NO328975B1 - Gasskraftverk med CO2-rensing - Google Patents

Abstract

Det blir beskrevet en fremgangsmåte for separasjon av C0fra forbrenningsgassen fra en naturgassfyrt gassturbin hvor delvis ekspandert forbrenningsgass blir tatt ut fra gassturbinen på et mellomliggende trinn og benyttet som oksygeninneholdende gass i en andre forbrenning hvor ytterligere naturgass blir tilført. Forbrenningsgassen fra den andre forbrenningen blir separert i en C0-rik strøm som blir eksportert for deponering, og en C0-fattig strøm som blir oppvarmet og videre ekspandert over gassturbinen for produksjon av elektrisk kraft. Det blir også beskrevet et anlegg hvor fremgangsmåten benyttes.

Description

Oppfinnelsens felt

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte og et anlegg for innfanging av C02 som kan bli implementert på et eksisterende gassturbin kraftanlegg. Oppfinnelsen angår også et gassturbin kraftanlegg som omfatter foreliggende oppfinnelses anlegg for C02 innfanging, eller C02 reduksjon.

Bakgrunn

De siste årene, eller de siste tiårene, har den økende konsentrasjonen av C021 atmosfæren på grunn av øket forbrenning av fossilt brensel gitt store bekymringer. Den økede drivhuseffekten som blir forårsaket av den økende konsentrasjonene av CO2 er forventet å forårsake en betydelig temperaturøkning på jordkloden og ha enorme miljømessige påvrikninger i de neste tiårene.

Det må derfor bli tatt aksjon for å stabilisere CO2 konsentrasjonen I atmosfæren. En betydelig del av den menneskelig produserte CO2 emisjon er et resultat av kraftgenerering fra olje, gass og kull. Følgelig er det blitt lagt ned mye arbeid I å utvikle termiske kraftverk som omfatter innfanging av CO2. innfanget CO2 kan bli sikkert deponert i geologiske formasjoner som f.eks. uttømte olje- og gassbrønner, eller kan bli benyttet som trykkstøtte for å øke produksjonen av olje eller gass.

Forslagene for C02 innfanging følger i hovedsak tre utviklingslinjer:

• Etterforbrennings eller "end of pipe" absorpsjon av CO2 fra eksosgass fra et termisk kraftanlegg, • Pre-forbrennings omdanning av brensel hvor fossilt brensel blir omdannet hovedsakelig til hydrogen og CO2 i reformere. Produktene fra reformerne inneholder CO2 ved et høyt partialtrykk og denne CO2 er derfor enkel å separere fra hydrogenet som skal bli benyttet som brensel, og • Oksyfuelsystemer, hvor oksygen fremskaffet ved luftseparasjon blir benyttet sammen med CO2, til erstatning for normal lufttilførsel. Dette eliminerer N2 fra systemet og forhinder således dannelse av NOx. Eksosgassen fra slike anlegg består i hovedsak av C02 og vann, som kan skilles ved kondensering av vannet for å gi i hovedsak ren C02 og vann. Et problem med slike anlegg er de høye temperaturer som opptrer ved bruk av ren oksygen som oksydasjonmiddel i brennere. Det er derfor vanlig at en del av den innfangede C02 blandes med den rensede oksygen for å kontrollere forbrenningsbetingelsene. Slike anlegg beskrives blant annet i WO97/07329, US5.956.937, WO2004/044388 og US 4.498.289.

Det er gjort stor innsats på absorpsjon av CO2 etter forbrenning, både av den grunn at dette er den teknologien som er mest utviklet, og at graden av integrasjon med kraftanlegget er liten. Etterforbrenningssystemer kan bli implementert på eksisterende anlegg.

