NO328141B1 - Anordning og metode for a blande minst to fluidstrommer - Google Patents

Abstract

Foreliggende oppfinnelse vedrører en innretning for å omforme minst to fluider til et antall mindre fluidstrømmer og å blande nevnte mindre strømmer. Nevnte innretning omfatter minst to hule sylindere eller koniske legemer som ligger i hverandre på en koaksial måte for dannelse av to ringformede rom, en plate (50) som dekker en ende på nevnte legemer som er anordnet vinkelrett på legemenes akse og som har innløp gjennom hvilke nevnte fluidstrømmer (25,20) mates til nevnte rom, og en distribusjonsplate (11) plassert ved motsatte ende av nevnte legemer og eventuelt minst en distribusjonsplate plassert inne i nevnte legemer. De nevnte distribusjonsplater er vinkelrett anordnet på legemenes aks, der nevnte distribusjonsplater dekker hele tverrsnittsarealet til nevnte rom og der nevnte distribusjonsplater har et antall kanaler (45) og hull (40) gjennom hvilke nevnte fluidstrømmer mates fra nevnte rom til en blandesone lokalisert i nær tilknytning til hver skive. Videre omfatter oppfinnelsen en fremgangsmåte for å omforme minst to fluidstrømmer til et antall mindre fluidstrømmer og å blande nevnte mindre strømmer. Nevnte fremgangsmåte er utført i nevnte innretning der nevnte fluidstrømmer mates gjennom nevnte innløp inn i nevnte rom mot nevnte distribusjons- plater og videre gjennom nevnte hull og kanaler inn i nevnte blandesone hvor en homogen blanding mellom nevnte mindre strømmer finner sted. Foreliggende oppfinnelse vedrører også anvendelse av nevnte innretning og fremgangsmåte. 2 1 plater og videre gjennom nevnte hull og kanaler inn i nevnte blandesone hvor en homogen blanding mellom nevnte mindre strømmer finner sted. Foreliggende 5 oppfinnelse vedrører også anvendelse av nevnte innretning og fremgangsmåte. (Figur 1)

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en innretning og en fremgangsmåte for omforming av minst to separate fluid-strømmer til et antall mindre fluidstrømmer som blandes til en blanding, omfattende minste to separate tilførselskanaler og en distribusjonsinnretning for å separere hver av nevnte minst to separate fluidstrømmer til et antall mindre separate fluidstrømmer, idet distribusjonsinnretningen er anordnet ved utløpet av nevnte minst to separate tilførselskanaler. Oppfinnelsen vedrører også en anvendelse av en slik innretning for å gjennomføre en kjemisk reaksjon mellom nevnte strømmer.

Ved hjelp av foreliggende oppfinnelse kan en rask og effektiv blanding mellom minst to fluider (fluid 1, fluid 2, fluid 3, ) gjennomføres. Avhengig av den kjemiske sammen-setningen av fluidene, kan en kjemisk reaksjon gjennomføres i den blandede strømmen av nevnte fluider.

En blanding av to fluider i sin enkleste form kan gjøres ved å kople sammen to strømningslinjer (rør eller ledninger) ved hjelp av en T-kopling. Avhengig av fluidene og strøm-ningskarakteristika vil fluidet ha en fullstendig homogen blanding en viss avstand nedstrøms for T-koplingen. Om den tilgjengelige nedstrømsavstanden er utilstrekkelig for en fullstendig blanding, så kan dette løses ved å installere en i-linjen mekanisk mikser. Slike i-linjen miksere har vært kjent i mange år og er tilgjengelig på marked.

Ufullstendige eller ikke-homogene blandinger kan også være begrenset av kjemiske reaksjoner mellom komponentene til fluidene. I mange situasjoner kan en foretrekke å forblande to fluider til en homogen blanding før en mulig reaksjon finner sted. I tilfelle av hurtige kjemiske reaksjoner kan dette være vanskelig å oppnå. Et slikt problem kan oppstå når den ene eller begge fluidene er på et høyt temperaturnivå. For å overkomme et slikt problem kan være nødvendig å kjøle den ene eller begge komponentene.

