ガス・タービン・エンジン内で排気ガスを用いるためのシステムおよび方法
【課題】複数のガス・タービン・エンジンを制御するシステムを提供する。
【解決手段】第１のガス・タービン・エンジン５２は、空気を取り入れて第１の圧縮空気１４を生成するように構成された第１の圧縮機８０と、第１の混合物を燃焼させて第１の燃焼ガスを生成するように構成された第１の燃焼器８８とを有する。第１の混合物は、第１の燃料、第１の圧縮空気１４の少なくとも第１の部分、および第２のガス・タービン・エンジン１０からの第２の燃焼ガス２４を有する。また第１のガス・タービン・エンジン５２は、第１の燃焼ガスから仕事を抽出するように構成された第１のタービン９２を備える。
【解決手段】第１のガス・タービン・エンジン５２は、空気を取り入れて第１の圧縮空気１４を生成するように構成された第１の圧縮機８０と、第１の混合物を燃焼させて第１の燃焼ガスを生成するように構成された第１の燃焼器８８とを有する。第１の混合物は、第１の燃料、第１の圧縮空気１４の少なくとも第１の部分、および第２のガス・タービン・エンジン１０からの第２の燃焼ガス２４を有する。また第１のガス・タービン・エンジン５２は、第１の燃焼ガスから仕事を抽出するように構成された第１のタービン９２を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示する主題は、ガス・タービン・エンジン内で排気ガスを用いることに関する。具体的には、排気ガスを、再循環した作動流体として用いて、１または複数のガス・タービン・エンジン内での化学量論的燃焼を図る。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、ガス・タービン・エンジンは、圧縮空気と燃料との混合物を燃焼させて燃焼ガスを生成する。燃焼ガスは、１または複数のタービン段を通って流れて、負荷および／または圧縮機に対するパワーを発生させる場合がある。燃焼ガスには、種々の燃焼副生成物、たとえば一酸化炭素（ＣＯ）、亜酸化窒素およびその誘導体（ＮＯｘ）、二酸化炭素（ＣＯ２）などが含まれている場合がある。これらの副生成物（または排出物）は一般的に規制を受けるが、このような規制はますます厳しくなりつつある。しかしながら、排出物削減技術は、性能または効率の低下につながることが多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第４，３１３，３００号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
排気ガスを、再循環した作動流体として用いて、１または複数のガス・タービン・エンジン内での化学量論的燃焼を図る。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
当初に請求される発明と範囲において見合っているある実施形態を以下にまとめる。これらの実施形態は、請求される発明の範囲を限定することは意図されておらず、むしろこれらの実施形態は、本発明の可能な形態の簡単な概要を与えることのみが意図されている。実際には、本発明は、以下に述べる実施形態と同様の場合も異なる場合もある種々の形態を包含する場合がある。
【０００６】
一実施形態においては、第１の混合物を燃焼させて第１の燃焼ガスを生成するように構成された第１の燃焼器と、第１の燃焼ガスから仕事を抽出して第１の排気ガスを出力するように構成された第１のタービンと、第１の排気ガスを圧縮して圧縮排気ガスを発生させるように構成された第１の圧縮機とを備える第１のガス・タービン・エンジンを有するシステムが提供される。第１のガス・タービン・エンジンは、圧縮排気ガスの第１の部分を第１の燃焼器に送り、第１のガス・タービン・エンジンは、圧縮排気ガスの第２の部分を第２のガス・タービン・エンジンに送るように構成される。
【０００７】
別の実施形態においては、第１のガス・タービン・エンジンを備えるシステムが提供される。第１のガス・タービン・エンジンは、空気を取り入れて第１の圧縮空気を生成するように構成された第１の圧縮機と、第１の混合物を燃焼させて第１の燃焼ガスを生成するように構成された第１の燃焼器とを有する。第１の混合物は、第１の燃料と、第１の圧縮空気の少なくとも第１の部分と、第２のガス・タービン・エンジンからの第２の燃焼ガスと、を有する。また第１のガス・タービン・エンジンは、第１の燃焼ガスから仕事を抽出するように構成された第１のタービンを備える。
【０００８】
さらなる実施形態においては、ガス・タービン・エンジン・システムの動作方法が提供される。本方法は、第１のガス・タービン・エンジンの第１の燃焼器内で燃料混合物を燃焼させて燃焼ガスを生成することと、第１のガス・タービン・エンジンの第１のタービンを用いて燃焼ガスから仕事を抽出して排気ガスを発生させることと、第１のガス・タービン・エンジンの圧縮機を用いて排気ガスを圧縮して圧縮排気ガスを発生させることと、を含む。圧縮排気ガスの第１の部分を第１の燃焼器に戻して、圧縮排気ガスの第２の部分を１または複数の別個のガス・タービン・エンジンに与える。
【０００９】
本発明のこれらおよび他の特徴、態様、および優位性は、以下の詳細な説明を添付図面を参照して読むことでより良好に理解される。なお図面の全体に渡って同様の文字は同様の部品を表わす。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示の一実施形態により排気ガスを作動流体として用いるために再循環させるように構成されたガス・タービン・エンジンの概略図である。
【図２】本開示の一実施形態により、３つの相互接続されたガス・タービン・エンジンを有するガス・タービン・エンジン・システムの概略図であって、ガス・タービン・エンジンのうちの１つは、排気ガスを作動流体として用いるために再循環させるように構成されている図である。
【図３】本開示の一実施形態により、２つの相互接続されたガス・タービン・エンジンを有するガス・タービン・エンジン・システムの概略図であって、ガス・タービン・エンジンのうちの１つは、排気ガスを作動流体として用いるために再循環させるように構成されている図である。
【図４】本開示の一実施形態により、４つの相互接続されたガス・タービン・エンジンを有するガス・タービン・エンジン・システムの概略図であって、ガス・タービン・エンジンのうちの１つは、排気ガスを作動流体として用いるために再循環させるように構成されている図である。
【図５】本開示の一実施形態により、排気ガスを燃焼燃料として用いるために再循環させるように構成されたガス・タービン・エンジンの動作の方法のプロセス・フロー図である。
【図６】再循環された排気ガスの化学量論の燃焼を行なうように構成された１または複数のガス・タービン・エンジンを有するガス化複合発電（ＩＧＣＣ）プラントのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の１または複数の特定の実施形態について説明する。これらの実施形態について簡潔に説明するために、本明細書では実際の具体化のすべての特徴については説明しない場合がある。当然のことながら、任意のこのような実際の具体化を開発する際には、任意のエンジニアリングまたはデザイン・プロジェクトの場合と同様に、開発者の具体的な目標たとえばシステム関連およびビジネス関連の制約と適合することを達成するために、具体化に固有の多数の決定を行なわなければならない。具体的な目標は具体化ごとに変わる場合がある。また当然のことながら、このような開発努力は、複雑で時間がかかる場合があるが、それでも、本開示の利益を受ける当業者にとってはデザイン、作製、および製造の日常的な取り組みであろう。
【００１２】
本発明の種々の実施形態の要素を導入するとき、冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、および「前記」は、要素の１つまたは複数が存在することを意味することが意図されている。用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「有する（ｈａｖｉｎｇ）」は、包含的であることが意図されており、列記された要素以外の付加的な要素が存在していても良いことを意味する。
【００１３】
本開示は一般的に、ガス・タービン・エンジンにおける化学量論的排気ガス再循環（ＳＥＧＲ）に向けられる。１つの具体化においては、２つのガス・タービン・エンジンはそれらの圧縮機内に空気を吸い込む。各圧縮機から空気の約２１％が抽出されて、管を通して第３のガス・タービン・エンジンに送られる。第３のガス・タービン・エンジンでは、この空気が１または複数のＳＥＧＲ燃焼器に供給されて、再循環された排気ガス（排気ガス再循環（ＥＧＲ））と混合され、化学量論的に燃焼される（すなわち、実質的に残存Ｏ２は残さない）。燃焼の生成物は、第３のガス・タービン・エンジンのタービンを通り、ＮＯｘ触媒（ガス内の実質的にすべてのＮＯｘを破壊する）を通る。排気ガスは次に、熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）を通って、第３のガス・タービン・エンジンの入口に再循環される。
【００１４】
一実施形態においては、第３のガス・タービン・エンジン圧縮機は排気ガスのみを圧縮する。排気ガスの約４２％が第３のガス・タービン・エンジンの圧縮機から抽出されて、分割され、最初の２つのガス・タービン・エンジンに送られる。最初の２つのガス・タービン・エンジン内で、排気ガス再循環（ＥＧＲ）は燃料および空気と混合される。ＥＧＲからのＯ２は実質的に無いため、ＥＧＲは希釈剤として働くことができる。したがって、最初の２つのガス・タービン・エンジン内で燃焼中に発生する副産物ガス（たとえばＮＯｘ）の全体濃度が下がる場合がある。いくつかの具体化においては、このような構成から生じるＮＯｘ排出物は、３つのガス・タービン・エンジンが実質的に等しいレベルのＥＧＲで動作する場合（たとえば３つのガス・タービン・エンジンがすべて等しく構成されている場合）よりも、約３分の１（１／３）を超えて低い場合がある。
【００１５】
本実施形態によれば、これらおよび他のプロセスは、排気ガス再循環および燃焼を行なうように構成された特徴物を有するガス・タービン・エンジンによって、実行または促進しても良い。図１に、このようなガス・タービン・エンジンの一実施形態を例示する。図１は、排気ガス再循環（ＥＧＲ）ガス・タービン・エンジン１０の一実施形態のブロック図である。一例としては、ＥＧＲガス・タービン・エンジン１０は複合サイクル・システムの一部であっても良い。ＥＧＲガス・タービン・エンジン１０は一般的に、圧縮空気１４と燃料１５（たとえば、天然ガス、軽または重蒸留油、ナフサ、原油、残留油、またはシンガス）との混合物を燃焼させることによって負荷１２を駆動するように構成されている。燃焼は、燃焼器１６内で行なわれる。燃焼器１６は、１または複数の燃焼室を備えていても良い。従来のガス・タービン・エンジンとは違って、ＥＧＲガス・タービン・エンジン１０は、取り入れ空気を圧縮機２０（たとえば、１または複数の圧縮段）内に含まなくても良いことに注意されたい。むしろ、燃焼器１６は、圧縮機２０によって与えられる圧縮ＥＧＲ１８の流れを受け取る。燃焼器１６は圧縮ＥＧＲ１８の流れの一部を受け取るが、別の部分が、１または複数の別個のガス・タービン・エンジンに、圧縮ＥＧＲ移出流れ２４として与えられる。図２〜４に関して、圧縮ＥＧＲ移出流れ２４を与えるプロセスについて、より詳細に説明する。
【００１６】
燃焼器１６内の燃焼プロセスを始めるために、圧縮ＥＧＲ１８を、圧縮空気１４（燃焼器１６の１または複数の燃焼室内に噴射される）と混合しても良く、着火を起こしても良い。着火によって高温燃焼ガス２６が生成され、このガス２６によってガス・タービン・エンジン１０にパワーが供給される。より具体的には、高温燃焼ガス２６がタービン２８（たとえば、１または複数のタービン段）を通って流れ、タービン２８によって負荷１２がシャフト３０を介して駆動される。たとえば、燃焼ガス２６によって、推進力が（たとえば、対流、膨張などを介して）タービン２８内のタービン・ロータ・ブレードに加えられて、シャフト３０が回転しても良い。プロセス例では、燃焼器１６から出た高温燃焼ガス２６がタービン２８を通る。高温燃焼ガス２６は強制的にタービン２８内のタービン・ブレードに、シャフト３０を、ガス・タービン・エンジン１０の軸に沿って回転させる。例示したように、ドライブ・シャフト３０は、ガス・タービン・エンジン１０の種々の構成部品（たとえば、圧縮機２０）に接続されている。
【００１７】
ドライブ・シャフト３０は、タービン２８を圧縮機２０に接続してロータを構成しても良い。圧縮機２０は、ドライブ・シャフト３０に結合されたブレードを備えていても良い。その結果、タービン２８内のタービン・ブレードが回転すると、タービン２８を圧縮機２０に接続するドライブ・シャフト３０によって、圧縮機２０内のブレードが回転しても良い。この圧縮機２０内のブレードの回転によって、圧縮機２０はＥＧＲ供給源を圧縮して、圧縮ＥＧＲ流れ１８を生成する。圧縮ＥＧＲ流れ１８の一部を次に、燃焼器１６に供給して、他の燃焼成分と混合する。さらに加えて、前述したように、圧縮ＥＧＲ流れ１８の別個の部分を１または複数の別個のガス・タービン・エンジンに、移出ＥＧＲ２４として与える。シャフト３０は、負荷１２に加えてまたはその代わりに、圧縮機２０を駆動しても良い。一例としては、負荷１２は、とりわけ、発電機、プロペラ、変速機、または駆動システムであっても良い。
【００１８】
タービン２８が高温燃焼ガス２６から仕事を抽出したらすぐに、排気ガス３２の流れを排気部分３４に与えても良い。排気部分３４では、排気ガス３２を冷却しても良いしさらに処理しても良い。たとえば、排気部分３４は、一酸化炭素（ＣＯ）触媒、ＮＯｘ触媒、未燃炭化水素触媒、または任意の同様の金属系触媒（たとえば、白金系触媒）を含む触媒部分３６を備えていても良い。例示した実施形態においては、触媒部分３６は、排気ガス３２の流れ内のほとんどすべてのＮＯｘガスを破壊するように構成されたＮＯｘ触媒を含み、ＣＯ触媒を除いている。排気ガス３２の流れは次に、排気部分３４から排気ガス再循環（ＥＧＲ）流れ３８として出ても良い。ＥＧＲ流れ３８を次に、圧縮機２０によって圧縮して、燃焼器１６に圧縮ＥＧＲ流れ１８として与えるとともに、圧縮ＥＧＲ２４として移出する。移出ＥＧＲ２４を、たとえば、他のガス・タービン・エンジン、または不活性ガス（たとえば、実質的にＯ２が無いガス）を用いる他のプロセスに与えても良い。このようなプロセスとしては、石油増進回収、ガス製油所における難燃剤パージなどを挙げても良い。実際には、実質的にＯ２が無いガスを用いることから利益を得る任意のシステムが、本明細書において考えられる。
