ES2508173T3

ES2508173T3 - Sistema y método para generación de energía con alta eficiencia utilizando un fluido de trabajo de nitrógeno gaseoso

Info

Publication number: ES2508173T3
Application number: ES11761791.0T
Authority: ES
Inventors: Miles R. Palmer; Rodney John Allam; Jeremy Eron Fetvedt
Original assignee: 8 Rivers Capital LLC; Palmer Labs LLC
Current assignee: 8 Rivers Capital LLC; Palmer Labs LLC
Priority date: 2010-09-21
Filing date: 2011-09-20
Publication date: 2014-10-16
Anticipated expiration: 2031-09-20
Also published as: US9410481B2; EA023988B1; JP2017008942A; TW201221755A; TWI589770B; JP2013537283A; EP2619428A2; CA2811940A1; US20180016979A1; EA201300386A1; CN103221660A; PL2619428T3; WO2012040195A3; CN103221660B; US9611785B2; US10054046B2; KR101825395B1; EP2619428B1; US20160319741A1; JP6189500B2

Abstract

Un sistema de producción de energía, que comprende: un primer combustor (3) configurado para quemar una primera corriente (26) de combustible y una primera corriente (51) de aire en presencia de una primera corriente (57) de reciclado para producir una primera corriente (27) de combustión; una primera turbina (5) configurada para expandir la primera corriente (27) de combustión; un primer intercambiador (2) de calor configurado para recibir al menos una parte (58) de una primera corriente (28) de descarga desde la primera turbina (5), en donde el primer intercambiador (2) de calor está configurado para emplear la parte (58) de la primera corriente (28) de descarga para calentar la primera corriente (51) de aire y al menos una parte (60) de la primera corriente de reciclado (57) que es producida a partir de la primera corriente (28) de descarga; un segundo combustor (4) configurado para quemar una segunda corriente (24) de combustible y una segunda corriente (21) de aire en presencia de una segunda corriente (40) de reciclado que es producida a partir de la primera corriente (28) de descarga para producir una segunda corriente (23) de combustión; una segunda turbina (6) configurada para expandir la segunda corriente (23) de combustión; y un segundo intercambiador (1) de calor configurado para calentar la segunda corriente (21) de aire y la segunda corriente (40) de reciclado.

Description

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DESCRIPCIÓN

Sistema y método para generación de energía con alta eficiencia utilizando un fluido de trabajo de nitrógeno gaseoso

Campo de la descripción

La presente descripción proporciona métodos de alta eficiencia para la producción de energía utilizando un fluido de trabajo de N2 con combustión de un combustible en aire.

Antecedentes

El documento US 2009/301054 describe un sistema de turbina que incluye una turbina de gas con un sistema de combustión de recalentamiento y un sistema de recirculación de gas de escape (EGR, por sus siglas en inglés).

El documento EP 1 429 000 A1 describe un método y dispositivo para hacer funcionar una turbina de gas que comprende una cámara de combustión de combustible fósil.

Puesto que las necesidades de energía continúan creciendo en todo el mundo, existe una necesidad cada vez mayor de procedimientos de producción de energía adicionales. El actual método de alta eficiencia para generar energía utilizando combustible de gas natural o combustibles de hidrocarburo destilados es el sistema de ciclo combinado de gas natural (NGCC, por sus siglas en inglés) que comprende una turbina de gas de ciclo Brayton y un sistema de vapor de ciclo Rankine. Las turbinas de gas más grandes disponibles en el mercado son capaces de generar una potencia desde el sistema NGCC en el intervalo de aproximadamente 450 MW (megavatios) a aproximadamente 550 MW, con eficiencias sobre valor calorífico inferior en el intervalo de aproximadamente 56% a aproximadamente 60% en condiciones ISO (siglas inglesas de la Organización Internacional de Normalización). Están disponibles unidades de tren único actuales que emplean una caldera alimentada con carbón más un generador de vapor que pueden generar potencias superiores a 1.000 MW, proporcionado eficiencias eléctricas netas de hasta aproximadamente 45% sobre la base de las máximas condiciones de vapor alcanzables con los mejores diseños y materiales de caldera actuales. Están disponibles reactores nucleares con una única turbina de vapor con generaciones de potencia superiores a 1.000 MW.

Además de lo anterior, la publicación de patente de EE.UU. nº 2011/0179799 describe un ciclo de potencia de alta presión y baja relación de presiones que utiliza un combustible carbonoso o hidrocarbonado que es quemado en presencia de una atmósfera con alta concentración de oxígeno y por lo tanto requiere la provisión de una fuente de oxígeno de alta pureza. Los productos de combustión son enfriados por un reciclado de una corriente de CO2 de alta temperatura, alta presión y sumamente purificada que ha sido calentada contra una corriente de escape de turbina en un intercambiador de calor.

Como se ha visto en lo que antecede, las tecnologías existente y emergente en el sector pueden requerir el uso de múltiples ciclos y/o la provisión de materiales sumamente purificados para la combustión. Por consiguiente, sigue existiendo una necesidad de sistemas de energía que utilicen gas natural o combustibles destilados quemados en aire que puedan proporcionar generaciones de potencia desde un tren único de hasta 500 MW o incluso más.

Compendio de la descripción

Los sistemas y métodos para producción de energía descritos en la presente memoria pueden ser muy útiles para proporcionar producción de energía con alta eficiencia y pueden presentar una o más de las siguientes características.

Los sistemas y métodos descritos pueden lograr, con una temperatura máxima de turbina inferior a la de un sistema NGCC convencional, una eficiencia comparable a la de un sistema NGCC convencional.

Los sistemas y métodos descritos pueden lograr, con una temperatura de turbina equivalente a la de un sistema NGCC convencional, una mayor eficiencia que un sistema NGCC convencional.

Los sistemas y métodos descritos pueden tener costes de capital significativamente más bajos que un sistema NGCC convencional.

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

Los sistemas y métodos descritos pueden utilizar medios distintos de un sistema de vapor para mover la o las turbinas.

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

Los sistemas y métodos descritos pueden tener una concentración de CO2 en el gas de escape que sea significativamente mayor que la concentración de aproximadamente 3% en el escape NGCC, de manera que utilizando un sistema de extracción apropiado pueda captarse CO2 más fácilmente.

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Los sistemas y métodos descritos pueden utilizar aire como fuente oxidante de bajo coste en lugar de requerir oxígeno sumamente puro.

Los sistemas y métodos descritos pueden proporcionar condiciones de combustión cercanas a las estequiométricas que pueden dar como resultado la producción de gases inertes en exceso, que pueden ser descargados a la atmósfera.

Los sistemas y métodos descritos pueden utilizar una corriente de alta presión que comprenda gases inertes en la producción de energía mediante la expansión de la corriente a través de una o más turbinas.

Los sistemas y métodos descritos pueden proporcionar un método para hacer funcionar un proceso de producción de energía en el cual se puede quemar a alta presión en aire un combustible fósil en condiciones cercanas a las estequiométricas en un ciclo cerrado con una alta presión y baja relación de presiones suficientes para que los gases inertes en exceso presurizados que quedan después del consumo de oxígeno en el combustor puedan ser expandidos a la presión atmosférica con máxima producción de energía adicional.

Además de lo anterior, en una realización la presente descripción proporciona un sistema de producción de energía. El sistema de producción de energía puede comprender un primer combustor configurado para quemar una primera corriente de combustible y una primera corriente de aire en presencia de una primera corriente de reciclado para producir una primera corriente de combustión, una primera turbina configurada para expandir la primera corriente de combustión, y un primer intercambiador de calor configurado para recibir al menos una parte de una primera corriente de descarga desde la primera turbina. El primer intercambiador de calor puede estar configurado para emplear la parte de la primera corriente de descarga para calentar la primera corriente de aire y al menos una parte de la primera corriente de reciclado que es producida a partir de la primera corriente de descarga. El sistema de producción de energía puede incluir también un segundo combustor configurado para quemar una segunda corriente de combustible y una segunda corriente de aire en presencia de una segunda corriente de reciclado 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 intercambiador de calor configurado para calentar la segunda corriente de aire y la segunda corriente de reciclado.

En algunas realizaciones, el segundo intercambiador de calor puede estar configurado para emplear una segunda corriente de descarga procedente de la segunda turbina para calentar la segunda corriente de aire y la segunda corriente de reciclado. El segundo intercambiador de calor puede estar configurado además para calentar una segunda parte de la primera corriente de reciclado. El sistema de producción de energía puede comprender además un tercer combustor configurado para quemar una tercera corriente de combustible y una tercera corriente de aire en presencia de una segunda corriente de descarga recibida desde la segunda turbina para producir una tercera corriente de combustión, y una tercera turbina configurada para expandir la tercera corriente de combustión. El segundo intercambiador 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 reciclado. El segundo intercambiador de calor puede estar configurado además para calentar la tercera corriente de aire. El segundo intercambiador de calor puede estar configurado además para calentar una segunda parte de la primera corriente de reciclado.

En algunas realizaciones, un compresor de reciclado puede estar configurado para comprimir la primera corriente de reciclado. Una segunda parte de la primera corriente de descarga puede ser dirigida al segundo combustor. El sistema de producción de energía puede comprender además un lavador configurado para recibir una corriente de descarga enfriada desde el segundo intercambiador de calor. El lavador puede comprender un sistema de adsorción de CO2.

En algunas realizaciones, el sistema de producción de energía puede comprender además un sistema de compresores 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 de compresores de aire puede comprender un primer compresor de aire configurado para comprimir la primera corriente de aire y un segundo compresor de aire configurado para comprimir la segunda corriente de aire. El segundo compresor de aire puede estar configurado además para comprimir la primera corriente de aire antes de que el primer compresor de aire comprima la primera corriente de aire. El sistema de compresores de aire puede estar configurado para controlar un caudal de la primera corriente de aire y un caudal de la segunda corriente de aire para dar como resultado la combustión sustancialmente estequiométrica en el primer combustor y el segundo combustor. Por ejemplo, el sistema de compresores de aire puede estar configurado para controlar el caudal de la primera corriente de aire y el caudal de la segunda corriente de aire para dar como resultado hasta aproximadamente 5% de exceso de O2 en la combustión en el primer combustor y el segundo combustor.

