EA 026048B1 20170228

	Патентная документация ЕАПВ
Запрос:	ea000026048b*\id
Результат:	ID\|Номер и дата охранного документа

больше ...

Термины запроса в документе

Реферат

[RU]

1. Система генерирования энергии, содержащая первый компрессор, выполненный с возможностью приема и сжатия одного или более окислителей для образования сжатого окислителя; первую камеру сгорания, выполненную с возможностью приема и сжигания первой части сжатого окислителя по меньшей мере одного первого топлива и первого разбавителя для образования первого выходящего потока; первый детандер, выполненный с возможностью приема первого выходящего потока из первой камеры сгорания и образования первого газообразного выходящего потока; второй компрессор, выполненный с возможностью приема и сжатия охлажденного рециркуляционного потока для образования сжатого рециркуляционного потока, причем охлажденный рециркуляционный поток содержит по меньшей мере часть первого газообразного выходящего потока; вторую камеру сгорания, выполненную с возможностью приема и сжигания второй части сжатого окислителя, по меньшей мере одного второго топлива и второго разбавителя для образования второго выходящего потока, причем второй разбавитель содержит по меньшей мере часть сжатого рециркуляционного потока; второй детандер, выполненный с возможностью приема второго выходящего потока из второй камеры сгорания и образования второго газообразного выходящего потока; теплоутилизационный парогенератор, выполненный с возможностью приема и охлаждения первого и второго газообразных выходящих потоков для образования объединенного выходящего потока и пара; охлаждающее устройство, выполненное с возможностью приема и охлаждения объединенного выходящего потока и образования охлажденного рециркуляционного потока; и сепаратор, выполненный с возможностью приема и разделения части сжатого рециркуляционного потока на выходящий поток из сепаратора и поток продукта из сепаратора, причем первый разбавитель содержит по меньшей мере часть потока продукта из сепаратора.

2. Система по п.1, в которой охлаждающее устройство представляет собой охладитель с непосредственным контактом.

3. Система по п.1, в которой поток продукта из сепаратора содержит азот, кислород, аргон или их комбинацию.

4. Система по п.1, в которой выходящий поток из сепаратора содержит диоксид углерода.

5. Система по п.1, в которой в сепараторе используется процесс сепарации, выбранный из сепарации с использованием горячего углекислого калия, сепарации с использованием аминов, сепарации с использованием молекулярных сит, мембранной сепарации, адсорбционной кинетической сепарации, сепарации с использованием регулируемой зоны замораживания или их комбинаций.

6. Система по п.5, в которой в сепараторе используется процесс сепарации с использованием горячего углекислого калия.

7. Система по п.1, в которой выходящий поток из сепаратора используется для повышения нефтеотдачи в резервуаре углеводородов.

8. Система по п.1, в которой поток продукта из сепаратора используется для поддержания давления в резервуаре углеводородов.

9. Система по п.1, дополнительно содержащая третий детандер, выполненный с возможностью приема и расширения по меньшей мере части потока продукта из сепаратора.

10. Система по п.9, дополнительно содержащая устройство для нагрева продукта, выполненное с возможностью приема и нагрева части потока продукта из сепаратора, направляемой в третий детандер.

11. Система по п.9, дополнительно содержащая устройство для охлаждения продукта, выполненное с возможностью приема и охлаждения части потока продукта из сепаратора, направляемой в третий детандер.

12. Система по п.1, дополнительно содержащая охлаждающее устройство для сепаратора, выполненное с возможностью приема и охлаждения части сжатого рециркуляционного потока, направляемого в сепаратор.

13. Способ генерирования энергии с помощью системы по п.1, включающий этапы, на которых сжимают один или более окислителей в первом компрессоре для образования сжатого окислителя; подают первую часть сжатого окислителя, по меньшей мере одно первое топливо и первый разбавитель в первую камеру сгорания; сжигают первую часть сжатого окислителя и по меньшей мере одно первое топливо в первой камере сгорания для образования первого выходящего потока; расширяют первый выходящий поток в первом детандере для образования первого газообразного выходящего потока; сжимают охлажденный рециркуляционный поток во втором компрессоре для образования сжатого рециркуляционного потока, причем охлажденный рециркуляционный поток содержит по меньшей мере часть первого газообразного выходящего потока; подают вторую часть сжатого окислителя, по меньшей мере одно второе топливо и второй разбавитель во вторую камеру сгорания, причем второй разбавитель содержит по меньшей мере часть сжатого рециркуляционного потока; сжигают вторую часть сжатого окислителя и по меньшей мере одно второе топливо во второй камере сгорания для образования второго выходящего потока; расширяют второй выходящий поток во втором детандере для образования второго газообразного выходящего потока; извлекают тепло из первого и второго газообразных выходящих потоков; объединяют первый и второй газообразные выходящие потоки для образования объединенного выходящего потока; охлаждают объединенный выходящий поток для образования охлажденного рециркуляционного потока и отделяют по меньшей мере часть сжатого охлажденного рециркуляционного потока для образования выходящего потока и потока продукта, первый разбавитель содержит по меньшей мере часть потока продукта.

14. Способ по п.13, в котором тепло извлекают из первого газообразного выходящего потока, второго газообразного выходящего потока или из обоих потоков в одном или более теплоутилизационных парогенераторах.

15. Способ по п.13, в котором первый и второй газообразные выходящие потоки объединяют перед извлечением тепла из первого и второго газообразных выходящих потоков.

16. Способ по п.13, в котором первый и второй газообразные выходящие потоки объединяют после извлечения тепла из первого и второго газообразных выходящих потоков.

17. Способ по п.13, в котором объединенный выходящий поток охлаждают в охладителе с непосредственным контактом.

18. Способ по п.13, в котором поток продукта содержит азот, кислород, аргон или их комбинацию.

19. Способ по п.13, в котором выходящий поток содержит диоксид углерода.

20. Способ по п.13, в котором по меньшей мере часть сжатого рециркуляционного потока подвергают сепарации посредством использования процесса, выбранного из сепарации с использованием горячего углекислого калия, сепарации с использованием аминов, сепарации с использованием молекулярных сит, мембранной сепарации, адсорбционной кинетической сепарации, сепарации с использованием регулируемой зоны замораживания или их комбинаций.

21. Способ по п.20, в котором по меньшей мере часть сжатого рециркуляционного потока подвергают сепарации посредством использования процесса сепарации с использованием горячего углекислого калия.

22. Способ по п.13, дополнительно включающий сжатие по меньшей мере части выходящего потока и инжектирование выходящего потока в резервуар углеводородов для повышения нефтеотдачи.

23. Способ по п.13, дополнительно включающий инжектирование по меньшей мере части потока продукта в резервуар углеводородов для поддержания давления.

24. Способ по п.13, дополнительно включающий расширение по меньшей мере части потока продукта для генерирования энергии.

25. Способ по п.24, дополнительно включающий нагрев по меньшей мере части потока продукта перед расширением.

26. Способ по п.24, дополнительно включающий охлаждение по меньшей мере части потока продукта перед расширением.

Полный текст патента

(57) Реферат / Формула:

3. Система по п.1, в которой поток продукта из сепаратора содержит азот, кислород, аргон или их комбинацию.

4. Система по п.1, в которой выходящий поток из сепаратора содержит диоксид углерода.

18. Способ по п.13, в котором поток продукта содержит азот, кислород, аргон или их комбинацию.

19. Способ по п.13, в котором выходящий поток содержит диоксид углерода.

25. Способ по п.24, дополнительно включающий нагрев по меньшей мере части потока продукта перед расширением.

