JP2011127597A - ターボ機械用の燃料流中の硫黄化合物を低減するためのシステム及び方法 - Google Patents

ターボ機械用の燃料流中の硫黄化合物を低減するためのシステム及び方法 Download PDF

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Abstract

【課題】ターボ機械用の燃料流中において硫黄含有化合物を低減するシステム及び方法を提供すること。
【解決手段】本システムは、ターボ機械と、硫黄化合物を含む燃料を燃焼させ、ターボ機械に供給されるようにするための燃焼システムと、燃焼システムの上流側で燃料中の硫黄化合物のレベルを低減するよう位置付けられる硫黄化合物低減（ＳＲ）システムとを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は全体的に、ターボ機械用の燃料流中の化合物を低減するシステム及び方法に関する。より詳細には、本発明は、ターボ機械に流入する燃料流中において硫黄含有化合物などの有害な化合物を低減するシステム及び方法に関する。
二酸化炭素（ＣＯ2）及び硫黄酸化物（ＳＯｘ）エミッションの長期にわたる環境への影響に対する関心があり、特に、ターボ機械からのエミッションに関する関心がある。
本開示の第１の態様は、ターボ機械と、硫黄化合物を含む燃料を燃焼させ、ターボ機械に供給されるようにするための燃焼システムと、燃焼システムの上流側で燃料中の硫黄化合物のレベルを低減するよう位置付けられる硫黄化合物低減（ＳＲ）システムとを備えるシステムを提供する。
本開示の第２の態様は、硫黄化合物低減（ＳＲ）システムを利用して、燃焼システムに流入する燃料の硫黄化合物を該燃料が燃焼する前に低減する段階と、燃料を燃焼して、低レベルの硫黄化合物を有する燃焼燃料が燃焼システムから流出し、ターボ機械に供給できるようにする段階と、を含む方法を提供する。
本発明のこれら及び他の特徴は、本発明の種々の実施形態を示した添付図面を参照しながら、本発明の種々の態様に関する以下の詳細な説明から容易に理解されるであろう。
本発明による、ターボ機械用の燃料中の硫黄化合物を低減するためのシステムの一実施形態の概略図。 本発明による、ターボ機械の排出ガスの化合物を低減するためのシステムの一実施形態の概略図。 本発明による、ターボ機械の排出ガスの化合物を低減するためのシステムの別の実施形態の概略図。 本発明による、ターボ機械の排出ガスの化合物を低減するためのシステムの別の実施形態の概略図。 本発明による、ターボ機械の排出ガスの化合物を低減するためのシステムの別の実施形態の概略図。 本発明による、ターボ機械の排出ガスの化合物を低減するためのシステムの別の実施形態の概略図。
二酸化炭素（ＣＯ2）ガスは、環境に対して潜在的に有害な影響を示す可能性がある。従って、ガスタービンなどのターボ機械によって放出される場合があるエミッションは規制されている。加えて、ターボ機械への再循環排出ガスにおける硫黄酸化物（ＳＯｘ）エミッションの潜在的な有害特性に起因して、ガスタービンなどのターボ機械において再循環することができるエミッションが厳密に監視される。
排出ガス再循環（ＥＧＲ）は一般に、ターボ機械の入口部分を通って排出される排出ガスの一部の再循環を伴い、この排出ガスが燃焼前に流入空気流と混合する。このプロセスは、高濃度ＣＯ2の除去及び隔離並びにＳＯｘの除去を可能にし、これにより正味エミッションレベルを低減することができる。
現在知られているＥＧＲシステムは、完全に効果的という訳ではない場合がある。排出ガス中の不純物及び水蒸気により、ＣＯ2ガス及びＳＯｘエミッションを低減するために簡単な再循環ループを用いることができなくなる。ターボ機械入口部分への排出ガスの直接的な導入により、タービンの汚損、腐食及び内部ターボ機械構成要素の加速損耗が生じる場合がある。結果として、入口空気との配合の前に分流排出ガスを処理する必要がある。タービン汚損、腐食及び内部ターボ機械構成要素の加速損耗を阻止するようなＥＧＲシステムを開発するために、相当量の時間、エネルギー及びコストが費やされてきた。本明細書で記載される硫黄化合物低減（ＳＲ）システムの幾つかの実施形態の実施において得られる利点は、ＳＲシステムがターボ機械の燃料中の硫黄化合物を低減及び／又は排除し、その結果、燃料燃焼の結果として生じる排出ガス流中に存在する硫黄化合物の低減及び／又は排除をもたらすことができる点であることが判っている。
また、本明細書で記載されるＳＲシステムの幾つかの実施形態の実施において得られる利点は、燃料中の硫黄化合物の低減及び／又は排除、並びに排出ガス流における硫黄化合物のその後の低減及び／又は排除により、再循環排出ガス流中の硫黄化合物の低減及び／又は排除をもたらすことができ、更に、ターボ機械の内部構成要素の腐食及び汚損を最小限にして、より簡単でより効率的なＥＧＲシステムの設計を可能にすることができる点であることが判っている。
本明細書では、特定の用語は、専ら読者の便宜のために使用しており、本発明の技術的範囲に対する限定として解釈すべきではない。例えば、「上側」、「下側」、「左側」、「前側」、「右側」、「水平方向」、「垂直方向」、「上流側」、「下流側」、「前方」、「後方」、「頂部」、「底部」などの用語は、図示の構成を単に説明しているに過ぎない。実際に、本発明の実施形態の１以上の要素は、あらゆる方向に配向することができ、従って、特に明記しない限り、この用語は、このような変形形態を含むものとして理解されたい。
