TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Energieerzeugungs¬ technik. Sie betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Energie in einer eine Gastur- bine umfassenden Energieerzeugungsanlage gemäss dem Oberbegriff des An¬ spruchs 1 sowie eine Energieerzeugungsanlage zur Durchführung des Verfah¬ rens.

STAND DER TECHNIK

Aufgrund ihrer breiten Verfügbarkeit und ihres niedrigen Preises werden fossile Brennstoffe nach Vorhersagen die Hauptenergiequelle für die Stromerzeugung für die nächsten 20 bis 50 Jahre bleiben. Der Bedarf an elektrischer Energie wird in diesem Zeitraum mit etwa 2-3% pro Jahr zunehmen. Zur gleichen Zeit ist es erfor¬ derlich, das von Kraftwerken abgegebene CO2 deutlich zu reduzieren, um die CO2-Konzentration in der Atmosphäre zu stabilisieren.

Gestiegene CO2-Konzentrationen in der Atmosphäre sind mit der globalen Erwär- mung in Verbindung gebracht worden. Aus diesem Grund erwägen internationale Agenturen und lokale Regierungen derzeit die Einrichtung von Abgabensystemen und werden möglicherweise Begrenzungen für die zukünftigen CO2-Emissionen von Kraftwerken einführen. Es werden daher technologische Optionen benötigt, welche die fortdauernde Nutzung von fossilen Brennstoffen ohne die damit ver- bundenen hohen CO2-Emissionen ermöglichen. Gleichzeitig werden ein hoher Wirkungsgrad und niedrige Anlagenkosten massgebliche Faktoren beim Bau und Betrieb eines Kraftwerks bleiben. Es sind bereits verschiedene Projekte mit dem Ziel gestartet worden, auf Gastur¬ binen basierende Prozesse mit geringer Emission zu entwickeln. Es gibt drei her¬ kömmliche Wege zur Reduzierung der Cθ2-Emission aus solchen Kraftwerken:

1. Methoden zum ausgangsseitigen Abfangen des CO2: Bei diesen Methoden wird das während der Verbrennung erzeugte CO2 aus den Abgasen durch einen Absorptionsprozess, Membranen, kältetechnische Prozesse oder Kombinationen davon entfernt. 2. Methoden zur Kohlenstoffentreicherung des Brennstoffs: Bei diesen Metho¬ den wird der Brennstoff vor der Verbrennung in H2 und CO2 umgewandelt und es wird so möglich, den Kohlenstoffgehalt des Brennstoffs vor dem Ein¬ tritt in die Gasturbine abzufangen. 3. Sauerstoff-Brennstoff-Prozesse („oxy-fuel process") mit Abgasrückführung: Bei diesen wird nahezu reiner Sauerstoff anstelle von Luft als Oxidations- mittel verwendet, wodurch ein Rauchgas aus Kohlendioxid und Wasser ent- steht.

Jeder dieser Wege ist jedoch mit Nachteilen behaftet, die sich in einer Verringe¬ rung des Wirkungsgrades, in einer Zunahme der Kapitalkosten für das Kraftwerk oder in notwendigen Umbaumassnahmen für die Turbomaschinen niederschla- gen.

Es besteht daher ein grosser Bedarf für einen Gasturbinen-Kreisprozess mit ma¬ ximalem Wirkungsgrad, niedrigen Gesamtkosten und einer Option für die Entfer¬ nung von CO2.

Um den Wirkungsgrad von mit Gasturbinen ausgestatteten Kombikraftwerken zu erhöhen und die Kosten zu verringern, sind die folgenden Optionen denkbar: - Die Erhöhung der Turbineneinlasstemperatur. - Die Erhöhung des Gesamt-Druckverhältnisses. - Der Einsatz eines Gasturbinen-Kreisprozesses mit Zwischenerhitzung. Mit den ersten beiden Optionen sind gewisse physikalische Grenzen verknüpft. So nehmen beispielsweise NOx-Emissionen mit höheren Verbrennungstemperaturen zu und die Werkstoffe der Turbinenschaufeln haben bei hohen Temperaturen ihre Festigkeitsgrenzen. Das Druckverhältnis für einen ungekühlten Ein-Wellen- Verdichter ist andererseits wegen der Wirkung der hohen Temperatur der kompri¬ mierten Luft auf die Rotorwerkstoffe begrenzt.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Erzeugung von Energie auf der Basis eines Gasturbinen-Kreisprozesses und eine Energieerzeugungsanlage zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, welche ohne wesentliche Einbussen beim Wirkungsgrad eine effiziente Entfernung des Kohlendioxids ermöglichen.

Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale der Ansprüche 1 und 25 ge¬ löst. Der Kern der Erfindung besteht darin, eine CO2-Abtrennung mit Teilrückfüh¬ rung des Rauchgases vorzusehen und gleichzeitig Massnahmen zum Ausgleich der mit der CO2-Abtrennung verbundenen Wirkungsgradverluste im Gasturbinen- Kreisprozess zu treffen.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Kohlendioxid (CO2) aus dem zirkulierenden Gas nur teilweise abgetrennt wird. Durch die teilweise Abtrennung des CO2 aus dem rückgeführten und komprimier- ten Rauchgas lassen sich höhere CO2-Konzentrationen und damit eine verbesser¬ te Effektivität bei der Abtrennung erreichen.

Eine andere bevorzugte Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Er¬ zeugung des dem Verdichter der Gasturbine zugeführten, Sauerstoff enthaltenden Gases Luft mit Sauerstoff angereichert wird. Die Sauerstoffanreicherung verbes¬ sert die CO2-Abtrennung. Sie würde die Brenntemperatur erhöhen, wenn nicht gleichzeitig mehr Rauchgas zurückgeführt oder Wasser bzw. Dampf zugesetzt würde.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das entspannte Rauchgas vor dem Abzweigen des Teilstromes in einem Ab¬ hitzedampferzeuger zur Erzeugung von Dampf eingesetzt wird.

In einer ersten alternativen Weiterbildung der Erfindung wird das Sauerstoff ent¬ haltende Gas in dem Verdichter in wenigstens zwei hintereinander geschalteten Verdichterstufen verdichtet, das Sauerstoff enthaltende Gas wird zwischen den beiden Verdichterstufen zwischengekühlt, das zurückgeführte Rauchgas wird dem Sauerstoff enthaltenden Gas vor der ersten Verdichterstufe zugegeben, und das Kohlendioxid (CO2) wird aus dem zwischengekühlten, Sauerstoff enthaltenden Gas vor Eintritt in die zweite Verdichterstufe abgetrennt. Die CO2-Abtrennung nach der Zwischenkühlung in einem mehrstufigen Verdichter integriert die partielle CO2- Abtrennung in einen Gasturbinen-Kreisprozess mit grossem Wirkungsgrad. Es können aus dem Luftfahrtbereich abgeleitete Komponenten eingesetzt werden, die Druckverhältnisse von über 30 bar, typischerweise 45 bar, aufweisen. Die nach der Zwischenkühlung erreichten Temperaturen (150C bis 1000C, am besten zwi- sehen 5O0C und 6O0C) eignen sich gut für Standard-CO2-Abtrennverfahren, wie z.B. CO2-Membraneinheiten.

Insbesondere wird zum Abtrennen des Kohlendioxids (CO2) das Sauerstoff ent¬ haltende Gas durch einen CO2-Separator geschickt, und die Menge des durch den CO2-Separator strömenden Gases wird mittels eines einstellbaren Ventils einge¬ stellt, welches in einem Bypass zum CO2-Separator angeordnet ist. Bevorzugt wird das auch der Regelung dienende Ventil während der Anfahrphase, während des Teillastbetriebs oder während einer Notabschaltung vollständig geöffnet, um den CO2-Separator kurzzuschliessen.

