NO345882B1

NO345882B1 - Termisk kraftanlegg uten CO2-utslipp

Info

Publication number: NO345882B1
Application number: NO20140605A
Authority: NO
Inventors: Geir Inge Olsen; Tom-Arne Solhaug; Kjell Olav Stinessen
Original assignee: Aker Solutions As
Priority date: 2014-05-13
Filing date: 2014-05-13
Publication date: 2021-09-27
Also published as: BR112016026527B1; GB2541606A; BR112016026527A2; GB201802774D0; AU2015261049B2; NO20140605A1; GB201620931D0; AU2015261049A1; GB2557498A; WO2015173184A1; US20170089574A1

Description

Termisk kraftanlegg uten CO2-utslipp

Teknisk felt

[0001] Foreliggende oppfinnelse vedrører kraftanlegg med CO2 fangst, hvor strømmen er produsert fra forbrenning av karbonholdig brensel. Mer spesifikt angår foreliggende oppfinnelse kraftverk med CO2-fangst hvor det karbonholdige brensel forbrennes ved et forhøyet trykk ved bruk av oksygenanriket luft eller i det vesentlige rent oksygen som oksidasjonsmiddel.

Bakgrunnsteknikk

[0002] Karbonholdig brensel som benyttet i den foreliggende beskrivelse og krav, er brukt for å omfatte alle slags materialer som omfatter karbon, slik som kull, naturgass, hydrokarbonkondensat, olje, brunkull, og metan-hydrater, i tillegg til tre og andre biomaterialer. Betegnelsen oksidasjonsmiddel som brukt her anvendt for å omfatte i det vesentlige rent oksygen og oksygenanriket luft som omfatter 90% eller mer oksygen, og hvor resten av gassen består hovedsakelig av nitrogen og / eller andre gasser som normalt er tilstede i luft. Fortrinnsvis omfatter oksidasjonsmidlet som anvendt heri, 95% eller mer av oksygen, for eksempel mer enn 97% eller mer enn 99%.

[0003] Prosentandelene som anvendt heri med hensyn til gasser, vedrører volum% hvis ikke spesielt angitt. Uttrykket "forbrenning" som anvendt heri er ment å skulle omfatte forbrenning med en åpen flamme, eller en hvilken som helst form for katalysert oksydasjon av det karbonholdige drivstoffet i nærvær av et oksidasjonsmiddel, som definert heri, for å danne CO2 eller en blanding av CO2 og H2O avhengig sammensetningen av brenselet. "Forhøyet trykk" som anvendt heri er relatert til trykk på 40 bar eller mer hvis ikke spesielt angitt.

[0004] Gass som produseres ved et kombinert olje- og gassfelt, eller et gassfelt, består normalt av høye mengder av metan, noe etan, butan og propan, og mindre mengde av C5+ hydrokarboner. Gasskondensat er i gassform ved den temperatur og trykk i den underjordiske formasjonen, men er flytende ved atmosfærisk trykk og omgivelsestemperatur. Gass-kondensat består for det meste C2-12 alkaner. Begrepet "naturgass" brukes her for å omfatte hydrokarboner som er gassformige ved omgivelsestemperaturer, og gasskondensat.

[0005] Infrastruktur som rørledninger, eller lasteanlegg for lasting tankfartøy, inkludert nødvendige pre-prosessering, eller et LNG-anlegg, er ofte en begrensende faktor for undersjøisk produksjon av olje og gass, og mest spesifikt gass og gass-kondensat.

[0006] Dersom ingen infrastruktur for transport av naturgassen er til stede, hvor underjordisk naturgass blir funnet, og den naturlige gasskilden er for liten til å bygge opp en ny infrastruktur, kan naturgassen karakteriseres som "strandet gass", og brønner vil bli forseglet og området stengt. I tillegg blir trykket av den produserte gassen redusert med tiden, og komprimering er nødvendig for å holde produksjonen på et lønnsomt nivå, også resulterer i enten ekstra kostnader eller avstengning av gassproduksjonen.

[0007] For å redusere kapitalkostnadene, er store mengder strandet gass kjent, men aldri utnyttet, da det å legge ut rørledninger eller et LNG-anlegg for å transportere gass på skip blir for dyrt gitt prisen på naturgass på verdensmarkedet. Naturgass assosiert med, og produsert sammen med olje, blir i mange tilfeller, komprimert og re-injiseres i gass- og oljefeltet for å opprettholde trykket i dette, og for å unngå behovet for kostbar håndtering av naturgass. Strandet gass er en betydelig energikilde som kan utnyttes f.eks. ved produksjon av elektrisk energi, i tillegg til varme som damp, for lokal bruk på et olje- og gassfelt, eller for produksjon av elektrisk energi for eksport fra et olje- eller gassfelt.

[0008] I dagens situasjon med diskusjonen om global oppvarming og utslipp av CO2, vil myndighetene i de fleste land være motvillige til, eller ikke tillate bygging av en offshore kraftverk. Dette er på grunn av CO2-utslipp fra et slikt anlegg, som all forbrenning av karbonholdige brensler resulterer i produksjon av CO2 som hvis den slippes ut i atmosfæren vil bidra til økningen i CO2-konsentrasjonen i atmosfæren.

[0009] I Norge har myndighetene har besluttet å forby dagens praksis med lokale gassturbiner basert kraftverk på offshore olje- og / eller gassfelt, og planene blir gjort for elektrifisering av noen felt, det vil si å bygge kraftlinjer for å transportere strøm fra land til offshore olje- og gassfelt for å redusere CO2-avtrykket til slike felt.

[0010] Offshore kraftproduksjon for levering av strøm til lokale og eksterne forbrukere, kan være et alternativ til eksport av naturgass. Det er imidlertid antatt at de fleste relevante nasjonale myndigheter og eller internasjonale krav ikke vil tillate slike kraftverk uten CO2-fangst.

[0011] Teknologi for CO2-fangst og lagring (CCS) er utviklet for å fange CO2 fra produksjonsanlegg hvor karbonholdige brensler forbrennes for å produsere elektrisk kraft. Den for tiden tilgjengelig teknologi for fangst delen er enten basert på fangst av CO2 fra avgassene ved hjelp eller absorpsjonsmidler, eller oxyfuel anlegg hvor rensede oksygen anvendes for forbrenning i stedet for luft, for å oppnå en avgass som hovedsakelig omfatter CO2 og noe vann.

[0012] Installasjon for absorpsjon av CO2 fra avgass er tiden for store og for dyre både i kapitalkostnader og driftskostnader, selv for drift på land, og det ville være altfor kostbart å bygge offshore. Pilotskala oxyfuel anlegg for kull som brensel har blitt bygget bl.a. av Vattenfall, og tester er i dag gjort på slike anlegg. Forbrenningen i slike oxyfuel anlegg er ved atmosfæretrykk eller noe høyere, og avgassen må forbehandles for å fjerne forurensninger og partikler deri før avgassen blir videre behandlet og komprimeres for transport / injeksjon i et område deponering.

[0013] Bakgrunnsdokumenter som beskriver teknikkens stand omfatter US 3736745 A, US 2009293782 A1, WO 2013036132 A2, US 6196000 B1 og US 2012/0067568 A1.

