ES2268191T3 - Un metodo de modificacion de una planta simple de turbina de gas, un metodo de reutilizacion del catalizador y un catalizador re-producido. - Google Patents
Un metodo de modificacion de una planta simple de turbina de gas, un metodo de reutilizacion del catalizador y un catalizador re-producido. Download PDFInfo
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Abstract
Un método para modificar una planta simple de turbina de gas en una planta de ciclo combinado, caracterizado por comprender las etapas de re- producir un catalizador de desnitrificación a alta temperatura usado de dicha planta simple de turbina de gas en un catalizador de desnitrificación a temperatura intermedia y reutilizar dicho catalizador de desnitrificación a temperatura intermedia re-producido de esta manera como catalizador de desnitrificación de dicha planta de ciclo combinado después de modificarlo.
Description
Método de modificación de una planta simple de
turbina de gas, un método de reutilización del catalizador y un
catalizador re-producido.
La presente invención se refiere a un método
para modificar una planta simple de turbina de gas en una planta de
ciclo combinado que comprende una combinación de esa turbina de gas,
una caldera de recuperación del calor residual y una turbina de
vapor y un método para reutilizar un catalizador de desnitrificación
usado a alta temperatura de la planta simple de turbina de gas como
catalizador de desnitrificación a temperatura intermedia de otras
plantas modificadas, existentes o nuevas, y también se refiere a un
catalizador re-producido.
Recientemente, para enfrentarse con una demanda
urgente de potencia eléctrica, a menudo se construyen plantas
simples de turbina de gas que tienen una excelente operabilidad y
que pueden construirse con menos costes de inversión y en un
período más corto. Sin embargo, la planta simple de turbina de gas
es tiene una menor eficacia de planta a largo plazo y por lo tanto
es eficaz que se construya en primer lugar una planta simple de
turbina de gas para modificarla en el futuro mediante un trabajo de
reconversión en una planta de ciclo combinado que tiene una
excelente eficacia de planta. (Véase el Documento de Patente I a
continuación, por ejemplo).
Por otro lado, en un equipo de desnitrificación
que se instala para la desnitrificación del gas de escape una
planta termoeléctrica o similar, se usa un catalizador que contiene
TiO_{2} (óxido de titanio) como componente principal e incluye al
menos uno de WO_{3} (óxido de volframio) y MoO_{3} (óxido de
molibdeno) e incluye también V_{2}O_{5} (óxido de vanadio).
En la planta simple de turbina de gas, como la
temperatura del gas de escape a desnitrificar es tan alta como 450
a 600ºC, se usa un catalizador de desnitrificación a alta
temperatura. En el catalizador de desnitrificación a alta
temperatura, V_{2}O_{5} que es vulnerable a la alta temperatura
se usa sólo durante un minuto o no se incluye V_{2}O_{5}.
(Véase el Documento de Patente 2 a continuación, por ejemplo).
Es decir, el catalizador de desnitrificación que
contiene la cantidad mínima o nada del componente V_{2}O_{5} es
un catalizador que e optimiza para la alta temperatura. Por lo
tanto, si la planta simple de turbina de gas se reconvierte en una
planta de ciclo combinado como se ha mencionado anteriormente, este
catalizador de desnitrificación a alta temperatura no puede usarse
para la planta de ciclo combinado en la que la temperatura del gas
de escape a desnitrificar es una temperatura intermedia de 200 a
450ºC.
Por la razón explicada anteriormente, cuando la
planta simple de turbina de gas se reconvierte en la planta de
ciclo combinado, el catalizador de desnitrificación a alta
temperatura que se ha usado en la planta simple de turbina de gas
se desecha y debe adoptarse un catalizador de desnitrificación a
temperatura intermedia nuevo para la planta de ciclo combinado.
Esto provoca un aumento en los costes de inversión de la planta.
Documento de Patente 1:
Solicitud de patente Japonesa pública
1996-260912 (Párrafos 0004, 0005 y 0009 a 0018).
