RU2013106285A - Генерирование энергии с использованием ионопроницаемой мембраны - Google Patents

Генерирование энергии с использованием ионопроницаемой мембраны Download PDF

Info

Publication number
RU2013106285A
RU2013106285A RU2013106285/06A RU2013106285A RU2013106285A RU 2013106285 A RU2013106285 A RU 2013106285A RU 2013106285/06 A RU2013106285/06 A RU 2013106285/06A RU 2013106285 A RU2013106285 A RU 2013106285A RU 2013106285 A RU2013106285 A RU 2013106285A
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
stream
membrane
heated
compressed
passed
Prior art date
Application number
RU2013106285/06A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2588294C2 (ru
Inventor
Родни Дж. АЛЛАМ
Original Assignee
ДжиТиЭлПЕТРОЛ ЭлЭлСи
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ДжиТиЭлПЕТРОЛ ЭлЭлСи filed Critical ДжиТиЭлПЕТРОЛ ЭлЭлСи
Publication of RU2013106285A publication Critical patent/RU2013106285A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2588294C2 publication Critical patent/RU2588294C2/ru

Links

Classifications

    • 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
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/22—Fuel supply systems
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B13/00—Oxygen; Ozone; Oxides or hydroxides in general
    • C01B13/02—Preparation of oxygen
    • C01B13/0229—Purification or separation processes
    • C01B13/0248—Physical processing only
    • C01B13/0251—Physical processing only by making use of membranes
    • 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
    • F02C3/26—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 solid or pulverulent, e.g. in slurry or suspension
    • F02C3/28—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 solid or pulverulent, e.g. in slurry or suspension using a separate gas producer for gasifying the fuel before combustion
    • 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
    • F02C3/30—Adding water, steam or other fluids for influencing combustion, e.g. to obtain cleaner exhaust gases
    • 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
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/04—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
    • F02C6/06—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output providing compressed gas
    • 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
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/04—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
    • F02C6/10—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output supplying working fluid to a user, e.g. a chemical process, which returns working fluid to a turbine of the plant
    • 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
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/18—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use using the waste heat of gas-turbine plants outside the plants themselves, e.g. gas-turbine power heat plants
    • 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
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/80—Aspect of integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas not covered by groups C01B2203/02 - C01B2203/1695
    • C01B2203/84—Energy production
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/70—Application in combination with
    • F05D2220/72—Application in combination with a steam turbine
    • F05D2220/722—Application in combination with a steam turbine as part of an integrated gasification combined cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/70—Application in combination with
    • F05D2220/75—Application in combination with equipment using fuel having a low calorific value, e.g. low BTU fuel, waste end, syngas, biomass fuel or flare gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/213—Heat transfer, e.g. cooling by the provision of a heat exchanger within the cooling circuit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00—Control
    • F05D2270/01—Purpose of the control system
    • F05D2270/20—Purpose of the control system to optimize the performance of a machine
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
    • Y02E20/18—Integrated gasification combined cycle [IGCC], e.g. combined with carbon capture and storage [CCS]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Air Supply (AREA)

Abstract

1. Система, содержащая:газовую турбину, включающую в себя компрессор и детандер турбины, причем компрессор турбины выводит поток воздуха в связи со сжатием воздуха, используемого во время сгорания;отдельный воздушный компрессор, выполненный с возможностью приема потока воздуха и сжимания потока воздуха для генерирования сжатого потока;первый теплообменник, выполненный с возможностью приема всего сжатого потока или по меньшей мере части сжатого потока и косвенного нагревания сжатого потока, используя теплоту потока кислорода от ионопроницаемой мембраны (ИПМ);второй теплообменник, выполненный с возможностью приема по меньшей мере части потока нагретого сжатого воздуха или всего потока нагретого сжатого воздуха от первого теплообменника и косвенного нагревания сжатого потока до температуры на входе ИПМ, использую теплоту потока, не прошедшего сквозь ИПМ, который был дополнительно нагрет;указанная ИПМ выполнена с возможностью приема нагретого сжатого потока и генерирования потока кислорода и потока, не прошедшего сквозь мембрану, причем поток, не прошедший сквозь мембрану подается на горелку топливного газа, а поток кислорода подается на первый теплообменник;горелку топливного газа, выполненную с возможностью приема нагретого не прошедшего сквозь мембрану потока и сжигания топливного газа в комбинации с не прошедшим сквозь мембрану потоком для генерирования нагретого не прошедшего сквозь мембрану потока;третий теплообменник, выполненный с возможностью приема нагретого не прошедшего сквозь мембрану потока от горелки газовой турбины и нагревания по меньшей мере части сжатого потока, используя теп

