動力產生的製作方法

2023-06-16 13:07:11

專利名稱：動力產生的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於產生電力的方法和設備，其基礎是使用煤層沼氣作 為驅動燃氣輪機和蒸汽輪機以產生動力的能量源。
背景技術：
術語"煤層沼氣(methane)"這裡被理解為表示包含從地下煤源獲得的 至少75%體積為沼氣的氣體。
國際申請PCT/AU2004/001339 ( WO 2005/5031136 )以本申請人的名義 記載並要求保護經由發電廠中的燃氣輪機和蒸汽輪機產生動力的方法，該方 法包括釆用第一模式的操作
(a)將煤層沼氣、包含氧氣的氣體和在燃氣輪機中產生的煙氣都在壓 力作用下供給至燃氣輪機的燃燒器，燃燒該煤層沼氣並且使用經加熱的燃燒 產物和煙氣氣體從而驅動該燃氣輪機；
(b )將在燃氣輪機中產生的熱煙氣氣體流供給至熱恢復蒸汽發生器並 且使用該煙氣氣體的熱量、藉助與供給至蒸汽發生器的水交換的熱量以產生 蒸汽；
(c) 將來自於蒸汽發生器的蒸汽供給至蒸汽輪機並且使用該蒸汽驅動 蒸汽輪機；並且
(d) 供給(i)來自於燃氣輪機的通過熱恢復蒸汽發生器的一部分煙氣 氣體流至燃氣輪機的燃燒器並且(ii)來自於燃氣輪機的通過熱恢復蒸汽發 生器的另 一部分煙氣氣體流至適當的地下存儲區域。
該國際申請也公開採用第二模式進行的操作
(a)將煤層沼氣、來自於燃氣輪機的空氣壓縮機的空氣都在壓力作用 下供給至燃氣輪機的燃燒器，燃燒該煤層沼氣並且使用經加熱的燃燒產物和 煙氣氣體來驅動該燃氣輪機；
(b )將在燃氣輪機中產生的熱煙氣氣體流供給至熱恢復蒸汽發生器並 且使用煙氣氣體的熱量、藉助與供給至蒸汽發生器的水交換的熱量產生蒸
7(C )將來自於蒸汽發生器的蒸汽供給至蒸汽輪機並且使用該蒸汽驅動 蒸汽輪機。
該國際申請也公開一種用於產生動力的設備。
在該國際申請中公開的內容通過交叉引用的方式引用結合於此。 在該國際申請中記載並要求保護的方法的特徵之一是其可在沒有C02 排放入大氣的情況下進行操作。例如，通過操作該方法的第一操作模式，使 得步驟(d) (ii)供給不可避免地包含大量的C02的所有煙氣氣體至適當的 地下存儲處，而並不供給至燃氣輪機的燃燒器，這是有效的方式來防止C02
排放入大氣，不具有任何的不利環境後果。
在該國際申請中記載並要求保護的方法的另 一特徵是在本發明的第一
操作模式的步驟(d) (i)中在燃氣輪機的燃燒器中使用來自於燃氣輪機的部
分煙氣氣體流從而可減小並且優選地總體替換燃氣輪機的燃燒器中對空氣
的使用。將空氣總體地由氧氣和在這一操作模式下主要為C02的煙氣氣體代
替可克服關於使用空氣而產生的明顯問題。例如，使用空氣意味著來自於燃 氣輪機的煙氣氣體流包含大量的(一般至少70個體積百分比)氮， 一定量 的( 一般10個體積百分比)氧氣，以及一定量的( 一般5-10個體積百分比)
的C02。氮氣、氧氣和C02的混合物代表明顯的氣體分離問題，以正確地處
理煙氣氣體流。在這一操作模式下由氧氣和煙氣氣體代替空氣意味著來自於 熱恢復蒸汽發生器的煙氣氣體流主要是C02和水，並且很大程度上簡化了用 於燃氣輪機的煙氣氣體的處理要求，其結果是得到比較簡單的方案來產生主 要是C02的煙氣氣體流並且將該氣體流供給至燃氣輪機的燃燒器。
一般地，煤層沼氣從位於遙遠區域的地下煤沉澱層抽取，即該區域非常 遠離人口中心區，因此有必要將煤層沼氣傳送至人口中心區以4吏用該煤層沼
煤層沼氣包含水， 一般為霧化形式。當前的行業實踐是在從地下沉積層 抽取之後使水從煤層沼氣凝結出來，之後將脫水的煤層沼氣運輸至人口中心區。
