DE60019019T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Luftzerlegung mit Gasturbinen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Luftzerlegung mit Gasturbinen Download PDF

Info

Publication number
DE60019019T2
DE60019019T2 DE60019019T DE60019019T DE60019019T2 DE 60019019 T2 DE60019019 T2 DE 60019019T2 DE 60019019 T DE60019019 T DE 60019019T DE 60019019 T DE60019019 T DE 60019019T DE 60019019 T2 DE60019019 T2 DE 60019019T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
gas turbine
hot
gas
air
feed stream
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Revoked
Application number
DE60019019T
Other languages
English (en)
Other versions
DE60019019D1 (de
Inventor
Arthur Ramsden Smith
Donald Winston Woodward
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Air Products and Chemicals Inc
Original Assignee
Air Products and Chemicals Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=23270305&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=DE60019019(T2) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Air Products and Chemicals Inc filed Critical Air Products and Chemicals Inc
Publication of DE60019019D1 publication Critical patent/DE60019019D1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE60019019T2 publication Critical patent/DE60019019T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Revoked legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04151—Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
    • F25J3/04163—Hot end purification of the feed air
    • F25J3/04169—Hot end purification of the feed air by adsorption of the impurities
    • F25J3/04181—Regenerating the adsorbents
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/02—Plural gas-turbine plants having a common power output
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/18—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use using the waste heat of gas-turbine plants outside the plants themselves, e.g. gas-turbine power heat plants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04012—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of warm gaseous streams; details of intake or interstage cooling
    • F25J3/04018—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of warm gaseous streams; details of intake or interstage cooling of main feed air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04012—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of warm gaseous streams; details of intake or interstage cooling
    • F25J3/0403—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of warm gaseous streams; details of intake or interstage cooling of nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04012—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of warm gaseous streams; details of intake or interstage cooling
    • F25J3/04036—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of warm gaseous streams; details of intake or interstage cooling of oxygen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04109—Arrangements of compressors and /or their drivers
    • F25J3/04115—Arrangements of compressors and /or their drivers characterised by the type of prime driver, e.g. hot gas expander
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04109—Arrangements of compressors and /or their drivers
    • F25J3/04115—Arrangements of compressors and /or their drivers characterised by the type of prime driver, e.g. hot gas expander
    • F25J3/04121—Steam turbine as the prime mechanical driver
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04109—Arrangements of compressors and /or their drivers
    • F25J3/04115—Arrangements of compressors and /or their drivers characterised by the type of prime driver, e.g. hot gas expander
    • F25J3/04127—Gas turbine as the prime mechanical driver
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04151—Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
    • F25J3/04157—Afterstage cooling and so-called "pre-cooling" of the feed air upstream the air purification unit and main heat exchange line
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04521—Coupling of the air fractionation unit to an air gas-consuming unit, so-called integrated processes
    • F25J3/04563—Integration with a nitrogen consuming unit, e.g. for purging, inerting, cooling or heating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04521—Coupling of the air fractionation unit to an air gas-consuming unit, so-called integrated processes
    • F25J3/04563—Integration with a nitrogen consuming unit, e.g. for purging, inerting, cooling or heating
    • F25J3/04575—Integration with a nitrogen consuming unit, e.g. for purging, inerting, cooling or heating for a gas expansion plant, e.g. dilution of the combustion gas in a gas turbine
    • F25J3/04581—Hot gas expansion of indirect heated nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04521—Coupling of the air fractionation unit to an air gas-consuming unit, so-called integrated processes
    • F25J3/04593—The air gas consuming unit is also fed by an air stream
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04521—Coupling of the air fractionation unit to an air gas-consuming unit, so-called integrated processes
    • F25J3/04593—The air gas consuming unit is also fed by an air stream
    • F25J3/04606—Partially integrated air feed compression, i.e. independent MAC for the air fractionation unit plus additional air feed from the air gas consuming unit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04521—Coupling of the air fractionation unit to an air gas-consuming unit, so-called integrated processes
    • F25J3/04612—Heat exchange integration with process streams, e.g. from the air gas consuming unit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04521—Coupling of the air fractionation unit to an air gas-consuming unit, so-called integrated processes
    • F25J3/04612—Heat exchange integration with process streams, e.g. from the air gas consuming unit
    • F25J3/04618—Heat exchange integration with process streams, e.g. from the air gas consuming unit for cooling an air stream fed to the air fractionation unit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04866—Construction and layout of air fractionation equipments, e.g. valves, machines
    • F25J3/04951—Arrangements of multiple air fractionation units or multiple equipments fulfilling the same process step, e.g. multiple trains in a network
    • F25J3/04957—Arrangements of multiple air fractionation units or multiple equipments fulfilling the same process step, e.g. multiple trains in a network and inter-connecting equipments upstream of the fractionation unit (s), i.e. at the "front-end"
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/20—Processes or apparatus using separation by rectification in an elevated pressure multiple column system wherein the lowest pressure column is at a pressure well above the minimum pressure needed to overcome pressure drop to reject the products to atmosphere
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/60—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using adsorption on solid adsorbents, e.g. by temperature-swing adsorption [TSA] at the hot or cold end
    • F25J2205/66—Regenerating the adsorption vessel, e.g. kind of reactivation gas
    • F25J2205/70—Heating the adsorption vessel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/24—Multiple compressors or compressor stages in parallel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/40—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams the fluid being air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/80—Hot exhaust gas turbine combustion engine
    • F25J2240/82—Hot exhaust gas turbine combustion engine with waste heat recovery, e.g. in a combined cycle, i.e. for generating steam used in a Rankine cycle
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
    • Y02E20/18—Integrated gasification combined cycle [IGCC], e.g. combined with carbon capture and storage [CCS]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Emergency Medicine (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für die Zerlegung von Luft, wie es im Oberbegriff von Anspruch 1 anerkannt wird, und eine Vorrichtung für die Zerlegung von Luft, wie sie im Oberbegriff von Anspruch 15 angegeben wird.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Gasturbinen und kryogene bzw. Tieftemperatur-Luftzerlegungsverfahren können in hoch effizienten Systemen für die Erzeugung von atmosphärischen Gasprodukten integriert sein. Solche Systeme können auch verwendet werden, um elektrische Energie zu erzeugen, wobei darin das Gasturbinen/Luftzerlegungssystem mit einem Vergasungsverfahren zusammengefasst wird, um durch die Vergasung von Kohle mittels Sauerstoff aus dem Luftzerlegungsverfahren Brenngas für die Gasturbine zu erzeugen. Diese Energie-Erzeugungsverfahren sind als integrierte, kombinierte Vergasungszyklus- (Integrated Gasification Combined Cycle – IGCC) Verfahren bekannt, in denen die Gasturbine einen elektrischen Generator antreibt und das Gasturbinen-Abgas verwendet wird, um Dampf für eine Dampfturbine zu erzeugen, die einen weiteren elektrischen Generator antreibt. Bei der Erzeugung von Sauerstoff und/oder Stickstoff kann die unter Druck gesetzte Lufteinspeisung für die kryogenen bzw. Tieftemperatur-Luftzerlegungsverfahren teilweise oder vollständig durch den Gasturbinenkompressor zur Verfügung gestellt werden. Sowohl bei den IGCC- als auch bei den Luftzerlegungssystemen kann Stickstoff vom Luftzerlegungsverfahren in die Gasturbinen-Verbrennungseinrichtung zur zusätzlichen Energierückgewinnung und Steuerung der NOx-Bildung eingeführt werden, oder der Stickstoff kann arbeitsleistend expandieren, um weitere Verfahrens-Kompressoren anzutreiben oder zusätzliche elektrische Energie zu erzeugen.
  • Umfangreiche Übersichten von Integrationsverfahren für Gasturbinen und Luftzerlegungssysteme werden in einem Artikel mit dem Titel „Next-Generation Integration Concepts for Air Separation Units and Gas Turbines" von A. R. Smith et al in Transaction of the ASME, Band 119, April 1997, Seiten 298 – 304 und in einer Prä sentation mit dem Titel „Future Direction of Air Separation Design for Gasification, IGCC, and Alternative Fuel Projects" von R. J. Allam et al auf der IChemE Konferenz über Vergasung, 23 – 24 September 1998 in Dresden, Deutschland gegeben.