Documento de Patente 2:
Solicitud de patente Japonesa pública
1994-079139 (Párrafos 0013 a 0018)
Documento de Patente 3:
EP0417667 A
Documento de Patente 4:
EP0567964 A
A la vista del problema en la técnica
antecedente, un objeto de la presente invención es, cuando una
planta simple de turbina de gas debe modificarse a una planta de
ciclo combinado, para proporcionar un método para llevar a cabo
económicamente la planta de ciclo combinado mediante la cual un
catalizador de desnitrificación a alta temperatura que se ha usado
en la planta simple de turbina de gas se re-produce
como un catalizador de desnitrificación a temperatura intermedia
para reutilizar como catalizador de desnitrificación de la planta
de ciclo combinado. También es un objeto de la presente invención
proporcionar un método para reutilizar un catalizador de
desnitrificación a alta temperatura usado así como proporcionar un
catalizador re-producido.
Para conseguir el objeto mencionado
anteriormente, la presente invención proporciona un método para
modificar una planta simple de turbina de gas en una planta de
ciclo combinado mediante el cual, en la modificación de la planta
simple de turbina de gas en una planta de ciclo combinado, un
catalizador de desnitrificación a alta temperatura usado se
re-produce como catalizador de desnitrificación a
temperatura intermedia y este catalizador de desnitrificación a
temperatura intermedia re-producido se reutiliza
como catalizador de desnitrificación de la planta de ciclo
combinado después de modificarlo.
De acuerdo con este método de modificación, el
catalizador de desnitrificación a alta temperatura usado de la
planta simple de turbina de gas se re-produce como
catalizador de desnitrificación a temperatura intermedia para usar
para la planta de ciclo combinado. Por lo tanto, puede reducirse en
gran medida el coste de equipo requerido para la reconversión de la
planta.
Por lo tanto, de acuerdo con el método de
modificación de la presente invención, el catalizador a
desnitrificación de alta temperatura usado se reutiliza, se ahorran
los costes de residuos del mismo y por lo tanto puede aliviarse una
carga para el medio ambiente provocada por los residuos.
También, la presente invención proporciona un
método para reutilizar un catalizador de desnitrificación a alta
temperatura usado mediante el cual el catalizador de
desnitrificación a alta temperatura usado de una planta simple de
turbina de gas se re-produce como catalizador de
desnitrificación a temperatura intermedia y este catalizador de
desnitrificación a temperatura intermedia
re-producido se reutiliza como catalizador de
desnitrificación a temperatura intermedia en otras plantas
modificadas, existentes o nuevas.
De acuerdo con este método de reutilización de
la presente invención, en la reconversión de la planta simple de
turbina de gas, el catalizador de desnitrificación a alta
temperatura usado puede reutilizarse eficazmente como catalizador
de desnitrificación a temperatura intermedia y por lo tanto puede
llevarse a cabo apropiadamente un negocio de reventa del
catalizador como catalizador de desnitrificación a temperatura
intermedia para plantas modificadas, existentes o nuevas, distintas
de la planta simple de turbina de gas mencionada correspondiente a
una cantidad requerida del catalizador, una posición geográfica de
la planta o similares.
En un catalizador de desnitrificación a alta
temperatura representativo usado en la planta simple de turbina de
gas como objeto de la presente invención, TiO_{2}, está contenido
como componente principal y al menos se incluye uno de WO_{3} y
MoO_{3}. También, la composición puede incluir el 0,5% en peso o
menos, preferiblemente el 0,2% en peso o menos de V_{2}O_{5} o
puede no incluir nada de V_{2}O_{5}.
Especialmente, si el catalizador a
desnitrificación de alta temperatura usado tiene la composición
mencionada anteriormente, la cantidad de catalizador disponible
para reutilizar es grande y por lo tanto el método de modificación
o reutilización de la presente invención es extremadamente
eficaz.
También, con respecto al método de modificación
o reutilización mencionado anteriormente, la presente invención
proporciona un método de modificación o reutilización en el que el
catalizador de desnitrificación a temperatura intermedia se
re-produce incluyendo el 0,5% en peso o más,
preferiblemente el 1,0% en peso o más del componente
V_{2}O_{5}, en el catalizador de desnitrificación a alta
temperatura usado, así como proporcionando un catalizador
re-producido que se re-produce con
la misma composición incluida en el catalizador de desnitrificación
a alta temperatura usado.