Claims (12)

1. Система, содержащая:
газовую турбину, включающую в себя компрессор и детандер турбины, причем компрессор турбины выводит поток воздуха в связи со сжатием воздуха, используемого во время сгорания;
отдельный воздушный компрессор, выполненный с возможностью приема потока воздуха и сжимания потока воздуха для генерирования сжатого потока;
первый теплообменник, выполненный с возможностью приема всего сжатого потока или по меньшей мере части сжатого потока и косвенного нагревания сжатого потока, используя теплоту потока кислорода от ионопроницаемой мембраны (ИПМ);
второй теплообменник, выполненный с возможностью приема по меньшей мере части потока нагретого сжатого воздуха или всего потока нагретого сжатого воздуха от первого теплообменника и косвенного нагревания сжатого потока до температуры на входе ИПМ, использую теплоту потока, не прошедшего сквозь ИПМ, который был дополнительно нагрет;
указанная ИПМ выполнена с возможностью приема нагретого сжатого потока и генерирования потока кислорода и потока, не прошедшего сквозь мембрану, причем поток, не прошедший сквозь мембрану подается на горелку топливного газа, а поток кислорода подается на первый теплообменник;
горелку топливного газа, выполненную с возможностью приема нагретого не прошедшего сквозь мембрану потока и сжигания топливного газа в комбинации с не прошедшим сквозь мембрану потоком для генерирования нагретого не прошедшего сквозь мембрану потока;
третий теплообменник, выполненный с возможностью приема нагретого не прошедшего сквозь мембрану потока от горелки газовой турбины и нагревания по меньшей мере части сжатого потока, используя теплоту нагретого не прошедшего сквозь мембрану потока, причем нагретый не прошедший сквозь мембрану поток охлаждается при косвенном нагреве;
трубопровод, выполненный с возможностью приема охлажденного на прошедшего сквозь мембрану потока от второго теплообменника и подачи охлажденного не прошедшего сквозь мембрану потока в топливный газ для газовой турбины и/или в точку между компрессором турбины и детандером; и
указанная горелка топливного газа газовой турбины сжигает топливный газ, смешанный с по меньшей мере частью не прошедшего сквозь мембрану потока в воздухе от компрессорной секции газовой турбины, причем температура комбинации топливного газа и не прошедшего сквозь мембрану потока ниже заранее определенной пороговой температуры для горелки газовой турбины, и концентрация кислорода в нагретом не прошедшем сквозь мембрану потоке такова, что при смешивании с потоком топливного газа концентрация кислорода становится ниже нижнего предела воспламеняемости смеси.
2. Система по п. 1, в которой 40% и 60% нагретого сжатого потока принимается от воздушного компрессора, отдельного от газовой турбины.
3. Система по п. 1, в которой нагрет на прошедший сквозь мембрану поток имеет температуру 800°С или выше.
4. Система по п. 1, в которой молярная концентрация кислорода в нагретом не прошедшем сквозь мембрану потоке составляет 2,5% или меньше.
5. Система по п. 1, в которой температура нагретого потока под давлением находится в диапазоне от приблизительно 800°С до приблизительно 900°С.
6. Система по п. 1, в которой поток воздуха, выводимый из компрессора газовой турбины как часть воздуха, подаваемого на ИПМ сжат до давления от приблизительно 2 бар до приблизительно 10 бар.
7. Способ, при котором
выводят из компрессора турбины поток воздуха в связи со сжатием воздуха, используемого при горении в газовой турбине;
сжимают поток воздуха для генерирования сжатого потока;
косвенно нагревают сжатый поток, используя теплоту от потока кислорода из ионопроницаемой мембраны (ИПМ);
генерируют поток кислорода и не прошедший сквозь мембрану поток, используя ИПМ, причем не прошедший сквозь мембрану поток подают на горелку газовой турбины, и поток кислорода подают на первый теплообменник;
сжигают топливный газ в комбинации с не прошедшим сквозь мембрану потоком для генерирования нагретого не прошедшего сквозь мембрану потока, причем температура топливного газа и не прошедшего сквозь мембрану потока ниже заранее определенной пороговой температуры для горелки газовой турбины, а концентрация кислорода в нагретом не прошедшем сквозь мембрану потоке такова, что смешивание с потоком топливного газа дает концентрацию кислорода ниже нижнего предела воспламенения смеси;
нагревают по меньшей мере часть сжатого потока, используя теплоту нагретого не прошедшего сквозь мембрану потока, причем нагретый не прошедший сквозь мембрану поток охлаждают во время косвенного нагрева, и
подают охлажденный не прошедший сквозь мембрану поток в топливный газ для газовой турбины и/или в точку между компрессором турбины и детандером.
8. Способ по п. 7, при котором 40% и 60% нагретого сжатого потока принимают от воздушного компрессора, отдельного от газовой турбины.
9. Способ оп п. 7, при котором температура нагретого не прошедшего сквозь мембрану потока составляет приблизительно 800°С или выше.
10. Способ по п. 7, при котором молярная концентрация кислорода в нагретом не прошедшем сквозь мембрану потоке составляет ниже приблизительно 2,5%.
11. Способ по п. 7, при котором нагретый сжатый поток имеет температуру в диапазоне от приблизительно 800°С до приблизительно 900°С.
12. Способ по п. 7, при котором нагретый сжатый поток имеет давление в диапазоне от приблизительно 2 бар до 10 бар.
RU2013106285/06A 2010-07-14 2011-07-14 Генерирование энергии с использованием ионопроницаемой мембраны RU2588294C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US36429310P 2010-07-14 2010-07-14
US61/364,293 2010-07-14
PCT/US2011/044078 WO2012009575A2 (en) 2010-07-14 2011-07-14 Generating power using an ion transport membrane