  • Ein üblicher Integrationsmodus zwischen der Gasturbine und Luftzerlegungseinheiten ist als volle Luft- und Stickstoff-Integration definiert. In diesem Betriebsmodus wird die ganze Luft für die Gasturbinen-Verbrennungseinrichtung und die Luftzerlegungseinheit durch den Gasturbinen-Luftkompressor zur Verfügung gestellt, der durch die Gasturbinen-Expansionsvorrichtung angetrieben wird, wobei in dem integrierten System Stickstoff von der Luftzerlegungseinheit genutzt wird. Die volle Luft- und Stickstoff-Integration wird in den repräsentativen US Patenten 3 731 495, 4 224 045, 4 250 704, 4 631 915 und 5 406 786 beschrieben, wonach der Stickstoff in die Gasturbinen-Verbrennungseinrichtung eingeführt wird. Die volle Luft- und Stickstoff-Integration wird auch in den US Patenten 4 019 314 und 5 317 862 und in der deutschen Patentveröffentlichung DE 195 29 681 A1 beschrieben, wonach Stickstoff arbeitsleistend expandiert, um Kompressionsarbeit für die Lufteinspeisung zur Verfügung zu stellen oder um elektrische Energie zu erzeugen.
  • Die Gasturbine und die Luftzerlegungseinheit können in einem alternativen Modus arbeiten, der als teilweise Luftintegration mit voller Stickstoffintegration definiert ist, in dem ein Teil der Lufteinspeisung für die Luftzerlegungseinheit durch den Gasturbinenkompressor zur Verfügung gestellt wird, wobei der Rest durch einen separaten Luftkompressor zur Verfügung gestellt wird, der durch eine unabhängige Energiequelle angetrieben wird. Der Stickstoff für die Luftzerlegungseinheit wird in die Gasturbinen-Verbrennungseinrichtung eingeführt oder anderweitig arbeitsleistend expandiert. Dieser Betriebsmodus wird in den repräsentativen US Patenten 4 697 415; 4 707 994; 4 785 621; 4 962 646; 5 437 150; 5 666 823 und 5 740 673 beschrieben.
  • In einer weiteren Alternative wird die Stickstoffintegration ohne Luftintegration verwendet. In dieser Alternative haben die Gasturbine und die Luftzerlegungseinheit jeweils einen unabhängig angetriebenen Luftkompressor, wobei der Stickstoff von der Luftzerlegungseinheit in der Gasturbinen-Verbrennungseinrichtung verwendet wird. Diese Option wird in den repräsentativen US Patenten 4 729 217; 5 081 845; 5 410 869; 5 421 166; 5 459 994 und 5 722 259 beschrieben.
  • Das US Patent 3 950 957 und die britische Patentschrift 1 455 960 beschreiben eine Luftzerlegungseinheit, die mit einem Dampf-Erzeugungssystem zusammengefasst ist, in dem ein stickstoffreicher Abgasstrom durch einen indirekten Wärmeaustausch mit heißer, komprimierter Luft vom Hauptluftkompressor der Luftzerlegungseinheit erwärmt wird, der erwärmte, stickstoffreiche Strom weiterhin indirekt in einem Heizgerät erwärmt wird und der endgültige heiße, stickstoffreiche Strom in einer dafür vorgesehenen Stickstoff-Expansionsturbine arbeitsleistend expandiert. Die durch diese Expansionsturbine erzeugte Arbeit treibt den Hauptluftkompressor der Luftzerlegungseinheit an. Der Austritt der Stickstoff-Expansionsturbine und die Verbrennungsgase vom Heizgerät werden getrennt in einem befeuerten Dampfgenerator eingeführt, um den Dampf zu verstärken, von dem ein Teil in einer Dampfturbine expandieren kann, um den Hauptluftkompressor der Luftzerlegungseinheit anzutreiben. Wahlweise werden die Verbrennungsgase vom Heizgerät in einer Turbine expandiert, die einen Kompressor antreibt, um einem separaten Heizgerät Verbrennungsluft zur Verfügung zu stellen, das den stickstoffreichen Strom vor der Expansion erwärmt.
  • Eine alternative Verwendung für den Stickstoff mit hohem Druck von einer mit einer Gasturbine integrierten Luftzerlegungseinheit wird im US Patent 5 388 395 offenbart, in dem Stickstoff arbeitsleistend expandiert, um einen elektrischen Generator zu betreiben. Das kalte Stickstoff-Abgas von der Expansionsvorrichtung wird mit der Einlassluft zum Gasturbinenkompressor vermischt, wodurch der gesamte Kompressor-Einlassstrom gekühlt wird. Alternativ wird der Stickstoff mit niedrigem Druck von der Luftzerlegungseinheit gekühlt und in einem Kühlaggregat mit direktem Kontakt mit Wasser gesättigt, wobei der gekühlte, gesättigte Stickstoff mit der Einlassluft für den Gasturbinenkompressor gemischt wird.
  • Die US Patente 5 040 370 und 5 076 837 offenbaren die Integration einer Luftzerlegungseinheit mit Hochtemperaturverfahren, die Sauerstoff verwenden, wobei die Abwärme des Verfahrens verwendet wird, um den unter Druck gesetzten Stickstoff von der Luftzerlegungseinheit zu erwärmen, wobei der heiße Stickstoff arbeitsleistend expandiert, um elektrische Energie zu erzeugen.
  • Die europäische Patentveröffentlichung EP 0 845 644 A2 beschreibt eine Luftzerlegungseinheit mit erhöhtem Druck, in der das unter Druck gesetzte, stickstoffreiche Produkt indirekt durch die Verbrennung von Niederdruck-Brennstoff erwärmt wird, wobei der heiße Stickstoff arbeitsleistend expandiert, um Energie zu erzeugen oder Gaskompressoren in der Luftzerlegungseinheit anzutreiben.
  • Ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Zerlegung von Luft, wie sie in den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 15 bestätigt sind, sind von der Druckschrift US-A-5 901 547 bekannt.
  • Bei der Erzeugung von Sauerstoff in entfernten Gebieten ohne ein verfügbares elektrisches Energie-Verbundnetz kann die Einspeisungsluft-Kompression für eine Luftzerlegungseinheit durch Gasturbinen-Antriebseinrichtungen zur Verfügung gestellt werden, wenn genügend Brennstoff verfügbar ist. In entfernten Gebieten mit Industrieunternehmen, die Sauerstoff erfordern, ist preisgünstiges Erdgas häufig verfügbar und kann als Gasturbinen-Brennstoff verwendet werden. Industrieunternehmen in solchen entfernten Gebieten zahlen für die erworbene Ausrüstung typischerweise Höchstpreise, so dass eine einfache, zuverlässige Ausrüstung bevorzugt wird.
  • Eine mit einer Gasturbine integrierte Luftzerlegungsanlage, ob sie in einem entfernten Gebiet oder in einem besiedelten Industriegebiet betrieben wird, ist verschiedenen Überlast-Bedingungen oder Zeiträumen unterworfen, in denen die Anlage mit niedrigerer Effektivität oder unter der bemessenen Sauerstoff-Produktionsrate arbeitet. Diese Zeiträume treten auf Grund von Veränderungen der Temperatur der Umgebungsluft und/oder der zyklischen Nachfrage für Sauerstoffprodukte auf. Die Ausrüstungsauswahl und Verfahrens-Auslegung eines integrierten Luftzerlegungsanlagen-/Gasturbinensystems müssen daher den Bereitschaftsbetrieb bei Konstruktionskapazität sowie den Betrieb bei Überlast oder bei heruntergefahrenen Bedingungen berücksichtigen. Dies kann für Anlagen, die für den Betrieb in entfernten Orten bestimmt sind, besonders in Anlagen mit totaler Luftintegration, schwer zu erreichen sein, da die Notwendigkeit einer vereinfachten Ausrüstung die Anzahl von Betriebsalternativen oder die für den wirksamen Betrieb bei Überlast-Bedingungen benötigten Freiheitsgrade verringern kann.
  • Die Erfindung, die unten offenbart und durch die Ansprüche, die folgen werden, definiert wird, behandelt die Notwendigkeit für verbesserte Ausführungen und Betriebsverfahren für integrierte Luftzerlegungsanlagen/Gasturbinensysteme, besonders für den Betrieb solcher Systeme in entfernten Gebieten bei Überlast- oder heruntergefahrenen Bedingungen.
  • Kurze Zusammenfassung der Erfindung
  • Die Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Zerlegung von Luft, wie sie in den Ansprüchen 1 und 15 definiert ist.
  • Die Erfindung kann weiterhin Erwärmen und Arbeit leistendes Expandieren des stickstoffreichen Produktgases umfassen, um eine Schaft- bzw. Wellenarbeit (shaft work) und ein gekühltes, stickstoffreiches Produktgas zu ergeben; ein Abkühlen des sich ergebenden kombinierten, heißen, unter Druck gesetzten Lufteinspeisungsstroms kann wenigstens teilweise durch indirekten Wärmeaustausch mit dem stickstoffreichen Produktgas und dem gekühlten, stickstoffreichen Produktgas zur Verfügung gestellt werden. Das Verfahren kann weiterhin auch das Erzeugen von Dampf durch indirekten Wärmeaustausch des Abgases der Gasturbinen-Expansionsvorrichtung mit Wasser und das Einführen des Dampfes in die Gasturbinen-Verbrennungseinrichtung aufweisen.
  • Das Verfahren kann weiterhin das Erwärmen des gekühlten, stickstoffreichen Produktgases, um ein heißes, stickstoffreiches Produktgas zur Verfügung zu stellen, das Erzeugen von Dampf durch indirekten Wärmeaustausch des heißen, stickstoffreichen Produktgases mit Wasser und das Einführen des Dampfes in die Gasturbinen-Verbrennungseinrichtung aufweisen.
  • Die Erfindung kann weiterhin die Kombination von
    • (1) Erwärmen des gekühlten, stickstoffreichen Produktgases, um ein heißes, stickstoffreiches Produktgas zur Verfügung zu stellen, Erzeugen von Dampf durch indirekten Wärmeaustausch des heißen, stickstoffreichen Produktgases mit Wasser und Einführen des Dampfes in die Gasturbinen-Verbrennungseinrichtung, und von
    • (2) Erzeugen von Dampf durch indirekten Wärmeaustausch des Abgases der Gasturbinen-Expansionseinrichtung mit Wasser und Einführen des Dampfes in die Gasturbinen-Verbrennungseinrichtung aufweisen. Zusätzlich kann auf Wunsch flüssiges Wasser direkt in die Gasturbinen-Verbrennungseinrichtung eingeführt werden.
  • Die Schaft- bzw. Wellenarbeit (shaft work) vom arbeitsleistenden Expandieren des stickstoffreichen Produktgases kann genutzt werden, um das sauerstoffreiche Produktgas zu komprimieren.
  • Das Abkühlen des sich ergebenden kombinierten, heißen, unter Druck gesetzten Lufteinspeisungsstroms kann wenigstens teilweise durch indirekten Wärmeaustausch mit dem stickstoffreichen Produktgas zur Verfügung gestellt werden, um das heiße, stickstoffreiche Produktgas zu ergeben.
  • In einem ersten alternativen Ausführungsbeispiel kann die Erfindung weiterhin
    • (1) das Komprimieren von Luft in einem dritten Luftkompressor, um einen vierten und einen fünften heißen, unter Druck gesetzten Lufteinspeisungsstrom zur Verfügung zu stellen und
