(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化剤と燃料とを燃焼させて排気ガスを発生させるように構成されたガスタービンエンジンと、
前記ガスタービンエンジンからの前記排気ガスの少なくとも一部分を処理して処理排気ガスを発生させるように構成された触媒床と、
前記触媒床の上流側の排気ガスの前記部分の第１の温度と該触媒床の下流側の前記処理排気ガスの第２の温度との間の第１の温度差を監視するように構成された第１の温度差モニタと、
目標当量比を維持するために少なくとも部分的に前記第１の温度差に基づいて、前記酸化剤の酸化剤流量と前記燃料の燃料流量とを調節して前記触媒床の効率を維持するように構成された酸化剤対燃料比システムと、
前記触媒床の上流側に触媒床酸化剤を注入するように構成された酸化剤注入システム、又は該触媒床の上流側に酸化燃料を注入するように構成された酸化剤燃料注入システム、又はそのいずれかの組合せと、
排気ガスの前記部分の前記第１の温度と前記触媒床酸化剤、酸化燃料、又はそのいずれかの組合せの注入ポイントの下流側の前記処理排気ガスの局所出口温度との間の局所温度差を監視するように構成された局所温度差モニタと、を含み、
前記酸化剤対燃料比システムは、少なくとも部分的に前記局所温度差の前記第１の温度差との比較に基づいて、前記酸化剤流量、又は前記燃料流量、又はそのいずれかの組合せのうちの少なくとも１つを調節するように構成されている、ことを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記第１の温度は、前記触媒床の入口で測定され、前記第２の温度は、該触媒床の出口で測定されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
複数の触媒床を含み、
前記第１の温度は、前記複数の触媒床のうちの１つの入口で測定され、前記第２の温度は、該複数の触媒床のうちの１つの出口で測定される、
ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記酸化剤対燃料比システムは、前記第１の温度差を約摂氏ゼロ度と摂氏４００度の間に維持するように構成されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記酸化剤対燃料比システムは、前記目標当量比を約０．９５と１．０５の間に維持するように構成されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記触媒床を有する熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）を含み、
前記ＨＲＳＧは、前記排気ガスの前記部分又は前記処理排気ガスを用いて蒸気を発生させるように構成される、
ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記触媒床を有する生成物調整器を含み、
前記生成物調整器は、排気ガスの前記部分を処理するように構成される、
ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記生成物調整器は、複数の触媒床を含むことを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記複数の触媒床は、第２の触媒床の上流側に配置された第１の触媒床を含み、
システムが、前記第１の触媒床の下流側に触媒床酸化剤を注入するように構成された酸化剤注入システムを含み、
前記第１の触媒床は、排気ガスの前記部分内のＮＯXの濃度を低下させるように構成されたＮＯX触媒を含む、
ことを特徴とする請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記触媒床の下流側に配置されたガス組成センサを含み、
前記ガス組成センサは、酸素、一酸化炭素、水素、窒素酸化物、又は未燃炭化水素、又はそのいずれかの組合せのうちの少なくとも１つのガス濃度を感知するように構成され、  前記酸化剤注入システムは、少なくとも部分的に前記ガス濃度に基づいて、前記触媒床酸化剤の触媒床酸化剤流量、又は前記酸化燃料の触媒床燃料流量、又はそのいずれかの組合せを調節するように構成される、
ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記ガスタービンエンジンに前記酸化剤をかつ前記触媒床の上流側に前記触媒床酸化剤を提供するように構成された酸化剤圧縮機を含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記排気ガスの酸化剤対燃料比を感知するように構成された酸化剤対燃料センサを含み、
前記酸化剤対燃料比システムは、少なくとも部分的に前記酸化剤対燃料比に基づいて、前記酸化剤の前記酸化剤流量、又は前記燃料の前記燃料流量、又はそのいずれかの組合せのうちの少なくとも１つを調節するように構成される、
ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記ガスタービンエンジンは、量論的排気ガス再循環（ＳＥＧＲ）ガスタービンエンジンであることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記ガスタービンエンジンに結合された排気ガス抽出システムと、該排気ガス抽出システムに結合された炭化水素生成システムとを含むことを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
ガスタービンエンジン内で酸化剤及び燃料を燃焼させて排気ガスを発生させる段階と、
触媒床内で前記ガスタービンエンジンからの前記排気ガスの一部分を処理して処理排気ガスを発生させる段階と、
第１の温度差モニタを用いて前記触媒床の上流側の前記排気ガスの前記部分の第１の温度と該触媒床の下流側の前記処理排気ガスの第２の温度との間の第１の温度差を監視する段階と、
酸化剤対燃料比システムを用いて目標当量比を維持するために少なくとも部分的に前記第１の温度差に基づいてパラメータを調節して前記触媒床の効率を維持する段階と、
酸化剤注入システムを用いて前記触媒床の上流側に触媒床酸化剤を注入する段階、又は酸化剤燃料注入システムを用いて該触媒床の上流側に酸化燃料を注入する段階、又はそのいずれかの組合せと、
局所温度差モニタを用いて、前記排気ガスの入口温度と前記触媒床酸化剤、酸化燃料、又はそのいずれかの組合せの注入ポイントの下流側の前記処理排気ガスの局所出口温度との間の局所温度差を監視する段階と、
少なくとも部分的に前記局所温度差の前記第１の温度差との比較に基づいて、前記酸化剤の前記酸化剤流量、又は前記燃料の前記燃料流量、又はそのいずれかの組合せのうちの少なくとも１つを調節する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１６】
前記パラメータは、前記酸化剤の前記酸化剤流量、前記燃料の前記燃料流量、排気ガスの前記部分の排気ガス流量、前記ガスタービンエンジンに再循環された排気ガスの再循環流量、前記触媒床の温度、該触媒床の圧力、又は該触媒床への希釈剤の希釈剤流量、又はそのいずれかの組合せのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
酸化剤圧縮機を用いて前記酸化剤流量を調節する段階、該酸化剤圧縮機の速度を調節することによって該酸化剤流量を調節する段階、該酸化剤圧縮機の入口ガイドベーンを用いて該酸化剤流量を調節する段階、該酸化剤圧縮機の入口制御バルブを用いて該酸化剤流量を調節する段階、該酸化剤圧縮機の出口制御バルブを用いて該酸化剤流量を調節する段階、該酸化剤圧縮機からの酸化剤の再循環を調節する段階、又は該酸化剤圧縮機からの酸化剤の噴出を調節する段階、又はそのいずれかの組合せのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
１又は２以上のセットの命令を集合的に格納する１又は２以上の有形非一時的機械可読媒体と、
ガスタービンエンジン内で酸化剤及び燃料を燃焼させて排気ガスを発生させ、
触媒床内で前記ガスタービンエンジンからの前記排気ガスの一部分を処理して処理排気ガスを発生させ、
第１の温度差モニタを用いて前記触媒床の上流側の前記排気ガスの入口温度と該触媒床の下流側の前記処理排気ガスの出口温度との間の第１の温度差を監視し、
温度差信号を前記温度差モニタから制御システムに送信し、
目標当量比を維持するために少なくとも部分的に前記温度差に基づいてパラメータを調節して前記触媒床の効率を維持し、
排気ガスの前記部分の前記第１の温度と、前記触媒床の上流側に触媒床酸化剤、又は酸化燃料、又はそのいずれかの組合せを注入するように構成された注入ポイントの下流側の前記処理排気ガスの局所出口温度との間の局所温度差を監視し、かつ
少なくとも部分的に前記局所温度差の前記第１の温度差との比較に基づいて、前記酸化剤流量、又は前記燃料流量、又はそのいずれかの組合せのうちの少なくとも１つを調節する、
ための前記１又は２以上のセットの命令を実行するよう
ための前記１又は２以上のセットの命令を実行するように構成された１又は２以上の処理デバイスと、
を含む、
コントローラ、
を含むことを特徴とするシステム。
【請求項１９】
前記１又は２以上の処理デバイスは、前記局所温度差が前記温度差よりも大きい時に、前記酸化剤流量を増加させ、前記燃料流量を減少させ、又はそのいずれかの組合せであり、該温度差が該局所温度差よりも大きい時に、該酸化剤流量を減少させ、該燃料流量を増加させ、又はそのいずれかの組合せである前記１又は２以上のセットの命令を実行するように構成されることを特徴とする請求項１８に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
〔関連出願への相互参照〕
本出願は、全ての目的に対してその全体がこれにより引用によって組み込まれ、かつ全ての目的に対してその全体がこれにより引用によって組み込まれる２０１３年１２月４日出願の「ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  Ａ  ＧＡＳ  ＴＵＲＢＩＮＥ  ＥＮＧＩＮＥ」という名称の米国仮特許出願第６１／９１１，９１２号の優先権及び利益を主張する２０１４年１１月２５日出願の「ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  Ａ  ＧＡＳ  ＴＵＲＢＩＮＥ  ＥＮＧＩＮＥ」という名称の米国非仮特許出願第１４／５５３，４５８号に対して優先権及び利益を主張するものである。
【０００２】
本明細書で開示される主題は、ガスタービンシエンジンに関し、より具体的には、ガスタービンエンジンを作動させるためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
ガスタービンエンジンは、発電、航空機、及び種々の機械装置など、幅広い種類の用途で使用されている。ガスタービンエンジンは、一般に、燃焼器セクションにおいて酸化剤（例えば、空気）と共に燃料を燃焼させて高温の燃焼生成物を発生させ、これによりタービンセクションの１又は２以上のタービン段を駆動する。次に、タービンセクションは、燃焼器セクションの１又は２以上の圧縮機段を駆動する。この場合も同様に、燃料及び酸化剤は、燃焼器セクションにおいて混合し、次に、燃焼して高温燃焼生成物を生成する。ある一定の条件下では、高温燃焼生成物の望ましい組成を達成するようにガスタービンエンジンを作動させるためにフィードバック制御を使用することが有用である場合がある。更に、ガスタービンエンジンは、典型的に、酸化剤として大量の空気を消費し、かなりの量の排気ガスを大気中に出力する。換言すると、排気ガスは、典型的には、ガスタービン作動の副産物として無駄になる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本来の特許請求する本発明に相応のある一定の実施形態を以下に要約する。これらの実施形態は、特許請求する本発明の技術的範囲を限定することを意図するものではなく、むしろこれらの実施形態は、本発明の実施可能な形態の簡潔な概要を示すことのみを意図している。当然ながら、本発明は、以下に記載した実施形態と同様のもの又は該実施形態と異なるものとすることができる様々な形態を含むことができる。
【０００５】
第１の実施形態において、システムは、酸化剤及び燃料を燃焼させて排気ガスを発生させるように構成されたガスタービンエンジンと、ガスタービンエンジンからの排気ガスの一部分を処理して処理排気ガスを発生させるように構成された触媒床と、触媒床の上流側の排気ガスの部分の第１の温度と触媒床の下流側の処理排気ガスの第２の温度との間の温度差を監視するように構成された温度差モニタと、目標当量比を維持するために少なくとも部分的に温度差に基づいてパラメータを調節して触媒床の効率を維持するように構成された酸化剤対燃料比システムとを含む。
【０００６】
第２の実施形態において、方法は、排気ガスを発生させるようにガスタービンエンジンにおいて酸化剤及び燃料を燃焼させる段階と、触媒床においてガスタービンエンジンからの排気ガスの一部分を処理して処理排気ガスを発生させる段階と、温度差モニタを用いて触媒床の上流側の排気ガスの部分の第１の温度と触媒床の下流側の処理排気ガスの第２の温度との間の温度差を監視する段階と、酸化剤対燃料比システムを用いて、目標当量比を維持するために少なくとも部分的に温度差に基づいてパラメータを調節して触媒床の効率を維持する段階とを含む。
【０００７】
第３の実施形態において、システムは、１又は２以上のセットの命令を集合的に格納する１又は２以上の有形非一時的機械可読媒体と、１又は２以上のセットの命令を実行して、ガスタービンエンジンにおいて酸化剤及び燃料を燃焼させて排気ガスを発生させ、触媒床においてガスタービンエンジンからの排気ガスの一部分を処理して処理排気ガスを発生させ、温度差モニタを用いて触媒床の上流側の排気ガスの入口温度と触媒床の下流側の処理排気ガスの出口温度との間の温度差を監視し、温度差信号を温度差モニタから制御システムに送信し、かつ目標当量比を維持するために少なくとも部分的に温度差に基づいてパラメータを調節して触媒床の効率を維持するように構成された１又は２以上の処理デバイスとを含むコントローラを含む。
【０００８】
本発明のこれらの及びその他の特徴、態様並びに利点は、図面全体を通して同じ参照符号が同様の部分を表す添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むと、より良好に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】炭化水素生成システムに結合されたタービンベースのサービスシステムを有するシステムの実施形態の図である。
【図２】制御システム及び複合サイクルシステムを更に示す図１のシステムの実施形態の図である。
【図３】ガスタービンエンジン、排気ガス供給システム、及び排気ガス処理システムの詳細を更に示す図１及び２のシステムの実施形態の図である。
【図４】図１〜図３のシステムを作動させるプロセスの実施形態のフローチャートである。
【図５】１つの触媒床を備えたガスタービンエンジンシステムの実施形態の概略図である。
【図６】３つの触媒床を備えたガスタービンエンジンシステムの実施形態の概略図である。
【図７】５つの触媒床を備えたガスタービンエンジンシステムの実施形態の概略図である。
【図８】酸化剤注入システムを備えた触媒床の実施形態の斜視図である。
【図９】触媒床の温度差と触媒床を含むガスタービンエンジンシステムの実施形態の当量比との間の関係のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の１又は２以上の特定の実施形態について、以下に説明する。これらの実施形態の簡潔な説明を行う取り組みの一環として、本明細書では、実際の実施構成の全ての特徴については説明しない場合がある。技術又は設計プロジェクトと同様に、このような何らかの実際の実施構成の開発において、システム及び／又はビジネスに関連した制約への準拠など、実施構成毎に異なる可能性のある特定の目標を達成するために多数の実装時固有の決定が行われる点は理解されたい。その上、このような取り組みは、複雑で多大な時間を必要とする場合があるが、本開示の利点を有する当業者にとっては、設計、製作、及び製造の日常的な業務である点を理解されたい。
【００１１】
詳細な例示的実施形態が、本明細書で開示されている。しかし、本明細書で開示された特定の構造及び機能の詳細は、例示的実施形態を説明する目的のための代表的なものに過ぎない。しかし、本発明の実施形態は、多くの代替の形態で具現化することができ、本明細書に記載された実施形態のみに限定されると解釈すべきではない。
【００１２】
従って、例示的実施形態は、種々の修正及び代替の形態のもので可能であるが、これらの実施形態は、実施例として図に示され、本明細書で更に詳細に説明される。しかし、例示的実施形態を開示された特定の形態に限定することを意図するものでなく、それとは反対に、例示的実施形態は、本発明の範囲内に入る全ての修正物、均等物、及び代替形態を包含する点は理解されたい。
【００１３】
本明細書で用いる専門用語は、特定の実施形態のみを説明するためのものであり、例示的実施形態を限定することを意図するものではない。本明細書で使用される場合、単数形あるいは数を明確にしない記載は、そうでないとする明確な指示がない限り、複数形も含むことが意図される。用語「備える」、「有する」、及び／又は「含む」は、本明細書で用いられる時、特徴、整数、ステップ、操作、要素、及び／又は構成要素の存在を特定するが、１又は２以上の他の特徴、整数、ステップ、操作、要素、構成要素、及び／又はこれらのグループの存在又は追加を排除するものではない。
【００１４】