En algunas realizaciones, 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 ambiente comprimido. La primera corriente de reciclado y la segunda corriente de reciclado pueden tener más de 50% de N2 sobre una base molar. El sistema de producción de energía puede comprender además un separador configurado para extraer una

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corriente líquida de la parte de la primera corriente de descarga dirigida a través del primer intercambiador de calor. Además, el sistema de producción de energía puede estar configurado para trabajar con una eficiencia neta de generación eléctrica de al menos aproximadamente 60% sobre una base de valor calorífico inferior cuando se trabaja con una temperatura de turbina de aproximadamente 1.300°C a 1.500°C.

En otra realización se proporciona un método para producir energía. El método puede comprender quemar una primera corriente de combustible y una primera corriente de aire en un primer combustor en presencia de una primera corriente de reciclado 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 al menos una parte de una primera corriente de descarga desde la primera turbina a un primer intercambiador de calor, y emplear la parte de la primera corriente de descarga para calentar la primera corriente de aire y al menos una parte de la primera corriente de reciclado que se produce a partir de la primera corriente de descarga con el primer intercambiador de calor. El método puede comprender además quemar una segunda corriente de combustible y una segunda corriente de aire en un segundo combustor en presencia de una segunda corriente de reciclado que se produce 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, dirigir la segunda corriente de aire y la segunda corriente de reciclado a un segundo intercambiador de calor, y calentar la segunda corriente de aire y la segunda corriente de reciclado con el segundo intercambiador de calor.

En algunas realizaciones, calentar la segunda corriente de aire y la segunda corriente de reciclado con el segundo intercambiador de calor puede comprender emplear una segunda corriente de descarga desde la segunda turbina para calentar la segunda corriente de aire y la segunda corriente de reciclado. El método puede comprender además calentar una segunda parte de la primera corriente de reciclado con el segundo intercambiador de calor. El método puede incluir también quemar una tercera corriente de combustible y una tercera corriente de aire en un tercer combustor en presencia de una segunda corriente de descarga recibida desde 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. El calentamiento de la segunda corriente de aire y la segunda corriente de reciclado con el segundo intercambiador 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 reciclado. El método puede incluir, adicionalmente, calentar la tercera corriente de aire con el segundo intercambiador de calor. Además, el método puede incluir calentar una segunda parte de la primera corriente de reciclado con el segundo intercambiador de calor.

En algunas realizaciones, el método puede comprender además comprimir la primera corriente de reciclado con un compresor de reciclado. El método puede incluir también dirigir una segunda parte de la primera corriente de descarga al segundo combustor. Adicionalmente, el método puede incluir dirigir una corriente de descarga enfriada desde el segundo intercambiador de calor a un lavador. El lavador puede comprender un sistema de adsorción de CO2.

En algunas realizaciones, el método puede comprender además comprimir una corriente de aire de alimentación con el sistema de compresores 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 compresores de aire puede comprender comprimir la primera corriente de aire con un primer compresor de aire y comprimir la segunda corriente de aire con un segundo compresor de aire. Comprimir la corriente de aire de alimentación con el sistema de compresores de aire puede comprender comprimir la primera corriente de aire con el segundo compresor de aire antes de comprimir la primera corriente de aire con el primer compresor de aire. Además, el método puede incluir controlar un caudal de la primera corriente de aire y un caudal de la segunda corriente de aire con el sistema de compresores de aire para dar como resultado la combustión sustancialmente estequiométrica en el primer combustor y el segundo combustor. Por ejemplo, el método puede incluir controlar el caudal de la primera corriente de aire y el caudal de la segunda corriente de aire con el sistema de compresores de aire para dar como resultado hasta aproximadamente 5% de exceso de O2 en la combustión en el primer combustor y el segundo combustor.

En algunas realizaciones, la primera corriente de combustible y la segunda corriente de combustible pueden 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 ambiente comprimido. La primera corriente de reciclado y la segunda corriente de reciclado pueden tener más de 50% de N2 sobre una base molar. El método puede incluir también extraer con un separador una corriente de líquido desde la parte de la primera corriente de descarga dirigida a través del primer intercambiador de calor. Además, se puede producir la energía con una eficiencia neta de generación eléctrica de al menos aproximadamente 60% sobre una base de valor calorífico inferior cuando se trabaja con una temperatura de turbina de aproximadamente 1.300°C a aproximadamente 1.500°C.

Se proporciona una realización adicional de un sistema de producción de energía. El sistema de producción de energía puede comprender un suministro de aire configurado para aportar una corriente de aire, un suministro de combustible configurado para aportar una corriente de combustible, y un combustor configurado para quemar la corriente de combustible y la corriente de aire en presencia de una corriente de reciclado para producir una corriente

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de combustión que tiene más de 50% de N2 sobre una base molar. El suministro de aire y el suministro de combustible pueden estar configurados para aportar la corriente de aire y la corriente de combustible en una relación configurada para dar como resultado la combustión sustancialmente estequiométrica en el combustor con hasta aproximadamente 5% de exceso de O2. El sistema de producción de energía poder puede comprender además una turbina configurada para expandir la corriente de combustión y un intercambiador de calor configurado para recibir al menos una parte de una corriente de descarga desde la turbina. El intercambiador de calor puede estar configurado para emplear la parte de la corriente de descarga para calentar la corriente de aire y al menos una parte de la corriente de reciclado que es producida a partir de la corriente de descarga.

En algunas realizaciones, el sistema de producción de energía puede comprender además un segundo combustor configurado para quemar una segunda corriente de combustible y una segunda corriente de aire en presencia de una segunda corriente de reciclado 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 intercambiador de calor configurado para calentar la segunda corriente de aire y la segunda corriente de reciclado.

Se provee una realización adicional de un método para producir energía. El método puede comprender quemar una corriente de combustible y una corriente de aire en un combustor en presencia de una corriente de reciclado para producir una corriente de combustión que tiene más de 50% de N2 sobre una base molar, en donde la relación de la corriente de combustible a la corriente de aire está controlada para dar como resultado una combustión sustancialmente estequiométrica con hasta aproximadamente 5% de exceso de O2. El método puede comprender además expandir la corriente de combustión en una turbina para hacer girar la turbina y producir energía, dirigir al menos una parte de una corriente de descarga desde la turbina a un intercambiador de calor, y emplear la parte de la corriente de descarga para calentar con el intercambiador de calor la corriente de aire y al menos una parte de la corriente de reciclado que es producida a partir de la corriente de descarga.

En algunas realizaciones, el método puede comprender además quemar un segundo flujo de combustible y una segunda corriente de aire en un segundo combustor en presencia de una segunda corriente de reciclado 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, dirigir la segunda corriente de aire y la segunda corriente de reciclado a un segundo intercambiador de calor, y calentar con el segundo intercambiador de calor la segunda corriente de aire y la segunda corriente de reciclado.

Breve descripción de las figuras

Para ayudar a comprender las realizaciones de la descripción, se hará ahora referencia a los dibujos adjuntos, que no están necesariamente dibujados a escala. Los dibujos son sólo ilustrativos, y no deben interpretarse como limitantes de la descripción.

La Figura 1 proporciona un diagrama de flujo que ilustra un sistema de producción de energía que incluye tres turbinas y el método de funcionamiento del mismo de acuerdo con una realización de la descripción; y

La Figura 2 proporciona un diagrama de flujo que ilustra un sistema de producción de energía que incluye dos turbinas y el método de funcionamiento del mismo de acuerdo con otra realización de la descripción.

Descripción detallada

Se describirá ahora con más detalle la descripción en lo que sigue haciendo referencia a diversas realizaciones. Estas realizaciones se proporcionan de forma que esta descripción sea minuciosa y completa, y transmita por completo el alcance de la descripción a los expertos en la técnica. De hecho, la descripción puede realizarse de muchas formas diferentes y no debe interpretarse como limitada a las realizaciones expuestas en la presente memoria; antes bien, estas realizaciones se proporcionan de forma que la presente descripción satisfaga los requisitos legales aplicables. Tal como se utilizan en la memoria descriptiva y en las reivindicaciones adjuntas, las formas singulares "un", "una", "el", “la” incluyen referentes plurales a menos que el contexto claramente indique otra cosa.

En algunas realizaciones, la presente descripción comprende métodos y sistemas que proporcionan claras ventajas respecto a sistemas y métodos de producción de energía conocidos. Por ejemplo, en diversas realizaciones, la presente descripción puede proporcionar uno o más de lo siguiente:

●: generación de energía eléctrica utilizando combustibles gaseosos exentos de cenizas (tales como, por ejemplo, gas natural) o combustibles líquidos exentos de cenizas (tales como, por ejemplo, combustibles destilados) en un ciclo Brayton que quema el combustible con aire y en el cual el componente predominante en el ciclo es nitrógeno;

●: la ausencia de un ciclo de vapor Rankine separado para lograr eficiencia elevada;

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●: producción de energía eléctrica con una eficiencia neta sobre una base de valor calorífico inferior (LHV, por sus siglas en inglés) que es aproximadamente la misma (o mejor) que los mejores sistemas actuales de ciclo combinado de turbina de gas;

●: presiones elevadas que pueden permitir que el sistema defina un factor de forma relativamente compacto y cueste relativamente poco;

●: se pueden personalizar los sistemas para proporcionar unidades de tren único con potencia generada superior a 500 MW, así como unidades relativamente compactas;

●: facilitamiento de la captura de CO2 del gas de purga en donde la concentración de CO2 se encuentra en el intervalo de 10% a 12% molar mediante el uso de combustión de combustible cercana a la estequiométrica en las corrientes de aire comprimido precalentado; y

●: logro de bajos niveles de NOx en el gas de escape al hacer funcionar los combustores a temperaturas de escape que son moderadas mediante corrientes de reciclado que son ricas en gas de N2.

