[go: up one dir, main page]

NO20200450A1 - Et CO2-innfangnings-system og fremgangsmåte - Google Patents

Et CO2-innfangnings-system og fremgangsmåte Download PDF

Info

Publication number
NO20200450A1
NO20200450A1 NO20200450A NO20200450A NO20200450A1 NO 20200450 A1 NO20200450 A1 NO 20200450A1 NO 20200450 A NO20200450 A NO 20200450A NO 20200450 A NO20200450 A NO 20200450A NO 20200450 A1 NO20200450 A1 NO 20200450A1
Authority
NO
Norway
Prior art keywords
gas
compressor
rich
expander
combustion chamber
Prior art date
Application number
NO20200450A
Other languages
English (en)
Other versions
NO347376B1 (no
Inventor
Knut Erik Børseth
Henrik Fleischer
Original Assignee
Karbon Ccs Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Karbon Ccs Ltd filed Critical Karbon Ccs Ltd
Priority to NO20200450A priority Critical patent/NO347376B1/no
Priority to CA3180134A priority patent/CA3180134A1/en
Priority to PCT/NO2021/050100 priority patent/WO2021210989A1/en
Priority to AU2021255226A priority patent/AU2021255226B2/en
Priority to US17/919,167 priority patent/US12502636B2/en
Priority to PL21736401.7T priority patent/PL4135878T3/pl
Priority to CN202180040718.1A priority patent/CN115803099B/zh
Priority to KR1020227039734A priority patent/KR20230004621A/ko
Priority to ES21736401T priority patent/ES2964852T3/es
Priority to EP21736401.7A priority patent/EP4135878B1/en
Publication of NO20200450A1 publication Critical patent/NO20200450A1/no
Priority to ZA2022/11140A priority patent/ZA202211140B/en
Publication of NO347376B1 publication Critical patent/NO347376B1/no

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/1456—Removing acid components
    • B01D53/1475—Removing carbon dioxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/1431—Pretreatment by other processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46—Removing components of defined structure
    • B01D53/62—Carbon oxides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/77—Liquid phase processes
    • B01D53/78—Liquid phase processes with gas-liquid contact
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D1/00—Controlling fuel-injection pumps, e.g. of high pressure injection type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K3/00—Plants including a gas turbine driving a compressor or a ducted fan
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J15/00—Arrangements of devices for treating smoke or fumes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J15/00—Arrangements of devices for treating smoke or fumes
    • F23J15/006—Layout of treatment plant
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J15/00—Arrangements of devices for treating smoke or fumes
    • F23J15/06—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of coolers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2251/00—Reactants
    • B01D2251/30—Alkali metal compounds
    • B01D2251/306—Alkali metal compounds of potassium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2251/00—Reactants
    • B01D2251/60—Inorganic bases or salts
    • B01D2251/606—Carbonates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/50—Carbon oxides
    • B01D2257/504—Carbon dioxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2258/00—Sources of waste gases
    • B01D2258/02—Other waste gases
    • B01D2258/0283—Flue gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J2215/00—Preventing emissions
    • F23J2215/50—Carbon dioxide
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/32—Direct CO2 mitigation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Fittings On The Vehicle Exterior For Carrying Loads, And Devices For Holding Or Mounting Articles (AREA)
  • Gas Separation By Absorption (AREA)
  • Electrotherapy Devices (AREA)

