动力产生的制作方法

专利名称：动力产生的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于产生电力的方法和设备，其基础是使用煤层沼气和 /或天然气作为驱动燃气轮机以产生动力的能量源。
背景技术：
术语"煤层沼气(methane)"这里被理解为表示包含从地下煤源获得的
至少75%体积为沼气的气体。
术语"天然气"这里被理解为表示在例如多孔地质构造中发现的气态烃。 国际申请PCT/AU2004/001339 ( WO 2005/5031136 )以本申请人的名义
记载并要求保护经由燃气轮机和蒸汽轮机产生动力的方法，该方法包括采用
第一模式的操作
(a)将煤层沼气、包含氧气的气体和在燃气轮机中产生的烟气都在压 力作用下供给至燃气轮机的燃烧器，燃烧该煤层沼气并且使用经加热的燃烧 产物和烟气气体从而驱动该燃气轮机；
(b )将在燃气轮机中产生的热烟气气体流供给至热回收蒸汽发生器并 且使用该烟气气体的热量、借助与供给至蒸汽发生器的水交换的热量以产生
蒸汽；
(c) 将来自于蒸汽发生器的蒸汽供给至蒸汽轮机并且使用该蒸汽驱动 蒸汽4t一几；并且
(d) 供给(i)来自于燃气轮机的通过热回收蒸汽发生器的一部分烟气 气体至燃气轮机的燃烧器并且(ii)来自于燃气轮机的通过热回收蒸汽发生 器的另 一部分烟气气体至适当的地下存储区域。
该国际申请也公开采用第二模式进行的操作
(a)将煤层沼气、来自于燃气轮机的空气压缩机的空气都在压力作用 下供给至燃气轮机的燃烧器，燃烧该煤层沼气并且使用经加热的燃烧产物和 烟气气体来驱动该燃气轮机；
(b )将在燃气轮机中产生的热烟气气体流供给至热回收蒸汽发生器并
5且使用烟气气体的热量、借助与供给至蒸汽发生器的水交换的热量产生蒸
〉飞；
(c)将来自于蒸汽发生器的蒸汽供给至蒸汽轮机并且使用该蒸汽驱动 蒸汽轮机。
该国际申请也公开 一种用于产生动力的设备。
在该国际申请中记载并要求保护的方法的特征之一是其可在没有co2 排放入大气的情况下进行操作。例如，通过操作该方法的第一操作模式，使
得步骤(d) (i)供给(不可避免地包含大量的C02的)尚未供给至燃气轮
机的燃烧器的所有烟气气体至适当的地下存储处，这是有效的方式来防止
C02排放入大气，不具有任何的不利环境后果。
在该国际申请中记载并要求保护的方法的另 一特征是在本发明的第一
操作模式的步骤(d ) (i)中在燃气轮机的燃烧器中使用来自于燃气轮机的部
分烟气气体流可减d 、并且优选地总体替换燃气轮机的燃烧器中对空气的使
用。将空气总体地由氧气和在这一操作模式下主要为C02的烟气气体代替可
克服关于使用空气而产生的明显问题。例如，使用空气意味着来自于燃气轮
机的烟气气体包含大量的(一般至少70个体积百分比)氮， 一定量的(一 般10个体积百分比)氧气，以及一定量的( 一般5-10个体积百分比)的C02。
氮气、氧气和C02的混合物代表明显的气体分离问题，以正确地处理烟气气
体流。在这一操作模式下由氧气和烟气气体代替空气意味着来自于热回收蒸 汽发生器的烟气气体主要是C02和水，并且由此很大程度上筒化了用于燃气 轮机的烟气气体的处理要求，其结果是得到比较简单的方案来产生主要是 C02的烟气气体流并且将该气体流供给至燃气轮机的燃烧器。
本申请人现在已经意识到，不同于该国际申请中记载和要求保护的方法 和设备的本发明的方法和设备在特定情况下可备选于该国际申请中记载的 方法和设备并且具有优势。

发明内容
根据本发明，提供一种经由燃气轮机产生动力的方法，该方法包括下述 步骤
(a)将都处于压力下的煤层沼气和/或天然气，空气或富氧空气，以及蒸汽供给至燃气轮机的燃烧器，燃烧所述煤层沼气和/或天然气，并且使用经 加热的燃烧产物和烟气气体来驱动燃气轮机以产生电力；