En realizaciones específicas, la descripción puede proporcionar el funcionamiento de un sistema de energía de ciclo Brayton de aire/combustible limpio sin un ciclo de vapor o planta de oxígeno, que origina menor coste de capital que las actuales unidades de ciclo combinado, sustancialmente sin sacrificio de la eficiencia y con una concentración de CO2 en el escape de, por ejemplo, aproximadamente 10% molar y más. En algunas realizaciones, el sistema puede eliminar CO2 adicional del gas de escape purgado a la atmósfera utilizando un sistema de lavado de CO2 con amina.

Se describirá ahora la presente descripción haciendo referencia a la realización del sistema ilustrada en la Figura 1. En términos generales, la Figura 1 ilustra una realización de un ciclo Brayton configurado para producir energía. El sistema puede incluir primer 3, segundo 4 y tercer 34 combustores. Cada uno de los combustores 3, 4, 34 puede respectivamente recibir y quemar una corriente de combustible (primera 26, segunda 24 y tercera 37 corrientes de combustible) con una corriente de aire comprimido (primera 51, segunda 21 y tercera 38 corrientes de aire comprimido calentado) para producir respectivas corrientes de combustión (primera 27, segunda 23 y tercera 36 corrientes de combustión). Las corrientes de combustión 27, 23, 36 son respectivamente aportadas a la primera 5, segunda 6 y tercera 35 turbinas, que expanden las corrientes de combustión para crear movimiento de rotación que puede ser convertido en energía. Por ejemplo, las turbinas 5, 6, 35 pueden estar acopladas directa o indirectamente a un generador eléctrico 45.

Para aumentar la eficiencia, el sistema puede incluir primer 2 y segundo 1 intercambiadores de calor. Una parte 58 de una corriente 28 de descarga de la primera turbina 5 puede ser dirigida a través del primer intercambiador 2 de calor con el fin de calentar una primera corriente 30 de aire comprimido y de ese modo formar la primera corriente 51 de aire comprimido calentado. El primer intercambiador 2 de calor también puede calentar una primera corriente 57 de reciclado que es proporcionada al primer combustor 3. La primera corriente 57 de reciclado puede funcionar para reducir la temperatura en el primer combustor 3 con el fin de reducir así la producción de NOx en la combustión de la primera corriente 26 de combustible con la primera corriente 51 de aire. La primera corriente 57 de reciclado puede funcionar también para reducir la temperatura de la corriente 27 de combustión que sale del primer combustor 3 a una temperatura que esté en o por debajo de la temperatura máxima de entrada de la primera turbina 5. La primera corriente 57 de reciclado puede formarse por enfriamiento de la parte 58 de la corriente 28 de descarga procedente de la primera turbina 5 en el primer intercambiador 2 de calor y un enfriador 8, separando una corriente 31 de líquido en un separador 9, comprimiendo una parte 59 de la corriente separada 15 en una compresor 53 de reciclado, y dirigiendo una parte 60 de la corriente separada comprimida 49 de vuelta a través del primer intercambiador de calor. La primera corriente 57 de reciclado puede incluir también la parte restante 16 de la corriente comprimida separada 49 que ha sido calentada en el segundo intercambiador 1 de calor para formar una corriente separada comprimida calentada 50.

El segundo intercambiador 1 de calor puede ser calentado por la corriente 39 de descarga de la tercera turbina 35. En particular, la corriente 18 de descarga de la segunda turbina 6 puede ser dirigida a través del tercer combustor 34, y la corriente 36 de combustión del tercer combustor puede ser aportada a la tercera turbina 35. La corriente 18 de descarga de la segunda turbina 6 puede así ser calentada y combinada con gases de combustión para formar la tercera corriente 36 de combustión, que puede estar a una temperatura relativamente más alta que la corriente de descarga de la segunda turbina 6, y por tanto la tercera turbina 35 puede funcionar con una mayor eficiencia que si recibiese la corriente de descarga directamente desde la segunda turbina. Luego se dirige la corriente 39 de descarga de la tercera turbina 35 al segundo intercambiador 1 de calor y después se puede descargar a la atmósfera la corriente 19 de descarga enfriada. Como alternativa, tal como se ilustra, la corriente 19 de descarga enfriada puede ser dirigida a través de un lavador 97 (por ejemplo, un sistema de adsorción de CO2) configurado para extraer CO2 y/u otros gases antes de dirigir a la atmósfera un gas 99 de evacuación.

Se puede emplear el segundo intercambiador 1 de calor para calentar la parte restante 16 de la corriente separada comprimida 49 para formar la corriente separada comprimida calentada 50 que se puede combinar con la otra parte 60 de la corriente separada comprimida 49 que es calentada en el primer intercambiador 2 de calor para formar la primera corriente 57 de reciclado, que es dirigida a través del primer combustor 3. El segundo intercambiador 1 de

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calor puede ser empleado también para calentar una parte restante 17 de la corriente separada 15 para formar una segunda corriente 40 de reciclado que es dirigida a través del segundo combustor 4. La segunda corriente 40 de reciclado puede funcionar para reducir la temperatura en el segundo combustor 4 para reducir así la producción de NOx en la combustión de la segunda corriente 24 de combustible con la segunda corriente 21 de aire. La segunda corriente 40 de reciclado puede funcionar también para reducir la temperatura de la corriente 23 de combustión que sale del segundo combustor 4 hasta una temperatura que esté en o por debajo de la temperatura máxima de entrada de la segunda turbina 6. En algunas realizaciones, se puede reciclar una parte restante 22 de la corriente 28 de descarga desde la primera turbina 5 a través del segundo combustor 4 sin ser antes enfriada, calentada o ser tratada de otro modo después de salir de la primera turbina. La parte restante 22 de la corriente 28 de descarga sirve para permitir que nitrógeno, argón y otros componentes inertes no combustibles de las corrientes de aire de combustión y las corrientes de combustible junto con la mayor parte del CO2 y parte del agua producida como un producto de combustión o presente en las corrientes de aire o las corrientes de combustible sean evacuadas a la atmósfera como corriente 99 y evitar la acumulación de los mismos en el sistema. La primera turbina 5 puede funcionar con una elevada presión de entrada y una baja relación de presiones, dando como resultado una elevada presión de descarga. El propósito de la segunda turbina 6 y la tercera turbina 35 con sus combustores asociados 4, 34 y el segundo intercambiador 1 de calor es permitir que la energía de presión de la parte restante 22 de la corriente 28 de descarga sea utilizada eficientemente para incrementar la producción total de energía y la eficiencia del proceso. El segundo intercambiador 1 de calor puede proporcionar también calor a la segunda 21 y tercera 38 corrientes de aire que son dirigidas respectivamente a los segundo 4 y tercer 34 combustores.

Además, con respecto a las corrientes 51, 21, 38 de aire comprimido calentado aportadas a los combustores 3, 4, 34, el sistema puede incluir un sistema de compresores de aire que incluya primer 10, segundo 11 y tercer 42 compresores de aire, que pueden ser accionados por un motor eléctrico 54 en algunas realizaciones, o estar acoplados mecánicamente a una o más de las turbinas 5, 6, 35. El tercer compresor 42 de aire puede recibir una corriente 12 de aire de alimentación (por ejemplo, aire ambiente) y comprimir la corriente de aire de alimentación. Una primera parte 48 de la corriente 12 de alimentación comprimida por el tercer compresor 42 de aire puede ser dirigida a través del segundo intercambiador 1 de calor para formar la corriente 38 de aire comprimido calentado, que es aportada al tercer combustor 34. Una segunda parte 47 de la corriente 12 de alimentación comprimida por el tercer compresor 34 de aire puede ser dirigida al segundo compresor 11 de aire. Una primera parte 20 de la corriente 47 de aire comprimida por el segundo compresor 11 de aire puede ser dirigida a través del segundo intercambiador 1 de calor para formar la corriente 21 de aire comprimido calentado, que es aportada al segundo combustor 4. Una segunda parte 14 de la corriente 47 de aire comprimida por el segundo compresor 11 de aire puede ser recibida por el primer compresor 10 de aire. La corriente 30 de aire comprimida por el primer compresor 10 de aire puede ser dirigida a través del primer intercambiador 2 de calor para formar la primera corriente 51 de aire, que es aportada al primer combustor 3.

