MX2013003131A

MX2013003131A - Sistema y metodo para generar energia electrica con gran eficiencia, usando gas nitrogeno como fluido de trabajo.

Info

Publication number: MX2013003131A
Application number: MX2013003131A
Authority: MX
Inventors: Rodney John Allam; Miles R Palmer; Jeremy Eron Fetvedt
Original assignee: Palmer Labs Llc
Priority date: 2010-09-21
Filing date: 2011-09-20
Publication date: 2013-06-28
Also published as: PL2619428T3; MX345241B; EP2619428B1; KR20130099967A; EP2619428A2; HK1187968A1; US9611785B2; US10054046B2; DK2619428T3; AU2011305628B2; CA2811940C; BR112013008661A2; JP2017008942A; CA2811940A1; US20180016979A1; JP6189500B2; WO2012040195A3; CN103221660A; JP5982379B2; TWI589770B

Abstract

Se provee un método para la producción de energía eléctrica utilizando un ciclo de Brayton Power, a proporción de alta presión / baja presión, con productos de la combustión, predominantemente N2 mezclado con CO2 y H2O, como fluido de trabajo. La alta presión puede estar en la escala de 80 barias a 500 barias. La proporción de presión puede estar en la escala de 1.5 a 10. El combustible gas natural puede ser quemado en un primer dispositivo de combustión a alta presión con una cantidad casi estequiométrica de aire a presión precalentado y se puede mezclar el gas de combustión neto con una corriente de reciclaje de alta presión, calentada, de N2 + CO2 + H2O, que modere la temperatura del gas mixto al valor requerido para la máxima temperatura de entrada a una primera turbina de potencia que produce potencia de eje.

Description

SISTEMA. Y MÉTODO PARA GENERAR DE ENERGÍA ELÉCTRICA CON GRAN EFICIENCIA, USANDO GAS NITRÓGENO COMO FLUIDO DE TRABAJO Campo de la Invención La presente descripción provee métodos de gran eficiencia para la producción de energía, usando un fluido de trabajo de N2 con combustión de un combustible en aire.

Antecedentes de la Invención Conforme continúan aumentando las necesidades de energía en todo el mundo, ha habido una necesidad siempre creciente de procesos adicionales para la producción de energía. El método actual, de gran eficiencia, para la generación de energía usando combustible de gas natural o combustibles de hidrocarburo destilados, es el sistema de ciclo combinado de gas natural (NGCC) que comprende una turbina de gas del ciclo Brayton y un sistema de vapor del ciclo Rankine. Las turbinas de gas más grandes, comercialmente obtenibles, son capaces de una producción de energía desde el sistema NGCC en el rango de alrededor de 450 (megavatios) a alrededor de 550 MW, con menores eficiencias de valor de calentamiento en la escala de alrededor de 56 por ciento a alrededor de 60 por ciento a condiciones ISO (International Organization for Standardization) . Están disponibles unidades de monotrén de corriente que emplean una caldera que quema hulla más un generador de vapor, que pueden tener producciones de energía de más de 1000 MW, lo que da eficiencias eléctricas netas de hasta alrededor de 45 por ciento, con base en las condiciones de vapor máximas obtenibles con los mejores diseños y materiales de caldera actuales. Los reactores nucleares con una sola turbina de vapor están disponibles a producciones de energía de más de 1000 MW.

Además de lo anterior, la publicación de patente estadounidense No. 2011/0179799 describe un ciclo de energía de alta presión y baja proporción de presión, que usa un combustible carbonoso o de hidrocarburo, que es sometido a combustión en presencia de una atmósfera de oxígeno a alta concentración y, por lo tanto, requiere de la provisión de una fuente de oxígeno de suma pureza. Los productos de combustión son enfriados mediante un reciclaje de una corriente de C02 de alta temperatura, alta presión y altamente purificada, que ha sido calentada contra una corriente de salida de la turbina, en un cambiador de calor.

Como se ve de lo anterior, la tecnología existente y la emergente en este campo puede necesitar del uso de ciclos múltiples y/o la provisión de materiales sumamente purificados para la combustión. Consecuentemente, sigue habiendo necesidad de sistemas de producción de energía que utilicen gas natural o combustibles destilados, sometidos a combustión en aire, que puedan proveer producciones de energía desde un solo tren de hasta 500 MW o incluso más.

Sumario de la Invención Los sistemas y los métodos descritos en la presente para la producción de energía pueden ser sumamente útiles para proveer la producción de energía con gran eficiencia y pueden exhibir una o más de las siguientes características Los sistemas y los métodos descritos pueden obtener, con una temperatura máxima de turbina inferior que un sistema NGCC convencional, una eficiencia comparable a la de un sistema NGCC convencional.

Los sistemas y los métodos descritos pueden obtener, con una temperatura de turbina equivalente a la de un sistema NGCC convencional, una eficiencia mayor que la de un sistema NGCC convencional Los sistemas y los métodos descritos pueden tener un costo de capital significativamente inferior al de un sistema NGCC convencional.

Los sistemas y los métodos descritos pueden utilizar un solo fluido de trabajo.

Los sistemas y los métodos descritos pueden utilizar medios diferentes a los de un sistema de vapor para accionar la turbina o las turbinas .

Los sistemas y los métodos descritos pueden ser significativamente más compactos que un sistema NGCC.

Los sistemas y los métodos descritos pueden tener una concentración de C02 en el gas de salida que es significativamente más alta que la concentración de aproximadamente 3 por ciento en la salida de NGCC, de modo que se podría capturar más fácilmente el C02 usando un sistema de eliminación apropiado.

Los sistemas y los métodos descritos pueden utilizar aire como la fuente de oxidante a bajo costo, en lugar de requerir de oxigeno de alta pureza.

Los sistemas y los métodos descritos pueden proveer condiciones casi estequiométricas de la combustión, que pueden dar por resultado la producción de un exceso de gases inertes, que pueden ser arrojados a la atmósfera.

Los sistemas y los métodos descritos pueden utilizar una corriente de alta presión que comprende gases inertes en la producción de energía, expandiendo la corriente a través de una o más turbinas.

Los sistemas y los métodos descritos pueden proveer un método para operar un proceso de producción de energía, en el que se puede someter a combustión un combustible fósil, a alta presión, en aire, a condiciones cercanas a la estequiométrica, en un ciclo cerrado, con una proporción de alta presión a baja presión suficiente de modo que el exceso de los gases inertes a presión, que queda después del consumo del oxígeno en el combustor, puedan expandirse a la presión atmosférica, con producción máxima de energía adicional.

Además de lo anterior, en una modalidad de la presente descripción se provee un sistema de producción de energía. El sistema de producción de energía puede comprender un primer combustor, configurado para someter a combustión una primera corriente de combustible y una primera corriente de aire, en presencia de una primera corriente de reciclaje para producir una primera corriente de combustión; una primera turbina, configurada para expandir la primera corriente de combustión, y un primer cambiador de calor, configurado para recibir por lo menos una porción de una primera corriente de descarga desde la primera turbina. Se puede configurar el primer cambiador de calor para emplear la porción de la primera corriente de descarga para calentar la primera corriente de aire y por lo menos una porción de la primera corriente de reciclaje que se produce a partir de la primera corriente de descarga. El sistema de producción de energía también puede incluir un segundo combustor, configurado para someter a combustión una segunda corriente de combustible y una segunda corriente de aire en presencia de una segunda corriente de reciclaje que es producida a partir de la primera corriente de descarga. El sistema de producción de energía también puede incluir un segundo combustor, configurado para someter a combustión una segunda corriente de combustible y una segunda corriente de aire, en presencia de una segunda corriente de reciclaje, que es producida a partir de la primera corriente de descarga, para producir una segunda corriente de combustión; una segunda turbina, configurada para expandir la segunda corriente de combustión y un segundo cambiador de calor, configurado para calentar la segunda corriente de aire y la segunda corriente de reciclaj e .

En algunas modalidades, el segundo cambiador de calor puede estar configurado para emplear una segunda corriente de descarga desde la segunda turbina, para calentar la segunda corriente de aire y la segunda corriente de reciclaje. El segundo cambiador de calor puede estar configurado además para calentar una segunda porción de la primera corriente de reciclaje. El sistema de producción de energía puede comprender además un tercer combustor, configurado para someter a combustión una tercera corriente de combustible y una tercera corriente de aire, en presencia de una segunda corriente de descarga, recibida de la segunda turbina, para producir una tercera corriente de combustión; y una tercera turbina, configurada para expandir la tercera corriente de combustión. El segundo cambiador de calor puede estar configurado para emplear una tercera corriente de descarga procedente de la tercera turbina, para calentar la segunda corriente de aire y la segunda corriente de reciclaje. El segundo cambiador de calor puede estar configurado además para calentar la tercera corriente de aire. El segundo cambiador de calor puede estar configurado además para calentar una segunda porción de la primera corriente de reciclaje.

En algunas modalidades un compresor de reciclaje puede estar configurado para comprimir la primera corriente de reciclaje. Se puede dirigir una segunda porción de la primera corriente de descarga al segundo combustor. El sistema de producción de energía puede comprender además un depurador, configurado para recibir una corriente de descarga enfriada del segundo cambiador de calor. El depurador puede comprender un sistema de adsorción de CO2.

En algunas modalidades, el sistema de producción de energía puede comprender adicionalmente un sistema compresor de aire, configurado para comprimir una corriente de aire de alimentación para producir la primera corriente de aire y la segunda corriente de aire. El sistema compresor de aire puede comprender una primera compresora de aire, configurada para comprimir la primera corriente de aire, y una segunda compresora de aire, configurada para comprimir la segunda corriente de aire. La segunda compresora de aire puede estar configurada además para comprimir la primera corriente de aire, antes gue la primera compresora de aire comprima la primera corriente de aire. El sistema de compresoras de aire puede estar configurado para controla la velocidad de flujo de la primera corriente de aire y la velocidad de flujo de la segunda corriente de aire para dar por resultado la combustión sustancialmente estequiométrica en el primer combustor y en el segundo combustor. Por ejemplo, se puede configurar el sistema de compresoras de aire para controlar la velocidad de flujo de la primera corriente de aire y la velocidad de flujo de la segunda corriente de aire para que den por resultado hasta alrededor de 5 por ciento de exceso de oxígeno en la combustión en el primer combustor y en el segundo combustor.

