DE3924908A1 - Freezing dried carbon di:oxide from fossil fuel combustion - for sinking as dry ice into deep sea to counter greenhouse effect - Google Patents
Freezing dried carbon di:oxide from fossil fuel combustion - for sinking as dry ice into deep sea to counter greenhouse effectInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Minderung des Kohlendioxidgehalts der Abgase bei fossiler Verbrennung und eine Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens.The invention relates to a method for reducing the Carbon dioxide content of the exhaust gases from fossil combustion and a Plant for carrying out this procedure.
Bei allen Anlagen mit fossiler Verbrennung entsteht als Verbren nungsprodukt letztendlich Kohlendioxid und/oder Wasser, welche beide vorzugsweise als Abgas in die Atmosphäre entlassen werden. Während das so erzeugte Wasser bzw. der Wasserdampf für das Öko system unserer Erde unkritisch ist, behindert das erzeugte Koh lendioxid die Wärmeabstrahlung unserer Erde und führt dabei zu einer Erhöhung der Oberflächentemperatur, dem sogenannten Treib hauseffekt. Dieser wird zu Klimaverschiebungen führen, die man gerne vermeiden möchte.All plants with fossil combustion generate combustion product ultimately carbon dioxide and / or water, which both are preferably released into the atmosphere as exhaust gas. While the water or steam generated in this way for the eco system of our earth is not critical, hinders the generated Koh and the heat radiation from our earth an increase in the surface temperature, the so-called blowing agent house effect. This will lead to climate shifts that one would like to avoid.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg zu weisen, wie bei fossiler Verbrennung bzw. Anlagen mit fossiler Verbren nung die Abgabe von Kohlendioxid an die Atmosphäre vermindert werden kann.The invention has for its object to show a way as with fossil combustion or plants with fossil combustion release of carbon dioxide to the atmosphere is reduced can be.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 5 ge löst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Ansprüchen 2 bis 4 sowie 6 bis 18 zu entnehmen.This object is achieved by the features of claims 1 and 5 solves. Further advantageous embodiments of the invention are claims 2 to 4 and 6 to 18.
Werden bei fossiler Verbrennung erfindungsgemäß die abgearbeite ten Abgase zur Auskondensation des Wasseranteils weiter abgekühlt und anschließend der Kohlendioxidanteil in Festeis umgewandelt, so wird die Abgabe von Kohlendioxid in die Atmosphäre weitest gehend unterbunden. Are processed according to the invention in fossil combustion The exhaust gases are cooled further to condense the water content and then the carbon dioxide is converted into solid ice, this way, the emission of carbon dioxide into the atmosphere becomes the greatest going prevented.
Bei einer erfindungsgemäßen Anlage zur Durchführung dieses Ver fahrens mit einer Verbrennungseinrichtung und mit Einrichtungen zur Abarbeitung der Verbrennungsgase zweigt an der Leitung für das Kreislaufgas in Strömungsrichtung hinter den Einrichtungen zur Abarbeitung und Wärmerückgewinnung eine Abzugsleitung für das überschüssige Kreislaufgas mit einer Kohlendioxideisanlage ab, und ist zwischen den Einrichtungen zur Abarbeitung und Wär merückgewinnung und der Kohlendioxideisanlage eine weitere Wär metauscheranlage zur zusätzlichen Abkühlung des Kreislaufgases und zur Auskondensation von Wasser angeschlossen. Auf diese Wei se wird das erzeugte Kohlendioxid als Festeis aus dem Kraftwerk entnommen, ohne in die Atmosphäre zu entweichen. Zugleich wird durch die Rezirkulation der Gase die Flammtemperatur und damit auch die Erzeugung von Stickoxiden vermindert bzw. die Voraus setzung geschaffen, um die Erzeugung von Stickoxiden in Verbin dung mit einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ganz zu ver hindern.In a system according to the invention for performing this Ver driving with an incinerator and with facilities for processing the combustion gases branches on the line for the cycle gas in the flow direction behind the devices for processing and heat recovery a fume cupboard for the excess cycle gas with a carbon dioxide ice system from, and is between the processing and heat facilities recovery and the carbon dioxide ice plant a further heat Exchanger system for additional cooling of the cycle gas and connected for the condensation of water. In this way The carbon dioxide generated is solid ice from the power plant removed without escaping into the atmosphere. At the same time through the recirculation of the gases the flame temperature and thus also the production of nitrogen oxides is reduced or the advance created to combine the production of nitrogen oxides with a further embodiment of the invention prevent.
In besonders vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann die Verbrennung zur Erzeugung stickstofffreier Abgase mit Sauer stoff erfolgen, und können die abgearbeiteten Abgase als Kreis laufgas zur Absenkung der Flammtemperatur in die Brennzone der fossilen Brennstoffe eingeleitet werden, und nur der überschüs sige Teil des Kreislaufgases abgezogen und dessen Kohlendioxid anteil nach Auskondensation des Wasseranteils durch Ausfrieren in Kohlendioxideis umgewandelt werden. Dadurch wird erreicht, daß der Partialdruck des Kohlendioxids und damit zugleich dessen Friertemperatur beim Ausfrieren nicht absinkt und der Energie bedarf für das Ausfrieren minimiert wird.In a particularly advantageous development of the invention combustion to produce nitrogen-free exhaust gases with acid made of material, and the processed exhaust gases as a circle running gas to lower the flame temperature in the combustion zone of the fossil fuels are introduced, and only the surplus sige part of the cycle gas and its carbon dioxide portion after condensation of the water portion by freezing be converted into carbon dioxide ice. This ensures that the partial pressure of carbon dioxide and thus its Freezing temperature does not drop when freezing and the energy freezing needs is minimized.