Det meget lave partialtrykket av C02 i eksosgassen fra et termisk kraftanlegg er, imidlertid, et hovedproblem ved å gjøre CO2 innfangingen økonomisk akseptabel. Absorbere blir mye store enn det som kan garanteres ved dagens teknologi, hemmer absorbentdistribusjonen i absorberkolonnen og reduserer således absorpsjonseffektiviteten. I tillegg, er den gjenværende konsentrasjonen av eksosgass fra de fleste termiske kraftanlegg basert på fossilt brensel, relativt høy. Dette forårsaker degraderingsproblemer for den påkrevde organiske absorbenten i C02 innfangingsanlegget og, avhengig av absorbentselektivitet, potensiell kontaminering av CO2 produktet.

Pre-forbrennings omdanning av fossilt brensel til hydrogen er attraktiv, da reformingsproduktene blir trykksatt med høy konsentrasjon av CO2. CO2 er derfor mye lettere å fange enn i etterforbrenningssystemer. Konvensjonelle trykksatte absorpsjonskolonner kan bli benyttet. Ulemper med prosessen omfatter meget komplekse prosesser for gassifisering av kull, og behovet for å utvikle gassturbiner for hydrogen som brensel.

Tilsvarende til pre-forbrennings omdanning av fossilt brensel, gir oksy-fuel systemer relativt høye partialtrykk av CO2. C02blir derfor mye enklere å fange enn for etterforbrenningssystemer. Ulempene ved systemene omfatter behovet for meget store og kostbare luftseparasjonsenheter, høye energibehov for oksygenproduksjon og at den nye teknologien krevet bruk av CO2 i stedet for nitrogen for å kjøle flammetemperaturene. Nye gassturbiner er også påkrevet når CO2 erstatter nitrogen i drivfluidet. Risiko for lekkasje og brann ved å involvere ren oksygen fra oksygenproduksjonsenheten vil kreve stor romlig separasjon mellom oksygenanlegget og kraftanlegget. Dette kravet øker det totale arealkravet og vil spesielt øke kostnadene for offshore anvendelser. Videre, vil den produserte CO2 inneholde uforbrent oksygen. Dette oksygenet må bli separert fra CO2 før f.eks. injeksjon i oljefelt for øket oljegjenvinning.

WO 2004/001301, som er inkludert som referanse i foreliggende søknad angår et lav CO2 emisjons termisk kraftanlegg. CO2 blir absorbert fra forbrenningsgassen fra et forbrenningskammer i en absorber, hvor en flytende absorbent strømmer motstrøms for forbrenningsgassen. Dette anriker absorbenten med CO2. Den rike absorbenten blir regenerert ved oppvarming og stripping i en regenereringskolonne ved motstrøms strøm mot damp som er generert i en reboiler som er forbundet til den nedre delen av regenereringskolonnen, for å gi en strøm av CO2 som blir eksportert fra anlegget for deponering, og en regenerert absorbent som blir returnert til absorberen. Partialtrykket av CO2 blir øket og volumstrømmen av avgass som skal renses blir redusert i forhold til den produserte kraften, ved hovedsakelig fullstendig forbrenning av både oksygen og brensel i et trykksatt forbrenningskammer. Dette forbedrer innfangingen av CO2, som skjer ved høyt trykk. WO 2004/001301 er imidlertid passende enten for termiske kraftanlegg som har et trykksatt forbrenningskammer for produksjon av damp, eller for nye anlegg.

WO 2005/045316 angår et renseanlegg for et termisk kraftanlegg hvor forbrenningsgassen fra et eksisterende termisk kraftanlegg blir benyttet som all, eller som en betydelig del av, den oksygeninneholdende gassen som blir introdusert inn i et anlegg som er bygget over det samme basisprinsipp som WO 2004/001301, for å fange CO2 fra begge anleggene og redusere den totale produksjonen av elektrisk kraft, samtidig. En høyeffektiv gassturbin blir benyttet som et primært kraftanlegg. Luft blir først komprimert i en primær kraftanlegg kompressor, så oppvarmet og ekspandert til atmosfærisk trykk. Et sekundært kraftanlegg gir ytterligere kraft og utfører CO2 innfanging under trykk. Hovedulempen med denne teknologien er behovet for å rekomprimere gassen fra den primære enheten. Slik rekomprimering krever betydelig arbeid og forårsaker tap av termisk effektivitet.

