JP2003532824A - エネルギー発生方法及び装置 - Google Patents

エネルギー発生方法及び装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃焼室の設計を簡単にし、ガスタービンによるＮＯｘｓの生成を減少させるエネルギー発生方法。 【解決手段】 本発明は、空気を、膨張機（３）に連結されたコンプレッサー（１）に輸送することからなる、エネルギー発生方法に関する。３〜１８％の酸素を含む窒素に富むガス流（１１）が、燃焼可能な流れ（１７）を有する燃焼室（１９）に輸送され、燃焼ガス（３３）が膨張機で膨張させられる。任意に、補助コンプレッサー（２１）からの空気が燃焼室に輸送される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エネルギーを発生する方法及び装置に関する。特に、本発明は、空
気分離装置が、窒素に富むガスを、燃焼ガスを膨張させることによりエネルギー
を発生する膨張機械の上流に送る、エネルギーを発生する方法及び装置に関する
。
【０００２】 本発明はまた、この型のエネルギー発生方法に組み込むように適合された空気
分離方法及び装置に関する。
【０００３】
【従来の技術】
特に、ＩＧＣＣ及び高圧で動作する極低温蒸留による空気分離ユニットの技術
範囲内において、ガスタービン及び極低温蒸留による空気分離ユニットを組合せ
るために、様々な企画が提案されている。
【０００４】 典型的には、ＵＳ−Ａ−４２２４０４５に記載されているように、ガスタービ
ンの空気コンプレッサーから空気がとられ、少なくもと１部が空気分離ユニット
に供給される。空気分離ユニットは、その代わりに窒素を、燃焼室用の燃料又は
タービンの膨張機の上流のいずれかに送る。
【０００５】 最も近い従来技術であるＵＳ−Ａ−４３８２３６６では、ガスタービンに連結
されたコンプレッサー内で圧縮されたすべての空気は、単独塔に送られる。燃料
、および空気分離ユニットの可逆交換器からくる非純粋窒素は、燃焼室に供給さ
れる。
【０００６】 ＥＰ−Ａ−０４６５１９３は、膨張機に連結されたコンプレッサーが空気分離
ユニットに空気を送らない方法を記載している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の１つの目的は、燃焼室の設計を簡単にすることにある。
【０００８】 本発明の他の目的は、ガスタービンによるＮＯｘｓの生成を減少させることに
ある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの対象によると、 ｉ）コンプレッサー内で空気を圧縮する工程、 ｉｉ）少なくとも１種の酸素に富む流体、および酸素をも含む少なくとも１種
の窒素に富むガスを生成するために、コンプレッサーで圧縮された空気の少なく
とも一部を空気分離ユニットに送る工程、 ｉｉｉ）燃焼ガスを生成するために、燃料及び少なくとも１種の窒素に富むガ
スを燃焼室に送る工程−コンプレッサーで圧縮された空気は燃焼室には送られな
い−、及び ｉｖ）エネルギーを回収するために、コンプレッサーと連結された膨張機で燃
焼ガスを膨張させる工程 を具備する、ネネルギー発生ユニットを用いてエネルギーを発生させる方法に
おいて、 前記窒素に富むガスは、燃焼室に送られる前に、８〜３０バールの圧力に圧縮
されることを特徴とするエネルギーを発生させる方法が提供される。
【００１０】 このように、ガスタービンのコンプレッサーからのすべての空気が空気分離ユ
ニットに送られるので、燃焼室は単純化される。
【００１１】 空気分離ユニットからの窒素に富むガスのガス流中に含まれる酸素による燃焼
は、非常にわずかなNOｘを生成することを可能とする。
【００１２】 本発明の他の任意の態様によると、 −コンプレッサーからの空気が空気分離ユニットに送られる； −コンプレッサーからの空気の一部が空気分離ユニットに送られ、コンプレッ
サーで圧縮された空気の残りが燃焼室以外のユニットの少なくとも１種の要素を
冷却するのに役立つ； −空気分離ユニットに送られた空気は、コンプレッサーから来る； −空気分離ユニットに送られた空気の一部は、補給（makeup）コンプレッサー
又は加圧空気源から来る； −補給（makeup）コンプレッサーからの空気は、燃焼室に送られる； −補給（makeup）コンプレッサーからの空気は、燃焼室に送られる前に窒素に
富むガスの少なくとも一部と混合される； −酸素に富むガスの少なくとも一部は、燃料流を発生するように、炭素を含む
