KR20210042044A - 가스 터빈을 포함하는 탄소 포집 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유입하는 연도 가스로부터 CO2를 포집하기 위한 방법 및 플랜트에 관한 것이다. 연도 가스는 석탄 및 가스 연소 발전소, 시멘트 공장 및 제련소에서 나오는 배기 가스일 수 있다. 유입하는 배기 가스는 냉각되고 공기와 혼합되어 압축되며, 그 후에 가스 및/또는 액체 연료와 함께 연소실 안으로 도입된다. 연소의 일부는, 포집된 CO2의 부피와 같은 부피를 냉각/연소 공기 공급물로 별도의 버너로 이루어진다. 버너는 연소실 내의 온도를 올려 저 산소 함량을 갖는 배기 가스의 연소를 가능하게 한다. CO2는 가스 터빈에 의해 팽창되기 전에 높은 분압에서 포집되어, 열회수 유닛에서 전력을 생산하고 또한 증기를 발생시킨다. 가스 터빈은 입구 온도, 압력 및 유량에 대한 설계 파라미터에 가까운 높은 효율로 작동할 것이다.

Description

가스 터빈을 포함하는 탄소 포집 시스템
본 발명은 탄소 포집 기술에 관한 것으로, 열 발전소 또는 열 발생 플랜트에 대한 것이며, 이러한 발전소 또는 플랜트에서는, 열 발전소 또는 열 발생 플랜트에서 나온 연도 가스는 대형 외부 연소실을 갖는 가스 터빈에 보내지며, 이는 낮은 산소 함량을 갖는 CO2-풍부 연도 가스를 더 연소시키도록 설계되어 있고, 또한 높은 분압 하에서 작동하는 통합형 탄소 포집 플랜트에서 결과적인 CO2-풍부 연도 가스로부터 CO2를 추출한다.
CO2 포집에 대한 최대 시장은 기존의 석탄 연소 발전소에서 나오는 연도 가스에서 나온다. 많은 석탄 매장량을 갖는 국가는 소위 "청정 석탄 기술"을 이용하여 그의 자원을 이용하는데에 기여할 수 있다.
국제 특허 출원 공보 WO0048709는 CO2 포집 방법에 관한 것인데, 이 방법에서는 가스 터빈에서 나온 배기 가스를 다시 압축하여 흡수 효율을 개선하고 또한 처리될 가스의 양을 줄인다. 배기 가스로부터 CO2를 분리하기 위해 가압 흡수 또는 막을 사용하는 것이 또한 제안되어 있다. 그 공보는, 그의 요약서에 따르면, 배기 가스로부터 CO2를 제거 및 회수하기 위한 방법에 관한 것이며, 그 배기 가스는 발전소 및/또는 열 발생 플랜트에서 나온다. 배기 가스로부터의 CO2 제거는 화학적 흡수 및 이어지는 탈착으로 이루어지며, 배기 가스는 화학적 흡수제를 사용하는 흡수기에 공급되며, 그 흡수기에서 CO2가 흡수되며, C02 고갈 배기 가스 스트림이 형성된다. CO2-풍부 흡수제는 탈착기(스트립퍼)에 더 보내지고, 거기서 CO2가 흡수제로부터 제거되며, 그래서 대체로 CO2가 없는 흡수제는 흡수기로 재순환되고, 탈착된 CO2 가스는 배출된다.
노르웨이의 Capsol-Eop AS의 국제 특허 출원 공보 WO2017/042163에는, C02 포집 방법 및 플랜트가 기재되어 있다. 더 구체적으로, 그 공보에는, CO2 함유 배기 가스(1)로부터 CO2를 포집하기 위한 방법 및 플랜트가 기재되어 있는데, 배기 가스가 흡수기(30)에 들어가기 전에, 그 배기 가스는 압축되고(10) 또한 그 후에 냉각되며(13, 15, 22), 흡수기에서 배기 가스는 수성 CO2 흡수제 용액(49)과 대향류로 있게 되어, 흡수기(30)로부터 인출되는 희박한 배기 가스(31)를 주게 되며, 유입하는 압축 배기 가스에 대해 재가열되고(22, 13), 그 후에 팽창되어(34) 대기(4)에 방출되며, 수성 CO2 흡수제 용액은 수성 탄산칼륨 용액이며, 발생기(40)로부터 인출된 증기 및 CO2는 직접 접촉 냉각기(61)에서 냉각수(62)의 대향류로 냉각되어, CO2의 압축 및 건조를 위해 인출되는 냉각된 CO2 및 증기의 기체 유동(70), 및 인출되어 플래시되는(80) 냉각수 및 응축 증기의 액체 유동(64)을 발생시켜, 인출된 CO2 및 증기에 대한 직접 접촉 냉각기(61)를 위한 냉각수로서 재순환되는 냉각된 액체상(84), 및 압축되어(82) 가열되고 스트립핑 증기(83)로서 재생기(40) 안으로 도입되는 기체상(81)이 얻어진다.
노르웨이의 Sargas AS의 US20070006565("열발전소를 위한 정화 작업")에는, 화석 연료로 연소되는 열발전소에서 나오는 연소 가스로부터 CO2를 분리하기 위한 방법이 기재되어 있는데, 여기서, 열발전소에서 나온 연소 가스는 냉각 및 압축된 가스로 사용된다. 압축 후에, 연소 가스는 연소실에서 천연 가스의 연소로 재가열되어 배기 가스를 형성한다. 이 배기 가스는 냉각되고, 배기 가스로부터 CO2를 흡수하는 흡수제와 접촉하여, 저 CO2 스트림 및 흡수된 CO2를 갖는 흡수제를 형성하게 되며, 저 CO2 스트림은, 고온 배기 가스가 터빈에서 팽창되기 전에 연소실을 떠나는 그 고온 배기 가스에 대해 열교환기로 가열된다. 방법을 수행하기 위한 플랜트 및 병합 플랜트가 또한 기재되어 있다.
효율적인 CO2 포집은 유해한 배출물이 없이 흡수제를 사용하여 저 산소 함량 및 CO2의 높은 분압 하에서의 감소에 기반해야 한다. 유리한 흡수제는 고온 탄산칼륨(K2CO3) 이다.
그러한 CO2 포집을 위한 공지된 공정은 소위 Benfield 공정이다.
대기압 하에서 흡수제로서 탄산칼륨을 사용하는 것은 CO2 포집 저 선택도에 대해서는 가능하지 않다.
발전소의 일예는 스톡홀름에 있는 Vartan 석탄 연소 발전소이다. 석탄 연소 발전소는 2 x 100 MW을 발생시키고, 다음과 같은 특성을 갖는다:
종류 가압 유체 층 연소(PFBC)
PFBC 설명 연소 공기로 냉각되는 석탄 가압 보일러
쉘(약 350℃)
증기 사이클로 발생되는 전력 약 80%
가스 터빈(중간 냉각이 있는 GT35P)으로 발생되는
전력 약 20%
증기 터빈은 약 36%의 효율로 작동됨
Sargas의 특허 출원에서, 가스 및 석탄 연소 발전소 및 열 플랜트 모두의 경우에 CO2는 팽창 전에 고압에서 포집된다.
다음은 CO2 포집이 일어나는 Sargas 참조 프로젝트의 예이다:
A. Hammerfest의 가스 연소 발전소 100 MW(효율: 약 38%)
B. Husnes의 석탄 연소 발전소 4 x 100 MW(효율: 약 36%)
C. GE 수정 가스 터빈 LMS100을 사용하는, 제너럴 일렉트릭과 협력하는 IKM More의 가스 연소 발전소(Stargate 250 형) 250 MW(효율: 약 41%). 가스 터빈 및 증기 터빈으로 발생되는 전력은 각각 약 50%이다.
Kebmar AS는 CO2 포집이 일어나는 새로운 가스 연소 발전소에 대한 NO20140540로 공개된 특허 출원을 가지고 있고, 여기서 2개의 Alstom GT11N2이 "직렬"로 배치된다(간단히 "GTCC" 라고 함). 연도 가스는 냉각되는 제 1 가스 터빈으로부터 공급되어, CO2 및 NOx 포집이 일어나는 제 2 가스 터빈의 공기 흡입부에 도입된다. 효율은 약 46%이다.
본 발명의 일반적인 배경; 동기
많은 예측 가능하고 여러 예상치 못한 부정적인 결과를 갖는 심각하고 비가역적인 지구 기후 변화를 유발할 수 있는 가능성을 가지면서, 인간이 만든 CO2의 양이 대기 중에서 증가하고 있는 것과 관련한 장기적 기후 위험은 청정 기술의 채택을 촉진시키고 있다. 대부분의 국가가 파리 협약에서의 약속을 지키기 위해 석탄 연소를 줄이려고 계획하고 있으며, 이 석탄 연소는 전세계 CO2 배출의 거의 절반에 책임 있다. 화석 연료, 특히 "더러운" 석탄에 상당한 압력이 가해지고 있다.
청정 CO2 감소 기술의 개발이 모든 곳에서 우선 사항이다. 근년에, 세계는 재생 가능한 에너지에 있어 상당한 진보를 보였다. 그러나, CO2 포집 기술은 아직 산업적이지 않음에 따라, "청정" CO2 감소 화석 연료에서의 진전은 거의 또는 전혀 이루어지지 않았다. 에너지 소비 공익 사업주는 다른 분야에 관심을 두고 있는데, 큰 변화, 전기 차량의 사용 및 분산식 전기 공급으로의 기반 시설 필요한 재형성을 받고 있다. 재생이 시작된 때와는 달리, "새로운" CO2 감소 화석 에너지 기술에 대한 관대한 보조금을 주려는 정부의 의사는 불확실하거나 줄어들고 있다.
탄소 포집 및 저장("CCS") 기술의 사용은 여전히 에너지계의 블랙 스완(Black Swan)인데, 이는 낮은 가능성을 갖지만 큰 영향을 주는 방안이다. 석탄 연소 발전소가 CCS 기술을 가지면, 전세계적인 CO2 배출은 2030년까지 8 - 19% 만큼 그리고 2100년까지는 23 - 25% 만큼 급격히 낮아질 것이다. 이는 세계에서 단일의 최대 기후 방안이 될 것이다. CO2 배출이 없는 석탄 및 가스 발전을 위한 다음 세대의 기술적 해결책이 이미 존재하지만, 그 해결책들은 대부분 복잡하고 기술적으로 성숙하지 않고, 비싸며 그래서 실현 가능성이 없다.
이는 본 특허 출원에 대한 종래 기술의 일부분의 경우이며, 그 중의 일부는 발명자로서 본 출원인의 이름을 지니고 있다. 본 발명자/출원인은 수년 동안 아주 높은 CCS 가격에 초점을 두고 있으며, 오늘날의 해결책은 세계가 지불할 정도로 충분히 저렴하지 않다. 사용 가능하도록 기술은 보조금에 의존할 수 없고, 경제적으로 유지 가능하다.
석탄 및 가스 기반 에너지 생산, 시멘트 생산, 및 연도 가스의 정련소 배출물로부터의 CO2 배출을 크게 줄이는데 유효한 해결책.
산업적 지원이 없이, 새로 발명된 산업적 구성품의 회피: 대량 생산품이 되도록, CO2 감소 배출이 일어나는 플랜트는 잘 알려져 있는 구성품 및 시스템을 사용해야 하고, 그래서 산업계는, 판매자의 성능 보장을 가지면서, 그것을 지원할 의향이 있다.
튼튼한 플랜트는 최소 점유 면적을 가지며 독성 부작용이 전혀 없는 흡수제를 사용하고, 최소의 악화 및 CO2 포집에 소비되는 최소 에너지를 갖는다.
석탄은 저렴하고 풍부한 에너지이고, 모든 국가의 모든 곳에서 석탄이 공급되고 있다. 가스는 석탄 보다 낮은 배출 레벨을 갖는다. 역설적으로, 석탄 및 가스 배기에서 CO2 배출물이 제거되면, 이들 연료는 내일의 에너지원 믹스의 일부분으로 남아 있을 것이다. 그러나, 허용 가능한 비용으로의 CO2 포집에 초점을 두어야 하며, 그리고 나서야 CCS가 실행될 수 있다. 메탄올에 들어가는 수소와 혼합되는 CO2는 새로운 원료 및 가치 사슬을 생성하는 방법의 일 예이다. 메탄올, 합성 연료 및 재료는 CO2로부터 생성될 수 있고, 법규적인 관점에서 성가신 값비싼 배관에 대한 필요성 및 긴 설치 과정의 필요 없이, 육상 및 해상 차량에 사용될 수 있다. 아주 청정한 CO2 스트림만이 새로운 합성 재료를 형성하기 위해 향상된 오일 회수(EOR) 또는 메탄올에 재순환될 수 있기 때문에, 포집된 CO2는 아주 청정해야 한다. 이 분야의 새로운 산업 및 직업은 오래된 석탄, 가스 및 오일 국가에서도 환영 받을 것이다.
