TWI564473B - 低排放之三循環動力產生系統及方法 - Google Patents

Description

低排放之三循環動力產生系統及方法 相關申請案的交互參考

本申請案主張2010年7月2日提出之美國臨時專利申請案第61/361,170之優先權，其發明名稱為「低排放之三循環動力產生系統及方法」，其全部內容被併入本文作為參照本文。

本申請案包含的標的物，係關於2010年7月2日提出的美國專利申請案第61/361,169號，其發明名稱為「控制燃料燃燒的系統及方法」；2010年7月2日提出的美國專利申請案第61/361,173號，其發明名稱為「低排放之三循環動力產生系統及方法」；2010年7月2日提出的美國專利申請案第61/361,176號，其發明名稱為「以排氣循環及直接接觸冷卻器之化學計量燃燒」；2010年7月2日提出的美國專利申請案第61/361,178號，其發明名稱為「以排氣循環之富含空氣的化學計量燃燒」；及2010年7月2日提出的美國專利申請案第61/361,180號，其發明名稱為「低排放動力產生系統及方法」。

本揭示的具體實施例係關於複合循環動力系統中的低排放動力產生。更特別的是，本揭示的具體實施例係關於加強CO₂製造及捕捉之燃燒燃料的方法及設備。

本段落係要介紹本技藝的各種態樣，其與本揭示的示範性具體實施例相關。相信本討論是要輔助提供能促進對本揭示特殊態樣的較佳瞭解之架構。因此，應瞭解應以此見解閱讀本單元，且不一定為所承認之先前技藝。

許多產油國家正遭遇國內動力需求的強烈成長，且具有增強石油回收法(EOR)的興趣以增進其貯油層的油回收。二種常見的EOR技術包括對貯油層壓力維持的氮(N₂)注射及對EOR的混合驅油的二氧化碳(CO₂)注射。也有全球所關切的溫室氣體(GHG)排放。在許多國家將此議題與總量管制與交易(cap-and-trade)的政策執行結合，使這些及其他國家以及在國家中操作烴生產系統的公司將降低CO₂排放列為優先事項。

一些降低CO₂排放的方法包括燃料去碳化或使用例如胺類的溶劑之後燃燒捕捉。然而，此二種解決方法昂貴且降低動力產生效率，導致較低的動力產生、增加燃料需求及增加電力成本，以符合國內的動力需求。特別是存在氧、SO_x及NO_x成份時，使得胺溶劑吸收的使用很有問題。另一方法為在複合循環中的含氧燃料的氣體渦輪(例如其將來自氣體渦輪布雷頓(Brayton)循環的廢熱捕捉以製造蒸汽，及在蘭金(Rankin)循環中產生額外的動力)。然而，沒有商業可得的氣體渦輪可在該循環中操作且需要製造高純度氧的動力，明顯降低方法的總效率。一些研究已比較這些方法並顯示每一方法的一些優點。參見例如BOLLAND、OLAV及UNDRUM,HENRIETTE之去除氣體渦 輪動力廠的CO ₂ ：前及後燃燒方法的評估，SINTEF Group，見http://www.energy.sintef.no/publ/xergi/98/3/3art-8-engelsk.htm(1998)。

其他降低CO₂排放的方法包括化學計量的排氣循環，例如天然氣複合循環(NGCC)。在習用的NGCC系統中，提供足夠的燃料化學計量燃燒僅需要約40%的空氣進入體積，而剩餘60%的空氣體積係作為緩和溫度及冷卻排氣，使適合導入後續的膨脹機，但也不利地產生難以去除的過剩氧氣副產物。一般的NGCC產生低壓排氣，需要將所產生的一部份動力將CO₂抽取以隔離或EOR，因而降低NGCC的熱效率。而且，抽取CO₂的設備大且昂貴，且需要一些壓縮階段使常壓氣體達EOR或隔離所需的壓力。該限制為自與燃燒例如煤的其他化石燃料有關的低壓排氣之後燃燒碳捕捉的典型。

