JP2016514226A - ガスタービン排気ガスの処理のための酸素貯蔵成分を含む触媒 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、「ガスタービン排気内の酸素の低減」という名称の2013年2月21日出願の米国特許出願第61/767,690号の優先権の利益を主張するものであり、その全体は、引用によって本明細書に組み込まれている。
本明細書に説明する実施形態は、半閉ループ作動においてガスタービンエンジンからの排気流れ内の酸素含有量を低減するためのシステム及び方法を提供する。酸素貯蔵成分(OSC)を含む触媒床は、ガスタービン排気流れ内の酸素の量を約1000ppm、500ppm、200ppm、100ppm、50ppm、20ppm、又は10ppm未満まで低減するために閉ループラムダ制御と組み合わせて使用することができる。作動上偏位運動が、一時的に排気流れ内により高い酸素含有量を引き起こす場合に、触媒のOSCは、排気流れ内の酸素含有量を安定化させる余分な酸素を貯蔵することができる。他の作動上偏位運動が、一時的に例えば排気流れ内により低い酸素含有量、例えば、還元環境を引き起こす場合に、触媒のOSCは、予め貯蔵した酸素を放出し、この場合も、排気流れ内の酸素含有量を安定化させることができる。このようにして、OSCは、たとえ正常な制御システム変動がガスタービン燃焼機の瞬時空気/燃料比の変化を引き起こしても、ラムダ制御システムがより安定なラムダ設定値を維持することを可能にする。触媒は、分離又は圧縮工程の上流の熱回収蒸気発生機(HRSG)内で又は高圧縮パージ流れ内で床に位置することができる。
触媒床は、例えば、貴金属を含む酸化触媒及び例えばセリアを含むOSCを含有する。
図2は、ガスタービンエンジン102の燃焼機110への酸化剤流量及び/又は燃料流量を調節するのに使用することができるガスタービンシステム200の概略図である。参照したユニットは、一般的に図1に関して説明したようなものである。システム200は、例えば、酸化剤116の圧力、流量、又は組成を調節することによって燃焼機110に提供される酸化剤116の量を調節することができる。同様に、システム200は、燃料114の圧力、流量、又は組成を調節することによって燃焼機110に提供される燃料114の量を調節することができる。一部の実施形態において、各個々の燃焼機110への酸化剤流量は、各燃焼機110においてバルブ、旋回翼、又は混合部分のような酸化剤流量調節デバイス202によって調節することができる。アクチュエータ204を使用して、酸化剤流量調節デバイス202を調節することができる。同様に、各個々の燃焼機110への燃料流114を調節することができる。
排気流れ218は、例えば、排気膨張機部分208に取りつけられ、HRSGに又はガスタービンシステム200の他の位置に位置付けられた1つ又はそれよりも多くの触媒床220を通過することができる。触媒床220は、あらゆる数の触媒成分を含むことができる。例えば、触媒床は、酸化触媒又は水ガスシフト触媒を含むことができる。複数の触媒床は、連続的に使用することができる。一般的に、酸化及び/又は還元触媒床は、本明細書で説明するように高温区域、例えば、排気膨張機部分208に、排気膨張機208の後の個別の触媒床220に、又は熱回収蒸気発生機(HRSG)の初期段階に位置することができる。水ガスシフト触媒床は、HRSGの端部などの方向に排気流のより低温領域に位置することができる。触媒床220からの製品ガス222は、実質的に二酸化炭素、窒素、アルゴン、水素、及び水蒸気を含む低酸素含有ガスとすることができる。少量の酸素は、依然として存在する場合があるが、約10ppmv未満、例えば、5ppmv、2ppmv、又は1ppmvとすることができる。
