DE202015003237U1

DE202015003237U1 - Zweistufiges System zur Behandlung von CO2 mit Umwandlung in hochheizwertiges Synthesegas

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Publication number: DE202015003237U1
Application number: DE202015003237.0U
Authority: DE
Original assignee: YERIHEMZON LOGVYNSKYI LEONID
Current assignee: YERIHEMZON LOGVYNSKYI LEONID
Priority date: 2015-04-30
Filing date: 2015-04-30
Publication date: 2016-01-25
Anticipated expiration: 2025-05-01

Abstract

Das zweistufige System zur Behandlung von CO2 mit Umwandlung in hochheizwertigen Synthesegas, bestehende aus CO2-Abhscheidungsanlagen (Stufe 1) und CO2-Umwandlungsanlagen (Stufe 2), die gemeinsam oder einzeln in Betrieb an Kraftwerken aufnehmen werden können, dadurch gekennzeichnet, dass: – zur Abscheidung CO2 aus Kraftwerksrauchgasen wird neue Gasstrahlapparat mit Laval-Düsen (7) verwendet, in einer Anlage werden zwei Gasstrahlapparate (7) direkt in der Rauchgasleitung (1) aufeinanderfolgend hineingestellt und die Abscheidung wird gleichzeitig mit Entfernung der Rauchgase und im Kreislauf des Absorptionsstoffes durchgeführt; – zur Umwandlung CO2 in Synthesegas werden in einer Anlage zwei, neu-entwickelte, Hybrid-Pyrolyser (18, 19), ein mit anderen durch den Zweisektions Gasvorwärmer (24) verbundene, parallel aufgestellt, der Gasvorwärmer wird zwischen ihnen aufgestellt und mit ihnen zur zyklischen Prozess in einheitlichen Regime verbunden, so, wird die Umwandlung CO2 in Synthesegas, gemeinsam mit der schnellen Pyrolyse der feinen Braunkohle, oder anderen Kohlehaltenden festen Brennstoffen, gewährleistet.