用語第１、第２、１次、２次、その他を本明細書で使用して、種々の要素を説明することができるが、これらの要素をこれらの用語に限定すべきではない。これらの用語は、１つの要素を別の要素と識別するために使用されるに過ぎない。例えば、限定ではないが、例示的実施形態の範囲から逸脱することなく、第１の要素は第２の要素と呼ぶことができ、同様に、第２の要素は第１の要素と呼ぶことができる。本明細書で使用される場合、用語「及び／又は」は、関連する上記に挙げた品目のうちの１又は２以上の何れか及び全ての組合せを含む。
【００１５】
特定の専門用語は、読者の利便性のみのために本明細書で使用することができ、本発明の範囲を限定すると取るべきではない。例えば、「上側」、「下側」、「左側」、「右側」、「前部」、「後部」、「上部」、「底部」、「水平」、「垂直」、「上流」、「下流」、「前方」、及び「後方」などの単語は、図に示す構成を説明するに過ぎない。当然ながら、本発明の実施形態の１つ又は複数の要素は、いずれかの方向に向けることができ、従って、専門用語は、具体的に別段の定めをした場合を除き、このような変形形態を包含すると理解されたい。
【００１６】
以下で詳細に検討されるように、開示される実施形態は、全体的に、排気ガス再循環（ＥＧＲ）を備えたガスタービンシステムに関し、より詳細には、ＥＧＲを用いたガスタービンシステムの量論的作動に関する。例えば、ガスタービンシステムは、排気ガス再循環経路に沿って排気ガスを再循環させ、再循環された排気ガスの少なくとも一部と共に燃料及び酸化剤を量論的に燃焼させて、様々な目標システムにおいて使用するために排気ガスを取り込むよう構成することができる。量論的燃焼と共に排気ガスを再循環することにより、排気ガス中の二酸化炭素（ＣＯ2）の濃度レベルを上昇させるのに役立ち、種々の目標システムで使用するためにＣＯ2及び窒素（Ｎ2）を分離及び精製するよう後処理することができる。ガスタービンシステムはまた、排気ガス再循環経路に沿って種々の排気ガスプロセス（例えば、熱回収、触媒反応、その他）を利用し、これによりＣＯ2の濃度レベルを上昇させ、他のエミッション（例えば、一酸化炭素、窒素酸化物、及び未燃炭化水素）の濃度レベルを低下させ、エネルギー回収（例えば、熱回収ユニットを用いて）を向上させることができる。更に、ガスタービンエンジンは、１又は２以上の拡散火炎（例えば、拡散燃料ノズルを用いて）、予混合火炎（例えば、予混合燃料ノズルを用いて）、又はそのいずれかの組合せを用いて燃料及び酸化剤を燃焼させるように構成することができる。特定の実施形態において、拡散火炎は、量論的燃焼に対してある一定の限度内に安定性及び作動を維持するのを助けることができ、これは、次に、ＣＯ2の生成を増加させるのに役立つ。例えば、拡散火炎で作動するガスタービンシステムは、予混合火炎で作動するガスタービンシステムと比べてより大量のＥＧＲを可能にすることができる。次に、ＥＧＲの増量は、ＣＯ2生成を増加させるのに役立つ。可能な目標システムは、原油二次回収（ＥＯＲ）システムのようなパイプライン、貯蔵タンク、炭素隔離システム、及び炭化水素生成システムを含む。
【００１７】
開示する実施形態は、ＥＧＲを備えたガスタービンエンジンと共に用いる酸化剤対燃料比システムのためのシステム及び方法を提供する。具体的には、システムは、ガスタービンエンジンとガスタービンエンジンからの排気ガスを処理して処理排気ガスを発生させるように構成された触媒床とを含むことができる。これに加えて、システムは、排気ガスの入口温度と処理排気ガスの出口温度との間の温度差を監視するように構成された温度差モニタを含むことができる。更に、システムは、少なくとも部分的に温度差に基づいて酸化剤の酸化剤流量、又は燃料の燃料流量、又はそのいずれかの組合せのうちの少なくとも１つを調節するように構成された酸化剤対燃料比システムを含むことができる。例えば、触媒床を使用して排気ガスの一酸化炭素、酸素、水素、窒素酸化物、及び／又は未燃炭化水素の濃度を低下させることができる。触媒床を用いて排気ガス中のこのようなガスの濃度を低下させることにより、排気ガスは、原油二次回収のような特定の用途に対してより有用である場合がある。これに加えて、より高濃度のこのようなガスを有する排気ガスの通気は、規制される場合がある。
【００１８】
触媒床にわたる温度差に少なくとも部分的に基づいて酸化剤流量、燃料流量、又はそのいずれかの組合せのうちの少なくとも１つを調節することにより、ガスタービンエンジンの作動の改良を達成することができる。例えば、酸化剤対燃料比システムを使用して、量論的排気ガス再循環（ＳＥＧＲ）ガスタービンエンジンとしてガスタービンエンジンを作動させることができる。以下で詳細に説明するように、酸化剤対燃料比システムを使用して、当量比値のある一定の範囲内でＳＥＧＲガスタービンエンジンを作動させることができ、ここでガスタービンエンジンの当量比は、実際の燃料対酸化剤比と量論的燃料対酸化剤比の比、又は量論的酸化剤／燃料比と実際の酸化剤対燃料比の比として定められる。温度差モニタによって監視されるような触媒床にわたる温度差は、ＳＥＧＲガスタービンエンジンが作動している時の当量比の指示を提供することができる。従って、フィードバック制御を用いることにより、触媒床にわたる温度差を使用してＳＥＧＲガスタービンエンジンの作動を調節し、当量比値の望ましい範囲内に作動を維持することができる。例えば、触媒床にわたる温度差が、ＳＥＧＲガスタービンエンジンの作動が望ましい当量比値の範囲外であることを示す場合、酸化剤対燃料比システムを使用して酸化剤流量、又は燃料流量、又はそのいずれかの組合せのうちの少なくとも１つを調節し、望ましい当量比を達成することができる。触媒床にわたる温度差は、酸化剤対燃料比システムが、当量比の他の指示よりも速く及び／又は正確にＳＥＧＲガスタービンエンジンを調節して望ましい当量比を達成することを可能にすることができる。
【００１９】
図１は、タービンベースのサービスシステム１４に関連する炭化水素生成システム１２を有するシステム１０の実施形態の図である。以下でより詳細に検討するように、タービンベースのサービスシステム１４の種々の実施形態は、電力、機械出力、及び流体（例えば、排気ガス）などの種々のサービスを炭化水素生成システム１２に提供し、オイル及び／又はガスの生成又は取り出しを促進するよう構成される。図示の実施形態において、炭化水素生成システム１２は、オイル／ガス抽出システム１６及び原油二次回収（ＥＯＲ）システム１８を含み、これらは、地下リザーバ２０（例えば、オイル、ガス、又は炭化水素リザーバ）に連結される。オイル／ガス抽出システム１６は、オイル／ガス井戸２６に連結された様々な坑外設備（クリスマスツリー又は生成ツリー２４など）を含む。更に、井戸２６は、地中３２にある掘削ボア３０を通って地下リザーバ２０まで延びる１又は２以上の管体２８を含むことができる。ツリー２４は、地下リザーバ２０との間で圧力を調節し流れを制御する、１又は２以上のバルブ、チョーク、分離スリーブ、噴出防止装置、及び種々の流れ制御装置を含む。ツリー２４は、一般に、地下リザーバ２０の外への生産流体（例えば、オイル又はガス）の流れを制御するのに使用されるが、ＥＯＲシステム１８は、１又は２以上の流体を地下リザーバ２０内に注入することによりオイル又はガスの生産を増大させることができる。
【００２０】
従って、ＥＯＲシステム１８は、地中３２にあるボア３８を通って地下リザーバ２０内に延びる１又は２以上の管体３６を有する流体注入システム３４を含むことができる。例えば、ＥＯＲシステム１８は、１又は２以上の流体４０（ガス、蒸気、水、化学物質、又はこれらの何らかの組合せ）を流体注入システム３４に送ることができる。例えば、以下でより詳細に検討するように、ＥＯＲシステム１８は、タービンベースのサービスシステム１４に連結され、その結果、システム１４は、排気ガス４２（例えば、実質的に又は完全に酸素を伴わない）をＥＯＲシステム１８に送り、注入流体４０として用いることができるようになる。流体注入システム３４は、矢印４４で示されるように、流体４０（例えば、排気ガス４２）を１又は２以上の管体３６を通って地下リザーバ２０に送る。注入流体４０は、オイル／ガス井戸２６の管体２８からオフセット距離４６だけ離れた管体３６を通って地下リザーバ２０に流入する。従って、注入流体４０は、地下リザーバ２０内に配置されたオイル／ガス４８を移動させ、矢印５０で示されるように、オイル／ガス４８を炭化水素生成システム１２の１又は２以上の管体２８を通って上方に送り出す。以下でより詳細に検討するように、注入流体４０は、炭化水素生成システム１２によって必要に応じて施設内で排気ガス４２を発生させることができるタービンベースのサービスシステム１４から生じた排気ガス４２を含むことができる。換言すると、タービンベースのシステム１４は、１又は２以上のサービス（例えば、電力、機械出力、蒸気、水（例えば、脱塩水）と、炭化水素生成システム１２が使用する排気ガス（例えば、実質的に酸素を伴わない）とを同時に発生させ、これによりこのようなサービスの外部供給源への依存を低減又は排除することができる。
【００２１】
図示の実施形態において、タービンベースのサービスシステム１４は、量論的排気ガス再循環（ＳＥＧＲ）ガスタービンシステム５２及び排気ガス（ＥＧ）プロセスシステム５４を含む。ガスタービンシステム５２は、燃料希薄制御モード又は燃料リッチ制御モードのような、量論的燃焼運転モード（例えば、量論的制御モード）及び非量論的燃焼運転モード（例えば、非量論的制御モード）で作動するよう構成することができる。量論的制御モードにおいては、燃焼は、全体的に、燃料及び酸化剤の実質的に化学量論比で生じ、これにより実質的に量論的燃焼を生じることになる。特に、量論的燃焼は、一般に、燃焼生成物が実質的に又は完全に未燃燃料及び酸化剤を含まないように、燃焼反応において燃料及び酸化剤の実質的に全てを消費することを伴う。量論的燃焼の１つの尺度は、当量比すなわちファイ（Φ）であり、量論的燃料／酸化剤比に対する実際の燃料／酸化剤比の割合である。１．０よりも大きい当量比は、燃料及び酸化剤の燃料リッチ燃焼をもたらし、他方、１．０よりも小さい当量比は、燃料及び酸化剤の燃料希薄燃焼をもたらす。対照的に、当量比１．０は、燃料リッチでもなく燃料希薄でもない燃焼をもたらし、従って、燃焼反応において燃料及び酸化剤の全てを実質的に消費する。開示する実施形態の文脈において、用語「量論的」又は「実質的に量論」とは、約０．９５〜約１．０５の当量比を指すことができる。しかし、開示する実施形態はまた、当量比１．０±０．０１、０．０２、０．０３、０．０４、０．０５、又はそれ以上を含むことができる。この場合も同様に、タービンベースのサービスシステム１４における燃料及び酸化剤の量論的燃焼は、残存する未燃燃料又は酸化剤が実質的に存在しない燃焼生成物又は排気ガス（例えば、４２）をもたらすことができる。例えば、排気ガス４２は、１、２、３、４、又は５容積パーセント未満の酸化剤（例えば、酸素）、未燃燃料又は炭化水素（例えば、ＨＣ）、窒素酸化物（例えば、ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、硫黄酸化物（例えば、ＳＯｘ）、水素、及び他の不完全燃焼生成物を有することができる。別の実施例によれば、排気ガス４２は、約１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、２００、３００、４００、５００、１０００、２０００、３０００、４０００、又は５０００ｐｐｍｖ（百万分の１体積）未満の酸化剤（例えば、酸素）、未燃燃料又は炭化水素（例えば、ＨＣ）、窒素酸化物（例えば、ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、硫黄酸化物（例えば、ＳＯX）、水素、及び他の不完全燃焼生成物を有することができる。しかし、開示する実施形態はまた、排気ガス４２中の他の範囲の残留燃料、酸化剤、及び他のエミッションレベルを生成する。本明細書で使用される場合、用語「エミッション」、「エミッションレベル」、及び「エミッション目標」は、特定の燃焼生成物（例えば、ＮＯｘ、ＣＯ、ＳＯｘ、Ｏ2、Ｎ2、Ｈ2、ＨＣｓ、その他）の濃度レベルを指すことができ、これらは、再循環されたガスストリーム、放出されたガスストリーム（例えば、大気中に排気された）、及び種々の目標システム（例えば、炭化水素生成システム１２）において使用されるガスストリーム中に存在すること���できる。
【００２２】
ＳＥＧＲガスタービンシステム５２及びＥＧプロセスシステム５４は、異なる実施形態において様々な構成要素を含むことができるが、図示のＥＧプロセスシステム５４は、熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）５６及び排気ガス再循環（ＥＧＲ）システム５８を含み、これらは、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２から生じた排気ガス６０を受け取って処理する。ＨＲＳＧ５６は、１又は２以上の熱交換器、凝縮器、及び種々の熱回収設備を含むことができ、これらは全体として、排気ガス６０からの熱を水ストリームに伝達して蒸気６２を発生させるよう機能する。蒸気６２は、１又は２以上の蒸気タービン、ＥＯＲシステム１８、又は炭化水素生成システム１２の他のいずれかの部分において用いることができる。例えば、ＨＲＳＧ５６は、低圧、中圧、及び／又は高圧の蒸気６２を生成することができ、これらは、低圧、中圧、及び高圧蒸気タービン段又はＥＯＲシステム１８の異なる用途に選択的に適用することができる。蒸気６２に加えて、脱塩水のような処理水６４は、ＨＲＳＧ５６、ＥＧＲシステム５８、及び／又はＥＧプロセスシステム５４又はＳＥＧＲガスタービンシステム５２の別の部分によって生成することができる。処理水６４（例えば、脱塩水）は、内陸又は砂漠地帯などの水不足の領域において特に有用とすることができる。処理水６４は、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２内で燃料の燃焼を生じる大量の空気によって少なくとも部分的に生成することができる。蒸気６２及び水６４の施設内での生成は、多くの用途（炭化水素生成システム１２を含む）で有益であるが、排気ガス４２、６０の施設内での生成は、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２から生成される低酸素含有、高圧及び熱に起因して、ＥＯＲシステム１８に特に有益とすることができる。従って、ＨＲＳＧ５６、ＥＧＲシステム５８、及び／又はＥＧプロセスシステム５４の別の部分は、排気ガス６６をＳＥＧＲガスタービンシステム５２に出力又は再循環できると同時に、排気ガス４２を炭化水素生成システム１２と共に使用するためにＥＯＲシステム１８に送ることができる。同様に、排気ガス４２は、炭化水素生成システム１２のＥＯＲシステム１８にて使用するためにＳＥＧＲガスタービンシステム５２から直接（すなわち、ＥＧプロセスシステム５４を通過することなく）抽出することができる。
【００２３】
排気ガス再循環は、ＥＧプロセスシステム５４のＥＧＲシステム５８により処理される。例えば、ＥＧＲシステム５８は、１又は２以上の導管、バルブ、ブロア、排気ガス処理システム（例えば、フィルタ、粒子状物質除去ユニット、ガス分離ユニット、ガス精製ユニット、熱交換器、熱回収ユニット、除湿ユニット、触媒ユニット、化学物質注入ユニット、又はこれらの組合せ）、及び制御部を含み、排気ガス再循環経路に沿ってＳＥＧＲガスタービンシステム５２の出力（例えば、排気された排気ガス６０）から入力（例えば、吸入された排気ガス６６）まで排気ガスを再循環するようにする。図示の実施形態において、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、１又は２以上の圧縮機を有する圧縮機セクションに排気ガス６６を吸入させ、これにより排気ガス６６を圧縮して、酸化剤６８及び１又は２以上の燃料７０の吸入と共に燃焼器セクションにおいて使用する。酸化剤６８は、周囲空気、純酸素、酸素富化空気、貧酸素空気、酸素−窒素混合気、又は燃料７０の燃焼を促進する何らかの好適な酸化剤を含むことができる。燃料７０は、１又は２以上のガス燃料、液体燃料、又は何らかのこれらの組合せを含むことができる。例えば、燃料７０は、天然ガス、液化天然ガス（ＬＮＧ）、シンガス、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ナフサ、ケロシン、ディーゼル燃料、エタノール、メタノール、バイオ燃料、又は何らかのこれらの組合せを含むことができる。
【００２４】
ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、燃焼器セクションにおいて排気ガス６６、酸化剤６８、及び燃料７０を混合して燃焼させ、これによりタービンセクションにおいて１又は２以上のタービン段を駆動する高温の燃焼ガス又は排気ガス６０を発生する。特定の実施形態において、燃焼器セクションにおける各燃焼器は、１又は２以上の予混合燃料ノズル、１又は２以上の拡散燃料ノズル、又は何らかのこれらの組合せを含む。例えば、各予混合燃料ノズルは、燃料ノズルの内部で、及び／又は燃料ノズルの部分的に上流側で酸化剤６８と燃料７０を混合し、これにより予混合燃焼（例えば、予混合火炎）のため酸化剤−燃料混合気を燃料ノズルから燃焼ゾーンに注入するよう構成することができる。別の実施例によれば、各拡散燃料ノズルは、酸化剤６８及び燃料７０の流れを燃料ノズル内で分離し、これにより拡散燃焼（例えば、拡散火炎）のため酸化剤６８及び燃料７０を燃料ノズルから燃焼ゾーンに別個に注入するよう構成することができる。特に、拡散燃料ノズルによって提供される拡散燃焼は、初期燃焼のポイントすなわち火炎領域まで酸化剤６８及び燃料７０の混合を遅延させる。拡散燃料ノズルを利用する実施形態において、拡散火炎は、一般に酸化剤６８及び燃料７０の別個のストリームの間（すなわち、酸化剤６８及び燃料７０が混合される時に）の化学量論ポイントにて形成されるので、火炎安定性を向上させることができる。特定の実施形態において、１又は２以上の希釈剤（例えば、排気ガス６０、蒸気、窒素、又は別の不活性ガス）は、拡散燃料ノズル又は予混合燃料ノズルの何れかにおいて酸化剤６８、燃料７０、又は両方と予混合することができる。これに加えて、１又は２以上の希釈剤（例えば、排気ガス６０、蒸気、窒素、又は別の不活性ガス）は、各燃焼器内での燃焼ポイントにて又はその下流側にて燃焼器内に注入することができる。これらの希釈剤を使用することにより、火炎（例えば、予混合火炎又は拡散火炎）の調質を助け、これにより一酸化窒素（ＮＯ）及び二酸化窒素（ＮＯ2）などのＮＯｘエミッションの低減を助けることができる。火炎のタイプに関係なく、燃焼は、高温の燃焼ガス又は排気ガス６０を生成して、１又は２以上のタービン段を駆動する。各タービン段が排気ガス６０によって駆動されると、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、機械出力７２及び／又は電気出力７４（例えば、発電機を介して）を発生する。システム５２はまた、排気ガス６０を出力し、更に水６４を出力することができる。この場合も同様に、水６４は、脱塩水などの処理水とすることができ、これは、設備内又は設備外での様々な用途で有用とすることができる。
