KR20210102920A - 터보 멤브레인 02 공급원을 갖는 개선된 반폐쇄형 사이클 - Google Patents

터보 멤브레인 02 공급원을 갖는 개선된 반폐쇄형 사이클 Download PDF

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Abstract

산소 생성 및 가스 정화를 위한 기생 부하를 감소시키면서 동시에 가스 정화, 업플랜트(건조 요건 감소), 및 산소 플랜트(멤브레인 대 분자체를 가능하게 함)의 자본 비용을 절감시키는 반폐쇄형 사이클 작동의 개선된 방법 및 시스템이 기재되었다. 본 발명은 피스톤 또는 터빈 엔진에 적용할 수 있으며, 그리고 반폐쇄형 사이클(SCC)을 통해 탄소를 이산화탄소 CO2 의 형태로 포집하는 방식으로, 그리고 종래 개시의 효율 및 비용을 개선시키는 방식으로, 거의 완전 비방출 전력 시스템을 생성한다. 포집된 탄소는 강화된 오일 회수(Enhanced Oil Recovery)(EOR)에, 격리에, 또는 산업용에 직접적으로 적합한 순도 및 압력을 갖는다.

Description

터보 멤브레인 02 공급원을 갖는 개선된 반폐쇄형 사이클
본 출원은 [예를 들어, 가특허출원 이외의 유효한 최우선일을 주장하고; 가특허출원에 대해 35 USC § 119(e)에 따른 이익을 주장]으로부터 유효한 가장 빠른 출원일(들)을 주장하고, 이하에 열거된 출원(들)("관련 출원들")의 모든 주제를 이러한 해당 주제가 여기와 일치하지 않을 정도까지 그 전체로서 여기에 참조하고 있으며; 상기 특허출원은 또한 그로부터 유효한 가장 빠른 출원일(들)을 청구하며, 또한 관련 출원의 임의의 그리고 모든 모출원, 조출원(grandparent), 증조 출원(great-grandparent), 등의 그 전체적인 모든 주제를 이러한 주제가 여기와 일치하지 않을 정도까지 참조하고 있다.
발명자인 폴 엠. 던(Paul M. Dunn)에 의해 발명의 명칭이 "터보 멤브레인 02 공급원을 갖는 개선된 반폐쇄형(semi-closed) 사이클"인 미국 가특허출원 62/779533호가, 2018년 12월 14일자로 출원되었다.
본 발명은 일반적으로 반폐쇄형 사이클 전력 시스템(semi-closed cycle power system)에 관한 것으로, 특히 탄소 포집 장비(carbon capture equipment)를 포함하거나 또는 적어도 농축된 배기 CO2 레벨을 갖는 전력 시스템에 관한 것으로서, 이는 더 낮은 비용의 CO2 포집 장비가 사용될 수 있게 한다. 또한, 본 발명은 산소 플랜트(oxygen plant), 특히 멤브레인 산소 플랜트에 관한 것으로, 이들 플랜트의 특정 전력을 감소시키고 또한 VPSA(진공 압력 스윙 흡착)(Vacuum Pressure Swing Adsorption) 산소 플랜트와 경쟁할 수 있게 하는 방법을 제공한다.
내연 또는 외연 여부와는 관계없이, 통상적인 전력 시스템은 공기로 연료를 연소하고 그리고 일반적으로 처리되지 않은 연소 생성물(배기/연도 가스)을 대기에(또는 수중 인터페이스를 통해 대기에) 통기시킨다. 이는 천연가스, 가솔린 및 디젤 피스톤 엔진과, 그리고 가스 터빈, 제트 엔진 또는 심지어 증기 보일러 기반 전력 플랜트에도 해당된다.
상기 처리되지 않은 연도 가스의 대기 중으로의 배출은, 실행이 간단한 반면에, 환경적인 이유 때문에 바람직하지 않다. S02, NOx, CO, HC(미연소된 탄화수소) 및 최근의 C02 와 같은 가스들은, 오염물로서 정의되고 있으며, 배출이 규제되고 있다. 또한 특수한 목적 용도로, 특히 해저용으로, 시스템 배기 압력을 대기압(상승된 배압)과 결부시켜야 하는 요구사항은 엔진 사이클 효율을 크게 낮출 수 있다.