Description

Technisches Gebiet der Erfindung sind Klimaschutz, besonders an Kohlenkraftwerke, sowie neue Quelle der Erneuerbare Energie.
Stands der Technik. Bekannt ist die Synthesegasherstellung bei Vergasung oder Pyrolyse des festen Brennstoffes, wie Braunkohle, Holz und Biomasse an Pilotanlagen Firmen Lurgi, Linde, BASF, Uhde und anderen. Sind bekannt auch die IGCC-Kraftwerke, Integrated mit Vergasung der Kohle. Aber an der Anlagen und Kraftwerken keinen Umwandlung CO2 verwendet wird und das produzierten Synthesegas hat kleinen Heizwert und erhielt 10–20% CO2.
Bekannt sind die Projekte „Energie zu Gas”, und „Audi-e-Gas” nach denen die Umwandlung von CO2 ist möglich. Aber es fordert großen Stromverbrauch. Nach dem bekannten Verfahren „CO2-Akzept” (USA) das benutzte CO2 wird auf neue regeneriert.
Auch, ist bekannt das Patent DE 6981576212 „Verfahren und Vorrichtung zur Verarbeitung CO2-haltenden Rauchgase”, nach dem die Gase werden zusätzlich im Kalkschachtofen zurückgekehrt. Das Patent kann nur in Kalkindustrie verwendet sein.
Die Verwertung der CO2-haltenden Rauchgase ohne ihre Bereicherung ist nicht wirksam. Deshalb, und für den Schutz des Klimas, wird der große Umfang der Forschungen und Erfahrungsarbeiten nach der Abscheidung CO2 aus Rauchgase erfüllt. Die bekannte technische Lösungen haben kleine Wirksamkeit und industriell noch nicht eingeführt (vorhanden nur die Pilotanlagen, zum Beispiel RWE, nach der Wäsche Technologie mit der Absorptionskolonne Höhe 40 m) und, vor allem, sie erhalten keine technischen Lösungen zur Umwandlung CO2 im Energiebereich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues System zur komplexen Behandlung von CO2 in Bezug auf vorhandene Kraftwerke, zu schaffen, ausgehend davon, dass CO2 ist nicht nur das schädlichen Gas, dessen Emission eingeschlossen sein soll, dass das abgeschiedene aus Rauchgase CO2 kann und, in erster Linie, soll, noch in eine wirksame Quelle der Erneuerbare Energie umgewandelt werden. Der Erfindung gemäß, kann es, mit der große Wirksamkeit, aufgrund der neuen technischen Lösungen des Systems, bei der CO2-Umwandlung gemeinsam mit Vergasung (Pyrolyse) der Braunkohle, zur kurzem Frist erreicht sein.
Die Erfindung wird durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen wieder.
Das System besteht aus zwei Stufen: die erste Stufe- ist die CO2-Abscheidungsanlage, mittels deren das CO2 wird aus Kraftwerksrauchgasen, vorher von Staub, Stichstoff- und Schwefeloxiden gereinigte, abgeschieden. Die zweite Stufe – ist die CO2-Umwandlungsanlage, an deren die Umwandlung des abgeschiedenen CO2 wird mit der schnelle Pyrolyse, zum Beispiel, der Braunkohle in Schwelkoks, zyklisch gemeinsam durchgeführt. Die Anlagen (Stufen) können zusammen oder einzeln gebaut werden.
Die CO2-Abscheidungsanlage erhält neue vorteilhalte technischen Lösungen, wie die Verwendung der Gasstrahlapparate mit Laval-Düsen und der Kreislauf selbst bildenden Absorptionsstoffes, deren werden die Entwicklung einer kompakten Anlage und wirksame Abscheidung CO2 gewährleistet. Abgeschiedenes reines CO2-Gas kann, wie das Wertprodukt, unter Druck im Gasbehälter der Anlage, zur weiteren Verwertung, gelagert werden.
Die CO2-Umwandlungsanlage erhält neuentwickelte Hybrid-Pyrolyser (Vergaser) mit Wirbelschicht. In der Anlage werden, nicht weniger, wie zwei H-Pyrolyser, aufgestellt sollen. Das produziertes Synthesegas kann direkt an örtlichem Heizkraftwerk benutzt wird oder den Verbrauch des Erdgases zu ersetzen.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Zeichnungen. Dabei zeigt:
1 – das Schema der CO2-Abscheidungsanlage (Stufe 1).
2 – das Schema der CO2-Umwandlungs-Anlage (Stufe 2).
3 – das prinzipielle Schema des Systems in Bezug auf Braunkohlenkraftwerk mit dem Block 600 MW.
1 – eine Darstellung des Schemas der Abscheidungsanlage. In der Anlage werden zwei Gasstrahlapparaten 7 direkt in Rauchgasleitungen 1 folgend hineingestellt. Aus zweiten Gasstrahlapparat 7 werden die Rauchgase, gemeinsam mit der Suspension des Absorptionsstoffes, unter Druck im Zyklon-Abscheider 8 eingereicht, aus dem, die Rauchgase, frei von CO2, durch das Gebläse 9 und Schornstein 10 entfernt werden. Zur Abscheidung das CO2 von der Suspension wird eine Desorptionskolonne 11 unter der Verdünnung aufgestellt, aus deren das CO2-Gas, mittels des Verdichters 12, im CO2-Gasbehälter 13 befördert wird. Im Wasserbehälter mit Mischer und Pumpe (14) wird die Suspension des Absorptionsstoffes wiederhergestellt und im zweiten Gasstrahlapparat 7 im Kreislauf zurückgekehrt.
2 – eine Darstellung des Schemas der CO2-Umwaldungsanlage. Nach dem Schema werden zwei H-Pyrolyser, 18 und 19, parallel aufgestellt und ein mit anderen, durch den Zweisektions Gasvorwärmer 24, die Seitenöffnungen 22 und den Gasverteiler 20 verbunden. Von oben die H-Pyrolyser werden mit Dosierungseinrichtung für feine Kohle 17, von unten – mit der CO2-Leitung 15 durch Venturi-Düse 28 verbunden. Innerhalb des H-Pyrolyser wird ein löcheriges Gitter 21 aus feuerfester Keramik festgelegt. Auf dem wird zyklisch die feine Braunkohle zur Pyrolyse eingereicht. Zwischen Gitter und Venturi-Düse wird feuerfeste Gaskammer 29 gelegt, deren durch Seitenöffnung 22 und Blaseinrichtung 23 wird mit Zweisektions Gasvorwärmer 24 verbunden. Der Gasvorwärmer wird zwischen zwei H-Pyrolyser aufgestellt. Jede Sektion dessen hat einzelnen Gaseintritt, der wird mit Infrarotstrahler 25 ausstattet. Die Sektionen des Gasvorwärmers werden autonomisch durch Öffnungen 22 und Blaseinrichtungen 23 mit beiden H-Pyrolyser, zur zyklischen Arbeit in einheitlich den Regime, verbindet.
