CH661097A5 - Verfahren zum verteilen von restgas in die atmosphaere. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verteilen von Restgas in die Atmosphäre.

Bei Öl und Gas verarbeitenden Anlagen, wie z. B. bei Raffinerien und anderen Industriezweigen entstehen oft grosse Mengen an Restgas, das nur einen geringen oder keinen Wert besitzt. Dieses Restgas kann auf natürliche Weise entstehen, wie z. B. das Kohlendioxid (CCh), das oft bei einer Erdgasbohrung anfällt, oder das bei einer industriellen Verarbeitung als Nebenprodukt anfällt. Unabhängig von seiner Entstehung oder Herkunft müssen diese Restgase abgeführt werden. Häufig besteht der einzig praktikable Weg zum Wegführen dieses Restgases im Ablassen des Restgases in die Atmosphäre.

Ein solcher Ablass in die Atmosphäre muss natürlich unter Rprfirksichtigung der Vorschriften bezüglich Umweltverschmutzung erfolgen. So gibt es z. B. strenge Vorschriften für das Ablassen von Kohlenstoffmonoxid (CO) und Wasserstoffsulfid (H2S). Zusätzlich zu diesen Vorschriften bezüglich der Umweltbelastung bedeutet das Ablassen von grossen Mengen dieses Restgases in die Atmosphäre, sogar wenn dieses hinsichtlich der Umweltbelastung nicht zu beanstanden ist, oft eine Gefährdung für Personen, die sich in unmittelbarer Nähe des Gasablasses befinden. Wenn die Dichte der abgeführten Restgase grösser ist als die der Umgebungsluft, wird das Restgas im Bereich des Auslasses die leichtere Luft verdrängen und sich als Lage absetzen (ablagern). Dies kann die Gefahr von Erstickungen, zumindest von Atembeschwerden bei den im Bereich des Gasauslasses befindlichen Personen hervorrufen. Ein Beispiel hierfür ist das Ablassen von grossen Mengen CO2. Das Ablassen von CO2 in die Atmosphäre ist im allgemeinen bezüglich der Umweltbelastung unbedenklich. Da aber CO2 eine grössere Dichte als Luft hat, bedeutet das Ablassen von grossen Mengen an CO2 in die Atmosphäre eine potentielle Gefahr für in der Nähe dieses Ablasses befindliche Personen.

Die vorerwähnte Gefahr kann vermindert oder eliminiert werden, wenn das Restgas vor seinem Ablassen erwärmt wird; Wenn die Temperatur dieses Restgases auf den Wert erhöht wird, bei dem dann die Dichte des Restgases geringer ist als die der Umgebungsluft, steigt das Gas vom Auslass aus nach oben und verteilt sich in der Umgebungsluft, und setzt sich also nicht deckenartig oder glockenartig im Bereich des Ablasses auf die Erde ab. Durch dieses vorgängige Erwärmen der Restgase können grosse Mengen dieser Gase auf sichere, ungefährliche Weise abgelassen werden.

Leider ist diese vorerwähnte Lösung zum Ablassen der Restgase aus wirtschaftlichen Gründen unerwünscht. Ein direktes Beheizen des Restgases benötigt grosse Energiemengen und ist daher mit grossen Kosten verbunden. Es besteht deshalb ein Bedarf an einem wirtschaftlicheren Verfahren zum ungefährlichen Abführen von grossen Mengen an Restgas in die Atmosphäre.

Ein Verfahren, das schon zum Lösen dieses Problems vorgeschlagen worden ist, besteht im Vermischen des Restgases mit dem Auslassstrom einer Gasturbine. Gasturbinen werden häufig bei Industrieanlagen verwendet und dienen z. B. zur Erzeugung von elektrischer Energie. Gasturbinen werden in der Öl- und Gas-Industrie häufig verwendet. Bei Raffinerien werden Gasturbinen als Antriebsaggregate für Kompressoren und Pumpen verwendet, und bei Öl- und Gas-Feldern werden Gasturbinen zur Aufrechterhaltung von Druckenergie verwendet. Bei industriellen Gasturbinen liegt die Temperatur der Abgase im Bereich von 260-540°C.