본 발명자/출원인은, 석탄 및 가스 CO2 배출물의 제거가 실행 가능하면, 새로운 가능한 산업이 생길 것임을 예측하고 있다. 이 산업은 비용을 더욱더 낮출 것이며 또한 화석 연료의 널리 분포된 현실적이고 저렴한 사용을 가능하게 할 것이다. 화석 연료는 개발 도상국에 중요하다. 저렴한 포집 비용은 에너지 생태계의 혁명을 가속시킬 것이며, 화석 연료는 재생 가능한 에너지원과 더불어 에너지 믹스로 있다. 본 특허 출원은 그 문제에 대한 해결책에 기여하고자 한다.
본 발명의 일 실시 형태에 따라, 석탄 연소 발전소와 같은 발생원에서 나온 연도 가스로부터의 CO2 포집을 설명한다. 발전소에서 나온 연도 가스는 냉각되고 그 후에, 15 bar의 압력에 근거하여 8% 이상의 산소 함량을 갖는 연소성 연도 가스를 얻기 위해 공기와 혼합된다. 가스 터빈은 터빈 연도 가스 입구 온도(TIT), 압력 및 유량에 대한 설계 조건에 가깝게 작동한다고 설명되지만, 가스 터빈 외부의 "사일로(silo)형" 연소실은, 고온 열교환기(HTHE)에 이어져 있는 연소실의 바닥에 연도 가스 출구가 배치되도록 재설계된다. 터빈의 팽창기로 가는 C02-고갈 연도 가스를 위한 복귀 입구가 연소실의 바닥과 통합되어 배치되며, 고압 고온 열교환기(HPHE)에서 나온 공급물은 가스 터빈의 팽창기 부분으로 되돌아 간다. 가스 버너가 연소실에서 정상부에 배치되고, 액체 버너는 연소실에서 아래에 배치된다. 본 발명의 일 실시 형태에서, 가스 버너의 약 25%는 혼합 공기 버너이다. 일 실시 형태에서, 공기 공급물은 별도의 압축기에서 오는 압축된 냉각 공기이며, 바람직하게는 중간 냉각기를 갖는다. 본 발명의 일 실시 형태에서, 가스 버너의 약 75%는 연소실의 원래 가스 버너로부터 변하지 않는다. 본 발명의 유리한 실시 형태에서, 고온 열교환기의 쉘 및 그 열교환기로 가는 또한 그로부터 나오는 동축 파이프를 냉각하기 위해 공기가 사용된다. 본 발명의 일 실시 형태에서, 연소실에 추가되는 공기의 양은 포집된 CO2의 추가량에 대응한다. 본 발명의 일 실시 형태에서, 흡수기는 약 15 bar에서 작동할 것이고, CO2의 분압은 높다.
배경 기술 공정에 대한 참조는 소위 Sargas Stargate 250 발전소이며, 여기서 흡수기는 약 8 bar에서 작동할 것이다. Stargate 250에서, 팽창기에 대한 입구 연도 가스의 입구 온도는 약 700℃이고, 통상적인 열교환기 설계의 지배를 받는다. 그 열교환기의 단점은, 열교환기의 쉘 냉각이 없다는 것이다. Stargate 250 발전소는 850℃의 설계 연도 가스 입구 온도를 갖는다. Stargate 250의 설계의 어떤 결과로서, 이는 터빈의 팽창기 부분에 대해 감소된 효율을 갖는다. 추가 단점은, 비교적 낮은 흡수 압력으로 인해 CO2 포집 아일랜드의 효율이 감소된다는 것이다. 또한, CO2 포집 플랜트의 흡수기 및 탈착기는, 압력이 예컨대 15 bar 이상인 플랜트와 비교하여 훨씬 더 큰 단면을 가져야 하기 때문에, CO2 포집 아일랜드의 가격은 낮은 흡수 압력으로 인해 높게 된다.
본 발명의 주 목적은, 다음과 같은 특징을 갖는 가스 터빈(1)을 갖는 CO2 포집 시스템을 개시하는 것이다:
CO2 함유 연도 가스 유동(G6)을 압축시키기 위한 가스 터빈(1)의 압축기 부분(2)으로 가는 C02 함유 초기 연도 가스 유동(G6)을 위한 입구 라인(6),
상기 압축기 부분(2)은 압축된 연도 가스(G6)를 위한 케이싱 출구 통로(1o)를 가지며,
상기 압축된 연도 가스(G6)를 위한 HP 연소실(14)을 갖는 고압 연소 유닛(26),
상기 HP 연소실(14)에는, 연소 및 냉각 공기 파이프(9) 및 적어도 하나의 연료 공급 라인(10)을 통해 공급되는 압축 공기(IG9)의 혼합물로 상기 압축된 연도 가스(G6) 내의 나머지 산소를 연소시키기 위해 배치되는 연료 버너(51)가 제공되어 있고,
상기 연소실(14)을 갖는 HP 연소 유닛(26)에는, 고압 고온(HPHT) 가스/가스 열교환기(25)로 가는 뜨거운 HPHT 후연소 CO2-풍부 연도 가스(G6E)를 위한 출구 CO2-풍부 연도 파이프(15o)가 제공되어 있고, 이 파이프는 CO2-풍부 연도 가스(G6E)를, C02 풍부 연도 가스(G6E)를 위한 출구 라인(30o)을 갖는 고압 저온(HPLT) 열교환기(30)에 이어져 있는 HPMT 가스 라인(17)을 통해 고압 CO2 포집 플랜트(100)에 더 전달하며,
CO2 포집 플랜트(100)는 고압 CO2-고갈 연도 가스(G6D)를 위한 HP 가스 복귀 라인(16), 및 포집된 CO2를 내보내기 위한 출구 라인(100o)을 포함하고,
HP 복귀 라인(16)은 상기 HP CO2-고갈 연도 가스(G6D)를 가열하기 위해 HP CO2-고갈 연도 가스(G6D)를 HPHT 가스/가스 열교환기(25)에 복귀시키며,
열교환기는, 가열된 HP CO2-고갈 연도 가스(G6D)를 복귀 통로(1r)에 전달하는 연도 가스 복귀 파이프(15R)를 통해 가스 터빈(1)의 팽창기 부분(3)에 더 연결되어 있다.
본 발명의 일 실시 형태에서, 연소실(14)을 갖는 HP 연소 유닛(26)에는, C02-풍부 연도 가스(G6E)를 고압 고온 열교환기(25)의 바닥에 공급하기 위한 출구 동축 냉각 파이프(15, 15R)가 제공되어 있다(도 1b, 1c, 3, 3a, 도 3b 참조).
본 발명의 일 실시 형태에서, 고압 고온 열교환기(25)의 쉘(925)의 냉각은, 압축기(19) 및 파이프(10)에 의해 열교환기(25)의 정상부에 전달되는 압축 공기(IG9)로 수행되고, 이어서, 열교환기(25)로부터, 터빈(1) 케이싱/동축 유출 파이프(15o)/동축 복귀 파이프(15R)와 연소실(14) 사이의 어댑터(54)까지 이르는 동축 파이프(15, 15o)의 쉘(915o)이 동일한 압축 공기(IG9)로 냉각되며, 복귀 동축 파이프(15, 15R)의 동축 쉘(915R)에 대한 입구에 이어져 있는 어댑터(54) 주위의 점퍼 파이프(A-B, 24)가, CO2-고갈 연도 가스(G6D)의 공급물을 고압 고압(HPHT) 열교환기(25)로부터 어댑터(54) 및 결국에는 터빈의 팽창기(3)에 전달하는 복귀 파이프(15, 15R)를 냉각한다.
본 발명의 일 실시 형태에서, 고압 고온 열교환기(25)의 쉘(925)로부터 나오는 동축 파이프(15, 15R)의 단부에서, 연소를 위한 이 공기(IG9)가 배관(9, D)에 의해 연소실(14)의 정상부에 전달된다.
본 발명의 일 실시 형태에서, 고압 고온 CO2-고갈 연도 가스(G6D)는 이 동축 냉각 파이프(15, 15R)에 의해 고온 열교환기(25)의 바닥으로부터 연소실(14)의 하측 부분의 어댑터(54)에 전달되고, 또한 C02-고갈 연도 가스(G6D)를 터빈(1)의 팽창기(3)에 공급하는 방향 베인(55)에 의해 안내된다(도 3c 참조).
본 발명의 일 실시 형태에서, 출구 파이프(17)는 고압 고온 열교환기(25)로부터 나온 부분적으로 냉각된 CO2-풍부 연도 가스(G6E)를 고압 중온(HPMT) 열교환기(30) 및 CO2 포집 플랜트(100)에 공급한다. HPMT 열교환기(30)를 지나는 CO2-고갈 연도 가스(G6D)의 복귀 유동은 복귀 고갈 연도 가스(G6D) 배관(16)에 의해 고온 열교환기(25)에 전달된다.
본 발명의 추가 실시 형태는 첨부된 청구 범위에 규정되어 있다.
본 발명은 언급한 배경 기술의 여러 단점을 해결한다.
본 발명의 이점
본 발명에 따르면, 연도 가스 후연소기 연소 유닛(26)/연소실(14)은 고압 및 고온(HPHT)에서 작동하고, 그래서, 병합된 터빈 및 탄소 포집 플랜트의 점유 면적은 저압 탄소 포집 플랜트를 갖는 터빈과 비교하여 일반적으로 낮다.
효율적인 혼합 및 긴 반응 시간으로 고압(HPHT) 하에서의 연도 가스의 연소로, 짧은 반응/혼합 시간으로 작동하는 작은 연소실과 비교하여 더 효율적으로 나머지 산소가 연소된다.
고온 하에서의 연료의 연소는, 천연 가스 외의 보충적인 연료를 포함하여 "어떤 것"도, 어떤 연료도 후연소기에서 연료의 대응하는 더 낮은 온도에서의 연소와 비교하여 더 효율적으로 연소시킨다.
고온 및 고압(HPHT) 연소로, 결과적인 후연소 C02-풍부 연도 가스 내의 CO2 함량이 많게 된다.
CO2 흡수기(33) 내의 CO2 가스의 높은 분압(HP)으로 인해, 흡수 매체, 특히, 탄산칼륨(K2CO3)에의 CO2 흡수가 증가된다. 본 발명의 일 실시 형태에서, 압축기(2)로 발생되는 압력은 약 15 bar 이고, 이 압력은 연도 가스의 순환 전체에 걸쳐 유지되며, 압축기(2), 연소실(14), HPHT 열교환기(25), 고압 중온 열교환기(30A), HPMT 파이프(17)를 지나 고압 중온(HPMT) 열교환기(30A)를 통해, 선택적 촉매 환원(SCR)(20)으로, 탄소 포집 플랜트(100)의 고압 저온(HPLT) 열교환기(30B), 응축기(31), 흡수기(33)를 통해, 다시 재가습기(32)를 통해, 저온 열교환기(30B), 중온 열교환기(30A)로, 그리고 다시 CO2-고갈 연도 가스 복귀 파이프(16)를 통해, HPHT 열교환기(25) 및 터빈(1)의 팽창기(3)로 되돌아가는 전체 사이클에 걸쳐 압력 강하는 거의 없다. 루프 전체의 고압에 의해, 매우 비싼 흡수기(33) 및 스트립퍼(38)와 같은 여러 구성품의 필요한 부피가 대기압에서 작동하는 저압 LP 탄소 포집 플랜트와 비교하여 약 1/15로 감소된다.
본 발명의 일 실시 형태에서, CO2-풍부 연도 가스(G6E)는 바람직하게는 액체 NH3 공급물을 갖는 선택적 촉매 환원 유닛(29)을 경유해 파이프(17)로부터 고압 중/저온 열교환기(30A, 30B), 응축기(30), 바람직하게는 K2CO3로 운전되는 흡수기 탑(33)으로 가고, 다시, 재가습기(32), HPLT 및 HPMT 열교환기(30A, 30B)로 가며 다시 연도 가스 입구(16)를 통해 고압 고온 열교환기(25)으로 가게 된다.
