MXPA06007819A

MXPA06007819A - Sistemas y metodos para la generacion de energia con aislamiento de dioxido de carbono.

Info

Publication number: MXPA06007819A
Application number: MXPA06007819A
Authority: MX
Inventors: Chellappa Balan; Michael John Bowman; Joell Randolph Ii Hibsman; Andrei Tristan Evulet; Jennifer Lynn Molaison
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2005-07-08
Filing date: 2006-07-07
Publication date: 2007-01-10
Also published as: US7266940B2; CN100549389C; EP1741899A2; KR20070006616A; CA2551219C; US20070006592A1; JP4693715B2; CA2551219A1; JP2007016787A; CN1959085A; KR101280164B1; EP1741899A3

Abstract

Un sistema y un metodo para la generacion de energia incluyen un primer sistema (12) de turbina de gas que comprende una primera camara (22) de combustion configurada para combustionar una primera corriente de combustible (14) principalmente de hidrogeno que esta esencialmente libre de combustibles con base de carbon. El primer sistema (12) de turbina de gas tambien incluye un primer compresor (24) configurado para suministrar una primera porcion de un oxidante (26) comprimido a la primera camara (22) de combustion y una primera turbina (28) configurada para recibir una primera descarga (30) desde la primera camara (22) de combustion y generar un primer gas de escape (32) y energia electrica. El sistema de generacion de energia tambien incluye un segundo sistema (16) de turbina de gas que comprende una segunda camara (34) de combustion configurada para combustionar una segunda corriente de combustible (18) para generar una segunda descarga (44). El primer compresor (24) del primer sistema (12) de turbina de gas se configura para suministrar una segunda porcion de oxidante (36) comprimido a la segunda camara (34) de combustion. El segundo sistema (16) de turbina tambien incluye una segunda turbina (38) configurada para recibir la segunda descarga (40) desde la segunda camara (34) de combustion para generar un segundo gas de escape (42) y energia electrica y un segundo compresor (44) configurado para recibir la segunda descarga (42) que comprende dioxido de carbono. El segundo compresor (44) tambien se configura para descargar una corriente (46) de reciclado a la segunda camara (34) de combustion y una corriente (48) dividida a un sistema separador (50) adaptado para recuperar dioxido de carbono.