Wenn somit das erwähnte Restgas dem Austrittsstrom der Gasturbine zugegeben wird, kann das eingangs erwähnte Problem des Ablassens der Restgase in die Atmosphäre gelöst werden. Diese Lösung, obwohl sie eine Unterstützung des anstehenden Problems darstellt, ist oft unzureichend um das gesamte anfallende Restgas wegzuführen.

Es wird die Schaffung eines Verfahrens zum erhöhten, sicheren Verteilen von grossen Volumen von Restgas einer Restgasquelle in die Atmosphäre bezweckt. Es wird ausgegangen von einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Das erfindungsgemässe Verfahren ergibt sich durch den kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1.

Das Restgas dient somit als separates Kühlmedium für einen Gasturbinenbrenner, wodurch die Gesamtleistung der Gasturbine erhöht werden kann und das Restgas so erwärmt wird, dass eine Verteilung in die Atmosphäre erleichtert wird. Das Problem wird also durch Erwärmen des Restgases gelöst, indem seine Dichte verringert wird, wodurch nach dem Ablassen des Gases seine verstärkte Verteilung in der Atmosphäre stattfindet. Auf diese Weise können grosse Mengen an Restgas einer Gasturbine auf umweltfreundliche Weise abgelassen werden und weiterhin kann der Gesamtwirkungsgrad der Gasturbine erhöht werden. Es ist vorteilhaft, wenn die Dichte des Restgases beim Ablassen in die Atmosphäre geringer ist als die Dichte der Atmosphäre.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zeigen :

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer eine Gasturbine aufweisenden Anlage zum Verteilen von grossen Volumina eines unter Hochdruck stehenden Restgases.

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der Anlage zum Ver5

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teilen von grossen Volumina eines unter niedrigem Druck stehenden Restgases, und

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Brennkammer, bei der das erfindungsgemässe Verfahren durchgeführt werden kann.

Figur 1 zeigt schematisch als Blockschaltbild die Anlage einer Gasturbine, mit der das erfindungsgemässe Verfahren angewandt werden kann, wobei das anfallende Restgas einen hohen Druck hat. Figur 2 zeigt die Anlage der Gasturbine, wenn das anfallende Restgas einen niedrigen Druck hat. Die in den Fig. hund 2 gezeigten Anlagen haben eine Turbine 10, einen Luft-Verdichter 12, und eine Brennkammer 14. Die Gasturbine dient zum Antreiben einer Last 16, das irgend eine Einrichtung ist, die ein Drehmoment erfordert. So kann z. B. die Last 16 ein Generator zur Erzeugung von elektrischem Strom sein, eine Pumpe oder ein Kompressor. Die Turbine 10 steht mit der Last 16 über eine Welle 18 in Verbindung, die nicht dargestellte Kraft-Übertragungsorgane enthalten kann, wie z. B. Getriebe oder Kupplungen. Die Turbine 10 und der Verdichter 12 stehen über eine Welle 20 miteinander in -Verbindung. Innerhalb dieser Welle 20 können in gleicher Weise wie bei der Welle 18 nicht dargestellte Kraftübertragungsorgane eingeschaltet sein. Die Wellen 18 und 20 werden durch dieTurbine 10 angetrieben.

