NO842209L - Turboprosessor. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår gassturbiner og

især gassturbiner som benyttes ved kjemiske prosesser.

Gassturbiner er velkjente ved bruk for produksjon

av mekanisk energi som kan benyttes til formål som fremdrift av fartøy eller kraftfremsti11 ing. Gassturbiner forbrenner normalt brennstoff i en åpen syklus hvor luft komprimeres i en kompressor og oppvarmes av brennende brennstoff i et brennkammer. Den oppvarmede luft og forbrenningsproduktene treffer bladene på et eller flere turbinhjul før de slippes ut til atmosfæren. Turbinhjulene roteres av de varme gasser og rota-sjonsenergien kobles til en belastning, samt tilbake til kompressoren .

U.S. patentsøknad 263.316 fra 13. mai 1981 om-handler et gassturbin system med lukket krets hvor ren oksygen mates til brennkamret sammen med brennstoffet og resyklert eksos fra turbinen, idet det fremstilles en relativt stor prosentdel karbondioksyd i dette lukkede system. En del av eksos-strømmen blåses ut for å opprettholde de indre materialer konstant i det lukkede system og karbondioksyd i den utblåste del gjenvinnes for kjemisk eller industriell bruk. Overskytende energi fra gassturbinen benyttes til å fremstille elektrisk kraft eller som en økonomisk vare i seg selv.

En av ulempene ved den ovenfornevnte patentsøknad

er behovet foret anlegg for fremstilling av ren oksygen. Et slikt oksygenanlegg separerer de to prinsipielle bestanddeler i luften, nemlig oksygen og nitrogen og avleverer oksygenet til gassturbinens kompressor. Dersom også nitrogenen gjenvinnes og selges eller benyttes, kan dens verdi i det minste delvis rettferdiggjøre kapital- og driftskostnadene for oksygenanlegget. Dersom imidlertid anlegget er plassert langt fra et marked for nitrogen, noe som ofte er tilfelle ved oljefelter med assistert utvinning, er kapital- og driftskostnadene for oksygenanlegget en negativ faktor i prosjektets totale økonomiske bilde.

Ved en kjent bruk er kompressoren i en gassturbin

med åpen krets, innrettet til å tilføre en del av den komprimerte luft til en kjemisk prosess hvor oksygen i luften fjernes

og den resterende nitrogen returneres til et midtre parti av brennkamret. Den resterende komprimerte luft fra kompressoren mates til brennkamret som forbrenningsluft nær brennstoff-innsprøyti ngen og nitrogenbestanddelen i den kjemiske prosess tilføres brenngass-strømmen som kjøle- og fortynningsf1uid nedstrøms for forbrenn ingsområdet.

Det er følgelig et mål for oppfinnelsen å frembringe et kjemisk prosessanlegg for en gassturbin med lukket krets, som unngår ulempene med kjent teknikk.

Det er et ytterligere mål for den foreliggende oppfinnelse å frembringe en kjemisk prosessanordning med lukket krets som kan gjennomføre sin funksjon ved bruk av luft for forbrenningen av brennstoff.

Det er et ytterligere mål ved den foreliggende oppfinnelse å frembringe en kjemisk prosessanordning med lukket krets som kan dosere utslippet av ka rbond i ok syd og avgivelse av elektrisitet i henhold til oljegjenvinningens situasjon.

Ifølge en utførelse av oppfinnelsen foreligger en kjemisk prosessanordning med lukket krets bestående av en gassturbin med en kompressor, et brennkammer og en turbin, anordninger for å koble turbinen for drift av kompressoren og en belastning, anordninger for å dele brennkamret i et for-brenni ngsparti og et fortynningsparti, anordninger for å til-føre et brennstoff og å tilføre trykkluft til forbrenningspartiet, anordninger for å overføre et uttak på kompressoren til fortynn ingspartiet, anordninger for å kjøle det gassformede uttak fra turbinen, anordninger for å tilføre det kjølede uttak til kompressoren, idet det foreligger et i det vesentlige lukket system, et kjemisk utvinningssystem for gjenvinning i det minste karbondioksyd fra en gass-strøm som mates inn, og anordninger for å tilføre noe av uttaket fra kompressoren til det kjemiske gjenvinningssystem i en mengde som er tilstrekkelig til å opprettholde en i det vesentlige konstant materi al sammen-setning i det lukkede system.