本発明の別の実施形態のＳＲシステムは、複数の構成要素を含むことができる。構成要素の構成及び配列は、ターボ機械用の燃料の組成により決定付けることができる。一実施形態では、ＳＲプロセスを構成するステップは、ＳＲシステムを利用して燃料燃焼前に燃料の硫黄化合物を低減するステップ、並びに低レベルの硫黄化合物を有する燃料がＳＲシステムからターボ機械の燃焼システムに流出できるようにするステップである。一実施形態では、本発明は、燃料燃焼前にターボ機械用の燃料中の硫黄化合物のレベルを低減及び／又は排除する技術的効果を有することができる。
別の実施形態では、本発明は、ターボ機械のガス流中に存在する可能性がある硫黄化合物のレベルを低減及び／又は排除する技術的効果を有することができる。
別の実施形態では、本発明は、排出ガス再循環システムによる再循環用のガス流中に存在する可能性がある硫黄化合物のレベルを低減及び／又は排除する技術的効果を有することができる。
ＳＲシステムは、限定ではないが、高出力ガスタービン、航空機転用ガスタービン、又は同様のもの（以下、「ガスタービン」と呼ぶ）を含む、ガス状流体を生成する様々なターボ機械に適用することができる。本発明の一実施形態は、単一のガスタービン又は複数のガスタービンの何れにも適用することができる。本発明の別の実施形態は、単純サイクル又は複合サイクル構成のガスタービン運転に適用することができる。
図１を参照すると、ターボ機械用の燃料中の硫黄化合物を低減するためのシステムの一実施形態の概略図が示されている。図１は、ガスタービン１００及び硫黄化合物低減（ＳＲ）システム５０を示す。
一実施形態では、ガスタービン１００は、シャフト１２０を有する圧縮機１１０を備えることができる。空気１２５は、圧縮機１１０の入口に流入することができ、圧縮機１１０により加圧することができ、次いで、燃焼システム１３０に吐出することができ、ここで、限定ではないが天然ガスを含む燃料１３６を燃焼させて、タービン１４５を駆動する高エネルギー燃焼ガス１４０を生成することができる。タービン１４５では、高温ガス１４０のエネルギーを事に変換することができ、その一部を用いて、シャフト１２０を通じて圧縮機１１０を駆動することができ、残りは、負荷（図示せず）を駆動するための有用な仕事に利用することができる。
一実施形態では、ＳＲシステム５０は、圧力スイング吸着ユニット、スポンジ鉄、炭素吸着床、Ｒｅｃｔｉｓｏｌ洗浄ユニット及びトリアジン系の硫黄化合物掃気ユニットからなる群から選択される１以上の構成要素を含むことができる。上述の構成要素は当該技術分野で公知であり、明瞭にするために、これ以上の説明はしない。加えて、上述の構成要素が硫黄化合物を低減するプロセス及び処理は、当該技術分野で公知であり、当業者により認識され、従って、明瞭にするために、これ以上の説明はしない。別の実施形態では、本明細書では述べられていない、燃料中の硫黄化合物を低減する既存のあらゆる手段又はプロセス、或いは、ターボ機械、特にターボ機械の燃焼システムと動作可能に一体化することができ且つ当業者によって将来開発される、燃料中の硫黄化合物を低減するあらゆる手段又はプロセスは、本発明のシステムにより包含される。
一実施形態では、ＳＲシステム５０は更に、燃焼システム１３０とＳＲシステム５０を一体化し、該燃焼システム１３０がＳＲシステム５０から出る燃料１３６を受け取ることができるようにする燃料ライン（図示せず）を含むことができる。当業者であれば、燃料ライン又は他の何れかの機構を介してＳＲシステム５０がどのようにして燃焼システム１３０と動作可能に一体化することができるかを認識することになり、明瞭にするためにこれ以上の説明はしない。
ＳＲシステム５０は、硫黄化合物を有する燃料１３５を受け取ることができる。本明細書で記載されるＳＲシステム５０の構成要素は、燃料１３５中に存在する硫黄化合物のレベルを低下させることができる。その後、低減されたレベルの硫黄化合物がを有する燃料１３６が、燃焼のためにＳＲシステム５０から燃焼システム１３０に流出することができる。一実施形態では、ＳＲシステム５０は、燃焼システム１３０の上流側に位置付けることができる。一実施形態では、硫黄化合物の低減は、約１０重量ｐｐｍ〜約１００重量ｐｐｂまでの範囲及びこれらの間の全ての部分範囲のレベルから、約０．０重量ｐｐｂ〜約２０重量ｐｐｂまでの範囲並びに全てのこれらの間の部分範囲のレベルを低減することを含むことができる。
一実施形態では、燃料１３５は、硫化物、メルカプタン、チオール及びこれらの組合せからなる群から選択される１種以上の硫黄化合物を含むことができる。別の実施形態では、燃料１３５は、硫化水素、エチルメチルスルフィド、ｔ−ブチルメルカプタン、エチルメルカプタン、メチルメルカプタン及びこれらの組合せからなる群から選択される１種以上の硫黄化合物を含むことができる。一実施形態では、ＳＲシステム５０は、限定ではないが、約２０，０００ポンド／時（Ｌｂ／ｈｒ）〜約６０，０００Ｌｂ／ｈｒの流量の燃料１３５及び燃料１３６を含む、物理特性に耐え得るサイズのもの及びそのような材料から作製することができる。
本発明の別の実施形態では、本明細書で記載されるターボ機械の燃料中の硫黄化合物を低減するためのシステムは、複数のＳＲシステム、複数の燃料及び複数のターボ機械に用いることができる。本発明の一実施形態では、本明細書で記載されるターボ機械の燃料中の硫黄化合物を低減するためのシステムは、１以上のターボ機械と、硫黄化合物を含み且つ１以上のターボ機械に供給される１以上の燃料を燃焼させるための１以上の燃焼システムと、１以上の燃焼システムの上流側の１以上の燃料中の硫黄化合物のレベルを低下させるよう位置付けられた１以上の硫黄化合物低減（ＳＲ）システムと、を備えることができる。