【００１９】
本実施形態において、圧縮ＥＧＲ流れ１８を分割して、第１の部分を燃焼器１６に与え、第２の部分を１または複数の他のガス・タービン・エンジンに移出ＥＧＲ流れ２４として与えても良い。１または複数のガス・タービン・エンジンは、従来のガス・タービン・エンジンを、ＥＧＲを１または複数の対応する燃焼室内に受け入れるために再配管または再構成したものであっても良い。図２は、ＥＧＲガス・タービン・エンジン１０を、１つのＥＧＲガス・タービン・エンジンと２つの他の別個のガス・タービン・エンジンとを備えるシステム５０において用いる一実施形態の説明図である。具体的には、システム５０は、第１のガス・タービン・エンジン５２と第２のガス・タービン・エンジン５４とを備える。これらは、ＥＧＲガス・タービン・エンジン１０からの移出されたＥＧＲ流れ２４を受け入れるように構成された領域を備える。第１および第２のガス・タービン・エンジン５２および５４については、後により詳細に説明する。
【００２０】
システム５０の動作中に、圧縮ＥＧＲ１８の流れが、ＥＧＲガス・タービン・エンジン１０の燃焼器１６内に流れ込む。燃焼器１６内では、空気１４および燃料１５を、ＥＧＲ流れ１８の存在下で化学量論的に燃焼させる。燃焼器１６内に存在する実質的にすべての酸素（Ｏ２）に着火する。その結果、結果としての高温燃焼ガス２６は、従来のガス・タービン・エンジンの場合と比べて、一酸化炭素（ＣＯ）の量が増加している場合があり、またＯ２が実質的に無い（たとえば、燃焼ガスの全体積を基準にして、約２、１．５、１、０．５、または０．２５％未満のＯ２を含む）場合がある。ＣＯの製造および使用方法については、後により詳細に説明する。それにもかかわらず、高温燃焼ガス２６を次に、タービン２８に送る。タービン２８は、高温燃焼ガス２６から仕事を抽出して、圧縮機２０および／または負荷１２を駆動する。その結果、排気ガス３２が発生する。
【００２１】
例示した実施形態によれば、排気ガス３２を次に、熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）５６に送る。ＨＲＳＧ５６は、図１に記載した排気部分３４として動作し、触媒部分３６を備えている。触媒部分３６は、ＮＯｘ触媒を含んでいる。ＨＲＳＧを用いる実施形態において、触媒部分３６の配置によって、少なくとも部分的に、触媒部分３６内で触媒によって排気ガス３２が処理される温度が決まることに注意されたい。たとえば、ＨＲＳＧ５６の前方部分において（たとえばタービン２８により近い部分において）、排気ガス３２は、ＨＲＳＧ５６の後方部分（たとえばタービン２８と反対側）よりも、蒸気、ガス膨張などを発生させる熱伝達が原因で熱くても良い。一例としては、触媒部分３６内のＮＯｘ触媒が、排気ガス３２を、約１０００〜１２００°Ｆの温度（たとえば、約１０００、１０５０、１１００、１１５０、または１２００°Ｆ）で処理しても良く、これは、触媒が行なうＮＯｘ破壊プロセスに対して優位な場合がある。前述したように、排気ガス３２は、ＣＯの大部分を含んでいても良い。いくつかの実施形態においては、燃焼中にＣＯをエネルギー源として用いることが望ましい場合がある。したがって、触媒部分３６内の触媒は、ＣＯの大部分を何ら破壊しなくても良い。すなわち、触媒部分３６はＣＯ触媒を除いても良い。ＣＯを燃料として用いることについては、第１および第２のガス・タービン・エンジン５２および５４の説明に関して、後により詳細に説明する。
【００２２】
排気ガス３２内の実質的にすべてのＮＯｘガスが破壊された後で、排気ガス３２は、ＨＲＳＧ５６を通りながら次第に冷却されていく。例示した実施形態においては、排気ガス３２を用いて高圧高温蒸気を生成しても良い。ＨＲＳＧ５６が生成した蒸気を次に、パワー発生用プラントの種々の特徴物に通しても良い。これについては、図６に関して、後により詳細に説明する。加えて、生成した蒸気を、蒸気を用いても良い任意の他のプロセス（たとえばガス化装置）に供給しても良い。ＥＧＲガス・タービン・エンジン１０のＨＲＳＧ５６は、付加的な冷却を可能にする拡張部分５８を備える特別に構成されたＨＲＳＧであっても良い。いくつかの実施形態においては、このような付加的な冷却は、種々のプロセス（たとえば、圧縮機２０内での蒸気生成および圧縮）の効率を増加させるのに望ましい場合がある。したがって、排気流３２を、約５０〜１５０°Ｆ（たとえば、約５０、６０、７０、８０、９０、１００、１１０、１２０、１３０、１４０、または１５０°Ｆ）まで冷却しても良い。さらに、いくつかのガス・タービン・エンジン構成とは違って、ＥＧＲガス・タービン・エンジン１０には排気筒がないことに注意されたい。むしろ、ＥＧＲガス・タービン・エンジン１０は、排気流３２をガス・タービン・エンジン・システム５０内に戻す。
【００２３】
その結果、排気流３２は、冷却された後に、導管６０内に入っても良い。導管６０は、ダクトまたは同様のガス通気孔であっても良い。導管６０は、排気流３２をＥＧＲガス・タービン・エンジン１０の圧縮機２０まで戻す。前述したように、圧縮機２０は、排気３２の流れを圧縮して圧縮ＥＧＲ流れ１８を生成する。本アプローチによれば、圧縮ＥＧＲ流れ１８は燃焼器領域６２内に入る。燃焼器領域６２は、ＥＧＲ流れ１８を２つ以上の部分に分離するための種々の特徴物（たとえば、バルブ、マニフォールドなど）を含んでいる。バルブによって、第１および第２のガス・タービン・エンジン５２および５４に送られるＥＧＲ流れ１８の相対量とともに、燃焼器１６内に入る圧縮空気１４の相対量を制御しても良い。
【００２４】
燃焼器１６に与えられるＥＧＲ流れ１８の量に対して移出ＥＧＲ２４の量は、少なくとも部分的に、システム５０内の別個のガス・タービン・エンジンの数と、化学量論的燃焼に適したＯ２に対するＥＧＲの量とによって、決定しても良い。たとえば、いくつかの実施形態においては、比率として約６０％ＥＧＲ対約４０％空気が、化学量論的燃焼（Ｏ２の実質的な全消費）に適している場合がある。したがって、ＥＧＲ流れ１８の約４０％±１０％が、第１および第２のガス・タービン５２および５４に対する移出ＥＧＲ２４であり、この代わりに、約４０％の圧縮空気１４の移入が第１および第２のガス・タービン・エンジン５２および５４から行なわれる。本実施形態によれば、ＥＧＲ移出２４の量および圧縮空気１４移入の量を、第１および第２のガス・タービン・エンジン５２および５４の間で実質的に等しく分けても良い。したがって、移出ＥＧＲ２４の約２０％が、各ガス・タービン・エンジン５２および５４に与えられる。同様に、空気の約２０％が、第１および第２のガス・タービン・エンジン５２および５４のそれぞれによって吸い込まれて、圧縮され、ＥＧＲガス・タービン・エンジン１０に移入圧縮空気１４として与えられる。ＥＧＲ対空気のおおよその比率は、ＥＧＲガス・タービン・エンジン１０以外のガス・タービン・エンジンの数によって実質的に不変のままであっても良いことに注意されたい。したがって、移入圧縮空気１４および移出ＥＧＲ２４の量を、１つ、２つ、３つ、４つ、またはそれ以上の別個のガス・タービン・エンジンに等しく分けて、それぞれが約４０、２０、１３．３、１０％、またはそれ以下をそれぞれ与えるようにしても良い。実際には、任意の数の別個のガス・タービン・エンジンを、開示した実施形態により任意の組み合わせで用いても良い。たとえば、ＥＧＲガス・タービン・エンジン１０は、ＥＧＲを複数のガス・タービン・エンジンのいずれか（たとえば、第１、第２、第３、第４などのいずれか）に与えて、圧縮空気を複数のうちのいずれかから受け取っても良い。さらに、複数のＥＧＲガス・タービン・エンジンを、比率を一様に分配してか、または分割した後に相応に一様に分配して、用いても良い。
【００２５】
システム５０の動作中に、空気１４が、燃焼器１６（燃焼器１６の燃焼室）に、圧縮空気導管６６を介して直接与えられる。圧縮空気導管６６は、第１および第２のガス・タービン・エンジン５２および５４を、ＥＧＲガス・タービン・エンジン１０と流体的に接続している。同様に、移出ＥＧＲ２４が圧縮ＥＧＲ導管６４を通して流れる。圧縮ＥＧＲ導管６４は、ＥＧＲガス・タービン・エンジン１０を、第１および第２のガス・タービン・エンジン５２および５４に流体的に接続している。具体的には、圧縮ＥＧＲ導管６４は、第１のガス・タービン・エンジン５２の第１のＥＧＲ入口６８と、第２のガス・タービン・エンジン５４の第２のＥＧＲ入口７０とに至る。同様の方法で、第１および第２のガス・タービン・エンジン５２および５４によって生成された圧縮空気１４が、圧縮空気導管６６に、第１の圧縮空気出口７２および第２の圧縮空気出口７４をそれぞれ介して、与えられる。
【００２６】
ＥＧＲガス・タービン・エンジン１０に与える圧縮空気１４を生成するために、第１および第２のガス・タービン・エンジン５２および５４は、空気（たとえば、周囲空気）を、対応する第１および第２の取り入れ空気７６および７８を通して吸い込む。第１のガス・タービン・エンジン５２の第１の空気圧縮機８０（たとえば、１または複数の圧縮段）と、第２のガス・タービン・エンジン５４の第２の空気圧縮機８２（たとえば、１または複数の圧縮段）とが、吸い込み空気を圧縮して圧縮空気１４を生成する。圧縮空気１４は、第１のガス・タービン・エンジン５２の第１の燃焼器領域８４（たとえば、燃焼ゾーンの上流）および第２のガス・タービン・エンジン５４の第２の燃焼器領域８６（たとえば、燃焼ゾーンの上流）内にあるが、圧縮空気１４の規定量（たとえば、約２１％）を、第１および第２の圧縮空気出口７２および７４内に引き出して、圧縮空気導管６６を通して送り、ＥＧＲガス・タービン・エンジン１０に、燃焼器１６内に噴射されるＯ２の単独の供給源として与えても良い。
【００２７】
第１および第２のガス・タービン・エンジン５２および５４内での燃料（たとえば燃料１５）の燃焼は、対応する第１および第２の燃焼器８８および９０内で行なわれる。移出ＥＧＲ２４は、第１および第２の燃焼器８８および９０の燃焼室内に直接与えられて、各燃焼室内で燃料の濃度を希釈する場合があることに注意されたい。実際には、各燃焼器８８、９０が複数の燃焼室を備えている場合には、移出ＥＧＲ２４をそれぞれに対して噴射しても良い。ＥＧＲの希釈効果によって、燃焼器８８、９０内でのピーク火炎温度が制御される場合がある。さらに加えて、第１および第２の燃焼器８８および９０内での燃焼から生じる燃焼ガス中に存在するＮＯｘのレベルが、希釈効果によって低下する場合がある。したがって、このような燃焼プロセスによって生成する燃焼ガス中のＮＯｘガスの平均濃度を低減できる場合がある（たとえば、約１、２、５、１０、または１５体積百万分率（ｐｐｍｖ）にすぎないＮＯｘまで）。
【００２８】
燃焼ガスが第１および第２の燃焼器８８および９０内で生成されたらすぐに、それは、第１のガス・タービン・エンジン５２の第１のガス・タービン９２と第２のガス・タービン・エンジン５４の第２のガス・タービン９４とに送られて、そこで、図１に関して前述したように、高温燃焼ガスから仕事が抽出される。第１および第２のガス・タービン９２および９４によって抽出された仕事は、１または複数の特徴物（たとえばガス・タービン９２、９４を対応する負荷９６および９８に接続するシャフト）の回転という結果になっても良い。その代わりにまたはそれに加えて、ガス・タービン９２および９４は、燃焼器８８および９０内で生成された燃焼ガスから仕事を抽出することによって、第１および第２のガス・タービン・エンジン５２および５４の対応する圧縮機８０、８２を駆動しても良い。
【００２９】
ＥＧＲガス・タービン・エンジン１０について前述したプロセスと同様の方法で、第１および第２のガス・タービン９２および９４によって高温燃焼ガスから仕事を抽出することによって、対応する排気ガス・流れが発生する。排気ガス・流れは次に、第１のガス・タービン・エンジン５２の第１のＨＲＳＧ１００と、第２のガス・タービン・エンジン５４の第２のＨＲＳＧ１０２とを通って進む。しかし、ＥＧＲガス・タービン・エンジン１０とは違って、第１および第２のＨＲＳＧ１００および１０２には、それぞれの前方部分に配置される対応する触媒部分はない。むしろ、各ガス・タービン・エンジンの第１の触媒部分１０４および第２の触媒部分１０６は、各触媒部分内での触媒の動作温度が原因で、各ＨＲＳＧの中央部分の方に配置される。たとえば、第１の燃焼器８８および第２の燃焼器９０内での燃焼によって生じる燃焼ガスに含まれるＯ２のレベルが、他の触媒タイプ（たとえばＮＯｘ触媒またはＯ２の存在によって実質的に影響される他の触媒）を用いることを排除するものであり得る場合には、第１の触媒部分１０４と第２の触媒部分１０６とは、ＣＯ触媒のみを含んでいても良い。しかしＮＯｘ削減の他の方法が本明細書で考えられることに注意されたい。たとえばアンモニアを用いた選択的触媒還元による方法である。それにもかかわらず、触媒部分１０４および１０６によって生成されたＮ２および／またはＣＯ２を、種々のプラント・プロセス（たとえば炭素捕捉）のために用いても良い。
【００３０】
排気ガスが第１および第２の触媒部分１０４および１０６を通ったらすぐに、排気ガスは、第１および第２のＨＲＳＧ１００および１０２を通って進むときに冷却され続ける。例示した実施形態においては、第１および第２のＨＲＳＧ１００および１０２が従来サイズであって、燃焼ガスの温度が、ＨＲＳＧ１００および１０２の端部に向かって約１５０〜２００°Ｆ（たとえば、約１５０、１６０、１７０、１８０、１９０、または２００°Ｆ）まで冷却されるようになっていても良い。排気ガスがＨＲＳＧ１００および１０２を通って進んだら、排気ガスは、第１および第２のガス・タービン・エンジン５２および５４から、第１の排気筒１０８および第２の排気筒１１０をそれぞれ介して、出ても良い。