酸化触媒は、本明細書では触媒Aと呼ばれる好ましい酸素除去触媒を得るように酸化セリウム(CeO2)又はセリアの使用による従来の酸化触媒の修正とすることができる。セリアは、多くの場合に、自動車用途に対して三元触媒に使用される。三元触媒を使用して排気流れ内の窒素酸化物、一酸化炭素、及び未燃炭化水素の濃度を低下させる。自動車エンジンにおいて、エンジンは、燃料に対するO2の超過(リーン作動)又は酸素に対する還元剤の超過(リッチ作動)のいずれかを生じるリッチ及びリーンモードの燃焼を定期的に循環させる。三元触媒におけるセリアの役割は、OSCとして作用して、十分な酸素がリッチ作動中の反応に対して存在することを保証することである。当量的排気再循環ガスタービン内で、システムから生成されて抽出された不活性ガスがその意図する目的に対して十分に低い酸素含有量を有するように、常に排気流れの酸素含有量を低く維持することが好ましい。例えば、制御システムヒステリシス、センサ精度及び反復性、バルブ作動及び信号ノイズによる正常な制御変動は、生成物の酸素含有量が常に最大許容値よりも低いことを保証するために、例えば、当量比又はラムダ値の最適設定値から離れた変化を必要とする場合がある。OSCの使用は、これらの不可避の制御システム変動の影響が、過渡リッチ及びリーン作動期間中にOSCから酸素の貯蔵及び放出により低減され、かつ場合によって排除されるので、最適値に近いか又は最適値でも設定値の選択を可能にする。
ガスタービンエンジン102が、例えば、閉ループラムダ制御なしに長時間にわたってリッチ条件下で作動する場合に、異なる触媒を使用して酸素放出を低減することができる。リッチ作動条件下で、従来の酸化触媒は、それぞれ式2及び3に示す反応に説明するように燃料のCO又は熱分解の不均化によって触媒表面上に形成することができる炭素又は炭素堆積物による抑制を受けやすい。
式2及び3における不要な副反応の反応生成物である炭素は、触媒表面を覆って触媒を不活性化する可能性がある。
炭素及び炭素堆積物による不活性化に対する上記触媒の抵抗は、触媒表面をより塩基性にすることによって高めることができる。触媒Cは、例えば、他の組成物の中でもPt及びPdの活性部位を保持するアルミナ及びセリア支持混合物を有する触媒Aについて説明する組成物を含む。支持体は、酸化マグネシウム(MgO)又は酸化バリウム(BaO)のようなアルカリ又はアルカリ土類金属酸化物の追加によって修正することができる。アルカリ酸化物又はアルカリ土類酸化物である支持体の留分は、約50重量%未満、30重量%未満、又は10重量%未満とすることができる。
触媒Dは、例えば、他の組成物の中でもRh、Pt、及びPdの活性部位を保持するアルミナ及びセリア支持混合物を有する触媒Bについて説明する組成物を含む。支持体は、MgO又はBaOのようなアルカリ又はアルカリ土類金属酸化物の追加によって修正することができる。アルカリ酸化物又はアルカリ土類酸化物である支持体の留分は、約50重量%未満、30重量%未満、又は10重量%未満とすることができる。
図3は、膨張機排気部分208からの排気流れ218に対してHRSG302を含むガスタービンシステム300の概略図である。HRSG302は、中でも流れ過熱デバイス、流れ上昇デバイス、給水加熱デバイス、又は吸熱反応デバイスのようないくつかの熱回収ユニットを含むことができる。従って、本明細書で言及するあらゆるHRSG302は、いずれかの他のタイプの熱回収ユニットと置換することができる。同様に付番された品目は、図1及び2に関して上述したようなものである。排気流れ218内の排気ガスは、以下に限定されるものではないが、未燃燃料、酸素、一酸化炭素、二酸化炭素、水素、窒素、窒素酸化物、アルゴン、水、蒸気、又はこれらのいずれかの組合せを含むことができる。排気流れ218は、約430℃から約725℃に及ぶ温度及び約101kPa〜約110kPaの圧力を有することができる。