(b)将燃气轮机中产生的热烟气气体流供给至热回收蒸汽发生器，使 用烟气气体的热量、借助与供给至蒸汽发生器的水进行的热交换来产生高压 蒸汽和低压蒸汽；
(C )将来自于蒸汽发生器的高压蒸汽的至少一部分供给至燃气轮机的
燃烧器；
以及；
(e)将所回收的C02供给至适当的存储区域。 本发明的方法包括使用煤层沼气和/或天然气。
可能存在适于使用煤层沼气作为单一能量源的情况，适于使用天然气作 为单一能量源的其他情况，以及适于共同使用煤层沼气和天然气作为能量源 的其他情况。本发明延伸至所有这些情况。
另外，可能存在煤层沼气和天然气之外的能量源与煤层沼气和天然气共 同使用的情况。本发明延伸至这些情况。
上迷方法可以空气进行操作并因此不需要设置和操作氧气站。
本申请人已经发现通过使用在前文记载的空气得到的优势会超出处理 包含上述国际申请中提及到的大量氮气的烟气带来的劣势。
优选地，步骤(a)包括将空气而非富氧空气(或氧气本身)供给至燃 气轮机的燃烧器。
将蒸汽在步骤(a)中供给至燃气轮机是有利的，因为(a)可控制燃气 轮机中产生的烟气中的一氧化二氮的量以及(b)增强由燃气轮机产生的动 力。
具体地说，对于上述点(a)， 一般处于460-480。C的温度下的蒸汽降低 燃气轮机中的燃烧器中的火焰温度并且可将火焰带保持在一般低于1300°C 的温度，在该温度下， 一氧化二氮开始形成在燃烧器中。
对于上述点(b),蒸汽是可膨胀气体，因此，由于在燃烧器中产生的温 度的增加而膨胀，并由此有助于气体流通过燃气轮机。
优选地，步骤(a)包括控制将空气或富氧空气供给至燃气轮机从而(i) 将火焰带保持在一般为低于1300。C的温度下，在该温度下， 一氧化二氮开始形成在燃烧器中，(ii)增大由燃气轮机产生的动力。
优选地，步骤(a)包括控制将煤层沼气和/或天然气，空气或富氧空气，
以及蒸汽供给至燃气轮机，使得产生在燃气轮机中的烟气气体具有少于50
ppm的一氧4b二氛。
更优选地，步骤(a)包括控制将煤层沼气和/或天然气，空气或富氧空
气，以及蒸汽供给至燃气轮机，使得产生在燃气轮机中的烟气气体具有少于
25ppm的一氧化二氮。
更优选地，步骤(a)包括控制将蒸汽供给至燃气轮机，使得产生在燃
气轮机中的烟气气体具有少于50ppm的一氧化二氮。
更优选地，步骤(a)包括控制将蒸汽供给至燃气轮机，使得产生在燃
气轮机中的烟气气体具有少于25 ppm的 一氧化二氮。
优选地，步骤(b)产生具有高达5barg压力的低压蒸汽。 更优选地，步骤(b)产生具有达到3.5barg压力的低压蒸汽。 优选地，步骤(b)产生具有高达15-60 barg压力的高压蒸汽。 优选地，在步骤(a )供给至燃气轮机的燃烧器的高压蒸汽处于15-60 barg
的压力。
优选地，步骤(d)包括通过使烟气气体与从烟气气体吸收C02并且产 生承载C02溶剂和无C02烟气的溶剂接触而从来自于燃气轮机的、通过热回 收蒸汽发生器的烟气回收C02。
优选地，步骤(d)还包括加热承载C02的溶剂并且使得C02从该溶剂 脱离。之后，将所脱离的C02作为回收C02供给至步骤(e)，对该容积进行 循环从而从该烟气吸收C02之间的非直接热交换关系来加热承载C02的溶剂。
优选地，该方法包括使用由于在步骤(d)中加热承载C02的溶剂而从
低温蒸汽产生的冷凝水，作为馈送水以在步骤(b)中产生蒸汽。
来自于步骤(d)的回收C02可以以气相或液相供给至存储区域。 优选地，用于步骤(e)的存储区域是包含或曾包含天然气的煤层或地
质构造。
更优选地，存储区域是煤层和/或天然气地质构造，从其中抽取煤层沼气 和/或天然气来为燃气轮机提供动力。相或气相将烟气传递至地下存储区域。
