FI106738B - Menetelmä sähköenergian kehittämiseksi - Google Patents

Menetelmä sähköenergian kehittämiseksi Download PDF

Info

Publication number
FI106738B
FI106738B FI960267A FI960267A FI106738B FI 106738 B FI106738 B FI 106738B FI 960267 A FI960267 A FI 960267A FI 960267 A FI960267 A FI 960267A FI 106738 B FI106738 B FI 106738B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
gas
hydrogen
stage
combustion
expansion
Prior art date
Application number
FI960267A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI960267A0 (fi
FI960267A (fi
Inventor
Poul Erik Hoejlund Nielsen
Kim Aasberg-Petersen
Poul Rudbeck
Joergensen Susanne Laegsgaard
Original Assignee
Topsoe Haldor As
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Topsoe Haldor As filed Critical Topsoe Haldor As
Publication of FI960267A0 publication Critical patent/FI960267A0/fi
Publication of FI960267A publication Critical patent/FI960267A/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI106738B publication Critical patent/FI106738B/fi

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/50—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification
    • C01B3/501—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by diffusion
    • C01B3/503—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by diffusion characterised by the membrane
    • C01B3/505—Membranes containing palladium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • C01B3/384—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts the catalyst being continuously externally heated
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/10—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with exhaust fluid of one cycle heating the fluid in another cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/20—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/003—Gas-turbine plants with heaters between turbine stages
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0233—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a steam reforming step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0405—Purification by membrane separation
    • C01B2203/041—In-situ membrane purification during hydrogen production
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0465—Composition of the impurity
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0465—Composition of the impurity
    • C01B2203/047—Composition of the impurity the impurity being carbon monoxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0465—Composition of the impurity
    • C01B2203/0475—Composition of the impurity the impurity being carbon dioxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0465—Composition of the impurity
    • C01B2203/048—Composition of the impurity the impurity being an organic compound
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0465—Composition of the impurity
    • C01B2203/0495—Composition of the impurity the impurity being water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/06—Integration with other chemical processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0811—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0811—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel
    • C01B2203/0822—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel the fuel containing hydrogen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0811—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel
    • C01B2203/0827—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel at least part of the fuel being a recycle stream
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041—Composition of the catalyst
    • C01B2203/1047—Group VIII metal catalysts
    • C01B2203/1052—Nickel or cobalt catalysts
    • C01B2203/1058—Nickel catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205—Composition of the feed
    • C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1235—Hydrocarbons
    • C01B2203/1241—Natural gas or methane
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/70—Application in combination with
    • F05D2220/75—Application in combination with equipment using fuel having a low calorific value, e.g. low BTU fuel, waste end, syngas, biomass fuel or flare gas
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10—Process efficiency

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Purification Treatments By Anaerobic Or Anaerobic And Aerobic Bacteria Or Animals (AREA)
  • Chemical Treatment Of Metals (AREA)
  • Diaphragms For Electromechanical Transducers (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Description

