KR20020072251A - 비상 작동시 기체 혼합물을 분리하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

비상 작동시 기체 혼합물을 분리하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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게르하르트 차프
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린데 악티엔게젤샤프트
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Abstract

본 발명은 분리 장치 내에서 기체 혼합물을 분리하는데 사용되는 방법 및 장치에 관한 것이다. 공급 기체(18)가 압축 시스템(6, 16) 및 이어서 분리 장치로 공급된다. 제 1 공급 기체 압축기(6)의 압축 시스템(6, 16)이 완전히 또는 일부가 고장이 나는 경우에는 대략 제 1 생성물 흐름의 조성물이나 공급 기체의 조성물을 포함하는 제 1 보조 흐름(91, 92)이 적어도 내략 제 1 압력까지 압축되어(78, 79) 분리 장치로 되돌아간다.

Description

비상 작동시 기체 혼합물을 분리하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND ARRANGEMENT FOR SEPERATING GAS MIXTURE IN EMERGENCY OPERATION}
본 발명은 청구항 제 1항의 전제부에 따른 기체 혼합물의 분리 방법에 관한 것이다.
이러한 종류의 시스템에서는 공급 기체를 압축시키기 위해 다음과 같이 다양한 압축기 시스템이 사용될 수 있다. :
- 예컨대 연속하는 다수의 단계를 가진 단일 압축기
- 직렬로 연결된 2 개 이상의 분리된 압축기
- 병렬로 연결된 2 개 이상의 압축기
- 분리 장치뿐만 아니라 그 밖의 대규모 장치를 제공하는 일반적인 가스 압축 시스템(예: 압축 가스 시스템, 특히 압축기-레일을 가진 압축 가스 덕트 시스템)
본 발명의 바람직한 적용 분야로는 복합 발전 프로세스(IGCC - IntergratedGasfier Combined Cycle Process, 석탄가스화 복합 발전 프로세스)를 공급하기 위한 저온 공기 분리 방법이 있다. 여기서는 에너지 생산을 위해 가스 터빈(가스터빈-팽창기(expander)), 상기 가스 터빈에 의해 구동되는 가스 터빈 압축기 및 연소실을 포함하는 가스 터빈 장치가 사용된다. 상기 에너지 생산 시스템 내에는 하나 이상의 공기 분리의 산물이 사용된다. 예컨대 공기 분리기 내에서 발생한 산소가 연소실로 공급되는 연소 가스의 발생을 위해 사용될 수 있다. 이 경우 산소는 특히 석탄-가스화 또는 중유(Heavy fuel)-가스화에서 산화제로서 사용된다. 대안으로 또는 부가로, 공기 분리기로부터 나온 질소가 연소실 또는 가스 터빈 내로 공급되거나 연소실과 상기 연소실의 가스 터빈 사이에서 가스 터빈-배출 가스와 혼합됨으로써 가스 터빈-흐름으로 유입될 수 있다. 대부분의 경우 질소는 합성 가스 장치 내로 석탄을 공급하기 위해서도 사용될 수 있다.
가스 터빈 압축기는 한 편으로는 연소 프로세스에 필요한 공기를 공급하고, 다른 한 편으로는 공기 분리기용 공급 기체의 일부("제 1 공급 기체 흐름")를 공급한다. 즉, 가스 터빈 압축기는 본 발명의 관점에서 "제 1 공급 기체 압축기"를 의미한다. 본 발명의 방법에서는 공기 분리용 공급 기체의 또 다른 일부("제 2 공급 기체 흐름")가 가스 터빈 장치와 독립적으로 구동되는, 예컨대 전기 모터나 증기 터빈에 의해 구동되는 별도의 공기 압축기("제 2 공급 기체 압축기")에 의해 압축된다. 제 1 공급 기체 흐름과 제 2 공급 기체 흐름 사이의 비는 원칙적으로 모든값을 취할 수 있다. 실제로는 통상 30:70 내지 70:30, 바람직하게는 40:60 내지 60:40의 비율을 나타낸다.