역사적으로, 다양한 폐쇄형 또는 반폐쇄형 전력 시스템(1900년대 초반)에 대한 선행 작업은, 대부분 특수 목적 용도와 관련이 있었다. 보다 최근의 선행 작업은 대부분 더 높은 효율을 제공하고 및/또는 배출 또는 심지어 포집 시스템 배출을, 특히 CO2, 효과적으로 제어하는 능력에 대한 것이다. 본 발명자에 의한 US 9,194,340 B2호는 관련 특허의 역사와 인용을 제공한다.
처음에는 고립, 빈곤, 또는 전쟁의 결과로서 통상적인 연료를 사용할 수 없었기 때문에, 그리고 나중에는 재생 가능한 연료를 사용하려는 욕구로 인해, 열분해 및 가스화 시스템의 광범위한 사고(tinkering), 연구, 특허, 및 상업화가 이루어졌으며, 이는 대부분 고온 열분해를 통해 엔진에서 연소될 수 없거나 또는 쉽게 연소될 수 없는 가용의 원료(feed stock) 또는 연료(석탄, 고형 폐기물, 목재 폐기물, 종이, 플라스틱)를, 엔진에서 쉽게 연소되는 적어도 하나의 성분으로, 일반적으로는 합성 가스로 분해하고 있다.
열분해 및 가스화 시스템은 일반적으로 2개의 범주로, 즉 연속적인 공급 기계, 또는 배치(batch)[오토클레이브(autoclave)] 타입 기계로 분류된다. 선호 기계는 원료, 및 그 원료가 컨베이어, 스크류, 또는 다른 수단을 통해 반응 구역 내로 효과적으로 운반될 수 있는지의 정도에 따라 크게 달라질 것이며; 가능하다면, 상기 연속적인 공급 타입 기계가 선호된다. 모특허 및 자특허를 갖고 있는 US 8,784,616 B2호는 이 분야의 12개 이상의 특허 및 비특허 문헌에 대한 완전한 세트의 인용을 제공한다.
PCT/US2018/000163호는, 열분해 기술을 통합 및 개선시키고, 반폐쇄형 사이클(semi-closed cycle)(SCC)의 배기에서의 산소 레벨을 감소시키는 방법을 개시하고, 이는 메트릭스(metrics)를 개선시키고 또한 탄소 네거티브 전력 시스템(carbon negative power system)을 가능하게 했다.
기존의 반폐쇄형 사이클 전력 시스템 및 관련의 종래 기술은, 상당한 운영상의 불이익을 안고 있다. 종래 기술의 문헌에서 논의된 산소 플랜트는 종종 전력 시스템의 가장 높은 운영 비용이며, 그리고 생산된 순 전력(net power)의 상당 부분을 소비한다. 또한, 전력 시스템의 낮은 배압(backpressure)은 배기에 많은 수증기로 나타나며, 이는 엔진 작동을 복잡하게 하면서 그리고 가스 정화 시스템 요구사항을 복잡하게 하는데, 원료 C02 스트림이 탈수되어야만(dehydrated) 하기 때문이다.
또한, 상기 가스 정화 시스템은, 분자체(mole sieve)에 기반하고 있을 때, 배기 압력을 상기 분자체가 효과적인 수준[열 스윙 흡수(Thermal Swing Absorption)(TSA) 또는 진공 압력 스윙 흡수(Vacuum Pressure Swing, Absorption)(VPSA) 프로세스에 대해]으로 증가시키기 위해 높은 마력의 송풍기를 필요로 한다. 마지막으로, 상기 TSA 프로세스는 흡수 베드(absorption bed)를 재생하기 위해, 상당량의 고온 건조 가스를 필요로 한다.
종래 기술로부터 알 수 있는 바와 같이, 비 방출(non-emissive)이 되고 및/또는 부정적인 환경 영향이 적은 전력 시스템이 요구된다.
