(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス流（２３０）とともに使用するためのガス圧縮システム（２００）であって、
前記ガス流（２３０）を圧縮するための複数の圧縮機（２１０）と、
前記ガス流（２３０）をさらに圧縮するための１つまたは複数のエジェクタ（２７０）と、
前記１つまたは複数のエジェクタ（２７０）の下流に位置する凝縮器（３５０）と、
廃熱源（２０５）と、
を備え、
前記ガス流（２３０）のリターン部分（３９０）は、前記廃熱源（２０５）を介して前記１つまたは複数のエジェクタ（２７０）と連通でき、
前記ガス流（２３０）の非リターン部分は、前記ガス圧縮システム（２００）の外部と連通し、
前記１つまたは複数のエジェクタ（２７０）のそれぞれは、
前記ガス流（２３０）の前記リターン部分（３９０）と連通する原動力となる入口（２８０）と、
前記ガス流（２３０）の前記非リターン部分と連通する吸入口（３００）と、
を備える、
ガス圧縮システム（２００）。
【請求項２】
ガス流（２３０）とともに使用するためのガス圧縮システム（２００）であって、
前記ガス流（２３０）を圧縮するための複数の圧縮機（２１０）と、
前記ガス流（２３０）をさらに圧縮するための１つまたは複数のエジェクタ（２７０）と、
前記１つまたは複数のエジェクタ（２７０）の下流に位置する凝縮器（３５０）と、
廃熱源（２０５）と、
を備え、
前記ガス流（２３０）のリターン部分（３９０）は、前記廃熱源（２０５）を介して前記１つまたは複数のエジェクタ（２７０）と連通でき、
前記ガス流（２３０）の非リターン部分は、前記ガス圧縮システム（２００）の外部と連通し、
前記１つまたは複数のエジェクタ（２７０）のそれぞれは、
前記ガス流（２３０）の前記リターン部分（３９０）と連通する一次ノズル（２９０）と、
前記ガス流（２３０）の前記非リターン部分と連通する二次ノズル（３１０）と、
を備える、
ガス圧縮システム（２００）。
【請求項３】
前記廃熱源（２０５）は、過熱防止装置（２４０）からの蒸気流（２５０）を含む、請求項１または２に記載のガス圧縮システム（２００）。
【請求項４】
前記過熱防止装置（２４０）は、アミンプラント（２４５）の一部分を下流に備える、請求項３に記載のガス圧縮システム（２００）。
【請求項５】
前記ガス流（２３０）の前記リターン部分（３９０）を前記１つまたは複数のエジェクタ（２７０）に戻すために前記凝縮器（３５０）の下流にリターンポンプ（４１０）をさらに備える、請求項１から４のいずれかに記載のガス圧縮システム（２００）。
【請求項６】
前記リターンポンプ（４１０）の下流にありかつ前記廃熱源（２０５）と連通する凝縮液冷却器（４２０）をさらに備える、請求項５に記載のガス圧縮システム（２００）。
【請求項７】
前記凝縮器（３５０）の下流に貯蔵ポンプ（４００）および貯蔵容器（９０）をさらに備える、請求項１から６のいずれかに記載のガス圧縮システム（２００）。
【請求項８】
前記凝縮器（３５０）の下流に流れ分離器（３７０）をさらに備える、請求項１から７のいずれかに記載のガス圧縮システム（２００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、一般にガスタービンエンジンに関し、より詳しくは天然ガス燃焼ガスタービン複合サイクル発電所および他の種類の発電設備で使用するためのエネルギー効率の良い二酸化炭素圧縮システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
