(11)	032924 (13) B1	Разделы: A B C E F G H
(21)	201790148
(22)	2015.07.07
(51)	F02C 3/34 (2006.01)
(31)	62/021,839
(32)	2014.07.08
(33)	US
(43)	2017.07.31
(86)	PCT/US2015/039373
(87)	WO 2016/007509 2016.01.14
(71)	(73) 8 РИВЕРЗ КЭПИТЛ, ЛЛК (US)
(72)	Аллам Родни Джон (GB), Форрест Брок Алан, Фетведт Джереми Эрон (US)
(74)	Веселицкая И.А., Веселицкий М.Б., Кузенкова Н.В., Каксис Р.А., Белоусов Ю.В., Куликов А.В., Кузнецова Е.В., Соколов Р.А., Кузнецова Т.В. (RU)
(54)	СИСТЕМА И СПОСОБ ВЫРАБОТКИ ЭНЕРГИИ С ПОВЫШЕННОЙ ЭФФЕКТИВНОСТЬЮ

(57) 1. Система выработки энергии, содержащая

камеру сгорания, выполненную с возможностью выпуска потока продуктов горения;

энергетическую турбину, выполненную с возможностью приема и расширения потока продуктов горения и формирования выхлопного потока турбины;

рекуперативный теплообменник, выполненный с возможностью приема выхлопного потока турбины;

делитель потока, выполненный с возможностью разделения охлажденного выхлопного потока турбины на первый газовый поток и второй газовый поток;

первый компрессор, выполненный с возможностью приема и сжатия первого газового потока;

второй компрессор, выполненный с возможностью приема и сжатия второго газового потока;

насос, выполненный с возможностью сжатия объединенных первого газового потока и второго газового потока и установленный ниже по потоку первого компрессора и второго компрессора;

первый проход потока через рекуперативный теплообменник, выполненный с возможностью пропуска выхлопного потока турбины;

второй проход потока через рекуперативный теплообменник, выполненный с возможностью пропуска объединенных сжатых первого газового потока и второго газового потока;

третий проход потока через рекуперативный теплообменник, выполненный с возможностью пропуска сжатого второго газового потока;

причем первый проход потока и третий проход потока выполнены с возможностью нагрева второго прохода потока.

2. Система по п.1, в которой рекуперативный теплообменник содержит последовательность из трех или более теплообменников или последовательность из трех или более нагревательных секций.

3. Система по п.1, содержащая один или несколько сепараторов, выполненных с возможностью отделения, по меньшей мере, воды от первого газового потока и/или второго газового потока.

4. Система по п.1, в которой первый компрессор представляет собой многоступенчатый компрессор с промежуточным охлаждением.

5. Система по п.1, в которой второй компрессор представляет собой многоступенчатый адиабатический компрессор без промежуточного охлаждения между ступенями компрессора.

6. Способ выработки энергии с использованием системы по любому из пп.1-5, в котором

сжигают топливо с кислородом в камере сгорания в присутствии рециркуляционного потока CO₂, производя содержащий CO₂ поток продуктов горения;

пропускают содержащий CO₂ поток продуктов горения через турбину, обеспечивая расширение содержащего CO₂ потока продуктов горения, вырабатывая энергию и формируя выхлопной поток турбины;

отбирают тепло от выхлопного потока турбины;

разделяют выхлопной поток турбины, формируя первую часть выхлопа турбины и вторую часть выхлопа турбины;

отделяют воду от первой части выхлопа турбины, формируя основной рециркуляционный поток CO₂;

сжимают основной рециркуляционный поток CO₂;

сжимают вторую часть выхлопа турбины, формируя нагретую сжатую вторую часть выхлопа турбины;

отбирают тепло от нагретой сжатой второй части выхлопа турбины;

отделяют воду от охлажденной сжатой второй части выхлопа турбины, формируя вторичный рециркуляционный поток CO₂;

объединяют основной рециркуляционный поток CO₂ и вторичный рециркуляционный поток CO₂, формируя объединенный рециркуляционный поток CO₂.

сжимают объединенный рециркуляционный поток CO₂;

нагревают объединенный рециркуляционный поток CO₂ теплом, отобранным от выхлопного потока турбины;

дополнительно нагревают объединенный рециркуляционный поток CO₂ теплом, отобранным от нагретой сжатой второй части выхлопа турбины.

7. Способ по п.6, в котором содержащий CO₂ поток продуктов горения имеет температуру от приблизительно 500 до приблизительно 1700°C и давление от приблизительно 100 бар (10 МПа) до приблизительно 500 бар (50 МПа).

8. Способ по п.6, в котором отношение давлений на турбине составляет от приблизительно 5 до приблизительно 12.

9. Способ по п.6, в котором тепло отбирают от выхлопного потока турбины в рекуперативном теплообменнике, содержащем три или более секций или включающем три или более отдельных теплообменников.

10. Способ по п.9, в котором нагрев объединенного рециркуляционного потока CO₂ теплом, отобранным от выхлопного потока турбины, и дополнительный нагрев объединенного рециркуляционного потока CO₂ теплом, отобранным от нагретой сжатой второй части выхлопа турбины, проводят в рекуперативном теплообменнике.