본 발명은 이하의 사항, 즉 1) 반폐쇄형 사이클 프로세스의 효율을 개선시키고, 보조 시스템을 작동시키기 위한 생산 전력을 덜 사용하고, 2) 산소 발생(질소 제거) 시스템의 자본 비용을 절감시키며, 3) 멤브레인 산소 플랜트와 관련된 압축력을 감소시킴으로써, VPSA 산소 플랜트보다 좋지는 않더라도 경쟁력을 갖게 하며, 4) 상기 반폐쇄형 사이클의 CO2 가스 정화 시스템과 관련된 크기, 복잡성, 및 기생 전력(parasitic power)을 감소시키는 것을 지향하고 있다.
본 발명으로서 간주되는 주제는 명세서의 결론에 있는 청구범위에서 특히 지적되고 그리고 명확하게 청구되고 있다. 본 발명의 전술한 목적 및 다른 목적, 특징, 및 이점은 첨부한 도면과 함께 이루어진 이하의 상세한 설명으로부터 명백하다.
도 1(종래 기술)은 VPSA 기반 산소 발생 및 분자체 기반 가스 정화 시스템으로, 반폐쇄형 사이클 상에서 작동하는 공칭 400 kW, ~600 hp, 피스톤 엔진의 시뮬레이션 흐름도이다.
도 2는 멤브레인 기반 산소 발생 시스템으로, 반폐쇄형 사이클 상에서 작동하는 공칭 400 kW, -600 hp, 피스톤 엔진의 시뮬레이션 흐름도이며, 본 발명의 특별한 특징이 여기에 기재될 것이다.
이하의 용어에 대한 간단한 정의가 출원 전체에 적용될 것이다.
"포함하는(comprising)"이라는 용어는 포함하는(including)을 의미하지만 이에 한정되지 않으며, 특허 내용에 전형적으로 사용되는 방식으로 해석되어야 한다.
"일 실시예에서(in one embodiment)", "일 실시예에 따라(according to one embodiment)", 등의 문구는 일반적으로 상기 문구에 이어지는 특별한 특징, 구조, 또는 특성이 본 발명의 적어도 일 실시예에 포함될 수 있음을 의미하며, 또한 본 발명의 둘 이상의 실시예에 포함될 수 있음을 의미한다(중요하게도, 이러한 문구가 반드시 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다).
명세서에 무언가를 "예시적인(exemplary)" 또는 "예(example)"로서 기재하는 경우라면, 비배타적인 예(non-exclusive example)를 지칭하는 것으로 인식되어야 한다.
명세서에서, 구성요소 또는 특징이 "일 수 있다(may)", "할 수 있다(can)", "할 수 있다(could)", "이어야 한다(should)", "바람직하게(preferably)", "가능하게(possibly)", "전형적으로(typically)", "선택적으로(optionally)", "예를 들어(for example)", 또는 "할 수 있다(might)"(또는 다른 그러한 표현)가 포함되거나 또는 특성을 갖는것으로 언급하면, 그 특정의 구성요소 또는 특징은 포함되어만 하거나 또는 그 특성을 가져야만 하는 것으로 요구되지 않는다.
이제 본 발명의 도시된 실시예가 도시된 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 보다 완전하게 기재된다. 본 발명은 도시된 실시예에 어떤 형태로도 제한되지 않으며, 이하에 기재된 도시된 실시예는 단지 본 발명의 예시이며, 본 기술분야의 숙련자라면 인식할 수 있는 바와 같이 다양한 형태로 구현될 수 있다. 이에 따라, 여기에 기재된 임의의 구조적 및 기능적 세부 사항은 제한적인 것으로 해석되어서는 안되며, 단지 청구범위의 기초로서 그리고 본 발명을 다양하게 사용하는 본 기술분야의 숙련자에게 교시하기 위한 대표로서 해석되어야 한다. 또한, 여기에 사용된 용어 및 문구는 제한하는 것이 아니라, 오히려 본 발명의 이해 가능한 설명을 제공하도록 의도된 것이다.
