DE60216248T2 - Verfahren zur energiegewinnung mit integrierter lufttrennung - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Energiegewinnung mit integrierter Lufttrennung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Trennen von wenigstens Sauerstoff und Stickstoff aus Luft und zum Integrieren der Verwendung von Sauerstoff und Stickstoff in ein Verfahren zur effizienten Gewinnung von elektrischer Energie.
  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Kraft-Wärme-Kopplung (Kogeneration) beinhaltet die Verwendung einer einzigen Brennstoffquelle, um gleichzeitig, in derselben Anlage, Wärmeenergie, gewöhnlich in der Form von Dampf, und elektrische Energie zu erzeugen. Seit dem Gesetz über die Regulierung von Energieversorgungsunternehmen (Public Utility Regulatory Policy Act) von 1978 wird den Betreibern von Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen ein finanzieller Anreiz gegeben, überschüssige elektrische Energie an Energieversorgungsunternehmen zu verkaufen, während die Energieversorgungsunternehmen motiviert werden, diese elektrische Energie zu kaufen. Demzufolge wurden ständige Anstrengungen unternommen, um die Energieeffizienz von Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen zu erhöhen, insbesondere in den USA. Außerdem haben die steigenden und stark schwankenden Kosten von Erdgas für viele Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen den wirtschaftlichen Anreiz verstärkt, andere Brennstoffquellen zu verwenden, wie zum Beispiel Kohle.
  • Bei vielen Kraft-wärme-Kopplungsprozessen wird ein integrierter, hocheffizienter kombinierter Zyklus verwendet, um den Wirkungsgrad zu erhöhen. Normalerweise ist ein kombinierter Zyklus eine Dampfturbine (d.h. Rankine-Zyklus), die thermodynamisch mit einer Gasturbine (d.h. Brayton-Zyklus) gekoppelt ist. Systeme mit kombiniertem Dampfturbinen- und Gasturbinen-Zyklus werden oft verwendet, wenn Erdgas die Brennstoffquelle ist, da Erdgas meist eine niedrigere Konzentration von Verunreinigungen aufweist, welche Hitzekorrosion, Fouling und einen schnellen Verschleiß bei den Gasturbinenteilen verursachen können, besonders an den Flächen der Gasturbinenschaufeln. Daher schreckte man in der Vergangenheit dort, wo Kohle als eine Brennstoffquelle verwendet wird, aufgrund der verschiedenen Verunreinigungen in Kohle, welche eine Korrosion der Gasturbine verursachen können, vor der Anwendung von Systemen mit einem hocheffizienten kombinierten Dampf-Gas-Zyklus zurück. Demzufolge ist es bei Anwendung eines kombinierten Dampf-Gas-Zyklus in einem Kraft-Wärme-Kopplungsprozess mit Kohleverbrennung wichtig, die Einwirkung von Rauchgasverunreinigungen und von Temperaturen, die den maximal zulässigen Wert wesentlich überschreiten, auf die Gasturbine zu begrenzen. Die maximal zulässige Temperatur für eine Gasturbine wird hauptsächlich von den Konstruktionsmaterialien der Gasturbine und ihren sonstigen Betriebsbedingungen diktiert und liegt normalerweise in einem Bereich von ungefähr 1000°C bis ungefähr 1450°C. Die Begrenzung der Einwirkung von Rauchgasverunreinigungen und höheren Temperaturen hilft dann, nennenswerte Korrosionsprobleme bei der Gasturbine zu verhindern und dadurch die Wartungskosten der Anlage niedrig zu halten.
  • In US 4,116,005 von Willyoung wird die Verwendung eines Wirbelbettes vorgeschlagen, das Schwefel sorbierende Partikel enthält, die von der ausströmenden Luft einer Gasturbine bei einem annähernd atmosphärischen Druck fluidisiert werden, welches auch eine O2-Quelle für die Verbrennung der Kohle liefert. Das von Willyoung vorgeschlagene System bewirkt jedoch keine zusätzliche Erhöhung des Eigenwirkungsgrades der Anwendung eines kombinierten Dampf-Gas-Zyklus in einem Kraft-Wärme-Kopplungsprozess. Außerdem erfordert die für das Verfahren von Willyoung erforderliche Modifikation der Brennkammer mit einem Wirbelbett erhebliche Aufwendungen und Instandhaltung, um die Korrosion der Gasturbine zu begrenzen.
  • Ein weiterer Faktor, der eine Herausforderung bei vielen Kraft-Wärme-Kopplungsprozessen mit Verbrennung von Kohle darstellt, sind Gasemissionen in die Atmosphäre, insbesondere Stickoxide (NOx), wie etwa Stickstoffmonoxid (NO), Stickstoffdioxid (NO2) und Distickstoffmonoxid (N2O), Schwefeloxide (SOx), wie etwa Schwefeldioxid (SO3) und Schwefeltrioxid (SO3), und Kohlendioxid (CO2). Einige Verfechter der Theorie von der globalen Erwärmung bringen die zu hohen N2O- und CO2-Emissionen mit der Klimaänderung in Zusammenhang. Außerdem können NOx-Emissionen, wie etwa NO oder NO2, in ausreichender Konzentration giftig für die Gesundheit und die Umwelt sein. Ferner können SOx-Emissionen in ausreichender Konzentration zur Erzeugung von "saurem Regen" beitragen, welcher schädliche Auswirkungen auf verschiedene Pflanzen und Wasserlebewesen haben kann. Somit ist es möglich, dass viele dieser Gase oder alle bald noch strenger reguliert werden, zumindest in bestimmten Ländern oder Regionen mit entwickelter Marktwirtschaft wie den USA, Kanada, Japan und Europa. Demzufolge hat diese Aussicht einer zunehmend strengeren Regulierung für einige oder alle Gasemissionen, welche normalerweise Nebenprodukte der Kohleverbrennung sind, dazu geführt, dass Kraft-Wärme-Kopplungsprozesse, bei denen Kohle als Brennstoff verwendet wird, vom Standpunkt der Betriebskosten aus gesehen weniger attraktiv geworden sind.
  • Zum Beispiel haben verschiedene Länder, darunter unter anderem Frankreich, Deutschland, Großbritannien, Australien, die USA, Kanada und Japan, vereinbart, sich innerhalb ihrer jeweiligen Jurisdiktionen um die Billigung und Annahme des Kyoto-Protokolls zu bemühen. Das Kyoto-Protokoll war ein Ergebnis der UN-Rahmenkonvention zum Klimawandel (United Nations Framework Convention on Climate Change), die im Dezember 1997 in Kyoto, Japan stattfand. Unter dem Kyoto-Protokoll willigte jeder Teilnehmer im Prinzip ein, "entsprechend seinen nationalen Gegebenheiten eine Politik und Maßnahmen zu implementieren und/oder weiterzuentwickeln", um unter anderem die Energieeffizienz zu erhöhen und Reservoire von gewissen atmosphärischen Gasen zu schützen, die nicht durch das Montreal-Protokoll kontrolliert werden (z.B. CO2).
  • Allgemein haben im Rahmen des Kyoto-Protokolls die teilnehmenden Länder vereinbart, die Emissionen von in dem Protokoll angegebenen Treibhausgasen zu begrenzen, darunter CO2, Methan (CH4), N2O, Fluorkohlenwasserstoffe (HFCs), Perfluorkohlenstoffe (PFCs) und Schwefelhexafluorid (SF6), sowie darauf hinzuarbeiten, dass die Gesamtemissionen dieser Gase bis zum Zielzeitraum von 2008 bis 2012 auf Werte reduziert werden, die um mindestens 5 Prozent unter den Niveaus von 1990 liegen. Bis heute sind keine Gesetzesänderungen zu den Zusätzen zum US-Gesetz über saubere Luft (Clean Air Act Amendments, CAAA) von 1990 beschlossen worden, welche fordern würden, dass in den USA betriebene Anlagen die Zielstellungen des Kyoto-Protokolls bezüglich der Emission von Treibhausgasen erfüllen müssen. Nichtsdestoweniger hat die von 1996 bis 2000 amtierende US-Administration eine politische Entscheidung getroffen, die freiwillige Erfüllung des Kyoto-Protokolls zu fördern. Dementsprechend wurden in den USA tätige Firmen, welche bedeutende CO2-Emissionen verursachen, motiviert, freiwillig auf die im Kyoto-Protokoll festgelegten Zielwerte für die Treibhausgase hinzuarbeiten. Außerdem ist es möglich, dass, wenn keine ausreichenden Fortschritte in Richtung der Ziele des Protokolls erkennbar sind, sich aus dem Kyoto-Protokoll weitere Zusätze zu den CAAA ergeben könnten. Zusätze zum CAAA, die mit dem Kyoto-Protokoll konform sind, könnten auch motiviert werden, falls Modelle entwickelt werden, die es gestatten, den Umfang der globalen Klimaänderungen auf der Basis der gegenwärtigen und geplanten Gasemissionen zuverlässiger zu messen und vorherzusagen.
  • Daher wird die Begrenzung der Gasmissionen, insbesondere der von mit Kohle als Brennstoff betriebenen Energiegewinnungsanlagen, bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung eines energieeffizienten Energiegewinnungsprozesses, zu einem immer wichtigeren wirtschaftlichen Ziel.
  • Zum Beispiel wird in US 5,937,652 von Abdelmalek vorgeschlagen, durch ein kombiniertes Verfahren der Kohlevergasung und der Verbrennung von Synthesegas (z.B. eines Gemisches von Kohlenmonoxid (CO) und Wasserstoffgas (H2)) Energie effizienter zu erzeugen und die CO2-Emissionen zu reduzieren. Der Schritt der Kohlevergasung wird unter einer von Sauerstoff (O2) freien Atmosphäre durchgeführt, wobei CO2 und Dampf als Oxidationsmittel für den Kohlebrennstoff verwendet werden. Die Wärme von der Kohle-/CO2-Vergasungsreaktion wird verwendet, um Dampf zum Antreiben einer Gasturbine/eines Generators zu erzeugen, welcher elektrische Energie erzeugt. Außerdem trennt Abdelmalek CO2 von Schwefeldioxid (SO2) und anderen Gasen, die aus einem Heizkessel ausströmen, unter Verwendung einer Zyklonabscheideranlage, die in den US-Patenten 5,403,569 und 5,321,946 beschrieben ist.