가스 터빈이 작동 장애로 인해 고장이 나면, 아주 잠시동안 상응하는 양의 공기 분리기용 공급 기체가 부족하게 된다. 기체량 및 기체 압력이 감소됨에 따라 공기 분리기의 정류탑(들)의 하중도 감소하고, 액체(보유량)가 바닥 내지는 패킹(packing)으로부터 아래로 떨어지며 전체 생성물 순도가 약화된다. 지금까지는 이러한 고장이 발생한 후에 분리 프로세스를 계속 유지하는 방법이 공지되지 않았다. 공기 분리기의 소비 장치, 예컨대 가스화 장치를 계속 작동시키는 것은 고가의 압력 탱크를 외부에서 비상 공급하거나 액체 생성물을 일시적으로 증발시키는 것을 통해서만 제한적으로 가능하다.
본 발명의 목적은 2 개의 공급 기체 압축기 중 하나가 고장난 경우 계속 수행될 수 있는, 도입부에 언급한 방식의 기체 분리 방법을 제공하는 것이다.
도면은 IGCC-프로세스를 제공하는데 사용되는 저온 기체 분리 장치이다.
상기 목적은 압축기 시스템이 완전히 또는 부분적으로 고장나는 경우, 대략 제 1 생성물 흐름의 조성물 또는 공급 기체의 조성물을 포함하는 제 1 보조 흐름이 대략 제 1 압력까지 압축되어 분리 장치로 다시 되돌아감으로써 달성된다.
본 발명의 범주 내에서 압축기 시스템 내 장애물에 의해 감소되는 공급 기체량은 다른 공기원으로부터 나오는 보조 흐름을 통해 적어도 부분적으로 대체된다. 이러한 방식으로 공급 기체량의 감소가 적어도 부분적으로 보상되고 분리 프로세스(예컨대 정류 프로세스)가 지지될 수 있다. 이어서 분리 장치는 부분 부하로 작동되도록, 그리고 보조 흐름량이 감소되도록, 경우에 따라서는 0까지 감소되도록 제어할 수 있다.
"대략"이라는 표현은 제 1 보조 기체의 조성물과 관련하여 각 성분의 비율이 최대 5 mol%, 바람직하게는 최대 1 mol%의 편차가 있다는 것을 의미한다. 압력에 관한 진술에서 "대략"이라는 표현에 의해 라인 손실 및 다른 유동 손실의 규모에서의 편차가 허용된다.
보조 흐름을 형성시키는 다른 공기원은 예컨대 분리 장치 자체일 수 있다. 이 경우 장해가 발생하면 상기 분리 장치의 적어도 하나의 제 1 생성물 흐름이 상기 분리 장치로 되돌아간다. 특히 생성물(들)이 강제로 발생되는 경우에는 재활용되는 생성물 흐름이 기존의 생성물 압축기의 흐름 반대방향으로 또는 생성물 압축기의 중간 단계에서 배출되어 경우에 따라서는 공급 기체압("제 1 압력")까지 팽창되어 다시 분리 장치로, 예컨대 공기 분리기의 정류탑(들)으로 전달될 수 있다.
더욱이 생성물의 양도 감소시키기 위해(압축기 시스템이 완전히 고장나면 분리 장치가 경우에 따라서는 처음으로 생성물을 더 이상 공급할 수 없다), 물론 상기 단점은 실제로 공기 분리기의 장애없는 추가 조작에 의해 충분히 보완된다. 필요한 경우 소비장치는 생성물 배출이 감소되거나 중단되는 시간에 비상 공급 시스템(Backup-System)을 통해 공급될 수 있다. 상기 시스템은 예컨대 적어도 하나의 액체 탱크 및/또는 기체압력 저장기 형태의 저장기 유닛을 포함한다. 상기 저장기 유닛은 분리 장치 이외의 것들(예: 탱크로리(road tanker) 또는 파이프라인) 및/또는 분리 장치의 정상 작동시 행성되는 산물에 의해 채워질 수 있다. 저장기 유닛이 "제 1 압력"(압축기 시스템의 배출 압력)과 적어도 거의 동일한 압력을 받는 경우에는 분리 장치 내에 적절한 보조 흐름을 재활용하기 위한 고유의 압력 상승 시스템에 대한 필요성이 없어진다.