값의 범위가 제공되는 경우, 문맥이 명백하게 달리 지시하지 않는 한, 그 범위의 상한 및 하한 사이에서 하한의 유닛의 10분이 1까지인 각각의 개재값, 및 임의의 다른 언급된 또는 개재된 값은 본 발명에 포함된다는 것을 인식해야 한다. 이들 더 작은 범위의 상한 및 하한은 독립적으로 더 작은 범위에 포함될 수 있으며, 언급된 범위에서 특별히 배제된 제한에 따라 본 발명에 포함된다. 언급된 범위가 한계값들 중 하나 또는 둘 모두를 포함하는 경우, 이들 포함된 한계값들 중 하나를 제외한 범위도 본 발명에 포함된다.
달리 정의되지 않는 한, 여기에 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 숙련자에 의해 일반적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 갖는다. 여기에 기재된 바와 유사하거나 또는 등가의 임의의 방법 및 재료가 본 발명의 실시 또는 시험에 사용될 수도 있지만, 이제 예시적인 방법 및 재료가 기재된다. 여기에 언급된 모든 간행물은 그 간행물이 인용된 것과 관련하여 방법 및/또는 재료를 기재하고 설명하기 위해, 여기에 참조로 포함된다.
본 명세서 및 첨부의 청구범위에 사용되는 바와 같이, 단수 형태 "a", "an"및 "the"는 문맥이 명백하게 달리 지시하지 않는 한, 복수의 지시 대상을 포함한다는 것을 인식해야 한다. 따라서, 예를 들어, "자극(stimulus)"에 대한 참조는 복수의 이러한 자극을 포함하고, "신호(signal)"에 대한 참조는 하나 또는 그 이상의 신호 및 본 기술분야의 숙련자에게 알려진 그 등가물을 포함한다.
본 발명은 일반적으로 압축 점화, 스파크 점화, 리치(rich) 또는 린(lean) 연소 왕복 피스톤 엔진, 또는 린 연소 가스 터빈을 반폐쇄형 사이클(semi-closed cycle)로 비 방출(non-emissive) 방식으로 작동시키는 시스템에 관한 것으로, 선택적으로 자체 연료 또는 열분해를 통해 다른 연료를 처리하는 동안, 압력 및 전력에서 CO2 를 포함하는 제품을 생산한다.
프로세스에서는 압력에서 C02가 필요하다. 강화된 오일 회수(Enhanced Oil Recovery)(EOR)가 이러한 프로세스의 일례이다. 또한, 본 발명의 시스템은 2 행정 또는 4 행정 피스톤 엔진, 리치 또는 린 연소, 로터리 피스톤 엔진, 또는 소형 가스 터빈에 적용될 수 있음을 인식해야 한다.
중속(medium speed) 엔진(연소 프로세스에 더 많은 시간을 가짐), 및 특히 높은 "부스트(boost)"(흡기 매니폴드) 순 평균 유효 압력(중속 대향 피스톤 엔진 또는 헤비듀티 저속 내지 중속 4행정 엔진과 같은)의 작동에 견디는 엔진이 사이클에 적합하지만, 그러나 본 발명은 이러한 중속 엔진에 제한되는 것으로 인식되어서는 안된다.
이제 유사한 도면부호가 여러 도면에 걸쳐 유사한 요소를 나타내는 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 N2 제거(산소 플랜트), 가스 정화 시스템(GCS), 및 제품 압축을 포함하는, 일반적인 SCC 전력 시스템의 기본 구성요소를 개략적으로 도시하고 있다. 도 1을 참조하면, 구성요소 02_VAC, 02_BLWR, 02_베드, 및 믹서 M4 로 이어지는 관련의 열교환기 및 밸브는, VPSA 산소 플랜트의 간략화된 모습을 나타내고 있다. PCT/US2018/000163호 및 다른 종래 기술에 개시된 바와 같이, 공기는 압축되어, 질소, CO2, 물, 및 기타 오염물을 흡착하는 베드(전형적으로 2개 또는 3개)를 통해 흘러서, 전형적으로 88-93%의 산소 그리고 나머지가 아르곤 및 질소인 산소 아르곤 혼합물로 나타난다. 상기 베드는 주기적으로 질소가 로딩되며, 그 후 제품 산소의 일부의 퍼징(purging)에 의해 진공을 통해 제거된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 88% 순도의 02 제품 약 6.5톤이 하루에 혼합기 M4로 전달되며, 전체 기계적 기생 부하는 약 84 hp이다. 이런 고순도 산소는 공기와 혼합되어, M4 배출 시 35.5% 순도의 산소, 질소, 아르곤 혼합물을 생성한다.