  • Abdelmalek weist darauf hin, dass das Verfahren einen höheren Wirkungsgrad aufweist, weil die Vergasungsreaktion ohne O2 durchgeführt wird, während das abgetrennte CO2, welches zur Vergasungskammer zurückgeführt wird, um mit Kohle zu reagieren, ein von Stickstoff (N2) freies Synthesegas erzeugt, nämlich ein Gemisch von CO und H2. Dieses CO/H2-Gemisch wird anschließend mit O2 verbrannt, um Wärme zu erzeugen. Gemäß Abdelmalek ist der Gesamtheizwert seines kombinierten Verfahrens der Kohlevergasung, bei der wenig bis kein O2 anwesend ist, und der Verbrennung von Synthesegas, bei der CO und H2 zur Reaktion mit O2 gebracht werden, um die Hauptwärmemenge zu erzeugen, um 20 % höher als bei herkömmlichen Kohleverbrennungsverfahren, bei denen Kohle unter Verwendung von O2 als Hauptoxidationsmittel verbrannt wird. Abdelmalek behauptet außerdem, dass sein Verfahren die CO2-Emissionen um 20 % reduziert. Außerdem lehrt Abdelmalek, dass die Chemie der Verbrennungsreaktionen, insbesondere wenn Kohle eine Brennstoffquelle ist (z.B. Kohle + O2), bewirkt, dass herkömmliche Reaktionen vom Verbrennungstyp von Natur aus nur begrenzte Möglichkeiten bieten, ihren Wirkungsgrad noch weiter zu erhöhen, selbst in Verbindung mit einem Kraft-Wärme-Kopplungsprozess. Demzufolge wird von Abdelmalek nicht offenbart, wie der Wirkungsgrad eines Kraft-Wärme-Kopplungsprozesses erhöht werden kann, bei dem hauptsächlich die direkte Verbrennung eines Brennstoffes wie etwa Kohle angewendet wird, und/oder wie CO2-Emissionen in die Atmosphäre sowie andere Gasemissionen, wie etwa Stickstoffmonoxid (NO), Distickstoffmonoxid (N2O) und Stickstoffdioxid (NO2) (zusammen NOx genannt), und/oder Schwefeldioxid (SO2) und Schwefeltrioxid (SO3) (zusammen SOx genannt), reduziert werden können.
  • Ein anderes Beispiel der Erzeugung von CO2 und Energie aus demselben Prozess und derselben Brennstoffquelle wird in US 6,047,547 von Heaf beschrieben. Heaf schlägt eine transportable integrierte Kraft-Wärme-Kopplungsanlage vor, welche elektrische Energie, Dampf und flüssiges CO2 und andere Produkte erzeugt, die notwendig sind, um in Flaschen oder in Dosen angebotene Getränkeprodukte herzustellen und abzufüllen. Insbesondere schlägt Heaf die Verwendung eines Verbrennungskraftmaschinen-Generators (Combustion Engine Generator, CEG), um elektrische Energie zu erzeugen, und eines durch Verbrennung mit Energie versorgten Wasserkessels, um Dampf zu erzeugen, vor. Eine CO2-Rückgewinnungsanlage, die mit dem CEG und dem Wasserkessel verbunden ist, empfängt Abgase von dem CEG und dem Wasserkessel, um CO2 aus den Abgasen abzuscheiden und zurückzugewinnen, und es wird ein Kompressor verwendet, um das zurückgewonnene CO2 zu verflüssigen. Heaf behauptet, dass seine Kraft-Wärme-Kopplungsanlage große Mengen an CO2 von dem CEG oder dem mittels Verbrennung betriebenen Wasserkessel und vorzugsweise von beiden erzeugen kann. Was die Wirtschaftlichkeit des Betriebs anbelangt, gibt Heaf jedoch nur an, dass seine integrierte Kraft-Wärme-Kopplungsanlage "effizient ist und Kosten spart, wenn sie in eine Anlage zur Getränkeproduktion integriert ist". Heaf macht jedoch keine quantitativen Angaben zum Wirkungsgrad seines vorgeschlagenen Kraft-Wärme-Kopplungsprozesses. Außerdem offenbart Heaf keine Mittel oder Verfahren zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit des Betriebs in mittels Verbrennung betriebenen Kesselanlagen, die außerhalb des Kontextes einer Getränkeproduktions- und Abfüllanlage verwendet werden.
  • US 5,067,837 von Rathbone et al. betrifft ein Lufttrennungsverfahren in Kombination mit einem chemischen Verfahren. Ein Stickstoffstrom, der in der Lufttrennungsanlage erzeugt wird, wird mit einem Druck von wenigstens 5 Atmosphären beaufschlagt und über einen Wärmeaustausch mit einem heißen Fluid, das in dem chemischen Verfahren erzeugt wird, erwärmt. Der erwärmte Stickstoff wird dann in einer Expansionsturbine entspannt, um Arbeit zu erzeugen. Der aus der Turbine austretende Stickstoff wird: (a) verwendet, um den Sauerstoff oder Brennstoff in einem Wärmetauscher zu erwärmen, (b) in die Atmosphäre abgelassen; oder (c) verwendet, um Dampf in einem Dampferzeuger zu erzeugen. Rathbone schlägt jedoch die Verwendung von O2 in einer Reaktion vom Typ einer Teiloxidation vor, bei der gereinigtes Erdgas mit O2 zur Reaktion gebracht wird, um ein Synthesegas mit einem gewünschten Gehalt an CO zu bilden (d.h. einen Vergasungsprozess). Außerdem schlägt Rathbone die Verwendung von N2 vor, der nur mit einem heißen Synthesegas erwärmt wird, das aus einem Vergasungsprozess erzeugt wird, anstelle eines Verbrennungsprozesses, welcher den Brennstoff vollständiger oxidiert, um ein Rauchgas zu erzeugen, das hauptsächlich CO2 und, wenn Erdgas der Brennstoff ist, CO2 und Wasserdampf umfasst, neben anderen Reaktionsprodukten. Außerdem offenbart Rathbone keine Mittel oder Verfahren zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit des Betriebs in mittels Verbrennung betriebenen Kesselanlagen, die außerhalb des Kontextes eines Prozesses der Vergasung mittels Erdgas verwendet werden.
  • Die Patente US 5,709,077 (20. Januar 1998), US 5,715,673 (10. Februar 1998), US 5,956,937 (28. September 1999) und US 5,970,702 (26. Oktober 1999), die alle von Beichel eingereicht und an Clean Energy Systems, Inc. (Sacramento, California) abgetreten wurden, beschreiben eine Energiegewinnungsanlage, in welcher unter hohem Druck stehender Brennstoff und unter hohem Druck stehender O2 in einem Gasgenerator verbrannt werden, um Gas mit einer hohen Temperatur zu erzeugen. Die Verbrennungstemperatur wird durch Kühlwasser gesteuert, das in eine Gasmischkammer in dem Gasgenerator eingespritzt wird. Das einen hohen Druck und eine hohe Temperatur aufweisende Dampf-CO2-Gemisch von dem Gasgenerator wird durch eine Reihe von drei Turbinen mit Zwischenüberhitzern zwischen den Turbinen geleitet. Das Gas wird verflüssigt, und Wasser wird zum Gasgenerator zurückgeführt.
  • Das Patent US 5,680,764 (28. Oktober 1997), das von Viteri eingereicht und ebenfalls an Clean Energy Systems, Inc. abgetreten wurde, beschreibt eine Energiegewinnungsanlage, in welcher unter Druck gesetzter Brennstoff und O2 in einen Gasgenerator eingespeist werden, um eine vollständige Verbrennung und heiße Gase mit maximaler Temperatur (6.500 °R (6.040 °F, 3.300 °C)) zu erzielen. Die heißen Gase werden mit Wasser verdünnt, so dass die Temperatur auf 2.000 °R (1.540 °F, 840 °C) verringert wird. Wenn Wasserstoff als Brennstoff verwendet wird, ist das Antriebsgas Dampf, und wenn ein leichter Kohlenwasserstoff verwendet wird, ist das Antriebsgas Dampf und CO2. Das heiße Gas wird in einer Turbine entspannt, um ein Fahrzeug anzutreiben, und danach zu Wasser verflüssigt, um den Rankine-Zyklus zu vervollständigen. Ungefähr 75 % des Wassers werden zum Gasgenerator zurückgeführt. Bei einer Ausführungsform wird der Rankine-Zyklus durch Otto- und Diesel-Thermozyklen ersetzt, um einen Kondensator und ein Wasserumlaufsystem unnötig zu machen. In Abhängigkeit von dem verwendeten Brennstoff wird Niedertemperaturdampf (Wasserstoff-Brennstoff) oder werden Dampf-CO2-Gase (Kohlenwasserstoff-Brennstoff) als das Arbeitsfluid bei der Otto- und Diesel-Ausführungsform zurückgeführt.
  • US 6,170,264 (9. Januar 2001), ebenfalls von Viteri und an Clean Energy Systems, Inc. abgetreten, beschreibt dasselbe Verfahren wie US 5,680,764 und schlägt außerdem die Verwendung einer Lufttrennungsanlage vor. Angereicherter O2 wird in einer Verbrennungsvorrichtung verwendet, und angereicherter N2 wird in die Atmosphäre abgelassen. Bei einer Ausführungsform wird CO2 an Standorten im tiefen Untergrund oder unter dem Meeresboden gespeichert.
  • EP 453 059 beschreibt die Erzeugung eines mit O2 angereicherten Gasstromes und eines mit N2 angereicherten Gasstromes in einer Lufttrennungsanlage. Der mit O2 angereicherte Gasstrom wird mit einem Brennstoff und schließlich mit Dampf gemischt, so dass ein Gemisch gebildet wird, welches in wenigstens einer Brennkammer verbrannt wird. Das Verbrennungsgas der Brennkammer treibt eine Gasturbine an.
  • EP 926 317 beschreibt die Verbrennung eines Gemisches aus Brennstoff und Dampf in einer Brennkammer und die Verwendung des Verbrennungsgases, um eine Gasturbine anzutreiben. Gemäß einer Ausführungsform liefert eine Lufttrennungsanlage einen N2-reichen Strom, welcher unter Verrichtung von Arbeit entspannt wird, um einen Kompressor anzutreiben.
  • JP-11200886 beschreibt die Verwendung eines von einem Luftseparator erzeugten erhitzten, N2-reichen Stroms, um einen Kompressor anzutreiben.
  • Typischerweise liegt der Gesamtwirkungsgrad der Energieerzeugung der meisten Kraft-Wärme-Kopplungsprozesse mit Kohleverbrennung in einem Bereich von ungefähr 25 % bis ungefähr 35 %. Demzufolge besteht Bedarf an einem integrierten Kraft-Wärme-Kopplungsprozess zur Gewinnung von elektrischer Energie und Wärmeenergie mit verbessertem Wirkungsgrad. Vorzugsweise sollte der Gesamtwirkungsgrad eines verbesserten Kraft-Wärme-Kopplungsprozesses größer als ungefähr 40 % und, noch besser, größer als ungefähr 50 % sein.