본 발명의 일 실시 형태에서, 응축된 물은 응축기(31)로부터 재가습기(32)로 펌핑된다. 이러한 구성으로, 응축 열은 CO2-고갈 연도 가스(G6D)에 다시 전달된다. 추가로, 연도 가스(G6E)의 응축은 흡수기(33)에서 일어나지 않을 것이며, 그래서, 흡수제 유체에서 물 형성이 회피되는 효과가 얻어진다. 위에서 설명한 연도 가스(G6E, G6D)이 유동에서의 압력 강하를 보상하기 위해, 전기 구동식 팬이 흡수기(33)의 상류에 배치된다(도 4 참조).
본 발명의 일 실시 형태에서, 연도 가스 팬은 위에서 설명한 연도 가스 유동에서의 비교적 작은 압력 강하를 보상하기 위해 흡수기(33)의 상류에 배치된다.
종래 기술인 WO2017/042163에 대한 이점은, 후연소기 챔버(그의 도 1 참조, 구성품(15)) 내의 냉각 파이프 및 증기 확산기/증기 터빈 및 복귀 펌프를 포함하는 종래 기술의 전체 수냉/증기 발생 회로가 없다는 것이다. 이리하여, 본 발명은 하나 또는 2개의 대형 사일로형 연소실을 갖는 가스 터빈과 고압 통합형 탄소 포집 플랜트의 순수한 조합을 이용할 수 있으며, 이는 가스 연소 보일러 및 증기 터빈 발생 유닛과 탄소 포집 플랜트와 조합되는 분할식 가스 터빈 보다 훨씬 더 효율적이다.
첨부된 도면은 청구된 발명의 실시 형태를 도시한다.
도 1a는, 연도 가스 냉각기(5)를 지나 가스 터빈(1)의 압축기 부분(2)으로 가는 C02 함유 초기 연도 가스 유동(G6)을 위한 입구 라인(6), 및 고압 고온 열교환기(25)에 더 연결되는 고압 연소 유닛(26)을 포함하는 가스 터빈(1)을 포함하는 본 발명의 일 실시 형태를 도시하고, 압축기(3) 및 발전기(18)와 동일한 축에서 구동하는 터빈의 팽창기(3)에 이어져 있는 간접 복귀 라인을 갖는다. 다른 구성품은 고압 중온 열교환기(30A)에 이어져 있는 유출 CO2-풍부 연도 가스 파이프(17)를 포함한다. CO2 포집부(100) 및 HPHT 열교환기(25)로 되돌아가는 CO2-고갈 연도 가스(G6D)를 위한 복귀 파이프(16)는 도 1a에 도시되어 있지 않다.
도 1b는 도 1a에 나타나 있는 본 발명의 실시 형태의 추가 상세점들을 도시한다.
도 1c는 연도 가스원(6S)로부터의 입구 라인(6)으로부터 연도 가스 유동(6)이 공급되는 가스 터빈(1)을 갖는 CO2 포집 시스템을 도시하는 본 발명의 일 실시 형태의 사시 개관도이다. 가스 터빈(1)은 연도 가스를 후연소시키기 위한 외부 연소실(14)을 가지며, 여기서 외부 연소실(14)은 수평으로 배치되는 가스 터빈의 수직 위쪽에 장착된다. CO2가 풍부한 후연소 연도 가스를 직접 가스 터빈(1)의 팽창기(3)에 복귀시키는 대신에, CO2-풍부 연도 가스는 가스 유동 어댑터(54)를 통해 고압 고온 대향류 열교환기(25)에 보내지며, 이 열교환기는, 고압 중온 열교환기 HPMT(30A)에 이어져 있는 유출 고압 CO2-풍부 연도 가스 유출 라인(17)을 가지며, 그 열교환기는 탄소 포집 플랜트(100)에 연결되어 있고, 열교환기는 또한 탄소 포집 플랜트(100)로부터 고압 중온 열교환기(30A)를 지나는 대응하는 고압 저온 CO2-고갈 연도 가스 복귀 라인(16)을 갖는다. 따라서 이들 두 연도 가스 라인(17, 16)은 고압 하에서 작동되는 CO2 포집 플랜트(도 4 참조)에 연결되어 있다.
도 2는 도 1a 및 1b에 도시되어 있는 가스 터빈의 일 실시 형태의 추가 상세 상면도를 나타낸다. 이 실시 형태는 연소 유닛(26)과 고온 고압 열교환기(25) 사이의 배관에 대해 비대칭적이다.
도 3은 도 2에 도시되어 있는 본 발명의 실시 형태에 대응하고, 연소실(14) 및 HPHT 열교환기(25)를 갖는 연소 유닛(26)을 측방 부분 단면도로 개략적으로 도시한다. 여기서, 비교적 더 저온인 고압 CO2-고갈 연도 가스(G6D)를 탄소 포집 플랜트로부터 다시 HPHT 열교환기(25)로 보내기 위한 고압(HP) 가스 복귀 라린(16)이 나타나 있다.
도 3a는 본 발명의 일 실시 형태를 도시한다.
- 그 도면의 좌측 부분에는, 연소 유닛(26)의 측면 부분 수직 단면도가 나타나 있고, 그 연소 유닛은, 연소실(14) 및 그의 대응하는 동축 파이프(15o, 915o) 및 복귀 동축 파이프(15R, 915R)를 갖는다.
- 그 도면의 우측 부분에는, 대응하는 동축 파이프(15o, 915o) 및 복귀 동축 파이프(15R, 915R)를 갖는 고압 고온 열교환기의 측면 수직 단면도가 나타나 있다. 이 실시 형태에서, 이들 주요 구성품은 열응력을 없애줄 대칭적인 탱크 및 파이프 루프로 배치된다.
- 그 도면의 중간 부분에는, 입구/출구 어댑터(54)에 있는 분할 플레이트의 상세가 나타나 있다.
도 3b는 대체로 대칭적인 실시 형태 도 3a에 대응하고, 도면의 좌측 부분에는, 연소실(14) 및 대응하는 동축 파이프(15o, 915o) 및 복귀 동축 파이프(15R, 915R)를 갖는 연소 유닛(26)의 상면 부분 단면도가 나타나 있다. 도면의 우측 부분에는, HPHT 열교환기(25)로 가는 대응하는 동축 파이프(15o, 915o)를 갖는 고압 고온 열교환기의 단부 부분 수직 단면도가 나타나 있다.
도 3c는 연소실(14)의 추가 상세를 도시한다.
도 3d는, 열 팽창 및 수축의 결과로 측방향 움직임을 허용하는 기판 상에 고압 고온(HPHT) 열교환기(25)가 지지되는 본 발명의 일 실시 형태의 측면 부분 수직 단면도이다.
도 4는 본 발명의 탄소 포집 플랜트 부분을 도시한다. "클라우드"는 도 1b, 도 2, 도 3, 도 3a, 도 3b, 및 도 3c를 참조하며, 고압 중온 열교환기(30A)(도 1b)로부터 선택적 촉매 환원부(29) 및 탄소 포집부(100)에 대한 입구에 있는 고압 저온 열교환기(30B)로 가는 고온 고압 HPHT CO2-풍부 연도 가스(G6E)의 공급 라인(17), 및 CO2-고갈 고압 저온 연도 가스(G6D)를 위한 고압 저온 열교환기(30B)로부터 고압 중온 열교환기(30A) 및 고압 고온 열교환기(25)까지 이어져 있는 복귀 라인(16)을 갖는다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에서 가스 및 에너지에 대한 흐름도이다.
도 6은, 가스 터빈(1)으로부터 나가는 한쌍의 출구 및 입구(1o, 1R)가 가스 터빈(1)의 본체의 양측으로 향해 있는 본 발명의 예시적인 실시 형태이다. 입구 및 출구는 한쌍의 연소 유닛(26) 및 고압 고온 열교환기(25)에 연결되며, 그 외에는 본 발명으로서 배치된다. 이 실시 형태는 예컨대 2개의 소위 사일로 연소 유닛을 갖는 SGT 2000 가스 터빈에 연결되는데에 유리하다.
도 7은 유입 및 유출하는 가스량을 개략적으로 도시하는 가스 균형도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 형태를 도시하며, 연소 유닛(26)은 연소실(14)을 가지며, 온도를 줄이기 위해, 열회수 유닛이 HPHT 열교환기(25)의 상류에 배치되며, HRU(증기)로부터의 에너지는 터빈(12)에 전달되며, 결과적으로, 팽창기(3)의 입구에 대한 설계 연도 가스 온도를 얻기 위해 HPHT 열교환기(25)로부터의 연도 가스 출구 온도는 감소되며, 전기 가열기가 HPHT 열교환기(25)의 하류에 배치된다. 가스 버너는 온도 증가를 위한 선택안이 아닌데, 그렇지 않으면 연소는 팽창기(3) 및 대기에 방출되는 연도 가스의 CO2 함량을 증가시킬 것이기 때문이다.
도 9는 Siemens V94.2 가스 터빈용으로 만들어진 장치를 도시한다. 이 터빈의 사용으로 얻어지는 이점은 다음과 같다: 2개의 외부 연소실(14)이 팽창기(3)에 대한 수평 연도 가스 공급으로 배치되며, 그래서 연도 가스 방향 베인의 설치가 간단하게 된다. 두 HTHE(25)의 크기가 감소된다. HTHS(25)로 가는 연도 가스용 복귀 유동 라인(16) 및 고압 공기 압축기(19)로부터 연소실(14)로 가는 공급 라인을 위해 분배 드럼이 배치된다. 파이프에 대해, 직경, 길이 및 기하학적 구조는 동일하고, HTHE(25) 및 연소실(14) 내의 동일한 연소 조건에 대한 동등한 부하의 영향을 갖는다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 설명하고 또한 본 발명의 실시 형태를 설명한다. 아래에서 설명되고 도시되는 실시 형태는 여기서 먼저 설명될 때 당업자에 의해 다양한 조합으로 조합될 수 있다.
도 1a는 가스 터빈(1)을 도시하고, 이 가스 터빈은, CO2 함유 연도 가스 유동(G6)를 압축시키기 위한 가스 터빈(1)의 압축기 부분(2)으로 가는 CO2 함유 초기 연도 가스 유동(G6)을 위한 입구 라인(6)을 포함한다. 압축기 부분(2)은 압축된 연도 가스(G6)를 위한 출구 통로(1o)를 가지며, 이 출구 통로는, 압축된 연도 가스(G6)를 위한 HP 연소실(14)을 갖는 고압 연소 유닛(26)에 이어져 있다. 도 1a에 개략적으로 도시되어 있는 본 발명에 대한 추가 상세점은 도 1b 및 도 2에서 참조된다. 도 1a는 본 발명의 실시 형태를 도시하고, 압축기 부분(2)으로 가는 CO2 함유 초기 연도 가스 유동(G6)을 위한 입구 라인(6)에 배치되는 냉각기(5)가 있다. 도 1a의 추가 상세가 본 발명의 실시 형태의 설명에 주어져 있다.
도 1b는 도 1a에 나타나 있는 본 발명의 실시 형태의 추가 상세점을 도시한다. 연소 유닛(26)의 압력(HP) 연소실(14)이, 바람직하게는 가스 연료를 공급하는 연료 공급 라인(10)에 있는 고압 연소 공기 파이프(9)를 통해 공급되는 압축 공기(IG9)의 혼합물로 압축 연도 가스(G6, 10) 내의 나머지 산소를 연소시키기 위해 배치된다. 연소실(14)을 갖는 HP 연소 유닛(26)에는, 뜨거운 고압 고온 후연소 CO2-풍부 연도 가스(G6E)를 위한 CO2-풍부 연도 파이프(15o)가 제공되며, 이 파이프는 고압 고온 (HPHT) 가스/가스 열교환기(25)에 이어져 있으며, 이 열교환기는 냉각된 CO2-풍부 연도 가스(G6E)를 고압 중온(HPMT) 가스 라인(17)을 통해 고압 중온(HPMT) 열교환기(30A)에 전달하며, 이 열교환기는 CO2-풍부 연도 가스(G6E)를 위한 출구 라인(17, 30o)을 가지며, 이는 고압 CO2 포집 플랜트(100)에 이어져 있고, 마지막으로 CO2 포집 플랜트(100)(도 4 참조)는 결국에는 고압 CO2-고갈 연도 가스(G6D)를 HP 가스 복귀 라인(16)을 통해 복귀시키며, 또한 포집된 CO2를 이출시키기 위한 출구 라인(42)을 가지고 있다(도 4에 있는 탄소 포집 플랜트에 대한 추가 상세점을 참조요).
수정된 CO2 포집 가스 터빈(1)의 이점:
- 컴팩트한 연속 하우징(100)에 배치되는 확산기/터빈 부분(3) 및 압축기 부분(10)을 갖는 병합형 가스 터빈(1)은, 후연소기 챔버로 가는 출구 및 그로부터 나오는 입구의 양측에서 축방향 분할 압축기 및 확산기/터빈 부분을 갖는 종래 기술의 가스 터빈에 비해 큰 이점을 갖는다.