【００３１】
前述したように、排気ガスには、Ｎ２およびＣＯ２が含まれている場合があり、これらを、ガス化プロセスにおける炭素捕捉用に用いても良いし、付加価値のあるガス・流れとして移出しても良い。システム５０がガス化プラントの一部である実施形態においては、第１および第２の排気筒１０８、１１０を、１または複数の吸収剤の列に、直接または間接的に接続しても良いことに注意されたい。たとえば、第１および第２の排気筒１０８、１１０をそれぞれ、導管を介して、炭素捕捉用の対応するＣＯ２吸収剤に接続しても良い。このような実施形態においては、本アプローチによって、従来の構成と比べて小型（たとえば例示した実施形態では約３３％のサイズ減少）のＣＯ２吸収剤によって好適に処理される場合がある冷却および／または圧縮排気ガスが提供されて有益な場合がある。その代わりにまたはそれに加えて、ＣＯ２吸収剤の数を減らしても良い。たとえば、例示した実施形態では３つから２つへである。ＣＯ２吸収剤のサイズ低減および／または数減少は、種々の因子に依存しても良い。たとえば、使用するガス・タービン・エンジンの数、処理に用いる溶媒のタイプおよび温度、ガス・タービン・エンジン上のＨＲＳＧのサイズなどである。
【００３２】
システム５０を、３つのガス・タービン・エンジン（ＥＧＲガス・タービン・エンジン１０、第１のガス・タービン・エンジン５２、および第２のガス・タービン・エンジン５４）を有するとして説明してきたが、本アプローチは、１または複数のＥＧＲガス・タービン・エンジンに加えて任意の数のガス・タービン・エンジンを用いるシステムにも適用可能であることに注意されたい。図３および４に、このような実施形態を２つ例示する。それらの対応するシステムは、２つおよび４つの全体的なガス・タービン・エンジンを、それぞれ有している。図３は、ＥＧＲガス・タービン・エンジン１０と第１のガス・タービン・エンジン５２とを有するシステム１２０の実施形態である。
【００３３】
前述したように、第１のガス・タービン・エンジン５２は、第１のＥＧＲ入口６８が第１の燃焼器８８内に直接配管されたガス・タービン・エンジンであっても良い。さらに、第１の燃焼器領域８４が配管されていて、圧縮空気１４の一部を第１の圧縮空気出口７２を介して取り出せるようになっている。システム１２０の動作モードは、システム５０の動作と同じかまたは同様であっても良いことに注意されたい。たとえば、ＥＧＲガス・タービン・エンジン１０の配管を、圧縮ＥＧＲ１８の約４０％±１０％の抜き取りが（移出ＥＧＲ２４として）第１のガス・タービン・エンジン５２に送られるように行なっても良い。実際には、ＥＧＲと化学量論的燃焼に適した圧縮空気とのほぼ６０〜４０の比率が、前述したように、ガス・タービン・エンジンの数にかかわらず実質的に不変のままである。したがって、図２のように圧縮空気１４の約２０％が第１の燃焼器領域８４から取り出されるのではなくて、システム１２０の実施形態では約４０％がそのように取り外される。したがって、圧縮ＥＧＲ１８の約４０％が（移出ＥＧＲ２４として）第１の燃焼器８８に第１のＥＧＲ入口６８を介して与えられ、圧縮空気１４の約４０％が、圧縮空気導管６６内に第１の圧縮空気出口７２を介して引き出される。６０〜４０の比率は化学量論的燃焼に適しているが、圧縮空気１４および移出ＥＧＲ２４の相対量は、たとえば約４０％±１０％の間で変動しても良いことに注意されたい。
【００３４】
前述したように、図４に、４つの全体的なガス・タービン・エンジン（１つのＥＧＲガス・タービン・エンジンおよび３つのガス・タービン・エンジン）を有するシステム１３０を示す。システム１３０は、ＥＧＲガス・タービン・エンジン１０を備えている。ＥＧＲガス・タービン・エンジン１０は、１または複数のガス・タービン・エンジン、第１のガス・タービン・エンジン５２、第２のガス・タービン・エンジン５４、および第３のガス・タービン・エンジン１３２にＥＧＲを移出して、それらから圧縮空気を受け取る。システム１３０は、図２および３に関してそれぞれ前述したシステム５０および１２０と同様かまたは同じ方法で動作しても良いことに注意された。しかしシステム１３０の場合は、異なる量の圧縮空気１４および移出ＥＧＲ２４が、各ガス・タービン・エンジンから送られてそれらに送出される。
【００３５】
たとえば、ＥＧＲ燃焼器領域６２から流れる移出ＥＧＲ２４は依然として、ＥＧＲ圧縮機２０から出る圧縮ＥＧＲ１８全体の約４０％±１０％に相当していても良い。しかし、図２の場合と同様に各ガス・タービンに約２０％を送出するのでも、図３の場合と同様に４０％を送出するのでもなくて、第１、第２、および第３のガス・タービン・エンジン５２、５４、および１３２がそれぞれ、圧縮ＥＧＲ流れ１８全体の約１３．３％（約４０％±１０％を３つのガス・タービン・エンジンに実質的に等しく分配する）を受け取る。
【００３６】
したがって、図２のシステム５０の動作に関して前述したプロセスに加えて（プロセスと実質的に同時に）、第３のガス・タービン・エンジン１３２は、圧縮されたＥＧＲ導管６４から第３のＥＧＲ入口１３４を介して移出ＥＧＲ２４を受け取る。逆に、第３のガス・タービン・エンジン１３２によって生成される圧縮空気１４の一部は、第３の圧縮空気出口１３６内へと出て、圧縮空気導管６６内へと入る。圧縮空気１４はその後、ＥＧＲガス・タービン・エンジン１０の燃焼器１６内に直接送出される。
【００３７】
第１および第２のガス・タービン・エンジン５２および５４と同様に、第３の圧縮ＥＧＲ入口１３４と第３の圧縮空気出口１３６とは両方とも、第３の燃焼器領域１３８内に配置されている。第３の燃焼器領域１３８は、第３の取り入れ空気１４０の下流に、第３の空気圧縮機１４２と第３の燃焼器１４４との間に配置されている。具体的には、第３の圧縮空気出口１３６は、第３の燃焼器１４４のすぐ上流に配置されて、第３の取り入れ空気１４０内に入る空気が第３の圧縮機１４２によって圧縮されるようになっている。圧縮空気１４は次に、実質的に即座に分割されて、一部は第３の燃焼器１４４に送出され、別の部分は圧縮空気１４として移出されてＥＧＲガス・タービン１０の燃焼器１６に直接送出される。
【００３８】
第３の燃焼器１４４に送られた圧縮空気１４の部分は、第３の燃焼器１４４内に直接送出される移出ＥＧＲ２４と混合し、炭素質の燃料と一緒に燃焼される。前述のように、移出ＥＧＲ２４は、ＣＯを含んでいても良いことに注意されたい。ＣＯは燃料として用いることができる。第３の燃焼器１４４内での燃焼プロセスによって、高温燃焼ガスが生成される。高温燃焼ガスは第３のタービン１４６に入る。第３のタービン１４６では、高温燃焼ガスから仕事が抽出されて、排気ガスが出力される。このプロセスによって、第３の圧縮機１４２および／または第３の負荷１４８が駆動される。
【００３９】
第３のタービン１４６から出た排気ガスは次に、第３の触媒部分１５２を有する第３のＨＲＳＧ１５０に送られる。図２に関して前述した第１および第２のガス・タービン・エンジン５２および５４と同様に、第３の触媒部分１５２は、排気ガス中に存在する実質的にすべてのＣＯを破壊してＣＯ２を生成するように構成されたＣＯ触媒を含んでいる。第３の触媒部分１５２内のＣＯ触媒は、約５００〜７００°Ｆ（たとえば、約５００、６００、または７００°Ｆ）の温度で動作して、ＮＯｘおよびＣＯからＣＯ２およびＮ２を生成しても良い。したがって、排気ガスは、移出ＥＧＲ２４による希釈を介して、また第３の触媒部分１５２との処理によって、含まれるＮＯｘのレベルが、従来の構成（たとえば、約１０〜４０％またはそれ以下）と比べて、低い場合がある。第３の触媒部分１５２が排気ガスを処理したらすぐに、第３の排気筒１５４によって排気ガスは、内用または外用に備えて、第３のガス・タービン・エンジン１３２を出ることができる。たとえば、ＣＯ２含有で実質的にＮＯｘが無い排気ガス（たとえば、約２、５、１０、または１５体積百万分率（ｐｐｍｖ）にすぎないＮＯｘ）には、多くの用途（たとえば、化学合成、炭素捕捉および／またはガス化に対する移出）があり得る。
【００４０】
したがって、本アプローチは、前述のガス・タービン・エンジン・システム実施形態に関連して説明しているが、ガス・タービン・エンジン・システムの動作方法１７０も提供している。これを図５に、プロセス・フロー図として例示する。前述したように、本明細書で説明したアプローチは、システム内の任意の数のガス・タービン・エンジンに適用可能であり、ガス・タービン・エンジンのうちの少なくとも１つは、１または複数の別個のガス・タービン・エンジンから圧縮空気を受け取って（ブロック１７２）、直接その燃焼器内に入れる化学量論的ＥＧＲガス・タービン・エンジンである。ＥＧＲガス・タービン・エンジンは、燃料混合物を化学量論的に燃焼させる（ブロック１７４）。燃料混合物は、Ｏ２と圧縮排気ガスとの混合物であっても良いことは、前述した通りである。こうして、結果としての燃焼ガスは、実質的にＯ２が無い場合があり、非化学量論的な燃焼プロセスと比べて高いレベルのＣＯを含んでいる場合がある。
【００４１】
燃焼が行なわれるとすぐに（ブロック１７４）、結果としての燃焼ガスがガス・タービンに送られて、そこで高温燃焼ガスから仕事が抽出される（ブロック１７６）。前述したように、高温燃焼ガスによって、ガス・タービン内でブレードの回転が生じても良く、その結果、シャフトが回転して圧縮機および／または別の負荷が駆動される。高温燃焼ガスから仕事が抽出されたらすぐに（ブロック１７６）、結果としての排気ガスの処理が、たとえば、触媒によって行なわれる（ブロック１７８）。触媒は、排気ガス中のＮＯｘのレベルを減らすようにデザインされたＮＯｘ触媒であっても良い。さらに、ＮＯｘ触媒は、排気ガス中のＣＯの濃度に対しては何ら実質的な効果がなくても良い。なぜならば、ＣＯは、後のステップにおいて燃料として用いても良いからである。いくつかの実施形態においては、排気ガスには、実質的にＯ２が何ら含まれていない場合がある。なぜならば、燃焼の後に余分なＯ２があると（すなわち、非化学量論的な燃焼）、ＮＯｘ触媒に対して有害な影響が及ぼされる場合があるからである。
【００４２】
ＮＯｘ触媒による処理の後（ブロック１７８）、排気ガスは排気部分（たとえばＨＲＳＧ）を通っても良い。排気部分では、排気ガスが冷却される一方で、熱伝達によって蒸気を生成する（ブロック１８０）。たとえば、排気ガスは、図２に関して前述したように、約５０〜１００°Ｆまで冷却しても良い。冷却時に（ブロック１８０）、排気ガスは再循環されてＥＧＲガス・タービン・エンジンまで戻る（ブロック１８２）。一例としては、排気ガスを再循環して、ＥＧＲガス・タービン・エンジンの圧縮機の入口まで戻しても良い。排気ガスを再循環してＥＧＲガス・タービン・エンジンまで戻した後に、排気ガスを圧縮する（ブロック１８４）。圧縮は、たとえば、少なくとも部分的にガス・タービンによって駆動される圧縮機によって行なう。本アプローチによれば、結果としての圧縮排気ガス再循環（ＥＧＲ）を次に、第１の部分と第２の部分とに分ける。１つの部分は、１または複数の別個のガス・タービン・エンジンに送り（ブロック１８６）、そこで、圧縮ＥＧＲを、それぞれの対応する燃焼器内に直接噴射する。一実施形態においては、この部分は、全圧縮ＥＧＲの約４０％±１０％に相当する。前述したように、圧縮ＥＧＲの移出部分は、１または複数の別個のガス・タービン・エンジンの燃焼器内において希釈効果を有していても良い。移出部分はＣＯを含んでいても良い。ＣＯは燃料として用いても良い。
【００４３】
圧縮ＥＧＲの第１の部分を、１または複数の別個のガス・タービン・エンジンに与え（ブロック１８６）、一方で、圧縮ＥＧＲの別の部分を、ＥＧＲガス・タービン・エンジンの燃焼器に与える（ブロック１８８）。いくつかの実施形態においては、圧縮ＥＧＲの第２の部分は、全圧縮ＥＧＲの約６０％±１０％に相当する。圧縮ＥＧＲの第２の部分がＥＧＲガス・タービン・エンジンの燃焼器内に与えられる（ブロック１８８）とすぐに、方法１７０は燃料混合物を燃焼させることに回帰して（ブロック１７４）、前述したその後の行為を始める。さらに、圧縮ＥＧＲをＥＧＲガス・タービン・エンジンの燃焼器に提供する行為（ブロック１８８）と、１または複数の別個のガス・タービン・エンジンから圧縮空気を受け取る行為（ブロック１７２）とは、実質的に同時に行なっても良いことに注意されたい。
【００４４】
前述の説明では、２つ以上のガス・タービン・エンジンを用いるシステムに言及しており、ガス・タービン・エンジンのうちの少なくとも１つはＥＧＲガス・タービン・エンジンである。ＥＧＲガス・タービン・エンジンは、ＥＧＲを他のガス・タービン・エンジンの対応する燃焼器に移出し、圧縮空気をその燃焼器内に直接受け取る。このような構成は種々のシナリオ（たとえばパワーを発生させるように構成されたシステム）で具体化しても良い。図６を参照して、前述したアプローチの具体化の一例を示す。図は、ガス化複合発電パワー・プラント２００の概略図である。ＩＧＣＣシステム２００には、合成ガス（すなわち、シンガス）によってパワー供給しても良い。ＩＧＣＣシステム２００の要素には、ＩＧＣＣシステム２００に対するエネルギー供給源として用いても良い燃料源２０２（たとえば固体供給物）が含まれていても良い。燃料源２０２としては、石炭（たとえば、低硫黄含有石炭）、石油コークス、バイオマス、木質材料、農業廃棄物、タール、コークス炉ガス、およびアスファルト、または他の炭素含有物品を挙げても良い。
【００４５】
燃料源２０２の固体燃料を、供給原料調製ユニット２０４に送っても良い。供給原料調製ユニット２０４は、たとえば、燃料源２０２のサイズ変更または再形成を、燃料源２０２をチョッピング、ミリング、細断、粉砕、ブリケッティング、またはパレット化して供給原料を作ることによって、行なっても良い。さらに、供給原料調製ユニット２０４において水または他の好適な液体を燃料源２０２に加えて、スラリ供給原料を形成しても良い。他の実施形態においては、燃料源に液体を加えないことによって、乾燥した供給原料を形成する。
【００４６】
