EA 008112B1 20070427

	Патентная документация ЕАПВ
Запрос:	ea000008112b*\id
Результат:	ID\|Номер и дата охранного документа

больше ...

Термины запроса в документе

Реферат

1. Газовая турбина с циклом извлечения диоксида углерода, содержащая

камеру сгорания, которая сжигает топливо в присутствии потока увлажненного газа, причем камера сгорания производит выходящий газ, который расширяется в расширителе для образования расширенного выходящего газа;

компрессор, функционально связанный с расширителем, причем компрессор сжимает воздух и по меньшей мере часть расширенного выходящего газа для образования сжатого смешанного газа;

блок удаления кислого газа, который удаляет диоксид углерода из сжатого смешанного газа для образования сжатого смешанного газа, обедненного диоксидом углерода; и

увлажнитель, который увлажняет сжатый смешанный газ, обедненный диоксидом углерода, для образования потока увлажненного газа, который подается в камеру сгорания.

2. Турбина по п.1, в которой поток увлажненного газа нагревается с использованием выходящего газа в качестве источника тепла, и в которой нагретый поток увлажненного газа подается в камеру сгорания.

3. Турбина по п.1, в которой увлажнитель использует воду, которая нагревается сжатым смешанным газом и/или выходящим газом.

4. Турбина по п.1, в которой блок удаления кислого газа содержит растворитель, который адсорбирует по меньшей мере часть диоксида углерода.

5. Турбина по п.4, в которой растворителем является химический растворитель.

6. Турбина по п.1, в которой блок удаления кислого газа содержит мембранный узел.

7. Турбина по п.1, в которой часть сжатого смешанного газа подается в камеру сгорания.

8. Турбина по п.1, дополнительно содержащая устройство охлаждения, которое охлаждает расширенный выходящий газ, в результате конденсируя воду из расширенного выходящего газа.

9. Газовая турбина с циклом извлечения диоксида углерода, содержащая

компрессор, функционально связанный с расширителем, причем компрессор сжимает смесь воздуха и по меньшей мере части расширенного выходящего газа для образования сжатого смешанного газа;

узел автоматического охлаждения, который удаляет диоксид углерода из первой части сжатого смешанного газа; и

увлажнитель, который увлажняет вторую часть сжатого смешанного газа для образования потока увлажненного газа, который подается в камеру сгорания.

10. Турбина по п.9, в которой поток увлажненного газа нагревается с использованием выходящего газа в качестве источника тепла и в которой нагретый увлажненный воздух подается в камеру сгорания.

11. Турбина по п.9, в которой увлажнитель использует воду, которая нагревается сжатым смешанным газом и/или выходящим газом.

12. Турбина по п.9, дополнительно содержащая устройство охлаждения, которое охлаждает расширенный выходящий газ, в результате конденсируя воду из расширенного выходящего газа.

13. Газовая турбина с циклом извлечения диоксида углерода, содержащая камеру сгорания турбины с увлажненным воздухом, которая получает топливо и поток увлажненного газа, обедненного диоксидом углерода, причем по меньшей мере часть потока увлажненного газа, обедненного диоксидом углерода, образуется из выходящего газа камеры сгорания турбины с увлажненным воздухом.

14. Турбина по п.13, в которой диоксид углерода извлекается из потока увлажненного газа, обедненного диоксидом углерода, с использованием мембранного узла.

15. Турбина по п.13, в которой диоксид углерода извлекается из потока увлажненного газа, обедненного диоксидом углерода, с использованием растворителя, который адсорбирует по меньшей мере часть диоксида углерода.

16. Турбина по п.13, дополнительно содержащая увлажнитель, в котором вода, используемая в увлажнителе, нагревается по меньшей мере одним из сжатого смешанного газа и выходящего газа.

17. Устройство для извлечения диоксида углерода, в котором диоксид углерода удаляется из выходящего газа камеры сгорания турбины, содержащее компрессор, который сжимает смесь воздуха и по меньшей мере части выходящего газа для образования сжатого смешанного газа, причем диоксид углерода удаляется из сжатого смешанного газа в блоке удаления кислого газа для образования обработанного воздушного потока, который подается в камеру сгорания турбины.