이러한 비상 공급 시스템이 제공되면, 거기서 발생한 비상 공급 전류는 분리 장치로부터 나온 하나 또는 다수의 생성물 흐름에 대한 대안으로 또는 그에 부가되어 소비 장치로 가는 대신 분리 장치로도 되돌아갈 수 있다.
바람직하게는 압축 시스템이 완전히 또는 부분적으로 고장이 나면 조성물이 상이한 2 가지 생성물 흐름, 예컨대 공기 분리의 경우 질소 흐름과 산소 흐름이 분리 장치로 되돌아간다. 그로 인해 현대 프로세스 제어 공학의 범주에서 재활용 흐름 내 조성물을 전반적으로 공급 기체에 매칭시키는 것이 가능하다. 최적의 경우 복귀된 생성물 흐름의 전체 양 뿐만 아니라 그의 상대적 양도 조정되기 때문에 부족한 공급 기체량과 가능한 한 정확하게 일치한다. 따라서 제 1 공급 기체 압축기의 고장은 분리 프로세스에 직접적인 영향을 주지 않는다. - 분리 장치는 실제로 이러한 심각한 작동 장애에 의해 공급 기체의 압축시 아무것도 감지하지 못한다. 물론 복귀된 2 개의 흐름("보조 흐름")은 부분적으로 또는 완전히 비상 공급 전류로 형성될 수 있다.
압축기 시스템 내 제 1 및 제 2 공급 기체 압축기의 병렬 접속의 경우, 특히 상기 두 공급 기체 압축기 중 하나가 완전히 또는 부분적으로 고장이 나면 본 발명에 따른 비상 회로가 투입된다. 이 때 상기 두 공급 기체 압축기는 공통의 라인을 통해 공급 기체의 2 개의 부분 흐름을 흡입하고, 상기 공통 라인은 예컨대 필터를 포함하는데, 상기 두 공급 기체 압축기 각각의 유입구가 단일 흡입관에 연결될 수있으며, 상기 흡입관은 다른 공급 기체 압축기의 흡입구와 독립적이다.
원칙적으로는 복귀된 보조 흐름(들)을 분리 장치 - 예컨대 정류탑 - 에 따로따로 보낼 수 있다. 그러나 복귀된 생성물 흐름 또는 생성물 흐름들은 공급 기체의 압축된 제 2 부분 흐름과 혼합되고, 그 혼합물은 분리 장치 또는 공기 분리기의 Cold box 내에 함께 유입되는 것이 더 유리하다. 혼합은 흐름 방향으로 볼 때 공급 기체용 세척 장치의 위쪽 또는 아래쪽으로 수행될 수 있다. 예컨대 복귀된 생성물 흐름 또는 생성물 흐름들은 공급 기체용 냉각 장치, 예컨대 직접 접촉 냉각기(direct contact cooler) 내로 직접 유입될 수 있다.
복귀된 생성물 흐름의 압축을 위해 바람직하게는 방해받지 않은 작동에서 필요한 생성물 압력을 발생시키는데 사용되는 장치가 이용된다. 이 때 예컨대 다단계 기체 압축기(외부 압축) 및/또는 액체 펌프 및 액체 상태로 압축되는 생성물 흐름을 증발시키기 위한 수단을 포함하는 내부 압축 장치가 사용될 수 있다. 외부 압축의 경우 재활용되는 생산물 흐름은 흐름 방향으로 볼 때 기체 압축기의 아래로 또는 그의 중간 단계의 배출구로부터 배출된다. 순수한 내부 압축시에는 배출이 흐름 방향으로 볼 때 예컨대 주 열 교환기의 따뜻한 쪽 단부에서의 생성물 증발을 위한 열 교환기의 아래쪽으로 실시된다. 물론 동일한 생성물 흐름의 경우에는 내부- 및 외부 압축이 복합적으로 실시될 수도 있다. 공기 분리의 경우 종종 질소는 외부 압축되고, 산소는 내부 압축된다.
