NO335351B1 - Fremgangsmåte og anordning ved generering av varme arbeidsgasser - Google Patents
Fremgangsmåte og anordning ved generering av varme arbeidsgasser Download PDFInfo
- Publication number
- NO335351B1 NO335351B1 NO20014982A NO20014982A NO335351B1 NO 335351 B1 NO335351 B1 NO 335351B1 NO 20014982 A NO20014982 A NO 20014982A NO 20014982 A NO20014982 A NO 20014982A NO 335351 B1 NO335351 B1 NO 335351B1
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- oxygen
- gas
- exhaust gas
- burner
- containing gas
- Prior art date
Links
- 239000007789 gas Substances 0.000 title claims description 156
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 31
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 159
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 159
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 155
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 54
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 49
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 42
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 22
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 14
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 10
- 230000032258 transport Effects 0.000 claims description 8
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 2
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 11
- 239000003570 air Substances 0.000 description 10
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 8
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 3
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 3
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 3
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 3
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 2
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 2
- 150000002926 oxygen Chemical class 0.000 description 2
- -1 oxygen ions Chemical class 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000011551 heat transfer agent Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000009061 membrane transport Effects 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 1
- 239000012465 retentate Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/22—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
- F02C3/20—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products
- F02C3/22—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products the fuel or oxidant being gaseous at standard temperature and pressure
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Feeding, Discharge, Calcimining, Fusing, And Gas-Generation Devices (AREA)
Description
Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte samt en anordning for generering av varme arbeidsgasser, spesielt for et gassturbinanlegg, med de i ingressen i krav 1 hhv. 4 angitte trekk.
Fra EP 0 882 486 Al er det kjent en fremgangsmåte samt en anordning av den innledningsvis nevnte art. Den kjente anordning omfatter en brenner som på inngangssiden forsynes med drivstoff og med oksygenholdig gass. I brenneren for å brennes en forbrenningsblanding av den oksygenholdige gass og drivstoffet, idet det danner seg varm forbrenningsavgass. En utgangsside av brenneren er koblet til en avgassledning gjennom hvilken den varme forbrenningsavgass strømmer ut av brenneren og kan anvendes i det minste delvis som varm arbeidsgass i en etterfølgende prosess. Den kjente anordning omfatter dessuten en oksygenseparasjonsinnretning som på en første inngang forsynes med forbrenningsavgass som avgrenes fra avgassledningen. På en andre inngang forsynes denne oksygenseparasjonsinnretning med oppvarmet, oksygenholdig gass. Oksygenseparasjonsinnretningen omfatter oksygenseparasjonsmidler som transporterer oksygenet fra den oppvarmede, oksygenholdige gass til den avgrenede forbrenningsavgass. På en første utgang av oksygenseparasjonsinnretningen strømmer deretter med oksygen anriket forbrenningsgass som tjener som oksygenholdig gass for å forsyne inngangssiden av brenneren. Ut fra en andre utgang av oksygenseparasjonsinnretningen strømmer varm gass som har redusert oksygeninnhold, som kan anvendes i en etterfølgende prosess som varm arbeidsgass. Ved den kjente anordning tjener den varme gass, som har redusert oksygeninnhold til å varme opp den oksygenholdige gass som er ført til oksygenseparasjonsinnretningen i en varmeveksler.
Prinsipielt er det imidlertid også mulig å anvende de således genererte varme arbeidsgasser f.eks. i et gassturbinanlegg for å generere elektrisk energi. Ved anvendelsen av en slik anordning hhv. en slik fremgangsmåte kan miljøskadelige utslipp, spesielt C02-utslipp, under energiproduksjonen ved forbrenning av fossilt brennstoff reduseres betraktelig.
Grunntanken ved disse fremgangsmåter og anordninger består i at det for forbrenningen anvendes ren oksygen som oksidasjonsmiddel, da avgassetterbehandlingen således blir betraktelig enklere. Grunnen for dette er at en forbrenningsprosess med molekylært oksygen gir en avgass som i det vesentlige består kun av C02og H20 Da oksygen som genereres i kuldeanlegg er meget dyrt, ble det for oksygenproduksjonen utviklet nye teknologier. Her er de oksygenseparasjons innretninger av betydning som er utstyrt med en for oksygenioner og for elektroner ledende membran, såkalt MGM-membran (mixed conducting membrane). En slik MCM-membran har en tilbakeholdelsesside som den oksygenholdige gass befinner seg på, samt en gjennomgangsside hvor gassen som skal anrikes befinner seg på. MCM-membranen transporterer oksygenioner fra tilbakeholdelsessiden til gjennomgangssiden og bevirker en elektrontransport fra gjennomgangssiden til tilbakeholdelsessiden. Herved trekkes oksygenet utfra gassen på tilbakeholdelsessiden og føres til gassen på gjennomgangssiden. For å øke effekten av en slik MCM-membran er det fordelaktig på gjennomgangssiden å justere en relativt høy strømningshastighetfor å holde oksygen konsentrasjonen på gjennomgangssiden lavest mulig. For en lang levetid av MCM-membranen er det fordelaktig å gjennomføre følgende fremgangsmåtetrinn uavhengig av hverandre i separate enheter: Oppvarmning av den oksygenholdige gass, transport av oksygenet fra den oksygenholdige gass til den avgrenede forbrenningsavgass og forbrenning av den med oksygen anrikede forbrenningsavgass med drivstoff. Ved hjelp av den funksjonelle separasjon av disse prosesser kan de enkelte fremgangsmåtetrinn optimeres separat for å rake virkningsgraden av hele anordningen, idet spesielt MCM-membranens levetid kan rakes. Ved andre kjente fremgangsmåter som er beskrevet nedenfor, kan de ovenfor nevnte prosesser finne sted mer eller mindre samtidig i en såkalt membran-reaktor som tilsvarer i det vesentlige en oksygenseparasjonsinnretning med MCM-membran, men som drives ved betraktelig høyere temperaturer.