Der er imidlertid et behov for et system som så langt som mulig benytter fordelene ved de høyt effektive, høytemperatur gassturbinene i kombinasjon med trykksatt CO2 innfanging, uten behov for rekomprimering av gass fra atmosfærisk trykk.

Et mål er derfor å fremskaffe en forbedret fremgangsmåte og anlegg for innfanging av C02 fra en gassturbin for naturgass. Det er også et mål å fremskaffe en løsning som er passende for etterinstallering for en eksisterende gassturbin eller kombinert syklus kraftanlegg.

Oppsummering av oppfinnelsen

Ifølge en første utførelsesform angår foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for separasjon av CO2 fra forbrenningsgassen fra en naturgassfyrt gassturbin hvor trykksatt naturgass og komprimert oksygeninneholdende gass blir forbrent og forbrenningsgassen blir ekspandert over en turbin for å produsere elektrisk kraft i en generator, før den ekspanderte forbrenningsgassen blir frigitt til atmosfæren, hvor fremgangsmåten ytterligere omfatter trinnene: a) uttrekking av forbrenningsgassen på et mellomliggende trinn i turbinen, b) introduksjon av den uttrukne forbrenningsgassen i en brenner sammen med komprimert luft og komprimert naturgass for å gi en andre

forbrenning deri,

c) avkjøling av forbrenningsgassen fra brenneren,

d) introduksjon av den avkjølte forbrenningsgassen i en C02 innfangingsenhet for å separere forbrenningsgassen i en CO2 rik gass

som blir trukket ut for deponering, og en CO2 fattig gass, og

e) gjenoppvarming og reintroduksjon av den CO2 fattige gassen inn i turbinen ved et mellomliggende trinn og ytterligere ekspandere gassen

før den blir frigitt til atmosfæren.

Uttrekking av delvis ekspandert gass fra et mellomliggende nivå i turbinen og introduksjon av den delvis ekspanderte gassen som fremdeles er ved et forhøyet trykk inn i brenneren for en andre forbrenning, tillater en forbrenning og etterfølgende CO2 innfanging ved et forhøyet trykk. Videre, blir varme- og trykkenergien fra gassen som blir trukket ut delvis konservert og blir benyttet ved gjenoppvarming av den C02 fattige gassen og ekspansjon av den samme over turbinen.

Ifølge en utførelsesform, omfatter fremgangmåten ytterligere trinnet ved avkjøling av den uttrukne forbrenningsgassen fra trinn a) før gassen blir introdusert i brenneren i trinn b). Avkjøling av gassen før den blir introdusert i brenneren reduserer temperaturen til flammen i brenneren, da flammen ellers kan bli for varm og gi høye nivåer av NOx. Videre kan høye temperaturer resultere i problemer relatert til materialene i komponentene i anlegget.

Den andre forbrenningen i brenneren legger til masse i den totale gasstrømmen for å erstatte massen av CO2 som blir fjernet fra den totale massen av gass. Utførelse av denne forbrenningen og CO2 innfanging nedstrøms for brenneren reduserer oksygennivået i gassen og øker CCVnivået, noe som begge deler er viktig for effektiviteten til innfangingsprosessen. Gjenoppvarming av den CO2 fattige gassen og ekspanering av gassen over turbinen øker energieffektiviteten til anlegget betydelig.

Ifølge et andre aspekt, angår foreliggende oppfinnelse et anlegg for generering av elektrisk kraft omfattende en gassturbin, og en generator drevet av gassturbinen, hvor anlegget ytterligere omfatter en sideuttrekkingsenhet for uttrekking av den delvis ekspanderte gassen fra et mellomliggende trinn i turbinen, en brenner for en sekundær forbrenning av naturgass ved bruk av den delvis ekspanderte gassen og ytterligere luft som kilde for oksygen, varmespiral og varmevekslere for avkjøling av forbrenningsgassen fra den andre forbrenningen, en CO2 separasjonsenhet for separasjon av den avkjølte forbrenningsgassen til en CO2 rik gass, som blir behandlet videre og eksportert fra anlegget, og en C02 fattig gass, en eller flere varmeveksler og varmespiral for gjenoppvarming av den CO2 fattige gassen, en gassreturlinje og en turbininnløpsenhet for introduksjon av den oppvarmede CO2 fattige gassen ved et mellomliggende nivå i turbinen for å bli ytterligere ekspandert..