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013106285A true RU2013106285A (ru) 2014-08-20
RU2588294C2 RU2588294C2 (ru) 2016-06-27

Family

ID=

Also Published As

Publication number Publication date
US8539776B2 (en) 2013-09-24
WO2012009575A2 (en) 2012-01-19
WO2012009575A3 (en) 2012-04-12
AU2011279080A1 (en) 2013-02-21
AU2011279080B2 (en) 2015-12-03
CA2805224A1 (en) 2012-01-19
US20120031100A1 (en) 2012-02-09
US20140007586A1 (en) 2014-01-09
EP2593647A4 (en) 2017-05-17
CN103097694A (zh) 2013-05-08
CN103097694B (zh) 2016-10-19
US8850825B2 (en) 2014-10-07
EP2593647A2 (en) 2013-05-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2013121599A (ru) Генерирование энергии с использованием ионно-транспортной мембраны
RU2013116443A (ru) Способ и система управления энергетической установкой во время функционирования при низкой нагрузке
RU2015119662A (ru) Системы восполнения энергии и системы подогрева газовых турбин, а также способы их изготовления и использования
RU2008144181A (ru) Способ обработки топочного газа и устройство для его осуществления
US10060301B2 (en) Gas turbine unit operating mode and design
CN103775215B (zh) 操作具有顺序燃烧的燃气涡轮的方法及燃气涡轮
RU2010145022A (ru) Способ работы газотурбинной установки
CN203717127U (zh) 一种燃气轮机发电系统
US7832213B2 (en) Operating method for a turbogroup
RU2009148393A (ru) Способ производства азотной кислоты (варианты) и агрегат для производства азотной кислоты
RU2013106285A (ru) Генерирование энергии с использованием ионопроницаемой мембраны
RU2011151759A (ru) Газотурбинная установка с впрыском жидкости в контур гту
CN103670712B (zh) 一种燃气轮机发电系统
RU2012136263A (ru) Газотурбинная установка с подачей паро-топливной смеси
JP6657996B2 (ja) 燃焼ガス供給システム
CN104295327B (zh) 锅炉发电装置及工艺
RU2395695C1 (ru) Способ работы парогазовой установки
RU83544U1 (ru) Газотурбинная установка
RU141127U1 (ru) Парогазовая установка
RU2544900C2 (ru) Способ повышения электрического кпд микротурбинной установки
ES2439620B1 (es) Proceso para la obtención de energía eléctrica a partir de combustión de carbón, horno de reducción de co2, dos turbinas y un motor de gas
BG2501U1 (bg) Газопаров турбинен агрегат
RU2010118982A (ru) Способ генерации энергии в гибридной энергоустановке
CZ2012454A3 (cs) Systém přívodu plynu s obsahem vodíku a kyslíku do spalovacího prostoru kogenerační jednotky
GB2556011A (en) Equipment for gas turbine output increasing and efficiency improvement