在前文討論本技藝中所需者係舉出具代表性者而非全面性者。若有能解決一種或多種該需求或在該領域一些其他相關的缺點之技術，會有利於複合循環動力系統的動力產生。

本揭示提供燃燒燃料、製造動力、處理所製的烴、及/或產生惰性氣體的系統及方法。該系統可在多種環境下實施，且該系統的產物可有許多用途。例如，可使用該系統及方法以製造二氧化碳流及氮流，其每一者在烴製造操作中可有多種可能的用途。同樣地，入口燃料可來自多種來源。例如，燃料可為任何習用的燃料流或可為所製的烴流，例如含有甲烷或較重的烴。

在本揭示範圍內的示範性系統包括氣體渦輪系統及排氣循環系統二者。氣體渦輪系統可包括第一壓縮機，係配置以將經冷卻的循環氣流接收及壓縮成經壓縮的循環流。該氣體渦輪系統可進一步包括第二壓縮機，係配置以將進料氧化劑接收及壓縮成經壓縮的氧化劑。更進一步，該氣體渦輪系統可包括燃燒室，係配置以接收經壓縮的循環流與經壓縮的氧化劑且將燃料流燃燒，其中該經壓縮的循環流作為稀釋劑，以緩和燃燒溫度。該氣體渦輪系統進一步包括耦接至第一壓縮機的膨脹機，係配置以接收燃燒室的排放物，以產生氣態排氣流，且至少部分驅動第一壓縮機。該氣體渦輪可進一步用以製造使用於其他系統的輔助動力。示範性系統進一步包括包含熱回收蒸汽產生器及增壓壓縮機的排氣循環系統。該熱回收蒸汽產生器可配置以接收來自膨脹機的氣態排氣流，並產生蒸汽及經冷卻的排氣流。可將該經冷卻的排氣流循環至氣體渦輪系統而成為經冷卻的循環氣流。在導至氣體渦輪系統時，經冷卻的循環氣流可通過增壓壓縮機，係配置以將經冷卻的排氣流接收並在注入第一壓縮機之前增加其壓力。

在以下詳細說明的單元中，以較佳的具體實施例結合說明本揭示的特定具體實施例。然而，在一定程度上，以下說明係針對本揭示的特殊具體實施例或特殊用途，係僅要作為示範目的及簡單地提供示範的具體實施例之說明。因此，本揭示並不受限於下述的特定具體實施例，而是包括所有落在隨附之申請專利範圍之真正精神及範圍內的替代方案、修改、及均等者。

在此所用的各種詞語定義如下。在一定程度上，以下未定義而使用於本申請專利範圍內的詞語，應給予以相關技藝人員在至少印刷出版品或核准公告的專利中呈現的詞語所給予的最寬廣定義。

如在此所用，詞語「天然氣」係指自原油井(相關的氣體)或自次岩層的含氣層(非相關的氣體)所得的多重成份氣體。天然氣的組成及壓力可有很明顯的變化。一般天然氣流含有的甲烷(CH₄)為主要成份，亦即大於天然氣流的50莫耳%為甲烷。天然氣流也可含有乙烷(C₂H₆)、較高分子量的烴(例如C₃-C₂₀烴)、一種或多種酸氣體(例如硫化氫、二氧化碳)、或其任意組合。天然氣也可含有少量的污染物，例如水、氮、硫化鐵、蠟、原油、或其任意組合。

如在此所用，詞語「化學計量燃燒」係指包含燃料及氧化劑之一量的反應物與因反應物的燃燒所形成的一量的產物之燃燒反應，其中全部量的反應物皆用以形成產物。如在此所用，詞語「實質上為化學計量燃燒」係指燃燒的燃料對氧的莫耳比約為化學計量比所需氧之約加或減10%或更佳為化學計量比所需氧之約加或減5%範圍之燃燒反應。例如，就甲烷之燃料對氧的化學計量比為1:2(CH₄+2O₂＞CO₂+2H₂O)。丙烷之燃料對氧的化學計量比為1:5。測量實質上為化學計量燃燒的另一方法為對化學計量燃燒所需氧的供氧比，例如自約0.9:1至約1.1:1，或更佳為自約0.95:1至約1.05:1。

如在此所用，詞語「流」係指一量的流體，雖然詞語流的使用一般意為流體的移動體積(例如具有速度或質量流率)。然而，詞語「流」不需速度、質量流率、或圍住流的特殊管道類型。