In Ausgestaltung der Erfindung kann Kohlendioxidfesteis mit ei ner Dichte größer als 1,1 kg pro Liter erzeugt und in der Tief see versenkt werden. In diesem Fall ist die Dichte des Kohlen dioxideises höher als jene von Wasser. Solche Kohlendioxideis blöcke sinken im Meer in die Tiefe und lösen sich im Bereich der Tiefsee auf. Das Kohlendioxid verbleibt dort, weil praktisch kein Austausch des Tiefenwassers mit dem Oberflächenwasser statt findet.In an embodiment of the invention, carbon dioxide ice with egg a density greater than 1.1 kg per liter and in the deep be sunk. In this case, the density of the coal dioxideises higher than that of water. Such carbon dioxide ice blocks sink into the sea and dissolve in the area the deep sea. The carbon dioxide stays there because it's practical no exchange of deep water with surface water instead finds.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann der Stickstoff und Sauerstoff der Luft mittels einer Luftzerlegungsanlage ge trennt werden und diese Gase als Kühlmedium zur Vorkühlung des auszufrierenden Kohlendioxids herangezogen werden. Hierdurch kann ein Teil des Energiebedarfs für den Betrieb der Luftzerle gungsanlage durch Einsparungen beim Betrieb der Kohlendioxideis anlage zurückgewonnen werden.In an advantageous embodiment of the invention, the nitrogen and oxygen in the air by means of an air separation plant be separated and these gases as a cooling medium for pre-cooling the carbon dioxide to be frozen. Hereby can be a part of the energy required for the operation of the air zerle system through savings in the operation of carbon dioxide ice plant can be recovered.
Bei einem Gas- und Dampfturbinenkraftwerk mit einem an der Gas turbine angeschlossenen Abhitzedampferzeuger und einem dampfsei tig am Abhitzedampferzeuger angeschlossenen Dampfkraftwerksteil kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dem Abhitzedampfer zeuger gasseitig, das heißt an der Leitung für das Kreislaufgas, eine Wärmetauscheranlage zur Kondensatvorwärmung nachgeschaltet und die Leitung für das Kreislaufgas über einen Gasverdichter wieder in die Brennkammer der Gasturbine zurückgeführt sein, wobei die Brennkammer eingangsseitig an eine Sauerstoffleitung und eine Brennstoffleitung angeschlossen ist. Durch diese Maß nahme kann die Gaseintrittstemperatur bei gleichzeitiger Ver größerung des Volumenstroms auf für die Gasturbine verträgliche Werte abgesenkt werden. Darüber hinaus kann so das Kreislaufgas frei von Stickstoff und Stickoxiden gehalten werden. Das hat zur Folge, daß diese Gase auch in der Abzugsleitung fehlen, mit der weiteren Folge, daß sich die Kühlleistung für das Ausfrieren des Kohlendioxids vermindert und keine schädlichen Restgase hinter der Kohlendioxideisanlage zurückbleiben.In a gas and steam turbine power plant with one at the gas Turbine connected heat recovery steam generator and a steam egg Steam power plant part connected to the waste heat steam generator can in a further embodiment of the invention, the waste heat steamer generator on the gas side, i.e. on the line for the recycle gas, downstream of a heat exchanger system for preheating condensate and the line for the recycle gas via a gas compressor be returned to the combustion chamber of the gas turbine, the combustion chamber on the input side to an oxygen line and a fuel line is connected. By that measure can take the gas inlet temperature with simultaneous Ver Increasing the volume flow to tolerable for the gas turbine Values are lowered. In addition, the cycle gas be kept free of nitrogen and nitrogen oxides. That has to Consequence that these gases are also missing in the exhaust line, with the further consequence that the cooling capacity for freezing the Reduced carbon dioxide and no harmful residual gases behind the carbon dioxide ice plant.
In besonders zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung kann der Brennkammer der Gasturbine eine Luftzerlegungsanlage vorgeschal tet sein, deren Produktleitungen an einer Wärmetauscheranlage in der Abzugsleitung vor der Kohlendioxideisanlage und deren Sauerstoffleitung im weiteren Verlauf an der Brennkammer der Gasturbine angeschlossen sind. Durch diese Maßnahme wird die für den Betrieb der Luftzerlegungsanlage erforderliche Energie zum Teil dadurch wieder eingespart, daß der der Luftzerlegungs anlage entströmende kalte Stickstoff und Sauerstoff zur Kühlung des der Kohlendioxideisanlage zuströmenden Kohlendioxids heran gezogen wird. Das hat zur Folge, daß der Energiebedarf der Koh lendioxideisanlage deutlich vermindert wird.In a particularly expedient development of the invention, the Combustion chamber of the gas turbine upstream of an air separation plant be its product lines on a heat exchanger system in the fume cupboard in front of the carbon dioxide ice system and its Oxygen line in the further course of the combustion chamber of the Gas turbine are connected. This measure will Energy required to operate the air separation plant partly saved by the fact that the air separation system emitting cold nitrogen and oxygen for cooling of the carbon dioxide flowing into the carbon dioxide ice plant is pulled. As a result, the energy demand of the Koh Lendioxideisanlage is significantly reduced.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand dreier in den Figuren dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:Further details of the invention are based on three in the Illustrated exemplary embodiments illustrated. Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Gas- und Dampfturbinenkraftwerks mit halb offenem Kreislauf, FIG. 1 is a schematic representation of a gas inventive cycle power plant with semi-open circuit,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines anderen erfindungsge mäßen Gas- und Dampfturbinenkraftwerks mit einem der Brenn kammer vorgeschalteten Vergaser und einer Luftzerlegungs anlage, Fig. 2 is a schematic illustration of another erfindungsge MAESSEN gas and steam turbine power plant with a combustion chamber upstream of the carburetor and an air separation plant,
Fig. 3 eine Variante des in der Fig. 2 dargestellten Ausführungs beispiels mit zusätzlicher Gaszerlegungsanlage, bei der der Brennkammer der Gasturbine ausschließlich Kohlenmono xid als Brennstoff zugeführt wird und Wasserstoff als Ko produkt anfällt, und Fig. 3 shows a variant of the embodiment shown in FIG. 2, for example, with an additional gas separation plant, in which the combustion chamber of the gas turbine is supplied exclusively with carbon monoxide as fuel and hydrogen is obtained as a co-product, and
Fig. 4 eine Variante des Ausführungsbeispiels der Fig. 1, bei der die Dampfturbine weggelassen wurde und der erzeugte Dampf zusätzlich in die Gasturbine eingespeist wird. Fig. 4 shows a variant of the embodiment of Fig. 1, in which the steam turbine has been omitted and the steam generated is additionally fed into the gas turbine.