Debido a esta configuración en serie de compresores en donde el tercer combustor 34 recibe una corriente 38 de aire comprimida por el tercer compresor 42 de aire, el segundo combustor 4 recibe una corriente 21 de aire comprimida tanto por el tercer compresor de aire como por el segundo compresor 11 de aire, y el primer combustor 3 recibe una corriente 51 de aire comprimida por el tercer compresor de aire, el segundo compresor de aire y el primer compresor 10 de aire, el aporte de aire a los combustores puede variar. En particular, el caudal de aire aportado a los combustores puede ser máximo en el primer combustor 3, más bajo en el tercer combustor 34, y entre los caudales de aire para los primer y tercer combustores en el segundo combustor 4. Además, las corrientes 26, 24 de combustible recibidas respectivamente por el primer y segundo combustores 3, 4 puede estar a una presión relativamente superior, debido a la compresión de una corriente 25 de alimentación de combustible por un compresor 7 de combustible que puede ser impulsado por un motor eléctrico 77, en comparación con la corriente 37 de combustible suministrada al tercer combustor 34, que puede no estar comprimida por el compresor de combustible. En consecuencia, los caudales de las corrientes de combustible 26, 24, 37 y las corrientes de aire comprimido calentado 51, 21, 38 pueden ser controladas para proporcionar relaciones de aire a combustible deseadas. Por ejemplo, los caudales pueden estar configurados para proporcionar una combustión sustancialmente estequiométrica. Los caudales de cada una de las corrientes 26, 24, 37 de combustible a cada uno de los combustores 3, 4, 34 son controlados por separado para proporcionar calor suficiente, cuando se queman en aire en condiciones cercanas a las estequiométricas y se mezclan con flujos de reciclado, para proporcionar la temperatura de entrada requerida para cada una de las turbinas 5, 6, 35. Las corrientes 51, 21, 38 de aire son controladas por separado en uno o más lugares (por ejemplo, en las corrientes 48, 20, 30) para proporcionar una combustión cercana a la estequiométrica del combustible de las corrientes 26, 24, 37 de combustible en los combustores 3, 4,

34. Los caudales de las corrientes 57, 40 de reciclado son controlados por separado en uno o más lugares (por ejemplo, en las corrientes 60, 16, 17) para proporcionar el caudal requerido en las corrientes 27, 23, 36 de combustión aportadas a las turbinas 5, 6, 35. Así, el suministro de aire (por ejemplo, uno o más componentes configurados para aportar las corrientes 51, 21, 38 de aire a los combustores 3, 4, 34) y/o el suministro de combustible (por ejemplo, uno o más de los componentes configurados para aportar las corrientes 26, 24, 37 de combustible a cada uno de los combustores 3, 4, 34) pueden estar configurados para aportar la corriente de aire y la corriente de combustible en una relación configurada para dar como resultado una combustión sustancialmente estequiométrica en el combustor (por ejemplo, con hasta aproximadamente 5% de O2 en exceso). En este sentido, mediante el empleo de una combustión sustancialmente estequiométrica de corrientes de aire que comprenden aire ambiente, los gases inertes en exceso (por ejemplo, N2 y Ar) resultantes de la combustión pueden ser extraídos del

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sistema cerrado y evacuados a la atmósfera. Por ejemplo, la corriente 36 que sale del tercer combustor 34 y entra a la tercera turbina 35 puede presentar una elevada presión (por ejemplo de 20 bar (2 MPa) a 60 bar (6 MPa)) y alta temperatura 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 coincidente con o cercana a la presión atmosférica. Así, la corriente es expandida a través de una o más turbinas para producir energía y reducir la presión de los gases inertes hasta sustancialmente la presión atmosférica antes de evacuar los gases inertes a la atmósfera, tal como se ha descrito más arriba. A continuación se proporciona una descripción adicional del funcionamiento del sistema de la Figura 1. Sin embargo, debe entenderse que las temperaturas, presiones, combustibles, gases, etc. son proporcionados con fines ilustrativos. En consecuencia, el funcionamiento del sistema puede diferir en uno o más aspectos de los ejemplos proporcionados en algunas realizaciones.

El sistema de la Figura 1 puede utilizar intercambiadores 2, 1 de calor (por ejemplo, economizadores) en un ciclo de potencia Brayton de alta presión y baja relación de presiones que puede utilizar predominantemente N2 mezclado con productos de combustión CO2 y H2O como fluido de trabajo proporcionado a los combustores a través de una pluralidad de corrientes 57, 40, 22, 18 de reciclado. El nitrógeno puede constituir el componente principal (por ejemplo, más del 50% de N2 sobre una base molar) en una o más de las corrientes 57, 40, 22, 18 de reciclado. La alta presión en el combustor 3 puede ser mayor que aproximadamente 60 bar (6 MPa), mayor que aproximadamente 80 bar (8 MPa), o mayor que aproximadamente 120 bar (12 MPa), o bien puede situarse en el intervalo de aproximadamente 80 bar (8 MPa) a aproximadamente 500 bar (50 MPa), de aproximadamente 100 bar (10 MPa) a aproximadamente 450 bar (45 MPa), o de aproximadamente 200 bar (20 MPa) a aproximadamente 400 bar (40 MPa). La relación de presiones a través de cada una de las turbinas 5, 6, 35 puede situarse en el intervalo de aproximadamente 4 a aproximadamente 12, aproximadamente 5 a aproximadamente 11, o aproximadamente 7 a aproximadamente 10. Se puede quemar una corriente 26 de combustible que comprende un hidrocarburo en un primer combustor 3 de alta presión con una cantidad casi estequiométrica de oxígeno procedente de una primera corriente 51 de aire comprimido calentado. La corriente de combustible comprende preferiblemente un hidrocarburo que es gaseoso en condiciones ambientes, tal como el metano (es decir, gas natural). No obstante, se pueden utilizar otros hidrocarburos, tales como gas licuado de petróleo (LPG, por sus siglas en inglés). Así, la corriente de combustible puede comprender un gas de hidrocarburo comprimido (por ejemplo, cualquier combinación de gases de hidrocarburos C1-C4). Aún más, se pueden usar combustibles destilados. Específicamente, se puede utilizar cualquier combustible líquido obtenido de la destilación del petróleo, tal como gasolina, gasóleo, queroseno, combustible de calefacción y combustible de aviación. Más en general, un combustible líquido adecuado puede ser un destilado de petróleo que comprenda hidrocarburos C5-C70, C6-C50, C7-C30 ó C8-C20. El gas de combustión neto puede ser mezclado con la corriente 57 de reciclado que modera la temperatura de la corriente 27 de combustión a un valor en o por debajo de la temperatura máxima de entrada de la primera turbina 5. Una parte 60 de la primera corriente 57 de reciclado puede ser precalentada en un primer intercambiador 2 de calor utilizando calor de la parte 58 de la corriente 28 de descarga recibida desde la primera turbina 5. La alta presión de entrada y temperatura de entrada y la baja relación de presiones de las turbinas 5, 6 y 35 significa que las temperaturas de descarga pueden ser relativamente altas, típicamente en el intervalo de 400°C a 800°C. El calor presente en las corrientes 28, 18 y 39 de descarga de turbina puede ser recuperado en los intercambiadores de calor 1, 2 para alcanzar alta eficiencia y maximizar la producción de energía.

La temperatura de la corriente 27 de combustión recibida por la primera turbina 5 puede ser al menos aproximadamente 500°C, al menos aproximadamente 700°C, o al menos aproximadamente 900°C, o bien puede situarse en el intervalo de aproximadamente 900°C a aproximadamente 1.600°C, aproximadamente 1.000°C a aproximadamente 1.500°C, o aproximadamente 1.100°C a aproximadamente 1.400°C. El empleo de una relación de alta presión respecto a baja presión de aproximadamente 4 a aproximadamente 12, de aproximadamente 5 a aproximadamente 11, o de aproximadamente 7 a aproximadamente 10 en la primera turbina 5 puede dar como resultado una presión de descarga de la corriente 28 de descarga en el intervalo de aproximadamente 6,7 bar (0,67 MPa) a aproximadamente 125 bar (12,5 MPa), de aproximadamente 12 bar (1,2 MPa) a aproximadamente 100 bar (10 MPa), de aproximadamente 15 bar (1,5 MPa) a aproximadamente 75 bar (7,5 MPa), o de aproximadamente 20 bar (2 MPa) a aproximadamente 57 bar (5,7 MPa). En última instancia, se puede descargar a la atmósfera una parte de la corriente 27 de combustión procedente del primer combustor 3, que puede comprender N2+CO2+H2O. Al menos una parte de la corriente 27 de combustión procedente del primer combustor 3 puede ser expandida en una segunda turbina 6 después de ser recalentada en un segundo combustor 4 con moderación de temperatura por la segunda corriente 40 de reciclado. La segunda corriente 40 de reciclado y la segunda corriente 21 de aire pueden ser calentadas por la corriente 39 de descarga procedente de la tercera turbina 35 en el segundo intercambiador 1 de calor hasta a una temperatura de aproximadamente 200°C a aproximadamente 800ºC, de aproximadamente 300ºC a aproximadamente 600ºC, o de aproximadamente 450°C a aproximadamente 550°C.

Opcionalmente, para lograr una alta eficiencia, se puede hacer pasar la corriente 23 de combustión procedente del segundo combustor 4 a través de la tercera turbina 35, estando el tercer combustor 34 ubicado entre las segunda 6 y tercera turbinas con el fin de maximizar la generación de potencia desde la corriente de combustión a medida que es expandida hasta la presión atmosférica. Las segunda 6 y tercera 35 turbinas pueden emplear relaciones de presiones sustancialmente iguales. Cada una de las corrientes 27, 23, 36 de combustión puede estar a una temperatura de aproximadamente 500°C a aproximadamente 1.800°C, de aproximadamente 900ºC a aproximadamente 1.600°C, o de aproximadamente 1.100°C a aproximadamente 1.400°C. La segunda corriente 40

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de reciclado aportada al segundo combustor 4, y opcionalmente aportada al tercer combustor 34, y las corrientes 21, 38 de aire comprimido calentado para los segundo y tercer combustores son precalentadas contra la corriente 39 de descarga de la tercera turbina 35 en el segundo intercambiador 1 de calor. La corriente 39 de descarga procedente de la tercera turbina 35 puede ser enfriada por debajo de 100°C en el segundo intercambiador 1 de calor antes de ser descargada como una corriente 19 de escape enfriada. Preferiblemente, la corriente 19 de escape puede tener un contenido molar de CO2 superior a aproximadamente 5%, superior a aproximadamente 8%, o superior a aproximadamente 10%. A este respecto, al hacer que la corriente 19 de escape tenga un contenido relativamente alto de CO2, puede resultar facilitado el uso de un lavador 97 de gases. Tal como se utiliza el término en la presente memoria, "lavador" puede abarcar cualquier aparato o sistema configurado para extraer un componente definido de una corriente, más específicamente para extraer un contaminante, tal como CO2, SOx y NOx. En particular, se puede utilizar como lavador cualquier sistema adecuado para la adsorción y eliminación de CO2. Los ejemplos no limitantes de sistemas basados en disolvente que se pueden utilizar incluyen carbonatos alcalinos, alcoholaminas y alcoholes, dioles y éteres. También se podrían utilizar otros sistemas, tales como sistemas basados en membranas, o sistemas de adsorción. En consecuencia, el lavador 97 puede reducir el contenido de CO2 y enviar un gas 99 de evacuación a la atmósfera. El CO2 extraído puede ser capturado para ser secuestrado o para su uso en otros métodos. En otras realizaciones, la corriente 19 de escape puede ser dirigida a la atmósfera sin dirigir la corriente de escape a través de un sistema de purificación.