Fra US 5 976 223 er det kjent en anordning ved fremstilling av karbondioksid og oksygen som arbeider med to oksygenseparasjonsinnretninger som hver er utstyrt med en MCM-membran. Ved den første oksygenseparasjonsinnretning som arbeider som membranreaktor, innledes på tilbakeholdelsessiden av MCM-membranen komprimert, oppvarmet, og oksygenholdig gass. På gjennomgangssiden innføres et gassformet drivstoff som reagerer med det tilførte oksygen og danner vann og karbondioksid. Den oksygenholdige gass som har redusert oksygeninnhold, oppvarmes ved hjelp av den derved løpende eksoterme reaksjon. Den således oppvarmede oksygenholdige gass føres deretter til den andre oksygenseparasjonsinnretning på tilbakeholdelsessiden. På gjennomgangssiden av denne andre oksygenseparasjonsinnretning samler seg da detønskede oksygen.
I WO 00/33942 er det beskrevet en metode for gjenvinning av i det vesentlige all karbondioksid som genereres i en forbrenningsprosess, der metoden omfatter følgende trinn: a) en bæregass benyttes til å samle opp oksygen på permeatsiden av en blandet ledende membran i et første trinn som er i stand til å separere oksygen fra en varm luftstrøm tilført til retentatsiden av membranen,
b). Bæregassen som inneholder oksygen, benyttes som oksidant i et forbrenningskammer i det første trinnet der et brensel som inneholder karbon blir forbrent, c) varme forbrenningsprodukter
fra trinn b) som inneholder C02, H20 og en lav konsentrasjon av 02benyttes som bæregass i en membran i et andre trinn nedstrøms for forbrenningskammeret i trinn b), d) konsentrasjonen av oksygen i bæregassen fra trinn c) økes i membranen i det andre trinnet (trinn c) til et tilstrekkelig høyt nivå til at den kan benyttes som oksidant i forbrenningskammeret i det andre trinnet, e) og trinnene c)-d) gjentas i ett eller flere trinn.
Fra US 5 753 007 er det kjent en metode eller prosess for utvinning av oksygen fra en varm, komprimert, oksygeninneholdende gass, fortrinnsvis luft, ved hjelp av en oksygenselektiv ionetransporterende membransystem. Den varme gassen anvendes til arbeid ved ekspansjon og tilhørende avkjøling. Prosessen kan være velegnet i tilknytning til forbrenningsprosesser, celluloseproduksjon, stålproduksjon m.v. Oksygen permeat-produkt kan bli komprimert med en kompressor drevet ved ekspansjon av kjølt trykksatt, ikke-permeat-gass.
Fra EP 1 181 968 er det kjent en gass-separasjonsprosess og tilhørende system for "separere en høy-ren gass, som oksygen, fra en fødestrøm, for eksempel luft, som inkluderer å varme opp fødegasstrømmen før den sendes til en keramisk membran for å separere én gasskomponent, typisk oksygen, fra andre komponenter av gasstrømmen.
I WO 98/55394 er det beskrevet en fremgangsmåte ved hvilken en med en MCM-membran arbeidende oksygenseparasjonsinnretning anvendes som membranreaktor for fremstilling av varme forbrenningsavgasser for et gassturbinanlegg. Her komprimeres og oppvarmes omgivelsesluft, og føres til membranreaktorens tilbakeholdelsesside. Til gjennomgangssiden føres en blanding av tilbakeført avgass og drivstoff. I membranraktoren trekkes ut oksygen fra den tilførte luft og føres til blandingen. På gjennomgangssiden reagerer da drivstoffet med oksygenet på membranoverflaten som er overtrukket med en oksidasjonskatalysator. De således dannede varme avgasser føres deretter til en turbin.