Eine weitere Verbesserung ergibt sich, wenn der abgezweigte Teilstrom des Rauchgases vor der Rückführung in einem Kühler abgekühlt wird, wobei dem Teilstrom optional Wasser entzogen wird. Hierdurch ergibt sich eine geringere Kompressionsarbeit in der ersten Verdichterstufe, sowie ein erhöhter Wasser¬ entzug. Zusätzlich kann der Kühler verwendet werden, um die Temperatur am Ein¬ tritt in den Verdichter zu regeln.

Eine flexible Betriebsweise ergibt sich dadurch, dass der abgezweigte Teilstrom unterbrochen wird, wenn der Gasturbinen-Kreisprozess in einem Standardmodus ohne Abtrennung von Kohlendioxid (CO2) gefahren werden soll.

Besonders günstig ist es, wenn das Kohlendioxid (CO2) im Cθ2-Separator mittels Membranen in einem nassen Verfahren abgetrennt wird. Hierbei sind die Mem¬ branen mit Wasser gesättigt. Als Folge davon wird der gekühlte Gasstrom mit Wasser gesättigt. Dadurch wird es möglich, den CO2-Separator in Anlagenkonzep¬ te mit Sprühkühlung oder mit dem sogenannten „inlet fogging" bei mittleren Drücken vor der Hochdruck-Verdichterstufe zu integrieren (zum „inlet fogging" siehe z.B. den Artikel von CB. Meher-Homji und T.R. Mee IM, Gas Turbine Power Augmentation by Fogging of Inlet Air, Proc. of 28th Turbomachinery Symposium, 1999, Seiten 93-113).

Entsprechend ist es denkbar, dass zur Zwischenkühlung Wasser in den Strom des Sauerstoff enthaltenden Gases eingesprüht wird, oder dass nach Art des „inlet fogging" am Eingang der zweiten Verdichterstufe Wasser in den Strom des Sauer¬ stoff enthaltenden Gases eingesprüht wird.

Eine zweite alternative Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der abgezweigte Teilstrom der Rauchgase vor der Rückführung in die Gas¬ turbine in einem separaten Verdichter komprimiert wird, wobei insbesondere das Kohlendioxid (CO2) aus dem komprimierten Teilstrom des Rauchgases abgetrennt und der komprimierte Teilstrom anschliessend dem Sauerstoff enthaltenden Gas vor der Brennkammer zugegeben wird, und zum Abtrennen des Kohlendioxids (CO2) der komprimierte Teilstrom durch einen Cθ2-Separator geschickt wird, und die Menge des durch den Cθ2-Separator strömenden Gases mittels eines ein- stellbaren Ventils eingestellt wird, welches in einem Bypass zum CO2-Separator angeordnet ist. Weiterhin wird der komprimierte Teilstrom vor dem Eintritt in den Cθ2-Separator in einem Kühler abgekühlt.

Auch ist es vorteilhaft, wenn der abgezweigte Teilstrom des Rauchgases vor der Rückführung in einem Kühler abgekühlt und dem Teilstrom dabei optional Wasser entzogen wird, und wenn das in der Turbine der Gasturbine entspannte Rauchgas zwischenerhitzt und in einer weiteren Turbine erneut entspannt wird, und die wei¬ tere Turbine zum Antrieb des separaten Verdichters verwendet wird. Die Verwen- düng eines separaten Verdichters für das zurückgeführte Rauchgas ermöglicht eine höhere Cθ2-Konzentration bei der Cθ2-Abtrennung. Die Abtrennung erfolgt beim vollen Verdichterdruck (am besten bei etwa 30 bar) mit einer einzigen Ver¬ dichterstufe. Die Zwischenerhitzung ergibt eine höhere Energiedichte im Kreispro- zess und reduziert die NOx-Emissionen des Prozesses. Die Zwischenerhitzung (mittels einer zweiten Brennkammer) ermöglicht weiterhin eine stabilere Verbren¬ nung in der ersten Brennkammer wegen des grosseren Sauerstoffüberschuss¬ verhältnisses bei einer vorgegebenen Gesamtrückführungsrate. Hieraus ergibt sich auch eine grossere Flexibilität bei der Prozessführung wie z.B. bei der Verän¬ derung der Wärmefreisetzung in der ersten und zweiten Brennkammer.