In der schematischen Darstellung der Fig. 1 erkennt man ein Gas- und Dampfturbinenkraftwerk 1, bei dem der Gasturbinenkraft werksteil 2 eine Gasturbine 4 und je einen von der Gasturbine 4 angetriebenen Generator 6, einen Kreislaufgasverdichter 8, ei nen Luftverdichter 10 sowie eine der Gasturbine vorgeschaltete Brennkammer 12 umfaßt. An der die Gasturbine 4 verlassenden Leitung 14 für das Kreislaufgas ist der Abhitzedampferzeuger 16 des Dampfturbinenkraftwerks 18 angeschlossen. Dieses umfaßt ei nen Speisewasserbehälter 20, eine Speisewasserpumpe 22, die das Speisewasser aus dem Speisewasserbehälter 20 in die Heizflächen (nicht dargestellt) des Abhitzedampferzeugers 16 drückt, eine an den Dampfleitungen 24, 25 des Abhitzedampferzeugers 16 ange schlossene mehrgehäusige Dampfturbine 26, einen abdampfseitig an der Dampfturbine 26 angeschlossenen Kondensator 28 sowie ei ne mit ihrer Saugseite am Kondensator 28 angeschlossene Konden satpumpe 30, die das Kondensat durch einen in der Leitung 14 für das Kreislaufgas in Strömungsrichtung hinter dem Abhitze dampferzeuger 16 liegenden Speisewasservorwärmer 32 hindurch in den Speisewasserbehälter 20 befördert. In der Leitung 14 für das Kreislaufgas ist in Strömungsrichtung hinter dem Speisewas servorwärmer 32 ein Kühler 34 zur Kühlung der Abgase und Aus kondensation ihres Wasseranteils eingebaut. In Strömungsrich tung hinter diesem Kühler 34 zweigt von der Leitung 14 für das Kreislaufgas eine Abzugsleitung 15 ab. An dieser Abzugsleitung 15 sind ein Gasverdichter 35, ein Sauerstoff/Kohlendioxidkühler 63, ein Stickstoff/Kohlendioxidkühler 62 sowie eine Kohlendio xideisanlage 36 eingebaut. Ausgangsseitig kann die Kohlendio xideisanlage 36 an beliebige Transporteinrichtungen 38 für das Kohlendioxideis angeschlossen sein, die dieses schließlich in der Tiefsee 66 deponieren.In the schematic illustration of FIG. 1 can be seen a gas and steam turbine power plant 1, wherein the gas turbine power station part 2 a gas turbine 4 and each have a generator driven by the gas turbine 4 generator 6, a cycle gas compressor 8 egg NEN air compressor 10 as well as one of the gas turbine upstream Combustion chamber 12 includes. The waste heat steam generator 16 of the steam turbine power plant 18 is connected to the line 14 for the cycle gas leaving the gas turbine 4 . This includes egg NEN feed water tank 20 , a feed water pump 22 , which presses the feed water from the feed water tank 20 into the heating surfaces (not shown) of the waste heat steam generator 16 , one connected to the steam lines 24 , 25 of the waste heat steam generator 16 connected multi-housing steam turbine 26 , one on the steam side steam turbine 26 connected capacitor 28 and ei ne with its suction side to the capacitor 28 connected condensate satpumpe 30 which conveys the condensate by a in the pipe 14 for the circulating gas downstream of the waste heat steam generator 16 feedwater 32 located therethrough in the feed water tank 20th In the line 14 for the circulating gas, a cooler 34 for cooling the exhaust gases and condensing out their water content is installed downstream of the feedwater servo heater 32 . In the direction of flow behind this cooler 34 branches off from the line 14 for the recycle gas, a discharge line 15 . At this exhaust line 15 , a gas compressor 35 , an oxygen / carbon dioxide cooler 63 , a nitrogen / carbon dioxide cooler 62 and a Kohlendio xideisanlage 36 are installed. On the output side, the Kohlendio xideisanlage 36 can be connected to any transport devices 38 for the carbon dioxide ice, which finally deposit it in the deep sea 66 .
Dieses Gas- und Dampfturbinenkraftwerk 1 sollte vorzugsweise auch mit einer Luftzerlegungsanlage 40 ausgestattet werden. Diese Luftzerlegungsanlage wird in der zur Brennkammer 12 der Gasturbine 4 führenden Frischluftleitung 41 eingebaut. Deren Sauerstoffleitung 42 ist dann über den Sauerstoff/Kohlendioxid kühler 63 und einen Sauerstoffverdichter 44 an der Brennkammer 12 der Gasturbine 4 angeschlossen. Die Stickstoffleitung 46 der Luftzerlegungsanlage 40 wird an einen weiteren, in der Abzugs leitung 15 vor der Kohlendioxideisanlage 36 eingebauten Stick stoff/Kohlendioxidkühler 62 angeschlossen.This gas and steam turbine power plant 1 should preferably also be equipped with an air separation unit 40 . This air separation plant is installed in the fresh air line 41 leading to the combustion chamber 12 of the gas turbine 4 . The oxygen line 42 is then connected via the oxygen / carbon dioxide cooler 63 and an oxygen compressor 44 to the combustion chamber 12 of the gas turbine 4 . The nitrogen line 46 of the air separation unit 40 is connected to a further, in the exhaust line 15 in front of the carbon dioxide ice system 36 built nitrogen / carbon dioxide cooler 62 .
