專利名稱：低排放三循環(huán)動力產(chǎn)生系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開的實(shí)施方式涉及聯(lián)合循環(huán)動力系統(tǒng)中的低排放動力產(chǎn)生。更具體地，本公開的實(shí)施方式涉及為了增強(qiáng)的CO2制造和捕獲用于燃燒燃料的方法和裝置。
背景技術(shù)：
本章節(jié)意欲介紹本領(lǐng)域的多個(gè)方面，其可與本公開的示例性實(shí)施方式相關(guān)。相信該討論幫助提供框架，以便于更好地理解本公開的具體方面。因此，應(yīng)當(dāng)理解應(yīng)據(jù)此閱讀本章節(jié)，并不必承認(rèn)為現(xiàn)有技術(shù)。很多產(chǎn)油國家正經(jīng)歷動力需求的強(qiáng)烈國內(nèi)增長并對提高采收率法采油(EOR)感興趣，以提高從他們油藏采油。兩種常見的EOR技術(shù)包含用于油藏壓力保持的氮?dú)?N2)注入和用于EOR的混相驅(qū)動(miscible flooding)的二氧化碳(CO2)注入。也存在關(guān)于溫室氣體(GHG)排放的全球關(guān)注。該關(guān)注連同很多國家中的限制和交易政策的執(zhí)行使得減少CO2排放成為這些和其他國家以及其中操作烴生產(chǎn)系統(tǒng)的公司優(yōu)先考慮的事?！┙档虲O2排放的方法包含燃料去碳化或利用溶劑諸如胺類的燃燒后捕獲。然而，這兩種方案昂貴并降低動力產(chǎn)生效力，導(dǎo)致較低的動力產(chǎn)生、增加的燃料需求和增加的電成本以滿足國內(nèi)動力需求。具體地，氧、SO5^P NOx成分的存在使得胺溶劑吸收的使用非常成問題。另一種方法是在結(jié)合循環(huán)中的含氧燃料(oxyfuel)燃?xì)鉁u輪(例如，其中來自燃?xì)鉁u輪布雷頓循環(huán)的廢熱被捕獲以制造蒸汽并且在蘭金循環(huán)中產(chǎn)生額外的動力)。然而，沒有可在這樣的循環(huán)中運(yùn)轉(zhuǎn)的商業(yè)可得的燃?xì)鉁u輪，并且生產(chǎn)高純氧要求的動力顯著降低了該工藝的總體效力。一些研究已經(jīng)比較了這些工藝并顯示每種方法的一些優(yōu)勢。見例如 BOLLAND，0LAV，和 UNDRUM，HENRIETTE, Removal of CO2 from Gas TurbinePower Plants:Evaluation ofpre—and post-combustion methods，SINTEF Group，foundathttp: // www. energy, sintef. no/publ/xergi/98/3/3art-8-engelsk. htm(1998)。降低CO2排放的其他方法包含諸如在天然氣聯(lián)合循環(huán)(NGCC)中的化學(xué)計(jì)量的廢氣再循環(huán)。在常規(guī)NGCC系統(tǒng)中，僅要求大約40%的空氣吸入體積，以提供燃料的充分的化學(xué)計(jì)量的燃燒，而剩余60%的空氣體積用于調(diào)節(jié)溫度和冷卻廢氣，以便適于引入隨后的膨脹器，但也不利地產(chǎn)生難以去除的過量的氧副產(chǎn)品。典型的NGCC產(chǎn)生低壓廢氣，其要求一部分產(chǎn)生的動力提取CO2,用于埋存(sequestration)或E0R,由此減少NGCC的熱效力。進(jìn)一步，用于CO2提取的設(shè)備大并且昂貴，而且需要數(shù)個(gè)壓縮階段以便使環(huán)境壓力氣體達(dá)到EOR或埋存所需的壓力。這樣的限制是來自與其他化石燃料諸如煤的燃燒相關(guān)的低壓廢氣的燃燒后碳捕獲的典型特征。本領(lǐng)域中需求的上述討論意欲為代表性的，而不是窮盡的。解決一種或更多種這樣的需求或本領(lǐng)域一些其他相關(guān)缺點(diǎn)的技術(shù)將有益于聯(lián)合循環(huán)動力系統(tǒng)中的動力產(chǎn)生。

發(fā)明內(nèi)容
