PL215288B1 - Uklad chlodzacy, zwlaszcza dla elektrowni - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ chłodzący zwłaszcza dla elektrowni.

Znane elektrownie pracujące w technologii bloku gazowo-parowego ze zintegrowanym zgazowaniem paliwa (IGCC) są zdolne do wytwarzania energii z różnych surowców węglowych, takich jak węgiel albo gaz ziemny, stosunkowo czysto i wydajnie. Technologia IGCC może przetwarzać surowiec węglowy w mieszaninę gazową tlenku węgla (CO) oraz wodoru (H2), czyli gaz syntezowy, w wyniku reakcji z tlenem oraz parą wodną w generatorze gazowym. Te gazy mogą być oczyszczane, przetwarzane i wykorzystywane jako paliwo w elektrowni IGCC. Na przykład gaz syntezowy może być podawany do komory spalania turbiny gazowej elektrowni IGCC oraz zapalany do napędzania turbiny gazowej używanej do wytwarzania elektryczności. Takie elektrownie IGCC wymagają zwykle instalacji chłodzenia do użycia w procesie wytwarzania gazu syntezowego. Niestety aktualne instalacje chłodzące są kosztowne zarówno środowiskowo jak i pieniężnie.

Układ chłodzący zwłaszcza dla elektrowni, według wynalazku, zawierający oczyszczalnik gazu połączony z generatorem gazu, do przyjmowania zanieczyszczonego gazu syntezowego, charakteryzuje się tym, że oczyszczalnik gazu zawiera połączony z nim zespół wychwytywania węgla gromadzący gaz zawierający węgiel z gazu syntezowego, przy czym z zespołem wychwytywania węgla jest połączony zespół chłodzenia zawierający gaz z węglem w obudowie czynnika chłodzącego.

Zespół chłodzenia zawiera rozprężacz gazu do wywoływania spadku ciśnienia i temperatury gazu zawierającego węgiel.

Korzystnie zespół wychwytywania węgla jest połączony ze sprężarką gazu sprężającą gaz zawierający węgiel, zaś rozprężacz gazu korzystnie stanowi rozprężacz adiabatyczny.

Korzystnym jest gdy oczyszczalnik gazu jest oczyszczalnikiem gazu syntezowego, a w szczególności gdy oczyszczalnik gazu zawiera zespół (AGR) usuwania kwaśnego gazu oraz zespół usuwania siarki i azotu oraz zespół usuwania cząstek stałych i zespół usuwania gazu zawierającego węgiel albo ich kombinację.

Z oczyszczalnikiem gazu jest połączony obwód czynnika chłodzącego, a ponadto oczyszczalnik gazu zawiera rozpuszczalnik oczyszczania gazu syntezowego, zaś obwód czynnika chłodzącego jest zestawiony do chłodzenia rozpuszczalnika.

Korzystnym jest gdy układ zawiera co najmniej jeden generator gazowy oraz kocioł albo jednostkę reformującą, do przetwarzania surowca węglowego w gaz syntezowy.

Układ chłodzący zwłaszcza dla elektrowni, według innego przykładu wykonania wynalazku, charakteryzuje się tym, że oczyszczalnik gazu jest oczyszczalnikiem do usuwania dwutlenku węgla CO2 z zanieczyszczonego gazu i jest połączony z instalacją wychwytywania węgla CO2 z oczyszczalnika gazu oraz z rozprężaczem CO2 do rozprężania co najmniej części CO2 i chłodzenia części składowych.

Korzystnym jest gdy oczyszczalnik gazu zawiera reaktor (WGS) konwersji gazu wodnego oraz zespół (AGR) usuwania kwaśnego gazu i zespół usuwania siarki oraz azotu albo ich kombinację, a w szczególności gdy oczyszczalnik gazu jest oczyszczalnikiem do poddawania obróbce gazu dla uzyskania oczyszczonego gazu syntezowego.

Instalacja wychwytywania węgla CO2 zawiera sprężarkę CO2 połączoną z rurociągiem CO2 i zbiornik magazynujący CO2 albo ich kombinację.

Korzystnie rozprężacz CO2 stanowi rozprężacz adiabatyczny. Część składowa zawiera oczyszczalnik gazu.

Część składowa zawiera sprężarkę oraz górny strumień kolumny destylacyjnej i rozpuszczalnik albo turbinę gazową.

Korzystnym jest gdy układ zawiera generator gazowy połączony z kotłem i zespołem reformującym albo ich kombinacją do przetwarzania surowca węglowego na gaz.

Według kolejnego przykładu według wynalazku, chłodzący zwłaszcza dla elektrowni, charakteryzuje się tym, że instalacja (AGR) usuwania gazu kwaśnego ponadto zawiera rozpuszczalnik do obróbki zanieczyszczonego gazu z generatora gazowego, przy czym instalacja AGR jest instalacją do usuwania siarki oraz dwutlenku węgla CO2 i jest sprzężona z rozprężaczem CO2 do rozprężania co najmniej części CO2 dla chłodzenia rozpuszczalnika.

Korzystnym jest gdy układ zawiera sprężarkę CO2 sprężającą CO2, połączoną z rozprężaczem CO2, przy czym rozprężacz CO2 stanowi rozprężacz adiabatyczny rozprężania co najmniej części CO2 ze sprężarki CO2.

PL 215 288 B1

Korzystnie układ zawiera zespół wychwytywania węgla do otrzymywania CO2 z instalacji (AGR) usuwania gazu kwaśnego.

Te przykłady wykonania nie są przeznaczone do ograniczania zakresu zastrzeżonego wynalazku, ale raczej te przykłady wykonania mają za zadanie dostarczyć tylko krótkie streszczenie możliwych postaci wynalazku. W rzeczywistości wynalazek może obejmować wiele postaci, które mogą być podobne do albo różne od przykładów wykonania przedstawionych poniżej.

W pierwszym przykładzie wykonania układ zawiera zespół wychwytywania węgla przystosowany do gromadzenia gazu zawierającego węgiel z gazu syntezowego. Układ zawiera również zespół chłodzenia gazu zawierającego węgiel w obwodzie czynnika chłodzącego.

W drugim przykładzie wykonania układ zawiera oczyszczalnik gazu, przystosowany do usuwania dwutlenku węgla (CO2) z gazu, zespół wychwytywania węgla przystosowany do otrzymywania CO2 z oczyszczalnika gazu oraz rozprężacz (ekspander) CO2 przystosowany do rozprężania co najmniej części CO2, aby zapewnić schłodzenie co najmniej jednego składnika.

W trzecim przykładzie wykonania układ zawiera zespół usuwania kwaśnego gazu (AGR), zawierający rozpuszczalnik przystosowany do poddawania obróbce gazu z generatora gazowego, w którym znajduje się zespół AGR, w celu usuwania siarki i dwutlenku węgla (CO2) oraz zawiera rozprężacz CO2, przystosowany do rozprężania co najmniej części CO2, aby zapewnić schładzanie rozpuszczalnika.

Opisane poniżej, ujawnione przykłady wykonania obejmują unikalny układ chłodzenia bazujący na rozprężaniu wychwyconego gazu zawierającego węgiel, takiego jak dwutlenek węgla (CO2), który jest w przybliżeniu czysty w 80-100% objętościowych. W pewnych przykładach wykonania, CO2 może być co najmniej w przybliżeniu czysty w 80, 85, 90, 95 albo 100% objętościowych. W następującym omówieniu, wszelkie odniesienia do CO2 należy rozumieć jako odniesienia do dowolnej czystości CO2 jak wspomniano powyżej, a nie tylko ograniczone do 100 procentowej czystości. Ujawnione przykłady wykonania mogą obejmować zespół wychwytywania węgla przystosowany do oddzielania gazu zawierającego węgiel (na przykład CO2) od ciała stałego, cieczy albo substancji gazowej zawierającej węgiel. Na przykład zespół wychwytywania węgla może otrzymywać substancję z różnych zastosowań, takich jak instalacja zgazowania, instalacja bazująca na spalaniu (na przykład kocioł) albo ogólnie z części składowej elektrowni pracującej w technologii bloku gazowo-parowego ze zintegrowanym zgazowaniem paliwa (IGCC). Po wychwyceniu gazu zawierającego węgiel, ujawnione przykłady wykonania rozprężają wychwycony gaz, aby uzyskać schładzanie jednego albo więcej składników, zwiększając w ten sposób sprawności, na przykład elektrowni IGCC.