Eine dritte alternative Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlendioxid (CO2) aus dem in der Turbine der Gasturbine entspannten Rauchgas abgetrennt wird, und dass nach dem Abtrennen des Kohlendioxids (CO2) ein Teilstrom abgezweigt und zum Eingang des Verdichters der Gasturbine zurückgeführt wird, wobei insbesondere das in der Turbine der Gasturbine ent¬ spannte Rauchgas vor dem Abtrennen des Kohlendioxids (CO2) in einem Kühler abgekühlt und dem Rauchgas dabei Wasser entzogen wird, und das Rauchgas in der Turbine der Gasturbine auf wenige bar entspannt und das Rauchgas nach dem Abtrennen des Kohlendioxids (CO2) in einer Abgasturbine weiter entspannt wird. Das CO2 wird hier bei einem niedrigen Druck abgetrennt, jedoch wird durch den Entzug von Wasser gleichwohl ein hoher CO2-Partialdruck erreicht. Eine bevorzugte Ausgestaltung der Energieerzeugungsanlage nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass vor dem Eingang des Verdichters der Gasturbine eine vorzugsweise Lufttrennmembranen aufweisende Sauerstoffanreicherungs¬ vorrichtung zur Anreicherung der von dem Verdichter angesaugten Luft mit Sauer- stoff angeordnet ist, und dass in der Abgasleitung ein Abhitzedampferzeuger an¬ geordnet ist.

Ein besonders hoher Wirkungsgrad der Anlage lässt sich erreichen, wenn der Ver¬ dichter der Gasturbine zwei Verdichterstufen umfasst, wenn der CO2-Separator zwischen den beiden Verdichterstufen angeordnet ist, wenn zwischen dem Aus¬ gang der ersten Verdichterstufe und dem Eingang des Cθ2-Separators ein Zwi¬ schenkühler vorgesehen ist, und wenn die Rückführungsleitung auf den Eingang der ersten Verdichterstufe zurückgeführt ist. Bevorzugt ist der CO2-Separator mit einem Bypass überbrückt, in welchem ein einstellbares Ventil angeordnet ist.

Eine Weiterbildung dieser Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführungsleitung auf den Eingang der Brennkammer zurückgeführt ist, dass in der Rückführungsleitung hintereinander ein separater Verdichter und der CO2- Separator angeordnet sind, dass zwischen dem separaten Verdichter und dem Cθ2-Separator ein Kühler vorgesehen ist, und dass der Cθ2-Separator mit einem Bypass überbrückt ist, in welchem ein einstellbares Ventil angeordnet ist.

Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammen¬ hang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 ein vereinfachtes Anlagenschema einer Energieerzeugungsanlage gemäss einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit ei- nem zweistufigen Verdichter mit Zwischenkühlung in der Gastur¬ bine;

Fig. 2 ein vereinfachtes Anlagenschema einer Energieerzeugungsanlage gemäss einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit ei¬ ner zweiten Gasturbine zur Verdichtung des rückgeführten Rauch¬ gases; und

Fig. 3 ein vereinfachtes Anlagenschema einer Energieerzeugungsanlage gemäss einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Rückführung des Rauchgases nach der Abtrennung des CO2 erfolgt.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