本発明の一実施形態では、ターボ機械の燃料中の硫黄化合物を低減する方法が提示される。本方法は、硫黄化合物低減（ＳＲ）システムを利用して、燃料を燃焼する前に燃焼システムに流入する燃料の硫黄化合物を低減する段階と、燃料を燃焼させて、低レベルの硫黄化合物を有する燃焼燃料が燃焼システムから出てターボ機械に供給できるようにする段階と、を含む。
図１の態様を参照すると、ターボ機械の燃料中の硫黄化合物を低減する方法の一実施形態が本明細書で説明される。ＳＲシステム５０を設けることができ、燃焼システム１３０と動作可能に一体化することができる。ＳＲシステム５０の種々の特徴及び実施形態を本明細書で説明してきたが、明瞭にするためにこれ以上の説明はしない。硫黄化合物を有する燃料１３５は、ＳＲシステム５０を用いて確立される。次いで、ＳＲシステム５０は、燃焼の前に燃料流１３５の硫黄化合物を低減することができる。ＳＲシステム５０が燃料１３５の硫黄化合物をどのように低減できるかに関する種々の実施形態を説明してきたが、明瞭にするためにこれ以上の説明はしない。次いで、低レベルの硫黄化合物を有する燃料１３６が、燃焼のためＳＲシステム５０から出て燃焼システムに入る。次に、燃料１３６が燃焼し、燃焼燃料をガスタービン１００に供給することができる。
本発明の別の実施形態では、本明細書で記載されるターボ機械の燃料中の硫黄化合物を低減する方法は、複数のＳＲシステム、複数の燃料及び複数のターボ機械に用いることができる。本発明の一実施形態では、本明細書で記載されるターボ機械の燃料中の硫黄化合物を低減する方法は、１以上の硫黄化合物低減（ＳＲ）システムを利用して、１以上の燃料を燃焼させる前に１以上の燃料システムに流入する１以上の燃料の硫黄化合物を低減する段階と、１以上の燃料を燃焼させて、低レベルの硫黄化合物を有する燃焼燃料が１以上の燃焼システムから出て１以上のターボ機械に供給できるようにする段階と、を含む。
本発明の一実施形態では、ターボ機械の燃料中の硫黄化合物を低減することができ、ターボ機械の排出流の化合物を低減することができ、更に、ターボ機械の排出流の一部を再循環することができ、ここで排出流が入口空気と混合されて、ユニットの信頼性及び可用性に悪影響を及ぼすことなくターボ機械に再流入することができるシステムが提示される。システムは、硫黄化合物低減（ＳＲ）システム及び排出ガス再循環（ＥＧＲ）システムを含むことができる。ＳＲシステムの使用の特徴、種々の実施形態及び方法が本明細書で説明され、従って、明瞭にするために、これ以上の説明はしない。
一般に、ＥＧＲシステムは、以下において排出流と呼ばれる排出ガスの一部をターボ機械から受け取り、排出流中の化合物のレベルを低減し、次いで、排出流をターボ機械の入口セクションに再循環する。このプロセスは、排出流中のエミッションレベルの低減を可能にし、化合物の除去及び隔離を可能にする。
本発明の一実施形態のＥＧＲシステムは、複数の要素を含むことができる。この要素の構成及び配列は、排出ガスの組成物によって決定付けることができる。一般に、排出ガス再循環プロセスを構成するステップは、冷却、スクラビング、デミスト、パーティキュレート及び液滴の高効率な除去及び混合とすることができる。本発明を利用する場合、入口空気と配合された分流ガスは、悪影響を及ぼすことなくタービン入口に導入することができる。本明細書で説明されるように、排出ガス処理を行うのに用いることができる複数の構成がある。
ＥＧＲシステムの一実施形態では、本発明は、高濃度ＣＯ2及びＳＯｘなどの有害化合物のレベルを低減する技術的効果を有し、その全ては、排出ガス（これ以降は「排出流」又は同様のものと呼ぶ）の一部にあるものとすることができる。レベルは、第１のレベルから第２のレベルに低減することができ、これらはターボ機械のオペレータにより決定することができる。本発明の一実施形態はまた、高濃度ＣＯ2エミッションの除去及び隔離を可能にすることができる。
ＥＧＲシステムは、限定ではないが、高出力ガスタービン、航空機転用ガスタービン、又は同様のもの（以下、「ガスタービン」と呼ぶ）を含む、ガス状流体を生成する様々なターボ機械に適用することができる。本発明の一実施形態は、単一のガスタービン又は複数のガスタービンの何れにも適用することができる。本発明の別の実施形態は、単純サイクル又は複合サイクル構成のガスタービン運転に適用することができる。
本明細書で説明されるように、ＥＧＲシステムの一実施形態は、１以上のスクラビング装置；又は、１以上のスクラビング装置と１以上の下流側熱交換器；又は、１以上のスクラビング装置と１以上の上流側熱交換器；又は、１以上のスクラビング装置と、１以上の下流側熱交換器と、１以上の上流側熱交換器；或いは、これらの種々の組合せを利用することができる。更に、上述の実施形態の各々及び何れかは、排出流中の有害成分のレベルを低減するための試薬を導入することができる噴射器と、該成分を除去するための湿式電気集塵機とを含むことができる。
本発明の一実施形態では、限定ではないが、スクラビング装置及び熱交換器を含む要素は、ＥＧＲシステムが機能し作動することができる動作環境に耐え得るあらゆる材料から製作することができる。
図２を参照すると、ターボ機械の排出ガスの化合物を低減するためのシステムの実施形態の概略図が示されている。システムは、ガスタービン１００、燃焼システム１３０及び硫黄化合物低減（ＳＲ）システム５０を備える。一実施形態では、システムは更に、排出ガス再循環（ＥＧＲ）システム１５０を備えることができる。