Description

Acapo ref: P19849NO00 Karbon CCS ny norsk patentsøknad Oppfinner Knut Børseth og Henrik Fleischer.
Oppfinnelsens tittel
Et CO2-innfangnings-system og fremgangsmåte.
Innledning
Foreliggende oppfinnelse er en CO2-innfangnings-prosess. I utførelser av oppfinnelsen er den enkel å implementere ved å konvertere en gassturbin. Oppfinnelsen vil for eksempel kunne inngå i forbindelse med en annen gassturbin som generer 60 millioner Watt eller mer, samtidig som man på en giftfri måte kan ekstrahere så godt som all den CO2 som gassturbinen genererer, slik at all denne CO2 kan lagres under trykk i reservoarer, benyttes som trykkstøtte ved oljeproduksjon eller inngå som en del av råstoffet til industriell produksjon. Oppfinnerne har kommet fram til en økonomisk bærekraftig prosess.
Nærmere bestemt er den en CO2-innfangnings-prosess omfattende følgende trinn:
- man komprimerer CO2-rik eksosgass (6g) fra en ekstern første kilde (6s) gjennom en kompressor (2) og danner en komprimert, første CO2-rik gass (6r), og, for å foregripe begivenhetens gang, sender den komprimerte CO2-rike gassen (6r), samt en andre CO2-rik gass (15r) dannet i prosessen nedstrøms fra kompressoren (2), ut til en karbonfangstkrets som returnerer den nå CO2-fattige gassen (60L) (L for "Lean") tilbake til en expander (3) som fortrinnsvis er koblet på samme hovedaksling som kompressoren (2), og som derved gjenvinner energi i den CO2-fattige gassen (60L).
Bakgrunnsteknikk
Søkeren har selv en patentsøknad publisert som WO2019172772 som benytter en lignende konstruksjon med kompressor, et etterbrenningskammer, og en ekspander, og hvor røykgass fra etterbrenningskammeret sirkuleres ut for varmeveksling og CO2-ekstraksjon i et såkalt Hot Potassium Carbonate (HPC) anlegg.
Kort sammendrag av oppfinnelsen
Oppfinnelsen er et apparat og en CO2-innfangningsprosess omfattende følgende trinn:
- man komprimerer CO2-rik eksosgass (6g) fra en [ekstern] første kilde (6s) gjennom en kompressor (2) og danner en komprimert, første CO2-rik gass (6r),
- man brenner fuel (14f) via brennere (13) med komprimert luft (15c) i et brennkammer (11) og danner en andre CO2-rik gass (15r) som er under trykk,
- den første komprimerte CO2-rike gassen (6r) blandes inn i og kjøler den andre CO2-rike gassen (15r) og danner en resulterende tredje, trykksatt CO2-rik gass (60r);
Acapo ref: P19849NO00 Karbon CCS ny norsk patentsøknad Oppfinner Knut Børseth og Henrik Fleischer.
- denne tredje, trykksatte CO2-rike gassen (60r) ledes ut gjennom en HPHT-varmeveksler (16) som varmeveksler den varmere tredje CO2-rike gassen (60r) med en kaldere returnerende trykksatt CO2-fattig gass (60L) fra et CO2-gjenvinningsanlegg (100),
- hvor den kjølte tredje CO2-rike gassen (60r) sendes videre fra varmeveksleren (16) via et rør (17) til et CO2-ekstraksjonsanlegg (100), og hvor den resulterende kaldere CO2-fattige gassen (60L) returneres via en linje (18) til og varmes gjennom HPHT varmeveksleren (16),
- hvor den returnerte oppvarmede CO2-fattige gassen (60L) ekspanderes gjennom en ekspander (3).
Apparatet og underordnede trekk ved oppfinnelsen er definert i det vedlagte kravsettet.
Figurforklaring
Oppfinnelsen er illustrert i de vedlagte tegningene, hvor
Fig.0 er en illustrasjon over noen av de sentrale trekkene ved utførelser av oppfinnelsen, bortsett fra CO2-ekstraksjonsanlegget (100) ikke er vist her, og tegningen viser en konvertert gassturbin for mottak av en første CO2-rik eksosgass (6g), hvor toppene av de opprinnelige brennkamrene (19) er erstattet med utganger til en manifold (8) for den komprimerte første CO2-rike gassen (6r) til ett eller to Silo Type brennkammer (11) for tilført komprimert luft (15c) med tilført fuel NG (14f), hvor den kaldere tilførte CO2-rike gassen (6r) blandes med og kjøler ned den resulterende andre CO2-rike gassen (15r) nedstrøms for brennerne (13), og utgjør en CO2-rik gass (60r) som får en ikke unødig høy temperatur og sendes via en HPHT-varmeveksler (16) ut til og tilbake fra CO2-ekstraksjonsanlegget (100) via en andre manifold (9) og inn på stammen (19) av de opprinnelige brennkamrene som en CO2-fattig eksosgass (60L), og ut via ekspanderen (3).
Fig.1 illustrerer en utførelse av oppfinnelsen mer i detalj, og gir en oversikt over brennkammeret (11) som har en vegg (11W) med spalter (12) for den kjølende komprimerte CO2-rike eksosgassen (6r) .
En vesentlig fordel ved arrangementet er at fordi man skal ikke behøver å benytte brennere konstruert for å brenne komprimert eksosgass (6r) med et sterkt redusert O2-innhold, men brennere (13) for komprimert luft (15c) og trykksatt fuel (14f) injisert oppstrøms for brennerne (13); man kan anvende ordinære brennere nærmest "off the shelf", og bruke ordinære blandingsforhold mellom luft og fuel, noe som gir økonomiske besparelser ved konstruksjon og beregninger, og en renere forbrenning av fuel (14f), uten at man må foreta spesielle modifikasjoner. Brennkammeret (11) er i en utførelse utstyrt med keramiske fliser med den kjøligere CO2-rike gassen (6r) kjøler ned veggen Acapo ref: P19849NO00 Karbon CCS ny norsk patentsøknad Oppfinner Knut Børseth og Henrik Fleischer.
(11w) av forbrenningskammeret (11). Lav røykgass utgangstemperatur fra forbrenningskammeret (11) og bidrar til å forebygge korrosjon. Dette gjør også at man kan benytte rimeligere stålkvaliteter enn om temperaturen i brennkammeret hadde vært omkring 1500 g Celsius som er normal utgangs temperatur til ekspander for moderne gass turbiner.
Fig.2 illustrerer i perspektivisk riss utløpet (5) fra kompressoren (2) for komprimert, CO2-rik gass (6r) ut via den koaksiale casingen (19) (dvs. en av de koaksiale casingene (19)) og casingens indre koaksiale returløp for den returnerende CO2-fattige gassen (60L) under høyt trykk (P) som skal tilbake til expanderen (3). I dette tilfellet er casingene skrått orientert i forhold til den konverterte gassturbinens (2, 3) aksling, slik som også er illustrert i Fig.1. Videre viser tegningen et radielt utløp fra utløpet (5) til en ringmanifold (8) som leder videre ut til kappen (10) som omgir brennkammeret (11), og et returløp fra varmeveksleren (16) for den CO2-fattige gassen (60L) tilbake til ringmanifolden (9) som leder tilbake til expanderen (3). En betydelig fordel ved dette arrangementet med ringmanifolder er den jevne termiske ekspansjon omkring casingen som forhindrer termiske spenninger i anlegget.
Fig.3 illustrerer en utførelse av oppfinnelsen som utgjør en forbedring av utførelsen fra Fig.2. Fig.3 er en delvis prinsippskisse av en konvertert gassturbin som inngår i oppfinnelsen ved en kompressor (2) til venstre og en expander (3) til høyre i øverste del av bladet. Den første CO2-rike komprimerte gassen (6r) løper fra kompressoren (2) over i et snitt og riss av en konvertert brennercasing (19) og over i et snitt av den første tur-ringmanifolden (8) videre ut i brenneren (11) og videre til kjøling i HTHP heat exhanger (16), og derfra ut på CO2-ekstraksjonsanlegget (100), hvorfra CO2-fattig gass (66L) returnerer til HTHP-varmeveksleren (16). Det nye i denne utførelsen er at ledningen for komprimert luft kjøler kappen ved at den løper inn i toppen på HTHP varmeveksleren (16) og løper videre som røret (15) til toppen av brennkammeret (16) fremdeles under høyt trykk (P) men nå forvarmet, og injiseres med fuel (14f) og antennes av brennerne (13).
Fig.4 tilsvarer Fig.3 men er et delvis snitt og riss av ringmanifoldene (8) og (9), samt brennkammeret (11) i kappen (10). Videre er det vist et vertikalsnitt av varmeveksleren (16) med dens luftkjølte kappe for trykklufttilførselen som danner en del av banen for trykkluften i rørene (15) som ender opp i toppen av brennkammeret (11).
Fig.5 er av en utførelse av oppfinnelsen ifølge Fig.3 og 4 og er et snitt og delvis riss sett aksielt i kompressoren (2) og expanderen (3) akse, og her er ringmanifolden og minst ett av to mulige par av brennkammer (11) - og varmeveksler (16) vist. Denne figuren kan være symmetrisk, her vises bare Acapo ref: P19849NO00 Karbon CCS ny norsk patentsøknad Oppfinner Knut Børseth og Henrik Fleischer.