In Fig. 1 ist ein vereinfachtes Anlagenschema einer Energieerzeugungsanlage 10 gemäss einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergegeben. Die Energieerzeugungsanlage 10 umfasst eine Gasturbine 12 mit zwei hintereinander- geschalteten Verdichterstufen 13 und 14, einer Brennkammer 15 und einer Turbi¬ ne 16, welche einen Generator 28 antreibt. Verdichterstufen 13, 14 und Turbine 16 sitzen in der üblichen Weise auf einer gemeinsamen Welle. Natürlich können die Verdichterstufen und die Turbine auch auf mehreren Wellen angeordnet sein, wo¬ bei die Turbine zusätzlich ebenfalls in zwei oder mehr Stufen unterteilt sein kann. Die erste Verdichterstufe 13 saugt Luft 23 an, die vor der Kompression durch Ent¬ zug von Stickstoff N2 in einer Sauerstoffanreicherungsvorrichtung 11 mit Sauer¬ stoff angereichert wird. Der optional mit Sauerstoff angereicherten Luft wird vom Ausgang der Anlage rückgeführtes Rauchgas zugemischt. Das resultierende, mit Sauerstoff angereicherte Gas wird in der ersten Verdichterstufe 13 vorverdichtet, anschliessend in einem Zwischenkühler 18 zwischengekühlt und dann der zweiten Verdichterstufe 14 zur Nachverdichtung zugeführt. Bevor das zwischengekühlte Gas in die zweite Verdichterstufe 14 eintritt, wird ihm in einem Cθ2-Separator 19 Kohlendioxid (CO2) entzogen. Ein am CO2-Separator 19 vorbeigeführter, mit ei¬ nem ersten einstellbaren Ventil 21 versehener Bypass 33 ermöglicht eine Einstel¬ lung des Durchsatzes durch den CO2-Separator 19 und damit der Menge des ins¬ gesamt abgetrennten CO2. Ein vor dem CO2-Separator 19 angeordnetes zweites Ventil 21' dient sowohl dem Absperren bei einem Kurzschliessen über den Bypass 33, als auch der Regelung.

Das in der Verdichterstufe 14 nachverdichtete Gas wird zur Verbrennung eines Brennstoffs in die Brennkammer 15 geleitet. Das bei der Verbrennung entstehen- de heisse Rauchgas wird in der Turbine 16 unter Arbeitsleistung entspannt und durchläuft anschliessend einen Abhitzedampferzeuger (Heat Recovery Steam Generator HRSG) 17, wo es Dampf für eine Dampfturbine oder andere Zwecke erzeugt. Nach dem Verlassen des Abhitzedampferzeugers 17 wird das Rauchgas über eine Abgasleitung 24 abgeführt. Von der Abgasleitung 24 abzweigend wird ein Teil des Rauchgases über eine Rückführungsleitung 34 auf den Eingang der ersten Verdichterstufe 13 zurückgeführt und - wie oben bereits beschrieben - der (optional) mit Sauerstoff angereicherten Luft zugemischt. In der Rückführungs¬ leitung 34 sind ein Ventil 22 und ein Kühler 20 angeordnet. Mit Hilfe des Ventils 22 kann die Rückführungsrate eingestellt oder die Rückführung ganz unterbrochen werden. Der Kühler 20 verringert durch die Abkühlung des Rauchgases die Kom¬ pressionsarbeit. Er kann darüber hinaus dem rückgeführten Rauchgas Wasser entziehen.

Kern des in der Fig. 1 dargestellten Gasturbinen-Kreisprozesses ist die Kombina- tion einer Rauchgasrückführung mit partieller Abtrennung von CO2 und eines hoch-effizienten Turbinen-Kreisprozesses mit mehrstufiger Verdichtung und Zwi¬ schenkühlung. Die für eine stöchiometrische Verbrennung (mit λ=1 ) benötigte Luftmenge bestimmt das maximale Rückführungsverhältnis für das Rauchgas. Ein höheres Rückführungsverhältnis ist vorteilhaft, weil es die CO2-Konzentration in dem durch den Zwischenkühler 18 und den CO2-Separator 19 maximiert. Die An¬ reicherung der Ansaugluft mit Sauerstoff, die innerhalb der Sauerstoffanreiche¬ rungsvorrichtung 11 beispielsweise durch den Einsatz von bei niedrigen Tempera- turen arbeitenden Lufttrennmembranen erreicht werden kann, ermöglicht bei vor¬ gegebener Brenntemperatur der Gasturbine12 eine stärkere Rückführung des Rauchgases.