Ifølge et trekk ved oppfinnelsen foreligger et assistert oljegjenvinningssystem for økt oljegjenvinning fra en utvinningsbrønn, med en kompressor, et brennkammer og en turbin,

anordninger for å koble turbinen for drift av kompressoren,

og en belastning, anordninger for opptel 1 inq av brennkamret i et brennkammerparti og et fortynningsparti , anordninger for å tilføre et brennstoff fra brønnen og tilførsel av trykkluft til brennkammerpartiet, anordninger for tilføre et uttak fra kompressoren til fortynn ingspa rti et, anordninger for å kjøle et gassformet uttak fra turbinen og å tilføre det kjølte uttak til kompressoren,ved at det foreligger et i det vesentlige lukket system, et kjemisk gjenvinningssystem som er egnet til gjenvinning av i det minste karbondioksyd fra en gass-strøm som mates inn, anordninger for å tilføre noe av uttaket fra kompressoren til det kjemiske gjenvinningssystem i en størrelses-orden som gjør det mulig å opprettholde en i det vesentlige konstant sammensetting av materialer i det lukkede system, anordninger for å komprimere karbondi oksydet for innsprøyting i en injeksjonsbrønn i avstand fra utvinn ingsbrønnen og en anordning for mating omfattende en proposjonsventi1 som er egnet til å styre en del av uttaket fra kompressoren i henhold til en del av karbondioksydet i brennstoffet, fra utv i nn ingsbrønnen .

Den foreliggende oppfinnelse frembringer en kjemisk prosessanordning for en gassturbin med lukket krets hvor funksjonene for forbrenningsluft og fortynnet fluid separeres i gassturbinens brennkammer. Trykksatt forbrenn ings1uft og brennstoff mates til et forbrenningsparti i brennkamret. Uttaket av gassturbinens turbintrinn er kjølt og resirkuleres til dens kompressor hvorfra en del mates til et fortynningsparti i brennkamret og resten mates til et kjemisk gjenvinningssystem hvor i det minste karbondioksyd gjenvinnes. Karbondioksydet kan selges eller benyttes eksempelvis ved assistert oljegjenvinning.

I en foretrukken utførelse av oppfinnelsen benyttes gassturbinen til å drive en elektrisk generator. Ved en foretrukken ut-førelse av oppfinnelsen benyttes en varmegjenvinnings dampgenerator og en dampturbin til å gjenvinne ytterligere energi fra gassturbinens eksos. Dampturbinen kan benyttes til å drive en belastning og benyttes fortrinnsvis til drift av den elektriske generator. Ti 11 eggs varme kan tilføres varmegjenvinnings dampgeneratoren for å øke fremstillingen av elektrisitet. Den ytterligere varme produseres fortrinnsvis ved bruk av varmegjenvinnings brennkamret hvor funksjonene for forbrenning og fortynning er separert. Det kjemiske gjenvinningssystem kan benytte prosessdamp som tappes fra et midlere trinn i dampturbinen for å tappe karbondi ok syd fra et absorbsjons væskemedium som benyttes for å separere karbondioksydet fra gass-strømmen som mates inn. Når mengden av karbondi ok syd i brennstoffet som mates til en kjemisk prosessanordning økes, øker også mengden prosessdamp som kreves for å separere det fra det absorberende fluidmedium og bidraget til fremstilling av elektrisitet fra dampturbinen minsker tilsvarende.

De ovenfornevnte og andre mål, trekk og fordeler ved den foreliggende oppfinnelse vil fremgå i den følgende beskrivelse i sammenheng med tegningen hvor figur 1 viser et skjematisk blokkskjema av en kjemisk prosessanordning for en gassturbin med lukket krets i henhold til en utførelse av den foreliggende oppfinnelse, figur 2 viser et tverrsnitt av et brennkammer i anordningen på figur 1, figur 3 viser et mer detaljert blokkskjema av anordningen ifølge en utførelse av oppfinnelsen, figur 4 viser et skjematisk diagram av en ytterligere utførelse av oppfinnelsen med ytterligere detaljer av en varmeveksler og et gjenvinningssystem for karbondioksyd, figur 5 viser et skjematisk diagram av en annen utførelse av oppfinnelsen med en oppvarmet varmegjenvinnings dampgenerator for økt elektrisitetsproduksjon og figur 6 viser forenklet et kobl ingsskjema av oppfinnelsen med materialenes nye bane for å omforme prosessanordningen med lukket krets til en gassturbin med åpen krets.

Ved den ovenfor anførte patendsøknad er nødvendig

å benytte ren oksygen med brennstoffet og berikede resyklerte gasser som mates til brennkamret for å oppnå tilfredsstillende forbrenning av brennstoffet. Dette krever også at det tas hensyn til det faktum at molukularvekten av de varme gasser som føres til turbinen, tilnærmet ren karbondioksyd, er meget større enn normal gassene som eksisterende turbiner er konstru-ert for. En løsning er å innsprøyte damp til kompressoren eller brennkamret for å fortynne karbondioksydet med damp som

har en lavere moluku 1 arvekt enn karbondi oksyd. Denne løsning lider imidlertid under den reduserte termodynamiske effektivitet som frembringes ved dampinnsprøyti ngen. En annen løsning er å la gassturbinen løpe med en lavere hastighet. Dette er ikke hensiktsmessig dersom det kreves elektrisk Uttak fra en elektrisk generator som drives av gassturbinen slik at denne skal stemme overens med frekvensen for en kraftforbruker som arbeider foreksempel vis ved 60 Hz. Dersom turbinen eksempelvis bremses ned til 3000 r/min., er det nødvendig med en veksel mellom denne og den elektriske generator for effektivt å kunne drive den elektriske generator ved 3600 r/min.

