NL9101354A - Werkwijze en inrichting voor het bewerken van een heet gasmengsel. - Google Patents

Description

WERKWIJZE EN INRICHTING VOOR HET BEWERKEN VAN EEN HEET GASMENGSEL.

De uitvinding betreft een werkwijze en inrichting voor het bewerken van een heet gasmengsel, in het bijzonder gas uit een vergassingsinstallatie voor bijvoorbeeld kolen.

In de gasturbines van een electriciteitscentrale worden gassen verbrand welke in hoofdzaak afkomstig zijn van vergassingsinstallaties, waarin een brandstof, zoals bijvoorbeeld kolen, olie, etc. bij ongeveer 800 tot 1500°C met zuurstof vergast word. Het gas uit de vergassingsinstallatie bevat een aantal verontreinigingen zoals stof, zwavelverbin-dingen, halogeenverbindingen, stikstofverbindingen, alkali-zouten en dergelijke. Dergelijke verontreinigingen zijn niet alleen slecht voor het mileu, maar tasten bovendien de gebruikte installaties, zoals bijvoorbeeld de gasturbine, aan.

Teneinde dit te voorkomen wordt het gas vóór toevoer aan een installatie voor het opwekken van electriciteit gereinigd. Voor deze reiniging zijn verschillende methoden voorgesteld. . .. .. .................. ........

Bij de zogeheten koudgasreiniging wordt het gasmengsel eerst met water gewassen voor het verwijderen van stof, halogeenverbindingen, alkalizouten en stikstofverbindingen. Vervolgens wordt het gasmengsel gekoeld tot'ongeveer kamertemperatuur. Tenslotte wordt het gasmengsel ontzwaveld door middel van vloeibare chemische absorbentia. De ontzwaveling vindt plaats bij ongeveer 30-40°C. Het nadeel van deze reinigingsmethode is het lage rendement, veroorzaakt door het grote energieverlies dat optreedt bij het in contact brengen van het hete gasmengsel met water.

Een andere voorgestelde reinigingsmethode is de volledig droge reinigingsmethode. Bij deze methode wordt het hete gasmengsel allereerst ontstoft door middel van filters en cyclonen. Vervolgens worden de halogeenverbindingen gevangen door middel van soda-injectie, waarna opnieuw ontstoft wordt. De ontzwaveling vindt bijvoorbeeld plaats met behulp van ijzeroxide op silica. Hoewel met deze metho de een belangrijke rendementswinst wordt geboekt (± 3% punt) worden de stikstofverbindingen niet verwijderd en is van een aantal stappen nog niet bekend of zij in de praktijk net zo effectief zijn als in theorie wordt aangenomen. Bij toepassing van deze methode treedt echter (chemische) NOx-vorming op in de verbrandingskamer van de gasturbine. Het is wel mogelijk het Ν0χ na de gasturbine te verwijderen, bijvoorbeeld via selectieve katalytische reductie met ammoniak, maar dit is een erg kostbare methode.

Als compromis is de zo geheten lauw-gasreiniging voorgesteld. Na een natte voorwassing van het gas om stof en dergelijke te verwijderen wordt het gasmengsel droog ontzwaveld. Door de natte voorwassing worden weliswaar de meeste verbindingen, inclusief de stikstofverbindingen verwijderd maar het rendement is, in vergelijking met de volledig droog reinigingsmethode, nog vrij laag.

Het is derhalve het doel van de uitvinding een werkwijze en inrichting voor het bewerken van een heet gasmengsel te verschaffen, waarmee een zo volledig mogelijke reiniging wordt verkregen bij een zo hoog mogelijk rendement.

Dit wordt door de uitvinding bereikt door een werkwijze omvattende de stappen: a) het laten expanderen van het gasmengsel voor het verlagen van druk en de temperatuur daarvan; b) het vervolgens uitvoeren van een bewerking op het gexpandeerde gasmengsel; en c) het comprimeren van het gasmengsel voor het verhogen van de druk en temperatuur daarvan. Door het laten expanderen van het gasmengsel wordt de temperatuur daarvan verlaagd waardoor tijdens de bewerking veel minder energie verloren gaat dan wanneer de bewerking direct op het hete gas uitgevoerd zou worden. Door het comprimeren van het gasmengsel wordt de temperatuur vervolgens weer belangrijk verhoogd.

Door middel van deze werkwijze kunnen diverse bewerkingen op het gasmengsel worden uitgevoerd. Ten eerste kan de bewerking bestaan uit het met water wassen van het gasmengsel voor het verwijderen van stof en verontreinigingen. Daarnaast is het mogelijk reeds gereinigd stookgas te bevochtigen vlak voor de toevoer daarvan aan de gasturbine. Hierdoor wordt thermische NOx~vorming in de branders van de gasturbines belangrijk verlaagd.