本公開提供了用于燃燒燃料、產(chǎn)生動力、處理產(chǎn)生的烴和/或產(chǎn)生惰性氣體的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)可在多種情況中實(shí)施，并且系統(tǒng)的產(chǎn)物可具有多種用途。例如，該系統(tǒng)和方法可適于產(chǎn)生二氧化碳流和氮?dú)饬?，其中的每一種都可在烴生產(chǎn)操作中具有多種可能的用途。類似地，入口燃料可來自多種來源。例如，燃料可為任何常規(guī)的燃料流或可為產(chǎn)生的烴流，諸如含有甲烷和較重?zé)N的流。本公開范圍內(nèi)的一個(gè)示例性系統(tǒng)包含燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)和廢氣再循環(huán)系統(tǒng)兩者。燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)可包含第一壓縮機(jī)，其被配置用于接收和壓縮冷卻的再循環(huán)氣體流成為壓縮的再循環(huán)流。燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)可進(jìn)一步包含第二壓縮機(jī)，其被配置用于接收和壓縮供應(yīng)氧化劑成為壓縮的氧化劑。仍然進(jìn)一步地，燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)可包含燃燒室，其被配置用于接收壓縮的再循環(huán)流和壓縮的氧化劑并燃燒燃料流，其中壓縮的再循環(huán)流用作稀釋劑以調(diào)節(jié)燃燒溫度。燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)進(jìn)一步包含膨脹器，其被連接至第一壓縮機(jī)并被配置用于接收來自燃燒室的排出物，以產(chǎn)生氣態(tài)廢流并且至少部分地驅(qū)動第一壓縮機(jī)。燃?xì)鉁u輪可進(jìn)一步適于產(chǎn)生用于其他系統(tǒng)的輔助動力。示例性系統(tǒng)進(jìn)一步包含包括熱回收蒸汽發(fā)生器和增壓器的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)。熱回收蒸汽發(fā)生器可被配置用于接收來自膨脹器的氣態(tài)廢流并產(chǎn)生蒸汽和冷卻的廢流。冷卻的廢流可被再循環(huán)至燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)，成為冷卻的再循環(huán)氣流。在到達(dá)燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的路徑中，冷卻的再循環(huán)氣流可經(jīng)過增壓器，該增壓器被配置用于在注入第一壓縮機(jī)之前接收冷卻的再循環(huán)氣流并增加其壓力。


本公開的上述和其他優(yōu)勢可在回顧以下詳細(xì)描述和實(shí)施方式的非限制性實(shí)施例的附圖后變得顯而易見，其中圖1描繪了根據(jù)本公開的一種或多種實(shí)施方式的用于低排放動力產(chǎn)生和增強(qiáng)的CO2回收的綜合系統(tǒng)。圖2描繪了根據(jù)本公開的一種或多種實(shí)施方式的用于低排放動力產(chǎn)生和增強(qiáng)的CO2回收的另一個(gè)綜合系統(tǒng)。圖3描繪了根據(jù)本公開的一種或多種實(shí)施方式的用于低排放動力產(chǎn)生和增強(qiáng)的CO2回收的另一個(gè)綜合系統(tǒng)。發(fā)明詳述在以下詳述部分，本公開的具體實(shí)施方式
結(jié)合優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述。然而，對于以下描述對于本公開的特定實(shí)施方式或特定用途是特異性的而言，意欲僅用于示例性目的和簡單地提供示例性實(shí)施方式的描述。因此，本公開不限于以下描述的具體實(shí)施方式