Den luft som normalt mates til en gassturbins brennkammer har tre funksjoner:

Forbrenning av brennstoffet

Avkjøling av brennkamret og dets avgass

Arbeidsfluid for turbintr innet.

Som en følge av dette drives gassturbiner nor-

malt med omtrent 300 prosent overskuddsluft over den mengde som kreves for fullstendig forbrenning av brennstoffet. Prosent-satsen av karbondioksid i brennkamrets avgass er derfor relativt liten. Det er funnet at det er mulig å separere for-brennings funksjon fra de resterende funksjoner i et brennkammer slik at forbrenningen kan bli fullstending med omtrent 10 prosent overskuddsluft og de resterende funksjoner kan gjen-nomføres ved å tilføre beriket resyklert gass med stor andel karbondioksyd til brennkamret nedstrøms for forbrenn ingssonen.

Figur 1 viser generelt ved 10, et forenklet blokkskjema for en kjemisk prosessanordning med en gassturbin for lukket krets i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Det skal bemerkes at grunnleggende prinsipper for oppfinnelsen er vist på figur 1 og at spesielle elementer som skal beskrives i det etterfølgende er tillegg som foretrekkes til den for-enklede utgave for å oppnå større energi- og økonomieffektivi tet.

En gassturbin 12 omfatter en kompressor 14, et brennkammer 16 og en turbin 18. Brennkamret 16 er delt i et forbrenningsparti 20 og fortynn ingsparti 22. En 1uftkompressor 24 som drives av en motor 26 tilfører trykksatt forbrenningsluft via en ledning 25 til forbrenningspartiet 20 i en mengde som er tilstrekkelig til å forbrenne et brennstoff som mates via en ledning 28 med en så liten mengde overskytende luft som nødvendig for å oppnå en i det vesentlige fullstendig forbrenning av brennstoffet. Da meget lite overskuddsluft benyttes i forbrenningspartiet 20, er dets gassuttak relativt karbondioksyd rikt.

Brennstoffet kan være av en hvilken som helst hensiktsmessig hydrokarbontype, eksempelvis væskeformet petroleum brennstoff, naturgass og forgasset kull. Spesielle brennstoff rensninger kan være nødvendig for å fjerne forurensninger fra brennstoffet før dette mates til forbrenningspartiet 20. Imidlertid er slike rensningsoperasjoner konvensjonelle og danner ikke del av den foreliggende oppfinnelse. Ytterligere beskrivelse av disse gjennomføres således ikke.

De ekspanderte gasser av fra turbinen 18 returneres via en ledning 29 til en kjøler 30. Kjøleren 30 kan omfatte elementer for å forbedre prosessens totale termodynamiske effektivitet, slik det forklares nedenfor. De avkjølte gasser fra kjøleren 30 tilføres via en ledning 32 i kompressoren 14 i gassturbinen 12. De komprimerte gasser fra turbinen 14 tilføres via en ledning 34 til en proporsjonsventi1 36. Ventilen 36 deler gass-strømmen i en første strøm som tilføres via en ledning 38 til fortynningspartiet 22 via brennkamret 16, og en andre strøm som tilføres via en ledning 40 til et gjenvinningssystem 42 for karbondioksyd. Gjenvinningssystem 42 separerer karbondioksyden i inntaket fra andre gasser og avgir karbondioksyd til en bruker eller et lagerelement (ikke vist) via en ledning 44, samt andre gasser til eksos eller ytterligere behandling av en ledning 46.

Som vanlig kjent tilbakeføres noe av det mekaniske uttak fra turbinen 18 på en mekanisk forbindelse 48, for å drive kompressoren 14. Resten av det mekaniske uttak benyttes for å drive en elektrisk generator 50, idet noe av dennes elektriske uttak via en ledning 52 kan benyttes i den kjemiske prosessanordning eksempelvis for bruk til drift av motoren 26,

mens resten kan selges.

Brennkamret 16 på figur 2 er vist for illustrasjonens skyld som et brennkammer av bokstypen med et ytre hus 54 som danner et ytre rom som omgir en foring 56 i brennkamret. Foringen 56 omfatter flere åpninger 58 for å gi tilgang for gass av det ytre hus 54 til foringens 56 indre. Foringen 56 kan også inneholde en i det vesentlige konvensjonell foring for brennkammer (ikke vist), for å hjelpe brennkamret 16 til å motstå de høye temperaturer som oppstår ved forbrennings-reaksjonen.