【００２５】
排気ガスの抽出はまた、１又は２以上の抽出ポイント７６を用いてＳＥＧＲガスタービンシステム５２により提供される。例えば、図示の実施形態は、抽出ポイント７６から排気ガス４２を受け取り、該排気ガス４２を処理して、次いで、種々の目標システムに排気ガス４２を供給又は分配する排気ガス（ＥＧ）抽出システム８０及び排気ガス（ＥＧ）処理システム８２を有する排気ガス（ＥＧ）供給システム７８を含む。目標システムは、ＥＯＲシステム１８、及び／又はパイプライン８６、貯蔵タンク８８、又は炭素隔離システム９０などの他のシステムを含むことができる。ＥＧ抽出システム８０は、１又は２以上の導管、バルブ、制御部、及び流れ分離装置を含むことができ、これらは、排気ガス４２を酸化剤６８、燃料７０、及び他の汚染物質から隔離すると同時に、抽出した排気ガス４２の温度、圧力、及び流量を制御するのを可能にする。ＥＧ処理システム８２は、１又は２以上の熱交換器（例えば、熱回収蒸気発生器などの熱回収ユニット、凝縮器、冷却器、又はヒーター）、触媒システム（例えば、酸化触媒システム）、粒子状物質及び／又は水除去システム（例えば、ガス脱水ユニット、慣性力選別装置、凝集フィルタ、水不透過性フィルタ、及び他のフィルタ）、化学物質注入システム、溶剤ベース処理システム（例えば、吸収器、フラッシュタンク、その他）、炭素捕捉システム、ガス分離システム、ガス精製システム、及び／又は溶剤ベース処理システム、排気ガス圧縮機、そのいずれかの組合せを含むことができる。ＥＧ処理システム８２のこれらのサブシステムにより、温度、圧力、流量、水分含有量（例えば、水分除去量）、粒子状物質含有量（例えば、粒子状物質除去量）、及びガス組成（例えば、ＣＯ2、Ｎ2、その他の割合）の制御が可能となる。
【００２６】
抽出した排気ガス４２は、目標システムに応じて、ＥＧ処理システム８２の１又は２以上のサブシステムにより処理される。例えば、ＥＧ処理システム８２は、炭素捕捉システム、ガス分離システム、ガス精製システム、及び／又は溶剤ベース処理システムを通じて排気ガス４２の一部又は全てを向けることができ、種々の目標システムで使用するために炭素含有ガス（例えば、二酸化炭素）９２及び／又は窒素（Ｎ2）９４を分離及び精製するよう制御される。例えば、ＥＧ処理システム８２の実施形態は、ガス分離及び精製を実施し、第１のストリーム９６、第２のストリーム９７、及び第３のストリーム９８のような排気ガス４２の複数の異なるストリーム９５を生成することができる。第１のストリーム９６は、二酸化炭素リッチ及び／又は窒素希薄（例えば、ＣＯ2リッチ・Ｎ2希薄ストリーム）である第１の組成を有することができる。第２のストリーム９７は、二酸化炭素及び／又は窒素の中間濃度レベル（例えば、中間濃度ＣＯ2・Ｎ2ストリーム）である第２の組成を有することができる。第３のストリーム９８は、二酸化炭素希薄及び／又は窒素リッチ（例えば、ＣＯ2希薄・Ｎ2リッチストリーム）である第３の組成を有することができる。各ストリーム９５（例えば、９６、９７、及び９８）は、目標システムへのストリーム９５の送出を促進するために、ガス脱水ユニット、フィルタ、ガス圧縮機、又はこれらの組合せを含むことができる。特定の実施形態において、ＣＯ2リッチ・Ｎ2希薄ストリーム９６は、約７０、７５、８０、８５、９０、９５、９６、９７、９８、又は９９容積パーセントよりも大きいＣＯ2純度又は濃度レベルと、約１、２、３、４、５、１０、１５、２０、２５、又は３０容積パーセントよりも小さいＮ2純度又は濃度レベルとを有することができる。対照的に、ＣＯ2希薄・Ｎ2リッチストリーム９８は、約１、２、３、４、５、１０、１５、２０、２５、又は３０容積パーセントよりも小さいＣＯ2純度又は濃度レベルと、約７０、７５、８０、８５、９０、９５、９６、９７、９８、又は９９容積パーセントよりも大きいＮ2純度又は濃度レベルとを有することができる。中間濃度ＣＯ2・Ｎ2ストリーム９７は、約３０〜７０、３５〜６５、４０〜６０、又は４５〜５５容積パーセントのＣＯ2純度又は濃度レベル及び／又はＮ2純度又は濃度レベルを有することができる。上述の範囲は、単に非限定的な実施例に過ぎず、ＣＯ2リッチ・Ｎ2希薄ストリーム９６及びＣＯ2希薄・Ｎ2リッチストリーム９８は、ＥＯＲシステム１８及び他のシステム８４と共に使用するのに特に好適とすることができる。しかし、これらのリッチ、希薄、又は中間の濃度のＣＯ2ストリーム９５の何れかは、単独で、又は様々な組合せでＥＯＲシステム１８及び他のシステム８４と共に使用することができる。例えば、ＥＯＲシステム１８及び他のシステム８４（例えば、パイプライン８６、貯蔵タンク８８、及び炭素隔離システム９０）は各々、１又は２以上のＣＯ2リッチ・Ｎ2希薄ストリーム９６、１又は２以上のＣＯ2希薄・Ｎ2リッチストリーム９８、１又は２以上の中間濃度ＣＯ2・Ｎ2ストリーム９７、及び１又は２以上の未処理排気ガス４２ストリーム（すなわち、ＥＧ処理システム８２をバイパスした）を受け取ることができる。
【００２７】
ＥＧ抽出システム８０は、圧縮機セクション、燃焼器セクション、及び／又はタービンセクションに沿った１又は２以上の抽出ポイント７６にて排気ガス４２を抽出し、排気ガス４２が、好適な温度及び圧力でＥＯＲシステム１８及び他のシステム８４において使用できるようにする。ＥＧ抽出システム８０及び／又はＥＧ処理システム８２はまた、ＥＧプロセスシステム５４との間で流体流（例えば、排気ガス４２）を循環させることができる。例えば、ＥＧプロセスシステム５４を通過する排気ガス４２の一部は、ＥＯＲシステム１８及び他のシステム８４で使用するためにＥＧ抽出システム８０によって抽出することができる。特定の実施形態において、ＥＧ供給システム７８及びＥＧプロセスシステム５４は、独立しているか、又は互いに一体化することができ、従って、独立したサブシステム又は共通のサブシステムを用いることができる。例えば、ＥＧ処理システム８２は、ＥＧ供給システム７８及びＥＧプロセスシステム５４両方によって用いることができる。ＥＧプロセスシステム５４から抽出される排気ガス４２は、ＥＧプロセスシステム５４における１又は２以上のガス処理段及びその後に続くＥＧ処理システム８２における１又は２以上の追加のガス処理段のような、複数のガス処理段を受けることができる。
【００２８】
各抽出ポイント７６において、抽出した排気ガス４２は、ＥＧプロセスシステム５４において実質的に量論的燃焼及び／又はガス処理に起因して、実質的に酸化剤６８及び燃料７０（例えば、未燃燃料又は炭化水素）が存在しない場合がある。更に、目標システムに応じて、抽出した排気ガス４２は、ＥＧ供給システム７８のＥＧ処理システム８２において更なる処理を受け、これにより何らかの残留する酸化剤６８、燃料７０、又は他の望ましくない燃焼生成物を更に低減することができる。例えば、ＥＧ処理システム８２の処理の前又は後で、抽出した排気ガス４２は、１、２、３、４、又は５容積パーセントよりも少ない酸化剤（例えば、酸素）、未燃燃料又は炭化水素（例えば、ＨＣ）、窒素酸化物（例えば、ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、硫黄酸化物（例えば、ＳＯｘ）、水素、及び他の不完全燃焼生成物を有することができる。別の実施例によれば、ＥＧ処理システム８２の処理の前又は後で、抽出した排気ガス４２は、約１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、２００、３００、４００、５００、１０００、２０００、３０００、４０００、又は５０００ｐｐｍｖ（百万分の１体積）よりも少ない酸化剤（例えば、酸素）、未燃燃料又は炭化水素（例えば、ＨＣ）、窒素酸化物（例えば、ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、硫黄酸化物（例えば、ＳＯｘ）、水素、及び他の不完全燃焼生成物を有することができる。従って、排気ガス４２は、ＥＯＲシステム１８と共に使用するのに特に好適である。
【００２９】
タービンシステム５２のＥＧＲ作動は、具体的には、複数の位置７６での排気ガス抽出を可能にする。例えば、システム５２の圧縮機セクションを用いて、どのような酸化剤６８もなしで排気ガス６６を圧縮する（すなわち、排気ガス６６の圧縮のみ）ことができ、その結果、酸化剤６８及び燃料７０の流入前に圧縮機セクション及び／又は燃焼器セクションから実質的に酸素を含まない排気ガス４２を抽出することができるようになる。抽出ポイント７６は、隣接する圧縮機段の間の段間ポートにて、圧縮機排気ケーシングに沿ったポートにて、燃焼器セクションにおける各燃焼器に沿ったポートにて、又はこれらの組合せに位置付けることができる。特定の実施形態において、排気ガス６６は、燃焼器セクションにおける各燃焼器のヘッド端部部分及び／又は燃料ノズルに達するまでは、酸化剤６８及び燃料７０と混合しないようにすることができる。更に、１又は２以上の流れ分離器（例えば、壁、仕切り、バッフル、又は同様のもの）を用いて、酸化剤６８及び燃料７０を抽出ポイント７６から隔離することができる。これらの流れ分離器を用いると、抽出ポイント７６は、燃焼器セクションにおける各燃焼器の壁に沿って直接配置することができる。
【００３０】
排気ガス６６、酸化剤６８、及び燃料７０がヘッド端部部分を通って（例えば、燃料ノズルを通って）各燃焼器の燃焼部（例えば、燃焼室）に流入すると、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、排気ガス６６、酸化剤６８、及び燃料７０の実質的に量論的な燃焼をもたらすよう制御される。例えば、システム５２は、約０．９５〜約１．０５の当量比を維持することができる。結果として、各燃焼器における排気ガス６６、酸化剤６８、及び燃料７０の混合気の燃焼生成物は、実質的に酸素及び未燃燃料を含まない。従って、燃焼生成物（又は排気ガス）は、ＥＯＲシステム１８に送られる排気ガス４２として使用するためにＳＥＧＲガスタービンシステム５２のタービンセクションから抽出することができる。タービンセクションに沿って、抽出ポイント７６は、隣接するタービン段の間の段間ポートなどのいずれかのタービン段に位置付けることができる。従って、上述の抽出ポイント７６の何れかを用いて、タービンベースのサービスシステム１４は、排気ガス４２を生成及び抽出し、炭化水素生成システム１２（例えば、ＥＯＲシステム１８）に送出して、地下リザーバ２０からのオイル／ガス４８の生成に用いることができる。
【００３１】
図２は、タービンベースのサービスシステム１４及び炭化水素生成システム１２に連結された制御システム１００を示した、図１のシステム１０の実施形態の図である。図示の実施形態において、タービンベースのサービスシステム１４は、複合サイクルシステム１０２を含み、該複合サイクルシステム１０２は、トッピングサイクルとしてＳＥＧＲガスタービンシステム５２と、ボトミングサイクルとして蒸気タービン１０４と、排気ガス６０から熱を回収して蒸気タービン１０４を駆動するための蒸気６２を発生させるＨＲＳＧ５６とを含む。この場合も同様に、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、排気ガス６６、酸化剤６８、及び燃料７０を受け取って混合し、量論的燃焼（例えば、予混合及び／又は拡散火炎）をして、これにより排気ガス６０機械出力７２電気出力７４、及び／又は水６４を生成する。例えば、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、発電機、酸化剤圧縮機（例えば、主空気圧縮機）、ギアボックス、ポンプ、炭化水素生成システム１２の設備、又はこれらの組合せなどの１又は２以上の負荷又は機械装置１０６を駆動することができる。一部の実施形態において、機械装置１０６は、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２と縦一列に配列された、発電機又は蒸気タービン（例えば、蒸気タービン１０４）などの他の駆動装置を含むことができる。従って、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２（及び何らかの追加の駆動装置）によって駆動される機械装置１０６の出力は、機械出力７２及び電気出力７４を含むことができる。機械出力７２及び／又は電気出力７４は、炭化水素生成システム１２に動力を供給するために施設内で用いることができ、電気出力７４は、送電網又はこれらの組合せに配電することができる。機械装置１０６の出力はまた、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２の燃焼セクションに吸入するため、圧縮酸化剤６８（例えば、空気又は酸素）などの圧縮流体を含むことができる。これらの出力（例えば、排気ガス６０、機械出力７２、電気出力７４、及び／又は水６４）の各々は、タービンベースのサービスシステム１４の１つのサービスとみなすことができる。
【００３２】
ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、実質的に酸素を伴わない場合がある排気ガス４２、６０を生成し、該排気ガス４２、６０をＥＧプロセスシステム５４及び／又はＥＧ供給システム７８に送る。ＥＧ供給システム７８は、排気ガス４２（例えば、ストリーム９５）を処理して炭化水素生成システム１２及び／又は他のシステム８４に送給することができる。上記で検討したように、ＥＧプロセスシステム５４は、ＨＲＳＧ５６及びＥＧＲシステム５８を含むことができる。ＨＲＳＧ５６は、１又は２以上の熱交換器、凝縮器、及び種々の熱回収設備を含むことができ、これらを用いて排気ガス６０から熱を回収して水１０８に伝達し、蒸気タービン１０４を駆動するための蒸気６２を発生することができる。ＳＥＧＲガスタービンシステム５２と同様に、蒸気タービン１０４は、１又は２以上の負荷又は機械装置１０６を駆動し、これにより機械出力７２及び電気出力７４を生成することができる。図示の実施形態において、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２及び蒸気タービン１０４は、縦一列の形態で配列されて、同じ機械装置１０６を駆動する。しかし、他の実施形態において、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２及び蒸気タービン１０４は、異なる機械装置１０６を別個に駆動し、機械出力７２及び／又は電気出力７４を独立して生成することができる。蒸気タービン１０４がＨＲＳＧ５６からの蒸気６２により駆動されると、蒸気６２の温度及び圧力が漸次的に低下する。従って、蒸気タービン１０４は、使用した蒸気６２及び／又は水１０８をＨＲＳＧ５６に戻すよう再循環し、排気ガス６０からの熱回収を介して追加の蒸気を発生させる。蒸気発生に加えて、ＨＲＳＧ５６、ＥＧＲシステム５８、及び／又はＥＧプロセスシステム５４の別の部分は、水６４、及び炭化水素生成システム１２と共に用いるための排気ガス４２、並びにＳＥＧＲガスタービンシステム５２への入力として使用する排気ガス６６を生成することができる。例えば、水６４は、他の用途で使用するための脱塩水のような処理水６４とすることができる。脱塩水は、水の利用性が低い領域で特に有用とすることができる。排気ガス６０に関しては、ＥＧプロセスシステム５４の実施形態は、排気ガス６０をＨＲＳＧ５６に通過させるかどうかに関係なく、ＥＧＲシステム５８を通じて排気ガス６０を再循環するよう構成することができる。
【００３３】
図示の実施形態において、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、システム５２の排気出口から排気入口まで延びる排気ガス再循環経路１１０を有する。排気ガス６０は、経路１１０に沿って、図示の実施形態においてＨＲＳＧ５６及びＥＧＲシステム５８を含むＥＧプロセスシステム５４を通過する。ＥＧＲシステム５８は、経路１１０に沿って直列及び／又は並列配列で、１又は２以上の導管、バルブ、ブロア、ガス処理システム（例えば、フィルタ、粒子状物質除去ユニット、ガス分離ユニット、ガス精製ユニット、熱交換器、熱回収蒸気発生器などの熱回収ユニット、除湿ユニット、触媒ユニット、化学物質注入ユニット、又はこれらの組合せ）を含むことができる。換言すると、ＥＧＲシステム５８は、システム５２の排気ガス出口と排気ガス入口との間の排気ガス再循環経路１１０に沿って、いずれかの流れ制御構成要素、圧力制御構成要素、温度制御構成要素、湿度制御構成要素、及びガス組成制御構成要素を含むことができる。従って、経路１１０に沿ってＨＲＳＧ５６を備えた実施形態において、ＨＲＳＧ５６は、ＥＧＲシステム５８の１つの構成要素とみなすことができる。しかし、特定の実施形態において、ＨＲＳＧ５６は、排気ガス再循環経路１１０とは独立して排気ガス経路に沿って配置することができる。ＨＲＳＧ５６がＥＧＲシステム５８と別個の経路に沿っているか、又は共通の経路に沿っているかに関係なく、ＨＲＳＧ５６及びＥＧＲシステム５８は、排気ガス６０を吸入して、再循環される排気ガス６０か、又はＥＧ供給システム７８（例えば、炭化水素生成システム１２及び／又は他のシステム８４のため）と共に使用するための排気ガス４２か、又は別の出力の排気ガスを出力する。この場合も同様に、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、排気ガス６６、酸化剤６８、及び燃料７０（例えば、予混合火炎及び／又は拡散火炎）を吸入して混合し、量論的燃焼して、ＥＧプロセスシステム５４、炭化水素生成システム１２、又は他のシステム８４に分配するために実質的に酸素及び燃料を含まない排気ガス６０を生成する。