Fra WO 98/55208 er det kjent en ytterligere fremgangsmåte ved fremstilling av varme forbrenningsavgasser for drift av en turbin, ved hvilken komprimert friskluft varmes opp i en første brenner og føres til tilbakeholdelsessiden av en med MCM-membran arbeidende oksygenseparasjonsinnretning. Tilbakeført avgass føres sammen med drivstoff til en andre brenner som kan være utformet som katalysator. De der genererte forbrenningsavgasser ledes deretter til gjennomgangssiden av oksygenseparasjonsinnretningen hvor de anrikes med oksygen. De med oksygen anrikede avgasser føres deretter til en tredje brenner og forbrennes der med drivstoff for å generere varme forbrenningsavgasser som driver en turbin.
Oppgaven for foreliggende oppfinnelse består i å tilveiebringe en fremgangsmåte hhv. en anordning av den innledningsvis nevnte art i en utførelsesform som har enøket virkningsgrad.
Ifølge oppfinnelsen løses problemet ved hjelp av en fremgangsmåte med de i krav 1 angitte trekk. Oppfinnelsen beror på den generelle tanke å anvende de med oksygen anrikede varme forbrenningsavgasser etter deres utløp fra oksygenseparasjonsinnretningen for oppvarmning av de oksygenholdige gasser for disse føres til oksygenseparasjonsinnretningen. Ved hjelp av denne forholdsregel kan innstrømningstemperaturen av den oksygenholdige gassøkes betraktelig uten at systemet må tilføres energi utenfra. Samtidig kan massestrømning for den nedkjølte, med oksygen anrikede forbrenningsavgassøkes. Dessuten er anvendelsen av konvensjonelle, mekanisk arbeidende kompressorer eller pumper mulig for å drive de oksygenanrikede forbrenningsgasser som er tilført brenneren. Ved utnyttelsen av den likevel foreliggende energi for oppvarmning av den oksygenholdige gass, kan prosessens virkningsgradøkes.
Problemet som ligger til grunn for oppfinnelsen løses også ved hjelp av en anordning med de i krav 4 angitte trekk. Oppfinnelsen beror her på den generelle tanke for oppvarming av den oksygenholdige gass å anvende en varmeveksler som på den ene side gjennomstrømmes av den oksygenholdige gass som skal varmes opp, og på den andre side av den med oksygen anrikede forbrenningsavgass som strømmer ut fra oksygenseparasjonsinnretningen. Den ønskede temperaturøkning av den oksygenholdige gass skjerda med en hensiktsmessig temperatursenkning av den med oksygen anrikede forbrenningsavgass. Som ovenfor nevnt, kan således virkningsgraden ved produksjon av varme arbeidsgasserøkes.
Ved en spesielt fordelaktig videre utforming kan oksygen- separasjonsinnretningen ha et første kammer og et andre kammer, idet oksygenseparasjonsmidlene omfatter en membran som skiller de to kamre fra hverandre og transporterer oksygen fra det ene kammer til det andre kammer idet begge kamre gjennomstrømmes ensrettet og parallelt med membranen. På tilsvarende måte gjennomstrømmer den avgrenede forbrenningsavgass og den oppvarmede oksygenholdige gass oksygenseparasjonsinnretningen etter medstrømsprinsippet. Ved denne konstruksjon samt ved denne driftsmåte dannes det i membranen en flattemperaturprofil, såvel i strømningsretning som på tvers av den. Disse trekk reduserer de resulterende termiske spenninger i membranen slik at levetidenøkes.
Ytterligere viktige trekk og fordeler av oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige krav, av tegningene, og av den tilhørende figurbeskrivelse ved hjelp av tegningene.
Foretrukne utførelseseksempler av oppfinnelsen er vist på tegningene og skal i det følgende beskrives nærmere. På tegningen viser skjematisk
f -Lg i et prinsippskjema av en anordning ifølge oppfinnelsen og
et prinsippskjema av et gassturbinanlegg som inneholder en anordning ifølge ^ oppfinnelsen.
Fig. 1 oppviser en anordning 1 som her er symbolisert ved en ramme, en brenner 2, en varmeveksler 3, en kompressor 4 og en oksygenseparasjonsinnretning 5. Denne oksygenseparasjonsinnretning 5 har som oksygenseparasjonsmiddel en MCM-membran 6 som her er symbolisert ved hjelp av en punktert linje. Denne MCM-membran 6 skiller oksygenseparasjonsinnretningen 5 et første kammer 7 fra et andre kammer 8, idet det første kammer 7 er tilordnet en gjennomgangsside 9 og det andre kammer 8 en tilbakeholdelsesside 10 av membranen 6.
I brenneren 2 skjer det en forbrenning som genererer varme forbrenningsavgasser 11 som på en utgangsside 12 av brenneren 2 strømmer i en dermed forbundet avgassledning 13. Ved 14 føres deønskede varme forbrenningsavgasser 11 ut fra anordningen 1. Disse varme forbrenningsavgasser 11 kan anvendes som varme arbeidsgasser i en etterfølgende prosess.
