DE102010024429A1 - Operating integrated gasification combined cycle power plant, comprises converting fuels in gasifier using adjuvants including oxygen, vapor, carbon dioxide and water, and cleaning raw gas from gasifier and treating gas in shift reactor - Google Patents

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Dipl.-Ing. Kunze Christian
Prof.Dr.-Ing. Spliethoff Hartmut
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Technische Universitaet Muenchen
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Abstract

The method comprises converting fuels in a gasifier using adjuvants including oxygen, vapor, carbon dioxide (CO 2) and water, cleaning raw gas from the gasifier at above 700[deg] C and treating the gas in a shift reactor, separating hydrogen from the gasification gas by a membrane, burning the separated hydrogen with a downstream steam cycle in a gas turbine, and treating the remaining CO 2present in the gasification gas, where trace substances used in the gasification gas are partially/completely decomposed by thermolytic effects in the gas cleaning. The method comprises converting fuels in a gasifier using adjuvants including oxygen, vapor, carbon dioxide (CO 2) and water, cleaning raw gas from the gasifier at above 700[deg] C and treating the gas in a shift reactor, separating hydrogen from the gasification gas by a membrane, burning the separated hydrogen with a downstream steam cycle in a gas turbine, and treating the remaining CO 2present in the gasification gas, where trace substances used in the gasification gas are partially/completely decomposed by thermolytic effects in the gas cleaning. The gasification pressure is adjusted for the separation of CO 2and the CO 2is liquefied near ambient pressure without further compression. A partial water or steam quench is provided in the membrane reactor. The raw gas is saturated to the gasifier with sufficient water for the conversion reaction. The water content in the raw gas is set by controlling the concentration of solids suspension in the fuel to the gasifier. The hydrogen is gained in the membrane reactor at elevated pressure of 2-40 bar. The membrane reactor is designed with multiple stages and/or with intermediate cooling, and contains the reactor internals for influencing the flow behavior on the retentate and/or permeates side.

Description

Die Erfindung betrifft ein CO2 freies IGCC Kraftwerk mit Heißgasreinigung und optimierter CO2 Abtrennung.The invention relates to a CO 2 -free IGCC power plant with hot gas purification and optimized CO 2 separation.

Stand der TechnikState of the art

Die Kurzbezeichnung IGCC ist die Abkürzung für den englischen Ausdruck Integrated Gasification Combined Cycle und bezeichnet eine Kombination von Gas- und Dampfkraftwerk mit einer integrierten Vergasung. Das Prinzip weist aufgrund des Gasturbinenprozesses ein höheres Wirkungsgradpotential als in klassischen Dampfkraftwerken auf. Auch hinsichtlich der CO2-Abtrennung ist das Prinzip vorteilhaft, da bei Integration eines Zusatzsystems CO2 im Prozess auf konzentriert werden kann.The abbreviation IGCC is the abbreviation for the English term Integrated Gasification Combined Cycle and refers to a combination of gas and steam power plant with an integrated gasification. Due to the gas turbine process, the principle has a higher efficiency potential than in classical steam power plants. Also in terms of CO 2 separation, the principle is advantageous because when integrating an additional system CO 2 can be concentrated in the process.

Mittels Vergasung wird zunächst ein kohlenstoffhaltiger Einsatzstoff, wie Kohle, Biomasse oder Ölrückstände, unterstöchiometrisch in ein brennbares Gas überführt. Dieses besteht im Wesentlichen aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid. Daneben befinden sich im Rohgas eine Reihe von Nebenbestandteilen und Verunreinigungen wie Metall-, Chlor- und Schwefelverbindungen und Ammoniak sowie Partikel. Diese müssen für die weitere Nutzung des Gases aus dem Prozess entfernt werden. Gegenwärtig muss dazu das heiße Vergasungsgas bis auf die für die Reinigungsprozesse notwendige Temperatur abgekühlt werden.By means of gasification, a carbonaceous feedstock, such as coal, biomass or oil residues, is first substoichiometrically converted into a combustible gas. This consists essentially of hydrogen and carbon monoxide. In addition, the crude gas contains a number of secondary constituents and impurities such as metal, chlorine and sulfur compounds and ammonia and particles. These must be removed from the process for further use of the gas. At present, the hot gasification gas has to be cooled down to the temperature required for the cleaning processes.

Gegenwärtig werden IGCC Kraftwerke mit CO2 Abtrennung (siehe 1) daher so betrieben, dass das bis zu 1500°C heiße Rohgas bis in den Bereich von 200°C gekühlt wird. Danach werden Aschepartikel abgetrennt. Das Gas wird dann in Wasserwäschen von Chlorverbindungen, Metallen und Ammoniak befreit. Im Gas befindliches CO wird dann in der Konvertierungsstufe mittels Wasserdampf in Wasserstoff und Kohlendioxid überführt. Um hohe Umsätze zu erreichen, muss die Prozesstemperatur der exothermen Reaktion möglichst tief gewählt werden, wodurch auch das Temperaturniveau für die Abwärmenutzung auf maximal 300–400°C limitiert ist. Weiterhin muss der Wasserdampf im starken Überschuss (2 bis 2.5 fache physikalischer Waschverfahren das CO2 sowie Schwefelkomponenten abzutrennen. Gängige Verfahren benötigen dabei Temperaturen von bis zu –65°C. Nach der Abtrennung werden die Schwefelkomponenten in Claus Anlagen in elementaren Schwefel überführt (in Claus-Anlagen findet die industrielle Herstellung von Schwefel aus Schwefelwasserstoff statt). Das abgetrennte CO2 aus der Wäsche wird nahe Umgebungsdruck gewonnen und muss daher für den Transport zunächst auf über 100 bar verdichtet und anschließend verflüssigt werden.Currently, IGCC power plants with CO 2 separation (see 1 ) therefore operated so that the up to 1500 ° C hot raw gas is cooled to within the range of 200 ° C. Thereafter, ash particles are separated. The gas is then freed in water washes of chlorine compounds, metals and ammonia. CO in the gas is then converted in the conversion stage by means of steam into hydrogen and carbon dioxide. In order to achieve high conversions, the process temperature of the exothermic reaction must be as low as possible, which also limits the temperature level for waste heat recovery to a maximum of 300-400 ° C. In addition, the steam has to be separated from the CO 2 and sulfur components in a strong excess (2 to 2.5 times physical washing processes.) Common processes require temperatures of up to -65 ° C. After separation, the sulfur components in Claus plants are converted into elemental sulfur (in Claus The separated CO 2 from the laundry is obtained near ambient pressure and must therefore be first compressed to over 100 bar for transport and then liquefied.

Das kalte Reingas besteht nun größtenteils aus Wasserstoff und muss vor der Nutzung in der Gasturbine mit Wasser und/oder Stickstoff verdünnt werden. Dazu muss das Gas ebenfalls wieder erwärmt werden. In der Gasturbine wird es dann mit Luft verbrannt. Die Abwärme des heißen Verbrennungsgases wird in einem nachgeschalteten Abhitzedampferzeuger mit entsprechendem Dampfkraftprozess genutzt.The cold clean gas now consists mostly of hydrogen and must be diluted with water and / or nitrogen before use in the gas turbine. For this purpose, the gas must also be reheated. In the gas turbine it is then burned with air. The waste heat of the hot combustion gas is used in a downstream heat recovery steam generator with a corresponding steam power process.