    • (2) das Verbrennen von Brennstoff mit dem vierten, heißen, unter Druck gesetzten Lufteinspeisungsstrom in einer zusätzlichen Gasturbinen-Verbrennungseinrichtung, das Abziehen eines zusätzlichen heißen, unter Druck gesetzten Gases aus der Gasturbinen-Verbrennungseinrichtung, das Expandieren des zusätzlichen heißen, unter Druck gesetzten Gases in einer zusätzlichen Gasturbinen-Expansionsvorrichtung und das Abziehen eines zusätzlichen Abgases aus der Gasturbinen-Expansionsvorrichtung aufweisen, wobei die von der zusätzlichen Expansionsturbine erzeugte Arbeit dazu verwendet wird, um das sauerstoffreiche Produktgas zu komprimieren. Durch den indirekten Wärmeaustausch des Abgases der zusätzlichen Gasturbinen-Expansionseinrichtung mit Wasser kann Dampf erzeugt werden, wobei der Dampf in die Gasturbinen-Verbrennungseinrichtung eingeführt werden kann. Der fünfte heiße, unter Druck gesetzte Lufteinspeisungsstrom kann mit dem sich erge benden kombinierten, heißen, unter Druck gesetzten Lufteinspeisungsstrom kombiniert werden.
  • In einem zweiten alternativen Ausführungsbeispiel kann die Erfindung weiterhin
    • (1) das Komprimieren von Luft in einem dritten Luftkompressor, um einen vierten und einen fünften heißen, unter Druck gesetzten Lufteinspeisungsstrom zur Verfügung zu stellen und
    • (2) das Verbrennen von Brennstoff mit dem vierten heißen, unter Druck gesetzten Lufteinspeisungsstrom in einer zusätzlichen Gasturbinen-Verbrennungseinrichtung, Abziehen eines zusätzlichen heißen, unter Druck gesetzten Gases aus der Gasturbinen-Verbrennungseinrichtung, Expandieren des zusätzlichen heißen, unter Druck gesetzten Gases in einer zusätzlichen Gasturbinen-Expansionsvorrichtung und Abziehen eines zusätzlichen Abgases aus der Gasturbinen-Expansionsvorrichtung aufweisen, wobei die von der zusätzlichen Expansionsturbine erzeugte Arbeit dazu verwendet wird, das stickstoffreiche Produktgas zu komprimieren. In diesem alternativen Ausführungsbeispiel kann durch den indirekten Wärmeaustausch des Abgases der zusätzlichen Gasturbinen-Expansionseinrichtung mit Wasser Dampf erzeugt werden, wobei der Dampf in die Gasturbinen-Verbrennungseinrichtung eingeführt werden kann. Der fünfte heiße, unter Druck gesetzte Lufteinspeisungsstrom kann auf Wunsch mit dem sich ergebenden kombinierten, heißen, unter Druck gesetzten Lufteinspeisungsstrom kombiniert werden.
  • In einem Betriebsmodus der Erfindung erhöht sich die Temperatur der Umgebungsluft, wodurch die kombinierte Massenströmungsrate des ersten und zweiten heißen, unter Druck gesetzten Lufteinspeisungsstroms und die Massenströmung des dritten heißen, unter Druck gesetzten Lufteinspeisungsstroms abnimmt. In Abhängigkeit von der Erhöhung der Temperatur der Umgebungsluft kann sich die Massenströmungsrate des zweiten heißen, unter Druck gesetzten Lufteinspeisungsstroms in der Weise erhöhen, dass die Massenströmungsrate des sich ergebenden kombinierten, unter Druck gesetzten Lufteinspeisungsstroms konstant bleibt. Zusätzlich können die Massenströmungsrate des Brennstoffs und die Massenströmungsrate des Dampfes zur Gasturbinen-Verbrennungseinrichtung erhöht werden.
  • In einem weiteren Betriebsmodus der Erfindung erhöht sich die Temperatur der Umgebungsluft, wodurch die kombinierte Massenströmungsrate des ersten und zweiten heißen, unter Druck gesetzten Lufteinspeisungsstroms und die Massenströmung des dritten heißen, unter Druck gesetzten Lufteinspeisungsstroms abnimmt. In Abhängigkeit von der Erhöhung der Temperatur der Umgebungsluft kann sich die Massenströmungsrate des zweiten heißen, unter Druck gesetzten Lufteinspeisungsstroms in der Weise erhöhen, dass die Massenströmungsrate des sich ergebenden kombinierten, unter Druck gesetzten Lufteinspeisungsstroms konstant bleibt. Zusätzlich können die Massenströmungsrate des Brennstoffs und die Massenströmungsrate des flüssigen Wassers zur Gasturbinen-Verbrennungseinrichtung erhöht werden.
  • Kurze Beschreibung der verschiedenen Ansichten der Zeichnungen
  • Es zeigen:
  • 1 ein schematisches Verfahrens-Ablaufdiagramm für ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
  • 2 ein schematisches Verfahrens-Ablaufdiagramm für ein alternatives Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • Ausführliche Beschreibung der Erfindung
  • Die Erfindung ist ein Verfahren, um Sauerstoff mittels einer Luftzerlegungseinheit zu erzeugen, die mit einem von einer Gasturbine angetriebenen Luftkompressor-System zusammengefasst ist, das mittels Brennstoff als Hauptenergiequelle arbeitet. Das System nutzt nur von Expansionsturbinen angetriebene Kompressoren und ist besonders an entfernten Orten nützlich, wo ein Brennstoff wie Erdgas reichlich vorhanden ist, Investitionskosten minimiert werden müssen und elektrische Energie für die Einfuhr nicht ohne weiteres zur Verfügung steht. Die gesamte Einspeisungsluft für die Luftzerlegungseinheit wird durch zwei separate Kompressoren zur Verfügung gestellt, die durch die Gasturbinen-Expansionseinrichtung angetrieben werden, wobei ein Kompressor Luft für die Luftzerlegungseinheit und für die Gasturbinen-Ver brennungseinrichtung und der andere Kompressor Einspeisungsluft für die Luftzerlegungseinheit zu Verfügung stellt. In der folgenden Beschreibung beinhaltet der allgemeine Begriff "Gasturbine" den Luftkompressor, die Verbrennungseinrichtung und die Expansionseinrichtung oder Expansionsturbine, die alle Teil des Gasturbinensystems sind.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in 1 veranschaulicht. Umgebungsluft als Luftstrom 1 wird im Kompressor 3, vorzugsweise ein adiabatischer Kompressor, auf 330,95 – 4067,91 KPa abs. (48 – 590 psia) und 148,89 – 648,89°C (300 – 1200°F) komprimiert. Umgebungsluft wird als atmosphärische Luft definiert, die am Ansaugteil des Kompressors 3 vorhanden ist. Zwei Teile der komprimierten Luft werden vom Kompressor abgezogen. Beide Teile können mit dem gleichen Druck von der Kompressorentnahme abgezogen werden oder alternativ kann ein Teil von einer Zwischenstufe mit einem niedrigeren Druck und der andere von der Kompressorentnahme abgezogen werden. Ein erster komprimierter Luftstrom 5 wird in der Gasturbinen-Verbrennungseinrichtung 7 mit dem Brennstoffstrom 9 verbrannt, um den heißen, unter Druck gesetzten Verbrennungs-Gasstrom 11 zu erzeugen. Der Dampf auf der Leitung 13, dessen Quelle später definiert wird, kann in die Verbrennungseinrichtung 7 eingeführt werden, um die Verbrennungsreaktionen zu mäßigen. Alternativ kann flüssiges Wasser über die Leitung 15 entweder allein oder mit dem Dampfstrom 13 in die Verbrennungseinrichtung 7 eingeführt werden, um die Verbrennungsreaktionen zu mäßigen. Typischerweise ist der Brennstoffstrom 9 Erdgas.
  • Der heiße, unter Druck gesetzte Verbrennungs-Gasstrom 11 wird arbeitsleistend in der Gasturbinen-Expansionsvorrichtung 17 expandiert, um den Gasturbinen-Austrittsstrom 19 bei annähernd atmosphärischem Druck und 148,89 – 871,11 °C (300 – 1600°F) zu erzeugen. Die Gasturbinen-Expansionsvorrichtung 17 ist eine Hochtemperatur-Turbo-Expansionsvorrichtung eines beliebigen, in der Technik bekannten Typs. Der Abgasstrom 19 kann in einen Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator (Heat Recovery Steam Generator – HSRG) 21 eingeführt werden, in dem Dampf durch indirekte Wärmeübertragung mit siedendem Wasser und/oder überhitzten Dampf erzeugt wird, um Dampf als Strom 13 zur Verfügung zu stellen, der in der Verbrennungseinrichtung 7 verwendet werden kann, wie vorher beschrieben wurde.
  • Die Gasturbinen-Expansionsvorrichtung 17 ist über eine Welle 18 mit dem Kompressor 3 verbunden und treibt ihn an.
  • Der Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator 21 ist von der Art, die gewöhnlich für die Wärmerückgewinnung des Gasturbinen-Austritts in kombinierten Zyklus-Energieerzeugungssystemen verwendet wird. Ein Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator weist eine oder mehrere Röhrenschaltungen auf, die Wasser, Dampf oder Gemische der zwei Phasen haben, die im Inneren oder an der Röhrenseite jedes Kreislaufs strömen. Die Röhrenschaltungen werden in einem Gehäuse mit einem annähernd atmosphärischen Druck eingebaut, durch das die heißen Abgase von der Gasturbinen-Expansionsvorrichtung an den äußeren Seiten der Röhren strömen. Wasser dringt in die innere Seite oder Röhrenseite einer Röhrenschaltung am kalten Ende der Vorrichtung ein und wird durch das Absorbieren der im Abgas der Gasturbinen-Expansionsvorrichtung enthaltenen Wärme erwärmt, verdampft und wahlweise überhitzt. Das gekühlte Dampfturbinen-Abgas wird als Gichtgas 23 in die Atmosphäre abgelassen.
  • Das teilweise gekühlte Gasturbinen-Abgas im Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator 21 kann mit dem heißen, stickstoffreichen Gasstrom 25 (wird später definiert) im Wärmerückgewinnungs- Dampfgenerator vorzugsweise an einer Stelle, an der die Temperaturen des Gasturbinen-Austritts und des stickstoffreichen Gases gleich oder annähernd gleich sind, kombiniert werden. Der kombinierte Strom von Verbrennungsprodukten und Stickstoff strömt durch den Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator 21, in dem er durch indirekte Wärmeübertragung mit verdampfendem Wasser und/oder überhitzten Dampf weiter gekühlt wird. Das vollständig verdampfte Wasser stellt als gesättigter oder überhitzter Dampf den Dampf als vorher beschriebenen Strom 13 zur Verfügung. Das sich ergebende gekühlte Mischgas vom Dampfgenerator wird als Gichtgas 23 in die Atmosphäre abgelassen. Unter Druck gesetztes Boiler-Einspeisungswasser 27 wird durch eine Pumpe 29 von einem Boiler-Einspeisungswasser 31 mit niedrigem Druck zur Verfügung gestellt. Das Boiler-Einspeisungswasser 27 kann ein Abgasstrom sein, der verbrennbare, organische Verunreinigungen, zum Beispiel Abwasser von einem Fischer-Tropsch-Verfahren für die Kohlenwasserstoff-Synthese, enthält.
  • Umgebungsluft als ein zusätzlicher Luftstrom 33 wird im Kompressor 35, vorzugsweise ein adiabatischer Kompressor, auf 330,95 – 4067,91 KPa abs. (48 – 590 psia) und 148,89 – 648,89°C (300 – 1200°F) komprimiert. Umgebungsluft wird als atmosphärische Luft definiert, die am Ansaugteil des Kompressors 35 vorhanden ist. Der zusätzliche, komprimierte Luftstrom 37 wird mit einem zweiten komprimierten Luftstrom 39 kombiniert, der alternativ als extrahierter Luftstrom 39 vom Kompressor 3 beschrieben wird, um einen gesamten komprimierten Lufteinspeisungsstrom 41 bei 330,95 – 4067,91 KPa abs. (48 – 590 psia) und 148,89 – 648,89°C (300 – 1200°F) zu ergeben. Der Kompressor 35 wird durch die Gasturbinen-Expansionsvorrichtung 17 über die Welle 34 angetrieben.