，而是它包含落入所附權(quán)利要求的真實(shí)精神和范圍內(nèi)的所有可選方案、更改和等價(jià)物。本文所用的多種術(shù)語定義如下。對于在權(quán)利要求中使用的術(shù)語在以下未定義而言，其應(yīng)該給予在已經(jīng)給予該術(shù)語的相關(guān)領(lǐng)域中的人最廣泛的定義，如在至少一個(gè)印刷出版物或授權(quán)的專利中反映的。如本文所用的，術(shù)語“天然氣”指的是從原油井(相關(guān)的氣體)或從地下含氣地層(非相關(guān)的氣體)獲得的多成分氣體。天然氣的組成和壓力可顯著變化。典型的天然氣流含有甲烷(CH4)作為主要成分，即大于50mol%的天然氣流為甲烷。天然氣流也可含有乙烷(C2H6)、較高分子量烴(例如，C3-C2tl烴)、一種或多種酸性氣體(例如，硫化氫、二氧化碳)或其任何組合。天然氣也可含有少量雜質(zhì)，諸如水、氮?dú)狻⒘蚧F、蠟、原油或其任何組合。如本文所用的，術(shù)語“化學(xué)計(jì)量的燃燒”指的是具有一定體積的包括燃料和氧化劑的反應(yīng)物和一定體積的由燃燒反應(yīng)物形成的產(chǎn)物的燃燒反應(yīng)，其中反應(yīng)物的整個(gè)體積用于形成該產(chǎn)物。如本文所用的，術(shù)語“基本上化學(xué)計(jì)量的燃燒”指的是具有燃燒燃料與氧的摩爾比在以下范圍中的燃燒反應(yīng)從大約化學(xué)計(jì)量比要求的氧加或減10%，或更優(yōu)選從大約化學(xué)計(jì)量比要求的氧加或減5%。例如，對于甲烷，燃料與氧的化學(xué)計(jì)量比為1:2(CH4+202>C02+2H20)。丙烷將具有燃料與氧為1:5的化學(xué)計(jì)量比。測量基本上化學(xué)計(jì)量的燃燒的另一種方法為供應(yīng)的氧與化學(xué)計(jì)量的燃燒需要的氧的比，諸如從大約O. 9:1至大約1. 1:1，或更優(yōu)選從大約O. 95:1至大約1.05:1。如本文所用的，術(shù)語“流”指的是一定體積的流體，盡管使用術(shù)語流通常表示移動體積的流體(例如，具有速度或質(zhì)量流速)。然而，術(shù)語“流”不要求速度、質(zhì)量流速或特定類型的用于封閉流的管道。目前公開的系統(tǒng)和工藝的實(shí)施方式可用于生產(chǎn)超低排放電力和CO2，用于提高采收率法采油(EOR)或埋存應(yīng)用。根據(jù)本文公開的實(shí)施方式，空氣和燃料的混合物可被化學(xué)計(jì)量地或基本上化學(xué)計(jì)量地燃燒并與再循環(huán)的廢氣流混合。在一些實(shí)施中，可操作燃燒器以盡量獲得化學(xué)計(jì)量的燃燒，具有對于化學(xué)計(jì)量的燃燒的任一側(cè)的一些偏離。另外地或可選地，燃燒器和燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)可適于優(yōu)選亞化學(xué)計(jì)量的燃燒，以在失去氧的系統(tǒng)而不是供應(yīng)過量的氧的一側(cè)上背離(err)或偏離。通常包含燃燒產(chǎn)物諸如CO2的再循環(huán)的廢氣流可用作稀釋劑以控制或以其他方式調(diào)節(jié)燃燒室的溫度和/或進(jìn)入隨后的膨脹器的廢氣的溫度。在接近化學(xué)計(jì)量的條件下的燃燒(或“輕微富(slightly rich) ”燃燒)可證明是有利的，以便消除過量氧去除的成本。通過冷卻廢氣和從流冷凝出水,可以產(chǎn)生相對高含量的CO2流。盡管一部分再循環(huán)的廢氣可用于閉合布雷頓循環(huán)中的溫度調(diào)節(jié)，但剩余的凈化流可用于EOR應(yīng)用，并且可產(chǎn)生電力，很少或沒有S0X、NOx或CO2排放至大氣。
現(xiàn)在參考附圖，圖1描繪了根據(jù)一種或多種實(shí)施方式利用聯(lián)合循環(huán)布置，用于動力產(chǎn)生和CO2回收的說明性綜合系統(tǒng)100的示意圖。在至少一個(gè)實(shí)施方式中，動力產(chǎn)生系統(tǒng)100可包含燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)102，其以產(chǎn)生動力的、閉合的布雷頓循環(huán)為特征。燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)102可具有經(jīng)軸108連接至膨脹器106的第一或主壓縮機(jī)104。軸108可為任何機(jī)械、電或其他動力連接的，從而允許由膨脹器106產(chǎn)生的一部分機(jī)械能驅(qū)動主壓縮機(jī)104。在至少一個(gè)實(shí)施方式中，燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)102可為標(biāo)準(zhǔn)燃?xì)鉁u輪，其中主壓縮機(jī)104和膨脹器106分別形成壓縮機(jī)和膨脹器末端。