DE69931682T2

DE69931682T2 - Verbrennungsmethode

Info

Publication number: DE69931682T2
Application number: DE69931682T
Authority: DE
Inventors: Kazuaki Nakagawa; Toshiyuki Ohashi
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-03-17
Filing date: 1999-03-17
Publication date: 2007-05-10
Anticipated expiration: 2019-03-18
Also published as: DE69931682D1; EP0943585A3; EP0943585B1; EP0943585A2; JP3926917B2; JPH11263988A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung eines Verbrennungssystems zur Umwandlung von auf Kohlenwasserstoff basierendem Brennstoff. In einem Verbrennungssystem verwendeter fester oder flüssiger Brennstoff, der Kohlenwasserstoff als eine Hauptkomponente wie beispielsweise Kohle oder Erdöl aufweist, wird der Brennstoff zuerst mittels Vergasung in Wasserstoff und Kohlenmonoxid umgewandelt und dann verbrannt. Bei dem Vergasungsprozess wird jedoch Kohlendioxid produziert und beträgt einen Volumengehalt von 10 bis 40% in einem Verbrennungsgas, so dass ein Problem darin besteht, dass eine durch die Verbrennung des Brennstoffgases erzielte Verbrennungsenergie infolge der Koexistenz von Kohlendioxidgas reduziert wird.
In Bezug auf dieses ungelöste Problem wurden zur Abtrennung/Entfernung des Kohlendioxidgases aus dem Verbrennungsgas folgende Verfahren untersucht: eines ist, dass ein von der Vergasung eines Brennstoffs wie beispielsweise Erdöl erzieltes Hochtemperaturgas einmal auf die Umgebungstemperatur abgekühlt wird und einer chemischen Absorption durch ein auf Alkanolamin basierendem Lösungsmittel unterzogen wird und das zweite Verfahren ist, dass das Kohlendioxid aus dem Gas, welches mittels einer Cellulose-Azetatmembran abgekühlt wurde, abgetrennt und entfernt wird.
Jedes dieser Verfahren zur Abtrennung/Entfernung des Kohlendioxids weist jedoch einen großen Wärmeverlust infolge der Abkühlung des Brennstoffgases vor Einführung in ein Verbrennungssystem mit einer hohen Temperatur auf, wodurch die Anwendung in einem weiten Bereich verhindert wird.
Des Weiteren offenbart die JP 5287284 ein Verfahren zum Reformieren eines verflüssigten Erdgases, wobei verflüssigtes Erdgas in einem Verdampfer vergast und in einen Reformer eingeführt wird. Das rückgebildete Gas wird in einen Hochtemperatur CO-Umwandlungs-Reaktor und einen Niedrigtemperatur-Umwandlungs-Reaktor eingeführt, um das CO durch die Umwandlungsreaktion mit Dampf zu Hz und CO₂ zurückzubilden. Danach wird das zurückgebildete Gas behandelt, um das CO₂ abzutrennen und zu entfernen.
Es ist dementsprechend ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die Verwendung eines Verbrennungssystems zur Verfügung zu stellen, bei dem, wenn ein auf Kohlenwasserstoff basierender Brennstoff in ein Gas inklusive Wasserstoff umgewandelt und verbrannt wird, ein Kohlendioxidgas in einem sich im Hochtemperaturzustand befindenden Brennstoffgas nicht in der Hochtemperatur abgekühlt und entfernt wird, was eine Verbrennung mit hoher Effizienz ermöglicht.
Dieses Ziel wird durch ein Verfahren gemäß den Ansprüchen 1, 8 und 12 erreicht.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, ist die Verwendung eines Verbrennungssystems vorgesehen, umfassend:
eine Brennstoff-Umwandlungseinheit zum Umwandeln von auf Kohlenwasserstoff basierendem Brennstoff in ein Gas inklusive Kohlenmonoxid, Wasserstoff und Kohlendioxid;
eine Kohlendioxidgas-Abtrenneinheit, in die ein in der Umwandlungseinheit erzeugtes Gas eingeführt wird und in der ein Kohlendioxidgas-Absorptionsmittel angeordnet ist, das zumindest ein Lithiumkompositoxid zum Absorbieren eines Kohlendioxidgases bei einer Temperatur, die höher ist als die Temperatur des in der Umwandlungseinheit erzeugten Gases ist, umfasst; und
eine Verbrennungseinheit zum Verbrennen eines Gases, welches in der Abtrenneinheit als Brennstoff abgetrennt wurde.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung eines Verbrennungssystems vorgesehen, umfassend:
eine Brennstoff-Umwandlungseinheit zum Umwandeln von auf Kohlenwasserstoff basierendem Brennstoff in ein Gas inklusive Kohlenmonoxid, Wasserstoff und Kohlendioxid;
eine Kohlendioxidgas-Abtrenneinheit, in die ein in der Umwandlungseinheit erzeugtes Gas eingeführt wird und in der ein Kohlendioxidgas-Absorptionsmittel zum Absorbieren eines Kohlendioxidgases bei einer Temperatur, die höher als die Temperatur des in der Umwandlungseinheit erzeugten Gases ist, angeordnet ist; und
eine Verbrennungseinheit zum Verbrennen eines in der Abtrenneinheit als Brennstoff abgetrennten Gases,
wobei die Kohlendioxid-Abtrenneinheit einen Reaktor umfasst, sowie eine Scheibe, die in dem Reaktor nahe dessen Boden angeordnet ist, und das Kohlendioxidgas-Absorptionsmittel in der Form von Partikeln hält, sowie eine Antriebsquelle zum Drehen der Scheibe und eine Trennwand, die an den entgegen gesetzten inneren Seitenwänden in dem Reaktor fixiert ist, wobei eine obere innere Oberfläche des Reaktors, die ein unteres Ende aufweist, um die obere Oberfläche der Scheibe zu berühren, so dass die Trennwand den Reaktor in linke und rechte Seiten halbiert, um eine erste Kammer auszubilden, die mit der Brennstoff-Umwandlungseinheit verbunden ist, sowie einer zweiten Kammer, die mit einer Reproduktionsgas-Zufuhrquelle verbunden ist.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung eines Verbrennungssystems vorgesehen, umfassend:
eine Brennstoff-Umwandlungseinheit zum Umwandeln eines auf Kohlenwasserstoff basierenden Brennstoffes in ein Gas inklusive Kohlenmonoxid, Wasserstoff und Kohlendioxid;
eine Kohlendioxidgas-Abtrenneinheit, in die ein in der Umwandlungseinheit erzeugtes Gas eingeführt wird, und in die ein Kohlendioxidgas-Absorptionsmittel zum Absorbieren eines Kohlendioxidgases angeordnet ist, wobei die Temperatur höher als die des in der Umwandlungseinheit erzeugten Gases ist; und
eine Verbrennungseinheit zum Verbrennen eines in der Abtrenneinheit als Brennstoff abgetrennten Gases,
wobei das Kohlendioxid-Absorptionsmittel zumindest ein Lithiumkompositoxid enthält, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus den Hauptkomponenten Lithiumzirkonat, Lithiumferrit, Lithiumnickeloxid und Lithiumtitanat besteht.
Diese Zusammenfassung der Erfindung beschreibt nicht unbedingt alle notwendigen Merkmale, so dass die Erfindung auch aus weiteren Kombinationen der hier beschriebenen Merkmale bestehen kann.
Die Erfindung kann unter Zuhilfenahme der folgenden detaillierten Beschreibungen zusammen mit den begleitenden Zeichnungen besser verstanden werden, in denen:
1 ein Blockdiagramm ist, das die Verwendung eines Verbrennungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 eine schematische Darstellung ist, die eine in dem Verbrennungssystem aus 1 befindliche Kohlendioxidgas-Abtrenneinheit zeigt.
3 eine schematische Schnittdarstellung einer anderen Kohlendioxidgas-Abtrenneinheit ist, die sich in dem Verbrennungssystem von 1 befindet.