Евразийское 026048 (13) B1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента 2017.02.28
(21) Номер заявки 201391353
(22) Дата подачи заявки
2012.03.05
(51) Int. Cl. F01D 15/10 (2006.01) F02C 3/30 (2006.01)
(54) СИСТЕМА И СПОСОБ УЛАВЛИВАНИЯ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА В
КОМБИНИРОВАННОЙ ТУРБИНЕ С НИЗКИМ УРОВНЕМ ВЫБРОСОВ
(31) 61/466,381; 61/466,384; 61/466,385; 61/542,039; 61/542,035; 61/542,030;
61/542,031
(32) 2011.03.22; 2011.03.22; 2011.03.22; 2011.09.30; 2011.09.30; 2011.09.30; 2011.09.30
(33) US
(43) 2014.11.28
(86) PCT/US2012/027780
(87) WO 2012/128928 2012.09.27
(71) (73) Заявитель и патентовладелец:
ЭКСОНМОБИЛ АПСТРИМ РИСЕРЧ КОМПАНИ (US)
(72) Изобретатель:
Миттрикер Франклин Ф., Хантингтон Ричард Э., Сайтс О. Ангус, Дханука Сулабх К., О'Ди Деннис М., Элфке Расселл Х., Дентон Роберт Д. (US)
(74) Представитель:
Медведев В.Н. (RU)
(56) US-A1-20070006565 US-A1-20090117024 US-A1-20040148941 US-A-6055803
(57) Разработаны системы, способы и устройство для генерирования энергии в комбинированных турбинных системах с низким уровнем выбросов и улавливания и извлечения диоксида углерода из выхлопных газов. В одном или нескольких вариантах осуществления выходящие потоки, выходящие из нескольких турбинных систем, объединяются, охлаждаются, сжимаются и подвергаются сепарации для получения выходящего потока отходов, содержащего диоксид углерода, и потока продукта, содержащего азот. Части рециркуляционных выходящих потоков и потоков продукта могут быть использованы в качестве разбавителей для регулирования горения в каждой камере сгорания турбинных систем.
Перекрестная ссылка на родственные заявки
Данная заявка испрашивает на приоритет предварительной заявки 61/542039 на патент США, поданной 30 сентября 2011 года, озаглавленной SYSTEMS AND METHODS FOR CARBON DIOXIDE CAPTURE IN LOW EMISSION COMBINED TURBINE SYSTEMS; предварительной заявки 61/466384 на патент США, поданной 22 марта 2011 года, озаглавленной LOW EMISSION TURBINE SYSTEMS HAVING A MAIN AIR COMPRESSOR OXIDANT CONTROL APPARATUS AND METHODS RELATED THERETO; предварительной заявки 61/542030 на патент США, поданной 30 сентября 2011 года, озаглавленной LOW EMISSION TURBINE SYSTEMS INCORPORATING INLET COMPRESSOR OXIDANT
CONTROL APPARATUS AND METHODS RELATED THERETO; предварительной заявки 61/466385 на
патент США, поданной 22 марта 2011 года, озаглавленной METHODS FOR CONTROLLING STOICHI-OMETRIC COMBUSTION ON A FIXED GEOMETRY GAS TURBINE SYSTEM AND APPARATUS AND
SYSTEMS RELATED THERETO; предварительной заявки 61/542031 на патент США, поданной 30 сентября 2011 года, озаглавленной SYSTEMS AND METHODS FOR CONTROLLING STOICHIOMETRIC COMBUSTION IN LOW EMISSION TURBINE SYSTEMS; предварительной заявки 61/466381 на патент США, поданной 22 марта 2011 года, озаглавленной METHODS OF VARYING LOW EMISSION TURBINE GAS RECYCLE CIRCUITS AND SYSTEMS AND APPARATUS RELATED THERETO; предварительной заявки 61/542035 на патент США, поданной 30 сентября 2011 года, озаглавленной METHODS
OF VARYING LOW EMISSION TURBINE GAS RECYCLE CIRCUITS AND SYSTEMS AND APPARATUS RELATED THERETO, которые все настоящим полностью включены в данную заявку путем ссылки.
Данная заявка является родственной по отношению к предварительной заявке 61/542036 на патент США, поданной 30 сентября 2011 года, озаглавленной SYSTEMS AND METHODS FOR CARBON DIOXIDE CAPTURE IN LOW EMISSION COMBINED TURBINE SYSTEMS, предварительной заявке
61/542037 на патент США, поданной 30 сентября 2011, озаглавленной SYSTEMS AND METHODS FOR
CARBON DIOXIDE CAPTURE IN LOW EMISSION COMBINED TURBINE SYSTEMS, предварительной
заявке 61/542041 на патент США, поданной 30 сентября 2011 года, озаглавленной LOW EMISSION
POWER GENERATION SYSTEMS AND METHODS INCORPORATING CARBON DIOXIDE SEPARATION, которые все настоящим полностью включены в данную заявку путем ссылки.
Область техники, к которой относится изобретение
Варианты осуществления изобретения относятся к генерированию энергии с низким уровнем выбросов. Более точно, варианты осуществления изобретения относятся к способам и устройству для улавливания диоксида углерода для обеспечения повышенного кпд и уменьшенных затрат в комбинированных газотурбинных системах с низким уровнем выбросов.
Предпосылки создания изобретения
Данный раздел предназначен для представления различных аспектов уровня техники, которые могут быть связаны с приведенными в качестве примера вариантами осуществления настоящего изобретения. Полагают, что данное рассмотрение будет способствовать формированию базовых представлений для облегчения лучшего понимания определенных аспектов настоящего изобретения. Соответственно, следует понимать, что данный раздел следует рассматривать в данном свете и необязательно как признание предшествующего уровня техники.
Многие нефтедобывающие страны испытывают сильный рост внутреннего потребления энергии и заинтересованы в повышении нефтеотдачи (EOR) для увеличения извлечения нефти из их месторождений. Две распространенные технологии повышения нефтеотдачи включают инжектирование азота (N2) для поддержания давления в резервуаре и инжектирование диоксида углерода (СО2) для нагнетания в резервуар смешивающихся с нефтью жидкостей для повышения нефтеотдачи. Также существует глобальная проблема, относящаяся к выбросам парниковых газов (GHG). Данная проблема в сочетании с реализацией политики ограничения промышленных выбросов и торговли квотами во многих странах делает снижение выбросов СО2 приоритетом для данных стран, а также для компаний, которые эксплуатируют системы добычи углеводородов в этих странах.
Некоторые подходы к снижению выбросов СО2 включают обезуглероживание топлива или улавливание продуктов сгорания посредством использования растворителей, таких как амины. Однако оба данных решения являются дорогостоящими и приводят к снижению кпд генерирования энергии, что приводит к производству электроэнергии в меньшем объеме, повышенному спросу на топливо и увеличенной стоимости электричества при обеспечении удовлетворения внутренней потребности в энергии. В частности, наличие компонентов, представляющих собой кислород, SOx и NOx, делает применение поглощения аминовыми растворителями очень проблематичным. Другой подход предусматривает использование кислородно-топливной газовой турбины в комбинированном цикле (например, когда тепло выхлопа цикла Брейтона в газовой турбине улавливается для получения пара и генерирования дополнительной энергии в цикле Ренкина. Однако на рынке отсутствуют промышленно изготавливаемые газовые турбины, которые могут работать в таком цикле, и энергия, требуемая для получения кислорода высокой степени чистоты, приводит к значительному снижению общей эффективности процесса.
Кроме того, при растущей озабоченности в отношении глобальных изменений климата и влияния выбросов диоксида углерода упор был сделан на минимизацию выбросов диоксида углерода из энерге
тических установок. Газотурбинные установки/электростанции являются эффективными и имеют более низкую стоимость по сравнению с технологиями генерирования электроэнергии на атомных электростанциях или электростанциях, работающих на угле. Однако улавливание диоксида углерода из выхлопа газотурбинной энергетической установки является очень дорогостоящим, поскольку концентрация диоксида углерода в выпускной трубе является низкой, требуется обработка большого объема газа и давление выходящего потока является низким. Данные факторы, среди прочего, приводят к высокой стоимости улавливания диоксида углерода.
Соответственно, по-прежнему существует значительная потребность в высокоэффективном процессе генерирования энергии с низким уровнем выбросов, который включает улавливание и извлечение CO2 с пониженными затратами.
Сущность изобретения
В системах генерирования энергии с низким уровнем выбросов, описанных в данном документе, выхлопные газы из газовых турбин с низким уровнем выбросов, которые выбрасываются в атмосферу в типовой установке с комбинированным циклом с сжиганием природного газа (NGCC), вместо этого отделяются и улавливаются. Устройства, системы и способы по изобретению обеспечивают соединение и рециркуляцию выходящих потоков из двух газовых турбин для эффективного генерирования энергии при одновременном повышении концентрации и улавливании диоксида углерода.