- 약간만 수정된 GE GT11N2와 같은 공통 하우징(100)에 있는 기성 병합형 압축기/확산기 터빈의 사용에 의해, 그렇지 않으면 10년의 개발 기간을 필요로 하는 기성 가스 터빈 하우징을 사용하여 본 발명을 구현할 수 있다. 이로써, 주어진 CO2 한계를 국제적으로 동의된 요구되는 데드라인 내에서 피하는데 기여하는 것이 더 현실적이다.
도 1b에 도시되어 있는 바와 같은 본 발명의 발전소의 일 실시 형태에서의 온도는 대략적으로 다음과 같이 추정되었다:
가스 유동/성분 T(℃)
연소실(14)에서 나가는 출구에서
CO2-풍부 연도 가스(G6E)		 2000 ∼ 1100
파이프(15o) 주위의 동축 덕트(915o)에서 공기(IG9)로 대향류 방식으로 열교환된 HPHT 파이프(15o) 내의 CO2-풍부 연도 가스(G6E) 1100
HTHP 열교환기(25)의 냉각 쉘(915)에서 열교환되고 또한 위에서 처럼 HPHT 파이프(15o)의 동축 쉘 덕트(915o)에서 더 열교환된 공기(IG9) 380
냉각 연소 공기(IGO) 파이프(19) 300
(14)로부터 (25)까지의 동축 파이프(915), 냉각 연소 공기(IG9) 온도 380
PHT 복귀 파이프(15R)의 동축 쉘 덕트(915R)에서 더 열교환되어 연소실(14)에 전달되는 위와 같은 공기(IG9) 400
고압 고온(HPHT) 열교환기(25)로부터 고압 중온(HPMT) 출구 파이프(17)를 통해 고압 중온 열교환기(30A)에 전달되는 CO2-풍부 연도 가스(G6E) 790
라인(17, 30o)에서(SCR(29)로) 전달되는 고압 중온 열교환기(30A)를 통해 열교환된 CO2-풍부 연도 가스(G6E) 400
탄소 포집 플랜트(100)로부터 고압 중온 열교환기(30A)로 복귀하는 CO2-고갈 연도 가스(G6D)의 복귀 온도 440
라인(16) 상의 고압 중온 열교환기(30A)로부터 HPHT 열교환기(25)로 복귀하는 CO2-고갈 연도 가스(G6D)의 복귀 온도 750
HPHT 열교환기(25) 다음에 복귀 파이프(15, 15R)로 가는 열교환된 CO2-고갈 가스(G6D)의 복귀 온도(선택적으로 전기적으로 더 가열됨) 1260
(본 발명의 시스템의 필수 구성품에서의 온도)
추가 연소 공기
새로운 가스 터빈 탄소 포집 시스템의 일부 본질적인 특징을 다음과 같이 요약할 수 있다: 연도 가스(G6)가 터빈(1)에서 압축기(2)에 의해 압축된 후에 추가 연소 공기(IG9)가 연소실(14) 내의 압축 연도 가스(G6)에 추가된다. 추가 연소 공기(IG9) 내의 공급물은 중간 냉각이 있는 별도의 압축기로 공급된다. 공기 내의 공급물은 다음과 같은 여러 가지 기능을 갖는다:
a) 고압 고온(HTHP) 열교환기 "HTHE"(25)의 압력 쉘을 냉각함. 이러한 설계로, 설계되어 있는 팽창기의 에너지 전환 효율을 유지하도록 복귀 연도 가스 온도를 팽창기(3)의 요구되는 터빈 입구 온도(TIT) 근처까지 증가시킬 수 있다.
b) 동축 고온 파이프(15); CO2-풍부 연도 가스 파이프(15, 15o) 및 HTHP 열교환기(25)와 연소실(14) 사이의 고온 CO2-고갈 연도 가스 복귀 파이프(15, 15R)의 의 압력 쉘을 냉각시킴. 이는, 본 발명의 실제 구성을 합리적인 가격의 재료를 사용하여 만들 때 재료 강도에 대한 안전 설계에 필요하다.
c) 본 발명에 의해 생기는 수정으로 인해 기존의 팽창기(3)를 수정함이 없이, 터빈 팽창기(3)의 효율을 유지하기 위해, 추가 연료로, 흡수기(33)로부터 제거된 CO2 포집 양을 보상함.
d) 연소실(14) 내의 주 버너에 대해 하류에 배치되는 버너(51d)에 들어가는 가스의 유입 온도를 증가시키기 위해, 압축 공기를 소위 주 버너(51)를 통해 연소실의 정상부에 전달함. 이러한 특징의 이점은, 연소는 저산소 함량을 갖는 연도 가스로 일어날 수 있다는 것이다.
고압(HP) 복귀 라인(16)은, HP CO2-고갈 연도 가스(G6D)를 가열하기 위해 HP CO2-고갈 연도 가스(G6D)를 고압 고온(HPHT) 가스/가스 열교환기에 복귀시킨다. 그래서 가열된 고압 CO2-고갈 연도 가스(G6D)는 그런 다음에 HPHT 열교환기(25)로부터, 가열된 HP CO2-고갈 연도 가스(G6D)를 전달하는 연도 가스 복귀 파이프(15r)를 통해 가스 터빈(1)의 팽창기 부분(3)에 보내진다.
균형잡힌 공급 및 CO2 포집
CO2가 CO2 포집 플랜트/모듈(100)에 의해 제거되면, 팽창기(3)의 설계와 압축기(2) 사이에 질량 불균형이 생길 것이며, 또한 유도 전력 생산이 일어나거나 터빈의 팽창기(3)의 수정이 필요할 것이다. 본 발명의 실시 형태에서, 터빈(1)의 팽창기 부분(3)에 복귀되는 가스의 양을 균형잡기 위해, 연소 공기 파이프(9)를 통해 공급되는 공급 압축 공기(IG9) 및 연료 공급 라인(10)을 통해 공급되는 연료(나머지 산소를 연소시키며 추가 CO2를 형성할 것임)는 CO2 포집 모듈(100)에서 제거되는 CO2의 양에 대응하는 CO2-풍부 연도 가스(G6E)에 가스의 양을 추가할 것이다. 이는 매우 유리한데, 왜냐하면, HPHT 열교환기(25) 및 CO2 포집 모듈(100)을 추가하는 수정 전에 원래의 연소실(14)을 갖는 터빈(1)의 설계 기준에 따라 터빈(1)의 팽창기(3)가 압축기(2)에 대해 균형잡힐 것이기 때문이다. 따라서, 터빈의 팽창기(3)를 수정할 필요 없이, HPHT 열교환기(25) 및 CO2 포집 모듈(100)을 추가하여 기존의 가스 터빈을 수정할 것이다. 이로써, 외부 사일로형 연소실을 갖는 가스 터빈(현재, CO2-생성 가스 터빈)이 고압 CO2 포집 플랜트와 통합되도록 약간의 수정을 가하여 이용 가능하며 또한 많이 감소된 CO2 배출로 작동된다.
주요 구성품
도 1c는 CO2 포집 시스템의 더 큰 구성품을 도시하는 본 발명의 일 실시 형태의 사시 개관도이며, 가스 터빈(1)에는, 연도 가스원(6S)로부터의 입구 라인(6)으로부터 연도 가스 유동(G6)이 공급된다. 가스 터빈(1)은, 추가 연료 및 압축 공기(IG9)로 연도 가스를 후연소시키기 위해 연소 유닛(26)에 배치되는 외부 연소실(14)을 갖는다. 이 외부 연소실(14)은 여기서 수평으로 배치되는 가스 터빈(1)의 수직 위쪽에 장착된다. CO2가 풍부한 후연소 연도 가스를 직접 가스 터빈(1)의 팽창기(3)에 복귀시키는 대신에, CO2-풍부 연도 가스(G6E)는 가스 유동 어댑터(54)를 통해 고압 고온 대향류 열교환기(25)에 보내지며, 이 열교환기는 유출 고압 CO2-풍부 연도 가스(G6E) 유출 라인(17) 및 대응하는 고압 저온 CO2-고갈 연도 가스(G6D) 복귀 라인(16)을 갖는다. 이들 두 연도 가스 라인, 즉 유출 CO2-풍부 연도 가스 라인(17) 및 CO2-고갈 연도 가스 복귀 라인(16)은, 고압 하에서 작동하도록 배치되는 CO2 포집 플랜트(도 4 참조)에 연결된다. CO2 포집 플랜트(100)의 주요 구성품은, 고압 중온 열교환기(30A), 고압 저온 열교환기(30B), 응축기(31) 및 흡수기(33)이며, 이는 스트립퍼(38)에 더 연결되어 있고 마지막으로 CO2 고압 유출 배관(42)에 이어져 있다. 일 실시 형태에서, CO2-플랜트(100)는 고온 탄산칼륨(K2CO3)과 같은 무기질 흡수제에 기반하고, 이는, 15 bar와 같은 고압에서 작동할 때 큰 이점을 갖는다. 이와 관련해서는 벤필드(Benfield) 공정을 참조하며, 이 공정은 40년 이상 동안 사용되고 있다.
HPHT 열교환기 루프로의 연소
도 2는 도 1a 및 1b에 도시되어 있는 가스 터빈의 일 실시 형태의 추가 상세 상면도를 나타낸다. 도 2에는, 연소 유닛(26)의 HP 연소실(14)에, 압축 연도 가스(G6) 내의 나머지 산소를, 공기 압축기(19) 및 바람직하게는 가스 연료를 공급하는 적어도 하나의 연료 공급 라인(10)으로부터 연소 공기 파이프(9)를 통해 공급되는 압축 공기(IG9)의 혼합물로 연소시키기 위해 배치되는 연료 버너(51), 바람직하게는 가스 연료 버너(51)(도 3의 상세점 참조요)가 제공되는 본 발명의 실시 형태가 도시되어 있다. 연소실(14)을 갖는 HP 연소 유닛(26)에는, 고압 고온(HPHT) 가스/가스 열교환기(25)로 가는 뜨거운 고압(HPHT) 후연소 CO2-풍부 연도 가스(G6E)를 위한 CO2-풍부 연도 파이프(15o)가 제공되어 있고, 이는 CO2-풍부 연도 가스(G6E)를 고압 중온(HPMT) 가스 라인(17)을 통해 고압 중온(HPLT) 열교환기(30A)에 전달하며, 이 열교환기는 CO2-풍부 연도 가스(G6E)를 위한 출구 라인(17, 30o)을 가지며, 이는 고압 저온 열교환기(30B)에 이어져 있고 그 후에 응축기(31)를 통해 고압 CO2 포집 플랜트(100)로 간다.
연소 유닛의 압축 연도 가스 냉각
유입 압축 공기(G6)은 압축기(2)로부터 어댑터(54)를 통해 연소실(14) 주위의 연소 유닛(26)의 쉘 안으로 들어간다(도 1b 참조). 일 실시 형태에서, 압축 공기의 유입 및 초기 버너(51)는 연소실(14)의 정상 구멍으로 가는 연소 유닛(26)의 정상부 근처에 있고, 추가 연료 버너(51)가 연소 온도를 더 증가시키기 위해 연소실(14) 안에 더 배치될 수 있다. 연소실에는 바람직하게, CO2-풍부 연도 가스(G6E)를 생기게 하는 연소 온도가 약 2000℃ 인 중에 유입 연도 가스(G6)가 연소실의 벽을 냉각시킬 수 있게 해주는 구멍들이 제공되어 있다. 이 차폐 가스 유동은 압력 쉘, 즉, 연소 유닛(26)의 기계적 특성 및 연소실(14)의 구조를 보존한다. 연소실(14)의 상세점에 대해서는 도 3c의 설명을 참조하면 된다.
압축 공기 쉘 냉각
일 실시 형태에서, 연소 및 냉각 공기 파이프(19)를 통해 전달되는 압축 공기(IG9)는 HPHT 열교환기(25)의 냉각 쉘(925)의 대향류 냉각에 사용된다. 냉각 공기는 HPHT 열교환기(25)의 냉각 쉘(925)로부터 유출 CO2-풍부 연도 가스 파이프(15o)의 동축 쉘(915o)에 더 연결된다. 이로써, 유리하게도, 고압 고온 열교환기(25)의 벽 및 고압 고온 연도 가스(G6E)를 전달하는 CO2-풍부 연도 파이프(15o)의 벽이 냉각되어, 고압 및 고온을 받는 이들 구성품의 강이 냉각되어, 그 강의 기계적 특성이 유지된다. 재료 온도 공차 요건의 이러한 감소로 인해, 재료 비용이 감소되고 또한 본 발명의 수정된 터빈 및 탄소 포집 플랜트의 구성이 단순화된다. 본 발명의 실시 형태에서, 열교환기(25)의 냉각 쉘(925) 및 연도 가스 파이프(15o)의 환형 동축 파이프 쉘(915o)을 통해 가열된 이 냉각 공기는 결국에는 뜨거운 고압 공기(IG9)로서 연소 공기 파이프(9)를 통해 연소실(14)에 보내진다.