在此揭示的系統及方法的具體實施例可用以製造超低排放的電力及增強石油回收法(EOR)或隔離應用的CO₂。如在此揭示的具體實施例，空氣及燃料的混合物可以化學計量或實質上為化學計量地燃燒，並與循環的排氣流混合。在一些實施中，燃燒器可在對化學計量燃燒的二側有些偏離之下，為獲得化學計量燃燒的努力下操作。另外或替代地，燃燒器及氣體渦輪系統可在適於為偏好化學計量燃燒下，於除去氧的系統側出錯或偏離，而非供應過剩氧。通常包含例如CO₂之燃燒產物的循環排氣流可使用作為稀釋劑，以控制或緩和燃燒室的溫度及/或進入後續膨脹機中的排氣溫度。

為了消除過剩氧的去除成本，在接近化學計量條件的燃燒(或「略富含」的燃燒)可證明為有利的。將排氣冷卻及將流之外的水冷凝，可製造相當高含量的CO₂流。而一部份的循環排氣可用於密閉的布雷頓循環中的溫度緩和，剩餘的排除流可用於EOR應用，及可在微量或無SO_x、NO_x或CO₂排放至大氣之下製造電力。

現在參考圖式，如一個或多個具體實施例，圖1描述動力產生及使用複合循環配置的CO₂回收的說明性整合系統100的示意圖。在至少一個具體實施例中，動力產生系統100可包括氣體渦輪系統102，其特徵為製造動力、密閉的布雷頓循環。氣體渦輪系統102可具有經由柄108與膨脹機106耦接之第一或主要壓縮機104。柄108可為任何的機械、電力、或其他動力耦接，藉以使膨脹機106所產生的部分機械能驅動主要壓縮機104。在至少一個具體實施例中，氣體渦輪系統102可為標準的氣體渦輪，而主要壓縮機104及膨脹機106分別形成壓縮機及膨脹機的末端。然而，在其他具體實施例中，主要壓縮機104及膨脹機106可為系統102的個別化組件。

氣體渦輪系統102也可包括配置以將與管線114中經壓縮的氧化劑混合之管線112中的燃料燃燒之燃燒室110。在一個或多個具體實施例中，管線112中的燃料可包括任何適用的烴氣體或液體，例如天然氣、甲烷、乙烷、石腦油、丁烷、丙烷、合成氣、柴油、煤油、航空燃料、煤衍生的燃料、生質燃料、加氧烴原料、或其組合。管線114中經壓縮的氧化劑可衍生自與燃燒室110以流體耦接的第二或入口壓縮機118，並用以將進料氧化劑120壓縮。在一個或多個具體實施例中，進料氧化劑120可包括任何含氧的適用氣體，例如空氣、富氧空氣、貧氧空氣、純氧、或其組合。

以下將更詳細說明，燃燒室110也可接收經壓縮的循環流144，其包括主要含有CO₂及氮成份的排氣。經壓縮的循環流144可衍生自主要壓縮機104，並用以幫助促進管線114中經壓縮的氧化劑及管線112中的燃料之化學計量或實質上為化學計量燃燒，且也增加排氣中的CO₂濃度。在經壓縮的循環流144的存在下，導向膨脹機106入口的排放流116係以管線112中的燃料及管線114中經壓縮的氧化劑的燃燒產物所產生。在至少一個具體實施例中，管線112中的燃料可主要為天然氣，藉以產生包括汽化的水、CO₂、氮、氮氧化物(NO_x)、及硫氧化物(SO_x)之體積部分的排放116。在一些具體實施例中，因為燃燒平衡的限制，少部分未燃燒的燃料或其他化合物也可存在於排放116中。當排放流116通過膨脹機106而膨脹時，其產生機械動力以驅動主要壓縮機104、發電機、或其他設施，並也製造具有得自管線144中經壓縮的循環排氣之入流的更高CO₂含量的氣態排氣流122。以膨脹機106產生的機械動力可另外或替代地用於其他目的，例如對地方電網(local grid)提供電力或驅動設施或操作中的其他系統。