Et kjent problem er blandingen av en oksidantstrøm med en strøm som inneholder hydrogen. Normalt vil en foretrekke å forblande de to strømmene før forbrenningen finner sted. Ettersom hydrogen er en svært rask reagerende komponent, er det en risiko for at forbrenningen beveges bakover fra forbrenningskammeret til blandepunktet (det vil si i i-linjen forbrenning.) Potensielt vil dette kunne resultere i en svært høy tempertur som kan smelte eller skade i-linjen blanderen eller andre komponenter. For å forhindre dette må en hurtig nedstenging gjennomføres.

En annen innretning for å blande et fluid med et annet er et injektor- eller et dysesystem. Et slikt blandesystem er fortrinnsvis benyttet for å blande en mindre strøm inn i en større strøm. Ved å injisere et fluid som har en lav viskositet ved høy hastighet gjennom en dyse, vil dette fluidet spres ut og blandes med hovedstrømmen. Normalt vil en slik injeksjonsdyse være plassert i senter for et rør eller en ledning som inneholder hovedstrømmen. Om det injiserte fluid er et brensel med raske reaksjonskomponenter, så er det en risiko for å få en ikke-homogen blanding når reaksjonen starter. Et resultat av detter er lokale variasjoner, noe som vil resultere i lokale, høye temperaturtopper i forbrennings-flammen. Slike lokale topptemperaturer kan resultere i en høyere grad av NOx-formasjoner. Frigjøring av NOx-gasser til atmosfæren er et vesentlig miljøproblem og forpliktelser er påført industrien for å redusere utslipp av NOx (Gøteborgpro-tokollen).

En utilstrekkelig eller en ikke-homogen blanding forårsaker problemer ved dagens blandeteknologi. Mer presist er dette relatert til tiden det tar for å etablere en fullstendig homogen blanding mellom fluidene som skal blandes. En for stor tidsforskjell før en fullstendig homogen blanding er etablert kan spesielt i tilfelle av forbrenning, resultere i dannelse av uønskede komponenter. En blanding forut for forbrenning er benevnt premiks. Premiks er normalt sikker ved trege reaksjonskomponenter, men premiks av en oksidant og et brensel som inneholder hydrogen eller en hvilken som helst annen hurtig reagerende komponent, kan forårsake forbren-ningsproblemer av typen flashback. Andre problemer relatert til en ikke-homogen blanding forut for forbrenningens start, er konsentrasjonsvariasjoner som lokalt kan gi høyere temperaturer enn gjennomsnittlig flammetemperatur og følgelig resultere i en høyere konsentrasjon av NOx.

Fra GB 2073604 er det kjent en anordning og en fremgangsmåte for å blande to fluider. Anordningen består av minst to separate innløpsrør for de ulike fluidene. Fluidene passerer gjennom en plate bestående av små kanaler og blir på denne måten delt opp i stråler. Fluidstrålene fra de ulike fluidene blir så sendt inn i en blandesone.

US 6321998 vedrører en prosess for kontinuerlig disper-sjon av minst et fluid, mens EP 1674152 vedrører en statisk mikromikser. Disse to sistenevnte publikasjoner angir i realiteten bakgrunnsteknikk for foreliggende oppfinnelse.

Hovedformålet med foreliggende oppfinnelse er å komme fram til en innretning og en fremgangsmåte for å blande minst to fluidstrømmer til en homogen blanding før en hvilken som helst reaksjon mellom en hvilken som helst komponent i nevnte fluider finner sted.

Andre formål ved foreliggende oppfinnelse består i å komme fram til en reaktor for å få til kjemiske reaksjoner mellom nevnte fluider.

Ifølge foreliggende oppfinnelse oppnås disse formålene ved at nevnte minst to separate tilførselskanaler har et sylindrisk og/eller konisk tverrsnitt og at disse to kanalene er koaksialt anordnet i forhold til hverandre; at nevnte to separate tilførselskanaler ved en ende er utstyrt med en plate som dekker hele tverrsnittet til nevnte minst to separate tilførselskanaler, idet nevnte plate er utformet med åpninger for mating av fluidstrømmene; og at distribusjonsanordningen er i form av minst en distribusjonsplate som er beliggende vinkelrett på tilførselskanalenes lengdeakse og som dekker hele tverrsnittet til nevnte minst to tilførsels-kanaler, idet nevnte minst en distribusjonsplate er utstyrt med et antall kanaler og hull gjennom hvilke fluid strømmer som separate, mindre fluidstrømmer fra nevnte minst to separate tilførselskanaler til en blandingssone.

