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DE19728151A1 - Power production method using gas turbine principle - Google Patents

Power production method using gas turbine principle

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DE19728151A1
DE19728151A1 DE19728151A DE19728151A DE19728151A1 DE 19728151 A1 DE19728151 A1 DE 19728151A1 DE 19728151 A DE19728151 A DE 19728151A DE 19728151 A DE19728151 A DE 19728151A DE 19728151 A1 DE19728151 A1 DE 19728151A1
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exhaust gas
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Linde GmbH
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Abstract

The method involves mixing a 95-99.50 mol.% oxygen rich flow (1) and a 90-95.99 mol. % CO2 rich flow (20) using an ejector (2), which is then compressed. The compressed flow is burned off (6) with a hydrocarbon rich combustion gas flow (7), and expanded in the exhaust gas. Water is extracted from the expanded flow (10,20), and the remaining CO2 flow (3) is fed back as required. The residual CO2 (22) is dried, by using a supply of methanol and/or glycol (42) or by adsorption, and then pumped to a pressure between 50 and 500 bar, pref. between 250 and 350 bar. the residual CO2 is then fed in deep water, in an aquifer, in a redundant oil/gas reservoir and/or a gas reservoir yet to be located. The flow produced in the ejector has pref. less than 5 mol. % nitrogen, 13 to 20 Mol. % oxygen and 70-87 Mol. % CO2 as well as a molecular wt.% between 35 and 43.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von Energie mittels des Gasturbinenprinzips, vorzugsweise mittels einer Gasturbine, wobei weder gasförmiges Kohlendioxid noch NOx-Schadstoffe anfallen. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Durchführen eines derartigen Verfahrens.The invention relates to a method for generating energy by means of the gas turbine principle, preferably by means of a gas turbine, wherein neither gaseous carbon dioxide nor NO x pollutants are produced. The invention further relates to a device for performing such a method.

Aufgrund politischer Zielsetzungen, die die Verringerung des Kohlendioxidausstoßes zum Ziel haben, haben einige Länder zwischenzeitlich Steuern auf den Ausstoß von Kohlendioxid eingeführt. So hat die Norwegische Regierung z. B. eine Kohlendioxid- Steuer von ca. 50 US-$ pro Tonne Kohlendioxid festgesetzt. In den EU-Staaten wird gegenwärtig eine Kohlendioxid-Steuer von ca. 24 US-$ pro erzeugter Tonne Kohlendioxid diskutiert.Due to political objectives that reduce carbon emissions target, some countries now have taxes on emissions from Carbon dioxide introduced. For example, the Norwegian government B. a carbon dioxide Tax of approximately $ 50 per tonne of carbon dioxide. In the EU countries currently has a carbon tax of approximately $ 24 per tonne produced Carbon dioxide discussed.

Kohlendioxid ist z. B. im Abgas von Gasturbinen enthalten. Jedoch ist dieses Kohlendioxid-haltige Abgas für die Rückgewinnung von Kohlendioxid wenig geeignet, da das Verhältnis der eingesetzten Luftmenge zu der benötigten Verbrennungsluft in einem Bereich zwischen 3,0 und 3,5 liegt. Daraus resultiert eine Kohlendioxidkonzen­ tration von lediglich 3,0 bis 3,5 Mol-%. Für die Abtrennung bzw. Rückgewinnung derartig geringer Mengen an Kohlendioxid eignet sich z. B. das sogenannte ECONAMINE-Verfahren, bei dem das Kohlendioxid mittels Aminen absorbiert wird; siehe z. B. "The Fluor Daniel ECONAMINE FG-Process; Past Experience ans Present Day Focus" by Sander M.T. und Mariz C.L., veröffentlicht in Energy Convers Mgmt., Vol. 33, No. 5-8, Seiten 341 bis 348. Für ein derartiges, auf Aminen basierendes Absorptionsverfahren sind Rückgewinnungsraten zwischen 85 und 95% typisch. Nachteilig ist jedoch, daß ein Amin-Salz-Reststrom anfällt, der aufwendig entsorgt werden muß.Carbon dioxide is e.g. B. contained in the exhaust gas from gas turbines. However, this is Exhaust gas containing carbon dioxide is not very suitable for the recovery of carbon dioxide, since the ratio of the amount of air used to the required combustion air in ranges between 3.0 and 3.5. This results in a carbon dioxide concentration tration of only 3.0 to 3.5 mol%. For separation or recovery such small amounts of carbon dioxide are suitable for. B. the so-called ECONAMINE process in which the carbon dioxide is absorbed by amines; see e.g. B. "The Fluor Daniel ECONAMINE FG-Process; Past Experience to Present Day Focus "by Sander M.T. and Mariz C.L., published in Energy Convers Mgmt., Vol. 33, No. 5-8, pages 341 to 348. For such an amine-based one Absorption processes typically have recovery rates between 85 and 95%. It is disadvantageous, however, that an amine salt residual stream is obtained which is expensive to dispose of must become.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Erzeugen von Energie anzugeben, bei dem bzw. bei der weder gasförmiges Kohlendioxid noch NOx-Schadstoffe anfallen. Desweiteren soll auf den Einsatz von Absorptionsstoffen, die als Waschmittel dienen, verzichtet werden können. The object of the present invention is to provide a method and a device for generating energy, in which or in which neither gaseous carbon dioxide nor NO x pollutants are produced. Furthermore, it should be possible to dispense with the use of absorbents which serve as detergents.