  • Außerdem sollte der energieeffizientere Kraft-Wärme-Kopplungsprozess ein Verfahren zur Verringerung von Korrosionseffekten an Gasturbinen beinhalten, die in einem kombinierten Dampfturbinen-Gasturbinen-Zyklus eingesetzt werden, und dabei dahingehend anpassungsfähig sein, dass, falls gewünscht, eine Anlage zum Reduzieren und/oder Beseitigen verschiedener Gasemissionen, wie etwa CO2, NOx und/oder SOx, in die Atmosphäre integriert werden kann.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur Energiegewinnung mit integrierter Lufttrennung bereitgestellt, welches die folgenden Schritte umfasst:
    • (a) Zuführen einer O2/N2-Quelle zu einer Lufttrennungsanlage;
    • (b) Trennen der O2/N2-Quelle in wenigstens einen mit O2 angereicherten Gasstrom und einen mit N2 angereicherten Gasstrom;
    • (c) Zuführen wenigstens eines Teils des mit O2 angereicherten Gasstroms, der einen Druck von wenigstens etwa 3 bar (300 kPa) aufweist, und von Brennstoff in eine Brennkammer, um ein Verbrennungsgemisch herzustellen;
    • (d) Verbrennen des Verbrennungsgemisches, um wenigstens ein Rauchgas herzustellen;
    • (e) Einspritzen von Dampf in die Brennkammer vor, während und/oder nach dem Schritt des Verbrennens des Verbrennungsgemisches, um ein modifiziertes Verbrennungsgemisch aus wenigstens Dampf und Rauchgas herzustellen;
    • (f) Gewinnen von Energie durch Einleiten des aus der Brennkammer ausströmenden modifizierten Verbrennungsgemisches in ein erstes Energiegewinnungsmittel;
    • (g) Erwärmen wenigstens eines Teils des mit N2 angereicherten Gasstroms, der einen Druck von wenigstens etwa 3 bar (300 kPa) aufweist; und
    • (h) Gewinnen von Energie durch Einleiten des erwärmten mit N2 angereicherten Gasstroms in ein zweites Energiegewinnungsmittel, wobei der mit N2 angereicherte Gasstrom in einem Wärmetauscher unter Verwendung von Restwärme von dem aus dem ersten Energiegewinnungsmittel ausströmenden Rauchgas-Dampf-Strom erwärmt wird.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die integrierte Natur der Schritte der vorliegenden Erfindung wird anhand der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen und der Zeichnungen, auf die darin Bezug genommen wird, besser verständlich, wobei:
  • 1 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des integrierten Verfahrens ist, welches die voneinander abhängigen Vorgänge der Lufttrennung und Energiegewinnung unter Verwendung eines Rauchgas- und Dampf- ("FG/S") Stroms, der aus einer Brennkammer austritt, und eines mit N2 angereicherten Stroms, der durch Luft trennung erzeugt und mit Restwärme von dem FG/S-Strom erwärmt wird, zeigt;
  • 2 ein Flussdiagramm einer anderen Ausführungsform des integrierten Verfahrens ist, welches die voneinander abhängigen Vorgänge der Lufttrennung und Energiegewinnung zeigt, wobei Dampf mit Restwärme von dem FG/S-Strom erzeugt wird und der mit N2 angereicherte Strom durch Mischen mit einem Teil des Dampfes erwärmt wird;
  • 3 ein Flussdiagramm einer weiteren Ausführungsform des integrierten Verfahrens ist, welches die voneinander abhängigen Vorgänge der Lufttrennung und Energiegewinnung mit Dampf, der in einem Kessel (Boiler) mit Restwärme von dem FG/S-Strom erzeugt wird, zeigt;
  • 4 ein Flussdiagramm einer weiteren Ausführungsform des integrierten Verfahrens ist, welches die voneinander abhängigen Vorgänge der Lufttrennung und Energiegewinnung mit einem mit Wasser angereicherten Strom, der durch Restwärme von dem mit N2 angereicherten Strom vorgewärmt wird, zeigt; und
  • 5 ein Flussdiagramm einer weiteren Ausführungsform des integrierten Verfahrens ist, welches die voneinander abhängigen Vorgänge der Lufttrennung und Energiegewinnung mit Anlagen zur Brennstoffvergasung und Behandlung eines mit CO2 angereicherten Stroms zeigt.
  • In den Zeichnungen bezeichnet O2/N2 eine Quelle von Sauerstoff und Stickstoff, O2 bezeichnet einen mit Sauerstoff angereicherten Gasstrom, N2 bezeichnet einen mit Stickstoff angereicherten Gasstrom, CO2 bezeichnet einen mit Kohlendioxid angereicherten Gasstrom, H2O(λ) bezeichnet einen mit flüssigem Wasserangereicherten Strom und H2O(g) bezeichnet einen mit dampfförmigem Wasser (d.h. Dampf) angereicherten Strom. "CO2 + H2O(g)" ist ein Gemisch aus wenigstens Kohlendioxid und Dampf, und "N2 + H2O(g)" ist ein Gemisch aus wenigstens Stickstoff und Dampf.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Definitionen
  • Als "Lufttrennungsanlage" oder "ASU" (Air Separation Unit) bezeichnen wir beliebige Mittel zur Gas- oder Flüssigkeitstrennung und den Prozess der Verwendung der Mittel zum Trennen von zwei oder mehr gasförmigen und/oder flüssigen Komponenten, darunter unter anderem eine Membrananlage, eine Kryogenanlage, eine Vakuumwechseladsorptionsanlage (VWA-Anlage), eine Druckwechseladsorptionsanlage (DWA-Anlage), eine Temperaturwechseladsorptionsanlage (TWA-Anlage) und Kombinationen davon. Die ASU kann sich vor Ort befinden, oder der O2- und/oder der N2-Gasstrom kann zum Beispiel mittels einer Rohrleitung von einer an einem entfernten Standort befindlichen ASU zugeführt werden.
  • Als "O2/N2-Quelle" bezeichnen wir ein beliebiges Gemisch, gleichgültig, ob es sich in einem gasförmigen Zustand oder einem flüssigen Zustand befindet oder einer Kombination davon entspricht, das wenigstens O2 und N2 enthält und welches in wenigstens einen mit O2 angereicherten Strom und einen mit N2 angereicherten Strom getrennt werden kann.
  • Mit "Gas" meinen wir, dass der Strom hauptsächlich gasförmig ist, jedoch Feststoffpartikel oder Flüssigkeit mitführen kann.
  • Mit "angereichert" meinen wir, dass der Anteil des wichtigsten Bestandteils des Gasstroms die durchschnittliche Konzentration derselben gasförmigen Komponente in der Erdatmosphäre übersteigt. Zum Beispiel enthält, gemäß der hier verwendeten Terminologie, ein "mit O2 angereicherter Gasstrom" einen Volumenanteil von O2 von mehr als etwa 21 % im Gasstrom, ein "mit N2 angereicherter Gasstrom" enthält einen Volumenanteil von N2 von mehr als etwa 78 % im Gasstrom, ein "mit Ar angereicherter Gasstrom" enthält einen Volumenanteil von Argon (Ar) von mehr als etwa 0,9 % im Gasstrom, ein "mit CO2 angereicherter Gasstrom" enthält einen Volumenanteil von CO2 von mehr als etwa 3 × 10–2 % im Gasstrom, ein "mit He angereicherter Gasstrom" enthält einen Volumenanteil von Helium (He) von mehr als etwa 5 × 10–4 % im Gasstrom, ein "mit Kr angereicherter Gasstrom" enthält einen Volumenanteil von Krypton (Kr) von mehr als etwa 1 × 10–4 % im Gasstrom, ein "mit Xe angereicherter Gasstrom" enthält einen Volumenanteil von Xenon (Xe) von mehr als etwa 8 × 10–6 % im Gasstrom, und so weiter. Dementsprechend kann ein einziger Gasstrom mit einer oder mehreren gasförmigen Komponenten, die von Interesse sind, angereichert sein.
  • Als "hohen Druck" oder "höheren Druck" bezeichnen wir einen Druck, welcher größer oder gleich etwa 3 bar (300 kPa oder 44,1 psi) ist. Hier verwendete Druckeinheiten beziehen sich auf den Absolutdruck, soweit nichts Anderes angegeben ist.
  • Der "Wirkungsgrad" des integrierten Verfahrens wird als das Verhältnis zwischen der Gesamtausgangsleistung, die aus dem integrierten Prozess resultiert, und der theoretischen Wärmezufuhr, die sich aus dem in den (die) Kessel (Boiler) eingeführten Brennstoff ergibt, berechnet.
  • Überblick über das Verfahren
  • Ein integriertes Verfahren zur Lufttrennung und Energiegewinnung erzeugt Energie aus einem unter hohem Druck stehenden, mit O2 angereicherten Gasstrom und einem unter hohem Druck stehenden, mit N2 angereicherten Gasstrom aus einer O2/N2-Quelle, die in einer Lufttrennungsanlage (Air Separation Unit, "ASU") getrennt wird. Wenigstens ein Teil des unter hohem Druck stehenden, mit O2 angereicherten Gasstroms wird einer Brennkammer mit Brennstoff und Dampf zugeführt, um einen Gasstrom zu erzeugen, der wenigstens Rauchgas und Dampf enthält ("FG/S-Strom"). Energie wird gewonnen, indem der FG/S-Strom durch ein erstes Energiegewinnungsmittel geleitet wird, zum Beispiel eine Gasturbine.
  • Der unter hohem Druck stehende, mit N2 angereicherte Gasstrom wird erwärmt, und Energie wird aus dem erwärmten, unter hohem Druck stehenden, mit N2 angereicherten Gasstrom unter Verwendung eines zweiten Energiegewinnungsmittels, zum Beispiel einer Gasturbine, gewonnen.
  • Vorzugsweise wird der in der Brennkammer verwendete Dampf erzeugt, indem ein mit flüssigem Wasser angereicherter Strom in einem Kessel (Boiler) mit Restwärme von dem aus der Gasturbine ausströmenden FG/S-Strom erwärmt wird. Ein Teil des mit Dampf angereicherten Stroms kann als eine Quelle von Industriedampf verwendet werden.
  • Der Gesamtwirkungsgrad des integrierten Verfahrens liegt vorzugsweise in einem Bereich von etwa 40 % bis etwa 70 %.
  • Es wird nun auf 1 Bezug genommen; eine integrierte Anlage 10 zur Lufttrennung und Energiegewinnung gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine ASU 22 zum Trennen einer O2/N2-Quelle, zum Beispiel Luft 24, in einen unter hohem Druck stehenden, mit O2 angereicherten Gasstrom 28 und einen unter hohem Druck stehenden, mit N2 angereicherten Gasstrom 36 auf. Eine Brennkammer 12 wird verwendet, um Brennstoff 14 und den unter hohem Druck stehenden, mit O2 angereicherten Gasstrom 28 zu verbrennen. Energie wird aus dem aus der Brennkammer 12 ausströmenden FG/S-Strom 18 gewonnen, indem der FG/S-Strom 18 durch ein Energiegewinnungsmittel geleitet wird, zum Beispiel eine Gasturbine 32. Energie wird außerdem aus einem erwärmten, mit N2 angereicherten Gasstrom 36 in einem Energiegewinnungsmittel, zum Beispiel einer Gasturbine 42, gewonnen.
  • Lufttrennung
  • Die ASU 22 erzeugt einen unter hohem Druck stehenden, mit O2 angereicherten Gasstrom 28 und einen unter hohem Druck stehenden, mit N2 angereicherten Gasstrom 36 aus einer O2/N2-Quelle 24, wie etwa Luft. Die O2/N2-Quelle 24, die in die ASU 22 eingeleitet wird, wird in die gewünschten Produkte 26 getrennt, darunter unter anderem einer oder mehrere von den Stoffen Sauerstoff, Stickstoff, Argon, Helium, Krypton und Xenon, unabhängig in flüssiger oder gasförmiger Form. Die Herstellung jeder dieser Komponenten kann variiert werden, um die Anforderungen eines Kunden zu erfüllen.