一実施形態では、ＳＲシステム５０は、燃料流１３５中の硫黄化合物を低減することができる。次に、低レベルの硫黄化合物を有する燃料流１３６は、燃焼のためＳＲシステム５０から出て、ガスタービンの燃焼システム１３０に流れることができる。ＳＲシステム５０の使用の特徴、種々の実施形態及びその方法を本明細書で説明してきたが、明瞭にするためにこれ以上の説明はしない。ガスタービン１００の使用の特徴及び種々の実施形態を本明細書で説明してきたが、明瞭にするためにこれ以上の説明はしない。一実施形態では、ＥＧＲシステム１５０は、１以上のＥＧＲ流量調整装置１５５及び１以上のスクラビング装置１７０を備えることができる。１以上のＥＧＲ流量調整装置１５５は、限定ではないが、約１０，０００ポンド／時（Ｌｂ／ｈｒ）〜約５０，０００，０００Ｌｂ／ｈｒの流量及び約３８℃〜約８１６℃の温度を含む、物理特性に耐え得るサイズのもの及びそのような材料から作製することができる。ガスタービン１００のオペレータは、１以上の排出流１６５の所望の流量に基づいて１以上の流量調整装置１５５の位置を決定することができる。１以上の排出流１６５は、１以上のＥＧＲ流量調整装置１５５の下流側へ１以上のスクラビング装置１７０の入口部分に流れることができる。
一実施形態では、スクラビング装置システム（以下では「スクラビング装置」と呼ぶ）は一般に、産業用排出流からパーティキュレート及び他のエミッションを除去することができる空気汚染制御装置とみなされる。スクラビング装置１７０は、ガス流から望ましくない汚染物質をスクラビングするための液体を包含する、「スクラビングプロセス」又は同様のものを用いることができる。
一実施形態では、スクラビング装置１７０は、１以上の排出流１６５を受け取った後、様々な機能を実行することができる。１以上のスクラビング装置１７０は、１以上の排出流１６５の温度を約１６℃〜約３８℃の範囲まで低下させることができる。１以上のスクラビング装置１７０はまた、１以上の排出流１６５中の複数の成分の一部を第１のレベルから第２のレベルにまで除去することができる。一実施形態では、１以上のターボ機械のオペレータは、第２のレベルの要件を決定することができる。化合物は、例えば、水蒸気、酸、アルデヒド、炭化水素及びこれらの組合せのうちの１以上を含むことができる。
スクラビング装置１７０は、スクラビング装置の冷却流体１７２、１７４を受け入れて、後で吐出することができ、該冷却流体は、本明細書で説明されるように、１以上の排出流１６５の温度を低下させるのに必要な熱伝達を可能にするタイプのものとすることができる。１以上のスクラビング装置１７０はまた、上述の化合物及び高濃度ＣＯ2の一部を除去することができる１以上のスクラビング装置のブローダウンライン１７６を含むことができる。凝縮可能ライン１７８は、スクライビングプロセス中に凝縮できる１以上の排出流１６５の一部を除去することができる。スクラビング装置再循環ライン１８０は、排出流の一部を再循環して、スクラビングプロセスの効果を増大させることができる。スクラビングプロセスの後、１以上の排出流１６５は、下流側の圧縮機１１０に流れることができる。次いで、ＥＧＲシステム１５０は、圧縮機１１０によって実行される圧縮の前に、入口空気１２５を１以上の排出流と混合することができる。
使用時には、本発明の一実施形態のＳＲシステム５０及びＥＧＲシステム１５０は、ガスタービン１００が作動状態にある間に機能することができる。ＥＧＲ流量調整装置１５５は、１以上の排出流１６５の所望の流量を可能にするよう位置付けることができ、非再循環排出ガス１６０は、限定ではないが、熱回収蒸気発生器（図示せず）を含む、排出スタック（図示せず）又は同様のもの、或いは他の場所を通って流れることができる。次いで、１以上の排出流１６５は、本明細書で記載されるように１以上のスクラビング装置１７０を通って下流側に流れることができる。
１以上のスクラビング装置１７０において、１以上の排出流１６５の温度は、飽和温度を下回るまで低下させることができる。スクラビング装置の冷却流体１７２、１７４の使用及び１以上の排出流１６５の温度の低下により、１以上の排出流１６５の一部をスクラビング装置再循環ライン１８０に通して流すようにすることができる。一実施形態では、１以上の排出流１６５の凝縮可能蒸気の一部は、凝縮可能ライン１７８を介して除去することができる。次いで、１以上の排出流１６５は、１以上のスクラビング装置１７０の下流側に流れ、圧縮機１１０内に流入することができる。
本明細書で記載され且つ図３から６に示す本発明の代替の実施形態は、１以上の排出流１６５の流路及びＥＧＲシステム１５０の構成を修正することができる。更に、図３から６は、１以上のガスタービン１００を複合サイクル運転用に構成することができる一実施形態を示している。一実施形態では、熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）２００は、ガスタービン１００の全排出ガスを受けることができる。図３から６に示すように、ＥＧＲ流量調整装置１５５は、ＨＲＳＧ２００の下流側に接続され、本明細書で記載されるように機能することができる。
図３を参照すると、ターボ機械の排出ガスの化合物を低減するためのシステムの一実施形態の概略図が示される。システムは、ガスタービン１００、燃焼システム１３０及び硫黄化合物低減（ＳＲ）システム５０を備える。一実施形態では、システムは更に、排出ガス再循環（ＥＧＲ）システム１５０を備えることができる。