動力產生系統100也可包括排氣循環(EGR)系統124。在一個或多個具體實施例中，EGR系統124可包括熱回收蒸汽產生器(HRSG)126、或類似裝置，以流體耦接至蒸汽氣體渦輪128。在至少一個具體實施例中，HRSG 126及蒸汽氣體渦輪128的組合特徵為密閉的蘭金循環。當與氣體渦輪系統102組合時，HRSG 126及蒸汽氣體渦輪128可形成複合循環動力產生廠的一部份，例如天然氣的複合循環(NGCC)廠。可將氣態排氣流122送至HRSG 126以產生管線130中的蒸汽流及管線132中經冷卻的排氣。在一具體實施例中，可將管線130中的蒸汽送至蒸汽氣體渦輪128，以產生額外的電力。

可將管線132中經冷卻的排氣送至配置以將管線132中經冷卻的排氣溫度降低及產生經冷卻的循環氣流140之至少一個冷卻單元134。在一個或多個具體實施例中，冷卻單元134可為直接接觸的冷卻器、蛇行管冷卻器、機械冷凍單元、或其組合。也可將冷卻單元134配置為經由水漏失流138去除部分的冷凝水，在至少一個具體實施例中，經由管線141將其導至HRSG 126，以提供管線130中額外的蒸汽產生之水源。在一個或多個具體實施例中，可將經冷卻的循環氣流140導至與冷卻單元134為流體耦接的增壓壓縮機142。在冷卻單元134中將管線132中經冷卻的排氣冷卻，可降低在增壓壓縮機142中將經冷卻的循環氣流140壓縮所需的動力。

可將增壓壓縮機142配置以在將經冷卻的循環氣流140導入主要壓縮機104之前，增加其壓力。與習用的風扇或鼓風機系統相反，增壓壓縮機142增加經冷卻的循環氣流140的整體密度，藉以將相同體積流之增加的質量流率導至主要壓縮機104。因為主要壓縮機104一般受體積流所限制，經由主要壓縮機104導入更多的質量流可導致來自主要壓縮機104更高的排放壓力，藉以通過膨脹機106轉換成更高的壓力比。通過膨脹機106產生更高的壓力比可容許更高的入口溫度，也因此增加膨脹機106的動力及效率。此可證明是有利的，因為富CO₂的排放116通常維持較高的比熱容量。

可將主要壓縮機104配置以將接收自增壓壓縮機142之經冷卻的循環氣流140壓縮至名義上高於燃燒室110的壓力，藉以產生經壓縮的循環流144。在至少一個具體實施例中，排除流146可自經壓縮的循環流144排出，且隨後在CO₂分離器148中處理，經由管線150捕捉於高壓下的CO₂。管線150中經分離的CO₂可用於銷售、使用於其他需要二氧化碳的方法、及/或將其壓縮並注入增強石油回收法(EOR)的陸上貯油層、隔離、或其他目的。

基本上已缺乏CO₂且主要由氮所組成的殘餘流151可衍生自CO₂分離器148。在一些實施中，可將富氮的殘餘流151排放及/或直接使用於一個或多個操作中。在一個或多個具體實施例中，可能處於壓力下的殘餘流151可在與CO₂分離器148以流體耦接的氣體膨脹機152中膨脹，例如動力製造用之氮膨脹機。如圖1-3所描述，氣體膨脹機152可視需要經由常見的柄154或其他機械、電動、或其他動力耦接與入口壓縮機118耦接，藉以使氣體膨脹機152所產生的部分動力驅動入口壓縮機118。在氣體膨脹機152中膨脹之後，管線156中主要由氮所組成的排氣可排放至大氣或實施技藝中已知的其他應用。例如，經膨脹的氮流可使用於蒸發的冷卻方法中，其配置以進一步降低排氣的溫度，如大致上與同時提出、發明名稱為「以排氣循環及直接接觸冷卻器之化學計量燃燒」的美國專利申請案中所述，其內容以不與本揭示不一致的程度提及方式納入本文。在至少一個具體實施例中，氣體膨脹機152、入口壓縮機118、及CO₂分離器的組合特徵為開放的布雷頓循環、或系統100的第三動力製造組件。

然而，在其他具體實施例中，氣體膨脹機152可用以對其他應用提供動力，且不直接與化學計量的壓縮機118耦接。例如，在以膨脹機152產生的動力與壓縮機118的需求之間可能有實質的錯誤配對。在此情況下，可使用膨脹機152以驅動需要較低動力之較小的壓縮機(未示出)。而在其他具體實施例中，氣體膨脹機152可用下游的壓縮機(未示出)取代，其係配置以將殘餘流151壓縮並產生適用於注入壓力維持的貯油層或EOR應用之經壓縮的排氣。

