbrennungsgasinjektionsschächte
    • HRSG = Abhitzedampferzeuger
    • OPTIONAL DUCT FIRING = Optionale Rohrbefeuerung
    • Deaerator = Entgaser
    • GAS TURBINE = Gasturbine
    • AIR INLET = Lufteinlass
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
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Claims (18)

  1. Verfahren zum Erzeugen von Energie mittels einer Gasturbine, das die folgenden Schritte umfasst: (a) Zuführen von Kohlenflözmethan und/oder Erdgas, Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft und Dampf, jeweils unter Druck, zu einer Verbrennungskammer der Gasturbine und Verbrennen des Kohlenflözmethans und/oder Erdgases und Benutzen der erwärmten Verbrennungsprodukte und des Verbrennungsgases, um die Gasturbine für die Erzeugung von Elektrizität anzutreiben; (b) Zuführen eines in der Gasturbine erzeugten heißen Verbrennungsgasstroms zu einem Abhitzedampferzeuger und Benutzen der Wärme des Verbrennungsgases, um Hochdruckdampf und Niedrigdruckdampf durch Wärmeaustausch mit dem Dampfgenerator zugeführten Wasser zu erzeugen; (c) Zuführen von mindestens einem Teil des Hochdruckdampfes aus dem Dampfgenerator zur Verbrennungskammer der Gasturbine; (d) Rückgewinnen von CO2 aus dem Verbrennungsgas aus der Gasturbine, das durch den Abhitzedampferzeuger läuft; und (e) Zuführen von rückgewonnenem CO2 zu einem geeigneten Speicherbereich.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt (a) das Zuführen von Luft eher als das Zuführen von mit Sauerstoff angereicherter Luft oder Sauerstoff zu der Verbrennungskammer der Gasturbine umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei Schritt (a) die Kontrolle der Zufuhr von Luft oder mit Sauerstoff angereicherter Luft zu der Gasturbine umfasst (i), um die Flamme bei Temperaturen, typischerweise unter 1300°C, zu halten, bei denen Stickoxide beginnen sich in der Verbrennungskammer auszubilden und (ii), um die Energie, die durch die Gasturbine erzeugt wird, zu vergrößern.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei Schritt (a) die Kontrolle der Zufuhr von Kohlenflözmethan und/oder Erdgas, Luft oder mit Sauerstoff angereicherter Luft und Dampf zu der Gasturbine umfasst derart, dass Verbrennungsgas, welches in der Gasturbine erzeugt wird, weniger als 50 ppm Stickoxide aufweist.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei Schritt (a) die Kontrolle der Zufuhr von Kohlenflözmethan und/oder Erdgas, Luft oder mit Sauerstoff angereicherter Luft und Dampf zu der Gasturbine umfasst derart, dass in der Gasturbine produziertes Verbrennungsgas weniger als 25 ppm Stickoxide aufweist.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–3, wobei Schritt (a) die Kontrolle der Zufuhr von Dampf zu der Gasturbine umfasst derart, dass das in der Gasturbine erzeugte Verbrennungsgas weniger als 50 ppm Stickoxide aufweist.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei Schritt (a) die Kontrolle der Zufuhr von Dampf zu der Gasturbine umfasst derart, dass das in der Gasturbine erzeugte Verbrennungsgas weniger als 25 ppm Stickoxide aufweist.
  8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei Schritt (b) Niedrigdruckdampf, der einen Druck von bis zu 5 barg aufweist, erzeugt.
  9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei Schritt (b) Hochdruckdampf, der einen Druck von 15–60 barg aufweist, erzeugt
  10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Hochdruckdampf, welcher der Verbrennungskammer der Gasturbine in Schritt (a) zugeführt wird, einen Druck von 15–60 barg aufweist.
  11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei Schritt (d) die Rückgewinnung von CO2 aus dem Verbrennungsgas aus der Gasturbine, das durch den Abhitzedampferzeuger läuft, durch Kontaktierung des Verbrennungsgases mit einem Lösungsmittel, das CO2 aus dem Verbrennungsgas absorbiert und ein CO2-beladenes Lösungsmittel und ein CO2-freies Verbrennungsgas erzeugt, umfasst.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei Schritt (d) weiterhin die Erwärmung des CO2-beladenen Lösungsmittels und die Ablösung von CO2 aus dem Lösungsmittel umfasst.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei Schritt (d) die Erwärmung des CO2-beladenen Lösungsmittels durch eine indirekte Wärmeaustauschbeziehung mit Niedrigdruckdampf, der in dem Abhitzedampferzeuger erzeugt wird, umfasst.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Verfahren die Nutzung eines mit Niedrigtemperaturdampf erzeugten Kondensats als eine Folge aus der Erwärmung des CO2-beladenen Lösungsmittels in Schritt (d) als Speisewasser für die Erzeugung von Dampf für Schritt (b) umfasst.
  15. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei Schritt (e) die Zufuhr von rückgewonnenem CO2 aus Schritt (d) zu dem Speicherbereich in der Gasphase oder in der flüssigen Phase umfasst.
  16. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Speicherregion für Schritt (e) ein Kohlenflöz oder eine geologische Formation, die Erdgas enthält oder enthalten hat, ist.
  17. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei Schritt (e) umfasst: (i) Komprimieren des rückgewonnenen CO2 aus Schritt (b) bis zu einem Druck von mindestens 130 barg; und danach (ii) Zuführen des komprimierten CO2 zu dem Speicherbereich.
  18. Vorrichtung zum Erzeugen von Energie umfassend: (a) eine Gasturbine, die einen Luftverdichter, einen Luftexpander und eine Verbrennungskammer aufweist; (b) ein Zufuhrsystem zum Zuführen der folgenden Speisematerialien zu der Verbrennungskammer der Gasturbine: Kohlenflözmethan und/oder Erdgas, Luft oder sauerstoffangereicherte Luft und Dampf, jeweils unter Druck, zum Verbrennen des Kohlenflözmethans und/oder Erdgases und Benutzen der erwärmten Verbrennungsprodukte und des Verbrennungsgases, um die Gasturbine zum Erzeugen von Elektrizität anzutreiben; (c) ein Abhitzedampferzeuger zum Erzeugen von Hochdruckdampf und Niedrigdruckdampf aus Wasser, das dem Dampfgenerator zugeführt wird, durch Wärmeaustausch mit Verbrennungsgas aus der Gasturbine; (d) ein Zufuhrsystems zum Zuführen von mindestens einem Teil des Hochdruckdampfes aus dem Dampfgenerator zu der Verbrennungskammer der Gasturbine (i) zum Kontrollieren der Flammentemperatur der Verbrennungskammer der Gasturbine derart, dass diese ausreichend niedrig ist, um den Betrag von Stickoxiden in dem Verbrennungsgas zu reduzieren und (ii) zum Erhöhen der Energie, die durch die Gasturbine erzeugt wird; (e) ein Rückgewinnungssystem zur Rückgewinnung von CO2 aus Verbrennungsgas aus der Gasturbine, das durch den Abhitzedampferzeuger läuft; und (f) ein Zufuhrsystem zum Zuführen von rückgewonnenem CO2 zu einem geeigneten Speicherbereich.
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