halvparten. Her kan det være to brennkammere (11) og to varmevekslere (16), koblet til ett felles eller to separate CO2-fangstanlegg og I denne utførelsen er casingene (19) ut til og fra manifoldrørene (8), hhv. (9) radielt rettet og de termiske spenningene blir svært lave.
Fig.6 er et perspektivriss av en SGT A-65 gassturbin som kan konverteres til å benyttes i foreliggende oppfinnelse, hvor gassturbinen her er vist med det som etter konverteringen blir generator (G) til venstre, inntak (6) for CO2-rik eksos (6g), kompressor (2), casinger ('19') med brennertopper (som skal fjernes) og konverteres til casinger (19) for utløp og retur, og expander (3) til høyre. De radielle casingene (19) tilsvarer dem vist i Fig.3, 4, og 5.
Fig.7 er et strømningsdiagram over CO2-ekstraksjonsanlegget (100) som inngår i en utførelse av oppfinnelsen.
Beskrivelse av utførelser av oppfinnelsen
Oppfinnelsen er et CO2-innfangnings-system omfattende følgende trekk:
- et inntak (6) for CO2-rik eksosgass (6g) fra en ekstern første kilde (6s) til en kompressor (2) og ett eller flere utløp (5) for komprimert første CO2-rik gass (6r) under høyt trykk (P) til en manifold (8) til et skall (10) som omslutter i det minste deler av et brennkammer (11) med vegg (11w),
- hvor brennkammeret (11) omfatter brennere (13) innrettet til å brenne fuel (14f) og komprimert luft (15c) tilført under trykk (P) fra en fuel ledning (14) og et lufttilførselsrør (15) henholdsvis for å danne en andre CO2-rik gass (15r) som forbrenningsgass,
- hvor det er anordnet spalter (12) i veggen (11w) i brennkammeret (11) for å slippe inn den komprimerte CO2-rike gassen (6r) for å blandes med og kjøle den forbrente CO2-rik gass (15r) dannet i brennkammeret (11) til en CO2-rik eksosgass (60r) (merk at den komprimerte CO2-rike gassen (6r) det vesentlige ikke deltar i forbrenningen av fuel (14f) og komprimert luft (15c); den slippes inn nedstrøms for forbrenningen og tynner den andre CO2-rike gassen (15r));
- en varmeveksler (16), fortrinnsvis en HPHT-varmeveksler, innrettet til å operere under trykket (P) som er fortrinnsvis over 12 Bar, og varmeveksle den varme CO2-rike eksosgassen (60r) fra brennkammeret (11) med returnerende CO2-fattig eksosgass (60L) fra et CO2-ekstraksjonsanlegg (100) under hovedsakelig det høye trykket (P),
- hvor den returnerte, nå oppvarmede CO2-fattige eksosgassen (60L) ledes via en manifold (9) tilbake på en ekspander (3) som driver kompressoren (2) og CO2-ekstraksjonsanlegget (100), og ut via et utløp (7).
Acapo ref: P19849NO00 Karbon CCS ny norsk patentsøknad Oppfinner Knut Børseth og Henrik Fleischer.
Høytrykksluften (15c) ledes ifølge oppfinnelsen kun til forbrenning av fuel (14f) ved brennerne (13) og danner den andre CO2-rike gassen (15r), og innblanding med eksosgass (6r) fra kompressoren (2) skjer først nedstrøms av danneksen av den andre CO2-rike gassen (15r) . Dette er et vesentlig moment ved oppfinnelsen: Dermed kan høytrykksluften (15c) ledes kun til brennerne (13) og brennes sammen med fuel (14f) uten blanding med den oksygenfattige komprimerte røykgassen (6r) fra kompressoren (2). Dette gjør at man kan anvende ordinære brennere (13) og unngå forbrenning av fuel ved lave oksygenkonsentrasjoner, noe som forenkler anlegget, gir en hurtigere og enklere forbrenning, og senker den resulterende temperaturen i den resulterende CO2-rike røykgassen (60r).
Foreliggende oppfinnelse er en CO2-innfangnings-prosess. Nærmere bestemt er den en CO2-innfangnings-prosess omfattende følgende trinn:
- man komprimerer CO2-rik eksosgass (6g) fra en ekstern første kilde (6s) gjennom en kompressor (2) og danner en komprimert, første CO2-rik gass (6r), og, for å foregripe begivenhetens gang, sender den komprimerte CO2-rike gassen (6r), samt en andre CO2-rik gass (15r) dannet i prosessen nedstrøms fra kompressoren (2), som til sammen danner en CO2-rik gass (60r), ut til en karbonfangstkrets (100) som returnerer den nå CO2-fattige gassen (60L) (L for "Lean") tilbake til en expander (3) som fortrinnsvis er koblet på samme hovedaksling som kompressoren (2), og som derved gjenvinner energi i den CO2-fattige gassen (60L).
Merk noen momenter:
a) Dette, altså foreliggende oppfinnelse, er ikke en gassturbin, men ser til forveksling ut som en gassturbin. Men forskjellene er helt vesentlig. Oppfinnelsen benytter fordelaktig en konvertert gassturbin med relativt små modifikasjoner av selve utgangspunktet som er en gassturbinen, og man kan benytte eksisterende "hyllevare" gassturbiner som "SGT-300 industrial gas turbine" med skråstilte gassbrennere i forhold til turbinaksen, Se Fig.0, eller "SGT-A65 (Industrial Trent 60) Aeroderivative gas turbine", vennligst se Fig.6, med radielle gassbrennere i forhold til turbinaksen, og hvor kompressorene (2) og ekspanderne (3) benyttes som opprinnelig designet, også i forhold til hverandre, og hvor man i begge tilfellene demonterer toppene av brennerne og kobler den komprimerte gasstrømmen ut til å løpe gjennom deler av et brennkammer, og den indirekte returnerende gasstrømmen inn igjen til ekspanderen.
b) En betydelig forskjell mellom de nevnte gassturbinene og foreliggende oppfinnelse er at gassturbinene genererer, via deres elektrisk generator koblet på akslingen på den kalde siden, energi for eksport, mens i foreliggende oppfinnelse vil energien i den komprimerte CO2-rike gassen (6r) og ytterligere energi som utvikles i et brennkammer (11) modifisert/justert for oppfinnelsen, i seg selv brukes til å drive CO2-innfangningsprosessen under trykk (P), inklusive CO2-gjenvinningsanlegget Acapo ref: P19849NO00 Karbon CCS ny norsk patentsøknad Oppfinner Knut Børseth og Henrik Fleischer.
som i seg selv krever energi, samt til å drive en andre kompressor som skal levere komprimert luft og fuel inn i prosessen for å brennes.
c) Det tas ut en viss mengde CO2 via CO2-ekstraksjonsanlegget. For å kompensere for denne CO2-gass-massen som tas ut mellom kompressoren (2) og ekspanderen (3), tilføres fuel og komprimert luft til en brenner i et brennkammer underveis i prosessen. Massen av den tilførte luft og fuel (justert for sin "tapte" andel av CO2) danner en masse av CO2-fattig gass (15L) som balanserer opp massen som løper gjennom expanderen (3) slik at man kan benytte kompressor (2) og expander (3) fra en "standard" gassturbin uten oppgradering av aksial lagere, som man konverterer for vårt bruk. Sagt med andre ord: systemet er egentlig en konvertert gassturbin som ellers er designet for å skulle drive en generator, over til en effektiv kompressor som mater røykgass over til et anlegg for trykksatt CO2-fangst, og hvor et kompensasjonsgassvolum for den totale ekstraherte CO2 dannes ved brenning av luft og fuel, i den hensikt å få balansert massen gjennom kompressoren med massen gjennom expanderen.
d) Foreliggende oppfinnelses prosess stjeler ikke energi fra den gassturbinen som eventuelt leverer sin ekshaustgass (6g) til seg, den forbruker energi fra fuel (14) tilført i sin egen prosess. Denne fuel (14) er i seg selv en utgift for å drive prosessen og den koster selvfølgelig det den gjør, men man vil, under de rådende forhold, få betalt for den CO2 som innfanges i CO2-gjenvinningsanlegget fordi myndigheter i USA, gir en skattekreditt for hvert tonn CO2 som fanges inn tillegg til det Olje produsenter betaler ved å benytte CO2 til øket olje produksjon, såkalt EOR: Enhanced Oil Recovery. En av de betydelige fordelene ved foreliggende oppfinnelse er at man kan få like mye (eller betydelig mer) kompensasjon per tonn innfanget CO2 enn det man forbruker i vår foreliggende prosess. e) Foreliggende oppfinnelse oppnår å øke trykket (P) i røykgassen vesentlig, til minst 8 og fortrinnsvis over 12 Bar, eller over 16 Bar, eller ytterligere fortrinnsvis over 19 Bar, og reduserer dermed volumet og varmebehovet for CO2-innfangningsanlegget i meget stor grad, samtidig som det muliggjør høytrykks-innfangnings prosessen i CO2-ekstraksjonsanlegget (100) som er foreslått som en utførelse av foreliggende oppfinnelse.