如在此所述的EGR系統124，特別是加入增壓壓縮機142時，可實施進行以達到動力產生系統100的排氣中較高濃度的CO₂，藉以使後續的隔離、壓力維持、或EOR應用之更有效的CO₂分離。例如，在此揭示的具體實施例可有效地增加排氣流中的CO₂濃度至約10體積%或更高。為完成此事，燃燒室110可用以將管線112中的燃料與管線114中經壓縮的氧化劑之入流混合物加以化學計量地燃燒。為緩和化學計量燃燒的溫度以符合膨脹機106入口溫度及組件的冷卻需求，衍生自經壓縮的循環流144的一部份排氣可同時注入燃燒室110中，作為稀釋劑。因此，本揭示的具體實施例基本上可消除排氣中任何過剩的氧，而同時增加其CO₂的組成。如此，氣態排氣流122可具有低於約3.0體積%的氧，或低於約1.0體積%的氧，或低於約0.1體積%的氧，或甚至低於約0.001體積%的氧。

現在將討論系統100的示範操作特性。應可體會在此揭示的任何具體實施例的各種組件中所達到或遭遇的特定溫度及壓力，可視使用的氧化劑純度膨脹機、壓縮機、冷卻器等的特定製造及/或樣式的其他因子而改變。因此，應體會在此所述的特殊數據係僅為說明的目的，且不應被理解為彼之唯一解釋。在一具體實施例中，入口壓縮機118可配置以提供管線114中經壓縮的氧化劑壓力介於約280 psia及約300 psia的範圍。然而，在此也考慮空氣衍生的氣體渦輪技術，其可製造及消耗壓力達約750 psia及更高。

主要壓縮機104可配置以將經循環的排氣壓縮進壓力於名義上高於或處於燃燒室110的壓力下之經壓縮的循環流144，且在燃燒室110中使用一部份該經循環的排氣作為稀釋劑。因為燃燒室110中所需稀釋劑的量可視用以化學計量燃燒的氧化劑純度或膨脹機106的樣式而定，熱偶環及/或氧感應器(未示出)可與燃燒室或氣體渦輪系統結合，通常係以直接測量或以估計及/或計算、溫度及/或在一個或多個流中的氧濃度而決定。例如，熱偶及/或氧感應器可配置在燃燒室110的出口、膨脹機106的入口、及/或膨脹機106的出口。在操作時，熱偶及感應器可用以調節及決定作為稀釋劑所需的排氣體積，以將燃燒產物冷卻至所需的膨脹機入口溫度，且也調節注入燃燒室110之氧化劑的量。因此，當回應以熱偶偵測的熱需求及以氧感應器偵測的氧濃度時，可操作或控制經壓縮的循環流144及管線114中經壓縮的氧化劑之體積質量流，以符合需求。

在至少一個具體實施例中，在化學計量燃燒時，橫跨燃燒室110可遭遇約12-13 psia的壓降。管線112中燃料及管線114中經壓縮的氧化劑之燃燒可產生介於約2000℉及約3000℉的溫度與範圍為250 psia至約300 psia的壓力。因為增加的質量流及衍生自經壓縮的循環流144之富CO₂排氣的較高比熱容量，橫跨膨脹機106可達到較高的壓力比，因而容許較高的入口溫度及增加膨脹機106的動力。

自膨脹機106離開的氣態排氣流122可處於大氣或接近大氣的壓力。在至少一個具體實施例中，氣態排氣流122可具有壓力為約15.2 psia。氣態排氣流122在通過HRSG 126之前的溫度可在約1180℉至約1250℉的範圍，以產生管線130中的蒸汽及管線132中經冷卻的排氣。管線132中經冷卻的排氣可具有在約190℉至約200℉的溫度範圍。在一個或多個具體實施例中，冷卻單元134可降低管線132中經冷卻的排氣溫度，藉以產生溫度介於約32℉及120℉之經冷卻的循環氣流140，主要視在特定位置及特定季節的濕球溫度而定。視冷卻單元134所提供的冷卻程度而定，冷卻單元可用以增加經冷卻循環的氣流之質量流率。