本明細書に説明する触媒及びOSC組合せは、当量比を制御するための必要性を低下させることができ、そのような制御は、製品ガス310中の酸素及び他の汚染物質の濃度を低減するのに有用である場合がある。上述のガスタービンシステムを使用して、個々に、群として、又は両方のいずれかで燃焼機110において燃焼工程を制御することができる。制御の目的は、燃料及び酸素の当量比の均衡を保つことを可能にすることができる。これを実施して、排気流れ内のCO濃度によって表される未燃又は部分的に燃焼した炭化水素を最小にし、排気流れ内の消費されない酸素を最小にすることができる。当量比は、図4A及び4Bに関して更に説明する。
図7は、ガスタービンエンジン内で燃焼機への酸化剤及び燃料を制御するのに使用することができるプラント制御システム700のブロック図である。上述したように、制御システム700は、DCS、PLC、DDC、又はいずれかの他の適切な制御デバイスとすることができる。更に、センサ、バルブ、アクチュエータ、及び他の制御を含むあらゆるコントローラ、制御デバイス、又はモニタシステムは、IEC61158に従ってFIELDBUSシステムのようなリアルタイム分配制御ネットワークの一部とすることができる。プラント制御システム700は、個々に又は全体として燃焼機への燃料及び酸化剤を調節するのに使用する制御システムをホストすることができる。
図8は、排気流れ内の選択された成分の濃度を低下させるように熱回収蒸気発生機(HRSG)における酸化触媒床の使用を示す模擬ガスタービンシステム800の概略図である。図面に円に示す参照番号は、表1において示した流れ名称に対応する。表1の値は、シミュレーションで発生する条件及び濃度に対する結果である。シミュレーションは、AspectTechからの「HYSYS処理モデリング」システムを使用して実施された。
表1A:HRSGにおける触媒床のシミュレーション結果
表1B:HRSGにおける触媒床のシミュレーション結果
この技術の実施形態は、以下の付番した項目に示す方法及びシステムのあらゆる組合せを含むことができる。これは、あらゆる数の変形を以上の記述から想定することができるので、全ての可能な実施形態の完全なリストとして考えないものとする。
1.酸化剤システムと、燃料システムと、制御システムと、酸化剤システムから酸化剤及び燃料システムから燃料を受け取って燃焼させ、排気ガスを生成するようになった燃焼機と、排気ガス内の酸素の濃度を低下させて低酸素含有製品ガスを形成するように構成された酸素貯蔵成分を含む酸化触媒を含む触媒ユニットとを含むガスタービンシステム。
2.触媒が、族8−10からの元素と、耐熱性酸化物と、約0.1から約5.0の耐熱性酸化物に対する比率にあるランタノイド酸化物とを含む項目1のガスタービンシステム。
3.族8−10からの元素が、約0.1から約100,000の間の比率でプラチナ及びパラジウムの混合物を含む項目2のガスタービンシステム。
4.耐熱性酸化物が、アルミナ、シリカ、チタニア、又はジルコニア、又はこれらのいずれかの組合せを含む項目2又は項目3のガスタービンシステム。
5.触媒が、ロジウムを含む項目2、項目3、又は項目4のガスタービンシステム。
6.触媒が、約50%未満の比率でアルカリ酸化物、又はアルカリ土類金属酸化物、又はこれらのいずれかの混合物を含む項目2から項目4のいずれか1項のガスタービンシステム。
7.触媒が、約0.1と約100,000の間の比率でプラチナ及びパラジウムの混合物と、ジルコニアと、ジルコニアに対して約0.1から約5.0の間の比率にあるセリアとを含む項目1から項目6のいずれか1項のガスタービンシステム。
8.触媒が、約0.1と約100,000の間の比率でプラチナ及びパラジウムの混合物と、ジルコニアと、ジルコニアに対して約0.1から約5.0の間の比率にあるセリアと、ロジウムとを含む項目1から項目7のいずれか1項のガスタービンシステム。
9.触媒が、約0.1と約100,000の間の比率でプラチナ及びパラジウムの混合物と、ジルコニアと、ジルコニアに対して約0.1から約5.0の間の比率にあるセリアと、ジルコニア及びセリアの約50%未満の比率で酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、又は酸化バリウム、又はこれらのいずれかの組合せとを含む項目1から項目8のいずれか1項のガスタービンシステム。