f) En vesentlig forskjell er at foreliggende oppfinnelse med fordel kan utnytte gassturbinens gassbrenner-casinger og deres koaksiale returrør, og toppen av disse fjernes og man monterer en overgang til utløpsmanifold (8) for komprimert eksosgass (6c)- og returmanifold (9) for CO2-fattig returgass (6L, 15L) tilbake til ekspanderen. Grovt sett kobler man et stort Silo Type brennkammer (11) på utløpsmanifolden (8) hvor brennkammeret (11) er koblet videre til en varmeveksler (16) og videre til CO2-fangstanlegget (100), og hvor returen via varmeveksleren (16) løper tilbake til returmanifolden (9) og til ekspanderen (3).
g) En vesentlig forskjell fra vår egen prior art er at brennkammeret (11) ikke er et etterbrenningskammer, men brennkammer. Forskjellen er betydelig. Der skjer i foreliggende Acapo ref: P19849NO00 Karbon CCS ny norsk patentsøknad Oppfinner Knut Børseth og Henrik Fleischer.
oppfinnelse ikke noen etterbrenning av betydning, men en innblanding av komprimert eksosgass (6c) som tynner og kjøler CO2-rik forbrent gass (15r) dannet av komprimert luft (15c) og fuel (14f) som forbrennes i et parti av brennkammeret før dette svært varme CO2-rike forbrenningsproduktet (15r) dannet i brennkammeret (11) av (15c, 14f) blandes med kaldere eksos. En svært viktig fordel av oppfinnelsen er at det på denne nye måten ikke oppstår høyere temperatur i brennkammerets utløpsdel og varmeveksleren enn at man kan benytte stålkvaliteter av vanlig type i høytrykksvarmeveksleren (16) og dermed unngå svært dyre stålkvaliteter og ellers unngå høytemperaturkorrosjon (oksydasjon) i en ellers spesielt høytemperatursutviklet høytrykkshøytemperatur-varmeveksler som ellers skulle tåle fullstendig etterbrenning (som man i foreliggende oppfinnelse unngår).
Tapet for trykket (P) underveis i CO2-ekstraksjonsanlegget er ubetydelig, og ligger i området 0.4 Bar.
Reguleringssystem
I en utførelse av oppfinnelsen har systemet et reguleringssystem (9) innrettet til å regulere tilførselen av massen av komprimert luft (15c) og fuel (14f) hovedsakelig likt i forhold til den ekstraherte CO2-massen i CO2-ekstraksjonsanlegget slik at gassmassen (60L) som løper ut på ekspanderen (3) tilsvarer gassmassen (6g) som løper inn gjennom kompressoren (2).
Trykkforhold
I en utførelse av oppfinnelsen er trykket slik i CO2-innfangningssystemet omfattende utgangen fra kompressoren (2), manifoldene (8, 9), brennkammeret (11), (HPHT-)varmeveksleren (16), ekstraksjonsanlegget (100), og inngangen på ekspanderen (3) innrettet slik at trykket (P) i de CO2-rike gassene (6r, 15r, 60r) og den resulterende CO2-fattige gassen, 60L) er over 12 Bar, fortrinnsvis over 16 Bar, og ytterligere fortrinnsvis over 19 Bar.
CO2-ekstraksjon basert på K2CO3
Ifølge en utførelse av oppfinnelsen er CO2-ekstraksjonsanlegget (100) er et såkalt Hot Potassium Carbonate K2CO3 - anlegg hvor ekstraksjonsanlegget (100) omfatter en absorpsjonskolonne (21) som opererer under det høyt trykket (P) og med absorbsjonsmedium omfattende en blanding av vann og Kaliumkarbonat K2CO3, hvor reaksjonen i absorpsjonskolonnen (21) er;
CO2 K2CO3 H2O = 2KHCO3.
Elektrisk generator og startmotor
Acapo ref: P19849NO00 Karbon CCS ny norsk patentsøknad Oppfinner Knut Børseth og Henrik Fleischer.
Ifølge en utførelse av oppfinnelsen er en elektrisk generator / startmotor (G) er koblet til kompressoren (2) og ekspanderen (3), som for øvrig fortrinnsvis står på en felles aksel, og fortrinnsvis på den kalde siden ved innløpet (6), og hvor generatoren (G) genererer energi gjenvunnet i ekspanderen (3) til å drive prosessen i kompressoren (2), CO2-ekstraksjonsanlegget (100) og systemet for øvrig.
I en videre utførelse er den elektriske generatoren / startmotoren (G) er koblet til kompressoren (2) og innrettet til å trykksette systemet før oppstart, og hvor energi til den elektriske motoren (G) tas utenfra, fra nettet eller fortrinnsvis fra en generator i et varmekraftverk som også produserer den første CO2-rike gassen (6s).
I en utførelse av oppfinnelsen er brennkammeret (11) er et silo-type brennkammer (11).
Ringmanifolder
I en utførelse av oppfinnelsen er den første og andre manifolden (8) og (9) anordnet som ringmanifolder anordnet omkring casingene (19) og tilkoblet utløpet (5) fra kompressoren (2) og tilbakeløpet til ekspanderen (3) , hvor casingene (19) er det som ellers utgjør brennere (19') på en konvertert gassturbin, men hvor brennertoppen er tatt bort.
I en utførelse av oppfinnelsen er utløpet (5) fra kompressoren (2) et koaksialt utløp (5) omkring et modifisert tilbakeløp (19) fra casingen mellom kompressoren (2) og expanderen (3) som ellers brukes til en av brennerne (19') i en gassturbin.
Forvarming av høytrykksluften
Ifølge en utførelse av oppfinnelsen er trykkluftledningen (15) ledet via en kjølekappen på HPHT-varmeveksleren (16) innrettet til å kjøle varmevekslerens (16) trykkskall kombinert med å forvarme høytrykksluften (15c) før injeksjonen på toppen av forbrenningskammeret (11). (se Fig.4).
I en utførelse av oppfinnelsen er nedre del av brennkammeret (11) i skallet (10) kledd innvendig med av keramiske fliser (10f) for skjerming av stålingsvarme fra forbrenningsprosessen av fuel (14f) og komprimert luft (15c) ved brennerne (13).
Metoden i oppfinnelsen
Ovenfor har vi beskrevet systemet for CO2-innfangning. Her følger den tilsvarende beskrivelsen av metoden i oppfinnelsen, som er en CO2-innfangningsprosess omfattende følgende trinn:
Acapo ref: P19849NO00 Karbon CCS ny norsk patentsøknad Oppfinner Knut Børseth og Henrik Fleischer.
- man komprimerer CO2-rik eksosgass (6g) fra en ekstern første kilde (6s) gjennom en kompressor (2) og danner en komprimert, første CO2-rik gass (6r),
- man brenner fuel (14f) via brennere (13) med komprimert luft (15c) i et brennkammer (11) og danner en andre CO2-rik gass (15r) som er under trykk (P),
- den første komprimerte CO2-rike gassen (6r) blandes inn i og kjøler den andre CO2-rike gassen (15r) og danner en resulterende tredje, trykksatt CO2-rik gass (60r);
- denne tredje, trykksatte CO2-rike gassen (60r) ledes ut gjennom en varmeveksler (16), fortrinnsvis en høyttrykk-høytemperatur-varmeveksler, som varmeveksler den varmere tredje CO2-rike gassen (60r) med en kaldere returnerende trykksatt CO2-fattig gass (60L) fra et CO2-ekstraksjonsanlegg (100),
- hvor den kjølte tredje CO2-rike gassen (60r) sendes videre fra varmeveksleren (16) via et rør (17) til et CO2-ekstraksjonsanlegg (100), og hvor den resulterende kaldere CO2-fattige gassen (60L) returneres via en linje (18) til og varmes gjennom varmeveksleren (16),
- hvor den returnerte oppvarmede CO2-fattige gassen (60L) ekspanderes gjennom en ekspander (3).
I en utførelse av oppfinnelsen, ved at vi bare får 760 C ut fra brennkammeret (11) her, i stedet for 1050 C dersom man ellers skulle bruke en etterbrennerteknologi, blir det enklere å konstruere og bygge varmeveksler (16) fordi vi kan anvende “hyllevare” varmeveksler (16) i stedet for en høytemperaturbestandig varmeveksler.
Vesentlige fordeler ved oppfinnelsen Vi får altså tryksatt forbrenning, og trykksatt rensing. Vi oppnår nå i en utførelse å få servert 19.5 Bar (eller høyere trykk) flue gas fra 6, og får dermed en høy virkningsgrad av CO2-gjenvinningsanlegget (100) og reduserer footprint helt vesentlig. Dette forbedrer virkningsgraden og reduserer kostnadene over prior art betydelig, også den som vi selv har deltatt i utviklingen av.
Balansert masse inn og ut