Además, con respecto al método de modificación o
reutilización mencionado anteriormente, la presente invención
proporciona un método de modificación y reutilización en el que,
cuando el catalizador de desnitrificación a alta temperatura a
reutilizar es un catalizador que se optimiza para usarlo en el
intervalo de temperatura de hasta un máximo de 450 a 600ºC, el
catalizador de desnitrificación a temperatura intermedia se
re-produce incluyendo el componente V (vanadio) en
el catalizador de desnitrificación a alta temperatura usado y se
optimiza para usarlo en el intervalo de temperatura de 200 a 450ºC,
así como que la presente invención proporciona un catalizador
re-producido que se optimiza para el mismo intervalo
de temperatura.
También, con respecto al método de modificación
o reutilización mencionado anteriormente, la presente invención
proporciona un método de modificación o reutilización en el que el
tratamiento de inclusión del componente V se realiza por inmersión
en una solución acuosa que contiene V y secado y/o calcinado así
como que proporciona un catalizador re-producido
que se re-produce por el mismo tratamiento.
De acuerdo con la presente invención, que se ha
realizado basada en las experiencias obtenidas por los estudios
extensivos sobre características de temperatura del catalizador de
desnitrificación con el grupo TiO_{2} y sobre la tecnología de
reproducción del catalizador de desnitrificación, cuando una planta
simple de turbina de gas debe modificarse para reconvertirla en una
planta de ciclo combinado, puede proporcionarse un método de
modificación o reutilización y un catalizador
re-producido mediante el cual el coste de equipo
puede reducirse extremadamente así como que la influencia producida
sobre el medio ambiente se alivia en gran medida.
La Figura 1 es una vista explicativa de una
planta de ciclo combinado creada por la modificación de una planta
simple de turbina de gas de la Figura 4.
La Figura 2 es una vista explicativa que muestra
un ejemplo de una construcción modificada de la planta de ciclo
combinado de la Figura 1.
La Figura 3 es una vista explicativa que muestra
otro ejemplo de una construcción modificada de la planta de ciclo
combinado de la Figura 1.
La Figura 4 es una vista explicativa que muestra
una construcción de una planta simple de turbina de gas en la
técnica anterior antes de modificarla a una planta de ciclo
combinado aplicando la presente invención.
La presente invención se describirá a
continuación basada más concretamente en realizaciones.
La Figura 4 muestra una planta simple de turbina
de gas en la técnica antecedente antes de modificarla en una planta
de ciclo combinado aplicando la presente invención.
En la Figura 4, el número 1 designa un equipo de
turbina de gas, el número 2 designa un compresor y el número 3
designa una turbina de gas. La construcción se realiza de manera que
el gas de escape de la turbina de gas 3 fluye a través del conducto
4 para conducirlo en un equipo de desnitrificación 6 para el
tratamiento de desnitrificación en su interior y después fluye
también a través del conducto 5 para emitirlo al aire desde un
apilamiento 7.
La temperatura del gas de escape que viene de la
turbina de gas 3 a conducir al equipo de desnitrificación 6 es tan
alta como 450 a 600ºC. Por lo tanto, en el equipo de
desnitrificación 6 que efectúa el tratamiento de desnitrificación,
se usa un catalizador de desnitrificación a alta temperatura para
soportar dicha temperatura tan alta para realizar la reacción de
desnitrificación.
Aunque el catalizador de desnitrificación
contiene TiO_{2} como componente principal y un componente activo,
tal como WO_{3} o MoO_{3}, cuando el gas a tratar tiene la alta
temperatura mencionada anteriormente, la inclusión del componente V
en el catalizador es muy pequeña o incluso cero, puesto que
V_{2}O_{5} que es térmicamente vulnerable, es del 0,5% en peso
o menor, preferiblemente 0,2% o menor o no se incluye
V_{2}O_{5}.