発電施設および同様のもので生成される二酸化炭素（「ＣＯ2」）は一般に、温室効果ガスであると考えられている。二酸化炭素排出はそれ故に、ますます厳しくなる政府規制を受ける可能性がある。そのため、全発電プロセスで生成される二酸化炭素は好ましくは、大気中に排出されるまたは他の方法で廃棄されるのとは対照的に隔離されるおよび／または他の目的のために再利用されることもある。
【０００３】
多くの新しい発電施設は、天然ガス燃焼ガスタービン複合サイクル（「ＮＧＣＣ」）発電所のこともある。そのようなＮＧＣＣ発電所は一般に、石炭燃焼発電所と比較してより低い量の１メガワット時当たりの二酸化炭素を排出する可能性がある。この排出量の改善は一般に、燃料中の炭素のより低い割合およびまた複合サイクル発電所で達成できるより高い効率に起因することもある。
【０００４】
その上、ＮＧＣＣ発電所はまた、そこで生成される二酸化炭素の少なくとも一部分を回収し、貯蔵することもできる。しかしながら、そのような回収および貯蔵処置は、寄生電力流出を伴うこともある。例えば、蒸気が、アミンプラントおよび同様のもので二酸化炭素を分離するために必要とされることもあり、一方電力が、貯蔵および他用途のために二酸化炭素を圧縮するのに必要とされることもある。任意の種類の発電施設でのように、これらの寄生電力流出は、正味の発電出力を低減する可能性がある。プラント効率はそれ故に、周知の二酸化炭素回収、圧縮、および貯蔵システムならびに技術を使うＮＧＣＣ発電所および同様のものでは失われることもある。
【０００５】
それ故に、寄生負荷が低減された二酸化炭素圧縮設備および他の種類の発電所設備を駆動するための改善された発電システムおよび方法が、望まれることもある。そのような寄生負荷の低減はまた、低い二酸化炭素排出が持続するＮＧＣＣ発電所および同様のものの正味の発電出力も増加させるはずである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１００１８０５６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本出願はそれ故に、ガス流とともに使用するためのガス圧縮システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ガス圧縮システムは、ガス流を圧縮するための多数の圧縮機と、ガス流をさらに圧縮するための１つまたは複数のエジェクタと、エジェクタの下流に位置する凝縮器と、廃熱源とを含んでもよい。ガス流のリターン部分は、廃熱源を介してエジェクタと連通できる。
【０００９】
本出願はさらに、二酸化炭素流を圧縮するための圧縮システムを提供する。圧縮システムは、二酸化炭素流を圧縮するための多数の圧縮機と、二酸化炭素流をさらに圧縮するためのエジェクタと、エジェクタの下流に位置する凝縮器と、廃熱源とを含んでもよい。二酸化炭素流のリターン部分は、廃熱源を介してエジェクタに戻される。
【００１０】
本出願はさらに、ガス流とともに使用するためのガス圧縮システムを提供する。ガス圧縮システムは、ガス流を圧縮するための多数の圧縮機と、圧縮器の下流に位置する凝縮器と、ガス膨張器と、ガス膨張器を駆動するための廃熱源とを含んでもよく、凝縮器の下流のガス流の一部分は、ガス膨張器に送られる。
【００１１】
本出願のこれらのおよび他の特徴ならびに改善は、いくつかの図面および添付の特許請求の範囲と併せて取り込むとき次に来る詳細な記述を検討することで当業者には明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】周知の天然ガス燃焼ガスタービン複合サイクル発電所の一部の概略図である。
【図２】図１の天然ガス燃焼ガスタービン複合サイクル発電所とともに使用するための周知のアミンプラントの概略図である。
【図３】図１の天然ガス燃焼ガスタービン複合サイクル発電所とともに使用するための周知の二酸化炭素圧縮システムの概略図である。