18. Устройство по п.17, в котором блок удаления кислого газа содержит мембранный узел.

19. Устройство по п.17, в котором блок удаления кислого газа содержит растворитель, который адсорбирует по меньшей мере часть диоксида углерода.

20. Устройство по п.17, дополнительно содержащее увлажнитель, в котором вода, используемая в увлажнителе, нагревается сжатым смешанным газом и/или выходящим газом.

Полный текст патента

(57) Реферат / Формула:
Газовая турбина с циклом извлечения диоксида углерода, содержащая

5. Турбина по п.4, в которой растворителем является химический растворитель.

6. Турбина по п.1, в которой блок удаления кислого газа содержит мембранный узел.

7. Турбина по п.1, в которой часть сжатого смешанного газа подается в камеру сгорания.

9. Газовая турбина с циклом извлечения диоксида углерода, содержащая

18. Устройство по п.17, в котором блок удаления кислого газа содержит мембранный узел.

008112
Область техники
Областью техники, к которой относится изобретение, является извлечение диоксида углерода и, в частности, извлечение диоксида углерода из турбинного цикла с увлажненным воздухом.
Предшествующий уровень техники
Горючие газы и особенно отработавшие газы из газовых турбин часто содержат значительное количество диоксида углерода, который является газом, вызывающим парниковый эффект. Таким образом, в последнее десятилетие уделяется большое внимание отделению и/или изоляции диоксида углерода от процессов горения, и имеются многочисленные устройства и способы, известные в уровне техники, для удаления диоксида углерода из отработавшего газа.
Например, диоксид углерода может быть удален из различных газовых потоков с помощью одной или более мембран, как это описано в патентах США 4130403, 4639257 или 5233837. Мембранные способы обычно показывают относительно высокую селективность к отдельному газовому компоненту. Кроме того, мембранные способы могут обычно осуществляться без циркуляции энергопотребления (например, требований нагревания и/или охлаждения, которые часто необходимы для удаления диоксида углерода на основе растворителя). Однако, и особенно в зависимости от состава подаваемого газа, срок службы мембраны составляет меньше требуемого, или подаваемый газ требует предварительной обработки перед контактированием с мембраной. Кроме того, мембранные системы обычно работают при относительно высоком перепаде давления, который либо делает необходимым использование нагнетателя или другого оборудования, повышающего давление, для подачи газа низкого давления, либо делает мембранные системы непригодными для такой подачи газа низкого давления.
Как вариант, диоксид углерода может быть удален с использованием физических или химических растворителей, и в уровне техники известно множество устройств переработки растворителей. Способы с использованием физических растворителей являются особенно предпочтительными, когда парциальное давление кислого газа в подаваемом газе является относительно высоким. Таким образом, все или почти все физические растворители имеют только ограниченную применимость для удаления диоксида углерода из отработанных газов, которые обычно находятся приблизительно при атмосферном давлении, и особенно, когда отработанный газ имеет относительно низкое содержание диоксида углерода.
Для того, чтобы обойти проблемы, связанные с использованием физических растворителей, для очистки подаваемого газа могут использоваться химические растворители, причем химический растворитель регенерируется ниже по потоку с извлечением диоксида углерода. Очистка газов химическими растворителями обычно всегда позволяет удалить диоксид углерода из подаваемого газа при относительно низком давлении. Однако такие способы зачастую являются энергозатратными, а также дорогостоящими, и часто возникают проблемы с коррозией и разрушением растворителя (см., например, патенты США 2065112, 2399142, 2377966, 4477419 или 3137654). Более того, так как парциальное давление диоксида углерода в подаваемом газе снижается (например, выходящий газ из газовой турбины, работающей с относительно большим избытком воздуха, а также из турбины с впрыскиванием сжатого влажного воздуха вместо пара), размер регенерационного оборудования, а также энергия, потребляемая нагнетателем, значительно увеличиваются для преодоления падения давления в регенерационном оборудовании.
