催化燃烧体系.pdf

一种体系，包括具有入口流体(25)和出口流体(26)的压缩机(10)，具有工艺入口流体(29)和工艺出口流体(31)的预热器(12)，具有入口流体(32)和出口流体(33)且含有催化剂的催化燃烧器(13)，和具有入口流体(34)和出口流体(35)的涡轮机(14)，其中压缩机(10)的出口流体(26)连接至预热器(12)的工艺入口流体(29)，预热器(12)的工艺出口流体(31)连接至催化燃烧器(13)的入口流体(32)，催化燃烧器(13)的出口流体(33)连接至涡轮机(14)的入口流体(34)。在该体系的操作过程中，压缩机(10)的入口流体(25)具有基本上恒定且低浓度的燃料。

1.  一种体系，它包括
具有入口流体和出口流体的压缩机，
具有工艺入口流体和工艺出口流体的预热器，
具有入口流体和出口流体且含有催化剂的催化燃烧器，和
具有入口流体和出口流体的涡轮机，
其中压缩机的出口流体连接至预热器的工艺入口流体，预热器的工艺出口流体连接至催化燃烧器的入口流体，和催化燃烧器的出口流体连接至涡轮机的入口流体，和
其中在该体系的操作过程中，压缩机的入口流体具有基本上恒定且低浓度的燃料，涡轮机的入口流体具有小于800℃的温度，并且压缩机的出口流体具有小于3.5bar的绝对压力，并且其中燃料包括甲烷浓度为0.5-1.5mol％的气体。

2.  权利要求1的体系，其中燃料包括甲烷浓度为约1mol％的气体。

3.  权利要求1的体系，其中催化燃烧器含有具有50×10^-7-200×10^-7mol/(m²s)的活性和20-40m²/cm³的反应表面积的催化剂。

4.  权利要求1的体系，其中催化燃烧器具有950℃的最大连续床表面温度。

5.  权利要求1的体系，其中催化燃烧器是蜂窝状整料反应器。

6.  权利要求5的体系，其中整料是陶瓷，它充当贵金属催化剂位于其上的贱金属的洗涂层浆料用基底。

7.  权利要求1的体系，其中催化燃烧器具有大于99％的燃烧效率。

8.  权利要求1的体系，进一步包括发电机，所述发电机连接至涡轮机，其中发电机把涡轮机产生的轴功转化成电能。

9.  权利要求1的体系，该体系进一步包括换热器，以回收在涡轮机的出口流体内的一些能量。

10.  权利要求9的体系，其中换热器和预热器形成单一的整体单元，其中预热器具有加热入口流体和加热出口流体，加热入口流体连接至涡轮机的出口流体，以便使用涡轮机的出口流体加热压缩机的出口流体。

11.  权利要求1的体系，进一步包括热量回收锅炉，该锅炉具有连接至预热器的加热出口流体的入口流体，其中在使用过程中，使锅炉适合于回收来自涡轮机出口流体中的能量。

12.  权利要求1的体系，该体系进一步包括具有入口流体、出口流体和启动燃料流体的预燃烧器，其中入口流体连接至预热器的工艺出口流体，和出口流体连接至催化燃烧器的入口流体，其中在涡轮机的启动过程中和在低负荷操作过程中，使用预燃烧器燃烧启动燃料流体。

13.  权利要求12的体系，其中在该体系的正常操作过程中，启动燃料流体的流速为0，和预热器的工艺出口流体未反应地通过预燃烧器。

14.  权利要求1的体系，进一步包括混合器，其中该混合器具有出口流体和至少两种入口流体混合器的出口流体连接至压缩机的入口流体。

15.  权利要求14的体系，其中混合器的出口流体具有0.5-1.5mol％的甲烷浓度。

16.  权利要求14的体系，其中在混合物的所述至少两种入口流体中，至少一种入口流体具有0-1.5mol％的甲烷浓度和至少一种其它的入口流体具有超过20mol％的甲烷浓度。

17.  权利要求14的体系，其中在混合器内的所述至少两种入口流体中的至少一种是来自煤矿通风空气的流体。

18.  权利要求17的体系，进一步包括第一洗涤器，在使用过程中，使所述第一洗涤器适合于从通风空气中除去直径大于和等于0.5微米的颗粒。

19.  权利要求18的体系，其中在使用过程中，还使所述第一洗涤器适合于从通风空气中除去硫化合物，以便在第一洗涤器的气体出口流体中硫化氢和二氧化硫的浓度分别不大于10ppm和5ppm。