  • Der unter hohem Druck stehende, mit O2 angereicherte Gasstrom 28 und der unter hohem Druck stehende, mit N2 angereicherte Gasstrom 36 weisen jeweils einen Druck von wenigstens etwa 3 bar (300 kPa) auf. In Abhängigkeit vom Typ der verwendeten ASU kann der mit O2 angereicherte und/oder der mit N2 angereicherte Gasstrom eine weitere Verdichtung erfordern, um den Druck auf wenigstens etwa 3 bar (300 kPa) zu erhöhen, zum Beispiel unter Verwendung von Kompressoren. Zum Beispiel kann ein Kompressor 92, der in der Ausführungsform von 5 dargestellt ist, verwendet werden, um den mit N2 angereicherten Gasstrom 36 zu komprimieren. Ein vergleichbarer Kompressor (nicht dargestellt) kann verwendet werden, um den mit O2 angereicherten Gasstrom zu komprimieren.
  • Die ASU 22 kann zum Beispiel unter anderem eine Kryo genanlage, eine Membrananlage, eine Vakuumwechseladsorptionsanlage (VWA-Anlage), eine Druckwechseladsorptionsanlage (DWA-Anlage), eine Temperaturwechseladsorptionsanlage (TWA-Anlage) oder eine Kombination davon sein. Die ASU 22 kann sich vor Ort befinden, oder der mit O2 und/oder der mit N2 angereicherte Gasstrom kann zum Beispiel mittels einer Rohrleitung von einer an einem entfernten Standort befindlichen ASU 22 zugeführt werden.
  • Optional wird der O2/N2-Strom 24, welcher der ASU 22 zugeführt wird, auf einen Druck in einem Bereich von etwa 3 bar (300 kPa) bis etwa 25 bar (2.500 kPa) komprimiert (nicht dargestellt), bevor er getrennt wird.
  • Wenn Spurenverunreinigungen in dem zugeführten flüssigen und/oder gasförmigen Strom zur Kombination einer brennbaren Verunreinigung mit einem Oxidationsmittel führen können (z.B. Acetylen in einem mit O2 angereicherten Gas oder einer mit O2 angereicherten Flüssigkeit), besteht eine potentielle Explosionsgefahr. Dementsprechend sollten spezielle Vorkehrungen getroffen werden, um diese Explosionsgefahr sowie eventuelle andere potentielle Explosionsgefahren zu verringern und/oder zu beseitigen. So sollte die Verwendung einer potentiellen Zündquelle auf ein Minimum begrenzt, wenn nicht ausgeschlossen werden, insbesondere bei der Kompression von mit O2 angereichertem Gas und in Anlagen zur Behandlung von mit O2 angereichertem Gas bei erhöhten Drücken.
  • Außerdem sollte, wenn Luft als die O2/N2-Quelle verwendet wird, diese Luft aufbereitet werden, bevor sie der ASU 22 zugeführt wird. Der Prozess der Luftaufbereitung kann unter anderem einen Schritt des Filterns beinhalten, um potentielle Verunreinigungen des Gasstroms (z.B. Partikel und ggf. Kohlenwasserstoffe) zu entfernen und/oder auf akzeptable Mengen zu reduzieren, und einen Schritt des Komprimierens des Gases unter Anwendung von geeigneten Sicherheitsvorkehrungen. Außerdem sollten Vorgehensweisen implementiert werden, um Personen zu schützen, die in der Umgebung eines kryogenen Prozesses (z.B. wenn die Gefahr kryogener Verbrennungen und eine Erstickungsgefahr besteht) und eines bei hohen Temperaturen und Drücken ablaufenden Prozesses arbeiten, sowie um die Betriebsmittel zu schützen, die bei diesen Prozessen und in ihrer Umgebung verwendet werden.
  • Wenigstens ein Teil des unter hohem Druck stehenden, mit O2 angereicherten Gasstroms 28, der in der ASU 22 erzeugt wird, wird als ein Eingang für die Brennkammer 12 verwendet.
  • Der unter hohem Druck stehende, mit O2 angereicherte Gasstrom 28 kann in der ASU 22 auf mehrere verschiedene weisen erzeugt werden. Zum Beispiel kann ein mit O2 angereicherter Gasstrom 28, der in der ASU 22 erzeugt wurde, in einem der Lufttrennung nachgeschalteten Kompressor (nicht dargestellt) komprimiert werden. Stattdessen kann auch ein druckbeaufschlagter, mit O2 angereicherter, im Wesentlichen flüssiger Strom unter Verwendung der ASU 22 erzeugt werden, indem flüssiger O2, der in der ASU 22 erzeugt wurde, zum Beispiel durch einen Pumpvorgang (nicht dargestellt) mit Druck beaufschlagt wird. In diesem alternativen Fall wird der druckbeaufschlagte, mit O2 angereicherte, im Wesentlichen flüssige Strom danach durch einen Wärmetauscher (nicht dargestellt) geleitet, welcher den mit O2 angereicherten Strom erwärmt und verdampft, während er den in die ASU 22 eingespeisten Luftstrom kühlt.
  • In jedem Falle wird der Wirkungsgrad des integrierten Verfahrens erhöht, indem ein unter hohem Druck stehender, mit O2 angereicherter Gasstrom 28 verwendet wird, der einen Druck von wenigstens etwa 3 bar (300 kPa) aufweist. Vorzugsweise liegt der Druck des mit O2 angereicherten Gasstroms 28 in einem Bereich von etwa 3 bar (300 kPa) bis etwa 300 bar (30.000 kPa). Besser liegt der Druck des mit O2 angereicherten Gasstroms in einem Bereich von etwa 10 bar (1.000 kPa) bis etwa 150 bar (15.000 kPa). Am besten liegt der Druck in einem Bereich von etwa 12 bar (1.200 kPa) bis etwa 50 bar (5.000 kPa).
  • Wenigstens ein Teil des unter hohem Druck stehenden, mit N2 angereicherten Gasstroms 36, der in der ASU 22 erzeugt wird, wird als ein Eingang für eine N2-Energiegewinnung verwendet.
  • Der unter hohem Druck stehende, mit N2 angereicherte Gasstrom 36 kann auf dieselbe Art und Weise erzeugt werden wie der unter hohem Druck stehende, mit O2 angereicherte Gasstrom 28. Vorzugsweise liegt der Druck des mit N2 angereicherten Gasstroms in einem Bereich von etwa 3 bar (300 kPa) bis etwa 50 bar (5.000 kPa). Besser liegt der Druck des mit N2 angereicherten Gasstroms in einem Bereich von etwa 10 bar (1.000 kPa) bis etwa 40 bar (4.000 kPa). Am besten liegt der Druck in einem Bereich von etwa 12 bar (1.200 kPa) bis etwa 30 bar (3.000 kPa).
  • Verbrennung und Energiegewinnung durch den FG/S-Strom
  • Die Brennkammer 12 wird verwendet, um Brennstoff 14 und den mit O2 angereicherten Gasstrom 28 zu verbrennen. Wenn der Brennstoff verbrennt, wird Rauchgas erzeugt. Ein Vorteil der Verwendung eines mit O2 angereicherten Gasstroms als Oxidationsmittel für die Verbrennung des Brennstoffes ist, dass die Verbrennung vollständiger ist. Ein weiterer Vorteil einer mit O2 angereicherten Zufuhr ist, dass die Erzeugung von NOx verringert wird, da die primäre Quelle von Stickstoff für die Erzeugung von NOx mit der ASU 22 wesentlich reduziert worden ist.
  • Die Verwendung eines mit O2 angereicherten Gasstroms hat jedoch eine erhöhte Verbrennungstemperatur zur Folge, und daher weist das erzeugt Rauchgas eine erhöhte Temperatur auf. Obwohl die Verbrennungstemperatur von der Art des Brennstoffes und vom O2-Gehalt in dem mit O2 angereicherten Gasstrom abhängig ist, liegt sie normalerweise in einem Bereich von etwa 3.200°C bis etwa 3.700°C (von etwa 5.800°F bis etwa 6.700°F). Typische Konstruktionswerkstoffe für Gasturbinen, welche oft zur Gewinnung von Energie aus Rauchgas verwendet werden, können jedoch solchen hohen Temperaturen nicht standhalten.
  • Daher wird gemäß der Erfindung ein mit Dampf angereicherter Strom 16 verwendet, um, neben anderen Faktoren, die Verbrennungstemperatur auf eine vorgegebene Temperatur einzuregeln, die niedriger ist als diejenige, welche erzeugt würde, wenn ein dampffreies Verbrennungsgemisch verwendet würde, das denselben Brennstoff und mit O2 angereicherten Gasstrom enthält. Zum Beispiel kann die Verbrennungs- und Rauchgastemperatur durch Beimengung von Dampf auf ungefähr 1.200°C (2.200°F) verringert werden. Die vorgegebene Temperatur hängt unter anderem zum Beispiel von den Konstruktionsmaterialien für die Brennkammer 12 und die Gasturbine 32 und von der Konzentration von N2, welcher eventuell in der Brennkammer 12 vorhanden ist, ab. Insbesondere wird dadurch, dass verhindert wird, dass die Temperatur des FG/S-Stroms ihren maximal zulässigen Wert für die Gasturbine 32 übersteigt, welcher in Abhängigkeit von unterschiedlichen Betriebsbedingungen variieren kann, zu einer Erhöhung des Wirkungsgrades des integrierten Verfahrens beigetragen, während gleichzeitig die Korrosion der Gasturbine und die damit verbundenen Wartungskosten verringert werden. Dementsprechend ist Dampf unter anderem ein das Verbrennungsgemisch modifizierendes Mittel, das verwendet wird, um die Verbrennungstemperatur zu steuern.
  • Vorzugsweise werden O2 und Brennstoff in einem annähernd stöchiometrischen Verhältnis in die Brennkammer 12 eingeführt, in Abhängigkeit von der chemischen Zusammensetzung des Brennstoffes, um im Wesentlichen CO2 oder CO2 und H2O als Verbrennungsprodukte zu erzeugen.
  • Ein geeigneter Brennstoff für die Brennkammer 12 und/oder den Kessel 38 ist eine gasförmige, flüssige oder feste, Kohlenstoff enthaltende Verbindung oder eine Kombination davon. Beispiele geeigneter Brennstoffe sind Erdgas, Kohle, Kohlenschlämme, Erdölkoks, Bitumen, Heizöl und Altheizöl, Vergasungsgas, Synthesegas, Koksofengas, Gichtgas und Kombinationen davon.