Die Brennkammern von Gasturbinen können in ihrer Ausbildung und Anordnung sehr verschieden sein. Für detaillierte Informationen bezüglich dieser Anordnung und Ausbildung der Brennkammer wird auf das Handbuch «Sawyer's Gas Turbine Engineering Handbook» hingewiesen, zweite Auflage, Ausgabe 1976 (siehe besonders Kapitel 7 mit dem Titel «Combustor Design» von Herbert R. Hazard, Seiten 151-167). Gasturbinen haben eine oder mehrere einzelne Brennkammern. Jede besteht aus einer ersten Zone, wo der Brennstoff verbrannt wird, und einer Kühlzone, wo die Verbrennungsprodukte gekühlt werden. Die Brennkammer kann vollständig unabhängig von der Turbine und dem mit dieser zusammenwirkenden Luftverdichter angeordnet sein ; sie kann aber auch zu einer Baugruppe mit der Turbine und dem Luftverdichter vereinigt sein. Im allgemeinen hat eine Gasturbine mehrere Brennkammern, die auf einer Kreisbahn um die Welle angeordnet liegen, die die Turbine mit dem Luftverdichter verbindet.

Unabhängig von der Art und Ausbildung der Brennkammer haben alle die gleiche Grundfunktion. In die primäre Zone der Brennkammer wird der Brennstoff über eine Einspritzdüse eingeführt, wo der eingespritzte Brennstoff mit der Druckluft vermischt wird, die vom Verdichter der Turbine angeliefert wird, worauf dieses Brennstoff-Luft-Gemisch gezündet wird. In der zweiten Zone der Brennkammer, der Kühlzone, werden dann die Verbrennungsprodukte (Verbrennungsgase) mit zusätzlicher Druckluft vermischt. Die Kühlzone wird deshalb vorgesehen, um die Verbrennungsprodukte auf eine solche Temperatur zu kühlen, die für die nachfolgende Turbine nicht zu hoch ist, und weiterhin wird in dieser Kühlzone auch die Brennkammer selbst gekühlt. Es ist üblich, dass nur etwa Vi bis Zt der vom Verdichter derTurbine angelieferten Druckluft für die Verbrennung verwendet wird. Die verbleibenden % bis 3A dieser Druckluft wird zum Kühlen der Verbrennungsprodukte verwendet.

In Übereinstimmung mit der Erfindung wird nunmehr die zum Kühlen dienende Druckluft durch das Druck-Restgas ersetzt. In den Figuren 1 und 2 ist eine entsprechend abgeänderte Brennkammer 14 schematisch dargestellt. Wie bereits erwähnt, liegen in üblicher Weise mehrere einzelne Brennkammern auf einer Kreisbahn, und umgeben die Antriebswelle 20 für den Verdichter 12 ringförmig. Aus Gründen der

Einfachheit ist jedoch nur eine einzige Brennkammer 14 dargestellt. Die bei der Brennkammer 14 gestrichelte Linie zeigt die Trennung zwischen der Brennzone 22 und der Kühlzone 24 (Fig. 1,2).

Die Restgas-Quelle 26 kann jegliche Quelle sein, bei der grosse Mengen an Restgas entstehen. Die Temperatur des Restgases an der Restgas-Quelle 26 ist üblicherweise geringer oder gleich der Umgebung. Bezugnehmend auf die Ausführungsform nach Fig. 1 wird nunmehr angenommen, dass das Restgas mit einem solchen Druck anfällt, der gleich oder grösser ist als der Druck der Verbrennungsprodukte in der modifizierten Brennkammer 14. So kann z.B. CO2 als Restgas mit sehr hohen Drücken bei der Erschliessung von Erdgas anfallen. In diesem Fall strömt das Restgas von der Restgas-Quelle 26 über eine Leitung 28 direkt zur Kühlzone 24 der Brennkammer 14. In dieser Leitung 28 können nicht dargestellte zusätzliche Einrichtungen zum Regulieren des Druckes und/oder der Durchflussmenge eingeschaltet sein. Wenn andererseits das Restgas nur mit einem niedrigen Druck anfällt, so muss es verdichtet werden, bevor es der Brennkammer 14 zugeführt wird. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, dass für diesen letztgenannten Fall ein zweiter Verdichter 30 vorgesehen ist. Dieser zweite Verdichter 30 kann unabhängig von derTurbine 10 angetrieben werden. Als Alternative hierzu kann der zweite Verdichter 30 aber gemäss Fig. 2 durch eine Welle 32 vom Verdichter 12 angetrieben werden. In diesem Fall wird die Antriebskraft für den zweiten Verdichter 30 von derTurbine 10 geliefert und über die Welle 20, den Verdichter 12 und die Welle 32 auf den zweiten Verdichter 30 übertragen. Andere Arten zum Antrieb des zweiten Verdichters 30 sind für den Fachmann ohne weiteres erkennbar. Beim Beispiel nach Fig. 2 wird das Restgas von der Restgas-Quelle 26 über eine Leitung 34 dem Einlass des zweiten Verdichters 30 zugeführt. Nach der Verdichtung strömt das Restgas vom zweiten Verdichter 30 über eine Leitung 36 zur Kühlzone 24 der Brennkammer. In der Leitung 36 können wiederum nicht dargestellte Einrichtungen für eine zusätzliche Regulierung des Druckes und/oder der Strömungsmenge eingeschaltet sein.