Kort beskrivelse av figuren

Figur 1 er en prinsippskisse av et kombinert syklus gassfyrt kraftanlegg ifølge teknikkens stand, Figur 2 er en prinsippskisse av en utførelsesform av en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse, Figur 3 er en kurve som viser netto kraftuttak fra et kraftanlegg ifølge foreliggende oppfinnelse som en funksjon av gassturbinlast i forhold til total drift, Figur 4 er en kurve som illustrerer den netto elektriske effektiviteten fra et kraftanlegg ifølge foreliggende oppfinnelse som en funksjon av gassturbinlasten i forhold til den totale driften, Figur 5 er en kurve som illustrerer det gjenværende oksygen i eksosgassen som skal renses i et kraftanlegg ifølge foreliggende oppfinnelse som funksjon av gassturbinlast i forhold til total drift, Figur 6 er en kurve som viser partialtrykk av CO2 i eksosen som skal renses i et kraftanlegg ifølge foreliggende oppfinnelse som en funksjon av gassturbinlast i forhold til totaldrift, og Figur 7 er en kurve som illustrerer det faktiske volumet av eksosgass som skal renses i et kraftanlegg ifølge foreliggende oppfinnelse som en funksjon av gassturbinlast i forhold til totaldrift.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

Figur 1 illustrerer et kombinert syklus gassturbin kraftanlegg 1 ifølge kjent teknikk. Anlegget ifølge kjent teknikk vil bli diskutert da foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte og modifikasjoner for innfanging av CO2 fra et kraftanlegg basert på et kombiner syklus kraftanlegg. Uttrykket "gassturbin" vil bli benyttet i foreliggende beskrivelse om en enhet omfattende en kompressor 2, et forbrenningskammer 8 og turbin 4 som er mekanisk forbundet til kompressoren, mest foretrukket forbundet på en felles aksling 11. En "turbin" blir benyttet i betydningen en ekspansjonsenhet for omdanning av energi i en høytemperatur gass til rotasjonsenergi.

Luft blir introdusert inn i kompressoren 2 gjennom en luftinntakslinje 3. Den komprimerte luften fra kompressoren 2 blir introdusert inn i et forbrenningskammer 8 vie an linje 7 for komprimert luft. Naturgass blir introdusert inn i forbrenningskammeret gjennom en gasslinje 9. Forbrenningsgass fra forbrenningskammeret blir ført gjennom en forbrenningsgasslinje 10 og blir ekspandert over en turbin 4 før den ekspanderte gassen blir frigitt gjennom en eksosgasslinje 12.

Som indikert i figuren, er kompressoren 2, turbinen 4 og en generator 5 for produksjon av elektrisk strøm, anordnet på en felles aksling 11.

Eksosgassen i eksosgasslinjen 12 er fremdeles varm, typisk fra 500 til 600 °C, og blir avkjølt ved hjelp av en eller flere varmeveksler(e) 13 for å produsere damp og avkjølt eksosgass som blir frigitt til omgivelsene gjennom et eksosutløp 12'.

Dampen produsert i varmeveksleren(e) 13 blir ledet i en damplinje 14 inn i en dampturbin 15 hvor dampen blir ekspandert. En generator 16 er forbundet til dampturbinen for produksjon av elektrisk kraft.

Den ekspanderte dampen blir ledet i en linje 17 for ekspandert damp, avkjølt i en kjøler 18, passende mot vann, for å kondensere dampen. Kondensatet bli pumpet ved hjelp av en pumpe 19 gjennom en vannlinje 20 og reintrodusert inn i varmeveksleren(e) 13.