En algunas modalidades, la primera corriente de combustible y la segunda corriente de combustible pueden comprender un gas de hidrocarburo comprimido. El gas de hidrocarburo comprimido puede comprender metano. La primera corriente de aire y la segunda corriente de aire pueden comprender aire ambiental. La primera corriente de reciclaje y la segunda corriente de reciclaje pueden tener más de 50 por ciento de nitrógeno, sobre una base molar. El sistema de producción de energía puede comprender además un separador, configurado para eliminar una corriente líquida de la porción de la primera corriente de descarga dirigida a través del primer cambiador de calor. Adicionalmente, el sistema de producción de energía puede estar configurado para operar con una eficiencia neta de generación eléctrica, sobre la base del menor valor de calentamiento, de por lo menos alrededor de 60 por ciento, cuando opera con una temperatura de turbina de alrededor de 1300 °C a alrededor de 1500 °C.

En otra modalidad, se provee un método para producir energía. El método puede comprender someter a combustión una primera corriente de combustible y una primera corriente de aire en un primer combustor, en presencia de una primera corriente de reciclaje, para producir una primera corriente de combustión, expandir la primer corriente de combustión en una primera turbina para hacer girar la primera turbina y producir energía eléctrica; dirigir por lo menos una porción de una primera corriente de descarga de la primera turbina a un primer cambiador de calor y emplear la porción de la primera corriente de descarga para calentar la primera corriente de aire y por lo menos una porción de la primera corriente de reciclaje que es producida a partir de la primera corriente de descarga, con el primer cambiador de calor. El método puede comprender además someter a combustión una segunda corriente de combustible y una segunda corriente de aire en un segundo combustor, en presencia de una segunda corriente de reciclaje que es producida a partir de la primera corriente de descarga, para producir una segunda corriente de combustión; expandir la segunda corriente de combustión en una segunda turbina, para hacer girar la segunda turbina a fin de producir energía eléctrica; dirigir la segunda corriente de aire y la segunda corriente de reciclaje a un segundo cambiador de calor, y calentar la segunda corriente de aire y la segunda corriente de reciclaje con el segundo cambiador de calor.

En algunas modalidades, calentar la segunda corriente de aire y la segunda corriente de reciclaje con el segundo cambiador de calor puede comprender emplear una segunda corriente de descarga procedente de la segunda turbina, para calentar la segunda corriente de aire y la segunda corriente de reciclaje. El método puede comprender además calentar una segunda porción de la primera corriente de reciclaje con el segundo cambiador de calor. El método puede incluir también: someter a combustión una primera corriente de combustible y una tercera corriente de aire en un tercer combustor, en presencia de una segunda corriente de descarga, recibida de la segunda turbina, para producir una tercera corriente de combustión; y expandir la tercera corriente de combustión en una tercera turbina para hacer girar la tercera turbina a fin de producir energía eléctrica. Calentar la segunda corriente de aire y la segunda corriente de reciclaje con el segundo cambiador de calor puede comprender emplear una tercera corriente de descarga procedente de la tercera turbina para calentar la segunda corriente de aire y la segunda corriente de reciclaje. El método puede incluir adicionalmente : calentar la tercera corriente de aire con el segundo cambiador de calor. También puede incluir el método: calentar una segunda porción de la primera corriente de reciclaje con el segundo cambiador de calor.

En algunas modalidades el método puede comprender además: comprimir la primera corriente de reciclaje con una compresora de reciclaje. El método también puede incluir: dirigir una segunda porción de la primera corriente de descarga al segundo combustor. Adicionalmente, el método puede incluir: dirigir una corriente de descarga enfriada desde el segundo cambiador de calor, a un depurador. El depurador puede comprender un sistema de adsorción de C02.

En algunas modalidades, el método puede comprender además: comprimir una corriente de aire de alimentación, con un sistema de compresoras de aire, para producir la primera corriente de aire y la segunda corriente de aire. Comprimir la corriente de aire de alimentación con el sistema de compresoras de aire puede comprender: comprimir la primera corriente de aire con una primera compresora de aire y comprimir la segunda corriente de aire con una segunda compresora de aire. Comprimir la corriente de aire de - - alimentación con el sistema de compresoras de aire puede comprender: comprimir la primera corriente de aire con la segunda compresora de aire, antes de comprimir la primera corriente de aire con la primera compresora de aire. Además, el método puede incluir: controlar una velocidad de flujo de la primera corriente de aire y la velocidad de flujo de la segunda corriente de aire con el sistema de compresoras de aire, para dar por resultado la combustión sustancialmente estequiométrica en el primer combustor y en el segundo combustor. Por ejemplo, el método puede incluir: controlar la velocidad de flujo de la primera corriente de aire y la velocidad de flujo de la segunda corriente de aire con el sistema de compresoras de aire, para dar por resultado hasta alrededor de 5 por ciento de exceso de O2 en la combustión en el primer combustor y en el segundo combustor.

En algunas modalidades, la primera corriente de combustible y la segunda corriente de combustible puede comprender gas de hidrocarburo comprimido. El gas de hidrocarburo comprimido puede comprender metano. La primera corriente de aire y la segunda corriente de aire pueden comprender aire ambiental comprimido. La primera corriente de reciclaje y la segunda corriente de reciclaje pueden ser de más de 50 por ciento de N2 sobre una base molar. El método también puede incluir: separar una corriente de liquido de la porción de la primera corriente de descarga dirigida a través del primer cambiador de calor, con un separador. Además, se puede producir la energía a una eficiencia neta de generación eléctrica, sobre la base de un menor valor de calentamiento, de por lo menos alrededor de 60 por ciento, cuando se opera con una temperatura de turbina de - - alrededor de 1300 °C a alrededor de 1500 °C.

Se provee una modalidad adicional de un sistema de producción de energía eléctrica. El sistema de producción de energía eléctrica puede comprender un suministro de aire configurado para proveer una corriente de aire, un suministro de combustible, configurado para proveer una corriente de combustible, y un combustor, configurado para someter a combustión la corriente de combustible y la corriente de aire, en presencia de una corriente de reciclaje para producir una corriente de combustión que es mayor que el 50 por ciento de nitrógeno, sobre una base molar. El suministro de aire y el suministro de combustible pueden estar configurados para entregar la corriente de aire y la corriente de combustible en una proporción configurada para que dé por resultado la combustión sustancialmente estequiométrica en el combustor, con hasta alrededor de 5 por ciento de exceso de oxígeno. El sistema de producción de energía eléctrica puede comprender además una turbina configurada para expandir la corriente de combustión, y un cambiador de calor, configurado para recibir por lo menos una porción de una corriente de descarga de la turbina. El cambiador de calor puede estar configurado para emplear la porción de la corriente de descarga para calentar la corriente de aire y por lo menos una porción de la corriente de reciclaje que es producida a partir de la corriente de descarga .

En algunas modalidades, el sistema de producción de energía eléctrica puede comprender además un segundo combustor configurado para someter a combustión una segunda corriente de combustible y una segunda corriente de aire, en - - presencia de una segunda corriente de reciclaje que es producida a partir de la corriente de descarga, para producir una segunda corriente de combustión, una segunda turbina, configurada para expandir la segunda corriente de combustión y un segundo cambiador de calor configurado para calentar la segunda corriente de aire y la segunda corriente de reciclaje .

Se provee una modalidad adicional de un método para producir energía eléctrica. El método puede comprender: someter a combustión una corriente de combustible y una corriente de aire en un combustor, en presencia de una corriente de reciclaje, para producir una corriente de combustión que es mayor que el 50 por ciento de N2 sobre una base molar; donde la proporción de la corriente de combustible a la corriente de aire se controla para dar por resultado la combustión sustancialmente estequiométrica, con hasta alrededor de 5 por ciento de exceso de 02. El método puede comprender además: expandir la corriente de combustión en una turbina, para hacer girar la turbina y producir energía eléctrica; dirigir por lo menos una porción de una corriente de descarga procedente de la turbina, a un cambiador de calor; y emplear la porción de la corriente de descarga en calentar la corriente de aire y por lo menos una porción de la corriente de reciclaje que se produce a partir de la corriente de descarga, con el cambiador de calor.

En algunas modalidades, el método puede comprender además: someter a combustión una segunda corriente de combustible y una segunda corriente de aire en un segundo combustor, en presencia de una segunda corriente de reciclaje, que es producida a partir de la corriente de descarga, para producir una segunda corriente de combustión; expandir la segunda corriente de combustión en una segunda turbina, para hacer girar la segunda turbina a fin de producir energía eléctrica; dirigir la segunda corriente de aire y la segunda corriente de reciclaje a un segundo cambiador de calor; y calentar la segunda corriente de aire y la segunda corriente de reciclaje con el segundo cambiador de calor .

Breve Descripción de las Figuras de la Invención A fin de ayudar a que se entiendan las modalidades de la descripción, se hará referencia ahora a los dibujos anexos, que no necesariamente están dibujados a escala. Los dibujos son únicamente ejemplares y no se debe considerar que son restricciones para la descripción.

La Figura 1 provee un diagrama de flujo que ilustra un sistema de producción de energía eléctrica, que incluye tres turbinas y el método para su operación, de acuerdo con una modalidad de la descripción; y La Figura 2 provee un diagrama de flujo que ilustra un sistema de producción de energía eléctrica que incluye dos turbinas, y el método para su operación, de acuerdo con otra modalidad de la descripción.