10.触媒が、約0.1と約100,000の間の比率でプラチナ及びパラジウムの混合物と、ジルコニアと、ジルコニアに対して約0.1から約5.0の間の比率にあるセリアと、ロジウムと、ジルコニア及びセリアの約50%未満の比率で酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、又は酸化バリウム、又はこれらのいずれかの組合せとを含む項目1から項目9のいずれか1項のガスタービンシステム。
11.制御システムと通信するセンサを含み、センサが、排気ガス、低CO含有製品ガス、又は両方の少なくとも1つのパラメータを測定するようになっており、制御システムが、センサによって測定されたパラメータに少なくとも部分的に基づいて酸化剤、燃料、又は両方を調節するように構成される項目1から項目10のいずれか1項のガスタービンシステム。
12.排気ガスを受け入れ、かつ排気ガスの残留熱から蒸気を発生させるように構成された熱回収蒸気発生機(HRSG)を含む項目1から項目11のいずれか1項のガスタービンシステム。
13.HRSGが、触媒床を含む項目12のガスタービンシステム。
14.触媒床が、約200℃と600℃の間の温度に達するHRSG内のゾーンに位置付けられる項目13のガスタービンシステム。
15.各燃焼機のための酸化剤流量調節デバイスを含む項目1から項目14のいずれか1項のガスタービンシステム。
16.酸化剤流量調節デバイスが、流量制御バルブを含む項目15のガスタービンシステム。
17.複数の燃焼機の各々への酸化剤流れが、個々に調節される項目16のガスタービンシステム。
18.ガスタービンエンジンの膨張機部分の出口とガスタービンエンジンの圧縮機部分の入口との間の再循環ループを含む項目1から項目17のいずれか1項のガスタービンシステム。
19.再循環ループ内の第2の熱回収ユニットを含む項目18のガスタービンシステム。
20.再循環ループに設置されたセンサを含み、センサが、低CO含有製品ガス内の成分を測定するように構成される項目18又は項目19のガスタービンシステム。
21.再循環ループ内のブースター送風機を含み、ブースター送風機が、HRSGの下流に配置される項目18、項目19,又は項目20のガスタービンシステム。
22.生成物流れを冷却するガスタービンエンジンの圧縮機部分の上流の再循環ループ内の熱交換器を含む項目18から項目21のいずれか1項のガスタービンシステム。
23.ガス脱水ユニットを含む項目1から項目22のいずれか1項のガスタービンシステム。
24.製品ガスをリーン二酸化炭素流れとリッチ二酸化炭素流れとに分離するように構成された二酸化炭素分離ユニットを含む項目1から項目23のいずれか1項のガスタービンシステム。
25.触媒が、族10金属からの元素と、耐熱性酸化物と、約0.1から約5.0の耐熱性酸化物に対する比率にあるランタノイド酸化物とを含む項目1から項目24のいずれか1項のガスタービンシステム。
26.族10金属からの元素が、約0.1と約100,000の間の比率でプラチナ及びパラジウムの混合物を含む項目25のガスタービンシステム。
27.耐熱性酸化物が、アルミナ、シリカ、チタニア、又はジルコニア、又はこれらのいずれかの組合せを含む項目25のガスタービンシステム。
28.触媒が、ロジウムを含む項目25のガスタービンシステム。
29.触媒が、約50%未満の比率でアルカリ酸化物、又はアルカリ土類金属酸化物、又はこれらのいずれかの混合物を含む項目25のガスタービンシステム。
30.排気ガスから熱エネルギを除去するように構成された熱交換器と、排気ガス内のターゲットガスの濃度を低下させるように構成され、酸素貯蔵成分(OSC)を含む触媒床とを含む熱回収ユニット。
31.水ガスシフト触媒の作動に向けて選択された温度領域に位置する水ガスシフト触媒を含む第2の触媒床を含む項目30の熱回収ユニット。