Fra avgassledningen 13 avgrenes en tilbakeføringsledning 15 som er koblet til en første inngang 16 i oksygenseparasjonsinnretningen 5. Gjennom denne første inngang 16 kan avgrenet avgass 17 nå inn i det første kammer 7, dvs. på membranens 6 gjennomgangsside 9.
Ved 18 strømmer oksygenholdig gass 19, f.eks. luft, inn i anordningen 1 og føres der til en første inngang 21 i varmeveksleren 3. I varmeveksleren 3 oppvarmes den oksygenholdige gass 19 slik at oppvarmet oksygenholdig gass 20 strømmer ut fra en første utgang 22 i varmeveksleren 3. Varmevekslerens 3 første utgang 22 er forbundet med en andre inngang 23 i oksygenseparasjonsinnretningen 5 slik at den oppvarmede, oksygenholdige gass 20 strømmer inn i det andre kammer 8, dvs. membranens 6 tilbakeholdelsesside 10. MCM-membranen 6 bevirker nå en transport av oksygen fra tilbakeholdelsessiden 10 til gjennomgangssiden 9. Derved trekkes oksygen ut fra den tilførte oksygenholdige gass 20, idet dens oksygeninnhold reduseres. Samtidig tilføres oksygen til den avgrenede avgass 17, idet den anrikes med oksygen. Fra en første utgang 24 i oksygenseparasjonsinnretningen strømmer tilsvarende med oksygen anriket, avgrenet avgass 25 ut fra det første kammer 7 og føres via en ledning 26 til en andre inngang 27 i varmeveksleren 3. I varmeveksleren 3 avkjøles den med oksygen anrikede, tilbakeførte avgass 25. Fra en andre utgang 28 i varmeveksleren 3 strømmer tilsvarende avkjølt, med oksygen anriket avgass 29. Kompressoren 4 tjener til drift av strømningen av den avgrenede avgass 17, 25, 29. Da den til kompressoren 4 førte gass har en relativt lavere temperatur på f eks mindre enn 800 °C, kan kompressoren 4 være utformet som mekanisk kompressor eller pumpe eller vifte.
Den avkjølte, anrikede avgass 29 føres til en inngangsside 30 i brenneren 2 via en tilførselsledning 60 hvor kompressoren 4 er anordnet. Brennerens 2 inngangsside 30 tilføres dessuten drivstoff eller en drivstoffdampblanding 31 som når inn i anordningen 1 ved 32.1 brenneren 2 danner det seg en forbrenningsblanding av de med oksygen anrikede, tilbakeførte avgasser 29 og det tilførte drivstoff 31.
Denne forbrenningsblanding forbrenner i brenneren 2, hvorved deønskede varme forbrenningsavgasser 11 dannes.
Ut fra en andre utgang 33 i oksygenseparasjonsinnretningen 5 strømmer oksygenholdig gass 34 som nå har et redusert oksygeninnhold.
Temperaturen av de oppvarmede, oksygenholdige gasser 20 er ikke tilstrekkelig for å sikre en forskriftsmessig oksygentransport gjennom membranen 6. En egnet oppvarmning av membranen 6 oppnås ved at de tilbakeførte hhv. avgrenede avgasser 17 føres relativt uavkjølt til oksygenseparasjonsinnretningen 5. Ved gjennomstrømningen av kamrene 7 og 8 tjener membranen 6 dessuten som varmeoverføringsmiddel som bevirker en avkjøling av gassene i det første kammer 7 og en oppvarmning av gassene i det andre kammer 8. På tilsvarende måte er den oksygenholdige gass 34 som strømmer ut fra anordningen 1 ved 35, relativt varm. Også denne varme, oksygenholdige gass 34 kan således anvendes som arbeidsgass.
Av spesiell betydning er her at de to kamrene 7 og 8 gjennomstrømmes ensrettet, hvorved temperaturspenningene i membranen 6 er lavest mulig. På oksygenseparasjonsinnretningens 5 inngangsside ligger membranens 6 temperatur mellom den høyere temperatur av de tilbakeførte avgasser 17 og den lavere temperatur av de oppvarmede oksygenholdige gasser 20. Innen utløpet fra oksygenseparasjonsinnretningen 5 tilpasser temperaturene av membran 6, avgass 17 og gass 20 seg hverandre.