Description

SISTEMAS Y MÉTODOS PARA LA GENERACIÓN DE ENERGÍA CON AISLAMIENTO DE DIÓXIDO DE CARBONO CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se relaciona en general con la generación de energía y la recuperación eficiente de dióxido de carbono. Más en particular, la invención se relaciona con la integración de compresión/recirculación de gas de escape de gas-turbina con separación/recuperación de dióxido de carbono.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los sistemas de generación de energía que combustionan combustibles que contienen carbón (por ejemplo, combustibles fósiles) producen dióxido de carbono (C02) como un sub-producto, ya que en la combustión, el carbón se convierte en C02. El retiro o remoción del dióxido de carbono (C02) de los sistemas de generación de energía, tal como el gas de escape de una turbina de gas, por lo general no es económico debido al bajo contenido de COz y la baja presión (ambiental) del escape. Por lo tanto, desafortunadamente, el gas de escape que contiene el C02 típicamente se libera a la atmósfera y no se ve secuestrado en océanos, minas, pozos petroleros, reservas salinas geológicas y demás. Existe la necesidad de una técnica que ofrezca la recuperación económica del C02 descargado de los sistemas de generación de energía (por ejemplo, turbinas de gas) que se basan en combustibles con contenido de carbón.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN En un aspecto, un sistema de generación de energía incluye un primer sistema de turbina de gas que comprende una primera cámara de combustión configurada para combustionar una primera corriente de combustible principalmente de hidrógeno que está esencialmente libre de combustibles con base de carbón. El primer sistema de turbina de gas también incluye un primer compresor configurado para suministrar una primera porción de oxidante comprimido a la primera cámara de combustión y una primera turbina configurada para recibir una primera descarga de la primera cámara de combustión y generar un primer gas de escape y energía eléctrica. El sistema de generación de energía también incluye un segundo sistema de turbina de gas que comprende una segunda cámara de combustión configurada para combustionar una segunda corriente de combustible para generar una segunda descarga. El primer compresor del primer sistema de turbina de gas se configura para suministrar una segunda porción de oxidante comprimido para la segunda cámara de combustión. El segundo sistema de turbina también incluye una segunda turbina configurada para recibir una segunda descarga desde la segunda cámara de combustión para generar un segundo gas de escape y energía eléctrica y un segundo compresor configurado para recibir una segunda descarga que comprende dióxido de carbono. El segundo compresor también se configura para descargar una corriente de reciclado a la segunda cámara de combustión y una corriente dividida a un sistema separador adaptado para recuperar dióxido de carbono. En otro aspecto, un sistema de generación de energía incluye un primer sistema de turbina configurado para combustionar una corriente rica en hidrógeno esencialmente libre de combustibles con base de carbón y para descargar un gas de escape esencialmente libre de dióxido de carbono. El sistema de generación de energía también incluye un segundo sistema de turbina configurado para combustionar combustibles con base de carbón y para descargar una corriente comprimida rica en dióxido de carbono a un separador de dióxido de carbono adaptado para recuperar el dióxido de carbono. Un compresor en el primer sistema de turbina se configura para suministrar aire al segundo sistema de turbina. El sistema de generación de energía no descarga cantidades importantes de dióxido de carbono a la atmósfera. En otro aspecto, un método incluye combustionar hidrógeno y una primera porción de oxidante comprimido en un primer sistema de turbina que descarga un primer gas de escape desde el primer sistema de turbina, el cual está esencialmente libre de dióxido de carbono. El método incluye introducir una segunda porción de aire comprimido desde el primer sistema de turbina a un segundo sistema de turbina y combustionar los compuestos con base de carbón en el segundo sistema de turbina y generar un segundo gas de escape que comprende dióxido de carbono. El método también incluye reciclar internamente dentro del segundo sistema de turbina el segundo gas de escape del segundo sistema de turbina para concentrar el dióxido de carbono dentro del segundo sistema de turbina y recuperar el dióxido de carbono del segundo gas de escape en un separador de dióxido de carbono.