  • Die Kompressoren 3 und 35 sind vorzugsweise mit einstellbaren Einlass-Leitschaufeln ausgestattet, die die Steuerung der Kompressorausgangsleistung ermöglichen, wenn die Umgebungstemperaturen oder andere Umweltparameter variieren. Als ein Beispiel würden die Leitschaufeln des Kompressors 35 so eingestellt werden, dass sie die konstante Gasströmung des Luftstroms 41 aufrechterhalten, wenn sich die Umgebungstemperaturen ändern. Die Leitschaufel-Einstellung gleicht die Änderung der Dichte der Umgebungsluft aus, wenn die Temperatur variiert.
  • Der gesamte komprimierte Lufteinspeisungsstrom 41 wird im Wärmetauscher 43 indirekt gegen einen oder beide Gasströme 45 und 47 (wird später definiert) gekühlt, um einen zwischengekühlten Lufteinspeisungsstrom 49 mit einer Temperatur von etwa 82,22 bis 426,67°C (180 bis 800°F) zu ergeben. Der zwischengekühlte Lufteinspeisungsstrom 49 wird typischerweise weiter auf annähernd Umgebungstemperatur im Wärmetauscher 51 gegen einen oder beide stickstoffreichen Produktströme 53 und 55 (wird später beschrieben) gekühlt.
  • Der gekühlte Lufteinspeisungsstrom 57 wird in einem Verunreinigungs-Entfernungssystem 59, typischerweise ein Wärmewechseladsorptionsverfahren (Thermal Swing Adsorption – TSA), behandelt, um Wasser, Kohlendioxid und andere Fremdstoffe zu entfernen, bevor die Einspeisungsluft zum Luftzerlegungssystem strömt. Nach dem gut bekannten TSA-Verfahren werden die alternierenden Adsorber-Gefäße für die Regenerierung außer Betrieb genommen, um adsorbierte Verunreinigungen durch Erwärmen des Adsorbers, dem Spülen mit einem trockenen Spülgas und dann dem Abkühlen des Adsorbers auf Arbeitstemperatur zu entfernen, bevor der regenerierte Adsorber wieder in Betrieb genommen wird. Das Erwärmen und Spülen eines Adsorber-Gefäßes kann wenigstens teilweise durch den heißen, stickstoffreichen Produktstrom 61 (wird später definiert) bereitgestellt werden, der im Wärmetauscher 51 auf 82,22 – 315,56°C (180 – 600°F) erwärmt wurde, wobei das Kühlen des Adsorber-Gefäßes durch Spülen mit dem Teil 63 des stickstoffreichen Produktstroms 55 zur Verfügung gestellt werden kann, der sich annähernd auf Umgebungstemperatur befindet. Alternativ kann das Verunreinigungs-Entfernungssystem 59 ein Druckwechseladsorptionsverfahren (Pressure Swing Adsorption – PSA) sein. Dieses Verfahren erfordert kein heißes Regenerierungsgas, aber es erfordert ein Spülgas bei Umgebungstemperatur, wobei dieses Spülgas durch den Teil 63 des stickstoffreichen Produktstroms 55 bereitgestellt werden kann.
  • Der gekühlte und verunreinigungsfreie, unter Druck gesetzte Lufteinspeisungsstrom 65 wird dann in das Luftzerlegungssystem 67, vorzugsweise ein kryogenes bzw. Tieftemperatur-Luftzerlegungssystem, geführt, wo er in einen stickstoffreichen Produktstrom 55 und einen sauerstoffreichen Produktstrom 69 zerlegt wird. Der Begriff "sauerstoffreich", wir er hier verwendet wird, bezieht sich auf einen beliebigen Gasstrom mit einer höheren Sauerstoffkonzentration als Luft, während sich der Begriff "stickstoffreich", wir er hier verwendet wird, auf einen beliebigen Gasstrom mit einer höheren Stickstoffkonzentration als Luft bezieht. Der stickstoffreiche Produktstrom 55 enthält typischerweise 80 bis 99,999 Mol % Stickstoff und befindet sich typischerweise auf annähernd Umgebungstemperatur und einem Druck von 103,42 bis 4067,91 KPa abs. (15 bis 590 psia). Der sauerstoffreiche Produktstrom 69 enthält typischerweise 50 bis 99,9 Mol % Sauerstoff und befindet sich typischerweise auf annähernd Umgebungstemperatur und einem Druck von 103,42 bis 8273,71 KPa abs. (15 bis 1200 psia).
  • Das Luftzerlegungssystem 67 kann ein kyrogenes bzw. Tieftemperatur-Luftzerlegungsverfahren mit erhöhtem Druck (Elevated Pressure – EP) sein, in dem Einspeisungsluft bei einem Druck über etwa 689 KPa abs. (100 psia) in sauerstoffreiche und stickstoffreiche Ströme über atmosphärischen Druck zerlegt wird. In diesem wohlbekannten Verfahren wird der gekühlte, unter Druck gesetzte Lufteinspeisungsstrom 65 weiter gekühlt, wenigstens teilweise kondensiert und in einer oder mehreren Destilla tionssäulen destilliert. Das Abkühlen wird typischerweise durch arbeitsleistende Expansion von einem oder mehreren internen Verfahrensströmen zur Verfügung gestellt. Vorzugsweise arbeitet das Luftzerlegungssystem 67 vollständig mit einem gekühlten, unter Druck gesetzten Lufteinspeisungsstrom 65, wobei keine äußere Abkühlung oder zusätzliche Kompression erforderlich ist. Repräsentative Luftzerlegungssysteme mit erhöhtem Druck werden in den US Patenten 5 740 673, 5 666 823 und 5 421 166 beschrieben. Das Luftzerlegungssystem 67 kann alternativ ein kryogenes Luftzerlegungsverfahren mit niedrigem Druck sein, in dem ein Teil der Einspeisungsluft in sauerstoffreiche und stickstoffreiche Ströme bei Drücken über atmosphärischen Druck zerlegt wird.
  • Alternativ können andere Arten von Luftzerlegungsverfahren, die in der Technik bekannt sind, im Luftzerlegungssystem 67 verwendet werden. Beispiele beinhalten die Druckwechseladsorption oder polymere Membran-Durchdringungsverfahren. Diese gut bekannten Verfahren arbeiten mit einer unter Druck gesetzten Lufteinspeisung und nutzen den Unterschied zwischen dem Lufteinspeisungsdruck und einem niedrigeren Druck des Produktstroms (typischerweise annähernd atmosphärischer Druck), um die Antriebskraft für die Zerlegung zur Verfügung zu stellen. Diese Verfahren arbeiten typischerweise bei Umgebungs- oder annähernd Umgebungstemperaturen, so dass sich der gekühlte, unter Druck gesetzte Lufteinspeisungsstrom 65 bei einer annähernden Umgebungstemperatur befinden würde.
  • Der stickstoffreiche Produktstrom 55 stellt wahlweise den vorher beschriebenen Gasstrom 63 zur Verfügung. Der stickstoffreiche Gasstrom 55 kann durch indirekte Wärmeübertragung gegen den zwischengekühlten Lufteinspeisungsstrom 49 im Wärmetauscher 51 erwärmt werden, um einen zwischenerwärmten, stickstoffreichen Strom 70 zu ergeben, der wahlweise den heißen, stickstoffreichen Produktstrom 61 zur Verfügung stellt, der vorher beschrieben wurde. Der stickstoffreiche Strom 71 kann in der Turbo-Expansionsvorrichtung 73 auf nahezu atmosphärischen Druck arbeitsleistend expandieren, um den Kompressor 75 für die Kompression des sauerstoffreichen Produktstroms 69 anzutreiben, so dass sich ein komprimierter, sauerstoffreicher Produktstrom 47 ergibt. Der komprimierte Sauerstoffstrom 47 kann im Wärmetauscher 43 erwärmt werden, um einen heißen Sauerstoff-Produktstrom 48 zu ergeben, der zum Beispiel bei der teilweisen Oxidation von Kohlenwasserstoffen genutzt werden kann, um Synthese-Gas zu erzeugen.
  • Der expandierte, stickstoffreiche Produktstrom 53, der jetzt eine Temperatur zwischen annähernd Umgebungstemperatur und 426,67°C (800°F) und einen Druck von weniger als etwa 151,68 KPa abs. (22 psia) hat, wird im Wärmetauscher 51 gegen den zwischengekühlten Lufteinspeisungsstrom 49 erwärmt, wie vorher beschrieben wurde. Der erwärmte, stickstoffreiche Produktstrom 45 kann im Wärmetauscher 43 gegen den gesamten, komprimierten Lufteinspeisungsstrom 41 weiter erwärmt werden, wie vorher beschrieben wurde, wobei der sich ergebende heiße, stickstoffreiche Produktstrom 25 sich der Temperatur des gesamten, komprimierten Lufteinspeisungsstroms 41 nähert.
  • Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung, wie es durch 1 veranschaulicht ist, stellt eine verbesserte Flexibilität bei der Konstruktion und der Wirkungsweise des integrierten Luftzerlegungs-/Gasturbinensystems zur Verfügung. Der zweite Luftkompressor 35, der zusammen mit dem Luftkompressor 3 durch die Expansionsturbine 17 angetrieben wird, stellt diese Flexibilität zur Verfügung. Da der Luftkompressor 3 Luft sowohl für die Gasturbinen-Verbrennungseinrichtung als auch für die Luftzerlegungssysteme zuführt, kann es die Auswahl eines einzelnen, richtig dimensionierten Luftkompressors und einer Expansionsturbine von normalen, handelsüblich erhältlichen Einheiten erfordern, dass eine dieser Einheiten relativ zur anderen übergroß ist. Große Luftkompressoren erfordern große Expansionsturbinen, wobei große Expansionsturbinen häufig nur als eine Einzelwellen-Konfiguration erhältlich sind, die in der Funktionsweise im Vergleich mit kleineren Doppelwellen-Expansionsturbinen weniger flexibel ist. Der Luftkompressor 3 könnte eine übergroße Expansionsturbine erfordern, wenn die tatsächlichen Leistungsanforderungen eines üblichen Luftkompressors zwischen die Nennausgangsleistungen der handelsüblich erhältlichen Expansionsturbinen fielen. Eine übergroße Expansionsturbine, die unterhalb der Konstruktionskapazität arbeitet, arbeitet unwirtschaftlich, wobei dies offensichtlich unerwünscht ist. Durch die Verwendung von zwei Kompressoren entsprechend der vorliegenden Erfindung könnte eine kleinere Standard-Expansionsturbine ausgewählt werden, die näher an 100% ihrer Konstruktionskapazität arbeiten würde, wobei sie damit am wirtschaftlichsten arbeitet. Anders ausgedrückt, die Leistungsanforderungen für eine gegebene Luftkompressions-Nutzleistung kann einfacher an den Leistungsausgang einer verfügbaren Expansionsturbine angepasst werden, wenn zwei Luftkompressoren statt eines einzelnen Luftkompressors verwendet werden.
  • Die Fähigkeit, ein integriertes Luftzerlegungs-/Gasturbinenverfahren während Überlast- oder heruntergefahrenen Bedingungen zu steuern, wird durch die Verwendung von zwei Luftkompressoren nach der vorliegenden Erfindung im Vergleich mit dem gewöhnlichen Gasturbinensystem mit einem Einzel-Kompressor verbessert. Die häufigste Überlastsituation für ein integriertes Luftzerlegungs-/Gasturbinenverfahren tritt auf, wenn die Temperatur der Umgebungsluft von der Konstruktionstemperatur abweicht, besonders wenn sie höher ist als die Konstruktionstemperatur. Wenn sich die Umgebungstemperatur erhöht, wird die Massenströmung des Kompressor-Ausflusses abnehmen, da die Dichte der Kompressor-Ansaugluft abnimmt. Um eine konstante Massenströmung von Luft zu Luftzerlegungseinheit und dadurch die Sauerstoff-Produktionsrate aufrechtzuerhalten, können Regulierungen an einem Anteil der Luft, die vom Kompressor 3 für die Luftzerlegungseinheit entnommen wurden, der Einstellung der Einlass-Leitschaufeln an den Kompressoren 3 und 35 und der Feuerungsrate der Verbrennungseinrichtung 7 vorgenommen werden. Dies wird in dem unten gegebenen Beispiel veranschaulicht.