Dies wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch erreicht, daß
This is achieved according to the inventive method in that

  • a) ein 95 bis 99,5 Mol-% Sauerstoff-reicher Strom und ein 90 bis 99 Mol-% Kohlendioxid-reicher Strom mittels eines Ejektors zu einem Strom vermischt und dieser anschließend verdichtet wird,a) a 95 to 99.5 mol% oxygen-rich stream and a 90 to 99 mol% Carbon dioxide-rich electricity is mixed into a stream using an ejector and this is then compressed,
  • b) der verdichtete Strom mit einem Kohlenwasserstoff-reichen Brenngasstrom verbrannt wird,b) the compressed stream with a hydrocarbon-rich fuel gas stream is burned
  • c) der im wesentlichen lediglich Kohlendioxid und Wasserdampf aufweisende Abgasstrom aus dem Verfahrensschritt b) energieerzeugend entspannt wird,c) which essentially only contains carbon dioxide and water vapor Exhaust gas stream from process step b) is expanded to generate energy,
  • d) aus dem entspannten Abgasstrom das Wasser abgetrennt wird,d) the water is separated off from the relaxed exhaust gas stream,
  • e) das verbleibende Kohlendioxid soweit erforderlich als Kohlendioxid-reicher Strom über den Ejektor wieder zurückgeführt wird,e) the remaining carbon dioxide, if necessary, as rich in carbon dioxide Electricity is returned via the ejector,
  • f) das restliche Kohlendioxid, vorzugsweise durch die Zugabe von Methanol und/oder Glykol oder mittels Adsorption, getrocknet, auf einen Druck zwischen 50 und 500 bar, vorzugsweise zwischen 250 und 350 bar, gepumpt und in die Tiefsee, in einen "Aquifier", in ein ausgebeutetes Öl-/Gasreservoire und/oder in ein noch in Betrieb befindliches Öl-/Gasreservoire geleitet wird.f) the remaining carbon dioxide, preferably by adding methanol and / or glycol or by means of adsorption, dried, to a pressure between 50 and 500 bar, preferably between 250 and 350 bar, pumped and into the Deep sea, in an "aquifier", in an exploited oil / gas reservoir and / or is directed into an oil / gas reservoir that is still in operation.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt
The device according to the invention comprises

  • a) wenigstens einen Ejektor, in dem ein 95 bis 99,5 Mol-% Sauerstoff-reicher Strom und ein 90 bis 99 Mol-% Kohlendioxid-reicher Strom zu einem Strom vermischt werden,a) at least one ejector in which a 95 to 99.5 mol% oxygen-rich Electricity and a 90 to 99 mol% carbon dioxide-rich electricity into one electricity be mixed up
  • b) wenigstens einen Verdichter, in dem der Strom verdichtet wird,b) at least one compressor in which the stream is compressed,
  • c) wenigstens eine Brennkammer, in der der verdichtete Strom mit einem Kohlenwasserstoff-reichen Brenngasstrom verbrannt wird, c) at least one combustion chamber in which the compressed stream with a Hydrocarbon-rich fuel gas stream is burned  
  • d) wenigstens eine Entspannungsturbine, in der der lediglich Kohlendioxid und Wasserdampf aufweisende Abgasstrom aus der bzw. den Brennkammer(n) entspannt wird,d) at least one expansion turbine in which the only carbon dioxide and Exhaust gas stream having water vapor from the combustion chamber (s) is relaxed,
  • e) Mittel zum Abtrennen von Wasser aus dem entspannten Abgasstrom,e) means for separating water from the relaxed exhaust gas stream,
  • f) Mittel zum Rückführen von Kohlendioxid zu dem Ejektor,f) means for returning carbon dioxide to the ejector,
  • g) Mittel zum Trocknen des nicht zu dem Ejektor zurückgeführten Kohlendioxids, Pumpen, um das getrocknete Kohlendioxid auf einen Druck zwischen 50 und 500 bar, vorzugsweise zwischen 250 und 350 bar zu pumpen, und Mittel zum Speichern des flüssigen Kohlendioxids.g) means for drying the carbon dioxide not returned to the ejector, Pump to the dried carbon dioxide at a pressure between 50 and 500 bar, preferably between 250 and 350 bar to pump, and means for Storage of liquid carbon dioxide.