然而，在其他實(shí)施方式中，主壓縮機(jī)104和膨脹器106可為系統(tǒng)102中單獨(dú)的組件。燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)102也可包含燃燒室110，其被配置用于燃燒與管線114中壓縮的氧化劑混合的管線112中的燃料。在一種或多種實(shí)施方式中，管線112中的燃料可包含任何合適的烴氣體或液體，諸如天然氣、甲烷、乙烷、石腦油、丁烷、丙烷、合成氣、柴油、煤油、航空燃料、煤衍生的燃料、生物燃料、氧化烴原料或其組合。管線114中壓縮的氧化劑可源于流體連接至燃燒室110并且適于壓縮供應(yīng)氧化劑120的第二或入口壓縮機(jī)118。在一種或多種實(shí)施方式中，供應(yīng)氧化劑120可包含任何合適的含氧氣體，諸如空氣、富氧空氣、氧耗盡的空氣、純氧或其組合。如將在以下更詳細(xì)地描述的，燃燒室110也可接收壓縮的再循環(huán)流144——其包含主要具有CO2和氮?dú)獬煞值膹U氣。壓縮的再循環(huán)流144可源于主壓縮機(jī)104并適于幫助促進(jìn)管線114中壓縮的氧化劑和管線112中燃料的化學(xué)計(jì)量的或基本上化學(xué)計(jì)量的燃燒，并也增加廢氣中CO2的濃度。在壓縮的再循環(huán)流144的存在下，引導(dǎo)至膨脹器106的入口的排出物流116可作為管線112中的燃料和管線114中壓縮的氧化劑的燃燒產(chǎn)物而產(chǎn)生。在至少一個(gè)實(shí)施方式中，管線112中的燃料可主要為天然氣，從而產(chǎn)生包含體積部分的蒸發(fā)的水、CO2、氮?dú)狻⒀趸?NOx)和氧化硫(SOx)的排出物116。在一些實(shí)施方式中，小部分未燃燒的燃料或其他化合物也可由于燃燒平衡限制存在于排出物116中。當(dāng)排出物流116通過膨脹器106膨脹時(shí)，它產(chǎn)生機(jī)械動力，以驅(qū)動主壓縮機(jī)104、發(fā)電機(jī)或其他設(shè)施，并也產(chǎn)生具有提高的CO2含量的氣態(tài)廢流122，其由管線144中壓縮的再循環(huán)廢氣的流入產(chǎn)生。由膨脹器106產(chǎn)生的機(jī)械動力可另外地或可選地用于其他目的，諸如對局部電網(wǎng)提供電或驅(qū)動設(shè)施或操作中的其他系統(tǒng)。動力產(chǎn)生系統(tǒng)100也可包含廢氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)124。在一種或多種實(shí)施方式中，EGR系統(tǒng)124可包含流體連接至蒸汽燃?xì)鉁u輪128的熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG) 126或類似設(shè)備。在至少一個(gè)實(shí)施方式中，HRSG 126和蒸汽燃?xì)鉁u輪128的組合可以表征為閉合的蘭金循環(huán)。結(jié)合燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)102、HRSG 126和蒸汽燃?xì)鉁u輪128可形成聯(lián)合循環(huán)動力產(chǎn)生工廠的一部分，諸如天然氣聯(lián)合循環(huán)(NGCC)工廠。氣態(tài)廢流122可被發(fā)送至HRSG126，以產(chǎn)生管線130中的蒸汽流和管線132中的冷卻的廢氣。在一個(gè)實(shí)施方式中，管線130中的蒸汽可被發(fā)送至蒸汽燃?xì)鉁u輪128以產(chǎn)生額外的電力。管線132中的冷卻的廢氣可被發(fā)送至至少一個(gè)冷卻單元134，其被配置用于降低管線132中冷卻的廢氣的溫度并且產(chǎn)生冷卻的再循環(huán)氣流140。在一種或多種實(shí)施方式中，冷卻單元134可為直接接觸冷卻器、調(diào)溫冷卻器(trim cooler)、機(jī)械制冷單元或其組合。冷卻單元134也可被配置用于經(jīng)水排泄流138去除一部分冷凝水，水排泄流138可在至少一個(gè)實(shí)施方式中經(jīng)管線141按路線發(fā)送至HRSG 126，以提供用于產(chǎn)生管線130中額外的蒸汽的水源。在一種或多種實(shí)施方式中，冷卻的再循環(huán)氣流140可被引導(dǎo)至流體連接至冷卻單元134的增壓器142。