1 106738
Menetelmä sähköenergian kehittämiseksi Tämä keksintö liittyy sähköenergian kehittämiseen. Erityisesti tämä keksintö liittyy tiettyihin parannuksiin 5 sähköenergian kehittämisessä kemiallisesti regeneroitavassa kaasuturpiinisyklissä.
Tavanomaiset voimalaitokset, jotka käyttävät maakaasua, käsittävät ilmakompressorin, korkeapainepolttimen ja kaasupaisuttimen. Kompressorista tuleva kompressoitu 10 ilma ja maakaasu poltetaan polttimessa korkealämpötilan polttokaasun valmistamiseksi, jonka painetta alennetaan paisuttimessa. Paineen alentamisen aikana mekaanista energiaa kehittyy paisuttimessa, joka on akselilla yhdistetty pyörivään generaattoriin. Korkein yllä olevalla kaasutur-15 piinilla nykyään saavutettava syklin hyötysuhde on lähes 40 % ja kaasua polttoaineena käyttävien kaasuturpiinien viimeaikaiset parannukset on näin ollen suunnattu korkeampien hyötysuhteiden saamiseksi.
Viime aikoina on esitetty erilaisia kaasuturpiini-20 syklejä, joilla saadaan parempi hyötysuhde kaasuturpiinien polttokaasujen regeneroinnilla sisältäen turpiinin poltto-kaasun arvokkaan lämmön kemiallisen regeneroinnin.
Regeneroitavissa kaasuturpiinisykleissä turpiinin polttokaasujen lämpösisältö muunnetaan polttoaineen lisä-; 25 lämmöksi joko esilämmittämänä kompressoitu ilma ennen polttamista tai muuntamalla maakaasu korkeamman polttoar-von polttoaineeksi.
Tietyntyyppiset kemiallisesti regeneroitavat kaasu-turpiinisyklit hyödyntävät turpiinin polttokaasujen lämpöä 30 maakaasun katalyyttisen höyryreformoinnin suorittamiseksi. Maakaasu, joka koostuu pääasiassa metaanista, höyryrefor- • , - moidaan vedyn ja hiilen oksidien kaasuseokseksi, jolla on huomattavasti korkeampi lämpöarvo kuin metaanilla. Endo-termisiin höyryreformointireaktioihin tarvittava lämpö 35 saadaan regeneroitavissa kaasuturpiinisykleissä turpiinin kuumien polttokaasujen lämmöstä.
2 106738
Alalla tavanomaisesti tunnettavat kemiallisesti regeneroitavat kaasuturpiinisyklit käsittävät kaksivaiheisen poltto- ja paisuntasyklin. Ensimmäisessä vaiheessa höyryreformoitu maakaasu poltetaan ilmakompressorista tu-5 levällä ahtoilmalla ja paisutetaan ensimmäisessä paisutti-messa. Ensimmäisestä paisuttimesta tuleva polttokaasu sekoitetaan edelleen höyryreformoidun kaasun kanssa ja toisen polttovaiheen jälkeen paisutetaan toisessa paisutti-messa. Sitten toisen paisuttimen kuumat polttokaasut syö-10 tetään lämmönvaihto-höyryreformointilaitteeseen poltto- kaasujen sisältämän lämmön hyödyntämiseksi.
Tavanomaisten kaksivaiheisten kemiallisesti regeneroitavien kaasuturpiinisyklien hyötysuhteeksi on osoittautunut jopa 50 %. On havaittu, että hyötysuhdetta 15 voidaan vielä parantaa, kun käytetään ensimmäistä poltto-vaihetta korkeapaineiseen vetyköyhään polttokaasuun ja toista polttovaihetta matalapaineiseen vetyrikkaaseen polttokaasuun.
Yllä olevan keksinnön mukaisesti tämä keksintö tar-20 joaa parannetun menetelmän sähköenergian kehittämiseksi kaasuturpiinisyklissä, joka käsittää ilman kompressointi-vaiheen, ensimmäisen ja toisen kaasunpolttovaiheen ja ensimmäisen ja toisen kaasunpaisutusvaiheen sarjan, joka antaa mekaanista energiaa sähköenergian kehittämiseen pyö-; 25 riväliä generaattorilla, jonka parannus käsittää vaiheet, joissa suoritetaan ensimmäinen polttovaihe korkeapaineisella vetyköyhällä polttokaasulla ja ilman kompressointi-vaiheesta tulevalla ilmalla, missä vetyköyhä polttokaasu saadaan hiilivetysyöttökaasun endotermisellä katalyytti-30 sellä höyryreformoinnilla; toimitetaan lämpö endotermisen höyryreformoinnin suorittamiseksi toisesta paisuntavaiheesta tulevan kuuman polttokaasun lämmön epäsuoralla lämmönvaihdolla; erotetaan vetyrikastettu kaasu vetyköyhästä poltto-35 kaasusta syöttökaasun katalyyttisen höyryreformoinnin ai kana; ja 3 106738 käytetään toista polttovaihetta alhaisemmassa paineessa kuin ensimmäistä polttovaihetta ensimmäisen paisun-tavaiheen polttokaasuihin ja vetyköyhästä kaasusta erotettuun vetyrikastettuun kaasuun.