Ved anordningen 1 ifølge oppfinnelsen er av spesiell betydning at oppvarmningen av den oksygenholdige gass 19 skjer ved hjelp av de tilbakeførte hhv. avgrenede avgasser 25, da varmeenergi som foreligger i prosessen, således kan utnyttes på fordelaktig måte. Herved danner anordningen 1 en med rammene symbolisert enhet i hvilken den oksygenholdige luft 19 hhv. drivstoffet 31 strømmer inn på inngangsstedene 18 og 32 og varme arbeidsgasser, nemlig varme forbrenningsavgasser 11 og varme oksygenholdige gasser 34, strømmer ut på utgangsstedene. De enkelte funksjoner innenfor denne anordning 1, så som f.eks. oppvarmningen av den oksygenholdige gass 19 i varmeveksleren 3, transporten av oksygenet i oksygenseparasjonsinnretningen 5, samt forbrenningen av forbrenningsblandingen i brenneren 2, kan herved optimeres uavhengig av hverandre for å øke anordningens 1 totalvirkningsgrad. Bortsett fra på inngangsstedene 18 og 32 samt utgangsstedene 14 og 35, står anordningen 1 ikke på noen måte i noen vekselvirkning med forutgående eller etterfølgende prosesser. På tilsvarende måte kan optimeringen av prosessene som forløper innenfor anordningen 1 gjennomføres uavhengig av forutgående hhv. etterfølgende prosesser, hvorved optimeringen av anordningen 1 forenkles betraktelig.
Ifølge fig. 2 kan anordningen 1 ifølge oppfinnelsen integreres i et gassturbinanlegg 36 som tjener til strømgjenvinning. På fig. 2 er det tydelig hvordan inngangsstedene 18 og 32 samt utgangsstedene 14 og 35 sa å si danner grensesnitt der anordningen 1 ifølge oppfinnelsen anordnes.
En kompressor 37 komprimerer omgivelsesluft 38, hvorved den varmes opp samtidig. Den komprimerte og oppvarmede omgivelsesluft danner den oksygenholdige gass 19 som ved 18 føres til anordningen 1. I anordningen 1 reduseres oksygeninnholdet i den tilførte luft 19, som ved luft tilsvarer også enøkning av nitrogeninnholdet. Den oppvarmede, oksygenholdige luft 34 strømmer ved 35 ut fra anordningen og føres til en turbin 39 som er forbundet med kompressoren 37 og en generator 40 for strømgenerering. Gassen 34 som er ført til turbinen 39, ekspanderes i turbinen 39 og danner en avspent strømning 41 hvis varme gjenvinnes i det minste delvis i en dampgenerator 42. Fra dampgeneratoren strømmer så avkjølt, oksygenfattig gass 42 som kan bearbeides videre.
Ved 32 tilføres anordningen 1 drivstoff eller en drivstoff-dampblanding 31 idet dette drivstoff 31 forbrenner - slik som ovenfor beskrevet - i anordningens 1 indre med oksygenet fra den oksygenholdige gass 19. Den derav resulterende forbrenning genererer i det vesentlige bare C02og H20, og danner de ønskede varme forbrenningsavgasser 11 som forlater anordningen 1 ved 14. Die varme forbrenningsavgasser 11 ekspanderes i en turbin 44 som driver en ytterligere generator 45 for strømgenerering. Herved danner det seg ekspanderte forbrenningsavgasser 46 som likeledes føres til dampgeneratoren 42. Herved inneholder dampgeneratoren 42 to innbyrdes adskilte kamre 47 og 48 for de ekspanderte, oksygenfattige gasser 41 og for de ekspanderte forbrenningsavgasser 46. Fra dampgeneratoren 42 strømmer nå avkjølt forbrenningsavgass 49 som kan føres til en kjøler 50 hvor vanndamp kondenseres. Det således dannede vann 51 føres igjen til dampgeneratoren 42. Det resterende C0252 forlater kjøleren 50 og kan i en kompressor 53 komprimeres og eventuelt kondenseres. Det komprimerte og/eller flytende C0254 kan så bearbeides videre. Kompressoren 53 drives f.eks. ved hjelp av en motor. Likeledes er en kobling med f.eks. turbinen 44 tenkelig.
Den av dampgeneratoren 42 genererte damp 56 kan ekspanderes i en turbin 57 som driver en ytterligere generator 58 for strømgenerering. Den ekspanderte damp kan så kondensere i en kondensator 59; det således dannede vann kan deretter ledes inn i dampgeneratoren 42. Utover dette er det mulig å anvende dampen 56 som prosessdamp for andre formål, f.eks. kan dampen 56 blandes til drivstoffet 31 for å danne en drivstoff-dampblanding.
Ved det på fig. 2 viste gassturbinanlegg 36 kan energi således genereres under forbrenning av fossilt brensel uten miljøskadelige utslipp slik som C02, CO, NOR. Dette muliggjøres ved hjelp av anordningen 1 som tilveiebringer varme avgasser 11 og 34 som enten ikke inneholder noen miljøskadelige stoffer, eller er sammensatt slik at de miljøskadelige stoffer kan fjernes på en spesielt enkel måte.