  • Ein alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in 2 veranschaulicht. Nach dieser Alternative kann das Luftzerlegungssystem 67 eine beliebige Art eines kryogenen bzw. Tieftemperatur-Luftzerlegungssystems sein, das in der Technik bekannt ist, zum Beispiel ein System mit erhöhtem Druck oder niedrigem Druck, wie es vorher beschrieben wurde. Der stickstoffreiche Produktstrom 201 wird nicht arbeitsleistend expandiert; stattdessen wird der Strom im Wärmetauscher 203, um den zwischengekühlten Lufteinspeisungsstrom 49 weiter zu kühlen, und im Wärmetauscher 43 genutzt, um den komprimierten Lufteinspeisungsstrom 41 zu kühlen. Der sich ergebende heiße, stickstoffreiche Produktstrom 205 kann im Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator 21 genutzt werden, wie vorher beschrieben wurde.
  • Der sauerstoffreiche Produktstrom 207, der sich bei einem Druck von 103,42 bis 8273,71 KPa abs. (15 bis 1200 psia) befinden kann, erfordert typischerweise eine zusätzliche Kompression, wobei dies im Kompressor 209 durchgeführt werden kann, der durch das Gasturbinensystem 211 angetrieben wird. Der komprimierte, sauerstoffreiche Produktstrom 213 kann im Wärmetauscher 43 erwärmt werden, um den komprimierten Lufteinspeisungsstrom 41 zu kühlen und einen heißen, unter Druck gesetzten, sauerstoffreichen Produktstrom 215 zu ergeben. In diesem Fall kann das Abgas 217 der Gasturbinen-Expansionsvorrichtung im Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator 21 verwendet werden, um zusätzlichen Dampf für eine Verwendung zu erzeugen, wie es vorher beschrieben wurde. Ein Teil der komprimierten Luft vom Gasturbinenkompressor des Gasturbinensystems 211 kann als komprimierter Luftstrom 219 abgezogen und mit dem komprimierten Lufteinspeisungsstrom 41 kombiniert werden, um eine zusätzliche komprimierte Lufteinspeisung für das Luftzerlegungssystem 67 zur Verfügung zu stellen.
  • Wenn ein stickstoffreiches Produkt mit hohem Druck benötigt wird, kann der Strom 221 als ein Teil des stickstoffreichen Produktstroms 201 abgezogen und im Kompressor 223 komprimiert werden, der durch das Gasturbinensystem 225 angetrieben wird. In diesem Fall kann das Abgas 227 der Gasturbinen-Expansionsvorrichtung im Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator 21 verwendet werden, um zusätzlichen Dampf für eine Verwendung zu erzeugen, wie es vorher beschrieben wurde. Ein Teil der komprimierten Luft vom Gasturbinenkompressor des Gasturbinensystems 225 kann als komprimierter Luftstrom 229 abgezogen und mit dem komprimierten Lufteinspeisungsstrom 41 kombiniert werden, um eine zusätzliche komprimierte Lufteinspeisung für das Luftzerlegungssystem 67 zur Verfügung zu stellen.
  • Mit den zwei Ausführungsbeispielen der oben beschriebenen Erfindung sind verschiedene Betriebsalternativen möglich. Etwas vom Stickstoffprodukt von der Luftzerlegungseinheit 67 kann komprimiert und in die Verbrennungseinrichtung 7 eingeführt werden, wobei etwas oder alles von dem Dampf, der im Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator 21 erzeugt wurde, in einer Dampfturbine expandiert werden kann, um einen weiteren Kompressor anzutreiben oder um elektrische Energie zu erzeugen. Die Sauerstoff-Produktströme 48 oder 215 können im Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator 21 erwärmt werden. Die Gasturbine kann so dimensioniert sein, dass sie zusätzlich zu den zwei Luftkompressoren 3 und 35 einen elektrischen Generator antreiben. Wenn ein LOX-Pumpen-Luftzerlegungszyklus verwendet wird, würde die Sauerstoffkompression nicht erforderlich sein, wobei die Stickstoff-Expansionsarbeit mit hohem Druck von der Expansionsvorrichtung 73 verwendet werden könnte, um einen Einspeisungsluft-Kompressor anzutreiben. Der Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator 21 muss nicht verwendet werden, um die Ausrüstungsanforderungen zu vereinfachen.
  • Beispiel
  • Das integrierte Luftzerlegungs-/Gasturbinensystem nach 1 wurde durch Wärme- und Materialgleichgewichte für ein System simuliert, das 1000 Tonnen/Tag Sauerstoff von 95 Mol % bei etwa 1323,79 KPa abs. (192 psia) erzeugt. Dieses Verfahren wurde bei einer Temperatur der Umgebungsluft von 15°C (59°F) simuliert, wobei eine Strom-Zusammenfassung für die Simulation in Tabelle 1 gegeben wird.
  • Tabelle 1. Strom-Zusammenfassung für das Beispiel Temperatur der Umgebungsluft = 15°C (59°F)
    Figure 00170001
  • Als Nächstes wurde das Verfahren für eine Temperatur der Umgebungsluft von 32,22°C (90°F) simuliert, wobei eine Strom-Zusammenfassung bei dieser höheren Temperatur in Tabelle 2 gegeben wird.
  • Tabelle 2. Strom-Zusammenfassung für das Beispiel Temperatur der Umgebungsluft = 32,22°C (90°F)
    Figure 00180001
  • Auf Grund der Erhöhung der Umgebungstemperatur sinkt die Masse im ganzen Kompressor 3 (dem Gasturbinenkompressor) um 2,3%, wobei die Masse im ganzen Kompressor 35 (dem Kompressor der Luftzerlegungseinheit) um 2,6% sinkt. Um die Strömung des Sauerstoff-Produktstroms 48 bei 10,52 kg/sek (23,2 lb/sec) aufrechtzuerhalten, wird die Einspeisungsluft-Strömung im gesamten komprimierten Lufteinspeisungsstrom 41 durch die Erhöhung der Strömung des extrahierten Luftstroms 39 aufrechterhalten, um das Abnehmen der Strömung von Kompressor 35 auszugleichen. Dieses senkt die Luftströmung zur Gasturbinen-Verbrennungseinrichtung 7, die durch die Erhöhung der Strömung des Brennstoff-Stroms 9 und des Dampf-Stroms 13 zur Verbrennungseinrichtung 7 ausgeglichen wird. Dieser Ausgleich erhöht die Massenströmung des Treibgases zur Gasturbinen-Expansionsvorrichtung 17, die es wiederum der Expansionsvorrichtung ermöglicht, die Schaft- bzw. Wellenarbeit (shaft work) zu erzeugen, die notwendig ist, um die Kompressoren 3 und 35 anzutreiben. Dieses Beispiel veranschaulicht damit den Nutzen der vorliegenden Erfindung, den Überlast-Betrieb auszugleichen, der mit einer Erhöhung der Temperatur der Umgebungsluft auftreten kann.
  • Alternativ kann der Kompressor 35 so dimensioniert sein, dass er bei einem herunter gefahrenen Zustand für volle Sauerstoff-Produktionsraten bei normalen Umgebungstemperaturen arbeitet. Wenn sich die Temperatur der Umgebungsluft erhöht, würde die Einstellung der Leitschaufeln des Kompressor 35 so einreguliert sein, dass die Kompression von zusätzlicher Luft ermöglicht wird, um das Abnehmen der Massenströmung durch den Kompressor 3 auszugleichen. Auf diese Weise würde die Verbrennungseinrichtung 7 bei konstanteren Luft/Brennstoffverhältnissen arbeiten, ungeachtet der Temperatur der Umgebungsluft.
  • Wenn sich der Bedarf an Sauerstoff bei konstanter Lufttemperatur ändert, würden die Leitschaufel-Regulierungen des Kompressors 35 gesteuert werden, wie es vorher beschrieben wurde, um die Änderung des Bedarfs an Massenströmung der Luft in Linie 41 anzupassen.
  • Die Brenntemperatur in der Verbrennungseinrichtung 7 kann durch das Steuern des Luftstroms 5 durch die Leitschaufeln an den Kompressoren 3 und 35 und durch Variieren der Strömung des Dampfstroms 13 und des Wasserstroms 15 auf einem annähernd konstanten Pegel aufrechterhalten werden. Wenn die Dampferzeugung im Strom 13 durch die Massenströmung und die Temperatur des Gasturbinen-Austrittstroms 19 behindert wird, kann der Wasserstrom 15 besonders nützlich sein, um die Erzeugung von mehr Energie in der Expansionsvorrichtung 17 zu ermöglichen, ohne dass eine Änderung der Brenntemperatur der Verbrennungseinrichtung 7 erforderlich ist. Der Wasserstrom 15 kann variiert werden, um bei einer festgelegten Energieausgabe-Anforderung der Expansionsturbine 17 jeglichen Defizit der kombinierten Strömungen der Ströme 5 und 13 auszugleichen.
  • Damit stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen von Sauerstoff mittels einer Luftzerlegungseinheit bereit, die mit einem von einer Gasturbine ange triebenen Luft-Kompressionssystem zusammengefasst ist, das mittels Brennstoff als Haupt-Energiequelle arbeitet. Da das Verfahren nur von Expansionsturbinen angetriebene Kompressoren nutzt, ist es besonders an entfernten Orten nützlich, wo Brennstoff wie Erdgas reichlich vorhanden ist, Investitionskosten minimiert werden müssen und elektrische Energie für die Einfuhr nicht ohne weiteres zur Verfügung steht. Die gesamte Einspeisungsluft für die Luftzerlegungseinheit wird durch zwei separate Kompressoren zur Verfügung gestellt, die durch die Gasturbinen-Expansionseinrichtung angetrieben werden, wobei ein Kompressor Luft für die Luftzerlegungseinheit und für die Gasturbinen-Verbrennungseinrichtung und der andere Kompressor Einspeisungsluft für die Luftzerlegungseinheit zu Verfügung stellt. Dieses Merkmal berücksichtigt einen höheren Flexibilitätsgrad während Überlastbedingungen oder während des Betriebs unterhalb der Konstruktions-Sauerstoff-Produktionsrate.
  • Die Erfindung stellt außerdem eine verbesserte Flexibilität bei der Gestaltung des integrierten Luftzerlegungs-/Gasturbinensystems zu Verfügung. Die Verwendung eines zweiten Luftkompressors, der zusammen mit dem Gasturbinen-Luftkompressor durch die Gasturbinen-Expansionsvorrichtung angetrieben wird, stellt diese Flexibilität zu Verfügung. Da der Gasturbinen-Luftkompressor Luft sowohl für die Gasturbinen-Verbrennungseinrichtung als auch für die Luftzerlegungssysteme zuführt, kann es die Auswahl eines einzelnen, richtig dimensionierten Luftkompressors und einer Expansionsturbine von normalen, handelsüblich erhältlichen Einheiten erfordern, dass eine diese Einheiten relativ zur anderen übergroß sein würde. Der Gasturbinen-Luftkompressor könnte eine übergroße Expansionsturbine erfordern, wenn die tatsächlichen Leistungsanforderungen eines üblichen Luftkompressors zwischen die Nennausgangsleistungen der handelsüblich erhältlichen Expansionsturbinen fielen. Eine übergroße Expansionsturbine, die unterhalb der Konstruktionskapazität arbeitet, arbeitet unwirtschaftlich, wobei dies offensichtlich unerwünscht ist. Durch die Verwendung von zwei Kompressoren entsprechend der vorliegenden Erfindung könnte eine kleinere Standard-Expansionsturbine ausgewählt werden, die näher an 100% ihrer Konstruktionskapazität arbeiten würde und damit am wirtschaftlichsten arbeitet. Anders ausgedrückt, die vorliegende Erfindung ermöglicht die Leistungsanforderung für eine gegebene Luftkompressions-Nutzleistung, so dass sie einfacher an die Leistungsausgabe einer verfügbaren Expansionsturbine angepasst werden kann, wenn eher zwei Luftkompressoren als ein einzelner Luftkompressor verwendet werden.