煤層沼氣中的水具有高鹽分和高度整體溶解的固體，因此在遠離其被抽 取的地點具有有限(如果有的話)的用途。通過例如反向滲透來淨化水以使 得水適於飲用並在之後將水運輸至人口中心區也不是一個可在商業上採納的方案。因此，當前的實踐是將水傳送至太陽能池從而在池中進行蒸發。這 會大量地浪費水， 一般或者大約數以萬升/日計。
本申請人已經意識到，在該國際申請中記載並要求保護的方法和設備，
無C02排放的操作，是將發電站設置在煤層沼氣沉積層附近的一個主要驅動因素。
本申請人也已經意識到，將發電站設置在煤層沼氣沉積層附近會提供一 個機會來使用在發電站中有益地從煤層沼氣分離的水，例如作為補給水和/ 或冷卻水，並由此減小發電站的運營成本。例如，需要指出的是，大量的水 從煤層沼氣分離出來，並且在發電站中每天都需要大量體積的水。這一方案 是本發明第一方面的基礎。
本申請人也已經意識到，通過改進該國際申請中記載並且要求保護的方 法和設備以包含將蒸汽供給入燃氣輪機的燃燒器可帶來其他優勢。這一方案 是本發明第二方面的基礎。

發明內容
一般地，根據本發明的第一方面，提供一種在動力站中產生動力的方法，
該方法包括分離從地下沉積層抽取的水和煤層沼氣，使用煤層沼氣作為能 量源以操作燃氣輪機，並最終在動力站中產生電力，在動力站中使用水，例 如，在動力站的冷卻水回if各中。
根據具體地"4，根據本發明的第一方面，提供一種經由動力站中的燃氣 輪機和蒸汽輪機產生動力的方法，該方法包括以第 一模式操作
(a) 分離從地下沉積層抽取的水和煤層沼氣，
(b) 將來自於步驟(a)的都處於壓力下的煤層沼氣和含氧氣體供給至 燃氣輪機的燃燒器，燃燒所述煤層沼氣並且使用經加熱的燃燒產物以驅動燃 氣輪機；
(c) 將燃氣輪機中產生的熱煙氣氣體流供給至熱恢復蒸汽發生器，並 且使用煙氣氣體的熱量、藉助與供給至蒸汽發生器的水進行的熱交換來產生 蒸汽；
(d) 將來自於蒸汽發生器的蒸汽供給至蒸汽輪機並且使用該蒸汽來驅 動蒸汽輪機；(e) 將(i)來自於燃氣輪機的通過熱恢復蒸汽發生器的一部分煙氣氣 體流供給至燃氣輪機的燃燒器，以及(ii)來自於燃氣輪機的通過熱恢復蒸
汽發生器的另 一 部分煙氣氣體流供給至適當的地下存儲區域；以及
(f) 供給步驟(a)中從煤層沼氣脫水得到的水的至少一部分以用於動 力站，例如用於動力站的冷卻回^各。
優選地，該方法包括對步驟(a)中從煤層沼氣脫水得到的水進行處理 以至少部分地減d 、水的鹽分和/或整個溶解固體。
優選地，步驟(f)包括供給步驟(a)中從煤層沼氣中脫水得到的水的 至少 一部分，以用作熱恢復蒸汽發生器中的補給水。
優選地，該方法包括在步驟(b)中，壓力下，將產生於燃氣輪機中的 煙氣氣體的一部分供給至燃氣輪機的燃燒器。
優選地，該方法包括將在步驟(b)中，壓力下，在步驟(c)中產生於 蒸汽發生器中的高壓蒸汽供給至燃氣輪機的燃燒器。
優選地，在步驟(b)中供給至燃氣輪機的燃燒器的含氧氣體是富氧空
更優選地，在步驟(b)中辨給至燃氣輪機的燃燒器中的含氧氣體是氧
優選地，該方法包括將來自於燃氣輪機的空氣壓縮機的壓縮空氣供給至 氧氣站並且產生氧氣氣體以用於步驟(b)。
優選地，在步驟(b)中供給至燃氣輪機的燃燒器的煙氣氣體流主要是
co2。
優選地，步驟(e)包括將煙氣氣體流的一部分供給至燃氣輪機的燃燒 器，將煙氣氣體流的其他部分供給至地下存儲處。
優選地，步驟(e)包括將煙氣氣體流以液態相供給至地下存儲區域。 優選地，地下存儲區域是煤層地層(seam)。
更優選地，該地下存儲區域是從其中抽取煤層沼氣以對燃氣輪機提供動 力的煤層地層。在這種情況下，用於抽取煤層沼氣的現有井結構可用於將液 相或氣相的煙氣氣體輸送至地下存儲區域。
優選地，步驟(e)包括經由現有井結構將煙氣氣體流供給至地下存儲 區域以從該地下存儲區域抽取煤層沼氣。