Basierend auf der obigen Beschreibung lässt sich das Temperaturprofil (siehe 2) für den Vergasungsgas- bzw. Rauchgasweg nach Stand der Technik festhalten. Deutlich erkennbar sind die Temperatursenken und die zahlreichen Schwankungen im Temperaturniveau.Based on the above description, the temperature profile (see 2 ) for the Vergasungsgas- or flue gas path according to the prior art. Clearly visible are the temperature sinks and the numerous fluctuations in the temperature level.

Weiterhin wird derzeit das Druckniveau der Anlage an die Anforderungen der Gasturbine hinsichtlich deren Brenngasdrucks angepasst. Der weitausgrößere Massenstrom des CO2, welcher auch auf deutlich höhere Drücke gebracht werden muss, wird aber prozessbedingt bei niedrigem Druck abgetrennt. Entsprechend kann man das Druckprofil (siehe 3) nach Stand der Technik wie folgt darstellen.Furthermore, the pressure level of the system is currently being adapted to the requirements of the gas turbine with regard to its fuel gas pressure. The much larger mass flow of CO 2 , which must be brought to significantly higher pressures, but is separated due to the process at low pressure. Accordingly, one can the pressure profile (see 3 ) according to the prior art as follows.

In DE 196 51 282 A1 wird zudem ein IGCC Verfahren genannt, welches aus einem Teilstrom des Synthesegases Rohwasserstoff für die stoffliche Nutzung gewinnt. In DE 44 10 812 A12 wird weiterhin ein IGCC Verfahren genannt, welches das Kohlenmonoxid aus dem gereinigten Synthesegas mittels permeabler Membran abtrennt. Das restliche Gasgemisch wird dann in der Gasturbine verbrannt.In DE 196 51 282 A1 In addition, an IGCC process is named, which extracts hydrogen from a partial stream of the synthesis gas for material use. In DE 44 10 812 A12 is also called an IGCC process, which separates the carbon monoxide from the purified synthesis gas by means of a permeable membrane. The remaining gas mixture is then burned in the gas turbine.

In DE 689 11 972 T2 wird ein IGCC Verfahren genannt, welches einen wesentlichen Teil des CO2 in einem Membranseparator durch Wäsche abtrennt. In DE 689 11 972 T2 wird ein IGCC Verfahren genannt, bei dem das Synthesegas neben der Stromerzeugung auch noch in einer Methanolsynthese eingesetzt wird. Die Anreicherung des CO wird dabei über eine CO selektive Membran realisiert.In DE 689 11 972 T2 is called an IGCC process which separates a substantial portion of the CO 2 in a membrane separator by washing. In DE 689 11 972 T2, an IGCC process is mentioned in which the synthesis gas is also used in a methanol synthesis in addition to the power generation. The accumulation of CO is realized via a CO selective membrane.

In US 7,363,764, B2 wird ein Verfahren genannt bei dem das entstehende CO2 aus dem Synthesegas nach der Shiftstufe durch eine physikalische oder chemische Absorption abgetrennt wird.In US 7,363,764, B2 is called a process in which the resulting CO 2 is separated from the synthesis gas after the shift stage by a physical or chemical absorption.

Neben den absorptiven Abtrennungsmethoden könnte, wie bereits zuvor bei anderen Gaskomponenten beschrieben, auch die Trennung CO2/H2 mittels Membranen realisiert werden. Bei diesem Trennungsprozess ist als treibende Kraft ein Partialdruckgefälle der abzutrennenden Komponenten über die Membran einzustellen. Dies kann entweder durch eine absolute Druckdifferenz oder durch Verdünnung mit Spülgas erfolgen. Es wurden bereits verschiedene Ansätze diskutiert. Eine Variante ist die Trennung des Gasgemisches nach der CO Konvertierung.In addition to the absorptive separation methods, as described above for other gas components, the separation of CO 2 / H 2 could be realized by means of membranes. In this separation process, a partial pressure gradient of the components to be separated has to be set via the membrane as the driving force. This can be done either by an absolute pressure difference or by dilution with purge gas. Various approaches have already been discussed. A variant is the separation of the gas mixture after CO conversion.

Energetisch vorteilhafter wäre aber die Kombination aus Membran und Konvertierungsprozess. Dieser sogenannte Membrankonvertierungsreaktor hat den Vorteil, dass kontinuierlich Produkt in Form von Wasserstoff aus dem Reaktionsraum abgezogen werden kann. Damit können bei der exothermen Shiftreaktion auch bei höheren Temperaturen hohe Umsätze realisiert werden. Der über die Membran abgetrennte Stoffstrom wird als Permeat, der verbleibende als Retentat bezeichnet. Energetically more advantageous would be the combination of membrane and conversion process. This so-called membrane conversion reactor has the advantage that product in the form of hydrogen can be continuously withdrawn from the reaction space. This high conversion can be realized in the exothermic shift reaction even at higher temperatures. The separated via the membrane stream is referred to as permeate, the remaining as retentate.

In DE 10 2008 048 062 B3 wird ein IGCC Verfahren genannt bei dem Stickstoff aus dem Gasturbinenabgas abgetrennt, verdichtet und in einem Membrankonvertierungsreaktor als Spülgas eingesetzt wird. Weiterhin wird eine nahstöchiometrische Verbrennung in der Gasturbine angestrebt. Der Restgehalt an O2 im Spülgas führt zu einer teilweisen Verbrennung des H2 im Permeatstromes. Das Spülgas wird darüber hinaus bereits vor Eintritt in den Membranreaktor auf Brenngasdruck verdichtet. Die Membrankonvertierung findet bei niedrigen Temperaturen von bis 400°C statt.In DE 10 2008 048 062 B3 is called an IGCC process in which nitrogen is separated from the gas turbine exhaust gas, compressed and used in a membrane conversion reactor as a purge gas. Furthermore, a near-stoichiometric combustion in the gas turbine is sought. The residual content of O 2 in the purge gas leads to a partial combustion of the H 2 in the permeate stream. The purge gas is also compressed prior to entry into the membrane reactor to fuel gas pressure. The membrane conversion takes place at low temperatures of up to 400 ° C.

In DE 10 2008 011 771 A1 wird ein IGCC Verfahren genannt mit Spülgasrückführung, Membrankonvertierungsreaktor und Kombination einer O2 erzeugenden Membran.In DE 10 2008 011 771 A1 is called an IGCC process with purge gas recirculation, membrane conversion reactor and combination of O 2 producing membrane.

Dabei wird ein Teil des Permeatstromes durch den im Spülgas befindlichen O2 verbrannt. Das Spülgas wird außerdem vor Eintritt in die Membran gekühlt.In this case, part of the permeate stream is burned by the O 2 present in the purge gas. The purge gas is also cooled before entering the membrane.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Aufgabe der Erfindung ist ein verbessertes IGCC Kraftwerkskonzept, welches eine Rohgasreinigung bei höchsten Temperaturen sowie die Gewinnung von mindestens 99% des entstehenden CO2 bei Drücken, die eine direkte Kondensation nahe Umgebungstemperatur bewirkt, ermöglicht.The object of the invention is an improved IGCC power plant concept, which enables a crude gas purification at high temperatures and the recovery of at least 99% of the CO 2 produced at pressures which causes a direct condensation near ambient temperature.

