DE2556454A1 - Verfahren zur erzeugung von elektrischem strom - Google Patents

Verfahren zur erzeugung von elektrischem strom

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DE2556454A1 DE19752556454 DE2556454A DE2556454A1 DE 2556454 A1 DE2556454 A1 DE 2556454A1 DE 19752556454 DE19752556454 DE 19752556454 DE 2556454 A DE2556454 A DE 2556454A DE 2556454 A1 DE2556454 A1 DE 2556454A1
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
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Description

SHELL INTERNATIONALE RESEARCH MAATSCHAPPIJ B.V. Den Haag, Niederlande
Verfahren zur Erzeugung von elektrischem Strom"
beanspruchte
Priorität: 31. Januar 1975 - Niederlande - Nr. 7501151
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von elektrischem Strom.
Elektrischer Strom kann durch Verbrennen von fossilen Brennstoffen und direkte Verwendung der dadurch freigesetzten Gase zum Antrieb einer Turbine für einen Stromgenerator oder durch Verwendung der vorgenannten Gase zur Herstellung von Dampf, mit dem eine Turbine für einen Stromgenerator angetrieben wird, erzeugt werden. Sofern erhebliche Mengen an Schwefel enthaltende Brennstoffe verwendet werden (was im allgemeinen der Fall ist), werden große Mengen an Schwefeloxiden gebildet.
Vor dem Ablassen der Verbrennungsgase in die Atmosphäre muß zumindest der größte Teil der Schwefeloxide aus den Gasen entfernt
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werden, um die Umweltverschmutzung so klein wie möglich zu halten. Obwohl ein solches Abtrennen, wie in der GB-PS 1 Ο89 715 beschrieben, an sich möglich ist, ist dies in einer Vielzahl von Fällen wirtschaftlich nicht vorteilhaft. Sofern die Schwefel enthaltenden Gase direkt zum Antrieb einer Turbine für einen Stromgenerator verwendet werden, weisen sie außerdem bei bestimmten Temperaturen eine nicht annehmbare korrodierende Wirkung auf die Materialien der vorgenannten Turbine auf, wodurch der Temperaturbereich beschränkt wird, über den diese Gase zum Antrieb einer Turbine verwendet werden können.
Es ist ebenfalls möglich, den Brennstoff partiell zu verbrennen, d.h. durch Verbrennung mit einem Sauerstoff-Unterschuß oder Luft den Brennstoff zum größten Teil in Kohlenmonoxid und Wasserstoff umzuwandeln. Diese Verbrennung wird im allgemeinen unter Druck durchgeführt. Bei diesem Verfahren wird der im Brennstoff vorhandene gebundene Schwefel zum größten Teil in Schwefelwasserstoff umgewandelt. Dieser Schwefelwasserstoff kann aus dem erhaltenen Gasgemisch abgetrennt werden, wonach die Gase vollständig verbrannt werden können, und die praktisch schwefeldioxidfreien Verbrennungsgase können zum Antrieb einer Turbine für einen Stromgenerator verwendet werden. Die bei der partiellen Verbrennung des Brennstoffs gebildeten Gase enthalten im allgemeinen auch nicht unerhebliche Mengen an Kohlendioxid. Bei der Entfernung des Schwefelwasserstoffs mit flüssigen basischen Absorptionsmitteln stellt sich jetzt das Problem* daß das Kohlendioxid zusammen mit dem > Schwefelwasserstoff von den vorgenannten Absorptionsmitteln absorbiert wird. Nach Desorption der Gase von den vorgenannten
Schwefel-Absorptionsmitteln erhält man Gemische aus Kohlendioxid und/was*ej?~.
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stoff, welche verhältnismäßig große Mengen an Kohlendioxid enthalten. Sofern der in diesen Gemischen enthaltene Schwefelwasserstoff in elementaren Schwefel umgewandelt werden soll (z.B. mittels eines Claus-Verfahrens), wirkt es sich nachteilig aus, daß das sich im Claus-Verfahren als inertes Gas verhaltende Kohlendioxid die Verwendung von großen (und deshalb kostspieligen) Claus-Anlagen erforderlich macht, und außerdem wirkt sich der Kohlendioxidgehalt nachteilig auf das Wärmegleichgewicht in der Claus-Anlage aus.