20.  权利要求14的体系，其中混合器的所述至少两种入口流体中的至少一种其它的流体是煤矿排放气体的流体。

21.  权利要求20的体系，进一步包括第二洗涤器，在使用过程中，使所述第二洗涤器适合于从煤矿排放气体中除去直径大于和等于0.5微米的颗粒。

22.  权利要求21的体系，其中在使用过程中，还使所述第二洗涤器适合于从煤矿排放气体中除去硫化合物，以便在第二洗涤器的气体出口流体中硫化氢和二氧化硫的浓度分别不大于10ppm和5ppm。

23.  权利要求14的体系，其中该体系进一步包括储罐，储罐具有连接至压缩机的入口流体的出口流体，和在该体系的操作过程中，储罐的出口流体具有随时间流逝基本上恒定的组成，其中储罐储存充足的流体，以缓冲储罐的至少一种入口流体在组成上的波动。

24.  权利要求23的体系，其中混合器的出口流体连接至储罐的至少一种入口流体。

25.  权利要求1的体系，其中压缩机的出口流体具有1.5-3.5bar的绝对压力。

26.  权利要求1的体系，其中压缩机的出口流体具有约2bar的绝对压力。

27.  权利要求1的体系，其中压缩机的出口流体具有100-200的温度并且预热器的工艺出口流体具有475-535℃的温度。

28.  权利要求1的体系，其中涡轮机的入口流体具有约780℃的温度并且将至少部分涡轮机的入口流体循环，来加热预热器的入口流体至约630℃的温度。

29.  一种发电的方法，该方法包括下述步骤：
(a)混合至少两种气体流体，产生具有基本上恒定和低燃料浓度的工艺气体流体；然后
(b)压缩该工艺气体流体到不大于3.5bar的绝对压力；
(c)预热该工艺气体流体；
(d)在催化剂存在下燃烧该工艺气体流体，产生温度小于800℃的工艺气体流体；
(e)在涡轮机内使该工艺气体流体膨胀，产生轴功；和
(f)使用发电机，将涡轮机的轴功转化成电，
其中工艺气体流体具有0.5-1.5mol％的甲烷浓度。

30.  权利要求29的发电的方法，进一步包括洗涤所述至少两种气体流体的步骤，以除去直径大于和等于0.5微米的颗粒和除去硫化合物，以便工艺气体流体中硫化氢和二氧化硫的浓度分别不大于10ppm和5ppm。

31.  权利要求29的发电的方法，其中工艺气体流体被压缩至1.5-3.5bar的绝对压力。

32.  权利要求29的发电的方法，其中工艺气体流体被压缩至约2bar的绝对压力。

33.  权利要求29的发电的方法，其中工艺气体流体在压缩之后具有100-200℃的温度并且在预热之后具有475-535℃的温度。

34.  权利要求29的发电的方法，其中工艺气体流体在燃烧之后具有约780℃的温度并且在燃烧之后将至少部分涡轮机的入口流体循环，在膨胀之后，来加热预热器的入口流体至约630℃的温度。