5 Hiilivetysyöttökaasun höyryreformointi kuuman kaa sun lämmönvaihdolla lämmönvaihtoreaktorilla ja vedyn erottaminen kaasuseoksista ovat per se tunnettuja toimenpiteitä.
Lämmönvaihtoreaktoreita käytetään tavanomaisesti 10 petrokemiallisessa teollisuudessa synteesikaasun ja vedyn tuottamiseen. Nämä reformointireaktorit ovat tavallisesti bajonettiputkityyppisiä, joissa ulompi putki on poisto-päästään suljettu ja sisempi putki on päistään avoin. Sisemmän ja ulomman putken seinämän väliin muodostuva rengas 15 on täytetty höyryreformointikatalyytillä, joka on epäsuora lämmönjohdin ulomman putken seinämän kuuman kaasun ja sisemmän putken tuotekaasun välillä.
Vedyn erottaminen suoritetaan yleensä absorptiota! diffuusiomenetelmillä kuten molekyyliseula-absorptiol-20 la tai palladium- tai palladium-hopeamembraanidiffuusiolla ("Ullmans Encyklopädie der Technischen Chemie", 3. painos, osa 18, s. 521 - 522 ja 527 - 528).
Kuten yllä mainittiin, kemiallisesti regeneroitavien kaasuturpiinisykiien pääetu on turpiinin polttokaasu-*' 25 jen lämmön hyödyntäminen syöttökaasua korkeamman polttoar- von polttoaineen tuottamiseksi. Tämä saavutetaan käyttämällä kuumaa polttokaasua lämpölähteenä syöttökaasun höy-ryreformoimiseksi korkeamman polttoarvon polttokaasuksi. Täten etenevää höyryreformointireaktiota rajoittaa alla-30 oleva kemiallinen tasapaino H2:n ja CO:n muodostumisen suh-:* teen: • I- .
4 106738 CH + ηΗ,Ο ** neo + ( m *2n ) H, n n z ' o ' z
Yllä olevan tasapainoreaktion mukaisesti syötön korkeampia konversioita voidaan saavuttaa poistettaessa H2 jatkuvatoimisesti reagoivasta syötöstä. Tasapaino siirtyy 5 täten H2:n ja CO:n muodostumista kohti.
Vedyn jatkuvatoiminen erottaminen katalyyttisen höyryreformoinnin aikana voidaan edullisesti suorittaa millä tahansa tunnetulla membraanireaktorilla ja kiinteällä höyryreformointikatalyyttipatj alla.
10 Nämä reaktorit on varustettu vetyä läpäisevällä metallimembraanilla huokoisen keraamisen kerroksen päällä.
Membraani on muodoltaan putki, joka sijaitsee kata-lyyttipatjan päällä. Höyryreformoinnin aikana tuotettava vety läpäisee membraanin ja vetyrikastettu kaasu pyyhkäis-15 tään putkesta pyyhkäisykaasulla, joka yleensä on höyry. Samalla kun vetyä poistetaan katalyyttipatjassa jatkuvatoimisesti reagoivasta kaasusta, vetyköyhää kaasua poistuu patjalta.
Käytettäessä membraanireaktoria tämän keksinnön 20 menetelmässä katalyyttipatjalta tuleva vetyköyhä kaasu johdetaan ensimmäisen polttovaiheen polttimeen. Kaasu .. poistuu reaktorista korkeassa paineessa, kuten vaaditaan » palamiselle kompressoidun ilman kanssa ensimmäisessä polt-tovaiheessa.
25 Vetyrikastettu kaasu, joka poistetaan membraaniput- kesta alemmassa paineessa kuin katalyyttipatjalta tuleva kaasu, syötetään toisen polttovaiheen polttimeen. Toisessa polttovaiheessa tämä vetyrikastettu kaasu poltetaan ensimmäisen paisuntavaiheen polttokaasun kanssa, jonka paine on 30 palautettu normaalitasolle. Toisen polttovaiheen poltto-kaasu paisutetaan normaaliin tai hieman korkeampaan paineeseen toisessa paisuntavaiheessa. Polttokaasun paisumi- » · « 5 106738 sella ensimmäisen ja toisen paisuntavaiheen kaasuturpiineissa saatu mekaaninen energia muunnetaan sähköenergiaksi pyörivässä generaattorissa, joka on akselin avulla kytketty kaasuturpiineihin.