Descripción Detallada de la Invención Se explicará ahora la descripción más completamente en lo que sigue, mediante referencia a varias modalidades. Esas modalidades están provistas a fin de que la descripción sea total y completa, y entreguen plenamente el alcance de la descripción a quienes son expertos en la materia. En - - realidad, se puede incorporar la descripción de muchas formas diferentes, y no se debe considerar que está limitada a las modalidades señaladas aquí; más bien, estas modalidades están provistas de manera que esta descripción satisfaga los requisitos legales aplicables. Cuando se usan en esta memoria descriptiva y en las reivindicaciones que vienen al final, las formas del singular "un", "una", "el", "la" incluyen referentes en plural, a menos que el contexto dicte claramente lo contrario.

En ciertas modalidades, la presente descripción comprende métodos y sistemas que proveen distintas ventajas con respecto a los sistemas y los métodos de producción de energía conocidos. Por ejemplo, en varias modalidades, la presente descripción puede proveer uno o más de los siguientes aspectos: • la generación de energía eléctrica usando combustibles gaseosos exentos de ceniza (tal como, por ejemplo, gas natural) o combustibles líquidos exentos de ceniza (tales como, por ejemplo, combustibles destilados) en un ciclo de Brayton, que somete a combustión el combustible con aire y en el que el componente predominante en el ciclo es el nitrógeno; • la ausencia de un ciclo de vapor de Rankine, separado, para obtener alta eficiencia; • la producción de energía eléctrica a una eficiencia neta, sobre la base del valor menor de calentamiento (LHV) que es aproximadamente el mismo que (o mejor que) en los mejores sistemas de ciclo combinado de turbina de gas actuales; - - • las altas presiones que pueden permitir que el sistema defina un factor de forma relativamente compacto y un costo relativamente bajo; • los sistemas pueden ser hechos a la medida para proveer unidades de monotrén, con una salida de energía de más de 500 MW, así como unidades relativamente compactas; • la facilitación de la captura de C02 del gas de escape, donde la concentración de C02 está en la escala de 10 por ciento a 12 por ciento molar, usando la combustión casi estequiométrica del combustible en las corrientes de aire comprimido precalentadas ; y • la obtención de niveles bajos de NOx en el gas de salida, operando los combustores a temperaturas de salida que son moderadas mediante corrientes de reciclaje que son ricas en gas N2.

En modalidades específicas la descripción puede proveer la operación de un sistema de energía con ciclo de Brayton de aire / combustible limpio, sin un ciclo de vapor ni planta de oxígeno, lo que da un costo menor de capital que las unidades de ciclo combinadas, actuales, sin sacrificio sustancial de la eficiencia y con una concentración de C02 en la salida, por ejemplo, de alrededor de 10 por ciento molar o mayor. En algunas modalidades, el sistema puede separar el C02 adicional del gas de salida que se arroja a la atmósfera, usando un sistema depurador de C02 por amina.

La presente descripción se hará ahora con referencia a la modalidad del sistema ilustrada en la figura 1, que no está destinada a ser una restricción de la descripción, y más bien se provee para mostrar modalidades ejemplares. En - - términos generales, la figura 1 ilustra una modalidad de un ciclo de Brayton, configurado para producir energía eléctrica. El sistema puede incluir un primer combustor 3, un segundo combustor 4 y un tercer conductor 34. Cada uno de los combustores 3, 4, 34 puede recibir, respectivamente y someter a combustión, una corriente de combustible (las corrientes de combustión primera 26, segunda 24 y tercera 37) . Las corrientes de combustión 27, 23, 36, respectivamente son suministradas a las turbinas primera 5, segunda 6 y tercera 35, que expanden las corrientes de combustión para crear el movimiento de rotación que puede convertirse a energía eléctrica. Por ejemplo, las turbinas 5, 6, 35 pueden estar acopladas directa o indirectamente a un generador eléctrico 45.

A fin de incrementar la eficiencia, el sistema puede incluir los intercambiadores de calor primero 2 y segundo 1. Una porción 58 de una corriente de descarga 28 de la primera turbina 5, puede ser dirigida a través del primer cambiador de calor 2, a fin de calentar una primera corriente 30 de aire comprimido y, de esa manera, formar la primera corriente 51 de aire comprimido caliente. El primer cambiador de calor 2 también puede calentar una primera corriente de reciclaje 57, que es provista al primer combustor 3. La primera corriente de reciclaje 57 puede funcionar para reducir la temperatura en el primer combustor 3, para reducir de esa manera la producción de NOx en la combustión de la primera corriente de combustible 26 con la primera corriente de aire 51. La primera corriente de reciclaje 57 también puede funcionar para reducir la temperatura de la corriente de combustión 27 que sale del primer combustor 3, a una - - temperatura que esté a la máxima temperatura de entrada de la primera turbina 5, o por debajo de ella. Se puede formar la primera corriente de reciclaje 57 enfriando la porción 58 de la corriente de descarga 28, procedente de la primera turbina 5, en el primer cambiador de calor 2 y un enfriador 8, separando una corriente de liquido 31 en un separador 9, comprimiendo una porción 59 de la corriente separada 15, en una compresora de reciclaje 53, y dirigiendo una porción 60 de la corriente separada comprimida 49 nuevamente a través del primer cambiador de calor. La primera corriente de reciclaje 57 también puede incluir la porción restante 16 de la corriente separada comprimida 49, que había sido calentada en el segundo cambiador de calor 1, para formar una corriente separada, comprimida y calentada 50.

El segundo cambiador de calor 1 puede ser calentado por la corriente de descarga 39 procedente de la tercera turbina 35. En particular, la corriente de descarga 18 procedente de la segunda turbina 6 puede ser dirigida a través del tercer combustor 34, y la corriente de combustión 36 del tercer combustor puede ser suministrada a la tercera turbina 35. La corriente de descarga 18 procedente de la segunda turbina 6, puede ser calentada de esta manera y combinada con los gases de combustión para formar la tercera corriente de combustión 36, que puede estar a una temperatura relativamente mayor que la corriente de descarga procedente de la segunda turbina 6 y, por consiguiente, la tercera turbina 35 puede operar a mayor eficiencia que si recibiera directamente la corriente de descarga de la segunda turbina. La corriente de descarga 39 de la tercera turbina 35 es dirigida entonces al segundo cambiador de calor 1 y la corriente de descarga enfriada 19 puede ser descargada entonces a la atmósfera. Alternativamente, como se ilustra, la corriente de descarga enfriada 19 puede ser dirigida a través de un depurador 97 (por ejemplo, un sistema de adsorción de C02) , configurado para eliminar el CO2 y/u otros gases, antes de dirigir un gas de salida 99 a la atmósfera.

Se puede emplear el segundo cambiador de calor 1 para calentar la porción restante 16 de la corriente separada y comprimida 49, para formar la corriente 50 separada, comprimida y calentada, que se puede combinar con la otra porción 60 de la corriente separada y comprimida 49, que es calentada en el primer cambiador de calor 2, para formar la primera corriente de reciclaje 57, que es dirigida a través del primer combustor 3. También se puede emplear el segundo cambiador de calor 1 para calentar una porción restante 17 de la corriente separada 15 para formar una segunda corriente de reciclaje 40 que es dirigida a través del segundo combustor 4. La segunda corriente de reciclaje 40 puede funcionar para reducir la temperatura del segundo combustor 4, para reducir de esa manera la producción de NOx en la combustión de la segunda corriente de combustible 24 con la segunda corriente de aire 21. La segunda corriente de reciclaje 40 puede funcionar también para reducir la temperatura de la corriente de combustión 23 que sale del segundo combustor 4, a una temperatura que esté a, o por debajo de, la temperatura máxima de entrada de la segunda turbina 6. En algunas modalidades, una porción restante 22 de la corriente de descarga 28 de la primera turbina 5 también puede ser reciclada a través del segundo combustor 4, sin que sea enfriada, calentada o procesada de otra manera antes, después - - que sale de la primera turbina. La porción restante 22 de la corriente de descarga 28 sirve para permitir que el nitrógeno, el argón y otros componentes inertes, no combustibles, de las corrientes de aire de combustión y de las corrientes de combustible, junto con la mayor parte del CO2 y parte del agua derivada de un producto de combustión o que está presente en las corrientes de aire o en las corrientes de combustible, se saquen a la atmósfera como la corriente 99 y se previene su acumulación en el sistema. La primera turbina 5 puede operar con una elevada presión de entrada baja proporción de presión, lo que da por resultado una presión elevada de descarga. El propósito de la segunda turbina 6 y de la tercera turbina 35, con sus combustores 4, 34 asociados y el segundo cambiador de calor 1, es permitir que la energía de presión en la porción restante 22 de la corriente de descarga 28 sea utilizada eficientemente para incrementar la producción de energía y la eficiencia del proceso. El segundo cambiador de calor 1 puede proveer también calor a las corrientes de aire segunda 21 y tercera 38, que son dirigidas, respectivamente, a los combustores segundo 4 y tercero 34.

Con relación también a las corrientes de aire calentadas y comprimidas 51, 21, 38, suministradas a los combustores 3, 4, 34, el sistema puede incluir un sistema de compresoras de aire que incluye las compresoras primera 10, segunda 11 y tercera 42, que pueden ser accionadas por un motor eléctrico 54 en algunas modalidades, o pueden estar acopladas mecánicamente a una o más de las turbinas 5, 6, 35. La tercera compresora de aire 42 puede recibir una corriente de aire de alimentación 12 (por ejemplo, aire ambiental) y - - comprimir la corriente de aire de alimentación. Una primera porción 48 de la corriente de alimentación 12, comprimida por la tercera compresora de aire 42, puede ser dirigida a través del segundo cambiador de calor 1 para formar la corriente 38 de aire comprimida y calentada, que es suministrada al tercer combustor 34. Una segunda porción 47 de la corriente de alimentación 12, comprimida por la tercera compresora de aire 34, puede ser dirigida a la segunda compresora de aire 11. Una primera porción 20 de la corriente de aire 47, comprimida por la segunda compresora de aire 11, puede ser dirigida a través del segundo cambiador de calor 1 para formar la corriente de aire 21 comprimida y calentada, que es suministrada al segundo combustor 4. Una segunda porción 14 de la corriente de aire 47 comprimida por la segunda compresora de aire 11, puede ser recibida por la primera compresora de aire 10. La corriente de aire 30 comprimida por la primera compresora de aire puede ser dirigida, a través del primer cambiador de calor 2, para formar la primera corriente de aire 51, que es suministrada al primer combustor 3.