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Estas y otras características, aspectos y ventajas de la presente invención se comprenderán mejor cuando se lea la siguiente descripción detallada con referencia a los dibujos acompañantes, en los cuales los caracteres iguales representan partes similares a través de los dibujos, en donde: La Figura 1 es un diagrama de flujo de un sistema de generación de energía integrado con un sistema de separación de dióxido de carbono de conformidad con las modalidades de la presente técnica. La Figura 2 es un diagrama de flujo de otro sistema de generación de energía ejemplíficativo integrado con un sistema de generación de hidrógeno de conformidad con las modalidades de la presente técnica; y La Figura 3 es un diagrama en bloque de un método ejemplíficativo para la integración de generación de energía y la recuperación de dióxido de carbono de conformidad con las modalidades de la presente técnica.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La presente técnica proporciona dos o más sistemas de turbina de gas ejemplificativos que operan en un sistema de generación de energía para compartir un suministro común de oxidante comprimido. Como resultado, la capacidad de compresión puede ser liberada en uno o más de los sistemas de turbina a ser empleados en la recuperación de dióxido de carbono (C02) generado por uno o más de los sistemas de turbina. En un ejemplo, un compresor en un primer sistema de turbina suministra oxidante (a través de conductos) a una cámara de combustión en el primer sistema de turbina y también a una cámara de combustión en un segundo sistema de turbina, lo que libera al compresor en el segundo sistema de turbina. Como se describe a continuación, la capacidad de compresión liberada puede emplearse en la separación y recuperación de dióxido de carbono (C02) y otros componentes del gas de escape de una o más turbina de gas. El C02 recuperado puede ser comercializado como un producto o se puede consumir en sitio como carga en otros procesos, por ejemplo. Además, la recuperación de C02 puede reducir la cantidad de C02 emitido al ambiente por el sistema de generación de energía. Además, como se describe después, la reformación (por ejemplo, vía vapor) de combustible de hidrocarburo se puede integrar con la operación de los sistemas de turbina de gas para también reducir la cantidad de C02 emitida al ambiente. En ciertas configuraciones, por lo menos un sistema de turbina (es decir, el primer sistema de turbina) puede combustionar hidrógeno y por lo tanto, descarga un gas de escape que no tiene esencialmente dióxido de carbono. Además, la alimentación de hidrógeno se puede generar en forma local al reformar los combustibles con base de carbón (por ejemplo, gas natural, propano, etc.). Otro sistema de turbina (es decir, el segundo sistema de turbina) puede combustionar hidrocarburos o combustibles con base de carbón, y por lo tanto, descarga un gas de escape que tiene dióxido de carbono. Como se indica, el compresor liberado en el segundo sistema de turbina puede utilizarse para facilitar la separación y recuperación de C02 desde el gas de escape de la segunda turbina, y finalmente, reduce las emisiones del segundo sistema de turbina. Con ventaja, el resultado total puede ser un sistema de generación de energía que consume combustibles con base de carbón como gas natural, sin emitir cantidades importantes de C02 al ambiente. Otra vez, el C02 recuperado puede ser provisto para un beneficio económico, por ejemplo, comercializado o consumido en forma local. Por último, mientras la discusión puede enfocarse en dos sistemas de turbina, uno que combustiona principalmente hidrógeno y el otro que combustiona combustibles con base de carbón, se debe enfatizar que ambos sistemas de turbina con la presente técnica pueden combustionar combustibles con base de carbón. Cuando es así, las emisiones de C02 también se reducen, es decir, a la mitad o más, dependiendo de la configuración particular. Además, la presente invención abarca una variedad de configuraciones del proceso, incluyendo el empleo de más de dos sistemas de turbina, la alimentación de gas de escape que tiene C02 desde un sistema de turbina que combustiona hidrocarburos a un compresor en otro sistema de turbina, que también combustiona hidrocarburos, y demás. Con referencia ahora a las Figuras, la Figura 1 ilustra un sistema 10 de generación de energía ejemplificativo que tiene un primer sistema 12 de turbina de gas configurado para alimentar 14 hidrógeno y un segundo sistema 16 de turbina de gas configurado para alimentar 18 hidrocarburos (por ejemplo, gas natural, propano, etc.). En la modalidad ilustrada, el oxidante se suministra a través de un conducto 20 de oxidante desde el primer sistema 12 de turbina de gas al segundo sistema 16 de turbina de gas. En este ejemplo, el primer sistema 12 de turbina incluye una primera cámara 22 de combustión configurada para combustionar una primera corriente de combustible (carga 14 de hidrógeno) principalmente de hidrógeno que está esencialmente libre de combustibles con base de carbón, un primer compresor 24 configurado para suministrar una primera porción de oxidante 26 comprimido a la primera cámara 22 de combustión, y una primera turbina 28 configurada para recibir una primera descarga 30 de la primera cámara 22 de combustión y generar un primer gas de escape 32 y energía eléctrica. El sistema 10 de generación de energía ejemplificativo también puede incluir un segundo sistema. 