5 Esimerkki 1 Tämä esimerkki esittää laskentamallia, joka on suoritettu kemiallisesti regeneroitavalle kaasuturpiinisyk-lille, jossa vetyä erotetaan maakaasun höyryreformoinnin aikana membraani-höyryreformointireaktorissa tämän keksin-10 nön tietyn suoritusmuodon mukaisesti.
Tätä laskentamallia kuvaillaan liitteenä olevassa kuviossa 1 esitetyssä virtauskaaviossa.
Kaasuturpiinisykli, jota käytetään tässä mallissa, käsittää membraani-höyryreformointireaktorin 2 katalyytti-15 patjalla 4, jossa on tavanomaista nikkelipitoista höyryre-formointikatalyyttiä, ja palladiummembraaniputken 6. Tämä sykli käsittää lisäksi ensimmäisen polttoyksikön 8 ja toisen polttoyksikön 10, ilmakompressorin 12, ensimmäisen paisuttimen 14 ja toisen paisuttimen 16 muodostaman ensim-20 mäisen kompressointi- ja paisuntayksikön, jotka on akselin avulla kytketty toisiinsa ja pyörivään generaattoriin 18. Maakaasua ja höyryä johdetaan paineella 4 053 kPa (40 atm) linjaa 20 pitkin reformointireaktoriin 2 ja syötetään ka-talyyttipatjaan 4. Kaasu höyryreformoidaan katalyyttipat-; 25 jassa 4 kosketuksella höyryreformointikatalyytin kanssa, joka on paisuttimen 16 kuuman polttokaasun epäsuora lämmön johdin. Tämä kuuma polttokaasu syötetään täten reaktoriin lämpötilassa 765 eC ja poistetaan lämmönvaihdon jälkeen lämpötilassa 636 °C linjan 24 kautta.
30 Maakaasun höyryreformoinnin aikana osa tuotetusta vedystä tunkeutuu membraaniputkeen 6 ylläkuvatulla tavalla ja vetyrikastettu kaasu poistuu putkesta 6 linjan 26 kautta syötetyn höyryn mukana. Vetyrikastettu kaasu, jonka koostumus on 43,6 tilavuus-% H2:ä ja 56,4 tilavuvs-% 35 H20:tä, johdetaan linjaa 28 pitkin lämpötilassa 600 eC ja 106738 6 virtauksella 33 407 Nm3/h toiseen polttimeen 10. Vetyköyhä kaasu, jonka koostumus on CH4 22,1 tilavuus-% H2 12,3 tilavuus-% 5 CO 1,8 tilavuus-% C02 17,7 tilavuus-% H20 45,9 tilavuus-% N2 0,2 tilavuus-% 10 poistetaan katalyyttipatjasta 4 lämpötilassa 600 °C ja johdetaan virtauksella 24 943 Nm3/h linjaa 30 pitkin ensimmäiseen polttimeen 8. Kaasu syötetään polttimeen 8 paineella 4053 kPa (40 atm) ja poltetaan kompressoidulla ilmalla 32. Kuuma polttokaasu paisutetaan paisuttimessa 14 15 antaen täten pyörimisenergiaa. Paisuttimen 14 polttokaasu 36 poltetaan vetyrikastetulla kaasulla toisessa paisuttimessa 10 paineella 1 115 kPa (11 atm). Polttimen 10 polttokaasu paisutetaan toisessa paisuttimessa antaen lisää pyörimisenergiaa. Paisuttimessa 14 ja 16 kehitetty pyöri-20 misenergia muunnetaan 56 MW sähköenergiaksi pyörivässä generaattorissa 18, kun taas sykliin syötetyn maakaasun energiasisältö oli 100 MW, mikä antaa syklin hyötysuhteeksi 56 %.
Vertailuesimerkki * 25 Samanlaisessa syklissä kuin yllä olevassa esimer kissä membraani-höyryreformointireaktori korvattiin refor-mointireaktorilla ilman vedyn erottamista.
Maakaasua, jonka energiapitoisuus oli 100 MW, höy-ryreformoitiin polttokaasuksi, jonka koostumus on 30 CH4 25,0 tilavuus-% H2 18,3 tilavuus-% CO 0,7 tilavuus-% C02 5,0 tilavuus-% H20 50,8 tilavuus-% 35 N2 0,2 tilavuus-% 7 106738
Kuten esimerkissä 1, höyryreformointi suoritettiin kuuman polttokaasun 22 (702 °C), Joka poistuu reaktorista lämmönvaihdon Jälkeen lämpötilassa 641 °C, epäsuoralla lämmönvaihdolla.
5 Polttokaasuvirtaus, Jota poistettiin reaktorista virtauksella 33 661 Nm3/h Ja lämpötilassa 600 eC, Jaettiin sitten ensimmäiseksi polttokaasuvirraksi, Jonka polttoarvo oli 67 %, Ja toiseksi polttokaasuvirraksi, Jonka polttoarvo oli 33 % laskettuna polttokaasuvirran polttoarvosta 10 höyryreformoinnin Jälkeen. Nämä polttokaasuvirrat poltettiin Ja paisutettiin samalla tavoin kuin esimerkissä 1. Vertailusyklillä saatu sähköenergia oli 52 MW, joka vastaa hyötysuhdetta 52 %, mikä on absoluuttisesti 4 % alhaisempi kuin esimerkissä 1 saatu arvo.