Gegenstand der ErfindungSubject of the invention

Die Erfindung betrifft ein optimiertes Anlagenkonzept für ein IGCC Kraftwerk mit energetisch günstiger sowie nahezu vollständiger CO2 Abtrennung unter Verwendung von Hochtemperaturgasreinigung und -membrankonvertierungsreaktor.The invention relates to an optimized plant concept for an IGCC power plant with energetically favorable and almost complete CO 2 separation using high-temperature gas purification and membrane conversion reactor.

Wesentlich für die Erfindung ist die Anhebung sowohl des Drucks- als auch des Temperaturniveaus entlang des Vergasungsgasweges.Essential for the invention is the increase of both the pressure and the temperature level along the Vergasungsgasweges.

Im Gegensatz zum Stand der Technik und DE 10 2008 048 062 B3 sowie DE 10 2008 011 771 A1 wird das Gas also zur Reinigung nicht auf ein geringes Temperaturniveau gekühlt, sondern wird oberhalb der Ascheschmelztemperatur gereinigt. Dies ermöglicht die Abwärmenutzung auf hohem Temperaturniveau und vermeidet unnötige, verlustbehaftete Wärmeübertragungsvorgänge.In contrast to the prior art and DE 10 2008 048 062 B3 such as DE 10 2008 011 771 A1 the gas is therefore not cooled to a low temperature level for cleaning, but is cleaned above the ash melting temperature. This allows waste heat utilization at a high temperature level and avoids unnecessary, lossy heat transfer operations.

Das Rohgas vor der Konvertierung wird nur durch einen Partialquench und unter Verwendung von Dampf anstelle von Wasser gesättigt. Dies hilft das Temperaturniveau des Gases über 700°C zu halten.The raw gas before conversion is saturated only by a partial quench and using steam instead of water. This helps to keep the temperature level of the gas above 700 ° C.

Die CO-Konvertierung selbst wird membrangestützt in einem sogenannten Membran-Shift-Reaktor vollzogen. Dieser wird bei Temperaturen oberhalb von 700°C betrieben. Aufgrund des deutlich erhöhten Vergasungsdruckes und damit auch Rohgaseintrittsdruckes, kann der abgetrennte Wasserstoff zudem bei erhöhtem Druck gewonnen werden. (Die Shift-Reaktion ist ein Verfahren um in einem Synthesegas den CO-Anteil zu minimieren und gleichzeitig den H2-Anteil zu erhöhen.)The CO conversion itself is carried out membrane-supported in a so-called membrane shift reactor. This is operated at temperatures above 700 ° C. Due to the significantly increased gasification pressure and thus also raw gas inlet pressure, the separated hydrogen can also be obtained at elevated pressure. (The shift reaction is a process to minimize the CO content in a synthesis gas while increasing the H 2 content.)

Darüber hinaus kann mittels des erfindungsmäßigen Verfahrens ein isothermer Betrieb ermöglicht werden. Das dafür notwendige Kühlgas wird in Form von Stickstoff aus der Luftzerlegung bereitgestellt und mit warmem Wasser gesättigt. Es dient gleichzeitig der H2 Partialdruckabsenkung und wird bei geringem Druck zwischen 1–10 bar auf der Permeatseite im Gegenstrom aufgeben. Im Gegensatz zu DE 10 2008 048 062 B3 und DE 10 2008 011 771 A1 wird es also nicht aus dem Turbinenabgas gewonnen und wird hinsichtlich der Menge und Temperatur entsprechend des Temperaturregimes des Membranreaktors gewählt.In addition, by means of the method according to the invention, an isothermal operation can be made possible. The necessary cooling gas is provided in the form of nitrogen from the air separation and saturated with warm water. It also serves the H 2 partial pressure reduction and will give up at low pressure between 1-10 bar on the permeate side in countercurrent. In contrast to DE 10 2008 048 062 B3 and DE 10 2008 011 771 A1 So it is not recovered from the turbine exhaust gas and is selected in terms of the amount and temperature according to the temperature regime of the membrane reactor.

Je nach Betriebsführung kann zusätzlich noch Dampf aus der Reaktionswärme der CO-Konvertierung gewonnen werden.Depending on the operation, steam can additionally be obtained from the heat of reaction of the CO conversion.

Im Gegensatz zu DE 10 2008 048 062 B3 sowie DE 10 2008 011 771 A1 sieht eine Ausgestaltung des Verfahrens bei dem Membranreaktor eine Vorkammer vor, in welcher allein durch das Gefälle des absoluten Drucks über die Membran Wasserstoff abgetrennt werden kann. Durch den gänzlichen Verzicht auf Verdünnungsgas in diesem Bereich lässt sich demnach hochreiner Wasserstoff gewinnen.In contrast to DE 10 2008 048 062 B3 such as DE 10 2008 011 771 A1 an embodiment of the method in the membrane reactor before a pre-chamber, in which alone by the slope of the absolute pressure across the membrane hydrogen can be separated. By completely dispensing with diluent gas in this area, it is thus possible to obtain highly pure hydrogen.

Aufgrund der sehr hohen Temperaturen, unter welcher das erfindungsmäßige Konzept abläuft, sowie der katalytischen Wirkung der Membran und des gestörten Reaktionsgeleichgewichtes ist die teilweise Aufspaltung von Spurenstoffen wie H2S, NH3 usw. durch Thermolyse wahrscheinlich. Dadurch kann ihr gebundener Wasserstoff für die energetische Nutzung verfügbar gemacht werden. Dies war bisher nicht möglich.Due to the very high temperatures at which the concept according to the invention takes place, as well as the catalytic effect of the membrane and the disturbed reaction gel weight, the partial decomposition of trace substances such as H 2 S, NH 3 , etc. by thermolysis is probable. As a result, their bound hydrogen can be made available for energy use. This was not possible until now.

Das Restgas aus der Membran-Konvertierung besteht nun hauptsächlich aus CO2 und diversen Spurenstoffen. Um brennbare Bestandteile abzubauen, wird das Gas zunächst mit reinem Sauerstoff behandelt. Im Vergleich zum Stand der Technik sieht das Verfahren anschließend eine weitere katalytische Nachbehandlung vor zur Verbesserung der Reinheit des CO2. Da der Membranreaktor bei hohen Temperaturen betrieben wird, kann der Wärmeinhalt des Restgases zur Produktion von hochwertigem Dampf genutzt werden. Dabei kann zusätzlich mittels Thermolyse entstandener Schwefeldampf über eine nachfolgende Vorrichtung abgetrennt werden. Das kalte Restgas wird nun von den übrigen Verunreinigungen befreit. Da die vorherigen Prozesse nur moderate Druckverluste bedingen, wird das CO2 bei einem hohen Druck von über 55 bar gewonnen werden. Dieses kann nun durch Kühlung auf minimal 15°C direkt verflüssigt und mittels Pumpen unter geringem Energieaufwand auf Pipelinedruck verdichtet werden. The residual gas from the membrane conversion now consists mainly of CO 2 and various trace substances. In order to break down combustible components, the gas is first treated with pure oxygen. Compared to the prior art, the method then provides a further catalytic after-treatment to improve the purity of the CO 2 . Since the membrane reactor is operated at high temperatures, the heat content of the residual gas can be used to produce high-quality steam. In addition, sulfur vapor produced by means of thermolysis can be separated off via a subsequent device. The cold residual gas is now freed from the remaining impurities. Since the previous processes require only moderate pressure losses, the CO 2 will be recovered at a high pressure of over 55 bar. This can now be directly liquefied by cooling to a minimum of 15 ° C and compressed by means of pumps with low energy consumption to pipeline pressure.