优选地，步骤(e)包括经由现有井结构将所回收的C02从步骤(d)供 给至存储区域，从而从该存储区域抽取煤层沼气和/或天然气。
优选地，步骤(e)包括
(i) 将来自于步骤(d)的回收C02压缩为至少130barg的压力；之后
(ii) 将受压缩的C02供给至存储区域。
根据本发明，提供一种用于产生动力的设备，该设备包括
(a) 具有空气压缩机、空气膨胀器和燃烧器的燃气轮机；
(b) 用于将下述馈送物料供给至燃气轮机的燃烧器的供给系统煤层 沼气和/或天然气，空气或富氧空气，以及蒸汽，都处于压力下，用于燃烧该 煤层沼气并且使用所加热的燃烧产物和烟气来驱动该燃气轮机以产生电力；
(c) 热回收蒸汽发生器，用于借助与燃气轮机的烟气气体所进行的热 交换、从供给至蒸汽发生器的水产生高压蒸汽和低压蒸汽；
(d) 供给系统，用于将来自于蒸汽发生器的高压蒸汽的至少一部分供 给至燃气轮机的燃烧器从而(i)将燃气轮机的燃烧器的焰火温度控制为足够 低从而最小化烟气气体中的一氧化二氮的量，以及(ii)增强由燃气轮机产 生的动力；
(e) 回收系统，用于从经过热回收蒸汽发生器的、来自于燃气轮机的 烟气气体回收C02;以及
(f) 用于将所回收的C02供给至适当的存储区域的供给系统。


下面将进一步参照

本发明，该附图示出本发明的动力产生方法 和动力产生设备的一项实施例，但实施例并非只有一项。
具体实施例方式
参照该图，该方法还包括将下述气体流供给至由附图标记7整体标示的 燃气轮机的燃烧器5:
(a)经由(i)将煤层沼气和水从来自于地下源的气体流分离开的分离 器(未示出)、(ii)专用煤层沼气压缩器台(未示出)和(iii)供给管线51的来自于地下源3诸如煤层的煤层沼气；
(b) 经由管线53的空气(或者富氧空气)，其量为进行理想配比的煤 层沼气燃烧所需的量；以及
(c) 经由管线63的来自于热回收蒸汽发生器(heat recovery stem generator) 27的高压蒸汽，^口下文所述。
煤层沼气、空气和蒸汽的流在15与60 bar之间的预选定压力下供给至 燃烧器5。需要指出的是，燃烧器5可在任何适当压力下进行操作。
煤层沼气在燃烧室5中燃烧，燃烧产物被输送至燃气轮机7的膨胀器13 并且驱动位于膨胀器13中的汽轮机叶片(未示出)。
燃气轮机7的输出连接至并且驱动发电机15。
来自于燃气轮机7的输出气体流，即烟气气体，处于大气压力下并且一 般处于大约410。C的温度下。
来自于燃气轮机7的烟气气体通过热回收蒸汽发生器27并且用作热源 来从供给至蒸汽发生器27的馈送水产生(a)高压蒸汽， 一般处于大概15-60 barg的压力下，以及(b)低压蒸汽， 一般处于大概3.5 barg的压力下。 一般 地，馈送水包括(a)从抽取自地下源的煤层中的煤层沼气分离的水以及(b ) 冷凝回水。一般处于460-480°C温度下的高压蒸汽经由管线63供给至燃气轮机7 的燃烧器5。
低压蒸汽经由管线65供给至C02回收站，整体由附图标记29标识，如 下文所述。
来自于热回收蒸汽发生器27的烟气气体(主要是C02和水)以湿烟气 气体流离开蒸汽发生器， 一般处于110-140。C的温度，并且经由管线19供 给至C02回收站29。
在C02回收站29中经过三个步骤。
在C02回收的第一步骤中，引入风扇(未示出)将受控制量的烟气气体 吸入烟气冷却器31,在此处，烟气气体被冷却至大概40。C。
在第二步骤中，来自于冷却器31的受冷却烟气气体被供给至吸收器塔 (没有具体示出)，将溶剂(solvent)喷洒入该塔中，接触烟气气体并且从 烟气气体吸收C02。该塔的最终输出是承载C02的溶剂和无C02的烟气气体。
在第三步骤中处理该承载C02的溶剂，如下文所述。无C02的烟气气体经由吸收器塔上的通风口 /烟囱排放入环境。