본 발명의 중요한 응용 분야는 이미 언급한 것처럼 공기 분리 장치, 특히 저온 공기 분리 장치이다. 여기서는 공급 기체가 공기로 형성되고, 분리 장치는 공기 분리 장치로 형성되며, 복귀된 생성물 흐름 또는 생성물 흐름들은 질소 흐름 및/또는 산소 흐름 및/또는 비상 공급 시스템으로부터 배출된 상응하는 흐름으로 형성된다. 극저온 공기 분리기의 경우에는 "분리 장치"가 질소-산소-분리를 위한 정류탑(들) 및 주 열교환기를 갖춘 전체 cold box를 포함한다. 바람직하게는 클래식한 Linde-double column-장치가 사용된다. 그러나 본 발명은 다른 이중탑 방법, 단일탑 방법 또는 3 개 이상의 탑을 사용하는 방법에도 적용될 수 있다. 본 발명은 특히, 예컨대 DE 2434238, DE 2503193, Springmann, Linde-Berichte aus Technik und Wissenschaft, 51/1982 p. 55-65, Rottmann, Schoenpflug, Sauerstoffversorgung fuer Kohlevergasungs-Kraftwerke(Combined Cycle Process), BMFT-Forschungsbericht T 82-018, Beysel, Sommerfeld, VGB-Konferenz "Kohlevergasung 1991", 16-17.05.1991, Dortmund, Lecture D1, EP 758733 B1, DE 19818308 A1, 이전 기술에서 공개되지 않은 독일 특허출원 10052180호와 그에 상응하는 출원 및 이전 기술에서 공개되지 않은 독일 특허출원 10103968 및 10103957과 그에 상응하는 출원에 제시되어있는 것처럼, IGCC-장치와 함께 공기 분리 프로세스에서 사용되는 것이 바람직하다.
원칙적으로는 본 발명에 따른 생성물 재활용이 동시에 작동하는 적어도 2 개의 공급 기체 압축기를 이용하는 모든 기체 분리 프로세스, 특히 동시에 작동하는 적어도 2 개의 기체 압축기를 이용하는 모든 기체 분리 프로세스에 적용될 수 있다. 또한 생성물 재활용은 단일 압축기를 사용하는 분리 프로세스에도 이용될 수 있다. 그러나 상기 단일 압축기가 완전히 고장나면 먼저 전체 생성물이 복귀된다.즉, 소비 장치(들)를 위한 최종 생성물을 사용할 수 없다. 그러나 이는 상황에 따라 분리 장치를 통제하여 작동시키거나, 작동 상태(소위 공회전 작동)에 유지되도록 하는 데에 중요할 수 있다.
본 발명은 또한 청구항 제 13항에 따른 기체 분리, 특히 저온 분리를 위한 장치에 관한 것이다.
본 발명 및 본 발명의 기타 세부사항들은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하기에 더 자세히 설명된다. 실시예는 IGCC-프로세스를 제공하는데 사용되는 저온 기체 분리 장치에 관한 것이다.
공급 기체는 공통 에어 덕트(1, 3)를 지나 필터(2)를 통해 유입되어 제 1 부분(4)과 제 2 부분(5)으로 나뉜다. 제 1 부분(4)은 제 1 기체 압축기(6) 내에서 예컨대 10 bar의 제 1 압력까지 압축된다. 상기 기체 압축기는 가스터빈 시스템(10)의 일부이며, 상기 가스터빈 시스템은 그 외에도 연소실(11), 제너레이터(12) 및 가스터빈-팽창기(13)를 포함하며, 상기 가스터빈-팽창기(13)는 기계적 결합을 통해 제너레이터(13) 및 제 1 기체 압축기(가스터빈-압축기)(6)를 구동한다.
기체의 압축된 제 1 부분(7) 중 일부(8)만 기체 분리기용 공급 기체로서 사용되고, "공급 기체의 제 1 부분 흐름"을 형성한다. 잔여 기체(9)는 연소실(11)로 들어가서 연소 가스(14)의 연소시에 산화제로서 사용된다. 연소실로부터의 배출 가스(15)는 가스터빈 팽창기(13) 내에서 팽창된다.