Unikalny układ chłodzenia może zawierać rozprężacz (na przykład adiabatyczny rozprężacz gazu) przystosowany do zapewnienia rozprężania (na przykład rozprężania adiabatycznego) wychwyconego gazu zawierającego węgiel (na przykład CO2) w celu zmniejszenia temperatury wychwyconego gazu zawierającego węgiel, który następnie krąży w jednym albo więcej obwodzie chłodzącym (na przykład przewodach) w częściach składowych wymagających chłodzenia. Jak wiadomo, rozprężanie adiabatyczne jest to zwiększanie objętości bez przepływu ciepła do, albo z otoczenia. Tak więc rozprężacz adiabatyczny zawiera adiabatyczną granicę, która jest ogólnie nieprzepuszczalna dla przenoszenia ciepła, albo izolowaną ścianą, która zasadniczo blokuje przenoszenie ciepła, aby przybliżyć się do działania granicy adiabatycznej. Wewnątrz izolowanej ściany, rozprężacz adiabatyczny zapewnia zwiększenie objętości w kierunku przepływu wychwyconego gazu zawierającego węgiel, zmniejszając w ten sposób ciśnienie i temperaturę wychwyconego gazu zawierającego węgiel. Chociaż w warunkach idealnych rozprężacz adiabatyczny nie przenosi żadnego ciepła do otoczenia, wiadomym jest, że rozprężacz adiabatyczny może przenosić trochę ciepła do otoczenia, ponieważ izolatory nie zapewniają doskonałej izolacji termicznej. Innymi słowami, rozprężacz może nie być doskonale adiabatyczny. Wszelkie odniesienia do rozprężacza należy rozumieć jako odniesienia obejmujące zarówno rozprężacz nieizolowany termicznie jak i rozprężacz izolowany termicznie, który może zawierać rozprężacz adiabatyczny albo rozprężacz prawie adiabatyczny. Rozprężacz prawie adiabatyczny może być co najmniej w 90-100 procentach izolowany termicznie od otoczenia. W ten sposób, jak wiadomo, rozprężacz może zawierać wiele wdrożeń przystosowanych do zmniejszania temperatury wychwyconego gazu zawierającego węgiel (na przykład CO2) przez zwiększenie objętości (jak również zmniejszenie ciśnienia) gazu.

W pewnych przykładach wykonania omówionych poniżej rozprężony dwutlenek węgla może być używany do schładzania rozmaitych części składowych instalacji IGCC, takich jak rozpuszczalnik używany w zespole usuwania kwaśnego gazu (AGR), rozpuszczalnik używany w zespole usuwania siarki, rozpuszczalnik używany w zespole usuwania azotu, rozpuszczalnik używany w reaktorze

PL 215 288 B1 konwersji gazu wodnego, strumień górny kolumny destylacyjnej, oczyszczalnik gazu, sprężarka, silnik turbinowy, albo ich kombinacja. W pewnych przykładach wykonania, rozprężony dwutlenek węgla może być podstawowym czynnikiem chłodniczym, odpowiedzialnym za schładzanie części składowych instalacji EGCC. W innych przykładach wykonania, dwutlenek węgla może być wykorzystywany jako uzupełniający albo zapasowy czynnik chłodniczy zdolny do zapewnienia schładzania w przypadku awarii głównego układu chłodniczego. W układach na bazie rozpuszczalnika, użycie produktu ubocznego w postaci rozprężanego dwutlenku węgla do celów chłodniczych może zmniejszyć rozmiar części składowych instalacji, ponieważ niska temperatura schłodzonego dwutlenku węgla zmniejsza szybkość cyrkulacji rozpuszczalnika niezbędną do osiągnięcia pożądanych czasów przebywania. Ponadto użycie wychwyconego dwutlenku węgla do chłodzenia może wyeliminować potrzebę stosowania typowych części składowych schładzania, takich jak skraplacze i aparaty wyparne używane w cyklach chłodzenia. W ten sposób, w porównaniu do typowych cykli chłodzenia, unikalna instalacja chłodzenia jest stosunkowo prosta, zajmuje mniej miejsca, oraz zwiększa ogólną sprawność instalacji IGCC przez użycie istniejącego źródła gazu zawierającego węgiel.

Przedmiot wynalazku jest opisany w przykładach wykonania na podstawie rysunku na którym fig. 1 jest schematem blokowym przykładu wykonania elektrowni w technologii bloku gazowo-parowego ze zintegrowanym zgazowaniem paliwa (IGCC), zawierającej unikalny układ chłodzenia bazujący na rozprężaniu wychwyconego gazu zawierającego węgiel (na przykład dwutlenku węgla), fig. 2 jest schematem blokowym przykładu wykonania instalacji zgazowania przedstawionej na fig. 1, zawierającej układ chłodzący bazujący na rozprężaniu wychwyconego gazu zawierającego węgiel, fig. 3 jest schematem blokowym przykładu wykonania zespołu oczyszczania gazu i wychwytywania węgla, przedstawionego na fig. 1, zawierającego układ chłodzenia bazujący na rozprężaniu wychwyconego gazu zawierającego węgiel, fig. 4 jest schematem blokowym przykładu wykonania układu chłodzenia na bazie spalania (na przykład kotła) mającego zespół oczyszczania gazu i wychwytywania węgla, zawierającego zespół chłodzenia bazujący na rozprężaniu wychwyconego gazu zawierającego węgiel, zaś fig. 5 jest schematem blokowym przykładu wykonania układu chłodzenia wychwytywanym węglem, zawierającego zespół chłodzenia bazujący na rozprężaniu wychwyconego gazu zawierającego węgiel.

Na fig. 1 jest przedstawiony schemat przykładu wykonania instalacji 100 w technologii bloku gazowo-parowego ze zintegrowanym zgazowaniem paliwa (IGCC), która może wytwarzać i spalać gaz syntezowy czyli syngaz. Jedna lub więcej części składowych instalacji IGCC może być chłodzonych przez unikalny układ chłodzenia, na bazie rozprężania wychwyconego gazu zawierającego węgiel. Części składowe instalacji IGCC 100 mogą zawierać źródło paliwa 102, takiego jak paliwo stałe, które może być używane jako źródło energii dla instalacji IGCC. Źródło paliwa 102 może zawierać węgiel, koks ponaftowy, biomasę, materiały na bazie drewna, odpady rolnicze, smoły, gaz koksowniczy oraz asfalt, albo inne elementy zawierające węgiel.

Paliwo stałe ze źródła paliwa 102 jest przenoszone do zespołu przygotowania surowca 104. Zespół przygotowania surowca 104, na przykład, zmienia rozmiar albo kształt źródła paliwa 102 przez cięcie na kawałki, frezowanie, szatkowanie, sproszkowanie, brykietowanie lub przekształcenie w peletę źródła paliwa 102 w celu wytworzenia surowca. Dodatkowo, woda lub inne odpowiednie ciecze są dodawane do źródła paliwa 102 w zespole przygotowania surowca 104, aby wytworzyć surowiec w postaci zawiesiny. W innych przykładach wykonania żadna ciecz nie jest dodawana do źródła paliwa 102, dostarczając w ten sposób surowiec suchy.

Surowiec jest przenoszony do generatora gazowego 106 z zespołu przygotowania surowca 104. Generator gazowy 106 przetwarza surowiec na gaz syntezowy, na przykład mieszankę tlenku węgla oraz wodoru. Tę konwersję można uzyskać przez poddawanie surowca działaniu regulowanej ilości pary wodnej oraz tlenu przy podwyższonych ciśnieniach na przykład od około 20 barów do 85 barów, oraz temperaturach, na przykład około 700 stopni Celsjusza do 1600 stopni Celsjusza, zależnie od rodzaju używanego generatora gazowego 106. Proces zgazowania zawiera surowiec poddawany procesowi pirolizy, gdzie surowiec jest podgrzewany. Temperatury wewnątrz generatora gazowego 106 mieszczą się w zakresie od około 150 stopni Celsjusza do 700 stopni Celsjusza, podczas procesu pirolizy, zależnie od źródła paliwa 102 używanego do wytwarzania surowca. Nagrzewanie surowca podczas procesu pirolizy wytwarza ciało stałe (na przykład zwęgloną substancję) oraz gazy resztkowe (na przykład tlenek węgla, wodór i azot). Zwęglona substancja pozostająca z surowca po procesie pirolizy waży tylko do około 30% wagi pierwotnego surowca.