Таким образом, хотя в технике известны различные устройства и способы удаления диоксида углерода, все или почти все из них обладают одним или более недостатков, особенно когда парциальное давление и/или концентрация диоксида углерода в подаваемом газе являются относительно низкими. Поэтому все еще существует потребность в создании улучшенных устройств и способов извлечения диоксида углерода из различных газов и, особенно, газов с относительно низким парциальным давлением диоксида углерода.
Краткое описание изобретения
Настоящее изобретение относится к способам и устройствам удаления диоксида углерода из отработавших газов, в которых по меньшей мере часть отработавшего газа сжимается до более высокого давления, тем самым улучшая эффективность удаления диоксида углерода.
Согласно одному аспекту настоящего изобретения устройство включает в себя камеру сгорания, которая сжигает топливо в присутствии нагретого увлажненного воздуха с получением выходящего газа, который расширяется в расширителе. Компрессор (функционально связанный с расширителем) сжимает воздух и по меньшей мере часть выходящего из расширителя газа для образования сжатого смешанного газа, из которого диоксид углерода удаляется в блоке удаления кислого газа, и увлажнитель увлажняет образованный таким образом сжатый смешанный газ, обедненный диоксидом углерода, для получения нагретого увлажненного воздуха.
Кроме того, особенно предпочтительно, в таких устройствах нагретый увлажненный воздух нагревается с использованием выходящего газа в качестве источника тепла, и увлажнитель использует воду, которая нагревается сжатым смешанным газом и/или выходящим газом. Хотя рассматриваются различные способы удаления кислого газа, предпочтительные устройства удаления кислого газа включают в себя мембранный узел или использование растворителя (например, аминосодержащего растворителя). В альтернативных устройствах предполагается, что часть сжатого смешанного газа может также подавать
- 1 -
008112
ся в камеру сгорания, а устройство охлаждения обеспечивает охлаждение расширенного выходящего газа с конденсацией в результате воды из расширенного выходящего газа.
Когда узел удаления кислого газа содержит узел автоматического охлаждения, предполагается, что он удаляет диоксид углерода из первой части сжатого смешанного газа, и что увлажнитель увлажняет вторую часть сжатого смешанного газа с образованием нагретого увлажненного воздуха.
Таким образом, обычно предполагается, что устройство может включать в себя турбинную камеру сгорания и, в частности, камеру сгорания турбины с увлажненным воздухом, которая получает топливо и увлажненный воздух, обедненный диоксидом углерода, причем по меньшей мере часть увлажненного воздуха, обедненного диоксидом углерода, образуется из выходящего газа турбинной камеры сгорания увлажненного воздуха после того, как часть диоксида углерода была удалена для извлечения. Диоксид углерода в таких устройствах преимущественно извлекается из воздуха, содержащего диоксид углерода (смеси свежего воздуха и рециркулирующего отработавшего газа, которая содержит диоксид углерода), с использованием мембранного узла или растворителя. Рассмотренные в другой перспективе предполагаемые устройства, в которых диоксид углерода удаляется из выходящего газа турбинной камеры сгорания, могут поэтому включать в себя компрессор, который сжимает воздух и по меньшей мере часть выходящего газа (рециркулирующего газа) для образования сжатого смешанного газа, при этом диоксид углерода удаляется из сжатого смешанного газа в блоке удаления кислого газа.
Различные цели, признаки, аспекты и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными из последующего подробного описания предпочтительных вариантов воплощения изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых одинаковыми ссылочными позициями обозначены одинаковые компоненты.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - схематичный вид примера устройства извлечения диоксида углерода из выходящего газа с использованием мембраны или растворителя в блоке удаления кислого газа.
Фиг. 2 - схематичный вид примера устройства извлечения диоксида углерода из выходящего газа с использованием устройства автоматического охлаждения в блоке удаления кислого газа.
Фиг. 3 - схематичный вид примера устройства извлечения диоксида углерода из выходящего газа с использованием частичного увлажнения.
Подробное описание изобретения