Innretningen omfatter minst to hule sylinderseksjoner eller koniske legemer som er beliggende rundt hverandre på en koaksial måte for derigjennom å danne minst to ringformede rom, en plate som dekker en ende av nevnte legemer og som står vinkelrett på legemenes akse og som har innløp, gjennom hvilke nevnte fluidstrømmer mates til nevnte rom, en distribusjonsplate som er plassert ved den motsatte ende av nevnte legemer og eventuelt at minst en distribusjonsplate er plassert mellom nevnte legemer. Alle nevnte distribusjonsplater er vinkelrett på legemenes akse, der nevnte distribusjonsplater dekker hele tverrsnittsarealet til nevnte rom, og der nevnte distribusjonsplater har et antall kanaler og hull gjennom hvilke nevnte fluidstrømmer mates fra nevnte rom til en blandesone plassert tilstøtende til hver av nevnte skiver.

Nevnte distribusjonsplate har penetrerende hull. Nevnte kanaler er innvendig diametrale kanaler med kanalåpninger i omkretsoverflaten til nevnte plate, der nevnte kanalvegg har hull som leder til nevnte plateoverflate.

Videre oppnås formålene ved hjelp av en fremgangsmåte som gjennomføres ved hjelp av en innretning som angitt i et av kravene 1-3, der nevnte minst to separate fluidstrømmer mates gjennom nevnte innløp inn i hvert sitt koaksiale rom og deretter mot nevnte minst en distribusjonsplate og videre gjennom de koaksiale åpninger og gjennom nevnte kanaler som et flertall mindre fluidstrømmer mot en blandingssone der det dannes en dertil egnet homogen fluidblanding.

Nevnt formål oppnås også i en reaktor som omfatter nevnte innretning, et blandekammer plassert i tilsutning til nevnte innretning og et reaktorkammer plassert i tilslutning til nevnte blandekammer.

Minst to hovedstrømmer (fluid 1, fluid 2, ...) omformes ved hjelp av distribusjonsplaten til et større antall mindre strømmer av fluid 1, fluid 2, osv. for å oppnå en effektiv blanding. Disse mindre strømmene med fluider rettes eller orienteres ut fra små hull i nevnte distribusjonsplate og blandes effektivt i kort avstand fra platen. Effektiviteten av blandingen vil avhenge av strømningshastigheten og antallet, form, vinkel og dimensjon på hullene.

Videre kan hullene ifølge foreliggende oppfinnelse være distribuert over overflatearealet til distribusjonsplaten analogt til et sjakkbrettmønster der for eksempel hullene for fluid 1 er plassert i de "hvite" kvadratene, og hullene for fluid 2 er plassert i de "svarte" kvadratene.

Posisjonen til distribusjonsplatens innløp vil avhenge av entringsposisjonen til strømmene (fluid 1 og fluid 2). Når for eksempel en av strømmene (fluid 1) mates gjennom den indre ringen av et rør eller en ledning eller et kammer og rettet mot innløpsarealet, (det vil si den flaten som er direkte motsatt av utløpsoverflaten) på distribusjonsplaten og mates inn i hullene eller kanalene i platen, vil fluid 1 fortrinnsvis strømme i retning direkte gjennom distribusjonsplaten til utløpshullene. Om nødvendig for å forbedre blande-effektiviteten kan kanalene ha en vinkel eller orientering som retter utløpsstrømmen i en retning som avviker fra 90 grader i forhold til overflateplanet. Den andre hovedstrømmen vil fortrinnsvis entre distribusjonsplatten fra et ytre ringrom eller kammer som omgir det indre volumet til en entrende strøm. Fra dette ytre ringrom ledes fluid 2 gjennom små kanalåpninger i sideveggen til distribusjonsplaten. Disse åpningene leder strømmen av fluid 2 inn i kanaler i distribusjonsplaten. Fra disse distribusjonskanalene ledes fluid 2 direkte gjennom hull eller mindre kanaler som leder til den ytre overflate på distribusjonsplaten. Fortrinnsvis, men ikke nødvendigvis, kan disse mindre kanalene for fluid 2 være rettet i en strømningsretning som er parallell med kanalene for fluid 1 og med en vinkel på 90 grader i forhold til distribusjonsplatens overflateplan. Antallet og avstandene mellom hullene eller kanalene for fluid 1 og fluid 2 kan ha en store variasjoner, men normalt er et stort antall hull og en kort avstand mellom hullene for fluid 1 og 2 ønskelig for å oppnå en effektiv blanding. Hvor tett og antall hull vil avhenge av toleransene til verktøyene som lager hullene eller kanalene, så vel som av distribusjonsplatens materiale og areal/diameter. Det er viktig å ha en sikker margin for å forhindre uønsket lekkasje mellom fluid 1 og fluid 2 i distribusj onsplaten.

