ES2230717T3 - Camara de expansion de sintesis situada en zona de aguas arriba de una turbina de gas. - Google Patents

Camara de expansion de sintesis situada en zona de aguas arriba de una turbina de gas.

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ES2230717T3 ES98944690T ES98944690T ES2230717T3 ES 2230717 T3 ES2230717 T3 ES 2230717T3 ES 98944690 T ES98944690 T ES 98944690T ES 98944690 T ES98944690 T ES 98944690T ES 2230717 T3 ES2230717 T3 ES 2230717T3
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Abstract

ESTA INVENCION MEJORA LA FIABILIDAD DE LA COMBUSTION DE UN GAS DE SINTESIS COMO COMBUSTIBLE PARA UNA TURBINA DE COMBUSTION (12), A FIN DE PRODUCIR POTENCIA INCORPORANDO UN EXPANSOR DE GAS DE SINTESIS (48) SITUADO INMEDIATAMENTE AGUAS ARRIBA DE LA TURBINA DE COMBUSTION. EL MAYOR RENDIMIENTO SE OBTIENE POR LA POTENCIA ADICIONAL PROPORCIONADA POR EL EXPANSOR Y POR LA REDUCCION O ELIMINACION DE LA COMPRESION DE NITROGENO DE UNA UNIDAD SEPARADORA DE AIRE PARA EL CONTROL DE LOS OXIDOS DE NITROGENO.

Description

Cámara de expansión de síntesis situada en zona de aguas arriba de una turbina de gas.
Esta invención está relacionada con las mejoras en la producción de gas combustible mediante la oxidación parcial de combustibles hidrocarbonado y el quemado de dicho gas combustible en una turbina de gas para la producción de energía, y más particularmente utilizando un sistema de desulfuración a alta temperatura eliminando la necesidad de la hidrólisis COS.
Antecedentes de la invención
Los sistemas de generación de energía por enfriamiento se utilizan en todo el mundo para generar energía a partir de la gasificación de una fuente de combustible. En dichos sistemas un gas de síntesis en bruto o un flujo de gas de combustible de gas de síntesis, que comprende H2, CO, CO2 y H2O, generado por la reacción de oxidación parcial de un combustible hidrocarbonado con un gas sin oxígeno, típicamente en la presencia de un moderador de temperatura en un reactor de gasificación de enfriamiento.
El gas de síntesis producido es enfriado mediante el enfriamiento en agua para producir un flujo de gas de síntesis saturado y enfriado a una temperatura típicamente en el rango de aproximadamente 230ºC a 290ºC, y típicamente a una presión de aproximadamente 4,7 a 10,2 Mpa (700 a 1500 libras por pulgada cuadrada). Una descripción más detallada de dicho proceso es la expuesta en la patente de los EE.UU. 5345756 de Jahnke y otros.
Ejemplos adicionales del arte previo incluyen los documentos: US4733528 que describe una turbina de gas que recupera energía a partir de gas de bajo valor calorífico. El calor es recuperado a partir del escape de la turbina por el intercambio de calor indirecto con agua. El agua caliente resultante se utiliza para saturar el combustible y, opcionalmente, también el aire de combustión, y/o para ayudar a la regeneración de un absorbente utilizado en un proceso húmedo para eliminar el dióxido de carbono del gas antes de la combustión. Preferiblemente el gas de bajo valor calorífico es un gas de desecho a partir de un proceso PSA utilizado para eliminar las impurezas en la producción de un flujo de gas conteniendo hidrógeno a partir de un gas en bruto producido por un vapor primario/secundario de reforma del suministro de hidrocarbono a una presión atmosférica y en donde la turbina acciona el compresor de aire del reformador secundario; US2592749 que describe un método para producir un generador de gas a una presión que substancialmente más alto que la presión de suministro del compresor del sistema de accionamiento incluyendo la turbina de gas; US4199933 que describe una planta de energía que comprende esencialmente una máquina térmica principal, un generador de gas presurizado para producir gas caliente a partir del carbón, en el que el gas del generador sigue a la separación del polvo y contenido de azufre que se utiliza como combustible para la planta de energía.