La cantidad de aire procedente de las corrientes 51, 21, 38 de aire comprimido calentado aportada a cada uno de los combustores 3, 4, 34 puede estar limitada a una concentración de O2 cercana a la estequiométrica, con una concentración neta de exceso de O2 inferior a aproximadamente 5%, inferior a aproximadamente 3%, o inferior a aproximadamente 2%, o bien situada en un intervalo de aproximadamente 0,1% a aproximadamente 5%, de aproximadamente 0,15% a aproximadamente 4%, o de aproximadamente 0,25% a aproximadamente 3% en comparación con la cantidad estequiométrica requerida para la combustión completa del combustible 26, 24, 37. Al emplear tales concentraciones estequiométricas con respecto al aire suministrado a los combustores 3, 4, 34 por las corrientes 51, 21, 38 de aire comprimido calentado, y reciclar corrientes de producto de combustión agotadas en O2, los ciclos descritos se distinguen de un sistema de turbina de gas convencional utilizado en plantas NGCC. Una turbina de gas convencional puede usar una corriente de aire comprimido para diluir gases de combustión producidos en los combustores a fin de conseguir la temperatura de entrada de turbina requerida. Típicamente, alrededor de dos tercios del aire comprimido total sortean la combustión, y esto se traduce típicamente en concentraciones de aproximadamente 14% de O2 y aproximadamente 3% de CO2 en el escape. En contraste, los sistemas de acuerdo con la presente descripción pueden dar como resultado una corriente separada 15 producida por la combustión en el primer combustor 3 y la expansión en la primera turbina 5, después del enfriamiento en el primer intercambiador 2 de calor y enfriador 8 y la extracción de una corriente 31 de agua condensada, que tiene un contenido de CO2 típicamente en el intervalo de aproximadamente 6% a aproximadamente 15%, de aproximadamente 8% a aproximadamente 14%, o de aproximadamente 10% a aproximadamente 12% molar, en comparación con de aproximadamente 2% a aproximadamente 4% para un sistema de turbina de gas típico.

Ventajosamente, para la eliminación de CO2, la corriente 49 separada comprimida procedente de la corriente 28 de descarga de la primera turbina 5 está disponible en un intervalo de presiones preferido de aproximadamente 5 bar (0,5 MPa) hasta aproximadamente 150 bar (15 MPa) o de aproximadamente 6,5 bar (0,65 MPa) hasta aproximadamente 124 bar (12,4 MPa) y a temperatura cercana a la atmosférica tras el enfriamiento en el primer intercambiador 2 de calor, la eliminación de agua en un separador 9, y la compresión en el compresor 53 de reciclado. Esta elevada presión parcial del CO2 reduce el coste de capital de la eliminación de CO2 y permite una mayor eficiencia de eliminación. Por ejemplo, de aproximadamente 50% a aproximadamente 80%, de aproximadamente 55% a aproximadamente 75%, o de aproximadamente 60% a aproximadamente 70% de la corriente total de CO2 producida por la combustión del combustible puede estar disponible en esta corriente comprimida separada 49, que puede comprender (N2+Ar), CO2, O2 en exceso y agua residual en fase vapor a una presión de, con preferencia, de aproximadamente 15 bar (1,5 MPa) a aproximadamente 100 bar (10 MPa) y temperatura cercana a la ambiente. La fracción restante de la corriente total de CO2 está disponible en la parte restante 17 de la corriente separada 15 a presión atmosférica y a una concentración molar sobre base seca en el intervalo de aproximadamente 7% a aproximadamente 15%, de aproximadamente 8% a aproximadamente 14%, o de aproximadamente 10% a aproximadamente 12%, que puede comprender los mismos componentes que la corriente separada comprimida 49.

El sistema descrito en la presente memoria puede comprender un compresor de aire de múltiples etapas (que comprenda primer 10, segundo 11 y tercer 42 compresores de aire) que suministre aire a dos o tres niveles de presión para los combustores 3, 4, 34, y un compresor 53 de reciclado separado, de alta presión y baja relación de presiones, que puede hacer circular una o más de las corrientes 57, 40, 22, 18 a uno o más de los combustores 3, 4,

34. Los compresores 10, 11, 42 de aire pueden ser impulsados eléctricamente (por ejemplo, por un motor eléctrico 54), o bien impulsados por al menos parte de la potencia en eje de las turbinas 5, 6 y 35. Los compresores 10, 11, 42 de aire y el compresor 53 de reciclado pueden estar opcionalmente vinculados como un sistema único impulsado por un único sistema de accionamiento. Como alternativa, los compresores 10, 11, 42 de aire y/o el compresor 53 de reciclado pueden estar separados y ser impulsados de manera independiente.

El primer intercambiador 2 de calor puede estar configurado para proporcionar el enfriamiento de la corriente 28 de descarga de la turbina de alta presión que sale de la primera turbina 5 y entra al primer intercambiador de calor a 9

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una temperatura en el intervalo de aproximadamente 400°C a aproximadamente 1.200°C, de aproximadamente 500°C a aproximadamente 1.000°C, o de aproximadamente 600°C a aproximadamente 800°C. El calor liberado por la corriente 28 de descarga de la primera turbina 5 puede ser utilizado para calentar al menos una parte 60 de la primera corriente 57 de reciclado. La alta eficiencia del sistema global está fuertemente influenciada por la consecución de una diferencia de temperaturas relativamente pequeña entre la temperatura de la corriente 28 de descarga que sale de la primera turbina 5 y la primera corriente 57 de reciclado calentada. El calor específico de la corriente separada comprimida 49 puede ser significativamente mayor que el de la corriente 28 de descarga procedente de la primera turbina 5 y aunque el caudal de la corriente de descarga sea superior al caudal de la corriente separada comprimida (debido a la eliminación de una corriente 31 de condensación y de la parte remanente 17 de la corriente separada 15), puede originarse un caudal insuficiente de corriente de descarga que dé lugar a una diferencia de temperaturas relativamente pequeña a través del primer intercambiador 2 de calor.

Para superar este problema, se puede precalentar en el segundo intercambiador 1 de calor una parte 16 de la corriente separada comprimida 49 contra la corriente 39 de descarga procedente de la tercera turbina 35. El caudal de la parte 16 de la corriente separada comprimida 49 puede estar configurado para dar como resultado que tenga una diferencia de temperaturas inferior a aproximadamente 40°C, inferior a aproximadamente 30°C, inferior a aproximadamente 20°C, o inferior a aproximadamente 10°C con respecto a la temperatura inicial de la corriente 39 de descarga de la tercera turbina 35 en el segundo intercambiador 1 de calor. De este modo, el caudal de la parte 60 de la corriente separada comprimida 49 que es dirigida a través del primer intercambiador 2 de calor puede ser reducida además con respecto al caudal de la corriente 28 de descarga procedente de la primera turbina 5, y también se puede lograr una diferencia de temperaturas relativamente pequeña entre la primera corriente 57 de reciclado y la corriente de descarga procedente de la primera turbina. La parte 16 de la corriente separada comprimida 49 que es precalentada en el segundo intercambiador 1 de calor para formar un flujo calentado 50 puede ser combinada con la parte 60 de la corriente separada comprimida que es calentada mediante el primer intercambiador 2 de calor para formar la primera corriente 57 de reciclado calentada. Aunque se ha ilustrado como que se combina con la parte 60 de la corriente separada comprimida 49 aguas abajo del primer intercambiador 2 de calor, en lugar de ello el flujo calentado 50 puede combinarse con esta parte aguas arriba del primer intercambiador de calor o bien en el intercambiador de calor en un punto en donde las dos corrientes tengan sustancialmente la misma temperatura.

La parte restante 17 de la corriente separada 15 puede sortear el compresor 53 de reciclado y pasar a través del segundo intercambiador 1 de calor al segundo combustor 4 como segunda corriente 40 de reciclado. La configuración descrita en lo que antecede puede dar lugar a una diferencia de temperaturas entre el flujo que sale del primer intercambiador 2 de calor (y que al menos en parte forma la primera corriente 57 de reciclado calentada) y el escape 28 de la turbina procedente de la primera turbina 5, que se sitúe en el intervalo de aproximadamente 10°C a aproximadamente 40°C. Los intercambiadores 2, 1 de calor pueden ser un intercambiador de calor multicanal soldado por difusión, que utiliza una aleación con alto contenido de níquel tal como la aleación 617, o bien un intercambiador de calor de placas y aletas de acero inoxidable broncesoldado al vacío, en algunas realizaciones. También se pueden utilizar otros intercambiadores de calor adecuados.

En un sistema preferido, una parte 17 de la corriente separada 15 enfriada, formada a partir de la corriente 28 de descarga; una parte 16 de la corriente enfriada, separada y presurizada 49 formada a partir de la corriente 28 de descarga; y corrientes 21, 38 de aire para los segundo 4 y tercer 34 combustores, son calentadas en el segundo intercambiador 1 de calor contra la corriente 39 de descarga procedente de la tercera turbina 35. La segunda corriente 40 de reciclado (por ejemplo, la parte restante 17 de la corriente separada enfriada 15, después del calentamiento en el segundo intercambiador 1 de calor) entra en el segundo combustor 4 con la corriente 24 de combustible, corriente 21 de aire comprimido calentado (por ejemplo, la corriente 20 de aire después del calentamiento), y una parte reciclada 22 de la corriente 28 de descarga de la turbina. La corriente 24 de combustible puede ser comprimida por el compresor 7 de combustible a una presión sustancialmente igual a la presión de la segunda corriente 40 de reciclado. La segunda corriente 23 de combustión es descargada del segundo combustor 4 a una temperatura que es adecuada para la corriente de entrada a la segunda turbina 6 (por ejemplo, en el intervalo de aproximadamente 900ºC a aproximadamente 1.600°C).