Anders als bei DE 10 2008 048 062 B3 sowie DE 10 2008 011 771 A1 weist das konditionierte CO2 nach dem erfinderischen Verfahren eine höhere Reinheit von über 98,0% auf und ermöglicht eine deutlich höhere CO2 Abscheidungsraten von über 98,0%.Unlike DE 10 2008 048 062 B3 such as DE 10 2008 011 771 A1 the conditioned CO 2 according to the inventive method has a higher purity of over 98.0% and allows a significantly higher CO 2 deposition rates of over 98.0%.

Je nach Ausgestaltung des Konzeptes muss das abgetrennte Wasserstoff-Stickstoff-Gemisch auf den optimalen Gasturbinendruck verdichtet werden. Aufgrund der hohen Betriebstemperaturen des Membranreaktors, kann das Brenngas auf einem sehr hohen Temperaturniveau gewonnen werden. Das Brenngas wird deutlich überstöchiometrisch verbrannt, um eine stabile und saubere Verbrennung zu garantieren.Depending on the design of the concept, the separated hydrogen-nitrogen mixture must be compressed to the optimum gas turbine pressure. Due to the high operating temperatures of the membrane reactor, the fuel gas can be obtained at a very high temperature level. The fuel gas is burned significantly more than stoichiometrically to guarantee a stable and clean combustion.

Eine weitere erfinderische Ausgestaltung zielt auf die Aufbereitung des Brennstoffes ab. Erfolgt die Brennstoffzuführung zum Vergaser in flüssiger Form (Slurry), kann die Feststoffkonzentration so gewählt werden, dass das Rohgas nach dem Vergaser bereits ausreichend für die Konvertierung mit Wasser gesättigt ist. Entsprechend ist kein Partialquench erforderlich. Da für die Membran die Rohgastemperatur auf die materialzulässige Temperatur gesenkt werden muss, kann nun stark überhitzter Hochdruckdampf gewonnen werden.Another inventive embodiment aims at the treatment of the fuel. If the fuel supply to the gasifier in liquid form (slurry), the solids concentration can be selected so that the raw gas after the gasifier is already saturated enough for the conversion with water. Accordingly, no partial quench is required. Since the raw gas temperature for the membrane must be reduced to the material-permissible temperature, it is now possible to obtain strongly superheated high-pressure steam.

Aufbauend auf dem Konzept Slurry kann in einer weiteren erfinderischen Ausgestaltung das Druckniveau des gesamten Prozesses stark angehoben werden. Dies ist mittels Slurrypumpen nach Stand der Technik auf bis zu 200 bar möglich. Erfolgt die Vergasung daher bei Drücken über 160 bar kann auch bei Einhaltung einer Mindestpartialdruckdifferenz über die Membran ein Brenngasdruckniveau von 25 bar realisiert werden. Der Brenngasverdichter kann daher entfallen. Außerdem kann der CO2 Strom direkt bei rund 30°C kondensiert und ohne weiteres Verdichten transportiert werden.Based on the concept slurry, the pressure level of the entire process can be greatly increased in a further inventive embodiment. This is possible by means of slurry pumps according to the prior art up to 200 bar. If the gasification therefore takes place at pressures above 160 bar, a fuel gas pressure level of 25 bar can be achieved even if a minimum partial pressure difference across the membrane is maintained. The fuel gas compressor can therefore be omitted. In addition, the CO 2 stream can be condensed directly at around 30 ° C and transported without further compression.

Spezieller BeschreibungsteilSpecial description part

Basierend auf den obigen Ausführungen kann das Schaltbild des erfindungsgemäßen IGCC Kraftwerkes für trockene Brennstoffzuführung wie folgt in 4 dargestellt werden.Based on the above, the circuit diagram of the dry fuel supply IGCC power plant according to the present invention may be as follows 4 being represented.

Die Vergasung wird nun bei deutlich erhöhten Drücken ab 60 bar durchgeführt. Das heiße Rohgas wird in einem Hochtemperaturverfahren nahe Vergasungstemperatur von Schlacke, Metalle, Alkalien und Partikel befreit.The gasification is now carried out at significantly elevated pressures from 60 bar. The hot raw gas is freed of slag, metals, alkalis and particles in a high temperature process near the gasification temperature.

Im nachfolgenden System wird das heiße Rohgas für die Konvertierung mit Mitteldrucksattdampf gesättigt. Dabei wird ein H2O zu CO Verhältnis im Gas von 1,1 bis 1,3 eingestellt. Es ergeben sich dabei anschließend Rohgastemperaturen im Bereich von 700 bis 1000°C.In the following system, the hot raw gas is saturated for the conversion with medium-pressure steam. In this case, a H 2 O to CO ratio in the gas from 1.1 to 1.3 is set. This results in subsequent crude gas temperatures in the range of 700 to 1000 ° C.

Die CO Konvertierung wird mittels eines Hochtemperatur-Membranreaktors realisiert. Darin wird sowohl CO mittels H2O in H2 und CO2 umgewandelt als auch der Wasserstoff über die Membran abgezogen. Triebkraft des Transportprozesses ist die Partialdruckdifferenz zwischen der Rohgasseite (Retentatseite) und der Permeatseite. Zur Vergrößerung dieser wird sowohl der Druck auf der Permeatseite abgesenkt als auch im Gegenstrom Verdünnungsgas eingesetzt. Dazu wird Stickstoff aus der Luftzerlegung auf den entsprechenden Permeatdruck gebracht. Als Minimum wird dabei eine Partialdruckdifferenz von 3 bar angenommen. Um die isotherme Betriebsweise des Membranreaktors zu gewährleisten, wird sowohl die Verdünnungsgasmenge, als auch die Temperatur entsprechend geregelt. Weiterhin kann der Stickstoff vor Eintritt mit Wasser gesättigt und innerhalb des Reaktors Dampf zur Kühlung erzeugt werden. Aufgrund der starken Gleichgewichtsstörung der Reaktion in Verbindung mit ausreichend Membranfläche und katalytischer Wirkung der Reaktorwerkstoffe, kann davon ausgegangen werden, dass ein hoher CO-Umsatz auch bei Prozesstemperaturen oberhalb von 700°C erreicht werden kann.The CO conversion is realized by means of a high-temperature membrane reactor. In it both CO is converted by means of H 2 O into H 2 and CO 2 and the hydrogen is taken off via the membrane. The driving force of the transport process is the partial pressure difference between the raw gas side (retentate side) and the permeate side. To increase this, both the pressure on the permeate side is lowered and used in countercurrent dilution gas. For this purpose, nitrogen from the air separation is brought to the corresponding permeate pressure. As a minimum, a partial pressure difference of 3 bar is assumed. To ensure the isothermal operation of the membrane reactor, both the amount of diluent gas and the temperature are regulated accordingly. Furthermore, the nitrogen may be saturated with water prior to entry and steam generated within the reactor for cooling. Due to the strong equilibrium disturbance of the reaction in conjunction with sufficient membrane area and catalytic effect of the reactor materials, it can be assumed that a high CO conversion can be achieved even at process temperatures above 700 ° C.