優選地，步驟(e)包將水從煙氣氣體分離。
10步驟(e)還可包括
(i) 將煙氣氣體流壓縮為第一壓力(一般為15-30 bar，優選為15-30 bar);
並且
(ii) 將壓縮煙氣氣體流的一部分供給至燃氣輪機的燃燒器。 步驟(e)還可包括
(i) 將壓縮煙氣氣體流的另一部分壓縮為第二更高壓力(一般為至少 70 bar，更一ife地為至少73 bar);
(ii) 冷卻步驟(i)的加壓煙氣氣體流並且形成液體相；以及
(iii) 將液體相供給至地下存儲區域。
優選地，該方法包括以作為第一模式的備選方案的第二模式進行操作 (a)供給處於壓力下的來自於燃氣輪機的空氣壓縮機的煤層沼氣和空
氣至燃氣輪機的燃燒器並且燃燒該煤層沼氣，使用經加熱的燃燒產物和煙氣
氣體來驅動燃氣輪機；
(b )將在燃氣輪機中產生的熱煙氣氣體流供給至熱恢復蒸汽發生器，
使用該煙氣氣體的熱量、藉助與供給至蒸汽發生器的水交換的熱量來產生蒸
汽；以及
(c )將來自於蒸汽發生器的蒸汽供給至蒸汽輪機並且使用該蒸汽來驅 動蒸汽4侖才幾。
一般地，根據本發明的第一方面，提供一種用於在動力站中產生動力的 設備，該設備包括分離來自於地下沉積層的水和煤層沼氣的裝置，可以產 生在煤層沼氣/水分離裝置中的煤層沼氣進行操作的燃氣輪機，以及可以產生 在煤層沼氣/水分離裝置中的水進行操作的冷卻水迴路。
更具體地說，根據本發明的第一方面，也提供一種用於產生動力的設備， 該設備包括
(a) 用於分離從地下沉積層抽取的水和煤層沼氣的分離器；
(b) 具有空氣壓縮機、空氣膨脹器和燃燒器的燃氣輪機；
(c) 用於產生氧氣的空氣分離站；
(d )用於將下述饋送材料供給至燃氣輪機的燃燒器的系統煤層沼氣， 來自於空氣分離站的氧氣，來自於燃氣輪機的空氣壓縮機的空氣，以及產生 在燃氣輪機中的煙氣氣體，這些氣體都處於壓力下，以燃燒煤層沼氣並且使 用受熱的燃燒產物和煙氣氣體來驅動所述燃氣輪機；(e) 熱恢復蒸汽發生器，用於從供給至蒸汽發生器的水、藉助與燃氣 輪機的煙氣氣體進行的熱交換來產生蒸汽；
(f) 蒸汽輪機，適於由在蒸汽發生器中產生的蒸汽驅動；
(g) —系統，用於當該設備以煤層沼氣、來自於空氣分離站的氧氣、
(i )來自於燃氣輪機的通過熱恢復蒸汽發生器的一部分煙氣氣體流供給至燃 氣輪機的燃燒器，以及(ii)來自於燃氣輪機的通過熱恢復蒸汽發生器的另 一部分煙氣氣體流供給至適當的地下存儲區域；以及
(h) 冷卻迴路，用於動力站的上述單元操作的其中一個或多個，可以 在煤層沼氣/水分離裝置中產生的水至少部分地操作。
根據本發明的第二實施例，提供一種經由燃氣輪機和蒸汽輪機產生動力 的方法，該方法包括在第一模式下操作
(a) 將都處於壓力下的煤層沼氣、含氧氣體、蒸汽和產生於燃氣輪機 中的煙氣氣體供給至燃氣輪機的燃燒器，燃燒所述煤層沼氣並且使用經加熱 的燃燒產物和煙氣氣體來驅動燃氣輪機；
(b) 將燃氣輪機中產生的熱煙氣氣體流供給至熱恢復蒸汽發生器，使 用煙氣氣體的熱量、藉助與供給至蒸汽發生器的水進行的熱交換來產生蒸
〉飛；
(c) 將來自於蒸汽發生器的蒸汽的至少一部分供給至蒸汽輪機並且使 用該蒸汽來驅動蒸汽輪機；
(d) 將(i)來自於燃氣輪機的通過熱恢復蒸汽發生器的一部分煙氣氣 體流供給至燃氣輪機的燃燒器，以及(ii)來自於燃氣輪機的通過熱恢復蒸 汽發生器的另 一部分煙氣氣體流供給至適當的地下存儲區域。
在步驟(a)中將蒸汽供給至燃氣輪機的一個優勢在於，其可減小該方
法對將煙氣氣體供給至燃氣輪機的依賴，以保持通過燃氣輪機的質量流率。
在步驟(a)中將蒸汽供給至燃氣輪機的燃燒器的另一優勢在於，其可 減小壓縮用於燃氣輪機的煙氣氣體的動力要求。