Die in Fig. 1 dargestellte Anlage hat folgende Eigenschaften und Vorteile: - Durch die partielle Abtrennung des CO2 aus dem rückgeführten und vorver¬ dichteten Rauchgas können mit dem Cθ2-Separator 19 höhere CO2- Konzentrationen und damit bessere Wirkungsgrade bei der CO2- Abtrennung erreicht werden. - Mit dem Ventil 21 ist es möglich, den Anteil des durch den Cθ2-Separator 19 gehenden Gases optimal einzustellen. Während der Anfahrphase, im Teillastbetrieb oder bei einer Schnellabschaltung kann das Ventil 21 voll geöffnet werden, um den CO2-Separator 19 kurzzuschliessen. - Das Ventil 22 in der Rückführungsleitung 34 kann während Störungen, im Teillastbetrieb oder in der Anfahrphase dazu benutzt werden, den Prozess im Standardmodus ohne CÜ2-Abtrennung zu fahren. - Die Anordnung des CO2-Separators 19 nach dem Zwischenkühler 18 eines mehrstufigen Verdichters 13, 14 integriert die CÜ2-Abtrennung in einen Gasturbinen-Kreisprozess mit hohem Wirkungsgrad. Es können aus der Luftfahrttechnik stammende Komponenten mit Druckverhältnisses oberhalb 30, typischerweise mit 45 bar, eingesetzt werden. Die am Ausgang des Zwischenkühlers 18 erreichten Temperaturen (2O0C bis 1000C, insbesonde¬ re zwischen 5O0C und 6O0C) sind denen des Standard- Cθ2-Abtrenn- prozesses, wie z.B. in einer Cθ2-Membraneinheit, angepasst. - Bestimmte Cθ2-Membraneinheiten werden üblicherweise in einem nassen Modus (gesättigt mit Wasser) betrieben. Folglich sättigen die Membranen den gekühlten Gasstrom mit Wasser. Der Cθ2-Separator 19 kann somit in Konzepte mit Sprüh-Zwischenkühlung oder mit „inlet fogging" bei mittleren Drücken vor der Nachverdichterstufe integriert werden. - Die optionale Anreicherung mit Sauerstoff ermöglicht eine verstärkte Rück¬ führung des Rauchgases (Anmerkung: Das angereicherte O2 erhöht die Brenntemperatur, wenn nicht gleichzeitig der verdünnende Bestandteil er- höht wird, was entweder durch eine verstärkte Rauchgasrückführung oder durch Zusatz von Wasser oder Dampf geschehen kann). - Der Kühler bzw. Kondenser 20 in der Rückführungsleitung 34 ermöglicht eine verstärkte Rückgewinnung von Wasser zu Lasten einer stärkeren Küh- lung.

Das Anlagenschema des in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiels umfasst in einer Energieerzeugungsanlage 30 zwei Gasturbinen 12 und 12'. Die erste Gasturbine 12 umfasst einen Verdichter 25, eine Brennkammer 15 und eine Turbine 16, die einen ersten Generator 28 antreibt. Auch hier wird in der Gasturbine 12 angesaug¬ te Luft 23 (optional) in einer Sauerstoffanreicherungsvorrichtung 11 mit Sauerstoff angereichert, im Verdichter 25 verdichtet und zur Verbrennung von Brennstoff in der Brennkammer 15 herangezogen. Die heissen Rauchgase werden zunächst in der Turbine 16 der ersten Gasturbine 12 und anschliessend in der Turbine 16' der zweiten Gasturbine 12' entspannt. Zwischen den beiden Turbinen 16 und 16' kann optional eine zusätzliche Erhitzung in einem Zwischenerhitzer 27 (sequentielle Verbrennung) vorgenommen werden. Das entspannte Rauchgas wird anschlies¬ send durch einen Abhitzedampferzeuger 17 geleitet und in einer Abgasleitung 24 abgeführt. Ein Teil des Rauchgases wird wiederum rückgeführt und direkt vor der Brennkammer 15 der mit Sauerstoff angereicherten und verdichteten Luft zuge¬ mischt. Die notwendige Verdichtung erfolgt in dem Verdichter 25' der zweiten Gas¬ turbine 12', die zugleich einen zweiten Generator 28' antreiben kann. Ähnlich wie in Fig. 1 wird das rückgeführte Rauchgas nach der Verdichtung in einem Kühler 26' abgekühlt und anschliessend in einem Cθ2-Separator 19 partiell vom Kohlen- dioxid befreit. Zur Einstellung der Abtrennrate kann auch hier ein Bypass 33 mit Ventil 21 vorgesehen werden. Zur Regelung und Absperrung des Stromes durch den Cθ2-Separator 19 ist wiederum ein zweites Ventil 21' vor dem Cθ2-Separator 19 einsetzbar. Vor dem Kühler 26' kann zusätzlich ein regenerativer Wärme¬ tauscher 26 angeordnet werden, in dem auf thermodynamisch effiziente Weise das CO2-arme Gas, das den CO2-Separator 19 verlässt, vor der Verbrennung vorgewärmt und so ein grosser Teil der Kühlleistung des Wärmetauschers 26 zu¬ rückgewonnen wird. Das Ventil 22 und der Kühler 20 in der Rückführungsleitung 34 erfüllen dieselben Funktionen wie in Fig. 1. Der Bypass 33 sollte unbedingt den Cθ2-Separator 19 und die beiden Kühler 26 und 26' überbrücken, da sonst vor der Brennkammer 15 gekühlt wird, was thermodynamisch ungünstig ist.