В системах и способах по настоящему изобретению две газотурбинные системы, каждая из которых содержит компрессор, камеру сгорания и детандер, соединены по текучей среде для совместного функционирования, и выходящие потоки из обеих систем объединяют. Объединенные выходящие потоки затем подвергают охлаждению, сжатию и рециркуляции. Часть рециркуляционного выходящего потока подают в одну из камер сгорания для обеспечения функционирования в качестве разбавителя для регулирования или сдерживания иным образом температуры горения и газообразных продуктов сгорания, поступающих в последующий детандер. Другую часть рециркуляционного выходящего потока отделяют для улавливания СО2 в одном потоке и образования отдельного потока продукта, содержащего азот, кислород, аргон или их комбинации. Часть потока продукта из сепаратора, предназначенного для отделения СО2, затем аналогичным образом подают в другую камеру сгорания для обеспечения функционирования в качестве разбавителя, в то время как оставшаяся часть потока продукта может быть использована для генерирования дополнительной энергии или в других целях или в пределах системы, или вне ее. За счет соединения/объединения выходящих потоков подобным образом продукты сгорания из каждой газовой турбины в пределах системы в целом концентрируются, и может быть обеспечено более легкое улавливание и удаление CO2, что приводит к более эффективного генерирования энергии.
Краткое описание чертежей
Вышеприведенные и другие преимущества настоящего изобретения могут стать очевидными при рассмотрении нижеследующего подробного описания и чертежей неограничивающих примеров вариантов осуществления, в которых
фиг. 1 показывает комбинированную систему генерирования энергии с низким уровнем выбросов, содержащую две соединенные по текучей среде, газотурбинные системы и предусматривающую отделение СО2.
Фиг. 2 показывает вариант комбинированной системы генерирования энергии с низким уровнем выбросов по фиг. 1, в которой выходящие потоки из каждой турбины соединяются перед извлечением тепла из потоков.
Фиг. 3 показывает вариант комбинированной системы генерирования энергии с низким уровнем выбросов по фиг. 1, в которой тепло извлекается из выходящих потоков из каждой турбины по отдельности и потоки соединяются после извлечения тепла.
Подробное описание
В нижеследующем разделе, представляющем собой подробное описание, определенные варианты осуществления настоящего изобретения описаны в связи с предпочтительными вариантами осуществления. Тем не менее, в тех случаях, когда нижеприведенное описание является специфическим для определенного варианта осуществления или определенного применения настоящего изобретения, это сделано только в целях демонстрации примера и просто дает описание приведенных в качестве примера вариантов осуществления. Соответственно, изобретение не ограничено конкретными вариантами осуществления, описанными ниже, а, напротив, оно включает в себя все альтернативы, модификации и эквиваленты, находящиеся в пределах истинной сущности и объема приложенной формулы изобретения.
Различные термины, используемые в данном документе, определены ниже. В тех случаях, когда термин, используемый в пункте формулы изобретения, не определен ниже, ему следует придавать наиболее широкое толкование, которое специалисты в соответствующей области техники дали данному термину и которое отражено по меньшей мере в одной напечатанной публикации или выданном патенте.
В используемом в данном документе смысле термин "природный газ" относится к многокомпонентному газу, получаемому из нефтяной скважины (попутному газу) и/или из подземного газоносного резервуара (газу, получаемому из чисто газовых месторождений). Состав и давление природного газа могут варьироваться в значительной степени. Типовой поток природного газа содержит метан (CH4) в
качестве основного компонента, то есть более 50 молярных процентов потока природного газа составляет метан. Поток природного газа также может содержать этан (С2Н6) , углеводороды с более высокой молекулярной массой (например, углеводороды с числом атомов углерода С3-С20), один или несколько кислых газов (например, сульфид водорода) или любую их комбинацию. Природный газ также может содержать незначительные количества загрязняющих веществ, таких как вода, азот, сульфид железа, воск, сырая нефть, или любую их комбинацию.
В используемом в данном документе смысле термин "стехиометрическое горение" относится к реакции горения с некоторым объемом реагентов, включающих топливо и окислитель, и некоторым объемом продуктов, образованных посредством сжигания реагентов, в которой весь объем реагентов используется для образования продуктов. В используемом в данном документе смысле термин "по существу, стехиометрическое" горение относится к реакции горения с соотношением компонентов в диапазоне от приблизительно 0,9:1 до приблизительно 1,1:1 или более предпочтительно - от приблизительно 0,95:1 до приблизительно 1,05:1. Предусмотрено, что при использовании термина "стехиометрический" в данном документе охватываются как стехиометрический, так и по существу стехиометрический режим, если не указано иное.
В используемом в данном документе смысле термин "поток" относится к некоторому объему текучих сред, хотя применение термина "поток", как правило, означает перемещающийся объем текучих сред (например, имеющий некоторую скорость или массовую скорость потока). Однако термин "поток" не требует наличия скорости, массовой скорости потока или трубопровода определенного типа для ограждения потока.
Варианты осуществления раскрытых в настоящем изобретении систем и процессов могут быть использованы для генерирования энергии с низким уровнем выбросов и получения СО2 для обеспечения повышенной нефтеотдачи (EOR) или применений при сокращении выбросов/секвестрации. В соответствии с вариантами осуществления, раскрытыми в данном документе, смесь сжатого окислителя (как правило, воздуха) и топлива сжигают в камерах сгорания двух отдельных, но сообщающихся по текучей среде, газовых турбин, и увеличивают объем выхлопных газов из каждой из турбин для генерирования энергии. Затем выходящие потоки соединяют, охлаждают, сжимают и подвергают сепарации для улавливания СО2 и получения потока продукта, содержащего азот. В применениях для повышения нефтеотдачи (EOR) уловленный СО2 инжектируют в продуктивные нефтяные скважины или рядом с продуктивными нефтяными скважинами, обычно при сверхкритических условиях. СО2 как служит в качестве вытесняющего агента, так и - при растворении его в подземной сырой нефти - обеспечивает значительное уменьшение вязкости нефти, что позволяет нефти течь быстрее через грунт к скважине для извлечения. Поток продукта, содержащий азот (и часто также кислород и аргон) может быть использован для генерирования дополнительной энергии, а также может быть использован в различных целях, включая применения для поддержания давления. В случае применений для поддержания давления инертный газ, такой как азот, сжимают и инжектируют в резервуар углеводородов для поддержания исходного давления в резервуаре, в результате чего обеспечивается возможность увеличенного извлечения углеводородов. Результатом использования систем, раскрытых в данном документе, является генерирование энергии и увеличение концентрации и улавливание СО2 с более высокой экономической эффективностью.
В одном или нескольких вариантах осуществления настоящего изобретения предусмотрены системы генерирования энергии, содержащие первый компрессор, выполненный с конфигурацией, обеспечивающей возможность приема и сжатия одного или более окислителей для образования сжатого окислителя; первую камеру сгорания, выполненную с конфигурацией, обеспечивающей возможность приема и сжигания первой части сжатого окислителя по меньшей мере одного первого топлива и первого разбавителя для образования первого выходящего потока, и первый детандер, выполненный с конфигурацией, обеспечивающей возможность приема первого выходящие потока и образования первого газообразного выходящего потока. Системы дополнительно содержат второй компрессор, выполненный с конфигурацией, обеспечивающей возможность приема и сжатия охлажденного рециркуляционного потока для образования сжатого рециркуляционного потока; вторую камеру сгорания, выполненную с конфигурацией, обеспечивающей возможность приема и сжигания второй части сжатого окислителя, по меньшей мере одного второго топлива и второго разбавителя для образования второго выходящего потока; и второй детандер, выполненный с конфигурацией, обеспечивающей возможность приема второго выходящего потока и образования второго газообразного выходящего потока. Системы дополнительно содержат один или несколько теплоутилизационных парогенераторов, выполненных с конфигурацией, обеспечивающей возможность приема и охлаждения первого и второго газообразных выходящих потоков для образования пара и объединенного выходящего потока; рециркуляционное охлаждающее устройство, выполненное с конфигурацией, обеспечивающей возможность приема и охлаждения объединенного выходящего потока и образования охлажденного рециркуляционного потока; и сепаратор, выполненный с конфигурацией, обеспечивающей возможность приема и разделения части сжатого рециркуляционного потока на выходящий поток из сепаратора и поток продукта из сепаратора.