【図４】本明細書で述べるような二酸化炭素圧縮システムの概略図である。
【図５】本明細書で述べるような二酸化炭素圧縮システムの代替実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図面を今から参照すると、そこでは同様の数字は、いくつかの図全体にわたって同様の要素を参照し、図１は、周知の天然ガス燃焼ガスタービン複合サイクル（ＮＧＣＣ）発電所１０の概略図を示す。ＮＧＣＣ発電所１０は、ガスタービンエンジン１５を含んでもよい。一般的に述べると、ガスタービンエンジン１５は、圧縮機２０を含んでもよい。圧縮機２０は、入ってくる空気流２５を圧縮する。圧縮機２０は、圧縮した空気流２５を燃焼器３０に配送する。燃焼器３０は、圧縮した空気流２５を圧縮した燃料流３５と混合し、その混合物に点火して燃焼ガス流４０を生じさせる。単一の燃焼器３０だけが図示されるけれども、ガスタービンエンジン１５は、任意の数の燃焼器３０を含んでもよい。燃焼ガス流４０は、次にタービン４５に配送される。燃焼ガス流４０は、力学的仕事を生成するためにタービン４５を駆動する。タービン４５で生成された力学的仕事は、圧縮機２０ならびに発電機および同様のものなどの外部負荷５０を駆動する。
【００１４】
ＮＧＣＣ発電所１０のガスタービンエンジン１５は、天然ガスならびに／または合成ガスおよび同様のものなどの他の種類の燃料を使用することができる。ガスタービンエンジン１５は、他の構成を有してもよく、他の種類の構成要素を使用してもよい。他の種類のガスタービンエンジンおよび／または他の種類の発電設備がまた、本明細書で使用されてもよい。
【００１５】
ＮＧＣＣ発電所１０はまた、熱回収蒸気発生器５５を含んでもよい。熱回収蒸気発生器５５は、今使用済みの燃焼ガス流６０と連通できる。ＮＧＣＣ発電所１０はまた、補助的な熱を提供するために熱回収蒸気発生器５５より前に追加のバーナー（図示せず）を含んでもよい。熱回収蒸気発生器５５は、入ってくる水流６５を加熱して蒸気流７０を生成することができる。蒸気流７０は、蒸気タービン７５および／または他の種類の構成要素とともに使用されてもよい。他の構成がまた、本明細書で使用されてもよい。
【００１６】
ＮＧＣＣ発電所１０はまた、二酸化炭素分離および圧縮システム８０を含んでもよい。ＮＧＣＣ発電所１０はまた、煙道ガスを少し加圧し、この中での圧力損失を克服するために煙道ガスファン（図示せず）を含んでもよい。二酸化炭素分離および圧縮システム８０は、二酸化炭素流８５を使用済み燃焼ガス流６０から分離することができる。二酸化炭素分離および圧縮システム８０は次いで、再利用および／または二酸化炭素貯蔵容器９０および同様のものでの隔離のために二酸化炭素流８５を圧縮することができる。二酸化炭素８５は、ほんの一例として、原油増進回収、さまざまな製造プロセス、および同様のものに使用されてもよい。二酸化炭素分離および圧縮システム８０は、他の構成を有してもよく、他の構成要素を使用してもよい。
【００１７】
図２は、二酸化炭素分離および圧縮システム８０の例のいくつかの構成要素の概略図を示す。二酸化炭素分離および圧縮システム８０は、分離システム１００の一部としてアミンプラント９５を含んでもよい。一般的に述べると、アミンプラント９５は、ストリッパー１０５、アブソーバ（図示せず）、および他の構成要素を含んでもよい。ストリッパー１０５は、比較的低い温度で二酸化炭素を吸収する能力を持つアルカノールアミン溶媒を使用してもよい。この技術で使用する溶媒には、例えば、トリエタノールアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、ジグリコールアミン、メチルジエタノールアミン、および同様のものが含まれてもよい。他の種類の溶媒が、本明細書で使用されてもよい。アミンプラント９５は、二酸化炭素流８５を使用済み燃焼ガス流６０からはぎ取る。