CP1 과 EX1 사이의 구성요소는 엔진을 나타낸다. CP1은 약 15 psig의 부스트 압력(30 psia)을 제공하는 터보 차저 압축기이며; C7은 애프터쿨러(aftercooler)이고, 뜨거운 압축기 배기를 300F로 냉각하며; M2는 전형적으로 흡기 매니폴드에서 발생하는 작동유체와 연료의 혼합물을 나타내며; 압축기 TCS는 피스톤 엔진(또는 가스 터빈의 압축기)의 전체 압축 행정의 총합을 나타내고, C8은 상기 엔진의 그 부분에서의 열손실을 나타내며; ERx1은 연소, 모델링 화학 평형(modeling chemical equilibrium) 및 추가의 열손실을 나타내며; TPS 및 EX1은 전체 전력 행정 및 터보 차저 터빈 작업을 나타낸다. 이런 시뮬레이션은 특정의 리치 연소 터보 충전된 천연가스 피스톤 엔진에 대한 엔진 포트(터보 차저 입구) 배기 온도 및 배기 온도(터보 차저로부터의)를 정확하게 예측한다.
여기에서는 피스톤 엔진의 예가 모델링되었지만, 총 배기 구성물, 반폐쇄형 사이클 방법, 가스 정화, 및 산소 발생 요건은, 유사한 배기 온도를 갖는 소형의 산업용 가스 터빈에도 동일하게 적용된다.
종래 기술에서 논의된 바와 같이, 물은 M5에서 배기 내로 분사되고, Sep1에서 분리되어, 냉각된 배기(~110F)로 되며, 이는 M1을 통해 다시 엔진 입구로 순환된다. 상기 배기는 VPSA/공기 믹서 M4로부터의 명목상 35% 02와 혼합되어, 엔진을 위해 21-22% 산소를 생성한다. 이런 엔진 작동 방법은 배기 CO2 농도를 효과적으로 거의 2배로 늘려, 비용 효율적인 탄소 포집을 가능하게 한다.
상기 GCS는 SF1에서 시작하여 배기를 탈수시키는(dehydrates) 3_베드_TSA, 및 정화된 CO2 를 포집하는 3_베드_VPSA 를 통해 CO2_스테이지_3 에서 CO2 압축의 최종 스테이지로 종료되는 구성요소를 포함한다.
CO2 압축을 제외하고, 명목상 600 hp인 엔진의 순 전력(net power)은 84 hp의 02 플랜트 부하 및 32 hp의 TSA 송풍기 부하만큼 감소되었음을 인식해야 한다. 또한, 송풍기 배출 열교환기 C3; TSA 배출 열교환기, C5; 및 TSA 베드의 재생과 관련된 열을 포함하여, 시스템에 부담을 주는 상당한 열 부하가 존재하는 것도 인식해야 한다. 전형적으로는, 이들 가열 및 냉각 요구 사항을 충족하기 위해, 칠러(chiller)와 엔진으로부터의 배기 폐열(exhaust waste heat)의 유용한 포집이 이용된다. 예를 들어, 이런 시스템에 맞는 크기의 냉각기는 약 30톤이며, 엔진 순 출력을 추가로 약 ~40 hp 감소시킨다.
도 2는 N2 제거(산소 플랜트), 가스 정화 시스템(GCS), 및 제품 압축을 포함하는 개선된 SCC 전력 시스템의 기본 구성요소를 개략적으로 도시하고 있다. 도 2를 참조하면, 도 1로부터 구성요소 02_VAC, 02_BLWR, 02_베드 및 관련 항목이 제거되었고, 멤브레인 산소 발생기로 대체되었다.