De bewerking kan eveneens bestaan uit het afscheiden van een vloeistof. Enerzijds is het mogelijk het hete gas voorafgaand aan de expansie te bevochtigen voor het binden van stof en dergelijke. Tijdens de bewerking wordt de be-vochtigingsvloeistof in de vorm van druppels van het gasmengsel afgescheiden. Daarnaast is het mogelijk het hete gas voorafgaand aan de expansie over een droge.ontzwavel- inrichting te leiden. Een dergelijk ontzwavelinrichting bestaat uit een katalysatorbed dat ijzeroxide bevat, welke ijzeroxide door de zwavelverbindingen wordt omgezet in ijzersulfide. Het ijzersulfide wordt vervolgens omgezet in ijzeroxide waarbij vloeibare zwavel vrijkomt. Deze zwavel kan tijdens de bewerking afgescheiden worden in de vorm van een zwavelmist.

De werkwijze volgens de uitvinding maakt het mogelijk het gasmengsel op een vrij hoog temperatuurniveau te houden. Inkomend ruw gas van 350°C wordt bijvoorbeeld in de expansie-inrichting gekoeld tot 170°C. De druk van het gas daalt daarbij van 30 naar 7,5 bar. Tijdens de waterwassing koelt het gas verder af tot 100°C. Na compressie is de temperatuur van het gas 280°C en de druk 20 bar. De rende-mentswinst ten opzichte van de lauw-gasreiniging-bedraagt tenminste ongeveer 1% punt.

De inrichting volgens de uitvinding omvat een expansieeenheid, een bewerkingseenheid en een compressie-eenheid. Afhankelijk van de soort bewerking is de bewerkingseenheid een waterwasser, waarin het gasmengsel volgens het tegenstroomprincipe in contact gebracht wordt met water, een waterdruppelafschelder, een zwaveldruppelafscheider of een bevochtigingskolonne. De expansie-eenheid kan voorzien zijn van verstelbare inlaatschoepen voor het optimaliseren van de werking van de expansie-inrichting bij verlaagde belasting. Bij voorkeur zijn de inlaat- en leidschoepen hol.

De holten kunnen gevuld worden met warm reeds gereinigd stookgas of een inert warm gasmengsel of gas, bijvoorbeeld stikstof, voor het verwarmen van de schoepen. Op deze wijze wordt de neerslag van corroderende en eroderende stoffen, zoals ammoniumchloride of zwavel, op de schoepen voorkomen.

De onderhavige uitvinding zal verder worden verduidelijkt aan de hand van een aantal tekeningen, waarin overeenkomstige onderdelen worden aangegeven door overeenkomstige referentiecijfers en waarin tonen: figuur 1 een schematisch overzicht van een werkwijze en inrichting volgens de uitvinding; figuur 2 een schematisch overzicht van een werkwijze en inrichting volgens de uitvinding waarbij de compressie-eenheid verbonden is met een extra aandrijfeenheid; figuur 3 een schematisch overzicht-van een werkwijze en inrichting volgens de uitvinding met een extra compres-sie-eenheid; figuur 4 een schematisch overzicht van een werkwijze en inrichting voor het wassen van een heet gasmengsel en het ontzwavelen daarvan; figuur 5 een schematisch overzicht van een werkwijze en inrichting voor het voorafgaand aan het expanderen bevochtigen van een heet gasmengsel; en figuur 6 een schematische voorstelling van een werkwijze en inrichting voor het bevochtigen van een gasmengsel.

Figuur 1 toont het basisschema volgens de uitvinding. Het ruwgasmengsel aangegeven door de pijl 1 wordt in een expansie-eenheid 2 geëxpandeerd en vervolgens via pijl 3 toegevoerd aan een bewerkingseenheid 4. De bewerkingseenheid 4 is in dit geval een waterwasser waaraan bij pijl 5 water wordt toegevoerd, welk water in tegenstroom in contact gebracht wordt met het hete gasmengsel. Het water neemt stof, halogeenverbindingen, stikstofverbindingen, akalizou-ten en dergelijk uit het heet gasmengsel op en wordt bij pijl 6 weer afgevoerd. Het gereinigde gasmengsel wordt vervolgens via pijl 7 naar een compressie-eenheid 8 geleid, alwaar het gas gecomprimeerd wordt teneinde de temperatuur en de druk daarvan te verhogen. Het gasmengsel dat bij pijl 9 uit de inrichting treedt is geschikt voor toevoer aan een gasturbine, of kan eventueel een additionele bewerking ondergaan.

Figuur 2 toont hetzelfde schematische overzicht als figuur 1, waarbij de compressie-eenheid echter verbonden is met een additionele aandrijfinrichting 10. De compressie-eenheid 8 wordt gewoonlijk slechts aangedreven door de expansie-eenheid 2.

Figuur 3 toont een zelfde schematische voorstelling als de figuren 1 en 2 met dit verschil dat na de compressie-eenheid een extra compressie-eenheid 11 geschakeld is voor het verder comprimeren van het hete gasmengsel.