Proces spalania następnie występuje w generatorze gazowym 106. Spalanie zawiera wprowadzanie tlenu do substancji zwęglonej oraz gazów resztkowych. Substancja zwęglona oraz gazy

PL 215 288 B1 resztkowe mogą reagować z tlenem tworząc dwutlenek węgla oraz tlenek węgla, które dostarczają ciepło do kolejnych reakcji zgazowania. Temperatury podczas procesu spalania sięgają od około 700 stopni Celsjusza do 1600 stopni Celsjusza. Następnie para wodna jest wprowadzana do generatora gazowego 106 podczas kroku zgazowania. Substancja zwęglona może reagować z dwutlenkiem węgla oraz parą wodną w celu wytwarzania tlenku węgla oraz wodoru w temperaturach sięg ających od około 800 stopni Celsjusza do 1100 stopni Celsjusza. Zasadniczo generator gazowy wykorzystuje parę wodną oraz tlen, aby umożliwić „spalenie części surowca w celu wytworzenia tlenku węgla oraz uwolnienia energii, która napędza drugą reakcję, która zamienia dalszy surowiec na wodór oraz dodatkowy dwutlenek węgla.

W ten sposób generator gazowy 106 wytwarza gaz wypadkowy. Ten gaz wypadkowy zawiera w przybliżeniu około 85% tlenku węgla oraz wodoru w równych proporcjach, jak również CH₄, HCl, HF, COS, NH3, HCN, oraz H2S (na bazie zawartości siarki w surowcu). Ten gaz wypadkowy jest nazwany brudnym gazem syntezowym, ponieważ zawiera on na przykład H₂S. Generator gazowy 106 może również wytwarzać odpady takie jak szlaka 108, które mogą być mokrym popiołem. Ta szlaka 108 jest usuwana z generatora gazowego 106 oraz wykorzystywana na przykład jako podłoże drogowe albo inny materiał budowlany. Oczyszczalnik gazu 110 jest używany do oczyszczania brudnego gazu syntezowego. W jednym przykładzie wykonania oczyszczalnik gazu 110 jest reaktorem konwersji gazu wodnego. Oczyszczalnik gazu 110 oczyszcza brudny gaz syntezowy w celu usunięcia HCl, HF, COS, HCN, oraz H₂S z brudnego gazu syntezowego, co obejmuje oddzielenie siarki 111 w procesorze siarki 112 na przykład przez proces usuwania gazu kwaśnego w procesorze siarki 112. Ponadto oczyszczalnik gazu 110 może oddzielać sole 113 z brudnego gazu syntezowego przez zespół oczyszczania wody 114, który używa technologii oczyszczania wody do wytworzenia użytecznych soli 113 z brudnego gazu syntezowego. Gaz z oczyszczalnika gazu 110 zawiera czysty gaz syntezowy (na przykład siarka 111 została usunięta z gazu syntezowego), ze śladowymi ilościami innych substancji chemicznych, na przykład NH₃ (amoniaku) oraz CH₄ (metanu).

W niektórych przykładach wykonania korzystnie stosuje się procesor gazowy do usuwania dodatkowych składników gazu resztkowego, takich jak amoniak i metan, jak również metanol albo inne resztkowe związki chemiczne z czystego gazu syntezowego. Jednakże usuwanie składników gazu resztkowego z czystego gazu syntezowego jest fakultatywne ponieważ czysty gaz syntezowy może być używany jako paliwo nawet wtedy, gdy zawiera składniki gazu resztkowego, na przykład gaz resztkowy odsiarczony. W tej sytuacji czysty gaz syntezowy może zawierać około 3% CO, około 55% H2, oraz około 40% CO2 i jest zasadniczo oczyszczony z H2S.

W niektórych przykładach wykonania instalacja wychwytywania węgla 116 usuwa oraz poddaje obróbce gaz zawierający węgiel (na przykład dwutlenek węgla, który jest czysty w przybliżeniu w 80100 procentach objętościowych) zawarty w gazie syntezowym. Instalacja 116 wychwytywania węgla może również zawierać sprężarkę, oczyszczalnik oraz rurociąg, który dostarcza CO₂ do sekwestracji albo udoskonalonego odzyskiwania oleju, zbiornik magazynujący CO2 albo dowolną ich kombinację. Wychwycony dwutlenek węgla jest następnie przenoszony do rozprężacza 117 dwutlenku węgla, który rozpręża objętość dwutlenku węgla aby zmniejszyć ciśnienie o odpowiedni współczynnik. Na przykład, rozprężacz 117 dwutlenku węgla zwiększa objętość oraz zmniejsza ciśnienie o współczynnik wynoszący około 2-4, na przykład współczynnik około 2. Rozprężacz 117 dwutlenku węgla może być dowolnym odpowiednim mechanizmem rozprężającym, przystosowanym do zwiększania objętości, zmniejszania ciśnienia, oraz zmniejszania temperatury wychwyconego gazu zawierającego węgiel (na przykład CO2 o czystości co najmniej 80 procent objętościowo). W niektórych przykładach wykonania rozprężacz 117 dwutlenku węgla jest rozprężaczem izolowanym termicznie (na przykład rozprężaczem adiabatycznym albo rozprężaczem prawie adiabatycznym), rozprężaczem nieizolowanym, zaworem dławiącym i tak dalej. Na przykład, rozprężacz 117 dwutlenku węgla może być dowolnym urządzeniem, które zwiększa objętość gazu zawierającego węgiel w izolowanej termicznie obudowie, obniżając w ten sposób temperaturę gazu. Ponieważ dwutlenek węgla jest pod wysokim ciśnieniem (na przykład około 2000-3000 psi, albo około 2500 psi), gdy jest wprowadzany do rozprężacza 117 dwutlenku węgla, rozprężanie objętościowe prowadzi do zmniejszenia temperatury dwutlenku węgla (na przykład o około 5-100 stopni Celsjusza, albo około 20-30 stopni Celsjusza), umożliwiając w ten sposób użycie dwutlenku węgla jako dogodnego czynnika chłodzącego w instalacji. Odpowiednio, schłodzony dwutlenek węgla (na przykład o około 20-40 stopni Celsjusza, albo około 30 stopni Celsjusza) krąży przez instalację, aby spełnić jej potrzeby w zakresie chłodzenia albo być rozprężany poprzez kolejne etapy w celu uzyskania jeszcze niższych temperatur. Czysty gaz syntezowy, który był

PL 215 288 B1 poddany usuwaniu jego części składowych zawierających siarkę, oraz dużej części jego dwutlenku węgla, jest następnie przenoszony do komory spalania 120, na przykład komory spalania silnika turbospalinowego 118 jako paliwo przeznaczone do spalenia.

Instalacja IGCC 100 korzystnie zawiera jednostkę rozdziału powietrza (ASU) 122. ASU 122 pracuje rozdzielając powietrze na jego gazy składowe, używając na przykład technik destylacji. ASU 122 oddziela tlen od powietrza dostarczanego do niej ze sprężarki powietrza uzupełniającego 123, a ASU 122 przenosi oddzielony tlen do generatora gazowego 106. Dodatkowo ASU 122 przenosi oddzielony azot do sprężarki rozcieńczalnika azotowego (DGAN) 124.

Sprężarka DGAN 124 spręża azot otrzymywany z ASU 122 co najmniej do poziomów ciśnienia równych ciśnieniom występującym w komorze spalania 120, aby nie zakłócać prawidłowego spalania gazu syntezowego. Zatem gdy tylko sprężarka DGAN 124 odpowiednio spręży azot do odpowiedniego poziomu, sprężarka DGAN 124 skieruje sprężony azot do komory spalania 120 silnika turbogazowego 118. Azot jest używany jako rozcieńczalnik na przykład ułatwiający sterowanie emisjami.

Jak to opisano uprzednio, sprężony azot może być przekazywany ze sprężarki DGAN 124 do komory spalania 120 silnika turbogazowego 118. Silnik turbogazowy 118 zawiera turbinę 130, wał napędowy 131 oraz sprężarkę 132 jak również komorę spalania 120. Komora spalania 120 otrzymuje paliwo, takie jak gaz syntezowy, które może być wtryskiwane pod ciśnieniem przez dysze paliwa. To paliwo jest mieszane ze sprężonym powietrzem jak również sprężonym azotem ze sprężarki DGAN 124 i spalane wewnątrz komory spalania 120. To spalanie wytwarza gorące sprężone gazy spalinowe.