Beim Betrieb des Gas- und Dampfturbinenkraftwerks 1 der Fig. 1 wird über den Luftverdichter 10 Frischluft in die Luftzerlegungs anlage 40 gedrückt. Dort werden im wesentlichen der Stickstoff und Sauerstoff voneinander getrennt. Der in der Luftzerlegungs anlage 40 abgetrennte Sauerstoff wird über die Sauerstofflei tung 42, dem Sauerstoff/Kohlendioxidkühler 63 und einem in der Sauerstoffleitung eingebauten Sauerstoffverdichter 44 in die Brennkammer 12 der Gasturbine 4 gedrückt. Gleichzeitig wird mittels des von der Gasturbine 4 angetriebenen Kreislaufgasver dichters 8 Kreislaufgas, im wesentlichen Kohlendioxid, in die Brennkammer 12 gedrückt. Außerdem wird der Brennkammer über die Brennstoffleitung 50 ein sauberer Brennstoff, wie beispiels weise Erdgas, zugeführt und dort verbrannt. Statt des Erdgases könnten aber auch gereinigte Kokereigase, Kohlegase, Schwelga se, Biogas, Deponiegas, Synthesegase, Methan, CO, H2, Äthan, Propan, Butan, Erdöl, Methanol und andere saubere, das heißt ohne feste Rückstände verbrennbare, organische Flüssigbrenn stoffe verbrannt werden.During operation of the gas and steam turbine power plant 1 of FIG. 1, fresh air is pressed into the air separation plant 40 via the air compressor 10 . There the nitrogen and oxygen are essentially separated from each other. The separated in the air separation plant 40 oxygen is pressed via the oxygen line 42 , the oxygen / carbon dioxide cooler 63 and an oxygen compressor 44 installed in the oxygen line into the combustion chamber 12 of the gas turbine 4 . At the same time by means of the driven by the gas turbine 4 Kreislaufgasver poet 8 cycle gas, essentially carbon dioxide, is pressed into the combustion chamber 12 . In addition, a clean fuel, such as natural gas, is fed to the combustion chamber via the fuel line 50 and burned there. Instead of natural gas, however, purified coke oven gases, coal gases, smoldering gas, biogas, landfill gas, synthesis gases, methane, CO, H 2 , ethane, propane, butane, petroleum, methanol and other clean, i.e. combustible, organic liquid fuels without solid residues be burned.
Die heißen Abgase der Brennkammer 12 durchströmen als sogenann tes Kreislaufgas die Gasturbine 4, welche den Gasverdichter 8 und den Generator 6 antreibt und gelangen über die Leitung 14 für das Kreislaufgas der Gasturbine in den Abhitzedampferzeuger 16 des Dampfturbinenkraftwerkteil 18. Dort gibt das Kreislauf gas seine fühlbare Wärme an das mittels der Speisewasserpumpe 22 eingespeiste Speisewasser ab und erzeugt dabei überhitzten Dampf. Der überhitzte Dampf strömt über die Dampfleitung 24 in den Hochdruckteil 52 der Dampfturbine 26, von dort über weitere Überhitzerheizflächen des Abhitzedampferzeugers 16 und die Dampf leitung 25 in den Niederdruckteil 54 der Dampfturbine. Die bei den auf der gleichen Welle 56 arbeitenden Teile der Dampfturbi ne 26 treiben den Generator 58 an. Der Abdampf der Dampfturbine gelangt in den Kondensator 28, wo er kondensiert. Das sich im Kondensator 28 bildende Kondensat wird von der Kondensatpumpe 30 abgezogen und durch den Speisewasservorwärmer 32 in den Speisewasserbehälter 20, der auch zur Speisewasser-Entgasung dient, wieder zurückgepumpt. Das Speisewasser im Speisewasser behälter kann über eine Dampfleitung 60 mit nicht völlig ent spanntem Dampf aus dem Niederdruckteil 54 der Dampfturbine wei ter aufgewärmt werden. The hot exhaust gases of the combustion chamber 12 flow as so-called cycle gas through the gas turbine 4 , which drives the gas compressor 8 and the generator 6, and reach the waste heat steam generator 16 of the steam turbine power plant part 18 via line 14 for the cycle gas of the gas turbine. There, the gas circuit gives off its sensible heat to the feed water fed by means of the feed water pump 22 and thereby generates superheated steam. The superheated steam flows through the steam line 24 into the high-pressure part 52 of the steam turbine 26 , from there via further superheater heating surfaces of the heat recovery steam generator 16 and the steam line 25 into the low-pressure part 54 of the steam turbine. The parts of the steam turbine 26 working on the same shaft 56 drive the generator 58 . The steam turbine exhaust passes into the condenser 28 where it condenses. The condensate that forms in the condenser 28 is drawn off by the condensate pump 30 and pumped back through the feed water preheater 32 into the feed water container 20 , which is also used for degassing the feed water. The feed water in the feed water container can be warmed up via a steam line 60 with steam that is not completely released from the low-pressure part 54 of the steam turbine.