在冷卻單元134中，冷卻管線132中的冷卻的廢氣可減少壓縮增壓器142中冷卻的再循環(huán)氣流140需要的動力。增壓器142可被配置用于在冷卻的再循環(huán)氣流140被引入主壓縮機(jī)104之前增加其壓力。與常規(guī)風(fēng)扇或鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)相反，增壓器142增加冷卻的再循環(huán)氣流140的總體密度，從而引導(dǎo)相同體積流量至主壓縮機(jī)104的增加的質(zhì)量流速。因?yàn)橹鲏嚎s機(jī)104通常是體積-流量限制的，引導(dǎo)更多質(zhì)量流量通過主壓縮機(jī)104可導(dǎo)致來自主壓縮機(jī)104的較高排出壓力，從而經(jīng)過膨脹器106轉(zhuǎn)換成較高的壓力比。經(jīng)過膨脹器106產(chǎn)生的較高壓力比可允許較高的入口溫度，并且因此增加膨脹器106的動力和效力。這可證明是有利的，因?yàn)楦缓珻O2的排出物116通常保持較高的比熱容。主壓縮機(jī)104可被配置用于壓縮從增壓器142接收的冷卻的再循環(huán)氣流140至稍高于燃燒室110壓力的壓力，從而產(chǎn)生壓縮的再循環(huán)流144。在至少一個(gè)實(shí)施方式中，凈化流146可從壓縮的再循環(huán)流144流出并隨后在CO2分離器148中進(jìn)行處理以在升高的壓力下經(jīng)管線150捕獲C02。管線150中分離的CO2可用于出售，用于需要二氧化碳的另一個(gè)工藝，和/或被壓縮和注入陸地油藏，用于提高采收率法采油(EOR)、埋存或另一個(gè)目的?；旧虾谋MCO2并且主要由氮?dú)饨M成的殘余流151可源于CO2分離器148。在一些實(shí)施中，富氮?dú)堄嗔?51可被排出和/或直接用于一種或多種操作。在一種或多種實(shí)施方式中，可處于壓力下的殘余流151可在流體連接至CO2分離器148的氣體膨脹器152諸如產(chǎn)生動力的氮?dú)馀蛎浧髦羞M(jìn)行膨脹。如圖1-3所描繪的，氣體膨脹器152可通過公共軸154或其他機(jī)械、電或其他動力連接任選地連接至入口壓縮機(jī)118，從而允許由氣體膨脹器152產(chǎn)生的一部分動力驅(qū)動入口壓縮機(jī)118。在氣體膨脹器152中膨脹后，主要由氮?dú)饨M成的管線156中的廢氣可被排出至大氣或在本領(lǐng)域已知的其他應(yīng)用中實(shí)施。例如，膨脹的氮?dú)饬骺捎糜谡舭l(fā)冷卻工藝，其被配置用于進(jìn)一步降低廢氣溫度，如在同時(shí)提交的名稱為“Stoichiometric Combustionwith Exhaust Gas Recirculation and Direct ContactCooler (具有廢氣再循環(huán)和直接接觸冷卻器的化學(xué)計(jì)量的燃燒)”的美國專利申請中大體描述的，其內(nèi)容在此通過引用并入至與本公開一致。在至少一個(gè)實(shí)施方式中，氣體膨脹器152、入口壓縮機(jī)118和CO2分離器的組合可以表征為開放的布雷頓循環(huán),或系統(tǒng)100的第三動力產(chǎn)生部件。然而，在其他實(shí)施方式中，氣體膨脹器152可用于向其他應(yīng)用提供動力，并且不直接連接至化學(xué)計(jì)量的壓縮機(jī)118。例如，在由膨脹器152產(chǎn)生的動力和壓縮機(jī)118的要求之間存在大量失配。在這種情況下，膨脹器152可適于驅(qū)動需要較少動力的較小的壓縮機(jī)(未示出)。仍在其他實(shí)施方式中，氣體膨脹器152可用下游壓縮機(jī)(未示出)取代，該下游壓縮機(jī)被配置用于壓縮殘余流151和產(chǎn)生適于注入油藏用于壓力保持或EOR應(yīng)用的壓縮的廢氣。如本文所述的EGR系統(tǒng)124，特別是增加了增壓器142，可被實(shí)施以實(shí)現(xiàn)動力產(chǎn)生系統(tǒng)100的廢氣中較高濃度的CO2，從而允許更有效的CO2分離，用于隨后的埋存、壓力保持或EOR應(yīng)用。例如，本文公開的實(shí)施方式可有效增加廢氣流中CO2的濃度至大約10vol%或更高。為了實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，燃燒室110可適于化學(xué)計(jì)量地燃燒管線112中的燃料和管線114中壓縮的氧化劑的進(jìn)入混合物。