[0014] US 3736745 A angir en et system/metode hvor karbonholdig brensel forbrennes i et forbrenningskammer i nærvær av oksygen. Forbrenningen utføres ved 3000 psi (212 bar) og røkgassen tilføres en gassturbin som genererer elektrisk kraft. Røkgassen blir deretter avkjølt til flytende form eller et superkritisk fluid. Deler av den kondenserte røkgassen blir resirkulert til forbrenningskammeret for å kjøle ned forbrenningskammeret til en egnet temperatur på inngangen til gassturbinen. Den resterende delen blir tatt ut for lagring.

[0015] US 2009293782 A1 viser til et lignende system som US 3736745 A, men hvor det karbonholdige brenselet forbrennes i en høytrykksboiler med tilførsel av oksygen. Røkgassen tas ut av boileren og kjøles ned i flere trinn. Vann og ikke kondenserbare gasser separeres ut og en gjenværende strøm av CO2 tas ut i flytende form eller som et superkritisk fluid på rundt 110 bar.

[0016] WO 2013036132 A2 omfatter et kraftverk offshore over eller under vann eller på havbunnen. Oppfinnelsen angår et system som måler og kontrollere etterspørsel av elektrisk kraft basert på forbrenning av reservoargass eller andre karbonholdig brensel. Systemet gjør bruk av en kombinert syklus prosess med optimalisert forbruk av oksygen. Det karbonholdig brenselet forbrennes i et forbrenningskammer hvor røkgass produseres. Røkgassen tilføres en gassturbin for generering av elektrisk energi og deretter avkjøles for produksjon av høytrykksdamp som sendes til en dampturbin for videre generering av elektrisk energi. Røkgassen komprimeres i flere trinn med intercooling og reinjiseres til reservoarene for økt utvinning.

[0017] US 6196000 B1 viser et anlegg for generering av elektrisk kraft og fangst av CO2 ved direkte kondensering av overkritisk eller gassformet karbondioksid under trykk for å danne flytende karbondioksid. Et brensel (naturgass) og et oksidasjonsmiddel (oksygen) føres til et reaksjonskammer (forbrenningskammer), og brenselet oksyderes i kammeret ved et trykk som fortrinnsvis er fra 700 psia (50 bar) til 2000 psia (142 bar). Varmen i reaksjonskammeret overføres til et kjølevæske (vann) for generering av damp. Trykkavgassen (røykgass) blir videre renset, kondensert og flytende til en superkritisk tilstand for å danne flytende karbondioksid.

[0018] US 2012/0067568 A1 beskriver systemer og fremgangsmåter for å tilveiebringe CO2 med høy renhet for produksjonsstøtte ved produksjon av fossile brensler. Produserte fossile brensler kan forbrennes direkte for å produsere kraft i en gassturbinprosess og tilveiebringe CO2 for produksjonsstøtte.

[0019] Et mål ved foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en teknologi som tillater for offshore kraftproduksjon av elektrisk kraft og / eller varme, basert på forbrenning av karbonholdig brensel i kombinasjon med fangst av CO2 til en lavere kostnad enn ved kjente tidligere kjente løsninger. Andre formål med oppfinnelsen vil være klart for fagmannen ved å lese den foreliggende beskrivelse.

Oppsummering av oppfinnelsen

[0020] Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for produksjon av elektrisk kraft fra produsert naturgass, hvor fremgangsmåten blir utført i et kraftanlegg anordnet på sjøbunnen eller på en flyter eller plattform offshore eller utenfor kysten. Naturgassen blir produsert fra en undervanns brønn og den produserte naturgassen blir forbrent i et forbrenningskammer ved et forbrenningstrykk på 40 til 200 bar i nærvær av oksygenanriket luft eller hovedsakelig ren oksygen for å produsere elektrisk kraft i en kraftgeneratorenhet og en avgass. Kraftgeneratorenheten er et dampturbin kraftanlegg og metoden omfatter overføring av varme fra avgassen til kraftgeneratorenheten via en varmeveksler. Avgassen blir trukket ut fra forbrenningskammeret og avkjølt ved varmeveksling til omkringliggende vann til en temperatur som resulterer i kondensasjon av avgassen til en væske, eller omdanning av avgassen til et superkritisk fluid med en densitet på minst 600 kg/m3, og naturgassen blir produsert fra et reservoar ved et produksjonstrykk og blir (i) ført inn i forbrenningskammeret ved produksjonstrykket for naturgassen som er lik forbrenningstrykket, eller (ii) den produserte naturgassen blir redusert til forbrenningstrykket hvis produksjonstrykket er høyere enn forbrenningstrykket, og ført inn i forbrenningskammeret.

Forbrenningstrykket er forårsaket av produksjonstrykket for naturgassen ved at forbrenningskammeret står i fluidforbindelse med, og mottar naturgassen fra, et brønnhode tilhørende den undervanns brønnen.

Væsken eller det superkritiske fluidet mottas i en injeksjonsmodul ved forbrenningstrykket og blir sikkert deponert i en underjordisk formasjon ved at injeksjonsmodulen står i fluidforbindelse med, og sender væsken eller det superkritiske fluidet til, den underjordiske formasjonen.

[0021] Avgassen kan avkjøles til en temperatur på 40 ºC eller lavere, for eksempel 30 ºC eller lavere, for eksempel 20 ºC eller lavere, eller 10 ºC eller lavere. Den foretrukne temperatur er avhengig av det trykk ved hvilken forbrenningen finner sted, som er tydelig fra plottet i figur 1 og fasediagrammene på figurene 2 og 3.

[0022] Kjølingen kan bli utført i to eller flere trinn, hvor vann som er til stede i avgassen blir kondensert og separert fra den gjenværende avgass, og hvor den gjenværende avgassen deretter blir videre avkjølt for kondensering av CO2 eller omdannelse av CO2 til et superkritisk fluid.

Separasjon av H2O og CO2 kan være foretrukket i utførelsesformer hvor tørr eller vesentlig tørr CO2 blir forespurt.

[0023] Det superkritiske fluid eller kondensert CO2 eller CO2 og H2O blanding kan bli deponert ved injeksjon inn i en underjordisk formasjon slik som en akvifer, en forlatt olje- eller gassbrønn, eller inn i en oljebrønn for økt oljegjenvinning.

Kort beskrivelse av figurene

[0024] Fig. 1 viser plott av fluidtettheten som en funksjon av temperaturen til en avgass ved ulike trykk,

Fig. 2 er et fasediagram for CO2,

Fig. 3 er et fasediagram for H2O,

Fig. 4 viser plott av fluidtettheten som en funksjon av temperatur ved 100 bar trykk i en avgass, inkludert forskjellige mengder av nitrogen,

Fig. 5 er et flytdiagram av et typisk anlegg i henhold til den foreliggende oppfinnelse,

Fig. 6 er en prinsippskisse av et gassturbinkraftverk, og

Fig. 7 er en prinsippskisse av en utførelse av den foreliggende oppfinnelse.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

[0025] Foreliggende oppfinnelse er basert på det faktum at naturgassen har et trykk på typisk 40 - 300 bar når man kommer opp fra et borehull. Trykket til gassen blir redusert i løpet av levetiden for en gassbrønn, og når trykket faller under ca.70 bar er produksjon vanligvis så lav at det er behov for å forsterke ved komprimering av den produserte gassen for å holde lønnsom, og når trykket faller til 20 bar, blir gassbrønnen normalt stengt ned og produksjonen stoppet. I tillegg tar oppfinnelsen nytte av i hovedsak ubegrenset tilgjengelighet av kaldt vann for avkjøling i enkelte kystområder og ved havbunnen på mange gassfelt til havs. Den foreslåtte oppfinnelse eliminerer eller i vesentlig grad reduserer de ovennevnte utfordringer og ulemper ved produksjon av gass på havbunnen og brønnstrømmen transport ved å innføre trykksatt forbrenning av gassen og bruker varme for å produsere elektrisk kraft som kan anvendes lokalt, transporteres til andre offshore-steder eller overføres til land i en strømkabel som kan kobles til strømnettet. I andre tilfeller kan hele eller noe av kraften brukes på den mottakende av plattformen, f.eks. for kjører kompressorer, eller til industriformål på land.