供給原料を、供給原料調製ユニット２０４からガス化装置２０６に送っても良い。ガス化装置２０６は、供給原料をシンガス（たとえば一酸化炭素（ＣＯ）と水素（Ｈ２）との組み合わせ）に変換しても良い。ガス化装置２０６内部の温度は、供給原料を形成するために用いる燃料源２０２に応じて、熱分解プロセスの間に約１５０°Ｃ〜７００°Ｃの範囲であっても良い。
【００４７】
燃焼プロセスがガス化装置２０６内で起こっても良い。燃焼には、酸素を炭および残留ガスに導入することが含まれていても良い。炭および残留ガスは酸素と反応して、二酸化炭素（ＣＯ２）およびＣＯを形成することによって、後続のガス化反応に対する熱を発生させても良い。燃焼プロセスの間の温度は、約７００°Ｃ〜１６００°Ｃの範囲であっても良い。次に、ガス化ステップの間に蒸気をガス化装置２０６内に導入しても良い。炭はＣＯ２および蒸気と反応して、ＣＯおよびＨ２を、約８００°Ｃ〜１１００°Ｃの範囲の温度において生成しても良い。本質的に、ガス化装置は、蒸気および酸素を用いて供給原料の一部を「燃焼」させて、ＣＯおよびエネルギーを生成することができ、これらによって、さらなる供給原料をＨ２および付加的なＣＯ２に変換する第２の反応が推進される。
【００４８】
ガス混合物がガス化装置２０６内で生成される。ガス混合物は、未処理の、原料のままの、または硫黄分の多いシンガスであると考えても良く、また最大で約２０体積パーセントのＨ２Ｓを含んでいても良い。またガス化装置２０６はスラグ２０８を生成しても良い。スラグ２０８は灰材料を濡らしても良い。スラグ２０８をガス化装置２０６から除去して、道路基盤または別の建築材料として用いても良い。ガス混合物を次に、ガス処理ユニット２１０に送って、種々の非シンガス成分の除去を図る。
【００４９】
一般的に、ガス処理ユニット２１０は、未処理のシンガスを受け取って、多くのガス（たとえば、ＨＣ、ＨＦ、ＣＯＳ、ＨＣＮ、およびＨ２Ｓ）を未処理のシンガスから除去しても良い。さらに、ガス処理ユニット２１０は、Ｈ２Ｓリッチ・ガスをイオウ・プロセッサ２１２（たとえばクラウス（Ｃｌａｕｓ）反応器）に送っても良い。Ｈ２Ｓガスをイオウ・プロセッサ２１２によって処理して、イオウ２１４を移出用に生成しても良い。塩２１６を、未処理のシンガスから水処理ユニット２１８によって分離しても良い。水処理ユニット２１８は、浄水技術を用いて未処理のシンガスから利用可能な塩２１６を生成するものである。
【００５０】
またガス処理ユニット２１０を、二酸化炭素（ＣＯ２）捕捉を行なうように構成しても良い。一実施形態においては、ガス・タービン・エンジン・システム（たとえばシステム５０、１２０、または１３０）によって生成されるＣＯ２含有排気ガスを、ガス処理ユニットに接続されるかまたはその中にある特徴物２１０に与えて、その後の精製および炭素隔離に備えても良い。これについては、ガス・タービン・エンジン構成に関して以下で詳細に説明する。前述したいくつかのプロセスの後でおよび／またはそれらと実質的に同時に、ガス処理ユニット２１０から経路２２０に沿って出たガスは、処理され、硫黄分除去され、および／または浄化されたシンガスと考えても良い。すなわち、シンガスは実質的にイオウとともに残りのガス成分が無い場合がある。
【００５１】
ガス処理ユニット２１０を出る処理後シンガスは、燃料として用いるのに十分な純度の場合がある。たとえば、いくつかの実施形態においては、ガス処理ユニット２１０を出た処理後シンガスは、約０〜１０％のＣＯ２を含んでいても良い。さらに、残りの体積は、だいたい１：１〜４：１モル比のＨ２対ＣＯであっても良い。本明細書で説明した実施形態によれば、処理後シンガスを、経路２２０に沿ってガス・タービン・エンジン・システム１２０に送る。これについては、図２および３に関して前述している。前述したように、ガス・タービン・エンジン・システムには、一般的に、処理後シンガスと、圧縮空気と、ＥＧＲガス・タービン・エンジン１０からの移出ＥＧＲ２４との混合物を燃焼させるように構成されたガス・タービン・エンジン５２が含まれている。またシステム１２０には、ＥＧＲガス・タービン・エンジン１０も含まれている。ＥＧＲガス・タービン・エンジン１０は、第１のガス・タービン・エンジン５２から圧縮空気１４を受け取り、移出ＥＧＲ２４の流れをガス・タービン・エンジン５２に送る。
【００５２】
ＩＧＣＣシステム２００の動作中に、処理後シンガスが、第１の燃焼器８８（たとえば、第１のガス・タービン・エンジン５２の燃焼室）に可燃性燃料として直接与えられる。また圧縮窒素２２２を、第１の燃焼器８８に、たとえば希釈窒素（ＤＧＡＮ）圧縮機を介して与えても良い。第１の燃焼器８８は、燃料（たとえば処理後シンガス）を受け取る。燃料は、加圧した状態で燃料ノズルから噴射しても良い。処理後シンガス燃料を、圧縮空気１４（図２）とともに圧縮窒素２２２と混合して、燃焼させても良い。燃焼によって、高温加圧排気ガスを発生させても良い。ＩＧＣＣシステム２００（より具体的には、ガス・タービン・エンジン・システム１２０）の初期始動において、処理済みシンガスをＥＧＲガス・タービン・エンジン１０に与えて、排気ガスを最初に発生させても良いことに注意されたい。これを、波線の流れ２２４として示す。その代わりにおよび／またはそれに加えて、圧縮空気１４は、このような目的のために処理後シンガスの一部を運んでも良い。
【００５３】
前述したように、ＥＧＲガス・タービン・エンジン１０の燃焼器１６は、圧縮した移出ＥＧＲ２４を第１の燃焼器８８内に送る。第１の燃焼器８８内での燃焼時に、結果としての燃焼ガスを第１のタービン９２に送る。第１の燃焼器８８からの燃焼ガスが第１のタービン９２を通るときに、排気ガスによって強制的に、タービン９２内のタービン・ブレードが、第１のドライブ・シャフト２２６を第１のガス・タービン・エンジン５２の軸に沿って回転させても良い。図１に関して説明したＥＧＲガス・タービン・エンジン１０の場合と同様に、ドライブ・シャフト２２６は、第１のガス・タービン・エンジン５２の種々の構成部品（たとえば、第１の圧縮機８０）に接続されている。結果としての排気ガスは次に、第１のタービン９２を出て、第１のＨＲＳＧ１００に送られる。これは、図２に前述した通りである。
【００５４】
またＩＧＣＣシステム２００は、第１のＨＲＳＧ１００によって生成された蒸気の少なくとも一部を用いる蒸気タービン・エンジン２２８を備えていても良い。したがって、蒸気タービン・エンジン２２８によって負荷２３０を駆動しても良い。負荷２３０は、電力を発生させるための発電機であっても良い。ガス・タービン・エンジン１０および５２と蒸気タービン・エンジン２２８とが、例示した実施形態に示すように別個の負荷を駆動しても良いが、タービン・エンジン１０、５２、および２２８一列に並べて用いて、単一軸を介して単一負荷を駆動しても良いことに注意されたい。蒸気タービン・エンジン２２８とともにガス・タービン・エンジン１０および５２の具体的な構成は、具体化に固有であっても良く、また部分の任意の組み合わせを含んでいても良い。
【００５５】
動作中に、蒸気タービン・エンジン２２８から排気ガスが発生しても良い。排気ガスには、低圧蒸気または凝縮水が含まれていても良い。たとえば蒸気タービン・エンジン２２８の低圧部分からの排気ガスを、凝縮器２３２内に送っても良い。凝縮器２３２は、冷却塔２３４を用いて温水を冷水に替えても良い。冷水はまた凝縮プロセスを助ける。凝縮器２３２からの凝縮物を次に、第１のＨＲＳＧ１００内に送っても良い。第１のガス・タービン・エンジン９２によって発生し、第１のＨＲＳＧ１００内に送られた高温排気ガスによって、凝縮器２３２からの水が加熱されて蒸気が生成される。排気ガスは次に、第１のＨＲＳＧ１００を排気筒１０８を介して出てから、いくつかの実施形態において、排気流２３６としてガス処理ユニット２１０の炭素捕捉部分に送られて、捕捉ＣＯ２２３８を生成する。さらに、排気の全部または一部が、排気筒１０８から大気に排気ガス２４０として出ても良いことに注意されたい。
【００５６】
第１のＨＲＳＧ１００によって生成された蒸気は、高圧高温蒸気であっても良い。蒸気タービン・エンジン２２８に与えることに加えて、生成された蒸気を、蒸気を用いても良い任意の他のプロセス（たとえばガス化装置２０６）に供給しても良い。ガス・タービン・エンジン・システム１２０発生サイクルは「トッピング・サイクル」と言われることが多く、一方で、蒸気タービン・エンジン２２８発生サイクルは「ボトミング・サイクル」と言われることが多い。図６に例示したこれら２つのサイクルを組み合わせることによって、ＩＧＣＣシステム２００は、両方のサイクルにおいてより大きな効率に至る場合がある。特に、トッピング・サイクルからの排熱を取り込み、それを用いて、ボトミング・サイクルで用いる蒸気を生成しても良い。
【００５７】
蒸気タービン・エンジン、凝縮器、冷却塔、および発電機の存在を、第１のガス・タービン・エンジン５２に関連して説明してきたが、ＥＧＲガス・タービン・エンジン１０のＨＲＳＧ５６を、同様の対応する特徴物に結合しても良いことに注意されたい。実際には、いくつかの実施形態においては、ＨＲＳＧ５６およびＨＲＳＧ１００は、同じ蒸気タービン、負荷などを駆動しても良い。したがって、多くの構成が可能であっても良く、ＥＧＲガス・タービン・エンジン１０および第１のガス・タービン・エンジン５２（およびいくつかの構成では他のガス・タービン・エンジン）が、共通のまたは同じ特徴物（たとえば、これらに限定されないが、負荷、蒸気タービン・エンジン、冷却塔、凝縮器など）を共有しても良いことを理解されたい。
【００５８】
この書面の説明では、実施例を用いて、本発明を、ベスト・モードも含めて開示するとともに、どんな当業者も本発明を実施できるように、たとえば任意の装置またはシステムを作りおよび用いること、ならびに取り入れた任意の方法を実行することができるようにしている。本発明の特許可能な範囲は、請求項によって定められるとともに、当業者に想起される他の実施例を含んでいても良い。このような他の実施例は、請求項の文字通りの言葉使いと違わない構造要素を有するか、または請求項の文字通りの言葉使いとの差が非実質的である均等な構造要素を含む場合には、請求項の範囲内であることが意図されている。
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示する主題は、ガス・タービン・エンジン内で排気ガスを用いることに関する。具体的には、排気ガスを、再循環した作動流体として用いて、１または複数のガス・タービン・エンジン内での化学量論的燃焼を図る。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、ガス・タービン・エンジンは、圧縮空気と燃料との混合物を燃焼させて燃焼ガスを生成する。燃焼ガスは、１または複数のタービン段を通って流れて、負荷および／または圧縮機に対するパワーを発生させる場合がある。燃焼ガスには、種々の燃焼副生成物、たとえば一酸化炭素（ＣＯ）、亜酸化窒素およびその誘導体（ＮＯｘ）、二酸化炭素（ＣＯ２）などが含まれている場合がある。これらの副生成物（または排出物）は一般的に規制を受けるが、このような規制はますます厳しくなりつつある。しかしながら、排出物削減技術は、性能または効率の低下につながることが多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第４，３１３，３００号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
排気ガスを、再循環した作動流体として用いて、１または複数のガス・タービン・エンジン内での化学量論的燃焼を図る。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
当初に請求される発明と範囲において見合っているある実施形態を以下にまとめる。これらの実施形態は、請求される発明の範囲を限定することは意図されておらず、むしろこれらの実施形態は、本発明の可能な形態の簡単な概要を与えることのみが意図されている。実際には、本発明は、以下に述べる実施形態と同様の場合も異なる場合もある種々の形態を包含する場合がある。
【０００６】
一実施形態においては、第１の混合物を燃焼させて第１の燃焼ガスを生成するように構成された第１の燃焼器と、第１の燃焼ガスから仕事を抽出して第１の排気ガスを出力するように構成された第１のタービンと、第１の排気ガスを圧縮して圧縮排気ガスを発生させるように構成された第１の圧縮機とを備える第１のガス・タービン・エンジンを有するシステムが提供される。第１のガス・タービン・エンジンは、圧縮排気ガスの第１の部分を第１の燃焼器に送り、第１のガス・タービン・エンジンは、圧縮排気ガスの第２の部分を第２のガス・タービン・エンジンに送るように構成される。
【０００７】
別の実施形態においては、第１のガス・タービン・エンジンを備えるシステムが提供される。第１のガス・タービン・エンジンは、空気を取り入れて第１の圧縮空気を生成するように構成された第１の圧縮機と、第１の混合物を燃焼させて第１の燃焼ガスを生成するように構成された第１の燃焼器とを有する。第１の混合物は、第１の燃料と、第１の圧縮空気の少なくとも第１の部分と、第２のガス・タービン・エンジンからの第２の燃焼ガスと、を有する。また第１のガス・タービン・エンジンは、第１の燃焼ガスから仕事を抽出するように構成された第１のタービンを備える。
【０００８】
さらなる実施形態においては、ガス・タービン・エンジン・システムの動作方法が提供される。本方法は、第１のガス・タービン・エンジンの第１の燃焼器内で燃料混合物を燃焼させて燃焼ガスを生成することと、第１のガス・タービン・エンジンの第１のタービンを用いて燃焼ガスから仕事を抽出して排気ガスを発生させることと、第１のガス・タービン・エンジンの圧縮機を用いて排気ガスを圧縮して圧縮排気ガスを発生させることと、を含む。圧縮排気ガスの第１の部分を第１の燃焼器に戻して、圧縮排気ガスの第２の部分を１または複数の別個のガス・タービン・エンジンに与える。
【０００９】
本発明のこれらおよび他の特徴、態様、および優位性は、以下の詳細な説明を添付図面を参照して読むことでより良好に理解される。なお図面の全体に渡って同様の文字は同様の部品を表わす。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示の一実施形態により排気ガスを作動流体として用いるために再循環させるように構成されたガス・タービン・エンジンの概略図である。