如一個或多個具體實施例，增壓壓縮機142可配置以提高經冷卻的循環氣流140的壓力至約17.1 psia至約21 psia的壓力範圍。結果，主要壓縮機104將具有更高密度及增加的質量流之經循環的排氣接收及壓縮，當維持相同或類似的壓力比時，可以容許實質上更高的排放壓力。在至少一個具體實施例中，排放自主要壓縮機104之經壓縮的循環流144的溫度可為約800℉，壓力約為280 psia。

下表提供以複合循環氣體渦輪為基礎，如在此所述具有及未有增壓壓縮機142所增加的好處的測試結果及成效估計。

由表1應很明顯，包括增壓壓縮機142的具體實施例因為增加壓力比，可導致增加膨脹機106的動力(亦即「氣體渦輪膨脹機動力」)。雖然可增加主要壓縮機104的動力需求，其增加高於以膨脹機106動力輸出之增加的抵銷，因而導致整體熱力學成效效率增進約1% lhv(低熱值)。

而且，當併入該膨脹機時，加入增壓壓縮機142也可增加氮膨脹機152的動力輸出。更進一步的是，增壓壓縮機142可增加排除流146管線中CO₂壓力。因為較高的CO₂分壓，增加排除流146的排除壓力可導致CO₂分離器148中增進的溶劑處理成效。該增進可包括、但非限於以溶劑萃取方法的設備尺寸縮小之形式、降低整體資本支出。

現在參考圖2，以圖1的動力產生系統100的替代具體實施例說明，以系統200作為示範及說明。如此，參考圖1可最瞭解圖2。與圖1的系統100相似，圖2的系統200包括與排氣循環(EGR)系統124耦接或以其支援的氣體渦輪系統102。然而，圖2中的EGR系統124可包括一具體實施例，其中增壓壓縮機142接著或可與HRSG 126以流體耦接。如此，管線132中經冷卻的排氣可在冷卻單元134中降低溫度之前於增壓壓縮機142中壓縮。因此，冷卻單元134可作為用以去除因增壓壓縮機142產生的壓縮熱的後冷卻器。如先前揭示的具體實施例，水漏失流138可以或不導至HRSG 126，以產生管線130中額外的蒸汽。

如上述討論，然後可將經冷卻的循環氣流140導至將其進一步壓縮的主要壓縮機104，藉以產生經壓縮的循環流144。應可體會，將管線132中經冷卻的排氣於增壓壓縮機142中壓縮後於冷卻單元134中冷卻，可降低將經冷卻的循環氣流140壓縮至後續主要壓縮機104中預定的壓力所需之動力量。

圖3說明圖1低排放動力產生系統100的另一具體實施例，以系統300為例。如此，參考圖1及2可最瞭解圖3。與分別說明於圖1及圖2的系統100、200相似，系統300包括以EGR系統124支援或與其耦接的氣體渦輪系統102。然而，圖3中的EGR系統124可包括第一冷卻單元134及第二冷卻單元136，在其之間具有以流體耦接的增壓壓縮機142。如前述的具體實施例，每一冷卻單元134、136可為本技藝中已知的直接接觸冷卻器、蛇行管冷卻器、或類似者。

在一個或多個具體實施例中，可將排放自HRSG 126之管線132中經冷卻的排氣送至第一冷卻單元134，以製造冷凝的水漏失流138及經冷卻的循環氣流140。可將經冷卻的循環氣流140導向增壓壓縮機142，以對經冷卻的循環氣流140增加壓力，且然後將其導至第二冷卻單元136。第二冷卻單元136可作為用以將增壓壓縮機142所產生的壓縮熱去除的後冷卻器，且經由水漏失流143也去除另外的冷凝水。在一個或多個具體實施例中，每一水漏失流138、143可以或不導至HRSG 126，以產生管線130中額外的蒸汽。

然後可將經冷卻的循環氣流140導入主要壓縮機104，以產生名義上高於或處於燃燒室110壓力之經壓縮的循環流144。應可體會，將管線132中經冷卻的排氣於第一冷卻單元134中冷卻，可降低將經冷卻的循環氣流140在增壓壓縮機142中壓縮所需之動力量。而且，在第二冷卻單元136中進一步將排氣冷卻，可降低將經冷卻的循環氣流140壓縮至後續主要壓縮機104中預定的壓力所需之動力量。