32.排気ガスがチューブの上を通過する時に水を蒸気に沸騰させるように構成された水循環チューブと、金属触媒部位を保持する耐熱性酸化物支持体を含み、チューブの少なくとも一部分の上にある表面コーティングとを含む熱回収蒸気発生機を含む項目30又は項目31の熱回収ユニット。
33.ガスタービン上の燃焼機に燃料を供給する段階と、燃焼機に酸化剤を供給する段階と、燃焼機内で燃料及び酸化剤を燃焼させて排気ガスを生成する段階と、酸素貯蔵成分(OSC)触媒を有する触媒を含む触媒床に排気ガスの少なくとも一部分を通過させて低酸素含有製品ガスを形成する段階とを含むガスタービン内で燃料を燃焼させる方法。
34.燃料リッチ条件下でガスタービンを作動させて排気ガス内の酸素の量を低減する段階を含む項目33の方法。
35.大部分の時間にわたって実質的に当量的な条件下でガスタービンを作動させる段階と、短期間のリッチ作動条件を散在させて酸素を使い尽くす段階と、リーン作動条件の期間を散在させてOSCを再装荷する段階とを含む項目33又は項目34の方法。
36.熱回収ユニット内で排気ガスを冷却する段階と、排気ガスを冷却して水を凝縮し、乾燥排気ガスを形成する段階と、乾燥排気ガスを圧縮して希釈剤を形成する段階とを含む項目33、項目34,又は項目35の方法。
37.希釈剤の第1の部分を燃料、酸化剤、及び排気ガスのうちの少なくとも1つと混合して燃焼機、排気ガス、又は両方を冷却する段階を含む項目33から項目36のいずれか1項の方法。
38.ガスタービンから希釈剤の第2の部分を抽出する段階と、一酸化炭素、水素、及び未燃炭化水素を二酸化炭素及び水蒸気に酸化して低酸素含有製品ガスを生成するように構成された酸化触媒ユニットに希釈剤の第2の部分を送出する段階とを含む項目33から項目37のいずれか1項の方法。
39.酸化流れを圧縮する段階と、酸化流れの一部分を酸化剤として燃焼機に供給する段階とを含む項目33から項目38のいずれか1項の方法。
40.燃料流れを圧縮する段階と、燃料流れの一部分を燃料として燃焼機に供給する段階とを含む項目33から項目39のいずれか1項の方法。
41.希釈剤の第1の部分を燃焼機に送出する前に希釈剤を圧縮する段階と、希釈剤の第2の部分を抽出する段階とを含む項目38の方法。
42.燃料の第2の部分を脱酸素燃料として酸化触媒ユニットに供給する段階を含む項目37の方法。
43.酸化剤の第2の部分を酸化性物質として触媒ユニットに供給する段階を含む項目35の方法。
44.本質的に周囲の空気を酸化剤として供給する段階を含む項目36の方法。
45.排気ガスのパラメータを測定する段階と、燃料流量、酸化剤流量、又は両方を調節してパラメータをターゲット設定値範囲内に調節する段階とを含む項目33から項目44のいずれか1項の方法。
46.低酸素含有製品ガスのパラメータを測定する段階と、燃料流量、酸化剤流量、又は両方を調節してパラメータをターゲット設定値範囲内に調節する段階とを含む項目33から項目45のいずれか1項の方法。
47.排気ガス、低CO含有製品ガス、又は両方内の酸素濃度、一酸化炭素濃度、水素濃度、未燃炭化水素濃度、窒素酸化物、又はこれらのいずれかの組合せを含むパラメータを測定する段階を含む項目33から項目45のいずれか1項の方法。
48.パラメータから当量比を決定する段階を含む項目45の方法。
49.燃料対酸化剤の比率を調節して実質的に当量の混合物を形成する段階を含む項目33から項目48のいずれか1項の方法。
50.燃料対酸化剤の比率を調節して一酸化炭素(CO)の約100百万分の一(ppm)とCOの約5000ppmの間を含む排気ガスを得る段階を含む項目33から項目49のいずれか1項の方法。
51.排気ガスを用いて膨脹機タービンを駆動する段階と、機械的出力を発生させる段階とを含む項目33から項目50のいずれか1項の方法。