En el equipo de desnitrificación 6 que usa el
catalizador de desnitrificación como se ha mencionado anteriormente,
al gas de escape a tratar para la desnitrificación se le inyecta en
primer lugar NH_{3} (amoniaco) para que haga contacto con el
catalizador, y mediante las reacciones de 4NO + 4NH_{3} + O_{2}
\rightarrow 4N_{2} + 6H_{2}O, NO + NO_{2} + 2NH_{3}
\rightarrow 2N_{2} + 3H_{2}O, NO y NO_{2} se descomponen en
nitrógeno inocuo y agua.
La Figura 1 muestra una planta de ciclo
combinado modificada aplicando la presente invención. En la Figura
1, el número 9 designa una caldera de gas de escape, que usa el gas
de escape del equipo de turbina de gas 1 como fuente de calor. El
número 10 designa una turbina de vapor, que funciona siendo
suministrada con vapor generado por la caldera de gas de escape 9.
Como resultado de la recuperación de calor en la caldera de gas de
escape 9, la temperatura del gas de escape que sale de la caldera de
gas de escape 9 se reduce a una temperatura intermedia de 450
a
200ºC.
200ºC.
A este gas de escape a temperatura intermedia se
le aplica el tratamiento de desnitrificación en el equipo de
desnitrificación 8 y después se emite al aire desde el apilamiento
7. En el equipo de desnitrificación 8 que trata este gas de escape
a una temperatura intermedia de 450 a 200ºC, se usa el catalizador
de desnitrificación a temperatura intermedia obtenido mediante la
presente invención.
Es decir, el catalizador de desnitrificación a
temperatura intermedia a usar en el equipo de desnitrificación 8 se
re-produce a partir del catalizador de
desnitrificación a alta temperatura que se ha usado en el equipo de
desnitrificación de la planta simple de turbina de gas mostrado en
la Figura 4.
Como se ha mencionado anteriormente, el
catalizador de desnitrificación a alta temperatura usado en el
equipo de desnitrificación 6 de la Figura 4 contiene TiO_{2} como
componente principal y un componente activo de WO_{3} o MoO_{3}
o similar aunque la inclusión del componente V, que es térmicamente
vulnerable, es muy pequeña o incluso
cero.
cero.
Para producir el catalizador de desnitrificación
a temperatura intermedia para el equipo de desnitrificación 8 a
partir del catalizador de desnitrificación a alta temperatura usado
del equipo de desnitrificación 6, el catalizador de
desnitrificación a alta temperatura usado se trata para que contenga
el 0,5% en peso o más, preferiblemente el 1,0% en peso o más de
V_{2}O_{5}.
\newpage
Para tratar el catalizador de desnitrificación a
alta temperatura que contiene el grupo TiO_{2}\cdotWO_{3}
para que contenga V_{2}O_{5}, el catalizador se sumerge primero
en una solución de ácido oxálico de V_{2}O_{5} y después se
seca y/o calcina. Si sólo se aplica secado, el catalizador se cambia
a un estado calcinado mediante el gas de escape durante el
funcionamiento real.
A continuación se muestra un ejemplo de los
procedimientos para tratar el catalizador de desnitrificación a
alta temperatura que contiene el grupo TiO_{2}\cdotWO_{3} para
que contenga V_{2}O_{5}:
El catalizador se sumerge en agua, se mide el
peso del catalizador antes y después de la inmersión y se decide el
contenido de agua mediante la siguiente ecuación:
Contenido de
agua a (litro/kg) = (W2-W1)/W1
(litro/kg)
Aquí, W1 es el peso del catalizador antes de la
inmersión (kg) y W2 es el peso del catalizador después de la
inmersión (kg).
La concentración de V_{2}O_{5} del líquido
de inmersión se decide mediante la siguiente ecuación:
Concentración
de V_{2}O_{5} X (kg/litro) = B x
0,01/a
Aquí, B es la concentración de V_{2}O_{5}
deseada en el catalizador y a es el contenido de agua
(litro/kg).