Один или несколько окислителей могут содержать любую кислородсодержащую текучую среду, такую как окружающий воздух, обогащенный кислородом воздух, по существу чистый кислород или их
комбинации. В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения весь или почти весь окислитель, подаваемый в комбинированную систему в целом, сжимается в первом компрессоре и подается посредством первого компрессора. Сжатый окислитель, выходящий из первого компрессора, может быть затем разделен на два потока так, что первая часть сжатого окислителя будет направляться в первую камеру сгорания, и вторая часть сжатого окислителя будет направляться во вторую камеру сгорания. Части при разделении могут быть равными или неравными, а также могут варьироваться во время эксплуатации для адаптации к изменениям в процессе.
Первое топливо и второе топливо могут быть одинаковыми или разными, и каждое топливо может содержать природный газ, попутный газ, дизельное топливо, нефтяное топливо, газифицированный уголь, кокс, первый продукт перегонки нефти, бутан, пропан, синтетический газ, керосин, авиационное топливо, биотопливо, обогащенное кислородом углеводородное сырье, любые другие пригодные газы или жидкости, содержащие углеводороды, водород или их комбинации. Кроме того, топливо может содержать инертные компоненты, включая N2 или CO2, но возможные инертные компоненты не ограничены вышеуказанными. В некоторых вариантах осуществления первое топливо и/или второе топливо могут, по меньшей мере, частично подаваться посредством углеводородного резервуара, на который положительное действие, обеспечивающее повышение нефтеотдачи, оказывает инжектирование СО2, улавливаемого посредством процесса, описанного в данном документе. В некоторых вариантах осуществления первое топливо и второе топливо содержит природный газ.
Условия горения в каждой из первой и второй камер сгорания могут представлять собой условия с пониженным содержанием топлива, условия при стехиометрическом соотношении или по существу сте-хиометрическом отношении, или условия с повышенным содержанием топлив. В одном или нескольких вариантах осуществления режим горения в первой или второй камерах сгорания является стехиометри-ческим или по существу стехиометрическим. Первый и второй разбавители подаются в первую и вторую камеры сгорания для сдерживания или регулирования иным образом температуры горения и дымовых газов, чтобы обеспечить соответствие требованиям к материалам последующих детандеров. Однако поток первого и второго разбавителей также можно регулировать, чтобы способствовать поддержанию сте-хиометрического режима в соответствующих камерах сгорания, сглаживания изменений состава, объемного расхода или других отклонений в потоках окислителя и топлива. В одном или нескольких вариантах осуществления первый разбавитель, подаваемый в первую камеру сгорания, содержит по меньшей мере часть потока продукта из сепаратора. В тех же или других вариантах осуществления второй разбавитель, подаваемый во вторую камеру сгорания, содержит по меньшей мере часть сжатого рециркуляционного потока.
В некоторых вариантах осуществления пар высокого давления также может быть использован в качестве охладителя в одной или обеих из первой и второй камер сгорания. В подобных вариантах осуществления добавление пара обеспечит снижение потребной мощности и размера системы, но потребует добавления замкнутого контура или контуров рециркуляции воды. Кроме того, в дополнительных вариантах осуществления сжатый окислитель, подаваемый в одну или обе из камер сгорания, может содержать аргон. Например, окислитель может содержать аргон в количестве от приблизительно 0,1 до приблизительно 5,0 объемного процента или от приблизительно 1,0 до приблизительно 4,5 объемного процента, или от приблизительно 2,0 до приблизительно 4,0 объемного процента, или от приблизительно 2,5 до приблизительно 3,5 объемного процента, или приблизительно 3,0 объемного процента.
Каждый из первой и второго компрессоров может представлять собой одиночный компрессор или может представлять собой два или более компрессоров, работающих параллельно или последовательно. Каждый компрессор может содержать одну ступень или несколько ступеней. В многоступенчатых компрессорах, если требуется, может быть использовано межступенчатое охлаждения для обеспечения возможности получения более высоких общих степеней сжатия и большей суммарной выходной мощности. В том случае, когда более одного компрессора используют для сжатия технологического потока, компрессоры, рассматриваемые вместе, рассматриваются в данном документе как "первый компрессор" или "второй компрессор" в зависимости от обстоятельств. Каждый компрессор может представлять собой компрессор любого типа, пригодного для процесса, описанного в данном документе. К подобным компрессорам относятся осевые, центробежные, поршневые или двухвинтовые компрессоры и их комбинации, но возможные компрессоры не ограничены вышеуказанными. В одном или нескольких вариантах осуществления первый и второй компрессоры представляют собой осевые компрессоры.
Сжигание окислителя и топлива в каждой из первой и второй камер сгорания приводит к образованию соответственно первого выходящего потока и второго выходящего потока. Первый и второй выходящие потоки содержат продукты сгорания, и их конкретные составы будут варьироваться в зависимости от состава топлива и окислителя, используемых в каждой камере сгорания. В одном или нескольких вариантах осуществления каждый из первого и второго выходящих потоков может содержать испарившуюся воду, СО2, моноксид углерода (СО), кислород (О2), азот (N2), аргон (Ar), оксиды азота (NOx), оксиды серы (SOx), сульфид водорода (H2S) или их комбинации.
Первый выходящий поток может быть расширен в первом детандере для образования первого газообразного выходящего потока, и второй выходящий поток может быть расширен во втором детандере
для образования второго газообразного выходящего потока. Каждый из первого и второго детандеров может представлять собой одиночный детандер или может представлять собой два или более детандеров, работающих параллельно или последовательно. Каждый детандер может содержать одну ступень или несколько ступеней. В том случае, когда более одного детандера используется для расширения выходящего потока, детандеры, рассматриваемые вместе, рассматриваются в данном документе как "первый детандер" или "второй детандер" в зависимости от обстоятельств. Каждый детандер может представлять собой детандер любого типа, пригодного для процесса, описанного в данном документе, включая осевые или центробежные детандеры или их комбинации, но возможные детандеры не ограничены вышеуказанными. Расширение первого и второго выходящих потоков обеспечивает генерирование энергии, которая может быть использована для приведения в действие одного или нескольких компрессоров или электрических генераторов. В одном или более вариантах осуществления изобретения первый детандер соединен с первым компрессором посредством общего вала или другого механического, электрического или другого соединения, обеспечивающего передачу мощности, так что первый компрессор, по меньшей мере, частично приводится в действие посредством первого детандера. В тех же самых или других вариантах осуществления второй детандер соединен со вторым компрессором посредством общего вала или другого механического, электрического или другого соединения, обеспечивающего передачу мощности, так что второй компрессор, по меньшей мере, частично приводится в действие посредством второго детандера. В других вариантах осуществления первый или второй компрессор, или оба компрессора могут быть механически соединены с электродвигателем при наличии или без устройства, обеспечивающего увеличение или уменьшение частоты вращения, такого как редуктор/коробка передач. При рассмотрении их совместно первый компрессор, первая камера сгорания и первый детандер могут быть охарактеризованы как цикл Брейтона. Аналогичным образом, второй компрессор, вторая камера сгорания и второй детандер могут быть охарактеризованы как цикл Брейтона.