【図２】本開示の一実施形態により、３つの相互接続されたガス・タービン・エンジンを有するガス・タービン・エンジン・システムの概略図であって、ガス・タービン・エンジンのうちの１つは、排気ガスを作動流体として用いるために再循環させるように構成されている図である。
【図３】本開示の一実施形態により、２つの相互接続されたガス・タービン・エンジンを有するガス・タービン・エンジン・システムの概略図であって、ガス・タービン・エンジンのうちの１つは、排気ガスを作動流体として用いるために再循環させるように構成されている図である。
【図４】本開示の一実施形態により、４つの相互接続されたガス・タービン・エンジンを有するガス・タービン・エンジン・システムの概略図であって、ガス・タービン・エンジンのうちの１つは、排気ガスを作動流体として用いるために再循環させるように構成されている図である。
【図５】本開示の一実施形態により、排気ガスを燃焼燃料として用いるために再循環させるように構成されたガス・タービン・エンジンの動作の方法のプロセス・フロー図である。
【図６】再循環された排気ガスの化学量論の燃焼を行なうように構成された１または複数のガス・タービン・エンジンを有するガス化複合発電（ＩＧＣＣ）プラントのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の１または複数の特定の実施形態について説明する。これらの実施形態について簡潔に説明するために、本明細書では実際の具体化のすべての特徴については説明しない場合がある。当然のことながら、任意のこのような実際の具体化を開発する際には、任意のエンジニアリングまたはデザイン・プロジェクトの場合と同様に、開発者の具体的な目標たとえばシステム関連およびビジネス関連の制約と適合することを達成するために、具体化に固有の多数の決定を行なわなければならない。具体的な目標は具体化ごとに変わる場合がある。また当然のことながら、このような開発努力は、複雑で時間がかかる場合があるが、それでも、本開示の利益を受ける当業者にとってはデザイン、作製、および製造の日常的な取り組みであろう。
【００１２】
本発明の種々の実施形態の要素を導入するとき、冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、および「前記」は、要素の１つまたは複数が存在することを意味することが意図されている。用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「有する（ｈａｖｉｎｇ）」は、包含的であることが意図されており、列記された要素以外の付加的な要素が存在していても良いことを意味する。
【００１３】
本開示は一般的に、ガス・タービン・エンジンにおける化学量論的排気ガス再循環（ＳＥＧＲ）に向けられる。１つの具体化においては、２つのガス・タービン・エンジンはそれらの圧縮機内に空気を吸い込む。各圧縮機から空気の約２１％が抽出されて、管を通して第３のガス・タービン・エンジンに送られる。第３のガス・タービン・エンジンでは、この空気が１または複数のＳＥＧＲ燃焼器に供給されて、再循環された排気ガス（排気ガス再循環（ＥＧＲ））と混合され、化学量論的に燃焼される（すなわち、実質的に残存Ｏ２は残さない）。燃焼の生成物は、第３のガス・タービン・エンジンのタービンを通り、ＮＯｘ触媒（ガス内の実質的にすべてのＮＯｘを破壊する）を通る。排気ガスは次に、熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）を通って、第３のガス・タービン・エンジンの入口に再循環される。
【００１４】
一実施形態においては、第３のガス・タービン・エンジン圧縮機は排気ガスのみを圧縮する。排気ガスの約４２％が第３のガス・タービン・エンジンの圧縮機から抽出されて、分割され、最初の２つのガス・タービン・エンジンに送られる。最初の２つのガス・タービン・エンジン内で、排気ガス再循環（ＥＧＲ）は燃料および空気と混合される。ＥＧＲからのＯ２は実質的に無いため、ＥＧＲは希釈剤として働くことができる。したがって、最初の２つのガス・タービン・エンジン内で燃焼中に発生する副産物ガス（たとえばＮＯｘ）の全体濃度が下がる場合がある。いくつかの具体化においては、このような構成から生じるＮＯｘ排出物は、３つのガス・タービン・エンジンが実質的に等しいレベルのＥＧＲで動作する場合（たとえば３つのガス・タービン・エンジンがすべて等しく構成されている場合）よりも、約３分の１（１／３）を超えて低い場合がある。
【００１５】
本実施形態によれば、これらおよび他のプロセスは、排気ガス再循環および燃焼を行なうように構成された特徴物を有するガス・タービン・エンジンによって、実行または促進しても良い。図１に、このようなガス・タービン・エンジンの一実施形態を例示する。図１は、排気ガス再循環（ＥＧＲ）ガス・タービン・エンジン１０の一実施形態のブロック図である。一例としては、ＥＧＲガス・タービン・エンジン１０は複合サイクル・システムの一部であっても良い。ＥＧＲガス・タービン・エンジン１０は一般的に、圧縮空気１４と燃料１５（たとえば、天然ガス、軽または重蒸留油、ナフサ、原油、残留油、またはシンガス）との混合物を燃焼させることによって負荷１２を駆動するように構成されている。燃焼は、燃焼器１６内で行なわれる。燃焼器１６は、１または複数の燃焼室を備えていても良い。従来のガス・タービン・エンジンとは違って、ＥＧＲガス・タービン・エンジン１０は、取り入れ空気を圧縮機２０（たとえば、１または複数の圧縮段）内に含まなくても良いことに注意されたい。むしろ、燃焼器１６は、圧縮機２０によって与えられる圧縮ＥＧＲ１８の流れを受け取る。燃焼器１６は圧縮ＥＧＲ１８の流れの一部を受け取るが、別の部分が、１または複数の別個のガス・タービン・エンジンに、圧縮ＥＧＲ移出流れ２４として与えられる。図２〜４に関して、圧縮ＥＧＲ移出流れ２４を与えるプロセスについて、より詳細に説明する。
【００１６】
燃焼器１６内の燃焼プロセスを始めるために、圧縮ＥＧＲ１８を、圧縮空気１４（燃焼器１６の１または複数の燃焼室内に噴射される）と混合しても良く、着火を起こしても良い。着火によって高温燃焼ガス２６が生成され、このガス２６によってガス・タービン・エンジン１０にパワーが供給される。より具体的には、高温燃焼ガス２６がタービン２８（たとえば、１または複数のタービン段）を通って流れ、タービン２８によって負荷１２がシャフト３０を介して駆動される。たとえば、燃焼ガス２６によって、推進力が（たとえば、対流、膨張などを介して）タービン２８内のタービン・ロータ・ブレードに加えられて、シャフト３０が回転しても良い。プロセス例では、燃焼器１６から出た高温燃焼ガス２６がタービン２８を通る。高温燃焼ガス２６は強制的にタービン２８内のタービン・ブレードに、シャフト３０を、ガス・タービン・エンジン１０の軸に沿って回転させる。例示したように、ドライブ・シャフト３０は、ガス・タービン・エンジン１０の種々の構成部品（たとえば、圧縮機２０）に接続されている。
【００１７】
ドライブ・シャフト３０は、タービン２８を圧縮機２０に接続してロータを構成しても良い。圧縮機２０は、ドライブ・シャフト３０に結合されたブレードを備えていても良い。その結果、タービン２８内のタービン・ブレードが回転すると、タービン２８を圧縮機２０に接続するドライブ・シャフト３０によって、圧縮機２０内のブレードが回転しても良い。この圧縮機２０内のブレードの回転によって、圧縮機２０はＥＧＲ供給源を圧縮して、圧縮ＥＧＲ流れ１８を生成する。圧縮ＥＧＲ流れ１８の一部を次に、燃焼器１６に供給して、他の燃焼成分と混合する。さらに加えて、前述したように、圧縮ＥＧＲ流れ１８の別個の部分を１または複数の別個のガス・タービン・エンジンに、移出ＥＧＲ２４として与える。シャフト３０は、負荷１２に加えてまたはその代わりに、圧縮機２０を駆動しても良い。一例としては、負荷１２は、とりわけ、発電機、プロペラ、変速機、または駆動システムであっても良い。
【００１８】
タービン２８が高温燃焼ガス２６から仕事を抽出したらすぐに、排気ガス３２の流れを排気部分３４に与えても良い。排気部分３４では、排気ガス３２を冷却しても良いしさらに処理しても良い。たとえば、排気部分３４は、一酸化炭素（ＣＯ）触媒、ＮＯｘ触媒、未燃炭化水素触媒、または任意の同様の金属系触媒（たとえば、白金系触媒）を含む触媒部分３６を備えていても良い。例示した実施形態においては、触媒部分３６は、排気ガス３２の流れ内のほとんどすべてのＮＯｘガスを破壊するように構成されたＮＯｘ触媒を含み、ＣＯ触媒を除いている。排気ガス３２の流れは次に、排気部分３４から排気ガス再循環（ＥＧＲ）流れ３８として出ても良い。ＥＧＲ流れ３８を次に、圧縮機２０によって圧縮して、燃焼器１６に圧縮ＥＧＲ流れ１８として与えるとともに、圧縮ＥＧＲ２４として移出する。移出ＥＧＲ２４を、たとえば、他のガス・タービン・エンジン、または不活性ガス（たとえば、実質的にＯ２が無いガス）を用いる他のプロセスに与えても良い。このようなプロセスとしては、石油増進回収、ガス製油所における難燃剤パージなどを挙げても良い。実際には、実質的にＯ２が無いガスを用いることから利益を得る任意のシステムが、本明細書において考えられる。
【００１９】
本実施形態において、圧縮ＥＧＲ流れ１８を分割して、第１の部分を燃焼器１６に与え、第２の部分を１または複数の他のガス・タービン・エンジンに移出ＥＧＲ流れ２４として与えても良い。１または複数のガス・タービン・エンジンは、従来のガス・タービン・エンジンを、ＥＧＲを１または複数の対応する燃焼室内に受け入れるために再配管または再構成したものであっても良い。図２は、ＥＧＲガス・タービン・エンジン１０を、１つのＥＧＲガス・タービン・エンジンと２つの他の別個のガス・タービン・エンジンとを備えるシステム５０において用いる一実施形態の説明図である。具体的には、システム５０は、第１のガス・タービン・エンジン５２と第２のガス・タービン・エンジン５４とを備える。これらは、ＥＧＲガス・タービン・エンジン１０からの移出されたＥＧＲ流れ２４を受け入れるように構成された領域を備える。第１および第２のガス・タービン・エンジン５２および５４については、後により詳細に説明する。
【００２０】
システム５０の動作中に、圧縮ＥＧＲ１８の流れが、ＥＧＲガス・タービン・エンジン１０の燃焼器１６内に流れ込む。燃焼器１６内では、空気１４および燃料１５を、ＥＧＲ流れ１８の存在下で化学量論的に燃焼させる。燃焼器１６内に存在する実質的にすべての酸素（Ｏ２）に着火する。その結果、結果としての高温燃焼ガス２６は、従来のガス・タービン・エンジンの場合と比べて、一酸化炭素（ＣＯ）の量が増加している場合があり、またＯ２が実質的に無い（たとえば、燃焼ガスの全体積を基準にして、約２、１．５、１、０．５、または０．２５％未満のＯ２を含む）場合がある。ＣＯの製造および使用方法については、後により詳細に説明する。それにもかかわらず、高温燃焼ガス２６を次に、タービン２８に送る。タービン２８は、高温燃焼ガス２６から仕事を抽出して、圧縮機２０および／または負荷１２を駆動する。その結果、排気ガス３２が発生する。
【００２１】
例示した実施形態によれば、排気ガス３２を次に、熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）５６に送る。ＨＲＳＧ５６は、図１に記載した排気部分３４として動作し、触媒部分３６を備えている。触媒部分３６は、ＮＯｘ触媒を含んでいる。ＨＲＳＧを用いる実施形態において、触媒部分３６の配置によって、少なくとも部分的に、触媒部分３６内で触媒によって排気ガス３２が処理される温度が決まることに注意されたい。たとえば、ＨＲＳＧ５６の前方部分において（たとえばタービン２８により近い部分において）、排気ガス３２は、ＨＲＳＧ５６の後方部分（たとえばタービン２８と反対側）よりも、蒸気、ガス膨張などを発生させる熱伝達が原因で熱くても良い。一例としては、触媒部分３６内のＮＯｘ触媒が、排気ガス３２を、約１０００〜１２００°Ｆの温度（たとえば、約１０００、１０５０、１１００、１１５０、または１２００°Ｆ）で処理しても良く、これは、触媒が行なうＮＯｘ破壊プロセスに対して優位な場合がある。前述したように、排気ガス３２は、ＣＯの大部分を含んでいても良い。いくつかの実施形態においては、燃焼中にＣＯをエネルギー源として用いることが望ましい場合がある。したがって、触媒部分３６内の触媒は、ＣＯの大部分を何ら破壊しなくても良い。すなわち、触媒部分３６はＣＯ触媒を除いても良い。ＣＯを燃料として用いることについては、第１および第２のガス・タービン・エンジン５２および５４の説明に関して、後により詳細に説明する。
【００２２】
排気ガス３２内の実質的にすべてのＮＯｘガスが破壊された後で、排気ガス３２は、ＨＲＳＧ５６を通りながら次第に冷却されていく。例示した実施形態においては、排気ガス３２を用いて高圧高温蒸気を生成しても良い。ＨＲＳＧ５６が生成した蒸気を次に、パワー発生用プラントの種々の特徴物に通しても良い。これについては、図６に関して、後により詳細に説明する。加えて、生成した蒸気を、蒸気を用いても良い任意の他のプロセス（たとえばガス化装置）に供給しても良い。ＥＧＲガス・タービン・エンジン１０のＨＲＳＧ５６は、付加的な冷却を可能にする拡張部分５８を備える特別に構成されたＨＲＳＧであっても良い。いくつかの実施形態においては、このような付加的な冷却は、種々のプロセス（たとえば、圧縮機２０内での蒸気生成および圧縮）の効率を増加させるのに望ましい場合がある。したがって、排気流３２を、約５０〜１５０°Ｆ（たとえば、約５０、６０、７０、８０、９０、１００、１１０、１２０、１３０、１４０、または１５０°Ｆ）まで冷却しても良い。さらに、いくつかのガス・タービン・エンジン構成とは違って、ＥＧＲガス・タービン・エンジン１０には排気筒がないことに注意されたい。むしろ、ＥＧＲガス・タービン・エンジン１０は、排気流３２をガス・タービン・エンジン・システム５０内に戻す。
【００２３】