35.  权利要求29的发电的方法，其中至少两种气体流体包括来自地下煤矿的通风空气和来自地下煤矿的排放气体。

催化燃烧体系
本申请是申请日为2003年9月26日、申请号为03824823.9、发明名称为“催化燃烧体系”的专利申请的分案申请。
发明领域
本发明涉及催化燃烧。
发明背景
已开发出催化燃烧气体的涡轮机(turbine)体系替代常规的工业气体涡轮机，其燃烧天然气，但具有超低的NO_x释放。这种涡轮机的特征之一是由于高的入口温度(＞850℃)导致要求在涡轮机的入口处冷却，所述高的入口温度来自于高浓度甲烷的燃烧。通过将来自压缩机排出管的大量空气旁接到涡轮机入口和涡轮机的第一分段装置(stage)内来实现这种冷却。然而，若空气含有甲烷，则会导致大量未燃烧的甲烷流过涡轮机并进入大气内。这不仅没有充分利用甲烷，而且破坏环境和浪费能源。
催化燃烧涡轮机体系的另一应用是由废气发电，所述废气具有比天然气低的甲烷浓度。然而，以前的这种尝试具有数种难度：必须注射支持燃料(例如天然气)到催化燃烧器内以维持有效的燃烧，不能有效地处理甲烷小于2mol％的气流，必须过度提高气流的压力，从而降低体系总的电输出量，和难以控制在燃烧器的出口处的气体温度在低于800℃的恒定数值下，以便不要求在涡轮机入口处的冷却，和具有处理废气的问题，所述废气就其本性来说具有波动的组成。
发明概述
因此，在本发明的一个实施方案中，希望提供一种催化燃烧的气体涡轮机体系，它利用具有基本上恒定和低浓度燃料的气体。
根据本发明的第一方面，提供一种体系，该体系用于提供燃料以驱动催化燃烧气体的涡轮机体系，其中提供燃料的该体系包括混合器，具有出口流体和至少两种入口流体以及压缩机，具有入口流体，混合器的出口流体连接至压缩机的入口流体，其中在体系的操作过程中，控制所述至少两种入口流体，以便混合器的出口流体随时间流逝具有基本上恒定的组成。
优选地，混合器的出口流体具有低浓度的烃。
优选地，混合器的出口流体基本上是气体。
优选地，混合器的出口流体具有低浓度的甲烷。
优选地，出口流体具有0.5-1.5mol％的甲烷浓度。
优选地，出口流体具有约1mol％的甲烷浓度。
优选地，在混合器的所述至少两种入口流体中，至少一种入口流体具有非常低浓度的甲烷和至少一种其它的入口流体具有高浓度的甲烷。
优选地，在混合器的所述至少两种入口流体中，至少一种入口流体具有0-1.5mol％的甲烷浓度和至少一种其它的入口流体具有超过20mol％的甲烷浓度。
优选地，混合器的操作温度为约20℃。
优选地，混合器的操作压力为约常压。
优选地，压缩机的压缩比为约2。
优选地，压缩机具有压力小于3.5bar(绝对)的出口流体。
优选地，压缩机的出口流体的压力为约2bar(绝对)。
优选地，压缩机的出口流体的温度为100-200℃。
优选地，压缩机是轴向流动的压缩机。
或者，压缩机是径向流动的压缩机。
优选地，混合器的所述至少两种入口流体中的至少一种是来自煤矿通风(yentilation)空气的流体，其具有非常低的甲烷浓度。
优选地，体系进一步包括第一洗涤器，该第一洗涤器具有入口流体和气体出口流体，所述气体出口流体连接至混合器的所述至少两种入口流体中的至少一种，和入口流体是通风空气的流体，其中该第一洗涤器经固体出口流体从通风空气中除去颗粒。
优选地，第一洗涤器包括湿法洗涤器和过滤器。
优选地，第一洗涤器除去直径大于和等于0.5微米的颗粒。
优选地，洗涤器还经硫出口流体除去硫化合物。
优选地，第一洗涤器除去硫化合物，以便在气体出口流体中硫化氢和二氧化硫的浓度分别不大于10ppm和5ppm。