En krage 60 omkring brennkamrets foring 56 er anordnet i et spor 62 i en ringformet holder 64 for å dele det lukkede rom i det ytre hus 54 i et brennkammerrom 66 for mot-tak av forbrenningsluft via ledningen 25, og et fortynn ingsrom 68 som mottar sterkt berikede resirkulerte fortynningsgasser med stor prosentdel karbondioksyd via ledningen 38. Brennstoff som kommer inn i brennkamret 16 via ledningen 28 for-brennes med luft som kommer inn via ledningen 25 i det vesentlige i den del av foringen 56 i brennkamret som er anordnet i forbrenningsrommet 66. Ved hensiktsmessig anordning av for-brenni ngsrommets 66 lengde og strømningsmengdene og trykkene for brennstoffet og forbrenn ingsluften , kan i det vesentlige fullstendig forbrenning av brennstoffet oppnås med kun omtrent \ Q% overskuddsluft. Resten av brennkamrets foring 56 som anordnet i fortynningsrommets 68 gir tilgang for de berikede gasser i fortynningsrommet 68 både for kjøling og for å frembringe ytterligere arbeidsfluid for turbinen 18 hvortil brennkamrets 16 avgasser avleveres ved hjelp av et utgangsmunnstykke 70. Prosentdelen karbondioksyd i ledningen 38 kan eksempelvis være omtrent 40 prosent, idet resten av gassene er nitrogen, ikke forbrent oksygen og brennstoff sammen med kjemiske spor-stoffer og elementer fra luften og brennstoffet.

Selvom det kun er vist et enkelt brennkammer 16 på figur 1 og 2, vil en fagmann straks forstå at 2 eller flere brennkamre 16 kan kan benyttes ved store gassturbiner. I en typisk stor gassturbin 12 er eksempelvis en ring med tolv boks- formede brennkamre 16 anordnet omkring gassturbinens 12 midtre parti. Ytterligere detaljert beskrivelse er ikke nødvendig da brennkamret 16 som sådan er konvensjonelt bortsett fra opp-delingen i et forbrenningsparti 20 og et fortynningsparti 22

og de adskilte tilførseler med forbrenningsluft og fortynningsgasser.

Figur 3 viser hvorledes det tas hensyn til at gassene som kommer ut av turbin 18 i ledningen 29 fremdeles inneholder en stor mengde ikke termisk energi. Dette vil si at gassene i ledningen 29 kan ha omtrent 538 grader C og omtrent 1 MPa. Slikt det sees inneholder kjøleren 30 en varmdamp-gjenvinnergenerator 72 gjennom hvilken disse varme gasser passerer. Ved passasjen gjennon generatoren 72 vil gassene koke opp vann i en spiral 74 for å fremstille overopphetet damp som tilføres via en ledning 75 til en dampturbin 76. Etter uttak fra dampgeneratoren 72 kan gassenes vann kondenseres og kjøles ytterligere, eksempelvis ved en overetslingskjøler 78 før det returneres via en ledning 32 til kompressoren 14. For-brukt damp fra dampturbinen 76 tilføres via en ledning 80 til en kondensator 82 hvor den forbrukte damp kondenseres til vann. Vannet fra kondensatoren 82 pumpes via en pumpe 84 via spiralen 74 i generatoren 72 for varmegjenvinning av damp hvor den igjen omformes til damp og returneres til dampturbinen 76. Tilleggsvann tilføres til dampturbinsystemet fortrinnsvis til dampgeneratoren 72 via en ledning 86.

Dampturbinen 76 kan være koblet til en felles

aksel med gassturbinen 12 for å gi ytterligere drift til den elektriske generator 50, slikt det er vist eller alternativt kan den kobles til en separat generator eller annen belastning (ikke vist). Som et ytterligere alternativ kan dampturbinen 76 utelates og damp fra varmegjenvinnings dampgeneratoren 72 kan benyttes ved sin egen økonomiske verdi i andre prosesser.

Enhver hensiktsmessig anordning kan benyttes i gjenvinningssystemet 42 for karbondioksyd, eksempelvis en kryogenprosess. En kryogenprosess gir relativt stort tap med hensyn til den termiske energi som inneholdes i gass-strømmen som mates inn fra proporsjonen'ngsventi 1 en 36. En foretrukken utførelse for gjenvinningssystemet 42 for karbondioksyd er vist på figur 4. Gassene er motstrømmende et absorberende væskemedium i et absorbsjonstårn 88. Det absorberende væskemediumet kan være av en hvilken som helst hensiktsmessig type som kan absorbere en vesentlig prosentdel, eksempelvis 90% av karbondioksydet i gass-strømmen. De resterende gasser utluftes eller avleveres til en separeringsprosess som ikke er del av den foreliggende oppfinnelse. Et eget absorberende væskemedium er en løsning av kal iumkarbonat eventuelt med ytterligere ingredienser for å hindre korrosjon eller andre formål. Den foretrukne utførelse avleveres en 40% løsning av kaliumkarbonat til absorbsjonstårnet 88 ved omtrent 121 grader C og vil kunne absorbere opp-til 95 prosent gass-strømmens karbondioksyd.

