JP4704655B2 - エネルギー発生方法及び装置 - Google Patents

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Description

【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、ＡＳＵ（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、燃料に供される。
【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（Ｃｌａｕｄｅ）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。

Claims (5)

  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全てを空気分離ユニット（５）に送る工程、そこでは、空気分離ユニットに送られる空気全ては、このコンプレッサーから来る、
    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、そこではコンプレッサー（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、
    v) 前記窒素に富むガスを、燃焼室に送られる前に、膨張機により駆動されないコンプレッサー（１３）内で０．８〜３ＭＰａ(８〜３０バール)の圧力に圧縮する工程、
    vi) 膨張機により駆動されない補給コンプレッサー（２１）からの空気を、燃焼室（１９）に送る工程、
    を具備する、エ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。
  2. 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１に記載の方法。
  3. 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又は２に記載の方法。
  4. 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１〜３のいずれかに記載の方法。
  5. 空気は、コンプレッサー（１）により０．８〜３ＭＰａ(８〜２０バール)に圧縮される請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
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