Foreliggende oppfinnelse gjør det også mulig å blande en tredje strøm eller et fluid 3 med fluid 1. En slik forblanding mellom fluid 1 og fluid 3 kan gjøres ved å gjennomføre en kjemisk reaksjon som lager nye komponenter som videre kan blandes med fluid ved hjelp av foreliggende oppfinnelse. Fluid 3 kan fortrinnsvis, men ikke nødvendigvis, ha en mindre massestrøm sammenlignet med fluid 1. Fluid 3 kan være blandet inn i fluid 1 ved hjelp av en injektor, dye eller dyse eller ved hjelp av foreliggende oppfinnelse. Det fluid som dannes av blandingen, og fortrinnsvis en reaksjon mellom fluid 1 og fluid 3, ledes til innløpsoverflaten til distribusjonsplaten og ledes gjennom distribusjonsplatens hull eller kanaler til utløpet hvor den blandes med fluid 2.

Ved å anvende innretningen ifølge foreliggende oppfinnelse kan to separate hovedstrømmer av fluid 1 og fluid 2 omdannes til et stort antall mindre strømmer av fluid 1 og fluid 2. Disse mindre strømmene av fluid 1 og fluid 2 kan videre distribueres over et stort overflateareal. Effekten av å ha mange små volumstrømmer av to fluider sammenlignet med to store volumstrømmer, er at avstanden fra senter (hovedmengden) av fluid 1 til senter (hovedmengden) av fluid 2 reduseres dramatisk. Resultatet av denne reduserte avstand, er at tiden det tar for å oppnå en komplett blanding er redusert.

Ved hjelp av foreliggende oppfinnelse kan problemet med forbrenning av typen flashback, relatert til forblanding av hurtigreagerende komponenter, elimineres. Normalt anvendes en statisk mekanisk blander for å forblande, og en oksidant og et brensel injiseres ved hjelp av en injektor inn i oksidanten. Den resulterende blandingen av oksidant og brensel mates så til et nedstrøms volum eller kammer hvor forbrenningen finner sted. I tilfelle av en hurtig reagerende komponent med en høy flammehastighet, oppstår en risiko for at flammen eller forbrenningsreaksjonen klatrer mot strømmen (bakover) og inn i linjen for brensel/oksidant. Resultatet vil bli at flammen eller forbrenningssonen vil beveges bakover til blandepunktet for brensel og oksidant, eller for-blandingen. Dette kan som tidligere nevnt være en mekanisk i linjen blander. Forbrenningen tillates ikke å brenne utenfor brennkammeret, og en slik situasjon forårsaker en plutselig nedstenging. Ved å introdusere foreliggende oppfinnelsen, er behovet for en tradisjonell mekanisk i linjen blander eliminert. Oksidanten og brenselet vil bli blandet direkte ved en høy hastighet og svært effektivt direkte foran forbrenningssonen, hvilket sikrer at en fullstendig blanding er etablert forut for at tenning finner sted. Følgelig har vi en svært rask og effektiv blanding rett foran forbrenningssonen. Effektiviteten og blandingshastigheten er grunnet for-vandlingen av to store eller hovedstrømmer som skal blandes til et flertall sett med mindre strømmer som er jevnt distribuert over det vertikale arealet til forbrenningskammeret. Om det av en eller annen grunn, eller om det skulle oppstå en irregulær situasjon som forårsaker reduksjon av strømnings-hastigheten av injisert oksidant og/eller brensel, så er det ikke mulig å etablere forbrenning på utsiden av brennkammeret og følgelig er problemet med flashback relatert til i linje blanderen eliminert. Foreliggende oppfinnelse kan følgelig også fungere som en flammestopper eller flammedreper i tilfelle av problemer med flashback.