燃料をガス化するために送られる； −燃料とは別の燃焼室に送られる唯一のガスは、窒素に富むガスである； −窒素に富むガスは、少なくとも５モル％、多くても１８モル％の酸素を含む
； −燃料及び窒素に富むガス以外の酸素を含む他のガス流は、燃焼室に送られる
； −他のガス流は、２〜１００モル％の酸素を含む； −窒素に富むガスは、１８モル％未満の酸素を含む； −窒素に富むガスは、５モル％未満の酸素を含む； −空気は、コンプレッサーにより８〜２０バールに圧縮される。
【００１３】 本発明の他の対象によると、 ｉ）コンプレッサー； ｉｉ）コンプレッサーに連結された膨張機； ｉｉｉ）燃焼室； ｉｖ）空気分離ユニット； ｖ）コンプレッサーからの空気を空気分離ユニットに送る手段； ｖｉ）空気分離ユニットからの酸素を含む窒素に富むガスを燃焼室に送る手段
を具備し、コンプレッサーからの空気を燃焼室に送る手段は具備しないエネルギ
ー発生装置において、 燃焼室に送る前に窒素に富むガスを圧縮する手段を具備することを特徴とする
エネルギー発生装置が提供される。
【００１４】 他の任意の態様によると、 −空気を空気分離ユニットに送るための補給コンプレッサー； −ガス化器、空気分離ユニットからの酸素に富むガスをガス化器に送る手段、
及びガス化器からの燃料を燃焼室に送る手段 が提供される。
【００１５】 本発明の他の対象によると、圧縮され、清浄化された空気が第１のカラムに送
られ、窒素に富む流れ及び酸素に富む液体が第１のカラムから抜き出され、酸素
に富む流れが第２のカラムに送られ、ある流れが第２のカラムの頂部から除去さ
れ、第２のカラムの底部にある液体の少なくとも一部が第３のカラムに送られ、
第２の酸素に富む流れ及び第２の窒素に富む流れが第３のカラムから取出され、
第３のカラムは第２のカラムより低圧で動作し、リボイラー／凝縮器により第２
のカラムに接続されている、少なくとも３つのカラムを具備するユニット内で空
気を分離する方法において、 圧縮され、清浄化された空気は、第１のカラムの上にある少なくとも幾つかの
トレーに送られ、第１のカラムの底部リボイラーは、他の流れにより加熱される
ことを特徴とする方法が提供される。
【００１６】 他の任意の態様によると、 −底部リボイラー内の液化された空気を第１のカラムから第２及び／又は第３
のカラムに送る手段； −第１のカラムは第２のカラムと実質的に同一の圧力で動作する； −燃焼室に送る前に、窒素に富むガスを圧縮する手段。
【００１７】 本発明の他の対象によると、少なくとも３つのカラム、空気を第１のカラムに
送る手段、酸素に富む流れを第１のカラムから第２のカラムに送る手段、第２の
カラムの頂部と第３のカラムの底部とを熱的に接続するリボイラー／凝縮器、第
２のカラムの頂部から流れを取出す手段、第２のカラムの頂部の液体の少なくと
も一部を第３のカラムに送る手段、及び第３のカラムから第２の酸素に富む流れ
及び第２の窒素に富む流れを取出す手段を具備する空気分離装置において、圧縮
され、清浄化された空気を、少なくとも１つのその理論的トレーの上の第１のカ
ラムに送る手段、第１のカラムの底部にあるリボイラー、及び加熱ガスを底部リ
ボイラーに送る手段を具備する空気分離装置が提供される。
【００１８】 本発明の他の任意の態様によると、第２のカラムの頂部から流れを取出す手段
が提供される。
【００１９】 燃焼室の動作を最適化するために、酸化剤は、酸素含量を制御するように、Ａ
ＳＵ（空気分離ユニット）からの廃窒素と補給ガスとの混合物とすることが出来
る。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１及び２を参照して、本発明について、より詳細に説明する。 図１は、本発明によるエネルギー生成装置のダイヤグラムである。 図２は、本発明によるＡＳＵのダイヤグラムである。この典型的なＡＳＵは、
図１に示すようなエネルギー生成装置に役立つことが出来る。
【００２１】 図１において、膨張機３に連結されたコンプレッサー１は、空気を８〜２０バ
ールの圧力に圧縮する。
【００２２】 このすべての空気は、圧縮され、清浄化され、極低温蒸留により空気を分離す
るユニット５に送られる。ユニット５は、ガス状又は液状酸素流７、ガス状又は
液状窒素流、及び３〜１１バールで９１モル％の窒素と９モル％の酸素を含むガ
ス状廃窒素流１１を生成する。
【００２３】 変形例として、空気分離ユニットは、透過又は吸着により空気を分離し得る。
【００２４】 圧縮されたガス状窒素１５の少なくとも一部は、天然ガス流１７とともに、燃
焼室１９に送られる。ガス状窒素に含まれる酸素は、燃料として作用する。