Figuur 4 toont een uitgebreide inrichting volgens de uitvinding. Het ruwe gasmengsel dat via de pijl 1 naar de expansie-eenheid 2 geleid wordt, wordt in waterwasser 3 ontdaan van verontreinigingen en vervolgens in compressie-eenheid 6 gecomprimeerd. Hét resulterende héte gasmengsel wordt daarna over een droge ontzwavelinrichting 12 geleid. Het zwaveleindprodukt kan ofwel direct worden afgescheiden (pijl 13), ofwel via een tweede expansiestap in een expansie-eenheid 14 naar zwaveldruppelafscheider 15 geleid worden. Na afscheiding van een zwavelmist 22 wordt het heet gasmengsel opnieuw gecomprimeerd in een tweede compressie-eenheid 16. Beide opties voor het afscheiden van zwavel zijn in hetzelfde schema weergegeven. Bij voorkeur zijn de expan-sie-eenheden voorzien van holle schoepen. Een dergelijke voorziening biedt de mogelijkheid door middel van bijvoorbeeld heet rookgas de schoepen te verwarmen, waardoor condensatie van eroderende en corroderende stoffen op de schoepen voorkomen wordt. In het getoonde geval bij expansie-eenheid 14 (pijlen 17) wordt de condensatie van vloeibaar zwavel op de schoepen voorkomen. Het iseveneens"mogëïijk dergelijke schoepen toe te passen in de expansie-eenheid 2, waardoor neerslag van ammoniumchloride wordt tegengegaan.

Figuur 5 toont een schematische voorstelling van een inrichting waarbij het ruw gas dat bij pijl 1 aangevoerd wordt, in een bevochtigingseenheid 18 wordt bevochtigt met een kleine hoeveelheid water, bijvoorbeeld 5% ten aanzien van het gasmengsel, voor het binden van stof en schadelijke verbindingen. Het gasmengsel wordt vervolgens geexpandeerd en het ingespoten water wordt samen met de daarin opgenomen verontreinigingen in een waterdruppelafscheider 19 via 23 uit het gas verwijderd.

Figuur 6 tenslotte toont een schematische voorstelling van een bevochtigingsinrichting volgens de uitvinding. Het gas dat eerst geëxpandeerd wordt in expansie-eenheid 2, wordt in een bevochtigingskolonne 20 bevochtigd met een hoeveelheid water 21 en vervolgens gecomprimeerd in compres-sie-eenheid 8. Het gas kan bijvoorbeeld al dan niet gereinigd stookgas zijn, maar eveneens aardgas.

Claims (13)

1. Werkwijze voor het bewerken van een heet gasmengsel, in het bijzonder gas uit een vergassingsinstallatie voor bijvoorbeeld kolen, omvattende de stappen: a) het laten expanderen van het gasmengsel voor het verlagen van de druk en temperatuur daarvan; b) het vervolgens uitvoeren van een bewerking op het gexpandeerde gasmengsel; en ......... c) het comprimeren van het gasmengsel voor het verhogen van de druk en temperatuur daarvan.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de bewerking bestaat uit het met water wassen van het gasmengsel.

3. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de bewerking bestaat uit het met water bevochtigen van het gasmengsel.

4. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat voorafgaand aan stap a) een kleine hoeveelheid water aan het gasmengsel wordt toegevoerd en de bewerking bestaat uit het afscheiden van waterdruppels van het gasmengsel.

5. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat voorafgaand aan stap a) het gasmengsel aan een ontzwa-velmrichting wordt toegevoerd en de bewerking bestaat uit het afscheiden van zwaveldruppels van het gasmengsel.

6. Inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, omvattende een expan-sie-eenheid, een in serie daarmee geschakelde bewerkingseen-heid en een in serie met de bewerkingseenheid geschakelde compressie-eenheid.

7. Inrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de expanSie-eenheid aandrijvend verbonden is met de compressie-eenheid.

8. Inrichting volgens conclusie 6 of conclusie 7, met het kenmerk, dat met de uitgang van de compressie-eenheid de ingang van een additionele compressie-eenheid verbonden is.

9. Inrichting volgens één der conclusies 6-8, met het kenmerk, dat de compressie-eenheid is voorzien van een extra aandrijfeenheid.

10. Inrichting volgens één der conclusies 6-9, met het kenmerk, dat de bewerkingseenheid een waterwasser is.

11. Inrichting volgens één der conclusies 6-10, met het kenmerk, dat de ingang van de expansie-eenheid is verbonden met de uitgang van een ontzwaveleenheid en de bewerkingseenheid een zwaveldruppelafscheider is.

12. Inrichting volgens één der conclusies 6-11, met het kenmerk, dat de ingang van de expansie-eenheid is verbonden met de uitgang van een waterinspuiteenheid en de bewerkingseenheid een waterdruppelafscheider is.

13. Inrichting volgens één der conclusies 6-12, met het kenmerk, dat de expansie-eenheid is voorzien van verstelbare inlaatleidschoepen.