52.一酸化炭素、水素、及び未燃炭化水素を二酸化炭素及び水蒸気に酸化するように構成された酸化触媒床に排気ガスを通過させる段階を含む項目33から項目51のいずれか1項の方法。
53.低酸素含有製品ガスの少なくとも一部分を地下リザーバ内に注入する段階を含む項目33から項目52のいずれか1項の方法。
54.低酸素含有製品ガスのその部分を地下リザーバ内に注入する前に圧縮機を用いて低酸素含有製品ガスを圧縮する段階を含む項目53の方法。
55.ガス脱水ユニット内で低酸素含有製品ガスの少なくとも一部分を処理する段階を含む項目35の方法。
56.二酸化炭素分離ユニット内で低酸素含有製品ガスの少なくとも1つの少なくとも一部分を処理してリーン二酸化炭素流れ及びリッチ二酸化炭素流れを生成する段階を含む項目35の方法。
57.リーン二酸化炭素流れの少なくとも一部分を地下リザーバ内に注入する段階を含む項目56の方法。
58.リッチ二酸化炭素流れの少なくとも一部分を地下リザーバ内に注入する段階を含む項目56の方法。
59.リッチ二酸化炭素流れの少なくとも一部分を炭素隔離ユニットに供給する段階を含む項目56の方法。
60.リーン二酸化炭素流れを地下リザーバ内に注入する前にリーン二酸化炭素流れの少なくとも一部分を圧縮する段階を含む項目57の方法。
61.炭化水素回収の強化のために、リッチ二酸化炭素流れを地下リザーバに送出する前にリッチ二酸化炭素流れの少なくとも一部分を少なくとも1つのリッチ製品圧縮機に対して更に圧縮する段階を含む項目58の方法。
62.リッチ二酸化炭素流れを炭素隔離ユニットに供給する前にリッチ二酸化炭素流れの少なくとも一部分を圧縮する段階を含む項目59の方法。
63.ガス脱水ユニット内でリーン二酸化炭素流れの少なくとも一部分を処理する段階を含む項目56の方法。
64.ガス脱水ユニット内でリッチ二酸化炭素流れの少なくとも一部分を処理する段階を含む項目56の方法。
65.熱回収蒸気発生機内で排気ガスを冷却して蒸気を生成する段階を含む項目33から項目64のいずれか1項の方法。
66.蒸気を用いて蒸気タービンを駆動する段階と、機械的出力を発生させる段階とを含む項目65の方法。
67.蒸気を用いて処理流体を加熱する段階を含む項目65の方法。
68.熱回収ユニット内で排気ガスを冷却する段階と、処理流体を加熱する段階とを含む項目33から項目67のいずれか1項の方法。
69.低酸素含有製品ガス内の酸素濃度、一酸化炭素濃度、水素濃度、未燃炭化水素濃度、窒素酸化物、又はこれらのいずれかの組合せを含むパラメータを測定する段階を含む項目35の方法。
70.脱酸素燃料の流量を調節してパラメータをターゲット範囲に到達させる段階を含む項目69の方法。
71.酸化剤の流量を調節してパラメータをターゲット範囲に到達させる段階を含む項目69の方法。
102 ガスタービンエンジン
104 圧縮機
106 膨張機
112 ライン
Claims (40)
- 酸化剤システムと、
燃料システムと、
制御システムと、
前記酸化剤システムから酸化剤及び前記燃料システムから燃料を受け取って燃焼させ、排気ガスを生成するようになった燃焼機と、
前記排気ガス内の酸素の濃度を低下させて低酸素含有製品ガスを形成するように構成された酸素貯蔵成分を含む酸化触媒を含む触媒ユニットと、
を含むことを特徴とするガスタービンシステム。 - 前記触媒は、
族8−10からの元素と、
耐熱性酸化物と、
約0.1から約5.0の前記耐熱性酸化物に対する比率にあるランタノイド酸化物と、
を含む、
ことを特徴とする請求項1に記載のガスタービンシステム。 - 族8−10からの前記元素は、約0.1から約100,000の間の比率でプラチナ及びパラジウムの混合物を含むことを特徴とする請求項2に記載のガスタービンシステム。
- 前記耐熱性酸化物は、アルミナ、シリカ、チタニア、又はジルコニア、又はこれらのいずれかの組合せを含むことを特徴とする請求項2に記載のガスタービンシステム。
- 前記触媒は、ロジウムを含むことを特徴とする請求項2に記載のガスタービンシステム。