[0026] Ifølge foreliggende oppfinnelse blir produsert naturgass, eller andre karbonholdig brensler, innført i et forbrenningskammer ved et trykk på minst 40 bar, og i det vesentlige rent oksygen eller oksygenanriket luft innføres i forbrenningskammeret som oksydasjonsmiddel. Uttrykket "forbrenningskammer" som anvendt heri er ment å omfatte hvilken som helst struktur hvor forbrenning av brensel i form av naturgass eller et annet karbonholdig brensel forbrennes ved oksydasjon med oksygen.

Forbrenningskammeret kan således være en dampkjel, et forbrenningskammer for en gassturbin, en brenselcelle etc.

[0027] Ved forbrenning av et karbonholdig brensel ved bruk av et oksidasjonsmiddel som er i det vesentlige rent oksygen eller oksygenanriket luft resulterer i en avgass som hovedsakelig omfatter CO2 eller CO2 og vann, avhengig av sammensetningen av brenselet.

Forbrenning av kull vil medføre en avgass som hovedsakelig omfatter CO2, mens alle hydrokarbonene vil gi en avgass som består av litt vann. Fagmannen er i stand til med enkle midler å beregne forholdet mellom CO2 og H2O i avgass, basert på sammensetningen av det drivstoff som brukes.

[0028] Fluidegenskapene til en gitt forbindelse ved en gitt kombinasjon av temperatur og trykk kan finnes ved å studere fasediagrammet for den aktuelle forbindelse. Fasediagrammene av CO2 og H2O er vist i henholdsvis figurene 2 og 3. Det kritiske punkt for en forbindelse er kombinasjonen av temperatur og trykk ved hvilke forbindelsen kan foreligge i gassfase, væskefase eller i en superkritisk fase. Det kritiske punkt for CO2 er 31,1 ºC og et trykk på 72,9 bar. Ved en temperatur høyere enn den kritiske temperatur, dvs. 31,1 ºC for CO2, vil CO2 være i superkritisk fase, som et superkritisk fluid, forutsatt at trykket er over 72,9 bar. Tettheten av et superkritisk fluid avhenger av trykket. Jo høyere trykket er, desto høyere trykket er tettheten, og vil nærme seg tettheten av en væske. Tett fase superkritisk CO2 som har en tetthet på høyere enn omtrent 600 kg / m3, som er høyere enn omtrent 650 kg / m3, eller fortrinnsvis høyere enn 700 kg / m3 kan behandles som en væske for å pumpe etc. Fagmannen vet at superkritiske væsker deler egenskaper med både gasser og væsker. Ved komprimering vil densiteten til et superkritisk fluid øke med økende trykk, og en tett kritisk fase som har en tetthet som er angitt her, er "pumpbar", dvs. at trykket kan økes ytterligere ved å bruke en pumpe som for væsker.

[0029] Figur 1 er et diagram som viser hvordan CO2væske dannes fra en blandet avgass av CO2 og H2O (sammensetningen av avgassen for beregning har et innhold av 44,1657% CO2 og 55,6425% H2O og resten er overskudd av O2, 0,001928%, som følge av forbrenning av en typisk naturgass med en støkiometrisk mengde av oksygen). Figur 1 viser en kombinasjon av trykk og temperatur som sikrer at en avgass som består av CO2 og H2O, samt en mindre mengde oksygen, har en tilstrekkelig høy tetthet til å være enten flytende, eller i en væskeliknende tett kritisk fase som tillater at fluidet kan pumpes. Ved trykk undersøkt og plottet i Figur 1, det vil si 40 til 200 bar, vil CO2 være et superkritisk fluid hvis trykk og temperatur er over det kritiske punkt, og vil endre fase fra overkritiske fluid til en væske dersom trykket er over det kritiske trykket og temperaturen er lavere enn den kritiske temperatur for CO2. Figur 1 viser klart at avgassen vil kondensere ved trykk ned til ca.40 bar og ved en temperatur på ca. 5 ºC, en temperatur som er oppnåelig ved å varmeveksle mot sjøvann ved havbunnen i kaldt til tempererte klima. Ved et trykk på 70 bar, vil avgassen kondenserer på ca. 30 ºC. For trykk mellom 70 bar og 40 bar, vil avgassen kondenserer ved temperaturer mellom det som er angitt for 40 bar og 70 bar. For trykk over 70 bar, indikerer figur 1 klart at superkritisk fluid blir dannet ved trykk over 80. Et tett fase fluid som har en tetthet som gjør at er fluidet "pumpbart", kan oppnås ved temperaturer fra 35 ºC ved 80 bar, til ca. 95 ºC ved 200 bar. Følgelig viser figur 1 tydelig at avgassen i henhold til den foreliggende oppfinnelse kan bli kondensert eller eventuelt danne et tett superkritisk fluid som kan pumpes som en væske. Trykket i forbrenningskammeret er satt tilstrekkelig høyt til å sikre at avgassen fra forbrenningen vil kondensere og danne tett fase superkritisk CO2 eller CO2, pluss H2O, så snart temperaturen er tilstrekkelig lav til å danne en flytende blanding av CO2 og vann når avkjølt ved hovedsakelig samme trykk som nevnt ovenfor. Fagmannen er i stand til å beregne trykket som trengs ved gitte temperaturer basert på plottene i figur 1 og fasediagram for CO2 og vann, henholdsvis, som finnes i figurene 2 og 3, og sammensetningen av avgassen. Gassen som benyttes for beregningene plottet i figur 1 består av 0,2% oksygen, 55,6% H2O og 44,2% CO2, og korresponderer med en typisk avgass fra forbrenning av naturgass ved bruk av i det vesentlige rent oksygen som oksidasjonsmiddel.

[0030] Det er klart fra densitetsøkningen når temperaturen blir redusert, at avgassen som brukes for beregningene er flytende ved en temperatur på omkring 5 ºC og et trykk på 40 bar, ved ca.15 ºC ved et trykk på 50 bar, ved ca. 22 ºC ved et trykk på 60 bar, og ved ca.30 ºC ved et trykk på 70 bar. Ved et trykk på 80 bar eller høyere, viser et mer "S" -formet plott at avgassen komprimeres til et tett fase superkritisk fluid. Ved 80 bar, har den superkritiske fluid fasen en densitet på ca. 600 kg / m3, noe som gjør det overkritiske fluidet pumpbart. De tilsvarende temperaturer for resulterer i en superkritisk fluid som har en densitet på 600 kg / m3 ved 90, 100, 150 og 200 bar, er henholdsvis omtrent 42 ºC, 47 ºC, 75 ºC og 98 ºC, respektivt. Følgelig, ved et trykk på 40 bar eller mer, vil en avgass fra forbrenning av naturgass med rent oksygen foreligge i flytende tilstand, eller vil være et superkritisk fluid som har en tetthet på høyere enn 700 kg / m3 ved en temperatur på ca 5 ºC. Ytterligere detaljer på den tetthet som en funksjon av trykk og temperatur for avgassene, og betingelsene for å oppnå den røykgass som en væske eller en pumpbar tett fase, overkritiske fluidet er lett forståelig for en fagmann å studere figur 1, og fasediagrammene i figur 2 og 3. Det antas at selv ved bruk av oksygenanriket luft, CO2 og vann vil kondensere og danne en væske, eller danne en pumpbar tett kritisk fluid ved de temperaturer som kan oppnås ved hjelp av sjøvann som kjølemedium.