Claims (2)

106738 8
1. Menetelmä sähköenergian kehittämiseksi kaasutur-piinisyklissä, joka käsittää ilman kompressointivaiheen, 5 ensimmäisen ja toisen kaasunpolttovaiheen ja ensimmäisen ja toisen kaasunpaisutusvaiheen sarjan, joka antaa mekaanista energiaa sähköenergian kehittämiseen pyörivällä generaattorilla, (18) tunnettu siitä, että sen parannus käsittää vaiheet, joissa suoritetaan ensimmäinen polttovaihe 10 korkeapaineisella vetyköyhällä polttokaasulla ja ilman kom-pressointivaiheesta tulevalla ilmalla, missä vetyköyhä polttokaasu saadaan hiilivetysyöttökaasun endotermisellä katalyyttisellä höyryreformoinnilla; toimitetaan lämpö endotermisen höyryreformoinnin 15 suorittamiseksi toisesta paisuntavaiheesta tulevan kuuman polttokaasun lämmön epäsuoralla lämmönvaihdolla; erotetaan vetyrikastettu kaasu vetyköyhästä poltto-kaasusta syöttökaasun katalyyttisen höyryreformoinnin aikana; ja 20 käytetään toista polttovaihetta alhaisemmassa pai neessa kuin ensimmäistä polttovaihetta ensimmäisen paisun-tavaiheen polttokaasuihin ja vetyköyhästä kaasusta erotettuun vetyrikastettuun kaasuun.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u n- l . 25 n e t t u siitä, että vetyrikastettu kaasu erotetaan vety- köyhästä polttokaasusta vetyä läpäisevällä membraanilla. A .. )> 9 106738
FI960267A 1995-01-20 1996-01-19 Menetelmä sähköenergian kehittämiseksi FI106738B (fi)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DK7095 1995-01-20
DK007095A DK171830B1 (da) 1995-01-20 1995-01-20 Fremgangsmåde til generering af elektrisk energi