Komora spalania 120 kieruje gazy spalinowe w stronę wylotu spalin turbiny 130. Gdy gazy spalinowe z komory spalania 120 przechodzą przez turbinę 130, gazy spalinowe zmuszają łopatki turbiny w turbinie 130 do obracania wału napędowego 131 wzdłuż osi silnika turbogazowego 118. Jak to przedstawiono na rysunku, wał napędowy 131 jest połączony z różnymi elementami składowymi silnika turbogazowego 118, obejmującymi sprężarkę 132.

Wał napędowy 131 łączy turbinę 130 ze sprężarką 132 tworząc wirnik. Sprężarka 132 zawiera łopatki połączone z wałem napędowym 131. W ten sposób obrót łopatek turbiny w turbinie 130 powoduje, że wał napędowy 131 łączący turbinę 130 ze sprężarką 132 będzie obracał łopatki wewnątrz sprężarki 132. Ten obrót łopatek w sprężarce 132 powoduje, że sprężarka 132 spręża powietrze otrzymywane przez wlot powietrza do kompresora 132. Sprężone powietrze jest następnie podawane do komory spalania 120 i mieszane z paliwem oraz sprężonym azotem, aby zapewnić większą wydajność spalania. Wał napędowy 131 jest również połączony z obciążeniem 134, które może być obciążeniem stacjonarnym, takim jak generator prądu elektrycznego do wytwarzania energii elektrycznej, na przykład w elektrowni. W rzeczywistości obciążenie 134 jest dowolnym odpowiednim urządzeniem, które jest napędzane przez obroty wyjściowe silnika turbogazowego 118.

Instalacja IGCC 100 korzystnie zawiera również silnik turboparowy 136 oraz instalację odzyskowego generatora pary (HRSG) 138. Silnik turboparowy 136 napędza drugie obciążenie 140. Drugie obciążenie 140 jest generatorem prądu elektrycznego do wytwarzania energii elektrycznej. Jednakże zarówno pierwsze jak i drugie obciążenie 134, 140 mogą być obciążeniami innego rodzaju, napędzane odpowiednio przez silnik turbogazowy 118 oraz silnik turboparowy 136. Dodatkowo, chociaż silnik turbogazowy 118 oraz silnik turboparowy 136 mogą napędzać osobne obciążenia 134, 140 jak to pokazane w przykładzie wykonania na rysunku, przy czym silnik turbogazowy 118 oraz silnik turbo parowy 136 mogą być również stosowane posobnie, aby napędzać pojedyncze obciążenie za pomocą pojedynczego wału. Szczególna konfiguracja silnika turboparowego 136 jak również silnika turbogazowego 118 jest właściwa dla danego wdrożenia i może zawierać dowolną kombinację poszczególnych sekcji

Instalacja 100 korzystnie zawiera zespół HRSG 138. Nagrzane gazy spalinowe z silnika turbogazowego 118 są przenoszone do zespołu HRSG 138 oraz używane do podgrzewania wody i wytwarzania pary wodnej używanej do napędzania silnika turboparowego 136. Gazy wylotowe na przykład z sekcji niskiego ciśnienia silnika turboparowego 136 są kierowane do skraplacza 142. Skraplacz 142 wykorzystuje wieżę chłodniczą 128 do wymiany nagrzanej wody na schłodzoną wodę. Wieża chłodnicza 128 dostarcza chłodną wodę do skraplacza 142, aby pomóc w skraplaniu pary wodnej przenoszonej do skraplacza 142 z silnika turboparowego 136. Skropliny ze skraplacza 142 są z kolei kierowane do HRSG 138. Tak więc gazy wylotowe z silnika turbogazowego 118 są również kierowane do instalacji HRSG 138 do nagrzewania wody ze skraplacza 142 oraz wytwarzania pary wodnej.

W instalacjach o złożonym cyklu, takich jak instalacja IGCC 100, gorące gazy wylotowe przepływają od silnika turbogazowego 118 i przechodzą do instalacji HRSG 138, gdzie mogą być używane

PL 215 288 B1 do wytwarzania pary wodnej pod wysokim ciśnieniem, o wysokiej temperaturze. Para wodna wytwarzana przez instalację HRSG 138 następnie przechodzi przez silnik turboparowy 136 w celu wytwarzania energii. Dodatkowo wytwarzana para wodna może również być dostarczana do dowolnych innych procesów, gdzie para wodna jest używana, takich jak do generowania gazowego 106. Cykl generowania energii przez silnik turbogazowy 118 jest często nazywany „cyklem górnym”, natomiast cykl generowania energii przez silnik turboparowy 136 jest często nazywany „cyklem dolnym”. Przez połączenie tych dwóch cykli, jak to przedstawiono na fig. 1, instalacja IGCC 100 uzyskuje wyższą sprawność w obu cyklach. W szczególności, ciepło wylotowe z cyklu górnego jest wychwytywane i używane do wytwarzania pary wodnej do użycia w cyklu dolnym.

Fig. 2 jest schematem blokowym przykładu wykonania instalacji albo procesu zgazowania 150, jak to przedstawiono na fig. 1, zawierającej unikalny układ chłodzenia na bazie rozprężania wychwytywanego gazu zawierającego węgiel. W procesie zgazowania 150 wykorzystany jest zespół 152 rozdzielania powietrza, zespół 154 przygotowania surowca węglowego, generator gazowy 106, zespół 156 usuwania cząstek stałych, chłodzenia oraz przemieszczania, zespół 158 usuwania gazu kwaśnego (AGR), zespół 164 sprężania oraz oczyszczania dwutlenku węgla oraz unikalny zespół albo obwód chłodzenia 163. Jak to zostanie omówione bardziej szczegółowo poniżej, zespół albo obwód chłodzenia 163 zawiera rozprężacz 117 dwutlenku węgla oraz zespół 164 sprężania/oczyszczania (na przykład sprężarkę) oraz/albo rurociąg 166 jako źródło sprężonego gazu (CO₂). Podczas pracy, rozprężacz 117 gazu powoduje rozprężanie objętościowe oraz spadek ciśnienia gazu zawierającego węgiel, który z kolei powoduje zasadnicze chłodzenie gazu zawierającego węgiel do dalszego użycia jako czynnika chłodzącego w zespole AGR 158. W ten sposób zespół chłodzenia 163 wywołuje obieg gazu przez jeden albo więcej przewodów, pętli oraz/albo wymienników ciepła, spełniającego rolę czynnika chłodzącego, zapewniając w ten sposób chłodzenie urządzeń w instalacji 150.

Jak to przedstawiono na rysunku, generator gazowy 106 otrzymuje dostawy powietrza oraz surowca węglowego z zespołów 152 i 154. Na przykład zespół 154 przygotowania surowca węglowego kruszy i miesza surowiec węglowy (na przykład węgiel, ropę naftową, biomasę, biopaliwo) z cieczą (na przykład wodą) albo gazem oraz przenosi przygotowany surowiec do generatora gazowego 106. W niektórych przykładach wykonania, zespół 154 może zawierać pompę do ciał stałych, do pomiaru oraz wprowadzania pod naciskiem przygotowanego surowca do generatora gazowego. ASU 152 procesu zgazowania 150 pracuje rozdzielając powietrze na jego gazy składowe. Na przykład ASU 152 wykorzystuje techniki destylacyjne, które mogą być kriogeniczne albo mogą wykorzystywać adsorpcję zmiennociśnieniową (PSA). Zespół ASU 152 oddziela tlen od powietrza dostarczanego do niego i przenosi oddzielony tlen do generatora gazowego 106, jak to opisano powyżej. Dodatkowo zespół ASU 152 rozdziela gazy, takie jak azot, w celu ich gromadzenia albo użycia w dalszej części do wytwarzania energii elektrycznej. Z kolei generator gazu 106 przetwarza surowiec węglowy w brudny gaz syntezowy (na przykład gaz syntezowy zawierający siarkę).