Aus Fig. 3 ist eine Ausführungsform der modifizierten Brennkammer 14 ersichtlich. Der Brennstoff wird der Brennkammer 14 über eine Leitung 38 zugeführt und wird über eine Sprühdüse 40 in die Brennzone 22 eingespritzt. Über einen Lufteinlass 54 tritt die Luft in den Verdichter 12 ein. Nach dem Verdichten der Luft wird diese über eine Druckleitung 42 der Brennzone 22 zugeführt. Die Druckluft gelangt über Verwirbelungsschaufeln 44 in die Brennzone 22, wobei die Verwirbelungsschaufeln 44 die Brennstoffleitung 38 umgeben. Solche Verwirbelungsschaufeln 44 sind dem Fachmann bekannt, und sie dienen dazu, eine turbulente Strömung zu erzielen, um ein verbessertes Vermischen des Brennstoffes mit der Druckluft zu erzielen. Dieses gute Vermischen begünstigt eine vollständige Verbrennung des Brennstoff-Luft-Gemischs. Das gemäss Fig. 1 über die Leitung 28 oder gemäss Fig. 2 über die Leitung 36 angelieferte, unter Druck stehende Restgas strömt durch ein Mantelrohr 46, das die Brennzone 22 umgibt. Das Restgas gelangt über Durchbrüche 48 ins Innere der Brennkammer. Die Anzahl der Durchbrüche 48 ist von verschiedenen Faktoren, wie z.B. Strömungsmenge, Druck und Temperatur abhängig. Die heissen Verbrennungsprodukte und das Restgas werden in der Kühlzone 24 gemischt. Dieses Gemisch ergibt nunmehr das Arbeitsmedium, mit dem die Turbine angetrieben wird. Andere Arbeitsweisen und Ausbildungen der Brennkammer 14 sind für den Fachmann ohne weiteres erkennbar.

Nach dem Brennvorgang und dem Kühlen tritt das Arbeitsmedium aus der Brennkammer 14 aus und gelangt über eine Leitung 50 zum Einlass der Turbine 10. Nach der s

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durchgeführten Arbeit in derTurbine 10 wird das Arbeitsmedium über eine Ablassleitung 52 in die Atmosphäre abgelassen. Es ist ersichtlich, dass sich in der Ablassleitung 52 kein Wärmeaustauscher befindet, so dass das Arbeitsmedium mit einem minimalen Wärmeverlust in die Atmosphäre abgegeben wird. Zusätzliches Restgas kann über eine Leitung 58 der Ablassleitung 52 der Turbine 10 zugegeben werden.