유출하는 후연소 고압 고온 가스(G6E)를 둘러싸는 강의 기계적 특성을 보존하는 것에 추가로, 이 실시 형태의 중요한 이점은, 연소실에 들어가는 압축 공기의 온도가 증가되어 연소를 용이하게 해준다는 것이다.
도 3은 도 2에 도시되어 있는 본 발명의 실시 형태에 대응하고, 연소실(14) 및 HPHT 열교환기(25)를 갖는 연소 유닛(26)을 측방 부분 단면도로 개략적으로 도시한다. 여기서, 비교적 더 저온인 고압 CO2-고갈 연도 가스(G6D)를 탄소 포집 플랜트(100)로부터 다시 HPHT 열교환기(25)로 보내기 위한 고압(HP) 가스 복귀 라린(16)이 나타나 있다.
본 발명의 이 도시된 실시 형태에서, 고압 HP 복귀 라인(16)은, HP CO2-고갈 연도 가스(G6D)를 가열하기 위해 이 HP CO2-고갈 연도 가스(G6D)를 HPHT 가스/가스 열교환기(25)에 복귀시키고 또한 가열된 HP CO2-고갈 연도 가스(G6D)를 가스 터빈(1)의 팽창기 부분(3)으로 가는 복귀 통로(1r)에 전달하는 연도 가스 복귀 파이프(15r)에 더 연결된다.
대칭적인 고압 고온 파이프 실시 형태
도 3a는 본 발명의 실시 형태를 도시한다. 그 도면의 좌측 부분에는, 연소 유닛(26)의 측면 부분 수직 단면도가 나타나 있고, 그 연소 유닛은, 연소실(14) 및 고압 고온 열교환기(25)로 가는 CO2-풍부 연도 가스(G6E)를 위한 대응하는 동축 파이프(15o, 915o) 및 CO2 포집 플랜트(100)로부터 고압 고온 열교환기(25)를 통해 복귀하는 CO2-풍부 연도 가스(G6D)를 위한 복귀 동축 파이프(15R, 915R)를 갖는다. 가스 터빈(1)의 압축기(2)로부터 연소실(14)의 냉각 쉘로 가는 측면 출구(1o)와 가스 터빈(1)의 팽창기(3)에 대한 측면 입구(1R)로 가는 복귀 파이프(15R) 사이의 어댑터(54)가 수직 단면에 나타나 있다.
도 3a의 우측 부분에는, 대응하는 동축 파이프(15o, 915o) 및 복귀 동축 파이프(15R, 915R)를 갖는 고압 고온 열교환기의 측면 수직 단면도가 나타나 있다. 이 실시 형태에서, 이들 주요 구성품은 대칭적인 탱크(14, 26) 및 파이프 루프(15, 15o, 15R)로 배치된다. 이 실시 형태에서, 고압 고온 열교환기(25)를 위한 지지 구조물이 나타나 있는데, 이 구조물은 지지 기판(바닥 등) 상에 있는 피봇 베어링(59)을 가지며, 이 베어링에 의해, 가스 터빈(1)과 연소실(14) 사이의 어댑터(54)에 큰 굽힘 모멘트가 유발됨이 없이, 열교환기(25)가 기계적으로 취약한 연소 유닛(26) 쪽으로 가는 또는 그로부터 멀어지는 방향으로 옆으로 회전할 수 있다. 그러한 굽힘 모멘트는, 연결 파이프(15, 15o, 15R)에서의 온도 팽창으로 인해 고압 고온 열교환기(25)가 옆으로 변위됨으로써 생길 수 있다.
도 3a의 중간 부분에는, 입구/출구 어댑터(54)에 있는 방향 분할 플레이트(55)의 상세도가 나타나 있다. 이 분할 플레이트(55)는 지지 플레이트(57)에 있는 고온 내열성 세라믹 타일(58)을 포함할 수 있고, 이 타일은, 연소실(14)의 출구로부터 나오는 고온의 후연소 CO2-풍부 가스 유동(G6E)의 유동 온도가 약 1000℃ 일 때, 가스 버너(51, 51b)로부터의 복사열 및 2000℃까지의 온도를 견디기 위한 것이다.
도 3b는 도 3a에 대응하고, 도면의 좌측 부분에는, 연소실(14) 및 대응하는 동축 파이프(15o, 915o) 및 복귀 동축 파이프(15R, 915R)를 갖는 연소 유닛(26)의 상면 부분 단면도가 나타나 있다. 도면의 우측 부분에는, HPHT 열교환기(25)로 가는 대응하는 동축 파이프(15o, 915o)를 갖는 고압 고온 열교환기의 단부 부분 수직 단면도가 나타나 있다.
도 3c는 연소실(14)의 추가 상세점들 수직 단면도로 도시한다. HTHP 열교환기(25)의 냉각 쉘(915)에서 열교환되고 또한 HTHP 파이프(15o)의 동축 쉘 덕트(915o)에서 더 열고환되는 공기(IG9)가 연소실(14)의 정상부에 있는 고압 연소 공기 라인(9)을 통해 분사된다. 이 실시 형태에서, 천연 가스 버너(51)가, 연소실(14) 주위의 냉각 쉘(926)로부터 들어가는 연도 가스(G6)와 혼합되는 압축 공기(IG9)의 유동에 배치된다. 가스 흐름의 모든 부분은 충분한 시간 동안 적절히 높은 온도에 도달해야 하고, 연료와 산소의 적절한 혼합물이 있어야 한다. 본 발명의 이 실시 형태에서, 효율적인 연소를 이루기 위해, 대형 연소실(14)은 이 요건을 만족하도록 설계된다. 연소실(14)에서 도달된 온도는 산화 과정에서 방출되는 열의 결과이며, 연소가 거의 완전 연소가 되는 것을 보장하기 위해 충분히 높게 유지되어야 한다. 연소실에서 연소성 가스와 산소 사이의 적절한 접촉을 제공하기 위해, 냉각 쉘(925)로부터 옆으로 연소실(14) 내의 연소 영역으로 가는 연도 가스(G6)에서 연도 가스 노즐(926i)에 의해 난류가 발생된다. 본 발명의 실시 형태에서, 가압된 산소의 에너지 방출을 증가시키기 위해, 메탄올(CH3OH)이 연소실(14)의 하측 연소 영역에 있는 보조 분사 노즐(51b)을 통해 분사된다. 메탄올은 433 ±8℃의 자기 점화 온도를 갖는다.
석탄 연소 발전소에서 생기는 압축 연도 가스(G6)은 연소실(14)에 도입될 수 있다. 이러한 연도 가스는 산화황(SOx)을 함유하고, 이 산화황은 통상적으로 값비싼 습식 또는 건식 스크러버에 의해 제어된다. 본 발명의 실시 형태에서, SOx 감소는, 연소실(14)의 하측 부분에서 분사기 노즐(60)을 통해 화학물질을 분사하여 달성될 수 있고, 그 노즐을 통해 질소 공급 매체를 갖는 수산화칼슘(Ca(OH)2) 또는 중탄산나트륨(NaHCO3)이 분사될 수 있다.
도 3d는, 열 팽창 및 수축의 결과로 측방향 움직임을 허용하는 기판 상에 고압 고온(HPHT) 열교환기(25)가 지지되는 본 발명의 일 실시 형태의 측면 부분 수직 단면도이다. 특히 터빈과 플랜트의 시동 동안에 그리고 중지 후에 연소 유닛(26) 탱크 및 고압 고온 열교환기(25) 탱크에서의 온도 변화로 인해, 연소실(14)과 고압 고온 열교환기(25) 사이에 있는 수평 배치 동축 파이프(5, 15o, 15R)의 온도 팽창의 결과로 가스 터빈(1) 위의 연소실(14)에 높은 횡력이 작용하는 위험이 생기게 된다. 약 0.10의 출발 마찰 계수 및 90톤의 총 중량을 갖는 열교환기(25)의 슬라이딩 베어링 지지를 갖는 실시 형태에서도, 발생되는 횡력은 바람직하지 않게 높아서 약 9톤이 될 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 외부 연소실(14)의 하측 부분으로부터 고온 열교환기(HTHE)(25)까지 이르는 또한 그로부터 나가는 파이프(15, 15o, 15R)는 고압 파이프를 냉각하는데에 상당히 유리하다. 본 발명의 실시 형태에서, 파이프외부 쉘은 16 bar 이상까지 작동하고 350℃까지의 작동 온도를 갖는 압력 용기로서 설계된다.
초기 마찰 문제에 대한 해결책은, 레이저 거리계와 같은 거리 측정 장치를 연소실(14) 위의 플레이트에 배치하고 열교환기(25)까지의 거리 변화를 정확히 측정하는 것이다. 이들 거리 변화에 근거하여, 수직 탱크 구조물(25, 26) 사이의 상호 힘을 계산할 수 있다. 그런 다음에, 열교환기(25)를 위한 자동 스크류 구동식 "역방향 견인(tow back)" 액츄에이터 장치가 고압 고온 열교환기를 힘 중립 위치로 역방향으로 견인하도록 배치될 수 있다.
고온 고압 열교환기(25)는 피봇 자기 윤활 결정 흑연 매립 베어링(59)을 갖는 피봇팅 지지부 상에 수직으로 지지되므로, 동일한 온도 팽창 문제는 도 3a 및 3b에 도시되어 있는 본 발명의 실시 형태에서 간단하고 확실하게 해결된다.
도 4는 본 발명의 탄소 포집 플랜트 부분을 도시한다. "클라우드"는 도 1b, 도 2, 도 3, 도 3a, 도 3b, 및 도 3c를 참조하고, 중온 고압(HPMT) CO2-풍부 연도 가스(G6E)의 공급 라인(17) 및 고압 중온 열교환기(30A)로 되돌아가는 CO2-고갈 고압 저온 연도 가스(G6D)를 위한 복귀 라인(16)을 갖는다(도 1b 참조).
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에서 가스 및 에너지에 대한 흐름도이다. 여기서, 본 발명에 따른 시스템을 통과하는 관련 가스 유동의 예를 제공한다.
- 예컨대 석탄 연소 발전소(6)의 연도 가스(G6) 게이트 밸브(B)는 터빈(1)의 통상적인 작동 동안에는 폐쇄되며, 모든 연도 가스(G6)는 본 발명의 가스 터빈(1) 안으로 보내진다. 석탄 연소 발전소는 250 MW를 생산하는 C02 발생원(6)일 수 있다.
- 연도 가스(G6) 게이트 밸브(A)는 가스 터빈(1)의 시동 동안에 폐쇄되며, 가스 터빈(1)의 통상적인 작동 동안에는 개방된다. 연도 가스 유동(G6)은 약 333 kg/s 이고 7%의 산소 함량을 가질 수 있다.
- 본 발명의 가스 터빈(1)은 통합된 CO2 포집 및 바람직하게는 NOx 포집을 가지며, 120 MW를 생산한다.
- 석탄 연소 발전소(6)는 250 MW를 생산한다.
- 연소 냉각 공기 공급(IG9)은 연소실(14)에 대해 45 kg/s 이고, 공기와 혼합되는 연도 가스 중의 산소 함량은 10.5% 이다.
- 보충 공기 공급(27)은 67kg/s일 수 있다.
- CO2 배출 배관(42)에서 CO2 배출은 5400 메트릭 톤/일이고, CO2 포집율은 95%이고, 역률(power factor)은 0.9 이다.
도 1c, 도 1d, 도 2, 도 3, 도 3a, 도 3b, 도 3c, 및 도 3d에 나타나 있는 실시 형태에서, 연소 유닛(26)은 대체로 수직하게 배향되며, 터빈(1)의 주 수평 축선 위쪽에서 수직하게 배치된다.
일반적으로, 연소 유닛(26), 및 동축 쉘 라인(915o, 915R)을 갖는 연도 가스(G6E, G6D) 라인(15, 15o, 15R), 및 연료 분사 라인(10, 51b) 및 HPMT CO2-풍부 연도 가스(G6E) 라인(17)와 CO2-고갈 연도 가스(G6D) 라인(16)을 갖는 열교환기(25)는 CO2-풍부 유닛(EU)에 통합된다(도 1 - 3d 참조요).