Ved foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt en kom-pakt, økonomisk og effektiv innretning for å dele opp minst to hovedfluider i et flertall sett med mindre strømmer av de samme fluidene. Videre kan disse mindre fluidstrømmene blandes raskere og mer effektivt enn ved en tradisjonell blanding av nevnte to hovedstrømmer. Et annet trekk ved foreliggende oppfinnelse er fleksibiliteten ved å kunne operere med forskjellige fluidsystemer. Å oppnå en fordelt og jevn blanding av en gass inn i en væske, kan være svært viktig med hensyn til masseoverføring fra gassfasen til væskefasen. Ifølge foreliggende oppfinnelse er det mulig å gjøre en rask og fullstendig blanding av et fluid med lav viskositet, så vel som å oppnå en jevn fordeling av dråper eller gassbobler av et fluid inn i et annet fluid.

Foreliggende oppfinnelse vil nå bli beskrevet i større detalj ved hjelp av eksempler og under henvisning til de medfølgende tegninger, der: figur 1 viser innretningen ifølge foreliggende oppfinnelse;

figur 2 viser en reaktor ifølge foreliggende oppfinnelse;

figur 3 viser fluidstrømmene gjennom fordelerplaten ifølge foreliggende oppfinnelse;

figur 4 viser detaljtrekk ved distribusjonsplaten;

figur 5a viser en totrinns forbrenningsreaktor ifølge foreliggende oppfinnelse;

figur 5b viser en andre forbrenningsreaktor ifølge foreliggende oppfinnelse;

figur 6 illustrerer et gasskraftverk der en reaktor ifølge foreliggende oppfinnelse er benyttet;

figur 7 illustrerer en forbrenningskonfigurasjon;

figur 8 viser et flytdiagram for en prosess for et gasskraftverk som anvender en reaktor ifølge foreliggende oppfinnelse; og

figur 9 viser et flytdiagram for prosessen i et anlegg

for absorpsjon av CO2.

Figur 1 viser en utførelsesform av en innretning ifølge foreliggende oppfinnelse. Fluid 1 (20) kommer inn mot en distribusjonsplate 11,12 i et sirkelformet rom plassert sentralt i et rør 30 (eller en sylinderdel eller et konisk legeme). Fluid 1 er ved hjelp av en distribusjonsplate inn-delt i et stort antall mindre strømmer av fluid 1 (21) gjennom små hull, kanaler eller trange passasjer 40. Disse mindre strømmene av fluid 1 er fortrinnsvis jevnt distribuert over hele det indre og ytre overflateareal på distribusjonsplaten 11,12. Avhengig av baktrykket og strømningsarealet til kanalene eller hullene 40, kan en stor øking i strømningshas-tighet oppnås sammenlignet med strømmen (20) til hovedfluidet 1. Typisk vil strømningshastigheten være i området 25-100 m/s for strømmer med væske med lav viskositet, (dvs. gass).

Den andre hovedstrømmen 25, fluid 2, som skal blandes med fluid 1, kommer inn gjennom et annet ringformet rom 50 i nevnte rør 30. Fluid 2 mates mot den ytre radiale kan 15 på distribusjonsplaten og ledes inn i kanaler 45 som fortrinnsvis er orientert med en vinkel på 90 grader sammenlignet med kanalene eller hullene 40. Nevnte kanaler 45 er fortrinnsvis åpne rett gjennom distribusjonsplaten, som vist i figurene 3 og 4. Figur 3 og 4 viser en detaljtegning av distribusjonsplaten. Videre viser figurene 3 og 4 i større detalj kanalene eller hullene i distribusjonsplaten. Fra kanalene 45 er det hull eller kanaler 46 som leder ut til utløpsflaten på distribusjonsplaten. Disse kanalene 46 er fortrinnsvis orientert parallelt med kanalene 40 og er distribuert jevnt over overflatearealet til distribusjonsplaten. Utløpshullene for fluid 1 (21) og fluid 2 (26) er fortrinnsvis distribuert i overensstemmelse med et sjakkbrettmønster for å oppnå en mest mulig effektiv blanding.