【００２５】 任意に、破線で示すように、補給コンプレッサー２１又は他の加圧空気源から
くる、８〜３０バールの圧力の空気流２５が、燃焼室１９に送られる。
【００２６】 この場合、空気は酸素を含むので、廃窒素の酸素含量は、燃焼室１９に送られ
る酸素量に応じて、より低くてもよく、窒素に富む流れは、わずか２〜５％の酸
素を含んでいてもよい。
【００２７】 このコンプレッサーからの他の空気流２３及び／又は圧縮された廃窒素流２７
は、窒素コンプレッサー１３の膨張機３の中間段階を冷却し得る。
【００２８】 このコンプレッサーからの他の空気流２９及び／又は圧縮された廃窒素流３１
は、燃焼ガス３３と混合され、そのすべては、次いで膨張機に送られる。
【００２９】 燃焼室は、コンプレッサー１からの空気を受けない。
【００３０】 このコンプレッサーからの他の空気流３７及び／又は圧縮された廃窒素流３９
は、膨張機３のローター又は燃焼室１９の壁を冷却し得る。
【００３１】 補給コンプレッサー２１からの空気３５の一部は、空気分離ユニット５内で分
離され得る。このようにして、コンプレッサー１が動作していない時に、ユニッ
トに空気が供給され得る。そうでないならば、コンプレッサー２１からの追加の
空気流が、ユニット５の酸素生成の増加を可能とし得る。
【００３２】 コンプレッサー１からの空気は、ガスタービンの様々な要素を冷却するために
使用されるので、恐らく空気分離ユニット５には送られない。この空気の部分は
、圧縮空気の約２５％を示し得る。
【００３３】 空気分離ユニットには、少なくとも開始時に、専用コンプレッサーから来る空
気の全て又は一部が供給され得る。
【００３４】 図２は、４〜３０バールで動作する第１のカラム１０１、４〜３０バールで動
作する第２のカラム１０２、１．３〜１０バールで動作する第３のカラム１０３
を具備する空気分離ユニットを示す。このユニットは、図１の分離ユニット５と
して役立ち得るであろう。好ましくは、カラム１０１，１０２は、８バール以下
で動作する。
【００３５】 コンプレッサー１からの空気は、清浄化され、２つの部分１０５，１０７に分
割される。一方の流れ１０５は、主交換器１０９で冷却され、唯一の供給物とし
て第１のカラム１０１に送られる。他の流れ１０７は、過給器１２７（冷過給器
である）で過給され、交換器１０９で冷却され、次に、第１のカラム１０１の底
部リボイラー１１１に送られ、そこで、膨張後、第２のカラムに送られる前に、
少なくとも部分的に凝縮される。第２のカラムには、部分的に凝縮した空気の下
、数個の理論段数の底部に、第１のカラム１０１の底部から来る液流が供給され
る。第１のカラムの塔頂ガスは希薄空気１１５であり、そのため、この窒素に富
む流れは、供給空気とほぼ同一の圧力なので、コンプレッサー１３用にされ得る
。
【００３６】 第２のカラムの底部における液体は、膨張され、単独の供給物として第３のカ
ラムの中間のレベルに送られる。第３のカラムの底部は、気化器−凝縮器１１３
により、第２のカラムの頂部に熱的に接続される。
【００３７】 第２のカラム１０２の塔頂ガスは、高圧窒素１１９である。
【００３８】 ガス状酸素１２１は、カラム１０３の底部から除去される。この流れは、恐ら
く、液状で除去され、加圧され、交換器１０９で気化される。
【００３９】 第３のカラムの塔頂ガス１１７は、低圧の窒素に富む流れであり、それ自体高
圧である希薄空気１１５よりも、タービンの中間段階、ローター等のような様々
の要素を冷却するのに役立つ。
【００４０】 明らかに、ユニットは、カラム１０１，１０２に空気を送るクロード（Ｃｌａ
ｕｄｅ）タービン、カラム１０３に空気を送るブロワタービン、カラム１０３が
加圧されるならば廃窒素タービン１１７、又は中間圧窒素タービン１１９であり
得る（図示しない）手段により冷たく維持されなければならない。
【００４１】 第２及び第３のカラムは、３段カラムと置換してもよい。
【００４２】 図２のダイヤグラムは、ガスタービンのコンプレッサーからのすべての空気が
ＡＳＵに送られる組合せ方法に関連して説明されている。しかし、このコンプレ
ッサーからの空気のすべて若しくは一部が燃焼室に送られる場合、又はＡＳＵが
他のユニットと組み合わされない場合でさえ、このダイヤグラムを使用すること
が出来ることは明白である。
【００４３】 コンプレッサー１３，２１，１２７は、装置のタービン、例えばスチームター
ビンと連結させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるエネルギー生成装置のダイヤグラム。
【図２】 本発明によるＡＳＵのダイヤグラム。
【符号の説明】