  • Vorzugsweise liegt der Anteil des mit Dampf angereicherten Stroms 16 in einem Bereich von etwa 70 Mol-% bis etwa 99 Mol-% der Summe des mit O2 angereicherten Gasstroms, des Brennstoffes und des mit Dampf angereicherten Stroms, die der Brennkammer 12 zugeführt werden. Besser liegt der Anteil des mit Dampf angereicherten Stroms 16 in einem Bereich von etwa 75 Mol-% bis etwa 95 Mol-% der Summe des mit O2 angereicherten Gasstroms, des Brennstoffes und des mit Dampf angereicherten Stroms, die der Brennkammer 12 zugeführt werden. Am besten liegt der Anteil des mit Dampf angereicherten Stroms 16 in einem Bereich von etwa 80 Mol-% bis etwa 92 Mol-% der Summe des mit O2 angereicherten Gasstroms, des Brennstoffes und des mit Dampf angereicherten Stroms, die der Brennkammer 12 zugeführt werden.
  • Der mit Dampf angereicherte Strom 16 wird vor, während und/oder nach der Verbrennung beigemischt, entsprechend der gewünschten Betriebstemperatur der Brennkammer und dem Wirkungsgrad für das Verfahren insgesamt. Die Menge an Dampf, die dem Verbrennungsgemisch beigemischt wird, ist von einer Anzahl von Faktoren abhängig, zu denen unter anderem die Art des Brennstoffes, die Menge an O2 in dem mit O2 angereicherten Gasstrom, die Verbrennungstemperatur, der Zeitpunkt, zu dem der Dampf beigemischt wird, bezogen auf die Verbrennung, die Dampftemperatur und die gewünschte Austrittstemperatur des FG/S-Stromes gehören. Unter gewissen Bedingungen kann eine schädliche Verkokung auftreten, die möglicherweise auf eine Verbrennungstemperatur hindeutet, welche zu niedrig ist, um eine im Wesentlichen vollständige Verbrennungsreaktion (d.h. die Erzeugung von hauptsächlich CO2 oder CO2 und H2O) zu unterhalten. Unter solchen Umständen kann es wünschenswert sein, die vor oder während der Verbrennung beigemischte Menge an Dampf zu verringern, um die Verbrennungstemperatur zu erhöhen und dadurch ggf. den Umfang einer schädlichen Verkokung zu verringern.
  • Vorzugsweise ist das Gas in der Brennkammer 12 gut gemischt und homogen. Der aus der Brennkammer 12 ausströmende FG/S-Strom 18 besteht wenigstens aus Rauchgas und Dampf.
  • Energie wird gewonnen, indem wenigstens ein Teil des FG/S-Stroms 18 aus der Brennkammer 12 in ein Energiegewinnungsmittel eingeleitet wird, welches eine Gasturbine 32 beinhalten kann. Da das in die Gasturbine 32 eintretende Gas ein Gemisch von Rauchgas und Dampf ist, arbeitet die Turbine gemäß einem hybriden Rankine-/Brayton-Zyklus.
  • Die Verwendung des mit Dampf angereicherten Stroms 16 erhöht die in der Gasturbine gewonnene Energie durch eine durch eine Verringerung der Einlasstemperatur des FG/S-Stroms 18 und durch eine Erhöhung des Massendurchsatzes durch die Gasturbine, wie aus der folgenden Gleichung (1) hervorgeht: W = m (hi – ho) (1)wobei:
    • W
    die erzeugte Energie ist, kW (Btu);
    m
    der Massendurchsatz des Gases ist, kg/s (lbm/h);
    hi
    die spezifische Enthalpie (d.h. der Wärmeinhalt) des Gases am Gasturbineneinlass ist, kJ/kg (Btu/lbm);
    ho
    die spezifische Enthalpie (d.h. der Wärmeinhalt) des Gases am Gasturbinenaunlass ist, kJ/kg (Btu/lbm).
  • Die maximale Gastemperatur am Gasturbineneinlass ist durch die maximal zulässige Beanspruchung des Materials der Turbine begrenzt, welche überschritten wird, wenn ein dampffreies Brennstoff-O2-Verbrennungsgemisch verwendet wird. Dem Verbrennungsgemisch wird Dampf beigemischt, wodurch hi verringert wird. Da jedoch die Beimischung von Dampf den Massendurchsatz erhöht, wird die von der Turbine erzeugte Energie vergrößert.
  • Die Gasturbine 32 kann an einen Stromerzeuger (nicht dargestellt) oder einen Zyklus-Kompressor (nicht dargestellt), wie zum Beispiel einen ASU-Kompressor, angeschlossen sein, um Energie zu erzeugen.
  • Der FG/S-Strom 18 kann gefiltert werden, bevor er dem Energiegewinnungsmittel zugeführt wird. Zum Beispiel kann es besonders vorteilhaft sein, den FG/S-Strom 18 zu filtern, wenn der in der Brennkammer 16 verwendete Brennstoff 14 Kohle ist. Weitere Brennstoffe, welche, soweit erforderlich, vorzugsweise gefiltert würden, sind unter anderem Erdölkoks, Bitumen, Heizöl, Altheizöl, jeder der genannten Brennstoffe in Kombination mit Erdgas oder eine Kombination davon. Wenn der Brennstoff jedoch allein Erdgas ist, so ist eine Filtration wahrscheinlich nicht erforderlich.
  • Eine Filtration kann auf eine den Fachleuten bekannte Art und Weise durchgeführt werden, unter anderem zum Beispiel mit Patronenfiltern, Zyklonen und Kombinationen davon.
  • Der aus dem Energiegewinnungsmittel ausströmende FG/S- Strom 18 wird anschließend einem Kessel 38 zugeführt, zur Erzeugung von Dampf, Erwärmung des mit N2 angereicherten Gasstroms 36 oder einer Kombination davon.
  • Energiegewinnung mittels N2
  • Der unter hohem Druck stehende, mit N2 angereicherte Gasstrom 36, der in der ASU 22 erzeugt wird, wird erwärmt, und Energie wird gewonnen, indem der erwärmte, unter hohem Druck stehende, mit N2 angereicherte Gasstrom aus dem Kessel 38 in ein Energiegewinnungsmittel eingeleitet wird, welches eine Gasturbine 42 beinhalten kann.
  • Zwei Ausführungsformen zur Erwärmung des mit N2 angereicherten Gasstroms 36 sind in 1 und 2 dargestellt. Bei einer Ausführungsform, die in 1 dargestellt ist, wird der mit N2 angereicherte Gasstrom 36 unter Verwendung von Restwärme von dem FG/S-Strom 34, der aus dem Energiegewinnungsmittel ausströmt, erwärmt. wie dargestellt wird der mit N2 angereicherte Gasstrom 36 in einem Wärmetauscher erwärmt, der mit dem Kessel 38 gekoppelt ist. Energie wird gewonnen, indem der erwärmte, mit N2 angereicherte Gasstrom 36 durch die Gasturbine 42 geleitet wird.
  • Bei einer anderen Ausführungsform, die in 2 dargestellt ist, wird der mit N2 angereicherte Gasstrom 36 durch Mischen mit Dampf erwärmt. Diese Ausführungsform fällt nicht in den Schutzbereich der Ansprüche. Vorzugsweise wird der Dampf im Rahmen des Verfahrens zur Energiegewinnung mit integrierter Lufttrennung erzeugt. Insbesondere wird ein mit Dampf angereicherter Strom 78 durch Erwärmen mit Restwärme in dem aus dem Energiegewinnungsmittel ausströmenden FG/S-Strom 34 erzeugt, zum Beispiel in einem Wärmetauscher, der mit dem Kessel 38 gekoppelt ist. Bei dieser Ausführungsform werden der mit Dampf angereicherte Strom 78 und das mit N2 angereicherte Gas 36 in einem Mischer 66 gemischt. Vorzugs weise werden der mit Dampf angereicherte Strom 78 und das mit N2 angereicherte Gas 36 dem Mischer 66 unter im Wesentlichen ähnlichen Drücken zugeführt.
  • Der gemischte Strom aus mit N2 angereichertem Gas und mit Dampf angereichertem Strom ("N2/S") wird dann auf eine ähnliche Weise zur Gewinnung von Energie verwendet, wie bei der Gewinnung von Energie aus dem FG/S-Strom 18. Ein Vorteil einer Gewinnung von Energie aus dem N2/S-Strom 68 ist ein erhöhter Massendurchsatz, welcher gemäß Gleichung (1) die Energie erhöht, die in der Turbine 42 erzeugt wird. Da das in die Gasturbine 42 eintretende Gas ein Gemisch aus N2 und Dampf ist, arbeitet die Turbine bei der Ausführungsform mit Beimischung von Dampf gemäß einem hybriden Rankine-/Brayton-Zyklus.
  • Die Gasturbine 42 kann an einen Stromerzeuger (nicht dargestellt) oder einen Zyklus-Kompressor (nicht dargestellt), wie zum Beispiel einen ASU-Kompressor, angeschlossen sein, um Energie zu erzeugen.
  • Bei der Ausführungsform von 2 wird der aus der Gasturbine 42 ausströmende N2/S-Strom danach in einem Kondensator 96 behandelt, um einen mit Wasser angereicherten Strom 98 von dem mit N2 angereicherten Gasstrom 44 zu trennen. Vorzugsweise wird der mit Wasser angereicherte Strom 98 mit dem mit Wasser angereicherten Strom 58 gemischt und im Kessel 38 erwärmt.
  • Stattdessen kann auch eine Kombination von Dampfbeimischung und Wärmeübertragung mit dem FG/S-Strom verwendet werden, um den mit N2 angereicherten Gasstrom 44 zu erwärmen.
  • Die Temperatur des unter hohem Druck stehenden, mit N2 angereicherten Gasstroms 36 vor dem Erwärmen ist von der ASU 22 und einer eventuellen anschließenden Verdichtung oder einem anschließenden Wärmeaustausch abhängig, liegt jedoch normalerweise in einem Bereich von etwa 30°C bis etwa 500°C (von etwa 85°F bis etwa 950°F). Bei der Ausführungsform, bei welcher der mit N2 angereicherte Gasstrom 36 in einem mit dem Kessel 38 gekoppelten Wärmetauscher erwärmt wird, weist der mit N2 angereicherte Gasstrom vorzugsweise eine Temperatur in einem Bereich von etwa 800°C bis etwa 1.500°C (von etwa 1.450°F bis etwa 2.700°F) auf. Bei der Ausführungsform mit Beimischung von Dampf weist der N2/S-Strom 68 vorzugsweise eine Temperatur in einem Bereich von etwa 250°C bis etwa 650°C (von etwa 480°F bis etwa 1.200°F) auf.
  • Beispiele geeigneter Kessel 38 sind mit Brennstaub beheizte Kessel, mit zerstäubtem Flüssigbrennstoff beheizte Kessel, Wirbelbettkessel, mit Erdgas beheizte Kessel, Flammrohrkessel, Brennraumkessel und Wasserrohrkessel.