优选地，混合器的所述至少两种入口流体中的至少一种其它的流体是煤矿排放(drainage)气体的流体。
优选地，体系进一步包括第二洗涤器，该第二洗涤器具有入口流体和气体出口流体，所述气体出口流体连接至混合器的所述至少两种入口流体中的至少一种其它的流体，和入口流体是煤矿排放气体的流体，其中该第二洗涤器经固体出口流体从排放气体中除去颗粒。
优选地，第二洗涤器包括湿法洗涤器和过滤器。
优选地，第二洗涤器除去直径大于和等于0.5微米的颗粒。
优选地，洗涤器还经硫出口流体除去硫化合物。
优选地，第二洗涤器除去硫化合物，以便在气体出口流体中硫化氢和二氧化硫的浓度分别不大于10ppm和5ppm。
优选地，体系进一步包括储罐，所述储罐具有连接至压缩机的入口流体的出口流体，和在该体系的操作过程中，所述储罐的出口流体随时间流逝具有基本上恒定的组成，其中储罐储存充足的流体，以缓冲储罐的至少一种入口流体在组成上的波动。
优选地，储罐储存气体。
优选地，混合器的出口流体连接至储罐的至少一种入口流体，其中混合器和储罐是独立的单元。
或者，混合器足够大到充当储罐。
优选地，储罐的操作温度为约20℃。
优选地，储罐的操作压力为约常压。
根据本发明的第二方面，提供一种体系，它包括：
具有入口流体和出口流体的压缩机，具有工艺(process)入口流体和工艺出口流体的预热器，具有入口流体和出口流体且含有催化剂的催化燃烧器，和具有入口流体和出口流体的涡轮机，其中压缩机的出口流体连接至预热器的工艺入口流体，预热器的工艺出口流体连接至催化燃烧器的入口流体，和催化燃烧器的出口流体连接至涡轮机的入口流体，和其中在该体系的操作过程中，压缩机的入口流体具有基本上恒定和低浓度的燃料。
优选地，压缩机的入口流体具有低浓度的烃。
优选地，压缩机的入口流体基本上是气体。
优选地，压缩机的入口流体具有低浓度的甲烷。
优选地，压缩机的入口流体具有0.5-1.5mol％的甲烷浓度。
优选地，压缩机的入口流体具有约1mol％的甲烷浓度。
优选地，压缩机的入口流体具有约20℃的温度。
优选地，压缩机的入口流体具有接近常压的压力。
优选地，体系进一步包括混合器，所述混合器具有连接至压缩机的入口流体的出口流体，其中在该体系的操作过程中，控制至混合器的至少两种入口流体，以便出口流体具有基本上恒定和低浓度的燃料。
优选地，在混合器的所述至少两种入口流体中，至少一种入口流体具有非常低浓度的甲烷和至少一种其它的入口流体具有高浓度的甲烷。
优选地，在混合器的所述至少两种入口流体中，至少一种入口流体具有0-1.5mol％的甲烷浓度和至少一种其它的入口流体具有超过20mol％的甲烷浓度。
优选地，压缩机的压缩比为约2。
优选地，压缩机的出口流体具有小于3.5bar的压力(绝对)。
优选地，压缩机的出口流体具有约2bar的压力(绝对)。
优选地，压缩机的出口流体的温度为100-200℃。
优选地，压缩机是轴向流动的压缩机。
或者，压缩机是径向流动的压缩机。
优选地，混合器的所述至少两种入口流体中的至少一种是来自煤矿的通风空气流体。
优选地，体系进一步包括第一洗涤器，所述第一洗涤器具有入口流体和气体出口流体，气体出口流体连接至混合器的所述至少两种入口流体中的至少一种，和入口流体是通风空气流体，其中第一洗涤器经固体出口流体从通风空气中除去直径大于和等于0.50微米的颗粒，并且第一洗涤器还经硫出口流体从通风空气中除去硫化合物，以便在气体出口流体中硫化氢和二氧化硫的浓度分别不大于10ppm和5ppm。