１・・・コンプレッサー、 ３・・・膨張機３、 ５・・・ユニット、 ７・・・ガス状又は液状酸素流、 １１・・・ガス状廃窒素流、 １３・・・窒素コンプレッサー、 １５・・・圧縮されたガス状窒素、 １７・・・天然ガス流、 １９・・・燃焼室、 ２１・・・補給コンプレッサー、 ２３，２９・・・空気流、 ２７，３１，３９・・・廃窒素流、 ２９，３７・・・空気流、 ３３・・・燃焼ガス。
【手続補正書】
【提出日】平成１５年６月２４日（２００３．６．２４）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の名称
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】 エネルギー発生方法及び装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ブリュジュロール、ジャン−ルノー フランス国、エフ−75016 パリ、リュ・ デ・ボーシェ ９ (72)発明者 ファント、フランソワ フランス国、エフ−78110 ル・ベジーヌ、 アブニュ・モーリス・ベルトー 21 Ｆターム(参考） 4D047 AA08 AB01 AB02 BA02 CA07 CA17 DA06

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ｉ）コンプレッサー（１）内で空気を圧縮する工程、 ｉｉ）少なくとも１種の酸素に富む流体（７）、および酸素をも含む少なくと
    も１種の窒素に富むガス（９，１１）を生成するために、コンプレッサーで圧縮
    された空気の少なくとも一部を空気分離ユニット（５）に送る工程、 ｉｉｉ）燃焼ガス（３３）を生成するために、燃料（１７）及び少なくとも１
    種の窒素に富むガス（１１）を燃焼室に送る工程−コンプレッサー（１）で圧縮
    された空気は燃焼室には送られない−、及び ｉｖ）エネルギーを回収するために、コンプレッサーと連結された膨張機（３
    ）で燃焼ガスを膨張させる工程 を具備する、ネネルギー発生ユニットを用いてエネルギーを発生させる方法に
    おいて、 前記窒素に富むガスは、燃焼室に送られる前に、８〜３０バールの圧力に圧縮
    されることを特徴とするエネルギーを発生させる方法。
  2. 【請求項２】 ガスタービンのコンプレッサー（１）からのすべての空気が空気分離ユニット
    （５）に送られる請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 コンプレッサー（１）からの空気の一部が空気分離ユニット（５）に送られ、
    コンプレッサーで圧縮された空気の残りが燃焼室（１９）以外のユニットの少な
    くとも１種の要素を冷却するのに役立つ請求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】 空気分離ユニットに送られた空気のすべては、コンプレッサーから来る請求項
    １〜３のいずれかに記載の方法。
  5. 【請求項５】 空気分離ユニットに送られた空気の一部（３５）は、補給コンプレッサー（２
    １）又は加圧空気源から来る請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
  6. 【請求項６】 補給コンプレッサー（２１）からの空気は、燃焼室（１９）に送られる請求項
    １〜５のいずれかに記載の方法。
  7. 【請求項７】 補給コンプレッサー（２１）からの空気は、燃焼室に送られる前に窒素に富む
    ガス（１１）の少なくとも一部と混合される請求項６に記載の方法。
  8. 【請求項８】 酸素に富むガス（１）の少なくとも一部は、燃料流を発生するように、炭素を
    含む燃料をガス化するために送られる請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
  9. 【請求項９】 燃料（１７）とは別の燃焼室に送られる唯一のガスは、窒素に富むガス（１１
    ，１５）である請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
  10. 【請求項１０】 窒素に富むガス（１１，１５）は、少なくとも５モル％、多くても１８モル％
    の酸素を含み、又は少なくとも５モル％、多くても１８モル％の酸素を含むよう
    に空気と混合され、このガスは次いで燃焼室（１９）に送られる請求項１〜９の
    いずれかに記載の方法。