Se disuelve ácido oxálico
(H_{2}C_{2}O_{4}) de 2,5 X kg en aproximadamente 0,9 litros de
agua caliente. Se añade gradualmente polvo de V_{2}O_{5} X kg
en esta solución para disolverlo en su interior y después se añade
agua para preparar una solución de 1 litro para inmersión.
El catalizador de desnitrificación a alta
temperatura usado se sumerge en esta solución de inmersión durante
aproximadamente 1 minuto. Después, este catalizador se seca y se
calcina durante 3 horas a 550ºC.
En lo anterior, aunque la presente invención se
ha descrito concretamente basándose en una realización, no es
necesario mencionar que la invención no se limita a esta realización
sino que pueden añadirse diversos cambios y modificaciones dentro
del alcance de la presente invención según se define por las
reivindicaciones adjuntas.
Por ejemplo, el catalizador de desnitrificación
a alta temperatura a reutilizar no es necesariamente un catalizador
con el grupo TiO_{2}\cdotWO_{3}.
También, aunque la proporción de composición de
catalizador de desnitrificación a alta temperatura se ha tomado a
partir de un marco básico en el que TiO_{2} es del 60 al 80% en
peso, WO_{3} (MoO_{3}) es del 5 al 25% en peso y V_{2}O_{5}
es del 0 al 10% en peso, donde MoO_{3} es la alternativa para
WO_{3}, la proporción de composición puede optimizarse de acuerdo
con el combustible usado para la combustión, la temperatura del gas
a tratar etc.
Además, el procedimiento de tratamiento para dar
el componente V al catalizador no se limita al uso de la solución
de ácido oxálico sino que por ejemplo, puede usarse una solución
acuosa de ácido cítrico, una solución acuosa de metilamina de ácido
amonio metavanádico, solución acuosa de ácido sulfámico, etc. como
medio de lavado.
En la realización descrita anteriormente como se
muestra en la Figura 1, aunque se ha descrito el ejemplo de la
construcción de la planta de ciclo combinado modificada para que el
equipo de desnitrificación 8 esté aguas abajo de la caldera de gas
de escape 9, si, en la planta simple de turbina de gas, dicha
disposición de construcción se considera de antemano, se deja un
espacio aguas arriba del equipo de desnitrificación 8 para que la
caldera de gas de escape 8 pueda añadirse aguas arriba del equipo de
desnitrificación 8 en el futuro cuando la planta simple de turbina
de gas se quiera modificar a una planta de ciclo combinado, entonces
la modificación a la planta de ciclo combinado puede realizarse más
fácilmente y con menos costes de modificación. En este caso, como
no se va a proporcionar caldera de gas de escape aguas abajo del
equipo de desnitrificación y no se tiene que realizar recuperación
de calor residual en el intervalo de baja temperatura, se deja la
posibilidad de potenciar adicionalmente la eficacia en el
funcionamiento de la planta.
También, la construcción mostrada en la Figura 2
en la que el equipo de desnitrificación 8 se interpone entre la
caldera de gas de escape 9-1 y una caldera de gas de
escape 9-2 se realiza de manera que, en la planta
simple de turbina de gas, los espacios se dejan de antemano aguas
arriba y aguas abajo del equipo de desnitrificación 8 y las dos
calderas de gas de escape 9-1, 9-2
se añaden en ambos lados del equipo de desnitrificación 8
posteriormente en la modificación a una planta de ciclo combinado.
En este caso, aunque el coste para la modificación a la planta de
ciclo combinado se hace mayor que la construcción mostrada en la
Figura 1, puede conseguirse una mayor recuperación del calor
residual y puede potenciarse adicionalmente la eficacia esperada en
el funcionamiento de la planta.
Además, la construcción mostrada en la Figura 3
en la que el equipo de desnitrificación 8 se ensambla en la caldera
de gas de escape 9 se realiza de manera que el equipo de
desnitrificación 8 se estructura de antemano de manera que se
ensambla en una caldera de gas de escape y el equipo de
desnitrificación 8 ensamblado de esta manera posteriormente en la
modificación de la planta de ciclo combinado. En este caso, aunque
la estructura del equipo y el trabajo de modificación se hacen algo
complicados, se espera una alta eficacia en el funcionamiento de la
planta similar a la construcción mostrada en la Figura 2, el espacio
de instalación se reduce y puede obtenerse una planta de tamaño
compacto.