Generator gazowy 106 wykorzystuje tlen oraz surowiec z zespołów 152 oraz 154 do wytwarzania gazu syntezowego w procesie spalania. Na przykład generator gazowy 106 może być przystosowany do poddawania reakcji substancji zwęglonych oraz gazów resztkowych z tlenem, w celu tworzenia dwutlenku węgla oraz tlenku węgla. Temperatury podczas procesu spalania mogą mieścić się w zakresie od około 700 stopni Celsjusza do około 1600 stopni Celsjusza. W niektórych przykładach wykonania, generator gazowy 106 może wprowadzać parę wodną, powodując w ten sposób reakcję pomiędzy substancjami zwęglonymi, dwutlenkiem węgla oraz parą wodną do wytwarzania tlenku węgla oraz wodoru w temperaturach sięgających od około 800 stopni Celsjusza do około 1100 stopni Celsjusza. W istocie, generator gazowy 106 wykorzystuje parę wodną oraz tlen, aby umożliwić spalanie części surowca węglowego z zespołu 154 przygotowania surowca węglowego, aby wytwarzać dwutlenek węgla oraz energię, napędzając w ten sposób główną reakcję, która przetwarza dalszy surowiec węglowy na wodór oraz dodatkowy tlenek węgla. W ten sposób, powstały brudny gaz syntezowy jest wytwarzany przez generator gazowy 106. Należy zauważyć, że surowy gaz syntezowy może zawierać w przybliżeniu 85% tlenku węgla oraz wodoru, jak również CH₄, HCl, HF, NH₃, HCN, COS oraz H2S (na podstawie zawartości siarki w surowcu węglowym).

Proces zgazowania 150 następnie przenosi brudny gaz syntezowy do zespołu 156 usuwania cząstek stałych, chłodzenia oraz przemieszczania. Zrozumiałym jest, że generator gazowy 106 wytwarza niechciane odpady, takie jak szlakę i mokry popiół. Zatem zespół 156 może filtrować i usuwać niepożądane produkty uboczne procesu zgazowania. W pewnych przykładach wykonania, te produkty uboczne mogą być usuwane jako podbudowa dróg albo inny materiał budowlany. Dodatkowo, zespół

PL 215 288 B1

156 zawiera reaktor (WGS) konwersji gazu wodnego (procesu konwersji gazu parą wodną), przystosowany do przeprowadzania reakcji konwersji gazu wodnego (WGS), w której tlenek węgla reaguje z wodą (na przykład parą wodną) tworząc dwutlenek węgla oraz wodór. Reakcja WGS może być wykonywana aby skorygować stosunek wodoru do tlenku węgla w surowym gazie syntezowym od około 1 do 1 do około 3 do 1, dla prawidłowej metanizacji. Następnie reaktor metanizacji może wykonywać proces metanizacji, aby przetworzyć CO oraz H2 w gazie syntezowym w CH4 i H2O czyli w metan (na przykład sztuczny gaz ziemny (SNG) oraz wodę.

Zespół 156 kieruje brudny gaz syntezowy do instalacji AGR 158 w celu wytworzenia czystego gazu syntezowego 160 przez usuwanie dwutlenku węgla 161 oraz kwaśnego gazu 162. Na przykład, zespół AGR 158 może używać reakcji do rozdzielania kwaśnego gazu 162 (na przykład siarkowodoru (H₂S)) oraz dwutlenku węgla 161 (CO₂) z brudnego gazu syntezowego, uzyskując w ten sposób czysty gaz syntezowy 160 (na przykład gaz syntezowy bez siarki oraz dwutlenku siarki). W pewnych przykładach wykonania zespół AGR 158 wykorzystuje proces adsorpcji zmienno temperaturowej (TSA), w celu oddzielenia kwaśnego gazu 162 od pożądanego gazu syntezowego. Na przykład, proces adsorpcji zmienno temperaturowej zawiera krok adsorpcji, w którym jest wykonywana adsorpcja H2S, a następnie krok regeneracji termicznej przy użyciu powietrza albo powietrza wzbogaconego tlenem. Ten proces adsorpcji zmienno temperaturowej (czyli czyszczenie ciepłego gazu) obejmuje mieszanie gazu syntezowego z mediami w postaci fluidalnej, takimi jak tlenek cynku (ZnO), aby wytworzyć siarczek cynku (ZnS) w kroku adsorpcji. W kroku regeneracji, ten siarczek cynku może być mieszany z udziałem ciepła z tlenem (O2), aby wytworzyć dwutlenek siarki (SO2), który może być przenoszony do innych części składowych instalacji w celu usuwania oraz pozbywania się siarki.

Zespół AGR 158 kieruje następnie czysty gaz syntezowy 160 do turbiny gazowej, kotła, rurociągu, zbiornika magazynującego, części składowej instalacji IGCC albo innego dogodnego zastosowania. Zespół AGR 158 kieruje również kwaśny gaz 162 do jednej albo więcej dodatkowych instalacji obróbczych, takich jak zespół odzysku siarki. W przykładzie wykonania przedstawionym na rysunku zespół AGR 158 kieruje również dwutlenek węgla 161 do odpowiedniego zespołu 116 wychwytywania węgla, która może zawierać zespół 164 sprężania oraz oczyszczania dwutlenku węgla, rurociąg 166, zbiornik magazynujący albo dowolne inne miejsce przeznaczenia, które nie marnuje węgla. Na prz ykład zespół 164 może odwodnić oraz sprężyć CO₂ do magazynowania oraz następnie do użycia. W przykładzie wykonania przedstawionym na rysunku zespół 164 kieruje CO₂ do rurociągu 166, który przenosi CO₂ do sekwestracji węgla, na przykład procesu ulepszonego odzysku oleju (EOR) albo do warstw przenoszących solankę.

W przykładzie wykonania przedstawionym na rysunku, proces 150 obejmuje unikalny zespół albo obwód chłodzenia 163, który zawiera rozprężacz 117 dwutlenku węgla oraz zespół 164 sprężania/oczyszczania (na przykład sprężarkę). Na przykład obwód 163 zawiera przepływ sprężonego dwutlenku węgla 165 bezpośrednio z zespołu 164 sprężania/oczyszczania oraz/albo przepływ sprężonego dwutlenku węgla 167 z rurociągu 166. W kolejnym przykładzie sprężony dwutlenek węgla może być uzyskany z innych źródeł albo procesów w obrębie instalacji IGCC 100. Niezależnie od źródła, dwutlenek węgla jest sprężany w istotnym stopniu oraz zdolny do rozprężania w rozprężaczu 117 dwutlenku węgla, dostarczając w ten sposób źródło chłodzenia.

CO₂ wchodzący do rozprężacza 117 dwutlenku węgla jest przeprowadzany od wysokiego ciśnienia do niskiego ciśnienia przez rozprężanie. W niektórych przykładach wykonania, rozprężanie korzystnie jest adiabatyczne, w przybliżeniu adiabatyczne albo zasadniczo izolowane termicznie, aby zmniejszyć przenoszenie ciepła pomiędzy CO2 i otoczeniem.

Rozprężanie objętościowe, które współistnieje z tym spadkiem ciśnienia, powoduje zmniejszenie temperatury CO₂. W pewnych przykładach wykonania rozprężacz 117 CO₂ zmniejsza ciśnienie oraz/albo temperaturę o co najmniej w przybliżeniu 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 200, 300, albo 400 procent. Na przykład ciśnienie może spaść o współczynnik w przybliżeniu 2-4 (na przykład o współczynnik w przybliżeniu 2), zaś temperatura może spaść o około 5-100 stopni Celsjusza (na przykład około 20-30 stopni Celsjusza). Jednakże wszelkie zmiany objętości, ciśnienia oraz temperatury mieszczą się w zakresie ujawnionych przykładów wykonania, a przykłady te nie są ograniczające w żaden sposób. Ochłodzony dwutlenek węgla następnie krąży przez części składowe zespołu AGR 158, aby zapewnić chłodzenie. Rozprężony dwutlenek węgla na przykład jest używany do obniżania temperatury rozpuszczalnika używanego w zespole AGR 158. W pewnych przykładach wykonania, rozprężony dwutlenek węgla chłodzi rozpuszczalnik zmieniając temperaturę od około 5 do 100 stopni Celsjusza

PL 215 288 B1 (na przykład około 20-30 stopni Celsjusza). Jednakże zrozumiałym jest, że zmiana temperatury może zależeć od natężeń przepływu oraz innych względów właściwych dla danego zastosowania.