  11. 【請求項１１】 燃料（１７）及び窒素に富むガス（１１，１５）以外の酸素を含む他のガス流
    は、燃焼室（１９）に送られる請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
  12. 【請求項１２】 他のガス流は、２〜１００モル％の酸素を含む請求項１１に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 窒素に富むガス（１１，１５）は、１８モル％未満の酸素を含む請求項１１又
    は１２に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 窒素に富むガス（１１，１５）は、５モル％未満の酸素を含む請求項１３に記
    載の方法。
  15. 【請求項１５】 空気は、コンプレッサー（１）により８〜２０バールに圧縮される請求項１〜
    １４のいずれかに記載の方法。
  16. 【請求項１６】 ｉ）コンプレッサー（１）； ｉｉ）コンプレッサーに連結された膨張機（３）； ｉｉｉ）燃焼室（１９）； ｉｖ）空気分離ユニット（１５）； ｖ）コンプレッサーからの空気を空気分離ユニットに送る手段； ｖｉ）空気分離ユニットからの酸素を含む窒素に富むガス（１１，１５）を燃
    焼室に送る手段を具備し、コンプレッサーからの空気を燃焼室に送る手段は具備
    しないエネルギー発生装置において、 燃焼室に送る前に窒素に富むガスを圧縮する手段（１３）を具備することを特
    徴とするエネルギー発生装置。
  17. 【請求項１７】 空気を空気分離ユニットに送るための補給コンプレッサー（２）を具備する請
    求項１６に記載の装置。
  18. 【請求項１８】 ガス化器、空気分離ユニットからの酸素に富むガスをガス化器に送る手段、及
    びガス化器からの燃料を燃焼室に送る手段を具備する請求項１６又は１７に記載
    の装置。
  19. 【請求項１９】 圧縮され、清浄化された空気（１０５）が第１のカラム（１０１）に送られ、
    窒素に富む流れ（１１５）及び酸素に富む液体（１２３）が第１のカラムから抜
    き出され、酸素に富む流れが第２のカラム（１０２）に送られ、ある流れ（１１
    ９）が第２のカラムの頂部から除去され、第２のカラムの底部にある液体（１０
    ６）の少なくとも一部が第３のカラム（１０３）に送られ、第２の酸素に富む流
    れ（１２）及び第２の窒素に富む流れ（１１７）が第３のカラムから取出され、
    第３のカラムは第２のカラムより低圧で動作し、リボイラー／凝縮器（１１３）
    により第２のカラムに接続されている、少なくとも３つのカラムを具備するユニ
    ット内で空気を分離する方法において、 圧縮され、清浄化された空気は、第１のカラムの上にある少なくとも幾つかの
    トレーに送られ、第１のカラム（１０１）の底部リボイラー（１１１）は、他の
    流れ（１０７）により加熱されることを特徴とする方法。
  20. 【請求項２０】 底部リボイラー（１１１）内の液化された空気を第１のカラム（１０１）から
    第２及び／又は第３のカラム（１０２，１０３）に送る手段を具備する請求項１
    ９に記載の装置。
  21. 【請求項２１】 第１のカラム（１０１）は第２のカラム（１０２）と実質的に同一の圧力で動
    作する請求項１９又は２０に記載の装置。
  22. 【請求項２２】 少なくとも３つのカラム（１０１，１０２，１０３）、空気を第１のカラム（
    １０１）に送る手段、酸素に富む流れ（１２３）を第１のカラムから第２のカラ
    ムに送る手段、第２のカラムの頂部と第３のカラムの底部とを熱的に接続するリ
    ボイラー／凝縮器（１１３）、第２のカラムの頂部から流れを取出す手段、第２
    のカラムの頂部の液体（１０６）の少なくとも一部を第３のカラムに送る手段、
    及び第３のカラムから第２の酸素に富む流れ（１２１）及び第２の窒素に富む流
    れ（１１７）を取出す手段を具備する空気分離装置において、圧縮され、清浄化
    された空気（１０５）を、少なくとも１つのその理論的トレーの上の第１のカラ
    ムに送る手段、第１のカラムの底部にあるリボイラー（１１１）、及び加熱ガス
    （１０７）を底部リボイラーに送る手段を具備する空気分離装置。
  23. 【請求項２３】 第２のカラム（１０２）の頂部から流れを取出す手段を具備する請求項２２に
    記載の装置。
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