본 발명의 일 실시 형태에서, CO2 포집 시스템은, 제 2 연소 유닛(26')을 포함하는 제 2 CO2-풍부 유닛(EU') 및 제 2 열교환기(25')를 포함하고, 이 열교환기는 대응하는 동축 쉘 라인(915o', 915R')을 갖는 연도 가스(G6E, G6D) 제 2 라인(15', 15o', 15R'), 압축 공기(IG9) 라인(9'), 연도 분사 라인(10', 51b') 및 HPMT CO2-풍부 연도 가스(G6E) 라인(17') 및 CO2-고갈 연도 가스(G6D) 라인(16')을 갖는다(도 6 및 9 참조).
이들 실시 형태에서, 가스 라인(9', 915o', 915r', 15o', 15r', 17') 및 분사 라인(10', 51b')은 거울상으로 동등하게 CO2-풍부 유닛(EU)에 병렬적으로 배치되며, 터빈(1)의 케이싱에 있는 병렬적으로 배치되는 측면 연도 가스 출구/입구에 연결된다.
위의 실시 형태에 추가로, 본 발명에 따른 CO2 포집 시스템은, HP-CO2-고갈연도 가스(G6D)의 분할된 유동 부분을 열교환기(25')에 복귀시키기 위해 제 2 복귀 라인(16')으로 분할하는 매니폴드(RM)를 갖는 복귀 연도 가스(G6D) 라인(16)을 가질 수 있다. 본 발명의 실시 형태에서, 압축 공기(IG9)는, 연소 공기 파이프(9')로 가는 압축 공기(IG9) 유동 부분을 분할하는 매니폴드(IGM)를 통해 공급된다.
본 발명의 실시 형태에서, 본 발명에 따른 CO2 포집 시스템(100)은 열교환기(30A, 30B)와 흡수기(33) 사이에 배치되는 응축기(31)(도 4 참조), 및 복귀 라인에서 흡수기(33)와 열교환기(30A, 30B) 사이에 있는 재가습기(32)를 포함한다. 또한, 열교환기(35)가 흡수기(33)와 스트립퍼(38) 사이에 배치되며, 부스터 펌프(36)가 열교환기(35)와 흡수기(33) 사이에 배치된다. 용매 팽창기 터빈(37)이 열교환기(35)와 스트립퍼(38) 사이에 배치된다. 리보일러(47)가 스트립퍼(38)에 이어져 있는 증기 복귀 파이프(46)에 대한 증기 공급(48)을 위해 배치된다. CO2 희박 흡수제 유체 펌프(34)가 스트립퍼(38)로부터 리보일러(47)를 지나 열교환기(35)에 이어져 있고, 또한 스트립퍼(38)로부터 포집된 CO2를 위한 응축기(39)가 CO2 배출 배관(42)으로 가는 CO2를 위한 압축기 트레인(43)에 더 연결되어 있는 CO2 분리기(40)에 이어져 있다.
온도 팽창 보상 실시 형태
내측 및 외측 동축 파이프(15o, 915o, 15R, 915R) 사이의 환형 공간이 연소 공기(IG9)로 냉각된다.
개발된 파이프의 기하학적 구조 및 HTHE의 슬라이딩 지지로, 동축 파이프로부터의 열응력이 중화되고, 연소실(14)의 하측 부분에 있는 새로 설계된 파이프 어댑터 부분(54)에 힘을 주지 않을 것이다. 따라서, 터빈(1)의 케이싱에 대한 추가적인 열적 힘이 회피된다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 슬라이딩 베어링(59)은 자기 조절식 디스크 스프링 지지부를 갖도록 설계된다. 슬라이딩 재료는 자기 윤활 내부 결정화 흑연 재료이다. 슬라이딩 표면은 적정한 경도를 갖는 고품질 스테인레스강으로 만들어진다. (14)와 (25) 사이에 있는 2개의 수평 배치 동축 파이프의 온도 팽창은, (25)의 기초가 고정되어 있다면, 연소실의 하측 부분에서 허용 불가능한 힘을 발생시키고, 이어서 터빈 케이싱에 횡방향 굽힘 모멘트가 발생된다. 굽힘 모멘트를 중화하기 위해, 슬라이딩 지지부가 제안되었다. 굽힘 모멘트는 (14)와 (25) 사이의 거리 측정으로부터의 입력으로 작동되는 (25)의 기계적 제어 변위로 최소화되었다.
(14)와 (25) 사이에 있는 수평 배치 동축 파이프의 온도 팽창은 1.51 인치(x)인 것으로 추정된다(도 3a 참조).
계산을 위한 입력 파라미터;
동축 파이프의 H 길이: 6.00 m/236 인치(둘다 동일한 수평 면에 배치됨)
H 파이프 재료: 스테인레스강(18% Cr/8% Ni)
H 아이들 온도: 70℉
w 작동 온도: 600℉
H 팽창 계수: 12.1 인치/인치 ℉/10exp6
내부 파이프의 누출로 인한 팽창에 있어서의 (x) 보상: 4.5 인치/114 mm
설계는 새로운 구성을 갖는다(도 3a 및 도 3b)
(14)와 (25)로부터의 연도 가스 공급 및 출구 모두는 동일한 수평 면에 배치된다.
# 터빈 축에 대해 90도로 배치되는 두 파이프의 팽창은 (25)의 경사로 보상된다.
# 터빈 축에 평행한 4개의 파이프의 부분의 팽창은 (14) 및 어댑터 부분(54)에 대한 힘을 발생시키지 않을 것이다.
본 발명은 유입하는 연도 가스(G6)로부터 CO2를 포집하기 위한 방법 및 플랜트이다. 그 가스는 석탄 및 가스 연소 발전소, 시멘트 공장 또는 제련소로부터 나오는 배기 가스일 수 있다. 유입하는 배기 가스는 본 발명의 실시 형태에서 냉각되고 공기와 혼합되며 또한 압축기(2)에서 압축되고, 그 후에 연료 가스 및 추가 압축 공기(IG9)와 함께 연소실(14) 안으로 도입된다. 연소의 일부분은, 포집된 CO2 양과 같은 연소량을 갖는 냉각/연소 공기(IG) 공급물로 별도의 버너(51)에 의해 달성된다. 그 버너(51)는 연소실(14) 내의 온도를 올릴 것이며, 그래서 낮은 산소 함량으로 연도 가스(G6)의 연소가 가능하여 CO2-풍부 연도 가스(G6E)가 생성된다.
CO2는 전력을 생산하기 위해 가스 터빈의 팽창기(3)에 의한 팽창 전에 고압에서 포집된다. 선택적으로, 시스템은 열 회수 유닛(4)에서 증기를 발생시킬 수 있다. CO2 포집 플랜트/모듈(100)에서 제거된 CO2 가스 질량을 보상하기 위해 추가 압축 공기(IG9) 및 추가 연료가 연소되기 때문에 압축기(2)와 팽창기(3) 사이에 질량 또는 구동 가스 손실이 없을 것이므로, 가스 터빈(1)은 입구 온도, 압력 및 유동에 대한 설계 파라미터에 가까운 높은 효율을 갖는 균형잡힌 모드로 작동할 것이다.
본 발명은 전술한 문제를 해결하는 시스템이고 높은 CO2 분압 하에서 CO2 포집을 제공하고, "고온 탄산칼륨" K2CO3로서 저렴하고 환경 친화적인 흡수 화학 물질을 사용할 수 있는 가능성을 줄 것이다. 가스 터빈은 하나 또는 2개의 외부 연소실 및 높은 압축기 압력비를 갖는 가스 터빈이어야 한다. 이러한 가스 터빈의 예는 Alstom GT11N2 및 ABB GT13E1 가스 터빈이며, 이 가스 터빈은 본 발명에 따라 터빈(1) 케이싱과 연소실(14) 설계 사이에 수정 부분(54)을 가질 수 있고, CO2 포집 흡수기로 가는 출구(1o) 및 가스 터빈(1) 팽창기(3)로 가는 복귀(1R) 유동 통로를 가지며, 이는 본 발명에 따라 고압 열교환기 및 탄소 포집 부분(100)에 연결되며, 이는 낮은 산소 함량을 갖는 연도 가스로부터의 CO2 포집을 위한 효율적이고 저렴한 방안을 제공할 것이다. 따라서 본 발명은 개조용으로 적용 가능하다. 터빈 압축기(2)로부터 나오는 연도 가스(G6) 출구 유동 덕트(1o) 및 고온 CO2-고갈 연도 가스(G6D)를 위한 복귀 유동 덕트(1R)는 수정 없이 사용될 수 있고, 배관(15)을 위한 어댑터(54) 및 연소실(14)을 갖는 연소 유닛(26)을 필요로 한다. 따라서, 본 발명이 연도 가스의 외부 발생원으로부터의 개조 CO2 및 NOx 감소에 사용된다면, 터빈 게이싱 냉각 및 가스 터빈을 위한 베어링은 변경 없이 사용될 수 있다.
주요 설계 전략:
CO2 감소 포집 유닛의 하류에 있는 파워 터빈/팽창기(3)로 가는 연도 가스 유동(G6D)은 아래와 같은 점에 대한 가스 터빈(1) 설계 파라미터에 가까운 양이어야 한다:
A. 포집된 CO2의 양에 상당하는 연소를 위한 압축 공기(IG9) 및 연료를 도입하여 얻어지는 팽창기(3)의 설계 유동.
B. 팽창기 파워 터빈에 대한 온도는 바람직하게는 설계 부하를 위한 터빈 입구 온도(TIT) 만큼 높아야 한다. 높은 TIT는 고용량 고압 고온 열교환기(25)를 사용하여 얻어진다. 열교환기(25)의 쉘(925)은 일반적으로 전기적으로 구동되는 공기 압축기(19/20)로부터 공급되는 고압 연소 공기(IG9)에 의해 냉각된다. 고온 열교환기(25)로 가는 또한 그로부터의 동축 배출 공급 및 출구 라인(15, 15o, 15R)이 또한 압축기(19/20)로부터 오는 연소 공기로 냉각된다.
C. 연도 가스의 압력 강하는 흡수기(33) 및 열교환기(25, 30A, 30B)에서의 낮은 속도로 인해 작다. 온도 강하(약 0.5 bar)는 흡수기(33) 하류의 팬에 의해 보상된다. 본 발명에서, 연도 가스(G6) 압축 및 발전기(18)의 구동에 필요한 에너지는 연도 가스 팽창 터빈(3)으로 발생된다.
D. 본 발명의 실시 형태에서, 연도 가스 열 회수 유닛(4)에 의해 발생된 증기는 증기 터빈 발생기 및 스트립퍼 리보일러(47)에 전달된다.
E. 본 발명의 실시 형태에서, 냉각기(5, 22)(도 1b 참조) 및 냉각기(45)는 증기 생성을 위한 이코노마이저로서 작동할 것이다.
두 시스템, 즉 터빈 압축기 압력비가 15.5:1이고 400 kg/sec의 배기 가스 유량을 갖는 제 1 시스템(대안 A)과, 보일러 및 흡수기 상류의 압력이 8.0 bar의 감소를 가지며 220 kg/s의 배기 가스 유량을 갖는 제 2 시스템(대안 B)을 비교하면, 대안 B와 비교되는 대안 A의 CO2 포집의 비용 감소비는 8.0/15.1 = 0.53이고, 더욱이, CO2 포집 효율은 압력 증가와 더불어 증가할 것이다.