Kohlendioxidmenge Außerdem wird vorzugsweise auch nur die kleinstmögliche / aus dem bei der partiellen Verbrennung des Brennstoffs erhaltenen Gasgemisch entfernt, da das Kohlendioxid zum Energietransport zur Turbine für den Stromgenerator beiträgt. Dieser Beitrag kann ziemlich groß sein. Der Unterschied in der Leistung kann in Abhängigkeit davon, ob praktisch kein oder praktisch das gesamte Kohlendioxid von dem bei der partiellen Verbrennung des Brennstoffs erhaltenen Gasgemisch abgetrennt worden ict, bis zu 0,3 % betragen.
Die Erfindung stellt jetzt ein Verfahren zur Verfügung, das die vorbeschriebenen Probleme umgeht und gemäß dem die Turbine für den Stromgenerator mit der. Energie aus einem schwefelfreien Gas betrieben wird und mittels.dem Schwefelwasserstoff in einer so weit konzentrierten Form erhalten wird, daß er ohne weiteres zu elementarem Schwefel umgewandelt werden kann (vorzugsweise mittels eines Claus-Verfahrens).
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Die Erfindung betrifft demgemäß ein Verfahren zur Erzeugung von elektrischem Strom, das dadurch gekennzeichnet ist, daß ein flüssigen oder festen Schwefel enthaltender Brennstoff partiell verbrannt wird, daß die Verbrennungsgase abgekühlt werden, daß der Schwefelwasserstoff mittels Absorption in einer wässrigen
von den Verbrennungsgasen Lösung eines tertiären Amins/abgetrennt wird, daß der absorbierte Schwefelwasserstoff freigesetzt und in elementaren Schwefel umgewandelt wird, daß die nach der Absorption; des Schwefelwasserstoffs in der wässrigen Lösung des tertiärem Amins erhaltenen Gase weiter verbrannt werden, und daß die erhaltene Energie zum Antrieb einer/ Turbine für einen Stromgenerator verwendet wird.
Als flüssiger, schwefelhaltiger Brennstoff eignet sich besonders eine Destillatfraktion aus einem Mineralöl. Vorzugsweise wird schweres Heizöl verwendet, das vollständig oder teilweise aus einem "Destillationsrückstand eines Mineralöls oder
Bitumen besteht. Lignit und Koks und insbesondere Kohle eignen sich besonders als feste schwefelhaltige Brennstoffe. Es ist ebenfalls möglich, Brennstoffe zu verwenden, in denen die festen Komponenten (wie Kohle) in den flüssigen Komponenten (wie ein Rückstands-Heizöl) dispergiert sind.
Die partielle Verbrennung des Brennstoffes kann durch Verbrennung in Gegenwart einer solchen Luft- oder Sauerstoffmenge durchgeführt werden, die mindestens zur Verbrennung des gesamten im Brennstoff enthaltenen gebundenen Kohlenstoffs und Wasserstoffs zu Kohlenmonoxid und Wasserstoff ausreicht. Erwünschtenfalls wer-
partiellen
den vor der/Verbrennung auch Wasser oder Dampf zum Brennstoff
zugesetzt.
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Im allgemeinen wird die Verbrennung unter Druck durchgeführt, und es eignen sieh besonders Drücke von 5 bis 50 kg/cm .
Das bei der partiellen Verbrennung erhaltene Gas, das jetzt zum größten Teil aus Stickstoff besteht und außerdem Kohlenmonoxid, Wasserstoff, Kohlendioxid und Schwefelwasserstoff enthält, wird im allgemeinen auf Temperaturen von Raumtemperatur bis 1000C und insbesondere von 20 bis 700C abgekühlt und er.wünschtenfalls werden feste Bestandteile, wie Kohle und Metalloxide, vom Gas z.B. durch Waschen mit Wasser abgetrennt. Die beim Abkühlen freigesetzte Wärme eignet sich besonders zur Erzeugung von Dampf, z.B. in einem Abhitzkocher.
Der Schwefelwasserstoff wird von dem bei der partiellen Verbrennung erhaltenen Gas durch Absorption in einer wässrigen Lösung eines tertiären Amins abgetrennt. Diese Behandlung wird vorzugsweise ohne Herabsetzung des Drucks des Gasgemisches durchgeführt. Um die Kohlendioxid-Absorption in dieser Lösung so gering wie möglich zu halten, wird vorzugsweise ein tertiäres Amin verwendet, das mindestens eine Hydroxyalkylgruppe enthält, wie Triäthanolamin. Insbesondere werden tertiäre Amine für diesen Zweck verwendet, die eine Alky!gruppe und zwei Hydroxyalkylgruppen enthalten, und am besten eignet sich Methyldiäthanolamin. Besonders für diesen Zweck geeignet ist eine 1 bis 5 Mol des tertiären Amins je Liter enthaltende wässrige Lösung.