一実施形態では、ＳＲシステム５０は、燃料１３５中の硫黄化合物を低減することができる。次に、低レベルの硫黄化合物を有する燃料１３６は、燃焼のためＳＲシステム５０から出て、ガスタービン１００の燃焼システム１３０に流れることができる。ＳＲシステム５０の使用の特徴、種々の実施形態及びその方法を本明細書で説明してきたが、明瞭にするためにこれ以上の説明はしない。ガスタービン１００の使用の特徴及び種々の実施形態を本明細書で説明してきたが、明瞭にするためにこれ以上の説明はしない。本発明の一実施形態では、ＥＧＲシステム１５０は、１以上のスクラビング装置１７０、１以上の下流側熱交換器２２０、１以上のデミスター２３０及び１以上の混合ステーション２４０を含むことができる。
一実施形態では、１以上のスクラビング装置１７０は、１以上の排出流１６５の温度を低減することができ、更に、本明細書で記載されるように、１以上の排出流１６５中の複数の成分の一部を除去することができる。１以上のスクラビング装置１７０は、本明細書で記載されるように、１以上のスクラビング装置のブローダウンライン１７６及び１以上のスクラビング装置再循環ライン１８０を含むことができる。１以上のスクラビング装置１７０はまた、スクラビングプロセスで使用される流体を供給できる１以上のスクラビング装置構成ライン２１０を含むことができる。
１以上の下流側熱交換器２２０は、１以上のスクラビング装置１７０の下流側に位置付けることができ、高温入口空気１３０の温度に起因したガスタービン１００の性能に影響を及ぼすことのないように、１以上の排出流１６５を適切な温度まで冷却することができる。一実施形態では、１以上の下流側熱交換器２２０は、１以上の排出流１６５の温度を約２℃（おおよそ凍結温度を上回る）〜約３８℃の範囲まで低下させることができる。
１以上の下流側熱交換器２２０は、下流側冷却流体２２２、２２４を受け入れて、後で吐出することができ、該冷却流体は、本明細書で説明されるように、１以上の排出流１６５の温度を低下させるのに必要な熱伝達量を可能にするタイプのものとすることができる。１以上の下流側熱交換器２２０はまた、熱交換プロセス中に凝縮することができる１以上の排出流１６５の一部を除去することができる１以上の凝縮可能ライン１７８を含むことができる。
１以上のデミスター２３０は、本発明の一実施形態では、１以上の下流側熱交換器２２０の下流側に位置付けることができる。１以上のデミスター２３０は、スクラビング及び熱交換プロセスにより運ぶことができる１以上の排出流１６５から水滴を除去することができる。
本明細書で記載されるように、本発明の一実施形態は、１以上の下流側熱交換器２２０の下流側に位置付けることができる１以上の混合ステーション２４０を含むことができる。１以上の混合ステーション２４０は、入口空気１２５及び１以上の排出流１６５を混合し、圧縮機２４０に流入する入口流体２５０を形成する装置を考慮することができる。１以上の混合ステーション２４０は、例えば、バッフル、流れ調整器、又は同様のものを利用して、入口空気１２５を１以上の排出流１６５と混合することができる。別の実施形態では、１以上の混合ステーション２４０が必要ではない場合がある。例えば、入口空気１２５及び１以上の排出流１６５は、限定ではないが、入口ダクト、プレナム内、入口フィルタハウス近傍、又は同様のものを含む、圧縮機１１０に隣接した区域内で混合することができる。
使用時には、本発明の一実施形態のＳＲシステム５０及びＥＧＲシステム１５０は、ガスタービン１００が作動中である間に機能することができる。ＥＧＲ流量調整装置１５５は、本明細書で記載されるように、１以上の排出流１６５の所望の流量を可能にするよう位置付けることができる。次いで、１以上の排出流１６５は、１以上のスクラビング装置１７０を通って下流側に流れることができる。１以上のスクラビング装置１７０において、１以上の排出流１６５の温度は、飽和温度を下回るまで低下させることができる。スクラビング装置の冷却流体１７２、１７４の使用及び１以上の排出流１６５の温度の低下により、排出流１６５の一部をスクラビング装置再循環ライン１８０に通して流すようにすることができる。スクラビング装置１７０内で使用される流体の一部は、スクラビング装置構成ライン２１０を介して正常な流体と交換することができる。
一実施形態では、１以上の排出流１６５は、１以上のスクラビング装置１７０の下流側の１以上の下流側熱交換器２２０に流れることができ、ここで１以上の排出流１６５の凝縮可能蒸気の一部が凝縮可能ライン１７８を介して除去することができる。次いで、１以上の排出流１６５は、１以上のデミスター２３０を通り、その後、１以上の混合ステーション２４０に流入することができ、これらの全ては本明細書で説明される。１以上の混合ステーション２４０の下流側では、入口流体２５０は圧縮機１１０に流れることができる。一実施形態では、１以上のデミスター２３０及び１以上の混合ステーション２４０は、代替の構成を有することができる。例えば、ＥＧＲシステム１５０は、１以上の混合ステーション２４０が１以上の下流側熱交換器２２０のすぐ下流側に位置付けることができ、従って、１以上のデミスター２３０を１以上の混合ステーション２４０の下流側に位置付けることができるように構成することができる。
図４を参照すると、ターボ機械の排出ガスの化合物を低減するためのシステムの一実施形態の概略図が示されている。システムは、ガスタービン１００、燃焼システム１３０及び硫黄化合物低減（ＳＲ）システム５０を備えることができる。一実施形態では、システムは更に、排出ガス再循環（ＥＧＲ）システム１５０を備えることができる。