在C02回收站29中的第三和最后步骤中，承载C02的溶剂中的溶剂在 气提塔(未示出)中借助来自于热回收蒸汽发生器27的低压蒸汽通过非直 接的热交换而被加热。热量使得C02脱离溶剂成为被回收的气体。已进行脱 离操作的溶剂重新循环至吸收器塔。这一被脱离的C02大于99%的纯度。
低压蒸汽通过与承载C02的溶剂进行的热交换而被冷却并且形成冷凝 水，经由管线21、水处理站23和管线25作为馈送水返回至热回收蒸汽发生 器27。
除了冷凝水，水处理站23也接纳和处理从由煤层抽取的煤层沼气分离 的水。
所脱离的C02经由管线39供给至压缩器41并且压缩至75-130 barg的 压力并且进行干燥。取决于这一压力，C02为气体相或液体相。
被干燥并且压缩的C02然后被供给至整合管线系统，包括在附图中所示 的管线71，供给至例如所讨论CBM生产井(well)(转换为注射井)，将煤 层沼气供给至本方法并且在井中整合。
下述附图所示的本发明的过程和设备的上述实施例的关键元素如下所
述
(a) 燃气轮机/发生器7-—般地，这一单元是装配有标准燃烧器的标准
的，低Btu炼钢厂气体受到这些单元的压缩，然后输送至燃烧器以进行燃烧。
(b) 热回收蒸汽发生器27-—般地，这一单元是标准的双压力非燃烧式单元。
(c) C02回收站29-传统单元。
(d) C02地下存储系统-优选地，煤层，本方法中的煤层沼气从其中抽取。
(e) 水处理站-传统单元。
可以在不脱离本发明的精髓和范围的情况下对本发明的上述方法和设 备的实施例进行许多的改进。
例如，虽然本发明包括产生C02作为气相或液相且然后将C02供给至所
讨论的CBM生产井并进行整合，但是本发明并不局限如此，而是可以延伸 到将气相或液相下的C02供给至任何适当的地下地点。
ii进一步举例，虽然该实施例的基础是使用煤层沼气作为驱动燃气轮机7 的能量源，但是本发明并不局限于如此使用煤层沼气，而是延伸至使用天然 气结合煤层沼气或者作为煤层沼气的替代品。另外，本发明也延伸至与煤层 沼气和/或天然气共同使用其他能量源的情况。
权利要求
1、一种经由燃气轮机产生动力的方法，该方法包括下述步骤(a)将都处于压力下的煤层沼气和/或天然气，空气或富氧空气，以及蒸汽供给至燃气轮机的燃烧器，燃烧所述煤层沼气和/或天然气，并且使用经加热的燃烧产物和烟气气体来驱动燃气轮机以产生电力；(b)将燃气轮机中产生的热烟气气体流供给至热回收蒸汽发生器，使用烟气气体的热量、借助与供给至蒸汽发生器的水进行的热交换来产生高压蒸汽和低压蒸汽；(c)将来自于蒸汽发生器的高压蒸汽的至少一部分供给至燃气轮机的燃烧器；(d)从经过热回收蒸汽发生器的来自于燃气轮机的烟气气体回收CO2；以及；(e)将所回收的CO2供给至适当的存储区域。
2、 根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(a)包括将空气而非富氧 空气或氧气本身供给至燃气轮机的燃烧器。
3、 根据权利要求1或2所述的方法，其中，步骤(a)包括控制将空气 或富氧空气供给至燃气轮机从而(i)将火焰带(flame belt)保持在一般为 低于1300。C的温度下，在该温度下， 一氧化二氮(nitrous oxide )开始形成 在燃烧器中，以及(ii)增大由燃气轮机产生的动力。
4、 根据前述任一权利要求所述的方法，其中，步骤(a)包括控制将煤 层沼气和/或天然气，空气或富氧空气，以及蒸汽供给至燃气轮机，使得产生 在燃气轮机中的烟气气体具有少于50 ppm的一氧化二氮。
5、 根据权利要求4所述的方法，其中，步骤(a)包括控制将煤层沼气 和/或天然气，空气或富氧空气，以及蒸汽供给至燃气轮机，使得产生在燃气 轮机中的烟气气体具有少于25 ppm的一氧化二氮。