Ifølge en utførelse av metoden i oppfinnelsen blir den tilførte massen av komprimert luft (15c) og fuel (14f) regulert hovedsakelig likt i forhold til den ekstraherte CO2-massen i CO2-ekstraksjonsanlegget slik at gassmassen (60L) som løper ut på ekspanderen (3) tilsvarer gassmassen (6g) som løper inn gjennom kompressoren (2), dvs. at tilsatsgassen (15c, 14f) som brennes i brennkammeret (justert for dens CO2-innhold) tilsvarer massen av CO2 som tas ut i ekstraksjonsanlegget (100), og at man derved kan benytte eksisterende gassturbinkonstruksjoner som basis for utførelser av oppfinnelsen. Dette sparer mye utviklingskostnader og gjør at man kan spare mye tid i byggingen av utførelser av oppfinnelsen.
Acapo ref: P19849NO00 Karbon CCS ny norsk patentsøknad Oppfinner Knut Børseth og Henrik Fleischer.
Trykkforhold
Som nevnt tidligere er trykket i de CO2-rike gassene (6r, 15r, 60r, 60L) i prosessen mellom utløpet av kompressoren (2) og innløpet til expanderen (3) over 12 Bar, fortrinnsvis over 16 Bar, og ytterligere fortrinnsvis over 19 Bar.
Hot Potassium Carbonate - prosess
I CO2-innfangnings-prosessen ifølge oppfinnelsen, anvendes det i CO2-ekstraksjonsanlegget (100) en såkalt Hot Potassium Carbonate (HPC) - prosess. Fortrinnsvis opererer CO2-ekstraksjonsanlegget (100) hovedsakelig under gasstrykket i gassen (60r, 60L) tilsvarende det fra kompressoren (2), og i brennkammeret (11) og varmeveksleren (16), og videre tilbake til ekspanderen (3). Ekspanderen (3) opererer under et trykk tilsvarende det i brennkammeret (11) med fradrag av et trykktap på ca.0.4 Bar som skjer i rør, varmevekslere, NOx absorpsjons enhet (SCR) (30), kjele for oppvarming av absorpsjonsveske (31) og sentrifuge (28).
Ifølge en utførelse av oppfinnelsen anvendes det i ekstraksjonsanlegget (100) en absorpsjonskolonne (21) med absorbsjonsmedium omfattende en blanding av vann og Kaliumkarbonat K2CO3, hvor reaksjonen i absorpsjonskolonnen (21) er
CO2 K2CO3 H2O = 2KHCO3
Denne ligningen er støkiometrisk balansert.
Ifølge en utførelse av metoden i oppfinnelsen er en elektrisk generator / startmotor (G) er koblet til kompressoren (2) og ekspanderen (3), fortrinnsvis på en felles aksel, og fortrinnsvis på den kalde siden ved innløpet (6), og hvor generatoren (G) genererer energi gjenvunnet i ekspanderen (3) til å drive prosessen i kompressoren (2), CO2-ekstraksjonsanlegget (100) og systemet for øvrig.
Generatorens kapasitet vil dekke systemets hjelpesystemer for pumping av drivstoff, smøreoljer, komprimering av luft, etc., og generatoren kan kobles om til å fungere som startmotor for å dekke hele prosessens hjelpesystemer slik at man får trykksatt hele systemet ved hjelp av kompressoren (2) før oppstart av brennerne (13), CO2- ekstraksjonsanlegget (100), trykkinjeksjon av drivstoff (14f), kompresjon for tilførsel av tilførselsluft (15c), sirkulasjon av smøreoljer, etc.
Ifølge en utførelse tilføres den første CO2-rike eksosgassen (6s) fra en ekstern gassturbin (6s). I en annen utførelse er kilden et kullfyrt varmekraftverk (6s), eller en sementfabrikk, en raffineri cracker, eller et søppelforbrenningsanlegg, som leverer den CO2-rike eksosgassen (6g).
Acapo ref: P19849NO00 Karbon CCS ny norsk patentsøknad Oppfinner Knut Børseth og Henrik Fleischer.
Vi viser så til Fig.7:
Den konverterte gassturbinens funksjon begrenses hovedsakelig til å komprimere røykgass fra eksterne kilder, samt generere tilstrekkelig elektrisk kraft i generatoren (G) for å drive turbinens hjelpesystemer. Generatoren (G) har også funksjon som start motor. Absorber (21) vil operere ved et høyt trykk (P) 12 Bar eller høyere. Dette gir at en miljøvennlig absorbent med lav selektivitet kan benyttes som Kaliumkarbonat (K2CO3). Videre, sammenlignet med absorbsjon ved atmosfæretrykk vil Absorber (21) kostnad bli redusert til Ca.1/12. Ved atmosfæretrykk kan kun absorbenter med høy selektivitet benyttes som MonoEtylenAmine. MEA blir tilsatt kostbare kjemikalier som reduserer degenerering, korrosjon, skumdannelser og etablering av blokkerende stabile salter. Videre vil røykgassutslipp fra et slikt anlegg til atmosfæren inneholde kreftfremkallende kjemikalier som Nir – Nitros Aminer. Selv ekstremt lave konsentrasjoner, mer enn 1 Nanogram per. Kubikkmeter, vil utgjøre helsemessige risiki .
I en utførelse av oppfinnelsen er røykgass (60r)-inngangstemperatur til høy temperatur-varmeveksler (16) er valgt til 760 gC (ref. også Fig.1.) Den lave temperaturen på røykgassen skyldes redusert mengde tilført naturgass til brennere (13). Standard brennere kan benyttes ved at brennere tilføres kun luft, komprimert luft (15). Varmeveksleren (16) opererer med røykgasstemperaturer på et nivå som er tilstrekkelig lavt til at den kan kjøpes med operasjonsgarantier. Videre er temperaturene så lave at høytemperatur oksidasjon unngås.
I en utførelse av oppfinnelsen: Fra varmeveksleren (20) ledes røykgassen (60r) med en temperatur på 275 Celsius til en dyse (27) for innmating av Ammoniakk (NH3). Nedstrøms dysen blandes NH3 og røykgassen i et rør med «guide vanes» oppstrøms NOx innfangnings enheten (30) som kan operere ved Selective Catalytic Reduction (SCR). Enheten opererer helst ved en optimal temperatur på 270 grader Celsius. Fra SCR (30) ledes røykgassen med en rørledning til en Kjele (31) for oppvarming av absorpsjonsvesken.
Dette arrangement er kostnadsreduserende sammenlignet med konvensjonell oppvarming med damp. Fra Kjelen (31) ledes røykgassen til en Sentrifuge (28). Sentrifugen skiller ut vann fra røykgassen. Dette er meget fordelaktig da vanntilførsel til, og forurensning av absorpsjonsvesken i absorber (21) forhindres.
Vann utskilt fra Sentrifuge (28) ledes til et selv rensende filter (26). Fra Filteret ledes vannet til en høytrykks pumpe (25). Deretter ledes vann under høyt trykk til dyser i varmegjenvinningsenheten (24) (Heat Recovery Unit) slik at temperaturen på røykgass fra absorber (21) økes før inngang tilbake til varmeveksleren (20).
Gassbrennerne (13) vil altså operere på ren luft.
Acapo ref: P19849NO00 Karbon CCS ny norsk patentsøknad Oppfinner Knut Børseth og Henrik Fleischer.
I en utførelse av oppfinnelsen kan man ta utgangspunkt i en gassturbin SGT5-2000E – 187 MW / 50 Hz.
I forbrenningskammer ('19')
CO2-rik gass (6r) vil ikke løpe inn til toppen av silo-type forbrenningskammer (11).
Kun trykkluft (15c) og fuel (14f) mates inn i brennerne (13) i toppen av forbrenningskammer (11).
CO2-rik gass (6r) vil sendes inn gjennom spalter (12) i veggen (11w) i brennkammeret for å kjøle og blande seg inn i forbrenningsgassen (15r) fra brennerne (13).
Foreløpige beregninger:
Naturgass som fuel (14f) som mates inn i brennerne (13): 4 Kg/sec
Trykksatt luft (15c) til brennerne (13): 111 Kg/sec
Effekt levert av generator (G): 37 MW
Eksosgass (60r) temperatur ut av forbrenningskammer (11): 756 grader Celsius Returgass (60L) temperatur fra varmeveksler (16) til expander (3): 700 grader Celsius mengde av CO2 fanget: 103 kg/sec.
Oppstart av systemet:
Elektrisk effekt (60 Hz) delivered to statisk frekvensomformer (SFC) til:
- Generator / elektrisk startmotor (G)
- Clutch / gas turbine generator
Effektforbrukere:
Luftkompressor : 43 MW / kjøpt 60 Hz elektrisk effekt.
CO2-ekport kompressor (101); 40 MW / kjøpt 60 Hz elektrisk effekt.
“Catacarb” kompressorer; 10 MW
Tillegsutstyr & utilities; 3 MW
Overskuddseffekt / effektmargin 50 Hz: 24 MW.
Kjøp av ekstern effekt: 83 MW til en estimert pris på 4 cent/Kwh ; 3320 $/h
Vi viser til Fig.1: (1) er en konvertert gassturbin som er utgangspunktet for å bygge foreliggende oppfinnelse. ('4'): er en nå unødvendig kjøleledning fra kompressor (2) til expander (3). Erstattes heller ikke av gassen fra nr.6, fordi expander (3) er følsom for forurensinger. Kjølebehovet for expander (3) vil normalt kreve 5% av totalen fra kompressoren (2), men nå går alt til CO2-fangst. Dette gir 5% forbedring.
Acapo ref: P19849NO00 Karbon CCS ny norsk patentsøknad Oppfinner Knut Børseth og Henrik Fleischer.
Komponentliste:
Acapo ref: P19849NO00 Karbon CCS ny norsk patentsøknad Oppfinner Knut Børseth og Henrik Fleischer.
-