Das den Abhitzedampferzeuger 16 verlassende Kreislaufgas gibt seine restliche Wärme in dem Speisewasservorwärmer 32 an das mittels der Kondensatpumpe 30 in den Speisewasserbehälter 20 geförderte Kondensat ab. Dem Kreislaufgas wird anschließend weitere Wärme in einem dem Speisewasservorwärmer 32 nachgeschal teten, mit Kühlwasser beaufschlagten Kühler 34 entzogen. Dabei wird das Kreislaufgas so stark abgekühlt, daß der Wasserdampf im Kühler 34 auskondensiert. Das den Kühler 34 verlassende, trockene, im wesentlichen aus Kohlendioxid bestehende Kreislauf gas wird in Strömungsrichtung hinter dem Kühler 34 vom Kreislauf gasverdichter 8 in die Brennkammer 12 der Gasturbine 4 gedrückt. Dort dient das in die Brennkammer 12 eingeleitete sauerstoff arme Kreislaufgas dazu, um bei gleichzeitiger Vergrößerung des Gasvolumens die Gastemperatur unter die für die verwendete Gas turbine 4 höchstzulässige Eintrittstemperatur abzusenken. Der hierfür nicht benötigte Anteil des abgekühlten Kreislaufgases wird über den Gasverdichter 35 in den Sauerstoff/Kohlendioxid kühler 63 und den Stickstoff/Kohlendioxidkühler 62 befördert, wo dem abgezogenen Kreislaufgas mit dem kalten Sauerstoff und Stickstoff aus der Luftzerlegungsanlage 40 im Gegenstrom wei tere Wärme entzogen wird. Während der dabei aufgewärmte Sauer stoff über den Sauerstoffverdichter 44 in die Brennkammer 12 der Gasturbine 4 gedrückt wird, gelangt das nunmehr stark ab gekühlte, abgezogene Kreislaufgas in die Kohlendioxideisanlage 36, wo nach einem bekannten Verfahren Kohlendioxideisblöcke mit einem spezifischen Gewicht von größer als 1,1 erzeugt werden. Die Kohlendioxideisblöcke werden dann über beliebige Transport einrichtungen 38, wie zum Beispiel Kühlwagen und Kühlschiffe, zum Meer transportiert und dort in der Tiefsee versenkt. Wegen ihres hohen spezifischen Gewichts sinken sie auf den Meeres grund und lösen sich bei den dort herrschenden hohen Drücken im Tiefenwasser. Dieses Tiefenwasser wird, wie man heute weiß, nicht mit dem Oberflächenwasser ausgetauscht. Das darin gelöste Kohlendioxid wird daher mit der Zeit teilweise in Sediment 68 gefunden. The circulating gas leaving the heat recovery steam generator 16 releases its remaining heat in the feed water preheater 32 to the condensate conveyed into the feed water container 20 by means of the condensate pump 30 . The circulating gas is then removed from further heat in a downstream of the feed water preheater 32 , which is acted upon with coolant cooler 34 . The cycle gas is cooled so much that the water vapor condenses in the cooler 34 . The cooler 34 leaving dry, consisting essentially of carbon dioxide cycle gas is pressed in the flow direction behind the cooler 34 by the cycle gas compressor 8 into the combustion chamber 12 of the gas turbine 4 . There, the oxygen-poor circulating gas introduced into the combustion chamber 12 serves to lower the gas temperature below the maximum permissible inlet temperature for the gas turbine 4 used, while at the same time increasing the gas volume. The portion of the cooled recycle gas that is not required for this purpose is conveyed via the gas compressor 35 into the oxygen / carbon dioxide cooler 63 and the nitrogen / carbon dioxide cooler 62 , where further heat is withdrawn from the extracted cycle gas with the cold oxygen and nitrogen from the air separation plant 40 in countercurrent. While the warmed up oxygen is pressed via the oxygen compressor 44 into the combustion chamber 12 of the gas turbine 4 , the now strongly cooled, withdrawn cycle gas reaches the carbon dioxide ice system 36 , where, according to a known method, carbon dioxide ice blocks with a specific weight of greater than 1.1 be generated. The carbon dioxide ice blocks are then transported to the sea via any transport devices 38 , such as, for example, refrigerated vehicles and cooling ships, and sunk there in the deep sea. Because of their high specific weight, they sink to the bottom of the sea and dissolve in the deep water at the high pressures prevailing there. As is known today, this deep water is not exchanged with the surface water. The carbon dioxide dissolved in it is therefore partially found in sediment 68 over time.
Die Fig. 2 zeigt ein anderes erfindungsgemäßes Gas- und Dampf turbinenkraftwerk 70. Auch bei diesem Gas- und Dampfturbinen kraftwerk 70 umfaßt der Gasturbinenkraftwerksteil 72 eine Gas turbine 74, die einen Generator 76 und einen Kreislaufgasver dichter 78 antreibt und eine der Gasturbine 74 vorgeschaltete Brennkammer 82. Fig. 2 shows another inventive gas and steam turbine power train 70. Also in this gas and steam turbine power plant 70, the gas turbine power plant part 72 comprises a gas turbine 74 which drives a generator 76 and a Kreislaufgasver denser 78 and one of the gas turbine 74 upstream combustion chamber 82nd
Der Dampfturbinenkraftwerksteil 84 umfaßt einen gasseitig an die Gasturbine 74, das heißt die Leitung 86 für das Kreislauf gas, angeschlossenen Abhitzedampferzeuger 88, eine Dampfturbine 90 mit angekuppeltem Generator 92, einen Kondensator 94, eine Kondensatpumpe 96, einen Speisewasservorwärmer 98, einen Spei sewasserbehälter 100 und eine Speisewasserpumpe 102 zwischen dem Speisewasserbehälter und dem Abhitzedampferzeuger 88.The steam turbine power plant part 84 comprises a gas-side to the gas turbine 74 , that is, the line 86 for the circuit gas, waste heat steam generator 88 connected , a steam turbine 90 with a coupled generator 92 , a condenser 94 , a condensate pump 96 , a feed water preheater 98 , a feed water tank 100 and a feed water pump 102 between the feed water tank and the heat recovery steam generator 88 .