Авторами изобретения было установлено, что диоксид углерода, содержащийся в выходящем газе газовой турбины, может быть извлечен под давлением при рециклировании, по меньшей мере, части выходящего газа обратно в компрессор для увеличения парциального давления диоксида углерода в сжатом газе и для облегчения в результате удаления диоксида углерода с использованием подходящей технологии удаления кислого газа (например, используя физический или химический растворитель, специальную мембрану для диоксида углерода или процесс автоматического охлаждения).
В одном особенно предпочтительном устройстве, как показано на фиг. 1, пример устройства 100 включает в себя турбинный цикл с увлажненным воздухом для генерирования энергии, в котором по меньшей мере часть расширенного выходящего газа рециклируется обратно в компрессор для извлечения диоксида углерода при повышенном давлении. В частности, камера сгорания 110 получает топливо 112 и нагретый увлажненный воздух 114' и производит выходящий газ 116, который затем расширяется в расширителе 120. Тепло расширенного выходящего газа 118 затем частично извлекается в рекуператоре 170, который нагревает увлажненный воздух 114 из увлажнителя 180, обеспечивает тепло для парогенератора и дополнительно нагревает воду для увлажнителя 180 посредством экономайзера 170'.
Одна часть расширенного и охлажденного выходящего газа 118А вентилируется, тогда как другая часть расширенного и охлажденного выходящего газа 118В охлаждается в устройстве 140 охлаждения с образованием охлажденного расширенного выходящего газового потока 118' (при конденсации и отделении значительной части воды), который объединяется с воздухом 132 и сжимается в компрессоре 130, который функционально соединен с расширителем 120. Таким образом, компрессор 130 обеспечивает сжатый смешанный газ 134, который охлаждается в дополнительном устройстве 160 охлаждения, нагревая в результате по меньшей мере часть воды, используемой в увлажнителе. Охлажденный таким образом сжатый смешанный газ 134 затем подают в блок 150 удаления кислого газа (предпочтительно, блок удаления кислого газа на основе растворителя или блок удаления кислого газа на основе мембраны). Поток 152 продукта диоксида углерода выходит из устройства (например, как коммерческий продукт), тогда как сжатый смешанный газ 136, обедненный диоксидом углерода, подается в увлажнитель 180. Увлажнитель 180 производит увлажненный газовый поток 114 из сжатого смешанного газа 136, обедненного диоксидом углерода, причем увлажненный газовый поток 114 нагревается в рекуператоре 170 для образования нагретого увлажненного газового потока 114', который подается в камеру сгорания 110 (термины "увлажненный газовый поток" и "увлажненный воздух" используются здесь взаимозаменяемо).
Следовательно, устройство может содержать камеру сгорания, которая сжигает топливо в присутствии увлажненного воздуха, причем камера сгорания дает выходящий газ, который расширяется в расширителе для образования расширенного выходящего газа; компрессор, функционально связанный с расширителем, при этом компрессор сжимает воздух и по меньшей мере часть расширенного выходяще
- 2 -
008112
го газа с образованием сжатого смешанного газа; и блок удаления кислого газа, который удаляет диоксид углерода из сжатого смешанного газа для образования сжатого смешанного газа, обедненного диоксидом углерода; и увлажнитель, который увлажняет сжатый смешанный газ, обедненный диоксидом углерода, для образования увлажненного воздуха.
Как вариант, и особенно тогда, когда диоксид углерода удаляется в устройстве автоматического охлаждения, пример устройства показан на фиг. 2. Как указано выше, устройство 200 включает в себя турбинный цикл с увлажненным воздухом для генерирования энергии, причем по меньшей мере часть расширенного выходящего газа рециклируется обратно в компрессор для извлечения диоксида углерода при повышенном давлении. В таких устройствах камера сгорания 210 получает топливо 212, нагревает увлажненный воздух 214' и производит выходящий газ 216, который затем расширяется в расширителе 220. Тепло расширенного выходящего газа 218 затем, по меньшей мере, частично извлекается в рекуператоре 270, который нагревает увлажненный воздух 214 из увлажнителя 280, обеспечивает тепло для парогенератора (не показан) и дополнительно нагревает воду для увлажнителя 280 посредством экономайзера 270'. Расширенный и охлажденный выходящий газ 218 охлаждается в устройстве 240 охлаждения для образования охлажденного расширенного выходящего газового потока 218' (при конденсации и отделении значительной части воды), который объединяется с воздухом 232 и сжимается в компрессоре 230, который функционально соединен с расширителем 220. Таким образом, компрессор 230 обеспечивает сжатый смешанный газ 234, который охлаждается в дополнительном устройстве 260 охлаждения, нагревая в результате по меньшей мере часть воды, используемой в увлажнителе.