Claims (6)
1. Fremgangsmåte ved generering av varme arbeidsgasser, spesielt for et gassturbinanlegg,
idet det i en brenner (2) skjer en forbrenning som genererer en varm forbrenningsavgass (11) som i det minste delvis kan anvendes som varm arbeidsgass,
idet en del (17) av forbrenningsavgassen (11) avgrenes og føres til en
oksygenseparasjonsinnretning (5),
idet oksygenholdig gass (19) oppvarmes for å danne oppvarmet oksygenholdig gass (20), idet den oppvarmede, oksygenholdige gass (20) likeledes føres til
oksygenseparasjonsinnretningen (5),
idet oksygenseparasjonsinnretningen (5) omfatter oksygenseparasjonsmidler (6) som fjerner
oksygen fra den varme oksygenholdige gass (20) og fører det til den avgrenede avgass (17), idet varm gass (34) med redusert oksygeninnhold forlater oksygenseparasjonsinnretningen (5),
idet med oksygen anriket, avgrenet avgass (25) samt et drivstoff (31) eller en
drivstoffdampblanding føres til brenneren (2) og danner en forbrenningsblanding som forbrenner i brenneren (2) under dannelse av den varme forbrenningsavgass (11) som forlater brenneren (2) og kan anvendes som varm arbeidsgass,
karakterisert vedat den med oksygen anrikede, avgrenede avgass (25) anvendes for oppvarmning av den oksygenholdige gass (19) ved hjelp av en varmeveksler (3) før den føres til brenneren (2), samt at den med oksygen anrikede, avgrenede avgass (25) tilføres brenneren (2) ved hjelp av en kompressor eller vifte (4) anordnet nedstrøms av varmeveksleren (3).
2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,karakterisert vedat den med oksygen anrikede, avgrenede avgass (25) og den oksygenholdige gass {19) strømmer gjennom varmeveksleren (3) etter motstrømsprinsippet.
3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2,karakterisert vedat den avgrenede avgass (17) og den oppvarmede, oksygenholdige gass (20) gjennomstrømmer oksygenseparasjonsinnretningen (5) etter medstrømsprinsippet.
4. Anordning for generering av varme arbeidsgasser, spesielt for et gassturbinanlegg,
4.1 med en brenner (2),
4.1.1. som på en inngangsside (30) forsynes med drivstoff (31) eller drivstoffdamp-blanding og oksygenholdig gass (29),
4.1.2. i hvilken en forbrenningsblanding av oksygenholdig gass (29) og drivstoff (31) eller drivstoffdamp-blanding forbrennes og varm forbrenningsavgass dannes,
4.1.3. som på sin utgangsside (12) er koblet til en avgassledning (13) gjennom hvilken den varme forbrenningsavgass (11) strømmer ut fra brenneren (2) og i det minste delvis kan anvendes som varm arbeidsgass,
4.2. med en oksygenseparasjonsinnretning (5),
4.2.1. som ved en første inngang (16) forsynes med varm forbrenningsavgass (17) som avgrenes fra avgassledningen (13),
4.2.2. som ved en andre inngang (23) forsynes med oppvarmet oksygenholdig gass (20),
4.2.3. som omfatter oksygenseparasjonsmidler (6) som transporterer oksygen fra den oppvarmede oksygenholdige gass (20) til den avgrenede forbrenningsavgass (17),
4.2.4. som har en første utgang (24) hvor det strømmer ut forbrenningsavgass (25) som er anriket med oksygen for å forsyne inngangssiden (30) av brenneren (2),
4.2.5. som har en andre utgang (33) hvor det strømmer ut varm gass (34) med redusert oksygeninnhold, som kan anvendes som varm arbeidsgass,
4.3. med en varmeveksler (3),
4.3.1. i hvilken det ved en første inngang (21) strømmer inn relativt kald oksygenholdig gass (19),
4.3.2. hvorfra det ved en første utgang (22) strømmer ut oppvarmet oksygenholdig gass {20) for å forsyne den andre inngang (23) av oksygenseparasjonsinnretningen (5),
4.3.3. idet den første utgang (22) av varmeveksleren (3) er forbundet med den andre inngang av
oksygenseparasjonsinnretningen (5),
karakterisert vedat - varmeveksleren (3) har en andre inngang (27) som er forbundet med den første utgang (24) av oksygenseparasjonsinnretningen (5), - varmeveksleren (3) har en andre utgang (28) hvorfra forbrenningsavgass (29) som er anriket med oksygen, strømmer ut for å forsyne brenneren (2), - den andre utgang (28) av varmeveksleren (3) er forbundet med inngangssiden (30) av brenneren (2) via en tilførselsledning (60), samt at - i denne tilførselsledning (60) er det anordnet en kompressor eller vifte (4).
5. Anordning som angitt i krav 4,karakterisert vedat varmeveksleren (3) er utformet som tokrets varmeveksler, og er koblet til slik at forbrenningsavgassen (25) som er anriket med oksygen, og den oksygenholdige gass (19) gjennomstrømmer varmeveksleren (3) etter motstrømsprinsippet.