Der Brennkammer 82 der Gasturbine 74 ist ein Luftverdichter 80 und eine Luftzerlegungsanlage 104 vorgeschaltet, deren Sauer stoffleitung 106 über einen Sauerstoff/Kohlendioxidkühler 111 und einen Sauerstoffverdichter 108 an die Brennkammer 82 der Gasturbine 74 und deren Stickstoffleitung 110 an einen Stick stoff/Kohlendioxidkühler 112 angeschlossen ist. Brennstoffsei tig ist der Brennkammer 82 der Gasturbine 74 im Ausführungsbei spiel ein Kohlevergaser 114 vorgeschaltet. Dieser ist seiner seits wiederum eingangsseitig an eine Brennstoffzuführung 117 und einen mit einem Sauerstoffverdichter 113 ausgerüsteten Zweig 115 der Sauerstoffleitung der Luftzerlegungsanlage 104 und ausgangsseitig, das heißt mit seiner Rohgasleitung 122, an eine Gaswaschanlage 116 angeschlossen. Diese Gaswaschanlage ist über eine Reingasleitung 118 mit der Brennkammer 82 der Gas turbine 74 verbunden. Zwischen dem Kohlevergaser 114 und der Gaswaschanlage 116 ist eine Rohgas-Wärmetauscheranlage 120 zur Abkühlung des Rohgases des Kohlevergasers 114 in der Rohgas leitung 122 eingebaut. Diese Rohgas-Wärmetauscheranlage 120 ist mit ihrem zweiten Medium eingangsseitig an der Kondensatleitung 124 und ausgangsseitig über die Dampfleitung 138 an die Dampf turbine 90 des Dampfturbinenkraftwerksteils 84 angeschlossen. The combustion chamber 82 of the gas turbine 74 is preceded by an air compressor 80 and an air separation plant 104 , the oxygen line 106 of which is connected via an oxygen / carbon dioxide cooler 111 and an oxygen compressor 108 to the combustion chamber 82 of the gas turbine 74 and the nitrogen line 110 of which is connected to a nitrogen / carbon dioxide cooler 112 . The combustion chamber 82 of the gas turbine 74 is connected upstream of a coal gasifier 114 in the exemplary embodiment. This is in turn connected on the input side to a fuel supply 117 and a branch 115 of the oxygen line of the air separation system 104 equipped with an oxygen compressor 113 and on the output side, that is to say with its raw gas line 122 , to a gas washing system 116 . This gas washing system is connected to the combustion chamber 82 of the gas turbine 74 via a clean gas line 118 . Between the coal gasifier 114 and the gas scrubber 116 , a raw gas heat exchanger system 120 for cooling the raw gas of the coal gasifier 114 is installed in the raw gas line 122 . This raw gas heat exchanger system 120 is connected with its second medium on the input side to the condensate line 124 and on the output side via the steam line 138 to the steam turbine 90 of the steam turbine power plant part 84 .
Die den Abhitzedampferzeuger 88 verlassende Leitung 86 für das Kreislaufgas führt nacheinander durch den Speisewasservorwär mer 98 und über den Kreislaufgasverdichter 78 zurück in die Brennkammer der Gasturbine. Hinter dem Speisewasservorwärmer 98 zweigt eine Abzugsleitung 85 von der Kreislaufleitung 86 ab, welche über einen ersten Kühler 126, einem Gasverdichter 128, dem Sauerstoff/Kohlendioxidgaskühler 111, dem Stickstoff/Koh lendioxidkühler 112 und in eine Kohlendioxideisanlage 130 führt. An diese Kohlendioxideisanlage schließen sich beliebige Transportmittel 132, 133, wie Kühlwagen, Kühlwaggons oder Kühl schiffe, für das Kohlendioxidfesteis an, die dieses letztend lich zum Meer transportieren und in der Tiefsee 134 deponieren.The waste gas steam generator 88 leaving line 86 for the cycle gas leads successively through the feed water preheater 98 and via the cycle gas compressor 78 back into the combustion chamber of the gas turbine. Behind the feed water preheater 98 branches off an exhaust line 85 from the circuit line 86 , which leads via a first cooler 126 , a gas compressor 128 , the oxygen / carbon dioxide gas cooler 111 , the nitrogen / carbon dioxide cooler 112 and into a carbon dioxide ice system 130 . Any means of transport 132 , 133 , such as refrigerated wagons, refrigerated wagons or cooling ships, connect to this carbon dioxide ice system for the carbon dioxide solid ice, which ultimately transport it to the sea and deposit it in the deep sea 134 .
Beim Betrieb dieses Gas- und Dampfturbinenkraftwerks 70 wird mittels des Luftverdichters 80 Luft in die Luftzerlegungsanlage 104 gedrückt. Mit dem in der Luftzerlegungsanlage abgetrennten und mittels des Sauerstoffverdichters 113 auf den Betriebsdruck des Kohlevergasers verdichteten Sauerstoff wird die Kohle im Kohlevergaser 114 vergast und das heiße Rohgas in dem nachge schalteten Rohgaswärmetauscher 120 abgekühlt. Hierzu wird mit Hilfe einer weiteren Speisewasserpumpe 136 Kondensat aus der Kondensatleitung 124 in die Rohgaswärmetauscheranlage 120 ge drückt und dort in Dampf umgewandelt. Der Dampf wird über die Dampfleitung 138, dem Mitteldruckteil 140 der Dampfturbine 90 zugeführt.When this gas and steam turbine power plant 70 is operated, air is pressed into the air separation plant 104 by means of the air compressor 80 . With the oxygen separated in the air separation plant and compressed to the operating pressure of the coal gasifier by means of the oxygen compressor 113 , the coal is gasified in the coal gasifier 114 and the hot raw gas is cooled in the downstream raw gas heat exchanger 120 . For this purpose, condensate from the condensate line 124 is pressed into the raw gas heat exchanger system 120 with the aid of a further feed water pump 136 and converted there into steam. The steam is fed to the steam turbine 90 via the steam line 138 , the medium pressure part 140 .