一実施形態では、ＳＲシステム５０は、燃料流１３５中の硫黄化合物を低減することができる。次いで、低レベルの硫黄化合物を有する燃料流１３６は、燃焼のためにＳＲシステム５０からガスタービン１００の燃焼システム１３０に流出することができる。ＳＲシステムの使用の特徴、種々の実施形態及び方法が本明細書で説明され、従って、明瞭にするために、これ以上の説明はしない。ガスタービン１００の使用の特徴、種々の実施形態及び方法が本明細書で説明され、従って、明瞭にするために、これ以上の説明はしない。本発明の一実施形態では、ＥＧＲシステム１５０は、１以上のスクラビング装置１７０、１以上の下流側熱交換器２２０、１以上のデミスター２３０及び１以上の混合ステーション２４０を含むことができる。
本発明の一実施形態では、１以上の上流側熱交換器３００は、１以上のスクラビング装置１７０の上流側に位置付けることができる。一実施形態では、ＥＧＲシステム１５０は、１以上のスクラビング装置１７０、１以上の上流側熱交換器３００、１以上のデミスター２３０及び１以上の混合ステーション２４０を含むことができる。１以上の上流側熱交換器３００は、１以上のスクラビング装置１７０の上流側に位置付けることができ、ＥＧＲ流量調整装置１５５から出る１以上の排出流１６５を受けることができる。１以上の上流側熱交換器３００は、１以上の排出流１６５を約１６℃〜約３８℃の範囲まで冷却することができる。
１以上の上流側熱交換器３００は、上流側冷却流体３０２、３０４を受け入れて、後で吐出することができ、該冷却流体は、本明細書で説明されるように、１以上の排出流１６５の温度を低下させるのに必要な熱伝達量を可能にするタイプのものとすることができる。１以上の上流側熱交換器３００はまた、熱交換プロセス中に凝縮することができる１以上の排出流１６５の一部を除去することができる１以上の凝縮可能ライン１７８を含むことができる。
使用時には、本発明の一実施形態のＥＧＲシステム１５０は、ガスタービン１００が作動状態にある間に機能することができる。ＥＧＲ流量調整装置１５５は、本明細書で説明されるように、１以上の排出流１６５の所望の流量を可能にするよう位置付けることができる。次いで、１以上の排出流１６５は、１以上の上流側熱交換器３００を通って下流側に流れることができ、ここで凝縮可能ライン１７８を介して１以上の排出流１６５の凝縮可能蒸気の一部を除去することができる。
一実施形態では、１以上の排出流１６５は、本明細書で説明されるように、１以上のスクラビング装置１７０を通って下流側に流れることができる。次いで、１以上の排出流１６５は、１以上のスクラビング装置１７０の下流側へ１以上のデミスター２３０に流れ、その後、１以上の混合ステーション２４０に流入することができ、これらの全ては本明細書で説明される。１以上の混合ステーション２４０の下流側では、入口流体２５０は圧縮機１１０に流れることができる。一実施形態では、ＥＧＲシステム１５０は、１以上の混合ステーション２４０が１以上の下流側熱交換器２２０のすぐ下流側に位置付けることができ、従って、１以上のデミスター２３０を１以上の混合ステーション２４０の下流側に位置付けることができるように構成することができる
図５を参照すると、ターボ機械の排出ガスの化合物を低減するためのシステムの一実施形態の概略図が示されている。システムは、タービン１００、燃焼システム１３０及び硫黄化合物低減（ＳＲ）システム５０を備えることができる。一実施形態では、システムは更に、排出ガス再循環（ＥＧＲ）システム１５０を備えることができる。
一実施形態では、ＳＲシステム５０は、燃料流中の硫黄化合物を低減することができる。次いで、低レベルの硫黄化合物を有する燃料流１３６は、燃焼のためにＳＲシステム５０からガスタービン１００の燃焼システム１３０に流出することができる。ＳＲシステムの使用の特徴、種々の実施形態及び方法が本明細書で説明され、従って、明瞭にするために、これ以上の説明はしない。ガスタービン１００の使用の特徴、種々の実施形態及び方法が本明細書で説明され、従って、明瞭にするために、これ以上の説明はしない。本発明の一実施形態では、ＥＧＲシステム１５０は、１以上のスクラビング装置１７０、１以上の下流側熱交換器２２０、１以上のデミスター２３０及び１以上の混合ステーション２４０を含むことができる。
本発明の一実施形態では、１以上の排出流１６５から熱を除去することができ、これは、１以上のスクラビング装置１７０の上流側及び下流側に位置付けられた複数の熱交換器により達成することができる。一実施形態では、この構成は、本明細書で説明されたものよりも相対的に小さな熱交換器を許容することができる。一実施形態では、１以上の下流側熱交換器２２０及び１以上の上流側熱交換器３００の両方は、ＥＧＲシステム１５０内に含めることができる。一実施形態では、ＥＧＲシステム１５０は、１以上のスクラビング装置１７０、１以上の上流側熱交換器３００、１以上の下流側熱交換器２２０、１以上のデミスター２３０及び１以上の混合ステーション２４０を含むことができる。
一実施形態では、１以上の上流側熱交換器３００、１以上の下流側熱交換器２２０及び１以上のスクラビング装置１７０の作動を統合し、本明細書で説明されるように、１以上の排出流１６５の温度から熱を除去し、すなわち、１以上の排出流１６５の温度を各段階で下げることができる。