- 前記触媒は、約50%未満の比率でアルカリ酸化物、又はアルカリ土類金属酸化物、又はこれらのいずれかの混合物を含むことを特徴とする請求項2に記載のガスタービンシステム。
- 前記触媒は、
約0.1と約100,000の間の比率でプラチナ及びパラジウムの混合物と、
ジルコニアと、
前記ジルコニアに対して約0.1から約5.0の間の比率にあるセリアと、
を含む、
ことを特徴とする請求項1に記載のガスタービンシステム。 - 前記触媒は、
約0.1と約100,000の間の比率でプラチナ及びパラジウムの混合物と、
ジルコニアと、
前記ジルコニアに対して約0.1から約5.0の間の比率にあるセリアと、
ロジウムと、
を含む、
ことを特徴とする請求項1に記載のガスタービンシステム。 - 前記触媒は、
約0.1と約100,000の間の比率でプラチナ及びパラジウムの混合物と、
ジルコニアと、
前記ジルコニアに対して約0.1から約5.0の間の比率にあるセリアと、
前記ジルコニア及びセリアの約50%未満の比率で酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、又は酸化バリウム、又はこれらのいずれかの組合せと、
を含む、
ことを特徴とする請求項1に記載のガスタービンシステム。 - 前記触媒は、
約0.1と約100,000の間の比率でプラチナ及びパラジウムの混合物と、
ジルコニアと、
前記ジルコニアに対して約0.1から約5.0の間の比率にあるセリアと、
ロジウムと、
前記ジルコニア及びセリアの約50%未満の比率で酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、又は酸化バリウム、又はこれらのいずれかの組合せと、
を含む、
ことを特徴とする請求項1に記載のガスタービンシステム。 - 前記制御システムと通信するセンサを含み、
前記センサは、前記排気ガス、前記低CO含有製品ガス、又は両方の少なくとも1つのパラメータを測定するようになっており、
前記制御システムは、前記センサによって測定された前記パラメータに少なくとも部分的に基づいて前記酸化剤、前記燃料、又は両方を調節するように構成される、
ことを特徴とする請求項1に記載のガスタービンシステム。 - 前記排気ガスを受け入れ、かつ該排気ガスの残留熱から蒸気を発生させるように構成された熱回収蒸気発生機(HRSG)を含むことを特徴とする請求項1に記載のガスタービンシステム。
- 前記HRSGは、触媒床を含むことを特徴とする請求項12に記載のガスタービンシステム。
- 前記触媒床は、約200℃と600℃の間の温度に達する前記HRSG内のゾーンに位置付けられることを特徴とする請求項13に記載のガスタービンシステム。
- 各燃焼機のための酸化剤流量調節デバイスを含むことを特徴とする請求項1に記載のガスタービンシステム。
- 前記酸化剤流量調節デバイスは、流量制御バルブを含むことを特徴とする請求項15に記載のガスタービンシステム。
- 複数の燃焼機の各々への前記酸化剤流れは、個々に調節されることを特徴とする請求項16に記載のガスタービンシステム。
- ガスタービンエンジンの膨張機部分の出口と該ガスタービンエンジンの圧縮機部分の入口との間の再循環ループを含むことを特徴とする請求項1に記載のガスタービンシステム。
- 前記再循環ループ内の第2の熱回収ユニットを含むことを特徴とする請求項18に記載のガスタービンシステム。
- 前記再循環ループに設置されたセンサを含み、
前記センサは、前記低CO含有製品ガス内の成分を測定するように構成される、
ことを特徴とする請求項18に記載のガスタービンシステム。 - 前記再循環ループ内のブースター送風機を含み、
前記ブースター送風機は、前記HRSGの下流に配置される、
ことを特徴とする請求項18に記載のガスタービンシステム。 - 前記生成物流れを冷却する前記ガスタービンエンジンの前記圧縮機部分の上流の前記再循環ループ内の熱交換器を含むことを特徴とする請求項18に記載のガスタービンシステム。