【００１８】
アミンプラント９５は、熱回収蒸気発生器５５、蒸気タービン７５、または別の方法からの蒸気抽出から供給されてもよい。しかしながら、蒸気流７０は一般に、その中でのアミンの過剰加熱を避けるために過熱防止装置１１０および同様のもので過熱低減し、飽和蒸気に変換すべきである。過熱防止装置１１０は、ケトルまたはリボイラー１１５を介してストリッパー１０５と連通できる。リボイラー１１５から出る凝縮液流は次いで、過熱防止装置１１０または熱回収蒸気発生器５５に送られてもよい。他の構成および他の種類の構成要素が、本明細書で使用されてもよい。
【００１９】
二酸化炭素流８５は次いで、二酸化炭素分離および圧縮システム８０の圧縮システム１２０に転送されてもよい。圧縮システム１２０は、多数の圧縮機１２５および多数の中間冷却器１３０を含んでもよい。多数の気液分離器（図示せず）がまた、本明細書で使用されてもよい。圧縮システム１２０はまた、二酸化炭素流８５を液化するために二酸化炭素液化システム１３５も含む。二酸化炭素液化システム１３５は、二酸化炭素凝縮器１４０を含んでもよい。気液分離器がまた、使用されてもよい。圧縮システム１２０はまた、二酸化炭素貯蔵容器９０と連通するポンプ１４５を含んでもよい。他の種類のおよび構成の二酸化炭素分離ならびに圧縮システム８０は、周知であってもよく、本明細書で使用されてもよい。他の構成および他の種類の構成要素がまた、本明細書で使用されてもよい。
【００２０】
図４は、本明細書で述べるような二酸化炭素圧縮システム２００を示す。二酸化炭素圧縮システム２００はまた、上で述べた圧縮システム１２０の圧縮機１２５および中間冷却器１３０に似た方法で多数の圧縮機２１０および多数の中間冷却器２２０を使用してもよい。圧縮機２１０および中間冷却器２２０は、従来の設計であってもよい。任意の数の圧縮機２１０および中間冷却器２２０が、使用されてもよい。圧縮機２１０は、例えば上で述べたそれなどの二酸化炭素分離システム１００からまたは他の種類の二酸化炭素源からの二酸化炭素流２３０などのガス流と連通できる。
【００２１】
二酸化炭素圧縮システム２００はまた、廃熱源２０５と連通できる。この例では、廃熱源２０５は、上で述べたそれに似たアミンプラント２４５の過熱防止装置２４０ならびに凝縮液冷却器（以下でより詳細に述べる）および同様のものであってもよい。今過熱された蒸気流２５０は、熱回収蒸気発生器５５、蒸気タービン７５、または任意の他の熱源からであってもよい。廃熱源２０５は、その結果過熱防止装置として使用でき、リボイラー２６０と連通する飽和蒸気流を生じさせることができる。他の構成がまた、本明細書で使用されてもよい。二酸化炭素圧縮システム２００はそれ故に、蒸気流２５０をリボイラー２６０に入る前に過熱低減することからまたは別の方法で廃熱を使用する。他の廃熱源がまた、本明細書で使用されてもよい。
【００２２】
上で述べた圧縮システム１２０の圧縮機１２５の１つまたは複数の代わりに、本明細書で述べるような二酸化炭素圧縮システム２００は、エジェクタ２７０を含んでもよい。一般的に述べると、エジェクタ２７０は、可動部分のない機械装置である。エジェクタ２７０は、運動量移動に基づいて２つの流体流を混合する。具体的には、エジェクタ２７０は、リターンポンプ４１０からの加熱された二酸化炭素流３９０と連通する原動力となる入口２８０を含んでもよい（以下でより詳細に述べる）。原動力となる入口２８０は、原動力となる流れの静圧を吸引圧力より下の圧力まで下げるために一次ノズル２９０につながってもよい。エジェクタ２７０はまた、吸入口３００も含む。