Das in der Rohgaswärmetauscheranlage 120 abgekühlte Rohgas ge langt in die Gaswaschanlage 116, wo Asche, Staubpartikel, Schwe felverbindungen sowie alle wasserlöslichen Bestandteilen ausge waschen werden. Das in der Gaswaschanlage 116 gereinigte Roh gas, das sogenannte Reingas, enthält im wesentlichen nur noch Kohlenmonoxid und Wasserstoffgas. Es wird als Brenngas über die Reingasleitung 118 in die Brennkammer 82 der Gasturbine 74 ge leitet. Auch der in der Luftzerlegungsanlage 104 abgetrennte und mittels des Sauerstoffverdichters 108 auf Brennkammerdruck verdichtete Sauerstoff wird der Brennkammer 82 der Gasturbine 74 zugeführt. Außerdem wird über den von der Gasturbine 74 ange triebenen Kreislaufgasverdichter 78 Kreislaufgas - im wesentli chen CO2 - der Brennkammer 82 der Gasturbine zugeführt. Hier durch wird das die Gasturbine durchströmende Gasvolumen ver mehrt und gleichzeitig die Gasturbineneintrittstemperatur auf den für die Gasturbine maximal zulässigen Wert abgesenkt.The raw gas cooled in the raw gas heat exchanger system 120 reaches the gas washing system 116 , where ash, dust particles, sulfur compounds and all water-soluble constituents are washed out. The cleaned in the gas scrubber 116 raw gas, the so-called clean gas, contains essentially only carbon monoxide and hydrogen gas. It is ge as fuel gas via the clean gas line 118 in the combustion chamber 82 of the gas turbine 74 passes. The oxygen separated in the air separation unit 104 and compressed to the combustion chamber pressure by means of the oxygen compressor 108 is also fed to the combustion chamber 82 of the gas turbine 74 . In addition, the cycle gas compressor 78, which is driven by the gas turbine 74, supplies cycle gas - essentially CO 2 - to the combustion chamber 82 of the gas turbine. Here, the gas volume flowing through the gas turbine is increased and at the same time the gas turbine inlet temperature is reduced to the maximum permissible value for the gas turbine.
Die die Gasturbine unter Arbeitsleistung durchströmenden heißen Gase werden hinter der Gasturbine 74 als Kreislaufgas durch den Abhitzedampferzeuger 88 geleitet, wo sie ihre fühlbare Wärme an den Wasserdampfkreislauf des Dampfturbinenkraftwerksteils 84 ab geben. Restliche Wärme geben diese Kreislaufgase - sie enthal ten im wesentlichen nur Kohlendioxid, Wasserdampf und sehr we nig Sauerstoff - sodann im Kondensatvorwärmer 98 an das von der Kondensatpumpe 96 in den Speisewasserbehälter 100 beförderte Kondensat ab. Das weitgehend abgekühlte Kreislaufgas wird vom Kreislaufgasverdichter 78 in die Brennkammer 82 der Gasturbine gedrückt, um die Gaseintrittstemperatur der Gasturbine auf den für die Gasturbine maximal zulässigen Wert abzusenken. Über schüssiges Kreislaufgas wird über den in der hinter dem Kon densatvorwärmer abzweigenden Abzugsleitung eingebauten Gasver dichter 128 abgesaugt, durch den Kühler 126 gesaugt, wo es mit Kühlwasser soweit abgekühlt wird, daß die Restfeuchte auskon densiert. Sodann wird das so getrocknete, kalte, überschüssige Kreislaufgas vom Gasverdichter 128 in den Sauerstoff/Kohlen dioxidkühler 111 und in den Stickstoff/Kohlendioxidkühler 112 gedrückt, wo es von den kalten aus der Luftzerlegungsanlage 104 zuströmenden Gasen weiter abgekühlt wird, um sodann in die Koh lendioxideisanlage 130 einzuströmen. Dort wird das CO2 in an sich bekannter Weise in Kohlendioxideis mit einem spezifischen Gewicht größer als 1,1 umgewandelt. Der Transport der Kohlen dioxideisblöcke und ihre Versenkung in der Tiefsee 134 erfolgt in gleicher Weise wie das anhand des Ausführungsbeispiels der Fig. 1 beschrieben worden ist. The hot gases flowing through the gas turbine under working power are passed behind the gas turbine 74 as recycle gas through the heat recovery steam generator 88 , where they give off their sensible heat to the steam circuit of the steam turbine power plant part 84 . These circulating gases give residual heat - they essentially only contain carbon dioxide, water vapor and very little oxygen - then in the condensate preheater 98 to the condensate conveyed from the condensate pump 96 into the feed water tank 100 . The largely cooled cycle gas is pressed by the cycle gas compressor 78 into the combustion chamber 82 of the gas turbine in order to lower the gas inlet temperature of the gas turbine to the maximum permissible value for the gas turbine. About closed cycle gas is sucked off in the built-in behind the condensate branch condensate gas condenser 128, sucked through the cooler 126 , where it is cooled with cooling water to the extent that the residual moisture condenses. Then the so dried, cold, excess cycle gas from the gas compressor 128 is pressed into the oxygen / carbon dioxide cooler 111 and into the nitrogen / carbon dioxide cooler 112 , where it is further cooled by the cold gases flowing in from the air separation plant 104 , and then into the carbon dioxide ice plant 130 flow in. There, the CO 2 is converted in a manner known per se into carbon dioxide ice with a specific weight greater than 1.1. The transport of the carbon dioxide ice blocks and their sinking into the deep sea 134 takes place in the same way as that which has been described with reference to the exemplary embodiment in FIG. 1.