Bei der praktischen Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens wird also die üblicherweise zum Kühlen in der Kühlzone 24 der Brennkammer 14 der Gasturbine verwendete Druckluft durch das Druck-Restgas ersetzt. Dies hat eine entsprechende Verringerung der Luftmenge zur Folge, die durch den Luftverdichter 12 derTurbine 10 verdichtet werden muss. Wenn, was oft der Fall ist, das Restgas mit einem hohen Druck anfällt, hat die Verringerung der Luftmenge, die verdichtet werden muss, eine Erhöhung der Gesamtleistung der Turbine zur Folge.

Die Brennkammer 14 der Gasturbine muss so modifiziert sein, dass sie das unter Druck stehende Restgas als separaten Kühlstrom zur Verwendung in der Kühlzone 24 verarbeiten kann. Dieser Kühlstrom muss von der für die Verbrennung in der Brennzone 22 dienenden Druckluft getrennt gehalten werden. Eine Möglichkeit zur Anpassung einer üblichen Brennkammer für Gasturbinen, um das erfindungsgemässe Verfahren durchführen zu können, ist in Fig. 3 gezeigt. Andere Ausbildungen von Brennkammern für eine Gasturbine, derart, dass damit das erfindungsgemässe Verfahren durchgeführt werden kann, liegen im Ermessen des Fachmannes.

Wenn das anfallende Restgas mit einem ausreichend hohen Druck anfällt, kann dieses Restgas gemäss Fig. 1 direkt der Kühlzone 24 der Brennkammer 14 zugeführt werden. Wenn andererseits das Restgas nur mit einem niedrigen Druck anfällt, wird dieses Restgas gemäss Fig. 2 in dem zweiten Verdichter 30 verdichtet, bevor dieses Restgas dann der Brennkammer 14 zugeführt wird. In beiden Fällen kann zusätzliches Restgas dem über die Leitung 52 von derTurbine 10 abströmenden Abgas zugeführt werden, so dass insgesamt eine erhöhte Menge an Restgas über die Leitung 52 in die Atmosphäre abgegeben wird.

Beispiel

Es wurde eine Computer-Studie durchgeführt, um die Arbeitsweisen einer üblichen Gasturbine (Fall 1) mit einer modifizierten Gasturbine (Fall 2), auf der das erfindungsgemässe Verfahren durchgeführt wird, zu vergleichen. Die besonderen Eigenschaften des verwendeten Computer-Programms sind hier nicht wichtig. Es soll hierzu nur soviel gesagt werden, dass es ein Programm der Thermodynamik war, das dem Fachmann bekannt ist. Die hierbei erhaltenen Ergebnisse sind ohne weiteres wiederholbar, und zwar mit oder ohne Hilfe des Computers.

In beiden Fällen wurde angenommen, dass die Gasturbine eine Nenn-Leistung von 3680 KW hat. Es wurde eine Strömungsmenge an Brennstoff von 2265 kmol pro Tag festgelegt. Es wurde ein Druck des Brennstoffes von 56* 10s Pa angenommen und die Temperaturen des Brennstoffs auf 4°C festgelegt. Die Zusammensetzung des verwendeten gasförmigen Brennstoffes war folgende:

Komponenten : mol%

Kohlendioxid 19.98

Methan 77.05

Ethan 1-17

Propan 0.26

n-Butan 0.07

Stickstoff 1.47

100

Um die für die Verbrennung notwendige Luftmenge bestimmen zu können, wurde angenommen, dass alle brennbaren Anteile des gasförmigen Brennstoffes entweder in Kohlendioxid (CO2) oder Wasser (H2O) vollständig umge-5 wandelt werden. Basierend auf dieser Annahme, wurde ein stöchiometrischer Bestand genommen, um die Sauerstoffmenge (O2) zu bestimmen, die für die vollständige Umwandlung des gesamten verbrennbaren Materials notwendig ist. Diese Rechnung ergab, dass 17 980 kmol an Luft notwendig 10 ist, um genügend Sauerstoff zu erhalten, damit 2265 kmol des gasförmigen Brennstoffes vollständig verbrennen.