멤브레인 산소 발생 시스템은 상업적으로 이용 가능하며, 그리고 VPSA 02 플랜트보다 비용이 저렴하다. 그러나 상기 멤브레인 플랜트는 동일한 산소 함량을 생산하고 또한 낮은 순도로 산소 함량을 생산하기 위해서는, 더 높은 압력에서 더 많은 공기 흐름을 필요로 한다. 여기에 도시된 바와 같이, 상기 멤브레인은 도 1의 VPSA 의 14 psig 및 3200 lbm/hr에 비해, 132 psia(117 psig) 및 4000 lb/hr에서 공기를 수용하고 있다. 그 결과, 멤브레인에 요구되는 압축력은 일반적으로 이런 용도로는 너무 높으며, 그리고 통상적으로 제공되는 경우라면 200 hp 이상으로 될 것이다.
여기에 기재된 멤브레인은 산소, CO2, 및 물과 같은 "고속 가스(fast gases)"를 통과시키는 반면에, 많은 질소 또는 아르곤은 통과시키지 않는 선택적 멤브레인 요소를 통해 작동된다. 상기 멤브레인은 132 psia의 공기를 수용하고, 하나의 배출 포트(1766 lbm/hr)에서 95% 순도로 122 psia 건조 질소를 생성한다. 다른 포트인 투과측(2233 lbm/hr)은 저압이고, 이 경우는 30 psia이며, 35% 산소이다.
이전과 같이, 22% 혼합 02 순도에서, M1 에서의 흐름은 ~3600 lb/hr이며, 이는 엔진이 작동하는 데 필요한 것이며, 그 차이점은 대기압이 아니라 이제 ~30 psia 라는 점이다. 그 결과 엔진 터보 차저 및 애프터쿨러가 제거되며, 엔진은 필요한 압력과 그리고 미세하게 낮은 온도(107F)에서 작동 유체(working fluid)를 수용하여, 성능을 향상시키고 노크(knock)를 감소시킨다.
터보 차저 터빈 입구이었을 때의 엔진 배기 압력은, 실제로 터보 차저보다 미세하게 높지만, 그러나 여전히 엔진 역량과 일치한다. 엔진 질량 흐름 및 배기 포트 온도는 터보 차저 및 VESA 기반 02 플랜트보다 미세하게 높지만, 그러나 그다지 크지는 않다.
이제 고온의 배기는, 예전처럼 SCC 및 GCS 장비의 균형을 거치기 전에, 새로운 구성요소인 역류 열교환기(counter flow heat exchanger)(E1)를 통해 흐른다.
멤브레인 플랜트로 돌아가서, 상기 멤브레인은 4000 lb/hr에서 132 psia의 공기를 필요로 한다. 단일의 오일 플러디드 스크류 압축기(oil flooded screw compressor)를 사용하는 대신에, 스크류 이전의 제1 스테이지 압축기로서 기능하는 터보 차저 압축기, CP1, 처럼 보이는 것이 있다. 이 구성요소는 55 psia에서 Cl 에 공기를 공급하기 위해 120 hp를 소비하며, 상기 C1은 이를 다시 110F로 냉각한다. 이는 CP2 에 필요한 전력을 ~200 hp로부터 75 hp로 감소시킨다. 따라서 멤브레인 산소 공급원에 대한 CP2 압축기 요구사항은, 이제 VPSA 산소 공급원에 대한 종래 기술의 전력 요구사항보다 적다.
멤브레인 출력의 고압 건조 질소측은 역류 열교환기(E1)를 통해 가열되고, CP1에 직접 결합된 확장기(EX1)와 같은 터보 차저를 통해 확장된다. 실제로, 엔진 터보 차저를 제거하고, 그 대신에 멤브레인을 터보 차지하면서, 압축된 작동유체에 대한 엔진 요구사항을 여전히 충족시킨다. EX1을 가로지르는 압력 강하는 105 psi에서 전형적인 터보 차저보다 더 높다. EX1은 1단 또는 2단 압축기를 구동시키는 2단 터보 차저 확장기일 수 있다. EX1 스테이지 1과 스테이지 2 사이에서 재가열하는 것도 가능하며, 이는 메트릭스(metrics)를 추가로 향상시킬 것이다.