После расширения первый и второй газообразные выходящие потоки в некоторых вариантах осуществления могут быть охлаждены в теплоутилизационном парогенераторе (HRSG). Несмотря на то, что в данном документе упоминается один теплоутилизационный парогенератор, на практике могут быть использованы два или более теплоутилизационных парогенераторов. В альтернативном варианте любое устройство, предназначенное для охлаждения или извлечения тепла из первого и второго газообразных выходящих потоков, например, такое как один или несколько теплообменников, регенераторов, охлаждающих устройств или тому подобное, может быть использовано вместо теплоутилизационного парогенератора. Теплоутилизационный парогенератор может быть выполнен с конфигурацией, обеспечивающей возможность приема первого и второго выходящих потоков и использования остаточного тепла потоков для генерирования пара. Пар, генерированный теплоутилизационным парогенератором, может быть использован для различных целей, например, для приведения в действие паротурбинного генератора в цикле Ренкина или для опреснения воды.
В одном или нескольких вариантах осуществления настоящего изобретения первый и второй газообразные выходящие потоки подаются в теплоутилизационный парогенератор по отдельности и соединяются внутри теплоутилизационного парогенератора для образования объединенного выходящего потока. В других вариантах осуществления первый и второй газообразные выходящие потоки могут быть объединены перед или за теплоутилизационным парогенератором по ходу потока. В том случае, когда потоки объединяются за теплоутилизационным парогенератором по ходу потока, каждый из первого и второго газообразных выходящих потоков может быть охлажден в отдельном теплоутилизационном парогенераторе, и затем указанные потоки могут быть объединены для образования объединенного выходящего потока.
В одном или нескольких вариантах осуществления настоящего изобретения объединенный выходящий поток может быть направлен в одно или несколько охлаждающих устройств, выполненных с конфигурацией, обеспечивающей возможность снижения температуры объединенного выходящего потока и генерирования охлажденного рециркуляционного потока. Охлаждающее устройство может представлять собой устройство любого типа, пригодное для снижения температуры выхлопных газов, например, такое как охладитель с непосредственным контактом, концевой холодильник, механическую холодильную установку или их комбинации. В некоторых вариантах осуществления охлаждающее устройство представляет собой охладитель с непосредственным контактом (DCC). Охлаждающее устройство также может быть выполнено с конфигурацией, обеспечивающей возможность отвода части конденсированной воды из охлажденного рециркуляционного потока посредством потока выпадающей воды. В некоторых вариантах осуществления поток выпадающей воды, если требуется, может быть направлен в теплоутилизационный парогенератор для обеспечения источника воды для генерирования дополнительного пара.
В некоторых вариантах осуществления охлажденный рециркуляционный поток, выходящий из охлаждающего устройства, может быть направлен во второй компрессор и сжат для образования сжатого рециркуляционного потока. Охлаждение и сжатие выхлопных газов способствует решению проблем, связанных с большим объемом газа, который должен быть обработан, и низким давлением выходящих потоков, которое обычно приводит к высокой стоимости улавливания СО2, в результате чего в системах по настоящему изобретению обеспечивается более эффективное и более экономичное улавливание и
извлечение СО2.
При выходе из второго компрессора сжатый рециркуляционный поток может быть разделен, и первая часть сжатого рециркуляционного потока может быть подана во вторую камеру сгорания для использования в качестве разбавителя, как описано ранее. В подобных случаях вторая часть сжатого рециркуляционного потока, не направляемая во вторую камеру сгорания, может быть подана в один или несколько сепараторов, в которых СО2 и другие парниковые газы отделяются от сжатого рециркуляционного потока. Хотя это не описано подробно в данном документе, специалистам в данной области техники будет понятно, что между вторым компрессором и сепаратором могут потребоваться промежуточный нагрев, охлаждение или другие технологические операции с тем, чтобы рециркуляционный поток поступал в сепаратор при условиях, оптимизированных для определенного используемого процесса сепарации. В одном или нескольких вариантах осуществления охлаждающее устройство может быть использовано, например, для охлаждения сжатого рециркуляционного потока перед его поступлением в сепаратор.
Процесс сепарации СО2, используемый в одном или нескольких сепараторах, может представлять собой любой пригодный процесс, который предназначен для разделения сжатых рециркуляционных газов и в результате осуществления которого получают выходящий поток из сепаратора, содержащий CO2, и поток продукта из сепаратора, содержащий азот. В некоторых вариантах осуществления поток продукта также может содержать кислород, аргон или оба данных вещества. Разделение компонентов сжатого рециркуляционного потока обеспечивает возможность обработки разных компонентов в выхлопных газах разными способами. В идеальном случае процесс сепарации обеспечивает отделение всех парниковых газов в выхлопных газах, таких как СО2, СО, NOx, SOx и т.д. в выходящем потоке, оставляя остальную часть компонентов выхлопных газов, таких как азот, кислород и аргон, в потоке продукта. Однако на практике процесс сепарации может не обеспечить отвод всех парниковых газов из потока продукта, и некоторые газы, не являющиеся парниковыми, могут остаться в выходящем потоке.
Может быть использован любой пригодный процесс сепарации, предназначенный для достижения заданного результата. В одном или нескольких вариантах осуществления процесс сепарации представляет собой процесс, не чувствительный к кислороду. К примерам пригодных процессов сепарации относятся процессы сепарации с использованием горячего углекислого калия ("hot pot"), сепарация с использованием аминов, сепарация с использованием молекулярных сит, мембранная сепарация, адсорбционная кинетическая сепарация, сепарация с использованием регулируемой зоны замораживания и их комбинации, но возможные процессы сепарации не ограничены вышеуказанными. В некоторых вариантах осуществления в сепараторе используется процесс сепарации с использованием горячего углекислого калия. В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения процесс сепарации может выполняться при повышенном давлении (то есть давлении, превышающем атмосферное) и может быть предназначен для поддержания потока продукта под давлением. Поддержание давления в процессе подобным образом обеспечивает возможность использования оборудования для сепарации, имеющего меньшие размеры, обеспечивает повышенную эффективность сепарации и обеспечивает возможность увеличенного выделения энергии из потока продукта. В некоторых вариантах осуществления процесс отделения СО2 выбран и конфигурирован с возможностью максимизации или давления потока продукта на выходе, или температуры потока продукта на выходе, или как давления, так и температуры потока продукта на выходе.
Выходящий поток из сепаратора может быть использован для множества разных применений. Например, выходящий поток может быть инжектирован в резервуар углеводородов для повышения нефтеотдачи (EOR) или может быть направлен в резервуар для секвестрации выбросов диоксида углерода или хранения. Выходящий поток из сепаратора также может быть продан, выпущен в атмосферу или сожжен в факеле.
В одном или нескольких вариантах осуществления поток продукта из сепаратора содержит азот, а также, возможно, содержит кислород или аргон (или оба данных газа). Поток продукта из сепаратора может быть разделен, и первая часть потока продукта может быть подана в первую камеру сгорания для использования в качестве разбавителя, как описано ранее. В подобных случаях вторая часть потока продукта из сепаратора, не направляемая в первую камеру сгорания, может быть направлена в третий детандер. В одном или нескольких вариантах осуществления третий детандер может быть выполнен с конфигурацией, обеспечивающей возможность приема потока продукта из сепаратора и выпуска тех же газов при давлении, приблизительно равном давлению окружающей среды. Как будет понятно для специалистов в данной области техники, третий детандер вырабатывает энергию, и выработанная энергия может быть использована для приведения в действие одного или более компрессоров или электрических генераторов в любой конфигурации, предусмотренных или в описанной системе, или вне ее.