- ガス脱水ユニットを含むことを特徴とする請求項1に記載のガスタービンシステム。
- 前記製品ガスをリーン二酸化炭素流れとリッチ二酸化炭素流れとに分離するように構成された二酸化炭素分離ユニットを含むことを特徴とする請求項1に記載のガスタービンシステム。
- 前記触媒は、
前記族10金属からの元素と、
耐熱性酸化物と、
約0.1から約5.0の前記耐熱性酸化物に対する比率にあるランタノイド酸化物と、
を含む、
ことを特徴とする請求項1に記載のガスタービンシステム。 - 前記族10金属からの前記元素は、約0.1と約100,000の間の比率でプラチナ及びパラジウムの混合物を含むことを特徴とする請求項25に記載のガスタービンシステム。
- 前記耐熱性酸化物は、アルミナ、シリカ、チタニア、又はジルコニア、又はこれらのいずれかの組合せを含むことを特徴とする請求項25に記載のガスタービンシステム。
- 前記触媒は、ロジウムを含むことを特徴とする請求項25に記載のガスタービンシステム。
- 前記触媒は、約50%未満の比率でアルカリ酸化物、又はアルカリ土類金属酸化物、又はこれらのいずれかの混合物を含むことを特徴とする請求項25に記載のガスタービンシステム。
- 排気ガスから熱エネルギを除去するように構成された熱交換器と、
前記排気ガス内のターゲットガスの濃度を低下させるように構成され、酸素貯蔵成分(OSC)を含む触媒床と、
を含むことを特徴とする熱回収ユニット。 - 水ガスシフト触媒の作動に向けて選択された温度領域に位置する該水ガスシフト触媒を含む第2の触媒床を含むことを特徴とする請求項30に記載の熱回収ユニット。
- 前記排気ガスがチューブの上を通過する時に水を蒸気に沸騰させるように構成された水循環チューブと、
金属触媒部位を保持する耐熱性酸化物支持体を含み、前記チューブの少なくとも一部分の上にある表面コーティングと、
を含む熱回収蒸気発生機を含むことを特徴とする請求項30に記載の熱回収ユニット。 - ガスタービン内で燃料を燃焼させる方法であって、
ガスタービン上の燃焼機に燃料を供給する段階と、
前記燃焼機に酸化剤を供給する段階と、
前記燃焼機内で前記燃料及び前記酸化剤を燃焼させて排気ガスを生成する段階と、
酸素貯蔵成分(OSC)触媒を有する触媒を含む触媒床に前記排気ガスの少なくとも一部分を通過させて低酸素含有製品ガスを形成する段階と、
を含むことを特徴とする方法。 - 燃料リッチ条件下で前記ガスタービンを作動させて前記排気ガス内の酸素の量を低減する段階を含むことを特徴とする請求項33に記載の方法。
- 大部分の時間にわたって実質的に当量的な条件下で前記ガスタービンを作動させる段階と、
短期間のリッチ作動条件を散在させて酸素を使い尽くす段階と、
リーン作動条件の期間を散在させて前記OSCを再装荷する段階と、
を含むことを特徴とする請求項33に記載の方法。 - 熱回収ユニット内で前記排気ガスを冷却する段階と、
前記排気ガスを冷却して水を凝縮し、乾燥排気ガスを形成する段階と、
前記乾燥排気ガスを圧縮して希釈剤を形成する段階と、
を含むことを特徴とする請求項33に記載の方法。 - 前記希釈剤の第1の部分を前記燃料、前記酸化剤、及び前記排気ガスのうちの少なくとも1つと混合して前記燃焼機、排気ガス、又は両方を冷却する段階を含むことを特徴とする請求項36に記載の方法。
- 熱回収蒸気発生機内で前記排気ガスを冷却して蒸気を生成する段階を含むことを特徴とする請求項33に記載の方法。
- 熱回収ユニット内で前記排気ガスを冷却する段階と、
処理流体を加熱する段階と、
を含むことを特徴とする請求項33に記載の方法。 - 前記低酸素含有製品ガス内の酸素濃度、一酸化炭素濃度、水素濃度、未燃炭化水素濃度、窒素酸化物、又はこれらのいずれかの組合せを含むパラメータを測定する段階を含むことを特徴とする請求項35に記載の方法。
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