De varme gasser forlater ventilen 36 ved omtrent

350 grader C og ved omtrent 1,1 MPa. Før de avleveres til absorberingstårnet 88 avkjøles de til omtrent 121 grader C ved å føre dem igjennom en varmeveksler 90. Varmeveksleren 90 kan hensiktsmessig benyttes som en regeneratorovn eller regenerator, gjennom en spiral 92 hvor en gassformet tilførsel av brennstoff kan strømme på sin vei til brennkamret 16. Ved oppvarming av brennstofftil førsel en i varmeveksleren 90 oppnås forbedret termo-dynamisk effektivitet ved reduksjon av den mengde forbrennings-varme som kreves for å løfte temperaturen til reaksjonstempera-turen. I tillegg kan ti 11eggsvarnn til varmegjenvinningsdampgeneratoren 72 passere gjennom en spiral 94 i varmeveksleren 90 for å varme opp ti 11eggsvannet for å oppnå ytterligere for-bedring av aktiviteten.

Det absorberende væskemedium forlater absorbsjons-tårnene 88 med omtrent samme trykk som ved inngangen og med en temperatur på omtrent 139 grader C idet det har oppnådd en temperaturøkning ved varme fra absorbsjonen av karbondioksyd ved gjennomgangen ved absorbsjonstårnet 88. Det karbondioksyd-mettede absorberende væskemedium passerer gjennom en ekspansjons-ventil 96 hvor trykket raskt reduseres til en stor verdi som leder til frigjøring av det absorberte karbondioksyd. Det reduserte trykk som fremkommer av ekspansjonsventi1 en 96 kan eksempelvis være 135 kPa. Det absorberende væskemedium mates til en flashtank 98 hvor en vesentlig del, eksempelvis omtrent 1/3 av det absorberte karbondioksyd vaskes ut ved det reduserte trykk. Det frigjorte karbondioksyd fra flashtanken 98 mates via en ledning 100 til en konvensjonell kjøler 102 som eksempelvis benytter vann som kjølemedium, slik at temperaturen reduseres til omtrent 38 grader C. Det resternede absorberende væskemedium som fremdeles inneholder omtrent 65% av det opp-rinnelige absorberte karbondioksyd, mates via en ledning 104

til en stripptank 106.

En tilførsel av lavtrykks prosessdamp avledes fra et midtre trinn i dampturbinenes 76', eksempelvis ved omtrent 345 kPa og mates via en ledning 108 til stripptank 106 hvor den oppvarmede absorberende væskemedium til omtrent 121 grader C for å frigjøre all karbondioksyd som den inneholder, bortsett fra noen få prosent. Ved en utførelse av oppfinnelsen forbruker strippingen i stripptanken 106 omtrent 0,45 kg damp pr. 98 dm3 gjenvunnet karbondioksyd. Mere effektivt absorberende væskemedium eller media som tillater frigjøring av det absorberende karbondioksyd med redusert forbruk av damp, kan bli tilgjengelig og bruk av slik bør vurderes innenfor oppfinnelsens ramme.

Det gjenvunnede karbondioksyd fra stripptanken 106 mates via en ledning 110 til kjøleren 102. Kjøleren 102 kjøler karbondioksydet til et mettet damp ved omtrent 38 grader C. Kjølevannet fra kjøleren 102 returneres til stripptanken 106. Videre behandling av karbondioksydet avhenger av den tiltenkte anvendelse. Dersom karbondioksydet er tenkt brukt ved eksempelvis assisterende oljeutvinning, komprimeres det fortrinnsvis før innsprøyting i en oljebrønn eller for midlertidig lagring. Således overføres karbondioksydet via en ledning 112 til kompressor 114 hvor det eksempelvis komprimeres til omtrent 13,8 MPa. Kompressoren 114 er fortrinnsvis en f1ertrinnskompressor, eksempelvis med 5 trinn med mellomliggende kjøletrinn. Den mellomliggende kjøling reduserer fuktigheten i karbondioksydet som leveres ved uttaksledningen 116 til en verdi som er tilstrekkelig lav til at det ikke kreves ytterligere tørking. Energi for kompressoren 114 kan tilføres fra en hensiktsmessig kilde, eksempelvis en motor eller dampturbin som tilføres damp fra varmegjenvinningsdampgeneratoren 72. Dersom dette gjøres kan den prosessdamp som kreves i tanken

106 oppnås fra et mellomliggende trinn i dampturbinen. I

den foretrukne utførelse på figur 4 utnyttes fordelen av at det foreligger en vesentlig energimengde som er tilgjengelig i de ikke absorberte gasser, fortrinnsvis nitrogen og oksygen, hvorfra karbondioksyd er fjernet i absorpsjonstårnet 88. Disse gassers energi som har omtrent 1,1 MPa og 121 grader C stemmer nesten nøyaktig overens med den energi som kreves for å drive kompressoren 114. De ikke absorberte gasser mates via en ledning 118 til en ekspansjonsturbin 120 som kan kobles til fler-trinnskompressoren 114 ved hjelp av enhver hensiktsmessig mekanisk forbindelse, illustrert med en forbindelseslinje 122. Uttaket fra ekspansjonsturbinen 120 tilføres via en ledning

124 til en atmosærisk utlufting eller til ytterligere separasjon og 1agringsprosesser som ikke er vist, og som ikke vedrører foreliggende oppfinnelse og derfor ikke er ytterligere beskrevet.