Охлажденный таким образом сжатый смешанный газ 234 затем разделяется на первый поток 234А, который подается в увлажнитель 280, и второй поток 234В, который подается в узел 250 автоматического охлаждения. Поток 252 продукта диоксида углерода выходит из устройства (например, как коммерческий продукт), тогда как выходящий газ 238, обедненный диоксидом углерода, выходит из устройства как выходящий газ. Увлажнитель 280 производит увлажненный газовый поток 214 из первого потока 234А, причем увлажненный газовый поток 214 нагревается в рекуператоре 270 для образования нагретого увлажненного газового потока 214', который затем подается в камеру 210 сгорания.
Таким образом, установка может включать в себя камеру сгорания, которая сжигает топливо в присутствии увлажненного воздуха, причем камера сгорания производит выходящий газ, который расширяется в расширителе для образования расширенного выходящего газа; компрессор, функционально связанный с расширителем, причем компрессор сжимает воздух и по меньшей мере часть расширенного выходящего газа для образования сжатого смешанного газа; узел автоматического охлаждения, который удаляет диоксид углерода из первой части сжатого смешанного газа; и увлажнитель, который увлажняет вторую часть сжатого смешанного газа для образования увлажненного воздуха.
В еще одном рассматриваемом устройстве, как показано на фиг. 3, пример устройства 300 включает в себя газовую турбину (например, крупномасштабную турбину General Electric 7FA+e) со способностью до 20-30% извлечения воздуха в турбинном цикле с увлажненным воздухом для генерирования энергии, причем по меньшей мере часть расширенного выходящего газа рециклируется обратно в компрессор для извлечения диоксида углерода при повышенном давлении. Здесь, камера сгорания 310 получает топливо 312 и нагретый увлажненный воздух 314' для получения выходящего газа 316, который расширяется в расширителе 320. Тепло расширенного выходящего газа 318, по меньшей мере, частично извлекается в парогенераторе 370 регенерированного тепла.
Одна часть расширенного и охлажденного выходящего газа 318А вентилируется, тогда как другая часть расширенного и охлажденного выходящего газа 318В охлаждается в устройстве 340 охлаждения с образованием охлажденного расширенного выходящего газового потока 318' (при конденсации и отделении значительной части воды), который объединяется с воздухом 332 и сжимается в компрессоре 330, который функционально соединен с расширителем 320. Таким образом, компрессор 330 обеспечивает сжатый смешанный газ 334. Одна часть сжатого смешанного газа 334А подается напрямую в камеру 310 сгорания (аналогично тому, как это осуществляется в обычных газовых турбинах), тогда как другая часть сжатого смешанного газа 334В охлаждается в дополнительном устройстве 360 охлаждения, нагревая в результате по меньшей мере часть воды, используемой в увлажнителе. Охлажденный таким образом сжатый смешанный газ 334в затем подают в блок 350 удаления кислого газа (предпочтительно, блок удаления кислого газа на основе растворителя или установку удаления кислого газа на основе мембраны). Поток 352 продукта диоксида углерода выходит из устройства (например, как коммерческий продукт), тогда как сжатый смешанный газ 336, обедненный диоксидом углерода, подается в увлажнитель 380. Увлажнитель 380 производит увлажненный газовый поток 314 из сжатого смешанного газа 336, обедненного диоксидом углерода, причем увлажненный газовый поток 314 нагревается в дополнительном устройстве 360 охлаждения с образованием нагретого увлажненного газового потока 314', который подается в камеру сгорания 310.
Таким образом, необходимо признать, что рассмотренные устройства значительно облегчают извлечение диоксида углерода, содержащегося в отработавшем газе с относительно низким парциальным давлением диоксида углерода, что является особенно желательным в случае газовой турбины, когда используется большое количество избыточного воздуха. Следовательно, размер оборудования для извлече
- 3 -
008112