Das erfindungsgemäße Verfahren, die erfindungsgemäße Vorrichtung sowie weitere Ausgestaltungen des- bzw. derselben, die Gegenstände der Unteransprüche darstellen, seien anhand der Figur näher erläutert.The method according to the invention, the device according to the invention and others Refinements of the same, the subject matter of the subclaims represent, are explained in more detail with reference to the figure.

Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die bisher einer Gasturbine zugeführte Verbrennungsluft durch einen 95 bis 99,5 Mol-% Sauerstoff-reichen Strom ersetzt. Entsprechend der benötigten Menge an diesem Sauerstoff-reichen Strom wird für die Bereitstellung eine kryogene Luftzerlegungsanlage, eine Pressure Swing Adsorption- oder Temperature Swing Adsorption-Anlage und/oder eine Membrananlage vorgesehen. Aufgrund einer nahezu stöchiometrischen Verbrennung des Sauerstoff-reichen Stromes mit einem 90 bis 99 Mol-% Kohlendioxid-reichen Strom weist das die Gasturbine verlassende Abgas lediglich Kohlendioxid und Wasserdampf auf.According to the method according to the invention, it has been a gas turbine Combustion air supplied by a 95 to 99.5 mol% oxygen-rich stream replaced. According to the required amount of this oxygen-rich electricity for the provision of a cryogenic air separation plant, a pressure swing Adsorption or temperature swing adsorption system and / or one Membrane system provided. Due to an almost stoichiometric combustion of the oxygen-rich stream with a 90 to 99 mole% carbon dioxide-rich The exhaust gas leaving the gas turbine only has electricity and carbon dioxide Water vapor on.

Über Leitung 1 wird der 95 bis 99,5 Mol-% Sauerstoff-reiche Strom einem Ejektor 2 zugeführt. Über Leitung 20 und Regelventil a wird dem Ejektor 2 zusätzlich ein 90 bis 99 Mol-% Kohlendioxid-reicher Strom, auf dessen Ursprung im folgenden noch näher eingegangen werden wird, zugeführt. Durch das Vermischen dieser beiden Ströme in dem Ejektor 2 werden für die Verbrennung möglichst homogene Bedingungen erreicht. Die Menge des rückgeführten Kohlendioxid-reichen Stromes sowie die Menge des zugeführten Sauerstoff-reichen Stromes ist durch die Sauerstoff-Menge des in dem Ejektor 2 erzeugten Stromes 3 begrenzt. The 95 to 99.5 mol% oxygen-rich stream is fed to an ejector 2 via line 1 . Via line 20 and control valve a, an additional 90 to 99 mol% of carbon dioxide-rich stream is fed to the ejector 2 , the origin of which will be discussed in more detail below. Mixing these two streams in the ejector 2 achieves the most homogeneous conditions possible for the combustion. The amount of the carbon dioxide-rich stream returned and the amount of the oxygen-rich stream supplied is limited by the oxygen amount of the stream 3 generated in the ejector 2 .

Der den Ejektor 2 verlassende Strom 3 weist vorzugsweise weniger als 5 Mol-% Stickstoff, 13 bis 20 Mol-% Sauerstoff und 70 bis 87 Mol-% Kohlendioxid sowie ein Molekulargewicht zwischen 35 und 43 auf.The stream 3 leaving the ejector 2 preferably has less than 5 mol% nitrogen, 13 to 20 mol% oxygen and 70 to 87 mol% carbon dioxide and a molecular weight between 35 and 43.

Dieser Strom 3 wird in der Gasturbine verdichtet 4 und anschließend über Leitung 5 der Brennkammer 6 der Gasturbine zugeführt. Als Kohlenwasserstoff-reicher Brenngasstrom werden der Brennkammer 6 über Leitung 7 vorzugsweise Erdgas, synthetisch es Erdgas oder flüssige Kohlenwasserstoffe zugeführt. Durch den verwendeten Brennstoff wird letztendlich die Menge an benötigten Sauerstoff bestimmt, die notwendig ist, um den Brenner in Betrieb zu halten.This stream 3 is compressed 4 in the gas turbine and then fed via line 5 to the combustion chamber 6 of the gas turbine. As a hydrocarbon-rich fuel gas stream, natural gas, synthetic natural gas or liquid hydrocarbons are fed to the combustion chamber 6 via line 7 . The amount of oxygen required to keep the burner in operation is ultimately determined by the fuel used.

Der im wesentlichen lediglich Kohlendioxid und Wasserdampf aufweisende Abgasstrom aus der Brennkammer 6 wird in einer Entspannungsturbine 8 entspannt und dabei letztendlich mechanische und/oder elektrische Energie erzeugt (Prinzip der Gasturbine); mittels dieser Entspannungsturbine 8 wird z. B. ein Generator 9 angetrieben.The exhaust gas stream from the combustion chamber 6 , which essentially has only carbon dioxide and water vapor, is expanded in a expansion turbine 8 and ultimately mechanical and / or electrical energy is generated (principle of the gas turbine); by means of this expansion turbine 8 z. B. a generator 9 driven.