В одном или нескольких вариантах осуществления поток продукта может проходить через один или несколько дополнительных теплоутилизационных парогенераторов (HRSG) после расширения. Один или несколько теплоутилизационных парогенераторов могут быть выполнены с конфигурацией, обеспечивающей возможность использования остаточного тепла в потоке для образования пара. Пар, образованный посредством одного или нескольких теплоутилизационных парогенераторов, может быть использо
ван в различных целях, например, для приведения в действие паротурбинного генератора в цикле Ренки-на или для опреснения воды. Кроме того, если какое-либо остаточное тепло остается в потоке продукта, выходящем из одного или более теплоутилизационных парогенераторов, система может дополнительно содержать один или несколько теплообменников, выполненных с конфигурацией, обеспечивающей возможность переноса данного тепла к рабочей текучей среде, не являющейся паром. В подобных вариантах осуществления рабочая текучая среда, не являющаяся паром, если требуется, может быть использована для приведения в действие детандера в цикле Ренкина.
Поток продукта из сепаратора может быть использован полностью или частично для множества разных применений. Например, поток продукта может быть инжектирован в резервуар углеводородов для поддержания давления. Поток продукта также может быть продан или выпущен в атмосферу. В одном или нескольких вариантах осуществления в тех случаях, когда поддержание давления не является экономически целесообразным/технически осуществимым решением (или когда для поддержания давления требуется только часть потока продукта), поток продукта может быть охлажден посредством расширения или другого способа и использован для обеспечения охлаждения в системах, описанных в данном документе. Например, охлажденный поток продукта может быть использован для обеспечения охлаждения с целью снижения температуры всасывания в одном или нескольких компрессорах в системе или для охлаждения воды, предназначенной для использования в одном или нескольких охлаждающих устройствах в системе.
В других вариантах осуществления в тех случаях, когда весь поток продукта или часть потока продукта не используется для поддержания давления, поток продукта может быть вместо этого нагрет, так что может быть выработана дополнительная энергия для использования где-либо еще в системе или для продажи. Некоторые способы нагрева потока продукта включают поперечный теплообмен потока продукта с другим технологическим потоком в теплообменнике или использование дополнительной камеры сгорания для подвода дополнительного тепла к потоку продукта. Следует понимать, что использование дополнительной камеры сгорания потребует дополнительного топлива. Если в камере сгорания используется углеродсодержащее топливо, будет образовываться дополнительный CO2, который невозможно будет извлечь из потока продукта. Следовательно, в некоторых вариантах осуществления топливо, используемое в камере сгорания, может представлять собой неуглеродный источник топлива, такой как водород. Окислитель, требуемый для дополнительной камеры сгорания, может подаваться посредством отдельного потока окислителя, или в потоке продукта может быть достаточно окислителя, так что будет отсутствовать необходимость в дополнительном подводе окислителя. Другие возможные способы нагрева потока продукта из сепаратора включают использование нагревательного змеевика в теплоутилизационном парогенераторе для нагрева потока продукта, использование катализа для сжигания любого СО, присутствующего в потоке продукта, или нагрев потока вследствие использования потока продукта для охлаждения (то есть, когда поток продукта обеспечивает охлаждение других потоков или устройств, сам поток нагревается).
Если обратиться далее к фигурам, то видно, что фиг. 1 иллюстрирует комбинированную систему 100 генерирования энергии, выполненную с конфигурацией, обеспечивающей отделение и улавливание СО2 после сжигания. По меньшей мере в одном варианте осуществления система 100 генерирования энергии может иметь первый компрессор 118, соединенный с первым детандером 106 посредством общего вала 108 или другого механического, электрического или другого соединения, обеспечивающего передачу мощности, в результате чего обеспечивается возможность приведения в действие первого компрессора 118 посредством части механической энергии, вырабатываемой первым детандером 106. Первый детандер 106 также может вырабатывать энергию для других применений, например, для снабжения энергией другого компрессора, электрического генератора или тому подобного. Первый компрессор 118 и первый детандер 106 могут образовывать соответственно компрессорную и детандерную стороны стандартной газовой турбины. Тем не менее, в других вариантах осуществления первый компрессор 118 и первый детандер 106 могут представлять собой отдельные компоненты в системе.
Система 100 также может включать в себя первую камеру 110 сгорания, выполненную с конфигурацией, обеспечивающей возможность сжигания потока 112 первого топлива, смешанного с первой частью сжатого окислителя 114. В одном или нескольких вариантах осуществления поток 112 первого топлива может включать в себя любой пригодный газообразный или жидкий углеводород, такой как природный газ, метан, первый продукт перегонки нефти, бутан, пропан, синтетический газ, дизельное топливо, керосин, авиационное топливо, топливо, полученное из угля, биотопливо, обогащенное кислородом углеводородное сырье или их комбинации. Поток 112 первого топлива также может содержать водород. Первая часть сжатого окислителя 114, подаваемая в первую камеру 110 сгорания, может быть получена из первого компрессора 118, соединенного по текучей среде с первой камерой 110 сгорания и выполненного с возможностью сжатия подаваемого окислителя 120. Несмотря на то, что при рассмотрении в данном документе предполагается, что подаваемый окислитель 120 представляет собой окружающий воздух, окислитель может содержать любой пригодный газ, содержащий кислород, такой как воздух, обогащенный кислородом воздух, по существу чистый кислород или их комбинации. В одном или нескольких вариантах осуществления первый компрессор 118, первая камера 110 сгорания и первый де
тандер 106, рассматриваемые вместе, могут быть охарактеризованы как цикл Брейтона.
Первый выходящий поток 116 образуется как продукт сгорания потока 112 первого топлива и первой части сжатого окислителя 114 и направляется к входу первого детандера 106. По меньшей мере в одном варианте осуществления поток 112 первого топлива может представлять собой, главным образом, природный газ, в результате чего образуется первый выходящий поток 116, включающий в себя объемные части испарившейся воды, CO2, СО, кислорода, азота, аргона, оксидов азота (NOx) и оксидов серы (SOx). В некоторых вариантах осуществления небольшая часть несгоревшего первого топлива 112 или другие соединения также могут присутствовать в первом выходящем потоке 116 вследствие ограничений равновесия горения. По мере расширения первого выходящего потока 116 посредством первого детандера 106 он генерирует механическую энергию для приведения в действие первого компрессора 118 или другого оборудования, а также обеспечивает образование первого газообразного выходящего потока 122.
Система 100 генерирования энергии может также иметь второй компрессор 180, соединенный со вторым детандером 170 посредством общего вала 188 или другого механического, электрического или другого соединения, обеспечивающего передачу мощности, в результате чего обеспечивается возможность приведения в действие второго компрессора 180 посредством части механической энергии, вырабатываемой вторым детандером 170. Второй детандер 170 также может вырабатывать энергию для других применений, например, для снабжения энергией другого компрессора, электрического генератора или тому подобного. Второй компрессор 180 и второй детандер 170 могут образовывать соответственно компрессорную и детандерную стороны стандартной газовой турбины. Тем не менее, в других вариантах осуществления второй компрессор 180 и второй детандер 170 могут представлять собой отдельные компоненты в системе.