  • Vorzugsweise wird der Kessel 38 mit einem Druck in einem Bereich von etwa 1 bar (100 kPa) bis etwa 5 bar (500 kPa) betrieben. Besser wird der Kessel 38 mit einem Druck in einem Bereich von etwa 1 bar (100 kPa) bis etwa 3 bar (300 kPa) betrieben. Am besten wird der Kessel 38 mit einem Druck in einem Bereich von etwa 1 bar (100 kPa) bis etwa 1,5 bar (150 kPa) betrieben.
  • Zusätzlicher Brennstoff, unter hohem Druck stehender, mit O2 angereicherter Gasstrom und/oder Dampf wird optional einem Brenner zugeführt, der sich im Kessel 38 befindet oder mit ihm verbunden ist.
  • Optional wird eine eventuelle Restwärmeenergie des mit N2 angereicherten Gasstroms, der aus dem Energiegewinnungsmittel ausströmt, in einem Wärmetauscher 62 verwendet (siehe 4 und 5), zum Beispiel um Wasser vorzuwärmen, das in den Kessel 38 einströmt. Die Verwendung des mit N2 angereicherten Gasstroms zur Energiegewinnung und optional für einen Wärmeaustausch im Wärmetauscher 62 ist wichtig, um den gewünschten Gesamtwirkungsgrad des Verfahrens zu erreichen, während sie gleichzeitig die Wartungskosten der Gasturbine erheblich verringert.
  • Außerdem kann der mit N2 angereicherte Gasstrom 44, der aus der Gasturbine 42 oder dem Wärmetauscher 62 ausströmt, als ein Produkt verwendet werden. In Abhängigkeit von den Anforderungen des Produktes kann der mit N2 angereicherte Gasstrom 44 behandelt werden, um eventuelle Verunreinigungen zu entfernen. Stattdessen oder außerdem kann der mit N2 angereicherte Gasstrom 44 so behandelt werden, dass ein komprimiertes gasförmiges Produkt oder ein flüssiges N2-Produkt erzeugt wird. Außerdem kann optional ein Teil des mit N2 angereicherten Gasstroms oder des flüssigen N2 behandelt und zum Kessel 38 zurückgeführt werden, als ein unter hohem Druck stehendes Gas, das seinem Wärmetauscher zugeführt wird.
  • Dampferzeugung
  • Vorzugsweise wird der Dampf 16, der in die Brennkammer 12 eingeleitet wird, bei dem Verfahren zur Energiegewinnung mit integrierter Lufttrennung 10 erzeugt. Insbesondere wird der Dampf 16 aus einem mit Wasser angereicherten Strom 58 erzeugt, der von dem aus dem Kessel 38 ausströmenden FG/S-Strom 52 getrennt wird.
  • Bei einer Ausführungsform, die in 3, 4 und 5 dargestellt ist, wird der aus dem Kessel 38 ausströmenden FG/S-Strom 52 in einem Kondensator 54 kondensiert, um einen mit CO2 angereicherten Strom 56 und einen mit Wasser angereicherten Strom 58 zu erzeugen. Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform wird der mit Wasser angereicherte Strom 58 im Kessel 38 erwärmt, um einen mit Dampf angereicherten Strom 16 zu erzeugen. Der mit Dampf angereicherte Strom 16 wird anschließend in die Brennkammer 12 eingespritzt und strömt als Teil des FG/S-Stroms 18 aus.
  • Bei den in 4 und 5 dargestellten Ausführungsformen wird der mit Wasser angereicherte Strom 58 in einem Wärmetauscher 62 durch Restwärme in dem mit N2 angereicherten Gasstrom vorgewärmt, der aus der Gasturbine 42 ausströmt. Der aus dem Wärmetauscher 62 ausströmende vorgewärmte, mit Wasser angereicherte Strom 64 wird dann zum Kessel 38 geleitet, um einen mit Dampf angereicherten Strom zu erzeugen. Der im Kessel 38 erzeugte, mit Dampf angereicherte Strom weist vorzugsweise eine Temperatur in einem Bereich von etwa 250°C (480°F) bis etwa 650°C (1.200°F) und einen Druck in einem Bereich von etwa 3 bar (300 kPa) bis etwa 300 bar (30.000 kPa) auf. Besser liegt der Druck des mit Dampf angereicherten Stroms in einem Bereich von etwa 10 bar (1.000 kPa) bis etwa 150 bar (15.000 kPa). Am besten liegt der Druck in einem Bereich von etwa 12 bar (1.200 kPa) bis etwa 50 bar (5.000 kPa). Der obere Grenzwert des Dampfdruckes wird weitgehend von der Kapazität der Ausrüstung bestimmt. Im Allgemeinen erhöht sich der Wirkungsgrad des Verfahrens zur Energiegewinnung mit integrierter Lufttrennung mit zunehmendem Dampfdruck.
  • Vorzugsweise ist in dem mit Dampf angereicherten Strom 16 im Wesentlichen kein CO2 vorhanden.
  • Optional kann, wie in 4 und 5 dargestellt, ein Teil des im Kessel 38 erzeugten Dampfes als Industriedampf 74 in anderen Bereichen der Anlage verwendet werden.
  • Rauchgasbehandlung
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform, die in 3, 4 und 5 dargestellt ist, wird der aus dem Kessel 38 ausströmende FG/S-Strom 52 in einem Kondensator 54 kondensiert, um ihn in einen mit CO2 angereicherten Strom 56 und einen mit Wasser angereicherten Strom 58 zu trennen. Ferner ist ein bevorzugter Aspekt dieser Ausführungsform in 5 dargestellt. Gemäß diesem bevorzugten Aspekt wird der aus dem Kondensator 54 ausströmende, mit CO2 angereicherte Strom in einer Rauchgasbehandlungsanlage 76 behandelt, um einen behandelten mit CO2 angereicherten Strom zu erzeugen.
  • Die Zusammensetzung des FG/S-Stroms hängt von der Art des Brennstoffes, der Zusammensetzung und Konzentration des Oxidationsmittels, der Konzentration des eingespritzten Dampfes und dem Verhältnis C:H des Brennstoffes ab. Ein typischer FG/S-Strom 52, der aus dem Kessel 38 als Rauchgas ausströmt, enthält jedoch:
    von etwa 2 bis etwa 20 Mol-% CO2
    von etwa 80 bis etwa 92 Mol-% H2O
    Spuren von NOx, SOx und Asche
  • In der Rauchgasbehandlungsanlage 76 kann der mit CO2 angereicherte Strom, der aus dem Kondensator 54 ausströmt, behandelt werden, um Asche, andere partikelförmige Stoffe, NOx und SOx, die in der Brennkammer 12 und/oder im Brenner des Kessels 38 erzeugt wurden, zu entfernen oder umzuwandeln. NOx und SOx können mit Verfahren entfernt oder umgewandelt werden, die den Fachleuten bekannt sind, darunter zum Beispiel unter anderem Nassabscheider, katalytische Vorrichtungen und Kombinationen davon.
  • Asche und andere partikelförmige Stoffe können mit Verfahren entfernt werden, die den Fachleuten bekannt sind, darunter zum Beispiel unter anderem Nassabscheider, Prallabscheider, Zyklonabscheider, Zentrifugalabscheider, Filter, Zyklone und Kombinationen davon.
  • Ferner kann die Rauchgasbehandlungsanlage 76 auch verwendet werden, um eventuelles Restwasser zu entfernen, das nach dem Kondensieren des FG/S-Stroms 52 im Kondensator 54 in dem mit CO2 angereicherten Strom verblieben ist. Dieses Restwasser kann mit Verfahren entfernt werden, die den Fachleuten bekannt sind, darunter zum Beispiel unter anderem zusätzliche Kondensatoren, Abscheider und Kombinationen davon.
  • Bei einer Ausführungsform kann der mit CO2 angereicherte Strom in der Rauchgasbehandlungsanlage 76 verflüssigt werden, um ein flüssiges CO2-Produkt zu erzeugen. Der mit CO2 angereicherte Strom kann durch Kompression oder durch Abkühlen verflüssigt werden. Das mit CO2 angereicherte Produkt kann bei zahlreichen Anwendungen verwendet werden, darunter zum Beispiel unter anderem Wasseraufbereitung, Getränke und chemische Industrie.
  • Vorteilhafterweise können Edelgase wie etwa Ar, Xe und Kr ebenfalls in der Rauchgasbehandlungsanlage 76 von dem Rauchgas getrennt werden. Edelgase können zum Beispiel unter anderem unter Anwendung einer Destillierkolonne (nicht dargestellt) oder eines Verfahrens mit gesteuerter Gefrierzone abgetrennt werden. Weitere Mittel sind den Fachleuten auf dem Gebiet der Abtrennung von Edelgasen bekannt.
  • Brennstoffvergasung
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der in 5 dargestellten Ausführungsform wird der Brennstoff vor der Verbrennung in einer Vergasungsanlage 82 behandelt. Bei dieser Ausführungsform wird fester oder flüssiger Brennstoff 86, wie unter anderem Kohle, Kohlerückstände, Biomasse und Ölrückstände, durch Reaktion mit einem in der ASU 22 erzeugten, mit O2 angereicherten Gas 84 und mit einem mit Dampf angereicherten Strom 74 oxidiert, um ein Synthesegas zu erzeugen, das aus CO und H2 besteht. Stattdessen kann Dampf und/oder Wasser von einem anderen Punkt des Verfahrens zur Energiegewinnung mit integrierter Lufttrennung verwendet werden. Zum Beispiel kann der aus dem Wärmetauscher 62 austretende Strom 64 in die Vergasungsanlage 82 eingespeist werden.
  • Anders als in der Brennkammer wirkt Dampf als ein Reaktionspartner bei der Reaktion, bei der Synthesegas erzeugt wird. Außerdem ist die Menge an O2, die in der Vergasungsanlage 82 zugeführt wird, im Allgemeinen kleiner als die Menge an O2, die der Brennkammer zugeführt wird. Vorzugsweise ist das Verhältnis von O2:C bei der Zuführung zur Vergasungsanlage kleiner als 0,5. Insbesondere liegt das Verhältnis von O2:C in einem Bereich von etwa 0,1 bis etwa 0,4.
  • Vorzugsweise wird Synthesegas 88 als Brennstoff in der Brennkammer 12 verwendet.
  • Beispiele
  • Zum Modellieren des integrierten Verfahrens und zur Bestimmung des Wirkungsgrades des Verfahrens wurde die Software ASPEN verwendet. Für das Verfahren zur Energiegewinnung mit integrierter Lufttrennung wurden Wirkungsgrade im Bereich von etwa 45 % bis etwa 70 % erreicht.
  • Die Software ASPEN wurde auch verwendet, um die Wirkungsgrade des integrierten Verfahrens mit und ohne N2-Energiegewinnung zu vergleichen. Für eine FG/S-Temperatur von 2.600°F (1.427°C) am Auslass der Brennkammer betrug der Gesamtwirkungsgrad des Verfahrens 48,3 % ohne N2-Energiegewinnung. Unter denselben Bedingungen, mit dem Unterschied, dass in das Verfahren zusätzlich ein Modul zur N2-Energiegewinnung integriert wurde (z.B. bei einem Austrittsdruck von N2 von 30 bar und einer Austrittstemperatur von N2 von 2.000°F (1.093°C)), erhöhte sich der Gesamtwirkungsgrad des Verfahrens auf 54,4 %.