[0031] Bruk av et oksidasjonsmiddel som har et for høyt innhold av fremmedstoffer, som for eksempel hovedsakelig nitrogen, vil forskyve fasediagrammet for blandingen og resulterer i et behov for mer kjøling av avgassene for å oppnå en avgass som er flytende eller i en væske som tett fase. Figur 4 viser tettheten av avgassen som en funksjon av temperatur ved et trykk på 100 bar ved bruk av ren oksygen, 99% oksygen og 95% oksygen som oksidasjonsmiddel. Figuren viser at en tetthet på høyere enn omtrent 600 kg / m3 oppnås ved ca. 47 ºC ved bruk av ren oksygen, ved ca. 40 ºC ved bruk av 99% oksygen, og ved ca.30 ºC ved bruk av 95% oksygen. Et høyt innhold av forurensninger, vanligvis nitrogen, oksygen i krav avkjøling til en lavere temperatur sammenlignet med ren oksygen for et gitt trykk. Trykk og temperatur er til en viss grad byttes om, men fra et praktisk synspunkt når naturlig eksisterende brønnhodetrykk skal anvendes til forbrenning, etterfulgt av avkjøling av avgassen med lav temperatur sjøvann for å oppnå flytende CO2, oksidasjonsmidlet omfatter fortrinnsvis 95% eller mer, og mest foretrukket i det vesentlige rent oksygen som omfatter 99% eller mer oksygen.

[0032] Avkjølingen av avgassene krever betydelige kjølekapasitet, en kapasitet som er til stede på dype offshore-lokasjoner, i enkelte kystområder, og i noen større innsjøer hvor vanntemperaturen på sjøbunnen hele året igjennom er omtrent 4 ºC eller kaldere. I dype hav steder, for eksempel under 500 meter, kan temperaturen i havet være omtrent 0 ºC, eller til og med så lavt som -2 ºC.

[0033] Det kritiske punktet av CO2 er 31,1 ºC og et kritisk trykk på ca.73 bar, som vist i figur 2, adgang til i det vesentlige ubegrenset kjølekapasitet som kaldt sjøvann gjør det mulig å avkjøle avgassen til en temperatur som er lavere enn den kritiske temperaturen til CO2, 31,1 ºC. For å forvisse seg om at temperaturen er lavere enn den kritiske temperatur, blir avgassen avkjøles fortrinnsvis til en temperatur lavere enn 20 ºC, som f.eks. lavere enn 15 ºC, slik som ca. 10 ºC. Ved en temperatur lavere enn 20 ºC og et trykk på ca.55 bar, eller høyere, vil det CO2 som er tilstede i avgassen kondenserer og være til stede som en væske, sammen med vann som er tilstede i naturgassen og vannet som dannes ved forbrenning av naturgass.

[0034] Fasediagrammet for H2O viser at det kritiske punkt for vannet er på 374 ºC og 218 bar (~ atm), mens trippelpunktet ligger ved 0,01 ºC på 0,006 bar. Vannet vil således kondensere ved langt høyere temperaturer enn CO2 ved de aktuelle trykkene. Dette faktum kan brukes for å separere H2O og CO2 ved trinnvis avkjøling, hvor kondenserte vannet separeres fra CO2 i gassform ved hjelp av en vannutskiller mellom hvert trinn. Normalt vil en to-trinns avkjøling med en vannutskiller mellom kjølesystemene være tilstrekkelig til å fjerne mesteparten av vannet fra avgassen, hvis nødvendig.

[0035] Den flytende CO2 eller CO2 / H2O blanding fanget inn på denne måten kan deponeres på forskjellige måter. Forutsatt at fanget CO2 oppfyller kravene for injeksjon i et reservoar, kan CO2 injiseres for trykkstøtte / Enhanced Oil Recovery (EOR). Alternativt kan CO2 eller CO2 / H2O blanding injiseres i en utarmet olje- og / eller gassbrønn, eller i stabile geologiske formasjoner eller en akvifer, som sikrer varig sikker deponering av CO2.

[0036] Ved temperaturer under 20 ºC, og et trykk på over 20 bar, dvs. på et vanndyp på 200 meter eller mer, CO2 eller en blanding av CO2 og H2O i kombinasjon med produsert vann og / eller omkringliggende vann vil spontant danne CO2 hydrat (clatherate). CO2-hydrat er et is-lignende fast stoff som vil forbli i en stabil fast så lenge det holdes under den nevnte temperatur og ved 200 meters dybde eller dypere. Om nødvendig kan kinetikken for hydratdannelse akselereres ved anvendelse av en reaktor for hydratdannelse, en blander for å sikre god fordeling og kontakt mellom CO2 og det omgivende vann, og hvor veggene og overflatene i reaktoren fremmer hydratdannelse, og / eller ved anvendelse av et katalytisk aktivt belegg på de nevnte vegger og overflater, eller ved å tilsette en kjemisk katalysator.

[0037] Som vist ovenfor, kan kombinasjonen av forbrennings ved et forhøyet trykk under anvendelse av hovedsakelig rent oksygen eller oksygenanriket luft som definert ovenfor, som oksidasjonsmiddel for å produsere elektrisk kraft og / eller varme, avkjøling av den trykksatte avgassen som resulterer fra forbrenningen til under temperaturen forårsaker CO2 å kondensere, og en sikker måte å avsette de således fanget CO2, gjør det mulig å produsere strøm uten å slippe ut CO2 til atmosfæren.

[0038] Det bør også understrekes at selv om vilkårene for kondensering av CO2 er gunstige subsea, kan det samme oppnås ved kraftverk over havnivå, det vil si på overflaten, enten på fast eller flytende plattformer, skip og fartøy eller på land ved drift ved det trykk som finnes i de nevnte

undersjøiske dybder. Ved å anbringe kraftverket / forbrenningskammer i området ved brønnene fra hvilket gassen produseres, kan ubehandlet eller delvis behandlet gass rutes til forbrenningskammeret ved høyt trykk, og avgassen kan avkjøles enten av sjøvann fra sjøen eller ferskvann fra en innsjø som pumpes til varmevekslere på overflaten. Alternativt kan omgivelsesluften benyttes for kjøling ved varmeveksling f.eks. i kjøletårn eller andre typer av varmevekslere. Lufttemperaturen kan være en begrensning med hensyn til å oppnå tilstrekkelig kjølekapasitet ved luftkjøling, spesielt i varme klimaområder. Dette kan løses ved høyere forbrenning- og dermed høyere kondenseringstrykk, f.eks.70 bar eller mer (ref. Figur 1).