優選地，在步驟(a)中供給至燃氣輪機的燃燒器的蒸汽包括在步驟(b) 中在熱恢復蒸汽發生器產生的蒸汽的至少 一部分。
優選地，在步驟(a)中供給至燃氣輪機的燃燒器的蒸汽處於15-30 bar 的壓力下。優選地，該方法包括在步驟(a)中，壓力下，將產生在燃氣輪機中的 煙氣氣體的一部分供給至燃氣輪機的燃燒器。
優選地，在步驟(a)中供給至燃氣輪機的燃燒器的含氧氣體是富氧空
更優選地，在步驟(a)中供給至燃氣輪機的燃燒器的含氧氣體是氧氣。 優選地，在步驟(a)中供給至燃氣輪機的燃燒器的煙氣氣體流主要是
C02。
優選地，該方法包括將來自於燃氣輪機的空氣壓縮機的壓縮空氣供給至 氧氣站並且產生含氧氣體以用於步驟(a)。
優選地，步驟(d)包括將煙氣氣體流的一部分供給至燃氣輪機的燃燒 器，將煙氣氣體流的其他部分供給至地下存儲處。
優選地，步驟(d)包括將煙氣氣體流以液態相供給至地下存儲區域。
優選地，地下存儲區域是煤層地層(seam)。
力的煤層地層。在這種情況下，用於抽取煤層沼氣的現有井結構可用於將液 相或氣相的煙氣氣體輸送至地下存儲區域。
優選地，步驟(d)包括經由現有井結構將煙氣氣體流供給至地下存儲 區域以從該地下存儲區域抽取煤層沼氣。
優選地，步驟(d)包括將水與煙氣氣體分離。
步驟(d)還可包括
(i) 將煙氣氣體流壓縮至第一壓力(一般為20-30 bar);以及
(ii) 將一部分壓縮煙氣氣體流供給至燃氣輪機的燃燒器。 步驟(d)還可包括
(i) 將受壓縮煙氣氣體流的另一部分壓縮為第二較高壓力(一般至少 70 bar,更一4殳為至少73 bar);
(ii) 冷卻來自於步驟(i)的受壓縮煙氣氣體流並且形成氣體相；以及
(iii) 將液體相供給至地下存儲區域。
優選地，該方法包括以作為第 一模式的備選方案的第二模式進行操作 (a)供給處於壓力下的來自於燃氣輪機的空氣壓縮機的煤層沼氣和空 氣至燃氣輪機的燃燒器並且燃燒該煤層沼氣，使用經加熱的燃燒產物和煙氣 氣體來驅動燃氣輪機；
13(b )將在燃氣輪機中產生的熱煙氣氣體流供給至熱恢復蒸汽發生器， 使用該煙氣氣體的熱量、藉助與供給至蒸汽發生器的水交換的熱量來產生蒸
汽；以及
(c )將來自於蒸汽發生器的蒸汽供給至蒸汽輪機並且使用該蒸汽來驅 動蒸汽輪機。
根據本發明的第二方面，也提供一種用於產生動力的設備，該設備包括
(a) 具有空氣壓縮機、空氣膨脹機和燃燒器的燃氣輪機；
(b) 用於產生氧氣的空氣分離站；
(c) 用於將下述饋送材料供給至燃氣輪機的燃燒器的系統煤層沼氣， 來自於空氣分離站的氧氣，來自於燃氣輪機的空氣壓縮機的空氣，蒸汽，以 及產生在燃氣輪機中的煙氣氣體，這些氣體都處於壓力下，以燃燒煤層沼氣 並且使用受熱燃燒產物和煙氣氣體來驅動所述燃氣輪機；
(d) 熱恢復蒸汽發生器，用於從供給至蒸汽發生器的水、藉助與燃氣 輪機的煙氣氣體進行的熱交換來產生蒸汽；
(e) 蒸汽輪機，適於由在蒸汽發生器中產生的蒸汽的至少一部分驅動；
(f) 一系統，用於當該設備以煤層沼氣、來自於空氣分離站的氣氣、
(i )來自於燃氣輪機的通過熱恢復蒸汽發生器的一部分煙氣氣體流供給至燃 氣輪機的燃燒器，以及(ii)來自於燃氣輪機的通過熱恢復蒸汽發生器的另 一部分煙氣氣體流供給至適當的地下存儲區域。
優選地，該設備包括用於將產生在蒸汽發生器中的一部分蒸汽供給至燃 氣輪機的燃燒器的裝置。


下面將進一步參照

本發明，該附圖示出本發明的動力產生方法 和動力產生設備的一項實施例，但實施例並非只有一項。
具體實施例方式
參照該圖，該方法包括在冷凝器或其他適當分離裝置71中將從地下源3 一起抽出的煤層沼氣和水分離為兩種分離的產物流，即煤層沼氣和水。
來自於冷凝器71的水經由管線75供給以用於附圖所示的動力產生設備中的一個或多於一個的單元操作。