Erwünschtenfalls können zur wässrigen Lösung des tertiären Amins auch-physikalische Lösungsmittel für Schwefelwasserstoff zugesetzt werden, wie SuIfolan, N-Methylpyzrolidon und Dimethylformamid.
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Die Gase werden besonders zweckmäßigerweise im Gegenstrom mit dem Absorptionsmittel in einer Absorptionscäule kontaktiert, die mit Füllmaterial, wie Raschig-Ringen, gefüllt ist und/oder eine Anzahl von Böden enthält.
Die in der wässrigen Lösung des tertiären Amins absorbierten Gase werden von dieser Lösung zweckmäßigerweise durch Erhitzen und/oder Abstreifen mit Dampf abgetrennt. Die Tatsache, daß beim erfindungsgemäßen Verfahren nur eine geringe Kohlendioxidmenge in der wässrigen Lösung des tertiären Amins absorbiert wird, führt dazu, daß zum Abstreifen eine geringere Dampfmenge als bei Verwendung von anderen Absorptionsmitteln für saure Gase, die zu einer stär-. keren Kohlendioxidabsorption führen, erforderlich ist. Ausserdem können die Mengen an flüssigem Absorptionsmittel im erstgenannten Fall kleiner als im zweit genannten Fall gehalten werden, so daß die Einrichtung zur Absorption der sauren Gase und für das Abstreifen des mit den sauren Gasen beladenen Absorptionsmittels kleiner dimensioniert werden können.
Die erhaltenen Gase, welche hauptsächlich aus Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid bestehen, können zu einer Claus-Anlage geleitet werden, in welcher der Schwefelwasserstoff zu elementarem Schwefel umgewandelt wird. Sofern der Kohlendioxidgehalt der vorgenannten erhaltenen Gase noch zu hoch für die Eignung dieser Gase für die Weiterverarbeitung in einer Claus-Anlage ist, können die Gase zweckmäßigerweise noch einmal mit einer wässrigen Lösung eines tertiären Amins behandelt werden, was z.B. in einer gesonderten Absorptionssäule und vorzugsweise bei Atmosphärendruck durchgeführt wird. Das in dieser zweiten Absorptionsstufe nicht
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absorbierte Gas (das hauptsächlich aus Kohlendioxid besteht) kann (erwünschtenfalls nach Verbrennung der in ihm enthaltenen Schwefelwässerstoff-Spuren) in die Atmosphäre abgelassen werden. Die in der zweiten Absorptionsstufe absorbierten Gase werden (erwünschtenfalls teilweise) von der beladenen wässrigen Lösung eines tertiären Amins mittels Erhitzen und/oder Abstreifen mit Dampf freigesetzt, und die erhaltenen Gase, die vollständig oder praktisch vollständig aus Schwefelwasserstoff bestehen, können ohne weiteres als. Zuspeisung für eine Claus-Anlage verwendet werden.
Die nach der Behandlung mit einer wässrigen Lösung eines tertiären Amins erhaltenen Gase, die jetzt vollständig oder praktisch vollständig frei von Schwefelverbindungen sind, werden anschliessend weiter verbrannt. Die erhaltene Energie kann zur Erzeugung von Dampf verwendet werden, mit dem eine Turbine für einen Stromgenerator angetrieben wird.
Vorzugsweise werden die Verbrennungsgast; jedoch selbst zum Antrieb einer Turbine für einen Stromgenerator verwendet, d.h. daß eine Expansionsturbine eingesetzt wird. Wie vorstehend erläutert, läßt das Fehlen von Schwefeloxiden in den Gasen höhere Temperaturen in der Turbine zu, wodurch der Wirkungsgrad des Stromerzeugungsverfahrens erhöht wird. Der Wirkungsgrad nimmt bei Erhöhung der Einlaßtemperatur um jeweils 1000C um ungefähr 1 % zu.