Claims (22)

Acapo ref: P19849NO00 Karbon CCS ny norsk patentsøknad Oppfinner Knut Børseth og Henrik Fleischer. Patentkrav Apparatkrav
1. Et CO2-innfangnings-system omfattende følgende trekk:
- et inntak (6) for CO2-rik eksosgass (6g) fra en ekstern første kilde (6s) til en kompressor (2) og ett eller flere utløp (5) for komprimert første CO2-rik gass (6r) under høyt trykk (P) til en manifold (8) til et skall (10) som omslutter i det minste deler av et brennkammer (11) med vegg (11w),
- hvor brennkammeret (11) omfatter brennere (13) innrettet til å brenne fuel (14f) og komprimert luft (15c) tilført under trykk (P) fra en fuel ledning (14) og et lufttilførselsrør (15) henholdsvis, for å danne en andre CO2-rik gass (15r),
- hvor det er anordnet spalter (12) i veggen (11w) i brennkammeret (11) for å slippe inn den komprimerte CO2-rike gassen (6r) for å blandes med og kjøle den andre CO2-rik gassen (15r) dannet i brennkammeret (11) til en CO2-rik eksosgass (60r);
- en varmeveksler (16) innrettet til å operere under det høye trykket (P) og varmeveksle den varme CO2-rike eksosgassen (60r) fra brennkammeret (11) med returnerende CO2-fattig eksosgass (60L) fra et CO2-ekstraksjonsanlegg (100) under hovedsakelig det høye trykket (P),
- hvor den returnerte, nå oppvarmede CO2-fattige eksosgassen (60L) ledes via en manifold (9) tilbake på en ekspander (3) som driver kompressoren (2) og CO2-ekstraksjonsanlegget (100), og ut via et utløp (7).
2. CO2-innfangnings-systemet ifølge krav 1, omfattende et reguleringssystem (9) innrettet til å regulere tilførselen av massen av komprimert luft (15c) og fuel (14f) hovedsakelig likt i forhold til den ekstraherte CO2-massen i CO2-ekstraksjonsanlegget slik at gassmassen (60L) som løper ut på ekspanderen (3) tilsvarer gassmassen (6g) som løper inn gjennom kompressoren (2).
3. CO2-innfangningssystemet ifølge krav 1 eller 2, hvor kompressoren, manifoldene (8, 9), brennkammeret (11), HPHT-varmeveksleren (16), ekstraksjonsanlegget (100), og ekspanderen (3) er innrettet til trykket (P) i de CO2-rike gassene (6r, 15r, 60r) og den resulterende CO2-fattige gassen, 60L) over 12 Bar, fortrinnsvis over 16 Bar, og ytterligere fortrinnsvis over 19 Bar.
4. CO2-innfangningssystemet ifølge ethvert av de foregående krav, hvor CO2-ekstraksjonsanlegget (100) er et såkalt Hot Potassium Carbonate K2CO3 - anlegg hvor ekstraksjonsanlegget (100) omfatter en absorpsjonskolonne (21) som opererer under det høyt trykket (P) med absorbsjonsmedium omfattende en blanding av vann og Kaliumkarbonat K2CO3, hvor reaksjonen i absorpsjonskolonnen (21) er;
CO2 K2CO3 H2O = 2KHCO3.
Acapo ref: P19849NO00 Karbon CCS ny norsk patentsøknad Oppfinner Knut Børseth og Henrik Fleischer.
5. CO2-innfangnings-prosessen ifølge et av kravene 1 - 4,
- hvor en elektrisk generator / startmotor (G) er koblet til kompressoren (2) og ekspanderen (3), fortrinnsvis på en felles aksel, og fortrinnsvis på den kalde siden ved innløpet (6), og hvor generatoren (G) genererer energi gjenvunnet i ekspanderen (3) til å drive prosessen i kompressoren (2), CO2-ekstraksjonsanlegget (100) og systemet for øvrig.
6. CO2-innfangnings-systemet ifølge ethvert av kravene 10 - 17,
- hvor den elektriske generator / startmotor (G) er koblet til kompressoren (2) og innrettet til å trykksette systemet før oppstart, og hvor energi til den elektriske motoren (G) tas utenfra, fra nettet eller fortrinnsvis fra en generator i et varmekraftverk som også produserer den første CO2-rike gassen (6s).
7. CO2-innfangnings-systemet ifølge ethvert av de foregående krav,
- hvor brennkammeret (11) er et silo-type brennkammer (11).
8. CO2-innfangnings-systemet ifølge ethvert av de foregående krav,
- hvor de første og andre manifoldene (8) og (9) er ringmanifolder anordnet omkring casingene (19) og tilkoblet utløpet (5) fra kompressoren (2) og tilbakeløpet til ekspanderen (3) av det som ellers utgjør brennere på en konvertert gassturbin.
9. CO2-innfangnings-systemet ifølge ethvert av de foregående krav,
- hvor utløpet (5) fra kompressoren (2) er et koaksialt utløp (5) omkring et modifisert tilbakeløp (19) fra casingen mellom kompressoren (2) og expanderen (3) som ellers brukes til en av brennerne (19') i en gassturbin.
10. CO2-innfangnings-systemet ifølge ethvert av de foregående krav,
- hvor trykkluftledningen (15) er ledet via en kjølekappen på HPHT-varmeveksleren (16) innrettet til å kjøle varmevekslerens (16) trykkskall kombinert med å forvarme høytrykksluften (15c) før injeksjonen på toppen av forbrenningskammeret (11).
11. CO2 – innfangnings-systemet ifølge ethvert av de foregående krav,
- hvor høytrykksluften (15c) ledes kun til brennerne (13) uten blanding med luft/røykgass fra kompressoren (2).
Acapo ref: P19849NO00 Karbon CCS ny norsk patentsøknad Oppfinner Knut Børseth og Henrik Fleischer.
12. CO2 – innfangnings-systemet ifølge ethvert av de foregående krav ,
- hvor nedre del av brennkammeret (11) [i skallet (10)] er kledd innvendig med av keramiske fliser (10f) for skjerming av stålingsvarme fra forbrenningsprosessen av fuel (14f) og komprimert luft (15c) ved brennerne (13).
Metodekrav:
13. En CO2-innfangningsprosess omfattende følgende trinn:
- man komprimerer CO2-rik eksosgass (6g) fra en [ekstern] første kilde (6s) gjennom en kompressor (2) og danner en komprimert, første CO2-rik gass (6r),
- man brenner fuel (14f) via brennere (13) med komprimert luft (15c) i et brennkammer (11) og danner en andre CO2-rik gass (15r) som er under trykk,
- den første komprimerte CO2-rike gassen (6r) blandes inn i og kjøler den andre CO2-rike gassen (15r) og danner en resulterende tredje, trykksatt CO2-rik gass (60r);
- denne tredje, trykksatte CO2-rike gassen (60r) ledes ut gjennom en HPHT-varmeveksler (16) som varmeveksler den varmere tredje CO2-rike gassen (60r) med en kaldere returnerende trykksatt CO2-fattig gass (60L) fra et CO2-ekstraksjonsanlegg (100),
- hvor den kjølte tredje CO2-rike gassen (60r) sendes videre fra varmeveksleren (16) via et rør (17) til et CO2-ekstraksjonsanlegg (100), og hvor den resulterende kaldere CO2-fattige gassen (60L) returneres via en linje (18) til og varmes gjennom HPHT varmeveksleren (16),
- hvor den returnerte oppvarmede CO2-fattige gassen (60L) ekspanderes gjennom en ekspander (3).
14. CO2-innfangningsprosessen ifølge krav 13, hvor den tilførte massen av komprimert luft (15c) og fuel (14f) reguleres hovedsakelig likt i forhold til den ekstraherte CO2-massen i CO2-ekstraksjonsanlegget slik at gassmassen (60L) som løper ut på ekspanderen (3) tilsvarer gassmassen (6g) som løper inn gjennom kompressoren (2).
15. CO2-innfangnings-prosessen ifølge et av de foregående krav 13 - 14, hvor trykket i de CO2-rike gassene (6r, 15r, 60r, 60L) i prosessen er over 12 Bar, fortrinnsvis over 16 Bar, og ytterligere fortrinnsvis over 19 Bar.
16. CO2-innfangnings-prosessen ifølge et av de foregående krav 13 - 15, hvor det i CO2-ekstraksjonsanlegget (100) anvendes en såkalt Hot Potassium Carbonate (HPC) - prosess.
17. CO2-innfangningsprosessen ifølge et av de foregående krav 13 - 16, hvor CO2-ekstraksjonsanlegget (100) hovedsakelig opererer under gasstrykket i gassen (60r, 60L) tilsvarende Acapo ref: P19849NO00 Karbon CCS ny norsk patentsøknad Oppfinner Knut Børseth og Henrik Fleischer.
det fra kompressoren (2), og i brennkammeret (11) og varmeveksleren (16), og videre tilbake til ekspanderen (3).
18. CO2-innfangnings-prosessen ifølge et av de foregående krav 13 - 17, hvor det i ekstraksjonsanlegget (100) anvendes en absorpsjonskolonne (21) med absorbsjonsmedium omfattende en blanding av vann og Kaliumkarbonat K2CO3, hvor reaksjonen i absorpsjonskolonnen (21) er
CO2 K2CO3 H2O = 2KHCO3
19. CO2-innfangnings-prosessen ifølge et av krav 13 - 18, hvor en elektrisk generator / startmotor (G) er koblet til kompressoren (2) og ekspanderen (3), fortrinnsvis på en felles aksel, og fortrinnsvis på den kalde siden ved innløpet (6), og hvor generatoren (G) genererer energi gjenvunnet i ekspanderen (3) til å drive prosessen i kompressoren (2), CO2-ekstraksjonsanlegget (100) og systemet for øvrig.
20. CO2-innfangnings-prosessen ifølge ethvert av kravene 13 - 19, hvor den elektriske generator / startmotor (G) er koblet til kompressoren og trykksetter systemet før oppstart, og hvor energi til den elektriske motoren (G) tas utenfra, fra nettet eller fortrinnsvis fra et kraftverk som også produserer den første CO2-rike eksosgassen (6s).
21. CO2-innfangnings-prosessen ifølge ethvert av de foregående krav 13 - 20,
- hvor den første CO2-rike eksosgassen (6s) tilføres fra en ekstern gassturbin (6s).
22. CO2-innfangnings-prosessen ifølge ethvert av de foregående krav 10-18,
- hvor den første kilden (6s) er et kullfyrt varmekraftverk (6s), eller en sementfabrikk, en raffineri cracker, eller et søppelforbrenningsanlegg, som leverer den CO2-rike eksosgassen (6g).
NO20200450A 2020-04-14 2020-04-14 Et system og en fremgangsmåte for CO2‐fangst NO347376B1 (no)