吸入口３００は、上流の圧縮機２１０からの二酸化炭素流２３０と連通できる。吸入口３００は、二次ノズル３１０と連通できる。二次ノズル３１０は、それの静圧を降下さるために二次流れを加速することができる。エジェクタ２７０はまた、混合流３３０を生じさせるように２つの流れを混合するために混合管３２０を含んでもよい。エジェクタ２７０はまた、混合流３３０を減速し、静圧を取り戻すためのディフューザー３４０を含んでもよい。他の構成が、本明細書で使用されてもよく、他の種類のエジェクタ２７０が、本明細書で使用されてもよい。１つまたは複数のエジェクタが、本明細書で使用されてもよい。
【００２３】
二酸化炭素圧縮システム２００はまた、エジェクタ２７０の下流に二酸化炭素凝縮器３５０を含んでもよい。二酸化炭素凝縮器３５０は、上で述べたそれに似た方法で混合流３３０を液体流３６０に凝縮する。気液分離器がまた、使用されてもよい。圧縮機２１０およびエジェクタ２７０は、凝縮器３５０での液化に十分な圧力まで混合流３３０を圧縮する必要がある。
【００２４】
流れ分離器３７０は、凝縮器３５０の下流に置かれてもよい。液体流３６０は、貯蔵流３８０およびリターン流３９０に分離できる。貯蔵流３８０は、貯蔵ポンプ４００を介して二酸化炭素貯蔵容器９０および同様のものに転送できる。リターン流３９０は、リターンポンプ４１０を介して加圧でき、廃熱源２０５または他の熱源を介して加熱できる。リターン流３９０は、エジェクタ２７０での原動力となる流れとしてまたは他の方法で使用できる。リターン流３９０はまた、アミンプラント２４５のリボイラー２６０の下流の凝縮液冷却器４２０でまたは他の方法で加熱されてもよい。凝縮液冷却器４２０は、従来の熱交換器および同様のものであってもよい。他の構成が、本明細書で使用されてもよい。
【００２５】
二酸化炭素圧縮システム２００はそれ故に、効率的な二酸化炭素圧縮を提供するために多数の中間冷却される圧縮機２１０、エジェクタ２７０、および廃熱源２０５を使用する。具体的には、最後の中間冷却される圧縮機２１０は、エジェクタ２７０で置き換えてもよい。エジェクタ２７０はそれ故に、他の種類の寄生電力の代わりに過熱防止装置２４０からの低温廃熱または他の方法を利用する。最後の圧縮段は普通、最も効率が低いので、最後の圧縮機２１０をエジェクタ２７０で置き換えることは、発電所の全体の効率バランスを改善するはずである。
【００２６】
エジェクタ２７０はそれ故に、ベンチュリ（Ｖｅｎｔｕｒｉ）効果を介して吸引流を取り込むために原動力となる流れの圧力エネルギーを変換する。エジェクタ２７０を離れる混合流３３０は次いで、凝縮器３５０で液化できる。液体流３６０の一部分は次いで、貯蔵でき、一方リターン流３９０は、全体の圧縮効率をさらに改善するために凝縮液冷却器４２０を介して加熱し、原動力となる流れとしてエジェクタ２７０に戻すことができる。
【００２７】
二酸化炭素圧縮システム２００はそれ故に、全体の効率を改善するために現在は利用されていない２つの熱源を使用する。具体的には、二酸化炭素圧縮システム２００は、原動力となる流れを提供するために過熱防止装置２４０で利用できる熱を含む。さらに、アミンプラントのリボイラー２６０から出る凝縮液はまた、リターン流３９０を再加熱するためにも使用できる。凝縮液を熱回収蒸気発生器５５に戻る前に冷却することは、凝縮液が、熱回収蒸気発生器５５を離れる煙道ガスの温度を低減するという点で有利である。そのため、煙道ガスファンを駆動するためにより少ない電力しか必要とされない可能性がある。より後の圧縮段に必要とされる寄生電力はそれ故に、廃熱源２０５および蒸気流２５０の使用を所与として全体の電力需要を低減するようにリターンポンプ４１０だけに依存する。さらに、全体の可動部分の数は、所要の整備を低減し、全体の構成要素寿命を改善するためにエジェクタ２７０を使用することで低減される。