ния диоксида углерода, а также количество энергии, потребляемой нагнетателем, для преодоления падения давления в оборудовании для извлечения диоксида углерода (например, в прямоконтактном устройстве охлаждения и адсорбере) могут быть значительно снижены в устройствах в соответствии с настоящим изобретением по сравнению с многочисленными известными устройствами.
В то время как рециклирование выходящего газа может использоваться в многочисленных устройствах, которые включают нагрузку с турбинным приводом (например, генератор или компрессор), обычно предпочтительными конструкциями устройств, где выходящий газ, по меньшей мере, частично ре-циклируется, являются устройства, которые включают в себя турбины с впрыскиванием сжатого влажного воздуха вместо пара (ТУВ), и примерная установка, которая включает ТУВ, описана в патенте США 4829763, который приводится здесь в качестве ссылки. Когда рассматриваемые устройства включают ТУВ-цикл, должно быть особенно заметно, что ранее существующие трудности известных ТУВ-циклов могут быть преодолены в рассматриваемых устройствах извлечения диоксида углерода. Среди прочего, ранее известные устройства с ТУВ-циклом обычно требуют выполненного на заказ турбинного оборудования, в котором компрессор газовой турбины должен быть значительно меньше расширителя. При удалении диоксида углерода из системы в случае способов на основе растворителя или при удалении диоксида углерода и других газовых компонентов в случае способов на основе мембраны или автоматического охлаждения выше по потоку от расширителя дополнительный водяной пар может подаваться в камеру сгорания и/или расширитель без значительного изменения относительного потока газа через компрессор и расширитель установки. Поэтому ожидается, что рассмотренные устройства не только улучшат экономические показатели при извлечении диоксида углерода в устройствах на основе газовой турбины, но также обеспечат извлечение диоксида углерода в существующих рекуперативных газовых турбинах (например, рекуперативных газовых турбинах, выпускаемых Sulzer Turbo или MAN GHH Borsig).
Кроме того, предполагается, что устройства и способы согласно рассматриваемому изобретению могут также использоваться в относительно небольших энергоустановках мощностью 10 МВт или менее с извлечением диоксида углерода из горючих газов. Как вариант, рассмотренные устройства и способы могут быть включены во все установки, в которых газовая турбина используется для приведения в действие компрессора или генератора.
Кроме того, предполагается, что выделенный таким образом диоксид углерода может использоваться в ряде способов, и, в частности, предполагаемые способы включают установки переработки мочевины и добычи улучшенной нефти. Как вариант, выделенный диоксид углерода может использоваться для медицинского и пищевого применения или в способах замораживания или подаваться насосом в горные пласты, океан или другие места, где диоксид углерода может быть, по меньшей мере, временно изолирован. Подаваемая в увлажнитель вода в рассмотренных устройствах может обеспечиваться различными источниками, включая сбросовую воду (например, от установки), рециклированную воду или свежую воду.
Что касается рассмотренных установок удаления кислого газа необходимо признать, что все известные способы выделения диоксида углерода из газа являются подходящими в связи с представленным здесь описанием. Однако особенно предпочтительные способы и устройства включают способы на основе физического растворителя (см., например, патенты США 2863527, 2926751, 3505784, 2649166 или 3773896, приведенные здесь в качестве ссылки), способы на основе химического растворителя (см., например, патенты США 3563695 или 2177068, приведенные здесь в качестве ссылки), мембранные способы (см., например, патенты США 4705540 или 4741744, приведенные здесь в качестве ссылки) и самоохлаждение (см., например, патент США 6301927, приведенный здесь в качестве ссылки).
Если удаление диоксида углерода включает способ на основе мембраны или растворителя, как показано на фиг. 1, должно быть понятно, что количество рециклированного расширенного выходящего газа 118В может значительно изменяться и зависит среди прочих факторов от конкретного блока удаления диоксида углерода и/или парциального давления диоксида углерода в сжатом смешанном газе. Так обычно предполагается, что количество рециклированного расширенного выходящего газа 118В может быть в диапазоне от 0 до 100 об.% общего количества расширенного выходящего газа 118. Однако, и особенно, когда выходящий газ имеет относительно низкое парциальное давление диоксида углерода, предпочтительно, количество рециклированного расширенного выходящего газа 118В находится в диапазоне приблизительно от 25 до 75 об.% общего количества расширенного выходящего газа 118.