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI960267A0 FI960267A0 (fi) 1996-01-19
FI960267A FI960267A (fi) 1996-07-21
FI106738B true FI106738B (fi) 2001-03-30

Family

ID=8089401

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI960267A FI106738B (fi) 1995-01-20 1996-01-19 Menetelmä sähköenergian kehittämiseksi

Country Status (11)

Country Link
US (1) US5705916A (fi)
EP (1) EP0723068B1 (fi)
JP (1) JP3816565B2 (fi)
AT (1) ATE181984T1 (fi)
AU (1) AU695795B2 (fi)
DE (1) DE69603094T2 (fi)
DK (1) DK171830B1 (fi)
ES (1) ES2135116T3 (fi)
FI (1) FI106738B (fi)
NO (1) NO307350B1 (fi)
RU (1) RU2147692C1 (fi)

Families Citing this family (53)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DK94695A (da) * 1995-08-23 1997-02-24 Haldor Topsoe As Fremgangsmåde til generering af elektrisk energi
DK146196A (da) * 1996-06-21 1997-12-22 Haldor Topsoe As Fremgangsmåde til fremstilling af syntesegas og elektrisk energi.
US5997594A (en) * 1996-10-30 1999-12-07 Northwest Power Systems, Llc Steam reformer with internal hydrogen purification
US6537352B2 (en) * 1996-10-30 2003-03-25 Idatech, Llc Hydrogen purification membranes, components and fuel processing systems containing the same
US6547858B1 (en) 1999-03-22 2003-04-15 Idatech, Llc Hydrogen-permeable metal membrane and hydrogen purification assemblies containing the same
US6221117B1 (en) 1996-10-30 2001-04-24 Idatech, Llc Hydrogen producing fuel processing system
US5861137A (en) * 1996-10-30 1999-01-19 Edlund; David J. Steam reformer with internal hydrogen purification
US6376113B1 (en) * 1998-11-12 2002-04-23 Idatech, Llc Integrated fuel cell system
US6152995A (en) 1999-03-22 2000-11-28 Idatech Llc Hydrogen-permeable metal membrane and method for producing the same
US7195663B2 (en) * 1996-10-30 2007-03-27 Idatech, Llc Hydrogen purification membranes, components and fuel processing systems containing the same
US6783741B2 (en) * 1996-10-30 2004-08-31 Idatech, Llc Fuel processing system
US5896738A (en) * 1997-04-07 1999-04-27 Siemens Westinghouse Power Corporation Thermal chemical recuperation method and system for use with gas turbine systems
EP0950637B1 (en) * 1998-04-16 2004-08-25 Haldor Topsoe A/S Process and unit for the combined production of ammonia synthesis gas and power
US6767389B2 (en) * 1999-03-22 2004-07-27 Idatech, Llc Hydrogen-selective metal membranes, membrane modules, purification assemblies and methods of forming the same
US6596057B2 (en) 1999-03-22 2003-07-22 Idatech, Llc Hydrogen-selective metal membranes, membrane modules, purification assemblies and methods of forming the same
DE19934927A1 (de) * 1999-07-26 2001-02-01 Abb Alstom Power Ch Ag Verfahren zum Kühlen von Leit- und/oder Laufschaufeln in den Turbinenstufen einer Gasturbinenanlage sowie Gasturbinenanlage zur Durchführung des Verfahrens
WO2001008247A1 (en) 1999-07-27 2001-02-01 Idatech, Llc Fuel cell system controller
US6979507B2 (en) 2000-07-26 2005-12-27 Idatech, Llc Fuel cell system controller
DE19952885A1 (de) 1999-11-03 2001-05-10 Alstom Power Schweiz Ag Baden Verfahren und Betrieb einer Kraftwerksanlage
US6585784B1 (en) 1999-12-13 2003-07-01 Exxonmobil Chemical Patents Inc. Method for utilizing gas reserves with low methane concentrations for fueling gas turbines
US6298652B1 (en) 1999-12-13 2001-10-09 Exxon Mobil Chemical Patents Inc. Method for utilizing gas reserves with low methane concentrations and high inert gas concentrations for fueling gas turbines
US6968700B2 (en) 2001-03-01 2005-11-29 Lott Henry A Power systems
US6841683B2 (en) * 2001-08-30 2005-01-11 Teva Pharmaceutical Industries Ltd. Sulfonation method for zonisamide intermediate in zonisamide synthesis and their novel crystal forms
EP1364910B1 (en) * 2002-05-16 2005-06-29 Haldor Topsoe A/S Carbon monoxide conversion process and reaction unit
US20040226299A1 (en) * 2003-05-12 2004-11-18 Drnevich Raymond Francis Method of reducing NOX emissions of a gas turbine
US7076957B2 (en) * 2003-09-05 2006-07-18 Praxair Technology, Inc. Fluid heating and gas turbine integration method
US6951111B2 (en) * 2003-10-06 2005-10-04 Chentek, Llc Combusting hydrocarbons excluding nitrogen using mixed conductor and metal hydride compressor
US7842428B2 (en) * 2004-05-28 2010-11-30 Idatech, Llc Consumption-based fuel cell monitoring and control
US8277997B2 (en) * 2004-07-29 2012-10-02 Idatech, Llc Shared variable-based fuel cell system control
TW200629635A (en) * 2004-10-31 2006-08-16 Idatech L L C Hydrogen generation and energy production assemblies
NO20051891D0 (no) * 2005-04-19 2005-04-19 Statoil Asa Prosess for produksjon av elektrisk energi og CO2 fra et hydrokarbon rastoff
US8021446B2 (en) * 2005-09-16 2011-09-20 Idatech, Llc Self-regulating feedstock delivery systems and hydrogen-generating fuel processing assemblies and fuel cell systems incorporating the same
US7601302B2 (en) 2005-09-16 2009-10-13 Idatech, Llc Self-regulating feedstock delivery systems and hydrogen-generating fuel processing assemblies and fuel cell systems incorporating the same
US7887958B2 (en) * 2006-05-15 2011-02-15 Idatech, Llc Hydrogen-producing fuel cell systems with load-responsive feedstock delivery systems
US7972420B2 (en) * 2006-05-22 2011-07-05 Idatech, Llc Hydrogen-processing assemblies and hydrogen-producing systems and fuel cell systems including the same
US7939051B2 (en) * 2006-05-23 2011-05-10 Idatech, Llc Hydrogen-producing fuel processing assemblies, heating assemblies, and methods of operating the same
WO2007141101A1 (de) * 2006-06-07 2007-12-13 Alstom Technology Ltd Verfahren zum betrieb einer gasturbine, anwendung des verfahrens in einem kombikraftwerk und kombikraftwerk zur durchführung des verfahrens
US20080210088A1 (en) * 2006-10-23 2008-09-04 Idatech, Llc Hydrogen purification membranes, components and fuel processing systems containing the same
US7802434B2 (en) * 2006-12-18 2010-09-28 General Electric Company Systems and processes for reducing NOx emissions
US8262752B2 (en) 2007-12-17 2012-09-11 Idatech, Llc Systems and methods for reliable feedstock delivery at variable delivery rates
US20090241551A1 (en) * 2008-03-26 2009-10-01 Air Liquide Process And Construction Inc. Cogeneration of Hydrogen and Power
US8701413B2 (en) * 2008-12-08 2014-04-22 Ener-Core Power, Inc. Oxidizing fuel in multiple operating modes
WO2010113158A1 (en) 2009-04-01 2010-10-07 Linum Systems, Ltd. Waste heat air conditioning system
JP6076088B2 (ja) * 2009-09-01 2017-02-08 エクソンモービル アップストリーム リサーチ カンパニー 低排出発電および炭化水素回収のシステムおよび方法
US20110223101A1 (en) * 2010-02-06 2011-09-15 William Timothy Williams Combustion chamber hydrogen converter accelerator
US8845272B2 (en) 2011-02-25 2014-09-30 General Electric Company Turbine shroud and a method for manufacturing the turbine shroud
US20130305738A1 (en) * 2012-05-17 2013-11-21 General Electric Company System and method for producing hydrogen rich fuel
EP2767699B1 (en) * 2013-02-19 2018-04-18 Ansaldo Energia IP UK Limited Gas turbine with fuel composition control and method
US9416675B2 (en) 2014-01-27 2016-08-16 General Electric Company Sealing device for providing a seal in a turbomachine
US10099290B2 (en) 2014-12-18 2018-10-16 General Electric Company Hybrid additive manufacturing methods using hybrid additively manufactured features for hybrid components
US10476093B2 (en) 2016-04-15 2019-11-12 Chung-Hsin Electric & Machinery Mfg. Corp. Membrane modules for hydrogen separation and fuel processors and fuel cell systems including the same
US11712655B2 (en) 2020-11-30 2023-08-01 H2 Powertech, Llc Membrane-based hydrogen purifiers
EP4286677A1 (en) 2022-06-02 2023-12-06 Linde GmbH Method of operating an internal combustion engine and corresponding arrangement