Debido a esta configuración de compresoras en serie, (en la que el tercer combustor 34 recibe una corriente de aire 38 comprimida por la tercera compresora de aire 42, el segundo combustor 4 recibe una corriente de aire 21 comprimida tanto por la tercera compresora de aire como por la segunda compresora de aire 11, y el primer combustor 3 recibe una corriente de aire 51 comprimida por la tercera compresora de aire, la segunda compresora de aire y la primera compresora de aire 10) , el suministro de aire a los combustores puede variar. En particular, la velocidad de flujo de aire a los combustores puede ser la máxima en el primer combustor 3, la mínima en el tercer combustor 34, y una intermedia, entre las velocidades de flujo de aire para los combustores primero y tercero, en el segundo combustor 4. Adicionalmente, las corrientes de combustible 26, 24 recibidas, respectivamente, por los combustores primero 3 y segundo 4, pueden estar a una presión relativamente mayor, debido a la compresión de una corriente de alimentación 25 del combustible, por una compresora de combustible 7, que puede ser accionada por un motor eléctrico 77, en comparación con la corriente de combustible 37 suministrada al tercer combustor 34, que puede no estar comprimida por la compresora de combustible. Consecuentemente, las velocidades de flujo de las corrientes de combustible 26, 25, 37 y las corrientes de aire comprimido calentado 51, 21, 38, pueden ser controladas para proveer las proporciones deseadas de aire a combustible. Por ejemplo, las velocidades de flujo pueden estar configuradas para proveer una combustión sustancialmente estequiométrica. Las velocidades de flujo de cada una de las corrientes de combustible 26, 24 37 a cada uno de los combustores 3, 4, 34, son controladas separadamente para proveer suficiente calor, cuando se efectúa la combustión en aire a casi las condiciones estequiométricas, y se mezclan con os flujos de reciclaje para dar la temperatura de entrada requerida para cada una de las turbinas 5, 6, 35. Las corrientes de aire 51, 21, 38 son controladas separadamente en uno o más sitios (por ejemplo, en las corrientes 48, 20, 30), para dar la combustión casi estequiométrica del combustible procedente de las corrientes de combustible 26,24, 37, en los combustores 3, 4, 34. Los regímenes de flujo de las corrientes de - - recicla e 57, 40 son controlados separadamente en una o más ubicaciones (por ejemplo, en las corrientes 60, 16, 17), para dar la velocidad de flujo necesaria en las corrientes de combustión 27, 23, 36, provistas a las turbinas 5, 6, 35. De esa manera, el suministro de aire (por ejemplo, uno o más componentes configurados para suministrar las corrientes de aire 51, 21, 38 a los combustores 3, 4, 34) y/o el suministro de combustible (por ejemplo, uno o más de los componentes configurados para suministrar las corrientes de combustible 26, 24, 37 a cada uno de los combustores 3, 4, 34) se pueden configurar para suministrar la corriente de aire y la corriente de combustible en una proporción configurada para dar por resultado la combustión sustancialmente estequiométrica en el combustor (por ejemplo, con hasta alrededor de 5 por ciento de exceso de oxigeno) . En este sentido, empleando la combustión sustancialmente estequiométrica de las corrientes de aire que comprenden aire ambiental, el exceso de gases inertes (por ejemplo, nitrógeno y Ar) , que son el resultado de la combustión, se puede sacar del sistema cerrado arrojarlo a la atmósfera. Por ejemplo, la corriente 36 que sale del tercer combustor 34 y que entra en la tercera turbina 35 puede exhibir una presión elevada (por ejemplo, de 20 barias (2 MPa) a 60 barias (6.0 MPa) ) y una temperatura elevada, e incluir una concentración mayoritaria de gases inertes. Después de la expansión, la corriente 39 y la corriente 19 pueden tener cada una baja presión a la presión atmosférica o cercana a ella. De esa manera se expande la corriente a través de una o más turbinas para producir energía y reducir la presión de los gases inertes sustancialmente a la presión atmosférica, antes de - arrojar a la atmósfera los gases inertes, como se describe arriba. Se da a continuación una descripción adicional de la operación del sistema de la figura 1. Sin embargo, se debe entender que las temperaturas, las presiones, los combustibles, los gases, etc. están provistos con fines de ejemplo. Consecuentemente, la operación del sistema puede diferir en uno o más aspectos, con respecto a los ejemplos que se dan en algunas modalidades.

El sistema de la figura 1 puede usar cambiadores de calor 2,1 (por ejemplo, economizadores) en un ciclo de energía de Brayton, con proporción de alta presión / baja presión, que puede usara predominantemente nitrógeno, mezclado con C02 y agua, productos de combustión, como el fluido de trabajo provisto a los combustores a través de una pluralidad de corrientes de reciclaje 57, 40, 22, 18. El nitrógeno puede constituir el componente primario en una o más de las corrientes de reciclaje 57, 40, 22, 18 (por ejemplo, más del 50 por ciento de nitrógeno, sobre una base molar) . La alta presión en el combustor 3 puede ser de más de alrededor de 60 barias (6 MPa) , más de alrededor de 80 barias (8 MPa) o más de alrededor de 120 barias (12 MPa) , o puede estar en la escala de alrededor de 80 barias (8 MPa) a alrededor de 500 barias (50 MPa), de alrededor de 100 barias (10 MPa) a alrededor de 450 barias (45 MPa), o de alrededor de 200 barias (20 MPa) a alrededor de 400 barias (40 MPa) . La proporción de presión a través de cada una de las turbinas 5, 6, 35 puede estar en la escala de alrededor de 4 a alrededor de 12, de alrededor de 5 a alrededor de 11, o de alrededor de 7 a alrededor de 10. Una corriente de combustible 26 que comprende un hidrocarburo puede ser - - sometida a combustión en el primer combustor de alta presión 3, con una cantidad casi estequiométrica de oxigeno procedente de una primera corriente de aire comprimida y calentada 51. La corriente de combustible de preferencia comprende un hidrocarburo que es gaseoso a las condiciones ambientales, tal como metano (es decir, gas natural) . Sin embargo, se pueden usar otros hidrocarburos, tales como gas de petróleo licuado (LPG) . La corriente de combustible, por lo tanto, puede consistir de un gas de hidrocarburo comprimido (por ejemplo, cualquier combinación de gases de hidrocarburo de 1 a 4 átomos de carbono) . Más aún, se pueden usar combustibles destilados. Específicamente, se puede usara cualquier combustible líquido obtenido por destilación del petróleo, tales como gasolina, diesel, queroseno, aceite de calentamiento y combustible de retropropulsión. De manera más general, un combustible líquido adecuado puede ser un destilado de petróleo que comprenda de 5 a 70 átomos de carbono, de 6 a 50 átomos de carbono, de 7 a 30 átomos de carbono o de 8 a 20 átomos de carbono. Se puede mezclar el gas de combustión neto con la corriente de reciclaje 57 que modere la temperatura de la corriente de combustión 27 a un valor que esté a la temperatura máxima de entrada de la primera turbina 5, o por debajo de ella. Una porción 60 de la primera corriente de reciclaje 57 puede ser precalentada en un primer cambiador de calor 2, usando el calor procedente de la porción 58 de la corriente de descarga 28, recibida desde la primera turbina 5. La alta presión de entrada y la alta temperatura de entrada así como la proporción de baja temperatura de las turbinas 5, 6 y 35, significa que las temperaturas de descarga pueden ser relativamente altas, - - típicamente en la escala de 400 °C a 800 °C. El calor presente en las corrientes de descarga de turbina 28, 18 y 39 se puede recuperar en los cambiadores de calor 1, 2, para obtener gran eficiencia y elevar al máximo la producción de energía.

La temperatura de la corriente de combustión 27, recibida por la primera turbina 5, puede estar por lo menos a alrededor de 500 °C, por lo menos a alrededor de 700 °C o por lo menos a alrededor de 900 °C, o puede estar en la escala de alrededor de 900 °C a alrededor de 1600 °C, de alrededor de 1000 °C a alrededor de 1500 °C o de alrededor de 1100 °C a alrededor de 1400 °C. Usando una proporción de alta presión a baja presión de alrededor de 4 a alrededor de 12, de alrededor de 5 a alrededor de 11 o de alrededor de 7 a alrededor de 10 en la primera turbina 5, se puede obtener como resultado una presión de descarga de la corriente de descarga 28 en la escala de alrededor de 6.7 barias (0.67 MPa) a alrededor de 125 barias (12.5 Pa) ; de alrededor de 12 barias (1.2 MPa) a alrededor de 100 barias (10 MPa), de alrededor de 15 barias (1.5 MPa a alrededor de 75 barias (7.5 MPa) o de alrededor de 20 barias (2 MPa) a alrededor de 57 barias (5.7 MPa). Una porción de la corriente de combustión 27 procedente del primer combustor 3, que puede consistir de N2 + C02 + H20, puede ser descargada finalmente a la atmósfera. Por lo menos una porción de la corriente de combustión 27 procedente del primer combustor 3 puede ser expandida en una segunda turbina 6, después de recalentarla en un segundo combustor 4, con moderación de temperatura por la segunda corriente de reciclaje 40. La segunda corriente de reciclaje 40 y la segunda corriente de aire 21 pueden ser calentadas mediante el vapor de descarga 39 de la tercera turbina 35, en el segundo cambiador de calor 1, a una temperatura de alrededor de 200 °C a alrededor de 800 °C, de alrededor de 300 °C a alrededor de 600 °C o de alrededor de 450 °C a alrededor de 550 °C.