El gas de síntesis producido está purificado generalmente en una unidad de eliminación de gas ácido, utilizando un disolvente físico o químico para eliminar el H_{2}S y COS del flujo de gas. El gas de síntesis purificado es entonces suministrado como un gas combustible en la cámara de combustión de una turbina de gas con un moderador de temperatura tal como el nitrógeno.
En un ejemplo del expansor de gas de síntesis, como un antecedente de la presente invención, el expansor de gas de síntesis o turbina de expansión está situado inmediatamente en aguas arriba de la turbina de gas. La mezcla de gas de síntesis que entra en el expansor se encuentra a una alta temperatura de aproximadamente 425ºC a 540ºC. Debido a que el gas que entra en el expansor se encuentra a alta temperatura, puede extraerse una gran cantidad de energía a partir de la expansión de volumen del gas de síntesis caliente antes de que entre en una turbina de combustión, mejorando por tanto notablemente el rendimiento del ciclo de producción de energía. El gas combustible que sale del expansor permanece caliente, y cualquier calor no convertido en energía por el expansor es transportado directamente a la turbina de combustión en donde es recuperado.
En un ejemplo, una extracción de flujo de aire caliente es eliminado de la descarga del compresor de la turbina de combustión con antelación a la entrada en la sección de la turbina de combustión. La extracción de flujo de aire caliente es enfriado por intercambio de calor con otros flujos del proceso o mediante cualesquiera otros medios de enfriamiento que puedan llevarse a cabo eficientemente.
Después del enfriamiento, el flujo de aire puede saturarse con agua y siendo comprimido hasta aproximadamente 6895 a 8,3 Mpa. El flujo de aire puede ser saturado también con agua o nitrógeno para mejorar la eficiencia del ciclo aunque el agua tomada por el flujo de aire se incremente con la carga del compresor.
Alternativamente, el flujo de aire o gas puede saturarse o recibir una saturación adicional en aguas abajo con un compresor secundario. No obstante, en este punto, el flujo de gas llega a calentarse como resultado del calor de compresión y no siendo eficiente el uso de un saturador.
Como opción adicional, una parte del aire de la turbina de combustión puede estar dirigido hacia una unidad de separación de aire, la cual permite una reducción en el tamaño y en la energía del compresor de aire de la unidad de separación. Así mismo, como opción adicional, el nitrógeno de la unidad de separación de aire puede ser comprimido y enviado a la turbina de combustión o al flujo ascendente de gas de síntesis o aire de la cámara de expansión para incrementar la salida de energía y reducir la formación de los óxidos de nitrógeno (NO_{x}) en la turbina de combustión.
Con referencia ahora a la figura 1, el gas de síntesis de barrido de alta presión 2 de la unidad de extracción de gas ácido (no mostrada) entra en el saturador de gas de síntesis 4, en donde se satura con agua 6 y sale como un flujo 8 de gas de síntesis saturado. El saturador de gas de síntesis 4 está equipado también con una salida de agua 9.
El flujo 10 de la extracción de aire caliente 10, a una presión de aproximadamente 1,4 a 2,07 Mpa y una temperatura de aproximadamente 260ºC a 425ºC es extraído de la turbina de combustión 12 y pasando a través del primer intercambiador de calor 14, en donde libera calor a un flujo 16 de agua de suministro de la caldera de ebullición, para formar un flujo 18 de alta presión. El flujo de aire enfriado 20 sale del intercambiador de calor 14 y entra en el segundo intercambiador de calor 22, en donde se enfría más y sale como un flujo 24 de aire enfriado adicionalmente. Opcionalmente, una parte 13 del flujo 24 de aire enfriado puede ser reciclado hacia la unidad de separación de aire. La turbina de combustión 12 está equipada también con una entrada de aire 11.
El flujo 24 de aire enfriado entra en el tercer intercambiador de calor 30, en donde es enfriado adicionalmente y saliendo como un flujo 32 de aire enfriado, el cual entra en el saturador de aire 34, en donde el aire es saturado con agua que entra desde la tubería 36. El saturador está equipado con una salida de agua 37.