3 führt das zweistufige System auf dem Beispiel eines Blocks 600 MW am Braunkohlenkraftwerk vor. Die CO2-Emission ist (0,7 × 600 × 10³) = 420 t/h. Bei Bedingtleistung einer kleinen CO2-Abscheidungsanlage (Stufe 1) – 20 t/h, zum Ausschluss der Emission ist nötig 40 solche Anlagen, die in zwei Blöcken aus 10 vereinigt werden. Die Bedingtleistung der CO2-Umwandlungsanlage (Stufe 2) ist 40 t/h und für volle Umwandlung des abgeschiedenen CO2 ist 10 Anlagen nötig, die in einen Block vereinigt werden.
Ausführungsbeispiel zu der Stufe 1. Dieses Beispiel wird den Bau einer CO2-Abscheidungsanlage an Braunkohlenkraftwerk entsprochen. Dabei sollen die, von Stichstoff und Schwefeloxide vorher reinigte Rauchgase, an einzelnen Leitungen mit dem Durchlauf 100.000 m3/h geteilt. Durch eine Leitung 1 werden Rauchgase direkt im ersten Gasstrahlapparat 7 eingereicht. Gleichzeitig wird der Gasstrahlapparat das Wasser aus der Wasserleitung 3 injiziert. Das Verhältnis Gas: Wasser wird geregelt. In dem Gasstrahlapparat vom CO2-Wasser Gemisch wird eine Menge der Kohlensäure sich gebildet, die dann teilweise dissoziiert. Der, dabei bildenden Wasserstoff-Ion wird den PH des Gemisches erhoben. Weiter, im zweiten Gasstrahlapparat 7, wird kontinuierlich die Suspension des Kalziumkarbonats, wie Absorptionsstoff, aus der Leitung 6 in Rauchgas injiziert und mit CO2 des Gases wird das Kalziumhydrokarbonat sich gebildet. Vom zweiten Gasstrahlapparat die Rauchgase und die Suspension des Kalziumhydrokarbonats werden gemeinsam unter dem Druck 8 Bar im Zyklon-Abscheider 8 eingereicht. Im dessen die Suspension aus Rauchgase zentrifugal getrennt wird, dabei die CO2-lose Rauchgase mittels des Gebläse 9 durch Schornstein 10 entfernt werden. Die Suspension des Kalziumhydrokarbonat aus Zyklon 8 wird in Desorptionskolonne 11 eingetreten, die keinen Druck hat. In deren das Gas CO2 aus des Kalziumhydrokarbonat und der Pulver des Kalziumkarbonats auseinander zerfallen werden. Das Gas CO2 mittels des Verdichter 12 in CO2-Gasbehälter 13 eingereicht wird. Das Pulver in Wasserbehälter mit dem Mischer und der Pumpe 14 eingetreten wird und aus dessen durch die Leitung 6 im zweiten Gasstrahlapparat 7 wird zurückgekehrt. So, der Erfindung gemäß, an der Anlage der Stufe 1 wird die volle Abscheidung des CO2 aus Rauchgasen, kontinuierlich und mit des Kreislaufs des Absorptionsstoffes, automatisch gewährleistet.
Ausführungsbeispiel zu der Stufe 2. In diesem Beispiel wird die CO2-Umwandlungs-Anlage bei Bau am Braunkohlenkraftwerk beschrieben. Die feine (bis 8 mm) Braunkohle wird aus Dosierungseinrichtung 17 direkt im einem von zwei Hybrid-Pyrolyser zyklisch, zum Beispiel, im 18, auf dem Gitter 21, gelegt. Zum Anfang wird die Kohle auf Gitter, mittels Brenner (31) angezündet, die Wirbelschicht, mittels Luft aus Leitung (4) gebildet und die Pyrolyse beginnt. Dann wird das primär Pyrolysegas durch die erste Sektion des Gasvorwärmers (24) im Kreislauf durch das Gitter im Prozess bei der Temperatur 600–800°C zurückgekehrt. Der Lufteintritt geschlossen wird. Die Gastemperatur, erforderte zur Pyrolyse der Kohle im Schwelkoks, wird, mittels des Gasvorwärmer unterhalten. Das, dabei bildendes, primär Pyrolysegas wird durch die Seitenöffnung 22 ausgetreten und mittels des Gasverteilers 20 nach Volumen gleichmäßig in beide Sektionen des Gasvorwärmers eingereicht. In der ersten Sektion wird das primäre Pyrolysegas bis zu 600–800°C gewärmt und durch die Blaseinrichtung 23 in Gaskammer 29 im Kreislauf zu Pyrolyse eingereicht. In der zweiten Sektion wird das primäre Pyrolysegas bis zu 1400°C gewärmt und mittels der Venturi-Düse 29 in Strom des CO2 injiziert. Das Gasgemisch mit der Temperatur etwa 1100°C wird durch Gitter in Schicht der noch glühenden Schwelkokshaltende Rückstände der Kohlepyrolyse eingetreten und die Umwandlung CO2 beginnt. Vorher wird das CO2 aus der Leitung 15 in Venturi-Düse eingereicht. In die Schicht kann zusätzlich Wasser aus Leitung 3 zerstäubt wird. Gleichzeitig das Pyrolysegas in der Schicht wird von Ölbestandteile gereinigt. Das sich bildende Synthesegas erhielt 50–60% CO, 10–20% H2, 20–30% CH4, 0% CO2 und hat den Heizwert bis zu 1000 kJ/m3. Das Gas wird mit der Temperatur 1000°C durch die obere Öffnung 26 im Staubfilter 26 und dann im Heizwasserkessel eingereicht. Nachdem wird das abgekühltes Synthesegas, mittels Verdichters 12 im Synthesegasbehälter 32 befördert. Der Staub aus dem Gasvorwärmer 24 und dem Staubfilter 26 wird, mittels hermetisches Rohrfließbandes 30, entfernt.
Wirksamkeit der Erfindung wird im Vergleich mit vorhandenen Systemen der Vergasung der Braunkohle zur Schwelkoks- oder Brennstoff Briketts auf 1 t Kohle berechnet. Der Vergleich ist bestätigt, dass, bei der Pyrolyse der Braunkohle gemeinsam mit der Umwandlung des CO2 in 5 Male mehr der Energiewärme, im Vergleich mit Vergasung, erzeugt werden kann (6,64:1,44). Zweitens: die Umwandlung 1 t CO2, nach diesem Beispiel, ist 168 m3 Erdgases äquivalent. Es bedeutet, dass Einführung dieser Erfindung kann das Totalbedürfnis Deutschland in Erdgas höchstens zudecken. Förderte Investitionen für Einführung des Systems an vorhandenes Kohlekraftwerk sind 230 EUR/kW, dass in 6 Male kleiner, wie Neubau der Kraftwerken. Deshalb, das abgeschiedene CO2, kann und soll, zu den Wertnebenprodukten gehört werden mit der möglichen mittleren Preis 1 t mindestens 40 EUR. Die Gesamtemission CO2 in Deutschland ist 940 Mio. t im Jahr, die volle Verwertung des CO2 könnte etwa 40 Mia. EUR Gewinn bringen.
Bezugszeichenliste