4 eines schematische Schnittdarstellung einer weiteren Kohlendioxidgas-Abtrenneinheit ist, die sich in dem Verbrennungssystem von 1 befindet.
5 ein Blockdiagramm ist, das die Verwendung eines anderen Verbrennungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Ein Verbrennungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 1 detailliert beschrieben.
In eine Brennstoff-Umwandlungseinheit 100 wird auf Kohlenwasserstoff basierender Brennstoff eingeführt und in ein Gas inklusive Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid umgewandelt. Wenn die Notwendigkeit besteht, ist eine Modifikationseinheit 200 vorgesehen. Ein in der Brennstoffumwandlungs-Einheit 100 erzeugtes Gas wird in die Modifikationseinheit 200 eingeführt und durch die Reaktion des in dem Gas befindlichen Kohlenmonoxids mit Wasserdampf einfach oder zusammen mit Sauerstoff wird Wasserstoff produziert.
In eine Kohlendioxidgas-Abtrenneinheit 300 wird ein in der Brennstoff-Umwandlungseinheit 100 erzeugtes Gas oder ein in der Modifikationseinheit 200 modifiziertes Gas eingeführt, und ein Kohlendioxidgas-Absorptionsmittel, welches ein Kohlendioxidgas bei einer Temperatur, die nahe der Temperatur des Gases liegt, absorbiert, wird als Befüllung eingesetzt. In einer Verbrennungseinheit 400 wird ein in der Abtrenneinheit 300 abgetrenntes Gas als Brennstoff verwendet und das Gas wird in einer aus einem Gas inklusive Sauerstoff, beispielsweise Luft bestehenden Mischung verbrannt.
Beispiele für auf Kohlenwasserstoff basierende Brennstoffe sind Erdöl, Kohle und Pflanzen sowie Feuerholz und Holzspäne.
Die Brennstoff-Umwandlungseinheit 100 kann ein weithin bekanntes System sein, worin Kohle oder Erdöl vergast wird. Ein solches System arbeitet auf folgende Weise: ein auf Kohlenwasserstoff basierender Brennstoff wird einer Brennstoff-Umwandlungseinheit zugeführt, beispielsweise einem Reaktor, in dem eine Atmosphäre mit einem hohen Druck (z.B. 20 bis 30 atm) und einer hohen Temperatur produziert und welchem dann Wasserdampf oder Sauerstoff zugeführt wird.
Eine Modifikationseinheit 200 ist bei Bedarf, also nicht zwingend zwischen der Brennstoff-Umwandlungseinheit 100 und der Kohlendioxidgas-Abtrenneinheit 300 vorgesehen. Eine Modifikationseinheit 200 weist eine Struktur auf, in der ein Reaktor vorgesehen ist, in dem ein auf Cu-ZnO-Al0 oder Eisenoxid basierender Katalysator als Befüllung eingesetzt ist. In einer solchen Modifikationseinheit 200 werden das in der Brennstoff-Umwandlungseinheit 100 befindliche Gas inklusive Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid sowie Wasserdampf einfach oder zusammen mit Sauerstoff in den Reaktor eingeführt, wobei die Temperatur in dem Reaktor in einen Bereich zwischen 350 bis 500°C angehoben wird. Deshalb findet eine durch die folgende Reaktionsgleichung (1) gezeigte Reaktion zwischen dem Kohlenmonoxid und dem Wasserdampf einfach oder zusammen mit dem Sauerstoff statt: CO + H₂O → H₂ + CO₂ (1).
Es wird bevorzugt, dass Kohlendioxid-Absorptionsmittel aus zumindest einem Lithiumkompositoxid besteht, welches mit Kohlendioxid reagierendes Lithiumkarbonat produziert, das aus Lithiumzirkonat, Lithiumferrit, Lithiumnickeloxid und Lithiumtitanat ausgewählt wurde. Das Absorptionsmittel absorbiert Kohlendioxid bei einer Temperatur, die nahe der Temperatur des Auslassanschlusses der Brennstoff-Umwandlungseinheit 100 liegt (der Temperatur an einem Auslass-Anschluss der Modifikationseinheit 200, wenn vorgesehen). Gemäß den folgenden Gleichungen (2) bis (5) absorbiert jedes der Absorptionsmittel ein Kohlendioxidgas oder gibt ein Kohlendioxidgas in dessen umgekehrter Richtung frei: Li₂ZrO₃ (s) + CO₂ (g) → ZrO₂ (s) + Li₂CO₃ (1) (2) 2LiFeO₂ (s) + CO₂ (g) → Fe₂O₃ (s) + Li₂CO₃ (1) (3) Li₂NiO₃ (s) + CO₂ (g ) → NiO (s) + Li₂CO₃ (1) (4) Li₂TiO₃ (s) + CO₂ (g) → TiO₂ (s) + Li₂CO₃ (1) (5)
Das Kohlendioxid-Absorptionsmittel weist Eigenschaften auf, die zusammen mit der Absorption des Kohlendioxids in einem Temperaturbereich von 350 bis 500°C Wärme erzeugen und die Wärme an ein Brennstoffgas weitergeben. Da das Brennstoffgas während seines Weges von dem Auslassanschluss des Brennstoff-Umwandlungseinheit 100 zu der Verbrennungseinheit 400 durch die Kohlenoxidgas-Abtrenneinheit 300 Wärmeenergie aufnimmt, wird daher das Brennstoffgas als Brennstoff mit einer höheren Temperatur in die Verbrennungseinheit 400 eingeführt.
Die Kohlendioxidgas-Absorptionsmittel werden beispielsweise in der Form von Partikeln, Granulaten, Pellets und außerdem auf eine solche Weise verwendet, dass eine Absorptionsschicht auf ein eine Bienenwabenstruktur aufweisendes Substrat aufgebracht wird.
Der folgende Aufbau kann beispielsweise als eine wie oben beschriebene Kohlendioxidgas-Abtrenneinheit 300 eingesetzt werden.
1) Die in 2 gezeigte Kohlendioxidgas-Abtrenneinheit.
Die Kohlendioxidgas-Abtrenneinheit 300 umfasst, wie in 2 gezeigt, einen Reaktor 303, in dem ein Kohlendioxidgas-Absorptionsmittel 304 (z.B. Li₂ZrO₃) angeordnet ist, welches beispielsweise die Form eines Blocks aufweisen kann. Ein erstes und zweites Einführungsrohr 301₁ und 301₂ , die parallel zueinander angeordnet sind, sind jeweils mit einer Seitenwand des Reaktors 300 verbunden. Parallel zueinander angeordnete Ablassrohre 302₁ und 302₂ sind jeweils mit der entgegen gesetzten Seitenwand des Reaktors 300 verbunden.
Die Brennstoff-Umwandlungseinheit 100 (oder die Modifikationseinheit 200) ist mit dem anderen Ende des ersten Einführungsrohrs 301₁ verbunden. Eine nicht gezeigte Reproduktions-Gaszufuhrquelle ist mit dem anderen Ende des Einführungsrohrs 301₂ verbunden. Die Einführungsrohre 301₁ und 301₂ sind in den Pipelines jeweils mit nicht gezeigten Ventilen vorgesehen.
Die Verbrennungseinheit 400 ist mit dem anderen Ende des ersten Ablassrohrs 302₁ verbunden. Eine nicht gezeigte Verarbeitungseinheit zur Rückgewinnung eines Kohlendioxidgases mittels Verarbeitung eines Kohlendioxid enthaltenden Gases ist mit dem anderen Ende des zweiten Ablassrohrs 302₂ verbunden. Die Ablassrohre 302₁ und 302₂ sind in den Pipelines jeweils mit nicht gezeigten Ventilen versehen. In der Zwischenzeit ist das in der Form eines Blocks vorhandene Kohlendioxidgas-Absorptionsmittel 304 in einer nicht gezeigten Wanne angeordnet worden.