El aire saturado 38 sale del saturador de aire 34 y entra en el compresor secundario 40, en donde es comprimido desde aproximadamente 1,4 a 2,07 MPa hasta aproximadamente 6,9 a 8,3 Mpa, la cual es la presión operativa típica del gasificador, y saliendo como el flujo 42 de aire comprimido, el cual entra en la cámara de combustión junto con el flujo de gas de síntesis 26.
El flujo de gas de síntesis saturado 8 pasa a través del intercambiador de calor 22, en donde es calentado con intercambio con el aire que pasa a través y saliendo como el flujo 26 de gas de síntesis saturado calentado, y entrando en la cámara de combustión 28, en donde se lleva a cabo la combustión.
Puede ser utilizado un inter-refrigerador no mostrado con el compresor secundario 40, No obstante, puesto que el calor de compresión entra en la cámara de combustión 28 y una energía extra es convertida al valor del combustible, puede ser práctica una alta relación de compresión sin el enfriamiento inter-etapa.
Según se ha expuesto, el flujo de aire comprimido 42 entra en la cámara de combustión 28 con el flujo de gas de síntesis 26 y lleva a cabo la combustión para generar una mezcla de productos de combustión y gas de síntesis en exceso a alta temperatura.
Generalmente, solo una parte del flujo de gas de síntesis 26 del orden de aproximadamente el 1% al 5% del gas de síntesis total lleva a cabo la combustión en la cámara de combustión 28. La mayor parte del gas de síntesis a alta presión circunvala a la cámara de combustión 18 a través de la tubería 44 y se mezcla con los gases de combustión 29 que salen de la cámara de combustión 28, para formar la mezcla 46 de los gases de combustión 29 y gas de síntesis 44 a una temperatura de aproximadamente 540ºC.
La temperatura en la cámara de combustión 28 puede ser modificada mediante el ajuste de la cantidad de gas de síntesis en el flujo 44 que circunvala a la cámara de combustión 28. Si se canalizan cantidades más pequeñas de gas de síntesis a través de la cámara de combustión 28, podrán obtenerse temperaturas significativamente más altas en el flujo 29 de gases sin mezclar.
El flujo 46 del gas mezclado entra entonces en la cámara de expansión 48, que está acoplada a un generador 50. Puede ser extraída de forma fácil una cantidad mayor de energía a partir de la cámara de expansión 48 mediante el generador 50, debido a que el calentamiento del gas de síntesis mejora la eficiencia del ciclo. Los gases 52 que salen de la cámara de expansión 48 permanecerán calientes, a temperaturas de aproximadamente 120ºC a 370ºC. Los gases calientes 52 sirven como combustible para la turbina de combustión 12. Así pues, cualquier magnitud de calor de los gases 46 no convertida en energía por la cámara de expansión 48 tendrá salida como calor en el gas combustible 52 a la turbina de combustión 12 y siendo recuperado por el generador 54.
Mediante el control adecuado de la operación del sistema, el gas combustible 52 que entra en la cámara de expansión 48 podrá ser mantenido a un nivel suficientemente bajo del nivel BTU/pie cúbico estándar (BTU/SCF) para minimizar la producción de óxidos de nitrógeno (NO_{x}), manteniendo al mismo tiempo un valor de calentamiento suficientemente alto del orden de aproximadamente 31 a 59 MJ/m^{3} (de 80 a aproximadamente 150 BTU/SCF), para asegurar una combustión efectiva y eficiente en la turbina de combustión 12.
El valor de calentamiento del gas combustible 52 está controlado por el control de la cantidad de aire utilizado para la pre-combustión de una parte del gas de síntesis 26 en la cámara de combustión 28 con antelación a la entrada del flujo de gas 46 en la cámara de expansión 48, y por la cantidad de agua de saturación 36 añadida al aire a alta presión que entra en el saturador 34 de aire. Opcionalmente, puede añadirse un flujo de nitrógeno o gas de síntesis al flujo de combustible con antelación a la entrada en la cámara de expansión, o en la zona de aguas abajo de la cámara de expansión a través de la línea opcional 58 en la turbina de combustión 12.