或者，可在混合器和压缩机之间连接第一洗涤器。
优选地，混合器的所述至少两种入口流体中的至少一种其它的流体是煤矿排放气体的流体。
优选地，体系进一步包括第二洗涤器，所述第二洗涤器具有入口流体和气体出口流体，气体出口流体连接至混合器的所述至少两种入口流体中的至少一种，和入口流体是煤矿排放气体的流体，其中第二洗涤器经固体出口流体从通风空气中除去直径大于和等于0.50微米的颗粒，并且第二洗涤器还经硫出口流体从通风空气中除去硫化合物，以便在气体出口流体中硫化氢和二氧化硫的浓度分别不大于10ppm和5ppm。
优选地，体系进一步包括储罐，所述储罐具有连接至压缩机的入口流体的出口流体，和在该体系的操作过程中，储罐的出口流体随时间流逝具有基本上恒定的组成，其中储罐储存充足的流体，以缓冲至储罐的至少一种入口流体在组成上的波动。
优选地，储罐储存气体。
优选地，混合器的出口流体连接至储罐的至少一种入口流体，其中混合器和储罐是独立的单元。
或者，混合器足够大到充当储罐。
优选地，储罐的操作温度为约20℃。
优选地，储罐的操作压力为约常压。
优选地，预热器的工艺出口流体具有475-535℃的温度。
优选地，在预热器上具有非常低的压降，以便工艺出口流体的压力基本上与工艺入口流体的压力相同。
优选地，催化燃烧器具有适中的空速和低的压降。
优选地，催化燃烧器含有催化剂，所述催化剂具有高的活性和高的反应表面积。
优选地，催化剂的活性为50-200×10^-7mol/(m²s)。
优选地，催化剂的反应表面积为20-40m²/cm³。
在整个说明书中，术语“活性”应理解为是指甲烷的氧化速度。
优选地，催化燃烧器是蜂窝状整料(monolith)反应器。
优选地，在催化燃烧器中使用的催化剂是贵金属催化剂。
优选地，在催化燃烧器中使用的催化剂是钯、铂或铑中的至少一种。
优选地，整料是陶瓷，它充当贵金属催化剂位于其上的贱金属的洗涂层(wash coat)浆料用基底。
优选地，催化燃烧器具有950℃的最大连续床使用温度。
优选地，催化燃烧器的出口流体具有不大于800℃的温度。
优选地，催化燃烧器具有大于99％的燃烧效率。
优选地，在催化燃烧器上具有非常低的压降，以便出口流体的压力基本上与入口流体的压力相同。
优选地，涡轮机的入口流体具有小于800℃的温度。
优选地，涡轮机的入口流体具有约780℃的温度。
优选地，涡轮机的出口流体具有约630℃的温度。
优选地，涡轮机的出口流体具有略高于常压的压力。
优选地，涡轮机不要求来自压缩机的出口流体中的冷却空气来冷却涡轮机的入口涡管和第一分段装置。
优选地，涡轮机具有冷却油用于冷却传动轴和轴承。
优选地，涡轮机是轴向流动涡轮机。
或者，涡轮机是径向流动涡轮机。
优选地，使用涡轮机驱动压缩机。
优选地，体系进一步包括连接至涡轮机的发电机，其中发电机将涡轮机产生的轴功转化成电能。
或者，涡轮机包括基于分轴循环的两个涡轮机，以便第一个涡轮机驱动压缩机，和第二个涡轮机连接至发电机。
优选地，体系进一步包括换热器(recuperator)，以回收在涡轮机的出口内的一些能量。
优选地，换热器和预热器形成单一的整体单元，其中预热器具有加热入口流体和加热出口流体，加热入口流体连接至涡轮机的出口流体，以便涡轮机的出口流体用于加热压缩机的出口流体。
优选地，预热器是塔板换热器。
或者，预热器是片管换热器。
或者，预热器和换热器是独立的单元，以便压缩机的出口流体在预热器内通过加热设备，而不是使用涡轮机的出口流体加热。
优选地，体系进一步包括热量回收锅炉，所述锅炉具有连接至预热器的加热出口流体的入口流体，其中在使用过程中，使锅炉适合于回收来自涡轮机出口流体中的能量。