Der separate Verdichter 25' ermöglicht eine höhere CO2-Konzentration und damit eine Steigerung in der Effektivität der Cθ2-Abtrennung. Gleichzeitig erhöht sich der Wirkungsgrad des Prozesses durch die Zwischenerhitzung. Die in Fig. 2 dar¬ gestellte Anlage hat entsprechend folgende Eigenschaften und Vorteile: - Die CO2-Abtrennung erfolgt aufgrund des separaten Verdichters bei vollem Verdichterdruck (optimalerweise bei etwa 30 bar) mit einer einzigen Ver¬ dichterstufe. - Der Einsatz der Zwischenerhitzung gibt eine grossere Energiedichte im Prozess. - Der Einsatz der Zwischenerhitzung reduziert die NOx-Emission im Prozess. - Der Einsatz der Zwischenerhitzung ermöglicht wegen des grosseren Sauer- stoffüberschuss-Verhältnisses bei vorgegebener gesamthafter Rückfüh¬ rungsrate eine stabilere Verbrennung im ersten Brenner (Brennkammer 15). Dadurch ergibt sich eine grossere Flexibilität bei der Steuerung des Prozesses, d.h., ein grosserer Variationsbereich bei der Wärmefreisetzung im ersten und zweiten Brenner (Zwischenerhitzer 27).

Die Verdichter und Turbinen können im übrigen auch in einer von Fig. 2 abwei¬ chenden Art und Weise miteinander verbunden werden, um den Einsatz einer frei (auf einer separaten Welle) laufenden Leistungsturbine zu ermöglichen. Weiterhin ist es auch denkbar, eine mehrstufige Verdichtung mit Zwischenkühlung des rück¬ geführten Rauchgases vorzusehen. In diesem Fall würde die CO2-Abtrennung bei einem niedrigeren Druck stattfinden, jedoch Hesse sich insgesamt ein höherer Sy¬ stemdruck erreichen. Der Bypass würde dann nur die Cθ2-Absorbereinheit umfas¬ sen, nicht jedoch die Kühler, die ausserdem nicht regenerativ ausgeführt wären.

Das Anlagenschema des in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiels offenbart eine Energieerzeugungsanlage 32 mit einer Gasturbine 12 mit Verdichter 25', Brenn- kammer 15 und Turbine 16 und nachgeschaltetem Abhitzedampferzeuger 17. Nach Durchlaufen des Abhitzedampferzeugers 17 wird das Rauchgas in einem Kühler 20 entwässert und anschliessend partiell im Cθ2-Separator 19 vom Koh¬ lendioxid befreit. Erst nach der CÜ2-Abtrennung wird ein Teil des Rauchgases über die Rückführungsleitung 34 auf den Eingang des Verdichters 25' zurück¬ geführt und mit der angesaugten und mit Sauerstoff angereicherten Luft 23 ver¬ mischt. Der Rest des Rauchgases kann in einer optionalen, nachgeschalteten Ab- gasturbine 29 weiter entspannt werden. Zusätzlich kann die am Eingang anste¬ hende und in der Sauerstoffanreicherungsvorrichtung 11 mit Sauerstoff angerei- cherte Luft 23 in einem Verdichter 25 vorverdichtet und in einem Zwischenkühler 35 optional zwischengekühlt werden. So könnte beispielsweise ein Druckverhält¬ nis von 10 in der Vorverdichtung (Verdichter 25) des Sauerstoff enthaltenden Ga¬ ses und ein Druckverhältnis von 10-20 in der Hauptverdichtung (25') gewählt wer¬ den. Wenn dann sehr stark angereicherte Luft verwendet wird, kann so ein effi- zienter Prozess erreicht werden.