Den kraft som er tilgjengelig i de uabsorberte gasser fra absorpsjonstårnet 88 kan ikke nøyaktig stemme overens med flertrinns kompressoren 114 kraftbehov. Ved noen tilfeller krever flertrinns kompressoren 114 mindre kraft enn det som er tilgjengelig. For at kraftbehovet skal stemme overens må en vesentlig del av de ikke absorberte gasser utluftes uten å dra fordel av deres energi. En måte å tilføre fleksibilitet til systemet er å benytte ekspasjonsturbin slik at det enten utvikles eller forbrukes energi og ved å drive f1ertrinnskompres-soren 122 med en elektrisk motor (ikke vist). Eksempelvis kan ekspansjonsturbinen 124 kobles i tandem med motoren 26 for å bidra til kompresjon av luft i 1uftkompressoren 24. Den elektrisitet som ikke benyttes av motoren 26 kan benyttes for å drive flertrinnskompressorens 114 motor og overskytende elektrisitet kan selges eller benyttes.

Når den kjemiske prosessanordning 10 benyttes ved assistert oljeutvinning innsprøytes det komprimerte karbondioksyd i en injektorbrønn eller en ledning til injektorbrønnen i avstand fra utv i nn ingsbrønnene. Karbondioksydet begynner å bevege seg mot utvinningsbrønnene og presser oljen i forma-sjonen foran seg. I første rekke vil utvinn ingsbrønnene ikke foreta noen forandring i deres oljeuttak. Etter en første periode som kan vare over en periode på noen få uker eller et år eller mere, vil økt utvinning av olje foregå. Under den første periode vil den eneste mulighet for å oppnå en gevinst på den investerte kapital i systemet, ligge i verdien av en elektrisitet som utvikles av den elektriske generator 50. Således vil det i den første periode i det minste foreligge en økonomisk interesse av å produsere så mye elektrisitet som mulig for salg eller bruk. Elektrisitetsproduksjonen konkur-rerer med fremstillingen av karbondioksyd for damp fra varmegjenvinnings dampgeneratoren 72. Det vil si at avledningen av prosessdamp fra dampturbinen 76' for bruk i gjenvinningsprosessen for karbondioksyd i stripptanken 106 reduserer den tilgjengelige damp for drift av dampturbinen 76' for utvikling av elektrisitet i generatoren 50.

For å kunne øke dampfremsti11 ingskapasi teten og

også å kunne øke utviklingen av karbondioksyd, benytter ut-førelsen av oppfinnelsen vist på figur 5 et varmegjenvinnings-kammer vist på 126 for å tilføre ytterligere varme til generatoren 72. For størst effektivitet kan varmegjenvinnings brennkamret 126 oppdeles i et forbrenn ingsparti 128 og et fortynningsparti 130 som fungerer analogt med de tilsvarende elementer i brennkamret 16 i denne og foregående utførelse. Forbrenningspartiet 128 mottar brennstoff over en grenledning 28' og forbrenningsluft som er trykksatt av en vifte 131 i ledningen 133. Kjøling og fortynning av forbrenningsproduktene fra forbrenningspartiet 128 gjennomføres ved innsprøyting av en del av den resirkulerte karbondioksydrike gass fra dampgeneratoren 72, eventuelt med bidrag fra viften 135, til fortynningspart iet 130. Når det karbondioksydrike utslipp fra varmegjenvinningsbrennkampret 126 har avgitt sin varmeenergi ved å øke produksjonen av ytterligere damp i dampgeneratoren 72, forbindes det med de resirkulerte gasser som mates til overetsingskjøleren 78 og holdes således i systemet.

I noen bruksområder kan varmeg jenvi nni ngsbrennkamret 126 bruke et mer konvensjonelt system hvor kun luft og brennstoff mates inn både for forbrenning og fortynning uten bruk av berikede resirkulerte gasser.

Selvom det på figur 3 kun er vist et varmegjen-vi nn i ngsbrennkammer 126 er det underforstått for fagfolk at ytterligere varme kan fremstilles av flere slike brennkamre 126 for bruk i større systemer.