Система 100 также может включать в себя вторую камеру 150 сгорания, выполненную с конфигурацией, обеспечивающей возможность сжигания потока 152 второго топлива, смешанного со второй частью сжатого окислителя 114. В одном или нескольких вариантах осуществления поток 152 второго топлива может включать в себя любой пригодный газообразный или жидкий углеводород, такой как природный газ, метан, первый продукт перегонки нефти, бутан, пропан, синтетический газ, дизельное топливо, керосин, авиационное топливо, топливо, полученное из угля, биотопливо, обогащенное кислородом углеводородное сырье или их комбинации. Поток 152 второго топлива также может содержать водород. Вторая часть сжатого окислителя 114, подаваемая во вторую камеру 150 сгорания, может быть получена из первого компрессора 118, соединенного по текучей среде со второй камерой 150 сгорания. В одном или нескольких вариантах осуществления второй компрессор 180, вторая камера 150 сгорания и второй детандер 170, рассматриваемые вместе, могут быть охарактеризованы как цикл Брейтона.
Второй выходящий поток 156 образуется как продукт сгорания потока 152 второго топлива и второй части сжатого окислителя 114 и направляется к входу второго детандера 170. По меньшей мере в одном варианте осуществления поток 152 второго топлива может представлять собой главным образом природный газ, в результате чего образуется второй выходящий поток 156, включающий в себя объемные части испарившейся воды, CO2, СО, кислорода, азота, аргона, оксидов азота (NOx) и оксидов серы (SOx). В некоторых вариантах осуществления небольшая часть несгоревшего второго топлива 152 или другие соединения также могут присутствовать во втором выходящем потоке 156 вследствие ограничений равновесия горения. По мере расширения второго выходящего потока 156 посредством второго детандера 170 он генерирует механическую энергию для приведения в действие второго компрессора 180 или другого оборудования, а также обеспечивает образование второго газообразного выходящего потока
172.
Из первого детандера 106 и второго детандера 170 соответственно первый и второй газообразные выходящие потоки 122 и 172 направляются в теплоутилизационный парогенератор (HRSG) 126, выполненный с конфигурацией, обеспечивающей возможность использования остаточного тепла в газообразных выходящих потоках 122 и 172 для образования пара 130 и объединенного выходящего потока 132. Пар 130, образованный теплоутилизационным парогенератором 126, может иметь множество разных применений, например, таких как применение для генерирования дополнительной энергии посредством приведения в действие паротурбинного генератора в цикле Ренкина или применение для опреснения воды.
Объединенный выходящий поток 132 может быть направлен по меньшей мере в одно охлаждающее устройство 134, выполненное с конфигурацией, обеспечивающей возможность уменьшения температуры объединенного выходящего потока 132 и образования охлажденного рециркуляционного потока 140. В одном или нескольких вариантах осуществления охлаждающее устройство 134 рассматривается в данном документе как охладитель с непосредственным контактом (DCC), но оно может представлять собой любое пригодное охлаждающее устройство, такое как охладитель с непосредственным контактом, концевой холодильник, механическую холодильную установку или их комбинации. Охлаждающее устройство 134 также может быть выполнено с конфигурацией, обеспечивающей возможность отвода части конденсационной воды посредством потока 136 выпадающей воды.
В одном или нескольких вариантах осуществления охлажденный рециркуляционный поток 140 может быть направлен во второй компрессор 180, соединенный по текучей среде с охлаждающим устрой
ством 134. Второй компрессор 180 может быть выполнен с конфигурацией, обеспечивающей возможность повышения давления охлажденного рециркуляционного потока 140, в результате чего образуется сжатый рециркуляционный поток 182. При выходе из второго компрессора 180 сжатый рециркуляционный поток 182 может быть разделен так, что часть сжатого рециркуляционного потока 182 направляется во вторую камеру 150 сгорания, в которой она может служить в качестве разбавителя для регулирования режима горения во второй камере 150 сгорания.
В одном или нескольких вариантах осуществления оставшаяся часть сжатого рециркуляционного потока 182, не направляемая во вторую камеру сгорания, направляется в сепаратор 162. В сепараторе 162 может использоваться любой из множества разных процессов сепарации, предназначенных для разделения сжатого рециркуляционного потока 182 на выходящий поток 166 из сепаратора, содержащий СО2, и поток 164 продукта из сепаратора, как правило, содержащий азот и в некоторых случаях кислород и/или аргон. Например, сепаратор 162 может быть выполнен с возможностью сепарации сжатого рециркуляционного потока 182 посредством использования процесса химической сепарации, такого как сепарация с использованием горячего углекислого калия ("hot pot"), сепарация с использованием аминов или сепарация с использованием молекулярных сит. Другие процессы сепарации включают физическую сепарацию с использованием мембран или такие процессы, как адсорбционная кинетическая сепарация или сепарация с использованием регулируемой зоны замораживания. В некоторых вариантах осуществления могут быть использованы комбинации вышеуказанных методов сепарации. В одном или нескольких вариантах осуществления процесс сепарации СО2 может быть "конфигурирован" с возможностью максимизации температуры или давления потока 164 продукта. Выходящий поток 166 из сепаратора может быть использован для множества разных применений после выхода из системы, таких как инжектирование в резервуар углеводородов для повышения нефтеотдачи (EOR), секвестрация выбросов диоксида углерода, хранение или продажа. Выходящий поток 166 также может быть выпущен в атмосферу или сожжен в факеле.
В одном или нескольких вариантах осуществления часть потока 164 продукта, выходящего из сепаратора 162, может быть отведена и направлена в первую камеру 110 сгорания в рециркуляционном потоке 184 продукта. Таким образом, рециркуляционный поток 184 продукта может служить в качестве разбавителя для регулирования режима горения в первой камере 110 сгорания. В этом случае оставшаяся часть потока 164 продукта может быть использована для генерирования дополнительной энергии. Например, поток 164 продукта может быть направлен в третий детандер 190. Энергия, выработанная третьим детандером 190, может быть использована в разных целях, например, по меньшей мере, для частичного приведения в действие одного или более дополнительных компрессоров (непоказанных) или для приведения в действие электрического генератора. В некоторых вариантах осуществления в том случае, когда поток продукта инжектируется в резервуар для поддержания давления, третий детандер 190 может быть использован для приведения в действие компрессора, предназначенного для трубопровода или для инжектирования.
В одном или нескольких вариантах осуществления расширенный поток 192 продукта, выходящий из третьего детандера 190, может быть направлен в теплоутилизационный парогенератор (не показан) для дополнительного генерирования энергии. Поток 192 продукта, подобно выходящему потоку 166, также может быть использован для множества других разных применений, включая поддержание давления, хранение или отвод в атмосферу.
На фиг. 2 показана альтернативная конфигурация системы 100 генерирования энергии по фиг. 1, выполненная и описанная как система 200. По существу, фиг. 2 может быть понята наилучшим образом при ссылке на фиг. 1. В системе 200 по фиг. 2 первый газообразный выходящий поток 122 и второй газообразный выходящий поток 172 соединяются до теплоутилизационного парогенератора 12 6 по ходу потока для образования объединенного выходящего потока 132. Затем объединенный выходящий поток 132 направляется в теплоутилизационный парогенератор 126 для охлаждения объединенного выходящего потока 132 и образования пара 130, а остальная часть системы функционирует, как описано ранее в отношении фиг. 1.
На фиг. 3 показана альтернативная конфигурация системы 100 генерирования энергии по фиг. 1, выполненная и описанная как система 300. В системе 300 по фиг. 3 каждый из газообразных выходящих потоков охлаждается отдельно перед их объединением. В частности, первый газообразный выходящий поток 122 охлаждается в теплоутилизационном парогенераторе 126, в то время как второй газообразный выходящий поток 172 охлаждается в дополнительном теплоутилизационном парогенераторе 326. Первый и второй газообразные выходящие потоки 122 и 172 выходят из соответствующих теплоутилизационных парогенераторов 126 и 326 и затем соединяются за теплоутилизационными парогенераторами по ходу потока для образования объединенного выходящего потока 132. Остальная часть системы функционирует, как описано ранее в отношении фиг. 1.