[0039] Videre skal det bemerkes at fremgangsmåten ved høytrykks forbrenning med oksygen eller oksygenanriket luft, også kan gjøres ved hjelp av lavtrykks-salgskvalitet gass fra et prosessanlegg ved å komprimere gassen til nødvendig høyt trykk, f.eks 40 bar eller høyere, for å oppnå kondensering av CO2 til væske ved hjelp av den omgivende vanntemperaturen eller den omgivende luft for kjøling. Trykket i forbrenningen må da være høy nok til å oppnå kondensering gitt ved temperaturen av det tilgjengelige kjølemedium vann eller luft. Fagmannen er i stand til å beregne det nødvendige trykk ut fra de fysikalske egenskapene til bestanddelene i avgassen som illustrert ved hjelp av fasediagrammene i figurene 2 og 3. I dette tilfelle er fremgangsmåten for kondensering ikke har de iboende gunstige betingelser for forbrenning av gass fra brønner med høyt trykk og innenfor rekkevidde tilgjengelige kaldt dypt sjøvann. Likevel kan prosessen med generering av elektrisk kraft og ganske kostbar kompresjon av gassen før forbrenning og mindre effektiv kjøling med luft eller vann ved høyere temperatur enn sjøvann fra dypt vann dybde (200 m eller mer), være attraktivt på grunn av den enkle prosessen med CO2 kondensering til væske fulgt av permanent

deponering ved å pumpe det inn i egnede geologiske formasjoner eller akviferer eller som stabilt CO2 hydrat.

[0040] Komprimering av brenngassen kan også oppnås ved tilførsel av flytende oksygen til forbrenningskammeret eller brenner fordi flytende oksygen med en tetthet på 1141 kg / m3 vil utvide seg når det fordampes ved oppvarming. Tettheten av oksygengass ved 25 °C og 1,013 bar er 1,429 kg / m3. Dette betyr at trykket i et brennkammer med begrenset volum kan reguleres til å være ved et ønsket trykknivå ved justering av strømmen av karbonholdig brensel, og av utvidelsen av den tilførte oksygen som er nødvendig for forbrenningen. Forbrenningstrykket vil være et resultat av tilførselen av karbonholdig brensel ved 1 bar og av utvidelsen av oksygen i det avgrensede forbrenningskammeret. Hvis det nødvendige trykk ikke kan oppnås ved justering av volumet av forbrenningskammeret og strømmen av brensel med den nødvendige tilførsel av flytende oksygen alene, vil kompresjon av det karbonholdige drivstoff også være nødvendig. Noen styringsventiler vil normalt være nødvendig for å kontrollere trykket og prosessen generelt, men en slik ventil er ikke inkludert i denne patentbeskrivelsen, fordi de ikke er nødvendige for å forstå oppfinnelsen.

[0041] I tillegg til CO2 og H2O som dannes ved forbrenning av det karbonholdige drivstoff, kan avgassen også inneholde vanndamp fra vannet som strømmer sammen med det karbonholdige drivstoff, som kan være vanndamp og fritt vann, f.eks. produsert vann fra gass- og oljebrønner. I tillegg vil strømmer av hydrokarboner, det normalt være noe innhold av partikler, såkalte bøter, og i kull, vil det være aske. Hvis det er noe innhold av nitrogen i oksygen, kan dette danne nitrøse gasser. I tilfellet med injeksjon av flytende vann og CO2, kan alle nevnte forurensende følge væsken og derved bli permanent deponert. Hvis fremgangsmåten ved CO2-hydratdannelse blir brukt, kan partiklene bli fanget i hydratet deponert ved havbunnen. Injeksjon av CO2-hydrat før det stivner, det vil si i en form av slurry, kan også brukes, og partikler og andre forurensninger vil følge oppslemmingen til mottakeren (dvs. geologisk formasjon eller akvifer).

[0042] En generisk fremgangsmåte for undersjøisk kraftgenerering er illustrert i figur 5. Det er viktig å merke seg at forbrenningen eller brenningen vil bli utført ved et høyt trykk, typisk mellom 40 og 250 bar for å gjøre det mulig å direkte fremstille flytende CO2 eller CO2-hydrat ved avkjøling av avgassene mot omgivelsene (sjøvann, ferskvann eller luft) temperatur, uten ytterligere komprimering av avgassen.

[0043] Fagmannen vil forstå at forbrenningstrykket må være optimalisert, idet det tas hensyn forbrennings tekniske problemer, design av utstyr for forbrenning og håndtering av væsker under trykk, kraftbehovet for komprimering av luft eller oksidasjonsmidlet som definert heri, etc . Derfor kan det være nødvendig / å foretrekke å strupe eller redusere trykket til naturgass som har høyere trykk enn det foretrukne forbrenningstrykket. Det er for tiden antatt at et forbrenningstrykk på 50 til 100 bar er praktisk. Et trykk på 60 til 90 bar er for tiden mer foretrukket, og det er antatt at den mest foretrukne trykket ved forbrenningen er 75-85 bar. Som tidligere nevnt, kan et for lavt trykk som typisk kan forekomme på sen fase av gassproduksjon korrigeres ved å komprimere brenselet til et optimalt trykk før de går inn i forbrenningskammeret.

[0044] I figur 5, innføres det karbonholdige brenselet i et forbrenningskammer 2 fra en kilde 20 for det karbonholdige brenselet gjennom en brenselledning 1, fortrinnsvis ved trykket spenn gitt ovenfor. Trykksatt oksidasjonsmiddel føres inn i forbrenningskammeret 2 via en trykksatt oksidantlinje 7.

Oksidasjonsmiddel innføres i anlegget fra en oksidasjonsmiddelkilde 11. Oksidasjonsmiddelet ledes fra oksidasjonsmiddelkilden 11 til en valgfri kompressor eller pumpe 15 anordnet for å komprimere eller pumpe oksidasjonsmiddelet inn i forbrenningskammeret 2 via en andre oksidasjonsmiddellinje 7. Hvis oxidasjonsmiddelet er under høyt trykk i oksidasjonsmiddelkilden 11, kan pumpen eller kompressoren 15 utelates. Fagmannen vil forstå at valget av pumpe eller kompressor for å tilveiebringe det nødvendige trykk i oksidasjonsmiddelet er avhengig av om det leverte oksydasjonsmiddel er i flytende form eller gassform.

[0045] Avgassen tas ut fra forbrenningskammeret gjennom en avgassledning 3, og innføres i en kondensator 4, hvor den trykksatte avgassen avkjøles ved varmeveksling mot et kjølemedium, som sirkulerer i kondensatoren 4, slik at H2O og CO2 blir kondensert, eller danner et tett superkritisk fluid som har en densitet over 600 kg / m3, som i henhold til definisjonen ovenfor er pumpbar.

[0046] Kjølingen kan være direkte eller indirekte kjøling. Direkte avkjøling utføres ved sirkulasjon av omgivende vann som kjølemedium gjennom kondensatoren 4. Indirekte kjøling utføres ved å sirkulere et kjølemedium mellom kondensatoren 4 og varmeveksleren 9, hvor kjølemedium varmeveksles mot det omgivende vann. Kjølemedium for å kjøle avgassen innføres i kondensatoren fra en kjølemedium sugeledning 12 og trekkes ut gjennom en kjølemedium returledning 13.