1: Rauchgasleitung nach REA-Gips
2: Rauchgasleitung nach CO2-Abscheidung
3: Wasserleitung
4: Luftleitung
5: Leitung der Absorptionsstoffs-suspension-anfang
6: Leitung der Absorptionsstoffs-suspension-anfang – im Kreislauf
7: Gasstrahlapparat für Rauchgase
8: Zyklon-Abscheider
9: Gebläse
10: Schornstein
11: Desorptionskolonne
12: Verdichter
13: CO2-Gas-Behälter
14: Behälter mit Mischer u. Pumpe
15: Leitung des abgeschiedenes CO2
16: Leitung der feine Braunkohle
17: Dosierungseinrichtung für Kohle
18: Hybrid-Pyrolyser
19: Hybrid-Pyrolyser
20: Gasverteiler
21: Gitter
22: Seitenöffnungen
23: Blaseinrichtung
24: Zweisektionsgasvorwärmer
25: Infrarotstrahler
26: Staubfilter
27: Synthesegasleitung
28: Venturi-Düse
29: Gaskammer
30: Rohrfließband
31: Klapp-Schieber
32: Synthesegasbehälter
33: Block Anlagen der Stufe 1
34: Block Anlagen der Stufe 2
35: Kesselraum – vorhandene
36: Denox-Anlage – vorhandene
37: Elektrofilter – vorhandene
38: REA-Gips – vorhandene
39: Heizkraftwerk – vorhandene