Im Folgenden werden Maßnahmen zur Absorption eines Kohlendioxidgases und zur Wiedergewinnung eines Absorptionsmittels mittels der in 2 gezeigten und oben beschriebenen Kohlendioxidgas-Abtrenneinheit beschrieben.
(1-1) Absorptions-/Entfernungsbetrieb für das Kohlendioxidgas.
Die Ventile des ersten Einführungsrohrs 301₁ und der ersten Ablassrohrs 302₁ werden jeweils geöffnet, während die Ventile des zweiten Einführungsrohrs 301₂ und des zweiten Ablassrohrs 302₂ jeweils geschlossen sind. Ein in der Brennstoff-Umwandlungseinheit 100 produziertes Gas (das in der Modifikationseinheit 200 modifiziert wurde) wird bei einer Temperatur, die beispielsweise in einem Bereich von 400°C bis 600°C liegt, durch das erste Einführungsrohr 301₁ in den Reaktor 303 eingeführt. Zu diesem Zeitpunkt reagieren das in dem Reaktor 303 angeordnete Kohlendioxidgas und das Kohlendioxidgas-Absorptionsmittel 304 (beispielsweise Li₂ZrO₃) gemäß der Gleichung (2) miteinander (der oberen Reaktionsgleichung). Im Ergebnis wird das Kohlendioxidgas in dem Gas in das Gasabsorptionsmittel 304 absorbiert und das Absorptionsmittel wird chemisch in ZrO₂ (s) und Li₂CO₃ (1) umgewandelt. Das Gas, aus dem das Kohlendioxid mittels Absorption entfernt wurde, wird durch das erste Ablassrohr 302₁ zur Nutzung in die Verbrennungseinheit 400 abgelassen.
(1-2) Betrieb zur Regenerierung des Kohlenstoffgas-Absorptionsmittels.
Nachdem ein Großteil des Kohlengas-Absorptionsmittel 304 (beispielsweise Li₂ZrO₃) in dem Reaktor 303 chemisch zu ZrO₂ (s) und Li₂CO₃ (1) umgewandelt wurde, werden die Ventile des ersten Einführungsrohrs 301₁ und des ersten Ablassrohrs 302₁ jeweils geschlossen, während die Ventile des zweiten Einführungsrohrs 301₂ und des zweiten Ablassrohrs 302₂ jeweils geöffnet werden. Ein eine Temperatur von beispielsweise 600°C aufweisendes Gas wie Stickstoff, das notwendig ist, um die Reaktion der Gleichung (2) auszulösen (die untere Reaktionsgleichung) wird von der nicht gezeigten Reproduktions-Gaszufuhrquelle durch das zweite Einführungsrohr 301₂ in den Reaktor 303 eingeführt. Zu diesem Zeitpunkt reproduzieren ZrO₂ (s) und Li₂CO₃ (1) durch eine Reaktion gemäß der Gleichung (2) (die untere Reaktionsgleichung) das Li₂ZrO₃ als ein Kohlendioxid-Absorptionsmittel, wobei ein Kohlendioxidgas freigesetzt wird. Ein das Kohlendioxid enthaltendes Gas wird durch das zweite Ablassrohr 302₂ zu einer Kohlendioxidgas-Verarbeitungseinheit abgelassen.
Nachdem das Kohlendioxidgas-Absorptionsmittel auf diese Weise reproduziert wurde, wird ein Betrieb zur Absorption und Abtrennung eines Kohlendioxidgases mittels des oben beschriebenen Verfahrens (1-1) ausgeführt. Dementsprechend kann ein Gas, dessen Kohlendioxidgas entfernt wurde, durch das erste Ablassrohr 302₁ in die Verbrennungseinheit 400 eingeführt werden, um als Brennstoff zu dienen und das Kohlendioxidgas-Absorptionsmittel 304 kann wiederholt verwendet werden.
2) die in 3 gezeigte Kohlendioxidgas-Abtrenneinheit.
Die Kohlendioxidgas-Abtrenneinheit 300 umfasst einen in 3 gezeigten Zylinderförmigen Reaktor 311. Eine eine Vielzahl von nicht durchgängigen Löchern 312 in der Form eines kreisförmigen Konus mit dem Scheitelpunkt aufweisende Scheibe 313 ist in dem Reaktor 311 nahe dessen Boden angeordnet. Das Kohlendioxidgas-Absorptionsmittel 314 (beispielsweise Li₂ZrO₃) in der Form von Partikeln wird als Füllung in die nicht durchgängigen Löcher 312 der Scheibe 313 eingesetzt, so dass die Teile der nicht durchgängigen Löcher, die tiefer als die Oberfläche der Scheibe 313 liegen, mit den Partikeln gefüllt werden. Eine eine Drehwelle 315 aufweisende Antriebsquelle, beispielsweise ein Impulsmotor 316, ist unter dem Bodenabschnitt angeordnet. Die Drehwelle 315 ist durch den unteren Abschnitt des Reaktors 311 an der unteren Oberfläche der Scheibe 313 angebracht. Die Scheibe 313 wird durch das Antreiben des Impulsmotors 315 um eine halbe Umdrehung in einer intermittierenden Weise gedreht.
Eine Trennwand 311 ist in dem Reaktor 311 derart angeordnet, dass Endabschnitte der Wand 311 jeweils an entgegen gesetzten inneren Seitenwänden und an oberen inneren Oberflächen des Reaktor 311 fixiert sind. Das untere Ende der Wand 311 steht mit der oberen Oberfläche der Scheibe 313 in Berührung. Mittels dieser Konstruktion werden die erste und die zweite Kammer 318₁ und 318₂ in dem Reaktor durch die Trennwand 311 jeweils in eine linke und rechte Seite geteilt.
Das erste und zweite Einführungsrohr 319₁ und 319₂ sind jeweils entsprechend der ersten und der zweiten Kammer 318₁ und 318₂ mit dem oberen Abschnitt des Reaktors 311 verbunden. Das andere Ende des ersten Einführungsrohrs 319₁ ist mit der Brennstoff-Umwandlungseinheit 100 (oder der Modifikationseinheit 200) verbunden. Das andere Ende des zweiten Einführungsrohrs 319₂ ist mit der nicht gezeigten Reproduktions-Gaszufuhrquelle verbunden. Die Einführungsrohre 319₁ und 319₂ sind jeweils mit Ventilen in den Pipelines vorgesehen.
Das erste und zweite Auslassrohr 320₁ und 320₂ sind entsprechend der ersten und der zweiten Kammer 318₁ und 318₂ mit dem unteren Abschnitt des Reaktors 311 verbunden. Das andere Ende des ersten Auslassrohrs 320₁ ist mit der Verbrennungseinheit 400 verbunden. Das andere Ende des zweiten Auslassrohrs 320₂ ist zur Rückgewinnung beispielsweise eines Kohlendioxidgases durch ein Verarbeiten eines Kohlendioxid enthaltenden Gases mit einer nicht gezeigten Verarbeitungseinheit verbunden. Die Auslassrohre 320₁ und 320₂ sind jeweils mit nicht gezeigten Ventilen in den Pipelines vorgesehen.
Nunmehr werden Operationen zur Absorption und zum Entfernen von Kohlendioxidgas und zur Reproduktion eines Kohlendioxidgas-Absorptionsmittels in der in 3 gezeigten Kohlendioxidgas-Abtrenneinheit beschrieben.
(2-1) Operation zur Absorption/Entfernung eines Kohlendioxidgases.