Sumario de la invención
La invención reside en un sistema de generación de energía de acuerdo con la reivindicación 1, y un proceso de acuerdo con la reivindicación 4. Particularmente, utilizando un sistema de desulfuración de alta temperatura de acuerdo con la invención, se elimina la necesidad de la hidrólisis COS y se elimina los últimos residuos de azufre, siendo pequeños en comparación con un sistema que elimine todo el azufre del gas de síntesis. Así mismo, el rendimiento incrementado tiene lugar a partir de la salida de energía de la cámara de expansión y por una reducción o eliminación de la compresión de nitrógeno en la unidad de separación de aire para el control de los óxidos de nitrógeno.
Descripción breve de los dibujos
La figura 1 es un diagrama de flujo esquemático que muestra un proceso que utiliza una extracción de aire de la turbina de combustión como fuente de oxigeno para la combustión parcial del gas de síntesis en una cámara de combustión. Este ejemplo no está dentro del alcance de la presente invención.
La figura 2 es un diagrama de flujo esquemático del ejemplo de la figura 1 que incorpora la presente invención.
La figura 3 es un diagrama de flujo esquemático que muestra un proceso que utiliza oxigeno a alta presión a partir de una unidad de separación de aire como fuente de oxigeno para la combustión parcial del gas de síntesis en una cámara de combustión. Este ejemplo no está dentro del alcance de la presente invención.
La figura 4 es un diagrama de flujo esquemático que muestra un gas de síntesis calentado por el intercambio de calor con la salida del escape de la turbina de combustión en los tubos de un generador de vapor de recuperación de calor. Este ejemplo puede ser de interés general para el lector especializado en el arte, no obstante no se encuentra dentro del alcance de la presente invención.
Los números de referencia correspondientes indican las partes correspondientes en cada una de las figuras.
Descripción de la realización preferida
La figura 2 es una realización de desulfuración en donde los gases de combustión combinados 46 resultantes de la cámara de combustión 28 y del flujo 44 del gas de síntesis de circunvalación entran en un sistema de desulfuración de alta temperatura que comprende las bancadas 60 y 62 de ferrita de zinc o bien otro material similar y saliendo a través de la línea 64 con merma de azufre.
El gas de combustión 48 que entra en el sistema de desulfuración de alta temperatura ya tiene eliminado la mayor parte de su contenido en azufre a través de uno de los procesos de desulfuración a baja temperatura convencionales bien conocidos por los técnicos especializados en el arte. Muchos de estos procesos incluyen una etapa de hidrólisis COS para incrementar la eliminación de azufre en aproximadamente el 1-2%.
Utilizando el sistema de desulfuración de alta temperatura aquí descrito se elimina la necesidad de la hidrólisis COS y siendo eliminados los últimos residuos de azufre.
Debido a que el sistema de desulfuración opera solamente sobre los últimos residuos de azufre, la dimensión del sistema de desulfuración de alta temperatura es muy pequeña en relación con un sistema que elimine todo el azufre del gas de síntesis. Adicionalmente, los gases ácido de la regeneración de las bancadas 60 y 62, utilizando el vapor introducido a través de la línea 66, pueden hacerse retornar a través de la línea 68 al gasificador (no mostrado), eliminando la necesidad de cualquier procesamiento de recuperación de azufre adicional, y efectuando un proceso por lotes o la regeneración de las bancadas de eliminación del azufre.
La figura 3 es un proceso simplificado que no cae dentro del alcance de la presente invención, la cual utiliza oxígeno purificado en lugar de oxígeno y aire como oxidante para quemar parte del gas de síntesis para incrementar la temperatura.
En este caso el sistema de procesamiento de aire extraído expuesto en la figura 1 es reemplazado por el oxigeno de alta presión procedente de la unidad de separación de aire (no mostrada), el cual es suministrado a través de la tubería 70 al interior de la cámara de combustión 28 y quemado con l aparte del gas de síntesis 26 de alta presión de la unidad de eliminación del gas ácido o saturador de gas de síntesis 4. El gas sintético de barrido de alta presión 8 del saturador de gas de síntesis 4 entra en el intercambiador de calor 14, y sale a través de la tubería 26 en donde es dirigido hacia la cámara de combustión.