その結果、排気流３２は、冷却された後に、導管６０内に入っても良い。導管６０は、ダクトまたは同様のガス通気孔であっても良い。導管６０は、排気流３２をＥＧＲガス・タービン・エンジン１０の圧縮機２０まで戻す。前述したように、圧縮機２０は、排気３２の流れを圧縮して圧縮ＥＧＲ流れ１８を生成する。本アプローチによれば、圧縮ＥＧＲ流れ１８は燃焼器領域６２内に入る。燃焼器領域６２は、ＥＧＲ流れ１８を２つ以上の部分に分離するための種々の特徴物（たとえば、バルブ、マニフォールドなど）を含んでいる。バルブによって、第１および第２のガス・タービン・エンジン５２および５４に送られるＥＧＲ流れ１８の相対量とともに、燃焼器１６内に入る圧縮空気１４の相対量を制御しても良い。
【００２４】
燃焼器１６に与えられるＥＧＲ流れ１８の量に対して移出ＥＧＲ２４の量は、少なくとも部分的に、システム５０内の別個のガス・タービン・エンジンの数と、化学量論的燃焼に適したＯ２に対するＥＧＲの量とによって、決定しても良い。たとえば、いくつかの実施形態においては、比率として約６０％ＥＧＲ対約４０％空気が、化学量論的燃焼（Ｏ２の実質的な全消費）に適している場合がある。したがって、ＥＧＲ流れ１８の約４０％±１０％が、第１および第２のガス・タービン５２および５４に対する移出ＥＧＲ２４であり、この代わりに、約４０％の圧縮空気１４の移入が第１および第２のガス・タービン・エンジン５２および５４から行なわれる。本実施形態によれば、ＥＧＲ移出２４の量および圧縮空気１４移入の量を、第１および第２のガス・タービン・エンジン５２および５４の間で実質的に等しく分けても良い。したがって、移出ＥＧＲ２４の約２０％が、各ガス・タービン・エンジン５２および５４に与えられる。同様に、空気の約２０％が、第１および第２のガス・タービン・エンジン５２および５４のそれぞれによって吸い込まれて、圧縮され、ＥＧＲガス・タービン・エンジン１０に移入圧縮空気１４として与えられる。ＥＧＲ対空気のおおよその比率は、ＥＧＲガス・タービン・エンジン１０以外のガス・タービン・エンジンの数によって実質的に不変のままであっても良いことに注意されたい。したがって、移入圧縮空気１４および移出ＥＧＲ２４の量を、１つ、２つ、３つ、４つ、またはそれ以上の別個のガス・タービン・エンジンに等しく分けて、それぞれが約４０、２０、１３．３、１０％、またはそれ以下をそれぞれ与えるようにしても良い。実際には、任意の数の別個のガス・タービン・エンジンを、開示した実施形態により任意の組み合わせで用いても良い。たとえば、ＥＧＲガス・タービン・エンジン１０は、ＥＧＲを複数のガス・タービン・エンジンのいずれか（たとえば、第１、第２、第３、第４などのいずれか）に与えて、圧縮空気を複数のうちのいずれかから受け取っても良い。さらに、複数のＥＧＲガス・タービン・エンジンを、比率を一様に分配してか、または分割した後に相応に一様に分配して、用いても良い。
【００２５】
システム５０の動作中に、空気１４が、燃焼器１６（燃焼器１６の燃焼室）に、圧縮空気導管６６を介して直接与えられる。圧縮空気導管６６は、第１および第２のガス・タービン・エンジン５２および５４を、ＥＧＲガス・タービン・エンジン１０と流体的に接続している。同様に、移出ＥＧＲ２４が圧縮ＥＧＲ導管６４を通して流れる。圧縮ＥＧＲ導管６４は、ＥＧＲガス・タービン・エンジン１０を、第１および第２のガス・タービン・エンジン５２および５４に流体的に接続している。具体的には、圧縮ＥＧＲ導管６４は、第１のガス・タービン・エンジン５２の第１のＥＧＲ入口６８と、第２のガス・タービン・エンジン５４の第２のＥＧＲ入口７０とに至る。同様の方法で、第１および第２のガス・タービン・エンジン５２および５４によって生成された圧縮空気１４が、圧縮空気導管６６に、第１の圧縮空気出口７２および第２の圧縮空気出口７４をそれぞれ介して、与えられる。
【００２６】
ＥＧＲガス・タービン・エンジン１０に与える圧縮空気１４を生成するために、第１および第２のガス・タービン・エンジン５２および５４は、空気（たとえば、周囲空気）を、対応する第１および第２の取り入れ空気７６および７８を通して吸い込む。第１のガス・タービン・エンジン５２の第１の空気圧縮機８０（たとえば、１または複数の圧縮段）と、第２のガス・タービン・エンジン５４の第２の空気圧縮機８２（たとえば、１または複数の圧縮段）とが、吸い込み空気を圧縮して圧縮空気１４を生成する。圧縮空気１４は、第１のガス・タービン・エンジン５２の第１の燃焼器領域８４（たとえば、燃焼ゾーンの上流）および第２のガス・タービン・エンジン５４の第２の燃焼器領域８６（たとえば、燃焼ゾーンの上流）内にあるが、圧縮空気１４の規定量（たとえば、約２１％）を、第１および第２の圧縮空気出口７２および７４内に引き出して、圧縮空気導管６６を通して送り、ＥＧＲガス・タービン・エンジン１０に、燃焼器１６内に噴射されるＯ２の単独の供給源として与えても良い。
【００２７】
第１および第２のガス・タービン・エンジン５２および５４内での燃料（たとえば燃料１５）の燃焼は、対応する第１および第２の燃焼器８８および９０内で行なわれる。移出ＥＧＲ２４は、第１および第２の燃焼器８８および９０の燃焼室内に直接与えられて、各燃焼室内で燃料の濃度を希釈する場合があることに注意されたい。実際には、各燃焼器８８、９０が複数の燃焼室を備えている場合には、移出ＥＧＲ２４をそれぞれに対して噴射しても良い。ＥＧＲの希釈効果によって、燃焼器８８、９０内でのピーク火炎温度が制御される場合がある。さらに加えて、第１および第２の燃焼器８８および９０内での燃焼から生じる燃焼ガス中に存在するＮＯｘのレベルが、希釈効果によって低下する場合がある。したがって、このような燃焼プロセスによって生成する燃焼ガス中のＮＯｘガスの平均濃度を低減できる場合がある（たとえば、約１、２、５、１０、または１５体積百万分率（ｐｐｍｖ）にすぎないＮＯｘまで）。
【００２８】
燃焼ガスが第１および第２の燃焼器８８および９０内で生成されたらすぐに、それは、第１のガス・タービン・エンジン５２の第１のガス・タービン９２と第２のガス・タービン・エンジン５４の第２のガス・タービン９４とに送られて、そこで、図１に関して前述したように、高温燃焼ガスから仕事が抽出される。第１および第２のガス・タービン９２および９４によって抽出された仕事は、１または複数の特徴物（たとえばガス・タービン９２、９４を対応する負荷９６および９８に接続するシャフト）の回転という結果になっても良い。その代わりにまたはそれに加えて、ガス・タービン９２および９４は、燃焼器８８および９０内で生成された燃焼ガスから仕事を抽出することによって、第１および第２のガス・タービン・エンジン５２および５４の対応する圧縮機８０、８２を駆動しても良い。
【００２９】
ＥＧＲガス・タービン・エンジン１０について前述したプロセスと同様の方法で、第１および第２のガス・タービン９２および９４によって高温燃焼ガスから仕事を抽出することによって、対応する排気ガス・流れが発生する。排気ガス・流れは次に、第１のガス・タービン・エンジン５２の第１のＨＲＳＧ１００と、第２のガス・タービン・エンジン５４の第２のＨＲＳＧ１０２とを通って進む。しかし、ＥＧＲガス・タービン・エンジン１０とは違って、第１および第２のＨＲＳＧ１００および１０２には、それぞれの前方部分に配置される対応する触媒部分はない。むしろ、各ガス・タービン・エンジンの第１の触媒部分１０４および第２の触媒部分１０６は、各触媒部分内での触媒の動作温度が原因で、各ＨＲＳＧの中央部分の方に配置される。たとえば、第１の燃焼器８８および第２の燃焼器９０内での燃焼によって生じる燃焼ガスに含まれるＯ２のレベルが、他の触媒タイプ（たとえばＮＯｘ触媒またはＯ２の存在によって実質的に影響される他の触媒）を用いることを排除するものであり得る場合には、第１の触媒部分１０４と第２の触媒部分１０６とは、ＣＯ触媒のみを含んでいても良い。しかしＮＯｘ削減の他の方法が本明細書で考えられることに注意されたい。たとえばアンモニアを用いた選択的触媒還元による方法である。それにもかかわらず、触媒部分１０４および１０６によって生成されたＮ２および／またはＣＯ２を、種々のプラント・プロセス（たとえば炭素捕捉）のために用いても良い。
【００３０】
排気ガスが第１および第２の触媒部分１０４および１０６を通ったらすぐに、排気ガスは、第１および第２のＨＲＳＧ１００および１０２を通って進むときに冷却され続ける。例示した実施形態においては、第１および第２のＨＲＳＧ１００および１０２が従来サイズであって、燃焼ガスの温度が、ＨＲＳＧ１００および１０２の端部に向かって約１５０〜２００°Ｆ（たとえば、約１５０、１６０、１７０、１８０、１９０、または２００°Ｆ）まで冷却されるようになっていても良い。排気ガスがＨＲＳＧ１００および１０２を通って進んだら、排気ガスは、第１および第２のガス・タービン・エンジン５２および５４から、第１の排気筒１０８および第２の排気筒１１０をそれぞれ介して、出ても良い。
【００３１】
前述したように、排気ガスには、Ｎ２およびＣＯ２が含まれている場合があり、これらを、ガス化プロセスにおける炭素捕捉用に用いても良いし、付加価値のあるガス・流れとして移出しても良い。システム５０がガス化プラントの一部である実施形態においては、第１および第２の排気筒１０８、１１０を、１または複数の吸収剤の列に、直接または間接的に接続しても良いことに注意されたい。たとえば、第１および第２の排気筒１０８、１１０をそれぞれ、導管を介して、炭素捕捉用の対応するＣＯ２吸収剤に接続しても良い。このような実施形態においては、本アプローチによって、従来の構成と比べて小型（たとえば例示した実施形態では約３３％のサイズ減少）のＣＯ２吸収剤によって好適に処理される場合がある冷却および／または圧縮排気ガスが提供されて有益な場合がある。その代わりにまたはそれに加えて、ＣＯ２吸収剤の数を減らしても良い。たとえば、例示した実施形態では３つから２つへである。ＣＯ２吸収剤のサイズ低減および／または数減少は、種々の因子に依存しても良い。たとえば、使用するガス・タービン・エンジンの数、処理に用いる溶媒のタイプおよび温度、ガス・タービン・エンジン上のＨＲＳＧのサイズなどである。
【００３２】
システム５０を、３つのガス・タービン・エンジン（ＥＧＲガス・タービン・エンジン１０、第１のガス・タービン・エンジン５２、および第２のガス・タービン・エンジン５４）を有するとして説明してきたが、本アプローチは、１または複数のＥＧＲガス・タービン・エンジンに加えて任意の数のガス・タービン・エンジンを用いるシステムにも適用可能であることに注意されたい。図３および４に、このような実施形態を２つ例示する。それらの対応するシステムは、２つおよび４つの全体的なガス・タービン・エンジンを、それぞれ有している。図３は、ＥＧＲガス・タービン・エンジン１０と第１のガス・タービン・エンジン５２とを有するシステム１２０の実施形態である。
【００３３】
前述したように、第１のガス・タービン・エンジン５２は、第１のＥＧＲ入口６８が第１の燃焼器８８内に直接配管されたガス・タービン・エンジンであっても良い。さらに、第１の燃焼器領域８４が配管されていて、圧縮空気１４の一部を第１の圧縮空気出口７２を介して取り出せるようになっている。システム１２０の動作モードは、システム５０の動作と同じかまたは同様であっても良いことに注意されたい。たとえば、ＥＧＲガス・タービン・エンジン１０の配管を、圧縮ＥＧＲ１８の約４０％±１０％の抜き取りが（移出ＥＧＲ２４として）第１のガス・タービン・エンジン５２に送られるように行なっても良い。実際には、ＥＧＲと化学量論的燃焼に適した圧縮空気とのほぼ６０〜４０の比率が、前述したように、ガス・タービン・エンジンの数にかかわらず実質的に不変のままである。したがって、図２のように圧縮空気１４の約２０％が第１の燃焼器領域８４から取り出されるのではなくて、システム１２０の実施形態では約４０％がそのように取り外される。したがって、圧縮ＥＧＲ１８の約４０％が（移出ＥＧＲ２４として）第１の燃焼器８８に第１のＥＧＲ入口６８を介して与えられ、圧縮空気１４の約４０％が、圧縮空気導管６６内に第１の圧縮空気出口７２を介して引き出される。６０〜４０の比率は化学量論的燃焼に適しているが、圧縮空気１４および移出ＥＧＲ２４の相対量は、たとえば約４０％±１０％の間で変動しても良いことに注意されたい。
【００３４】
前述したように、図４に、４つの全体的なガス・タービン・エンジン（１つのＥＧＲガス・タービン・エンジンおよび３つのガス・タービン・エンジン）を有するシステム１３０を示す。システム１３０は、ＥＧＲガス・タービン・エンジン１０を備えている。ＥＧＲガス・タービン・エンジン１０は、１または複数のガス・タービン・エンジン、第１のガス・タービン・エンジン５２、第２のガス・タービン・エンジン５４、および第３のガス・タービン・エンジン１３２にＥＧＲを移出して、それらから圧縮空気を受け取る。システム１３０は、図２および３に関してそれぞれ前述したシステム５０および１２０と同様かまたは同じ方法で動作しても良いことに注意された。しかしシステム１３０の場合は、異なる量の圧縮空気１４および移出ＥＧＲ２４が、各ガス・タービン・エンジンから送られてそれらに送出される。
【００３５】
たとえば、ＥＧＲ燃焼器領域６２から流れる移出ＥＧＲ２４は依然として、ＥＧＲ圧縮機２０から出る圧縮ＥＧＲ１８全体の約４０％±１０％に相当していても良い。しかし、図２の場合と同様に各ガス・タービンに約２０％を送出するのでも、図３の場合と同様に４０％を送出するのでもなくて、第１、第２、および第３のガス・タービン・エンジン５２、５４、および１３２がそれぞれ、圧縮ＥＧＲ流れ１８全体の約１３．３％（約４０％±１０％を３つのガス・タービン・エンジンに実質的に等しく分配する）を受け取る。
【００３６】
したがって、図２のシステム５０の動作に関して前述したプロセスに加えて（プロセスと実質的に同時に）、第３のガス・タービン・エンジン１３２は、圧縮されたＥＧＲ導管６４から第３のＥＧＲ入口１３４を介して移出ＥＧＲ２４を受け取る。逆に、第３のガス・タービン・エンジン１３２によって生成される圧縮空気１４の一部は、第３の圧縮空気出口１３６内へと出て、圧縮空気導管６６内へと入る。圧縮空気１４はその後、ＥＧＲガス・タービン・エンジン１０の燃焼器１６内に直接送出される。