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 6981576212 [0004]

Claims

Das zweistufige System zur Behandlung von CO2 mit Umwandlung in hochheizwertigen Synthesegas, bestehende aus CO2-Abhscheidungsanlagen (Stufe 1) und CO2-Umwandlungsanlagen (Stufe 2), die gemeinsam oder einzeln in Betrieb an Kraftwerken aufnehmen werden können, dadurch gekennzeichnet, dass: – zur Abscheidung CO2 aus Kraftwerksrauchgasen wird neue Gasstrahlapparat mit Laval-Düsen (7) verwendet, in einer Anlage werden zwei Gasstrahlapparate (7) direkt in der Rauchgasleitung (1) aufeinanderfolgend hineingestellt und die Abscheidung wird gleichzeitig mit Entfernung der Rauchgase und im Kreislauf des Absorptionsstoffes durchgeführt; – zur Umwandlung CO2 in Synthesegas werden in einer Anlage zwei, neu-entwickelte, Hybrid-Pyrolyser (18, 19), ein mit anderen durch den Zweisektions Gasvorwärmer (24) verbundene, parallel aufgestellt, der Gasvorwärmer wird zwischen ihnen aufgestellt und mit ihnen zur zyklischen Prozess in einheitlichen Regime verbunden, so, wird die Umwandlung CO2 in Synthesegas, gemeinsam mit der schnellen Pyrolyse der feinen Braunkohle, oder anderen Kohlehaltenden festen Brennstoffen, gewährleistet.
Das zweistufige System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, der erster Gasstrahlapparat (7) das Wasser aus Leitung (3) und der zweiter- die Suspension des Absorptionsstoffes aus Leitung (6) in die durchfließende Rauchgase folgend und regelt injiziert werden. Zur abscheiden CO2 aus der Suspension werden einer Zyklon-Abscheider (8) unter dem Druck und eine druck-lose Desorptionskolonne (11) aufgestellt. Nach deren, im Behälter (14), wird der Absorptionsstoff wiederhergestellt und, mittels der Pumpe (14) im Kreislauf im Prozess zurückgekehrt.
Das zweistufige System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der CO2-Umwandlungsanlage jeder Hybrid-Pyrolyser (18, 19) wird von oben mit der Dosierungseinrichtung für feine Braunkohle (17), von unten – durch die Venturi-Düse (28) mit der CO2-Leitung (15) und nach Höhe – mit dem Zweisektions Gasvorwärmer (24) durch den Gasverteiler (20) und Seitenöffnungen (22) verbunden.
Das zweistufige System nach Ansprüche 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Hybrid-Pyrolyseres wird ein löcherige Gitter (21) aus feuerfeste Keramik ausgestattet, auf dem die feine Kohle, mittels der Dosierungseinrichtung (17) zyklisch gelegt wird und, zum Schluss der Pyrolyse, der Schwelkokshaltenden glühenden Rückstand bleibenlassen wird.
Das zweistufige System nach Ansprüche 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Zweisektions Gasvorwärmer (24) wird jede Sektion mit dem Infrarotstrahler (25) ausgestattet, mittels dessen das primär Pyrolysegas wird gewärmt und dann zurückgekehrt: bei Pyrolyse der Kohle, wird, aus ersten Sektion, wie, Sauerstoffarmer- und-Temperaturträger, unten dem Gitter (21) geblasen, bei der CO2-Umwandlung wird, aus zweiten, Sektion, wie Hochtemperaturträger, in Venturi-Düse (28) injiziert, und im Gemisch mit CO2 in Schicht des Rückstandes geblasen. Dazu die Venturi-Düse wird mit einem automatischen Klapp-Schieber (31) ausgestattet.