[0047] Høy tetthet kritisk fluid eller væske som dannes ved avkjøling av avgassen tas ut gjennom en kondensert avgass linje 16 for deponering i et deponi 5. Ikke kondensert avgass, omfattende hovedsakelig nitrogen mindre mengder eventuelle inerte gasser, kan trekkes gjennom en ledning 16' og kan frigjøres til den omgivende sjø eller luft. Alternativt kan gassen følge væsken og danner flerfasestrøm for injeksjon, eller for utslipp til sjø når fremgangsmåten for CO2-hydratdannelse blir brukt for sikker deponering. Fagpersonen vil ved å studere fasediagrammene i figurene 2 og 3, forstå at H2O og CO2 kan separeres i kondensatoren ved å splitte avkjøling og kondensering i kondensatoren i to trinn. I et første trinn blir vann kondensert og separert som en væske fra resten av avgassen og i et andre trinn er det resterende avgass ytterligere kjølt for å kondensere CO2. Kondensvann kan, hvis det tillates av myndighetene, slippes ut i sjøen.

[0048] Den varmen som genereres i forbrenningskammeret 2, blir overført til en kraftgeneratorenhet 6 for generering av elektrisk kraft og / eller damp. Ikke viste varmespiraler er anordnet i forbrenningskammeret 2 for generering av damp fra sirkulerende vann. Forbrenningskammeret kan i denne utførelse bli kalt en kjele. Den genererte damp innføres i kraftproduksjonsenheten 6 i en dampledning 8, hvor dampen blir ekspandert over dampturbin(er) for å generere elektrisk kraft. Damp ved en temperatur som er for lav for produksjon av elektrisk kraft kan benyttes til andre varmekrevende prosesser. Den ekspanderte damp avkjøles og kondenseres og resirkuleres inn i forbrenningskammeret i en ledning 8 '. Avkjølingen kan være direkte eller indirekte kjøling. Direkte avkjøling utføres ved sirkulasjon av omgivende vann som kjølemedium gjennom kondensatoren (e) av den kraftgenererende enheten (6). Indirekte kjøling utføres ved å sirkulere et kjølemedium mellom kondensatoren (e) (6) og varmeveksleren 9 ' hvor kjølemedium varmeveksles mot det omgivende vann. Kjølemedium for å kjøle avgassen innføres i kondensatoren fra en kjølemedium sugeledning 12 og trekkes ut gjennom et varmemedium kjølemiddelreturledning 13.

[0049] Kjølekapasitet for kondensering av den ekspanderte damp for kraftgenereringsenhet kan være tilveiebrakt ved hjelp av varmeveksleren (e) 9 ', hvor et kjølemedium sirkuleres mellom kraftgenereringsenhet 6 og varmeveksleren (e) 9' i kjølemedium linjer 12 'og 13'. Elektrisk kraft og / eller damp fjernes fra kraftgenererende enhet i ledningen 10.

[0050] Den oksidant kilden 11 kan være en hvilken som helst passende kilde for en oksidant i det vesentlige rent oksygen eller oksygenanriket luft.

Fagmannen vet at et slikt oksidasjonsmiddel kan være tilveiebrakt ved hjelp av membran-baserte systemer og ved hjelp av kryogen systemer, for separasjon av luftgasser. Elektrolyse av vann er en alternativ måte for fremstilling av oksydasjonsmiddel som skal anvendes i henhold til den foreliggende oppfinnelse. I tillegg, for mindre anlegg, kan i det vesentlige rent oksygen eller oksygenanriket luft tilveiebringes i tanker fra fjerntliggende anlegg.

[0051] Et anlegg for separasjon av luftgasser er praktisk arrangert enten på havbunnen, om bord på en flyter eller på land. For en undersjøisk anlegg ifølge den foreliggende oppfinnelse, må luft for fremstilling av et oksidasjonsmiddel, som definert heri, eller oksidasjonsmidlet som sådant må være under trykk og transporteres i et stigerør eller snorkel fra en flyter til anlegget. Dersom innretningen for luft gass-separasjon er anordnet på havbunnen, blir de gjenværende luftgassene transportert ved hjelp av en snorkel eller stigerør til overflaten for å bli sluppet ut i omgivelsene.

[0052] Fremstilling av den foreliggende oksidasjonsmiddel, det vil si i det vesentlige rent oksygen eller oksygenanriket luft, er energikrevende prosesser, og vil kreve en del av den kraft som produseres ved den foreliggende kraftverket. Dersom elektrolysen blir brukt, vil oksidasjonsmidlet være i det vesentlige rent oksygen. I tillegg vil hydrogen produseres. Den produserte hydrogen kan være en salgsprodukt i seg selv ved å eksportere hydrogen fra anlegget, kan brukes lokalt for ytterligere produksjon av kraft og / eller benyttes i en lokal eller fjerntliggende prosessanlegg for hydrogenkrevende prosesser.

[0053] Gass som produseres fra en underjordisk gassproduserende brønn omfatter også normalt vann, partikler, CO2, og høyere hydrokarboner i tillegg til hydrokarbongassen. Normalt separeres naturgassen fra vannet, partikler, CO2 og høyere hydrokarboner for effektiv transport av salgbar gass. Naturgassen som skal anvendes lokalt, dvs. i nærheten av den gassproduserende brønn, kan brukes som den er. Eventuell separasjon av vann (produsert og kondensert) og partikler fra det karbonholdige brensel, slik som naturgass, kan være anordnet oppstrøms for forbrenningskammeret, avhengig av sammensetningen til den aktuelle gass. Utskilt vann og eventuelle partikler kan reinjiseres i en injeksjonsbrønn, eller slippes ut i sjøen hvis det tillates av myndighetene.

[0054] Naturgassen kan alternativt forbrennes uten forutgående separasjon av vann og / eller partikler. Tilstedeværelsen av forurensninger kan kreve bruk av spesialdesignet brenner utformet med utvalgte materialer for å gjøre det robust for forholdene.

[0055] Ved å benytte i det vesentlige rent oksygen eller oksygenanriket luft med et slikt lavt innhold av argon og nitrogen og andre forurensninger, blir avgassen ikke "fortynnet" med andre gasser som kunne forhindre kondensering av CO2 og H2O i væsker ved avkjøling av avgassen mot nivået av temperaturen til vannet i omgivelsene eller luft. Det antas at den maksimale tillatte innhold av argon og nitrogen i kombinasjon er omtrent 5%, slik at oksidasjonsmidlet består av 95% eller mer oksygen. Mer foretrukket oksidasjonsmidlet består av mer enn 97% oksygen, for eksempel 99% eller mer oksygen. Dette gjelder alle de beskrevne utførelser dersom ikke annet er oppgitt.

[0056] Forbrenning av karbonholdige materialer ved hjelp av et oksidasjonsmiddel slik som beskrevet her, kan føre til høye temperaturer, temperaturer som ikke er kompatible med de fleste materialer som brukes til konstruksjon av brennere og forbrenningskammer. Avhengig av sammensetningen av den karbonholdige drivstoff som brukes, kan resirkulering av røykgass, dvs. CO2 og H2O, og mindre mengder av andre gasser, og / eller tilsetning av vann inn i forbrenningskammeret, være nødvendig for å regulere temperaturen i forbrenningen deri.