Opcionalmente, para obtener gran eficiencia, la corriente 23 de combustión procedente del segundo combustor 4 puede pasar a través de la tercera turbina 35, con el tercer combustor 34 situado entre las turbinas segunda 6 y tercera 35 a fin de elevar al máximo la producción de energía a partir de la corriente de combustión, cuando ésta se expande a la presión atmosférica. Las turbinas segunda 6 y tercera 35 pueden emplear proporciones de presión sustancialmente iguales. Cada una de las corrientes de combustión 27, 23, 36 puede estar a una temperatura de alrededor de 500 °C a alrededor de 1800 °C; de alrededor de 900 °C a alrededor de 1600 °C, o de alrededor de 1100 °C a alrededor de 1400 °C. La segunda corriente de reciclaje 40 provista al segundo combustor 4, y provista opcionalmente al tercer combustor 34, y las corrientes de aire comprimido calentado 21, 38 para los combustores segundo y tercero se precalientan contra la corriente de descarga.39 procedente de la tercera turbina 35, en el segundo cambiador de calor 1. La corriente de descarga 39 procedente de la tercera turbina 35 puede ser enfriada a menos de 100 °C en el segundo cambiador de calor 1, antes de descargarla como una corriente de salida enfriada 19. La corriente de salida 19, de preferencia, puede tener más de alrededor de 5 por ciento, más de alrededor de 8 por ciento o más de alrededor de 10 por ciento molar de contenido de C02. En este sentido, al hacer que la corriente de salida 19 tenga - - un contenido relativamente alto de C02, se puede facilitar el uso de un depurador 97. Cuando se usa aquí, un depurador puede incluir cualquier aparato o sistema configurado para la eliminación de un componente definido de una corriente; más específicamente, para la eliminación de un contaminante, tal como C02, SOx y N0X. En particular, se puede usar como depurador cualquier sistema adecuado para la adsorción y la eliminación del C02. Los ejemplos no restrictivos de sistemas a base de solvente, que pueden ser usados, incluyen los carbonatos alcalinos que son usados en el proceso BENFIELD™ (UOP, LLC) ; las alcoholaminas, que se usan en el proceso ECONAMINE FG PLUS™ (Fluor Corporation), y los alcoholes, dioles y éteres que se usan en el proceso RECTISOL® (Lurgi, GmbH) , y el solvente SELEXOL™ (The Dow Chemical Company) . Otros sistemas, tales como los sistemas a base de membrana, o los sistemas de adsorción, también podrían ser usados. Consecuentemente, el depurador 97 puede reducir el contenido de C02 y dirigir a la atmósfera un gas de salida. Se puede capturar el C02 removido para secuestrarlo o para uso en otros métodos. En otras modalidades, se puede dirigir la corriente de salida 19 a la atmósfera sin dirigir la corriente de salida a través de un sistema de purificación.

La cantidad de aire procedente de las corrientes de aire comprimido calentado 51, 21, 38, suministrada a cada uno de los combustores 3, 4, 34, puede estar limitada a la concentración casi estequiométrica de oxígeno, con un exceso neto de concentración de oxígeno de menos de alrededor de 5 por ciento, menos de alrededor de 3 por ciento o menos de alrededor de 2 por ciento, o en la escala de alrededor de 0.1 - - por ciento a alrededor de 5 por ciento, de alrededor de 0.15 por ciento a alrededor de 4 por ciento, o de alrededor de 0.25 por ciento a alrededor de 3 por ciento, en comparación con la cantidad estequiométrica requerida para la combustión completa del combustible 26, 24, 37. Empleando dichas concentraciones estequiométricas con respecto al aire suministrado por las corrientes de aire comprimidas calentadas 51, 21, 38 a los combustores 3, 4, 34 y las corrientes de reciclaje del producto de combustión con oxigeno agotado, se distinguen los ciclos descritos de un sistema convencional de turbina de gas usado en las plantas NGCC. Una turbina de gas convencional puede usar una corriente de aire comprimido para diluir los gases de combustión producidos en los combustores para obtener la temperatura de entrada a la turbina requerida. Típicamente, alrededor de dos terceras partes del aire comprimido total deriva la combustión, y esto da por resultado, típicamente, alrededor de 14 por ciento de oxígeno y alrededor de 3 por ciento de concentración de C02 en la salida. En contraste, los sistemas de acuerdo con la presente descripción pueden dar por resultado una corriente separada 15, producida por combustión en el primer combustor 3 y expansión en la primera turbina 5, después de enfriar en el primer cambiador de calor 2 y el enfriador 8, y de la eliminación de una corriente 31 de agua condensada, que tiene un contenido de C02 típicamente en la escala de alrededor de 6 por ciento a alrededor de 15 por ciento, de alrededor de 8 por ciento a alrededor de 14 por ciento, o de alrededor de 10 por ciento a alrededor de 12 por ciento molar, en comparación con de alrededor de 2 por ciento a alrededor de 4 por ciento, para un sistema típico de turbina de gas.

Ventajosamente, para la eliminación de C02 la corriente 49 comprimida y separada de la corriente de descarga 28 procedente de la primera turbina 5 está disponible a una escala de presión preferida de alrededor de 5 barias (0.5 MPa) a alrededor de 150 barias (15 MPa) , o de alrededor de 6.5 barias (0.65 MPa) a alrededor de 124 barias (12.4 MPa), y a una temperatura cercana a la temperatura atmosférica, después de enfriamiento en el primer cambiador de calor 2, de eliminar el agua en un separador 9 y de compresión en la compresora de reciclaje 53. Esta alta presión parcial del C02 disminuye el costo de capital en la eliminación del C02 y permite una eficiencia incrementada en la eliminación. Por ejemplo, puede estar disponible de alrededor de 50 por ciento a alrededor de 80 por ciento, de alrededor de 55 por ciento a alrededor de 75 por ciento, o de alrededor de 60 por ciento a alrededor de 70 por ciento de la corriente total de C02 producida por la combustión del combustible, en esta corriente separada y comprimida 49, que puede comprender (N2 + Ar) , C02 exceso de 02 y agua residual en fase de vapor, desde, preferiblemente, alrededor de 15 barias (1.5 MPa) hasta alrededor de 100 barias (10 MPa), y a cerca de la temperatura ambiente. La fracción restante de la corriente total de C02 está disponible en la porción remanente 17 de la corriente separada 15, a la presión atmosférica y a una concentración molar, sobre base seca, en la escala de alrededor de 7 por ciento a alrededor de 15 por ciento; de alrededor de 8 por ciento a alrededor de 14 por ciento, o de alrededor de 10 por ciento a alrededor de 12 por ciento, que puede consistir de los mismos componentes que la corriente 49 - - comprimida y separada.

El sistema descrito aquí puede comprender una compresora de aire de varias etapas (que comprende las compresoras de aire primera 10, segunda 11 y tercera 42) que suministra aire a dos o tres niveles de presión a los combustores 3, 4, 34, y una compresora de reciclaje separada 53 , a una proporción de alta presión a baja presión, que puede hacer circular una o más de las corrientes de reciclaje 57, 40, 22, 18, a uno o más de los combustores 3, 4, 34. Las compresoras de aire 10, 11, 42 pueden ser accionadas eléctricamente (por ejemplo, por un motor eléctrico 54), o accionadas por al menos parte de la potencia de eje de las turbinas 5, 6 y 35. Las compresoras de aire 10, 11, 42 y la compresora de reciclaje 53 opcionalmente pueden esta enlazadas como un solo sistema, accionado por un solo sistema de trasmisión. Alternativamente, las compresoras de aire 10, 11, 42 y/o la compresora de reciclaje 53 pueden estar separadas y pueden ser accionadas independientemente.

El primer cambiador de calor 2 puede estar configurado para proveer el enfriamiento de la corriente de descarga de turbina 28 a alta presión que sale de la primera turbina 5 y que entra en el primer cambiador de calor a una temperatura en la escala de alrededor de 400 °C a alrededor de 1200 °C, de alrededor de 500 °C a alrededor de 1000 °C, o de alrededor de 600 °C a alrededor de 800 °C. El calor liberado por la corriente de descarga 28 procedente de la primera turbina 5, puede ser usado para calentar por lo menos una porción 60 de la primera corriente de reciclaje 57. La elevada eficiencia en el sistema total es influenciada fuertemente por la obtención de un diferencial de temperatura relativamente - - pequeño entre la temperatura de la corriente de descarga 28 que sale de la primera turbina 5 y la primera corriente de reciclaje 57 calentada. El calor especifico de la corriente comprimida y separada 49 puede ser significativamente mayor que el de la corriente de descarga 28 procedente de la primer turbina 5, y aun cuando el caudal de flujo de la corriente de descarga es mayor que el caudal de flujo de la corriente comprimida separada (debido a la eliminación de una corriente de condensación 31 y la porción restante 17 de la corriente separada 15), puede haber un flujo insuficiente de corriente de descarga, que daría por resultado un diferencial de temperatura relativamente pequeño a través del primer cambiador de calor 2.