為了調(diào)節(jié)化學(xué)計(jì)量燃燒的溫度，以滿足膨脹器106入口溫度和成分冷卻要求，源于壓縮的再循環(huán)流144的一部分廢氣可被同時(shí)注入燃燒室110作為稀釋劑。因此，本公開的實(shí)施方式可基本上消除來自廢氣的任何過量的氧，同時(shí)增加其CO2組分。如此，氣態(tài)廢流122可具有小于大約3. Ovo 1%的氧，或小于大約1. Ovo 1%的氧，或小于大約O. lvol%的氧，或甚至小于大約O. 001vol%的氧?，F(xiàn)在將討論系統(tǒng)100的示例性操作的細(xì)節(jié)。如可被理解的，在任何本文公開的實(shí)施方式的不同部件中實(shí)現(xiàn)或經(jīng)歷的具體溫度和壓力可取決于使用的氧化劑的純度和膨脹器、壓縮機(jī)、冷卻器等的具體制造和/或型號等等這些因素變化。因 此，將理解本文描述的特定數(shù)據(jù)僅是為了說明性目的并且不應(yīng)當(dāng)被理解為其唯一的解釋。在一個(gè)實(shí)施方式中，入口壓縮機(jī)118可被配置用于在大約280psia和大約300psia之間范圍的壓力下提供管線114中壓縮的氧化劑。然而，同樣在本文中考慮的是航改式(aeroderivative)燃?xì)鉂欇喖夹g(shù)，其可產(chǎn)生和消耗高達(dá)大約750psia和更多的壓力。主壓縮機(jī)104可被配置用于壓縮再循環(huán)的廢氣成為稍高于燃燒室110壓力的壓力下或在燃燒室110壓力下的壓縮的再循環(huán)流144，并且在燃燒室110中使用一部分再循環(huán)的廢氣作為稀釋劑。因?yàn)槿紵?10中需要的稀釋劑的量可取決于用于化學(xué)計(jì)量的燃燒的氧化劑的純度或膨脹器106的型號，熱電偶環(huán)和/或氧傳感器(未示出)可與燃燒室或燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)，通常通過直接測量或通過估計(jì)和/或計(jì)算確定一種或多種流中的溫度和/或氧濃度。例如，熱電偶和/或氧傳感器可被放置在燃燒室110的出口、膨脹器106的入口和/或膨脹器106的出口上。在操作中，熱電偶和傳感器可適于調(diào)節(jié)和確定要求作為稀釋劑以冷卻燃燒產(chǎn)物至要求的膨脹器入口溫度的廢氣的體積，并且也調(diào)節(jié)被注入燃燒室110的氧化劑的量。因此，響應(yīng)于由熱電偶檢測的熱要求和由氧傳感器檢測的氧水平，壓縮的再循環(huán)流144和管線114中壓縮的氧化劑的體積質(zhì)量流可被操縱或控制以符合需求。在至少一個(gè)實(shí)施方式中，可在化學(xué)計(jì)量的燃燒期間通過燃燒室110經(jīng)歷大約12-13psia的壓力降。管線112中的燃料和管線114中壓縮的氧化劑的燃燒可產(chǎn)生大約2000 °F和大約3000 間的溫度以及范圍從250psia至大約300psia的壓力。因?yàn)樵黾拥馁|(zhì)量流和源于壓縮的再循環(huán)流144的富含CO2的廢氣的較高比熱容，可實(shí)現(xiàn)通過膨脹器106的較高的壓力比，從而允許較高的入口溫度和增加的膨脹器106動力。離開膨脹器106的氣態(tài)廢流122可具有在或接近環(huán)境的壓力。在至少一個(gè)實(shí)施方式中，氣態(tài)廢流122可具有大約15. 2psia的壓力。在通過HRSG126之前，氣態(tài)廢流122的溫度可在大約1180 °F至大約1250 ° 的范圍內(nèi)，以產(chǎn)生管線130中的蒸汽和管線132中的冷卻的廢氣。管線132中的冷卻的廢氣可具有從大約190 °F至大約200 ° 范圍內(nèi)的溫度。在一種或多種實(shí)施方式中，冷卻單元134可降低管線132中冷卻的廢氣的溫度，從而產(chǎn)生具有溫度在大約32 T和120 °F之間的冷卻的再循環(huán)氣流140，主要取決于在具體的位置和在具體季節(jié)期間的濕球溫度。取決于由冷卻單元134提供的冷卻程度，冷卻單元可適于增加冷卻的再循環(huán)氣流的質(zhì)量流速。根據(jù)一種或多種實(shí)施方式，增壓器142可被配置用于提高冷卻的再循環(huán)體流140的壓力至范圍從大約17.1psia至大約21psia的壓力。結(jié)果，主壓縮機(jī)104接收和壓縮具有較高的密度和增加的質(zhì)量流的再循環(huán)的廢氣，從而允許充分較高的排出壓力，同時(shí)保持相同或相似的壓力比。在至少一個(gè)實(shí)施方式中，從主壓縮機(jī)104排出的壓縮的再循環(huán)流144的溫度可為大約800 °F，壓力為大約280psia。