Der Abgasstrom 10 verläßt die Turbine mit einer Temperatur zwischen 450 und 650°C. In einem Wärmetauscher 11 wird die Temperatur des Abgasstromes 10 bis auf ca. 100 bis 125°C erniedrigt. Dies geschieht im Gegenstrom zu einem Hochdruckdampf­ kreislauf 52 bzw. 55, in dem eine energieerzeugende Entspannungsturbine 53 sowie ein Wärmetauscher 54, in dem der Hochdruckstrom vorzugsweise gegen Kühlwasser abgekühlt wird, vorgesehen sind.The exhaust gas stream 10 leaves the turbine at a temperature between 450 and 650 ° C. In a heat exchanger 11 , the temperature of the exhaust gas stream 10 is reduced to approximately 100 to 125 ° C. This is done in counterflow to a high-pressure steam circuit 52 or 55 , in which an energy-generating expansion turbine 53 and a heat exchanger 54 , in which the high-pressure stream is preferably cooled against cooling water, are provided.

Das so abgekühlte Abgas wird einer ersten Trennstufe, vorzugsweise einem Abscheider 13, zugeführt. Aus dem Abscheider 13 wird über Leitung 15, in der eine Pumpe 50 sowie ein Regelventil b vorgesehen sind, eine Wasser-reiche Kondensatfraktion abgezogen. Diese Wasser-reiche Kondensatfraktionen wird vorzugsweise einer Abwasseraufbereitung zugeführt. Der über Leitung 14 aus dem Abscheider 13 abgezogene Kohlendioxid-reiche Gasstrom wird im Verdichter 16 auf ca. 1,7 bar verdichtet, im Kühler 17 auf 8 bis 30°C abgekühlt und anschließend einer zweiten Trennstufe, vorzugsweise einem Abscheider 18, zugeführt.The exhaust gas cooled in this way is fed to a first separation stage, preferably a separator 13 . A water-rich condensate fraction is drawn off from the separator 13 via line 15 , in which a pump 50 and a control valve b are provided. These water-rich condensate fractions are preferably fed to a wastewater treatment plant. The carbon dioxide-rich gas stream withdrawn via line 14 from the separator 13 is compressed in the compressor 16 to approximately 1.7 bar, cooled in the cooler 17 to 8 to 30 ° C. and then fed to a second separation stage, preferably a separator 18 .

Aus dem Abscheider 18 wird wiederum eine Wasser-reiche Kondensatfraktion über Leitung 41, in der eine Pumpe 51 sowie ein Regelventil c vorgesehen sind, abgezogen. Die aus dem Abscheider 18 über Leitung 19 abgezogene Kohlendioxid­ reiche Gasfraktion wird in zwei Teilströme 20 bzw. 22 aufgetrennt.In turn, a water-rich condensate fraction is drawn off from the separator 18 via line 41 , in which a pump 51 and a control valve c are provided. The carbon dioxide-rich gas fraction drawn off from the separator 18 via line 19 is separated into two partial streams 20 and 22 , respectively.

Der erste Teilstrom 20 wird, wie bereits beschrieben, über das Regelventil a dem Ejektor 2 als 90 bis 99 Mol-% Kohlendioxid-reicher Strom zugeführt. Dieser Kohlendioxid-reiche Rückführstrom 20 dient im wesentlichen als "Antriebskraft" für den Ejektor 2 um einen möglichst niedrigen Eingangsdruck für den Sauerstoff-reichen Strom, der dem Ejektor 2 über Leitung 1 zugeführt wird, zu ermöglichen. Dadurch wird der Energiebedarf der Zerlegungsanlage, die der Bereitstellung des Sauerstoff-reichen Stromes dient, verringert. Wird für die Bereitstellung des Sauerstoff-reichen Stromes in Leitung 1 eine kryogene Luftzerlegungsanlage verwendet, so kann der Verdichter 4 der Gasturbine 8 mit dem bzw. den Axialverdichten der Luftzerlegungsanlage verbunden werden, was zu einer Verringerung der Investitionskosten führt. Denkbar ist ferner, daß der Axialverdichter der kryogenen Luftzerlegungsanlage über die Entspannungsturbine 53 angetrieben wird.As already described, the first partial stream 20 is fed to the ejector 2 as a 90 to 99 mol% carbon dioxide-rich stream via the control valve a. This carbon dioxide-rich recycle stream 20 serves essentially as a "driving force" for the ejector 2 in order to enable the lowest possible inlet pressure for the oxygen-rich stream which is fed to the ejector 2 via line 1 . As a result, the energy requirement of the separation plant, which is used to provide the oxygen-rich electricity, is reduced. If a cryogenic air separation plant is used to provide the oxygen-rich stream in line 1 , the compressor 4 of the gas turbine 8 can be connected to the axial compression or the axial separation of the air separation plant, which leads to a reduction in investment costs. It is also conceivable that the axial compressor of the cryogenic air separation plant is driven via the expansion turbine 53 .