상이한 발생원(6)으로부터 연소실로 가는 연도 가스(G6) 유동 산소 함량의 예:
MW kg/sec O2(%) CO2(%) +공기
kg/sec		 O2(%)
1 석탄 연소
모듈		 300 350 6 12 92 9.1
2 가스 연소
모듈		 200 350 13 4 50 14.0
3 제련소
크랙커		 --- 150 4 13 250 18.3
주:
1. 전형적인 석탄 연소 모듈 600 MW, 2개의 트레인으로부터의 CO2 포집. 쉘 냉각 및 그후에 연소실 버너로 가는 공기 공급량: 48 kg/sec
2. 쉘 냉각 및 그후에 연소실 버너로 가는 공기 공급량: 16 kg/sec
3. 쉘 냉각 및 그후에 연소실 버너로 가는 공기 공급량: 20 kg/sec
170 MW의 가스 터빈 병합 사이클 발전소를 위해 설치되는 HTHE(25)의 전형적인 중량은 약 90톤.
본 발명을 다음과 같이 설명할 수 있으며, 본 발명자 자신의 말을 사용하면, 본 발명은 연도 배기 가스(G6)로부터 CO2를 포집하기 위한 방법이며, 이 방법은 다음과 같은 단계를 포함한다:
a. 유입하는 연도 가스(G6)를 냉각한다.
b. 유입하는 배기 가스를 공기와 혼합한다.
c. 배기 가스/공기 혼합물을 가스 터빈 압축기(2)를 사용하여 압축시키고 또한 압축 가스(G6)를 하나 또는 2개의 대형 외부 사일로형 연소실(14) 안으로 전달한다.
d. 압축 공기(IG9)와 혼합되는 연료 및 유입하는 배기 가스(G6)을 연소실(14) 안으로 추가하여 연도 가스(G6) 내의 나머지 산소 대부분을 연소시킨다.
e. 추가 연소 공기를 연소실(14) 내의 연료 가스 버너(51)에 도입한다.
f. 포집되는 CO2의 양에 상당하는 양으로 연소를 위한 추가 연소 공기/연료를 허용한다.
g. 바람직하게는, 압축 연소 공기(IG9)는 중간 냉각이 일어나는 전기 구동식 압축기에 의해 전달된다.
h. 압축 연소 공기(IG9)의 초기 전달 온도는 바람직하게는 300℃ 미만이어서 효율적인 냉각이 가능하다.
i. 동축 파이프(15) 내지 (15o) 및 (15R), 고압 고온 열교환기(25) 및 이 열교환기의 쉘(925)을 냉각하기 위해 압축 연소 공기(IG9)가 사용된다.
j. 결과적인 배기 가스를 압축되고 플랜트로부터 이출되는(42) CO2 스트림 및 CO2-고갈 스트림(G6D)으로 분리하기 위해 결과적인 배기 가스(G6E)를 탄소 포집 유닛(100) 안으로 도입한다.
k. 발전기(18)로 전력을 생산하기 위해 가스 터빈 압축기(2)의 구동을 위해 CO2-고갈 스트림(G6D)을 가스 터빈(1)의 팽창기 터빈(3)에서 팽창시키고 또한 팽창된 CO2-고갈 가스를 열회수 유닛(4) 및 그후에 주변에 방출한다.
l. 열 교환기 및 흡수기에서의 압력 강하를 보상하기 위해 흡수기 상류에 전기 구동식 배기 팬을 선택적으로 도입한다.
시스템의 상세
a. 가스 터빈 압축기에 공급되기 전에 유입 연도 가스를 냉각하고 그 가스를 공기와 혼합한다.
b. 연도 가스 공기 혼합물을 가스 터빈 대형 외부 연소실에 공급한다.
c. 공기와 혼합되는 연료를 연소시키 위해 설계된 연소실 내의 버너 및 연로 분사 노즐
d. 직접 공기 공급이 되는 버너는 연소실의 하측 부분에서 연도 가스 온도를 증가시킬 것이다. 높아진 온도로 연도 가스는 연소실에서 나머지 산소와의 거의 완전한 연소를 위해 분사될 수 있다.
e. 연소실의 외부 쉘 및 내부 쉘은 압축기의 하류에서 연도 가스 공기 혼합물로 냉각된다.
f. 연소실의 내부 쉘에 있는 개구는 출구 온도의 제어를 위해 연소를 우회하고 고온 열교환기에 공급한다.
g. 연도 가스 배출물은 동축 파이프에 의해 고온 열교환기에 안내된다.
h. 동축 파이프는 연소 공기의 대향류로 냉각된다.
i. 연소 공기는 별도의 파이프에 의해 연소실 버너의 1/5에 안내된다.
j. 고온 열교환기로부터 팽창 터빈으로 가는 뜨거운 연도 가스 배출물은 연소 공기로 냉각되는 동축 파이프를 통과한다.
k. 공기는 또한 고온 열교환기 쉘을 냉각한다.
l. (e) 하에서 동축 파이프를 냉각하기 전에, 350℃ 미만의 압축 공기(IG9)의 배출 온도를 얻기 위해 공기 온도는 압축기 중간 냉각기(22)로 낮아진다.
m. 약 400℃의 온도를 갖는 연도 가스는 NOx 포집을 위한 스크러버(SCR)(29)에 보내지고, 그 후에, 흡수기 흡수 유체에서 물의 형성을 최소화하기 위해 저온 열교환기(30B) 및 응축기(31)에 보내진다.
n. 응축 에너지를 CO2-고갈 연도 가스(G6D)에 다시 공급하기 위해, 응축된 물이 응축기(31)로부터 재가습기(32)에 펌핑된다.
o. 파이프, 열교환기 및 흡수기에서의 압력 강하를 보상하기 위해 연도 가스 팬이 흡수기의 상류에 배치된다.
p. 흡수기에서 나온 CO2-고갈 연도 가스는 재가습기(32)를 통해 저온 열교환기, 중온 열교환기, 고온 열교환기 및 이어서 팽창 터빈에 보내진다.
q. 중간 냉각이 일어나는 전기 구동식 공기 압축기가 냉각 및 연소 공기를 전달할 것이다. 그 공기의 양은 포집되는 CO2의 양과 같을 것이다.
r. 전술한 설계에 의해, 가스 터빈은 연도 가스 부피, 온도 및 압력에 대한 설계 파라미터에 가깝게 작동할 것이다.
s. 흡수 유체는 대기압에서 작동하는 고압 흡수기와 스트립퍼 사이에서 순환된다.
t. 고압 흡수제 유체(H2O와 혼합되는 K2CO3)는, 동일한 축에 배치되는 부스터 유체 펌프를 위한 구동기인 터빈에 의해 팽창된다.
u. 연도 가스의 팽창 후에 회수된 열은 증기 생성에 사용된다.
v. 그 증기는 증기 터빈 및 스트립퍼의 리보일러에서 사용된다.
w. 냉각기 및 CO2 압축기 트레인에 의해 발생된 열은 HRU(4) 상류의 이코노마이저에 공급된다.
x. 흡수기는 많은 화학 플랜트에 대한 CO2 포집 모듈에 따라 약 15 bar의 압력에서 작동할 것이다(Benfield 공정 참조요).
1 하나의 외부 연소실을 갖는 가스 터빈
2 압축기
3 팽창기(터빈)
4 연도 가스 열회수 유닛(HRSG)
5 연도 가스 냉각기
6 화석 연료 발전소 또는 제련소 크랙커로부터 나온 연도 가스
7 전기 모터
8 공기 팬
9 연소 및 냉각 공기 파이프
10 천연 가스 공급물
11 보충 연소 버너로 가는 메탄올/NG 공급물
12 증기 터빈(공급물(4) HRSG)
13 발전기 구동부(12)
14 연소실
15, 15o, 915o, 15R, 915R 연소 공기(IG9)로 냉각되는
연도 가스 동축 파이프
16 중온 열교환기로부터 전달되는 CO2 없는 연도 가스
17 저온 열교환기(30A)에 전달되는 CO2를 갖는 연도 가스
18 발전기
19 압축 공기(IG9)를 전달하기 위한 고압 공기 압축기
20 저압 공기 압축기
21 공기 압축기를 구동시키는 전기 모터
22 공기 냉각기
23 냉각 및 연소 공기 흡입부
24 냉각 및 연소 공기 점퍼 파이프
25 고온 열교환기
26 연소 유닛
27 보충 공기 공급물
28 공급물 NH3(액체)
29 NOx 포집을 위한 선택적 촉매 환원(SCR)
30a 중온 열교환기
30b 저온 열교환기
31 응축기
32 재가습기
33 흡수기(압력: 15 bar)
34 희박 흡수제 유체를 위한 펌프(물과의 탄산칼륨 혼합물)
35 열교환기
36 부스터 펌프
37 용매 팽창기 터빈
38 스트립퍼
39 응축기
40 CO2 분리기
41 CO2 배관 1 bar
42 CO2 이출 배관 120 bar(액체)
43 CO2 압축기 트레인
44 전기 모터
45 냉각기
46 증기 복귀 파이프
47 리보일러
48 증기 공급물
49 희박 흡수제 유체(1 bar)
50 농후 흡수제 유체(약 15 bar)
51 천연 가스, CO 또는 제련소 가스를 위한 버너
52 카운터웨이트(주철)
53 수직 하중을 위한 절연 지지부
(동축 파이프(15)가 수평으로 자유롭게 움직임)
54 연소실(14)로부터 고온 열교환기(25)로 가는
공급물 및 (25)로부터 팽창기(3)로 가는 복귀 유동을 포함하는
새로운 가스 터빈 부분
고온 열로 가는 또한 그로부터의 연소실(14)로부터 나오는 연도 가스의
공급
교환기(25) 및 가스 터빈(1) 팽창기(3)로 가는 복귀 유동
55 새로운 터빈 부분(54)에 배치되는 연도 가스 방향 베인 플레이트
56 내열 타일을 유지하기 위해 방향 베인 플레이트(55, 57)에
있는 지지 프레임
57 바람직하게는 티타늄으로 되어 있는 연도 가스 방향 베인 기부 플레이트(55)
58 내열 타일. 요구되는 (x); 약 2000℃의 버너에서 나오는 복사열
59 HPHT 열교환기(25)를 위한 바닥 지지 베어링
60 Ca(OH)2 수산화칼슘 또는 NaHCO3 중탄산나트륨과 같은
화학물질을 위한 분사기
100 전체적인 CO2 포집 플랜트
925 HPHT 열교환기의 냉각 및 연소 공기를 위한 환형 냉각 쉘

Claims (26)

  1. 가스 터빈(1)을 갖는 CO2 포집 시스템으로서,
    CO2 함유 연도 가스 유동(G6)을 압축시키기 위한 가스 터빈(1)의 압축기 부분(2)으로 가는 C02 함유 초기 연도 가스 유동(G6)을 위한 CO2-풍부 연도 가스원(6)으로부터 나가는 입구 라인을 포함하고,
    상기 압축기 부분(2)은 압축된 연도 가스(G6)를 위한 케이싱 출구 통로(1o)를 가지며,
    상기 포집 시스템은 상기 압축된 연도 가스(G6)를 위한 고압 연소실(14)을 갖는 고압 연소 유닛(26)을 또한 포함하고,
    상기 고압 연소실(14)에는, 연소 공기 파이프(9)를 통해 공급되는 압축 공기(IG9)와 연료 공급 라인(10)에서 공급되는 연료의 혼합물로 상기 압축된 연도 가스(G6) 내의 나머지 산소를 연소시키기 위해 배치되는 가스 버너(51)가 제공되어 있고,
    상기 연소실(14)을 갖는 상기 고압 연소 유닛(26)에는, 고압 고온(HPHT) 가스/가스 열교환기(25)로 가는 결과적인 뜨거운 후연소 고압 고온 CO2-풍부 연도 가스(G6E)를 위한 CO2-풍부 연도 가스(G6E) 파이프(15o)가 제공되어 있고, 이 파이프는 상기 CO2-풍부 연도 가스(G6E)를 HPMT 가스 라인(17)을 통해 고압 CO2 포집 플랜트(100)에 더 전달하며,
    상기 포집 플랜트는 상기 고압 고온 열교환기(25)로 되돌아가는 고압 CO2-고갈 연도 가스(G6D)를 위한 HP 가스 복귀 라인(16), 및 포집된 CO2를 라인(42)에 이출시키기 위한 출구 라인(100o)을 포함하고,
    상기 HP 복귀 라인(16)은 상기 HP CO2-고갈 연도 가스(G6D)를 가열하기 위해 HP CO2-고갈 연도 가스(G6D)를 상기 HPHT 가스/가스 열교환기(25)에 복귀시키며,
    상기 고압 고온 열교환기(25)는, 가열된 고압 고온 CO2-고갈 연도 가스(G6D)를 복귀 통로(1r)에 전달하는 연도 가스 복귀 파이프(15R)를 통해, 상기 가스 터빈(1)을 운전하는 상기 팽창기 부분(3)에 더 연결되어 있는, CO2 포집 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    고압 중온 열교환기(30A)가 상기 CO2-풍부 연도 가스(G6E) 출구 라인(17, 30o) 및 상기 복귀 가스 고갈 연도(G6D) 라인(16)에 배치되어 있는, CO2 포집 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    고압 저온 열교환기(30B)가 상기 CO2-풍부 연도 가스(G6E) 출구 라인(17, 30o) 및 상기 복귀 가스 고갈 연도(G6D) 라인(16)에 배치되어 있는, CO2 포집 시스템.