【００３７】
第１および第２のガス・タービン・エンジン５２および５４と同様に、第３の圧縮ＥＧＲ入口１３４と第３の圧縮空気出口１３６とは両方とも、第３の燃焼器領域１３８内に配置されている。第３の燃焼器領域１３８は、第３の取り入れ空気１４０の下流に、第３の空気圧縮機１４２と第３の燃焼器１４４との間に配置されている。具体的には、第３の圧縮空気出口１３６は、第３の燃焼器１４４のすぐ上流に配置されて、第３の取り入れ空気１４０内に入る空気が第３の圧縮機１４２によって圧縮されるようになっている。圧縮空気１４は次に、実質的に即座に分割されて、一部は第３の燃焼器１４４に送出され、別の部分は圧縮空気１４として移出されてＥＧＲガス・タービン１０の燃焼器１６に直接送出される。
【００３８】
第３の燃焼器１４４に送られた圧縮空気１４の部分は、第３の燃焼器１４４内に直接送出される移出ＥＧＲ２４と混合し、炭素質の燃料と一緒に燃焼される。前述のように、移出ＥＧＲ２４は、ＣＯを含んでいても良いことに注意されたい。ＣＯは燃料として用いることができる。第３の燃焼器１４４内での燃焼プロセスによって、高温燃焼ガスが生成される。高温燃焼ガスは第３のタービン１４６に入る。第３のタービン１４６では、高温燃焼ガスから仕事が抽出されて、排気ガスが出力される。このプロセスによって、第３の圧縮機１４２および／または第３の負荷１４８が駆動される。
【００３９】
第３のタービン１４６から出た排気ガスは次に、第３の触媒部分１５２を有する第３のＨＲＳＧ１５０に送られる。図２に関して前述した第１および第２のガス・タービン・エンジン５２および５４と同様に、第３の触媒部分１５２は、排気ガス中に存在する実質的にすべてのＣＯを破壊してＣＯ２を生成するように構成されたＣＯ触媒を含んでいる。第３の触媒部分１５２内のＣＯ触媒は、約５００〜７００°Ｆ（たとえば、約５００、６００、または７００°Ｆ）の温度で動作して、ＮＯｘおよびＣＯからＣＯ２およびＮ２を生成しても良い。したがって、排気ガスは、移出ＥＧＲ２４による希釈を介して、また第３の触媒部分１５２との処理によって、含まれるＮＯｘのレベルが、従来の構成（たとえば、約１０〜４０％またはそれ以下）と比べて、低い場合がある。第３の触媒部分１５２が排気ガスを処理したらすぐに、第３の排気筒１５４によって排気ガスは、内用または外用に備えて、第３のガス・タービン・エンジン１３２を出ることができる。たとえば、ＣＯ２含有で実質的にＮＯｘが無い排気ガス（たとえば、約２、５、１０、または１５体積百万分率（ｐｐｍｖ）にすぎないＮＯｘ）には、多くの用途（たとえば、化学合成、炭素捕捉および／またはガス化に対する移出）があり得る。
【００４０】
したがって、本アプローチは、前述のガス・タービン・エンジン・システム実施形態に関連して説明しているが、ガス・タービン・エンジン・システムの動作方法１７０も提供している。これを図５に、プロセス・フロー図として例示する。前述したように、本明細書で説明したアプローチは、システム内の任意の数のガス・タービン・エンジンに適用可能であり、ガス・タービン・エンジンのうちの少なくとも１つは、１または複数の別個のガス・タービン・エンジンから圧縮空気を受け取って（ブロック１７２）、直接その燃焼器内に入れる化学量論的ＥＧＲガス・タービン・エンジンである。ＥＧＲガス・タービン・エンジンは、燃料混合物を化学量論的に燃焼させる（ブロック１７４）。燃料混合物は、Ｏ２と圧縮排気ガスとの混合物であっても良いことは、前述した通りである。こうして、結果としての燃焼ガスは、実質的にＯ２が無い場合があり、非化学量論的な燃焼プロセスと比べて高いレベルのＣＯを含んでいる場合がある。
【００４１】
燃焼が行なわれるとすぐに（ブロック１７４）、結果としての燃焼ガスがガス・タービンに送られて、そこで高温燃焼ガスから仕事が抽出される（ブロック１７６）。前述したように、高温燃焼ガスによって、ガス・タービン内でブレードの回転が生じても良く、その結果、シャフトが回転して圧縮機および／または別の負荷が駆動される。高温燃焼ガスから仕事が抽出されたらすぐに（ブロック１７６）、結果としての排気ガスの処理が、たとえば、触媒によって行なわれる（ブロック１７８）。触媒は、排気ガス中のＮＯｘのレベルを減らすようにデザインされたＮＯｘ触媒であっても良い。さらに、ＮＯｘ触媒は、排気ガス中のＣＯの濃度に対しては何ら実質的な効果がなくても良い。なぜならば、ＣＯは、後のステップにおいて燃料として用いても良いからである。いくつかの実施形態においては、排気ガスには、実質的にＯ２が何ら含まれていない場合がある。なぜならば、燃焼の後に余分なＯ２があると（すなわち、非化学量論的な燃焼）、ＮＯｘ触媒に対して有害な影響が及ぼされる場合があるからである。
【００４２】
ＮＯｘ触媒による処理の後（ブロック１７８）、排気ガスは排気部分（たとえばＨＲＳＧ）を通っても良い。排気部分では、排気ガスが冷却される一方で、熱伝達によって蒸気を生成する（ブロック１８０）。たとえば、排気ガスは、図２に関して前述したように、約５０〜１００°Ｆまで冷却しても良い。冷却時に（ブロック１８０）、排気ガスは再循環されてＥＧＲガス・タービン・エンジンまで戻る（ブロック１８２）。一例としては、排気ガスを再循環して、ＥＧＲガス・タービン・エンジンの圧縮機の入口まで戻しても良い。排気ガスを再循環してＥＧＲガス・タービン・エンジンまで戻した後に、排気ガスを圧縮する（ブロック１８４）。圧縮は、たとえば、少なくとも部分的にガス・タービンによって駆動される圧縮機によって行なう。本アプローチによれば、結果としての圧縮排気ガス再循環（ＥＧＲ）を次に、第１の部分と第２の部分とに分ける。１つの部分は、１または複数の別個のガス・タービン・エンジンに送り（ブロック１８６）、そこで、圧縮ＥＧＲを、それぞれの対応する燃焼器内に直接噴射する。一実施形態においては、この部分は、全圧縮ＥＧＲの約４０％±１０％に相当する。前述したように、圧縮ＥＧＲの移出部分は、１または複数の別個のガス・タービン・エンジンの燃焼器内において希釈効果を有していても良い。移出部分はＣＯを含んでいても良い。ＣＯは燃料として用いても良い。
【００４３】
圧縮ＥＧＲの第１の部分を、１または複数の別個のガス・タービン・エンジンに与え（ブロック１８６）、一方で、圧縮ＥＧＲの別の部分を、ＥＧＲガス・タービン・エンジンの燃焼器に与える（ブロック１８８）。いくつかの実施形態においては、圧縮ＥＧＲの第２の部分は、全圧縮ＥＧＲの約６０％±１０％に相当する。圧縮ＥＧＲの第２の部分がＥＧＲガス・タービン・エンジンの燃焼器内に与えられる（ブロック１８８）とすぐに、方法１７０は燃料混合物を燃焼させることに回帰して（ブロック１７４）、前述したその後の行為を始める。さらに、圧縮ＥＧＲをＥＧＲガス・タービン・エンジンの燃焼器に提供する行為（ブロック１８８）と、１または複数の別個のガス・タービン・エンジンから圧縮空気を受け取る行為（ブロック１７２）とは、実質的に同時に行なっても良いことに注意されたい。
【００４４】
前述の説明では、２つ以上のガス・タービン・エンジンを用いるシステムに言及しており、ガス・タービン・エンジンのうちの少なくとも１つはＥＧＲガス・タービン・エンジンである。ＥＧＲガス・タービン・エンジンは、ＥＧＲを他のガス・タービン・エンジンの対応する燃焼器に移出し、圧縮空気をその燃焼器内に直接受け取る。このような構成は種々のシナリオ（たとえばパワーを発生させるように構成されたシステム）で具体化しても良い。図６を参照して、前述したアプローチの具体化の一例を示す。図は、ガス化複合発電パワー・プラント２００の概略図である。ＩＧＣＣシステム２００には、合成ガス（すなわち、シンガス）によってパワー供給しても良い。ＩＧＣＣシステム２００の要素には、ＩＧＣＣシステム２００に対するエネルギー供給源として用いても良い燃料源２０２（たとえば固体供給物）が含まれていても良い。燃料源２０２としては、石炭（たとえば、低硫黄含有石炭）、石油コークス、バイオマス、木質材料、農業廃棄物、タール、コークス炉ガス、およびアスファルト、または他の炭素含有物品を挙げても良い。
【００４５】
燃料源２０２の固体燃料を、供給原料調製ユニット２０４に送っても良い。供給原料調製ユニット２０４は、たとえば、燃料源２０２のサイズ変更または再形成を、燃料源２０２をチョッピング、ミリング、細断、粉砕、ブリケッティング、またはパレット化して供給原料を作ることによって、行なっても良い。さらに、供給原料調製ユニット２０４において水または他の好適な液体を燃料源２０２に加えて、スラリ供給原料を形成しても良い。他の実施形態においては、燃料源に液体を加えないことによって、乾燥した供給原料を形成する。
【００４６】
供給原料を、供給原料調製ユニット２０４からガス化装置２０６に送っても良い。ガス化装置２０６は、供給原料をシンガス（たとえば一酸化炭素（ＣＯ）と水素（Ｈ２）との組み合わせ）に変換しても良い。ガス化装置２０６内部の温度は、供給原料を形成するために用いる燃料源２０２に応じて、熱分解プロセスの間に約１５０°Ｃ〜７００°Ｃの範囲であっても良い。
【００４７】
燃焼プロセスがガス化装置２０６内で起こっても良い。燃焼には、酸素を炭および残留ガスに導入することが含まれていても良い。炭および残留ガスは酸素と反応して、二酸化炭素（ＣＯ２）およびＣＯを形成することによって、後続のガス化反応に対する熱を発生させても良い。燃焼プロセスの間の温度は、約７００°Ｃ〜１６００°Ｃの範囲であっても良い。次に、ガス化ステップの間に蒸気をガス化装置２０６内に導入しても良い。炭はＣＯ２および蒸気と反応して、ＣＯおよびＨ２を、約８００°Ｃ〜１１００°Ｃの範囲の温度において生成しても良い。本質的に、ガス化装置は、蒸気および酸素を用いて供給原料の一部を「燃焼」させて、ＣＯおよびエネルギーを生成することができ、これらによって、さらなる供給原料をＨ２および付加的なＣＯ２に変換する第２の反応が推進される。
【００４８】
ガス混合物がガス化装置２０６内で生成される。ガス混合物は、未処理の、原料のままの、または硫黄分の多いシンガスであると考えても良く、また最大で約２０体積パーセントのＨ２Ｓを含んでいても良い。またガス化装置２０６はスラグ２０８を生成しても良い。スラグ２０８は灰材料を濡らしても良い。スラグ２０８をガス化装置２０６から除去して、道路基盤または別の建築材料として用いても良い。ガス混合物を次に、ガス処理ユニット２１０に送って、種々の非シンガス成分の除去を図る。
【００４９】
一般的に、ガス処理ユニット２１０は、未処理のシンガスを受け取って、多くのガス（たとえば、ＨＣ、ＨＦ、ＣＯＳ、ＨＣＮ、およびＨ２Ｓ）を未処理のシンガスから除去しても良い。さらに、ガス処理ユニット２１０は、Ｈ２Ｓリッチ・ガスをイオウ・プロセッサ２１２（たとえばクラウス（Ｃｌａｕｓ）反応器）に送っても良い。Ｈ２Ｓガスをイオウ・プロセッサ２１２によって処理して、イオウ２１４を移出用に生成しても良い。塩２１６を、未処理のシンガスから水処理ユニット２１８によって分離しても良い。水処理ユニット２１８は、浄水技術を用いて未処理のシンガスから利用可能な塩２１６を生成するものである。
【００５０】
またガス処理ユニット２１０を、二酸化炭素（ＣＯ２）捕捉を行なうように構成しても良い。一実施形態においては、ガス・タービン・エンジン・システム（たとえばシステム５０、１２０、または１３０）によって生成されるＣＯ２含有排気ガスを、ガス処理ユニットに接続されるかまたはその中にある特徴物２１０に与えて、その後の精製および炭素隔離に備えても良い。これについては、ガス・タービン・エンジン構成に関して以下で詳細に説明する。前述したいくつかのプロセスの後でおよび／またはそれらと実質的に同時に、ガス処理ユニット２１０から経路２２０に沿って出たガスは、処理され、硫黄分除去され、および／または浄化されたシンガスと考えても良い。すなわち、シンガスは実質的にイオウとともに残りのガス成分が無い場合がある。
【００５１】
ガス処理ユニット２１０を出る処理後シンガスは、燃料として用いるのに十分な純度の場合がある。たとえば、いくつかの実施形態においては、ガス処理ユニット２１０を出た処理後シンガスは、約０〜１０％のＣＯ２を含んでいても良い。さらに、残りの体積は、だいたい１：１〜４：１モル比のＨ２対ＣＯであっても良い。本明細書で説明した実施形態によれば、処理後シンガスを、経路２２０に沿ってガス・タービン・エンジン・システム１２０に送る。これについては、図２および３に関して前述している。前述したように、ガス・タービン・エンジン・システムには、一般的に、処理後シンガスと、圧縮空気と、ＥＧＲガス・タービン・エンジン１０からの移出ＥＧＲ２４との混合物を燃焼させるように構成されたガス・タービン・エンジン５２が含まれている。またシステム１２０には、ＥＧＲガス・タービン・エンジン１０も含まれている。ＥＧＲガス・タービン・エンジン１０は、第１のガス・タービン・エンジン５２から圧縮空気１４を受け取り、移出ＥＧＲ２４の流れをガス・タービン・エンジン５２に送る。
【００５２】
ＩＧＣＣシステム２００の動作中に、処理後シンガスが、第１の燃焼器８８（たとえば、第１のガス・タービン・エンジン５２の燃焼室）に可燃性燃料として直接与えられる。また圧縮窒素２２２を、第１の燃焼器８８に、たとえば希釈窒素（ＤＧＡＮ）圧縮機を介して与えても良い。第１の燃焼器８８は、燃料（たとえば処理後シンガス）を受け取る。燃料は、加圧した状態で燃料ノズルから噴射しても良い。処理後シンガス燃料を、圧縮空気１４（図２）とともに圧縮窒素２２２と混合して、燃焼させても良い。燃焼によって、高温加圧排気ガスを発生させても良い。ＩＧＣＣシステム２００（より具体的には、ガス・タービン・エンジン・システム１２０）の初期始動において、処理済みシンガスをＥＧＲガス・タービン・エンジン１０に与えて、排気ガスを最初に発生させても良いことに注意されたい。これを、波線の流れ２２４として示す。その代わりにおよび／またはそれに加えて、圧縮空気１４は、このような目的のために処理後シンガスの一部を運んでも良い。
【００５３】