Die vollständige Verbrennung von 2265 kmol pro Tag an gasförmigem Brennstoff ergibt am Eingang der Gasturbine 15 eine Gesamtwärmemenge von 607 • 105 kJ/h. Wenn die Gasturbine mit einem thermischen Wirkungsgrad von 100% arbeiten würde, ergäbe das eine Leistungsausbeute von 16 700 kW.

Im allgemeinen ist die Menge an verdichteter Luft, die in der Brennkammer der Gasturbine zur Kühlung verwendet wird, um das zwei- bis dreifache grösser als die für die vollständige Verbrennung notwendige Luftmenge. Im vorerwähnten Fall 1 wurde angenommen, dass der für die Kühlung verwendete Luftbetrag um das 2'/2fache grösser ist als die Menge an Verbrennungsluft. D.h., dass im Fall 1 die gesamte verdichtete Luft das 3,5 fache der 17 980 kmol pro Tag, die allein für die Verbrennung erforderlich war, beträgt, d.h. 62 930 kmol pro Tag. Es wurde angenommen, dass die verfügbare Luft einen Druck von 1 bar und eine Temperatur von 32°C beträgt, bevor sie auf einen Arbeitsdruck von 5,6-105 Pa verdichtet wurde. Zusätzlich wurde angenommen, dass die Luft zu 100% gesättigt ist.

Im Fall 2 wurde angenommen, dass als Restgas Kohlendioxid (CO2) vorliegt. Es wurde weiterhin angenommen, dass das verfügbare CO2 einen Druck von 3,7 • 105 Pa und eine Temperatur von -20°C aufweist, worauf dann dieses Restgas auf einen Druck von 5,6 • 105 Pa verdichtet wurde, bevor es der Brennkammer zugeführt wird.

Die Bestandteile des CO2 wurden folgendermassen angenommen:

mol% 98.74 0.89 0.09 0.10 0.17 0.01 100.00

ss Diese vorerwähnten Bestandteile sind für einen CCh-Fluss typisch, der bei der Erdgasgewinnung als Restgas oft anfällt.

. Um eine vollständige Verbrennung zu gewährleisten wurde im Fall 2 angenommen, dass mit einem Überschuss an 60 verdichteter Luft von 50% gearbeitet wird. Es wurde somit eine Gesamtmenge an verdichteter Luft von 26 990 kmol pro Tag verwendet. Wie im Fall 1, wurde auch hier angenommen, dass die Luft zu 100% gesättigt ist. Die verbliebene Menge an verdichteter Luft, die im Fall 1 verwendet wurde, 6s wurde durch 18 300 kmol pro Tag an CO2 ersetzt.

Im folgenden werden die Kenndaten der beiden Fälle miteinander verglichen :

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35

40

Anteile 45 Kohlendioxid Methan Ethan Propan n-Butan 50 Wasser

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Fall 1 Fall 2

Turbinen-Einlass-Temperatur(°C)

843

827

Turbinen-Auslass-Temperatur (°C)

519

554

gemessene Turbinenleistung (kW)

8160

6000

erforderliche Verdichterleistung (kW):

Luft (gemessen)

5140

2210

CO2 (gemessen)

—

232

Gesamt

5140

2442

Nutzleistung (gemessen) (kW)

3020

3558

Thermischer Wirkungsgrad (%) 18.13 21.38

für die Kühlung verwendet wird, da nämlich dann durch eine verringerte Gesamtdurchflussmenge eine gleiche oder höhere Nutzleistung erzielt wird. Wenn diese Gesamtdurchflussmenge eine Auslegungsgrösse für die Ausbildung einer 5 Gasturbine ist, so kann hierdurch für eine bestimmte Anwendung eine kleinere Gasturbine verwendet werden.

Im folgenden wird ein Vergleich der Fähigkeit der CO:-Verteilung für den Fall 1 und den Fall 2 vorgenommen. Für diesen Vergleich wurde für beide Fälle eine Austrittsgas-10 menge von 45 360 kmol pro Tag angenommen.