【００３４】
図１を参照しながら上述したように、炭化水素生成システム１２は、地下リザーバ２０からオイル／ガス井戸２６を通るオイル／ガス４８の回収又は生成を促進する様々な設備を含むことができる。例えば、炭化水素生成システム１２は、流体注入システム３４を有するＥＯＲシステム１８を含むことができる。図示の実施形態において、流体注入システム３４は、排気ガス注入ＥＯＲシステム１１２及び蒸気注入ＥＯＲシステム１１４を含む。流体注入システム３４は、様々な供給源から流体を受け取ることができるが、図示の実施形態は、タービンベースのサービスシステム１４から排気ガス４２及び蒸気６２を受け取ることができる。タービンベースのサービスシステム１４により生成される排気ガス４２及び／又は蒸気６２はまた、他のオイル／ガスシステム１１６で使用するため炭化水素生成システム１２に送ることができる。
【００３５】
排気ガス４２及び／又は蒸気６２の量、品質、及び流れは、制御システム１００により制御することができる。制御システム１００は、タービンベースのサービスシステム１４に完全に専用とすることができ、又は、任意選択的に、炭化水素生成システム１２及び／又は他のシステム８４の制御を行うことができる（又は制御を促進する少なくとも一部のデータ）。図示の実施形態において、制御システム１００は、プロセッサ１２０、メモリ１２２、蒸気タービン制御部１２４、ＳＥＧＲガスタービンシステム制御部１２６、及び機械制御部１２８を有するコントローラ１１８を含む。プロセッサ１２０は、タービンベースのサービスシステム１４を制御するために単一のプロセッサか、又はトリプル冗長プロセッサのような２又はそれ以上の冗長プロセッサを含むことができる。メモリ１２２は、揮発性及び／又は不揮発性メモリを含むことができる。例えば、メモリ１２２は、１又は２以上のハードドライブ、フラッシュメモリ、リードオンリーメモリ、ランダムアクセスメモリ、又はそのいずれかの組合せを含むことができる。メモリ１２２は、１又は２以上のセットの命令を集合的に格納する１又は２以上の有形非一時的機械可読媒体を含むことができる。制御部１２４、１２６、及び１２８は、ソフトウェア及び／又はハードウェア制御部を含むことができる。例えば、制御部１２４、１２６、及び１２８は、メモリ１２２上に格納されてプロセッサ１２０により実行可能な種々の命令又はコードを含むことができ、このプロセッサは、メモリ１２２上に格納された１又は２以上のセットの命令を実行するように構成することができる。制御部１２４は、蒸気タービン１０４の作動を制御するよう構成され、ＳＥＧＲガスタービンシステム制御部１２６は、システム５２を制御するよう構成され、機械制御部１２８は、機械装置１０６を制御するよう構成される。従って、コントローラ１１８（例えば、制御部１２４、１２６、及び１２８）は、タービンベースのサービスシステム１４の種々のサブシステムを協働させて、炭化水素生成システム１２に排気ガス４２の好適なストリームを提供するよう構成することができる。
【００３６】
制御システム１００の特定の実施形態において、図面において示され且つ本明細書で記載される各要素（例えば、システム、サブシステム、及び構成要素）は、（例えば、このような要素の直接内部に、上流側に、又は下流側に）センサ及び制御デバイスのような１又は２以上の工業用制御特徴要素を含み、これらは、コントローラ１１８と共に工業用制御ネットワークを介して互いに通信可能に連結される。例えば、各要素に関連する制御デバイスは、専用のデバイスコントローラ（例えば、プロセッサ、メモリ、及び制御命令を含む）、１又は２以上のアクチュエータ、バルブ、スイッチ、及び工業用制御機器を含むことができ、これらは、センサフィードバック１３０、コントローラ１１８からの制御信号、ユーザからの制御信号、又はこれらの組合せに基づいて制御を可能にする。従って、本明細書で記載される制御機能の何れも、コントローラ１１８、各要素に関連する専用のデバイスコントローラ、又はこれらの組合せにより格納され及び／又は実行可能な制御命令を用いて実施することができる。
【００３７】
このような制御機能を可能にするために、制御システム１００は、種々の制御部（例えば、制御部１２４、１２６、及び１２８）の実行の際に使用するセンサフィードバック１３０を得るために、システム１０全体にわたって配置された１又は２以上のセンサを含む。例えば、センサフィードバック１３０は、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２、機械装置１０６、ＥＧプロセスシステム５４、蒸気タービン１０４、炭化水素生成システム１２、又は、タービンベースのサービスシステム１４又は炭化水素生成システム１２にわたる他のいずれかの構成要素にわたって配置されたセンサから取得することができる。例えば、センサフィードバック１３０は、温度フィードバック、圧力フィードバック、流量フィードバック、火炎温度フィードバック、燃焼ダイナミックスフィードバック、吸入酸化剤組成フィードバック、吸入燃料組成フィードバック、排気ガス組成フィードバック、機械出力７２の出力レベル、電気出力７４の出力レベル、排気ガス４２、６０の出力量、水６４の出力量又は品質、又はこれらの組合せを含むことができる。例えば、センサフィードバック１３０は、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２において量論的燃焼を可能にする排気ガス４２、６０の組成を含むことができる。例えば、センサフィードバック１３０は、酸化剤６８の酸化剤供給経路に沿った１又は２以上の吸入酸化剤センサ、燃料７０の燃料供給経路に沿った１又は２以上の吸入燃料センサ、及び排気ガス再循環経路１１０に沿って配置され及び／又はＳＥＧＲガスタービンシステム５２内部に配置された１又は２以上の排気エミッションセンサからのフィードバックを含むことができる。吸入酸化剤センサ、吸入燃料センサ、及び排気エミッションセンサは、温度センサ、圧力センサ、流量センサ、及び組成センサを含むことができる。エミッションセンサは、窒素酸化物（例えば、ＮＯｘセンサ）、炭素酸化物（例えば、ＣＯセンサ及びＣＯ2センサ）、硫黄酸化物（例えば、ＳＯｘセンサ）、水素（例えば、Ｈ2センサ）、酸素（例えば、Ｏ2センサ）、未燃炭化水素（例えば、ＨＣセンサ）、又は他の不完全燃焼生成物、又はこれらの組合せに対するセンサを含むことができる。
【００３８】
このフィードバック１３０を用いて、制御システム１００は、当量比を好適な範囲内、例えば、例えば、約０．９５〜約１．０５、約０．９５〜約１．０、約１．０〜約１．０５、又は実質的に１．０に維持するよう、（他の作動パラメータの中でも特に）ＳＥＧＲガスタービンシステム５２への排気ガス６６、酸化剤６８、及び／又は燃料７０の吸入流を調整（例えば、増大、減少、又は維持）することができる。例えば、制御システム１００は、フィードバック１３０を分析して、排気エミッション（例えば、窒素酸化物、ＣＯ及びＣＯ2などの炭素酸化物、硫黄酸化物、水素、酸素、未燃炭化水素、及び他の不完全燃焼生成物の濃度レベル）を監視し及び／又は当量比を決定し、次いで、１又は２以上の構成要素を制御して、排気エミッション（例えば、排気ガス４２の濃度レベル）及び／又は当量比を調整することができる。制御される構成要素は、限定ではないが、酸化剤６８、燃料７０、及び排気ガス６６のための供給経路に沿ったバルブ；ＥＧプロセスシステム５４における酸化剤圧縮機、燃料ポンプ、又はいずれかの構成要素；ＳＥＧＲガスタービンシステム５２のいずれかの構成要素；又はこれらの組合せを含む、例示され図面を参照して説明された構成要素の何れかを含むことができる。制御される構成要素は、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２内で燃焼をする酸化剤６８、燃料７０、及び排気ガス６６の流量、温度、圧力、又はパーセンテージ（例えば、当量比）を調整（例えば、増大、減少、又は維持）することができる。制御される構成要素はまた、触媒ユニット（例えば、酸化触媒ユニット）、触媒ユニットのための供給源（例えば、酸化燃料、熱、電気、その他）、ガス精製及び／又は分離ユニット（例えば、溶剤ベース分離器、吸収器、フラッシュタンク、その他）、及び濾過ユニットなど、１又は２以上のガス処理システムを含むことができる。ガス処理システムは、排気ガス再循環経路１１０、通気経路（例えば、大気中に排気された）、又はＥＧ供給システム７８への抽出経路に沿った種々の排気エミッションの低減を助けることができる。
【００３９】
特定の実施形態において、制御システム１００は、フィードバック１３０を分析して、約１０、２０、３０、４０、５０、１００、２００、３００、４００、５００、１０００、２０００、３０００、４０００、５０００、又は１００００ｐｐｍｖ（百万分の１体積）未満のように、エミッションレベル（例えば、排気ガス４２の濃度レベル、６０、９５）を目標範囲に維持又は低減するよう１又は２以上の構成要素を制御することができる。これらの目標範囲は、排気エミッション（例えば、窒素酸化物、一酸化炭素、硫黄酸化物、水素、酸素、未燃炭化水素、及び他の不完全燃焼生成物の濃度レベル）の各々に対して同じ又は異なることができる。例えば、当量比に応じて、制御システム１００は、酸化剤（例えば、酸素）の排気エミッション（例えば、濃度レベル）を約１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、２５０、５００、７５０、又は１０００ｐｐｍｖ未満の目標範囲内に、一酸化炭素（ＣＯ）の排気エミッション（例えば、濃度レベル）を約２０、５０、１００、２００、５００、１０００、２５００、又は５０００ｐｐｍｖ未満の目標範囲内に、及び窒素酸化物（ＮＯｘ）の排気エミッション（例えば、濃度レベル）を約２５、５０、１００、２００、３００、４００、又は５００ｐｐｍｖ未満の目標範囲内に選択的に制御することができる。実質的に量論的当量比で作動する特定の実施形態において、制御システム１００は、酸化剤（例えば、酸素）の排気エミッション（例えば、濃度レベル）を約１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、又は１００ｐｐｍｖ未満の目標範囲内に、及び一酸化炭素（ＣＯ）の排気エミッションを約５００、１０００、２０００、３０００、４０００、又は５０００ｐｐｍｖ未満の目標範囲内に選択的に制御することができる。燃料希薄当量比（例えば、約０．９５〜１．０）で作動する特定の実施形態において、制御システム１００は、酸化剤（例えば、酸素）の排気エミッション（例えば、濃度レベル）を約５００、６００、７００、８００、９００、１０００、１１００、１２００、１３００、１４００、又は１５００ｐｐｍｖ未満の目標範囲内に、一酸化炭素（ＣＯ）の排気エミッションを約１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１５０、又は２００ｐｐｍｖの目標範囲内に、及び窒素酸化物（例えば、ＮＯｘ）の排気エミッションを約２５、５０、１００、１５０、２００、２５０、３００、３５０、又は４００ｐｐｍｖ未満の目標範囲内に選択的に制御することができる。上述の目標範囲は、単に実施例に過ぎず、開示する実施形態の範囲を限定するものではない。
【００４０】
制御システム１００はまた、ローカルインタフェース１３２及びリモートインタフェース１３４に連結することができる。例えば、ローカルインタフェース１３２は、タービンベースのサービスシステム１４及び／又は炭化水素生成システム１２にて施設内に配置されたコンピュータワークステーションを含むことができる。対照的に、リモートインタフェース１３４は、インターネット接続を通じてなど、タービンベースのサービスシステム１４及び炭化水素生成システム１２の施設外に配置されたコンピュータワークステーションを含むことができる。これらのインタフェース１３２及び１３４は、センサフィードバック１３０、作動パラメータ及びその他の１又は２以上のグラフィック表示を通じてなど、タービンベースのサービスシステム１４の監視及び制御を可能にする。
【００４１】
この場合も同様に、上述のように、コントローラ１１８は、タービンベースのサービスシステム１４の制御を可能にする様々な制御部１２４、１２６、及び１２８を含む。蒸気タービン制御部１２４は、センサフィードバック１３０を受け取り、蒸気タービン１０４の作動を可能にする制御コマンドを出力することができる。例えば、蒸気タービン制御部１２４は、ＨＲＳＧ５６、機械装置１０６、蒸気６２の経路に沿った温度及び圧力センサ、水１０８の経路に沿った温度及び圧力センサ、及び機械出力７２及び電気出力７４を示す種々のセンサからセンサフィードバック１３０を受け取ることができる。同様に、ＳＥＧＲガスタービンシステム制御部１２６は、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２、機械装置１０６、ＥＧプロセスシステム５４、又はこれらの組合せに沿って配置された１又は２以上のセンサからセンサフィードバック１３０を受け取ることができる。例えば、センサフィードバック１３０は、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２の内部又は外部に配置された、温度センサ、圧力センサ、クリアランスセンサ、振動センサ、火炎センサ、燃料組成センサ、排気ガス組成センサ、又はこれらの組合せから得ることができる。最後に、機械制御部１２８は、機械出力７２及び電気出力７４に関連する種々のセンサ並びに機械装置１０６内に配置されたセンサからセンサフィードバック１３０を受け取ることができる。これら制御部１２４、１２６、及び１２８の各々は、センサフィードバック１３０を用いて、タービンベースのサービスシステム１４の作動を改善する。
【００４２】
図示の実施形態において、ＳＥＧＲガスタービンシステム制御部１２６は、ＥＧプロセスシステム５４、ＥＧ供給システム７８、炭化水素生成システム１２、及び／又は他のシステム８４における排気ガス４２、６０、９５の量及び品質を制御する命令を実行することができる。例えば、ＳＥＧＲガスタービンシステム制御部１２６は、排気ガス６０中の酸化剤（例えば、酸素）及び／又は未燃燃料のレベルを排気ガス注入ＥＯＲシステム１１２と共に使用するのに好適な閾値未満に維持することができる。特定の実施形態において、この閾値レベルは、排気ガス４２、６０の容積で酸化剤（例えば、酸素）及び／又は未燃燃料が１、２、３、４、又は５パーセント未満とすることができ、又は、酸化剤（例えば、酸素）及び／又は未燃燃料（及び他の排気エミッション）の閾値レベルが、排気ガス４２、６０中に約１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、２００、３００、４００、５００、１０００、２０００、３０００、４０００、又は５０００ｐｐｍｖ（百万分の１体積）未満とすることができる。別の実施例によれば、酸化剤（例えば、酸素）及び／又は未燃燃料のこれらの低いレベルを達成するために、ＳＥＧＲガスタービンシステム制御部１２６は、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２における燃焼において約０．９５〜約１．０５の当量比を維持することができる。ＳＥＧＲガスタービンシステム制御部１２６はまた、排気ガス４２、６０、９５の温度、圧力、流量、及びガス組成を排気ガス注入ＥＯＲシステム１１２、パイプライン８６、貯蔵タンク８８、及び炭素隔離システム９０に好適な範囲内に維持するよう、ＥＧ抽出システム８０及びＥＧ処理システム８２を制御することができる。上記で検討したように、ＥＧ処理システム８２は、ＣＯ2リッチ・Ｎ2希薄ストリーム９６、中間濃度ＣＯ2・Ｎ2ストリーム９７、及びＣＯ2希薄・Ｎ2リッチストリーム９８のような１又は２以上のガスストリーム９５内への排気ガス４２を精製及び／又は分離するよう制御することができる。排気ガス４２、６０、及び９５の制御に加えて、制御部１２４、１２６、及び１２８は、機械出力７２を好適な出力範囲内に維持し、又は電気出力７４を好適な周波数及び出力範囲内に維持するよう１又は２以上の命令を実行することができる。
【００４３】
図３は、炭化水素生成システム１２及び／又は他のシステム８４と共に使用するためのＳＥＧＲガスタービンシステム５２の詳細を更に例示した、システム１０の実施形態の図である。図示の実施形態において、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、ＥＧプロセスシステム５４に連結されたガスタービンエンジン１５０を含む。図示のガスタービンエンジン１５０は、圧縮機セクション１５２、燃焼器セクション１５４、及び膨張器セクション又はタービンセクション１５６を含む。圧縮機セクション１５２は、直列配列で配置された回転圧縮機ブレードの１〜２０段のような１又は２以上の排気ガス圧縮機又は圧縮機段１５８を含む。同様に、燃焼器セクション１５４は、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２の回転軸線１６２の周りで円周方向に配置された１〜２０の燃焼器１６０のような１又は２以上の燃焼器１６０を含む。更に、各燃焼器１６０は、排気ガス６６、酸化剤６８、及び／又は燃料７０を注入するよう構成された１又は２以上の燃料ノズル１６４を含むことができる。例えば、各燃焼器１６０のヘッド端部部分１６６は、１、２、３、４、５、６、又はそれ以上の燃料ノズル１６４を収容することができ、該燃料ノズルは、排気ガス６６、酸化剤６８、及び／又は燃料７０のストリーム又は混合気を燃焼器１６０の燃焼部分１６８（例えば、燃焼室）に注入することができる。
【００４４】