6. Anordning som angitt i ett av kravene 4 eller 5,karakterisert vedat oksygenseparasjonsinnretningen (5) omfatter et første kammer (7) og et andre kammer (8), og at oksygenseparasjonsmidlene omfatter en membran (6) som skiller de to kamrene (7, 8) fra hverandre og transporterer oksygen fra det ene kammer til det andre kammer (7), idet begge kamre (7, 8) gjennomstrømmes ensrettet og parallelt med membranen (6).
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US23988700P | 2000-10-13 | 2000-10-13 | |
| CH5142001 | 2001-03-21 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NO20014982D0 NO20014982D0 (no) | 2001-10-12 |
| NO20014982L NO20014982L (no) | 2002-04-15 |
| NO335351B1 true NO335351B1 (no) | 2014-11-24 |
Family
ID=25737497
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NO20014982A NO335351B1 (no) | 2000-10-13 | 2001-10-12 | Fremgangsmåte og anordning ved generering av varme arbeidsgasser |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6510693B2 (no) |
| EP (1) | EP1197257B1 (no) |
| DE (1) | DE50115201D1 (no) |
| DK (1) | DK1197257T3 (no) |
| NO (1) | NO335351B1 (no) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2493605A1 (en) * | 2001-07-25 | 2003-02-06 | Richard A. Haase | Processes and apparatus for the manufacture of polynuclear aluminum compounds and disinfectants, and polynuclear aluminum compounds and disinfectants from such processes and apparatus |
| MXPA04009982A (es) | 2002-04-11 | 2006-02-22 | Richard A Haase | Metodos, procesos, sistemas y aparatos con tecnologia de combustiion de agua, para la combustion de hidrogeno y oxigeno. |
| EP1616131A1 (de) * | 2003-04-24 | 2006-01-18 | Alstom Technology Ltd | Verfahren und vorrichtung zum verfahren und vorrichtung zum betreiben eines brenners einer warmekraftmaschine, insbesondere einer gasturbinenanlage |
| US20060149423A1 (en) * | 2004-11-10 | 2006-07-06 | Barnicki Scott D | Method for satisfying variable power demand |
| SE529333C2 (sv) * | 2005-11-23 | 2007-07-10 | Norsk Hydro As | Förbränningsinstallation |
| US8268269B2 (en) * | 2006-01-24 | 2012-09-18 | Clearvalue Technologies, Inc. | Manufacture of water chemistries |
| SE530793C2 (sv) * | 2007-01-19 | 2008-09-16 | Siemens Ag | Förbränningsinstallation |
| WO2009004307A1 (en) * | 2007-07-04 | 2009-01-08 | Jacobs Engineering U.K. Limited | Process for the separation of pressurised carbon dioxide from steam |
| GB2485789B (en) * | 2010-11-23 | 2014-03-12 | Nebb Engineering As | Method and system for energy efficient conversion of a carbon containing fuel to CO2 and H2O |
| CA2857323C (en) * | 2013-07-19 | 2019-09-03 | Conocophillips Company | Method for removing trace levels of oxygen from direct combustion device combustion products |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5753007A (en) * | 1995-06-07 | 1998-05-19 | Air Products And Chemicals, Inc. | Oxygen production by ion transport membranes with non-permeate work recovery |
| WO2000033942A1 (en) * | 1998-12-04 | 2000-06-15 | Norsk Hydro Asa | Method for recovering co¿2? |
| EP1181968A2 (en) * | 2000-08-21 | 2002-02-27 | Praxair Technology, Inc. | Gas separation process using ceramic membrane and regenerators |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4341069A (en) * | 1980-04-02 | 1982-07-27 | Mobil Oil Corporation | Method for generating power upon demand |
| US4434613A (en) * | 1981-09-02 | 1984-03-06 | General Electric Company | Closed cycle gas turbine for gaseous production |
| US5888272A (en) * | 1997-06-05 | 1999-03-30 | Praxair Technology, Inc. | Process for enriched combustion using solid electrolyte ionic conductor systems |
| NO308400B1 (no) * | 1997-06-06 | 2000-09-11 | Norsk Hydro As | Kraftgenereringsprosess omfattende en forbrenningsprosess |
| NO308399B1 (no) | 1997-06-06 | 2000-09-11 | Norsk Hydro As | Prosess for generering av kraft og/eller varme |
| US5976223A (en) | 1997-11-18 | 1999-11-02 | Praxair Technology, Inc. | Solid electrolyte ionic conductor systems for oxygen, nitrogen, and/or carbon dioxide production with gas turbine |
| DE19755116C1 (de) * | 1997-12-11 | 1999-03-04 | Dbb Fuel Cell Engines Gmbh | PEM-Brennstoffzellensystem sowie Verfahren zum Betreiben eines PEM-Brennstoffzellensystems |