16 de turbina de gas que tiene una segunda cámara 36 de combustión configurada para combustionar una segunda corriente de combustible (carga 18 de hidrocarburos) en donde el primer compresor 22 del primer sistema 12 de turbina de gas está configurado para suministrar un oxidante 20 (una segunda porción del oxidante 36 comprimido) a la segunda cámara 34 de combustión. El segundo sistema 16 de turbina puede también incluir una segunda turbina 38 configurada para recibir una segunda descarga 40 desde la segunda cámara 34 de combustión para generar un segundo gas de escape 42 y energía eléctrica y un segundo compresor 44 configurado para recibir la segunda descarga 40 que comprende dióxido de carbono y para descargar una corriente 46 de reciclado a la segunda cámara 34 de combustión y una corriente 48 dividida a un sistema 50 separador adaptado para recuperar el dióxido de carbono de la corriente 48 dividida. En la modalidad ilustrada, el primer sistema 12 de turbina típicamente incluye un compresor 24, una turbina 28, un rotor 52, mediante el rotor 52, la turbina 28 acciona el compresor 24. El primer sistema de turbina también comprende un generador 454 eléctrico y un primer generador de vapor de recuperación de calor (de aquí en adelante HRSG) 56. De manera similar, el segundo sistema 16 de turbina típicamente incluye un compresor 44, una turbina 38, un rotor 42, mediante el rotor 58, la turbina 38 acciona el compresor 44. El segundo sistema 16 de turbina también comprende un generador 60 eléctrico, y un segundo generador de vapor de recuperación de calor (de aquí en adelante HRSG) 62. Durante la operación, los compresores 24 y 44 ejemplificativos son compresores de múltiples etapas que incluyen hileras de aletas estacionarias y paletas giratorias. El compresor 24 induce aire 264 y produce una corriente 20 de aire comprimido. La corriente 20 de aire comprimido se divide en dos corrientes. Una primera porción del aire 26 comprimido se introduce en la primera cámara 22 de combustión. La primera cámara 22 de combustión está configurada para recibir la primera corriente 14 de combustible y la primera porción del oxidante 26 comprimido. La primera corriente 14 de combustible y la corriente 26 de oxidante se pueden premezclar e inyectarse dentro de la primera cámara 22 de combustión. En algunas modalidades, el primer combustible 14 y la primera porción de oxidante 26 comprimido se pueden inyectar en forma separada dentro de la primera cámara 22 de combustión. En varias modalidades de los sistemas de generación de energía descritos aquí, el oxidante es aire ambiental. Se debe entender que el oxidante 20 comprimido del compresor 24 puede comprender cualquier otro gas apropiado que contenga oxígeno, como por ejemplo, aire rico en oxígeno, aire agotado de oxígeno, y/u oxígeno puro. El proceso de combustión en la primera cámara 22 de combustión genera una primera corriente 30 de descarga. Como se ilustra, la primera corriente 30 de descarga de la primera cámara 22 de combustión puede introducirse dentro de la primera turbina de gas 28. Como se indica, el sistema 10 de generación de energía incluye un generador 54 acoplado con la primera turbina de gas 28. La expansión termodinámica de la primera corriente 30 caliente de descarga alimentada a la primera turbina de gas 28 produce energía para accionar la turbina de gas 28, que a su vez, genera electricidad a través del generador 54. En esta modalidad, la electricidad del generador 54 puede convertirse en una forma apropiada y es provista a una trama de red de suministro de energía de distribución (no mostrada). Un primer gas de escape 32 expandido de la primera turbina de gas 28 puede alimentarse dentro del HRSG 56 para recuperar el contenido de calor de la primera corriente 32 de gas de escape expandida. Una corriente 64 de agua se puede alimentar dentro del primer HRSG 56, que a su vez, puede generar una primera porción de vapor 66 por lo menos en parte, al utilizar el calor recuperado de la primera corriente 32 de gas de escape expandida de la primera turbina de gas 28. El primer gas de escape 68 enfriado del primer HRSG 56 puede ventilarse a la atmósfera. La primera corriente 14 de combustible que se introduce en la primera cámara 22 de combustión está típicamente libre de cualquier contenido de carbón y puede incluir una concentración relativamente alta de hidrógeno. La fuente de tal calidad de combustible puede incluir, pero no se limita a un suministro de tubería, suministro de camión, suministro de tubería