Claims (15)

  1. Verfahren zur Luftzerlegung mit den Schritten: (a) Komprimieren von Umgebungsluft in einem ersten Luftkompressor (3), um einen ersten und einen zweiten heißen, unter Druck gesetzten Lufteinspeisungsstrom (5, 39) zur Verfügung zu stellen; (b) Komprimieren von Umgebungsluft in einem zweiten Luftkompressor (35), um einen dritten heißen, unter Druck gesetzten Lufteinspeisungsstrom (37) zur Verfügung zu stellen; (c) Verbrennen eines Brennstoffs mit dem ersten, heißen, unter Druck gesetzten Lufteinspeisungsstrom (5) in einer Gasturbinen-Verbrennungseinrichtung (7), Abziehen eines heißen unter Druck gesetzten Gases (11) aus der Verbrennungseinrichtung, Arbeit leistendes Expandieren des heißen, unter Druck gesetzten Gases (11) in einer Gasturbinen- Expansionsvorrichtung (17), und Abziehen eines Abgases (19) aus der Gasturbinen-Expansionsvorrichtung, wobei die von der Gasturbinen-Expansionsvorrichtung (17) erzeugte Arbeit wenigstens einen Teil der Arbeit zur Verfügung stellt, die erforderlich ist, um den ersten und den zweiten Luftkompressor (3; 35) anzutreiben; und (d) Kombinieren des zweiten und des dritten heißen unter Druck gesetzten Lufteinspeisungsstroms (37, 39), Kühlen (43) des sich ergebenden kombinierten heißen, unter Druck gesetzten Lufteinspeisungsstroms (41), und Zerlegen des sich ergebenden, abgekühlten, unter Druck gesetzten Lufteinspeisungsstroms (49) in einem Luftzerlegungssystem (67), um ein sauerstoffreiches Produktgas (69) und ein stickstoffreiches Produktgas (55) zu ergeben, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasturbinen-Expansionsvorrichtung (17) den ersten Kompressor (3) über eine Welle (18) und den zweiten Luftkompressor (35) über eine Welle (34) antreibt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin aufweist: (e) Erwärmen (51) und Arbeit leistendes Expandieren (73) des stickstoffreichen Produktgases (55), um Schaft- bzw. Wellenarbeit (Shaft Work) und ein gekühltes stickstoffreiches Produktgas (53) zu ergeben.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, das weiterhin aufweist: (f) Erwärmen (51) des gekühlten stickstoffreichen Produktgases (70), um ein heißes stickstoffreiches Produktgas (45) zur Verfügung zu stellen, Erzeugen von Dampf durch indirekten Wärmeaustausch des heißen stickstoffreichen Produktgases mit Wasser, und Einführen des Dampfes (13) in die Gasturbinen-Verbrennungseinrichtung (7).
  4. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Abkühlen des sich ergebenden, kombinierten heißen, unter Druck gesetzten Lufteinspeisungsstroms (41) in (dem Schritt (d) wenigstens teilweise durch indirekten Wärmeaustausch (51) mit dem stickstoffreichen Produktgas (55) des Schrittes (d) und dem gekühlten stickstoffreichen Produktgas (53) des Schrittes (e) zur Verfügung gestellt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 3, das weiterhin das Erzeugen von Dampf durch indirekten Wärmeaustausch (21) des Abgases (19) der Gasturbinen-Expansionsvorrichtung mit Wasser und Einführen des Dampfes in die Gasturbinen-Verbrennungseinrichtung (7) aufweist.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, das weiterhin das Einführen von flüssigem Wasser (15) in die Gasturbinen-Verbrennungseinrichtung (7) aufweist.
  7. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Schaft- bzw. Wellenarbeit (shaft work) von der Arbeit leistenden Expansion des stickstoffreichen Produktgases (55) in dem Schritt (e) dazu benutzt wird, das sauerstoffreiche Produktgas (69) zu komprimieren (75).
  8. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Abkühlen des sich ergebenden kombinierten heißen, unter Druck gesetzten Lufteinspeisungsstroms (41) im Schritt (d) wenigstens teilweise durch indirekten Wärmeaustausch (51) mit dem stickstoffreichen Produktgas (55) des Schrittes (d) zur Verfügung gestellt wird, um das heiße stickstoffreiche Produktgas (45) des Schrittes (f) zu ergeben.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin aufweist: (1) Komprimieren von Luft in einem dritten Luftkompressor, um einen vierten und einen fünften heißen, unter Druck gesetzten Lufteinspeisungsstrom zur Verfügung zu stellen; und (2) Verbrennen von Brennstoff mit dem vierten, heißen, unter Druck gesetzten Lufteinspeisungsstrom in einer zusätzlichen Gasturbinen-Verbrennungseinrichtung, Abziehen eines zusätzlichen heißen, unter Druck gesetzten Gases aus der Gasturbinen-Verbrennungseinrichtung, Expandieren des zusätzlichen heißen unter Druck gesetzten Gases in einer zusätzlichen Gasturbinen-Expansionsvorrichtung, und Abziehen eines zusätzlichen Abgases aus der Gasturbinen-Expansionsvorrichtung, wobei die von der zusätzlichen Expansionsturbine erzeugte Arbeit dazu verwendet wird, das stickstoffreiche oder das sauerstoffreiche Produktgas (65, 69) des Schrittes (d) zu komprimieren.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, das weiter die Erzeugung von Dampf durch indirekten Wärmeaustausch des zusätzlichen Abgases der Gasturbinen-Expansionsvorrichtung mit Wasser und Einführen des Dampfes in die Gasturbinen-Verbrennungseinrichtung (7) gemäß Schritt (c) aufweist.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der fünfte heiße, unter Druck gesetzte Lufteinspeisungsstrom mit dem sich ergebenden, kombinierten, heißen, unter Druck gesetzten Lufteinspeisungsstrom (41) von Schritt (d) kombiniert wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 9, das weiterhin die Erzeugung von Dampf durch indirekten Wärmeaustausch des Abgases (19) der zusätzlichen Gasturbinen-Expansionsvorrichtung mit Wasser und Einführen des Dampfes in die Gasturbinen-Verbrennungseinrichtung (7) gemäß dem Schritt (c) aufweist.
  13. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der fünfte heiße, unter Druck gesetzte Lufteinspeisungsstrom mit dem sich ergebenden kombinierten heißen, unter Druck gesetzten Lufteinspeisungsstrom (41) des Schrittes (d) kombiniert wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 5, wobei sich die Temperatur der Umgebungsluft erhöht, wodurch: (1) die kombinierte Massenströmungsrate des ersten und zweiten heißen, unter Druck gesetzten Lufteinspeisungsstroms (5, 39) im Schritt (a) abnimmt und (2) die Massenströmung des dritten, heißen, unter Druck gesetzten Lufteinspeisungsstroms (37) im Schritt (b) abnimmt; und in Abhängigkeit von der Erhöhung der Temperatur der Umgebungsluft (3) sich die Massenströmungsrate des zweiten, heißen, unter Druck gesetzten Lufteinspeisungsstroms (39) vom Schritt (a) in der Weise erhöht, dass die Massenströmungsrate des sich ergebenden, kombinierten, unter Druck gesetzten Lufteinspeisungsstroms (41) gemäß dem Schritt (d) konstant bleibt, (4) sich die Massenströmungsrate des Brennstoffs im Schritt (c) erhöht, und (5) sich die Massenströmungsrate des Dampfes oder des flüssigen Wassers zu der Gasturbinen-Verbrennungseinrichtung (7) im Schritt (f) erhöht.
  15. Vorrichtung für die Luftzerlegung, die aufweist: (a) einen ersten Luftkompressor (3), um Umgebungsluft zu komprimieren, wodurch ein erster und ein zweiter heißer, unter Druck gesetzter Lufteinspeisungsstrom (5, 39) zur Verfügung gestellt wird; (b) einen zweiten Luftkompressor (35), um Umgebungsluft zu komprimieren, wodurch ein dritter heißer, unter Druck gesetzter Lufteinspeisungsstrom (37) zur Verfügung gestellt wird; (c) eine Gasturbinen-Verbrennungseinrichtung (7) zur Verbrennung eines Brennstoffes mit dem ersten heißen, unter Druck gesetzten Lufteinspeisungsstrom (5), um ein heißes, unter Druck gesetztes Gas (11) zu ergeben; eine Gasturbinen-Expansionsvorrichtung (17) zum Arbeit leistenden Expandieren des heißen, unter Druck gesetzten Gases (11), um ein Abgas (19) der Gasturbinen-Expansionsvorrichtung zu ergeben; (d) eine Rohrleitungsanordnung für die Strömung des ersten, heißen, unter Druck gesetzten Lufteinspeisungsstroms (5) von dem ersten Luftkompressor (3) zu der Gasturbinen-Verbrennungseinrichtung (7) und für die Strömung des heißen, unter Druck gesetzten Gases (11) von der Gasturbinen-Verbrennungeinrichtung (7) zu der Gasturbinen-Expansionsvorrichtung (17); (e) eine Rohrleitungsanordnung zum Kombinieren des zweiten und dritten heißen, unter Druck gesetzten Lufteinspeisungsstroms (37, 39) und zur Verfügungstellung eines sich ergebenden kombinierten heißen, unter Druck gesetzten Lufteinspeisungsstroms (41); (f) eine Kühlanordnung (43, 51), um den sich ergebenden, kombinierten heißen, unter Druck gesetzten Lufteinspeisungsstrom (41) zu kühlen, um einen gekühlten, unter Druck gesetzten Lufteinspeisungsstrom (49) zur Verfügung zu stellen; (g) ein Luftzerlegungssystem (37), um den sich ergebenden, gekühlten, unter Druck gesetzten Lufteinspeisungsstrom (57, 65) in ein sauerstoffreiches Produktgas (69) und ein stickstoffreiches Produktgas (55) zu zerlegen; und (h) eine Rohrleitungsanordnung für die Strömung des gekühlten, unter Druck gesetzten Lufteinspeisungsstroms (49) von der Kühlanordnung (43, 51) zu dem Luftzerlegungssystem (67), dadurch gekennzeichnet, dass die Doppelwellen-Gasturbinen-Expansionsvorrichtung (17) mechanisch mit dem ersten und dem zweiten Luftkompressor (3) in der Weise gekoppelt ist, dass die Arbeit (17) von der Gasturbinen-Expansionsvorrichtung den ersten und zweiten Luftkompressor (3, 75) antreibt.
DE60019019T 1999-06-04 2000-05-30 Verfahren und Vorrichtung zur Luftzerlegung mit Gasturbinen Revoked DE60019019T2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/325,984 US6345493B1 (en) 1999-06-04 1999-06-04 Air separation process and system with gas turbine drivers
US325984 1999-06-04