下表提供了具有和不具有增壓器142增加的益處的基于聯(lián)合循環(huán)燃?xì)鉁u輪的測試結(jié)果和性能評估，如本文所述的。表I
權(quán)利要求
1.綜合系統(tǒng)，包括 燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)，包括 第一壓縮機(jī)，其被配置用于接收和壓縮冷卻的再循環(huán)氣流成為壓縮的再循環(huán)流； 第二壓縮機(jī)，其被配置用于接收和壓縮供應(yīng)氧化劑成為壓縮的氧化劑； 燃燒室，其被配置用于接收所述壓縮的再循環(huán)流和所述壓縮的氧化劑并且化學(xué)計(jì)量地燃燒燃料流，其中所述壓縮的再循環(huán)流用作稀釋劑以調(diào)節(jié)燃燒溫度；和 膨脹器，其被連接至所述第一壓縮機(jī)并被配置用于接收來自所述燃燒室的排出物，以產(chǎn)生氣態(tài)廢流并且至少部分地驅(qū)動所述第一壓縮機(jī)；和 廢氣再循環(huán)系統(tǒng)，包括 熱回收蒸汽發(fā)生器，其被配置用于接收來自所述膨脹器的所述氣態(tài)廢流并產(chǎn)生蒸汽和冷卻的廢流；和 增壓器，其被配置用于接收所述冷卻的廢流并且增加其壓力，以提供用于注入所述第一壓縮機(jī)的冷卻的再循環(huán)氣流。
2.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述廢氣再循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)一步包括被配置用于接收所述蒸汽并產(chǎn)生電力的蒸汽燃?xì)鉁u輪。
3.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述供應(yīng)氧化劑為空氣、富氧空氣和其任何組合。
4.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述燃料流選自天然氣、甲烷、石腦油、丁烷、丙烷、合成氣、柴油、煤油、航空燃料、煤衍生的燃料、生物燃料、氧化烴原料和其任何組合。
5.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述廢氣再循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)一步包括至少一個(gè)冷卻單元，其被配置用于接收所述冷卻的廢流和冷卻的再循環(huán)氣流中的至少一個(gè)并產(chǎn)生水排泄流和所述冷卻的再循環(huán)氣流。
6.權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述水排泄流被流體連接至所述熱回收蒸汽發(fā)生器，以產(chǎn)生額外的蒸汽。
7.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述氣態(tài)廢流在高于大氣壓的壓力下被提供至所述熱回收單元。
8.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中離開所述膨脹器的所述氣態(tài)廢流的溫度為大約1250 T。
9.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述增壓器增加所述冷卻的再循環(huán)氣流的壓力至在大約17.1psia至大約21psia之間的壓力。
10.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括取自所述壓縮的再循環(huán)流的凈化流。
11.權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述凈化流在CO2分離器中被處理，以產(chǎn)生二氧化碳流和基本上包括氮?dú)獾臍堄嗔鳌?br> 12.權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中至少一部分所述凈化流被發(fā)送至二氧化碳埋存、二氧化碳出售、碳捕獲、排氣或其組合的位置。