一種應用是在該設備的冷卻水迴路(未示
出)中。該冷卻水迴路包括例如將水用作補給(make-up)水的一個或多於 一個的水冷卻塔。另一種應用是作為熱恢復蒸汽發生器27中的補給水，如 下所述。
在水的 一般高鹽分和一般高度整體溶解固體會產生問題的情況下，該方 法包括處理來自於冷凝器71的水從而降低鹽分和TDS水平，例如通過使水 通過反向滲透單元，之後在冷卻水迴路中使用該水。
該方法還包括將下述氣體流供給至由附圖標記7整體標示的燃氣輪機的 燃燒器5:
(a) 來自於冷凝器71的經由專門煤層沼氣壓縮機站(未示出)和供給 線路51的煤層沼氣；
(b) 在採用空氣分離站11的形式的氣氣站中產生的經由線路53的氧 氣，其量為進行理想配比的燃燒所需的量；
(c) 已經從熱恢復蒸汽發生器27經由線路63供給的高壓蒸汽，如下 文所述；以及
(d) 主要是C02的煙氣氣體，已經從汽輪機7的煙氣氣體蒸汽經由線 路55供給，如下文所述。
氧氣、蒸汽和煙氣氣體的流在燃燒器5的上遊的混合器9中預混合。 煤層沼氣的流和氧氣/蒸汽/煙氣氣體的流在15與30bar的預選定壓力下
供給至燃燒器5。需要指出的是，燃燒室5可在任何壓力下進行操作。
煤層沼氣在燃燒器5中燃燒，供給至燃燒器5的煙氣氣體和燃燒產物被
輸送至汽輪機7的膨脹器13並且驅動位於膨脹器13中的汽輪機葉片(未示出)。
汽輪機7的輸出連接至並且驅動發電機15和多級煙氣氣體壓縮機組17。
當該動力產生方法在上述模式下進行操作時，汽輪機7的空氣壓縮機21 中的空氣在大概5 bar壓力下漏出並且輸送至空氣分離站，用於產生相應於 燃氣輪機7的燃燒器5的氧氣。
來自於汽輪機7的輸出氣體流，即煙氣氣體，處於大氣壓力下並且一般 處於大約540°C的溫度下。
來自於汽輪機7的煙氣氣體通過熱恢復蒸汽發生器27並且用作從脫礦 質水的流產生一般為大概75 bar或7.5 Mpa的高壓蒸汽的熱源，冷凝後返回
15供給至蒸汽發生器27。
一部分高壓蒸汽經由線路63供給至燃氣輪機7的燃燒器5,如上所述。
另 一部分高壓蒸汽經由線路57供給至蒸汽渦輪發電機29並且用於使該 渦輪發電機29運行並且產生電力。
其他部分高壓蒸汽經由線路61供給至空氣分離站11從而產生用於燃氣 輪機7的燃燒器5的氧氣。
來自於熱恢復蒸汽發生器27的煙氣氣體(主要是C02和水)經由出口 19以溼煙氣氣體流離開蒸汽發生器， 一般處於125。C的溫度。
溼煙氣氣體然後通過將水從蒸汽中分離開的水分離器33，並且產生幹煙 氣氣體流。
該幹煙氣氣體流然後通過多(在這種情況下為二)級煙氣氣體壓縮機組17。
在第一級壓縮中，在附圖中標記為"級1"，煙氣氣體被壓縮至必要壓力， 即在15與30bar之間，在本情況下一般為22 bar，用於汽輪機7的燃燒器5。
來自於第一級的出口的一部分壓縮煙氣氣體經由混合器9 (一般是混合 閥)供給至汽輪機7的燃燒器5,並且在供給至燃燒器5之前與來自於空氣 分離器11的氧氣混合。
來自於第一級的壓縮煙氣氣體的其餘部分(主要是C02和水)經由冷凝 器59和水分離器61供給至第二壓縮級，在附圖中標記為"級2"。該煙氣氣 體被壓縮至更高的壓力， 一般為70bar以上，優選為73bar以上，受壓縮的 煙氣氣體流然後通過冷凝器35。冷凝器35將煙氣氣體蒸汽的溫度冷卻至 31°C以下並由此將煙氣氣體轉換為液體相。
離開冷凝器的液體煙氣氣體流被加壓(在必要的情況下)，然後被噴射 入當前的現場井(field well)中。
當動力產生系統並沒有運行在上述模式下時並且，更具體地說，沒有接 納預混合氧氣和煙氣氣體的流，汽輪機7以傳統方式與從汽輪機進氣口 (未 示出)抽出並在空氣壓縮機21中被壓縮的空氣進行操作，之後輸送至燃燒 器5,並與煤層沼氣混合，混合物在燃燒器5中燃燒。