Die Ventile des ersten Einführungsrohrs 319₁ und des ersten Auslassrohrs 320₁ sind jeweils geöffnet, während die Ventile des zweiten Einlassrohrs 319₂ und des zweiten Auslassrohrs 320₂ jeweils geschlossen sind. Ein in der Brennstoff-Umwandlungseinheit 100 bei einer Temperatur, die sich beispielsweise in einem Bereich von 400°C bis 600°C bewegt (oder ein Gas, welches in der Modifikationseinheit 200 modifiziert wurde) produziertes Gas wird durch das erste Einführungsrohr 319₁ in die erste Kammer 318₁ des Reaktors 311 eingeführt. Zu diesem Zeitpunkt reagieren das Kohlendioxid in dem Gas und das Kohlendioxidgas-Absorptionsmittel 314 (beispielsweise Li₂ZrO₃) gemäß der Gleichung (2) (die obere Reaktionsgleichung) miteinander. Das Kohlendioxidgas-Absorptionsmittel wird in die nicht durchgängigen Löcher 312 gefüllt, die in einem halbkreisförmigen Abschnitt der Scheibe 313 platziert sind, der sich in der ersten Kammer 318₁ befindet. Im Ergebnis wird das Kohlendioxidgas des Gases in das Gas-Absorptionsmittel 314 absorbiert und das Absorptionsmittel wird chemisch in ZrO₂ (s) und Li₂CO₃ (1) umgewandelt. Das von dem Kohlendioxid befreite Gas wird durch das erste Auslassrohr 320₁ in die Verbrennungseinheit 400 zur Verwendung als Brennstoff ausgelassen.
(2-2) Operation zur Reproduktion von Kohlendioxidgas-Absorptionsmitteln.
Nachdem eine Mehrheit des in die nicht durchgängigen Löcher 312 gefüllten Kohlendioxidgas-Absorptionsmittels (beispielsweise Li₂ZrO₃) 314 chemisch in ZrO₂ (s) und Li₂CO₃ (1) umgewandelt wurde, wird die an der Drehwelle 315 abgestützte Scheibe 313 mittels des Impulsmotors 316 um eine halbe Umdrehung (180 Grad) gedreht. Ein in der Brennstoff-Umwandlungseinheit 100 bei einer Temperatur, die sich beispielsweise in einem Bereich von 400°C bis 600°C bewegt erzeugtes Gas (oder das in der Modifikationseinheit 200 modifiziert wurde) wird durch das erste Einlassrohr 301₁ kontinuierlich in die erste Kammer 318₁ des Reaktors 311 eingeführt. Nachdem die Scheibe um eine halbe Umdrehung gedreht wurde, wird das in die nicht durchgängigen Löcher 312 gefüllte und von dem Li₂ZrO₃ umgewandelte ZrO₂ (s) und Li₂CO₃ von der ersten Kammer 318₁ in die zweite Kammer 318₂ bewegt. Gleichzeitig wird das in die nicht durchgängigen Löcher 312 gefüllte Kohlendioxidgas-Absorptionsmittel (beispielsweise Li₂ZrO₃) 312 in dem halbkreisförmigen Scheibenabschnitt 313 von der zweiten Kammer 318₂ in die erste Kammer 318₁ bewegt. Das heißt, dass das zur Absorption von Kohlendioxidgas effektive Li₂ZrO₃ in der Form von Partikeln zusammen mit der Drehung der Scheibe 313 in die erste Kammer 318₁ bewegt wird. Wie in der Beschreibung von (2-1), wird das in der Brennstoff-Umwandlungseinheit 100 oder der Modifikationseinheit 200 erzeugte Kohlendioxidgas in das Gas-Absorptionsmittel 314 absorbiert und das Absorptionsmittel wird chemisch in ZrO₂ (s) und Li₂CO₃ (1) umgewandelt. Ein von Kohlendioxidgas befreites Gas wird durch das erste Auslassrohr 320₁ in die Verbrennungseinheit 400 eingelassen und als Brennstoff verbraucht.
Zur gleichen Zeit werden die Ventile des zweiten Einlassrohrs 319₂ und des zweiten Auslassrohrs 320₂ jeweils geöffnet. Ein Gas wie Stickstoff, welches beispielsweise eine Temperatur von 600°C aufweist, die notwendig ist, um eine Reaktion der Gleichung (2) (die untere Reaktionsgleichung) herbeizuführen, wird von der nicht gezeigten Zufuhrquelle für das regenerierte Gas durch das zweite Einlassrohr 320₂ in die zweite Kammer 318₂ des Reaktors 311 eingeführt. Zu diesem Zeitpunkt reagiert wie oben beschrieben das in die nicht durchgängigen Löcher 312 in einem Abschnitt der halbkreisförmigen Scheibe 313, der in der zweiten Kammer 318₂ untergebracht ist, eingefüllte ZrO₂ (s) und Li₂CO₃ (1) gemäß der Gleichung (2) (der unteren Reaktionsgleichung). Als Ergebnis wird Li₂ZrO₃ (das Kohlendioxid-Absorptionsmittel) reproduziert und ein Kohlendioxidgas wird freigegeben. Ein Kohlendioxid enthaltendes Gas wird durch das zweite Ablassrohr 320₂ in die Kohlendioxid-Verarbeitungseinheit abgelassen.
Wie oben beschrieben, umfasst die Kohlendioxidgas-Abtrenneinheit: den eine zylindrische Form aufweisenden Reaktor 311, der eine erste und zweite Kammer 318₁ und 318₂ beinhaltet und die durch die Trennwand 317 getrennt werden; und die Scheibe 313, die das Kohlenstoffgas-Absorptionsmittel (beispielsweise Li₂ZrO₃) 314 in der Form von Partikeln hält. Die Scheibe 313 wird auch einmal auf intermittierende Art um eine halbe Umdrehung gedreht und wird von der ersten und zweiten Kammer 318₁ und 318₂ geteilt. Deshalb kann eine Maßnahme zur Reproduktion von Kohlendioxid-Absorptionsmitteln in der zweiten Kammer 318₂ ausgeführt werden, während ein Absorptionsvorgang eines Kohlendioxidgases in der ersten Kammer 318₁ erzielt wird. Ein von Kohlendioxidgas befreites Gas kann daher kontinuierlich durch das erste Auslassrohr 320₁ in die Verbrennungseinheit 400 eingeführt und als Brennstoff verwendet werden.
In der in der 3 gezeigten Kohlendioxidgas-Abtrenneinheit können die folgenden Maßnahmen angewendet werden. Das heißt, während die Scheibe 313, die das Kohlendioxid-Absorptionsmittel (beispielsweise Li₂ZrO₃) 314 in der Form von Partikeln hält, langsam gedreht wird, wird ein Gas, das bei einer Temperatur, die beispielsweise in einem Bereich von 400°C bis 600°C liegt, in der Brennstoff-Umwandlungseinheit 100 (und das in der Modifikationseinheit 200 modifiziert wurde), produziert wurde, durch das erste Einlassrohr 301₁ in die erste Kammer 318₁ eingeführt. Gleichzeitig wird ein Gas mit einer bestimmten Temperatur von einer regenerierten Gaszufuhrquelle durch das zweite Einlassrohr 320₂ in die zweite Kammer 318₂ eingeführt. Mit diesen angewendeten Maßnahmen wird die Absorption und Entfernung eines Kohlendioxidgases in einem Gas in der ersten Kammer 318₁ und zur gleichen Zeit die Reproduktion des auf der Scheibe 313 gehaltenen Kohlendioxid-Absorptionsmittels 314 in der zweiten Kammer 318₂ ausgeführt.
3) die in 4 gezeigte Kohlendioxidgas-Abtrenneinheit.
Die Kohlendioxid-Umwandlungseinheit 300 umfasst einen ersten und zweiten Reaktionsturm 311₁ und 331₂ . Zylindrische ineinander greifende Körper 332₁ und 332₂ sind jeweils an der inneren Oberfläche der Reaktionstürme 311₁ und 331₂ angeordnet. Ein Kohlenstoff-Absorptionsmittel (beispielsweise Li₂ZrO₃) 333₁ und 332₂ in der Form von Partikeln wird zum Füllen in die zylindrischen Körper 332₁ und 332₂ eingesetzt.