de tractor, recipientes (es decir, almacenamiento esférico), un sistema de almacenamiento de hidrógeno con la capacidad de almacenar hidrógeno líquido o gaseoso y demás. De manera alternativa, el hidrógeno se puede generar en sitio a través de la reformación de hidrocarburos (por ejemplo, a través de vapor) u otros procesos y utilizarse como la primera corriente 14 de combustible para el primer sistema 12 de turbina como se ilustra en el sistema ejemplificativo de la Figura 2. Como se ilustra en la Figura 1, la segunda porción del oxidante 36 comprimido del primer compresor 24 se introduce dentro de la segunda cámara 34 de combustión del segundo sistema 16 de turbina. Una segunda corriente 18 de combustible puede también introducirse dentro de la segunda cámara 34 de combustión para producir una segunda corriente 40 de descarga. La segunda corriente 40 de descarga típicamente se expande en la segunda turbina 38 para generar la segunda corriente 42 de escape, la corriente 42 de gas de escape se puede introducir dentro del segundo HRSG 62. En esta modalidad, el segundo HRSG 62 por lo general, es un circuito HRSG cerrado, en donde no se ventila ninguna corriente a la atmósfera. El contenido de calor de la segunda corriente 42 de gas de escape se puede recuperar por una corriente 70 de agua para producir una segunda porción de vapor 72. La primera porción de vapor 66 generada en el primer HRSG 56 y la segunda porción de vapor 72 generada en el segundo HRSG 62 se pueden utilizar en una turbina 74 de vapor para producir energía eléctrica a través del generador 76, por ejemplo. La segunda corriente 18 de combustible puede incluir cualquier hidrocarburo gaseoso o líquido, tal como gas natural, metano, nafta, butano, propano, gas sintético, diesel, queroseno, hidrocina, combustible derivado de carbón mineral, cargas de hidrocarburos oxigenados, y mezclas de los mismos, y demás. En una modalidad, el combustible es principalmente gas natural (NG) y por lo tanto, la segunda corriente 40 de descarga desde la segunda cámara 34 de combustión puede incluir agua, dióxido de carbono (C02), monóxido de carbono (CO), nitrógeno (N2), combustible no quemado, y otros compuestos. La segunda corriente 78 de gas de escape enfriada del segundo HRSG 62 por lo general, se introduce dentro de un separador 80 de humedad para separar el agua formada en el proceso de combustión en la segunda cámara 34 de combustión. La corriente 82 de salida del separador 80 de humedad típicamente incluye por lo menos C02, CO, N2 e hidrocarburo no quemado. La corriente 82 de salida por lo general, se comprime en el segundo compresor 44 para generar una corriente 84 comprimida. En operación, durante la fase inicial de operación después del arranque, la concentración de C02 en la corriente 84 comprimida puede no ser importante y por lo tanto, la corriente completa se puede reciclar de regreso a la segunda cámara 34 de combustión como una corriente 46 de reciclado. Esta operación de reciclado, por lo general, aumenta la concentración de C02 en la corriente 84 comprimida. Cuando la concentración de C02 en la corriente 84 comprimida alcanza el nivel deseado, una corriente de slip o corriente 48 dividida puede introducirse en la unidad 50 separadora de C02 corriente abajo. Una configuración de válvula de control (no mostrada) se puede emplear para facilitar la diversificación e introducción de la corriente 48 dividida en el separador de C02. Por ejemplo, la válvula de control puede estar dispuesta en el conducto que lleva la corriente dividida, y la operación de la válvula de control se enlaza con un instrumento en línea o sensor que mide la concentración de C02 en la corriente 84 comprimida. Por último, la unidad 50 separadora de C02 corriente abajo puede generar una corriente 86 de salida que tiene una concentración de C02 esencialmente alta, y una corriente 88 de bajo C02 principalmente con CO, combustible no quemado y N2. En esta modalidad ejemplificativa, como se ilustra en la Figura 1, se alcanza el aislamiento de dióxido de carbono. Debido a que el combustible que se quema en la primera cámara 22 de combustión es esencialmente hidrógeno puro, por lo general, no se forma dióxido de carbono durante el proceso de combustión en la primera cámara 22 de combustión. El primer gas de escape 32, generado de la primera cámara 22 de combustión, por lo tanto, está libre de dióxido de carbono y la primera corriente 68 de gas de escape enfriada ventilada a la atmósfera, típicamente no libera dióxido de carbono. El dióxido de carbono producido en la segunda cámara 34 de combustión puede aislarse como una corriente 86 concentrada de dióxido de carbono que puede ser secuestrada o comercializada en el mercado, dependiendo de la demanda de dióxido de carbono. La Figura 2 ilustra un sistema 100 de generación de energía ejemplificativo que tiene un sistema 102 de generación de hidrógeno.