6、 根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，步骤(a)包括控制 将蒸汽供给至燃气轮机，使得产生在燃气轮机中的烟气气体具有少于50 ppm 的一氧化二氮。
7、 根据权利要求6所述的方法，其中，步骤(a)包括控制将蒸汽供给 至燃气轮机，使得产生在燃气轮机中的烟气气体具有少于25 ppm的一氧化二氮。
8、 根据前述任一权利要求所述的方法，其中，步骤(b)产生具有达到5barg压力的低压蒸汽。
9、 根据前述任一权利要求所述的方法，其中，步骤(b)产生具有15-60 barg压力的高压蒸汽。
10、 根据前述任一权利要求所述的方法，其中，在步骤(a)中供给至 燃气轮机的燃烧器的高压蒸汽处于15-60 barg的压力。
11、 根据前述任一权利要求所述的方法，其中，步骤(d)包括通过使 烟气气体与从烟气气体吸收C02并且产生承载C02的溶剂和无C02烟气的溶剂接触而从来自于燃气轮机的、通过热回收蒸汽发生器的烟气中回收co2。
12、 根据权利要求11所述的方法，其中，步骤(d)还包括加热承载 C02的溶剂并且使得C02从该溶剂脱离。
13、 根据权利要求12所述的方法，其中，步骤(d)包括通过与产生在 热回收蒸汽发生器中的低压蒸汽之间的非直接热交换关系来加热承载co2 的溶剂。
14、 根据权利要求13所述的方法，包括使用由于在步骤(d)中加热承 载C02的溶剂而从低温蒸汽产生的冷凝水，作为馈送水以在步骤(b)中产 生蒸汽。
15、 根据前述任一权利要求所述的方法，其中，步骤(e)包括将来自 于步骤(d)的回收C02以气相或液相供给至存储区域。
16、 根据前述任一权利要求所述的方法，其中，用于步骤(e)的存储 区域是包含或曾包含天然气的煤层或地质构造。
17、 根据前述任一权利要求所述的方法，其中，步骤(e)包括(i) 将来自于步骤(d)的回收C02压缩为至少130barg的压力；之后(ii) 将受压缩的C02供给至存储区域。
18、 一种用于产生动力的设备，该设备包括 (a)具有空气压缩机、空气膨胀器和燃烧器的燃气轮机；沼气和/或天然气，空气或富氧空气，以及蒸汽，都处于压力下，用于燃烧该 煤层沼气并且使用所加热的燃烧产物和烟气气体来驱动该燃气轮机以产生电力；(c) 热回收蒸汽发生器，用于借助与燃气轮机的烟气气体所进行的热交换、从供给至蒸汽发生器的水产生高压蒸汽和低压蒸汽；(d) 供给系统，用于将来自于蒸汽发生器的高压蒸汽的至少一部分供 给至燃气轮机的燃烧器从而(i)将燃气轮机的燃烧器的焰火温度控制为足够 低从而最小化烟气气体中的一氧化二氮的量，以及(ii)增强由燃气轮机产生的动力；(e) 回收系统，用于从经过热回收蒸汽发生器的、来自于燃气轮机的 烟气气体中回收C02;以及(f) 用于将所回收的C02供给至适当的存储区域的供给系统。
全文摘要
公开一种经由燃气轮机产生动力的方法和设备。煤层沼气和/或天然气，空气或富氧空气和蒸汽供给至燃气轮机的燃烧器。燃烧煤层沼气和/或天然气，所得到的燃烧产物和烟气驱动燃气轮机并产生电力。来自于燃气轮机的热烟气流供给至热回收蒸汽发生器(“HRSG”)并且该发生器产生高压蒸汽和低压蒸汽。将高压蒸汽供给至燃气轮机的燃烧器。从HRSG的烟气气体回收CO₂。所回收的CO₂被供给至适当的存储区域，诸如产生使用于燃气轮机中的煤层沼气的煤层。
文档编号F02C7/22GK101506499SQ200780031334
公开日2009年8月12日 申请日期2007年6月22日 优先权日2006年6月23日
发明者内罗·尼格罗 申请人:Bhp比利顿创新公司