La ventaja de este ejemplo es que el oxígeno está disponible fácilmente a presión elevado como un flujo lateral del oxígeno que están siendo suministrado al gasificador. Esta realización puede ser utilizada también para modificar y actualizar los sistemas existentes de energía de gasificación de alta presión.
La figura 4 muestra una variación del calentamiento del gas de síntesis solamente por el intercambiador de calor, y el cual evita quemar parte del mismo en la cámara de combustión 28. Este ejemplo, al igual que en la figura 3, no cae tampoco dentro del alcance de la invención reivindicada, siendo la configuración más eficiente para calentar el gas de síntesis a alta temperatura. El flujo del gas de síntesis 8 saturado con agua entra en el generador de vapor de recuperación de calor 80, en donde se calienta indirectamente por los gases de escape calientes 82 que salen de la turbina de combustión 12.
El calentamiento del gas de síntesis 8 tiene lugar preferiblemente mediante el enrutamiento del gas de síntesis a través de tuberías en el generador 80 de vapor de recuperación de calor, similar a la forma en que se supercalienta, aunque el calentamiento indirecto puede ser utilizado también. Debido a las altas temperaturas disponibles por el escape de la turbina de combustión, el gas de síntesis puede ser calentado fácilmente a una temperatura de aproximadamente 370ºC a 540ºC, sin quemar ningún gas de síntesis y saliendo como el flujo 84.
La utilización de calor directamente a partir del generador de vapor 80 de recuperación de calor es más eficiente para calentar el gas de síntesis en la cámara de expansión 48 que quemar una parte del gas de síntesis con oxígeno y eliminando la energía asociada con la producción de oxígeno. Con la cámara de expansión 48 situada inmediatamente en zona de aguas arriba de la turbina de combustión 12, es una solución más práctica que tener la cámara de expansión 48 situada en la zona intermedia del tren de enfriamiento, en donde se precisaría de una tubería de transferencia de gas de síntesis muy larga.
Así pues, la cámara de expansión 48 puede situarse sobre la tubería 84 del gas de síntesis calentado, inmediatamente en zona de aguas arriba de la turbina de combustión 12. Esto elimina cualquier necesidad de enfriar el gas de salida de la cámara de expansión y reduce los costos.
La temperatura de entrada de la cámara de expansión 48 se configura preferiblemente para poder obtener una temperatura de salida de 288ºC para el gas combustible de salida 52, y permitiendo el uso de válvulas de control de combustible de alta temperatura estándar en el suministro 52 del gas combustible hacia la turbina de combustión 12. En general, esto precisa de una temperatura de suministro en el rango de aproximadamente 425ºC a 540ºC para el suministro del gas de síntesis calentado 84 hacia la cámara de expansión 48. El suministro 84 hacia la cámara de expansión 48 puede ser precalentado mediante cualesquiera medios expuestos, incluyendo la transferencia de calor hasta aproximadamente 288ºC con vapor o bien otros flujos del proceso. La diferencia de calentamiento hasta la temperatura de aproximadamente 425ºC y superior, puede ser llevada a cabo mediante oxígeno o aire quemado dentro del gas de síntesis en la cámara de combustión 28, o mediante el intercambio de calor en el generador 80 de vapor de recuperación de calor.
El saturador de gas de síntesis 4 puede ser reemplazado por un saturador de nitrógeno. Para un diseño de una unidad de separación de aire integrada, los flujos de gas combustible y nitrógeno tienen casi los mismos caudales de flujo y esta variación tendría poco impacto en los costos.
La cámara de expansión puede acoplarse y controlar un compresor de nitrógeno, eliminando así la necesidad de un generador y evitando su costo de capital de tipo eléctrico y las pérdidas en el rendimiento.