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE60019019D1 DE60019019D1 (de) 2005-05-04
DE60019019T2 true DE60019019T2 (de) 2006-03-30

Family

ID=23270305

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE60019019T Revoked DE60019019T2 (de) 1999-06-04 2000-05-30 Verfahren und Vorrichtung zur Luftzerlegung mit Gasturbinen

Country Status (5)

Country Link
US (1) US6345493B1 (de)
EP (1) EP1058075B1 (de)
AT (1) ATE292267T1 (de)
DE (1) DE60019019T2 (de)
ZA (1) ZA200002770B (de)

Families Citing this family (92)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6745573B2 (en) * 2001-03-23 2004-06-08 American Air Liquide, Inc. Integrated air separation and power generation process
US6694776B1 (en) * 2003-05-14 2004-02-24 Praxair Technology, Inc. Cryogenic air separation system for producing oxygen
FR2858398B1 (fr) * 2003-07-30 2005-12-02 Air Liquide Procede et installation d'alimentation d'une unite de separation d'air au moyen d'une turbine a gaz
US7479468B2 (en) * 2004-04-15 2009-01-20 Exxonmobil Chemical Patents Inc. Integrating an air separation unit into an oxygenate-to-olefins reaction system
US7398642B2 (en) * 2005-02-04 2008-07-15 Siemens Power Generation, Inc. Gas turbine system including vaporization of liquefied natural gas
CA2616262C (en) * 2005-07-19 2013-07-02 Pacific Consolidated Industries, Llc Mobile nitrogen generation device
NO328260B1 (no) * 2006-06-20 2010-01-18 Aker Engineering & Technology Fremgangsmate og anlegg for re-gassifisering LNG
US7874139B2 (en) 2006-10-13 2011-01-25 Siemens Energy, Inc. IGCC design and operation for maximum plant output and minimum heat rate
FR2919717A1 (fr) * 2007-11-06 2009-02-06 Air Liquide Procede et appareil de separation d'air avec compression de produit
FR2919920A1 (fr) * 2007-12-14 2009-02-13 Air Liquide Procede et appareil de separation d'air par distillation cryogenique
CA2715186C (en) 2008-03-28 2016-09-06 Exxonmobil Upstream Research Company Low emission power generation and hydrocarbon recovery systems and methods
WO2009121008A2 (en) * 2008-03-28 2009-10-01 Exxonmobil Upstream Research Company Low emission power generation and hydrocarbon recovery systems and methods
SG195533A1 (en) 2008-10-14 2013-12-30 Exxonmobil Upstream Res Co Methods and systems for controlling the products of combustion
US8865608B2 (en) * 2009-02-27 2014-10-21 Uop Llc Turndown thermocompressor design for continuous catalyst recovery
US8418472B2 (en) * 2009-05-22 2013-04-16 General Electric Company Method and system for use with an integrated gasification combined cycle plant
MY171001A (en) 2009-06-05 2019-09-23 Exxonmobil Upstream Res Co Combustor systems and combustion burners for combusting a fuel
MX341477B (es) 2009-11-12 2016-08-22 Exxonmobil Upstream Res Company * Sistemas y métodos de generación de potencia de baja emisión y recuperación de hidrocarburos.
FR2957408B1 (fr) * 2010-03-09 2015-07-17 Air Liquide Procede et appareil de chauffage d'un gaz de l'air provenant d'un appareil de separation d'air
JP5906555B2 (ja) 2010-07-02 2016-04-20 エクソンモービル アップストリーム リサーチ カンパニー 排ガス再循環方式によるリッチエアの化学量論的燃焼
WO2012003078A1 (en) 2010-07-02 2012-01-05 Exxonmobil Upstream Research Company Stoichiometric combustion with exhaust gas recirculation and direct contact cooler
TWI593878B (zh) 2010-07-02 2017-08-01 艾克頌美孚上游研究公司 用於控制燃料燃燒之系統及方法
AU2011271633B2 (en) 2010-07-02 2015-06-11 Exxonmobil Upstream Research Company Low emission triple-cycle power generation systems and methods
CA2801499C (en) 2010-07-02 2017-01-03 Exxonmobil Upstream Research Company Low emission power generation systems and methods
US9903279B2 (en) 2010-08-06 2018-02-27 Exxonmobil Upstream Research Company Systems and methods for optimizing stoichiometric combustion
US9399950B2 (en) 2010-08-06 2016-07-26 Exxonmobil Upstream Research Company Systems and methods for exhaust gas extraction
TWI563165B (en) 2011-03-22 2016-12-21 Exxonmobil Upstream Res Co Power generation system and method for generating power
TWI593872B (zh) 2011-03-22 2017-08-01 艾克頌美孚上游研究公司 整合系統及產生動力之方法
TWI564474B (zh) 2011-03-22 2017-01-01 艾克頌美孚上游研究公司 於渦輪系統中控制化學計量燃燒的整合系統和使用彼之產生動力的方法
TWI563166B (en) 2011-03-22 2016-12-21 Exxonmobil Upstream Res Co Integrated generation systems and methods for generating power
US8281596B1 (en) 2011-05-16 2012-10-09 General Electric Company Combustor assembly for a turbomachine
WO2012162417A2 (en) * 2011-05-26 2012-11-29 Praxair Technology, Inc. Air separation power generation integration
US8474271B2 (en) * 2011-08-08 2013-07-02 General Electric Company System and method for hot ambient and grid frequency compensation for a gas turbine
US8899975B2 (en) 2011-11-04 2014-12-02 General Electric Company Combustor having wake air injection
US9267687B2 (en) 2011-11-04 2016-02-23 General Electric Company Combustion system having a venturi for reducing wakes in an airflow
WO2013095829A2 (en) 2011-12-20 2013-06-27 Exxonmobil Upstream Research Company Enhanced coal-bed methane production
US9353682B2 (en) 2012-04-12 2016-05-31 General Electric Company Methods, systems and apparatus relating to combustion turbine power plants with exhaust gas recirculation
US9784185B2 (en) 2012-04-26 2017-10-10 General Electric Company System and method for cooling a gas turbine with an exhaust gas provided by the gas turbine
US10273880B2 (en) 2012-04-26 2019-04-30 General Electric Company System and method of recirculating exhaust gas for use in a plurality of flow paths in a gas turbine engine
US9599070B2 (en) 2012-11-02 2017-03-21 General Electric Company System and method for oxidant compression in a stoichiometric exhaust gas recirculation gas turbine system
US9574496B2 (en) 2012-12-28 2017-02-21 General Electric Company System and method for a turbine combustor
US9708977B2 (en) 2012-12-28 2017-07-18 General Electric Company System and method for reheat in gas turbine with exhaust gas recirculation
US10215412B2 (en) 2012-11-02 2019-02-26 General Electric Company System and method for load control with diffusion combustion in a stoichiometric exhaust gas recirculation gas turbine system
US9631815B2 (en) 2012-12-28 2017-04-25 General Electric Company System and method for a turbine combustor
US9611756B2 (en) 2012-11-02 2017-04-04 General Electric Company System and method for protecting components in a gas turbine engine with exhaust gas recirculation
US10138815B2 (en) 2012-11-02 2018-11-27 General Electric Company System and method for diffusion combustion in a stoichiometric exhaust gas recirculation gas turbine system
US9869279B2 (en) 2012-11-02 2018-01-16 General Electric Company System and method for a multi-wall turbine combustor
US9803865B2 (en) 2012-12-28 2017-10-31 General Electric Company System and method for a turbine combustor
US10107495B2 (en) 2012-11-02 2018-10-23 General Electric Company Gas turbine combustor control system for stoichiometric combustion in the presence of a diluent
US10208677B2 (en) 2012-12-31 2019-02-19 General Electric Company Gas turbine load control system
US9581081B2 (en) 2013-01-13 2017-02-28 General Electric Company System and method for protecting components in a gas turbine engine with exhaust gas recirculation
US9512759B2 (en) 2013-02-06 2016-12-06 General Electric Company System and method for catalyst heat utilization for gas turbine with exhaust gas recirculation
US9938861B2 (en) 2013-02-21 2018-04-10 Exxonmobil Upstream Research Company Fuel combusting method
TW201502356A (zh) 2013-02-21 2015-01-16 Exxonmobil Upstream Res Co 氣渦輪機排氣中氧之減少
RU2637609C2 (ru) 2013-02-28 2017-12-05 Эксонмобил Апстрим Рисерч Компани Система и способ для камеры сгорания турбины
US9618261B2 (en) 2013-03-08 2017-04-11 Exxonmobil Upstream Research Company Power generation and LNG production
TW201500635A (zh) 2013-03-08 2015-01-01 Exxonmobil Upstream Res Co 處理廢氣以供用於提高油回收
US20140250945A1 (en) 2013-03-08 2014-09-11 Richard A. Huntington Carbon Dioxide Recovery
WO2014137648A1 (en) 2013-03-08 2014-09-12 Exxonmobil Upstream Research Company Power generation and methane recovery from methane hydrates
US9322553B2 (en) 2013-05-08 2016-04-26 General Electric Company Wake manipulating structure for a turbine system
US9739201B2 (en) 2013-05-08 2017-08-22 General Electric Company Wake reducing structure for a turbine system and method of reducing wake
US9617914B2 (en) 2013-06-28 2017-04-11 General Electric Company Systems and methods for monitoring gas turbine systems having exhaust gas recirculation
US9835089B2 (en) 2013-06-28 2017-12-05 General Electric Company System and method for a fuel nozzle
US9631542B2 (en) 2013-06-28 2017-04-25 General Electric Company System and method for exhausting combustion gases from gas turbine engines
TWI654368B (zh) 2013-06-28 2019-03-21 美商艾克頌美孚上游研究公司 用於控制在廢氣再循環氣渦輪機系統中的廢氣流之系統、方法與媒體
US9903588B2 (en) 2013-07-30 2018-02-27 General Electric Company System and method for barrier in passage of combustor of gas turbine engine with exhaust gas recirculation
US9587510B2 (en) 2013-07-30 2017-03-07 General Electric Company System and method for a gas turbine engine sensor
US9951658B2 (en) 2013-07-31 2018-04-24 General Electric Company System and method for an oxidant heating system
US9435221B2 (en) 2013-08-09 2016-09-06 General Electric Company Turbomachine airfoil positioning
US9752458B2 (en) 2013-12-04 2017-09-05 General Electric Company System and method for a gas turbine engine
US10030588B2 (en) 2013-12-04 2018-07-24 General Electric Company Gas turbine combustor diagnostic system and method
US10227920B2 (en) 2014-01-15 2019-03-12 General Electric Company Gas turbine oxidant separation system
US9863267B2 (en) 2014-01-21 2018-01-09 General Electric Company System and method of control for a gas turbine engine
US9915200B2 (en) 2014-01-21 2018-03-13 General Electric Company System and method for controlling the combustion process in a gas turbine operating with exhaust gas recirculation
US10079564B2 (en) 2014-01-27 2018-09-18 General Electric Company System and method for a stoichiometric exhaust gas recirculation gas turbine system
US10047633B2 (en) 2014-05-16 2018-08-14 General Electric Company Bearing housing
US9885290B2 (en) 2014-06-30 2018-02-06 General Electric Company Erosion suppression system and method in an exhaust gas recirculation gas turbine system
US10060359B2 (en) 2014-06-30 2018-08-28 General Electric Company Method and system for combustion control for gas turbine system with exhaust gas recirculation
US10655542B2 (en) 2014-06-30 2020-05-19 General Electric Company Method and system for startup of gas turbine system drive trains with exhaust gas recirculation
US20160131146A1 (en) * 2014-11-07 2016-05-12 General Electric Company Pressure sensor system for calculating compressor mass flow rate using sensors at plenum and compressor entrance plane
US9819292B2 (en) 2014-12-31 2017-11-14 General Electric Company Systems and methods to respond to grid overfrequency events for a stoichiometric exhaust recirculation gas turbine
US9869247B2 (en) 2014-12-31 2018-01-16 General Electric Company Systems and methods of estimating a combustion equivalence ratio in a gas turbine with exhaust gas recirculation
US10788212B2 (en) 2015-01-12 2020-09-29 General Electric Company System and method for an oxidant passageway in a gas turbine system with exhaust gas recirculation
US10253690B2 (en) 2015-02-04 2019-04-09 General Electric Company Turbine system with exhaust gas recirculation, separation and extraction
US10094566B2 (en) 2015-02-04 2018-10-09 General Electric Company Systems and methods for high volumetric oxidant flow in gas turbine engine with exhaust gas recirculation
US10316746B2 (en) 2015-02-04 2019-06-11 General Electric Company Turbine system with exhaust gas recirculation, separation and extraction
US10267270B2 (en) 2015-02-06 2019-04-23 General Electric Company Systems and methods for carbon black production with a gas turbine engine having exhaust gas recirculation
US10145269B2 (en) 2015-03-04 2018-12-04 General Electric Company System and method for cooling discharge flow
US10480792B2 (en) 2015-03-06 2019-11-19 General Electric Company Fuel staging in a gas turbine engine
US10359231B2 (en) * 2017-04-12 2019-07-23 Praxair Technology, Inc. Method for controlling production of high pressure gaseous oxygen in an air separation unit
US10836634B1 (en) 2019-03-21 2020-11-17 Emerging Fuels Technology, Inc. Integrated GTL process
CN112556313A (zh) * 2020-12-28 2021-03-26 镇江市恒利低温技术有限公司 一种利用高温高压蒸汽的供热、空分系统及其应用方法
US11220473B1 (en) 2021-02-19 2022-01-11 Emerging Fuels Technology, Inc. Integrated GTL process