更具體地說，以更傳統的方式進行操作的方案可通過將多級煙氣氣體壓 縮機組17從汽輪機7斷開而得到。
如圖所示的本發明的過程和設備的上述實施例的主要部件如下所述(a) 空氣分離站11-該單元需要產生氧氣以在汽輪機燃燒器中燃燒煤層 沼氣。 一般地，該站是標準的成品單元，其設置成與煤層沼氣進行完全燃燒 所需的02相配合。
(b) 燃氣輪機/發電機7-—般地，這一單元是裝配有標準燃燒器的標準 燃氣輪機。該多級煙氣氣體壓縮機17將在相同軸上裝配有離合器單元，使 得當汽輪機以傳統方式操作時該壓縮機能夠被隔離開。將大型多級壓縮機安 裝至燃氣輪機單元是在煉鋼業中相當常用的，其中，低Btu煉鋼氣體受到這 些單元的壓縮，之後輸送至燃燒器以進行燃燒。
(c) 熱恢復蒸汽發生器27-—般地，這一單元是標準的雙壓力非燃式單元。
(d) 蒸汽輪機/發生器29-—般地，這一單元與蒸汽循環輔助設備共同 地作為標準蒸汽輪機單元。
(e) 煙氣氣體再循環和C02地下存儲系統-一般地，該系統包含下述特
徵
(i) 水分離器/分離單元-一般地，這一單元是簡單的水分離站，將 水從煙氣氣體流中分離，之後其進入多級壓縮機單元。
(ii) C02多級壓縮機組17-對於圖1所示的實施例， 一般地，這一 單元被設計成在第一壓縮級中處理整個煙氣氣體流以及用於地下存儲的更 小煙氣氣體流。 一般地，這一更小氣流將被加壓至高於70bar，優選地高於 73bar，之後再輸送至冷凝器。
(iii) 冷凝器35-這一單元需要產生液體煙氣氣體，主要是C02， 之後再將其噴入地下井。
可以在不脫離本發明的精髓和範圍的情況下對參照附圖如上所述的本 發明的實施例做出許多改進。
例如，在本發明的方法和設備的另一實施例中，但是這並不是唯——個 可行的實施例，蒸汽發生器27的煙氣氣體通過同流換熱器(未示出)並且 被冷卻至大概為80。C的溫度，之後輸送至水分離器33。另外，幹煙氣氣體 在多級煙氣氣體壓縮機組17中的第一級之後沒有被分為兩條氣流，如該附 圖所示的實施例中的情況。相反地，來自於水分離器33的整個幹煙氣氣體 在壓縮機組17中被壓縮，然後通過冷凝器35。來自於冷凝器35的液體流然 後分為兩條氣流， 一條氣流供給至地下存儲區域，另一條氣流通過同流換熱器並且經由與蒸汽發生器27的煙氣氣體流的換熱而轉換為氣相。來自於同
流換熱器的形態變化的煙氣氣體然後經由混合器9供給至燃燒器5。
另夕卜，雖然上面參照

的本發明實施例是將主要為C02的煙氣氣
體以液體形式供給至地下煤層地層中，但是本發明並不局限如此，並且延伸
另外，雖然上面參照

的本發明實施例將主要是co2的煙氣氣體 以液體形式供給至地下煤層地層中，但是本發明並不局限如此，並且延伸為
權利要求
1、一種經由動力站中的燃氣輪機和蒸汽輪機產生動力的方法，該方法包括以第一模式操作(a)分離從地下沉積層抽取的水和煤層沼氣，(b)將來自於步驟(a)的都處於壓力下的煤層沼氣和含氧氣體供給至燃氣輪機的燃燒器，燃燒所述煤層沼氣並且使用經加熱的燃燒產物以驅動燃氣輪機；(c)將燃氣輪機中產生的熱煙氣氣體流供給至熱恢復蒸汽發生器，並且使用煙氣氣體的熱量、藉助與供給至蒸汽發生器的水進行的熱交換來產生蒸汽；(d)將來自於蒸汽發生器的蒸汽供給至蒸汽輪機並且使用該蒸汽來驅動蒸汽輪機；(e)將(i)來自於燃氣輪機的通過熱恢復蒸汽發生器的一部分煙氣氣體流供給至燃氣輪機的燃燒器，以及(ii)來自於燃氣輪機的通過熱恢復蒸汽發生器的另一部分煙氣氣體流供給至適當的地下存儲區域；以及(f)供給步驟(a)中從煤層沼氣脫水得到的水的至少一部分以用於動力站，例如用於動力站的冷卻迴路。