  4. 제 1 항, 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    선택적 촉매 환원 유닛(SCR) NOx 포집 유닛(29)이 상기 CO2-풍부 연도 가스(G6E) 출구 라인(17, 30o)에 배치되어 있는, CO2 포집 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 HPHT 가스/가스 열교환기(25)에는 상기 압축 공기(IG9)를 위한 냉각 쉘(925)이 제공되어 있고, 그래서 상기 연소실(14)에서 사용될 압축 공기(IG9)를 가열하는, CO2 포집 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 CO2-풍부 연도 가스 파이프(15o) 및 연도 가스 복귀 파이프(15r)는 상기 압축 공기(IG9)를 위한 동축 환형 파이프 부분(915o, 915r)을 갖는 동축 파이프이고, 따라서 상기 CO2-풍부 연도 가스 파이프(15o) 및 연도 가스 복귀 파이프(15r)를 냉각하고 또한 상기 연소실(15)에서 사용되기 위한 상기 압축 공기(IG9)를 가열하는, CO2 포집 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압축기 부분(2)을 통과하는 총 연도 가스 유동(G6)을 상기 터빈(1)의 팽창기 부분(3)을 통과하는 CO2-고갈 연도 가스 유동(G6D)과 균형잡히게 하기 위해, 상기 연소 공기 파이프(9)를 지나는 상기 압축 공기(IG9)의 양 및 상기 연료 라인(10)을 통해 상기 HP 연소실(14)에 공급되는 연료(F)의 질량은, 상기 CO2 포집 플랜트(100)에서 연도 가스 유동(G6E)으로부터 제거되는 포집된 CO2의 양에 대응하는, CO2 포집 시스템.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 포집 시스템은 상기 터빈(1)의 케이싱과 연소 유닛(26) 사이에 있는 가스 유동 어댑터(54)를 포함하고,
    상기 가스 유동 어댑터(54)는, 한편으로, 상기 압축된 연도 가스(G6)를 위한 동축 주변 출구 통로(1o)와 상기 CO2-고갈 연도 가스(G6D)를 위한 중심 복귀 통로(1r) 사이에, 또한 다른 한편으로는, 상기 외부 연소실(14) 주위에 있는 연소 유닛(26)의 쉘(926)로 가는 연도 가스(G6)를 위한 동축 주변 쉘 입구(14o)와, 후연소 CO2-풍부 연도 가스(G6E)를 위한 연소실(14)의 중심 연소 복귀 통로(14r) 사이에 배치되며,
    상기 포집 시스템은 또한 상기 중심 고갈 가스(G6D) 복귀 통로(1r)와 상기 중심 연소 복귀 가스 유동 CO2-풍부 가스(G6E) 통로(14r) 사이에 있는 가스 유동 편향 플레이트(55)를 포함하며
    상기 가스 유동 편향 플레이트(55)의 제 1 면(58)이, 상기 중심 연소 복귀 통로(14R)로부터 상기 후연소 CO2-풍부 연도 가스(G6E)를 위한 상기 동축 파이프(15o)에 대해 제 1 방향으로 이어져 있고, 상기 편향 플레이트(55)의 반대편 면(57)이, 제 2 반대 횡방향으로부터, 상기 고압 고온 열교환기(25)로부터 중심 복귀 통로(1r)로 가는 상기 CO2-고갈 연도 가스(G6D)를 위한 상기 동축 복귀 파이프(15r)로부터 상기 팽창기(3)까지 이어져 있는, CO2 포집 시스템.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연소실(14) 내의 연료 버너(51)는 천연 가스가 공급되는 천연 가스 버너인, CO2 포집 시스템.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고압 고온 열교환기(25)로부터 나가는 또한 그로 가는 동축 파이프(15o, 15R)의 압축 공기(IG9) 냉각 경로를 연속적이게 하기 위해 환형 동축 파이프(15o, 915o, A)로부터 환형 동축 파이프(15r, 915r, B)까지의 우회 라인(24)을 포함하는 CO2 포집 시스템.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 CO2-풍부 연도 가스(G6E) 파이프(15o)는, 수평면에 투영될 때, 상기 연소실(14)과 상기 고압 고온(HPHT) 열교환기(25) 사이의 상기 CO2-고갈 가스 라인(15R)과 대체로 동일한 길이를 갖는, CO2 포집 시스템.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 CO2 포집 부분에 사용되는 CO2 흡수기 매체는 탄산칼륨 K2CO3(소위 "고온 탄산칼륨")인, CO2 포집 시스템.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    유입하는 연도 가스(G6)를 냉각시키기 위한 연도 가스 냉각기(5) 및 연도 가스(G6)를 가스 터빈 압축기(2)에 공급기 전에 그 연도 가스를 공기와 혼합하기 위한 공기 공급 공급물(27)을 포함하는, CO2 포집 시스템.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연소실(14)과 연소 유닛(26)에 의해 터빈(1)의 케이싱에서, 연소실(14)과 고압 고온(HPHT) 열교환기(25) 사이에서 상기 CO2-풍부 연도 가스(G6E) 파이프(15o)와 CO2-고갈 가스(G6D) 라인(15R)을 통해 열적으로 발생된 힘 모멘트를 줄이기 위해 상기 고압 고온 열교환기(25)를 지탱하는 피봇 베어링(59)을 포함하는 지지 구조물을 포함하는, CO2 포집 시스템.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연소실(14)의 정상부 근처에 배치되는 상기 가스 버너(51)에 추가로, 연도 가스(G6, G6E) 내의 나머지 산소를 연소시켜 그 연도 가스(G6, G6E)의 연소 온도를 증가시키기 위해, 상기 연소실(14)의 하류 부분 안으로 들어가는 메탄올 분사 라인(51b)이 배치되어 있는, CO2 포집 시스템.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연소실의 하측 부분에서 연소성 연료와 산소 간의 적절한 혼합 접촉을 제공하기 위해, 연도 가스(G6)에서 냉각 쉘(925)로부터 옆으로 연소실(14) 내의 연소 영역 안으로 들어가는 연도 가스 노즐(926i)을 포함하는, CO2 포집 시스템.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 터빈(1) 케이싱 안에 있는 상기 압축된 연도 가스(G6) 출구((1o) 및 CO2-고갈 가스(G6D) 입구(1R)는, 공통 축에 배치되는 압축기(2)와 팽창기 터빈(3)에 대해 수직(직교) 방향으로 동축으로 배치되며,
    상기 터빈(1) 케이싱은 상기 축 수직 연소실(14)을 지지하며,
    상기 동축 유출 및 복귀 파이프(15o, 15r)는 연소실에 또한 그로부터 대체로 수평으로 또한 서로 반대편에 배치되며, 압축기(2)와 팽창기(3)의 축방향의 일측면으로 라운딩된 직사각형 루프를 형성하는, CO2 포집 시스템.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연소 유닛(26)은 대체로 수직인 배향을 가지며 상기 터빈(1)의 주 수평축의 수직 상방에 배치되는, CO2 포집 시스템.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연소 유닛(26), 및 동축 쉘 라인(915o, 915R)을 갖는 연도 가스(G6E, G6D) 라인(15, 15o, 15R), 압축 공기(IG9) 라인(9), 연료 분사 라인(10, 51b) 및 HPMT CO2-풍부 연도 가스(G6E) 라인(17)과 CO2-고갈 연도 가스(G6D) 라인(16)을 갖는 열교환기(25)는 CO2-풍부 유닛(EU)에 포함되는, CO2 포집 시스템.
  20. 제 1 항 내지 제 17 항 및 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 포집 시스템은 제 2 CO2-풍부 유닛(EU')을 포함하고, 이 유닛은, 제 2 연소 유닛(26'), 및 대응하는 동축 쉘 라인(915o', 915R')을 갖는 연도 가스(G6E, G6D) 제 2 라인(15', 15o', 15R'), 압축 공기(IG9) 라인(9'), 연료 분사 라인(10', 51b') 및 HPMT CO2-풍부 연도 가스(G6E) 라인(17')과 CO2-고갈 연도 가스(G6D) 라인(16')을 갖는 제 2 열교환기(25')를 포함하는, CO2 포집 시스템.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 복귀 라인(16)은, HP-CO2-고갈 연도 가스(G6D)의 분할된 유동 부분을 상기 제 2 HPHT 열교환기(25')에 복귀시키기 위해 제 2 복귀 라인(16')으로 분할하는 매니폴드(RM)를 가지고 배치되는, CO2 포집 시스템.
  22. 제 20 항 또는 제 21 항에 있어서,
    상기 압축 공기(IG9)는, 연소 공기 파이프(9')로 가는 압축 공기(IG9) 유동 부분을 분할하는 매니폴드(IGM)를 통해 공급되는, CO2 포집 시스템.
  23. 제 1 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 CO2 포집 플랜트(100)는,
    상기 열교환기(30A, 30B)와 흡수기(33) 사이에 있는 응축기(31),
    복귀 라인에서 상기 흡수기(33)와 열교환기(30A, 30B) 사이에 있는 재가습기(32),
    상기 흡수기(33)와 스트립퍼(38) 사이에 있는 열교환기(35),
    상기 열교환기(35)와 흡수기(33) 사이에 있는 부스터 펌프(36)
    상기 열교환기(35)와 스트립퍼(38) 사이에 있는 용매 패창기 터빈(37),
    상기 스트립퍼(38)에 이어져 있는 증기 복귀 파이프(46)에 대한 증기 공급물(48)을 위한 리보일러(47),
    상기 스트립퍼(38)로부터 리보일러(47)를 지나 열교환기(35)에 이어져 있는 O2 희박 흡수제 유체 펌프(34), 및
    CO2 이출 배관(42)으로 가는 CO2를 위한 압축기 트레인(43)에 더 연결되어 있는 CO2 분리기(40)에 이어져 있고, 상기 스트립퍼(38)로부터 포집된 CO2를 위한 응축기(39)를 포함하는, CO2 포집 시스템.
  24. 제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    약 400℃의 온도를 갖는 연도 가스(G6E)는 NOx 포집을 위한 스크러버(SCR)(29)에 보내지고, 그 후에, 흡수기(33)의 흡수 유체에서 물의 형성을 줄이기 위해 응축기(31)에 보내지는, CO2 포집 시스템.
  25. 제 1 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    응축 에너지를 복귀하는 CO2-고갈 연도 가스(G6D)에 다시 공급하기 위해, 상기 응축기(31)에서 나온 응축된 물이 상기 흡수기(33)와 하나 이상의 열교환기(30B, 30A) 사이의 재가습기(32)에 펌핑되는, CO2 포집 시스템.
  26. 유입하는 배기 가스(G6)로부터 CO2를 포집하기 위한 방법으로서,
    a. 유입하는 배기 가스를 냉각기(5)에서 냉각시키는 단계,
    b. 유입하는 배기 가스(G6)를 공기(27)와 혼합시키는 단계,
    c. 대형 연소실(14)을 갖는 적어도 하나의 외부 연소 유닛(26)을 갖는 가스 터빈(1)의 압축기(2)를 사용하여 배기 가스(G6)/공기(27) 혼합물을 압축시키는 단계,
    d. 공기와 혼합된 연료 및 유입하는 배기 가스(G6)를 연소실(14) 안으로 도입하여, 저산소 함량을 갖는 연도 가스(G6)를 연소시키는 단계,
    e. 압축된 연소 공기(IG9)를 연소실(14) 내의 연료 가스 버너(51)에 도입하는 단계,
    f. 연소 공기의 양은 다음에 있는 CO2 포집 플랜트(100)에서 포집된 C02의 양과 같으며,
    g. 압축된 연소 공기는 중간 냉각이 일어나는 전기 구동식 압축기(19)에 의해 전달되고,
    h. 배관(9)에 의해 고압 고온 열교환기(25)의 정상부에 전달되는 압축된 연소/냉각 공기(IG9)의 온도는 열교환기의 압력 쉘(925) 냉각에 대한 요건에 따라 300℃ 미만으로 될 것이며,
    i. 상기 고온 열교환기(25)로 가는 또한 그로부터 나가는 동축 파이프(15, 15o, 15R) 및 열교환기(25)의 쉘(925)을 냉각하기 위해 상기 압축된 연소 공기(IG9)가 사용되고,
    j. 결과적인 배기 가스(G6E)를 압축되고 CO2 포집 플랜트로부터 이출되는 CO2 스트림 및 이출 라인(42) 상의 CO2-고갈 스트림으로 분리하기 위해 결과적인 배기 가스(G6E)를 탄소 포집 플랜트(100) 안으로 도입하는 단계, 및
    k. 발전기(18)에서 전력을 생산하도록 가스 터빈(1)의 압축기(2)의 구동을 위해 CO2-고갈 스트림(G6D)을 팽창기(3)에서 팽창시키고 또한 팽창된 CO2-고갈 가스(G6D)를 열회수 유닛(4) 및 그후에 대기에 방출하는 단계를 포함하는, CO2 포집 방법.
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