本揭示可接受各種修改及替代形式，以上討論的示範性具體實施例僅以實例的方式顯示。然而，應再次瞭解本揭示並非限於在此揭示的特殊具體實施例。事實上，本揭示包括所有落在隨附之申請專利範圍之真正精神及範圍內的替代方案、修改、及均等者。

100．．．整合系統

102．．．氣體渦輪系統

104．．．主要壓縮機

106．．．膨脹機

108．．．柄

110．．．燃燒室

112．．．管線

114．．．管線

116．．．排放流

118．．．入口壓縮機

120．．．進料氧化劑

122．．．氣態排氣流

124．．．排氣循環系統

126．．．熱回收蒸汽產生器

128．．．蒸汽氣體渦輪

130．．．管線

132．．．管線

134．．．冷卻單元

136．．．第二冷卻單元

138．．．水漏失流

140．．．經冷卻的循環氣流

141．．．管線

142．．．增壓壓縮機

143．．．水漏失流

144．．．經壓縮的循環流

146．．．排除流

148．．．CO₂分離器

150．．．管線

151．．．殘餘流

152．．．氣體膨脹機

154．．．柄

156．．．管線

200．．．整合的系統

當審視前述的詳細說明及具體實施例的非限制用實例圖式，可更凸顯本揭示的前述及其他優點，其中：

如本揭示之一個或多個具體實施例，圖1說明低排放動力產生及加強CO₂回收之整合系統。

如本揭示之一個或多個具體實施例，圖2說明低排放動力產生及加強CO₂回收之另一整合系統。

如本揭示之一個或多個具體實施例，圖3說明低排放動力產生及加強CO₂回收之另一整合系統。

100．．．整合系統

102．．．氣體渦輪系統

104．．．主要壓縮機

106．．．膨脹機

108．．．柄

110．．．燃燒室

112．．．管線

114．．．管線

116．．．排放流

118．．．入口壓縮機

120．．．進料氧化劑

122．．．氣態排氣流

124．．．排氣循環系統

126．．．熱回收蒸汽產生器

128．．．蒸汽氣體渦輪

130．．．管線

132．．．管線

134．．．冷卻單元

138．．．水漏失流

140．．．經冷卻的循環氣流

141．．．管線

142．．．增壓壓縮機

144．．．經壓縮的循環流

146．．．排除流

148．．．CO₂分離器

150．．．管線

151．．．殘餘流

152．．．氣體膨脹機

154．．．柄

156．．．管線

Claims (18)