Family Cites Families (39)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3731495A (en) 1970-12-28 1973-05-08 Union Carbide Corp Process of and apparatus for air separation with nitrogen quenched power turbine
IL36741A (en) 1971-04-30 1974-11-29 Zakon T Method for the separation of gaseous mixtures with recuperation of mechanical energy and apparatus for carrying out this method
IL44298A (en) 1974-02-27 1978-10-31 Tsadok Zakon Method for the separation of air with recuperation of mechanical energy
DE2503193A1 (de) 1975-01-27 1976-07-29 Linde Ag Verfahren zur herstellung eines heizgases durch druckvergasung kohlenstoffhaltiger brennstoffe
DE2835852C2 (de) 1978-08-16 1982-11-25 Kraftwerk Union AG, 4330 Mülheim Kombinierte Gas-Dampfkraftanlage mit einer Vergasungseinrichtung für den Brennstoff
US4224045A (en) 1978-08-23 1980-09-23 Union Carbide Corporation Cryogenic system for producing low-purity oxygen
DE2930523A1 (de) * 1979-07-27 1981-02-12 Linde Ag Verfahren und vorrichtung zur gleichzeitigen gewinnung von stickstoff und kohlendioxid
DE3408937A1 (de) 1984-01-31 1985-08-08 BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden, Aargau Kombinierte gas-/dampf-kraftwerkanlage
DE3415224A1 (de) 1984-04-21 1985-10-24 Kraftwerk Union AG, 4330 Mülheim Gasturbinen- und dampfkraftwerk mit einer integrierten kohlevergasungsanlage
EP0211335B1 (de) 1985-08-05 1988-05-11 Siemens Aktiengesellschaft Kombiniertes Gas- und Dampfturbinenkraftwerk
US4707994A (en) 1986-03-10 1987-11-24 Air Products And Chemicals, Inc. Gas separation process with single distillation column
US4785621A (en) 1987-05-28 1988-11-22 General Electric Company Air bottoming cycle for coal gasification plant
GB8820582D0 (en) 1988-08-31 1988-09-28 Boc Group Plc Air separation
GB8824216D0 (en) 1988-10-15 1988-11-23 Boc Group Plc Air separation
GB8913001D0 (en) 1989-06-06 1989-07-26 Boc Group Plc Air separation
US5081845A (en) 1990-07-02 1992-01-21 Air Products And Chemicals, Inc. Integrated air separation plant - integrated gasification combined cycle power generator
JPH05149147A (ja) * 1991-05-10 1993-06-15 Union Carbide Ind Gases Technol Corp 燃焼器−タービン及び圧縮器を一体化するためのシステム及び方法
GB9111157D0 (en) 1991-05-23 1991-07-17 Boc Group Plc Fluid production method and apparatus
US5257504A (en) 1992-02-18 1993-11-02 Air Products And Chemicals, Inc. Multiple reboiler, double column, elevated pressure air separation cycles and their integration with gas turbines
US5421166A (en) 1992-02-18 1995-06-06 Air Products And Chemicals, Inc. Integrated air separation plant-integrated gasification combined cycle power generator
GB9208647D0 (en) 1992-04-22 1992-06-10 Boc Group Plc Air separation
FR2690711B1 (fr) * 1992-04-29 1995-08-04 Lair Liquide Procede de mise en óoeuvre d'un groupe turbine a gaz et ensemble combine de production d'energie et d'au moins un gaz de l'air.
US5295350A (en) * 1992-06-26 1994-03-22 Texaco Inc. Combined power cycle with liquefied natural gas (LNG) and synthesis or fuel gas
US5251451A (en) 1992-08-28 1993-10-12 Air Products And Chemicals, Inc. Multiple reboiler, double column, air boosted, elevated pressure air separation cycle and its integration with gas turbines
US5251450A (en) 1992-08-28 1993-10-12 Air Products And Chemicals, Inc. Efficient single column air separation cycle and its integration with gas turbines
DE4301100C2 (de) 1993-01-18 2002-06-20 Alstom Schweiz Ag Baden Verfahren zum Betrieb eines Kombikraftwerkes mit Kohle- oder Oelvergasung
US5388395A (en) 1993-04-27 1995-02-14 Air Products And Chemicals, Inc. Use of nitrogen from an air separation unit as gas turbine air compressor feed refrigerant to improve power output
US5459994A (en) 1993-05-28 1995-10-24 Praxair Technology, Inc. Gas turbine-air separation plant combination
US5406786A (en) 1993-07-16 1995-04-18 Air Products And Chemicals, Inc. Integrated air separation - gas turbine electrical generation process
US5666800A (en) * 1994-06-14 1997-09-16 Air Products And Chemicals, Inc. Gasification combined cycle power generation process with heat-integrated chemical production
GB9425484D0 (en) * 1994-12-16 1995-02-15 Boc Group Plc Air separation
DE19529681C2 (de) 1995-08-11 1997-05-28 Linde Ag Verfahren und Vorrichtung zur Luftzerlegung durch Tieftemperaturrektifikation
US5740673A (en) 1995-11-07 1998-04-21 Air Products And Chemicals, Inc. Operation of integrated gasification combined cycle power generation systems at part load
US5666823A (en) 1996-01-31 1997-09-16 Air Products And Chemicals, Inc. High pressure combustion turbine and air separation system integration
US5722259A (en) 1996-03-13 1998-03-03 Air Products And Chemicals, Inc. Combustion turbine and elevated pressure air separation system with argon recovery
US5901547A (en) * 1996-06-03 1999-05-11 Air Products And Chemicals, Inc. Operation method for integrated gasification combined cycle power generation system
GB9624819D0 (en) 1996-11-28 1997-01-15 Air Prod & Chem Use of elevated pressure nitrogen streams to perform work
US5802875A (en) * 1997-05-28 1998-09-08 Praxair Technology, Inc. Method and apparatus for control of an integrated croyogenic air separation unit/gas turbine system
FR2782154B1 (fr) * 1998-08-06 2000-09-08 Air Liquide Installation combinee d'un appareil de production de fluide de l'air et d'une unite dans laquelle se produit une reaction chimique et procede de mise en oeuvre

Also Published As

Publication number Publication date
US6345493B1 (en) 2002-02-12
EP1058075A1 (de) 2000-12-06
EP1058075B1 (de) 2005-03-30
ATE292267T1 (de) 2005-04-15
ZA200002770B (en) 2001-12-03
DE60019019D1 (de) 2005-05-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60019019T2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Luftzerlegung mit Gasturbinen
DE60036327T2 (de) Verfahren zur Luftzerlegung mit einer Brennkraftmaschine zur Herstellung von Luftgasen und elektrischer Energie
DE69918492T2 (de) Turbine à gaz à chauffage indirect integree à une unite de separation des gaz de l'air
DE60037984T2 (de) Luftzerlegungsverfahren mit einer Gasturbine
DE69102577T2 (de) Kraftanlage.
DE102007053192B4 (de) Kraftwerke mit Gasturbinen zur Erzeugung von Elektroenergie und Prozesse zu der Reduzierung von CO2-Emissionen
EP0553125B1 (de) Verfahren und anlage zur kombinierten erzeugung elektrischer und mechanischer energie
EP1484102B1 (de) Verfahren zur Erzeugung von Energie in einer eine Gasturbine umfassenden Energieerzeugungsanlage sowie Energieerzeugungsanlage
DE69210009T2 (de) Hochdrucklufttrennungszyklen, mit mehrfachem Aufkocher und Doppelkolonne und ihre Integration in Gasturbinen
DE60102788T3 (de) Integriertes Verfahren zur Luftzerlegung und Energieerzeugung
DE102007050781A1 (de) Systeme und Verfahren zur Energieerzeugung mit Kohlendioxydabsonderung
DE102004039164A1 (de) Verfahren zur Erzeugung von Energie in einer eine Gasturbine umfassenden Energieerzeugungsanlage sowie Energieerzeugungsanlage zur Durchführung des Verfahrens
EP2382029B1 (de) Gasturbine mit strömungsteilung und rezirkulation
DE2503193A1 (de) Verfahren zur herstellung eines heizgases durch druckvergasung kohlenstoffhaltiger brennstoffe
EP1219800A2 (de) Gasturbinenzyklus
DE2164795B2 (de) Verfahren zur Rückgewinnung von Verdichtungsenergie bei einer Luftzerlegungsanlage
DE102007050783A1 (de) Systeme und Verfahren zur Energieerzeugung mit Kohlendioxydisolation
EP1913238A2 (de) Verfahren zur steigerung des wirkungsgrads eines kombinierten gas- und dampfkraftwerks mit integrierter brennstoffvergasung
DE60022568T2 (de) Integrierte Luftzerlegung- und Kraftanlage
DE3706733A1 (de) Gastrennungsverfahren mit einzeldestillationskolonne
DE112008001788T5 (de) Verfahren und Anlage zur kombinierten Erzeugung von elektrischer Energie und Wasser
EP2867599A2 (de) Verfahren und vorrichtung zur erzeugung elektrischer energie
DE102004038435A1 (de) Stromerzeugungs-Zyklus mit einer Brennstoffzelle und einem GuD-Kraftwerk
DE3908505C2 (de)
EP0209044B1 (de) Kombiniertes Gas- und Dampfturbinenkraftwerk

Legal Events

Date Code Title Description
8363 Opposition against the patent
8331 Complete revocation