  • Es wurden bevorzugte Verfahren zur praktischen Realisierung der Erfindung beschrieben. Selbstverständlich dient die obige Beschreibung lediglich zur Veranschaulichung, und es können andere Ausführungsformen des integrierten Verfahrens angewendet werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, der in den nachfolgenden Ansprüchen definiert ist.

Claims (27)

  1. Verfahren zur Energiegewinnung mit integrierter Lufttrennung, welches die folgenden Schritte umfasst: (a) Zuführen einer O2/N2-Quelle (24) zu einer Lufttrennungsanlage (22); (b) Trennen der O2/N2-Quelle (24) in wenigstens einen mit O2 angereicherten Gasstrom (28) und einen mit N2 angereicherten Gasstrom (36); (c) Zuführen wenigstens eines Teils des mit O2 angereicherten Gasstroms (28), der einen Druck von wenigstens etwa 3 bar (300 kPa) aufweist, und von Brennstoff (14) in eine Brennkammer (12), um ein Verbrennungsgemisch herzustellen; (d) Verbrennen des Verbrennungsgemisches, um wenigstens ein Rauchgas (18) herzustellen; (e) Einspritzen von Dampf (16) in die Brennkammer (12) vor, während und/oder nach dem Schritt des Verbrennens des Verbrennungsgemisches, um ein modifiziertes Verbrennungsgemisch aus wenigstens Dampf und Rauchgas herzustellen; (f) Gewinnen von Energie durch Einleiten des aus der Brennkammer ausströmenden modifizierten Verbrennungsgemisches in ein erstes Energiegewinnungsmittel (32); (g) Erwärmen wenigstens eines Teils des mit N2 angereicherten Gasstroms (36), der einen Druck von wenigstens etwa 3 bar (300 kPa) aufweist; und (h) Gewinnen von Energie durch Einleiten des erwärmten mit N2 angereicherten Gasstroms (36) in ein zweites Energiegewinnungsmittel (42), wobei der mit N2 angereicherte Gasstrom (36) in einem Wärmetauscher (38) unter Verwendung von Restwärme von dem aus dem ersten Energie gewinnungsmittel (32) ausströmenden Rauchgasstrom (FGS) erwärmt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der in die Brennkammer (12) eingespritzte Dampf (16) vor der Einspritzung im Wesentlichen kein CO2 enthält.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der in die Brennkammer (12) eingespritzte Dampf (16) verwendet wird, um die Temperatur der Brennkammer auf eine vorgegebene Temperatur einzuregeln, die niedriger ist, als die Verbrennungstemperatur wäre, wenn ein dampffreies Verbrennungsgemisch verwendet würde, das aus demselben Brennstoff und mit O2 angereicherten Gasstrom besteht.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Anteil des Dampfes (16) in einem Bereich von etwa 70 Mol-% bis etwa 99 Mol-% der Summe des mit O2 angereicherten Gasstroms (28), des Brennstoffes (14) und des Dampfes (16) in der Brennkammer liegt.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner den folgenden Schritt umfasst: (i) Kondensieren des modifizierten Verbrennungsgemisches in einem Kondensator (54), um Wasser und CO2 zu trennen.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, welches ferner den folgenden Schritt umfasst: (j) Leiten des aus dem Kondensator (54) ausströmenden Wassers zu einem Boiler (38), um Dampf zu erzeugen.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der im Schritt (j) erzeugte Dampf in die Brennkammer von Schritt (e) eingespritzt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der aus dem Boiler (38) ausströmende Dampf einen Druck in einem Bereich von etwa 3 bar (300 kPa) bis etwa 300 bar (30.000 kPa) aufweist.
  9. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der aus dem Boiler (38) ausströmende Dampf eine Temperatur in einem Bereich von etwa 250°C (480°F) bis etwa 650°C (1.200°F) aufweist.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Brennstoff (14) aus der Gruppe gewählt ist, welche aus gasförmigen, flüssigen und festen Kohlenstoff enthaltenden Verbindungen und Kombinationen davon besteht.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der mit N2 angereicherte Gasstrom (36) einen Druck in einem Bereich von etwa 10 bar (1.000 kPa) bis etwa 50 bar (5.000 kPa) aufweist.
  12. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der mit N2 angereicherte Gasstrom (36) durch Verdichten in einem Kompressor (92) mit Druck beaufschlagt wird, bevor er erwärmt wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der mit N2 angereicherte Gasstrom (36) in der Lufttrennungsanlage (22) mit Druck beaufschlagt wird, indem in der Lufttrennungsanlage (22) hergestellter flüssiger Stickstoff gepumpt wird, um einen mit Druck beaufschlagten, mit N2 angereicherten, im Wesentlichen flüssigen Strom zu erzeugen, und indem der mit Druck beaufschlagte, mit N2 angereicherte, im Wesentlichen flüssige Strom in einem Wärmetauscher erwärmt wird, während Druckluft gekühlt wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der mit O2 angereicherte Gasstrom (28) einen Druck in einem Bereich von etwa 10 bar (1.000 kPa) bis etwa 300 bar (30.000 kPa) aufweist.
  15. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der mit O2 angereicherte Gasstrom (28) durch Verdichten in einem Kompressor mit Druck beaufschlagt wird, bevor er der Brennkammer zugeführt wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der mit O2 angereicherte Gasstrom (28) in der Lufttrennungsanlage (22) mit Druck beaufschlagt wird, indem in der Lufttrennungsanlage hergestellter flüssiger Sauerstoff gepumpt wird, um einen mit Druck beaufschlagten, mit O2 angereicherten, im Wesentlichen flüssigen Strom zu erzeugen, und indem der mit Druck beaufschlagte, mit O2 angereicherte, im Wesentlichen flüssige Strom in einem Wärmetauscher erwärmt wird, während Druckluft gekühlt wird.
  17. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der aus dem zweiten Energiegewinnungsmittel (42) ausströmende mit N2 angereicherte Gasstrom (36) zu einem Wärmetauscher (62) geleitet wird, um das aus dem Kondensator (54) ausströmende Wasser (58) zu erwärmen, bevor das Wasser (58) zu dem Boiler (38) geleitet wird.
  18. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Lufttrennungsanlage (22) aus der Gruppe gewählt ist, welche aus einer Kryogeneinheit, einer Membraneinheit, einer Vakuumwechseladsorptionsanlage, einer Druckwechseladsorptionsanlage, einer Temperaturwechseladsorptionsanlage und Kombinationen davon besteht.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die O2/N2-Quelle (24) verdichtet wird, bevor sie der Lufttrennungsanlage zugeführt wird.
  20. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das modifizierte Verbrennungsgemisch gefiltert wird, bevor es zu dem ersten Energiegewinnungsmittel (32) geleitet wird.
  21. Verfahren nach Anspruch 5, welches ferner das Leiten des abgetrennten CO2 von dem Kondensator (54) zu einer Aufbereitungsanlage (76) zum Herstellen eines mit CO2 angereicherten Stroms (66) umfasst.
  22. Verfahren nach Anspruch 21, welches ferner den Schritt des Verflüssigens des mit CO2 angereicherten Stroms umfasst.
  23. Verfahren nach Anspruch 21, welches ferner den Schritt des Abtrennens eines Edelgasstroms vor, während oder nach dem Schritt des Herstellens des mit CO2 angereicherten Stroms umfasst.
  24. Verfahren nach Anspruch 23, wobei der Edelgasstrom aus der Gruppe gewählt ist, welche aus einem mit Ar angereicherten Gasstrom, einem mit Kr angereicherten Gasstrom, einem mit Xe angereicherten Gasstrom und Kombinationen davon besteht.
  25. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste und das zweite Energiegewinnungsmittel (42, 32) wenigstens eine Gasturbine umfassen.
  26. Verfahren nach Anspruch 10, welches ferner das Einführen eines Brennstoff-Einsatzgutes in eine Gasifizierungsanlage zum Herstellen eines gasförmigen Brennstoffes umfasst.
  27. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Gesamtwirkungsgrad des integrierten Verfahrens in einem Bereich von etwa 40 % bis etwa 70 % liegt.