| US6298084B1 (en) * | 1998-11-24 | 2001-10-02 | Motorola, Inc. | Bad frame detector and turbo decoder |
-
2001
- 2001-09-22 DE DE50115201T patent/DE50115201D1/de not_active Expired - Lifetime
- 2001-09-22 EP EP01122823A patent/EP1197257B1/de not_active Expired - Lifetime
- 2001-09-22 DK DK01122823.6T patent/DK1197257T3/da active
- 2001-10-12 NO NO20014982A patent/NO335351B1/no not_active IP Right Cessation
- 2001-10-12 US US09/975,307 patent/US6510693B2/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5753007A (en) * | 1995-06-07 | 1998-05-19 | Air Products And Chemicals, Inc. | Oxygen production by ion transport membranes with non-permeate work recovery |
| WO2000033942A1 (en) * | 1998-12-04 | 2000-06-15 | Norsk Hydro Asa | Method for recovering co¿2? |
| EP1181968A2 (en) * | 2000-08-21 | 2002-02-27 | Praxair Technology, Inc. | Gas separation process using ceramic membrane and regenerators |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1197257A1 (de) | 2002-04-17 |
| DK1197257T3 (da) | 2010-03-22 |
| NO20014982D0 (no) | 2001-10-12 |
| US6510693B2 (en) | 2003-01-28 |
| NO20014982L (no) | 2002-04-15 |
| US20020124558A1 (en) | 2002-09-12 |
| EP1197257B1 (de) | 2009-11-04 |
| DE50115201D1 (de) | 2009-12-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10829384B2 (en) | Oxycombustion systems and methods with thermally integrated ammonia synthesis | |
| US6957539B2 (en) | Power generator with low CO2 emissions and associated method | |
| US6767527B1 (en) | Method for recovering CO2 | |
| RU2315186C2 (ru) | Тепловая электростанция с малым выделением загрязняющих веществ | |
| US7703271B2 (en) | Cogeneration method and device using a gas turbine comprising a post-combustion chamber | |
| US6871502B2 (en) | Optimized power generation system comprising an oxygen-fired combustor integrated with an air separation unit | |
| JP2001523546A (ja) | 酸素選択性イオン輸送膜を組込む熱的に駆動される酸素／窒素プラント | |
| US8833080B2 (en) | Arrangement with a steam turbine and a condenser | |
| NO338858B1 (no) | Teknisk kraftanlegg med sekvensiell forbrenning og reduserte utslipp av CO2, og en fremgangsmåte for drift av et anlegg av denne type | |
| KR19990045223A (ko) | 가스터빈을 사용하여 산소, 질소 및/또는 이산화탄소를 생성하기 위한 고체전해질 이온전도체 시스템 | |
| US6499300B2 (en) | Method for operating a power plant | |
| RU2002120185A (ru) | Разделение газов с высоким энергетическим кпд для топливных элементов | |
| WO2008091158A1 (en) | Method and plant for enhancing co2 capture from a gas power plant or thermal power plant | |
| NO335351B1 (no) | Fremgangsmåte og anordning ved generering av varme arbeidsgasser | |
| NO324422B1 (no) | Fremgangsmate og anordning for generering av varme forbrenningsgasser | |
| US9725662B2 (en) | Method and membrane module for the energy-efficient oxygen generation during biomass gasification | |
| RU2470856C2 (ru) | Способ производства азотной кислоты (варианты) и агрегат для производства азотной кислоты | |
| WO2001079754A1 (en) | Process for generation of heat and power and use thereof | |
| US20180334957A1 (en) | Method and apparatus for operating a gas turbine using wet combustion | |
| JPH11264325A (ja) | 二酸化炭素回収型発電プラント | |
| RU2244133C1 (ru) | Способ генерирования пара при производстве аммиака | |
| JP2002138803A (ja) | 炭酸ガス回収型ガスタービン発電プラント及びその運転方法 | |
| WO2024013617A2 (en) | Recovery system for industrial furnaces with oxy-fuel type combustion | |
| WO2014059524A1 (en) | Systems and methods for sulphur combustion with multi-stage combustor | |
| WO2002059524A1 (en) | A method and an apparatus for cycle fluid treatment in an oxygen fired semi-closed power cycle |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| CREP | Change of representative |
Representative=s name: CURO AS, INDUSTRIVEIEN 53, 7080 HEIMDAL, NORGE |
|
| CHAD | Change of the owner's name or address (par. 44 patent law, par. patentforskriften) |
Owner name: GENERAL ELECTRIC TECHNOLOGY GMBH, CH |
|
| CHAD | Change of the owner's name or address (par. 44 patent law, par. patentforskriften) |
Owner name: ANSALDO ENERGIA SWITZERLAND AG, CH |
|
| MM1K | Lapsed by not paying the annual fees |