Ein erstes und zweites Einlass-Abzweigrohr 335₁ und 335₂ ist jeweils mit oberen Abschnitten des ersten und zweiten Reaktionsturms 311₁ und 331₂ verbunden und die anderen Enden der Einlass-Abzweigrohre 335₁ und 335₂ sind mit einem Gaseinlassrohr 334 verbunden. Das andere Ende des Gaseinlassrohrs 334 ist mit der Brennstoff-Umwandlungseinheit 100 (oder der Modifikationseinheit 200) verbunden. Ein erstes und zweites Ventil 336₁ und 336₂ ist in dem ersten und zweiten Einlass-Abzweigrohr 335₁ und 335₂ in den jeweiligen Pipelines eingebracht.
Das erste und zweite Gaszufuhr-Abzweigrohr 338₁ und 338₂ ist jeweils mit dem oberen Abschnitt des ersten und zweiten Reaktionsturms 331₁ und 331₂ verbunden und die anderen Enden der Gaszufuhr-Abzweigrohre 338₁ und 338₂ sind jeweils mit dem Gaszufuhrrohr 338 verbunden. Das andere Ende des Gaszufuhrrohrs 337 ist mit der nicht gezeigten reproduzierenden Gaszufuhrquelle verbunden. Ein drittes und viertes Ventil 336₃ und 336₄ ist in den Gaszufuhr- Abzweigrohren 339₁ und 339₂ in den jeweiligen Pipelines eingebracht.
Das erste und zweite Brennstoff-Gasauslass-Abzweigrohr 339₁ und 339₂ ist jeweils mit dem unteren Abschnitt des Reaktionsturms 331₁ und 331₂ verbunden und die anderen Enden der Abzweigrohre 339₁ und 339₂ sind mit einem Brennstoffgas-Auslassrohr 340 verbunden. Das andere Ende des Brennstoffgas-Auslassrohrs 340 ist mit der Verbrennungs-Einheit 400 verbunden. Ein fünftes und sechstes Ventil 336₅ und 336₆ ist in dem Auslass-Abzweigrohr 339₁ und 339₂ der jeweiligen Pipeline angebracht.
Ein erstes und zweites Gasauslass-Abzweigrohr 341₁ und 341₂ ist jeweils mit dem unteren Abschnitt des Reaktionsturms 331₁ und 331₂ und die anderen Enden der Abzweigrohre 331₁ und 331₂ sind mit einem Gasabzweigrohr 342 verbunden. Das andere Ende des Gasabzweigrohrs 342 ist beispielsweise mit einer nicht gezeigten Verarbeitungseinheit verbunden, um ein Kohlendioxidgas mittels Verarbeitung eines Kohlendioxid enthaltenden Gases zurück zu gewinnen. Ein siebtes und achtes Ventil 336₇ und 336₈ sind in dem Gasauslass-Abzweigrohr 341₁ und 341₂ der jeweiligen Pipeline angebracht.
Nun werden Operationen zur Absorption und Entfernung eines Kohlendioxidgases und eines Reproduzierung eines Kohlendioxidgas-Absorptionsmittels in der in 4 gezeigten Kohlendioxidgas-Abtrenneinheit beschrieben.
(3-1) Operation zur Absorption und Entfernung eines Kohlendioxidgases in dem ersten Reaktionsturm 331₁ .
Das erste in dem Einlass-Abzweigrohr 335₂ angebrachte Ventil 336₁ und das in dem ersten Brennstoff-Gasabzweig-Auslassrohr 339₂ angebrachte fünfte Ventil 336₅ sind jeweils geöffnet und die anderen Ventile 336₂ bis 336₈ sind jeweils geschlossen. Ein in der Brennstoff-Umwandlungseinheit 100 (oder ein in der Modifikationseinheit 200 modifiziertes Gas) bei einer Temperatur, die sich beispielsweise in einem Bereich von 400°C bis 600°C bewegt, erzeugtes Gas wird durch das Gaseinlassrohr 334 und das erste Einlass-Abzweigrohr 335₁ in den ersten Reaktionsturm 331₁ eingeführt. Ein Kohlendioxidgas in dem Gas und das Kohlendioxid-Absorptionsmittel (beispielsweise Li₂ZrO₃) 331₁ , das in dem zylindrischen ineinander greifenden Körper 332₁ in dem ersten Reaktionsturm 333₁ angeordnet ist, reagieren gemäß der Gleichung (2) (der oberen Reaktionsgleichung) zu diesem Zeitpunkt miteinander. Als Ergebnis wird ein Kohlendioxidgas in dem Gas in dem Kohlendioxid-Absorptionsmittel 331₁ absorbiert und das Absorptionsmittel 331₁ wird chemisch zu ZrO₂ (s) und Li₂CO₃ (1) umgewandelt. Das von dem Kohlendioxidgas befreite Gas wird durch die erste Brennstoff-Gasabzweig-Ablassrohr 339₁ und das Brennstoff-Ablassrohr 340 in die Verbrennungseinheit 400 abgelassen und als Brennstoff verwendet.
(3-2) Betrieb zur Absorption und Entfernung eines Kohlendioxidgases in dem zweiten Reaktionsturm 331₂ .
Nachdem eine Großteil des Kohlendioxid-Absorptionsmittel (beispielsweise Li₂ZrO₃) 333₁ in dem ersten Reaktor 333₁ chemisch zu ZrO₂ (s) und Li₂CO₃ (1) umgewandelt wurde, wird jeweils das Ventil 336₁ des ersten Einlass-Abzweigrohrs 335₁ und das Ventil 336₅ des ersten Brennstoff-Gasablass-Abzweigrohrs 339₁ geschlossen. Gleichzeitig wird jeweils das Ventil 336₂ des zweiten Einlass-Abzweigrohrs 335₂ und das Ventil 336₆ des zweiten Brennstoff-Gasablass-Abzweigrohrs 339₂ geöffnet, so dass der Gaseinlass des ersten Reaktionsturms 331₁ auf den zweiten Reaktionsturm 331₂ umgeleitet wird. Im Anschluss wird ein in der Brennstoff-Umwandlungseinheit 100 (oder ein in der Modifikationseinheit 200 modifiziertes Gas) bei einer Temperatur, die sich beispielsweise in einem Bereich von 400°C bis 600°C bewegt, erzeugtes Gas durch das Gaseinlassrohr 334 und das zweite Einlass-Abzweigrohr 335₂ in den zweiten Reaktionsturm 331₂ eingeführt. Ein Kohlendioxidgas in dem Gas und das Kohlendioxid-Absorptionsmittel (beispielsweise Li₂ZrO₃) 332₁ , das in dem zylindrischen ineinander greifenden Körper 332₂ in dem zweiten Reaktionsturm 333₂ angeordnet ist, reagieren gemäß der Gleichung (2) (der oberen Reaktionsgleichung) zu diesem Zeitpunkt miteinander. Als Ergebnis wird ein Kohlendioxidgas in dem Gas in das Gas-Absorptionsmittel 333₂ absorbiert und das Absorptionsmittel 333₂ wird chemisch zu ZrO₂ (s) und Li₂CO₃ (1) umgewandelt. Das von dem Kohlendioxidgas befreite Gas wird durch das zweite Brennstoff-Gasabzweig-Ablassrohr 339₂ und das Brennstoff-Ablassrohr 340 in die Verbrennungseinheit 400 abgelassen und als Brennstoff verwendet.
(3-3) Reproduktion eines Kohlendioxidgas-Absorptionsmittels in dem ersten Reaktionsturm 331₁ .