Аналогично, когда используется автоматическое охлаждение, как показано на фиг. 2, должно быть понятно, что количество потока 234В сжатого смешанного газа, которое подается в узел автоматического охлаждения, может значительно изменяться в зависимости от конкретных рабочих параметров. Однако в большей части рабочих условий подходящие количества потока 234В сжатого смешанного газа находятся в диапазоне от 20 до 80 об.%. Когда рассматриваемые устройства включают конкретное ТУВ-устройство, как показано на фиг. 3, количество сжатого смешанного газа 334А, которое непосредственно направляется в камеру сгорания, может преимущественно составлять приблизительно от 5 до 50 об.%. Однако в зависимости от конкретного устройства количество сжатого смешанного газа 334А может быть также выше 50 об.%. Что касается потока 318В охлажденного расширенного выходящего газа, который рециклируется обратно в компрессор, предполагается, что подходящие количества значи
- 4 -
008112
тельно изменяются. Однако обычно предпочтительно количество потока 318В охлажденного расширенного выходящего газа находится в диапазоне от приблизительно 25 до примерно 75 об.%.
Смешение потока рециклированного охлажденного расширенного выходящего газа может осуществляться многочисленными способами и все известные способы смешения могут быть использованы здесь. Например, когда существующая установка модифицируется в устройство согласно рассматриваемому изобретению, смешение может быть осуществлено в смесительной емкости выше по потоку от впуска компрессора. С другой стороны, когда устройство согласно изобретению конструируется разнородно, смешение может осуществляться при подаче рециклированного газа на впуск компрессора вместе со свежим воздухом.
Следовательно, авторы изобретения в основном рассматривают то, что установка может включать в себя камеру сгорания турбины с увлажненным воздухом, которая получает топливо и увлажненный газовый поток, обедненный диоксидом углерода, причем по меньшей мере часть увлажненного газового потока, обедненного диоксидом углерода, образуется из выходящего газа камеры сгорания турбины с увлажненным воздухом. Такие устройства могут преимущественно дополнительно содержать увлажнитель, в котором вода нагревается сжатым смешанным газом и/или выходящим газом. Термин "газовый поток, обедненный диоксидом углерода", как использовано здесь, относится к любому газу, из которого ранее удалена по меньшей мере часть диоксида углерода.
Рассмотренное в другой перспективе устройство, в котором диоксид углерода удаляется из выходящего газа камеры сгорания турбины, содержит компрессор, который сжимает воздух и по меньшей мере часть выходящего газа с образованием сжатого смешанного газа, причем диоксид углерода удаляется из сжатого смешанного газа в блоке удаления кислого газа.
Таким образом, рассмотрены отдельные варианты и применения циклов турбины с увлажненным воздухом с извлечением диоксида углерода. Однако специалистам в данной области техники должно быть понятно, что можно осуществить намного больше модификаций, кроме уже описанных, не выходя из объема настоящего изобретения. Рассматриваемое существо изобретения, поэтому, не ограничивается ничем, кроме как прилагаемой формулой изобретения. Кроме того, при интерпретации как описания, так и формулы изобретения все термины должны интерпретироваться наиболее возможно широким образом в соответствии с контекстом. В частности, термины "содержит" и "содержащий" должны интерпретироваться как относящиеся к элементам, компонентам или стадиям, неисключающим образом показывающим, что обозначенные элементы, компоненты или стадии могут присутствовать, или использоваться, или комбинироваться с другими элементами, компонентами или стадиями, которые обозначены неявным образом.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Газовая турбина с циклом извлечения диоксида углерода, содержащая
камеру сгорания, которая сжигает топливо в присутствии потока увлажненного газа, причем камера сгорания производит выходящий газ, который расширяется в расширителе для образования расширенного выходящего газа;
компрессор, функционально связанный с расширителем, причем компрессор сжимает воздух и по меньшей мере часть расширенного выходящего газа для образования сжатого смешанного газа;