【００２８】
図５は、二酸化炭素圧縮システム４３０の代替実施形態を示す。この例では、中間冷却される圧縮機２１０は、二酸化炭素凝縮器３５０と直接連通する。エジェクタ２７０を使用する代わりに、二酸化炭素膨張器４４０が、過熱防止装置２４０およびリターン流３９０の下流に置かれてもよい。二酸化炭素膨張器４４０は、二酸化炭素タービン４５０を含んでもよい。二酸化炭素膨張器４４０は、凝縮器３５０のすぐ上流の流れ結合部４６０と連通できる。他の構成が、本明細書で使用されてもよい。
【００２９】
中間冷却される圧縮機２１０はそれ故に、二酸化炭素流２３０を加圧し、一方凝縮器３５０は、液体流３６０を生じさせ、それは次いで、ポンプ４００、４１０によってさらに加圧される。リターン流３９０は次いで、凝縮液冷却器４２０および過熱防止装置２４０で再加熱し、次いで二酸化炭素タービン４５０で膨張させることができる。二酸化炭素圧縮システム４３０の第２の実施形態はそれ故に、圧縮機２１０の出口とほぼ同じ圧力までリターン流３９０の膨張を提供するために上で述べた廃熱源２０５からの蒸気流を使用する。タービン４５０はまた、１つまたは複数の圧縮機２１０と機械的に結合されてもよい。他の構成が、本明細書で使用されてもよい。
【００３０】
本明細書での第１の実施形態はそれ故に、エジェクタ２７０が可動部分を有さないという利点を有する。本明細書での第２の実施形態はそれ故に、二酸化炭素膨張器４４０がより高い効率を有するという利点を有する。両方の実施形態は、同じ意義および重要性を持つ。
【００３１】
前述のことは、本出願のある実施形態に関するだけであり、多くの変化および変更が、次に来る特許請求の範囲およびそれらの等価物によって規定されるような本発明の一般的精神および範囲から逸脱することなく当業者によって本明細書で行われてもよいことは、明らかなはずである。
【符号の説明】
【００３２】
１０  天然ガス燃焼ガスタービン複合サイクル（ＮＧＣＣ）発電所
１５  ガスタービンエンジン
２０  圧縮機
２５  空気流
３０  燃焼器
３５  燃料流
４０  燃焼ガス流
４５  タービン
５０  負荷
５５  熱回収蒸気発生器
６０  使用済み燃焼ガス
６５  水流
７０  蒸気流
７５  蒸気タービン
８０  二酸化炭素分離および圧縮システム
８５  二酸化炭素流
９０  貯蔵容器
９５  アミンプラント
１００  分離システム
１０５  ストリッパー
１１０  過熱防止装置
１１５  リボイラー
１２０  圧縮システム
１２５  圧縮機
１３０  中間冷却器
１３５  液化システム
１４０  凝縮器
１４５  ポンプ
２００  二酸化炭素圧縮システム
２０５  廃熱源
２１０  圧縮機
２２０  中間冷却器
２３０  二酸化炭素流
２４０  過熱防止装置
２４５  アミンプラント
２５０  蒸気流
２６０  リボイラー
２７０  エジェクタ
２８０  原動力となる入口
２９０  一次ノズル
３００  吸入口
３１０  二次ノズル
３２０  混合管
３３０  混合流
３４０  ディフューザー
３５０  凝縮器
３６０  液体流
３７０  流れ分離器
３８０  貯蔵流
３９０  リターン流
４００  貯蔵ポンプ
４１０  リターンポンプ
４２０  凝縮液冷却器
４３０  二酸化炭素圧縮システム
４４０  膨張器
４５０  タービン
４６０  流れ結合部
【図１】
0005965136.tif 000002
【図２】
0005965136.tif 000003
【図３】
0005965136.tif 000004
【図４】
0005965136.tif 000005
【図５】
0005965136.tif 000006