In einer erfinderischen Ausgestaltung kann der Membranreaktor mit einer Vorkammer ausgestattet werden, in welcher nur durch Druckabsenkung H2 über die Membran abgetrennt wird. Durch Verzicht auf die verdünnende Wirkung von Spülgas kann ein Teil des H2 in hochreiner Form gewonnen werden (siehe 5).In an inventive embodiment, the membrane reactor can be equipped with an antechamber in which H 2 is separated via the membrane only by lowering the pressure. By dispensing with the diluting effect of purge gas, part of the H 2 can be recovered in a highly pure form (see 5 ).

Das Permeat weist nach dem Membranreaktor typische Drücke von 1–5 bar auf und muss daher auf den optimalen Gasturbinendruck (20–30 bar) verdichtet werden. Dafür wird der Strom gekühlt, verdichtet, in einer Wasserkolonne zusätzlich gesättigt und anschließend wieder, durch Wärmetausch mit dem eintretenden Strom, aufgewärmt. Dadurch sinkt zum einem der Eigenbedarf des Verdichters und zum anderen steigt durch die Erhöhung des Massenstromes und der hohen Brenngastemperatur die Leistung der Gasturbine.The permeate has typical pressures of 1-5 bar after the membrane reactor and must therefore be adjusted to the optimal gas turbine pressure (20-30 bar). be compacted. For this, the stream is cooled, compressed, additionally saturated in a water column and then reheated by heat exchange with the incoming stream. As a result, the internal demand of the compressor drops and on the other hand increases the power of the gas turbine by increasing the mass flow and the high gas temperature.

Das verbleibende Retentat (Rohgas) enthält neben CO2 vor allem Spurenstoffe wie Schwefel- und Stickstoffverbindungen sowie Reste brennbarer Bestandteile wie H2 und CO. Daher ist eine Nachbehandlung notwendig. Dies erfolgt zunächst mittels Sauerstoff. Aufgrund des hohen Temperaturniveaus im Rohgasweg kann der Wärmeinhalt des Gasstromes anschließend zur Produktion von überhitztem Hochdruckdampf genutzt werden. Dabei befinden sich entlang des Retentatweges im entsprechenden Temperaturbereich weitere Gasreinigungsstufen. Diese umfassen die Abtrennung von Schwefel und Stickstoffverbindungen sowie eine katalytische Oxidation von verbliebenen brennbaren Komponenten. Letztlich wird das nahezu reine CO2 weiter gekühlt um Wasser zu kondensieren. Da erfindungsgemäß auch das Druckniveau des Prozesses hoch gewählt wurde und kaum Druckverluste retentatseitig entstehen, kann das CO2 nun bei Temperaturen oberhalb von 15°C direkt verflüssigt werden. Anschließend lässt es sich mittels Pumpen energiesparend auf den notwendigen Übergabedruck weiter verdichten.In addition to CO 2 , the remaining retentate (raw gas) mainly contains trace substances such as sulfur and nitrogen compounds as well as residues of combustible components such as H 2 and CO. Therefore, an aftertreatment is necessary. This is done first by means of oxygen. Due to the high temperature level in the crude gas, the heat content of the gas stream can then be used for the production of superheated high pressure steam. There are further gas purification stages along the retentate path in the corresponding temperature range. These include the separation of sulfur and nitrogen compounds as well as catalytic oxidation of residual combustible components. Ultimately, the almost pure CO 2 is further cooled to condense water. Since, according to the invention, the pressure level of the process was also chosen to be high and hardly any pressure losses occur on the retentate side, the CO 2 can now be liquefied directly at temperatures above 15 ° C. Subsequently, it can be further compressed by means of pumps energy-saving to the necessary transfer pressure.

Basierend auf den gemachten Ausführungen kann das Temperaturprofil (6) entlang des Gasweges für das erfindungsgemäße Konzept dargestellt werden. Im Gegensatz zu bekannten Konzepten verläuft das Temperaturprofil als einer der erfindungswesentlichen Schritte auf einem deutlich höheren Niveau.Based on the statements made, the temperature profile ( 6 ) along the gas path for the inventive concept. In contrast to known concepts, the temperature profile as one of the steps essential to the invention runs at a significantly higher level.

Durch den weiteren erfinderischen Schritt des erhöhten Druckniveaus in Verbindung mit dem geringen Druckverlust im Rohgasweg ist es nun möglich das CO2 direkt bei nahe Umgebungstemperaturen zu kondensieren und anschließend auf den Pipelinedruck zu pumpen. Entsprechend lässt sich das Druckprofil des Verfahrens in 7 darstellen.Due to the further inventive step of increased pressure levels in conjunction with the low pressure loss in the crude gas, it is now possible to condense the CO 2 directly at near ambient temperatures and then to pump to the pipeline pressure. Accordingly, the pressure profile of the method can be in 7 represent.

Eine weitere erfinderische Ausgestaltung zielt auf die Kohleaufbereitung ab. Neben Vergasern welche den Einsatzstoff pneumatisch fördern, sind auch Anlagen verfügbar, welche eine Einsatzstoff-Wasser-Suspension (Slurry) nutzen. Dabei wird typischerweise ein Feststoffgehalt zwischen 50,0–70,0% verwendet. Erfolgt nun die Zuführung zum Vergaser in flüssiger Form, kann die jeweilige Feststoffkonzentration so gewählt werden, dass das Rohgas nach dem Vergaser bereits ausreichend für die Konvertierung mit Wasser gesättigt ist. Entsprechend ist in diesem Verfahren im Rohgasweg keinerlei zusätzliche Wassersättigung bzw. Quench erforderlich. Da für die Membran die Rohgastemperatur auf die materialzulässige Temperatur gesenkt werden muss, kann nun alternativ aus dem hohen Wärmeinhalt des Rohgases stark überhitzter Hochdruckdampf gewonnen werden. Das Schema ist in 8. verdeutlicht.Another inventive embodiment aims at the coal preparation. In addition to carburetors which promote the feed pneumatically, plants are also available which use a feed-water suspension (slurry). Typically, a solids content of between 50.0-70.0% is used. If the feed to the gasifier takes place in liquid form, the respective solids concentration can be chosen such that the crude gas after the gasifier is already sufficiently saturated with water for the conversion. Accordingly, no additional water saturation or quenching is required in the crude gas route in this process. Since the raw gas temperature for the membrane must be reduced to the material-permissible temperature, it is now alternatively possible to obtain strongly superheated high-pressure steam from the high heat content of the raw gas. The scheme is in 8th , clarified.