блок удаления кислого газа, который удаляет диоксид углерода из сжатого смешанного газа для образования сжатого смешанного газа, обедненного диоксидом углерода; и
увлажнитель, который увлажняет сжатый смешанный газ, обедненный диоксидом углерода, для образования потока увлажненного газа, который подается в камеру сгорания.
2. Турбина по п.1, в которой поток увлажненного газа нагревается с использованием выходящего газа в качестве источника тепла, и в которой нагретый поток увлажненного газа подается в камеру сгорания.
3. Турбина по п.1, в которой увлажнитель использует воду, которая нагревается сжатым смешанным газом и/или выходящим газом.
4. Турбина по п.1, в которой блок удаления кислого газа содержит растворитель, который адсорбирует по меньшей мере часть диоксида углерода.
5. Турбина по п.4, в которой растворителем является химический растворитель.
6. Турбина по п.1, в которой блок удаления кислого газа содержит мембранный узел.
7. Турбина по п.1, в которой часть сжатого смешанного газа подается в камеру сгорания.
8. Турбина по п.1, дополнительно содержащая устройство охлаждения, которое охлаждает расширенный выходящий газ, в результате конденсируя воду из расширенного выходящего газа.
9. Газовая турбина с циклом извлечения диоксида углерода, содержащая
камеру сгорания, которая сжигает топливо в присутствии потока увлажненного газа, причем камера сгорания производит выходящий газ, который расширяется в расширителе для образования расширенного выходящего газа;
компрессор, функционально связанный с расширителем, причем компрессор сжимает смесь воздуха
- 5 -
008112
и по меньшей мере части расширенного выходящего газа для образования сжатого смешанного газа;
узел автоматического охлаждения, который удаляет диоксид углерода из первой части сжатого смешанного газа; и
увлажнитель, который увлажняет вторую часть сжатого смешанного газа для образования потока увлажненного газа, который подается в камеру сгорания.
10. Турбина по п.9, в которой поток увлажненного газа нагревается с использованием выходящего газа в качестве источника тепла и в которой нагретый увлажненный воздух подается в камеру сгорания.
11. Турбина по п.9, в которой увлажнитель использует воду, которая нагревается сжатым смешанным газом и/или выходящим газом.
12. Турбина по п.9, дополнительно содержащая устройство охлаждения, которое охлаждает расширенный выходящий газ, в результате конденсируя воду из расширенного выходящего газа.
13. Газовая турбина с циклом извлечения диоксида углерода, содержащая камеру сгорания турбины с увлажненным воздухом, которая получает топливо и поток увлажненного газа, обедненного диоксидом углерода, причем по меньшей мере часть потока увлажненного газа, обедненного диоксидом углерода, образуется из выходящего газа камеры сгорания турбины с увлажненным воздухом.
14. Турбина по п.13, в которой диоксид углерода извлекается из потока увлажненного газа, обедненного диоксидом углерода, с использованием мембранного узла.
15. Турбина по п.13, в которой диоксид углерода извлекается из потока увлажненного газа, обедненного диоксидом углерода, с использованием растворителя, который адсорбирует по меньшей мере часть диоксида углерода.
16. Турбина по п.13, дополнительно содержащая увлажнитель, в котором вода, используемая в увлажнителе, нагревается по меньшей мере одним из сжатого смешанного газа и выходящего газа.
17. Устройство для извлечения диоксида углерода, в котором диоксид углерода удаляется из выходящего газа камеры сгорания турбины, содержащее компрессор, который сжимает смесь воздуха и по меньшей мере части выходящего газа для образования сжатого смешанного газа, причем диоксид углерода удаляется из сжатого смешанного газа в блоке удаления кислого газа для образования обработанного воздушного потока, который подается в камеру сгорания турбины.
18. Устройство по п.17, в котором блок удаления кислого газа содержит мембранный узел.
19. Устройство по п.17, в котором блок удаления кислого газа содержит растворитель, который адсорбирует по меньшей мере часть диоксида углерода.
20. Устройство по п.17, дополнительно содержащее увлажнитель, в котором вода, используемая в увлажнителе, нагревается сжатым смешанным газом и/или выходящим газом.
- 6 -
008112
- 7 -
008112
200
220
270
270'
Конденсированная вода
Фиг. 2
- 8 -
008112
____300
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2/6
- 9 -