In der Leitung 3 ist ein in der Figur nicht dargestelltes Analysegerät vorgesehen, mittels dessen der Sauerstoffgehalt des im Ejektor 2 erzeugten Stromes 3 fortlaufend gemessen und überwacht werden kann. Anhand des Sauerstoffgehaltes wird mittels des Regelventiles a die Menge des über die Leitung 20 rückgeführten Kohlendioxid eingestellt.In line 3 there is an analysis device, not shown in the figure, by means of which the oxygen content of the stream 3 generated in the ejector 2 can be continuously measured and monitored. On the basis of the oxygen content, the amount of the carbon dioxide returned via line 20 is set by means of control valve a.

Der zweite Teilstrom 22 der aus dem Abscheider 18 abgezogenen Kohlendioxid­ reichen Gasfraktion wird in der ersten Stufe 21 eines dreistufigen Kohlendioxid- Verdichters auf 5 bis 7 bar verdichtet und anschließend im Zwischenkühler 23, vorzugsweise gegen Kühlwasser, auf eine Temperatur zwischen 8 und 30°C abgekühlt. Aus dem (Saug-)Abscheider 24, der dem Zwischenkühler 23 nachgeschaltet ist, wird über Leitung 25, in der ein Regelventil d vorgesehen ist, ein Wasser-reiches Kondensat abgezogen.The second sub-stream 22 of the carbon dioxide-rich gas fraction drawn off from the separator 18 is compressed to 5 to 7 bar in the first stage 21 of a three-stage carbon dioxide compressor and then cooled to a temperature between 8 and 30 ° C. in the intercooler 23 , preferably against cooling water . A water-rich condensate is drawn off from the (suction) separator 24 , which is connected downstream of the intercooler 23 , via line 25 , in which a control valve d is provided.

Aus dem Abscheider 24 wird über Leitung 26 eine Kohlendioxid-reiche Gasfraktion abgezogen und in der zweiten Verdichterstufe 27 des Kohlendioxid-Verdichters auf 18 bis 20 bar verdichtet. Anschließend erfolgt im Zwischenkühler 28 ein Abkühlen auf 8 bis 30°C. Aus dem Abscheider 29, der dem Zwischenkühler 28 nach geschaltet ist, wird über Leitung 32, in der ein Regelventil e vorgesehen ist, wiederum ein Wasser-reiches Kondensat abgezogen. A carbon dioxide-rich gas fraction is drawn off from the separator 24 via line 26 and compressed to 18 to 20 bar in the second compressor stage 27 of the carbon dioxide compressor. The intercooler 28 is then cooled to 8 to 30 ° C. A water-rich condensate is again drawn off from the separator 29 , which is connected downstream of the intercooler 28 , via line 32 , in which a control valve e is provided.

Die erwähnten Wasser-reichen Kondensatfraktionen aus den Leitungen 25, 32 und 41 werden über Leitung 51 der Trennstufe 13 zugeführt. Sie werden auf diese Weise über die ebenfalls bereits erwähnte Leitung 15, über die eine Wasser-reiche Kondensatfraktion aus der Trennstufe 13 abgezogen wird, aus dem Verfahren bzw. der Anlage abgeführt.The aforementioned water-rich condensate fractions from lines 25 , 32 and 41 are fed via line 51 to the separation stage 13 . In this way, they are discharged from the process or the system via the line 15 , also mentioned above, via which a water-rich condensate fraction is drawn off from the separation stage 13 .

Aus dem Abscheider 29 wird über Leitung 33 wiederum eine Kohlendioxid-reiche Gasfraktion abgezogen und in der dritten Stufe 30 des Kohlendioxidverdichters auf eine Druck zwischen 58 und 61 bar verdichtet. Sowohl die drei Verdichterstufen des Kohlendioxidverdichters als auch gegebenenfalls der Verdichter 16 werden z. B. von einem (Elektro-)Motor 31 angetrieben.A carbon dioxide-rich gas fraction is again drawn off from the separator 29 via line 33 and compressed to a pressure between 58 and 61 bar in the third stage 30 of the carbon dioxide compressor. Both the three compressor stages of the carbon dioxide compressor and optionally the compressor 16 are, for. B. driven by an (electric) motor 31 .