Die die Turbine verlassenden Gase werden mit Wasser gekühlt, wobei man Dampf erhält, mit dem erwünschtenfalls eine Dampfturbine zur Erzeugung von elektrischem Strom angetrieben werden kann, und .anschließend wird der Dampf in die Atmosphäre abgelassenes wurde
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gefunden, daß die Abwesenheit von Schwefel oxiden auch hier einen Vorteil darstellt, da die Gase bis auf eine Temperatur unterhalb des Taupunkts der Schwefeloxide abgekühlt werden können (und demgemäß kann eine größere Wärmemenge aus den Gasen abgezogen werden), bevor sie in die Atmosphäre abgelassen werden.
Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird diagrammatisch in der Figur dargestellt. Durch Leitung 1 wird Luft in den Kompressor 2 eingeleitet, in diesem verdichtet und nach nochmaliger Verdichtung im Zusatzverdichter J5 wird die Luft mit über Leitung % zugespeistem.Brennstoff vermischt» Im Reaktor 5 wird das Brennst off-/Luft gemisch partiell verbrannt, und die dabei freigesetzte Wärmeenergie wird zur Erzeugung von Dampf im Abhitzkocher 6 verwendet. Die Verbrennungsgase werden im Kühler 7 weiter abgekühlt und dann zur Entfernung von Kohlenstoff und Asche im Waschturm 8 mit Wasser gewaschen, von dem der Kohlenstoff und die Asche durch Leitung 9 abgezogen werden." Die Verbrennungsgase
werden dann im Waschturm 10 mit einer wässrigen Lösung von Methylwird
diäthanolamin gewaschen und dadurch/der Schwefelwasserstoff entfernt. Die beladene Methyldiäthanolaminlösung wird über Leitung abgezogen. In Säule 21 wird der Schwefelwasserstoff mit Dampf abgestreift und durch Leitung 22 zur Claus-Anlage 23 geführt, aus der -er nach Umwandlung der elementare Schwefel über Leitung 24 abgezogen wird. Die Schwefelwasserstofffreien Gase werden anschließend mit über Leitung 12 zugeführter komprimierter Luft vermischt und im Reaktor Ij5 vollständig verbrannt. Die erhaltenen
für die Verbrennungsgase werden zum Antrieb der Turbine 14 verwendet, die/ Erzeugung von elektrischem Strom eingesetzt wird. Die die Turbine 14 verlassenden Gase werden zum Abhitzkocher 15 geleitet, in dem
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der aus dem Abhitzkocher 6 stammende Dampf, der durch Leitung 16 zugespeist wird, weiter erhitzt wird. Dieser Dampf wird zum Antrieb der Turbine 17 verwendet, die ebenfalls zur Erzeugung von elektrischem Strom eingesetzt wird. Der diese Dampfturbine verlassende Dampf wird im Kühler 18 kondensiert, und das erhaltene Wasser mittels einer Wasserpumpe 19 durch Leitung 20 zum Abhitzkocher 6 durch den Kühler 7 zurückgeführt.
Beispiel
,Ein durch Behandeln eines Mineralöl-Destillationsrückstands mit flüssigem Propan erhaltener Bitumen (Propanbitumen) wird auf 3i5O°C erhitzt und bei einer Temperatur von l400°C und einem Druck von 14 bar zusammen mit auf 4lO°C erwärmter Luft partiell verbrannt. Die nachstehende Tabelle zeigt die Zusammensetzung des Propanbitumens und des aus den Propanbitumen erhaltenen Gases (ohne Berücksichtigung von Wasser). Das erhaltene Gas wird auf 400C abgekühlt und mit einer wässrigen Lösung von Methyldiäthanoiamin behandelt, die 24 g Methyldiäthanolamin je Liter enthält. Die mit sauren Gasen beladene Lösung wird bei Atmosphärendruck mit Dampf abgestreift. Das erhaltene.Gasgemisch enthält Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid in einem Gewichtsverhältnis von 1,46 und wird zu einer Claus-Anlage geführt, in welcher der Schwefelwasserstoff in elementaren Schwefel umgewandelt wird.
(ohne Berücksichtigung von V.'ascer}
Das vom Schwefelwasserstoff befreite Verbrennungsgas weist/die Inder Tabelle unter "schwefelfreies MDEA-Gas" angegebene Zusammensetzung, auf. Die gesamte Leistungsabgabe der Anlage wird unter der Annahme berechnet, daß dieses Gas mit Luft bei einem Druck :
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ι von 10 at verbrannt wird, daß eine stromerzeugende Turbine von J
. ίο..
den Verbrennungsgasen angetrieben wird (Einlaßtemperatur der : Gase 9500C) und daß mit den die Turbine verlassenden, Gasen Dampf erzeugt wird, den man wieder zum Antrieb einer stromerzeugenden Dampfturbine verwendet. Der Wirkungsgrad der gesamten Anlage beträgt 37,1 #.