El ejemplo descrito tiene varias ventajas. Primeramente, puede proporcionar un combustible de nivel bajo de BTU/SCF (energía por volumen), que puede controlarse a un nivel de contenido optimo de BTU (energía), para proporcionar una combustión eficiente y un NO_{x} mínimo. Puede eliminar la necesidad de la compresión del nitrógeno a partir de la unidad de separación de aire para controlar el contenido de BTU, eliminando la necesidad de comprimir gas inerte desde un nivel de presión relativamente bajo. Elimina el azufre del gas con antelación a la expansión, mejorando la fiabilidad y disminuyendo el costo de inversión para la unidad de la cámara de expansión. Maximiza la temperatura del gas que se dirige hacia la cámara de expansión, que permitirá una producción máxima de energía y mejorando el rendimiento del ciclo completo al utilizar la cámara de expansión. Puede hacer posible una producción eficiente de energía de gasificación al utilizar el diseño de una unidad de separación de aire a presión estándar o bien el oxigeno de suministro por tubería. Puede reducir las emisiones de azufre hasta niveles de algunas partes por millón (ppm) al incorporar una unidad de desulfuración de alta temperatura.
El sistema puede ser puenteado cuando se precise un mantenimiento con un impacto mínimo sobre el ciclo de energía. En el modo de puenteado, podría utilizarse la inyección de vapor para mantener baja la producción de NO_{x}, y el gas de síntesis podría pasar directamente desde el saturador de gas de síntesis al interior de la cámara de combustión.

Claims (4)

1. Un sistema de generación de energía en el que se genera en una fuente un gas de síntesis a una temperatura y presión elevadas, mediante la reacción de oxidación parcial de un combustible hidrocarbonado en un gasificador, cuyo sistema comprende:
una cámara de expansión del gas a alta temperatura (48) en un circuito del gas de síntesis situado inmediatamente en aguas arriba de una cámara de combustión de una unidad generadora de energía (12);
el circuito de gas de síntesis que comprende además una cámara de combustión (28) suministrada con aire de un compresor (40), estando situado la cámara de combustión en zona de aguas arriba de la cámara de expansión del gas a alta temperatura (48);
estando la cámara de expansión de gas conectada además a través de una derivación de puenteado alrededor de la cámara de combustión (28) hasta la fuente del gas de síntesis;
al menos un intercambiador de calor (14) conectado en serie con un suministro de aire (10) desde la unidad de generación de energía (12);
caracterizado porque:
el circuito de gas de síntesis incluye una unidad de desulfuración de alta temperatura (60, 62) situada en la línea (46) de unión del gas de síntesis derivado (44) con el gas de síntesis quemado (29) en zona de aguas arriba de la cámara de expansión del gas (48) para eliminar el azufre de los gases de salida de la cámara de combustión (28);
el saturador de aire (34) está conectado en serie con el intercambiador de calor (14); y
el compresor (40) que está conectado en serie con el saturador de aire (34).
2. El sistema de la reivindicación 1, en el que la unidad de generación de energía es una turbina de gas.
3. El sistema de la reivindicación 1, en el que la fuente de oxígeno de alta presión está conectada en serie con la cámara de combustión.
4. Un proceso para operar un sistema de generación de energía en el que un gas de síntesis a temperatura y presión elevadas se genera mediante la reacción de oxidación parcial de un combustible hidrocarbonado en un gasificador, caracterizado porque tiene las etapas secuenciales de:
a)
saturar el aire en un saturador de aire, en el que el mencionado saturador de aire está conectado aguas abajo de al menos un intercambiador de calor y en el que al menos el mencionado intercambiador de calor está conectado en serie con un suministro de aire de una unidad de generación de energía;
b)
comprimir el aire saturado en un compresor, en el que el mencionado compresor está conectado en serie con el saturador de aire;
c)
quemar el mencionado aire comprimido y una parte del gas de síntesis en una cámara de combustión, generando por tanto una mezcla de productos de combustión y un gas de síntesis en exceso;
d)
añadir la parte restante del gas de síntesis no quemado a la mezcla del gas de síntesis quemado y aire comprimido quemado;
e)
desulfatar el producto de la etapa (d) en una unidad de desulfuración de alta temperatura con antelación al enrutado del mencionado producto a través de la unidad de expansión del gas;
f)
expandir el volumen de la mezcla de gases combinados mediante la reducción de su presión en una unidad de expansión para formar una mezcla de gases expandidos; y
g)
extraer energía de la mezcla de gases expandidos en un generador acoplado en la unidad de expansión inmediatamente antes de utilizar la mezcla de gases expandidos como combustible para la unidad de generación de energía.