Para solucionar este problema, una porción 16 de la corriente 49 comprimida y separada puede ser pretratada en el segundo cambiador de calor 1, contra la corriente de descarga 39 procedente de la tercera turbina 35. El caudal de flujo de la porción 16 de la corriente comprimida y separada puede estar configurado para dar por resultado que tenga un diferencial de temperatura de menos de alrededor de 40 °C, menos de alrededor de 30 °C, menos de alrededor de 20 °C o menos de alrededor de 10 °C, con respecto a la temperatura inicial de la corriente de descarga 39, procedente de la tercera turbina 35, en el segundo cambiador de calor 1. De esa manera, el caudal de flujo de la porción 60 de la corriente 49 comprimida y separada, que es dirigida a través del primer cambiador de calor 2, puede ser reducido • adicionalmente con relación al caudal de flujo de la corriente de descarga 28, procedente de la primera turbina 5, y también se puede obtener un diferencial relativamente - - pequeño de temperatura entre la primera corriente de reciclaje 57 y la corriente de descarga procedente de la primera turbina. La porción 16 de la corriente comprimida y separada 49, que es precalentada en el segundo cambiador de calor 1 para formar un flujo calentado 50, puede combinarse con la porción 60 de la corriente comprimida y separada, que es calentada por el primer cambiador de calor 2, para formar la primera corriente 57 de reciclaje calentada. Si bien se ilustra combinándose con la porción 60 de la corriente comprimida y separada 49 corriente abajo del primer cambiador de calor 2, el flujo caliente 50 puede combinarse más bien con esta porción corriente arriba del primer cambiador de calor o en el cambiador de calor, en un punto en el que las dos corrientes tengan sustancialmente la misma temperatura.

La porción remanente 17 de la corriente separada 15 puede derivar la compresora de reciclaje 53 y pasar a través del segundo cambiador de calor 1 al segundo combustor 4, como la segunda corriente de reciclaje 40. La configuración descrita arriba puede provocar un diferencial de temperatura entre el flujo que sale del primer cambiador de temperatura 2 (y que forma, al menos parcialmente, la primera corriente 57 de reciclaje calentada) y la salida 28 de turbina, procedente de la primera turbina 5, en la escala de alrededor de 10 °C a alrededor de 40 °C. Los cambiadores de calor 2, 1 pueden ser un cambiador de calor de canales múltiples, unido por difusión (por ejemplo, de la Heatric División de eggit PLC) , que usa una aleación de alto contenido de níquel, tal como la aleación 617, o un cambiador de calor con aletas de placa de acero inoxidable, soldadas al vacío (por ejemplo, de Charat Industries o de Sumitomo Precisión Products) , en algunas - - modalidades. También se pueden usar otros cambiadores de calor adecuados.

En un sistema preferido, una porción 17 de la corriente 15 enfriada y separada está formada a partir de la corriente de descarga 28, una porción 16 de la corriente 49 separada, enfriada y puesta a presión, formada a partir de la corriente de descarga 28; y las corrientes de aire 21, 38 para los combustores segundo 4 y tercero 34, se calientan en el segundo cambiador de calor 1, contra la corriente de descarga 39 procedente de la tercera turbina 35. La segunda corriente de reciclaje 40 (por ejemplo, la porción remanente 17 de la corriente 15 enfriada y separada, después de calentar en el segundo cambiador de calor 1) entra en el segundo combustor 4 con la corriente de combustible 24, la corriente 21 de aire comprimido caliente (por ejemplo, la corriente de aire 20, después de calentar) y una porción reciclada 22 de la corriente 28 de descarga de turbina. La corriente de combustible 24 puede ser comprimida por la compresora de combustible 7 a una presión sustancialmente igual a la presión de la segunda corriente de reciclaje 40. La segunda corriente de combustión 23 descarga desde el segundo combustor 4 a una temperatura que es adecuada para introducir la corriente en la segunda turbina 6 (por ejemplo, en la escala de alrededor de 900 °C a alrededor de 1600 °C) .

Una porción 58 de la corriente 28 de descarga de turbina, procedente de la primera turbina 5, puede ser dirigida al primer cambiador de calor 2 para proveer el calor para la primera corriente de reciclaje 57 y a la corriente de aire 51 suministrada al primer combustor 3. La corriente de aire 5 y la primera corriente de reciclaje 57 pueden ser - - calentadas a una temperatura de alrededor de 400 °C a alrededor de 900 °C y, de preferencia, de alrededor de 600 °C a alrededor de 800 °C. Después de fluir a través del primer cambiador de calor 2, la corriente de descarga 28 forma una corriente enfriada 33, a una temperatura que puede ser inferior a los 100 °C. La corriente 33 enfriada puede ser enfriada adicionalmente por el enfriador 8, para formar una corriente enfriada 32, a una temperatura sustancialmente igual a la temperatura ambiente media, a fin de hacer que se condensen los líquidos de la corriente, los cuales pueden ser retirados como corriente líquida 31, por el separador 9.

La corriente de descarga 18, procedente de la segunda turbina 6, es recalentada opcionalmente en el tercer combustor 34, en el que se somete a combustión la tercera corriente de combustible 37, con la tercera corriente 38 de aire comprimido, calentada. El recalentamiento de la corriente de descarga 18 que sale de la segunda turbina 6, puede alcanzar temperaturas de entrada para la tercera turbina 35, en la escala de alrededor de 600 °C a alrededor de 1800 °C, de alrededor de 700 °C a alrededor de 1700 °C, o de alrededor de 900 °C a alrededor de 1600 °C, lo que incrementará la eficiencia del ciclo al entregar a la tercera turbina un fluido de trabajo que está a una temperatura mayor que la corriente de descarga de la segunda turbina. La temperatura de la corriente de descarga 39 que sale de la tercera turbina 35 puede incrementarse hasta la escala de alrededor de 200 °C a 900 °C, limitada por la máxima temperatura de diseño del segundo cambiador de calor 1. En las modalidades que emplean una porción 58 de la corriente de descarga 28, procedente de la primera turbina 5, para - - calentar el primer cambiador de calor 2, el tercer combustor 34 y la segunda turbina 6 pueden emplearse para asegurar una proporción adecuada de presión a través de la tercera turbina 35. En general, la tercera turbina 35 puede tener una mayor proporción de presión que la segunda turbina 6 y una menor temperatura de salida. La temperatura de entrada de la tercera turbina 35 debe ser tan alta como sea posible; por ejemplo, en la escala de alrededor de 1000 °C a alrededor de 1600 °C, limitada por su máxima temperatura de entrada.

Los cambiadores de calor 2, 1 pueden ser un cambiador de calor con aletas de placa de acero inoxidable soldadas al vacio, o un cambiador de calor de alta presión, de aleación de elevado contenido de níquel, soldado por difusión, dependiendo de la combinación de diseño de la temperatura y la presión. Tales unidades son fabricadas, por ejemplo, por Sumitomo Precisión Products, Chart Industries of Heatric. Opcionalmente, también se puede usar uno o ambos cambiadores de calor 1, 2 para precalentar parte de la corriente de alimentación de combustible 25, alimentada al sistema, o la totalidad de ella. En algunas modalidades, los cambiadores de calor 2, 1 pueden estar configurados para emplear, respectivamente, la porción 58 de la corriente de descarga 28 procedente de la primera turbina 5 y la corriente de descarga 39 procedente de la tercera turbina 35, para calentar cada uno de los demás fluidos recibidos, respectivamente, a través de los cambiadores de calor, desde una temperatura menor que alrededor de 100 °C, hasta una temperatura de alrededor de 300 °C a alrededor de 900 °C y, de preferencia, a una temperatura de alrededor de 450 °C a alrededor de 800 °C. Opcionalmente se pueden enlazar dos o más de las turbinas 5, - - 6, 35 a un solo generador de electricidad 45, por medio de una flecha de trasmisión común, o por medio de cajas de engranes, para permitir diferentes velocidades de rotación en cada turbina, a fin de permitir la operación de cada turbina a su velocidad óptima respectiva.

Las tablas 1 a 4 provistas a continuación, ilustran parámetros operativos de ejemplo a diversas corrientes 12, 28, 22, 23, 58, 5, 18, 24, 19, 27, 33, 32, 31, 15, 26 y 25, y el segundo combustor 4, durante la operación del sistema ilustrado en la figura 1. Los parámetros operativos se basan en la operación con una corriente de combustible de metano puro, de 0.4536 kmol/hr a condiciones ISO, con la suposición de 88.7 por ciento de eficiencia de la turbina y 85 por ciento de eficiencias de compresoras. Se ha calculado que algunas compresoras mostradas diagramáticamente son unidades de varias etapas, con enfriamiento intermedio. No se incluyen otras demandas de energía auxiliar. Se calcula que la eficiencia neta del sistema sobre la base LHV es alrededor de 60 por ciento.

- TABLA 1 Parámetros operativos de ejemplo en las corrientes 12, 28, 22, 23 y 58 - - TABLA 2 Parámetros operativos de ejemplo en las corrientes 51, 18, 24 y 19 - - TABLA 3 Parámetros operativo de ejemplo en las corrientes 27, 33 y 32 y en el combustor 4 ¦ TABLA 4 Parámetros operativos de ejemplo en las corrientes 31, 15, 26 y 25 Los sistemas descritos aquí pueden ser particularmente benéficos ya que se pueden obtener eficiencias que son comparables con, o mayores que, las eficiencias de los sistemas NGCC conocidos, usando temperaturas de turbina significativamente inferiores. Asi pues, los sistemas de la presente invención también pueden usar temperaturas máximas de turbina significativamente inferiores (por ejemplo, la temperatura máxima de los fluidos a través de cualquiera de las turbinas) a las de la técnica actual, y sin embargo, obtener una eficiencia neta en la generación de electricidad, que es comparable con, o mayor que, la eficiencia de los sistemas NGCC conocidos En algunas modalidades, se pueden describir los sistemas y los métodos por proveer mayor - - eficiencia que la de NGCC para todas las temperaturas de turbina .