Aufbauend auf dem Konzept Slurry kann in einer weiteren erfinderischen Ausgestaltung das Druckniveau des Prozesses bei flüssiger Brennstoffzuführung nochmals deutlich angehoben werden. Dies kann mittels Slurrypumpen nach Stand der Technik für Drücke bis zu 200 bar realisiert werden. Erfolgt die Vergasung nun bei Drücken über 160 bar kann auch bei Einhaltung einer minimalen Wasserstoff-Partialdruckdifferenz über die Membran ein Retentatdruckniveau von 25 bar realisiert werden. Der Brenngasverdichter kann in diesem Verfahren daher entfallen. Außerdem kann der CO2 Strom nach der Reinigung bei minimal 30°C direkt verflüssigt und ohne weiteres Verdichten übergeben werden (siehe 9).Based on the concept slurry, in another inventive embodiment, the pressure level of the process in liquid fuel supply can be significantly increased again. This can be realized by means of slurrpumps according to the prior art for pressures up to 200 bar. If the gasification now takes place at pressures above 160 bar, a retentate pressure level of 25 bar can be achieved even if a minimum difference in hydrogen pressure across the membrane is maintained. The fuel gas compressor can therefore be omitted in this process. In addition, after cleaning, the CO 2 stream can be liquefied directly at a minimum of 30 ° C and transferred without further compression (see 9 ).

Das Verfahren zum Betreiben eines IGCC Kraftwerkes wird gegliedert in folgende Schritte:

  • • Umsetzung von Brennstoff unter Verwendung von Hilfsstoffen beispielsweise Sauerstoff, Dampf, CO2 in einem Vergaser
  • • Rohgas aus dem Vergaser wird gereinigt und in einem Shift Reaktor behandelt
  • • H2 wird mittels einer Membran aus dem Vergasungsgas abgetrennt
  • • der abgetrennte Wasserstoff wird in einer Gasturbine mit nachgeschalteten Dampfkreislauf verbrannt
  • • Das im Vergasungsgas verbleibende CO2 wird nachbehandelt
mit der Bedingung, dass die Rohgasreinigung oberhalb von 700°C erfolgt. Weitere Kennzeichen des Verfahrens sind:
  • • Der Vergasungsdruck wird an die CO2 Abtrennung angepasst und das CO2 kann damit ohne weitere Verdichtung nahe Umgebungsdruck verflüssigt werden.
  • • Das Vergasungsgas kann oberhalb der Ascheschmelztemperatur von Schlacke und teilweise von Spurenkomponenten befreit werden.
  • • Spurenstoffe im Vergasungsgas werden durch Nutzung thermolytischer Effekte in der Gasreinigung teilweise/ganz zersetzt.
  • • Bei dem Verfahren zum Betreiben eines IGCC Kraftwerkes befindet sich vor dem Membranreaktor ein partieller Wasser- oder Dampfquench.
  • • Die CO-Konvertierung und H2-Abtrennung erfolgt oberhalb von 700°C.
  • • Zudem muss vor dem Membranreaktor keine Entschwefelung stattfinden.
  • • Die Membrankonvertierung wird isotherm betrieben.
  • • Das IGCC Kraftwerk kann betrieben werden, wobei das Spülgas auf der Retentatseite im Membranreaktor im Gegenstrom eingeleitet wird.
  • • Die isotherme Betriebsführung wird ganz oder teilweise durch Regelung der Spülgastemperatur und/oder Spülgasmenge und/oder Spülgaswassergehalt eingestellt.
  • • Es wird Dampf zur Abführung der Reaktionswärme und Einstellung der isothermen Bedingungen im Membranreaktor produziert.
  • • Der Membranreaktor ist mehrstufig und/oder mit Zwischenkühlung ausgelegt und enthält Einbauten zur Beeinflussung des Strömungsverhaltens auf Retentat- und/oder Permeatseite.
  • • Die Werkstoffe des Membranreaktors wirken gleichzeitig als Katalysator.
  • • Im Membranreaktor wird nur durch Druckabsenkung auf der Retentatseite überwiegend reiner Wasserstoff gewonnen und es tritt eine Spaltung von Vergasungsgaskomponenten auf, begründet liegt die in der Thermolyse.
  • • Im Membranreaktor in Spurenstoffen kann gebundener Wasserstoff rück gewonnen werden.
  • • Im Membranreaktor in Spurenstoffe kann gebundener Schwefel in elementarer Form gewonnen werden.
  • • Das verbleibende abgereicherte Vergasungsgas wird durch katalytische Oxidation nachbehandelt.
  • • Das verbleibende abgereicherte Vergasungsgas kann einer Entschwefelungsanlage, einer Entstickungsanlage, einer Gestrocknungsanlage, einer Filteranlage oder einer Druckwechseladsorptionsanlage zugeführt werden Das CO2 wird vor dem Verdichten bei Temperaturen oberhalb von 0°C verflüssigt.
  • • Das CO2 wird ausschließlich durch Pumpen auf den benötigten Übergabedruck gebracht.
  • • Das Temperaturniveau der Abhitzenutzung ermöglicht die Produktion von Hochdruckdampf mit über 400°C Frischdampftemperatur.
The procedure for operating an IGCC power plant is divided into the following steps:
  • • Implementation of fuel using excipients such as oxygen, steam, CO 2 in a gasifier
  • • Raw gas from the gasifier is cleaned and treated in a shift reactor
  • H 2 is separated from the gasification gas by means of a membrane
  • • The separated hydrogen is burned in a gas turbine with downstream steam cycle
  • • The CO 2 remaining in the gasification gas is aftertreated
with the condition that the crude gas purification takes place above 700 ° C. Further characteristics of the method are:
  • • The gasification pressure is adapted to the CO 2 separation and the CO2 can be liquefied without further compression near ambient pressure.
  • • The gasification gas can be freed above the ash melting temperature of slag and partly from trace components.
  • • Trace substances in the gasification gas are partially / completely decomposed by the use of thermolytic effects in gas purification.
  • • In the process of operating an IGCC power plant, a partial water or vapor quench is located in front of the membrane reactor.
  • • CO conversion and H2 separation occur above 700 ° C.
  • • In addition, no desulfurization must take place in front of the membrane reactor.
  • • The membrane conversion is operated isothermally.
  • • The IGCC power plant can be operated, whereby the purge gas is introduced in counterflow on the retentate side in the membrane reactor.
  • • The isothermal management is adjusted in whole or in part by controlling the purge gas temperature and / or purge gas and / or Spülgaswassergehalt.
  • • Steam is produced to remove the heat of reaction and to adjust the isothermal conditions in the membrane reactor.
  • • The membrane reactor is multi-stage and / or designed with intermediate cooling and contains internals for influencing the flow behavior on the retentate and / or permeate side.
  • • The materials of the membrane reactor simultaneously act as a catalyst.
  • • In the membrane reactor, predominantly pure hydrogen is obtained only by lowering the pressure on the retentate side, and there is a breakdown of gasification gas components, which is due to the thermolysis.
  • • In the membrane reactor in trace substances, bound hydrogen can be recovered.
  • • In the membrane reactor in trace substances bound sulfur can be obtained in elemental form.
  • • The remaining depleted gasification gas is aftertreated by catalytic oxidation.
  • • The remaining depleted gasification gas can be fed to a desulphurisation plant, a denitrification plant, a desiccation plant, a filtration plant or a pressure swing adsorption plant. The CO 2 is liquefied before being compacted at temperatures above 0 ° C.
  • • The CO 2 is brought to the required transfer pressure only by pumps.
  • • The temperature level of the waste heat utilization enables the production of high-pressure steam with more than 400 ° C live steam temperature.