使用時には、本発明の一実施形態のＳＲシステム５０及びＥＧＲシステム１５０は、ガスタービン１００が作動状態にある間に機能することができる。ＥＧＲ流量調整装置１５５は、本明細書で説明されるように、１以上の排出流１６５の所望の流量を可能にするよう位置付けることができる。次いで、１以上の排出流１６５は、１以上の上流側熱交換器３００を通って下流側に流れることができ、ここで１以上の排出流１６５の温度を約４９℃〜約６６℃の範囲まで下げることができる。
一実施形態では、次いで、１以上の排出流１６５は、本明細書で記載されるように下流側へ１以上のスクラビング装置１７０まで流れることができる。次いで、１以上の排出流１６５は、１以上の下流側熱交換器２２０を通って下流側に流れることができ、ここで１以上の排出流１６５の温度を約１６℃〜約３８℃の範囲まで下げることができる。次に、１以上の排出流１６５は、１以上のデミスター２３０を通って流れ、次いで、１以上の混合ステーション２４０に流入することができ、これらの全ては本明細書で説明される。１以上の混合ステーション２４０の下流側では、入口流体２５０は圧縮機１１０に流れることができる。
本発明の一実施形態はまた、１以上の排出流１６５から除去される熱の交互する段階化を可能にする。例えば、１以上の上流側熱交換器３００は、１以上の排出流１６５の温度を約６６℃〜約１７７℃の範囲まで低下させることができ、次いで、１以上のスクラビング装置１７０は、この温度を約４９℃〜約６６℃の範囲まで下げることができ、次に、１以上の下流側熱交換器２２０は、この温度を約１６℃〜約３８℃の範囲まで下げることができる。
図６を参照すると、ターボ機械の排出ガスの化合物を低減するためのシステムの一実施形態の概略図が示されている。システムは、タービン１００、燃焼システム１３０及び硫黄化合物低減（ＳＲ）システム５０を備えることができる。一実施形態では、システムは更に、排出ガス再循環（ＥＧＲ）システム１５０を備えることができる。
一実施形態では、ＳＲシステム５０は、燃料流１３５中の硫黄化合物を低減することができる。次いで、低レベルの硫黄化合物を有する燃料流１３６は、燃焼のためにＳＲシステム５０からガスタービン１００の燃焼システム１３０に流出することができる。ＳＲシステムの使用の特徴、種々の実施形態及び方法が本明細書で説明され、従って、明瞭にするために、これ以上の説明はしない。ガスタービン１００の使用の特徴、種々の実施形態及び方法が本明細書で説明され、従って、明瞭にするために、これ以上の説明はしない。本発明の一実施形態では、ＥＧＲシステム１５０は、１以上のスクラビング装置１７０、１以上の下流側熱交換器２２０、１以上のデミスター２３０及び１以上の混合ステーション２４０を含むことができる。
本発明の一実施形態では、１以上の噴射装置５００及び１以上の湿式電気集塵機５１０がＥＧＲシステム１５０内に含まれる。本明細書で説明されるように、１以上のスクラビング装置１７０は、スクラビングプロセスで流体を用いて、１以上の排出流１６５中の成分の一部を除去することができる。一実施形態では、その構成に起因して成分を除去するのを助けるために試薬を必要とする場合がある。試薬は、成分を除去する吸収プロセスを実施することができる。試薬は、例えば、アンモニア、石灰石系の液体試薬、水、又は同様のもの、或いはこれらの組合せを含むことができる。１以上の噴射装置５００は、ＥＧＲシステム１５０の１以上のスクラビング装置１７０に試薬を噴射することができる。
試薬が使用する吸収プロセスは、１以上のスクラビング装置１７０から除去することができる粒子状物質を生成する場合がある。１以上の湿式電気集塵機５１０は、粒子状物質を除去することができる。一般に、湿式電気集塵機５１０は、１以上のスクラビング装置１７０から粒子状物質を除去する際に、帯電を誘起して、スクラビング様作業を実行する流体を利用することができる。
１以上の噴射装置５００及び１以上の湿式電気集塵機５１０は、本明細書で説明された上記の実施形態の何れかに付加することができる。本明細書で説明されるように、１以上の及び１以上の湿式電気集塵機５１０は、本明細書で説明される凝縮及びスクラビングプロセスが１以上の排出流１６５を第２のレベルにまで低減しない場合に利用することができる。
本発明の一実施形態では、ＥＧＲシステム１５０は、１以上のスクラビング装置１７０、１以上の噴射装置５００、１以上の上流側熱交換器３００、１以上の下流側熱交換器２２０、１以上の湿式電気集塵機５１０、１以上のデミスター２３０及び１以上の混合ステーション２４０を含むことができる。
使用時には、本発明の一実施形態のＳＲシステム５０及びＥＧＲシステム１５０は、ガスタービン１００が作動状態にある間に機能することができる。ＥＧＲ流量調整装置１５５は、本明細書で説明されるように、１以上の排出流１６５の所望の流量を可能にするよう位置付けることができる。１以上の排出流１６５は、１以上の上流側熱交換器３００を通って下流側に流れることができ、ここで１以上の排出流１６５の温度を約４９℃〜約６６℃の範囲まで下げることができる。次いで、１以上の排出流１６５は、本明細書で記載されるように下流側へ１以上のスクラビング装置１７０まで流れることができ、ここで１以上の噴射装置５００が１以上の試薬を噴射することができる。
次いで、１以上の排出流１６５は、１以上の下流側熱交換器２２０を通って１以上のスクラビング装置１７０の下流側に流れることができ、ここで１以上の排出流１６５の温度を約１６℃〜約３８℃の範囲まで下げることができる。次に、１以上の排出流１６５は、１以上の湿式電気集塵機５１０を通り、次いで１以上のデミスター２３０を通り、次に１以上の混合ステーション２４０に流入することができ、これらの全ては本明細書で説明される。１以上の混合ステーション２４０の下流側では、入口流体２５０は圧縮機１１０に流れることができる。