[0057] Dersom metanhydrat innføres i et forbrenningskammer som et karbonholdig brensel, gir vanninnholdet i hydratet som frigjøres ved brenning av hydratet, iboende fordelen ved avkjøling.

[0058] Den elektriske kraften som genereres i et kraftverk ifølge den foreliggende oppfinnelse kan anvendes lokalt, dvs. i et olje- og / eller gassproduserende felt, eller bli eksportert ved hjelp av kabler til fjerntliggende steder, enten offshore eller på land.

[0059] Figur 6 illustrerer prinsippene for et dampturbin kraftverk. Elementer som har de samme henvisningstall som figur 5 viser de tilsvarende elementer. Karbonholdig brensel og oksidant innføres i en forbrenningskammeret 2 gjennom linjene 1 og 7, henholdsvis. Avgass tas ut fra forbrenningskammeret 2 via avtrekkslinje 3. Vann innføres i varmespoler 19 anordnet i forbrenningskammeret, og dampen som genereres deri tas ut gjennom dampledningen 8 og innføres i kraftgenereringsenheten 6 vist med stiplede linjer i figuren. Dampen blir ekspandert over en høytrykksturbin 20, og den delvis ekspanderte gassen blir ledet gjennom en linje 24 til en lavtrykksturbinen 21 før den ekspanderte damp trekkes ut i en ekspandert dampledningen 26. Turbinene 20 og 21 er anordnet på en felles aksel 22 med en generator 23 for generering av elektrisk kraft som blir eksportert via en ledning 23 '. Eventuelt vann som kondenseres i linje 24 blir trukket i en kondensatledningen 25. Den ekspanderte damp avkjøles og kondenseres i en kondensator 27 som mottar kjølemedium ved kjølemediumledningen 12 '. Oppvarmet kjølemedium blir returnert i returledningen 13 '. Kondensvann tas ut fra kondensatoren 27 i kondensatledningen 28 og innføres i en matevannvarmeren 30, sammen med eventuelt kondensat i linje 25. Oppvarmet vann fra matevannvarmeren 30 blir trukket ut via ledningen 8 ' og føres inn i forbrenningskammeret som ovenfor beskrevet. Sirkulasjonspumper 29, 29' er anordnet for sirkulasjon av vannet i linje 28 og 8'.

[0060] Fagmannen vil forstå at selv om et dampturbinkraftverk er beskrevet ovenfor, kan alternativt kraftproduksjonsenheter skal anvendes i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Kjernen i oppfinnelsen er at forbrenningen utføres under forhøyet trykk, slik at avgassen har et trykk som tillater kondensering av CO2 ved avkjøling av avgassen under den kritiske temperaturen til CO2, eller til en temperatur hvor den fasediagram av gass viser at CO2 vil kondensere for å danne en væske, alene eller i kombinasjon med vann som er tilstede i avgassen. Følgelig er en hvilken som helst forbrenning ved bruk av i det vesentlige rent oksygen eller oksygenanriket luft som oksidasjonsmiddel, som produserer en avgass som hovedsakelig omfatter CO2 eller CO2 og H2O, kan være aktuelt.

[0061] En alternativ forbrenning i et forbrenningskammer som er beskrevet heri er en brenselcelle, slik som smeltet karbonat-brenselcelle, ved bruk av naturgass som brensel og et oksidasjonsmiddel slik som beskrevet her, er anvendbar i henhold til oppfinnelsen.

[0062] Figur 7 er en forenklet skisse av et offshore-kraftverk i henhold til foreliggende oppfinnelse. Naturgass produseres fra en eller flere subterreng og undervannsgassbrønn(er), og overføres til en undervannsgassproduksjonsenheten 30 via en eller flere gassledning(er) 31. Den inngående gass har et trykk fra omtrent 40 bar til ca. 200 bar.

[0063] All, eller deler av den produserte gassen innføres i et gasskraftverk 32 anordnet på havbunnen, via en gassledning 33. Eventuelle ytterligere naturgass kan overføres til en flottør 34 via en gasseksportledning 35 for ytterligere behandling og eksport fra gassfeltet, eller kan komprimeres subsea og eksporteres via en ikke illustrert gasseksportledning.

[0064] Et anlegg for generering av oksygenanriket luft eller i det vesentlige rent oksygen er anordnet enten ombord på flyteelementet, eller på havbunnen, som beskrevet ovenfor. Både kryogene og membranbaserte enheter for generering av oksygenanriket luft eller i det vesentlige rent oksygen er kjent av fagmannen. Som anvendt her, oksidasjonsmidlet er i det vesentlige rent oksygen eller oksygenanriket luft, består av mer enn 95% oksygen, mer foretrukket mer enn 97% oksygen, og mest foretrukket 99% oksygen eller mer. Fagmannen vil forstå at ikke-oksygen delen av de nevnte gasser består hovedsakelig av nitrogen, ofte sammen med spormengder av edelgasser, slik som Ar. Oksygen, som luft, eller som et oksidasjonsmiddel som hovedsakelig omfatter oksygenanriket luft eller i det vesentlige rent oksygen, blir overført til kraftverket 32 i en luftlinje 36, avhengig av om innretningen for fremstilling av den oksyderende gassen er basert på sjøbunnen eller om bord i flottør 34. Det er for tiden antatt at det er foretrukket å anordne den oksyderende produserende anlegget på havbunnen, og å ha lite eller intet prosessutstyr på flyteelementet for en dypvannsinstallasjon av denne typen.

[0065] Kraftverket 32 er i henhold til en utførelsesform en dampturbinkraftverk, hvor dampen genereres ved oppvarming av vann ved forbrenning av naturgass ved bruk av oksygenanriket luft eller i det vesentlige rent oksygen som oksidasjonsmiddel. Trykket i forbrenningskammeret er typisk 50 til 100 bar. Et trykk på 60 til 90 bar er for tiden mer foretrukket, og det er antatt at den mest foretrukne trykket for forbrenningen er 75-85 bar.

[0066] Fagmannen vil forstå at omgivende vann som brukes for kjøling og kondensering av dampen i dampturbinsyklusen som kaldt vann er rikelig. Elektrisk kraft og / eller varme i form av damp kan bli overført til flyteelementet 34 via en kraftumbilikal 37, til et fjerntliggende sted ved hjelp av en ledning 40.

[0067] Forbrenningen i forbrenningskammeret i kraftverket er kontrollert for å gi en i alt vesentlig fullstendig forbrenning, dvs. en stort sett støkiometrisk forbrenning, slik at i det vesentlige all den innførte gass og oksygen brukes i forbrenningen. Forbrenning etterlater mindre enn 1%, så som under 0,5% eller til og med mindre enn 0,2% resten oksygen i avgassen er ansett for å være i det vesentlige støkiometriske.

[0068] Den avgass som oppstår ved forbrenningen overføres til en avgass-enhet 38 via en avgass ledning 39. Avgassenheten omfatter kjølere hvor det avkjøles mot sjøvannet som omgir kraftverk for å avkjøle avgassen til en temperatur 40 ºC eller kaldere, slik som 30 ºC eller kaldere, slik som under 20 ºC, eller til og med under 10 ºC. Avgassen består hovedsakelig av CO2, noe H2O, og eventuell nitrogen som introduseres sammen med oksygen. I tillegg kan avgassen omfatte mindre mengder av urenheter som innføres sammen med naturgassen.