Das Verfahren zum Betreiben eines IGCC Kraftwerkes wird gegliedert in folgende Schritte:

  • • Umsetzung von Brennstoff unter Verwendung von Hilfsstoffen beispielsweise Sauerstoff, Dampf, CO2, Wasser in einem Vergaser
  • • Rohgas aus dem Vergaser wird gereinigt und in einem Shift Reaktor behandelt
  • • H2 wird mittels einer Membran aus dem Vergasungsgas abgetrennt
  • • der abgetrennte Wasserstoff wird in einer Gasturbine mit nachgeschalteten Dampfkreislauf verbrannt
  • • Das im Vergasungsgas verbleibende CO2 wird nachbehandelt
mit der Bedingung, dass das Rohgas nach dem Vergaser bereits mit ausreichend Wasser für die Konvertierungsreaktion gesättigt ist. Weitere Kennzeichen des Verfahrens sind:
  • • Der Wassergehalt im Rohgas wird durch Regelung der Feststoffkonzentration in der Brennstoffsuspension zum Vergaser eingestellt.
  • • Im Vergasungsgasweg sind keine zusätzliche Rohgassättigung (Quench) enthalten.
  • • Im Membranreaktor kann bei erhöhtem Druck von 2–40 bar H2 gewonnen werden.
  • • Der Membranreaktor ist mehrstufig und/oder mit Zwischenkühlung ausgelegt.
  • • Der Membranreaktor enthält Einbauten zur Beeinflussung des Strömungsverhaltens auf Retentat- und/oder Permeatseite.
  • • Die Werkstoffe des Membranreaktors wirken zugleich als Katalysator.
  • • Zwischen der Permeatseite des Membranreaktors und der Gasturbine befindet sich kein Wärmetauscher.
  • • Der Permeatstrom wird ohne Verdichtung in der Gasturbine verbrannt.
  • • Das CO2 wird direkt und nahe der Umgebungstemperatur verflüssigt und kann ohne weitere Verdichtung übergeben werden.
  • • Das Temperaturniveau der Abhitzenutzung ermöglicht die Produktion von Hochdruckdampf mit über 400°C Frischdampftemperatur.
  • • Im Membranreaktor wird nur durch Druckabsenkung auf der Retentatseite überwiegend reiner Wasserstoff mit erhöhtem Druck von 2 bis 50 bar gewonnen
  • • Im Membranreaktor tritt eine Spaltung von Vergasungsgaskomponenten begründet durch Thermolyse auf.
  • • Im Membranreaktor kann in Spurenstoffe gebundener Wasserstoff rückgewonnen werden.
  • • Im Membranreaktor kann in Spurenstoffe gebundener Schwefel in elementarer Form gewonnen werden.
  • • Das verbleibende abgereicherte Vergasungsgas wird durch katalytische Oxidation nachbehandelt.
  • • Das verbleibende abgereicherte Vergasungsgas kann einer Entschwefelungsanlage, einer Entstickungsanlage, einer Gestrocknungsanlage, einer Filteranlage oder einer Druckwechseladsorptionsanlage zugeführt werden.
The procedure for operating an IGCC power plant is divided into the following steps:
  • • Implementation of fuel using excipients such as oxygen, steam, CO 2 , water in a gasifier
  • • Raw gas from the gasifier is cleaned and treated in a shift reactor
  • H 2 is separated from the gasification gas by means of a membrane
  • • The separated hydrogen is burned in a gas turbine with downstream steam cycle
  • • The CO 2 remaining in the gasification gas is aftertreated
with the condition that the raw gas after the gasifier is already saturated with sufficient water for the conversion reaction. Further characteristics of the method are:
  • • The water content in the raw gas is adjusted by controlling the solids concentration in the fuel suspension to the gasifier.
  • • There is no additional raw gas saturation (quench) in the gasification gas path.
  • • In the membrane reactor H 2 can be obtained at elevated pressure of 2-40 bar.
  • • The membrane reactor is multi-stage and / or designed with intermediate cooling.
  • • The membrane reactor contains internals for influencing the flow behavior on the retentate and / or permeate side.
  • • The materials of the membrane reactor also act as a catalyst.
  • • There is no heat exchanger between the permeate side of the membrane reactor and the gas turbine.
  • • The permeate stream is burned without compression in the gas turbine.
  • • The CO 2 is liquefied directly and close to the ambient temperature and can be transferred without further compression.
  • • The temperature level of the waste heat utilization enables the production of high-pressure steam with more than 400 ° C live steam temperature.
  • • In the membrane reactor, predominantly pure hydrogen with an elevated pressure of 2 to 50 bar is recovered only by reducing the pressure on the retentate side
  • • In the membrane reactor, a split of gasification gas components occurs due to thermolysis.
  • • Hydrogen bound in trace substances can be recovered in the membrane reactor.
  • • In the membrane reactor, sulfur bound in trace elements can be obtained in elemental form.
  • • The remaining depleted gasification gas is aftertreated by catalytic oxidation.
  • • The remaining depleted gasification gas can be fed to a desulphurisation plant, a denitrification plant, a desiccation plant, a filter plant or a pressure swing adsorption plant.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

  • LZALZA
    LuftzerlegungsanlageAir separation plant
    ClausClaus
    Claus-AnlageClaus plant
    AHDEHRSG
    Abhitzedampferzeugerheat recovery steam generator
    GuDcombined cycle
    Gas-und-Dampf-KombikraftwerkCombined cycle
    WGSMRWGSMR
    Water Gas Shift Membrane ReactorWater Gas Shift Membrane Reactor
    HD DampfHD steam
    HochdruckdampfHigh pressure steam

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 19651282 A1 [0008] DE 19651282 A1 [0008]
  • DE 4410812 A12 [0008] DE 4410812 A12 [0008]
  • DE 68911972 T2 [0009] DE 68911972 T2 [0009]
  • US 7363764 B2 [0010] US 7363764 B2 [0010]
  • DE 102008048062 B3 [0013, 0019, 0022, 0024, 0027] DE 102008048062 B3 [0013, 0019, 0022, 0024, 0027]
  • DE 102008011771 A1 [0014, 0019, 0022, 0024, 0027] DE 102008011771 A1 [0014, 0019, 0022, 0024, 0027]

Claims (10)