В то время как настоящее изобретение может допускать различные модификации и альтернативные варианты осуществления, приведенные в качестве примера варианты осуществления, рассмотренные выше, были показаны только в качестве примера. Любые признаки/элементы или конфигурации любого варианта осуществления, описанного в данном документе, могут быть скомбинированы с любым другим
вариантом осуществления или с несколькими другими вариантами осуществления (в той мере, в какой это осуществимо), и предусмотрено, что все подобные комбинации находятся в пределах объема настоящего изобретения. Кроме того, следует понимать, что предусмотрено, что изобретение не ограничено конкретными вариантами осуществления, раскрытыми в данном документе. Действительно, настоящее изобретение охватывает все альтернативы, модификации и эквиваленты, находящиеся в пределах истинной сущности и объема приложенной формулы изобретения.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Система генерирования энергии, содержащая
первый компрессор, выполненный с возможностью приема и сжатия одного или более окислителей для образования сжатого окислителя;
первую камеру сгорания, выполненную с возможностью приема и сжигания первой части сжатого окислителя по меньшей мере одного первого топлива и первого разбавителя для образования первого выходящего потока;
первый детандер, выполненный с возможностью приема первого выходящего потока из первой камеры сгорания и образования первого газообразного выходящего потока;
второй компрессор, выполненный с возможностью приема и сжатия охлажденного рециркуляционного потока для образования сжатого рециркуляционного потока, причем охлажденный рециркуляционный поток содержит по меньшей мере часть первого газообразного выходящего потока;
вторую камеру сгорания, выполненную с возможностью приема и сжигания второй части сжатого окислителя, по меньшей мере одного второго топлива и второго разбавителя для образования второго выходящего потока, причем второй разбавитель содержит по меньшей мере часть сжатого рециркуляционного потока;
второй детандер, выполненный с возможностью приема второго выходящего потока из второй камеры сгорания и образования второго газообразного выходящего потока;
теплоутилизационный парогенератор, выполненный с возможностью приема и охлаждения первого и второго газообразных выходящих потоков для образования объединенного выходящего потока и пара;
охлаждающее устройство, выполненное с возможностью приема и охлаждения объединенного выходящего потока и образования охлажденного рециркуляционного потока; и
сепаратор, выполненный с возможностью приема и разделения части сжатого рециркуляционного потока на выходящий поток из сепаратора и поток продукта из сепаратора, причем
первый разбавитель содержит по меньшей мере часть потока продукта из сепаратора.
2. Система по п.1, в которой охлаждающее устройство представляет собой охладитель с непосредственным контактом.
3. Система по п.1, в которой поток продукта из сепаратора содержит азот, кислород, аргон или их комбинацию.
4. Система по п.1, в которой выходящий поток из сепаратора содержит диоксид углерода.
5. Система по п.1, в которой в сепараторе используется процесс сепарации, выбранный из сепарации с использованием горячего углекислого калия, сепарации с использованием аминов, сепарации с использованием молекулярных сит, мембранной сепарации, адсорбционной кинетической сепарации, сепарации с использованием регулируемой зоны замораживания или их комбинаций.
6. Система по п.5, в которой в сепараторе используется процесс сепарации с использованием горячего углекислого калия.
7. Система по п.1, в которой выходящий поток из сепаратора используется для повышения нефтеотдачи в резервуаре углеводородов.
8. Система по п.1, в которой поток продукта из сепаратора используется для поддержания давления в резервуаре углеводородов.
9. Система по п.1, дополнительно содержащая третий детандер, выполненный с возможностью приема и расширения по меньшей мере части потока продукта из сепаратора.
10. Система по п.9, дополнительно содержащая устройство для нагрева продукта, выполненное с возможностью приема и нагрева части потока продукта из сепаратора, направляемой в третий детандер.
11. Система по п.9, дополнительно содержащая устройство для охлаждения продукта, выполненное с возможностью приема и охлаждения части потока продукта из сепаратора, направляемой в третий детандер.
12. Система по п.1, дополнительно содержащая охлаждающее устройство для сепаратора, выполненное с возможностью приема и охлаждения части сжатого рециркуляционного потока, направляемого в сепаратор.
13. Способ генерирования энергии с помощью системы по п.1, включающий этапы, на которых
сжимают один или более окислителей в первом компрессоре для образования сжатого окислителя;
подают первую часть сжатого окислителя, по меньшей мере одно первое топливо и первый разба-
витель в первую камеру сгорания;
сжигают первую часть сжатого окислителя и по меньшей мере одно первое топливо в первой камере сгорания для образования первого выходящего потока;
расширяют первый выходящий поток в первом детандере для образования первого газообразного выходящего потока;
сжимают охлажденный рециркуляционный поток во втором компрессоре для образования сжатого рециркуляционного потока, причем охлажденный рециркуляционный поток содержит по меньшей мере часть первого газообразного выходящего потока;
подают вторую часть сжатого окислителя, по меньшей мере одно второе топливо и второй разбавитель во вторую камеру сгорания, причем второй разбавитель содержит по меньшей мере часть сжатого рециркуляционного потока;
сжигают вторую часть сжатого окислителя и по меньшей мере одно второе топливо во второй камере сгорания для образования второго выходящего потока;
расширяют второй выходящий поток во втором детандере для образования второго газообразного выходящего потока;
извлекают тепло из первого и второго газообразных выходящих потоков;
объединяют первый и второй газообразные выходящие потоки для образования объединенного выходящего потока;
охлаждают объединенный выходящий поток для образования охлажденного рециркуляционного потока и
отделяют по меньшей мере часть сжатого охлажденного рециркуляционного потока для образования выходящего потока и потока продукта, первый разбавитель содержит по меньшей мере часть потока продукта.
14. Способ по п.13, в котором тепло извлекают из первого газообразного выходящего потока, второго газообразного выходящего потока или из обоих потоков в одном или более теплоутилизационных парогенераторах.
15. Способ по п.13, в котором первый и второй газообразные выходящие потоки объединяют перед извлечением тепла из первого и второго газообразных выходящих потоков.
16. Способ по п.13, в котором первый и второй газообразные выходящие потоки объединяют после извлечения тепла из первого и второго газообразных выходящих потоков.
17. Способ по п.13, в котором объединенный выходящий поток охлаждают в охладителе с непосредственным контактом.
18. Способ по п.13, в котором поток продукта содержит азот, кислород, аргон или их комбинацию.
19. Способ по п.13, в котором выходящий поток содержит диоксид углерода.
20. Способ по п.13, в котором по меньшей мере часть сжатого рециркуляционного потока подвергают сепарации посредством использования процесса, выбранного из сепарации с использованием горячего углекислого калия, сепарации с использованием аминов, сепарации с использованием молекулярных сит, мембранной сепарации, адсорбционной кинетической сепарации, сепарации с использованием регулируемой зоны замораживания или их комбинаций.
21. Способ по п.20, в котором по меньшей мере часть сжатого рециркуляционного потока подвергают сепарации посредством использования процесса сепарации с использованием горячего углекислого калия.
22. Способ по п.13, дополнительно включающий сжатие по меньшей мере части выходящего потока и инжектирование выходящего потока в резервуар углеводородов для повышения нефтеотдачи.
23. Способ по п.13, дополнительно включающий инжектирование по меньшей мере части потока продукта в резервуар углеводородов для поддержания давления.
24. Способ по п.13, дополнительно включающий расширение по меньшей мере части потока продукта для генерирования энергии.
25. Способ по п.24, дополнительно включающий нагрев по меньшей мере части потока продукта перед расширением.
26. Способ по п.24, дополнительно включающий охлаждение по меньшей мере части потока продукта перед расширением.
14.
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
026048
- 1 -
(19)
026048
- 1 -
(19)
026048
- 1 -
(19)
026048
- 1 -
(19)
026048
- 4 -
(19)
026048
- 12 -