1. 一種整合的系統，其包含：氣體渦輪系統，其包含第一壓縮機，係配置以將經冷卻的循環氣流接收及壓縮成經壓縮的循環流；第二壓縮機，係配置以將進料氧化劑接收及壓縮成經壓縮的氧化劑；燃燒室，係配置以接收經壓縮的循環流與經壓縮的氧化劑且化學計量地燃燒燃料流，其中該經壓縮的循環流作為稀釋劑，以緩和燃燒溫度；及耦接至第一壓縮機的膨脹機，係配置以接收燃燒室的排放物，以產生氣態排氣流，且至少部分驅動第一壓縮機；及排氣循環系統，其包含：熱回收蒸汽產生器，係配置以接收來自膨脹機的氣態排氣流，並產生蒸汽及經冷卻的排氣流；增壓壓縮機，係配置以將經冷卻的排氣流接收並增加壓力，以提供注入第一壓縮機中之經冷卻的循環氣流；及至少一種冷卻單元，係配置以接收該經冷卻的排氣流及該經冷卻的循環氣流之至少一者，並從該經冷卻的排氣流及該經冷卻的循環氣流之至少一者中的水產生水漏失流，其中該水漏失流係以流體耦接至該熱回收蒸汽產生器，以產生額外的蒸汽。
2. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該排氣循環系統進一步包含配置以接收蒸汽並產生電力的蒸汽氣體渦輪。
3. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該進料氧化劑為空氣、富氧空氣、及其任意組合。
4. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該燃料流係選自：天然氣、甲烷、石腦油、丁烷、丙烷、合成氣、柴油、煤油、航空燃料、煤衍生的燃料、生質燃料、加氧烴原料、及其任意組合。
5. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該氣態排氣流係以高於大氣的壓力下提供至熱回收蒸汽產生器。
6. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該氣態排氣流離開膨脹機時的溫度為介於1180℉至1250℉。
7. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該增壓壓縮機將經冷卻的循環氣流壓力增加至介於17.1psia至21psia的壓力。
8. 如申請專利範圍第1項之系統，其進一步包含取自經壓縮的循環流的排除流。
9. 如申請專利範圍第8項之系統，其中該排除流係在CO₂分離器中處理，以產生二氧化碳流及實質上包含氮氣的殘餘流。
10. 如申請專利範圍第8項之系統，其中將至少一部份排除流送至二氧化碳隔離、二氧化碳銷售、碳捕捉、排放、或其組合的地點。
11. 一種產生動力的方法，其包含：在第一壓縮機中將經冷卻的循環氣流壓縮，以產生經壓縮的循環流；在第二壓縮機中將進料氧化劑壓縮，以產生經壓縮的氧化劑；將燃料流及經壓縮的氧化劑在經壓縮的循環流存在下於燃燒室中燃燒，藉以產生排放物，其中該經壓縮的循環流係用以緩和排放物的溫度；在膨脹機中將排放物膨脹，以產生氣態排氣流及至少一單位的動力；在熱回收蒸汽產生器中將來自氣態排氣流的熱回收，以製造蒸汽及經冷卻的排氣流；及在冷卻單元中將經冷卻的排氣流及經冷卻的循環氣流之至少一者冷卻，以去除自該處而來之至少一部份的冷凝水；將來自該冷卻單元的該冷凝水部分導至該熱回收蒸汽產生器，以產生額外的蒸汽；及在增壓壓縮機中將經冷卻的排氣流壓力增加，以提供注入第一壓縮機之該經冷卻的循環氣流。
12. 如申請專利範圍第11項之方法，其進一步包含從蒸汽氣體渦輪中的蒸汽產生電力。
13. 如申請專利範圍第11項之方法，其進一步包含：將排除流中一部份經壓縮的循環流去除；在CO₂分離器中處理該排除流；及 將二氧化碳流及實質上包含氮氣的殘餘流自CO₂分離器排放。
14. 一種整合的系統，其包含：氣體渦輪系統，其包含第一壓縮機，係配置以將經冷卻的循環氣流接收及壓縮成經壓縮的循環流；第二壓縮機，係配置以將進料氧化劑接收及壓縮成經壓縮的氧化劑；燃燒室，係配置以接收經壓縮的循環流與經壓縮的氧化劑且化學計量地燃燒燃料流；及耦接至第一壓縮機的膨脹機，係配置以接收燃燒室的排放物，於溫度1180℉至1250℉下產生氣態排氣流，且產生至少一單位的電力；及排氣循環系統，其包含：熱回收蒸汽產生器，係配置以接收來自膨脹機的氣態排氣流，並產生蒸汽及經冷卻的排氣流；增壓壓縮機，係配置以將經冷卻的排氣流接收及增加其壓力至介於17.1psia至21psia的壓力；及第一冷卻單元，係接收來自增壓壓縮機之經冷卻的排氣流，並產生：來自該經冷卻的排氣流中的水之水漏失流，該水漏失流係以流體耦接至該熱回收蒸汽產生器，以產生額外的蒸汽，及注入該第一壓縮機中之該經冷卻的循環氣流。
15. 如申請專利範圍第14項之系統，其進一步包含取自經壓縮的循環流之排除流，並在CO₂分離器中處理，以產生二氧化碳流及實質上包含氮氣的殘餘流。
16. 如申請專利範圍第9項之系統，其進一步包含流體耦接至該CO₂分離器的氮膨脹機，係配置以從該實質上包含氮氣的殘餘流產生動力。
17. 如申請專利範圍第16項之系統，其中該氮膨脹機接收該實質上包含氮氣的殘餘流而不添加燃料或氧化劑。
18. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該冷卻單元係配置以提供水至該熱回收蒸汽產生器。