Typisk blir omkring 75 til 80 % av den elektriske kraften fra et kombinert syklus kraftanlegg generert i generatoren 5 som blir drevet av turbinen 4 og resten i generatoren 16 drevet av dampturbinen 15

Figur 2 illustrerer et anlegg ifølge foreliggende oppfinnelse, omfattende en modifisert kombinert syklus gassturbindel A og en CO2 innfangingsdel B.

Delene som tilsvarer delene beskrevet med referanse til figur 1 er referert til ved bruk av de samme referansetallene som benyttet i figur 1.

Turbinen 4 omfatter normalt en høytrykksturbin 4' og en lavtrykksturbin 4" Ifølge foreliggende oppfinnelse, blir delvis ekspandert forbrenningsgass trukket ut fra turbinen på et mellomliggende ekspansjonsnivå, passende mellom høytrykks- 4' og lavtrykksturbinen 4" inn i en gassuttakslinje 20. En gass-sideuttaksenhet 21 er fortrinnsvis satt inn på akslingen 11, etter høytrykksturbinen for å lette uttaket av den delvis ekspanderte gassen. Trykket på dette punktet for gassuttak er typisk i området fra 6 til 16 bara, slik som 10 til 14 bara.

Den delvis ekspanderte gassen i linje 20 blir kombinert med trykksatt og oppvarmet luft og introdusert inn i et avkjølingskammer hvor den kombinerte gassen blir avkjølt ved oppvarming av damp og / eller generering av damp i en oppvarmingsspiral 22 i et primært avkjølingskammer 23. Gassblandingen som kommer inn i avkjølingskammeret har en temperatur på omkring 1000 °C og blir avkjøld deri til en temperatur på omkring 400 til 500 °C. Den kombinerte og avkjølte gassen i avkjølingskammeret 2 blir så introdusert til et andre avkjølingskammer via en brenner 25 hvor den kombinerte gassen blir blandet med brenselsgass som blir introdusert gjennom en andre brenselslinje 26. Luft kommer inn gjennom en luftintroduksjonslinje 52 og blir komprimert i en kompressor 53 drevet av en elektrisk motor 54.

Den komprimerte luften blir tilført via linjer 55 og 55a og benyttet for å beskytte rørene 20 og 39 og for å kjøle beholderen 50 før den strømmer inn i den sekundære brenneren for forbrenningsformål. Noe av luften blir tilført gjennom linje 55b og ledet direkte til forbrenneren 25. Den totale mengden luft fra kompressoren 53 blir justert i forhold til det innfangede CO2 som blir trukket ut i linje 34, slik at volumstrømmen av gass til gassturbinen gjennom linje 39 er den samme som, eller meget nær, volumstrømmen av gass trukket ut fra gassturbinen gjennom linje 20. Brenselet introdusert i den andre brenneren blir justert slik at forbrenningen i det andre forbrenningskammeret 24 er hovedsakelig fullstendig, både med hensyn på oksygen og brensel.

Forbrenningsgassene i det sekundære forbrenningskammeret blir avkjølt ved oppvarming av gass i en oppvarmingsspiral 27 og superoppvarming av damp fra en superoppvarmingsspiral 28. Oppvarmingsspiral 22 er forbundet til superoppvarmingsspiral 28 via en linje 14a. Den superoppvarmede dampen i superoppvarmingsspiralen 28 blir trukket ut via en linje 14b og introdusert i en dampturbin 15 for å produsere elektrisk energi, bli kondensert og returnert til varmeveksleren 13 som beskrevet med referanse til figur 1.

Eksosgass fra det andre forbrenningskammeret 24 blir trukket ut gjennom en eksoslinje 29 og avkjølt i en varmevekslersammensetning 30. Foretrukket er en SCR (Selective Catalytic Reduction enhet) eller SNCR (Selective Non-Catalytic Reduction enhet) 31 anbrakt i varmevekslersammensetningen 30 for å fjerne NOxfra eksosgassen.