DE60216248T 2001-03-23 2002-03-06 Verfahren zur energiegewinnung mit integrierter lufttrennung Revoked DE60216248T2 (de)

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US942269 2001-08-28
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US (1) US6745573B2 (de)
EP (1) EP1373687B1 (de)
CN (1) CN1316145C (de)
AT (1) ATE346223T1 (de)
AU (1) AU2002236164B2 (de)
CA (1) CA2439110A1 (de)
DE (1) DE60216248T2 (de)
ES (1) ES2276911T3 (de)
WO (1) WO2002077419A1 (de)

Families Citing this family (96)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7303606B2 (en) * 2002-01-08 2007-12-04 The Boc Group, Inc. Oxy-fuel combustion process
US20030138747A1 (en) * 2002-01-08 2003-07-24 Yongxian Zeng Oxy-fuel combustion process
FR2866695B1 (fr) * 2004-02-25 2006-05-05 Alstom Technology Ltd Chaudiere oxy-combustion avec production d'oxygene
US7694523B2 (en) 2004-07-19 2010-04-13 Earthrenew, Inc. Control system for gas turbine in material treatment unit
US7024800B2 (en) 2004-07-19 2006-04-11 Earthrenew, Inc. Process and system for drying and heat treating materials
US7024796B2 (en) 2004-07-19 2006-04-11 Earthrenew, Inc. Process and apparatus for manufacture of fertilizer products from manure and sewage
US7685737B2 (en) 2004-07-19 2010-03-30 Earthrenew, Inc. Process and system for drying and heat treating materials
US7637109B2 (en) * 2004-08-02 2009-12-29 American Air Liquide, Inc. Power generation system including a gas generator combined with a liquified natural gas supply
US20060123844A1 (en) * 2004-12-09 2006-06-15 Patrick Le Bot Integrated process for the separation of air and an integrated installation for the separation of air
US20060272334A1 (en) * 2005-06-01 2006-12-07 Pavol Pranda Practical method for improving the efficiency of cogeneration system
US7950217B2 (en) * 2005-08-12 2011-05-31 American Air Liquide, Inc. Oxygen-enriched air assisting system for improving the efficiency of cogeneration system
US7610692B2 (en) 2006-01-18 2009-11-03 Earthrenew, Inc. Systems for prevention of HAP emissions and for efficient drying/dehydration processes
TW200813320A (en) 2006-02-27 2008-03-16 Highview Entpr Ltd Electrical energy storage and generation
FR2898134B1 (fr) * 2006-03-03 2008-04-11 Air Liquide Procede d'integration d'un haut-fourneau et d'une unite de separation de gaz de l'air
EP2067937A2 (de) * 2007-08-27 2009-06-10 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Betrieb einer Kraftwerksanlage mit integrierter Vergasung sowie Kraftwerksanlage
EP2227624B1 (de) * 2007-12-06 2020-04-29 Sustainable Energy Solutions, LLC Verfahren und systeme zur erzeugung von energie von einer turbine unter verwendung von druckstickstoff
MY153097A (en) 2008-03-28 2014-12-31 Exxonmobil Upstream Res Co Low emission power generation and hydrocarbon recovery systems and methods
AU2009228283B2 (en) 2008-03-28 2015-02-05 Exxonmobil Upstream Research Company Low emission power generation and hydrocarbon recovery systems and methods
US8776734B1 (en) 2008-05-19 2014-07-15 Innovative Environmental Solutions, Llc Remedial system: a pollution control device for utilizing and abating volatile organic compounds
US20090288447A1 (en) * 2008-05-22 2009-11-26 Alstom Technology Ltd Operation of a frosting vessel of an anti-sublimation system
AU2009303735B2 (en) 2008-10-14 2014-06-26 Exxonmobil Upstream Research Company Methods and systems for controlling the products of combustion
US20100205967A1 (en) * 2009-02-16 2010-08-19 General Electric Company Pre-heating gas turbine inlet air using an external fired heater and reducing overboard bleed in low-btu applications
JP5898069B2 (ja) 2009-06-05 2016-04-06 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 燃焼器システムおよびその使用方法
FR2949845B1 (fr) * 2009-09-09 2011-12-02 Air Liquide Procede d'operation d'au moins un appareil de separation d'air et d'une unite de combustion de combustibles carbones
CN102597418A (zh) 2009-11-12 2012-07-18 埃克森美孚上游研究公司 低排放发电和烃采收系统及方法
FR2958999A1 (fr) * 2010-04-16 2011-10-21 Air Liquide Procede de chauffage d'au moins un fluide
JP5759543B2 (ja) 2010-07-02 2015-08-05 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 排ガス再循環方式及び直接接触型冷却器による化学量論的燃焼
AU2011271633B2 (en) * 2010-07-02 2015-06-11 Exxonmobil Upstream Research Company Low emission triple-cycle power generation systems and methods
MY156099A (en) 2010-07-02 2016-01-15 Exxonmobil Upstream Res Co Systems and methods for controlling combustion of a fuel
SG10201505280WA (en) 2010-07-02 2015-08-28 Exxonmobil Upstream Res Co Stoichiometric combustion of enriched air with exhaust gas recirculation
CN102971508B (zh) 2010-07-02 2016-06-01 埃克森美孚上游研究公司 Co2分离系统和分离co2的方法
WO2012018457A1 (en) 2010-08-06 2012-02-09 Exxonmobil Upstream Research Company Systems and methods for optimizing stoichiometric combustion
WO2012018458A1 (en) 2010-08-06 2012-02-09 Exxonmobil Upstream Research Company System and method for exhaust gas extraction
US9546814B2 (en) 2011-03-16 2017-01-17 8 Rivers Capital, Llc Cryogenic air separation method and system
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
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
TWI563165B (en) 2011-03-22 2016-12-21 Exxonmobil Upstream Res Co Power generation system and method for generating power
TWI563166B (en) 2011-03-22 2016-12-21 Exxonmobil Upstream Res Co Integrated generation systems and methods for generating power
CN104428490B (zh) 2011-12-20 2018-06-05 埃克森美孚上游研究公司 提高的煤层甲烷生产
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
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
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
US20140058152A1 (en) * 2012-08-21 2014-02-27 Uop Llc Inorganic oxides removal and methane conversion process using a supersonic flow reactor
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
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
US9869279B2 (en) 2012-11-02 2018-01-16 General Electric Company System and method for a multi-wall turbine combustor
US10161312B2 (en) 2012-11-02 2018-12-25 General Electric Company System and method for diffusion combustion with fuel-diluent mixing 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
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
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
US9803865B2 (en) 2012-12-28 2017-10-31 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
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
TW201502356A (zh) 2013-02-21 2015-01-16 Exxonmobil Upstream Res Co 氣渦輪機排氣中氧之減少
US9938861B2 (en) 2013-02-21 2018-04-10 Exxonmobil Upstream Research Company Fuel combusting method
US10221762B2 (en) 2013-02-28 2019-03-05 General Electric Company System and method for a turbine combustor
US20140250945A1 (en) 2013-03-08 2014-09-11 Richard A. Huntington Carbon Dioxide Recovery
US9784182B2 (en) 2013-03-08 2017-10-10 Exxonmobil Upstream Research Company Power generation and methane recovery from methane hydrates
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
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
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
US9617914B2 (en) 2013-06-28 2017-04-11 General Electric Company Systems and methods for monitoring gas turbine systems having exhaust gas recirculation
US9587510B2 (en) 2013-07-30 2017-03-07 General Electric Company System and method for a gas turbine engine sensor
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
US9951658B2 (en) 2013-07-31 2018-04-24 General Electric Company System and method for an oxidant heating system
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
CN103967545A (zh) * 2014-05-09 2014-08-06 肖凯云 氮代水火电系统
US10047633B2 (en) 2014-05-16 2018-08-14 General Electric Company Bearing housing
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
US9885290B2 (en) 2014-06-30 2018-02-06 General Electric Company Erosion suppression system and method in an exhaust gas recirculation gas turbine system
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
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
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
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
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
US10253690B2 (en) 2015-02-04 2019-04-09 General Electric Company Turbine system with exhaust gas recirculation, separation and extraction
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
DE102015119915A1 (de) * 2015-11-18 2017-05-18 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb einer Gasturbine mit nasser Verbrennung
GB201601878D0 (en) 2016-02-02 2016-03-16 Highview Entpr Ltd Improvements in power recovery
US10746461B2 (en) 2016-08-30 2020-08-18 8 Rivers Capital, Llc Cryogenic air separation method for producing oxygen at high pressures
CN109441574B (zh) * 2018-11-02 2021-07-23 中国石油大学(华东) 用于调峰的近零碳排放整体煤气化联合发电工艺
CA3200483A1 (en) * 2021-03-31 2022-10-06 William A. Fuglevand Co2 separation systems and methods
CN115750017B (zh) * 2022-11-30 2024-05-24 国家电投集团科学技术研究院有限公司 液态空气储能耦合制氨发电系统及方法

Family Cites Families (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3628332A (en) 1970-04-16 1971-12-21 John J Kelmar Nonpolluting constant output electric power plant
US4099382A (en) 1976-06-21 1978-07-11 Texaco Inc. By-product superheated steam from the partial oxidation process
US4116005A (en) 1977-06-06 1978-09-26 General Electric Company Combined cycle power plant with atmospheric fluidized bed combustor
US4382366A (en) 1981-12-07 1983-05-10 Air Products And Chemicals, Inc. Air separation process with single distillation column for combined gas turbine system
US5067837A (en) 1985-07-26 1991-11-26 Panopoulos Peter J Variable point writing instrument
US5129331A (en) 1988-01-11 1992-07-14 Merritt Thomas D Emissionless furnace boiler system
US5027720A (en) 1988-10-11 1991-07-02 Merritt Thomas D Emissionless furnace boiler system
US4910963A (en) 1988-11-21 1990-03-27 Vanzo Gordon F Solar energy process
GB8913001D0 (en) 1989-06-06 1989-07-26 Boc Group Plc Air separation
JP2954972B2 (ja) 1990-04-18 1999-09-27 三菱重工業株式会社 ガス化ガス燃焼ガスタービン発電プラント
US5321946A (en) 1991-01-25 1994-06-21 Abdelmalek Fawzy T Method and system for a condensing boiler and flue gas cleaning by cooling and liquefaction
US5403569A (en) 1991-01-25 1995-04-04 Abdelmalek; Fawzy T. Process for boiler flue gas cleaning by absorption, separation and liquefaction
US5265424A (en) 1992-08-03 1993-11-30 Thomas Merritt Advanced furnace boiler system in electric power plant
US5937652A (en) 1992-11-16 1999-08-17 Abdelmalek; Fawzy T. Process for coal or biomass fuel gasification by carbon dioxide extracted from a boiler flue gas stream
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
US5406786A (en) 1993-07-16 1995-04-18 Air Products And Chemicals, Inc. Integrated air separation - gas turbine electrical generation process
DE69410760T2 (de) 1993-12-17 1998-09-24 Air Prod & Chem Integrierte Produktion von Sauerstoff und elektrischer Energie
CA2198252C (en) 1994-08-25 2005-05-10 Rudi Beichel Reduced pollution power generation system and gas generator therefore
US6170264B1 (en) 1997-09-22 2001-01-09 Clean Energy Systems, Inc. Hydrocarbon combustion power generation system with CO2 sequestration
US5680764A (en) 1995-06-07 1997-10-28 Clean Energy Systems, Inc. Clean air engines transportation and other power applications
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
SE510738C2 (sv) 1996-05-20 1999-06-21 Nonox Eng Ab Sätt samt anordning för elgenerering på basis av förbränning av gasformiga bränslen
US6071116A (en) 1997-04-15 2000-06-06 American Air Liquide, Inc. Heat recovery apparatus and methods of use
US6047547A (en) 1997-11-07 2000-04-11 Coca Cola Co Integrated cogeneration system and beverage manufacture system
US6141950A (en) 1997-12-23 2000-11-07 Air Products And Chemicals, Inc. Integrated air separation and combustion turbine process with steam generation by indirect heat exchange with nitrogen
JPH11200886A (ja) 1998-01-05 1999-07-27 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd ガス化複合発電設備
DE19837251C1 (de) * 1998-08-17 2000-02-10 Siemens Ag Gas- und Dampfturbinenanlage
US6273180B1 (en) 1998-12-23 2001-08-14 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'eploitation Des Procedes Georges Claude Heat exchanger for preheating an oxidizing gas
US6113389A (en) 1999-06-01 2000-09-05 American Air Liquide, Inc. Method and system for increasing the efficiency and productivity of a high temperature furnace
US6345493B1 (en) * 1999-06-04 2002-02-12 Air Products And Chemicals, Inc. Air separation process and system with gas turbine drivers
US6256994B1 (en) 1999-06-04 2001-07-10 Air Products And Chemicals, Inc. Operation of an air separation process with a combustion engine for the production of atmospheric gas products and electric power
US6263659B1 (en) 1999-06-04 2001-07-24 Air Products And Chemicals, Inc. Air separation process integrated with gas turbine combustion engine driver
US6314896B1 (en) 1999-06-10 2001-11-13 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Method for operating a boiler using oxygen-enriched oxidants
JP2001041402A (ja) 1999-08-02 2001-02-13 Japan Society Of Industrial Machinery Manufacturers 酸素燃焼水管ボイラー
JP2001056104A (ja) 1999-08-16 2001-02-27 Japan Society Of Industrial Machinery Manufacturers 酸素燃焼貫流ボイラー
US6247315B1 (en) 2000-03-08 2001-06-19 American Air Liquids, Inc. Oxidant control in co-generation installations
US6382958B1 (en) 2000-07-12 2002-05-07 Praxair Technology, Inc. Air separation method and system for producing oxygen to support combustion in a heat consuming device
US6282901B1 (en) 2000-07-19 2001-09-04 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Integrated air separation process

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