Priority Applications (11)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NO20200450A NO347376B1 (no) 2020-04-14 2020-04-14 Et system og en fremgangsmåte for CO2‐fangst
PL21736401.7T PL4135878T3 (pl) 2020-04-14 2021-04-14 Układ wychwytywania dwutlenku węgla zawierający sprężarkę i ekspander oraz metoda wykorzystania takiego układu
PCT/NO2021/050100 WO2021210989A1 (en) 2020-04-14 2021-04-14 A carbon dioxide capture system comprising a compressor and an expander and a method of using such a system
AU2021255226A AU2021255226B2 (en) 2020-04-14 2021-04-14 A carbon dioxide capture system comprising a compressor and an expander and a method of using such a system
US17/919,167 US12502636B2 (en) 2020-04-14 2021-04-14 Carbon dioxide capture system comprising a compressor and an expander and a method of using such a system
CA3180134A CA3180134A1 (en) 2020-04-14 2021-04-14 A carbon dioxide capture system comprising a compressor and an expander and a method of using such a system
CN202180040718.1A CN115803099B (zh) 2020-04-14 2021-04-14 包括压缩机和膨胀机的二氧化碳捕获系统和使用这种系统的方法
KR1020227039734A KR20230004621A (ko) 2020-04-14 2021-04-14 이산화탄소 포집 시스템 및 이러한 시스템을 사용하는 방법
ES21736401T ES2964852T3 (es) 2020-04-14 2021-04-14 Un sistema de captura de dióxido de carbono y un método de uso de dicho sistema
EP21736401.7A EP4135878B1 (en) 2020-04-14 2021-04-14 A carbon dioxide capture system comprising a compressor and an expander and a method of using such a system
ZA2022/11140A ZA202211140B (en) 2020-04-14 2022-10-11 A carbon dioxide capture system comprising a compressor and an expander and a method of using such a system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NO20200450A NO347376B1 (no) 2020-04-14 2020-04-14 Et system og en fremgangsmåte for CO2‐fangst