Fig. 3 jest schematem blokowym przykładu wykonania instalacji 168 oczyszczania gazu i wychwytywania węgla, przedstawionej na fig. 1, zawierającej unikalny zespół chłodzenia 163, bazujący na rozprężaniu wychwyconego gazu zawierającego węgiel. Instalacja 168 przedstawiona na rysunku zawiera zespół AGR 158 oraz zespół i 116 wychwytywania węgla. Zespół AGR 158 zawiera krok albo zespół 170 pochłaniania siarkowodoru (H₂S) (na przykład zespół usuwania kwaśnego gazu). Zespół 116 wychwytywania węgla zawiera krok albo zespół 172 pochłaniania CO₂, zbiornik magazynujący rozpuszczalnika 176, oraz krok albo zespół 178 odzyskiwania CO₂. Zespół 116 wychwytywania węgla może również zawierać zespół 164 sprężania oraz oczyszczania CO₂, rurociąg 166, zbiornik magazynujący CO₂ albo inne zastosowanie CO₂. Jak to zostanie omówione szczegółowo poniżej, przykład wykonania przedstawiony na rysunku zawiera zespół albo obwód chłodzenia 163, który rozpręża sprężony CO₂ w rozprężaczu 117, aby spowodować użycie chłodzenia CO₂ jako czynnik chłodzącego. W pewnych przykładach wykonania schłodzony CO₂ jest używany jako czynnik chłodzący dla zespołu 170 pochłaniania H₂S, zespołu 172 pochłaniania CO₂, zespołu 178 odzyskiwania CO₂ albo dowolnej ich kombinacji. Schłodzony CO₂ może być również używany do innych części składowych instalacji IGCC 100.

W przykładzie wykonania przedstawionym na rysunku, zespół chłodzenia 163 używa rozprężonego CO₂ do chłodzenia zarówno zespołu 170 pochłaniania H₂S jak i zespołu 178 odzyskiwania CO₂. Na przykład, zespół chłodzenia 163 może kierować rozprężony, a zatem schłodzony CO₂ przez zespół 178 odzyskiwania CO₂, za którym znajduje się zespół 170 pochłaniania H₂S. W przykładzie wykonania przedstawionym na rysunku zespół chłodzenia 180 może zapewniać dodatkowe chłodzenie CO₂ pomiędzy zespołem 178 odzyskiwania CO₂ oraz zespołem 170 pochłaniania H₂S. Jednakże zespół chłodzenia 180 może mieć znacznie zmniejszoną pojemność albo może być całkowicie usunięty, dzięki chłodzeniu zapewnionemu przez zespół chłodzenia 163. Jak to przedstawiono na rysunku, zespół chłodzenia 163 zawiera pierwszą pętlę 187 chłodzącego CO₂ oraz drugą pętlę 189 chłodzącego CO₂, w których krąży schłodzony CO₂. Pierwsza pętla 187 czynnika chłodzącego puszcza w obieg CO₂ przez zespół 178 odzyskiwania CO₂, oraz rozprężacz 117, jak również przez instalację 164 sprężania i oczyszczania CO₂ oraz/albo rurociąg 166. Druga pętla 189 czynnika chłodzącego puszcza w obieg CO₂ przez zespół 178 odzyskiwania CO₂, zespół chłodzenia 180 oraz zespół 170 pochłaniania H₂S, a następnie zawraca CO₂ do zespołu instalacji 164 sprężania i oczyszczania CO₂ oraz/albo rurociągu 166. Te pętle 187 i 189 mogą być połączone razem tak, że pierwsza pętla 187 czynnika chłodzącego kieruje pierwszą porcję CO₂ do instalacji 164 sprężania i oczyszczania CO₂ oraz drugą porcję CO₂ do drugiej pętli 189 czynnika chłodzącego po użyciu CO₂ jako czynnika chłodzącego w zespole 178 odzyskiwania CO₂.

Zespół 170 pochłaniania H₂S usuwa H₂S z brudnego gazu syntezowego 174 w wyniku jednej albo więcej reakcji egzotermicznej, dostarczając w ten sposób strumień przepływu 182 kwaśnego gazu. Zespół chłodzenia 180 oraz/albo zespół chłodzenia 163 zapewniają chłodzenie zespołu 170 pochłaniania H₂S, aby zmniejszyć temperaturę spowodowaną reakcją egzotermiczną. Jak to omówiono powyżej, kwaśny gaz 182 może być przenoszony do zespołu odzyskiwania siarki w celu zbierania siarki pierwiastkowej.

Gdy tylko gaz syntezowy został oczyszczony z H₂S, wchodzi on do zespołu 172 pochłaniania CO₂. W przykładzie wykonania przedstawionym na rysunku zespół 172 pochłaniania CO₂ używa rozpuszczalnika do usuwania CO₂ z gazu syntezowego. Zespół 172 pochłaniania CO₂ otrzymuje rozpuszczalnik ze zbiornika 176 magazynującego rozpuszczalnik. Na przykład, wodny roztwór zawierający jedną lub więcej alkanolaminę (na przykład monoetanoloaminę, dietanoloaminę, diizopropyloaminę itp.) może być usuwany ze zbiornika 176 magazynującego rozpuszczalnik w ilości odpowiedniej do pochłaniania CO₂ zawartego w gazie syntezowym. Czysty gaz syntezowy 184, który został oczyszczony zarówno z H₂S jak i CO₂ jest następnie używany do wytwarzania energii elektrycznej albo innych dalszych procesów chemicznych.

Zespół 172 pochłaniania CO₂ przenosi rozpuszczalnik na bazie aminy wzbogacony CO₂ do zespołu 178 odzyskiwania CO₂, który oddziela CO₂ do użycia w zespole 116 wychwytywania węgla. Na przykład zespół 178 odzyskiwania CO₂ może zawierać generator, który oczyszcza roztwór z CO₂. Zregenerowany strumień oczyszczonego rozpuszczalnika 186 jest następnie zawracany do obiegu do zbiornika 176 magazynującego rozpuszczalnik do ponownego użycia w zespole 172 pochłaniania CO₂.

PL 215 288 B1

Zespół 178 odzyskiwania CO₂ przenosi wychwycony CO₂ 188 do zespołu 116 wychwytywania węgla w celu sprężenia, rozprężenia i następnie zawrócenia przez zespół AGR 158, aby wypełnić potrzeby w zakresie chłodzenia. Na przykład zespół 116 wychwytywania węgla może zawierać zespół 164 sprężania i oczyszczania CO₂, rurociąg 166 CO₂, zbiornik magazynujący, rozprężacz 117 dwutlenku węgla albo inne dogodne wykorzystanie CO₂. Jak to omówiono powyżej, rozprężacz 117 powoduje rozprężanie objętościowe oraz spadek ciśnienia CO₂, powodując w ten sposób zmniejszenie temperatury CO₂. Na przykład, rozprężacz 117 może chłodzić dwutlenek węgla do temperatury około 35 stopni C, który może być używany do chłodzenia rozpuszczalnika ze zbiornika 176 magazynującego rozpuszczalnik, do temperatury około 45 do 55 stopni C, zanim jest podawany do kroku/zespołu 172 pochłaniania CO₂. Poprzednia cecha ma działanie zwiększające skuteczność procesu pochłaniania, ponieważ gaz syntezowy ma wyższą rozpuszczalność przy niższych temperaturach. W pewnych przykładach wykonania, schłodzony dwutlenek węgla może być używany do chłodzenia gazu syntezowego pomiędzy krokami w zespole AGR 158.

Fig. 4 jest schematem blokowym przykładu wykonania instalacji 190 na bazie spalania, mającej zespół 191 oczyszczania gazu i wychwytywania węgla, zawierający unikalny zespół chłodzenia bazujący na rozprężaniu wychwyconego gazu zawierającego węgiel. W przykładzie wykonania przedstawionym na rysunku zespół 191 oczyszczania gazu oraz wychwytywania węgla obejmuje zespół 156 usuwanie cząstek stałych, chłodzenie oraz przemieszczania, zespół 192 usuwania siarki oraz/albo azotu, oraz zespół 116 wychwytywania węgla. Jak to omówiono powyżej, zespół 116 wychwytywania węgla może zawierać instalację 164 sprężania i oczyszczania CO₂, rurociąg 166, zbiornik magazynujący CO₂ oraz wiele zastosowań CO₂. W szczególności, zespół 116 wychwytywania węgla dostarcza sprężony CO₂ do unikalnego zespołu chłodzenia 163, w celu rozprężania CO₂, chłodząc w ten sposób CO₂, aby działał jako czynnik chłodzący dla instalacji 190. Schłodzony CO₂ jest używany jako czynnik chłodzący dla dowolnej części składowej zespołu 191 oczyszczania gazu, jak również dla kotła 194 oraz innego wyposażenia 195 zakładu w instalacji 190 bazującej na spalaniu.