In dieser Version wird das Kohlendioxid vor der Rückführung abgetrennt. Obgleich das CO2 bei einem niedrigeren Druck abgetrennt wird, ergibt sich durch die Ent¬ wässerung ein hoher Cθ2-Partialdruck. Die in Fig. 3 dargestellte Anlage hat ent- sprechend folgende Eigenschaften und Vorteile: - Anders als bei Fig. 1 und 2 wird das Rauchgas insgesamt einer CO2- Abtrennung unterzogen. Ein Teil des Rauchgases wird dann zurückgeführt. Diese Vorgehensweise kann aber auch bei Konzepten mit Zwischenküh¬ lung (ähnlich wie Fig. 1 ) und Zwischenerhitzung (ähnlich wie Fig. 2) einge- setzt werden. - Es kann Wasser eingespritzt werden (in Fig. 3 nicht dargestellt), um die NOx-Emissionen der Verbrennung zu reduzieren und den für eine vorgege¬ bene CO2-Abgaskonzentration erforderlichen Grad an Rauchgasrückfüh¬ rung zu reduzieren.

Andere Möglichkeiten ergeben sich, wenn ein Kreisprozess mit einem hohen Mass an Wassereinspritzung (Sprüh-Zwischenkühlung, Wasser- oder Dampfeinsprit- zung in die Brennkammer) mit dem Schema der partiellen Rauchgasrückführung kombiniert wird: - Wenn der hohe Anteil an Wasser in Rauchgas entfernt wird, erhöht sich die Cθ2-Konzentration. Dadurch verbessert sich die Effizienz der Cθ2-Abtren- nung, und zwar sowohl bei der „tail-end"-Konfiguration gemäss Fig. 3, d.h. bei einer Lösung mit nachgeschalteter CÜ2-Abtrennung am Prozessende, als auch bei der Abtrennung im Mitteldruckbereich gemäss Fig. 1 und 2. - Die Zugabe von Wasser ermöglicht dieselbe Brenntemperatur mit weniger Rauchgasrückführung. Dies kann in Fällen, in denen die Wasserversorgung unkritisch ist, Auswirkungen auf den Wirkungsgrad haben. - Die Wassereinspritzung kann auch bei Prozessen ohne Rauchgasrückfüh¬ rung eingesetzt werden, um nach der Wasserkondensation eine effiziente „tail-end"-CO2-Abtrennung zu erlauben. Im Grenzfall könnte ausreichend Wasser zum Prozess hinzugefügt werden, um eine Verbrennung mit λ nahe 1 bei vernünftigen Temperaturen ohne Rauchgasrückführung zu ermögli¬ chen. BEZUGSZEICHENLISTE

10, 30, 32 Energieerzeugungsanlage 11 Sauerstoffanreicherungsvorrichtung 12, 12' Gasturbine 13, 14 Verdichterstufe 15 Brennkammer 16, 16' Turbine 17 Abhitzedampferzeuger (HRSG) 18, 35 Zwischenkühler 19 CO2-Separator 20, 26' Kühler 21 , 21', 22, 31 Ventil 23 Luft 24 Abgasleitung 25, 25' Verdichter 26 regenerativer Wärmetauscher 27 Zwischenerhitzer 28, 28' Generator 29 Abgasturbine 33 Bypass 34 Rückführungsleitung