Figur 2 viser røret (eller tuppen) 30 plassert inne i et større rør, ledning, delsylinder eller et konisk legeme. Ved en slik utførelse kan røret 30 benyttes som en brennertupp. I et slikt tilfelle kan de to fluidene 1 og 2 være henholdsvis en oksidant og et brensel. Kort etter utløpsoverflaten 12 på distribusjonsplaten, vil en blanding av de mindre strømmene med gassfluid 1 og fluid 2 (21 og 26) skje. En blandesone 70 med en homogen eller en nesten homogen blanding vil være etablert. Nedstrøms nevnte blandingssone er en forbrennings-sone eller reaksjonssone 80. Ved en riktig utforming blir alle de mindre strømmene av fluid 1 og fluid 2 raskt og effektivt blandet til en homogen komposisjon før denne kommer inn en kjemisk reaksjonssone eller en hvilken som helst annen sone hvor en rask og effektiv homogen blanding av to fluider er viktig.

Foreliggende oppfinnelse kan også benyttes for fluider med høyere viskose (væsker) for å skape smådråper av et eller begge av fluidene 1 og 2. Om et av fluidene er en væske og det andre fluidet er en gass, så kan foreliggende oppfinnelse benyttes for å lage og distribuere gassbobler av fluid 1 inn i fluid 2 eller motsatt.

Figur 5a viser et totrinns forbrenningssystem som anvender foreliggende oppfinnelse. I det indre ringrommet 20 injiseres en tredje fluidstrøm, fluid 3, og distribueres og blandes med fluid 1 ved hjelp av en dyse 90. Fluid 3 er fortrinnsvis en saktereagerende brensel, (det vil si naturgass) og fluid 1 er en oksygeninneholdende komponent. Ved å balan-sere mengden med brensel og oksygen ifølge støkiometri (om lag 0,5 mol O2 per mol naturgass (metan)) og ved å mate denne strømmen, fluid 4, til en katalyseseksjon, kan en partiell oksidering gjennomføres. Ved den partielle oksidering vil en ny fluid 5 som inneholder CO og hydrogen (det vil si syntesegass) lages. Fluid 5 med hydrogen som den hurtigreagerende komponent, kan videre ved hjelp av foreliggende oppfinnelse blandes med et andre oksygeninneholdende fluid som inneholder fluid 2 og deretter, med riktig støkiometrisk balanse, gjen-nomføre en fullstendig oksidering til en eksosstrøm, fluid 6. Etter hvert som temperaturen økes i POx-trinnet og siden hydrogen er en hurtig reagerende komponent, har arrangementet potensiale til å gjennomføre en komplett støkiometrisk flammeløs oksidering (forbrenning). Ved en nær fullstendig støkiometrisk oksidering, kan en eksosgass med maksimert konsentrasjon av C02-gass og minimert konsentrasjon av 02-gass bli produsert. En slik combustor har potensiale til å benyttes i et gassturbinsystem eller gasskraftverk som inkluderer C02-innfanging som beskrevet i eksemplet nedenfor.

Figur 5b viser det samme systemet som i figur 5a, men her blandes fluid 3 med fluid 1 ved hjelp av foreliggende oppfinnelse i stedet for å anvende en injektordyse. Fordelen med denne løsningen er å kunne redusere lengden på blanderen og lage en kortere brenner.

Eksempel

Blanding av to eller flere komponenter er del av de fleste kjemiske produksjonsprosesser, og det er vel kjent at blandemetoden kan ha stor påvirkning på effektiviteten til en prosess så vel som produktkvaliteten. Foreliggende oppfinnelse er egnet for å blande gass og gasse så vel som å blande gass og væske og vice versa. Foreliggende oppfinnelse kan anvendes i tilknytning til følgende anvendelser:

■ Injisering og blanding av gassbobler i en væske.

■ Injisering og blanding av væskedråper inn i en væs ke. ■ Injisering og blanding av væskedråper inn i en gass (for eksempel en tørkeprosess). ■ Blanding av fluider med forskjellige komponenter forut for en kjemisk reaksjon.

■ Blanding av en oksidant og et brensel.