기체의 제 2 부분(5)은 "공급 기체의 제 2 부분 흐름"을 형성하고, 제 2 기체 압축기(16) 내에서 같은 제 1 압력까지 압축된다. 상기 공급 기체의 2 개의 압축 부분 흐름(8, 17)은 덕트(18)를 통해 함께 직접 접촉 냉각기(19)에 공급된다. 실시예에서는 제 1 및 제 2 부분 흐름이 각각 덕트(18)를 통해 흐르는 전체 기체량의 약 50%로 형성된다. 상기 계산에서 연소 기체량은 고려되지 않는다.
직접 접촉 냉각기(19) 내에서는 공급 기체가 물(20)에 의한 직접 열 교환을 거치게 된다. 상기 직접 접촉 냉각기의 침전물로부터 예열된 물(21)이 배출되고, 위쪽에서는 냉각된 공기(22)가 배출된다. 후자는 실시예에서 전환 가능한 몰레큘러시브-흡착실 쌍으로 이루어진 세척 장치(23)에 공급된다. 세척된 공기(24)의 작은 부분(25)은 인스트루먼트 기체 또는 압축 기체로서 배출 기체(Cust-Air)로 배출된다. 잔여 기체는 덕트들(26, 27)로 나뉘어 분리 장치의 cold box(도시되지 않음)로, 더 정확히 말하면 실시예에서 3 개의 블록(28a, 28b, 28c)으로 구성된 주 열 교환기 시스템의 고온 단부로 흘러간다. 기체 흐름(26)은 대략 제 1 압력(덕트 손실 제외)까지 압축되어 상기 블록(28b 및 28c)의 고온 단부에 공급된다(덕트 29b, 29c, 30b, 30c). 부분 흐름 (31b, 31c)는 저온 단부까지 주 열 교환기를 통해 흐르고, 덕트(32)를 통해 가스 형태로 정류기 시스템의 고압탑(33)으로 유입되며, 상기 정류기 시스템은 그 외에도 저온탑(34) 및 응축기-증발기(주 응축기)(35)를 포함한다. 다른 부분 흐름(36b, 36c)은 중간 온도로 상기 주 열 교환기 블록(28b 내지는 28c)의 저온 단부 위로 배출되어(36b, 36c)보상 흐름(36a)으로서 상응하는 중간 위치에 놓인 다른 블록(28a)에 공급되어, 거기서 저온 단부까지 냉각된 다음 마찬가지로 덕트(37 및 32)를 통해 고압탑(33)에 공급된다.
기체 흐름(27)은 제 1 재압축기(38) 내에서 재냉각기(39)에 의해 제 2 압력까지 압축된다. 상기 제 2 압력은 제 1 압력보다 더 높고, 예컨대 87 bar의 값을 갖는다. 제 2 압력가지 압축된 기체의 일부(29a)가 주 열 교환기 시스템의 블록(28a) 내에서 중간 온도로 냉각되고, 팽창 터빈(41)의 덕트(40)를 통해 대략 제 1 압력까지 팽창된다. 터빈(41)으로부터 배출된 2 상태 혼합물이 상태 분리(43)를 거치게 된다. 가스 형태의 부분은 덕트(44 및 32)를 통해 고압탑(33)으로 유입되고, 액체(45, 46)는 저압탑(34)으로 직접 유입된다.
제 2 압력까지 압축된 기체의 다른 일부(47)는 제 2 재압축기(48)에서 재냉각기(49)에 의해 더 높은 제 3 압력(예컨대 87 bar)까지 압축되어, 마찬가지로 블록(28a)에 유입된다(30a). 상기 기체는 액체 상태로 압축된 산소 생성물의 증발에 사용되고, 주 열 교환기의 저온 단부로부터 임계값 이상으로 또는 액체 상태로 배출되어 고압탑(33) 내에서 팽창된다(51).