燃料ノズル１６４は、予混合燃料ノズル１６４（例えば、酸化剤／燃料予混合火炎の生成のため酸化剤６８及び燃料７０を予混合するよう構成された）及び／又は拡散燃料ノズル１６４（例えば、酸化剤／燃料拡散火炎の生成のため酸化剤６８及び燃料７０の別個の流れを注入するよう構成された）のあらゆる組合せを含むことができる。予混合燃料ノズル１６４の実施形態は、燃焼室１６８における注入及び燃焼の前に、ノズル１６４内で酸化剤６８及び燃料７０を内部で混同するためのスワールベーン、混合チャンバ、又は他の特徴要素を含むことができる。予混合燃料ノズル１６４はまた、少なくとも一部が部分的に混合された酸化剤６８及び燃料７０を受け取ることができる。特定の実施形態において、各拡散燃料ノズル１６４は、注入ポイントまで酸化剤６８及び燃料７０の流れを隔離すると同時に、注入ポイントまで１又は２以上の希釈剤（例えば、排気ガス６６、蒸気、窒素、又は別の不活性ガス）の流れも隔離することができる。他の実施形態において、各拡散燃料ノズル１６４は、注入ポイントまで酸化剤６８及び燃料７０の流れを隔離するが、注入ポイントの前に１又は２以上の希釈剤（例えば、排気ガス６６、蒸気、窒素、又は別の不活性ガス）を酸化剤６８及び／又は燃料７０と部分的に混合することができる。これに加えて、１又は２以上の希釈剤（例えば、排気ガス６６、蒸気、窒素、又は別の不活性ガス）は、燃焼ゾーンにて又はその下流側で燃焼器内（例えば、高温の燃焼生成物内）に注入され、これにより高温の燃焼生成物の温度を低下させ、ＮＯｘ（例えば、ＮＯ及びＮＯ2）のエミッションを低減するのを助けることができる。燃料ノズル１６４のタイプに関係なく、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、酸化剤６８及び燃料７０の実質的に量論的燃焼を提供するよう制御することができる。
【００４５】
拡散燃料ノズル１６４を用いた拡散燃焼の実施形態において、燃料７０及び酸化剤６８は一般に、拡散火炎の上流側では混合せず、むしろ、燃料７０及び酸化剤６８は、火炎表面にて直接混合及び反応し、及び／又は火炎表面が燃料７０及び酸化剤６８間の混合位置に存在する。特に、燃料７０及び酸化剤６８は、火炎表面（又は拡散境界／界面）に別個に接近し、次いで、火炎表面（又は拡散境界／界面）に沿って拡散（例えば、分子及び粘性拡散を介して）し、拡散火炎を発生する。燃料７０及び酸化剤６８は、この火炎表面（又は拡散境界／界面）に沿って実質的に量論比にあるものとすることができる点は注目すべきであり、その結果、この火炎表面に沿ってより高い火炎温度（例えば、ピーク火炎温度）を生じることができる。量論的燃料／酸化剤比は一般に、燃料希薄又は燃料リッチの燃料／酸化剤比と比べて、高い火炎温度（例えば、ピーク火炎温度）をもたらす。結果として、拡散火炎は、予混合火炎よりも実質的により安定することができ、これは、燃料７０及び酸化剤６８の拡散が、火炎表面に沿った量論比（及びより高温）を維持するのを助けることに起因する。火炎温度がより高いほど、ＮＯｘエミッションのような排気エミッションをより多く生じる可能性があるが、開示の実施形態では、１又は２以上の希釈剤を用いて、燃料７０及び酸化剤６８のあらゆる予混合を依然として回避しながら、温度及びエミッションを制御するのを助ける。例えば、開示する実施形態は、燃料７０及び酸化剤６８とは別個に（例えば、燃焼ポイントの後及び／又は拡散火炎から下流側で）１又は２以上の希釈剤を導入することができ、これにより、温度を低下させ、拡散火炎により生じたエミッション（例えば、ＮＯｘエミッション）を低減するのを助けることができる。
【００４６】
作動時には、図示のように、圧縮機セクション１５２は、ＥＧプロセスシステム５４からの排気ガス６６を受け取って圧縮し、次いで、圧縮した排気ガス１７０を燃焼器セクション１５４における燃焼器１６０の各々に出力する。各燃焼器１６０内で燃料７０、酸化剤６８、及び排気ガス１７０が燃焼すると、追加の排気ガス又は燃焼生成物１７２（すなわち、燃焼ガス）がタービンセクション１５６に送られる。圧縮機セクション１５２と同様に、タービンセクション１５６は、一連の回転タービンブレードを有することができる１又は２以上のタービン又はタービン段１７４を含む。ここで、これらのタービンブレードは、燃焼器セクション１５４において発生した燃焼生成物１７２により駆動され、これにより機械装置１０６に連結されたシャフト１７６の回転を駆動する。この場合も同様に、機械装置１０６は、タービンセクション１５６に連結された機械装置１０６、１７８及び／又は圧縮機セクション１５２に連結された機械装置１０６、１８０など、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２のいずれかの端部に連結された様々な機器を含むことができる。特定の実施形態において、機械装置１０６、１７８、１８０は、１又は２以上の発電機、酸化剤６８用の酸化剤圧縮機、燃料７０用の燃料ポンプ、ギアボックス、又はＳＥＧＲガスタービンシステム５２に連結された追加の駆動装置（例えば、蒸気タービン１０４、電気モータ、その他）を含むことができる。以下では、表１を参照しながら、非限定的な実施例を更に詳細に検討する。図示のように、タービンセクション１５６は、排気ガス６０を出力して、排気ガス再循環経路１１０に沿ってタービンセクション１５６の排気ガス出口１８２から排気ガス入口１８４に再循環して圧縮機セクション１５２内に入る。排気ガス再循環経路１１０に沿って、排気ガス６０は、上記で詳細に検討したようにＥＧプロセスシステム５４（例えば、ＨＲＳＧ５６及び／又はＥＧＲシステム５８）を通過する。
【００４７】
この場合も同様に、燃焼器セクション１５４における各燃焼器１６０は、加圧排気ガス１７０、酸化剤６８、及び燃料７０を受け取って混合して、量論的に燃焼し、追加の排気ガス又は燃焼生成物１７２を生成して、タービンセクション１５６を駆動する。特定の実施形態において、酸化剤６８は、１又は２以上の酸化剤圧縮機（ＭＯＣ）を有する主酸化剤圧縮（ＭＯＣ）システム（例えば、主空気圧縮（ＭＡＣ）システム）のような酸化剤圧縮システム１８６により圧縮される。酸化剤圧縮システム１８６は、駆動装置１９０に連結された酸化剤圧縮機１８８を含む。例えば、駆動装置１９０は、電気モータ、燃焼エンジン、又はこれらの組合せを含むことができる。特定の実施形態において、駆動装置１９０は、ガスタービンエンジン１５０のようなタービンエンジンとすることができる。従って、酸化剤圧縮システム１８６は、機械装置１０６の一体化部分とすることができる。換言すると、圧縮機１８８は、ガスタービンエンジン１５０のシャフト１７６により供給される機械出力７２によって直接的又は間接的に駆動することができる。このような実施形態においては、圧縮機１８８は、タービンエンジン１５０からの出力に依存するので、駆動装置１９０は除外してもよい。しかし、１つよりも多い酸化剤圧縮機を利用する特定の実施形態において、第１の酸化剤圧縮機（例えば、低圧（ＬＰ）酸化剤圧縮機）は、駆動装置１９０により駆動することができるが、シャフト１７６は、第２の酸化剤圧縮機（例えば、高圧（ＨＰ）酸化剤圧縮機）を駆動し、又は、その逆もまた可能である。例えば、別の実施形態において、ＨＰ  ＭＯＣは、駆動装置１９０により駆動され、ＬＰ酸化剤圧縮機は、シャフト１７６により駆動される。図示の実施形態において、酸化剤圧縮システム１８６は、機械装置１０６から分離されている。これらの実施形態の各々において、圧縮システム１８６は、酸化剤６８を圧縮して燃料ノズル１６４及び燃焼器１６０に供給する。従って、機械装置１０６、１７８、１８０の一部又は全ては、圧縮システム１８６（例えば、圧縮機１８８及び／又は追加の圧縮機）の作動効率を向上させるように構成することができる。
【００４８】
要素符号１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｃ、１０６Ｄ、１０６Ｅ、及び１０６Ｆで示される機械装置１０６の様々な構成要素は、１又は２以上の直列配列、並列配列、又は直列配列と並列配列の何らかの組合せで、シャフト１７６の軸線に沿って及び／又はシャフト１７６の軸線に平行に配置することができる。例えば、機械装置１０６、１７８、１８０（例えば、１０６Ａから１０６Ｆ）は、任意の順序で、１又は２以上のギアボックス（例えば、平行シャフト、遊星ギアボックス）、１又は２以上の圧縮機（例えば、酸化剤圧縮機、ＥＧブースタ圧縮機のようなブースタ圧縮機）、１又は２以上の発電ユニット（例えば、発電機）、１又は２以上の駆動装置（例えば、蒸気タービンエンジン、電気モータ）、熱交換ユニット（例えば、直接式又は間接式熱交換器）、クラッチ、又はこれらの組合せの何らかの直列及び／又は並列配列を含むことができる。圧縮機は、軸方向圧縮機、半径方向又は遠心式圧縮機、又はこれらの組合せを含むことができ、各々が１又は２以上の圧縮段を有する。熱交換器に関しては、直接式熱交換器は、ガス流を直接冷却するためにガス流（例えば、酸化剤流）に液体噴霧を注入する噴霧冷却器（例えば、噴霧インタークーラ）を含むことができる。間接式熱交換器は、冷却剤流（例えば、水、空気、冷媒、又は他のいずれかの液体又は気体冷却剤）から流体流（例えば、酸化剤流）を分離するような、第１及び第２の流れを分離する少なくとも１つの壁（例えば、シェル及び管体熱交換器）を含むことができ、ここで冷却剤流は、どのような直接接触もなく流体流から熱を伝達する。間接式熱交換器の実施例は、インタークーラ熱交換器、及び熱回収蒸気発生器のような熱回収ユニットを含む。熱交換器はまた、ヒーターを含むことができる。以下でより詳細に検討するように、これらの機械構成要素の各々は、表１に記載される非限定的な実施例によって示される様々な組合せで用いることができる。
【００４９】
一般に、機械装置１０６、１７８、１８０は、例えば、システム１８６における１又は２以上の酸化剤圧縮機の作動速度を調整し、冷却を通じて酸化剤６８の圧縮を促進させ、及び／又は余剰出力を抽出することによって、圧縮システム１８６の効率を向上させるよう構成することができる。開示する実施形態は、直列及び並列配列の機械装置１０６、１７８、１８０における上述の構成要素のあらゆる並び換えを含むことを意図しており、構成要素の１つ、２つ以上、又は全てがシャフト１７６から出力を引き出しており、又は全て引き出していない。以下で示すように、表１は、圧縮機及びタービンセクション１５２、１５６に近接して配置及び／又は連結された機械装置１０６、１７８、１８０の配列の幾つかの非限定的な実施例を示している。
【００５０】
【表１】
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【００５１】
表１において上記で示したように、冷却ユニットはＣＬＲで表され、クラッチはＣＬＵで表され、駆動装置はＤＲＶで表され、ギアボックスはＧＢＸで表され、発電機はＧＥＮで表され、加熱ユニットはＨＴＲで表され、主酸化剤圧縮機ユニットはＭＯＣで表され、低圧及び高圧変形形態はそれぞれＬＰ  ＭＯＣ及びＨＰ  ＭＯＣで表され、蒸気発生器ユニットはＳＴＧＮで表されている。表１は、圧縮機セクション１５２又はタービンセクション１５６に向かって機械装置１０６、１７８、１８０を順次的に示しているが、表１はまた、逆順の機械装置１０６、１７８、１８０も包含することを意図している。表１において、２又はそれ以上の構成要素を含むあらゆる欄（セル）は、構成要素の並列配列を包含することを意図している。表１は、機械装置１０６、１７８、１８０の図示していない何らかの並び換えを排除することを意図するものではない。機械装置１０６、１７８、１８０のこれらの構成要素は、ガスタービンエンジン１５０に送られる酸化剤６８の温度、圧力、及び流量のフィードバック制御を可能にすることができる。以下でより詳細に検討するように、酸化剤６８及び燃料７０は、加圧排気ガス１７０の品質を劣化させる何らかの酸化剤６８又は燃料７０無しで、排気ガス１７０の分離及び抽出を可能にするよう特別に選択された位置においてガスタービンエンジン１５０に供給することができる。
【００５２】
図３に示すように、ＥＧ供給システム７８は、ガスタービンエンジン１５０と目標システム（例えば、炭化水素生成システム１２及び他のシステム８４）との間に配置される。特に、ＥＧ供給システム７８（例えば、ＥＧ抽出システム（ＥＧＥＳ）８０）は、圧縮機セクション１５２、燃焼器セクション１５４、及び／又はタービンセクション１５６に沿った１又は２以上の抽出ポイント７６にてガスタービンエンジン１５０に連結することができる。例えば、抽出ポイント７６は、圧縮機段の間の２、３、４、５、６、７、８、９、又は１０の段間抽出ポイント７６のように、隣接する圧縮機段の間に配置することができる。これらの段間抽出ポイント７６の各々は、異このままなる温度及び圧力の抽出排気ガス４２を提供する。同様に、抽出ポイント７６は、タービン段の間の２、３、４、５、６、７、８、９、又は１０の段間抽出ポイント７６のように、隣接するタービン段の間に配置することができる。これらの段間抽出ポイント７６の各々は、異このままなる温度及び圧力の抽出排気ガス４２を提供する。別の実施例によれば、抽出ポイント７６は、燃焼器セクション１５４全体にわたって多数の位置に配置することができ、これらは、異このままなる温度、圧力、流量、及びガス組成を提供することができる。これらの抽出ポイント７６の各々は、ＥＧ抽出導管、１又は２以上のバルブ、センサ、及び制御部を含むことができ、これらは、ＥＧ供給システム７８への抽出排気ガス４２の流れを選択的に制御するのに用いることができる。
【００５３】
ＥＧ供給システム７８によって分配される抽出した排気ガス４２は、目標システム（例えば、炭化水素生成システム１２及び他のシステム８４）に好適な制御された組成を有する。例えば、これらの抽出ポイント７６の各々において、排気ガス１７０は、酸化剤６８及び燃料７０の注入ポイント（又は流れ）から実質的に隔離することができる。換言すると、ＥＧ供給システム７８は、どのような酸化剤６８又は燃料７０の追加も無しに排気ガス１７０をガスタービンエンジン１５０から抽出するよう特別に設計することができる。更に、燃焼器１６０の各々における量論的燃焼の観点で、抽出した排気ガス４２は、実質的に酸素及び燃料を含まないものとすることができる。ＥＧ供給システム７８は、原油二次回収、炭素隔離、貯蔵、又は施設外の場所への輸送など、種々のプロセスで使用するために抽出した排気ガス４２を炭化水素生成システム１２及び／又は他のシステム８４に直接的又は間接的に送ることができる。しかし、特定の実施形態において、ＥＧ供給システム７８は、目標システムと共に使用する前に、排気ガス４２を更に処理するためにＥＧ処理システム（ＥＧＴＳ）８２を含む。例えば、ＥＧ処理システム８２は、ＣＯ2リッチ・Ｎ2希薄ストリーム９６、中間濃度ＣＯ2・Ｎ2ストリーム９７、及びＣＯ2希薄・Ｎ2リッチストリーム９８などの１又は２以上のストリーム９５への排気ガス４２を精製及び／又は分離することができる。これらの処理された排気ガスストリーム９５は、炭化水素生成システム１２及び他のシステム８４（例えば、パイプライン８６、貯蔵タンク８８、及び炭素隔離システム９０）とは個別に又は何らかの組合せで用いることができる。
【００５４】
ＥＧ供給システム７８において実施された排気ガスの処理と同様に、ＥＧプロセスシステム５４は、要素番号１９４、１９６、１９８、２００、２０２、２０４、２０６、２０８、及び２１０により示されるような、複数の排気ガス（ＥＧ）処理構成要素１９２を含むことができる。これらのＥＧ処理構成要素１９２（例えば、１９４〜２１０）は、１又は２以上の直列配列、並列配列、又は直列配列と並列配列の何らかの組合せで排気ガス再循環経路１１０に沿って配置することができる。例えば、ＥＧ処理構成要素１９２（例えば、１９４〜２１０）は、任意の順序で、１又は２以上の熱交換器（例えば、熱回収蒸気発生器などの熱回収ユニット、凝縮器、冷却器、又はヒーター）、触媒システム（例えば、酸化触媒システム）、粒子状物質及び／又は水除去システム（例えば、慣性力選別装置、凝集フィルタ、水不透過性フィルタ、及び他のフィルタ）、化学物質注入システム、溶剤ベース処理システム（例えば、吸収器、フラッシュタンク、その他）、炭素捕捉システム、ガス分離システム、ガス精製システム、及び／又は溶剤ベース処理システム、又はそのいずれかの組合せのいずれかの直列及び／又は並列配列を含むことができる。特定の実施形態において、触媒システムは、酸化触媒、一酸化炭素還元触媒、窒素酸化物還元触媒、アルミニウム酸化物、ジルコニウム酸化物、シリコーン酸化物、チタン酸化物、プラチナ酸化物、パラジウム酸化物、コバルト酸化物、又は混合金属酸化物、又はこれらの組合せを含むことができる。開示する実施形態は、直列及び並列配列の上述の構成要素１９２のあらゆる並び換えを含むことを意図している。以下に示すように、表２は、排気ガス再循環経路１１０に沿った構成要素１９２の配列の幾つかの非限定的な実施例を示している。
【００５５】
【表２】
0006532468.tif 000003
【００５６】
表２において上記で示したように、触媒ユニットはＣＵで表され、酸化触媒ユニットはＯＣＵで表され、ブースタブロアはＢＢで表され、熱交換器はＨＸで表され、熱回収ユニットはＨＲＵで表され、熱回収蒸気発生器はＨＲＳＧで表され、凝縮器はＣＯＮＤで表され、蒸気タービンはＳＴで表され、粒子状物質除去ユニットはＰＲＵで表され、除湿ユニットはＭＲＵで表され、フィルタはＦＩＬで表され、凝集フィルタはＣＦＩＬで表され、水不透過性フィルタはＷＦＩＬで表され、慣性力選別装置はＩＮＥＲで表され、希釈剤供給システム（例えば、蒸気、窒素、又は他の不活性ガス）はＤＩＬで表される。表２は、タービンセクション１５６の排気ガス出口１８２から圧縮機セクション１５２の排気ガス入口１８４に向かって構成要素１９２を順次的に示しているが、図示の構成要素１９２の逆順も包含することを意図している。表２において、２又はそれ以上の構成要素を含むあらゆる欄（セル）は、構成要素を備えた一体的ユニット、構成要素の並列配列、又はこれらの組合せを包含することを意図している。更に、表２において、ＨＲＵ、ＨＲＳＧ、及びＣＯＮＤはＨＥの実施例であり、ＨＲＳＧは、ＨＲＵの実施例であり、ＣＯＮＤ、ＷＦＩＬ、及びＣＦＩＬはＷＲＵの実施例であり、ＩＮＥＲ、ＦＩＬ、ＷＦＩＬ、及びＣＦＩＬはＰＲＵの実施例であり、ＷＦＩＬ及びＣＦＩＬは、ＦＩＬの実施例である。この場合も同様に、表２は、構成要素１９２の図示していない何らかの並び換えを排除することを意図するものではない。特定の実施形態において、図示の構成要素１９２（例えば、１９４〜２１０）は、ＨＲＳＧ５６、ＥＧＲシステム５８、又はこれらの組合せ内で部分的に又は完全に一体化することができる。これらのＥＧ処理構成要素１９２は、温度、圧力、流量及びガス組成のフィードバック制御を可能にすると同時に、排気ガス６０から水分及び粒子状物質を除去することができる。更に、処理された排気ガス６０は、ＥＧ供給システム７８で使用するために１又は２以上の抽出ポイント７６にて抽出され、及び／又は圧縮機セクション１５２の排気ガス入口１８４に再循環することができる。