Hasta ahora, a fin de obtener una eficiencia incrementada, había sido necesario incrementar significativamente la temperatura de operación de la turbina. Por ejemplo, los sistemas NGCC convencionales han empleado temperaturas máximas de turbina de alrededor de 1500 °C, a fin de obtener una eficiencia neta, sobre una base de LHV, de alrededor de 59 por ciento. Para alcanzar una eficiencia de hasta 64 por ciento, la técnica anterior ha requerido el uso de turbinas de gas de temperatura superelevada, que operan en la escala de los 1700 °C. En comparación, los sistemas de la presente descritos aquí pueden obtener una eficiencia neta, sobre una base de LHV, de alrededor de 60 por ciento, empleando una temperatura de turbina de 1279 °C Otras comparaciones entre la eficiencia de los sistemas de la presente descripción y los sistemas NGCC existentes, están ilustradas en la tabla 5, para diversas temperaturas de operación de la turbina.

TABLA 5 Comparación de la eficiencia neta entre los sistemas de la presente descripción y los sistemas NGCC - - De tal manera, en una modalidad, los sistemas descritos pueden alcanzar eficiencias comparables con, o mayores que, los sistemas NGCC convencionales, con el uso de menores temperaturas de turbina. Como se hizo notar antes, puede ser conveniente reducir las temperaturas de la turbina para reducir el costo de las turbinas al reducir la necesidad de usar materiales costosos, configurados para resistir altas temperaturas. Alternativamente, los sistemas descritos aquí pueden operar a las mismas temperaturas máximas de los sistemas NGCC convencionales, pero obtienen una eficiencia que es relativamente mayor. Por ejemplo, en una modalidad, un sistema o método descrito en la presente puede operar con una eficiencia neta en la generación de electricidad, sobre la base de un menor valor de calentamiento, de por lo menos alrededor de 60 por ciento, cuando opera con una temperatura de turbina de alrededor de 1300 °C a alrededor de 1500 °C. En otras modalidades, un sistema o un método de acuerdo con la presente descripción puede operar con una eficiencia neta de generación de electricidad, sobre una base de menor valor de calentamiento, de acuerdo con cualquiera de los siguientes: por lo menos alrededor de 55 por ciento, a una temperatura de alrededor de 1100 °C; por lo menos alrededor de 58 por ciento a una temperatura de alrededor de 1200 °C; por lo menos alrededor de 63 por ciento a una temperatura de alrededor de 1400 °C, por lo menos alrededor de 55 por ciento a una temperatura de alrededor de 1500 °C, o por lo menos alrededor de 68 por ciento a una temperatura de alrededor de 1700 °C. En modalidades especificas, un sistema o un método de acuerdo con la presente descripción puede operar con una eficiencia neta en la generación de electricidad, sobre una base de menor valor de calentamiento, de por lo menos alrededor de 60 por ciento, cuando opera con una temperatura de turbina que es menor que alrededor de 1500 °C, menor que alrededor de 1400 °C o menos que alrededor de 1300 °C. En otras modalidades más, un sistema o un método de acuerdo con la presente descripción puede operar con una eficiencia neta en la generación de electricidad, sobre una base de valor menor de calentamiento, de por lo menos alrededor de 55 por ciento, cuando opera con una temperatura de turbina de alrededor de 1100 °C a alrededor de 1300 °C.

Como se hizo notar antes, la tercera turbina 35 y el tercer combustor 34 son opcionales en algunas modalidades. Con respecto a esto, la figura 2 ilustra una modalidad del sistema que no incluye un tercer combustor, una tercera turbina ni una tercera compresora de aire. El sistema puede ser sustancialmente similar al sistema de la figura 1, excepto por las diferencias anotadas. Como se ilustra, la corriente de descarga 18' de la segunda turbina 6 puede ser dirigida al segundo cambiador de calor 1' sin pasar primero a través de un tercer combustor y una tercera turbina. En esta modalidad, la corriente de descarga 18' puede estar a una presión por encima de la atmosférica, que es igual a la caída de presión a través del segundo cambiador de calor 1 (y cualquier tubería y/o equipo de interconexión) entre la segunda turbina 6 y la atmósfera. Nótese que en esta modalidad no se emplea un depurador. Así pues, se puede descargar la corriente de descarga enfriada 19' a la atmósfera, sin pasar primero a través de un depurador. Sin embargo, también se puede emplear un sistema depurador en esta modalidad, por ejemplo, como se ilustró en la modalidad - - del sistema de la figura 1.

Puesto que no se emplea una tercera turbina, tampoco puede estar presente el tercer combustor y tampoco las corrientes de combustible y de aire asociadas con él. Consecuentemente, el sistema de compresoras de aire puede no emplear una tercera compresora y el segundo cambiador de calor 1' puede no calentar una tercera corriente de aire. De esa manera, se puede proveer directamente la corriente de aire de alimentación 12' a la segunda compresora de aire 12' en lugar de ser comprimida primero por una tercera compresora. En los demás aspectos, el sistema de la figura 2 puede ser sustancialmente similar al sistema de la figura 1.

El uso de la primera turbina con proporción de alta presión y baja presión, conjuntamente con los productos de combustión que se están expandiendo desde ella en una o dos etapas de turbina de energía adicionales, acopladas con la combustión casi estequiométrica utilizando aire precalentado a presión con corrientes de reciclaje para moderar las temperaturas de entrada de turbina moderadas, puede dar por resultado un sistema que tiene una eficiencia en la escala de alrededor de 55 por ciento a alrededor de 65 por ciento. Las altas presiones en el sistema pueden permitir que la planta defina un factor de forma relativamente compacta, con un costo de capital relativamente bajo. Se podría diseñar el sistema para producciones de energía de un solo tren que sobrepasen los 500 MW para la generación de energía con carga de base. El sistema también se puede emplear, en aplicaciones de menor producción, tal como en unidades de propulsión de barcos, usando combustible destilado, de bajo contenido de azufre, donde se pueden alcanzar eficiencias - - térmicas de más del 50 por ciento, sobre la base LHV.

Se ocurrirá a quien tenga experiencia en la técnica a la que pertenece la descripción muchas modificaciones y otras modalidades de la descripción expuesta aqui, teniendo el beneficio de las enseñanzas presentadas en las descripciones precedentes. Por lo tanto, se debe entender que la descripción no va a estar limitada a las modalidades especificas descritas, y que se pretende que las modificaciones y otras modalidades estén incluidas dentro del alcance de las reivindicaciones que vienen después. Si bien se emplean términos específicos en la presente, son usados únicamente en sentido genérico y descriptivo, y no con fines restrictivos .

Claims

RE-[VINDICACIONES

1.- Un sistema de producción de energía, que comprende: un primer combustor, configurado para someter a combustión una primera corriente de combustible y una primera corriente de aire, en presencia de una primera corriente de reciclaje, para producir una primera corriente de combustión; una primera turbina, configurada para expandir la primera corriente de combustión; un primer cambiador de calor, configurado para recibir por lo menos una porción de una primera corriente de descarga de la primera turbina; donde el primer cambiador de calor está configurado para emplear la porción de la primera corriente de descarga para calentar la primera corriente de aire y por lo menos una porción de la primera corriente de reciclaje que se produce a partir de la primera corriente de descarga; un segundo combustor, configurado para someter a combustión una segunda corriente de combustible y una segunda corriente de aire, en presencia de una segunda corriente de reciclaje, que es producida a partir de la primera corriente de descarga para producir una segunda corriente de combustión; una segunda turbina, configurada para expandir la segunda corriente de combustión; y un segundo cambiador de calor, configurado para calentar la segunda corriente de aire y la segunda corriente de reciclaje .

2.- El sistema de producción de energía de la reivindicación 1, en el que el segundo cambiador de calor está configurado para emplear una segunda corriente de descarga de la segunda turbina, para calentar la segunda corriente de aire y la segunda corriente de reciclaje.

3.- El sistema de producción de energía de la reivindicación 1, en e1 que el segundo cambiador de calor está configurado además para calentar una segunda porción de la primera corriente de reciclaje .

4. - El sistema de producción de energía de la reivindicación 1, que comprende además un tercer combustor, configurado para someter a combustión una tercera corriente de combustible y una tercera corriente de aire, en presencia de una segunda corriente de descarga recibida de la segunda turbina, para producir una tercera corriente de combustión; y una tercera turbina, configurada para expandir la tercera corriente de combustión.

5. - El sistema de producción de energía de la reivindicación 4, en el que el segundo cambiador de calor está configurado para emplear una tercera corriente de descarga de la tercera turbina para calentar la segunda corriente de aire y la segunda corriente de reciclaje.

6.- El sistema de producción de energía de la reivindicación 5, en el que el segundo cambiador de calor está configurado además para calentar la tercera corriente de

7.- El sistema de producción de energía de la reivindicación 5, en el que el segundo cambiador de calor está configurado además para calentar una segunda porción de la primera corriente de reciclaje.

8.- El sistema de producción de energía de reivindicación 1, que comprende además una compresora reciclaje, configurada para comprimir la primera corriente reciclaje .

9.- El sistema de producción de energía de la reivindicación 1, en el que una segunda porción de la primera corriente de descarga es dirigida al segundo combustor.

10.- El sistema de producción de energía de la reivindicación 1, que comprende además un depurador, configurado para recibir una corriente de descarga enfriada del segundo cambiador de calor.

11.- El sistema de producción de energía de reivindicación 10, en el que el depurador comprende sistema de adsorción de CO2

12.- El sistema de producción de energía de la reivindicación 1, que comprende además un sistema compresor de aire, configurado para comprimir una corriente de aire de alimentación para producir la primera corriente de aire y la segunda corriente de aire.

13.- El sistema de producción de energía de reivindicación 12, en el que el sistema compresor de aire comprende una primera compresora de aire, configurada para comprimir la primera corriente de aire, y una segunda compresora de aire, configurada para comprimir la segunda corriente de aire.

14. - El sistema de producción de energía de la reivindicación 13, en el que la segunda compresora de aire está configurada además para comprimir la primera corriente de aire antes que la primera compresora de aire comprima la primera corriente de aire.