2、 根據權利要求1所述的方法，包括對步驟(a)中從煤層沼氣脫水得到的水進行處理以至少部分地減小水的鹽分和/或整個溶解固體。
3、 根據權利要求1或2所述的方法，其中，步驟(f)包括供給步驟(a )中從煤層沼氣中脫水得到的水的至少 一部分，以用作熱恢復蒸汽發生器中的補給水。
4、 根據前述任一權利要求所述的方法，包括在步驟(b)中，壓力下，將產生於燃氣輪機中的煙氣氣體的一部分供給至燃氣輪機的燃燒器。
5、 根據前述任一權利要求所述的方法，包括將在步驟(b)中，壓力下，在步驟(c)中產生於蒸汽發生器中的高壓蒸汽供給至燃氣輪機的燃燒器。
6、 根據前述任一權利要求所述的方法，其中，在步驟(b)中供給至燃氣輪機的燃燒器的含氧氣體是富氧空氣。
7、 根據前述任一權利要求所述的方法，其中，在步驟(b)中供給至燃氣輪機的燃燒器中的含氧氣體是氧氣。
8、 根據前述任一權利要求所述的方法，包括將來自於燃氣輪機的空氣壓縮機的壓縮空氣供給至氧氣站並且產生氧氣氣體以用於步驟(b )。
9、 根據前述任一權利要求所述的方法，其中，在步驟(b)中供給至燃氣輪機的燃燒器的煙氣氣體流主要是co2。
10、 根據前述任一權利要求所述的方法，其中，步驟(e)包將水從煙氣氣體分離。
11、 根據權利要求IO所述的方法，其中，步驟(e)還包括(i) 將煙氣氣體流壓縮為第一壓力(一般為15-30 bar，優選為15-30 bar);並且(ii) 將壓縮煙氣氣體流的一部分供給至燃氣輪機的燃燒器。
12、 根據權利要求11所述的方法，其中步驟(e)還包括(i) 將壓縮煙氣氣體流的另一部分壓縮為第二更高壓力(一般為至少70 bar,更一般地為至少73 bar);(ii) 冷卻步驟(i)的加壓煙氣氣體流並且形成液體相；以及(iii) 將液體相供給至地下存儲區域。
13、 一種在動力站中產生動力的方法，該方法包括分離從地下沉積層抽取的水和煤層沼氣，使用煤層沼氣作為能量源以操作燃氣輪機，並最終在動力站中產生電力，在動力站中使用水，例如，在動力站的冷卻水迴路中。
14、 一種用於產生動力的設備，該設備包括(a )用於分離從地下沉積層抽取的水和煤層沼氣的分離器；(b) 具有空氣壓縮機、空氣膨脹器和燃燒器的燃氣輪機；(c) 用於產生氧氣的空氣分離站；(d) 用於將下述饋送材料供給至燃氣輪機的燃燒器的系統煤層沼氣，來自於空氣分離站的氧氣，來自於燃氣輪機的空氣壓縮機的空氣，以及產生在燃氣輪機中的煙氣氣體，這些氣體都處於壓力下，以燃燒煤層沼氣並且使用受熱的燃燒產物和煙氣氣體來驅動所述燃氣輪機；(e) 熱恢復蒸汽發生器，用於從供給至蒸汽發生器的水、藉助與燃氣輪機的煙氣氣體進行的熱交換來產生蒸汽；(f) 蒸汽輪機，適於由在蒸汽發生器中產生的蒸汽驅動；(g) —系統，用於當該設備以煤層沼氣、來自於空氣分離站的氧氣、在燃氣輪機中產生並供給至燃氣輪機的燃燒器中的煙氣氣體進行操作時，將(i )來自於燃氣輪機的通過熱恢復蒸汽發生器的一部分煙氣氣體流供給至燃氣輪機的燃燒器，以及(ii)來自於燃氣輪機的通過熱恢復蒸汽發生器的另一部分煙氣氣體流供給至適當的地下存儲區域；以及(h)冷卻迴路，用於動力站的上述單元操作的其中一個或多個，可以在煤層沼氣/水分離裝置中產生的水至少部分地操作。
15、 一種用於在動力站中產生動力的設備，該設備包括分離來自於地下沉積層的水和煤層沼氣的裝置，可以產生在煤層沼氣/水分離裝置中的煤層沼氣進行操作的燃氣輪機，以及可以產生在煤層沼氣/水分離裝置中的水進行操作的冷卻水迴路。