Bei diesem Gasturbinenkraftwerk 70 können abweichend vom Aus führungsbeispiel der Fig. 1 feste Brennstoffe verwendet werden. Hierfür eignen sich neben Kohle, Torf, Holz, Biomasse, Schwer öl oder auch Ölschiefer und Ölsand, wenn der Vergaser für solche Brennstoffe konzipiert ist. Infolge des Betriebs des Kohlever gasers 114 als auch der Brennkammer 82 der Gasturbine 74 mit reinem Sauerstoff werden auch keine Stickoxide erzeugt. Darüber hinaus wird ein Teil der in der Luftzerlegungsanlage 104 ver brauchten Energie wieder in dem der Kohlendioxideisanlage 130 vorgeschalteten Sauerstoff- 111 und Stickstoff/Kohlendioxidküh ler 112 dadurch zurückgewonnen, daß der Kohlendioxideisanlage stark vorgekühltes Kohlendioxid zugeführt und so deren Energie bedarf vermindert wird. Letztendlich entströmen diesem Gas- und Dampfturbinenkraftwerk nur Wasser und Kohlendioxideis, welches letzteres im Meer deponiert werden kann. Außerdem werden die in der Gaswaschanlage 116 ausgewaschenen Stoffe frei.In this gas turbine power plant 70 , in contrast to the exemplary embodiment from FIG. 1, solid fuels can be used. In addition to coal, peat, wood, biomass, heavy oil or oil shale and oil sand are suitable if the carburettor is designed for such fuels. As a result of the operation of the coal gasifier 114 and the combustion chamber 82 of the gas turbine 74 with pure oxygen, no nitrogen oxides are also generated. In addition, a portion of the energy consumed in the air separation plant 104 is recovered again in the oxygen 111 and nitrogen / carbon dioxide cooler 112 connected upstream of the carbon dioxide ice plant 130 by supplying the carbon dioxide ice plant with strongly precooled carbon dioxide and thus reducing its energy requirement. Ultimately, this gas and steam turbine power plant only releases water and carbon dioxide ice, the latter of which can be deposited in the sea. In addition, the substances washed out in the gas washing system 116 are released.
In einer weiteren in der Fig. 3 verdeutlichten Variante des Gas- und Dampfturbinenkraftwerks 70 ist zwischen der Gaswasch anlage 116 und der Brennkammer 82 der Gasturbine 74 noch eine Tieftemperaturgaszerlegungsanlage 142 eingebaut worden. Mit dieser Tieftemperaturgaszerlegungsanlage 142 wird das Reingas in Kohlenmonoxid, Wasserstoffgas und weitere Restgase aufge spalten. Dieses erlaubt es, das wertvolle Wasserstoffgas und die weiteren Restgase vom Kohlenmonoxidgas abzutrennen und er steres über die Wasserstoffleitung 144 als wertvollen Chemie rohstoff zu verkaufen. Der Brennkammer 82 der Gasturbine 74 wird in diesem Fall nur reines Kohlenmonoxid als Brennstoff zugeführt. Die Gasturbine wird daher nur noch mit Kohlendioxid betrieben. Im Kühler 126 hinter dem Speisewasservorwärmer 98 fällt somit kein Wasser mehr an. Das Gasvolumen, das durch die Gasturbine 74 strömt, ist gegenüber dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 deutlich vermindert.In a further variant of the gas and steam turbine power plant 70 illustrated in FIG. 3, a low-temperature gas separation plant 142 has been installed between the gas washing plant 116 and the combustion chamber 82 of the gas turbine 74 . With this low-temperature gas separation plant 142 , the clean gas is split up into carbon monoxide, hydrogen gas and other residual gases. This makes it possible to separate the valuable hydrogen gas and the other residual gases from the carbon monoxide gas and sell them as a valuable chemical raw material via the hydrogen line 144 . In this case, the combustion chamber 82 of the gas turbine 74 is supplied with pure carbon monoxide as fuel. The gas turbine is therefore only operated with carbon dioxide. There is therefore no longer any water in the cooler 126 behind the feed water preheater 98 . The gas volume that flows through the gas turbine 74 is significantly reduced compared to the exemplary embodiment in FIG. 2.
Schließlich läßt sich auch, wie anhand der Fig. 4 gezeigt wird, ganz auf die Dampfturbine verzichten. So ist das Kraftwerk der Fig. 4 mit jenem der Fig. 1 mit Ausnahme der weggelassenen Dampfturbinenanlage identisch. Der im Abhitzedampferzeuger 16 erzeugte Dampf wird zusätzlich zu den übrigen Gasen in die Brennkammer 12 der Gasturbine 4 eingespeist und vergrößert des sen Volumenstrom bei gleichzeitiger Begrenzung der Eintritts temperatur der Gasturbine auf den maximal zulässigen Wert. Der im Kühler 34 vermehrt auskondensierte Dampf wird über die Kon densatpumpe 31 über den Speisewasservorwärmer 32 in den Speise wasserbehälter befördert. Im übrigen arbeiten alle Bauelemente in derselben Weise zusammen wie anhand des Ausführungsbeispiels der Fig. 1 beschrieben wurde. Diese Variante ist in der Her stellung preiswerter. Sie läßt sich besonders vorteilhaft auch dann einsetzen, wenn, wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 3, Wasserstoffgas aus der Anlage ausgeschleust wird, weil so der Dampf die Füllung der Gasturbine wieder ausgleichen kann.Finally, as shown in FIG. 4, the steam turbine can also be dispensed with entirely. Thus, the power plant of Fig. 4 with that of Fig. 1 with the exception of the omitted steam turbine system is identical. The steam generated in the heat recovery steam generator 16 is fed in addition to the other gases into the combustion chamber 12 of the gas turbine 4 and increases the volume flow sen while limiting the inlet temperature of the gas turbine to the maximum permissible value. The increasingly condensed in the cooler 34 steam is transported via the condensate pump 31 via the feed water preheater 32 into the feed water tank. Otherwise, all components work together in the same way as was described with reference to the exemplary embodiment in FIG. 1. This variant is cheaper to manufacture. It can also be used particularly advantageously if, as in the exemplary embodiment in FIG. 3, hydrogen gas is discharged from the system, because the steam can then equalize the filling of the gas turbine.
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