Se puede dirigir una parte 58 de la corriente 28 de descarga de turbina procedente de la primera turbina 5, hacia el primer intercambiador 2 de calor con el fin de proporcionar calor a la primera corriente 57 de reciclado y a la corriente 51 de aire aportada al primer combustor 3. La corriente 51 de aire y la primera corriente 57 de reciclado pueden ser calentadas a una temperatura de aproximadamente 400°C a aproximadamente 900ºC, y preferiblemente de aproximadamente 600ºC a aproximadamente 800°C. Después de fluir a través del primer intercambiador 2 de calor, la corriente 28 de descarga forma una corriente enfriada 33 a una temperatura que puede estar por debajo de 100°C. La corriente enfriada 33 puede ser enfriada adicionalmente por el enfriador 8 para formar una corriente enfriada 32 a una temperatura sensiblemente igual a la temperatura ambiente media, con el fin de hacer que los líquidos se condensen desde la corriente, pudiendo ser extraídos como una corriente líquida 31 por el separador 9.

La corriente 18 de descarga de la segunda turbina 6 es opcionalmente recalentada en el tercer combustor 34 en el cual se quema la tercera corriente 37 de combustible con la tercera corriente 38 de aire comprimido calentada. El recalentamiento de la corriente 18 de descarga que sale de la segunda turbina 6 puede alcanzar temperaturas de entrada para la tercera turbina 35 en el intervalo de aproximadamente 600ºC a aproximadamente 1.800°C, de

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aproximadamente 700ºC a aproximadamente 1.700°C, o de aproximadamente 900ºC a aproximadamente 1.600°C, que aumentarán la eficiencia del ciclo al proveer a la tercera turbina con fluido de trabajo que está a una temperatura superior a la de la corriente de descarga procedente de la segunda turbina. La temperatura de la corriente 39 de descarga que sale de la tercera turbina 35 puede aumentar hasta el intervalo de aproximadamente 200°C a aproximadamente 900°C, limitada por la temperatura máxima de diseño del segundo intercambiador 1 de calor. En realizaciones que emplean una parte 58 de la corriente 28 de descarga procedente de la primera turbina 5 para calentar el primer intercambiador 2 de calor, se pueden emplear el tercer combustor 34 y la segunda turbina 6 para asegurar una adecuada relación de presiones a través de la tercera turbina 35. En general, la tercera turbina 35 puede tener una relación de presiones mayor que la segunda turbina 6 y una temperatura de salida inferior. La temperatura de entrada de la tercera turbina 35 debe ser lo más alta posible - por ejemplo, en el intervalo de aproximadamente 1.000°C a aproximadamente 1.600°C, limitada por la temperatura máxima de entrada de la misma.

Los intercambiadores 2, 1 de calor pueden ser un intercambiador de calor de placa y aletas de acero inoxidable broncesoldado al vacío o bien un intercambiador de calor de alta presión de aleación con alto contenido de níquel, soldado por difusión, dependiendo de la combinación de diseño de temperatura y presión. Tales unidades son fabricadas, por ejemplo, por Sumitomo Precision Products, Chart Industries o Heatric. Opcionalmente, también se pueden utilizar uno o los dos intercambiadores 1, 2 de calor para precalentar parte o toda la corriente 25 de alimentación de combustible alimentada al sistema. En algunas realizaciones, los intercambiadores 2, 1 de calor pueden estar configurados para emplear respectivamente la parte 58 de la corriente 28 de descarga procedente de la primera turbina 5 y la corriente 39 de descarga procedente de la tercera turbina 35 para calentar cada uno de los otros fluidos, respectivamente recibidos a través de los intercambiadores de calor, desde una temperatura por debajo de aproximadamente 100°C hasta una temperatura de aproximadamente 300°C a aproximadamente 900ºC y preferiblemente a una temperatura de aproximadamente 450°C a aproximadamente 800°C. Opcionalmente, se pueden vincular dos o más de las turbinas 5, 6, 35 a un único generador eléctrico 45 a través de un eje de impulsión común o bien a través de cajas de engranajes para permitir diferentes velocidades de rotación en cada turbina a fin de permitir el funcionamiento de cada turbina a sus velocidades óptimas respectivas. Por consiguiente, se puede emplear el sistema para generar electricidad en algunas realizaciones.

Las Tablas 1-4, que se proporcionan a continuación, ilustran parámetros de funcionamiento de ejemplo en varias corrientes 12, 28, 22, 23, 58, 51, 18, 24, 19, 27, 33, 32, 31, 15, 26 y 25, y el segundo combustor 4, durante el funcionamiento del sistema ilustrado en la Figura 1. Los parámetros de funcionamiento están basados en el funcionamiento con una corriente de combustible de metano puro de 0,4536 kmol/h en condiciones ISO, suponiendo 88,7% de eficiencia de la turbina y 85% de eficiencia del compresor. Algunos compresores que se muestran en forma de diagrama han sido calculados como unidades multietapa con refrigeración intermedia. No se incluyen otras demandas de energía auxiliar. Se calcula que la eficiencia neta del sistema sobre una base de LHV es aproximadamente 60%.

TABLA 1: Parámetros de trabajo ilustrativos en las corrientes 12, 28, 22, 23 y 58.

CORRIENTE:: 12 28 22 23 58

O2 (kmol/h): 9,2533E-01 5,3181E-02 2,6590E-03 3,1486E-01 5,0522E-02

CH4 (kmol/h): 0 2,1455E-25 1,0750E-26 0 2,0412E-25

CO2 (kmol/h): 0 1,3294E+00 6,6471E-02 2,3740E-01 1,2630E+00

H2O (kmol/h): 4,4614E-02 6,1447E-01 3,0724E-02 2,1364E-03 5,8375E-01

Ar (kmol/h): 4,1076E-02 1,2040E-01 6,0201E-03 3,5056E-02 1,1438E-01

N2 (kmol/h): 3,4504E+00 1,0114E+01 5,0569E-01 2,9447E+00 9,6081E+00

Flujo total (kmol/h): 4,4615 12,2313 0,6116 3,5342 11,6197

Flujo total (kg/h): 128,7128 359,4123 17,9706 104,4543 341,4417

Flujo total (m3/h): 107,0595 27,1543 1,3577 5,8739 25,7966

Temperatura (°C): 15,5556 782,0994 782,0994 494,6406 782,0994

Presión (bar, MPa): 1, (0,1) 40, (4) 40, (4) 39, (3,9) 40, (4)

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CORRIENTE:: 12 28 22 23 58

Fracción de vapor: 1 1 1 1 1

Fracción de líquido: 0 0 0 0 0

Fracción de sólido: 0 0 0 0 0

Densidad (kmol/m3): 0,0417 0,4504 0,4504 0,6017 0,4504

Densidad (kg/m3): 1,2022 13,2359 13,2359 17,7826 13,2359

Volumen de líquido (m3/h a 15,6°C): 0,2374 0,6333 0,0317 0,1892 0,6016

TABLA 2: Parámetros de trabajo ilustrativos en las corrientes 51, 18, 24 y 19

CORRIENTE:: 51 18 24 19

O2 (kmol/h): 6,6100E-01 1,8143E-02 0 1,8143E-02

CH4 (kmol/h): 0 1,7418E-25 1,4969E-01 1,7418E-25

CO2 (kmol/h): 1,0255E+00 4,5355E-01 0 4,5355E-01

H2O (kmol/h): 6,6574E-03 3,3223E-01 0 3,3223E-01

Ar (kmol/h): 1,2040E-01 4,1076E-02 0 4,1076E-02

N2 (kmol/h): 1,0114E+01 3,4504E+00 0 3,4504E+00

Flujo total (kmol/h): 11,9274 4,2954 0,1497 4,2954

Flujo total (kg/h): 354,5368 124,8263 2,4014 124,8263

Flujo total (m3/h): 3,7067 232,3210 0,0806 113,2927

Temperatura (°C): 767,5367 507,1197 36,7829 45,0356

Presión (bar, MPa): 304,6, (30,46) 1,2, (0,12) 45, (4,5) 1, (0,1)

Fracción de vapor: 1 1 1 0,997645

Fracción de líquido: 0 0 0 0,002355

Fracción de sólido: 0 0 0 0

Densidad (kmol/m3): 3,2178 0,0185 1,8571 0,0379

Densidad (kg/m3): 95,6478 0,5373 29,7925 1,1018

Volumen de líquido (m3/h a 15,6°C): 0,6386 0,2183 0,0080 0,2183

TABLA 3: Parámetros de trabajo ilustrativos en las corrientes 27, 33, 32 y el combustor 4

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CORRIENTE:: 4 27 33 32

O2 (kmol/h): 1,8143E-02 5,3181E-02 5,0522E-02 5,0522E-02

CH4 (kmol/h): 1,7418E-25 2,1455E-25 2,0412E-25 2,0412E-25

CO2 (kmol/h): 4,5355E-01 1,3294E+00 1,2630E+00 1,2630E+00

H2O (kmol/h): 3,3223E-01 6,1447E-01 5,8375E-01 5,8375E-01

Ar (kmol/h): 4,1076E-02 1,2040E-01 1,1438E-01 1,1438E-01

N2 (kmol/h): 3,4504E+00 1,0114E+01 9,6081E+00 9,6081E+00

Flujo total (kmol/h): 4,2954 12,2313 11,6197 11,6197

Flujo total (kg/h): 124,8263 359,4123 341,4417 341,4417

Flujo total (m3/h): 14,6788 5,5770 8,8685 6,6699

Temperatura (°C): 1276,8628 1278,2656 98,1279 17,2222

Presión (bar, MPa): 38, (3,8) 300, (30,0) 39,6, (3,96) 39,4, (3,94)