Nach der Verdichtung in der dritten Stufe 30 des Kohlendioxidverdichters wird die Kohlendioxid-reiche Fraktion einem Kondensator 34 und anschließend einem Kohlendioxid-Sammelbehälter 35 zugeführt. Zwischen dem Kondensator 34 und dem Kohlendioxid-Sammelbehälter 35 wird dem Kohlendioxid-reichen Strom über Leitung 42 ein Trocknungsmittel, vorzugsweise Methanol oder Glykol, zugeführt. Durch die Zuführung dieses Trocknungsmittels wird erreicht, daß das Kohlendioxidprodukt, das dem Kohlendioxid-Sammelbehälter 35 zugeführt wird, ausreichend trocken ist.After compression in the third stage 30 of the carbon dioxide compressor, the carbon dioxide-rich fraction is fed to a condenser 34 and then to a carbon dioxide collecting container 35 . Between the condenser 34 and the carbon dioxide collecting container 35 , a drying agent, preferably methanol or glycol, is fed to the carbon dioxide-rich stream via line 42 . The supply of this drying agent ensures that the carbon dioxide product which is fed to the carbon dioxide collecting container 35 is sufficiently dry.

Alternativ dazu kann die Zuführung des Trocknungsmittels z. B. auch nach der zweiten Verdichterstufe erfolgen. Denkbar ist ferner, daß als alternative Trocknungsmethode ein Adsorptionsprozeß, bei dem die Trocknung z. B. mittels eines Molsiebes erfolgt, vorgesehen ist. Nichtkondensierbare Komponenten des Kohlendioxid-reichen Stromes, der dem Sammelbehälter 35 zugeführt wird, werden über Leitung 39 abgezogen und über einen Kamin 40 an die Atmosphäre abgegeben.Alternatively, the supply of the drying agent z. B. also after the second compressor stage. It is also conceivable that as an alternative drying method, an adsorption process in which the drying z. B. takes place by means of a molecular sieve is provided. Non-condensable components of the carbon dioxide-rich stream which is fed to the collecting container 35 are withdrawn via line 39 and released into the atmosphere via a chimney 40 .

Der Druck innerhalb des Kohlendioxid-Sammelbehälters 35 wird über das Kohlendioxid-Niveau in dem Sammelbehälter 35 und durch die Abgabe von nichtkondensierbaren Komponenten über Leitung 39 geregelt.The pressure within the carbon dioxide collecting container 35 is regulated via the carbon dioxide level in the collecting container 35 and by the delivery of non-condensable components via line 39 .

Das aus dem Kohlendioxid-Sammelbehälter 35 über Leitung 36 abgezogene getrocknete Kohlendioxid-Produkt wird mittels wenigstens einer Pumpe 37 auf einen geeigneten Druck von 50 und 500 bar, vorzugsweise von 250 bis 350 bar gepumpt.The dried carbon dioxide product drawn off from the carbon dioxide collecting container 35 via line 36 is pumped by means of at least one pump 37 to a suitable pressure of 50 and 500 bar, preferably of 250 to 350 bar.

Über ein Regelventil f wird das flüssige Kohlendioxid-Produkt anschließend z. B. in die Tiefsee, in einen "Aquifier", in ein ausgebeutetes Öl-/Gasreservoire und/oder in ein noch in Betrieb befindliches Öl-/Gasreservoire eingelöst bzw. geleitet. Prinzipiell kann das flüssige Kohlendioxid-Produkt selbstverständlich weiteren möglichen "Lagerstätten" zugeführt werden.The liquid carbon dioxide product is then z. B. in the Deep sea, in an "aquifier", in an exploited oil / gas reservoir and / or in a  Oil / gas reservoirs still in operation redeemed or directed. In principle can the liquid carbon dioxide product of course other possible ones "Deposits" are fed.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird eine Kohlendioxid-Rückgewinnungsrate von bis zu 99% erzählt. Im Vergleich zu bekannten Verfahren zur Kohlendioxid-Rückgewinnung verringern sich sowohl die Investitions- als auch die Betriebskosten des Verfahrens bzw. der Anlage. Der Energieverlust bezogen auf eine bestimmte, zu erzeugende Energiemenge ist verglichen mit einem eingangs erläuterten "Amin-Absorptionsverfahren" geringer. Das Abgas aus der Verbrennungskammer 6 ist zudem frei von NOx-Schadstoffen. Desweiteren fällt, im Gegensatz zu dem erwähnten "Amin-Absorptionsverfahren", kein Amin-reicher Reststrom", der einer aufwendigen Nachreinigung bzw. Entsorgung unterworfen werden muß, an.A carbon dioxide recovery rate of up to 99% is reported using the method according to the invention or the device according to the invention. Compared to known processes for carbon dioxide recovery, both the investment and the operating costs of the process or the system are reduced. The energy loss in relation to a specific amount of energy to be generated is less compared to an “amine absorption process” explained at the beginning. The exhaust gas from the combustion chamber 6 is also free of NO x pollutants. Furthermore, in contrast to the "amine absorption process" mentioned, there is no residual stream rich in amine "which has to be subjected to extensive subsequent cleaning or disposal.