En este ejemplo, el sistema 102 de generación de hidrógeno puede incluir una zona 104 de reformación de vapor. Un combustible 106 como el gas natural y vapor 108 se introducen, típicamente en la zona 104 de reformación para producir una corriente 110 reformada. Típicamente, la reformación del combustible de hidrocarburo, como el gas natural, con vapor produce hidrógeno. Este proceso es de energía intensa (es decir, la reacción de reformación del vapor es endotérmica) y se puede absorber mucho calor en el proceso de reformación general. En el ejemplo del gas natural, el componente principal es metano (CH4) que reacciona con el vapor en una reacción de dos pasos para producir hidrógeno. A través del proceso de reformación, el gas natural se puede convertir en hidrógeno siguiendo las siguientes reacciones (1) y (2); CH4 + H20 = CO + 3 H2 (1) CO + H20 = C02 + H2 (2) Por lo menos, una porción del combustible 106 entrante se convierte para generar hidrógeno por el proceso de reformación en la zona 104 de reformación. Por lo general, la reacción (1) de reformación toma lugar en presencia de un catalizador de reformación de vapor apropiado, como el níquel. La reacción (1) de reformación típicamente es altamente endotérmica, que tiene un calor de reacción de aproximadamente 88,630 BTU/moles. Las reacciones de reformación de los combustibles de hidrocarburo son igualmente endotérmicas. El monóxido de carbono y el agua pueden reaccionar también para producir dióxido de carbono en la zona 104 de reformación. Esto se puede lograr mediante la reacción (2) endotérmica, conocida como reacción de desplazamiento de gas de agua. La corriente 110 reformada, típicamente incluye por lo menos monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (C02), hidrógeno (H2), combustible inutilizado, y agua. El sistema 102 de generación de hidrógeno puede incluir un intercambiador 112 de calor y un separador 120 de hidrógeno. La corriente 110 reformada puede enfriarse a una temperatura dentro del intervalo de aproximadamente 200°C a aproximadamente 400°C con el uso del intercambiador 112 de calor para generar una corriente 118 reformada enfriada. Otros intervalos de temperatura ejemplificativos incluyen aproximadamente 225°C a 375°C, y aproximadamente 250°C a aproximadamente 350°C. La corriente 118 reformada enfriada se puede introducir dentro de la unidad 120 de separación, la unidad 120 de separación separa el hidrógeno de la corriente 118 reformada enfriada y produce vapor 124 rico en hidrógeno, y una corriente sin gas 122. La corriente 106 de combustible de entrada puede comprender cualquier gas o líquido apropiados, como gas natural, metano, nafta, butano, propano, diesel, queroseno, hidrocina, combustible derivado de carbón mineral, bio-combustible, carga de hidrocarburo oxigenado, y mezclas de los mismos. Por lo general, en algunas modalidades, el combustible es gas natural (NG). En la modalidad ilustrada, el intercambiador 112 de calor está configurado para extraer el calor de la corriente 110 reformada y utiliza el calor para generar una corriente 116 del agua 114. El gas de salida 122 del separador 120 de hidrógeno puede incluir agua, CO, C02, combustible no quemado e hidrógeno. En ciertas modalidades, la corriente 122 de gas de salida se mezcla con combustible complementario y oxidante de modo que el aire a través de la corriente 126 e introducido en el quemador 108 genera calor para la reacción de reformación endotérmica en la zona 104 de reformación.. Aunque las modalidades ejemplificativas como se muestran en la Figura 2 ilustran una reformación de metano en vapor para el proceso de hacer hidrógeno, se puede utilizar cualquier otro proceso pero no se limita a la reformación autotérmica, oxidación parcial, oxidación parcial catalítica. Las técnicas para separar hidrógeno de otros gases para producir una corriente 124 esencialmente rica en hidrógeno puro puede incluir adsorción oscilante de presión (PSA); osmosis inversa, tamizado molecular, separación de membrana, y otras técnicas de separación. En particular, con las membranas, se pueden utilizar una variedad de polímeros para las membranas selectivas de hidrógeno, las cuales operan a temperaturas relativamente bajas, por ejemplo. En algunas modalidades, el separador 120 de hidrógeno puede utilizar una técnica de separación criogénica. La separación criogénica se puede utilizar cuando es importante recuperar múltiples fracciones y múltiples productos. En una modalidad, la corriente 118 reformada, enfriada se comprime aproximadamente a 900 psia y después se enfría a temperatura ambiente con el uso de un condensador, el cual licúa el C02. El hidrógeno se puede recuperar como un gas a partir de este proceso, mientras por lo general, se retira el C02 como líquido desde el fondo del condensador. En la modalidad ilustrada de la Figura 2, el quemador 108 se configura para generar una corriente 128 de gas de escape que contiene por lo menos agua, C02, CO y nitrógeno. En esta modalidad, la corriente 128 de gas de escape se introduce en el segundo HRSG 62 para recuperar el contenido de calor y se mezcla con la segunda corriente 52 de gas de escape expandida y se recicla dentro del segundo sistema 16 de turbina con el fin de separar el contenido de C02 en la corriente 128 de escape. Como se muestra en la modalidad de la Figura 2, la unidad 850 separadora de C02 tiene un intercambiador 130 de calor y un separador 134 de C02. El separador 134 de dióxido de carbono puede aplicar varias técnicas conocidas en la técnica, incluyendo pero no limitados a adsorción oscilante de presión, adsorción química y separación de membrana, y demás. Para separar el C02 de la corriente 48 dividida, la corriente 48 dividida se introduce dentro del intercambiador 130 de calor para reducir la temperatura y producir una corriente 132 dividida enfriada. La corriente 132 dividida enfriada se introduce en el separador 134 de C02 para generar una corriente 136 rica en C02 y una corriente 138 débil de C02. La corriente 138 débil de C02 también comprende CO, N2 y combustible no reaccionado. La corriente 138 débil en C02 se introduce en el ¡ntercambiador 130 de calor para recuperar el contenido de calor en la corriente 48 dividida y generar una corriente 140 débil de C02, caliente. En una modalidad, la corriente 140 débil de C02 calentada se introduce dentro de la primera cámara 14 de combustión para utilizar el combustible no reaccionado en la corriente 140 débil de C02 calentada. La adsorción oscilante de presión (PSA) se puede utilizar para la separación de dióxido de carbono de una mezcla de gases. En las técnicas PSA, a una alta presión parcial, los tamizados moleculares sólidos pueden adsorber dióxido de carbono más fuertemente que otros gases. Como resultado, a presiones elevadas, el dióxido de carbono se remueve de la mezcla de gases, esta mezcla se pasa a través de un lecho de adsorción. La regeneración del lecho se logra por la despresurizaron y purga. Típicamente, para las operaciones críticas, se utiliza una pluralidad de recipientes de adsorción para la separación continua de dióxido de carbono, en donde un lecho de adsorción se utiliza mientras otros se regeneran. Otra técnica para la separación de dióxido de carbono de la corriente de gas es la absorción química con el uso de óxidos, tales como óxido de calcio (CaO), y óxido de magnesio (MgO) o una combinación de los mismos. En una modalidad, a una presión y temperaturas elevadas, el C02 se absorbe por el CaO que forma carbonato de calcio (CaC03), lo cual remueve el C02 de la mezcla de gas. El absorbedor CaO se regenera por calcinaciones del CaC03, que puede otra vez reforma de CaC03 en CaO.