Aus Vergleichsgründen werden die gleichen Versuche noch einmal
wird
durchgeführt, dabei/jedoch anstelle einer wässrigen Lösung von Methyldiathanolamin eine 27 g Di is opr opanolamin Je Liter Wasser enthaltende Lösung verwendet. Die Zusammensetzung des dabei erhaltenen Gases ist in der Tabelle als "schwefelfreies ADIP-Gas" angegeben. Der Wirkungsgrad der Gesamtanlage wird auch in diesem Fall wieder unter Annahme der vorstehenden Bedingungen berechnet. Der Wirkungsgrad der gesamten Anlage beträgt in diesem Fall J>6 #.
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Tabelle
cn ο co
Xi Cu O
Propanbitumen Gewichts
prozent		 Verbrennungsgas Gewichts
prozent		 Schwefelfreies MDEA-Gas Gewichts
prozent		 Schwefelfreies ADIP-Gas Gewichts
prozent
Zusammensetzung 83,6· Zusammensetzung 2,74 Zusammensetzung 2,24 Zusammensetzung 1,40
Bestand
teile		 9,4 Bestand
teile		 23,04 Bestand
teile		 23,33 Bestand
teile		 23,53
C 6,56 CO2 13,33 CO2 13,50 CO2 13,61
H 0,29 CO 0,73 CO 0,002 CO 0,002
S 0,05 H2 0,03 H2 0,028 H2 0,028
N 0,10 H2S 0,03 H2S 0,03 H2S 0,03
0 COS 59,39 COS mm
60,15		 COS 60,67
Asche CH4 0,71 CH4 0,72 CH4 0,73
H2O
N2 		H2O
N2 		H2O
N2
A A A
cn cn cn

Claims (11)

  1. Patentansprüche
    ji.) Verfahren zur Erzeugung von elektrischem Strom, dadurch gekennzeichnet, daß ein flüssigen oder festen Schwefel enthaltender Brennstoff partiell verbrannt wird, daß die Verbrennungsgase abgekühlt werden, daß der Schwefelwasserstoff mittels Absorption in einer wässrigen Lösung eines
    von den Verbrennungsgasen
    tertiären Amins/abgetrennt wird, daß der absorbierte Schwefelwasserstoff freigesetzt und in elementaren Schwefel umgewandelt wird, daß die nach der Absorption des Schwefelwasserstoffs in der wässrigen Lösung des tertiären Amins erhaltenen Gase weiter ■ verbrannt werden und daß die erhaltene Energie zum Antrieb einer Turbine für einen Stromgenerator verwendet wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als schwefelhaltiger Brennstoff ein Destillationsrückstand eines Mineralöls verwendet wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als schwefelhaltiger Brennstoff Kohle verwendet wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1,-dadurch gekennzeichnet, daß als schwefelhaltiger Brennstoff ein Rückstands-Heizöl verwendet wird, in dem Kohle dispergiert ist.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsgase auf Temperaturen von 20 bis 700C abgekühlt werden.
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  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet, daß ein mindestens einen Hydroxyalkylrest enthaltendes tertiäres Amin verwendet wird. ,
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als tertiäres Amin Methyldiathanolamin verwendet wird.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 1 bis Ί, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwefelwasserstoff von den Verbrennungsgasen durch Absorption in einer wässrigen Lösung eines tertiären Amins ohne Herabsetzung des Drucks des Gasgemisches abgetrennt wird.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die in der wässrigen Lösung eines tertiären Amins absorbierten Gase freigesetzt werden und daß die freigesetzten Gase noch einmal bei Atmosphärendruck mit einer wässrigen Lösung eines tertiären Amins behandelt und anschließend aus dieser wieder freigesetzt werden.
  10. 10Γ Verfahren nach Anspruch 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß der freigesetzte Schwefelwasserstoff mittels eines Claus-Verfahrens zu elementarem Schwefel umgewandelt wird.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der weiteren Verbrennung erhaltenen Gase direkt zum Antrieb einer Turbine für einen Stromgenerator verwendet werden.
    609832/0830
    Le
    erseite
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IT (1) IT1050779B (de)
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