Fracción de vapor: 1 1 0,974572 0,950223

Fracción de líquido: 0 0 0,025428 0,049777

Fracción de sólido: 0 0 0 0

Densidad (kmol/m3): 0,2926 2,1932 1,3102 1,7421

Densidad (kg/m3): 8,5038 64,4456 38,5004 51,1912

Volumen de líquido (m3/h a 15,6°C): 0,2183 0,6333 0,6016 0,6016

TABLA 4: Parámetros de trabajo ilustrativos en las corrientes 31, 15, 26 y 25

CORRIENTE:: 31 15 26 25

O2 (kmol/h): 1,3063E-07 5,0522E-02 0 0

CH4 (kmol/h): 0 0 3,0391E-01 4,5359E-01

CO2 (kmol/h): 3,8056E-05 1,2629E+00 0 0

H2O (kmol/h): 5,7836E-01 5,3891E-03 0 0

Ar (kmol/h): 2,3723E-07 1,1438E-01 0 0

N2 (kmol/h): 7,3028E-07 9,6081E+00 0 0

Flujo total (kmol/h): 0,5784 11,0413 0,3039 0,4536

Flujo total (kg/h): 10,4210 331,0207 4,8755 7,2769

Flujo total (m3/h): 0,0104 6,6927 0,0456 0,2651

Temperatura (°C): 17,1757 17,1757 221,5596 26,6667

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CORRIENTE:: 31 15 26 25

Presión (bar, MPa): 39,2, (3,92) 39,2, (3,92) 300, (30,0) 40, (40,0)

Fracción de vapor: 0 1 1 1

Fracción de líquido: 1 0 0 0

Fracción de sólido: 0 0 0 0

Densidad (kmol/m3): 55,5867 1,6498 6,6579 1,7109

Densidad (kg/m3): 1001,5065 49,4603 106,8111 27,4475

Volumen de líquido (m3/h a 15,6°C): 0,0104 0,5912 0,0163 0,0243

Los sistemas descritos en la presente memoria pueden ser especialmente beneficioso ya que se pueden lograr eficiencias que son comparables, o superiores, a eficiencias de sistemas NGCC conocidos, utilizando temperaturas de turbina significativamente inferiores. Por lo tanto, los sistemas de la presente invención pueden utilizar

5 temperaturas máximas de turbina (por ejemplo, la temperatura máxima de los fluidos a través de cualquiera de las turbinas) significativamente menores que la técnica actual y aún así lograr una eficiencia neta de generación eléctrica que es comparable a, o mayor que, la eficiencia de sistemas NGCC conocidos. En algunas realizaciones, se puede describir a los sistemas y métodos como proveedores de mayor eficiencia que el NGCC para todas las temperaturas de turbina.

10 Hasta ahora, para alcanzar una eficiencia incrementada ha sido necesario aumentar significativamente la temperatura de funcionamiento de la turbina. Por ejemplo, los sistemas NGCC convencionales han empleado temperaturas de turbinas máximas de aproximadamente 1500°C a fin de lograr una eficiencia neta de aproximadamente 59% sobre una base de LHV. Para llegar a una eficiencia de 64%, la técnica conocida ha requerido el uso de turbinas de gas de muy alta temperatura que trabajan en la zona de 1700°C. En comparación,

15 los presentes sistemas descritos en la presente memoria pueden lograr una eficiencia neta de aproximadamente 60% sobre una base de LHV empleando una temperatura de turbina de aproximadamente 1.279°C. En la Tabla 5 se ilustran comparaciones adicionales entre la eficiencia de los sistemas de la presente descripción y sistemas NGCC existentes, para diferentes temperaturas de funcionamiento de turbina:

TABLA 5: Comparación de eficiencia neta entre sistemas de la presente descripción y Sistemas NGCC

Temperatura máxima de turbina (°C): Eficiencia de sistemas NGCC (% sobre base LHV) Eficiencia de los sistemas de la presente descripción (% sobre base LHV)

1.100: 47,5 55,5

1.200: 51 58

1.279: 53,5 60

1.400: 56,5 63

1.500: 59 65

1.700: 64 68

20

Así, en una realización, los sistemas descritos pueden lograr eficiencias comparables a, o mayores que, los sistemas NGCC convencionales, utilizando temperaturas máximas de turbina más bajas. Tal como se ha señalado más arriba, puede ser deseable disminuir las temperaturas de turbina para reducir el costo de las turbinas al reducir la necesidad de materiales costosos configurados para soportar altas temperaturas. Como alternativa, los sistemas descritos en la 25 presente memoria pueden trabajar a las mismas temperaturas máximas que sistemas NGCC convencionales, pero consiguen una eficiencia que es relativamente más alta. Por ejemplo, en una realización, un sistema o método descrito en la presente memoria puede funcionar con una eficiencia neta de generación eléctrica de al menos aproximadamente 60% sobre una base de valor calorífico inferior cuando se trabaja con una temperatura de turbina de aproximadamente 1.300°C a aproximadamente 1.500°C. En otras realizaciones, un sistema o método de acuerdo

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con la presente descripción puede funcionar con una eficiencia neta de generación eléctrica sobre una base de poder calorífico inferior conforme a cualquiera de los siguientes: al menos aproximadamente 55% a una temperatura de aproximadamente 1.100°C; al menos aproximadamente 58% a una temperatura de aproximadamente 1200°C; al menos aproximadamente 63% a una temperatura de aproximadamente 1400°C; al menos aproximadamente 65% a una temperatura de aproximadamente 1500°C; o al menos aproximadamente 68% a una temperatura de aproximadamente 1700°C. En realizaciones específicas, un sistema o método de acuerdo con la presente descripción puede funcionar con una eficiencia neta de generación eléctrica de al menos aproximadamente 60% sobre una base de valor calorífico inferior cuando se trabaja con una temperatura de turbina que es inferior a aproximadamente 1.500°C, inferior a aproximadamente 1400°C, o inferior a aproximadamente 1300°C. En aún otras realizaciones, un sistema o método de acuerdo con la presente descripción puede funcionar con una eficiencia neta de generación eléctrica de al menos aproximadamente 55% sobre una base de valor calorífico inferior cuando se trabaja con una temperatura de la turbina de aproximadamente 1.100°C a aproximadamente 1.300°C.

Tal como se ha señalado más arriba, la tercera turbina 35 y el tercer combustor 34 son opcionales en algunas realizaciones. A este respecto, la Figura 2 ilustra una realización del sistema que no incluye un tercer combustor, una tercera turbina, o un tercer compresor de aire. El sistema puede ser sustancialmente similar al sistema de la Figura 1, salvo por las diferencias señaladas. Tal como se ilustra, la corriente 18' de descarga de la segunda turbina 6 puede ser dirigida al segundo intercambiador 1' de calor sin primeramente pasar a través de un tercer combustor y tercera turbina. En esta realización, la corriente 18' de descarga puede estar a una presión superior a la atmosférica que sea igual a la caída de presión a través del segundo intercambiador 1 de calor (y cualesquiera tuberías y/o equipos de interconexión) entre la segunda turbina 6 y la atmósfera. Nótese que en esta realización no se utiliza un lavador. Por lo tanto, la corriente 19' de descarga enfriada puede ser descargada a la atmósfera sin antes pasar a través de un lavador. Sin embargo, también se puede emplear en esta realización un sistema de lavador, por ejemplo tal como se ilustra en la realización del sistema de la Figura 1.

Puesto que no se emplea una tercera turbina, el tercer combustor puede no estar presente, así como las corrientes de combustible y de aire asociadas con el mismo. Por consiguiente, el sistema de compresores de aire puede no emplear un tercer compresor de aire, y el segundo intercambiador 1' de calor puede no calentar una tercera corriente de aire. Por lo tanto, se puede enviar directamente la corriente 12' de aire de alimentación al segundo compresor 12' de aire, en lugar de ser primeramente comprimida por un tercer compresor de aire. En otros aspectos, el sistema de la Figura 2 puede ser sustancialmente similar al sistema de la Figura 1.

El uso de la primera turbina de alta presión y baja relación de presiones, siendo expandidos productos de combustión de la misma en una o dos etapas de turbina de potencia adicionales, acoplado con la combustión cercana a la estequiométrica utilizando aire a presión precalentado con corrientes de reciclado para moderar temperaturas de entrada a la turbina puede dar como resultado un sistema que tenga una eficiencia en el intervalo de aproximadamente 55% a aproximadamente 65%. Las altas presiones del sistema pueden permitir que la planta defina un factor de forma relativamente compacto, con un coste de capital relativamente bajo. El sistema podría ser diseñado para generaciones de potencia de un único tren superiores a 500 MW para generación de energía de carga base. El sistema puede ser empleado también en aplicaciones de menor generación, tales como unidades de propulsión de buques, utilizando combustible destilado bajo en azufre, donde se podrían lograr eficiencias térmicas superiores a 50% sobre una base de LHV.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Un sistema de producción de energía, que comprende: un primer combustor (3) configurado para quemar una primera corriente (26) de combustible y una primera corriente

(51) de aire en presencia de una primera corriente (57) de reciclado para producir una primera corriente (27) de combustión;

una primera turbina (5) configurada para expandir la primera corriente (27) de combustión; un primer intercambiador (2) de calor configurado para recibir al menos una parte (58) de una primera corriente (28) de descarga desde la primera turbina (5),

en donde el primer intercambiador (2) de calor está configurado para emplear la parte (58) de la primera corriente