15. - El sistema de producción de energía de la reivindicación 13, en el que el sistema compresor de aire está configurado para controlar un caudal de flujo de la primera corriente de aire y un caudal de flujo de la segunda corriente de aire, para dar por resultado la combustión sustancialmente estequiométrica en el primer combustor y en el segundo combustor.

16. - El sistema de producción de energía de la reivindicación 15, en el que el sistema compresor de aire está configurado para controlar el caudal de flujo de la primera corriente de aire y el caudal de flujo de la segunda corriente de aire para dar por resultado hasta alrededor de 5 por ciento de exceso de 02 en la combustión del primer combustor y del segundo combustor.

17. - El sistema de producción de energía de la reivindicación 1, en el que la primera corriente de combustible y la segunda corriente de combustible comprenden un gas de hidrocarburo comprimido.

18. - El sistema de producción de energía de la reivindicación 17, en el que el gas de hidrocarburo comprimido comprende metano.

19. - El sistema de producción de energía de la reivindicación 1, en el que la primera corriente de aire y la segunda corriente de aire comprenden aire ambiental comprimido .

20. - El sistema de producción de energía de la reivindicación 1, en el que la primera corriente de reciclaje y la segunda corriente de reciclaje comprenden más del 50 por ciento de N2 sobre una base molar.

21. - El sistema de producción de energía de la reivindicación 1, que comprende además un separador, configurado para separar una corriente líquida de la porción de la primera corriente de descarga dirigida a través del primer cambiador de calor.

22. - El sistema de producción de energía de la reivindicación 1, en el que el sistema de producción de energía está configurado para operar con una eficiencia neta de generación de electricidad, sobre una base del menor valor de calentamiento, de por lo menos alrededor de 60 por ciento, cuando se opera con una temperatura de turbina de alrededor de 1300 °C a alrededor de 1500 °C.

23.- Un método para producir energía, que comprende: someter a combustión una primera corriente de combustible y una primera corriente de aire, en un primer combustor, en presencia de una primera corriente de reciclaje, para producir una primera corriente de combustión; expandir la primera corriente de combustión en una primera turbina, para hacer girar la primera turbina y producir energía; dirigir por lo menos una porción de una primera corriente de descarga de la primera turbina, a un primer cambiador de calor; emplear la porción de la primera corriente de descarga para calentar la primera corriente de aire y por lo menos una porción de la primera corriente de reciclaje que se produce desde la primera corriente de descarga, con el primer cambiador de calor; someter a combustión una segunda corriente de combustible y una segunda corriente de aire en un segundo combustor, en presencia de una segunda corriente de reciclaje, que es producida a partir de la primera corriente de descarga para producir una segunda corriente de combustión; expandir la segunda corriente de combustión en una segunda turbina, para hacer girar la segunda turbina para producir energía; dirigir la segunda corriente de aire y la segunda corriente de reciclaje a un segundo cambiador de calor; y calentar la segunda corriente de aire y la segunda corriente de reciclaje con el segundo cambiador de calor.

24.- El método de la reivindicación 23, en el que calentar la segunda corriente de aire y la segunda corriente de reciclaje con el segundo cambiador de calor comprende emplear una segunda corriente de descarga de la segunda turbina, para calentar esa corriente de aire y esa corriente de reciclaje.

25. - El método de la reivindicación 23, que comprende además calentar una segunda porción de la primera corriente de reciclaje con el segundo cambiador de calor.

26. - El método de la reivindicación 23, que comprende además someter a combustión una tercera corriente de combustible y una tercera corriente de aire en un tercer combustor, en presencia de una segunda corriente de descarga, recibida de la segunda turbina, para producir una tercera corriente de combustión; y expandir la tercera corriente de combustión en una tercera turbina, para hacer girar la tercera turbina para producir energía eléctrica.

27.- El método de la reivindicación 26, en el que calentar la segunda corriente de aire y la segunda corriente de reciclaje con el segundo cambiador de calor comprende emplear una tercera corriente de descarga de la tercera turbina para calentara la segunda corriente de aire y la segunda corriente de reciclaje.

28.- El método de la reivindicación 27, que comprende además calentar la tercera corriente de aire con el segundo cambiador de calor.

29. - El método de la reivindicación 27, que comprende además calentar una segunda porción de la primera corriente de reciclaje con el segundo cambiador de calor.

30. - El método de la reivindicación 23, que comprende además comprimir la primera corriente de reciclaje con una compresora de reciclaje.

31. - El método de la reivindicación 23, que comprende además dirigir una segunda porción de la primera corriente de descarga al segundo combustor.

32. - El método de la reivindicación 23, que comprende además dirigir una corriente de descarga enfriada, procedente del segundo cambiador de calor, a un depurador.

33. - El método de la reivindicación 32, en el que el depurador es un sistema de adsorción de C02.

34. - El método de la reivindicación 23, que comprende además comprimir una corriente de aire de alimentación con un sistema compresor de aire para producir la primera corriente de aire y la segunda corriente de aire.

35. - El método de la reivindicación 34, en el que comprimir la corriente de aire de alimentación con el sistema compresor de aire comprende comprimir la primera corriente de aire con una primera compresora de aire y comprimir la segunda corriente de aire con una segunda compresora de aire.

36. - El método de la reivindicación 35, en el que comprimir la corriente de aire de alimentación con el primer sistema compresor de aire comprende comprimir la primera corriente de aire con la segunda compresora de aire, antes de comprimir la primera corriente de aire con la primera compresora de aire.

37. - El método de la reivindicación 35, que comprende además controlar un caudal de flujo de la primera corriente de aire y un caudal de flujo de la segunda corriente de aire con el sistema compresor de aire para dar por resultado la combustión sustancialmente estequiométrica en el primer combustor y en el segundo combustor.

38. - El método de la reivindicación 37, que comprende además controlar el caudal de flujo de la primera corriente de aire y el caudal de flujo de la segunda corriente de aire con el sistema compresor de aire para dar por resultado hasta alrededor de 5 por ciento de exceso de 02 en la combustión en el primer combustor y en el segundo combustor.

39. - El método de la reivindicación 23, en el que la primera corriente de combustible y la segunda corriente de combustible comprenden gas de hidrocarburo comprimido.

40. - El método de la reivindicación 39, en el que el gas de hidrocarburo comprimido comprende metano.

41. - El método de la reivindicación 23, en el que la primera corriente de aire y la segunda corriente de aire comprenden aire ambiental comprimido.

42. - El método de la reivindicación 23, en el que la primera corriente de reciclaje y la segunda corriente de reciclaje tienen más de 50 por ciento de N2, sobre una base molar .

43. - El método de la reivindicación 23, que comprende separar una corriente liquida de la porción de la primera corriente de descarga dirigida a través del primer cambiador de calor, con un separador.

44. - El método de la reivindicación 23, en el que se produce energía eléctrica a una eficiencia neta de generación de electricidad, sobre la base de un menor valor de calentamiento, de por lo menos alrededor de 60 por ciento, cuando se opera con una temperatura de turbina de alrededor de 1300 °C a alrededor de 1500 °C.

45. - Un sistema de producción de energía, que comprende: un suministro de aire, configurado para suministrar una corriente de aire; un suministro de combustible, configurado para suministrar una corriente de combustible; un combustor, configurado para efectuar la combustión de la corriente de combustible y la corriente de aire, en presencia de una corriente de reciclaje, para producir una corriente de combustión que tiene más de 50 por ciento de N2 sobre una base molar; donde el suministro de aire y el suministro de combustible están configurados para suministrar la corriente de aire y la corriente de combustible en una proporción configurada para dar por resultado la combustión sustancialmente estequiométrica en el combustor, con hasta alrededor de 5 por ciento de exceso de O2; una turbina, configurada para expandir la corriente de combustión; y un cambiador de calor, configurado para recibir por lo menos una porción de una corriente de descarga de la turbina; donde el cambiador de calor está configurado para emplear la porción de la corriente de descarga para calentar la corriente de aire y por lo menos una porción de la corriente de reciclaje que se produce a partir de la corriente de descarga.

46.- El sistema de producción de energía de la reivindicación 45, que comprende un segundo combustor, configurado para efectuar la combustión de una segunda corriente de combustible y una segunda corriente de aire, en presencia de una segunda corriente de reciclaje, que es producida a partir de la corriente de descarga, para producir una segunda corriente de combustión; una segunda turbina, configurada para expandir la segunda corriente de combustión; y un segundo cambiador de calor, configurado para calentar la segunda corriente de aire y la segunda corriente de reciclaje.

47. - Un método para producir energía, que comprende: efectuar la combustión de una corriente de combustible y una corriente de aire en un combustor, en presencia de una corriente de reciclaje para producir una corriente de combustión que tiene más de 50 por ciento de 2 sobre una base molar; donde la proporción de la corriente de combustible a la corriente de aire se controla para dar por resultado la combustión sustancialmente estequiométrica con hasta alrededor de 5 por ciento de exceso de 02; expandir la corriente de combustión en una turbina para hacer girar la turbina y producir energía; dirigir por lo menos una porción de la corriente de descarga procedente de la turbina, a un cambiador de calor; y emplear la porción de la corriente de descarga para calentar la corriente de aire y por lo menos una porción de la corriente de reciclaje que es producida de la corriente de descarga, con el cambiador de calor.

48. - El método de la reivindicación 47, que comprende además efectuar la combustión de una segunda corriente de combustible y una segunda corriente de aire en un segundo combustor, en presencia de una segunda corriente de reciclaje, que es producida a partir de la corriente de descarga, para producir una segunda corriente de combustión; expandir la segunda corriente de combustión en una segunda turbina para hacer girar la segunda turbina para producir energía; dirigir la segunda corriente de aire y la segunda corriente de reciclaje a un segundo cambiador de calor; y calentar la segunda corriente de aire y la segunda corriente de reciclaje con el segundo cambiador de calor.