【００５７】
処理された再循環排気ガス６６が圧縮機セクション１５２を通過すると、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、１又は２以上の管路２１２（例えば、ブリード導管又はバイパス導管）に沿って加圧排気ガスの一部を抜き取ることができる。各管路２１２は、排気ガスを１又は２以上の熱交換器２１４（例えば、冷却ユニット）に送り、これによりＳＥＧＲガスタービンシステム５２への再循環のために排気ガスを冷却することができる。例えば、熱交換器２１４を通過した後、冷却された排気ガスの一部は、タービンケーシング、タービンシュラウド、軸受、及び他の構成要素の冷却及び／又はシールのため管路２１２に沿ってタービンセクション１５６に送ることができる。このような実施形態において、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、冷却及び／又はシール目的でタービンセクション１５６を通って何らかの酸化剤６８（又は他の可能性のある汚染物質）を送らず、従って、冷却された排気ガスの何らかの漏洩が、タービンセクション１５６のタービン段を流動し駆動する高温の燃焼生成物（例えば、作動排気ガス）を汚染することはない。別の実施例によれば、熱交換器２１４を通過した後、冷却された排気ガスの一部は、管路２１６（例えば、戻り導管）に沿って圧縮機セクション１５２の上流側圧縮機段に送られ、これにより圧縮機セクション１５２による圧縮効率を向上させることができる。このような実施形態において、熱交換器２１４は、圧縮機セクション１５２における段間冷却ユニットとして構成することができる。このようにして、冷却された排気ガスは、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２の作動効率を向上させるのを助けると同時に、排気ガスの純度（例えば、実質的に酸化剤及び燃料を含まない）を維持するのを助ける。
【００５８】
図４は、図１〜図３に示したシステム１０の動作プロセス２２０の実施形態のフローチャートである。特定の実施形態において、プロセス２２０は、コンピュータに実装されたプロセスとすることができ、メモリ１２２上に格納された１又は２以上の命令にアクセスして、図２に示すコントローラ１１８のプロセッサ１２０上で命令を実行する。例えば、プロセス２２０の各ステップは、図２を参照して説明された制御システム１００のコントローラ１１８によって実行可能な命令を含むことができる。
【００５９】
プロセス２２０は、ブロック２２２で示されるように、図１〜図３のＳＥＧＲガスタービンシステム５２の始動モードを開始するステップで始まることができる。例えば、始動モードは、熱勾配、振動、及びクリアランス（例えば、回転部品と固定部品間の）を許容可能閾値内に維持するよう、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２の漸次的な立ち上がりを含むことができる。例えば、始動モード２２２の間、プロセス２２０は、ブロック２２４で示されるように、加圧された酸化剤６８を燃焼器セクション１５４の燃焼器１６０及び燃料ノズル１６４に供給するのを開始することができる。特定の実施形態において、圧縮された酸化剤は、圧縮空気、酸素、酸素富化空気、貧酸素空気、酸素−窒素混合気、又はこれらの組合せを含むことができる。例えば、酸化剤６８は、図３に示す酸化剤圧縮システム１８６により圧縮することができる。プロセス２２０はまた、ブロック２２６で示されるように、始動モード２２２の間、燃焼器１６０及び燃料ノズル１６４に燃料を供給するのを開始することができる。始動モード２２２の間、プロセス２２０はまた、ブロック２２８で示されるように、燃焼器１６０及び燃料ノズル１６４に排気ガス（利用可能な）供給するのを開始することができる。例えば、燃料ノズル１６４は、１又は２以上の拡散火炎、予混合火炎、又は拡散火炎と予混合火炎の組合せを生成することができる。始動モード２２２の間、ガスタービンエンジン１５６により生成される排気ガス６０は、量及び／又は品質が不十分又は不安定になる可能性がある。従って、始動モードの間、プロセス２２０は、１又は２以上の貯蔵ユニット（例えば、貯蔵タンク８８）、パイプライン８６、他のＳＥＧＲガスタービンシステム５２、又は他の排気ガス供給源から排気ガス６６を供給することができる。
【００６０】
次いで、プロセス２２０は、ブロック２３０で示されるように、燃焼器１６０において圧縮された酸化剤、燃料、及び排気ガスの混合気を燃焼させて高温燃焼ガス１７２を生成することができる。特に、プロセス２２０は、燃焼器セクション１５４の燃焼器１６０において混合気の量論的燃焼（例えば、量論的拡散燃焼、予混合燃焼、又は両方）を可能にするよう、図２の制御システム１００により制御することができる。しかし、始動モード２２２の間、混合気の量論的燃焼を維持することが特に困難となる可能性がある（及びひいては低レベルの酸化剤及び未燃燃料が高温燃焼ガス１７２中に存在する可能性がある）。結果として、始動モード２２２において、高温燃焼ガス１７２は、以下で更に詳細に検討するように、定常状態モード中よりも多くの量の残留酸化剤６８及び燃料７０を有する可能性がある。このため、プロセス２２０は、始動モードの間に高温燃焼ガス１７２中の残留酸化剤６８及び燃料７０を低減又は排除するよう１又は２以上の制御命令を実行することができる。
【００６１】
次いで、プロセス２２０は、ブロック２３２で示されるように、高温燃焼ガス１７２を用いてタービンセクション１５６を駆動する。例えば、高温燃焼ガス１７２は、タービンセクション１５６内に配置された１又は２以上のタービン段１７４を駆動することができる。タービンセクション１５６の下流側では、プロセス２２０は、ブロック２３４で示されるように、最終タービン段１７４からの排気ガス６０を処理することができる。例えば、排気ガス処理ステップ２３４は、濾過、何らかの残留酸化剤６８及び／又は燃料７０の触媒反応、化学的処理、ＨＲＳＧ５６を用いた熱回収、及びその他を含むことができる。プロセス２２０はまた、ブロック２３６で示されるように、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２の圧縮機セクション１５２に排気ガス６０の少なくとも一部を再循環することができる。例えば、排気ガスの再循環ステップ２３６は、図１〜図３に示すように、ＥＧプロセスシステム５４を有する排気ガス再循環経路１１０の通過を含むことができる。
【００６２】
再循環された排気ガス６６は、次に、ブロック２３８で示されるように、圧縮機セクション１５２において圧縮することができる。例えば、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、圧縮機セクション１５２の１又は２以上の圧縮機段１５８において再循環された排気ガス６６を順次的に圧縮することができる。続いて、加圧排気ガス１７０は、ブロック２２８で示されるように、燃焼器１６０及び燃料ノズル１６４に供給することができる。次いで、ブロック２４０で示されるように、プロセス２２０が最終的に定常状態モードに移行するまで、ステップ２３０、２３２、２３４、２３６、及び２３８を繰り返すことができる。移行ステップ２４０になると、プロセス２２０は、引き続きステップ２２４〜２３８を実施することができるが、更に、ブロック２４２で示されるように、ＥＧ供給システム７８を介して排気ガス４２の抽出を開始することができる。例えば、排気ガス４２は、図３に示すように、圧縮機セクション１５２、燃焼器セクション１５４、及びタービンセクション１５６に沿った１又は２以上の抽出ポイント７６から抽出することができる。次いで、プロセス２２０は、ブロック２４４で示されるように、抽出した排気ガス４２をＥＧ供給システム７８から炭化水素生成システム１２に供給することができる。次に、炭化水素生成システム１２は、ブロック２４６で示されるように、原油二次回収のために排気ガス４２を地中３２に注入することができる。例えば、抽出した排気ガス４２は、図１〜図３に示されるＥＯＲシステム１８の排気ガス注入ＥＯＲシステム１１２によって用いることができる。
【００６３】
図５は、上記で詳細に説明したＳＥＧＲガスタービンシステム５２の特定の構成要素を共有することができるガスタービンエンジンシステム２６０の実施形態の概略図である。前の図に示したものと共通の図５の要素は、同じ参照番号でラベル付けしている。図示の実施形態において、ガスタービンエンジンシステム２６０は、パラメータを調節して触媒床２６４の効率を維持する酸化剤対燃料比システム２６２を含む。例えば、酸化剤対燃料比システム２６２は、酸化剤６８の酸化剤流量、燃料７０の燃料流量、排気ガス４２、６０の排気ガス流量、ガスタービンエンジン１５０に再循環された排気ガス６６の再循環流量、触媒床２６４の温度、触媒床２６４の圧力、触媒床２６４への希釈剤（又はいずれかの他のストリーム）の希釈剤流量、又はそのいずれかの組合せのうちの少なくとも１つを調節することができる。以下で詳細に説明するように、酸化剤対燃料比システム２６２は、限定ではないが、制御バルブ、ポンプ、圧縮機、ブロア、又はそのいずれかの組合せのような種々の機器を含むことができる。図５に示すように、ガスタービンエンジン１５０は、酸化剤６８及び燃料７０を燃焼させて排気ガス４２又は６０を生成することができる。排気ガス４２、６０は、触媒床２６４を用いて処理して処理排気ガス２６６を発生させることができる。触媒床２６４は、限定ではないが、酸化触媒、一酸化炭素還元触媒、窒素酸化物還元触媒、アルミニウム酸化物、ジルコニウム酸化物、シリコーン酸化物、チタン酸化物、プラチナ酸化物、パラジウム酸化物、コバルト酸化物、混合金属酸化物、又はそれらの組合せのような上記で詳細に説明した触媒のうちの１又は２以上を含むことができる。例えば、触媒床２６４は、１又は２以上の触媒を含み、排気ガス４２、６０中の酸素、一酸化炭素、水素、窒素酸化物、未燃炭化水素、又はそのいずれかの組合せの濃度を低下させることができる。換言すると、処理排気ガス２６６中のこのようなガスの濃度は、排気ガス４２、６０中のガスの濃度よりも低くすることができる。処理排気ガス２６６は、排気ガス４２、６０と同様に使用することができる。例えば、処理排気ガス２６６は、排気ガスプロセスシステム５４、排気ガス供給システム７８、排気ガス抽出システム８０、排気ガス処理システム８２、別のシステム８４、原油二次回収システム１８、オイル／ガス抽出システム１６、炭化水素生成システム１２に移送し、ガスタービンエンジン１５０にＥＧＲとして再循環させ、又はそのいずれかの組合せとすることができる。触媒床２６４は、以下で詳細に説明するように、機器の１又は２以上の部分に配置することができる。これに加えて、特定の実施形態において、複数の触媒床２６４は、互いに対して直列及び／又は並列に使用することができる。例えば、異なる触媒床２６４を使用して排気ガス４２、６０の異なるストリームを処理することができる。
【００６４】
図５に示すように、入口温度センサ２６８を使用して、触媒床２６４へ流れる排気ガス４２、６０（例えば、触媒床２６４の上流側の排気ガス４２、６０）の入口温度を示すことができる。これに加えて、出口温度センサ２７０を使用して、触媒床２６４によって発生する処理排気ガス２６６（例えば、触媒床２６４の下流側の処理排気ガス２６６）の出口温度を示すことができる。複数の触媒床２６４を使用する場合に、入口センサ２６８は、複数の触媒床２６４のうちの１つの入口において第１の温度を測定することができ、出口センサ２７０は、複数の触媒床２６４のうちの１つの出口において第２の温度を測定することができる。温度センサ２６８及び２７０は、温度を示すために１又は２以上の技術を使用することができる。例えば、温度センサ２６８及び２７０は、熱電対、抵抗温度デバイス（ＲＴＤ）、赤外線センサ、バイメタルデバイス、温度計、状態変化センサ、又は二酸化ケイ素、又はそのいずれかの組合せを利用することができる。温度センサ２６８及び２７０の各々は、温度差モニタ２７４に送られる温度信号２７２を発生させることができ、これを使用して触媒床２６４にわたって温度差を決定することができる。他の実施形態において、温度差モニタ２７４は、別個の入力温度及び出力温度感知部分（例えば、プローブ）を有し、触媒床２６４にわたって温度差を決定することができる。図５に示すように、温度差モニタ２７４は、制御システム１００に送られる入力信号２７６を発生させることができる。入力信号２７６によって伝達される温度差情報に基づいて、制御システム１００は、酸化剤対燃料比システム２６２に送られる出力信号２７８を発生させることができる。具体的には、温度差モニタ２７４によって伝達される温度差情報を制御システム１００によって使用し、酸化剤対燃料比システム２６２を用いて酸化剤６８の酸化剤流量、又は燃料７０の燃料流量、又はそのいずれかの組合せのうちの少なくとも１つを調節することができる。他の実施形態において、温度差モニタ２７４によって示される温度差が、約摂氏ゼロ度〜摂氏４００度、摂氏１００度〜摂氏３００度、又は摂氏１５０度〜摂氏２５０度のような範囲の間に維持されるように、制御システム１００を使用してガスタービンエンジンシステム２６０の作動を維持することができる。このような範囲の外側の触媒床２６４の作動は、触媒床２６４の有効性を低下させ、及び／又は触媒床２６４に対する材料限界を超える場合がある。
【００６５】
特定の実施形態において、制御システム１００は、温度差モニタ２７４及び酸化剤対燃料比システム２６２を使用して、当量比値の望ましい範囲内でガスタービンエンジン１５０を作動させることができる。例えば、上記で詳細に説明したように、ガスタービンエンジン１５０は、当量比が約０．９５〜約１．０５にあるように量論的に作動することができる。しかし、開示の実施形態はまた、１．０±約０．０１、０．０２、０．０３、０．０４、０．０５又はそれよりも大きい当量比でのガスタービンエンジン１５０の作動を含むことができる。ガスタービンエンジン１５０は、当量比値の望ましい範囲内で作動している場合があるが、ガスタービンエンジン１５０によって発生する排気ガス４２、６０は、特定の環境下で望ましくない組成物を有する場合がある。例えば、通常条件外でガスタービンエンジン１５０を作動させることで、不完全燃焼によって生じるより高濃度の酸素、一酸化炭素、水素、窒素酸化物、及び／又は未燃炭化水素をもたらす場合があり、これらは、触媒床２６４にわたるより高い温度差によって示すことができる。従って、温度差モニタ２７４を使用して触媒床２６４がより高い反応速度で作動していることを示し、このような不完全燃焼生成物の濃度を低下させるように機能することができる。特定の状況において、個々の燃焼器１６０に対する酸化剤６８及び／又は燃料７０流量の差によって引き起こされる当量比の燃焼器の間又はカンの間の変動は、他のものよりも多くの酸素、一酸化炭素、水素、窒素酸化物、及び／又は未燃炭化水素をもたらす場合がある。これに加えて、個々の燃焼器１６０の燃焼効率は、非混合（例えば、酸化剤６８及び燃料７０の不十分又は不適切な混合）、短い滞留時間、冷点、及び／又は個々の燃焼器１６０内の不完全燃焼の他の原因のために望むよりも低い場合がある。結果として、燃焼器１６０は、たとえガスタービンエンジン１５０の全体の空気対燃料比が量論的であっても、より高いレベルの酸素、一酸化炭素、水素、窒素酸化物、及び／又は未燃炭化水素を放出する場合がある。更に、燃焼部分１６８の摩耗及び亀裂も、酸素、一酸化炭素、水素、窒素酸化物、及び／又は未燃炭化水素のより高い放出をもたらす可能性がある。上述の原因の各々に対して、ガスタービンエンジン１５０内の燃焼プロセスにおいて消費される全ての利用可能な燃料７０又は全ての利用可能な酸化剤６８よりも少ないものをもたらす燃焼プロセスのローカル又はグローバル非混合性のいずれかが存在する場合がある。例えば、一部の酸化剤６８は、当量比が１よりも大きい時に（例えば、燃料リッチ作動）、燃焼器１６０から排気ガス４２、６０中に依然として存在する場合があり、一部の未燃炭化水素は、当量比が１未満である時に（例えば、燃料希薄作動）、排気ガス４２、６０の中に依然として存在する場合がある。
【００６６】
燃焼器１６０に流入する酸化剤６８及び燃料７０の混合気が平均して量論的である場合、触媒床２６４を使用して、両方の消滅までの燃焼プロセスを終了することができる。量論的作動において、触媒床２６４にわたる温度差は、最大になると予想することができる。燃焼器１６０中の酸化剤６８及び燃料７０の混合気が燃料リッチ（例えば、約１よりも大きい当量比）である場合、酸化剤６８は、触媒床２６４においてより供給不足になり、これを使用して利用可能な酸化剤６８の消滅の燃焼プロセスを終了することができる。換言すると、排気ガス４２、６０中のあらゆる残りの酸化剤６８は、ほとんど又は全ての酸化剤６８を消費するまで触媒床２６４中の未燃炭化水素又は燃料７０で燃焼される。他方、燃焼器１６０中の酸化剤６８及び燃料７０の混合気が燃料希薄（例えば、約１よりも小さい当量比）である場合、不完全燃焼生成物（例えば、未燃燃料７０）は、触媒床２６４においてより供給不足になり、これを使用して不完全燃焼生成物の消滅を通して燃焼プロセスを終了することができる。換言すると、排気ガス４２、６０中のあらゆる残りの未燃炭化水素は、ほとんど又は全ての未燃炭化水素を消費するまで触媒床２６４中の酸化剤６８で燃焼される。
【００６７】