La tecnología de separación de membrana también se puede utilizar para la separación de dióxido de carbono de una corriente de gas. Los procesos de membrana por lo general son más eficientes de energía y más fáciles de operar que los procesos de absorción. Las membranas utilizadas para la separación de dióxido de carbono de alta temperatura incluyen membranas de zeolita y cerámica, que son selectivas de C02. Sin embargo, la eficiencia de separación de las tecnologías de membrana es baja y la separación completa del dióxido de carbono puede no alcanzarse a través de la separación de membrana. Típicamente, los separadores de membrana funcionan en forma más eficiente a presiones más altas y el uso de un separador de membrana para separar el dióxido de carbono de la corriente 48 dividida del segundo compresor 44 se facilita por la presión elevada alcanzada a través de la compresión en el segundo compresor 44. Entre más alta sea la presión para la separación de C02 de la corriente 48 dividida también reduce el tamaño del separador 134 de C02, lo cual mejora la factibilidad y la economía del proceso de separación de C02. Otra técnica utilizada para la separación de C02 de la corriente 80 dividida puede incluir, pero no se limita a la adsorción química de C02 usando aminas. La corriente 48 dividida se puede enfriar a una temperatura apropiada para utilizar la adsorción química del dióxido de carbono con el uso de aminas. Esta técnica se basa en los solventes de amina de alcanol que tienen la capacidad de absorber dióxido de carbono a temperaturas relativamente bajas, y se regeneran fácilmente al elevar la temperatura de solventes ricos. Una corriente 136 rica en dióxido de carbono se obtiene después de la regeneración del solvente rico. Los solventes utilizados en esta técnica pueden incluir trietanolamina, monoetanolamina, dietanolamina, diisopropanolamina, diglicolamina, metildietanolamina. Otra técnica para separar C02 puede ser la absorción física. Se debe notar que se pueden utilizar todas o una combinación de las técnicas antes descritas para la separación de C02 para separar el C02 provechosamente. Los sistemas de generación de energía ejemplificativos como se ilustran en las Figuras 1 y 2 tiene varias ventajas. Los sistemas ejemplificativos facilitan la generación limpia de energía junto con la separación de C02. La única corriente de gas de escape liberada al ambiente del sistema es la primera corriente 68 de gas de escape enfriada del primer HRSG 56, la primera corriente 68 de gas de escape enfriada está esencialmente libre de C02. Por lo tanto, se alcanza una menor emisión a través de este sistema de generación de energía. El C02 generado en el proceso de combustión en la primera cámara 122 de combustión o en el sistema 102 de generación de hidrógeno se separa con el uso de un separador de C02 y el C02 separado puede ser apropiado para ser secuestrado para la recuperación de petróleo o para la comercialización dependiendo de la demanda de dióxido de carbono. Los sistemas de generación de energía expuestos aquí tienen la flexibilidad de controlar la producción de hidrógeno de la corriente reformada de un reformador y de la energía eléctrica, dependiendo de la demanda. El hidrógeno producido en el sistema de generación de energía descrito puede utilizarse en varias formas. El hidrógeno producido se puede reciclar en un combustor para ser utilizado como un combustible para alcanzar la emisión libre de dióxido de carbono a la atmósfera. El hidrógeno producido puede almacenarse y transportarse ya sea en forma gaseosa o líquida, como por medio de una planta de licuado. El hidrógeno producido también se puede utilizar como un combustible en una celda de combustible para genera energía adicional. La Figura 3 ilustra un método 150 ejemplificativo para la generación de energía integrado con la separación de dióxido de carbono. El método comprende enviar un primer combustible y aire a un primer sistema de turbina y generar aire comprimido, un primer gas de escape y la energía eléctrica, como se muestra en el paso 152. El método también comprende enviar una porción del aire comprimido y un segundo combustible al segundo sistema de turbina para generar un segundo gas de escape y energía eléctrica, como se muestra en el paso 154. El segundo gas de escape se recicla dentro del segundo sistema de turbina hasta que la concentración de C02 en la corriente del segundo gas de escape se acumula como se muestra en el paso 156. Una vez que la concentración en la segunda corriente de gas de escape alcanza un cierto nivel, una corriente dividida (o corriente dividida) se toma de la salida del segundo compresor como se muestra en el paso 158. La corriente dividida se trata en un separador de C02 en el siguiente paso como se muestra en el 160 para generar una corriente de salida rica en C02. El método también puede comprender generar combustible rico en hidrógeno para el primer sistema de turbina con el uso del proceso de reformación como se describe en las secciones anteriores. Mientras se han descrito e ilustrado algunas características de la invención, las personas experimentadas en la técnica podrán contemplar muchos cambios y modificaciones. Por lo tanto, se debe entender que las reivindicaciones anexas tienen la intención de abarcar tales modificaciones y cambios que caigan dentro del verdadero espíritu de la invención.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de generación de energía, caracterizado porque comprende: un primer sistema de turbina de gas (12), el cual comprende: una primera cámara de combustión (22) configurada para combustionar una primera corriente de combustible (14) principalmente de hidrógeno que está esencialmente libre de combustibles con base de carbón; un primer compresor (24) configurado para suministrar una primera porción de oxidante (26) comprimido a la primera cámara (22) de combustión; y una primera turbina (28) configurada para recibir una primera descarga (30) desde la primera cámara (22) de combustión y generar un primer gas de escape (32) y energía eléctrica; y un segundo sistema (16) de turbina de gas, el cual comprende: una segunda cámara (34) de combustión configurada para combustionar una segunda corriente de combustible (18) para generar una segunda descarga (40), en donde el primer compresor (24) del primer sistema (12) de turbina de gas se configura para suministrar una segunda porción de oxidante (36) comprimido a la segunda cámara de combustión; y una segunda turbina (38) configurada para recibir una segunda descarga desde la segunda cámara (34) de combustión para generar un segundo gas de escape (42) y energía eléctrica; y un segundo compresor (44) configurado para recibir una segunda descarga (42) que comprende dióxido de carbono y para descargar una corriente (46) de reciclado a la segunda cámara (34) de combustión y una corriente (48) dividida a un sistema (50) separador adaptado para recuperar dióxido de carbono.

2. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el sistema (50) separador comprende un intercambiador (130) de calor configurado para recuperar de la corriente dividida y un separador (134) de dióxido de carbono configurado para generar una corriente rica en dióxido de carbono y una corriente débil en dióxido de carbono.

3. El sistema de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el intercambiador (130) de calor comprende un intercambiador cruzado configurado para exrecuperar el calor de la corriente (48) dividida en intercambio con la corriente débil de dióxido de carbono del separador (134) de dióxido de carbono.

4. El sistema de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el separador (134) de dióxido de carbono comprende una unidad de membrana.

5. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende un primer generador (56) de vapor de recuperación de calor configurado para recuperar calor del primer gas de escape (32) y generar una primera porción de vapor (66) y un segundo generador (62) de vapor de recuperación de calor configurado para recuperar calor del segundo gas de escape (42) y generar una segunda porción de vapor (72).

6. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende un sistema (102) de generación de hidrógeno.

7. El sistema de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque el sistema (102) de generación de hidrógeno comprende una zona (104) de reformación configurada para reformar combustibles con base de fósiles para generar un reformado (110) que comprende hidrógeno.

8. El sistema de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque el sistema (102) de generación de hidrógeno también comprende un ¡ntercambiador (112) de calor y un separador (120) de hidrógeno.

9. El sistema de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el separador (120) de hidrógeno emplea la adsorción oscilante de presión.

10. Un sistema de generación de energía caracterizado porque comprende: un primer sistema (12) de turbina configurado para combustionar una corriente rica en hidrógeno esencialmente libre de combustibles con base de carbón y para descargar un gas de escape esencialmente libre de dióxido de carbono; y un segundo sistema (16) de turbina configurado para combustionar combustibles libres de carbón y para descargar una corriente comprimida rica en dióxido de carbono a un separador (134) de dióxido de carbono adaptado para recuperar el dióxido de carbono, en donde el compresor en el primer sistema (12) de turbina se configura para suministrar aire al segundo sistema (16) de turbina; en donde el sistema de generación de energía no descarga cantidades importantes de dióxido de carbono a la atmósfera. RESUMEN Un sistema y un método para la generación de energía incluyen un primer sistema (12) de turbina de gas que comprende una primera cámara (22) de combustión configurada para combustionar una primera corriente de combustible (14) principalmente de hidrógeno que está esencialmente libre de combustibles con base de carbón. El primer sistema (12) de turbina de gas también incluye un primer compresor (24) configurado para suministrar una primera porción de un oxidante (26) comprimido a la primera cámara (22) de combustión y una primera turbina (28) configurada para recibir una primera descarga (30) desde la primera cámara (22) de combustión y generar un primer gas de escape (32) y energía eléctrica. El sistema de generación de energía también incluye un segundo sistema (16) de turbina de gas que comprende una segunda cámara (34) de combustión configurada para combustionar una segunda corriente de combustible (18) para generar una segunda descarga (44). El primer compresor (24) del primer sistema (12) de turbina de gas se configura para suministrar una segunda porción de oxidante (36) comprimido a la segunda cámara (34) de combustión. El segundo sistema (16) de turbina también incluye una segunda turbina (38) configurada para recibir la segunda descarga (40) desde la segunda cámara (34) de combustión para generar un segundo gas de escape (42) y energía eléctrica y un segundo compresor (44) configurado para recibir la segunda descarga (42) que comprende dióxido de carbono. El segundo compresor (44) también se configura para descargar una corriente (46) de reciclado a la segunda cámara (34) de combustión y una corriente (48) dividida a un sistema separador (50) adaptado para recuperar dióxido de carbono.