Senere i gjenvinningsprosessen kan oljeproduksjonen i utvinningsbrønnen økes av det karbondioksyd som mates inn i injeksjonsbrønnene. Til slutt vil noe av karbondioksydet full-føre kretsen og fremkomme i utvinningsbrønnen. Når det brennstoff som benyttes i den kjemiske prosessanordning 10 er naturgass fra utvinningsbrønnene, vil det brennstoff som mates til forbrenningspartiene 20 og 128 begynne å utvikle økende an-deler karbondioksyd. Da utslippet fra forbrenn ingsparti ene 20 og 128 nå inneholder en øket andel karbondioksyd, minskes den mengde karbondioksyd som må innføres til fortynn ingsparti ene 22 og 130. Proporsjoneringsventi1 en 36 kan derfor aktiveres for å redusere mengden av resirkulerte gasser som mates til fortynningspartiene 22 og 130 og for å øke den mengde som mates til gjenvinningssystemet 42 for karbondioksyd. Den økede mengde karbondioksyd som må utvikles i dette siste trinn stiller natur-ligvis økede krav for prosessdamp for bruk i stripptanken 106 for dampen fra generatoren 72 som mates til dampturbinen 76'. For å tilfredsstille behovet for ytterligere damp reduseres den mengde damp som fullfører sin ekspansjon til atmosfærisk trykk i ledningen 80 proporsjonalt. Dette indikerer det totale kraft-uttak som kan fremstilles av generatoren 50 proporsjonalt. Ved dette senere trinn i den assisterene oljeutvi nn ingsprosess kan den reduserte verdi av elektrisiteten som fremstilles mer enn kompenseres av ytterligere olje og karbondioksyd som produseres slik at dette trinn kan representere et dreiepunkt for inve-steringen.

Den økonomiske verdi av elektrisiteten og de kjemi-kalier som tas ut av innretningen ifølge oppfinnelsen kan var-iere fra tid til annen slik at potensiale for elektrisitets-fremstilling kan oppveie verdien av de kjemiske produkter. Det vil være klart for en fagmann, på grunnlag av det foregående, at produksjonen av de kjemiske produkter forbruker energi og dermed reduserer den elektrisitet som kan fremstilles. For å kunne maksimere elektrisistesproduksjonen kan hvilken som helst av de utførelser som er beskrevet ovenfor drives som et åpent system forutsatt at dette tillates med hensyn til omgiv-elsene. Eksempel vis . kan utførelsen på figur 1 omformes til et åpent system ved gjennomføre ing av modifikasjonen som er vist på figur 6 hvor X indikerer blokkering av de viste led-ninger og stiplede linjers nye forbindelser. Det vil tydelig fremgå at slik endring av systemet kan gjennomføres ved bruk av standardventi1 er for disse formål. Da en fagmann ikke vil kreve fullstendig oppsummering av konvensjonelle ventiltyper for å gjennomføre de forbindelser som kan velges på figur 1

og 6, synes dette ikke nødvendig i denne sammenheng. Ved ut-førelser omfattende en dampgenerator for varmegjenvinning ut-føres utlufting fortrinnsvis nedstrøms for dampgeneratoren slik at man kan dra fordel den energi som gassturbinens uttak inneholder.

Claims (21)

1. Kjemisk prosessanordning med lukket krets, KARAKTERISERT VED at den omfatter en gassturbin med en kompressor, et brennkammer og en turbin, anordninger for å koble turbinen for drift av kompressoren og en belastning, anordninger for å oppdele brennkammeret i et forbrenningspart i og et fortynn ingsparti , anordninger for å mate et brennstoff og en tilførsel av trykkluft til forbrenningspartiet, anordninger for å mate et uttak fra kompressoren til fortynningspart i et, anordninger for å kjøle et gassformet uttak fra turbinen og for å mate det det kjølte uttak ved kompressoren, idet det foreligger et i det vesentlige lukket system, et kjemisk gjenvinningssystem for gjenvinning av i det minste karbondioksyd fra en gass-strøm som mates til det, og anordninger for å mate noe av uttaket fra kompressoren til det kjemiske gjenvinningssystem i en mengde som er tilstrekkelig til å opprettholde et i det vesentlige konstante materialeinnhold i det lukkede system.

2. Anordning ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at anordningen for å tilføre luft omfatter en 1uftkompressor.

3. Anordning ifølge krav 2, KARAKTERISERT VED at anordningen for å oppdele brennkammeret omfatter en brennkammer-foring som omfatter flere åpninger for å tillate innføring av gass, et ytre rom som omgir brennkammerfor i ngen, anordninger for å avdele et område mellom brennkammerforingen og det ytre rom i et brennkammerrom og et fortynningsrom, anordninger for separat mating av tilførselen med trykkluft til forbrenningsrommet og uttaket fra kompressoren til fortynningsrommet, idet forbrenn ings1uftens og den fortynnede gassens funksjoner er separert.

4. Anordninger ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at anordningene for å mate noe av uttaket til den kjemiske gjen-vinningsanordning omfatter en proporsjoneringsventi1 for variasjon av forholdet mellom uttaket fra kompressoren som mates til fortynn ingsparti et og det kjemiske gjenvinningsanlegg.

5. Anordning ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at belastningen er en elektrisk generator.

6. Anordning ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at anordningen for kjøling omfatter en varmegjenvinnings dampgenerator for fremstilling av damp og at systemet videre omfatter en dampturbin som drives av dampen fra varmegjenvinningsdampgeneratoren.

7. Anordning ifølge krav 6, KARAKTERISERT VED at belastningen omfatter en elektrisk generator og at anordningene for sammenkobling videre omfatter anordninger for sammenkobling av et uttak fra dampturbinen til den elektriske generator for å overføre driften til gassturbinen.