Das dritte, in dem ersten Gaszufuhr-Abzweigrohr 338₁ angebrachte Ventil 336₃ und das siebte, in dem ersten Gasablass-Abzweigrohr 341₁ angebrachte Ventil 336₇ , die mit dem ersten Reaktionsturm 331₁ verbunden sind, werden jeweils geöffnet, während eine Maßnahme zur Gas-Absorption von Kohlendioxid in dem in (3-2) beschriebenen zweiten Reaktionsturm 331₂ ausgeführt wird. Ein Gas wie Stickstoff, das eine Temperatur von beispielsweise mehr als 600°C aufweist, die notwendig ist, um die Reaktion der Gleichung (2) auszulösen (die untere Reaktionsgleichung) wird von der nicht gezeigten Reproduktions-Gaszufuhrquelle durch das Gaszufuhrrohr 337 und das erste Gaszufuhr-Abzweigrohr 338₁ in den ersten Reaktionsturm 331₁ eingeführt.
Zu diesem Zeitpunkt reagieren ZrO₂ (s) und Li₂CO₃(1) in dem ersten Reaktionsturm 331₁ gemäß der Gleichung (2) (die untere Reaktionsgleichung) miteinander, wodurch Li₂ZrO₃ als ein Kohlendioxidgas-Absorptionsmittel reproduziert wird und ein Kohlendioxidgas freigesetzt wird. Das das Kohlendioxidgas enthaltende Gas wird durch das erste Gasablass-Abzweigrohr 341₁ und das Gasablassrohr 342 in die Kohlendioxidgas-Verarbeitungseinheit abgelassen.
(3-4) Reproduktion eines Kohlendioxidgas-Absorptionsmittels in dem zweiten Reaktionsturm 331₂ .
Das vierte, in dem zweiten Gaszufuhr-Abzweigrohr 338₂ angebrachte Ventil 336₄ und das achte, in dem zweiten Gasablass-Abzweigrohr 341₂ angebrachte Ventil 336₈ , die mit dem zweiten Reaktionsturm 331₂ verbunden sind, werden jeweils geöffnet, während eine Maßnahme zur Gas-Absorption von Kohlendioxid in dem in (3-1) beschriebenen ersten Reaktionsturm 331₁ ausgeführt wird. Ein Gas wie Stickstoff, das eine Temperatur von beispielsweise mehr als 600°C aufweist, die notwendig ist, um die Reaktion der Gleichung (2) auszulösen (die untere Reaktionsgleichung) wird von der nicht gezeigten Reproduktions-Gaszufuhrquelle durch das Gaszufuhrrohr 337 und das zweite Gaszufuhr-Abzweigrohr 338₂ in den zweiten Reaktionsturm 331₂ eingeführt. Zu diesem Zeitpunkt reagieren ZrO₂ (s) und Li₂CO₃ (1) in dem zweiten Reaktionsturm 331₂ gemäß der Gleichung (2) (die untere Reaktionsgleichung) miteinander, wodurch Li₂ZrO₃ als ein Kohlendioxidgas-Absorptionsmittel reproduziert wird und ein Kohlendioxidgas freigesetzt wird. Das das Kohlendioxidgas enthaltende Gas wird durch das zweite Gasablass-Abzweigrohr 341₂ und das Gasablassrohr 342 in die Kohlendioxidgas-Verarbeitungseinheit abgelassen.
Wenn die Operationen gemäß (3-1) und (3-4) sowie (3-2) und (3-3) wiederholt werden, kann ein von Kohlendioxidgas befreites Gas, das fast kontinuierlich durch das Gasablassrohr 340 in die Verbrennungseinheit 400 eingeführt wird, als Brennstoff verwendet werden.
Als Beispiel einer Verbrennungseinheit 400 dient eine Gasturbine.
Im Folgenden wird ein anderes Verbrennungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 5 detailliert beschrieben.
In eine Brennstoff-Umwandlungseinheit 100 wird ein auf Kohlenwasserstoff basierender Brennstoff eingeführt und in ein Gas inklusive Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid umgewandelt. Ein in der Brennstoff-Umwandlungseinheit 100 erzeugtes Gas wird in eine Entschwefelungseinheit 500 eingeführt, in der ein Sulfidgas wie SO_x oder H₂S entfernt wird. Ein Gas, das in der Entschwefelungseinheit vom Sulfidgas befreit wurde, wird in die Modifikationseinheit 200 eingeführt.
Eine Modifikationseinheit ist dann vorgesehen, wenn sie erforderlich ist. Ein in der Brennstoffumwandlungs-Einheit 100 erzeugtes Gas wird in die Modifikationseinheit 200 eingeführt und durch die Reaktion des in dem Gas befindlichen Kohlenmonoxids mit Wasserdampf einfach oder zusammen mit Sauerstoff wird Wasserstoff produziert. Ein Gas, das in der Entschwefelungseinheit 500 vom Sulfidgas befreit wurde (oder ein Gas in der Modifikationseinheit 200) wird in die Kohlendioxidgas-Abtrenneinheit 300 eingeführt. Die Kohlendioxidgas-Abtrenneinheit 300 ist mit Kohlendioxidgas-Absorptionsmittel gefüllt, das ein Kohlendioxidgas bei einer Temperatur nahe der Temperatur des Gases absorbiert. Ein in der Abtrenneinheit 300 abgetrenntes Gas wird mit einem Gas inklusive Sauerstoff (beispielsweise Luft) gemischt und als Brennstoff in der Verbrennungseinheit 400 verbrannt.
Die Brennstoff-Umwandlungseinheit 100, die Modifikationseinheit 200, die Kohlendioxidgas-Abtrenneinheit 300 sowie die Verbrennungseinheit 400 konstituieren ein eine ähnliche Struktur wie das oben erwähnte Verbrennungssystem aufweisendes Verbrennungssystem.
Wie die Entschwefelungseinheit 500, so sind auch eine nasse und eine trockene Weise der Entschwefelung bekannt, wobei die Durchführung einer trockenen Entschwefelung bei einer Temperatur in einem Bereich von 350°C bis 500°C bevorzugt eingesetzt wird.
Ein beschriebenes Verbrennungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Brennstoff-Umwandlungseinheit 100, in der auf Kohlenwasserstoff basierender Brennstoff in ein Gas inklusive Kohlenmonoxid, Wasserstoff und Kohlendioxid umgewandelt wird; eine Kohlendioxidgas-Abtrenneinheit 300, in die ein in der Umwandlungseinheit 100 erzeugtes Gas eingeführt wird und die mit Kohlendioxidgas-Absorptionsmittel gefüllt ist, welches ein Kohlendioxidgas bei einer Temperatur nahe der des eingeführten Gases absorbiert; und eine Verbrennungseinheit 400, die ein in der Abtrenneinheit 300 abgetrenntes Gas als Brennstoff verbrennt.
Einer solchen Konstitution entsprechend wird ein auf Kohlenwasserstoff basierender Brennstoff wie beispielsweise Kohle oder Erdöl in der Brennstoff-Umwandlungseinheit 100 vergast und in ein Gas umgewandelt, welches hauptsächlich Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid enthält, wobei das Gas des Weiteren als Brennstoff mit einer hohen Verbrennungswärme in die Verbrennungseinheit 400 eingeführt werden kann. Zu diesem Zeitpunkt wird nur das Kohlendioxid, welches nicht verbrannt wird, effektiv entfernt, ohne in der Kohlendioxidgas-Abtrenneinheit 300, die mit einem Kohlendioxid-Absorptionsmittel gefüllt ist, abgekühlt zu werden, so dass die Effizienz der Verbrennung gesteigert werden kann.
Wenn zwischen der Brennstoff-Umwandlungseinheit 100 und der Kohlendioxidgas-Abtrenneinheit 300 eine Modifikationseinheit 200 vorgesehen ist, kann unter Verwendung von in einem Gas enthaltenden Kohlenmonoxid, welches als Rohmaterial von der Umwandlungseinheit 100 eingeführt wird, Wasserstoff produziert werden. Da das Kohlenmonoxidgas als ein hier produziertes Nebenprodukt in der Abtrenneinheit 300 entfernt werden kann, kann außerdem ein Brennstoffgas mit einem höheren Gehalt an Wasserstoff und einer hohen Verbrennungswärme in die Verbrennungseinheit 400 eingeführt werden.