Falli Fall 2

15 Turbinen-Auslass-Temperatur

In beiden Fällen wurde der Wirkungsgrad vom Verdichter

(°C)

519

554

und von derTurbine mit 30% bzw. 85% angenommen. Die

Menge an CO: im Auslass:

Auslasstemperatur derTurbine wurde für jeden Fall so

(%)

3.49

43.58

bestimmt, dass die Enthalpie im Auslass 56 mit der Enthalpie

(kmol pro Tag)

1 583

19 770

der zusammengesetzten Einlassströme (Druckluft, CO: und

20 Menge an CO2 dem Auslass beigegeben

Brennstoff) verglichen wurde. Die Auslasstemperatur wurde bei 38°C (kmol pro Tag)

64400

82 950

so lange geändert, bis der Unterschied zwischen den beiden

Ablass-Temperatur (°C)

208

214

vorerwähnten Enthalpien genau gleich war wie die Brenn

Gesamtmenge an verteiltem CO:

stoffmenge x der Nutzwärmemenge vom Brennstoff.

(kmol pro Tag)

65 983

102 720

Beim vorerwähnten Beispiel wurden 18 130 kmol pro Tag 25 an verdichtetem CO2 verwendet, um 35 950 kmol pro Tag an verdichteter Luft zu ersetzen. Wie sich durch die Differenz Beim vorerwähnten Vergleich wurde angenommen, dass bei den Turbinen-Eintrittstemperaturen gezeigt hat, ergibt eine Ablass-Temperatur am Austritt des Schornsteins von die geringere Menge an CCheine bessere Kühlung als die zumindest 208°C notwendig ist, um eine sichere Abführung grössere Menge an Luft. 30 des Gas-Restgasgemisches in die Atmosphäre zu gewährlei-

Beim Fall 2 betrug die gesamte Durchflussmenge durch die sten. Beim Fall 1 enthält der Austrittsstrom 1583 kmol pro

Turbine 17 800 kmol pro Tag weniger als die Durchfluss- Tag an CO2, das beim Verbrennungsvorgang angefallen ist.

menge im Fall 1. Diese Verringerung der Durchflussmenge Diesem Austrittsstrom aus derTurbine 10 wurden zusätzlich ergibt die Verringerung der erzielten Turbinenleistung beim 64400 kmol pro Tag an CO: mit einer Temperatur von 38°C

Fall 2 gegenüber dem Fall 1. Wichtiger jedoch ist, dass trotz 35 über die Leitung 58 dem Austrittsstrom zugefügt, so dass sich der im Fall 2 geringeren erzielten Turbinenleistung die Nutz- eine Ablasstemperatur am Schornstein von 208°C ergab,

leistung im Fall 2 nennenswert grösser ist als die Nutzlei- Somit beträgt die gesamte Menge an CO:, die durch eine stung beim Fall 1. Dies ergibt sich durch die wesentliche Ver- übliche Gasturbine unschädlich in die Atmosphäre abge-

ringerung der erforderlichen Leistung für die Verdichterar- lassen werden kann, wenn die Durchflussmenge durch die beit. Zusätzlich ist auch der gesamte thermische Wirkungs- 40 Turbine 45 360 kmol pro Tag beträgt, 65 983 kmol pro Tag.

grad im Fall 2 höher als im Fall 1. Im Fall 2 enthielt der aus derTurbine 10 austretende Aus-