고압탑(33)의 꼭대기에서는 가스형 순질소(52)가 배출되고, 주 응축기(35) 내에서 적어도 제 1 부분(53)으로 액화된다. 이 때 발생한 응축물(54)은 복귀물(55)로서 고압탑(33)으로 보내지거나 덕트(56), 과냉-역류기(57), 덕트(58), 스로틀 밸브(59), 분리기(상태 분리 장치, 60) 및 덕트(61)를 통해 액체 생성물로서 얻어진다. 가스형태 질소(52)의 일부는 상기 고압탑(33)의 꼭대기로부터 덕트(62), 주 열 교환기 블록(28c) 및 덕트(63)를 통해 중압 생성물(LPGAN)로서 직접 배출된다.
저압탑(34)용 복귀 액체(64)는 실시예에서 고압탑(33)의 중간 위치에서 배출되고, 덕트(65) 및 스로틀 밸브(66)를 통해 상기 탑의 꼭대기에서 과냉(57)된다. 또한 (51)에서 중간 팽창된 액화 기체의 적어도 일부가 덕트(67)ㅡㄹ 통해 다시 고압탑(33)으로부터 배출되고 과냉되어(57) 덕트(68) 및 스로틀 밸브(69)를 통해 저압탑(34)의 동일한 중간 위치에 공급되며, 상기 중간 위치에서는 액화 기체(46)도 터빈(41)으로부터 유입된다. 고압탑(33)의 침전물로부터의 액체 미정제 산소(70)가 과냉된 후(57) 덕트(71) 및 스로틀 밸브(72)를 통해 약간 더 아래쪽의 저압탑으로 공급된다.
저압탑(34)으로부터의 정제된 꼭대기 위치의 질소(73)는 과냉-역류기(57) 내에서 예열되어 덕트(75a 내지는 75b)를 통해 주 열 교환기 시스템의 블록(28a 내지는 28b)으로 공급된다. 대략 주변 온도까지 예열된 후 저압탑-질소의 일부(76)가 세척 장치(23)용 재생 가스(77)로서 사용되거나, 대기로 날아간다(78). 다른 일부는, 경우에 따라 재압축기(96)로 이르는 습한 재생 가스(94, 95)로 보충되어, 생성물 압축기(78) 내에서 필요한 생성물 압력까지, 예컨대 24 bar까지 압축되어 덕트(79)를 통해 고압 생성물(HPGAN)로서 배출된다.
저압탑(34)의 액체 산소 생성물(80)은 상이한 4 가지 목적으로 사용된다. 제 1 부분(82)은 펌프(81)에 의해 주 응축기(35)로 공급되어, 거기서 응축되는 고압탑(33)의 꼭대기 부분의 질소(53)가 부분적으로 증발된다. 주 응축기(35)의 증발실 내에서 형성된 2상태 혼합물(83)은 저압탑(34)으로 되돌아간다. 가스형태 부분은 상승하는 증기로서 저압탑(34) 내에서 사용된다.
제 2 및 제 3 부분(84, 86)도 마찬가지로 펌프(81)에의해 공급된 후, 경우에따라 (57) 내에서 과냉되어 덕트(85)를 통해 액체 생성물(LOX)로서 배출되거나, 주 열 교환기 블록(28a)에 전달되어 거기서 증발되고, 예열된 후 덕트(87)를 통해 가스형 저압 생성물(LPGOX)로서 배출된다.
제 4 부분은 내부 압축에 의해 예컨대 81 bar의 매우 높은 생성물 압력까지 압축되고, 동시에 또 다른 펌프(89) 내에서 상응하게 높은 압력이 발생되고 초임계 산소(90)가 주 열 교환기 시스템의 블록(38a) 내로 유입되어 거기서 높은 압력 하에 예열된다. 내부압축된 산소는 예열된 후 덕트(93)를 통해 고압 생성물로서 배출된다.