优选地，体系进一步包括具有入口流体、出口流体和启动燃料流体的预燃烧器，入口流体连接至预热器的工艺出口流体，和出口流体连接至催化燃烧器的入口流体，其中在锅炉的启动过程中和在低负荷的操作过程中，使用预燃烧器，燃烧启动燃料流体。
优选地，启动燃料是烃。
优选地，启动燃料是液体石油气。
优选地，在体系的正常操作过程中，启动燃料流体的流速为0，和预热器的工艺出口流体未反应地流经预燃烧器。
根据本发明的第三方面，提供产生具有基本上恒定和低浓度燃料的气体的方法，该方法包括下述步骤：规定在混合器的出口流体内燃料的所需浓度，在混合器内混合具有非常低燃料浓度的至少一种流体与具有高燃料浓度的至少一种流体，和控制具有高燃料浓度的至少一种流体的流速，满足在混合器的出口流体内所需的燃料浓度。
优选地，燃料是烃燃料。
优选地，燃料是甲烷。
优选地，甲烷的所需浓度是0.5-1.5mol％。
优选地，甲烷的所需浓度是约1mol％。
优选地，具有非常低燃料浓度的至少一种流体具有0-1.5mol％的甲烷浓度。
优选地，具有高燃料浓度的至少一种流体具有超过20mol％的甲烷浓度。
优选地，具有非常低燃料浓度的至少一种流体是来自煤矿的通风空气的流体。
优选地，具有高燃料浓度的至少一种流体是煤矿排放气体的流体。
优选地，该方法进一步包括使用第一洗涤器，洗涤通风空气以除去颗粒的步骤。
优选地，该方法进一步包括使用第一洗涤器，洗涤通风空气以除去直径大于和等于0.50微米颗粒的步骤。
优选地，该方法进一步包括使用第一洗涤器，洗涤通风空气以除去硫化合物的步骤。
优选地，该方法进一步包括下述使用第一洗涤器，洗涤通风空气以除去硫化合物的步骤，以便第一洗涤器具有硫化氢和二氧化硫的浓度分别不大于10ppm和5ppm的气体出口流体。
优选地，该方法进一步包括使用第二洗涤器，洗涤煤矿排放气体以除去颗粒的步骤。
优选地，该方法进一步包括使用第一洗涤器，洗涤煤矿排放气体以除去直径大于和等于0.50微米颗粒的步骤。
优选地，该方法进一步包括使用第二洗涤器，洗涤煤矿排放气体以除去硫化合物的步骤。
优选地，该方法进一步包括下述使用第二洗涤器，洗涤煤矿排放气体以除去硫化合物的步骤，以便第二洗涤器具有硫化氢和二氧化硫的浓度分别不大于10ppm和5ppm的气体出口流体。
优选地，该方法进一步包括在储罐内储存气体的步骤。
优选地，混合器足够大到充当储罐。
或者，混合器的出口流体连接至储罐的入口流体，其中混合器和储罐是独立的单元。
根据本发明的第四方面，提供发电的方法，该方法包括下述步骤：混合至少两种气体流体，产生具有基本上恒定和低燃料浓度的工艺气体流体，然后，压缩该工艺气体流体，预热该工艺气体流体，在催化剂存在下使该工艺气体流体燃烧，在涡轮机内使该工艺气体流体膨胀，产生轴功，使用发电机，将涡轮机的轴功转化成电。
优选地，混合所述至少两种气体流体的步骤包括根据本发明的第三方面产生具有低浓度燃料的气体的方法。
优选地，工艺气体流体被压缩到1.5-3.5bar(绝对)。
优选地，工艺气体流体被压缩到约2bar(绝对)。
优选地，工艺气体流体被预热到475-535℃。
优选地，催化剂是贵金属催化剂。
优选地，催化剂是钯、铂或铑中的至少一种。
优选地，催化剂位于陶瓷整料上，它充当贱金属的洗涂层浆料用基底。
优选地，流体包括在导管内的流体。
措辞“包括，具有，含有”应当以包括的意义解释，这意味着也可添加额外的特征。
可相对于以上所述和在下述权利要求的描述中定义的发明作出变化和改性。