Claims (14)

1. Verfahren zum Erzeugen von Energie mittels des Gasturbinenprinzips, vorzugsweise mittels einer Gasturbine, wobei weder gasförmiges Kohlendioxid noch NOx-Schadstoffe anfallen, dadurch gekennzeichnet, daß
  • a) ein 95 bis 99,5 Mol-% Sauerstoff-reicher Strom (1) und ein 90 bis 99 Mol-% Kohlendioxid-reicher Strom (20) mittels eines Ejektors (2) zu einem Strom (3) vermischt und dieser anschließend verdichtet wird (4),
  • b) der verdichtete Strom (3) mit einem Kohlenwasserstoff-reichen Brenngasstrom (7) verbrannt wird (6),
  • c) der im wesentlichen lediglich Kohlendioxid und Wasserdampf aufweisende Abgasstrom aus dem Verfahrensschritt b) energieerzeugend entspannt wird (8),
  • d) aus dem entspannten Abgasstrom (10, 20) das Wasser abgetrennt wird (13, 18),
  • e) das verbleibende Kohlendioxid soweit erforderlich als Kohlendioxid-reicher Strom (20) über den Ejektor (2) wieder zurückgeführt wird,
  • f) das restliche Kohlendioxid (22), vorzugsweise durch die Zugabe von Methanol und/oder Glykol (42) oder mittels Adsorption, getrocknet, auf einen Druck zwischen 50 und 500 bar, vorzugsweise zwischen 250 und 350 bar, gepumpt und in die Tiefsee, in einen "Aquifier", in ein ausgebeutetes Öl-/Gasreservoire und/oder in ein noch in Betrieb befindliches Öl-/Gasreservoire geleitet wird.
1. A method for generating energy by means of the gas turbine principle, preferably by means of a gas turbine, wherein neither gaseous carbon dioxide nor NO x pollutants are obtained, characterized in that
  • a) a 95 to 99.5 mol% oxygen-rich stream ( 1 ) and a 90 to 99 mol% carbon dioxide-rich stream ( 20 ) are mixed by means of an ejector ( 2 ) to form a stream ( 3 ) and this is then compressed will ( 4 ),
  • b) the compressed stream ( 3 ) is burned ( 6 ) with a hydrocarbon-rich fuel gas stream ( 7 ),
  • c) the exhaust gas stream from process step b), which essentially has only carbon dioxide and water vapor, is expanded in an energy-producing manner ( 8 ),
  • d) the water is separated ( 13 , 18 ) from the relaxed exhaust gas stream ( 10 , 20 ),
  • e) the remaining carbon dioxide is recycled as necessary as a carbon dioxide-rich stream ( 20 ) via the ejector ( 2 ),
  • f) the remaining carbon dioxide ( 22 ), preferably by adding methanol and / or glycol ( 42 ) or by means of adsorption, dried, pumped to a pressure between 50 and 500 bar, preferably between 250 and 350 bar, and into the deep sea, into an "aquifier", into an exploited oil / gas reservoir and / or into an oil / gas reservoir that is still in operation.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in dem Ejektor (2) erzeugte Strom (3) weniger als 5 Mol-% Stickstoff, 13 bis 20 Mol-% Sauerstoff und 70 bis 87 Mol-% Kohlendioxid sowie ein Molekulargewicht zwischen 35 und 43 aufweist. 2. The method according to claim 1, characterized in that the stream ( 3 ) generated in the ejector ( 2 ) less than 5 mol% nitrogen, 13 to 20 mol% oxygen and 70 to 87 mol% carbon dioxide and a molecular weight between 35 and 43. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der 95 bis 99,5 Mol-% Sauerstoff-reiche Strom (1) kryogen, adsorptiv und/oder permeativ erzeugt wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the 95 to 99.5 mol% oxygen-rich stream ( 1 ) is generated cryogenically, adsorptively and / or permeatively. 4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Kohlenwasserstoff-reicher Brenngasstrom (7) Erdgas, synthetisch es Erdgas, flüssige Kohlenwasserstoffe, etc. verwendet werden.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that natural gas, synthetic natural gas, liquid hydrocarbons, etc. are used as the hydrocarbon-rich fuel gas stream ( 7 ). 5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der entspannte Abgasstrom (10) gegen einen offenen oder geschlossenen energieerzeugenden Abwärmenutzungskreislauf (52, 53, 54, 55) abgekühlt wird (11).5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the relaxed exhaust gas stream ( 10 ) is cooled against an open or closed energy-generating waste heat utilization circuit ( 52 , 53 , 54 , 55 ) ( 11 ). 6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der entspannte, Kohlendioxid- und Wasser-reiche Abgasstrom (10, 20) ein- oder mehrstufig von Wasser befreit wird (13,18).6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the relaxed, carbon dioxide and water-rich exhaust gas stream ( 10 , 20 ) is freed from water in one or more stages ( 13 , 18 ). 7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das restliche Kohlendioxid (22) ein- oder mehrstufig von Wasser befreit wird (24, 29).7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the remaining carbon dioxide ( 22 ) is freed from water in one or more stages ( 24 , 29 ). 8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das abgetrennte Wasser (15, 41, 25, 32) einer Abwasseraufbereitung zugeführt wird (56). 8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the separated water ( 15 , 41 , 25 , 32 ) is fed to a wastewater treatment ( 56 ). 9. Vorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens zum Erzeugen von Energie mittels des Gasturbinenprinzips, vorzugsweise mittels einer Gasturbine nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend
  • a) wenigstens einen Ejektor (2), in dem ein 95 bis 99,5 Mol-% Sauerstoff-reicher Strom (1) und ein 90 bis 99 Mol-% Kohlendioxid-reicher Strom (20) zu einem Strom (3) vermischt werden,
  • b) wenigstens einen Verdichter (4), in dem der Strom (3) verdichtet wird,
  • c) wenigstens eine Brennkammer (6), in der der verdichtete Strom (3) mit einem Kohlenwasserstoff-reichen Brenngasstrom (7) verbrannt wird,
  • d) wenigstens eine Entspannungsturbine (8), in der der lediglich Kohlendioxid und Wasserdampf aufweisende Abgasstrom aus der bzw. den Brennkammer(n) (6) entspannt wird,
  • e) Mittel zum Abtrennen von Wasser (13,18) aus dem entspannten Abgasstrom (10, 20),
  • f) Mittel zum Rückführen (19, 20) von Kohlendioxid zu dem Ejektor (2),
  • g) Mittel zum Trocknen des nicht zu dem Ejektor (2) zurückgeführten Kohlendioxids (22), Pumpen (37), um das getrocknete Kohlendioxid (36) auf einen Druck zwischen 50 und 500 bar, vorzugsweise zwischen 250 und 350 bar zu pumpen, und Mittel zum Speichern des flüssigen Kohlendioxids.
9. Device for performing a method for generating energy by means of the gas turbine principle, preferably by means of a gas turbine according to one of the preceding claims
  • a) at least one ejector ( 2 ), in which a 95 to 99.5 mol% oxygen-rich stream ( 1 ) and a 90 to 99 mol% carbon dioxide-rich stream ( 20 ) are mixed to form a stream ( 3 ) ,
  • b) at least one compressor ( 4 ) in which the stream ( 3 ) is compressed,
  • c) at least one combustion chamber ( 6 ) in which the compressed stream ( 3 ) is burned with a hydrocarbon-rich fuel gas stream ( 7 ),
  • d) at least one expansion turbine ( 8 ), in which the exhaust gas stream containing only carbon dioxide and water vapor is expanded from the combustion chamber (s) ( 6 ),
  • e) means for separating water ( 13 , 18 ) from the relaxed exhaust gas stream ( 10 , 20 ),
  • f) means for returning ( 19 , 20 ) carbon dioxide to the ejector ( 2 ),
  • g) means for drying the carbon dioxide ( 22 ) not returned to the ejector ( 2 ), pumps ( 37 ) to pump the dried carbon dioxide ( 36 ) to a pressure between 50 and 500 bar, preferably between 250 and 350 bar, and Means for storing the liquid carbon dioxide.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur kryogenen, adsorptiven und/oder permeativen Erzeugung des 95 bis 99,5 Mol-% Sauerstoff­ reichen Stromes (1) vorhanden sind.10. The device according to claim 9, characterized in that means for the cryogenic, adsorptive and / or permeative generation of the 95 to 99.5 mol% oxygen-rich stream ( 1 ) are present. 11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Abwärmenutzung des die Entspannungsturbine (8) verlassenden Abgasstromes (10) vorhanden sind. 11. The device according to claim 9 or 10, characterized in that means for utilizing waste heat of the exhaust gas stream ( 10 ) leaving the expansion turbine ( 8 ) are present. 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Abwärmenutzung des die Entspannungsturbine (8) verlassenden Abgasstromes (10) als wenigstens ein offener oder geschlossener energieerzeugenden Abwärmenutzungskreislauf (52, 53, 54, 55) ausgebildet sind.12. The apparatus according to claim 11, characterized in that the means for utilizing waste heat of the exhaust gas stream ( 10 ) leaving the expansion turbine ( 8 ) are designed as at least one open or closed energy-generating waste heat utilization circuit ( 52 , 53 , 54 , 55 ). 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Abtrennen von Wasser (13,18) aus dem entspannten Abgasstrom (10, 20) als wenigstens eine, vorzugsweise wenigstens zwei, hintereinander angeordnete Trennkolonnen (13, 18) ausgebildet sind.13. The device according to one of claims 9 to 12, characterized in that the means for separating water ( 13 , 18 ) from the relaxed exhaust gas stream ( 10 , 20 ) as at least one, preferably at least two, successively arranged separation columns ( 13 , 18th ) are trained. 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Aufbereiten des abgetrennten Wassers (15, 41, 25, 32) vorhanden sind.14. Device according to one of claims 9 to 13, characterized in that means for treating the separated water ( 15 , 41 , 25 , 32 ) are present.
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