1m Fall 2 wurde angenommen, dass das CO: mit einem trittsstrom 19 770 kmol pro Tag an CO:, wobei der grösste Druck von 3,7-105 Pa anfällt und dann auf einen Druck von Teil für die Kühlung der Verbrennungsprodukte in der Kühl-5,6-105 Pa verdichtet wurde. Diese Verdichtung erfordert zone 24 verwendet wurde. Diesem Austrittsstrom wurden 232 kW. Wenn das CO: bereits mit einem Druck von 45 zusätzlich 82 950 kmol pro Tag an CO: mit einer Temperatur 5,6* 10s Pa anfällt, müssen diese erwähnten 232 kW nicht auf- von 38°C über die Leitung 58 zugegeben, so dass sich eine gewandt werden, so dass sich hierdurch eine weitere Erhö- Ablasstemperatur in der Leitung 52 also nach der Beimi-hungder Nutzleistung und des thermischen Wirkungsgrades schung über die Leitung 58 von 214°C ergab. Es konnte also ergibt. Im umgekehrten Fall müssen mehr als 232 kW für die eine Gesamtmenge an CO: von 102 720 kmol pro Tag unge-notwendige Verdichtungsarbeit aufgewandt werden, wenn 50 fährlich in die Atmosphäre abgegeben werden, bei einer das an der Restgas-Quelle 26 anfallende CO: einen noch Gasturbine, bei der das erfindungsgemässe Verfahren angegeringeren Druck als die erwähnten 3,7• IO5 Pa aufweist. wandt wird, wobei diese Gasturbine eine Durchflussmenge Hierdurch können ein Teil oder die gesamten Erhöhungen von 45 360 kmol pro Tag aufweist.

hinsichtlich der Nutzleistung und des thermischen Wir- Anstelle der erläuterten Ausführungsform der Brenn-

kungsgrades wieder aufgehoben werden. Zusätzlich zum pri- 55 kammer nach Fig. 3, kann sie auch eine andere Ausbildung mären Nutzen der unschädlichen Wegfuhren von grossen haben, sofern gewährleistet ist, dass die Verbrennungsluft

Mengen an CO2 in die Atmosphäre ergibt das erfindungsge- vom Restgas getrennt gehalten wird. Als Restgas kann müsse Verfahren noch den zusätzlichen Nutzen, wenn CO2 natürlich auch ein anderes Gas als CO2 verwendet werden.

B

1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

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1. Verfahren zum Verteilen von Restgas in die Atmosphäre, welches Restgas beim industriellen Arbeiten an einer Quelle (26) anfällt, zur Verhinderung, dass sich das Restgas in Form einer Schicht an der Restgas-Ablassstelle absetzt, wobei eine Gasturbine (10) mit einem Luftverdichter (12) und mit einer Brennkammer (14) vorhanden ist, wobei letztere eine Verbrennungszone (22) und eine darauf folgende Kühlzone (24) aufweist, die vor dem Turbineneinlass (50) liegt, und die Turbine (10) einen Auslass (56) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Restgas als Kühlmedium in die Kühlzone (24) der Brennkammer (14) der Gasturbine eingeführt wird, welches Kühlmedium Wärme der heissen Gase aus der Verbrennungszone (22) absorbiert, und dass das über eine Ablassleitung (52) austretende Gas-Restgasgemisch als Abgas in die Atmosphäre abgelassen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Brennstoff (38) mit verdichteter Luft (42) vermischt und in der Verbrennungszone (22) verbrannt wird, um Verbrennungsprodukte zu ergeben, die in der Kühlzone (24) auf eine für die Turbine

( 10) zulässige Temperatur gekühlt werden, dadurch gekennzeichnet, dass das erwärmte Restgas und die Verbrennungsprodukte durch die Turbine (10) geleitet werden, wo die Energie auf die Turbine ( 10) abgegeben wird.

2

PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Restgas vor seinem Einführen in die Brennkammer (14) der Gasturbine verdichtet (30) wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliches Restgas in das von der Gasturbine ( 10) in die Ablassleitung (52) abströmende Abgas eingeführt wird, um dieses zusätzliche Restgas zu erwärmen.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Restgas auf eine solche Temperatur erwärmt wird, dass es beim Ablassen in die Atmosphäre eine geringere Dichte als die der Atmosphäre aufweist.