13.產(chǎn)生動力的方法，包括 在第一壓縮機(jī)中壓縮冷卻的再循環(huán)氣流，以產(chǎn)生壓縮的再循環(huán)流； 在第二壓縮機(jī)中壓縮供應(yīng)氧化劑，以產(chǎn)生壓縮的氧化劑； 在燃燒室中在所述壓縮的再循環(huán)流的存在下燃燒燃料流和所述壓縮的氧化劑，從而產(chǎn)生排出物，其中所述壓縮的再循環(huán)流適于調(diào)節(jié)所述排出物的溫度；在膨脹器中膨脹所述排出物，以產(chǎn)生氣態(tài)廢流和至少一單位的動力； 在熱回收蒸汽發(fā)生器中回收來自氣態(tài)廢排出物的熱，以產(chǎn)生蒸汽和冷卻的廢流；和 在增壓器中增加所述冷卻的廢流的壓力，以提供冷卻的再循環(huán)氣流，用于注入所述第一壓縮機(jī)。
14.權(quán)利要求13所述的方法，進(jìn)一步包括在蒸汽燃?xì)鉁u輪中從所述蒸汽產(chǎn)生電力。
15.權(quán)利要求13所述的方法，進(jìn)一步包括在冷卻單元中冷卻所述冷卻的廢流和所述冷卻的再循環(huán)氣流中的至少一個(gè)，以從中移出至少一部分冷凝水。
16.權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括從所述冷卻單元按路線發(fā)送所述部分的冷凝水至所述熱回收蒸汽發(fā)生器，以產(chǎn)生額外的蒸汽。
17.權(quán)利要求13所述的方法，進(jìn)一步包括 在凈化流中去除一部分所述壓縮的再循環(huán)流； 在CO2分離器中處理所述凈化流；和 從所述CO2分離器排出二氧化碳流和基本上包括氮?dú)獾臍堄嗔鳌?br> 18.綜合系統(tǒng)，包括 燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)，包括 第一壓縮機(jī)，其被配置用于接收和壓縮冷卻的再循環(huán)氣流成為壓縮的再循環(huán)流； 第二壓縮機(jī)，其被配置用于接收和壓縮供應(yīng)氧化劑成為壓縮的氧化劑； 燃燒室，其被配置用于接收所述壓縮的再循環(huán)流和所述壓縮的氧化劑并且化學(xué)計(jì)量地燃燒燃料流；和 膨脹器，其被連接至所述第一壓縮機(jī)并被配置用于接收來自所述燃燒室的排出物，以產(chǎn)生至少大約1250 ° 溫度的氣態(tài)廢流并產(chǎn)生至少一個(gè)單位的動力；和廢氣再循環(huán)系統(tǒng)，包括 熱回收蒸汽發(fā)生器，其被配置用于接收來自所述膨脹器的所述氣態(tài)廢流，并產(chǎn)生蒸汽和冷卻的廢流； 增壓器，其被配置用于接收所述冷卻的廢流并增加其壓力至大約17.1psia至大約21psia之間的壓力；和 第一冷卻單元，其被配置用于接收來自所述增壓器的所述冷卻的廢流并產(chǎn)生水排泄流和所述冷卻的再循環(huán)氣流，用于注入所述第一壓縮機(jī)。
19.權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括取自所述壓縮的再循環(huán)流并在CQe分離器中進(jìn)行處理的凈化流，以產(chǎn)生二氧化碳流和基本上包括氮?dú)獾臍堄嗔鳌?br> 全文摘要
提供了用于烴回收工藝中的低排放動力產(chǎn)生的方法和系統(tǒng)。一個(gè)系統(tǒng)包含燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)，其在壓縮的再循環(huán)流的存在下適于燃燒燃料和氧化劑，以提供機(jī)械動力和氣態(tài)廢氣。壓縮的再循環(huán)流用于調(diào)節(jié)燃燒工藝的溫度。增壓器可在氣態(tài)廢氣被壓縮成為壓縮的再循環(huán)流之前提高氣態(tài)廢氣的壓力。凈化流可從壓縮的再循環(huán)流流出并被引向排出CO2和富氮?dú)怏w的CO2分離器，CO2和富氮?dú)怏w可在氣體膨脹器中膨脹以產(chǎn)生額外的機(jī)械動力。
文檔編號F02C7/08GK103026031SQ201180033288
公開日2013年4月3日 申請日期2011年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月2日
發(fā)明者R·H·歐爾菲克, M·明特 申請人:?？松梨谏嫌窝芯抗?br>