附图简述
在参考附图的基础上，仅仅通过实施例描述本发明的优选实施方案，其中：
图1是催化燃烧气体的涡轮机体系的方框图。
优选实施方案的详细说明
参考图1，催化燃烧气体的涡轮机体系的优选实施方案包括压缩机10、换热器11、预燃烧器12、催化燃烧器13、涡轮机14、发电机15、混合器16和第一洗涤器17与第二洗涤器18，从而形成可用约1mol％甲烷(最大1.5mol％，最小0.5mol％)驱动的发电体系。
该体系主要由来自煤矿21的通风空气内的甲烷驱动。通风空气在第一洗涤器17内洗涤，除去直径大于和等于0.50微米的灰尘颗粒。第一洗涤器17还除去硫化氢和二氧化硫，以便这些化合物的浓度不超过该体系内的最大可允许浓度，所述最大可允许浓度是10ppm的硫化氢和5ppm的二氧化碳。超过最大可允许浓度可导致体系组件的结垢和催化燃烧器内催化剂的失活。
通风空气已在第一洗涤器17内洗涤之后经第一入口22进入混合器16内。由于在通风空气21内的甲烷浓度可在0至1.5mol％间变化，需要将它与另一气体混合，以便提供给压缩机10随时间流逝具有几乎恒定甲烷浓度的气体。这使用煤矿排放气体20来实现，所述煤矿排放气体20也在第二洗涤器18内经历类似的洗涤操作。在排放气体20经第二入口23进入混合器16内之前，第二洗涤器18除去灰尘颗粒和硫化氢与二氧化硫到与第一洗涤器17相同的水平，排放气体具有超过20mol％的甲烷浓度。
混合器16在约20℃和大气压下操作。控制与通风空气21混合的排放气体20的用量，以便在混合器的出口24处，在气体内的甲烷浓度通常随时间流逝恒定。
体系进一步包括连接至混合器的出口24的储罐(未示出)。在约20℃和大气压下，储罐储存大量的混合气体。储罐的目的是缓冲体系的下游组分，避免混合器16的出口24中气体内甲烷浓度的可能波动。
气体从储罐出口流动到压缩机10的入口25中，压缩机10的压缩比为约2。这意味着在压缩机10的出口26处的气体压力为约2bar。为了有效地操作该体系，在压缩机10的出口26处的压力应当不大于3.5bar。压缩机10可以是或者轴向流动压缩机或者是径向流动压缩机。在压缩机10的出口26处的气体温度为100-200℃。
气体从压缩机10的出口26流动到换热器11的主入口27中。换热器加热气体，以便在换热器11的主出口28处，气体温度介于475至535℃。换热器11在横跨主入口27和主出口28中以非常低的压降操作，结果主出口28的压力非常类似于主入口27的压力。尽管可使用任何加热设备加热在换热器11内的气体，用于有效利用能源，但本发明利用经出口35流出涡轮机14的气体。该气体经辅助入口36进入换热器11，在经辅助出口37流出换热器11之前，在此它将能量转移到通过主入口27进入的气体上。使用塔板换热器或片管换热器，在这两种气体之间没有任何直接的物理接触的情况下，实现这种能量转移。
经主出口28流出换热器11的气体然后经入口29流动到预燃烧器12内。在体系的正常连续操作过程中，气体在其组成、温度、压力或其它性能没有任何变化的情况下流经预燃烧器12，结果气体经出口31流出预燃烧器12，其与经入口29进入所述预燃烧器12的气体没有变化。预燃烧器12仅仅在体系的启动过程中和在低负荷操作过程中操作。在这些情况下，启动燃料如LPG经启动燃料入口30被注入到预燃烧器内。然后在催化燃烧器13内发生完全燃烧之前，操作预燃烧器12，促进启动燃料和经入口29进入的气体这二者的部分燃烧。
经出31流出预燃烧器12的气体经入口32流动到催化燃烧器13内。催化燃烧器13是蜂窝状整料反应器。整料具有大的开放正面面积，从而导致低的压降，这对于所要求的体系的适中空速来说是必须的。在催化燃烧器13内使用贵金属催化剂。陶瓷整料充当贵金属催化剂如钯、铂或铑位于其上的贱金属，如氧化铝和铈土的洗涂层浆料用基底。最大连续床使用温度可以是950℃，但短时间可达到最多1050℃。催化燃烧器13具有超过99％的燃烧效率。经出口33流出燃烧器13的气体具有等于或小于800℃的温度和类似于经入口32进入催化燃烧器的气体的压力。出口33的气体具有与入口32类似的压力是在整个催化燃烧器13上低压降的结果。
来自催化燃烧器13的出口33的气体经入口34进入涡轮机14。在入口34处的气体温度应当不大于800℃，和通常控制到约780℃。若气体温度升高到高于800℃，则将要求使用来自压缩机10的出口26的气体冷却涡轮机的入口涡管和第一分段装置。然而，不要求冷却是本发明优选实施方案的一个特征。供应冷却油冷却传动轴和轴承。
气体在涡轮机14内膨胀，产生轴功，从而导致经出口35流出涡轮机14的气体具有约630℃的温度和略高于常压的压力。利用涡轮机14的一些轴功通过连接件39驱动压缩机10。其余轴功通过38连接至涡轮机14的发电机15被转化成电能。或者，涡轮机14可包括在分轴循环上操作的两个涡轮机。使用第一涡轮机驱动压缩机10和第二涡轮机连接至发电机15。涡轮机14可以是或者轴向流动涡轮机或者径向流动涡轮机。
该体系还包括废热锅炉(未示出)。流出换热器11的辅助出口37的气体进入废热锅炉，在此处理它以尽可能多地回收气体内的剩余能量。