16、 一種經由燃氣輪機和蒸汽輪機產生動力的方法，該方法包括在第一模式下操作(a) 將都處於壓力下的煤層沼氣、含氧氣體、蒸汽和產生於燃氣輪機中的煙氣氣體供給至燃氣輪機的燃燒器，燃燒所述煤層沼氣並且使用經加熱的燃燒產物和煙氣氣體來驅動燃氣輪機；(b) 將燃氣輪機中產生的熱煙氣氣體流供給至熱恢復蒸汽發生器，使用煙氣氣體的熱量、藉助與供給至蒸汽發生器的水進行的熱交換來產生蒸》飛；(c )將來自於蒸汽發生器的蒸汽的至少一部分供給至蒸汽輪機並且使用該蒸汽來驅動蒸汽輪機；(d)將(i)來自於燃氣輪機的通過熱恢復蒸汽發生器的一部分煙氣氣體流供給至燃氣輪機的燃燒器，以及(ii)來自於燃氣輪機的通過熱恢復蒸汽發生器的另一部分煙氣氣體流供給至適當的地下存儲區域。
17、 根據權利要求16所述的方法，其中，在步驟(a)中供給至燃氣輪機的燃燒器的蒸汽包括在步驟(b)中在熱恢復蒸汽發生器產生的蒸汽的至少一部分。
18、 根據權利要求16或17所述的方法，其中，在步驟(a)中供給至燃氣輪機的燃燒器的蒸汽處於15-30 bar的壓力下。
19、 根據權利要求16-18任一項所述的方法，包括在步驟(a)中，壓力下，將產生在燃氣輪機中的煙氣氣體的一部分供給至燃氣輪機的燃燒器。
20、 根據權利要求16-19任一項所述的方法，其中，在步驟(a)中供給至燃氣輪機的燃燒器的含氧氣體是富氧空氣。
21、 根據權利要求16-20任一項所述的方法，其中，在步驟(a)中供給至燃氣輪機的燃燒器的含氧氣體是氧氣。
22、 根據權利要求16-21任一項所述的方法，在步驟(a)中供給至燃氣輪機的燃燒器的煙氣氣體流主要是C02。
23、 根據權利要求16-22任一項所述的方法，包括將來自於燃氣輪機的空氣壓縮機的壓縮空氣供給至氧氣站並且產生含氧氣體以用於步驟(a)。
24、 根據權利要求16-23任一項所述的方法，其中，步驟(d)包括將水與煙氣氣體分離。
25、 根據權利要求24所述的方法，其中，步驟(d)還包括(i) 將煙氣氣體流壓縮至第一壓力( 一般為20-30 bar);以及(ii) 將一部分壓縮煙氣氣體流供給至燃氣輪機的燃燒器。
26、 根據權利要求25所述的方法，其中，步驟(d)還包括(i) 將受壓縮煙氣氣體流的另一部分壓縮為第二較高壓力(一般至少70 bar，更一4殳為至少73 bar);(ii) 冷卻來自於步驟(i)的受壓縮煙氣氣體流並且形成氣體相；以及(iii) 將液體相供給至地下存儲區域。
27、 一種用於產生動力的設備，該設備包括(a) 具有空氣壓縮機、空氣膨脹器和燃燒器的燃氣輪機；(b) 用於產生氧氣的空氣分離站；來自於空氣分離站的氧氣，來自於燃氣輪機的空氣壓縮機的空氣，蒸汽，以及產生在燃氣輪機中的煙氣氣體，這些氣體都處於壓力下，以燃燒煤層沼氣並且使用受熱燃燒產物和煙氣氣體來驅動所述燃氣輪機；(d) 熱恢復蒸汽發生器，用於從供給至蒸汽發生器的水、藉助與燃氣輪機的煙氣氣體進行的熱交換來產生蒸汽；(e) 蒸汽輪機，適於由在蒸汽發生器中產生的蒸汽的至少一部分驅動；(f) 一系統，用於當該設備以煤層沼氣、來自於空氣分離站的氧氣、(i )來自於燃氣輪機的通過熱恢復蒸汽發生器的一部分煙氣氣體流供給至燃氣輪機的燃燒器，以及(ii)來自於燃氣輪機的通過熱恢復蒸汽發生器的另一部分煙氣氣體流供給至適當的地下存儲區域。
28、根據權利要求27所述的設備，包括用於將產生在蒸汽發生器中的一部分蒸汽供給至燃氣輪機的燃燒器的裝置。
全文摘要
公開一種用於在不排放CO2的情況下在動力站中產生動力的方法和設備。該方法包括分離從地下沉積層抽取的水和煤層沼氣，在動力站中使用煤層沼氣作為操作燃氣輪機的能量源並最終發電，在動力站中使用水，例如在動力站的冷卻水迴路中。該方法包括分離地或組合地將蒸汽供給至燃氣輪機的燃燒器。
文檔編號F02C3/20GK101490388SQ200780027109
公開日2009年7月22日 申請日期2007年6月1日 優先權日2006年6月1日
發明者內洛·尼格羅 申請人:Bhp比利頓創新公司