ガスタービンエンジン１５０内の燃焼プロセスの当量比が、量論的から更に（例えば、約１に等しい当量比から更に）離れると、残りの成分の触媒燃焼によって放出される熱は減少する傾向があり、触媒床２６４にわたる温度上昇も減少すると考えられる。例えば、当量比が１よりも大きいとき、残りの酸化剤６８の量は、当量比が１から更に離れる（例えば、増加する）につれて減少する。当量比が増加し続けると、触媒床２６４を燃焼させる酸化剤６８があまりないので、触媒床２６４にわたる温度差も減少することになる。同様に、当量比が１よりも小さいとき、残りの未燃炭化水素の量は、当量比が１から更に離れる（例えば、減少する）につれて減少する。当量比が減少し続けると、触媒床２６４を燃焼させる未燃炭化水素があまりないので、触媒床２６４にわたる温度差も減少することになる。従って、温度差モニタ２７４によって示される温度差は、減少すると考えられる。従って、触媒床２６４にわたる温度差が望ましい閾値を超える場合、ガスタービンエンジン１５０の当量比を約１から更に温度差を減少させるように調節することができる。触媒床２６４の温度差閾値は、限定ではないが、材料制約、蒸気生成問題、又は他の作動又は設計制約のような種々の条件に基づいて決定することができる。温度差モニタ２６４によって測定される温度差を使用して、ガスタービンエンジン１５０の当量比を調節し、触媒床２６４の温度差閾値、触媒床２６４の出口温度閾値、又は触媒床２６４の温度に関連する他の閾値又は制約を制御することができる。
【００６８】
図６は、３つの触媒床２６４を備えたガスタービンエンジンシステム２６０の実施形態の概略図である。図示の実施形態において、酸化剤圧縮機１８８は、酸化剤圧縮機１８８によって取り込まれる酸化剤６８の流量を調節するのに用いる１又は２以上の入口ガイドベーン２９０を含むことができる。具体的には、入口ガイドベーン２９０の角度の増加により、酸化剤６０の流量を増加させることができ、入口ガイドベーン２９０の角度の減少により、酸化剤６８の流量を減少させることができる。従って、入口ガイドベーン２９０及び／又は酸化剤圧縮機１８８は、酸化剤対燃料比システム２６２の一部とすることができる。入口ガイドベーン２９０は、ガイドベーンアクチュエータ２９２によって制御することができる。図６に示すように、ガイドベーンアクチュエータ２９２は、制御システム１００から出力信号２７８を受け取ることができる。従って、制御システム１００は、ガイドベーンアクチュエータ２９２を介して入口ガイドベーン２９０を調節し、少なくとも部分的に触媒床２６４のうちの１又は２以上にわたる温度差に基づいて酸化剤６８の酸化剤流量を調節することができる。別の実施形態において、制御システム１００は、他の技術を使用して、限定ではないが、酸化剤圧縮機１８８及び／又は他の酸化剤圧縮機の速度の調節、酸化剤圧縮機１８８及び／又は他の酸化剤圧縮機の入口又は出口制御バルブの調節、及び／又は酸化剤圧縮機１８８及び／又は他の酸化剤圧縮機からの酸化剤６８の再循環又は噴出の調節など、酸化剤６８の流量を調節することができる。
【００６９】
図示の実施形態において、燃料制御バルブ２９４を使用して、燃焼器１６０への燃料７０の燃料流量を調節することができる。従って、燃料制御バルブ２９４はまた、酸化剤対燃料比システム２６２の一部とすることができる。図６に示すように、燃料制御バルブ２９４は、制御システム１００から出力信号２７８を受け取ることができる。従って、制御システム１００は、燃料制御バルブ２９４を使用して触媒床２６４のうちの１又は２以上にわたる温度差に少なくとも部分的に基づいて燃料７０の燃料流量を調節することができる。
【００７０】
図示の実施形態において、排気ガス６０は、ＨＲＳＧ５６で用いられて蒸気を発生させることができる。ＨＲＳＧ５６は、ＨＲＳＧ触媒床２９６を含むことができる。従って、ＨＲＳＧ触媒床２９６を使用して、ＨＲＳＧ５６において蒸気を発生させる前、後、及び／又はその最中に排気ガス６０を処理することができる。ＨＲＳＧ触媒床の温度差モニタ２９８を使用して、ＨＲＳＧ触媒床２９６にわたって温度差を示すことができる。従って、ＨＲＳＧ触媒床の温度差モニタ２９８は、出力信号２７６を制御システム１００に送ることができる。
【００７１】
特定の実施形態において、ＨＲＳＧ５６からの排気ガス６０は、排気ガス再循環経路１１０を通って移動してガスタービンエンジン１５０の燃焼器セクション１５４に戻ることができる。具体的には、排気ガス６０は、排気ガス６０の圧力を増加させるのに使用することができる排気ガス再循環ブロア３００に移動することができる。排気ガス再循環ブロア３００は、モータ３０２を用いて駆動することができる。排気ガス再循環ブロア３００を通過した後、排気ガス６０は、排気ガス再循環冷却器３０４を通過することができ、これを使用し、限定ではないが、水などの冷却剤を用いて排気ガス６０の温度を低下させることができる。例えば、排気ガス再循環冷却器３０４は、冷却水を使用して排気ガス６０を冷却する間接的熱交換器とすることができる。排気ガス再循環ブロア３００、モータ３０２、及び排気ガス再循環冷却器３０４は、上述の排気ガス（ＥＧ）プロセスシステム５４の一部とすることができる。
【００７２】
特定の実施形態において、排気ガス４２の一部は、生成物調整器３０６に向けることができ、これを使用して、排気ガス（ＥＧ）供給システム７８などの下流側ユーザが使用する前に排気ガス４２を処理することができる。従って、生成物調整器３０６は、上述の排気ガス（ＥＧ）処理システム８２の一部とすることができる。例えば、生成物調整器３０６は、１又は２以上の触媒床２６４を含むことができる。図示の実施形態において、生成物調整器３０６は、第１の生成物調整器触媒床３０８と第２の生成物調整器触媒床３１０を含む。他の実施形態において、生成物調整器３０６は、３、４、５、又はそれよりも多くの触媒床２６４を含むことができる。第１の生成物調整器触媒３０８は、第１の生成物調整器触媒床温度差モニタ３１２を含むことができ、第２の生成物調整器触媒床３１０は、第２の生成物調整器触媒床温度差モニタ３１４を含むことができる。温度差モニタ３１２及び３１４の各々は、制御システム１００に送られる入力信号２７６を発生させることができる。特定の実施形態において、酸化剤センサ３１６を使用して生成物調整器３０６から流出した排気ガス４２の酸化剤濃度を示すことができる。酸化剤センサ３１６はまた、入力信号２７６を制御システム１００に送ることができる。酸素センサ３１６を使用して、生成物調整器３０６が発生する排気ガス（例えば、処理排気ガス２６６）の酸素濃度の指示を提供することができる。従って、酸素センサ３１６による酸素濃度の指示は、第１及び第２の触媒床３０８及び３１０の性能のフィードバックを提供することができる。これに加えて、酸素センサ３１６による酸素濃度の指示を使用して、第１及び第２の温度差モニタ３１２及び３１４に関連する温度差閾値を確立することができる。例えば、酸素センサ３１６によって示される処理排気ガス２６６の酸素濃度が望ましい閾値を超えている場合、第１及び／又は第２の温度差モニタ３１２及び３１４に関連する温度差閾値を調節して、処理排気ガス２６６の酸素濃度を低下させることができる。例えば、１よりも大きい当量比で作動中に、触媒床２６４は、上側及び下側温度差閾値を有し、望ましい作動の範囲を確立することができる。処理排気ガス２６６の酸素濃度が望むよりも大きい場合、上側及び下側温度差閾値の一方又は両方を減少させることができ、従って、触媒床２６４は、より多い量の酸化剤６８を燃焼させるように作動する。
【００７３】
特定の実施形態において、制御システム１００は、優先順位方式（例えば、階層）に基づいてガスタービンエンジンシステム２６０を作動させるように構成することができる。例えば、制御システム１００は、ＨＲＳＧ温度差モニタ２９８によって示されるようなＨＲＳＧ触媒床２９６にわたる第１の温度差に少なくとも部分的に基づいて第１の優先順位として第１の範囲内に酸化剤６８対燃料７０の比を維持し、第２の優先順位として第２の範囲内にＨＲＳＧ触媒床２９６にわたる第１の温度差を維持し、第３の優先順位として第３の範囲内に第１の温度差モニタ３１２によって示されるような第１の触媒床３０８にわたる第２の温度差を維持し、第４の優先順位として第４の範囲内に第２の温度差モニタ３１４によって示されるような第２の触媒床３１０にわたる第３の温度差を維持することができる。このような優先順位方式を制御システム１００によって使用してガスタービンエンジン１５０の種々の作動条件に優先順位を付け、かつ制御システム１００の種々のコントローラの制御応答を切り離すことができる。他の実施形態において、異なる優先順位方式又は他の分離方法を制御システム１００によって使用することができる。
【００７４】
図示の実施形態において、ラムダセンサ又は複数のラムダセンサ３２０を使用して、排気ガス６０の当量比の指示を提供することができる。従って、ラムダセンサ３２０は、制御システム１００に当量比を示す入力信号２７６を提供することができる。ラムダセンサ３２０によって提供される当量比値を制御システム１００によって使用して酸化剤６８の酸化剤流量、又は燃料７０の燃料流量、又はそのいずれかの組合せを調節し、ガスタービンエンジン１５０の実質的に量論的燃焼を達成することができる。これに加えて、ラムダセンサ３２０によって提供される当量比値を制御システム１００によって使用して、温度差モニタ２９８、３１２、及び／又は３１４のうちの１又は２以上に関連する温度差閾値を調節することができる。例えば、１よりも大きい当量比での作動に対して、温度差閾値は、当量比が１から更に離れるにつれて減少する場合がある。これに加えて、制御システム１００は、当量比に対して望ましい値又は設定値を含むことができる。例えば、当量比設定値は、約１．０００１〜１．１、１．００１〜１．０５、１．０１〜１．０４、又は１．０２〜１．０３になるように制御システム１００によって調節されて、わずかに燃料リッチの燃焼環境を維持し、より低い酸化剤濃度、より低いＮＯX濃度、及び／又はより低いＮＯ2対ＮＯ比の排気ガス４２、６０を生成することができる。これに代えて、当量比設定値は、約０．９〜０．９９９９、０．９５〜０．９９９、０．９６〜０．９９、又は０．９７〜０．９８になるように制御システム１００によって調節されて、わずかに燃料希薄の燃焼環境を維持し、より高濃度の酸素及び／又はＮＯXを犠牲にしてより低濃度の一酸化炭素、水素、窒素酸化物、又は未燃炭化水素の排気ガス４２、６０を生成することができる。
【００７５】
図７は、１又は２以上の酸化剤注入システムを含むガスタービンエンジンシステム２６０の実施形態の概略図である。具体的には、生成物調整器３０６は、生成物調整器酸化剤注入システム３３０を含むことができ、これを使用して、周囲空気、純酸素、酸素富化空気、貧酸素空気、酸素−窒素混合気、又は燃料７０の燃焼を容易にするあらゆる好適な酸化剤を注入することができる。酸化剤注入導管３３２は、酸化剤６８を酸化剤圧縮機１８８から酸化剤注入システム３３０に搬送する。酸化剤制御バルブ３３４を使用して、酸化剤注入システム３３０への酸化剤６８の流量を調節することができる。酸化剤制御バルブ３３４は、制御システム１００から出力信号２７８を受け取ることができる。図７に示すように、酸化剤注入システム３３０は、第２の生成物調整器触媒床３１０の上流側に配置される。換言すると、酸化剤注入システム３３０は、第１及び第２の触媒床３０８及び３１０の間に配置される。ＮＯX還元触媒（例えば、排気ガス４２中のＮＯXの濃度を低下させるために選択された触媒）を第１の触媒床３０８内に配置する実施形態において、酸化剤注入システム３３０の使用は、第１の触媒床３０８中のＮＯXを減少しやすくすることができる。他の実施形態において、酸化剤注入システム３３０は、第１の生成物調整器触媒床３０８の上流側又は第１及び第２の生成物調整器触媒床３０８及び３１０の両方の上流側に配置することができる。酸化剤注入システム３３０は、生成物調整器３０６を通って流れる排気ガス４２のストリームの中に酸化剤６８を注入するための１又は２以上の酸化剤注入器３３１を含むことができる。酸化剤注入システム３３０による酸化剤６８の注入は、排気ガス４２中の一酸化炭素及び未燃炭化水素の燃焼の増加を可能にすることができる。特定の実施形態において、酸化剤注入システム３３０による酸化剤６８の追加は、一酸化炭素及び未燃炭化水素の完全燃焼を可能にすることができる。
【００７６】
酸化剤注入システム３３０を用いる排気ガス４２からの一酸化炭素、未燃炭化水素、及びいずれかの他の望ましくない成分のこのような低減及び／又は排除は、排気ガス４２（例えば、処理排気ガス２６６）が始動、停止、又は他の過渡条件中に大気に放出される時のような特定の状況において望ましい場合がある。放出される排気ガス４２から一酸化炭素及び未燃炭化水素を低減及び／又は排除することにより、排ガス規制への準拠を維持することができる。特定の実施形態において、生成物調整器一酸化炭素センサ３３６を使用して、生成物調整器３０６から排気ガス４２中の一酸化炭素の濃度の指示を提供することができる。一酸化炭素センサ３３６は、酸化剤注入システム３３０の性能の指示を提供する入力信号２７６を制御システム１００に送ることができる。例えば、一酸化炭素センサ３３６によって示される一酸化炭素の濃度が一酸化炭素閾値を超えている場合、制御システム１００は、酸化剤制御バルブ３３４を開いて酸化剤注入システム３３０への酸化剤６８の流量を増加させることができる。同様に、一酸化炭素センサ３３６によって示される一酸化炭素濃度が閾値を下回っている場合、制御システム１００は、酸化剤制御バルブ３３４を閉じて酸化剤注入システム３３０による酸化剤６８の消費量を低減することができる。他の実施形態において、一酸化炭素センサ３３６は、燃料７０及び酸化剤６８の不完全燃焼を示すことができる水素、窒素酸化物、未燃炭化水素、及び／又は他の成分に敏感であるデバイスによって交換又は増強することができる。
【００７７】
更に別の実施形態において、他の注入システム（例えば、酸化燃料注入システム）は、上述の酸化剤注入システム３３０と共に又はその代わりとして生成物調整器３０６と共に使用することができる。これらの注入システムを使用して、生成物調整器３０６の触媒床のうちの１又は２以上の上流側に酸化剤６８以外の物質を注入することができる。１つの実施形態において、酸化燃料注入システムは、限定ではないが、水素、一酸化炭素、メタン、天然ガス、燃料７０、他の炭化水素燃料、又はそのいずれかの組合せのような酸化燃料を注入することができる。触媒床の存在下で、注入された酸化燃料は、排気ガス４２中の余分の酸素と反応し、これにより処理排気ガス２６６中の酸素濃度を低下させることができる。酸素剤センサ３１６からのフィードバック（例えば、入力信号２７６）を制御システム１００によって使用して、注入システムによって注入される酸化燃料の量を調節することができる。例えば、処理排気ガス２６６中の酸素量が酸素閾値を超えている場合、制御システム１００は、出力信号２７８を注入システムに関連付けられた制御バルブ又は同様のデバイスに送り、注入される酸化燃料の量を増加させることができる。同様に、制御システム１００を使用して、酸素閾値が酸素閾値を下回っている場合、注入される酸化燃料の量を減少させることができる。更に、触媒床にわたる温度差を制御システム１００によって使用して、注入される酸化燃料の流量を調節することができる。
【００７８】
特定の実施形態において、通気生成物調整器３５０を使用して、通常は大気に放出されている排気ガス４２（例えば、処理排気ガス２６６）を処理することができる。例えば、通気生成物調整器３５０は、生成物調整器３０６を使用していないか又は最大容積に達した時に使用することができる。通気生成物調整器３５０は、第１の通気生成物調整器触媒床３５２と第２の通気生成物調整器触媒床３５４を含むことができる。他の実施形態において、通気生成物調整器３５０は、追加の触媒床を含むことができる。図７に示すように、第１及び第２の触媒床３５２及び３５４は、生成物調整器３０６の第１及び第２の触媒床３０８及び３１０と同様方式で構成することができる。これに加えて、通気生成物調整器３５０は、通気生成物調整器の酸化剤注入システム３５６を含み、酸化剤６８を通気生成物調整器３５０の中に注入することができる。具体的には、酸化剤６８は、１又は２以上の酸化剤注入器３５７を介して排気ガス４２の中に注入することができる。酸化剤注入システム３５６は、第１及び第２の触媒床３５２及び３５４の一方又は両方の上流側に配置することができる。図示の実施形態において、酸化剤注入システム３５６は、第２の通気触媒床３５４の上流側に配置される。通気生成物調整器３５０は、生成物調整器３０６と共に使用され、三方バルブ３５８を使用して、酸化剤注入システム３３０及び３５６への酸化剤６８の流量を調節することができる。三方バルブ３５８は、制御システム１００から出力信号２７８を受け取ることができる。従って、三方バルブ３５８を使用して、酸化剤６８を生成物調整器３０６及び３５０の一方、両方に提供するか、又はどちらにも提供しない場合がある。一酸化炭素センサ３６０を使用して、生成物調整器３０６の一酸化炭素センサ３３６と同様に通気生成物調整器３５０から排気ガス４２（例えば、処理排気ガス２６６）の一酸化炭素濃度の指示を提供することができる。特定の実施形態において、通気生成物調整器３５０からの排気ガス４２は、大気に放出される前に電力回収拡張器３６２（例えば、タービン又はエネルギー回収タービン）を通過することができる。電力回収拡張器３６２を使用して、大気に放出される前に排気ガス４２からエネルギーを回収することができる。
【００７９】
図８は、触媒床２６４の実施形態の斜視図である。ガスタービンエンジン１５０の軸方向は矢印３８０によって示され、半径方向は矢印３８２によって示され、円周方向は矢印３８４によって示される。これらの方向は、全て回転軸線１６２に関係している。酸化剤注入導管３８６は、距離３８８だけ触媒床２６４の上流側に配置される。以下で説明するように、酸化剤注入導管３８６による酸化剤６８の注入を使用して、ガスタービンエンジン１５０が開いている時の当量比を決定するのを助けることができる。図８に示すように、酸化剤注入導管３８６は、酸化剤６８が触媒床２６４の中に流入する排気ガス４２、６０のストリームに入れるようにする。触媒床熱電対３９０のアレイは、酸化剤注入導管３８６の出口３９１の下流側の触媒床２６４に直接及び軸線方向３８０に配置することができる。従って、複数の熱電対３９０を使用して、触媒床２６４内の温度に対する注入酸化剤６８の影響を示すことができる。具体的には、温度差値は、触媒床２６４に対する入口温度と複数の熱電対３９０によって示される温度との間で決定することができる。例えば、入口温度センサ２６８又は温度差モニタ２７４の入口温度感知部分によって示される温度を使用して、触媒床２６４に対する入口温度を決定することができる。複数の熱電対３９０によって提供される情報を使用して、以下で詳細に説明するように、ガスタービンエンジン１５０が約１よりも小さいか又は大きい当量比で作動しているかを判断することができる。