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3765167A (en) * 1972-03-06 1973-10-16 Metallgesellschaft Ag Power plant process
DK165946C (da) * 1985-03-21 1993-07-05 Haldor Topsoe As Reformingproces under varmeudveksling og reaktor dertil
US4861348A (en) * 1986-10-08 1989-08-29 Hitachi, Ltd. Fuel reforming apparatus
GB8728882D0 (en) * 1987-12-10 1988-01-27 Ici Plc Hydrogen
SE468910B (sv) * 1989-04-18 1993-04-05 Gen Electric Kraftaggregat, vid vilket halten av skadliga foeroreningar i avgaserna minskas
DE4003210A1 (de) * 1990-02-01 1991-08-14 Mannesmann Ag Verfahren und anlage zur erzeugung mechanischer energie
DE4118062A1 (de) * 1991-06-01 1992-12-03 Asea Brown Boveri Kombinierte gas/dampf-kraftwerksanlage
DE4301100C2 (de) * 1993-01-18 2002-06-20 Alstom Schweiz Ag Baden Verfahren zum Betrieb eines Kombikraftwerkes mit Kohle- oder Oelvergasung
US5482791A (en) * 1993-01-28 1996-01-09 Fuji Electric Co., Ltd. Fuel cell/gas turbine combined power generation system and method for operating the same
US5562754A (en) * 1995-06-07 1996-10-08 Air Products And Chemicals, Inc. Production of oxygen by ion transport membranes with steam utilization
US5541014A (en) * 1995-10-23 1996-07-30 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Indirect-fired gas turbine dual fuel cell power cycle