8. Anordning ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at anordningene for mating av et brennstoff omfatter en varmeveksler for overføring av varme fra en gass i det lukkede system, til brennstoffet.

9. Anordning ifølge krav 8, KARAKTERISERT VED at anordningen for kjøling omfatter en varmegjenvinnings dampgenerator for fremstilling av damp og at systemet videre omfatter en dampturbin som drives med damp fra varmegjenvinnings dampgeneratoren.

10. Anordning ifølge krav 9, KARAKTERISERT VED at varmeveksleren omfatter anordninger for overføring av varme fra gassen i det lukkede system til tilleggsvann for varmegjenvinnings dampgeneratoren.

11. Anordning ifølge krav 9, KARAKTERISERT VED at varmegjenvinnings dampgeneratoren omfatter minst et varmegjenvinnings brennkammer for tilførsel av ytterligere varme til dampen.

12. Anordning ifølge krav 11, KARAKTERISERT VED at varmegjenvinnings brennkammeret omfatter anordninger for ad-skillelse av varmegjenvinnings brennkammeret i et forbrenningsparti og et fortynningsparti, videre anordninger for mating av brennstoffti 1 førsel og trykkluft til forbrenningspartiet, anordninger for mating av kompressorens uttak til fortynningspartiet og anordninger for tilførsel av uttak fra varmegjen-vinningskammeret til gassene i det lukkede system.

13. Anordning ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at det kjemiske gjenvinningssystem omfatter et absorpsjonstårn med anordning for absorbsjon av karbondioksyd fra kompressorens uttak i et et absorberende væskemedium, en flashtank med anordninger for redusere et trykk i det absorberende væskemedium, idet en vesentlig del av karbondioksydet frigjøres, og anordninger for kompresjon av karbondioksydet som frigjøres i flashtanken.

14. Anordning ifølge krav 13, KARAKTERISERT VED at anordningen for kjøling omfatter en varmegjenvinnings dampgenerator for fremstilling av damp, idet systemet videre omfatter en dampturbin som drives med dampen fra varmegjenvinnings dampgeneratoren, og at det kjemiske gjenvinningssystem omfatter en stripptank for utvikling av ytterligere karbondioksyd fra det absorberende væskemedium, idet dampturbinen omfatter anordninger for å utvirke en strøm med lavstrykks prosessdamp til stripptanken.

15. Anordning ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at brennstoffet er et gassformet hydrokarbonbrennstoff av en olje-brønn.

16. Anordning ifølge krav 16, KARAKTERISERT VED at det gassformede hydrokarbonbrennstoff inneholder en vesentlig mengde karbondioksyd.

17. Anordning ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at brennstoffet er en væskeformet petroleum.

18. Anordning ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at brennstoffet er et forgasset hydrokarbon fastbrent stoff.

19. Anordning ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at belastningen er en elektrisk generator og at den kjemiske prosessanordning ytterligere omfatter anordninger for selektiv drift av gassturbinen som gassturbin med åpen krets for maksimer-ing av elektrisitetsfremsti11 i ngen .

20. Assisterende oljegjen vi nn ingssys tem for å øke oljeutvinningen av en utvinningsbrønn, KARAKTERISERT VED at den omfatter en gassturbin av den type som har en kompressor, et brennkammer og en turbin, anordninger for sammenkobling av turbinen for drift av kompressoren og en belastning, anordninger for oppdeling av brennkammeret i et forbrenningsparti og fortynningsparti , anordninger for å mate et brennstoff fra ut-vinningsbrønnen og en tilførsel av trykkluft til forbrenningspartiet, anordninger for mating av uttak fra kompressoren til fortynn ingsparti et, anordninger for kjøling av det gassformede uttak fra turbinen og for mating av det avkjølte uttak fra kompressoren, idet det derved er dannet et i det vesentlige lukket system, et kjemisk gjenvinningssystem for gjenvinning av i det minste karbondioksyd fra en gass-strøm som mates inn, anordninger for å mate noe av uttaket fra kompressoren til det kjemiske gjenvinningssystem i en mengde som er tilstrekkelig til å opprettholde et i det vesentlige konstant materialeinnhold i det lukkede system, anordninger for kompresjon av karbondioksydet for innsprøyting i en injeksjonsbrønn i avstand fra utvinningsbrønnen, og anordninger for mating, omfattende en proporsjoneringsventi1 for styring av forholdet mellom uttaket fra kompressoren og mengden av karbondioksyd i brennstoffet fra utvinningsbrønnen.

21. System ifølge krav 20, KARAKTERISERT VED at brennstoffet omfatter en variabel mengde karbondioksyd og at anordningen for mating av noe av uttaket fra kompressoren til det kjemiske gjenvinningssystem omfatter en proporsjonerings-ventil for å tillate variasjon av forholdet mellom uttaket fra kompressoren som mates til det kjemiske gjenvinningssystem i avhengighet av den variable mengde.