【００８０】
図９は、ガスタービンエンジンシステム２６０に対する温度差と当量比の間の関係のグラフ４００である。グラフ４００では、ｘ軸４０２は触媒床２６４の当量比を表し、ｙ軸は温度差を表す。図９に示すように、温度差と当量比の間の関係は、約１に等しい当量比の値にピーク４０８を有する曲線４０６に従う。換言すると、温度差は、約１の当量比でピーク４０８を有し、曲線４０６は、ピーク４０８の両側でほぼ直線的に減少する。従って、所与の温度差閾値に対して、ガスタービンエンジン１５０が作動することができる時に２つの当量比が存在してもよい。従って、図８に示す酸化剤注入導管３８６を用いる酸化剤６８の注入を使用して、量論的作動のどちら側でガスタービンエンジン１５０が作動しているかを判断することができる。酸化剤注入導管３８６は、出口３９１の周囲の容積において酸化剤６８と排気ガス４２、６０の十分な混合を提供するほどストリームの上流に十分離して（例えば、距離３８８）配置される。複数の熱電対３９０は、触媒床２６４の内部又は下流側の温度の指示を提供する。従って、出口３９１の下流側の触媒床２６４にわたる温度差値は、触媒床２６４の入口温度と複数の熱電対３９０によって示される温度との間で決定することができる。複数の熱電対３９０を用いて決定された温度差値が全体の触媒床２６４の温度差よりも大きい場合（例えば、温度差モニタ２７４によって示されるように）、排気ガス４２、６０は、酸素が制限される可能性が高く、従って、ガスタービンエンジン１５０は、約１よりも大きい当量比で作動している（例えば、燃料リッチ作動）。しかし、複数の熱電対３９０を用いて決定された温度差値が全体の触媒床２６４の温度差よりも小さい場合（例えば、温度差モニタ２７４によって示されるように）、ガスタービンエンジン１５０は、一酸化炭素が制限される可能性が高く、従って、約１よりも小さい当量比で作動している（例えば、燃料希薄作動）。この場合、制御システム１００を使用して、ガスタービンエンジン１５０が約１よりも大きい当量比で作動するように（例えば、燃料リッチ作動）、当量比の設定値を増加させることができる。図８は、３×３アレイの複数の熱電対３９０を示し、他の実施形態においては、複数の熱電対３９０の他の構成及び数を使用することができる。これに加えて、他の実施形態において、酸化剤６８の複数の注入ポイントは、触媒床２６４と共に使用することができる。
【００８１】
上述のように、ガスタービンエンジンシステム２６０の特定の実施形態は、酸化剤６８及び燃料７０を燃焼させて排気ガス４２、６０を発生させるように構成されたガスタービンエンジン１５０と、ガスタービンエンジン１５０からの排気ガス４２、６０を処理して処理排気ガス２６６を発生させるように構成された触媒床２６４とを含むことができる。システム２６０はまた、排気ガス４２、６０の入口温度と処理排気ガス２６６の出口温度との間の温度差を感知するように構成された温度差モニタ２７４と、少なくとも部分的に温度差に基づいて酸化剤６８の酸化剤流、又は燃料７０の燃料流量、又はそのいずれかの組合せのうちの少なくとも１つを調節するように構成された酸化剤対燃料比システム２６２とを含むことができる。温度差モニタ２７４によって提供される温度差は、排気ガス４２、６０中の一酸化炭素、水素、酸素、窒素酸化物、未燃炭化水素、又はそのいずれかの組合せの濃度のより正確な及び／又は迅速な指示を提供することができる。従って、制御システム１００は、酸化剤対燃料比システム２６２を使用して、ガスタービンエンジン１５０の作動を調節して望ましい作動を達成することができる。これに加えて、特定の実施形態において、酸素注入システム３３０、３５６を使用して、触媒床２６４の上流側に酸化剤６８を注入して排気ガス４２、６０中の一酸化炭素及び／又は未燃炭化水素の濃度を低下させることができる。別の実施形態において、酸化剤６８は、触媒床２６４の上流側に注入することができ、複数の熱電対３９０を使用して、量論的作動のどちら側でガスタービンエンジン１５０が作動しているかの指示を提供することができる。この情報を制御システム１００によって使用して、ガスタービンエンジン１５０の作動を調節することができる。これに加えて、酸化剤注入システム３３０による酸化剤６８の注入は、ガスタービンエンジン１５０が排ガス規制内で作動するのを助けることができる。
【００８２】
補足説明
本発明の実施形態は、ガスタービンエンジンのためのシステム及び方法を提供するものである。上記で記載された特徴の何れか又はその組合せは、好適なあらゆる組合せで利用することができる点に留意されたい。当然ながら、このような組合せの全ての並び換えも本発明において企図される。例証として、以下の条項は、本開示の更なる説明として提供されるものである。
【００８３】
実施形態１．酸化剤及び燃料を燃焼させて排気ガスを発生させるように構成されたガスタービンエンジンと、ガスタービンエンジンからの排気ガスを処理して処理排気ガスを発生させるように構成された触媒床と、排気ガスの入口温度と処理排気ガスの出口温度との間の温度差を監視するように構成された温度差モニタと、少なくとも部分的に温度差に基づいて酸化剤の酸化剤流量、又は燃料の燃料流量、又はそのいずれかの組合せのうちの少なくとも１つを調節するように構成された酸化剤対燃料比システムとを含むシステム。
【００８４】
実施形態２．酸化剤対燃料比システムが、酸化剤流量を調節するように構成された酸化剤圧縮機を含む実施形態１のシステム。
【００８５】
実施形態３．酸化剤対燃料比システムが、酸化剤流量を調節するように構成された酸化剤圧縮機の入口ガイドベーンを含むいずれかの上記実施形態に定められたシステム。
【００８６】
実施形態４．酸化剤対燃料比システムが、燃料流量を調節するように構成された燃料制御バルブを含むいずれかの上記実施形態に定められたシステム。
【００８７】
実施形態５．触媒床を有する熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）を含み、ＨＲＳＧが、排気ガス又は処理排気ガスを用いて蒸気を発生させるように構成されるいずれかの上記実施形態に定められたシステム。
【００８８】
実施形態６．排気ガスブロアの上流側に配置された熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）を含み、ＨＲＳＧが、タービンからの排気流から蒸気を発生させるように構成されるいずれかの上記実施形態に定められたシステム。
【００８９】
実施形態７．生成物調整器が複数の触媒床を含むいずれかの上記実施形態に定められたシステム。
【００９０】
実施形態８．複数の触媒床が、第２の触媒床の上流側に配置された第１の触媒床を含み、システムが、第１の触媒床の下流側に触媒床酸化剤を注入するように構成された酸化剤注入システムを含み、第１の触媒床が、排気ガス中のＮＯXの濃度を低下させるように構成されたＮＯX触媒を含むいずれかの上記実施形態に定められたシステム。
【００９１】
実施形態９．触媒床の上流側に触媒床酸化剤を注入するように構成された酸化剤注入システムを含むいずれかの上記実施形態に定められたシステム。
【００９２】
実施形態１０．排気ガスの入口温度と触媒床酸化剤の注入ポイントの下流側の処理排気ガスの局所出口温度との間の局所温度差を監視するように構成された局所温度差モニタを含み、酸化剤対燃料比システムが、少なくとも部分的に温度差と局所温度差の比較に基づいて酸化剤流量、又は燃料流量、又はそのいずれかの組合せのうちの少なくとも１つを調節するように構成されるいずれかの上記実施形態に定められたシステム。
【００９３】
実施形態１１．触媒床の下流側に配置されたガス組成センサを含み、ガス組成センサが、酸素、一酸化炭素、水素、窒素酸化物、又は未燃炭化水素、又はそのいずれかの組合せのうちの少なくとも１つのガス濃度を感知するように構成され、酸化剤注入システムが、少なくとも部分的にガス濃度に基づいて触媒床酸化剤の触媒床酸化剤流量を調節するように構成されるいずれかの上記実施形態に定められたシステム。
【００９４】
実施形態１２．ガスタービンエンジンに酸化剤及び触媒床の上流側に触媒床酸化剤を提供するように構成された酸化剤圧縮機を含むいずれかの上記実施形態に定められたシステム。
【００９５】
実施形態１３．排気ガスの酸化剤対燃料比を感知するように構成された酸化剤対燃料センサを含み、酸化剤対燃料比システムが、少なくとも部分的に酸化剤対燃料比に基づいて酸化剤の酸化剤流量、又は燃料の燃料流量、又はそのいずれかの組合せのうちの少なくとも１つを調節するように構成されるいずれかの上記実施形態に定められたシステム。
【００９６】
実施形態１４．ガスタービンエンジンが、量論的排気ガス再循環（ＳＥＧＲ）ガスタービンエンジンであるいずれかの上記実施形態に定められたシステム。
【００９７】
実施形態１５．ガスタービンエンジンに結合された排気ガス抽出システムと、排気ガス抽出システムに結合された炭化水素生成システムとを含むいずれかの上記実施形態に定められたシステム。
【００９８】
実施形態１６．ガスタービンエンジンにおいて酸化剤及び燃料を燃焼させて排気ガスを発生させる段階と、触媒床においてガスタービンエンジンからの排気ガスを処理して処理排気ガスを発生させる段階と、温度差モニタを用いて排気ガスの入口温度と処理排気ガスの出口温度との間の温度差を監視する段階と、酸化剤対燃料比システムを用いて少なくとも部分的に温度差に基づいて酸化剤の酸化剤流量、又は燃料の燃料流量、又はそのいずれかの組合せのうちの少なくとも１つを調節する段階とを含む方法。
【００９９】
実施形態１７．酸化剤圧縮機を用いて酸化剤流量を調節する段階を含むいずれかの上記実施形態に定められた方法又はシステム。
【０１００】
実施形態１８．酸化剤圧縮機の速度を調節することによって酸化剤流量を調節する段階、酸化剤圧縮機の入口ガイドベーンを用いて酸化剤流量を調節する段階、酸化剤圧縮機の入口制御バルブを用いて酸化剤流量を調節する段階、酸化剤圧縮機の出口制御バルブを用いて酸化剤流量を調節する段階、酸化剤圧縮機からの酸化剤の再循環を調節する段階、又は酸化剤圧縮機からの酸化剤の噴出を調節する段階、又はそのいずれかの組合せのうちの少なくとも１つを含むいずれかの上記実施形態に定められた方法又はシステム。
【０１０１】
実施形態１９．燃料制御バルブを用いて燃料流量を調節する段階を含むいずれかの上記実施形態に定められた方法又はシステム。
【０１０２】
実施形態２０．触媒床を有する熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）において排気ガス又は処理排気ガスを用いて蒸気を発生させる段階を含むいずれかの上記実施形態に定められた方法又はシステム。
【０１０３】
実施形態２１．酸化剤注入システムを用いて触媒床の上流側に触媒床酸化剤を注入する段階を含むいずれかの上記実施形態に定められた方法又はシステム。
【０１０４】
実施形態２２．局所温度差モニタを用いて触媒床酸化剤の注入ポイントの下流側で排気ガスの入口温度と処理排気ガスの局所出口温度との間の局所温度差を監視する段階と、少なくとも部分的に温度差と局所温度差の比較に基づいて酸化剤の酸化剤流量、又は燃料の燃料流量、又はそのいずれかの組合せのうちの少なくとも１つを調節する段階とを含むいずれかの上記実施形態に定められた方法又はシステム。
【０１０５】
実施形態２３．ガス組成センサを用いて触媒床の下流側で酸素、一酸化炭素、水素、窒素酸化物、又は未燃炭化水素、又はそのいずれかの組合せのうちの少なくとも１つのガス濃度を感知する段階と、少なくとも部分的にガス濃度に基づいて触媒床酸化剤流量を調節する段階とを含むいずれかの上記実施形態に定められた方法又はシステム。
【０１０６】
実施形態２４．酸化剤対燃料センサを用いて排気ガスの酸化剤対燃料比を感知する段階と、少なくとも部分的に酸化剤対燃料比に基づいて酸化剤の酸化剤流量、又は燃料の燃料流量、又はそのいずれかの組合せのうちの少なくとも１つを調節する段階とを含むいずれかの上記実施形態に定められた方法又はシステム。
【０１０７】
実施形態２５．燃焼させる段階が、混合気を量論的に燃焼させる段階を含むいずれかの上記実施形態に定められた方法又はシステム。
【０１０８】
実施形態２６．処理排気ガスの一部を抽出する段階と、処理排気ガスの一部を炭化水素生成システムに送る段階とを含むいずれかの上記実施形態に定められた方法又はシステム。
【０１０９】
実施形態２７．１又は２以上のセットの命令を集合的に格納する１又は２以上の有形非一時的機械可読媒体と、ガスタービンエンジンにおいて酸化剤及び燃料を燃焼させて排気ガスを発生させ、触媒床においてガスタービンエンジンからの排気ガスを処理して処理排気ガスを発生させ、温度差モニタを用いて排気ガスの入口温度と処理排気ガスの出口温度との間の温度差を監視し、温度差モニタから制御システムに温度差信号を送信し、少なくとも部分的に温度差信号に基づいて酸化剤対燃料の比を調節するための１又は２以上のセットの命令を実行するように構成された１又は２以上の処理デバイスとを含むコントローラを含むシステム。
【０１１０】
実施形態２８．１又は２以上の処理デバイスが、約１．０００１〜１．１のガスタービンエンジンの酸化剤対燃料比を維持するための１又は２以上のセットの命令を実行するように構成されるいずれかの上記実施形態に定められた方法又はシステム。
【０１１１】
実施形態２９．１又は２以上の処理デバイスが、約摂氏ゼロ度〜摂氏４００度の温度差を維持するための１又は２以上の命令を実行するように構成されるいずれかの上記実施形態に定められた方法又はシステム。
【０１１２】
実施形態３０．１又は２以上の処理デバイスが、熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）に配置された第１の触媒床においてガスタービンエンジンからの排気ガスを処理して第１の処理排気ガスを発生させ、第１の温度差モニタを用いて排気ガスの入口温度と第１の処理排気ガスの第１の出口温度との間の第１の温度差を監視し、生成物調整器に配置された第２の触媒床においてガスタービンエンジンからの排気ガスを処理して第２の処理排気ガスを発生させ、第２の温度差モニタを用いて排気ガスの入口温度と第２の処理排気ガスの第２の出口温度との間の第２の温度差を監視し、生成物調整器の第２の触媒床の下流側に配置された第３の触媒床において第２の触媒床からの第２の処理排気ガスを処理して第３の処理排気ガスを発生させ、第３の温度差モニタを用いて第２の処理排気ガスの処理済入口温度と第３の処理排気ガスの第３の出口温度との間の第３の温度差を監視し、少なくとも部分的に第１の温度差に基づいて第１の優先順位として第１の範囲内内に酸化剤対燃料の比を維持し、第２の優先順位として第２の範囲内内に第１の温度差を維持し、第３の優先順位として第３の範囲内内に第２の温度差を維持し、かつ第４の優先順位として第４の範囲内内に第３の温度差を維持するための１又は２以上のセットの命令を実行するように構成されるいずれかの上記実施形態に定められた方法又はシステム。
【０１１３】
実施形態３１．１又は２以上の処理デバイスが、排気ガスの入口温度と触媒床の上流側に配置された酸化剤注入システムの下流側の処理排気ガスの局所出口温度との間の局所温度差を監視し、少なくとも部分的に温度差と局所温度差の比較に基づいて酸化剤流量、又は燃料流量、又はそのいずれかの組合せのうちの少なくとも１つを調節するための１又は２以上のセットの命令を実行するように構成されるいずれかの上記実施形態に定められた方法又はシステム。
【０１１４】
実施形態３２．１又は２以上の処理デバイスが、ガス組成センサを用いて触媒床の上流側に配置された酸化剤注入システムの下流側の酸素、一酸化炭素、水素、窒素酸化物、又は未燃炭化水素、又はそのいずれかの組合せのうちの少なくとも１つのガス濃度を感知し、少なくとも部分的にガス濃度に基づいて触媒床酸化剤流量を調節するための１又は２以上のセットの命令を実行するように構成されるいずれかの上記実施形態に定められた方法又はシステム。
【０１１５】
実施形態３２．１又は２以上の処理デバイスが、酸化剤対燃料センサを用いて排気ガスの酸化剤対燃料比を感知し、少なくとも部分的に酸化剤対燃料比に基づいて酸化剤の酸化剤流量、又は燃料の燃料流量、又はそのいずれかの組合せのうちの少なくとも１つを調節するための１又は２以上のセットの命令を実行するように構成されるいずれかの上記実施形態に定められた方法又はシステム。
【０１１６】
この記述説明は、最良モードを含む本発明を開示し、同じくあらゆる当業者がいずれかのデバイス又はシステムを作り、使用し、いずれかの組み込まれた方法を実行することを含む本発明を実施することを可能にするために実施例を使用している。本発明の特許請求可能な範囲は、特許請求の範囲によって定められ、かつ当業者に想起される他の実施例を含む場合がある。そのような他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文字通りの言語と異ならない構造要素を有する場合、又はそれらが特許請求の範囲の文字通りの言語からの差異が実質的でない均等構造要素を含む場合に特許請求の範囲内であるように意図している。
【符号の説明】
【０１１７】
４２、６０  排気ガス
６８  酸化剤
７０  燃料
２６０  ガスタービンエンジンシステム
２７４  温度差モニタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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