Verfahren zum Betreiben eines IGCC Kraftwerkes mit den Schritten • Umsetzung von Brennstoff unter Verwendung von Hilfsstoffen beispielsweise Sauerstoff, Dampf, CO2 in einem Vergaser • Rohgas aus dem Vergaser wird gereinigt und in einem Shift Reaktor behandelt • H2 wird mittels einer Membran aus dem Vergasungsgas abgetrennt • der abgetrennte Wasserstoff wird in einer Gasturbine mit nachgeschalteten Dampfkreislauf verbrannt • Das im Vergasungsgas verbleibende CO2 wird nachbehandelt dadurch gekennzeichnet, dass die Rohgasreinigung oberhalb von 700°C erfolgt.Method for operating an IGCC power plant with the steps of • conversion of fuel using excipients such as oxygen, steam, CO 2 in a carburetor • raw gas from the gasifier is cleaned and treated in a shift reactor • H 2 is produced by means of a membrane from the gasification gas separated • the separated hydrogen is burned in a gas turbine with downstream steam cycle • The CO 2 remaining in the gasification gas is aftertreated characterized in that the crude gas purification takes place above 700 ° C. Verfahren zum Betreiben eines IGCC Kraftwerkes nach Anspruch 1, bei dem der Vergasungsdruck an die CO2 Abtrennung angepasst wird und das CO2 damit ohne weitere Verdichtung nahe Umgebungsdruck verflüssigt werden kann.A method of operating an IGCC power plant according to claim 1, wherein the gasification pressure is adapted to the CO 2 separation and the CO 2 can thus be liquefied without further compression near ambient pressure. Verfahren zum Betreiben eines IGCC Kraftwerkes nach einem der vorhergehenden Ansprüche bei dem, Spurenstoffe im Vergasungsgas durch Nutzung thermolytischer Effekte in der Gasreinigung teilweise/ganz zersetzt werden.Method for operating an IGCC power plant according to one of the preceding claims, in which, trace substances in the gasification gas are partly / completely decomposed by the use of thermolytic effects in the gas purification. Verfahren zum Betreiben eines IGCC Kraftwerkes nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem sich ein partieller Wasser- oder Dampfquench vor dem Membranreaktor befindet.A method of operating an IGCC power plant according to any one of the preceding claims, wherein a partial water or vapor quench is in front of the membrane reactor. Verfahren zum Betreiben eines IGCC Kraftwerkes mit den Schritten • Umsetzung von Brennstoff unter Verwendung von Hilfsstoffen beispielsweise Sauerstoff, Dampf, CO2, Wasser in einem Vergaser • Rohgas aus dem Vergaser wird gereinigt und in einem Shift Reaktor behandelt • H2 wird mittels einer Membran aus dem Vergasungsgas abgetrennt • der abgetrennte Wasserstoff wird in einer Gasturbine mit nachgeschalteten Dampfkreislauf verbrannt • Das im Vergasungsgas verbleibende CO2 wird nachbehandelt dadurch gekennzeichnet, dass das Rohgas nach dem Vergaser bereits mit ausreichend Wasser für die Konvertierungsreaktion gesättigt ist.Process for operating an IGCC power plant with the following steps: • conversion of fuel using auxiliary substances such as oxygen, steam, CO 2 , water in a carburettor • raw gas from the gasifier is cleaned and treated in a shift reactor • H 2 is released by means of a membrane the separated gas is burned in a gas turbine with downstream steam cycle. The CO 2 remaining in the gasification gas is aftertreated, characterized in that the raw gas after the gasifier is already saturated with sufficient water for the conversion reaction. Verfahren zum Betreiben eines IGCC Kraftwerkes nach Anspruch 5 bei dem, der Wassergehalt im Rohgas durch Regelung der Feststoffkonzentration in der Brennstoffsuspension zum Vergaser eingestellt wird.A method of operating an IGCC power plant according to claim 5, wherein the water content in the raw gas is adjusted by controlling the concentration of solids in the fuel suspension to the gasifier. Verfahren zum Betreiben eines IGCC Kraftwerkes nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem keine zusätzliche Rohgassättigung (Quench) im Vergasungsgasweg enthalten ist.A method of operating an IGCC power plant according to any one of the preceding claims, wherein no additional raw gas saturation (quench) is included in the gasification gas path. Verfahren zum Betreiben eines IGCC Kraftwerkes nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem im Membranreaktor H2 bei erhöhtem Druck von 2–40 bar gewonnen werden kann.A method of operating an IGCC power plant according to any one of the preceding claims, wherein in the membrane reactor H 2 can be obtained at elevated pressure of 2-40 bar. Verfahren zum Betreiben eines IGCC Kraftwerkes nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Membranreaktor mehrstufig und/oder mit Zwischenkühlung ausgelegt ist.Method for operating an IGCC power plant according to one of the preceding claims, in which the membrane reactor is designed in multiple stages and / or with intermediate cooling. Verfahren zum Betreiben eines IGCC Kraftwerkes nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Membranreaktor Einbauten enthält, zur Beeinflussung des Strömungsverhaltens auf Retentat- und/oder Permeatseite.Method for operating an IGCC power plant according to one of the preceding claims, in which the membrane reactor contains internals, for influencing the flow behavior on the retentate and / or permeate side.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012216090A1 (en) * 2012-09-11 2014-03-13 Siemens Aktiengesellschaft Green composite plant for the production of chemical and petrochemical products
EP2708275A1 (en) * 2012-09-14 2014-03-19 Forschungszentrum Jülich GmbH Method for operating two sub-processes with different steam requirements in an overall process with a water vapour selective membrane
DE102017210044A1 (en) * 2017-06-14 2018-12-20 Thyssenkrupp Ag Aftertreatment arrangement and method for aftertreatment of at least gases downstream of a fluidized bed gasification and logic unit and use

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3880253D1 (en) * 1987-10-02 1993-05-19 Tps Termiska Processer Ab RAW GAS CLEANING.
DE68911972T2 (en) 1988-04-07 1994-05-05 Air Prod & Chem IGCC process with combined methanol synthesis / water gas conversion stage for the production of methanol and electrical energy.
DE4410812A1 (en) 1992-09-08 1995-09-28 Jacobs Eng Ltd Prodn of carbon mon:oxide and electric power
DE19651282A1 (en) 1996-12-10 1998-06-18 Linde Ag Production of crude hydrogen@ and electrical energy from hydrocarbon(s) and coal
US7363764B2 (en) 2002-11-08 2008-04-29 Alstom Technology Ltd Gas turbine power plant and method of operating the same
DE102008011771A1 (en) 2008-02-28 2009-09-03 Forschungszentrum Jülich GmbH IGCC power plant with flue gas recirculation and purge gas
DE102008048062B3 (en) 2008-09-19 2010-04-08 Forschungszentrum Jülich GmbH IGCC power plant with flue gas recirculation and purge gas

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3880253D1 (en) * 1987-10-02 1993-05-19 Tps Termiska Processer Ab RAW GAS CLEANING.
DE68911972T2 (en) 1988-04-07 1994-05-05 Air Prod & Chem IGCC process with combined methanol synthesis / water gas conversion stage for the production of methanol and electrical energy.
DE4410812A1 (en) 1992-09-08 1995-09-28 Jacobs Eng Ltd Prodn of carbon mon:oxide and electric power
DE19651282A1 (en) 1996-12-10 1998-06-18 Linde Ag Production of crude hydrogen@ and electrical energy from hydrocarbon(s) and coal
US7363764B2 (en) 2002-11-08 2008-04-29 Alstom Technology Ltd Gas turbine power plant and method of operating the same
DE102008011771A1 (en) 2008-02-28 2009-09-03 Forschungszentrum Jülich GmbH IGCC power plant with flue gas recirculation and purge gas
DE102008048062B3 (en) 2008-09-19 2010-04-08 Forschungszentrum Jülich GmbH IGCC power plant with flue gas recirculation and purge gas

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012216090A1 (en) * 2012-09-11 2014-03-13 Siemens Aktiengesellschaft Green composite plant for the production of chemical and petrochemical products
EP2708275A1 (en) * 2012-09-14 2014-03-19 Forschungszentrum Jülich GmbH Method for operating two sub-processes with different steam requirements in an overall process with a water vapour selective membrane
DE102017210044A1 (en) * 2017-06-14 2018-12-20 Thyssenkrupp Ag Aftertreatment arrangement and method for aftertreatment of at least gases downstream of a fluidized bed gasification and logic unit and use

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R002 Refusal decision in examination/registration proceedings
R003 Refusal decision now final

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