Kocioł 194 otrzymuje zasilanie w tlen 196 oraz paliwo węglowe z zespołu 154 przygotowania surowca węglowego w celu wytwarzania gorących gazów spalinowych. Kocioł 194 otrzymuje również zasilanie w wodę 197, która jest podgrzewana przez gorące gazy, do wytwarzania pary wodnej 198. Kocioł 194 kieruje parę wodną 198 do jednej albo więcej części składowych, takich jak turbina parowa do wytwarzania energii elektrycznej. Kocioł 194 kieruje również gorące gazy spalania do instalacji 156 usuwanie cząstek stałych, chłodzenie oraz przemieszczania, w celu oczyszczania jak to omówiono powyżej. Instalacja 156 kieruje następnie gazy spalinowe do instalacji 192 usuwania siarki oraz/albo azotu, która rozdziela strumień 200 bogaty w siarkę/azot od strumienia 188 zawierającego dwutlenek węgla.

W przykładzie wykonania przedstawionym na rysunku zespół chłodzenia 163 dostarcza schłodzony CO₂ do zespołu 192 usuwania siarki oraz/albo azotu oraz wyposażenia 195 zakładu. Na przykład zespół chłodzenia 163 zawiera pierwszą pętlę 187 czynnika chłodzącego oraz drugą pętlę 189 czynnika chłodzącego. Pierwsza pętla 187 czynnika chłodzącego puszcza w obieg CO₂ przez zespół 192 usuwania siarki oraz/albo azotu, oraz rozprężacz 117, jak również przez zespół 164 sprężania i oczyszczania CO₂ oraz/albo rurociąg 166. Druga pętla 189 czynnika chłodzącego puszcza w obieg CO₂ przez wyposażenia 195 zakładu. W przykładzie wykonania przedstawionym na rysunku pierwsza pętla 187 czynnika chłodzącego zmienia kierunek części schłodzonego CO₂ do wyposażenia 195 zakładu przed przepuszczeniem jej przez zespół 192 usuwania siarki oraz/albo azotu. Jednakże w innych przykładach wykonania schłodzony CO₂ jest używany do schładzania zespołu 192 usuwania, przed użyciem do schładzania wyposażenia 195 zakładu, zależnie od potrzeb chłodniczych. Wyposażenia 195 zakładu może zawierać różnorodne części składowe instalacji IGCC, urządzenia do generowania mocy, silniki, zespoły obróbki chemicznej, wymienniki ciepła oraz temu podobne. Na przykład zespół chłodzenia 163 używa schłodzony CO₂ do chłodzenia górnego strumienia kolumny destylacyjnej. Na przykład, schłodzony CO₂ może być używany do obniżenia temperatury górnego strumienia, powiązanego z kolumną destylacyjną, która jest używana do rozdzielania produktu w postaci gazu syntezowego od wykroplin. W dodatkowych przykładach wykonania schłodzony CO2 może być używany jako czynnik chłodzący dla dowolnego górnego strumienia powiązanego z ciągłym procesem destylacji w elektrowni w technologii IGCC, Tak więc schłodzony CO2 może być używany do chłodzenia dowolnych strumieni powiązanych z ciągłymi procesami rozdzielania strumienia przepływu w elektrowni w technologii IGCC. Jako dalszy przykład, schłodzony CO2 może zastąpić cykl chłodniczy,

PL 215 288 B1 w którym krąży czynnik chłodniczy (na przykład amoniak albo freon) przez zamkniętą pętlę mającą skraplacz, aparat wyparny oraz sprężarkę.

Fig. 5 jest schematem blokowym przykładu wykonania instalacji 210 chłodzenia wychwytywanym węglem, zawierającej zespół chłodzenia 163, bazujący na rozprężaniu wychwyconego gazu zawierającego węgiel. W przykładzie wykonania przedstawionym na rysunku instalacja 210 zawiera zespół 212 do produkcji chemicznej oraz zespół 116 wychwytywania węgla. Zespół 212 do produkcji chemicznej zawiera zespół 214 częściowego utleniania albo reformowania, oraz zespół 156 usuwanie cząstek stałych, chłodzenie oraz przemieszczania. Zespół 116 wychwytywania węgla zawiera zespół 216 usuwania CO₂, jak również zespół 164 sprężania i oczyszczania CO₂, rurociąg 166, oraz zbiornik magazynowania CO₂ albo inne zastosowanie dla wychwyconego CO₂. W szczególności zespół 116 wychwytywania węgla dostarcza sprężony CO₂ dla zespołu chłodzenia 163 w celu rozprężenia CO₂ oraz chłodzenia w ten sposób CO₂, aby działał jako czynnik chłodzący dla instalacji 210. Schłodzony CO₂ jest używany jako czynnik chłodzący dla dowolnej części składowej instalacji 210, obejmującej zespół 214 częściowego utleniacza albo reformowania, zespół 156 usuwanie cząstek stałych, chłodzenie oraz przemieszczania, zespół 216 usuwania CO₂, wyposażenie 155 zakładu oraz dowolną ich kombinację.

Zespół/krok 214 częściowego utleniania albo reformowania otrzymuje paliwo węglowe z zespołu 154 przygotowania paliwa węglowego. W pewnych przykładach wykonania, paliwo węglowe korzystnie zawiera metanol, gaz ziemny, propan, benzynę, autogaz, olej napędowy, etanol, benzynę ciężką albo dowolny inny materiał węglowy. Zespół 214 częściowego utleniania albo reformowania również otrzymuje strumień tlenu oraz/albo pary wodnej 218. W jednym przykładzie wykonania zespół/krok 214 częściowego utleniania albo reformowania przeprowadza częściowe utlenianie, wytwarzając mieszaninę gazu syntezowego zawierającą tlenek węgla (CO) oraz wodór (H₂) pomiędzy innymi gazami. Na przykład mieszanina gazu syntezowego może zawierać CO, H2, CH4, CO2, H2O, H2S, N₂ oraz CO₂. W niektórych przykładach wykonania zespół 214 częściowego utleniania albo reformowania przetwarza węglowy surowiec na wyroby wyżej oktanowe oraz wodór. Zespół 212 następnie kieruje gaz syntezowy do zespołu 156 usuwanie cząstek stałych, chłodzenie oraz przemieszczania, jak to omówiono powyżej.

Zespół 212 do produkcji chemicznej kieruje następnie gaz syntezowy do zespołu 116 wychwytywania węgla. W szczególności zespół 156 usuwanie cząstek stałych, chłodzenie oraz przemieszczania przenosi gaz syntezowy do zespołu 216 usuwania CO₂, która oddziela CO₂ 188, aby wytwarzać czysty gaz syntezowy 220. Na przykład zespół 216 usuwania CO₂ może być instalacją bazującą na rozpuszczalniku, instalacją na bazie membrany, albo dowolnym innym rodzajem instalacji odpowiednim do usuwania CO₂. Zespół 216 usuwania CO₂ przenosi czysty gaz syntezowy 220 do dodatkowego zespołu przetwórczego, turbiny gazowej, kotła albo innego zastosowania, Zespół 216 usuwania CO₂ przenosi oddzielony CO₂ 188 do zespołu 116 wychwytywania węgla. Na przykład zespół 164 sprężania i oczyszczania CO₂ spręża i oczyszcza CO₂, a następnie kieruje pierwszą porcją do rurociągu 166 oraz drugą porcją do zespołu chłodzenia 163.

W przykładzie wykonania przedstawionym na rysunku zespół chłodzenia 163 dostarcza schłodzony CO₂ do zespołu 216 usuwania CO₂ oraz do wyposażenia 195 zakładu.

Na przykład zespół chłodzenia 163 zawiera pierwszą pętlę 187 czynnika chłodzącego oraz drugą pętlę 189 czynnika chłodzącego. Pierwsza pętla 187 czynnika chłodzącego puszcza w obieg CO₂ przez zespół 216 usuwania CO₂ oraz rozprężacz 117, jak również przez instalację 164 sprężania i oczyszczania CO₂ oraz/albo rurociąg 166. Druga pętla 189 czynnika chłodzącego puszcza w obieg CO₂ przez wyposażenia 195 zakładu. W przykładzie wykonania przedstawionym na rysunku pierwsza pętla 187 czynnika chłodzącego zmienia kierunek części schłodzonego CO₂ do wyposażenia 195 zakładu przed przepuszczeniem jej przez zespół 192 usuwania CO₂. Jednakże w innych przykładach wykonania schłodzony CO₂ może być używany do schładzania zespół 216 usuwania CO₂, przed użyciem do schładzania wyposażenia 195 zakładu, zależnie od potrzeb chłodniczych. Wyposażenia 195 zakładu może zawierać różnorodne części składowe instalacji IGCC, urządzenia do generowania mocy, silniki, zespoły obróbki chemicznej, wymienniki ciepła oraz temu podobne.