Publications (2)

Publication Number Publication Date
NO20200450A1 true NO20200450A1 (no) 2021-10-15
NO347376B1 NO347376B1 (no) 2023-10-02

Family

ID=76708403

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO20200450A NO347376B1 (no) 2020-04-14 2020-04-14 Et system og en fremgangsmåte for CO2‐fangst

Country Status (11)

Country Link
US (1) US12502636B2 (no)
EP (1) EP4135878B1 (no)
KR (1) KR20230004621A (no)
CN (1) CN115803099B (no)
AU (1) AU2021255226B2 (no)
CA (1) CA3180134A1 (no)
ES (1) ES2964852T3 (no)
NO (1) NO347376B1 (no)
PL (1) PL4135878T3 (no)
WO (1) WO2021210989A1 (no)
ZA (1) ZA202211140B (no)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11617981B1 (en) * 2022-01-03 2023-04-04 Saudi Arabian Oil Company Method for capturing CO2 with assisted vapor compression
US12303825B2 (en) 2022-07-11 2025-05-20 Karbon Ccs Global Ltd Carbon capture system comprising a gas turbine with two burners
US20240109077A1 (en) * 2022-09-30 2024-04-04 Harrison Zack Rice System and method for capturing carbon to remove carbon dioxide from the atmosphere
CN116771648B (zh) * 2023-08-22 2023-11-28 势加透博(成都)科技有限公司 一种压缩气体储能系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000048709A1 (en) * 1999-02-19 2000-08-24 Norsk Hydro Asa A method for removing and recovering co2 from exhaust gas
WO2000057990A1 (en) * 1999-03-26 2000-10-05 Christensen Process Consulting As Method for controlling the co2 content flue gas from thermal power plants and a thermal power plant using the method
WO2005045316A2 (en) * 2003-11-06 2005-05-19 Sargas As Purification works for thermal power plant
WO2017042163A1 (en) * 2015-09-08 2017-03-16 Capsol-Eop As Method and plant for co2 capture
WO2019172772A1 (en) * 2018-03-09 2019-09-12 Karbon Ccs Ltd Carbon capture system comprising a gas turbine

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1871993A1 (en) * 2005-04-05 2008-01-02 Sargas AS Low co2 thermal powerplant
NO325049B1 (no) * 2006-06-20 2008-01-21 Statoil Asa Fremgangsmate for a oke energi- og kostnadseffektivitet i et gasskraftverk eller kraftferk; et varmekraftverk for samme og et brennkammer for bruk i tilknytning til slike verk.
US7895822B2 (en) * 2006-11-07 2011-03-01 General Electric Company Systems and methods for power generation with carbon dioxide isolation

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000048709A1 (en) * 1999-02-19 2000-08-24 Norsk Hydro Asa A method for removing and recovering co2 from exhaust gas
WO2000057990A1 (en) * 1999-03-26 2000-10-05 Christensen Process Consulting As Method for controlling the co2 content flue gas from thermal power plants and a thermal power plant using the method
WO2005045316A2 (en) * 2003-11-06 2005-05-19 Sargas As Purification works for thermal power plant
WO2017042163A1 (en) * 2015-09-08 2017-03-16 Capsol-Eop As Method and plant for co2 capture
WO2019172772A1 (en) * 2018-03-09 2019-09-12 Karbon Ccs Ltd Carbon capture system comprising a gas turbine

Also Published As

Publication number Publication date
AU2021255226A1 (en) 2022-11-10
US20230173430A1 (en) 2023-06-08
NO347376B1 (no) 2023-10-02
CA3180134A1 (en) 2021-10-21
EP4135878B1 (en) 2023-08-16
AU2021255226B2 (en) 2025-12-11
ZA202211140B (en) 2023-05-31
ES2964852T3 (es) 2024-04-09
CN115803099B (zh) 2025-11-07
KR20230004621A (ko) 2023-01-06
EP4135878A1 (en) 2023-02-22
CN115803099A (zh) 2023-03-14
WO2021210989A1 (en) 2021-10-21
PL4135878T3 (pl) 2023-11-27
US12502636B2 (en) 2025-12-23
EP4135878C0 (en) 2023-08-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP4135878B1 (en) A carbon dioxide capture system comprising a compressor and an expander and a method of using such a system
KR101899599B1 (ko) 가스화 시스템으로부터의 열 회수
JP2001502399A (ja) 水素燃料発電所
EP2281164A1 (fr) Procédé de fabrication de clinker de ciment et installation de fabrication de clinker de ciment.
JP5883125B2 (ja) エネルギー変換システムとのインターフェースのための二酸化炭素回収を伴う高圧化石燃料酸素燃焼システム
KR20140099272A (ko) 하이브리드 화석 연료 및 태양열 가열된 초임계의 이산화탄소 전력 생산 시스템 및 방법
EP3762130B1 (en) Carbon capture system comprising a gas turbine
KR101584382B1 (ko) 통합 보일러 급수 가열 방법 및 시스템
EP0299555A1 (en) Method and apparatus for generating electrical and/or mechanical energy from at least a low-grade fuel
NL2021512B1 (en) System for generating energy in a working fluid from hydrogen and oxygen and method of operating this system
CN102305109A (zh) 一种富氧-煤气化烟气再热联合循环动力系统
CN103644003A (zh) 通用燃料复合循环热力发电装置
US4387561A (en) Utilization of coal powering a gas turbine engine
WO2024223214A1 (en) Gas turbine arrangement with ammonia cracker and power plant with such and method to operate a gas turbine arrangement
CN102337937B (zh) 一种煤整体气化烟气再热联合循环动力系统
US5873233A (en) Method of operating a gas-turbine group
RU2277639C1 (ru) Способ работы паротурбинной теплоэлектроцентрали с газотурбинной установкой
RU2560660C1 (ru) Паросиловая установка
JPS63285230A (ja) 石炭ガス化複合発電プラント
RU2259485C1 (ru) Теплоэлектроцентраль с закрытой теплофикационной системой
RU1813884C (ru) Энергетическа установка
SU1188338A1 (ru) Способ работы 'энергетической установки
CN106594787A (zh) 利用低压饱和蒸汽进行发电的方法、设备及焦化系统