장치의 정상 작동시 전체 압축 생성물이 모두 상응하는 소비 장치로 전달된다. 고압 산소(93)는 예컨대 연소 가스(14)가 발생되는 하나 이상의 가스화 장치로, 그리고 고압 질소는 연소실(14) 또는 배기 가스(15, 도시되지 않음)로 보내진다. 가스 터빈이 고장나면 기체 분리기용 공급 기체(18)의 약 50%가 아주 잠깐동안 빠져나간다. 본 발명에 따르면 이 순간에 상응하는 압축 생성물(79, 80)으 양이 파선으로 도시된 덕트(91)를 통해 직접 접촉 냉각기(19)로 유입되어, 즉시 부족한 기체 량을 대체한다. 생성물 덕트(79, 93) 내 압력이 기체 압력(직접 접촉 냉각기의 작동 압력)보다 더 높기 때문에, 이를 위한 기계가 사용될 필요가 없다. 덕트(91,92)는 단지 직접 접촉 냉각기(19) 및 후속하는 세척 장치(23)로의 충격을 방지하는 적합한 팽창 전기자만 갖추면 된다. 복귀된 생성물 흐름(91,92)의 양 조절은 압력 조절기에 의해 제한될 수 있다. 순차 제어의 범주 내에서 이러한 비상 연결이 제어 공학에의해 구현된다. 즉, 비상 연결은 가스터빈-팽창기의 회전 속도가 떨어짐으로써 충격을 받게 된다.
표 1: 정상 작동(Design)
공기량 HP-GOX HP-GAN
380,000 Nm3/h, 10 bar >> 81000 Nm3/h, 81 bar285000nm3/h,24 bar
표 2: 가스터빈-압축기의 고장시(GT-Trip)
공기량 HP-GOX HP-GAN
190,000 Nm3/h>> 81000 Nm3/h 285000nm3/h
190,000 Nm3/h<< 복귀 << 41900 Nm3/h 150900nm3/h
---------------------------------------
380,000 Nm3/h>> 39100 Nm3/h134100nm3/h
대안으로는 복귀된 생성물 흐름이 냉각 장치(19)와 세척 장치(23) 사이에서도 공급 기체 덕트 내로 공급될 수 있다. 상기 흐름들이 건조되는 경우, 공급 기체와의 혼합이 예컨대 덕트(24)로의 유입에 의해, 흐름 방향으로 볼 때 세척 장치(23)의 아래쪽으로 이루어지는 것도 고려된다.
복귀된 생성물 양은 물론 더이상 소비 장치를 위해 사용되지는 않는다. 질소의 경우 정상 작동시 전달되는 가스 터빈을 작동시키지 않는 다른 부수물 없이 유지된다. 그러나 산소 소비 장치, 통상 가스화 장치는 거의 절반의 부하까지 감소되어야 한다. 예컨대 2 개의 레인을 갖는 가스화 장치의 경우 상기 두 레인 중 적어도 하나는 계속 작동될 수 있다. 이는 완전히 고장난 경우에 비해 가스 터빈의 재시동을 현저히 더 간편하게 해준다.
본 발명을 통해 실시예에서 기체 분리 장치의 생성물의 소비 장치를 나타내는 IGCC-프로세스동안 고장 가능성이 확실이 낮아질 수 있다. 따라서 비교적 낮은 부가 투자 비용에서 작동 비용이 감소된다. 이는 비교적 환경친화적이나 장해가 없는 IGCC-기술이 더 높은 수용도를 제공하는데 기여한다.
본 발명을 통해 2 개의 공급 기체 압축기 중 하나가 고장난 경우 계속 수행될 수 있는, 도입부에 언급한 방식의 기체 분리 방법을 제공하는 것이 보증된다.