Also Published As

Publication number Publication date
NO960241L (no) 1996-07-22
DE69603094T2 (de) 1999-10-28
DK171830B1 (da) 1997-06-23
DE69603094D1 (de) 1999-08-12
NO307350B1 (no) 2000-03-20
AU4206196A (en) 1996-08-01
AU695795B2 (en) 1998-08-20
US5705916A (en) 1998-01-06
NO960241D0 (no) 1996-01-19
FI960267A0 (fi) 1996-01-19
FI960267A (fi) 1996-07-21
RU2147692C1 (ru) 2000-04-20
JP3816565B2 (ja) 2006-08-30
ATE181984T1 (de) 1999-07-15
EP0723068A1 (en) 1996-07-24
JPH08319850A (ja) 1996-12-03
ES2135116T3 (es) 1999-10-16
DK7095A (da) 1996-07-21
EP0723068B1 (en) 1999-07-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI106738B (fi) Menetelmä sähköenergian kehittämiseksi
CA2534210C (en) Method for extracting hydrogen from a gas that contains methane, particularly natural gas, and system for carrying out the method
AU768779B2 (en) Process for preparing a H2-rich gas and a CO2-rich gas at high pressure
JP5268471B2 (ja) ポリジェネレーションシステム
KR102599461B1 (ko) 암모니아 합성 가스 제조 방법
RU2478564C2 (ru) Способ получения синтез-газа для синтеза аммиака
RU2479484C2 (ru) Способ получения синтез-газа для синтеза аммиака
CN107021454B (zh) 用于制氢的方法
CA2507922A1 (en) Autothermal reformer-reforming exchanger arrangement for hydrogen production
EP1951420A2 (en) Methods and apparatus for hydrogen gas production
EP4196436A1 (en) Atr-based hydrogen process and plant
WO2008067360A2 (en) Systems and processes for producing hydrogen and carbon dioxide
CN110958988A (zh) 用于改善氨合成气装置的效率的方法
US6740258B1 (en) Process for the production of synthesis gas in conjunction with a pressure swing adsorption unit
WO1999041188A1 (en) Process for producing electrical power and steam
AU2021286875B2 (en) Method for the production of hydrogen
CA3217663A1 (en) Method for production of blue ammonia
EP1441981A1 (en) Method and reactor for reformation of natural gas and simultaneous production of hydrogen
JP2002012401A (ja) 膜反応装置及びガス合成システム
CA3116193A1 (en) Carbon recycling in steam reforming process
WO2024063808A1 (en) Process for producing hydrogen product having reduced carbon intensity
TW202319334A (zh) 氫製造結合co2捕捉的方法
JP2000095505A (ja) 水素の製造方法及び製造装置
JPS6244958A (ja) アンモニア製造装置

Legal Events

Date Code Title Description
MM Patent lapsed