Ein anderes Verbrennungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst des Weiteren eine Entschwefelungseinheit 500 auf der Rückseite der Brennstoff-Umwandlungseinheit 100, welche einen auf Kohlenwasserstoff basierenden Brennstoff in ein Gas inklusive Kohlenmonoxid, Wasserstoff und Kohlendioxid umwandelt und dadurch kann ein Sulfidgas aus dem Gas entfernt werden, das von der Umwandlungseinheit 100 eingeführt wird, so dass eine Reduktion des Gehalts an Sulfidgas gleichzeitig mit einer Verbesserung der Verbrennung wie im Fall des oben beschriebenen Verbrennungssystems erreicht werden kann.
Wenn die Modifikationseinheit 200 des Weiteren zwischen der Entschwefelungseinheit 500 und der Umwandlungseinheit 300 angeordnet ist, kann unter Verwendung von Kohlenmonoxid in einem Gas, das von der Umwandlungseinheit 300 eingeführt wurde, Wasserstoff produziert werden und gleichzeitig kann hier ein Kohlenmonoxidgas, das als Nebenprodukt erzeugt wurde, in der Abtrenneinheit 300 absorbiert und entfernt werden. Ein einen höheren Gehalt an Wasserstoff und eine höhere Verbrennungswärme aufweisendes Brennstoffgas kann, da es einen reduzierten Sulfitgehalt hat, daher in die Verbrennungseinheit 400 eingeführt werden.
Jetzt werden bevorzugte Beispiele der vorliegenden Erfindung detailliert unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
(Beispiel 1 bis 5)
Die Bedingungen, unter denen die Brennstoffeinheit (die Vergasungseinheit) 100, die Entschwefelungseinheit 500, die Modifikationseinheit 200 und die Kohlendioxidgas-Abtrenneinheit 300 betrieben wurden, wurden auf folgende Weise eingestellt, so dass die Verbrennungssysteme in Kombinationen die Verbrennungseinheit 400 bildeten, wie beispielsweise eine Gasturbine und die anderen in Tabelle 1 gezeigten Einheiten, und schließlich wurden die Brennstoffgase in der Verbrennungseinheit 400 verbrannt.
(Brennstoff-Umwandlungseinheit)

Zuführrate der Kohle: 133.000 kg/h
Zufuhr von Wasser und Sauerstoff
Druck und Temperatur in der Einheit: 25 atm; 1400°C
Temperatur des Auslassgases: 430°C

(Entschwefelungseinheit)

Katalysator: Eisenoxid
Betriebstemperatur: 430°C

(Modifikationseinheit)

Katalysator: Eisenoxid
Betriebstemperatur: 500°C

(Kohlendioxid-Abtrenneinheit)

Aufbau der Einheit: wie in 2 gezeigt
Kohlendioxidgas-Absorptionsmittel: 1.3 g Lithiumzirkonat oder Lithiumferrit mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 1 μm wurde in eine Matrize geladen, die einen Durchmesser von 12 mm aufweist, um in Abhängigkeit von der Druckverschweißung ein Pellet mit einer Porosität von 40% zu erzielen.

(Vergleichsbeispiel 1)
In einem Verbrennungssystem, das eine Kombination aus einer Vergasungseinheit, einer Entschwefelungseinheit und einer Gasturbine darstellt und weder eine Modifikationseinheit noch eine Kohlendioxidgas-Abtrenneinheit aufweist, wurde ein aus Kohle hergestelltes Brennstoffgas verbrannt.
(Vergleichsbeispiel 2)
In einem Verbrennungssystem, das eine Kombination aus einer Vergasungseinheit, einer Entschwefelungseinheit und einer Kohlendioxidgas-Abtrenneinheit für ein Lösungsmittel auf Alkalonamin-Basis des Wiedergewinnungstyps und eine Gasturbine ohne, wie in Tabelle 1 gezeigt, eine Modifikationseinheit darstellt, wurde ein aus Kohle hergestelltes Brennstoffgas verbrannt. Da eine Lösung des Absorptions-Verfahrens, welches in der Kohlendioxid-Abtrenneinheit angewendet wird, nur bei ungefähr 40°C funktioniert, wurde ein Gas, das in die Abtrenneinheit eingeführt wurde, einmal mittels Verwendung eines Wärmetauschers abgekühlt und dann, bevor es in die Gasturbine eingeführt wurde, erwärmt.
Tabelle 1
Bei der Verbrennung in jedem der Beispiele 1 bis 5 und den Vergleichsbeispielen 1 und 2 wird nicht die Verbrennungstemperatur in der Gasturbine sondern die Zusammensetzung des Gases in dem Einlass- und Auslassanschluss der Kohlendioxidgas-Abtrenneinheit nicht gemessen. Es wurde eine Verbrennungsenergie pro einer Volumeneinheit basierend auf der Gaszusammensetzung an dem Auslassanschluss gemessen. Außerdem wurde bei der Verbrennung in jedem der Beispiele 1 bis 5 und den Vergleichsbeispielen 1 und 2 jeglicher Wärmeverlust in der Kohlendioxidgas-Abtrenneinheit aufgrund des Verhältnisses der Menge an Verbrennungswärme, die tatsächlich wiedergewonnen werden kann, zu der Menge der Verbrennungswärme des theoretisch zugeführten Brennstoffs gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zu sehen.
Tabelle 2
Aus der Tabelle 2 wird ersichtlich, dass die Verbrennungssysteme der Beispiele 1 bis 5 in Bezug auf die Verbrennungstemperatur und Verbrennungswärme des Brennstoffgases im Vergleich zu den Werten im Vergleichsbeispiel 1 alle verbessert werden können.
Außerdem wird verständlich, dass nicht nur die Verbrennungssysteme der Beispiele 1 bis 5 im Vergleich mit dem Vergleichsbeispiel 2, in dessen Verbrennungssystem die Kohlendioxidgas-Abtrenneinheit ein Alkanolamin-Lösungs-Rückgewinnungs-Verfahren vorgesehen ist, in Bezug auf die Verbrennungstemperatur verbessert werden können, sondern auch das Verhältnis von Wärmeverlust zu Verbrennungswärme des zugeführten Brennstoffs in der Abtrenneinheit herabgesetzt werden kann.
Da das Kohlendioxidgas in einem eine hohe Temperatur aufweisenden Verbrennungsgas bei dieser Temperatur entfernt wird, ohne abgekühlt zu werden, kann gemäß der vorliegenden Erfindung nicht nur Energie eingespart werden, sondern es kann auch ein Verbrennungssystem vorgesehen werden, welches ein eine hohe Verbrennungswärme aufweisendes Brennstoffgas mit hoher Effizienz verbrennen kann.
Bei der Verbrennung von auf Kohlenwasserstoff basierendem Brennstoff nach der Vergasung kann des Weiteren gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verbrennungssystem zur Verfügung gestellt werden, in dem ein Kohlendioxidgas in einem hoch temperierten Brennstoffgas bei dieser Temperatur, um den Energieverbrauch zu senken, nicht abgekühlt und entfernt wird, und gleichzeitig kann ein Brennstoffgas mit einer hohen Verbrennungswärme und einem reduzierten Gehalt an Sulfidgas verbrannt werden.