前述したように、ＥＧＲガス・タービン・エンジン１０の燃焼器１６は、圧縮した移出ＥＧＲ２４を第１の燃焼器８８内に送る。第１の燃焼器８８内での燃焼時に、結果としての燃焼ガスを第１のタービン９２に送る。第１の燃焼器８８からの燃焼ガスが第１のタービン９２を通るときに、排気ガスによって強制的に、タービン９２内のタービン・ブレードが、第１のドライブ・シャフト２２６を第１のガス・タービン・エンジン５２の軸に沿って回転させても良い。図１に関して説明したＥＧＲガス・タービン・エンジン１０の場合と同様に、ドライブ・シャフト２２６は、第１のガス・タービン・エンジン５２の種々の構成部品（たとえば、第１の圧縮機８０）に接続されている。結果としての排気ガスは次に、第１のタービン９２を出て、第１のＨＲＳＧ１００に送られる。これは、図２に前述した通りである。
【００５４】
またＩＧＣＣシステム２００は、第１のＨＲＳＧ１００によって生成された蒸気の少なくとも一部を用いる蒸気タービン・エンジン２２８を備えていても良い。したがって、蒸気タービン・エンジン２２８によって負荷２３０を駆動しても良い。負荷２３０は、電力を発生させるための発電機であっても良い。ガス・タービン・エンジン１０および５２と蒸気タービン・エンジン２２８とが、例示した実施形態に示すように別個の負荷を駆動しても良いが、タービン・エンジン１０、５２、および２２８一列に並べて用いて、単一軸を介して単一負荷を駆動しても良いことに注意されたい。蒸気タービン・エンジン２２８とともにガス・タービン・エンジン１０および５２の具体的な構成は、具体化に固有であっても良く、また部分の任意の組み合わせを含んでいても良い。
【００５５】
動作中に、蒸気タービン・エンジン２２８から排気ガスが発生しても良い。排気ガスには、低圧蒸気または凝縮水が含まれていても良い。たとえば蒸気タービン・エンジン２２８の低圧部分からの排気ガスを、凝縮器２３２内に送っても良い。凝縮器２３２は、冷却塔２３４を用いて温水を冷水に替えても良い。冷水はまた凝縮プロセスを助ける。凝縮器２３２からの凝縮物を次に、第１のＨＲＳＧ１００内に送っても良い。第１のガス・タービン・エンジン９２によって発生し、第１のＨＲＳＧ１００内に送られた高温排気ガスによって、凝縮器２３２からの水が加熱されて蒸気が生成される。排気ガスは次に、第１のＨＲＳＧ１００を排気筒１０８を介して出てから、いくつかの実施形態において、排気流２３６としてガス処理ユニット２１０の炭素捕捉部分に送られて、捕捉ＣＯ２２３８を生成する。さらに、排気の全部または一部が、排気筒１０８から大気に排気ガス２４０として出ても良いことに注意されたい。
【００５６】
第１のＨＲＳＧ１００によって生成された蒸気は、高圧高温蒸気であっても良い。蒸気タービン・エンジン２２８に与えることに加えて、生成された蒸気を、蒸気を用いても良い任意の他のプロセス（たとえばガス化装置２０６）に供給しても良い。ガス・タービン・エンジン・システム１２０発生サイクルは「トッピング・サイクル」と言われることが多く、一方で、蒸気タービン・エンジン２２８発生サイクルは「ボトミング・サイクル」と言われることが多い。図６に例示したこれら２つのサイクルを組み合わせることによって、ＩＧＣＣシステム２００は、両方のサイクルにおいてより大きな効率に至る場合がある。特に、トッピング・サイクルからの排熱を取り込み、それを用いて、ボトミング・サイクルで用いる蒸気を生成しても良い。
【００５７】
蒸気タービン・エンジン、凝縮器、冷却塔、および発電機の存在を、第１のガス・タービン・エンジン５２に関連して説明してきたが、ＥＧＲガス・タービン・エンジン１０のＨＲＳＧ５６を、同様の対応する特徴物に結合しても良いことに注意されたい。実際には、いくつかの実施形態においては、ＨＲＳＧ５６およびＨＲＳＧ１００は、同じ蒸気タービン、負荷などを駆動しても良い。したがって、多くの構成が可能であっても良く、ＥＧＲガス・タービン・エンジン１０および第１のガス・タービン・エンジン５２（およびいくつかの構成では他のガス・タービン・エンジン）が、共通のまたは同じ特徴物（たとえば、これらに限定されないが、負荷、蒸気タービン・エンジン、冷却塔、凝縮器など）を共有しても良いことを理解されたい。
【００５８】
この書面の説明では、実施例を用いて、本発明を、ベスト・モードも含めて開示するとともに、どんな当業者も本発明を実施できるように、たとえば任意の装置またはシステムを作りおよび用いること、ならびに取り入れた任意の方法を実行することができるようにしている。本発明の特許可能な範囲は、請求項によって定められるとともに、当業者に想起される他の実施例を含んでいても良い。このような他の実施例は、請求項の文字通りの言葉使いと違わない構造要素を有するか、または請求項の文字通りの言葉使いとの差が非実質的である均等な構造要素を含む場合には、請求項の範囲内であることが意図されている。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気を取り入れて第１の圧縮空気（１４）を生成するように構成された第１の圧縮機（８０）と、
第１の混合物を燃焼させて第１の燃焼ガスを生成するように構成された第１の燃焼器（８８）であって、前記第１の混合物は、第１の燃料、前記第１の圧縮空気（１４）の少なくとも第１の部分、および第２のガス・タービン・エンジン（１０）からの第２の燃焼ガス（２４）を含む第１の燃焼器（８８）と、
前記第１の燃焼ガスから仕事を抽出するように構成された第１のタービン（９２）と、を備える第１のガス・タービン・エンジン（５２）を備えるシステム（５０、１２０、１３０、２００）。
【請求項２】
前記第１の圧縮機（８０）は、前記第１の圧縮空気（１４）の第２の部分を前記第２のガス・タービン・エンジン（１０）に出力するように構成される請求項１に記載の前記システム（５０、１２０、１３０、２００）。
【請求項３】
第２の圧縮機（２０）、第２の燃焼器（１６）、および第２のタービン（２８）を有する前記第２のガス・タービン・エンジン（１０）を備え、前記第２の圧縮機（２０）は、前記第２の燃焼ガス（２４）を、前記第１の燃焼器（８８）に送出する前に圧縮するように構成され、前記第２の燃焼器（１６）は、前記第２の圧縮機（２０）の下流で、前記第１の圧縮空気（１４）の前記第２の部分を受け取るように構成される請求項２に記載の前記システム（５０、１２０、１３０、２００）。
【請求項４】
第３の圧縮機（８２）、第３の燃焼器（９０）、および第３のタービン（９４）を有する第３のガス・タービン・エンジン（５４）を備え、前記第３の燃焼器（９０）は、前記第２のガス・タービン・エンジン（１０）から前記第２の燃焼ガス（２４）の一部を受け取るように構成される請求項３に記載の前記システム（５０、１２０、１３０、２００）。
【請求項５】
前記第１のガス・タービン・エンジン（５２）からの第１の排気経路を備え、前記第１の排気経路は少なくとも１種の一酸化炭素（ＣＯ）触媒を備え、前記第２のガス・タービン・エンジン（１０）は前記第２のガス・タービン・エンジン（１０）からの第２の排気経路を備え、および前記第２の排気経路は任意の一酸化炭素（ＣＯ）触媒を除く請求項１に記載の前記システム（５０、１２０、１３０、２００）。
【請求項６】
前記第１のガス・タービン・エンジン（５２）からの第１の排気経路を備え、前記第１の排気経路は少なくとも１つの排気筒（１０８）を備え、前記第２のガス・タービン・エンジン（１０）は前記第２のガス・タービン・エンジン（１０）からの第２の排気経路を備え、および前記第２の排気経路は任意の排気筒を除く請求項１に記載の前記システム（５０、１２０、１３０、２００）。
【請求項７】
第１の混合物を燃焼して第１の燃焼ガスを生成するように構成された第１の燃焼器（１６）と、
前記第１の燃焼ガスから仕事を抽出して第１の排気ガスを出力するように構成された第１のタービン（２８）と、
前記第１の排気ガスを圧縮して圧縮排気ガス（１８）を生成するように構成された第１の圧縮機（２０）と、を備える第１のガス・タービン・エンジン（１０）を備え、
前記第１のガス・タービン・エンジン（１０）は、前記圧縮排気ガス（１８）の第１の部分を前記第１の燃焼器（１６）へ送り、前記第１のガス・タービン・エンジン（１０）は、前記圧縮排気ガス（２４）の第２の部分を移出するように構成されるシステム（５０、１２０、１３０、２００）。
【請求項８】
前記第１の燃焼器（１６）は、第２のガス・タービン・エンジン（５２）の第２の圧縮機（８０）から第１の取り入れ空気（１４）を受け取るように構成される請求項７に記載の前記システム（５０、１２０、１３０、２００）。
【請求項９】
前記第１の圧縮機（２０）は、前記圧縮排気ガス（２４）の前記第２の部分を前記第２のガス・タービン・エンジン（５２）の第２の燃焼器（８８）に出力するように構成される請求項８に記載の前記システム（５０、１２０、１３０、２００）。
【請求項１０】
前記第１の燃焼器（１６）は、第３のガス・タービン・エンジン（５４）の第３の圧縮機（８２）から第２の取り入れ空気（１４）を受け取るように構成され、前記第１の圧縮機（２０）は、前記圧縮排気ガス（２４）の第３の部分を前記第３のガス・タービン・エンジン（５４）の第３の燃焼器（９０）に出力するように構成される請求項９に記載の前記システム（５０、１２０、１３０、２００）。
【請求項１】
空気を取り入れて第１の圧縮空気（１４）を生成するように構成された第１の圧縮機（８０）と、
第１の混合物を燃焼させて第１の燃焼ガスを生成するように構成された第１の燃焼器（８８）であって、前記第１の混合物は、第１の燃料、前記第１の圧縮空気（１４）の少なくとも第１の部分、および第２のガス・タービン・エンジン（１０）からの第２の燃焼ガス（２４）を含む第１の燃焼器（８８）と、
前記第１の燃焼ガスから仕事を抽出するように構成された第１のタービン（９２）と、を備える第１のガス・タービン・エンジン（５２）を備えるシステム（５０、１２０、１３０、２００）。
【請求項２】
前記第１の圧縮機（８０）は、前記第１の圧縮空気（１４）の第２の部分を前記第２のガス・タービン・エンジン（１０）に出力するように構成される請求項１に記載の前記システム（５０、１２０、１３０、２００）。
【請求項３】
第２の圧縮機（２０）、第２の燃焼器（１６）、および第２のタービン（２８）を有する前記第２のガス・タービン・エンジン（１０）を備え、前記第２の圧縮機（２０）は、前記第２の燃焼ガス（２４）を、前記第１の燃焼器（８８）に送出する前に圧縮するように構成され、前記第２の燃焼器（１６）は、前記第２の圧縮機（２０）の下流で、前記第１の圧縮空気（１４）の前記第２の部分を受け取るように構成される請求項２に記載の前記システム（５０、１２０、１３０、２００）。
【請求項４】
第３の圧縮機（８２）、第３の燃焼器（９０）、および第３のタービン（９４）を有する第３のガス・タービン・エンジン（５４）を備え、前記第３の燃焼器（９０）は、前記第２のガス・タービン・エンジン（１０）から前記第２の燃焼ガス（２４）の一部を受け取るように構成される請求項３に記載の前記システム（５０、１２０、１３０、２００）。
【請求項５】
前記第１のガス・タービン・エンジン（５２）からの第１の排気経路を備え、前記第１の排気経路は少なくとも１種の一酸化炭素（ＣＯ）触媒を備え、前記第２のガス・タービン・エンジン（１０）は前記第２のガス・タービン・エンジン（１０）からの第２の排気経路を備え、および前記第２の排気経路は任意の一酸化炭素（ＣＯ）触媒を除く請求項１に記載の前記システム（５０、１２０、１３０、２００）。
【請求項６】
前記第１のガス・タービン・エンジン（５２）からの第１の排気経路を備え、前記第１の排気経路は少なくとも１つの排気筒（１０８）を備え、前記第２のガス・タービン・エンジン（１０）は前記第２のガス・タービン・エンジン（１０）からの第２の排気経路を備え、および前記第２の排気経路は任意の排気筒を除く請求項１に記載の前記システム（５０、１２０、１３０、２００）。
【請求項７】
第１の混合物を燃焼して第１の燃焼ガスを生成するように構成された第１の燃焼器（１６）と、
前記第１の燃焼ガスから仕事を抽出して第１の排気ガスを出力するように構成された第１のタービン（２８）と、
前記第１の排気ガスを圧縮して圧縮排気ガス（１８）を生成するように構成された第１の圧縮機（２０）と、を備える第１のガス・タービン・エンジン（１０）を備え、
前記第１のガス・タービン・エンジン（１０）は、前記圧縮排気ガス（１８）の第１の部分を前記第１の燃焼器（１６）へ送り、前記第１のガス・タービン・エンジン（１０）は、前記圧縮排気ガス（２４）の第２の部分を移出するように構成されるシステム（５０、１２０、１３０、２００）。
【請求項８】
前記第１の燃焼器（１６）は、第２のガス・タービン・エンジン（５２）の第２の圧縮機（８０）から第１の取り入れ空気（１４）を受け取るように構成される請求項７に記載の前記システム（５０、１２０、１３０、２００）。
【請求項９】
前記第１の圧縮機（２０）は、前記圧縮排気ガス（２４）の前記第２の部分を前記第２のガス・タービン・エンジン（５２）の第２の燃焼器（８８）に出力するように構成される請求項８に記載の前記システム（５０、１２０、１３０、２００）。
【請求項１０】
前記第１の燃焼器（１６）は、第３のガス・タービン・エンジン（５４）の第３の圧縮機（８２）から第２の取り入れ空気（１４）を受け取るように構成され、前記第１の圧縮機（２０）は、前記圧縮排気ガス（２４）の第３の部分を前記第３のガス・タービン・エンジン（５４）の第３の燃焼器（９０）に出力するように構成される請求項９に記載の前記システム（５０、１２０、１３０、２００）。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−２４７２６６（Ｐ２０１１−２４７２６６Ａ）
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１８５５２（Ｐ２０１１−１１８５５２）
【出願日】平成２３年５月２７日（２０１１．５．２７）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２７日（２０１１．５．２７）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Ｆターム（参考）】
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