Claims (13)

  1. 압축기 시스템(6, 16) 내에서 공급 기체(18)가 제 1 압력까지 감소되고, 이어서 적어도 부분적으로 분리 장치로 보내지며, 상기 분리 장치 내에서는 정상 작동시 적어도 하나의 제 1 생성물 흐름(91, 92)이 발생되는, 분리 장치 내 기체 혼합물을 분리하는 방법에 있어서,
    상기 압축기 시스템(6, 16)이 완전히 또는 부분적으로 고장나면 대략 제 1 생성물 흐름의 조성물 또는 공급 기체의 조성물을 포함하는 제 1 보조 흐름이 최소한 대략 제 1 압력까지 압축되어(78, 79) 상기 분리 장치로 다시 되돌아가는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 보조 전류는 적어도 부분적으로 제 1 생성물 흐름(91, 92)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1항 또는 2항에 있어서,
    상기 보조 전류는 적어도 부분적으로, 저장 유닛에서 배출되는 제 1 비상 공급 흐름으로 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압축기 시스템(6, 16)이 완전히 또는 부분적으로 고장나면, 분리 장치로부터 배출되는 제 2 생성물 흐름(92) 및/또는 저장 유닛으로부터 배출되는 제 2 비상 공급 흐름으로 형성되고, 제 1 보조 흐름(91)과 다른 조성물을 포함하는 제 2 보조 흐름이 최소한 대략 제 1 압력까지 압축되어(89) 상기 분리 장치 내로 되돌아가는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    복귀된 상기 보조 흐름(91, 92)의 상대적 양은 그들의 혼합물이 공급 기체(18)의 조성물과 거의 동일하도록 조정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1항 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    복귀된 상기 보조 흐름 내지는 보조 흐름들(91, 92)의 절대적 양은 공급 기체의 양과 거의 같도록 조정되고, 그 양만큼 상기 압축기 시스템(6, 16)의 완전한 또는 부분적인 고장에 따라 제 1 부분 흐름(8)이 감소되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1항 내지 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압축기 시스템에서는 공급 기체의 제 1 부분 흐름이 제 1 공급 기체 압축기(6) 내에서 압축되고, 공급 기체의 제 2 부분 흐름이 제 2 공급 기체 압축기(16) 내에서 압축되며, 압축된 제 1 부분 흐름(8)뿐만 아니라 압축된 제 2부분 흐름(17)도 적어도 부분적으로 분리 장치에 보내지고, 상기 공급 기체 압축기(6)가 고장나면 부분 흐름 또는 부분 흐름들이 적어도 대략 제 1 압력까지 압축되어(78, 79) 분리 장치로 되돌아가는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    복귀된 상기 보조 흐름 또는 보조 흐름들(91, 92)은 공급 기체의 압축된 제 2 부분 흐름과 섞이는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    복귀된 상기 보조 흐름 또는 보조 흐름들의 적어도 일부와 공급 기체의 압축된 제 2 부분 흐름의 혼합은 흐름 방향으로 볼 때 공급 기체용 세척 장치(23)의 위쪽 또는 아래쪽으로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 8항 또는 9항에 있어서,
    복귀된 상기 보조 흐름 또는 보조 흐름들의 적어도 일부와 공급 기체의 압축된 제 2 부분 흐름의 혼합은 흐름 방향으로 볼 때 공급 기체용 냉각 장치(18)의 위쪽, 안쪽 또는 아래쪽으로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 1항 내지 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    복귀된 상기 보조 흐름 또는 보조 흐름들의 압축은 내부 압축 및/또는 외부압축에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 1항 내지 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공급 기체는 공기(1, 18)로 형성되고, 분리 장치는 cold box가 장착된 저온 공기 분리 장치로 형성되며, 복귀된 보조 흐름 또는 보조 흐름들은 질소 흐름(73, 74, 77, 91) 및/또는 산소 흐름(80, 88, 89, 90, 93, 92)으로 형성되고, 이들은 생성물 흐름으로서 공기 분리 장치로부터 배출되거나 및/또는 하나 이상의 저장기 유닛으로부터 배출되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 압축기 시스템과 분리 장치, 상기 압축기 시스템의 배출구를 상기 분리 장치의 유입구와 연결하는 공급 기체 파이프, 대략 상기 분리 장치의 제 1 생성물 흐름의 조성물 또는 공급 기체의 조성물을 포함하는 보조 흐름의 유입을 위한 보조 파이프(91, 92), 및 장치의 정상 작동시 상기 보조 파이프를 차단하고 압축기 시스템(6, 16)이 완전히 또는 부분적으로 고장날 때 상기 보조 파이프(91, 92)를 개방하기 위한 제어 장치(6, 16)를 이용하여 혼합물을 분리하기 위한 방법.
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