Es un hecho que la presente invención puede
aplicarse a la modificación de la planta de ciclo combinado que
tiene diversas disposiciones de construcción distintas de las
ilustradas y descritas anteriormente.
Claims (9)
1. Un método para modificar una planta
simple de turbina de gas en una planta de ciclo combinado,
caracterizado por comprender las etapas de
re-producir un catalizador de desnitrificación a
alta temperatura usado de dicha planta simple de turbina de gas en
un catalizador de desnitrificación a temperatura intermedia y
reutilizar dicho catalizador de desnitrificación a temperatura
intermedia re-producido de esta manera como
catalizador de desnitrificación de dicha planta de ciclo combinado
después de modificarlo.
2. Un método para reutilizar un
catalizador de desnitrificación a alta temperatura,
caracterizado por comprender las etapas de
re-producir dicho catalizador de desnitrificación a
alta temperatura usado de una planta simple de turbina de gas en un
catalizador de desnitrificación a temperatura intermedia y
reutilizar dicho catalizador de desnitrificación a temperatura
intermedia re-producido de esta manera como
catalizador de desnitrificación a temperatura intermedia de otras
plantas modificadas, existentes o nuevas.
3. Un método de modificación o
reutilización de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque dicho catalizador de desnitrificación a
alta temperatura contiene TiO_{2} como componente principal y al
menos uno de WO_{3} y MoO_{3} e incluye finalmente el 0,5% en
peso o menos, preferiblemente el 0,2% en peso o menos de
V_{2}O_{5} o nada de V_{2}O_{5}.
4. Un método de modificación o
reutilización de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque dicho catalizador de desnitrificación a
temperatura intermedia se re-produce incluyendo el
0,5% en peso o más, preferiblemente del 1,0% en peso o más del
componente V_{2}O_{5}, en dicho catalizador de desnitrificación
a alta temperatura usado.
5. Un método de modificación o
reutilización de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque dicho catalizador de alta temperatura
es un catalizador que se optimiza para usarlo en el intervalo de
temperatura de hasta un máximo de 450 a 600ºC y dicho catalizador de
desnitrificación a temperatura intermedia que se
re-produce incluyendo el componente V en dicho
catalizador de desnitrificación a alta temperatura usado se
optimiza para usarlo en el intervalo de temperatura de 200 a
450ºC.
6. Un método de modificación o
reutilización de acuerdo con la reivindicación 5
caracterizado porque el tratamiento de inclusión de dicho
componente V se realiza por inmersión en una solución acuosa que
contiene V y secado y/o calcinado.
7. Un catalizador
re-producido, caracterizado porque se ha
re-producido en un catalizador de desnitrificación
a temperatura intermedia incluyendo el 0,5% en peso o más,
preferiblemente el 1,0% en peso o más del componente
V_{2}O_{5}, en un catalizador de desnitrificación a alta
temperatura usado que contiene TiO_{2} como componente principal
y al menos uno de WO_{3} y MoO_{3} e incluye adicionalmente el
0,5% en peso o menos, preferiblemente el 0,2% en peso o menos de
V_{2}O_{5} o nada de V_{2}O_{5}.
8. Un catalizador
re-producido de acuerdo con la reivindicación 3
caracterizado porque dicho catalizador de desnitrificación a
alta temperatura es un catalizador que se optimiza para usarlo en el
intervalo de temperatura hasta un máximo de 450 a 600ºC y dicho
catalizador de desnitrificación a temperatura intermedia que se
re-produce incluyendo el componente V en dicho
catalizador de desnitrificación a alta temperatura usado se optimiza
para usarlo el intervalo de temperatura de 200 a 450ºC.
9. Un catalizador
re-producido de acuerdo con la reivindicación 8,
caracterizado porque el tratamiento de inclusión de dicho
componente V se realiza por inmersión en una solución acuosa que
contiene V y por secado y/o calcinado.
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