Den avkjølte gassen fra varmevekslersammensetningen 30 blir trukket ut gjennom en linje 32 og introdusert i en CO2 separasjonsenhet 33. CO2 separasjonsenheten 3 er en standard enhet ifølge teknikkens stand, for eksempel en separasjonsenhet som beskrevet i WO 00/57990, hvor CO2 i den CO2 inneholdende gassen blir absorbert ved motstrøms strømning mot en væskeabsorbent for å gi en C02 fattig strøm som blir trukket ut gjennom en linje 35. Den CO2 lastede absorbenten blir deretter regenerert for å gi en strøm av CO2 som blir tørket og komprimert og trukket ut gjennom en linje 34 for eksort fra anlegget, og regenerert absorbent som blir returnert til absorberen. Absorbenten kan være en hvilken som helst konvensjonelt benyttet absorbent, slik som vandige oppløsninger av aminer, aminosyrer, karbonater etc. CO2 innfangingsenheten kan også omfatte gassvasking og en direkte kontakt gasskjøler oppstrøms for CO2 innfangingsenheten.

En trykksatt kappe 41 dekker fortrinnsvis høytrykks- og høytemperaturslinjene 20, 39. Kappen som omslutter linjene 20, 39 er trykksatt ved bruk av luft fra en grenlinje 55a som er avdelt fra linjen 55 for komprimert luft. Kappen reduserer trykkforskjellen over veggen til det varme indre røret slik at veggtykkelsen og faren for sprekkdannelse under temperatursvingninger kan reduseres. Oppvarmet luft fra innsiden av kappen 41 blir ledet fra kappen 41 til kappen 50 vie en linje 42

Hvis nødvendig, kan ytterligere luft for forbrenningen i det andre forbrenningskammeret bli introdusert via en annen forgreningslinje 55b som er avdelt fra linjen 55 for komprimert luft, for å gi ytterligere luft til brenneren 25. Denne ytterligere luften har høyere oksygeninnhold enn luften i linje 20 og vil stabilisere flammen i den ene eller flere brennerne 25.

CO2 fattige strømmen i linje 35 blir komprimert i en eller flere kompressor(er) 36 som blir drevet av motor(er) 37 og blir deretter oppvarmet i varmevekslersammensetningen 30 mot den varme gassen som blir introdusert gjennom linje 29 Den oppvarmede CO2 fattige strømmen forlater varmevekslersammensetningen gjennom en linje 38 som fører til gassoppvarmingsspiralen 27, hvor gassen blir oppvarmet av forbrenningsgassene fra brenneren 25. Den C02 fattige gassen forlater gassen forlater gassoppvarmingsspiralen 27 og blir introdusert inn i en gassreturlinje 9 som er forbundet til en turbininnløpsanordning 40 som er anordnet på akslingen 11. Gassen som blir introdusert til innløpsanordningen 40 blir så ekspandert over en lavtrykksturbin 4" og frigitt i eksosgasslinjen 12 som beskrevet med referanse til figur 1.

Lukkeventiler 45, 46 på henholdsvis linjer 20, 39 og en forbikoblingslinje 43 med en forbikoblingsventil 44, er fortrinnsvis anbrakt for å lukke linjer 20 og 39 og å tillate strømming fra gass sideuttaksenheten 21 for å strømme direkte inn i gassinnløpsanordningen 40, hvis nødvendig.

For å balansere turbinen korrekt, må trykk, temperatur og strømning av gassen som forlater høytrykksturbinen 4' gjennom linje 20 være hovedsakelig de samme som trykk, temperatur og strømning av gassen som kommer inn på lavtrykksturbinen 4". Forbrenningen i det andre avkjølingskammeret 24 øker temperaturen i den totale gassen og spesielt den CO2 fattige strømmen i linje 38, og legger masse til den totale gassen for i det minste delvis å kompensere for massetapet på grunn av fjerning av CO2.1 tillegg, blir varme tilført dampsyklusen noe som gjør det mulig å øke kraftproduksjonen fra anlegget sammenlignet med det eksemplifiserte kombinert syklus anlegget ifølge figur 1.