[0069] Den CO2 og vann som er tilstede i avgassen vil kondensere og spontant danne en flytende fase, hvis kombinasjonen av trykk og temperatur av avgassene holdes innenfor de grenser som lett kan avledes fra figur 1 eller figur 4. En fagperson vil være i stand til å beregne de kombinasjoner av trykk og temperatur som vil resultere i kondensasjon eller dannelse av tett fase kritisk fluid basert på standard beregninger og parametere som finnes i lærebøker, for trykk som ikke er vist her. Eventuell nitrogen og ikke brukt oksygen som er tilstede deri vil forbli i en gassfase. Den flytende fasen og gassfasen separeres enkelt, og den flytende fase som hovedsakelig omfatter vann og CO2, blir eksportert fra anlegget i en CO2-eksportledning 40 for sikker og akseptert deponering av CO2. CO2 kan bli deponert ved å overføre den flytende CO2 og vann inn i en ikke vist injeksjonsmodul for å bli innført i en underjordisk formasjon hvor CO2 kan oppbevares trygt, for eksempel en avstengt gass- eller oljebrønn, eller i en akvifer. CO2 kan også injiseres inn i en oljebrønn for trykkstøtte for økt oljeutvinning (EOR). Gassfasen kan overføres til overflaten og slippes ut i atmosfæren, slippes ut i den omgivende sjø, eller følge væsken som flerfasestrømning.

[0070] Oksygenanriket luft eller hovedsakelig rent oksygen brukes som oksidasjonsmiddel i forbrennings for å unngå fortynning av avgass med nitrogen da slik fortynning vil resultere i et større volum av gass som skal kjøles, og at kondenstemperaturen for CO2 / vann blandingen blir senket på grunn av lavere partialtrykk for henholdsvis vann og CO2.

[0071] Selv om utførelsesformen i figur 7 er blitt beskrevet med henvisning til en bestemt utførelsesform der kraftverket er anordnet ved sjøbunnen, vil fagmannen forstå at oppfinnelsen er rettet mot trykksatt forbrenning og kondensering av det resulterende CO2 og vann ved forhøyet trykk, og ikke om kraftverket er på havbunnen eller ikke. Ifølge, kan kraftverket være anordnet på flyteelementet, hvis det anses som mer praktisk eller fordelaktig å bringe naturgassen og kjølevannet ombord på flyteelementet, og returnere den kondenserte CO2 og vann fra flottøren til havbunnen for sikker deponering av CO2 som beskrevet ovenfor.

[0072] Fagmannen vil forstå at et anlegg i henhold til foreliggende oppfinnelse, kan være anordnet på land, forutsatt at den nødvendige kjølekapasitet er tilgjengelig. Et anlegg i henhold til den foreliggende oppfinnelse kan anordnes i kystnære områder som har lett tilgang til kjølevann fra sjøen eller en stor innsjø. Når naturgass anvendes som det karbonholdige brenselet, enten fra en offshore eller onshore gassbrønn, er foreliggende anlegg fortrinnsvis anordnet tilstrekkelig nær gassbrønn til å motta gassen direkte ved i det vesentlige det samme trykk som gassen blir produsert, som beskrevet ovenfor.

[0073] Fagmannen vil også forstå at hele eller en del av den damp som genereres i forbrenningskammeret / kjelen, kan benyttes til annet varmekrevende formål enn generering av elektrisk kraft, avhengig av de nærmere detaljer i den aktuelle anordningen.

[0074] Uavhengig av om kraftverket er anordnet på havbunnen, på en flottør eller på land, kan elektrisk kraft fra kraftstasjonen bli anvendt lokalt, for eksempel om bord på flyteren, og / eller på naboliggende kraftkrevende installasjoner, enten på havbunnen og / på overflaten eller på land, avhengig av plasseringen av foreliggende anlegg. Eventuell ekstra elektrisk kraft kan eksporteres til mer avsidesliggende steder offshore eller på land, og kan kobles til det landbaserte strømnettet.

Claims

Patentkrav

1. En fremgangsmåte for produksjon av elektrisk kraft fra produsert naturgass, hvor fremgangsmåten blir utført i et kraftanlegg anordnet på sjøbunnen eller på en flyter eller plattform offshore eller utenfor kysten,

hvor naturgassen blir produsert fra en undervanns brønn og den produserte naturgassen blir forbrent i et forbrenningskammer ved et forbrenningstrykk på 40 til 200 bar i nærvær av oksygenanriket luft eller hovedsakelig ren oksygen for å produsere elektrisk kraft i en kraftgeneratorenhet (6) og en avgass, hvor kraftgeneratorenheten (6) er et dampturbin kraftanlegg og metoden omfatter overføring av varme fra avgassen til kraftgeneratorenheten (6) via en varmeveksler (19),

og hvor avgassen blir trukket ut fra forbrenningskammeret og avkjølt ved varmeveksling til omkringliggende vann til en temperatur som resulterer i kondensasjon av avgassen til en væske, eller omdanning av avgassen til et superkritisk fluid med en densitet på minst 600 kg/m3, og hvor naturgassen blir produsert fra et reservoar ved et produksjonstrykk og blir

(i) ført inn i forbrenningskammeret ved produksjonstrykket for naturgassen som er lik forbrenningstrykket, eller

(ii) den produserte naturgassen blir redusert til forbrenningstrykket hvis produksjonstrykket er høyere enn forbrenningstrykket, og ført inn i forbrenningskammeret, hvor forbrenningstrykket er forårsaket av produksjonstrykket for naturgassen ved at forbrenningskammeret står i fluidforbindelse med, og mottar naturgassen fra, et brønnhode tilhørende den undervanns brønnen, og hvor væsken eller det superkritiske fluidet mottas i en injeksjonsmodul ved forbrenningstrykket og blir sikkert deponert i en underjordisk formasjon ved at injeksjonsmodulen står i fluidforbindelse med, og sender væsken eller det superkritiske fluidet til, den underjordiske formasjonen.

2. Fremgangsmåten ifølge krav 1, hvor forbrenningen i forbrenningskammeret gir en i det vesentlige støkiometrisk forbrenning slik at mindre enn 1% oksygen er tilstede i avgassen.

3. Fremgangsmåten ifølge krav 1 eller 2, hvor avgassen kjøles til en temperatur mellom 5 °C og 95 °C for å tilveiebringe væsken eller det superkritiske fluidet.

4. Fremgangsmåten ifølge krav 1 eller 2, hvor avgassen kjøles til en temperatur på 40 °C eller lavere, slik som 30 °C eller lavere, 20 °C eller lavere, eller 10 °C eller lavere.

5. Fremgangsmåten ifølge et av kravene 1-4, hvor kjølingen blir utført i to eller flere trinn, hvor vann som er til stede i avgassen blir kondensert og separert fra den gjenværende avgassen, og hvor den gjenværende avgassen deretter blir videre avkjølt for kondensering av CO2 eller omdanning av CO2 til et superkritisk fluid.

6. Fremgangsmåten ifølge et hvilket som helst av de foregående kravene, hvor det superkritiske fluidet eller kondensert CO2 eller blanding av CO2 og H2O, blir deponert ved injeksjon inn i en underjordisk formasjon slik som en akvifer, en forlatt olje- eller gassbrønn, eller inn i en oljebrønn for øket oljeutvinning.