11. Способ по п.6, в котором массовое отношение первой части выхлопа турбины ко второй части выхлопа турбины с учетом общей массы выхлопного потока турбины составляет от приблизительно 50:50 до приблизительно 99:1.

12. Способ по п.6, в котором тепло, отобранное от нагретой сжатой второй части выхлопа турбины, находится в температурном диапазоне от приблизительно 100 до приблизительно 400°C.

13. Способ по п.6, в котором основной рециркуляционный поток CO₂ и вторую часть выхлопа турбины независимо сжимают до давления от приблизительно 40 бар (4 МПа) до приблизительно 100 бар (10 МПа).

14. Способ по п.6, в котором объединенный рециркуляционный поток CO₂ после нагрева теплом, отобранным от выхлопного потока турбины, и дополнительного нагрева теплом, отобранным от нагретой сжатой второй части выхлопа турбины, имеет температуру, не отличающуюся от температуры выхлопного потока турбины более чем на 50°C.

15. Способ по п.6, в котором вторую часть выхлопа турбины сжимают в адиабатическом режиме без промежуточного охлаждения между ступенями компрессора.

16. Способ эксплуатации системы по любому из пп.1-5, в котором

пропускают газовый поток G под давлением P₁ и при температуре T₁ через рекуперативный теплообменник так, чтобы газовый поток охлаждался до температуры T₂ ниже T₁;

разделяют газовый поток G на первую фракцию G₁ и вторую фракцию G₂;

сжимают фракцию G₁ газового потока до давления P₂ выше P₁;

сжимают фракцию G₂ газового потока до давления P₃ выше P₁ так, чтобы нагреть фракцию G₂ газового потока до температуры T₃ выше T₂;

отбирают тепло от сжатой фракции G₂ газового потока;

объединяют фракцию G₁ газового потока и фракцию G₂ газового потока, формируя объединенный рециркуляционный поток G_C;

сжимают при прокачке насосом рециркуляционный газовый поток G_C до давления P₄ выше P₂ и выше P₃;

направляют рециркуляционный газовый поток G_C в рекуперативный теплообменник так, чтобы газовый поток G_C нагревался за счет охлаждения газового потока G;

при этом тепло, отобранное от сжатой фракции G₂ газового потока, добавляют рециркуляционному газовому потоку G_C после его сжатия при прокачке насосом до давления P₄.

17. Способ по п.16, в котором температура T₃ лежит в диапазоне от приблизительно 100 до приблизительно 400°C.

18. Способ по п.16, в котором давление P₂ фракции G₁ газового потока и давление P₃ фракции G₂ газового потока каждое независимо лежит в диапазоне от приблизительно 40 бар (4 МПа) до приблизительно 100 бар (10 МПа).

19. Способ по п.16, в котором давление P₄ рециркуляционного газового потока G_C лежит в диапазоне от приблизительно 100 бар (10 МПа) до приблизительно 500 бар (50 МПа).

20. Способ по п.16, в котором массовое отношение газовой фракции G₁ к газовой фракции G₂ с учетом общей массы газового потока G составляет от приблизительно 50:50 до приблизительно 99:1.

21. Способ по п.16, в котором рециркуляционный газовый поток G_C после прохождения через рекуперативный теплообменник и получения тепла от сжатой газовой фракции G₂ имеет температуру T₄, не отличающуюся более чем на 50°C от T₁.

22. Способ по п.16, в котором фракцию G₂ газового потока сжимают путем многоступенчатой компрессии без промежуточного охлаждения.

23. Способ по п.16, в котором после отбора тепла от фракции G₂ газового потока фракцию G₂ газового потока дополнительно сжимают до объединения с фракцией G₁ газового потока.

24. Способ по п.16, в котором рекуперативный теплообменник содержит три теплообменника или три теплообменные секции, установленные последовательно, так что тепло передается в первый теплообменник или теплообменную секцию, действующую в температурном диапазоне R₁, во второй теплообменник или теплообменную секцию, действующую в температурном диапазоне R₂, и третий теплообменник или теплообменную секцию, действующую в температурном диапазоне R₃, при соотношении температур R₁>R₂>R₃.

25. Способ по п.24, в котором газовый поток G разделяют между первым теплообменником или теплообменной секцией и вторым теплообменником или теплообменной секцией.

26. Способ по п.24, в котором газовый поток G разделяют между вторым теплообменником или теплообменной секцией и третьим теплообменником или теплообменной секцией.

27. Способ по п.24, в котором тепло, отобранное от сжатой фракции G₂ газового потока, добавляют к рециркуляционному газовому потоку G_C в третьем теплообменнике или секции теплообменника и/или во втором теплообменнике или теплообменной секции.

28. Способ по п.16, включающий добавление тепла рециркуляционному газовому потоку после сжатия при прокачке насосом до давления P₄, причем добавленное тепло получают от блока разделения воздуха и/или от газовой турбины.

29. Способ по п.16, включающий направление нагретого рециркуляционного газового потока G_C от рекуперативного теплообменника в камеру сгорания, в которой топливо сжигается с кислородом, формируя поток продуктов горения.

30. Способ по п.16, в котором газовый поток G представляет собой выхлопной поток турбины.