Tabell 1 illustrerer typiske temperaturer, massestrømmer og trykk, i tillegg til produsert eller konsumert kraft for et typisk kombinert syklus anlegg som produserer omkring 500 MW elektrisk kraft. Tabell 2 illustrerer typiske temperaturer, massestrømmer og trykk i tillegg til produsert eller konsumert kraft for et typisk anlegg med C02 innfanging ifølge foreliggende oppfinnelse basert på kombinert syklus anlegget illustrert i tabell 1.

Figurene 3 til 7 illustrerer et anlegg ifølge foreliggende oppfinnelse som beskrevet med referanse til figur 2 (fylte sirkler forbundet med heltrukket linje) og et komparativt eksempel ifølge figur 1 beregnet med en 78 % gassturbinlast og en 22 % dampturbinlast for et standard kombinert syklus anlegg (fylte firkanter). Figur 3 illustrerer netto elektrisk kraft fra et anlegg ifølge figur 2 som en funksjon av gassturbinlast, inkludert C02 innfanging og kompresjon. Figuren illustrerer at netto uttak av elektrisk kraft blir redusert ettersom den relative lasten på gassturbinen øker. Forskjellen mellom den heltrukne linjen for foreliggende system inkludert C02 innfanging og det komparative eksempelet er kostnaden i uttak av elektrisk kraft for CO2 innfangingen. Produksjonen av elektrisk kraft fra gassturbinen er konstant, mens produksjonen fra dampturbinen øker. Den økede kraftproduksjonen forbedrer levetidproduksjonen og økonomien for anlegget. Figur 4 illustrerer den netto elektriske effektiviteten som en funksjon av de relative lastene for gassturbinen og dampturbinen inkludert CO2 innfanging for anlegget ifølge foreliggende oppfinnelse. Forskjellen mellom den heltrukne linjen som representerer foreliggende oppfinnelse og det komparative eksempelet er kostnaden for C02 innfanging. Kurven viser også at den elektriske effektiviteten blir redusert ettersom den relative lasten til gassturbinen blir redusert, da gassturbindelen av prosessen er mindre effektiv enn gassturbindelen. Figur 5 illustrerer effekten av den relative lasten på gassturbinen og dampturbinen på rest-oksygeninnholdet i eksosgassen, eller gassen som skal bli behandlet ved C02 innfanging. Kurven viser klart at oksygenkonsentrasjonen blir redusert ved økning av dampturbinlast. En lav 02 konsentrasjon er fordelaktig for kvaliteten av den innfangede C02. Oksygen som er til stede i gassen som skal renses vil bli delvis innfanget og vil kontaminere CO2. CO2 som har for høy konsentrasjon av oksygen må bli ytterligere renset før deponering, en prosess som vil øke prosessens kostnad. Figur 6 illustrerer partialtrykk av CO2 ved punktet for innfanging (dvs. i eksosgassen i linje 32 for foreliggende oppfinnelse, og linje 12' for det komparative eksempelet) Desto høyere dampturbinens last er, desto høyere er partialtrykket av C02. Forskjellen mellom partialtrykket i foreliggende anlegg og det komparative eksempelet, ved lav dampturbinlast, skyldes det høyere totaltrykket (omkring 10 bara) i forbrenningsgassen i linje 32, sammenlignet med 1 bare i linje 12'. Et høyere partialtrykk forbedrer C02 innfangingen og muliggjør anvendelsen av storskala kommersielle enheter i tillegg til å tillate bruk av lavenergi absorbenter, slik som for eksempel karbonater. Figur 7 illustrerer totalvolumet av eksosgass for rensing i et anlegg ifølge foreliggende oppfinnelse og det komparative eksempelet. Forskjellen i totalvolum