(28) de descarga para calentar la primera corriente (51) de aire y al menos una parte (60) de la primera corriente de reciclado (57) que es producida a partir de la primera corriente (28) de descarga;

un segundo combustor (4) configurado para quemar una segunda corriente (24) de combustible y una segunda corriente (21) de aire en presencia de una segunda corriente (40) de reciclado que es producida a partir de la primera corriente (28) de descarga para producir una segunda corriente (23) de combustión;

una segunda turbina (6) configurada para expandir la segunda corriente (23) de combustión; y

un segundo intercambiador (1) de calor configurado para calentar la segunda corriente (21) de aire y la segunda corriente (40) de reciclado.
2. El sistema de producción de energía según la reivindicación 1, en donde

el segundo intercambiador (1) de calor está configurado para emplear una segunda corriente (18) de descarga procedente de la segunda turbina (6) para calentar la segunda corriente (21) de aire y la segunda corriente (40) de reciclado;

o en donde el segundo intercambiador (1) de calor está configurado además para calentar una segunda parte (16) de la primera corriente (57) de reciclado;

o en donde una segunda parte (22) de la primera corriente (28) de descarga es dirigida al segundo combustor (4);

o en donde la primera corriente (51) de aire y la segunda corriente (21) de aire comprenden aire ambiente comprimido;

o en donde la primera corriente (57) de reciclado y la segunda corriente (40) de reciclado tienen más de 50% de N2 sobre una base molar;

o en donde el sistema de producción de energía está configurado para trabajar con una eficiencia neta de generación eléctrica de al menos aproximadamente 60% sobre una base de valor calorífico inferior cuando se trabaja con una temperatura de turbina de aproximadamente 1.300°C a aproximadamente 1.500°C.
3. El sistema de producción de energía según la reivindicación 1, que comprende además un tercer combustor (34) configurado para quemar una tercera corriente (37) de combustible y una tercera corriente (38) de aire en presencia de una segunda corriente (18) de descarga recibida desde la segunda turbina (6) para producir una tercera corriente

(36) de combustión; y una tercera turbina (35) configurada para expandir la tercera corriente (36) de combustión.
4.

El sistema de producción de energía según la reivindicación 3, en donde el segundo intercambiador (1) de calor está configurado para emplear una tercera corriente (39) de descarga procedente de la tercera turbina (35) para calentar la segunda corriente (21) de aire y la segunda corriente (40) de reciclado.
5.

El sistema de producción de energía según la reivindicación 4, en donde el segundo intercambiador (1) de calor está además configurado para calentar la tercera corriente (38) de aire o en donde el segundo intercambiador (1) de calor está además configurado para calentar una segunda parte (16) de la primera corriente (57) de reciclado.
6.

El sistema de producción de energía según la reivindicación 1, que comprende además: un compresor (53) de reciclado configurado para comprimir la primera corriente (57) de reciclado; o bien un separador (9) configurado para extraer una corriente (31) de líquido de la parte (60) de la primera corriente (57)

de descarga dirigida a través del primer intercambiador (2) de calor.
7.

El sistema de producción de energía según la reivindicación 1, que comprende además un lavador (97)

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configurado para recibir una corriente (19) de descarga enfriada desde el segundo intercambiador (1) de calor; preferiblemente en donde el lavador (97) comprende un sistema de adsorción de CO2.
8.

El sistema de producción de energía según la reivindicación 1, que comprende además un sistema de compresores (10; 11; 42) de aire configurado para comprimir una corriente (12) de aire de alimentación para producir la primera corriente (51) de aire y la segunda corriente (21) de aire.
9.

El sistema de producción de energía según la reivindicación 8, en donde el sistema de compresores de aire comprende un primer compresor (10) de aire configurado para comprimir la primera corriente (51) de aire y un segundo compresor (11) de aire configurado para comprimir la segunda corriente (21) de aire.
10.

El sistema de producción de energía según la reivindicación 9, en donde el segundo compresor de aire está configurado además para comprimir la primera corriente (51) de aire antes de que el primer compresor (10) de aire comprima la primera corriente (51) de aire.
11.

El sistema de producción de energía según la reivindicación 9, en donde el sistema de compresores (10; 11; 42) de aire está configurado para controlar un caudal de la primera corriente (51) de aire y un caudal de la segunda corriente (21) de aire para dar como resultado una combustión sustancialmente estequiométrica en el primer combustor (3) y el segundo combustor (4).
12.

El sistema de producción de energía según la reivindicación 11, en donde el sistema de compresores (10; 11; 42) de aire está configurado para controlar el caudal de la primera corriente (51) de aire y el caudal de la segunda corriente (21) de aire para dar como resultado hasta aproximadamente 5% de exceso de O2 en la combustión en el primer combustor (3) y el segundo combustor (4).
13.

El sistema de producción de energía según la reivindicación 1, en donde la primera corriente (26) de combustible y la segunda corriente (24) de combustible comprenden un gas de hidrocarburo comprimido; preferiblemente en donde el gas de hidrocarburo comprimido comprende metano.
14.

El sistema de producción de energía según la reivindicación 1, que comprende además un suministro de aire configurado para aportar la primera corriente (51) de aire y un suministro de combustible configurado para aportar la primera corriente (26) de combustible,

en donde la primera corriente (27) de combustión tiene más de 50% de N2 sobre una base molar, y

en donde el suministro de aire y el suministro de combustible están configurados para aportar la primera corriente

(51) de aire y la primera corriente (26) de combustible en una relación configurada para dar como resultado la combustión sustancialmente estequiométrica en el primer combustor con hasta aproximadamente 5% de exceso de O2.
15. Un método para producir energía, que comprende:

quemar una primera corriente de combustible y una primera corriente de aire en un primer combustor en presencia de una primera corriente de reciclado 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 al menos una parte de una primera corriente de descarga desde la primera turbina a un primer intercambiador de calor;

emplear la parte de la primera corriente de descarga para calentar la primera corriente de aire y al menos una parte de la primera corriente de reciclado que es producida a partir de la primera corriente de descarga con el primer intercambiador de calor;

quemar una segunda corriente de combustible y una segunda corriente de aire en un segundo combustor en presencia de una segunda corriente de reciclado 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 reciclado a un segundo intercambiador de calor; y

calentar la segunda corriente de aire y la segunda corriente de reciclado con el segundo intercambiador de calor.
16. El método según la reivindicación 15, en donde

calentar la segunda corriente de aire y la segunda corriente de reciclado con el segundo intercambiador de calor comprende emplear una segunda corriente de descarga procedente de la segunda turbina para calentar dicha

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corriente de aire y dicha corriente de reciclado;

o en donde la primera corriente de aire y la segunda corriente de aire comprenden aire ambiente comprimido;

o en donde la primera corriente de reciclado y la segunda corriente de reciclado tienen más de 50% de N2 sobre una base molar;

o en donde se produce energía con una eficiencia neta de generación eléctrica de al menos aproximadamente 60% sobre una base de valor calorífico inferior cuando se trabaja con una temperatura de turbina de aproximadamente 1.300°C a aproximadamente 1.500°C.
17. El método según la reivindicación 15, que comprende además calentar una segunda parte de la primera corriente de reciclado con el segundo intercambiador de calor;

o que comprende además comprimir la primera corriente de reciclado con un compresor de reciclado;

o que comprende además dirigir una segunda parte de la primera corriente de descarga al segundo combustor;

o que comprende además extraer con un separador una corriente de líquido de la parte de la primera corriente de descarga dirigida a través del primer intercambiador de calor.
18.

El método según la reivindicación 15, que comprende además quemar una tercera corriente de combustible y una tercera corriente de aire en un tercer combustor en presencia de una segunda corriente de descarga recibida desde 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.
19.

El método según la reivindicación 18, en donde calentar la segunda corriente de aire y la segunda corriente de reciclado con el segundo intercambiador de calor comprende emplear una tercera corriente de descarga procedente de la tercera turbina para calentar la segunda corriente de aire y la segunda corriente de reciclado.
20.

El método según la reivindicación 19, que comprende además calentar la tercera corriente de aire con el segundo intercambiador de calor; o que comprende además calentar una segunda parte de la primera corriente de reciclado con el segundo intercambiador de calor.
21.

El método según la reivindicación 15, que comprende además dirigir una corriente de descarga enfriada desde el segundo intercambiador de calor a un lavador; preferiblemente en donde el lavador es un sistema de adsorción de CO2.
22.

El método según la reivindicación 15, que comprende además comprimir una corriente de aire de alimentación con un sistema de compresores de aire para producir la primera corriente de aire y la segunda corriente de aire.
23.

El método según la reivindicación 22, en donde comprimir la corriente de aire de alimentación con el sistema de compresores de aire comprende comprimir la primera corriente de aire con un primer compresor de aire y comprimir la segunda corriente de aire con un segundo compresor de aire.
24.

El método según la reivindicación 23, en donde comprimir la corriente de aire de alimentación con el sistema de compresores de aire comprende comprimir la primera corriente de aire con el segundo compresor de aire antes de comprimir la primera corriente de aire con el primer compresor de aire.
25.

El método según la reivindicación 23, que comprende además controlar un caudal de la primera corriente de aire y un caudal de la segunda corriente de aire con el sistema de compresores de aire para dar como resultado la combustión sustancialmente estequiométrica en el primer combustor y el segundo combustor.
26.

El método según la reivindicación 25, que comprende además controlar el caudal de la primera corriente de aire y el caudal de la segunda corriente de aire con el sistema de compresores de aire para dar como resultado hasta aproximadamente 5% de exceso de O2 en la combustión en el primer combustor y el segundo combustor.
27.

El método según la reivindicación 15, en donde la primera corriente de combustible y la segunda corriente de combustible comprenden gas de hidrocarburo comprimido; preferiblemente en donde el gas de hidrocarburo comprimido comprende metano.
28.

El método según la reivindicación 15, en donde la primera corriente de combustión tiene más de 50% de N2 sobre una base molar, y

en donde se controla la relación de la primera corriente de combustible respecto a la primera corriente de aire para dar como resultado la combustión sustancialmente estequiométrica con hasta aproximadamente 5% de exceso de O2.

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