Techniczne efekty wynalazku mogą obejmować instalację wychwytywania węgla w połączeniu z instalacją chłodzenia, w której wychwycony gaz zawierający węgiel (na przykład CO2 o czystości około 80-100% objętościowo) jest używany jako czynnik chłodzący w instalacji chłodzącej,

Zespół wychwytywania węgla może być częścią dowolnego zakładu przemysłowego, elektrowni pracującej w technologii bloku gazowo-parowego ze zintegrowanym zgazowaniem paliwa (IGCC) albo

PL 215 288 B1 temu podobnego. Podobnie instalacja chłodzenia może być używana do chłodzenia różnego wyposażenia zakładów przemysłowych , urządzeń IGCC albo temu podobnych. W pewnych przykładach wykonania, siłownik albo zaprogramowane urządzenie (na przykład system komputerowy) zawiera instrukcje do sterowania zespołem wychwytywania węgla oraz/albo zespół chłodzenia, aby zmieniać ilość chłodzenia zapewnianą przez wychwycony gaz zawierający węgiel. Na przykład sterownik albo programowalne urządzenie może zwiększać albo zmniejszać prędkość oraz/albo współczynnik rozprężania objętościowego gazu zawierającego węgiel, zwiększając albo zmniejszając w ten sposób zmianę temperatury w gazie. Sterownik albo programowalne urządzenie może również sterować natężeniem przepływu wychwyconego gazu zawierającego węgiel (na przykład chłodzonego rozprężeniem objętościowym) przez jeden albo więcej obwodów chłodzących, sterując w ten sposób ilością chłodzenia dostarczanego przez wychwycony gaz. W pewnych przykładach wykonania sterownik albo programowalne urządzenie może sterować instalacją chłodzenia, aby używać wychwycony gaz zawierający węgiel jako podstawowe źródło chłodzenia albo drugorzędne źródło chłodzenia. Na przykład, wychwycony gaz zawierający węgiel może być używany do uzupełniania istniejącej instalacji chłodzenia, która może być znacznie zmniejszona z powodu włączenia instalacji chłodzenia bazującej na wychwytywaniu węgla.

Niniejszy pisemny opis użycia przykładów do ujawniania wynalazku, obejmujących najlepszy sposób wykorzystania, oraz aby umożliwić każdemu specjaliście w branży praktyczne wykorzystanie wynalazku, obejmujące wykonanie oraz używanie wszelkich urządzeń lub instalacji oraz wykonywanie wszelkich powiązanych z nimi sposobów. Podlegający opatentowaniu zakres wynalazku jest określony w zastrzeżeniach patentowych i może zawierać inne przykłady, które nasuną się specjalistom w branży. Takie inne przykłady są uważane za mieszczące się w zakresie zastrzeżeń patentowych, jeżeli mają elementy konstrukcyjne, które nie różnią się od dosłownego zapisu zastrzeżeń patentowych, lub jeżeli zawierają równoważne elementy konstrukcyjne z nieistotnymi zmianami w stosunku do dosłownego zapisu zastrzeżeń patentowych.

Claims (20)

1. Układ chłodzący zwłaszcza dla elektrowni, zawierający oczyszczalnik gazu połączony z generatorem gazu, do przyjmowania zanieczyszczonego gazu syntezowego, znamienny tym, że oczyszczalnik gazu (110) zawiera połączony z nim zespół wychwytywania węgla (116) gromadzący gaz zawierający węgiel z gazu syntezowego, przy czym z zespołem wychwytywania węgla (116) jest połączony zespół chłodzenia (163) zawierający gaz z węglem w obwodzie czynnika chłodzącego.

2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że zespół chłodzenia (163) zawiera rozprężacz gazu (117) do wywoływania spadku ciśnienia i temperatury gazu zawierającego węgiel.

3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że zespół wychwytywania węgla (116) jest połączony ze sprężarką (132) gazu sprężającą gaz zawierający węgiel.

4. Układ według zastrz. 2, znamienny tym, że rozprężacz gazu (117) stanowi rozprężacz adiabatyczny.

5. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że oczyszczalnik gazu (110) jest oczyszczalnikiem gazu syntezowego (160).

6. Układ według zastrz. 5, znamienny tym, że oczyszczalnik gazu (110) zawiera zespół (AGR) usuwania kwaśnego gazu (158) oraz zespół usuwania siarki (192) i azotu oraz zespół usuwania cząstek stałych (156) i zespół usuwania gazu zawierającego węgiel albo ich kombinację.

7. Układ według zastrz. 5, znamienny tym, że z oczyszczalnikiem gazu (110) jest połączony obwód czynnika chłodzącego.

8. Układ według zastrz. 7, znamienny tym, że oczyszczalnik gazu (110) zawiera rozpuszczalnik oczyszczania gazu syntezowego (160), zaś obwód czynnika chłodzącego jest zestawiony do chłodzenia rozpuszczalnika.

9. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera co najmniej jeden generator gazowy (106) oraz kocioł (194) albo jednostkę reformującą, do przetwarzania surowca węglowego w gaz syntezowy.

10. Układ chłodzący zwłaszcza dla elektrowni, zawierający oczyszczalnik gazu połączony z generatorem gazu, do przyjmowania zanieczyszczonego gazu syntezowego, znamienny tym, że oczyszczalnik gazu (110) jest oczyszczalnikiem do usuwania dwutlenku węgla CO₂ z zanieczyszczoPL 215 288 B1 nego gazu i jest połączony z instalacją (116) wychwytywania węgla CO₂ z oczyszczalnika gazu (110) oraz z rozprężaczem (117) CO₂ do rozprężania co najmniej części CO₂ i chłodzenia części składowych.

11. Układ według zastrz. 10, znamienny tym, że oczyszczalnik gazu (110) zawiera reaktor (WGS) konwersji gazu wodnego oraz zespół (AGR) (158) usuwania kwaśnego gazu i zespół (192) usuwania siarki oraz azotu albo ich kombinację.

12. Układ według zastrz. 10, znamienny tym, że oczyszczalnik gazu (110) jest oczyszczalnikiem do poddawania obróbce gazu dla uzyskania oczyszczonego gazu syntezowego (160).

13. Układ według zastrz. 10, znamienny tym, że instalacja (116) wychwytywania węgla CO₂ zawiera sprężarkę CO₂ połączoną z rurociągiem CO₂ (166) i zbiornik magazynujący CO₂ albo ich kombinację,

14. Układ według zastrz. 10, znamienny tym, że rozprężacz CO₂ (117) stanowi rozprężacz adiabatyczny.

15. Układ według zastrz. 10, znamienny tym, że część składowa zawiera oczyszczalnik gazu (110).

16. Układ według zastrz. 10, znamienny tym, że część składowa zawiera sprężarkę (124) oraz górny strumień kolumny destylacyjnej i rozpuszczalnik albo turbinę gazową (118).

17. Układ według zastrz. 10, znamienny tym, że zawiera generator gazowy (106) połączony z kotłem (194) i zespołem reformującym (214) albo ich kombinacją do przetwarzania surowca węglowego na gaz.

18. Układ zawierający instalację usuwania gazu kwaśnego (AGR) sprzężoną z generatorem gazowym i zestawiony do pobierania zanieczyszczonego gazu syntezowego z generatora gazu, znamienny tym, że instalacja (AGR) usuwania gazu kwaśnego ponadto zawiera rozpuszczalnik do obróbki zanieczyszczonego gazu z generatora gazowego (106), przy czym instalacja AGR (158) jest instalacją do usuwania siarki oraz dwutlenku węgla CO₂ i jest sprzężona z rozprężaczem CO₂ (117) do rozprężania co najmniej części CO₂ dla chłodzenia rozpuszczalnika.

19. Układ według zastrz. 18, znamienny tym, że zawiera sprężarkę CO₂ (132) sprężającą CO₂, połączona z rozprężaczem CO₂, (117), przy czym rozprężacz CO₂ (117) stanowi rozprężacz adiabatyczny rozprężania co najmniej części CO₂ ze sprężarki CO₂ (132).

20. Układ według zastrz. 18, znamienny tym, że zawiera zespół wychwytywania węgla (116) do otrzymywania CO₂ z instalacji (AGR) (158) usuwania gazu kwaśnego.