er et resultat av en forskjell i trykk (1 bara versus 10 bara). Et mindre volum betyr at prosessutstyret kan være mindre plasskrevende og gjør det mulig å bygge mer kompakt utstyr og derved redusere innfangingskostnadene.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for separasjon av CO2 fra forbrenningsgassen fra en naturgassfyrt gassturbin hvor trykksatt naturgass og komprimert oksygeninneholdende gass blir forbrent og forbrenningsgassen blir ekspandert over en turbin for å produsere elektrisk kraft i en generator, før den ekspanderte forbrenningsgassen blir frigitt til atmosfæren, karakterisert ved at fremgangsmåten ytterligere omfatter trinnene: a) uttrekking av forbrenningsgassen på et mellomliggende trinn i turbinen, b) introduksjon av den uttrukne forbrenningsgassen i en brenner sammen med komprimert luft og komprimert naturgass for å gi en andre forbrenning deri, c) avkjøling av forbrenningsgassen fra brenneren, d) introduksjon av den avkjølte forbrenningsgassen i en C02 innfangingsenhet for å separere forbrenningsgassen i en C02 rik gass som blir trukket ut for deponering, og en CO2 fattig gass, og e) gjenoppvarming og reintroduksjon av den C02 fattige gassen inn i turbinen ved et mellomliggende trinn og ytterligere ekspandere gassen før den blir frigitt til atmosfæren.

2. Fremgangsmåten ifølge krav i, ytterligere omfattende trinnet ved avkjøling av den uttrukne forbrenningsgassen fra trinn a) før gassen blir introdusert i brenneren i trinn b).

3. Fremgangmåten ifølge krav 1 eller 2, hvor forbrenningsgassen fra brenneren blir avkjølt ved produksjon av damp i kjølerør i et forbrenningskammer.

4. Fremgangsmåten ifølge krav 3, hvor dampen produsert ved avkjøling av forbrenningskammeret blir ekspandert over en dampturbin for å produsere elektrisk kraft.

5. Fremgangsmåten ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, hvor den CO2 fattige gassen blir oppvarmet ved varmeveksling mot forbrenningsgassen som skal introduseres til C02 innfangingsenheten, før den C02 fattige gassen blir introdusert i turbinen.

6. Fremgangsmåten ifølge et hvilket som helst av de foregående kravene, hvor naturgassen og luften som blir introdusert i brenneren blir regulert for å gi en hovedsakelig støkiometrisk forbrenning i brenneren.

7. Fremgangsmåten ifølge et hvilket som helst av de foregående kravene, hvor naturgassen og luften som blir introdusert inn i brenneren blir regulert slik at massestrømmen av den C02 fattige gassen som blir introdusert til turbinen ved et mellomliggende trinn er hovedsakelig lik massestrømmen av gassen som blir trukket ut fra turbinen ved et mellomliggende nivå.

8. Et anlegg for generering av elektrisk kraft omfattende en gassturbin (2, 8,4), og en generator (5) drevet av gassturbinen, karakterisert ved at anlegget ytterligere omfatter en sideuttrekkingsenhet (21) for uttrekking av den delvis ekspanderte gassen fra et mellomliggende trinn i turbinen (4'), en brenner (25) for en sekundær forbrenning av naturgass ved bruk av den delvis ekspanderte gassen og ytterligere luft som kilde for oksygen, varmespiral (28) og varmevekslere (30) for avkjøling av forbrenningsgassen fra den andre forbrenningen, en CO2 separasjonsenhet (33) for separasjon av den avkjølte forbrenningsgassen til en CO2 rik gass, som blir behandlet videre og eksportert fra anlegget, og en CO2 fattig gass, en eller flere varmeveksler (30) og varmespiral (27) for gjenoppvarming av den CO2 fattige gassen, en gassreturlinje (39) og en turbininnløpsenhet (40) for introduksjon av den oppvarmede C02 fattige gassen ved et mellomliggende nivå i turbinen (4") for å bli ytterligere ekspandert.

9. Anlegget ifølge krav 8, hvor anlegger ytterligere omfatter varmespiraler (22) for avkjøling av den delvis ekspanderte gassen, er anordnet mellom det mellomliggende trinnet på turbinen 4' og brenneren (25).

10. Anlegget ifølge krav 8 eller 9, hvor superoppvarmingsspiraler (28) er anbrakt i et sekundært avkjølingskammer (24) for avkjøling av forbrenningsgassen fra brenneren (25) ved generering og/ eller superoppvarming av damp i spiralene oppstrøms for CO2 separasjonsenheten (33).