Claims

Verwendung eines Verbrennungssystems zur Umwandlung von auf Kohlenwasserstoff basierendem Brennstoff, wobei das Verbrennungssystem umfasst: eine Brennstoff-Umwandlungseinheit (100) zum Umwandeln von auf Kohlenwasserstoff basierendem Brennstoff in ein Gas inklusive Kohlenmonoxid, Wasserstoff und Kohlendioxid; und eine Kohlendioxidgas-Abtrenneinheit (300), in die ein in der Umwandlungs-Einheit (100) erzeugtes Gas eingeführt wird; dadurch gekennzeichnet, dass in der Kohlendioxidgas-Abtrenneinheit (300) ein Kohlendioxidgas-Absorptionsmittel, umfassend zumindest ein Lithiumkompositoxid zum Absorbieren eines Kohlendioxidgases angeordnet ist, wobei eine Verbrennungseinheit (400) zum Verbrennen eines in der Abtrenneinheit (300) separierten Gases als Brennstoff in dem Verbrennungssystem vorgesehen ist, und wobei eine Temperatur des Gases in der Abtrenneinheit (300) größer als eine Temperatur des Gases, welches in der Umwandlungseinheit (100) erzeugt wurde, ist.
Verwendung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlendioxidgas-Abtrenneinheit (300) einen Reaktor mit einem Gas-Einlassanschluss und einem Gas-Auslassanschluss umfasst, und dass Kohlendioxid-Absorptionsmittel in der Form von in den Reaktor eingefügten Partikeln vorliegt.
Verwendung gemäß Anspruch 1, wobei das Verbrennungssystem des Weiteren eine Modifikations-Einheit (200) umfasst, die zwischen der Brennstoff-Umwandlungseinheit (100) und der Kohlendioxidgas-Abtrenneinheit (300) angeordnet ist, und wobei die Modifikations-Einheit (200) Wasserstoff durch die Reaktion von Kohlenmonoxid in dem von der Umwandlungseinheit eingeführten Gas und Wasserdampf einfach und zusammen mit Sauerstoff produziert.
Verwendung gemäß Anspruch 1, wobei das Verbrennungssystem des Weiteren eine Entschwefelungs-Einheit (500) umfasst, die zwischen der Brennstoff-Umwandlungseinheit (100) und der Kohlendioxidgas-Abtrenneinheit (300) angeordnet ist.
Verwendung gemäß Anspruch 3, wobei das Verbrennungssystem des Weiteren eine Entschwefelungs-Einheit (500) umfasst, die zwischen der Brennstoff-Umwandlungseinheit (100) und der Modifikationseinheit (200) angeordnet ist.
Verwendung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des in der Modifikations-Einheit (200) erzeugten Gases im Bereich von 350 bis 500°C liegt.
Verwendung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlendioxidgas-Absorptionsmittel zusammen mit der Absorption des Kohlendioxids Wärme erzeugt.
Verwendung eines Verbrennungssystems zum Umwandeln von auf Kohlenwasserstoff basierendem Brennstoff, wobei das Verbrennungssystem umfasst: eine Brennstoff-Umwandlungseinheit (100) zum Umwandeln von auf Kohlenwasserstoff basierendem Brennstoff in ein Gas, inklusive Kohlenmonoxid, Wasserstoff und Kohlendioxid; und eine Kohlendioxidgas-Abtrenneinheit (300), in die ein in der Umwandlungseinheit (100) erzeugtes Gas eingeführt wird; wobei in der Kohlendioxidgas-Abtrenneinheit (300) ein Kohlendioxidgas-Absorptionsmittel, welches zumindest ein Lithiumkompositoxid zum Absorbieren eines Kohlendioxidgases umfasst, angeordnet ist, wobei eine Verbrennungs-Einheit (400) zum Verbrennen eines in der Abtrenneinheit (300) abgetrennten Gases als Brennstoff in dem Verbrennungssystem vorgesehen ist, wobei die Kohlendioxidgas-Abtrenneinheit (300) einen Reaktor umfasst, sowie eine Schreibe, die in dem Reaktor nahe dessen Boden angeordnet ist und das Kohlendioxidgas-Absorptionsmittel in der Form von Partikeln hält, sowie eine Antriebsquelle zum Drehen der Schreibe und eine Trennwand, die an den entgegengesetzten inneren Seitenwänden in dem Reaktor fixiert ist, wobei eine obere innere Oberfläche des Reaktors, die ein unteres Ende aufweist, um die obere Oberfläche der Scheibe zu berühren, so dass die Trennwand den Reaktor in linke und rechte Seiten halbiert, um eine erste Kammer auszubilden, die mit der Brennstoff-Umwandlungseinheit verbunden ist, sowie eine zweite Kammer, die mit einer Reproduktionsgas-Zufuhrquelle verbunden ist, und wobei eine Temperatur des Gases, das in der Abtrenneinheit (300) abgetrennt wurde, höher als eine Temperatur des Gases in der Umwandlungseinheit (100) ist.
Verwendung gemäß Anspruch 8, wobei das Verbrennungssystem des Weiteren eine Modifikationseinheit (200) umfasst, die zwischen der Brennstoff-Umwandlungseinheit (100) und der Kohlendioxidgas-Abtrenneinheit (300) angeordnet ist, wobei die Temperatur des in der Modifikationseinheit (200) erzeugten Gases im Bereich von 350 bis 500°C liegt.
Verwendung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlendioxidgas-Absorptionsmittel in Verbindung mit der Absorption des Kohlendioxids Wärme produziert.
Verwendung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlendioxidgas-Absorptionsmittel zumindest ein Lithiumkompositoxid enthält, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Lithiumzirkonat, Lithiumferrit, Lithiumnickeloxid und Lithiumtitanat besteht.
Verwendung eines Verbrennungssystems zum Umwandeln von auf Kohlenwasserstoff basierendem Brennstoff, wobei das Verbrennungssystem umfasst: eine Brennstoff-Umwandlungseinheit (100) zum Umwandeln von auf Kohlenwasserstoff basierendem Brennstoff in ein Gas inklusive Monoxid, Wasserstoff und Kohlendioxid; und eine Kohlendioxidgas-Abtrenneinheit (300), in die ein in der Umwandlungseinheit (100) erzeugtes Gas eingeführt wird; dadurch gekennzeichnet, dass in der Kohlendioxidgas-Abtrenneinheit (300) ein Kohlendioxidgas-Absorptionsmittel zum Absorbieren eines Kohlendioxidgases angeordnet ist, wobei eine Umwandlungseinheit (400) zum Verbrennen eines in der Abtrenneinheit (300) abgetrennten Gases als Brennstoff in dem Verbrennungssystem vorgesehen ist, und wobei das Kohlendioxid-Absorptionsmittel zumindest ein Lithiumkompositoxid enthält, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Lithiumzirkonat, Lithiumferrit, Lithiumnickeloxid und Lithiumtitanat besteht, und wobei eine Temperatur des Gases in der Abtrenneinheit (300) höher als eine Temperatur des in der Umwandlungseinheit (100) erzeugten Gases ist.
Verwendung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlendioxidgas-Abtrenneinheit (300) einen Reaktor mit einem Gas-Einlassanschluss und einem Gas-Auslassanschluss umfasst, und das Kohlendioxid-Absorptionsmittel in der Form von Partikeln in den Reaktor gefüllt wird.
Verwendung gemäß Anspruch 12, wobei das Verbrennungssystem des Weiteren eine Modifikationseinheit (200) umfasst, die zwischen der Brennstoff-Umwandlungseinheit (100) und der Kohlendioxidgas-Abtrenneinheit (300) angeordnet ist, und wobei die Modifikationseinheit (200) Wasserstoff durch die Reaktion des Kohlenmonoxids in dem von der Umwandlungseinheit eingeführten Gases und Wasserdampf einfach oder zusammen mit Sauerstoff produziert.
Verwendung gemäß Anspruch 12, wobei das Verbrennungssystem des Weiteren eine Entschwefelungseinheit (500) umfasst, die zwischen der Brennstoff-Umwandlungseinheit (100) und der Kohlendioxidgas-Abtrenneinheit (300) angeordnet ist.
Verwendung gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des in der Umwandlungseinheit (200) erzeugten Gases im Bereich von 350 bis 500°C liegt.
Verwendung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlendioxidgas-Absorptionsmittel im Zusammenhang mit der Absorption des Kohlendioxids Wärme produziert.