SP1에서 SCC 압력은 이제 30 psia 대 14.7 psia의 엔진 부스트 압력에 있다. 따라서 수증기 농도가 8.6%로부터 4,3%로 감소된다. 이는 3_베드_TSA 에서 베드의 크기를 감소시킬 것이다.
더욱 중요하기로는, 32 hp 였던 TSA 송풍기 출력은 이제 본질적으로 0 hp이다. 시뮬레이션은 2 hp에서 이를 나타내고 있지만, 그러나 실제로는 여기에서는 송풍기가 재순환 흐름을 위한 제어 메커니즘으로서 작동하고 있으며, 밸브로 교체될 수 있다.
마지막으로, EX1 확장기로부터의 배기는 여전히 충분히 고온인 650F이고, 추가적인 부품 없이 TSA 베드를 재생하기에 충분히 건조하다(-40 이슬점).
상기 순 출력은 CO2 압축을 제외한 본 예에서는 ~40 hp까지 향상된다. 또한 칠러 요건을 구동시키는 물 부하가 상당히 감소된다.

Claims (4)

  1. 반폐쇄형 사이클 전력 시스템으로서:
    a. 엔진: 전력 및 배기가스를 생성하기 위한 리치 또는 린 연소, 피스톤 또는 터빈;
    b. 멤브레인 기반 산소 플랜트;
    c. 산소, 냉각된 배기가스, 및 공기의 혼합물이 상기 엔진을 위한 인공 대기 작동유체로서 생성되는 것을 허용하는 혼합 용기;
    d. 배기 물 분리기 및 더미스터(demister)와 조합되는, 배기를 냉각하는 방법;
    e. TSA 프로세스 상에서 작동되며, 엔진 배기 폐열을 직접적으로 또는 간접적으로 이용하는, 분자체 기반 탈수 유닛; 및
    f. 진공 압력 스윙 흡수(VPSA) 프로세스 상에서 작동되는 분자체 기반 포집 유닛으로서, 프로세스 가스가 열 스윙 흡수(TSA) 베드를 재생하는 데도 사용되는, 분자체 기반 포집 유닛을 포함하는, 반폐쇄형 사이클 전력 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    배기 역류 열교환기 및 터보 팽창기-압축기를 더 포함하며, 다음과 같은 특징을 갖는, 즉
    a. 공기를 약 55 psia로 압축하여, 상기 멤브레인 메인 압축기에 공급하는 압축기;
    b. 제1 스테이지 압축기를 구동시키기 위해, 상기 열교환기로부터의 고온 질소를 팽창시키는 축 결합된 확장기; 및
    c. 상기 확장기 배기를 취하여, GCS TSA 베드를 재생하는 방법을 갖는, 반폐쇄형 사이클 전력 시스템:
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 산소 멤브레인의 투과측(02측)은 압력 하에서 작동되는 것을 더 포함하며, 다음과 같은 특징을 갖는, 즉
    a. 출력에 악영향을 주지 않고 터보 차저가 제거될 수 있도록, 정상적인 엔진 부스트 압력보다 더 높은 압력;
    b. 엔진 애프터쿨러가 제거될 수 있도록, 정상적인 애프터쿨러 배출 온도보다 더 낮은 온도에서 산소 및 배기 혼합물을 갖는, 반폐쇄형 사이클 전력 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    SCC 압력은 이하의 특징을 더 포함하는, 즉
    a. TSA 송풍기가 제거될 수 있거나 또는 근본적으로 감소된 그 전력 요구사항을 갖도록, SCC 압력은 이제 명목상 엔진 부스트 압력이고, 및
    b. TSA 탈수 부하가 상당히 감소되도록, 이제 SCC 압력이 높아지는, 반폐쇄형 사이클 전력 시스템.
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