本明細書における用語「第１の」、「第２の」などは、どのような順序、数量、又は重要度を意味するものではなく、むしろ、１つの要素を別の要素と区別するために用いており、本明細書において数詞のない表現は、数量の限定を意味するものではなく、むしろ参照する要素の１以上が存在することを意味する。数量に関連して使用される修飾語「約」は表示値を含めて、文脈によって決まる意味を有する（例えば、特定の量の測定値に付随するある程度の誤差を含む）。本明細書で使用する場合における「１以上の」という前置表現は、この表現が前置する用語のものの単数及び複数の両方を含み、従ってその用語のものの１以上を含む（例えば、１以上の金属という表現は、１種以上の金属を含む）ことを意図している。本明細書で開示される範囲は、包括的且つ独立して組合せ可能である（例えば、「最大で約２５ｗｔ％、又はより具体的には、約５ｗｔ％〜約２０ｗｔ％」とは、「約５ｗｔ％〜約２５ｗｔ％」の範囲の端点と全ての中間値を包含する、など）。
本発明の種々の実施形態について説明してきたが、要素の種々の組合せ、変型形態、又は改善形態を実施することができ、更にこれらが本発明の範囲内にあることは、本明細書から理解されるであろう。加えて、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況又は物的事項を本発明の教示に適合するように多くの修正を行うことができる。従って、本発明は、本発明を実施するために企図される最良の形態として開示した特定の実施形態に限定されるものではなく、また本発明は、提出した請求項の技術的範囲内に属する全ての実施形態を包含することになるものとする。
５０ 硫黄化合物低減システム
１００ タービン
１４５ ターボ機械
１１０ 圧縮機
１２０ シャフト
１２５ 空気
１３０ 燃焼システム
１３５， １３６ 燃料
１４０ 高エネルギー燃焼ガス
１５０ 排出ガス 再循環 （ＥＧＲ）システム
１５５ ＥＧＲ流量調整装置
１６０ 非再循環排出ガス
１６５ 排出流
１７０ スクラビング装置
１７２， １７４ 冷却流体
１７６ スクラビング装置のブローダウンライン
１７８ 凝縮可能ライン
１８０ スクラビング装置再循環ライン
２００ 熱回収蒸気発生器
２１０ スクラビング装置構成ライン
２２０ 下流側熱交換器
２２２， ２２４ 下流側冷却流体
２３０ デミスター
２４０ 混合ステーション
２５０ 入口流体
３００ 上流側熱交換器
３０２， ３０４ 上流側冷却流体
５００ 噴射装置
５１０ 湿式電気集塵機

Claims (10)

  1. ターボ機械（１００）と、
    硫黄化合物を含む燃料（１３５）を燃焼させ、前記ターボ機械（１００）に供給されるようにするための燃焼システム（１３０）と、
    前記燃焼システム（１３０）の上流側で燃料（１３５）中の硫黄化合物のレベルを低減するよう位置付けられる硫黄化合物低減（ＳＲ）システム（５０）と
    を備えるシステム。
  2. 前記ＳＲシステム（５０）が、圧力スイング吸着ユニット、スポンジ鉄、炭素吸着床及びトリアジン系の硫黄化合物掃気ユニットからなる群から選択される１以上の構成要素を含む、請求項１記載のシステム。
  3. 前記硫黄化合物が、硫化物、メルカプタン、チオール及びこれらの組合せからなる群から選択される１種以上の化合物を含む、請求項１記載のシステム。
  4. 前記硫黄化合物が、硫化水素、エチルメチルスルフィド、ｔ−ブチルメルカプタン、エチルメルカプタン、メチルメルカプタン及びこれらの組合せからなる群から選択される１種以上の化合物を含む、請求項３記載のシステム。
  5. 前記ＳＲシステム（５０）が更に、燃料ラインを含み、該燃料ラインが、燃焼システム（１３０）とＳＲシステム（５０）を一体化し、該燃焼システム（１３０）がＳＲシステム（５０）から出る燃料を受け取ることができるようにする、請求項１記載のシステム。
  6. 硫黄化合物低減（ＳＲ）システム（５０）を利用して、燃焼システム（１３０）に流入する燃料（１３５）の硫黄化合物を該燃料が燃焼する前に低減する段階と、
    前記燃料（１３５）を燃焼して、低レベルの硫黄化合物を有する燃焼燃料が前記燃焼システム（１３０）から流出し、ターボ機械（１００）に供給できるようにする段階と
    を含む方法。
  7. 前記ＳＲシステム（５０）が、圧力スイング吸着ユニット、スポンジ鉄、炭素吸着床及びトリアジン系の硫黄化合物掃気ユニットからなる群から選択される１以上の構成要素を含む、請求項６記載の方法。
  8. 前記硫黄化合物が、硫化物、メルカプタン、チオール及びこれらの組合せからなる群から選択される１種以上の化合物を含む、請求項６記載の方法。
  9. 前記硫黄化合物が、硫化水素、エチルメチルスルフィド、ｔ−ブチルメルカプタン、エチルメルカプタン、メチルメルカプタン及びこれらの組合せからなる群から選択される１種以上の化合物を含む、請求項８記載の方法。
  10. 前記ＳＲシステム（５０）が更に、燃料ラインを含み、該燃料ラインが、燃焼システム（１３０）とＳＲシステム（５０）を一体化し、該燃焼システム（１３０）がＳＲシステム（５０）から出る燃料を受け取ることができるようにする、請求項６記載の方法。
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