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Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6314715B1 (en) * 1999-06-03 2001-11-13 General Electric Co. Modified fuel gas turbo-expander for oxygen blown gasifiers and related method
US6998098B2 (en) 2002-11-11 2006-02-14 Conocophillips Company Removal of gases from a feed
WO2008014481A1 (en) * 2006-07-28 2008-01-31 Rollins William S Iii High efficiency integrated gasification combined cycle power plant
US7739875B2 (en) * 2006-08-07 2010-06-22 General Electric Company Syngas power systems and method for use thereof
US8163047B2 (en) * 2007-01-10 2012-04-24 General Electric Company Methods and apparatus for cooling syngas in a gasifier
US7670574B2 (en) * 2007-01-19 2010-03-02 General Electric Company Methods and apparatus to facilitate cooling syngas in a gasifier
US7749290B2 (en) * 2007-01-19 2010-07-06 General Electric Company Methods and apparatus to facilitate cooling syngas in a gasifier
US7861509B2 (en) 2007-01-23 2011-01-04 General Electric Company Methods and systems for gas turbine syngas warm-up with low emissions
US8506660B2 (en) * 2007-09-12 2013-08-13 General Electric Company Nozzles for use with gasifiers and methods of assembling the same
DE102008026267A1 (de) * 2008-06-02 2009-12-03 Uhde Gmbh Modifizierter Gas- und Dampfturbinenprozess mit integrierter Kohledruckvergasung
EP2230389A1 (de) * 2009-01-26 2010-09-22 Siemens Aktiengesellschaft Synthesegasbrennstoffsystem sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Synthesegasbrennstoffsystems
US8268896B2 (en) * 2009-08-07 2012-09-18 Gas Technology Institute Co-production of fuels, chemicals and electric power using gas turbines
US8992640B2 (en) 2011-02-07 2015-03-31 General Electric Company Energy recovery in syngas applications
US20130305738A1 (en) * 2012-05-17 2013-11-21 General Electric Company System and method for producing hydrogen rich fuel
NL2014786B1 (en) * 2015-05-11 2017-01-26 Dahlman Renewable Tech B V Method and systems for treating synthesis gas.
RU2600924C1 (ru) * 2015-06-19 2016-10-27 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский центр "Полимерные соединения" Способ получения фармацевтической композиции эритромицина
GB2556011B (en) * 2015-08-31 2021-02-24 Otevrel Marek Equipment for gas turbine output increasing and efficiency improvement

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2592749A (en) * 1947-01-16 1952-04-15 Rateau Soc Gas turbine engine associated with a gas producer under pressure
US4199933A (en) * 1973-12-22 1980-04-29 Bbc Brown Boveri & Company Limited Power plant with pressurized-gas generator
DE2437782C3 (de) * 1974-08-06 1981-01-08 Steag Ag, 4300 Essen Verfahren zum Anfahren einer Gasturbinen-Anlage zur Stromerzeugung aus Brenngas von einem Kohle-Druckvergaser
US4733528A (en) * 1984-03-02 1988-03-29 Imperial Chemical Industries Plc Energy recovery
DE59008773D1 (de) * 1990-09-10 1995-04-27 Asea Brown Boveri Gasturbinenanordnung.
GB9105095D0 (en) * 1991-03-11 1991-04-24 H & G Process Contracting Improved clean power generation
US5220782A (en) * 1991-10-23 1993-06-22 Bechtel Group, Inc. Efficient low temperature solvent removal of acid gases
US5345756A (en) 1993-10-20 1994-09-13 Texaco Inc. Partial oxidation process with production of power

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