I det følgende er det gitt et eksempel på anvendelse av

foreliggende oppfinnelse i et gasskraftverk med innfanging av C02. Ved å anvende foreliggende oppfinnelse kan innfanging av C02 gjøres mer effektivt og dannelse av NOx kan reduseres. En

høy forbrenningstemperatur er nødvendig for høy effektivitet i et gasskraftverk. Om en gassforbrenningsflamme har topp-temperatur over 1550°C vil dette i vesentlig grad øke dannelse av NOx selv om gjennomsnittlig flammetemperatur er mye lavere. Ved å anvende foreliggende oppfinnelse kan topptempe-raturene i flammen reduseres og følgelig vesentlig redusere dannelse av NOx i en forbrenningsprosess.

Videre har foreliggende oppfinnelse et stort potensiale for en mer effektiv forbrenningsprosess ved å ta fordel av dens evne til å forbrenne et hydrogenrikt brensel.

Resirkulasjon av en del av eksosgassen er en måte for å øke konsentrasjonen av CO2 i avgassen (eksosen) til absorba-toren i et anlegg for innfanging av CO2. Ved å anvende foreliggende oppfinnelse, vil nesten all tilgjengelig oksygen bli konsumert for å oppnå en maksimal konsentrasjon av CO2. Dette er ikke mulig med en konvensjonell naturgassbrenner. En flamme vil være ustabil og slukke når oksygenkonsentrasjonen er lavere enn 1-2%. Ved å reformere naturgass til syntesegass (H2 + CO) og benytte denne som et brensel, vil en mye lavere oksygenkonsentrasjon oppnås i og med den forbedrede forbren-ningseffektivitet av hydrogen.

Figur 6 viser et slikt forbrenningssystem anvendt i et gasskraftverk, hvor luft er erstattet av en oksygenfattig oksidant. En slik oksidant kan være dannet ved eksosre-sirkulering.

For å konvertere den metanrike naturgassen til en hydro-genrik syntesegass, kan en del av oksidanten blandes med naturgassen og partielt oksideres (POx) i en katalyseprosess før den blandes med resten av oksidanten til en nesten fullstendig oksidasjon (COx). Blandingen av syntesegass fra POx-stadiet og oksygenfattig oksidant er fortrinnsvis gjort ved hjelp av foreliggende oppfinnelse. Gjennomførbarheten av denne forbrenningsprosessen med hensyn til masse- og energibalansen er kalkulert ved hjelp av en prosessimulering; se figurene 7, 8 og 9 og tabellene 1, 2 og 3 med tilhørende

beskrivelse.

Figur 7 viser forbrenningskonfigurasjonen.

Figur 8 viser et kraftverk med resirkulering av røyk-gass. Forbrenningsprosessen er basert på prinsippet ifølge foreliggende oppfinnelse. Kombinasjonen av en ny brenner (det vil si reaktoren ifølge foreliggende oppfinnelse) og en resirkulering av røykgass, gjør det mulig å oppnå en støkio-metrisk forbrenning. Dette gir et høyere innhold av CO2 og et lavere innhold av O2 i røykgassen. Dette er en fordel for et C02-innfangingsanlegg som vist i figur 9.

I det følgende er designdata og resultatene fra prosessimuleringen presentert.

Atmosfæriske forhold:

Omgivelsestemperatur: 15"

Omgivelsestrykk: 1,103 bar

Relativ fuktighet: 60%

Naturgassføding:

Kjølevann:

Ferskvannskjøling Saltvannskjøling

Dampsystem:

Høytrykksdamp Mediumtrykkdamp ( MP)

Lavt rykksdamp ( LP)

LP damp trekkes fra MP dampturbin. Inge LP-damp produseres.

Gassturbin:

Gassturbinen er V94.3A fra Siemens.

Dampturbiner

Høytrykk:

Medium trykk Lavtrykk

Kraftverket:

Kraftverket er i utgangspunktet kraftverket V94.3A fra Siemens med noen modifikasjoner.

58% av røykgassen fra HRSG-enheten resirkuleres til luftkompressoren. Gassen fra den resirkulerte røykgasskom-pressoren kjøles til 25"C og kondensert vann separeres fra gassen. Gassen blandes med luft ved kompressorinntaket. Temperaturen til luft/røykgassblandingen økes med 5°C, hvilket gir en 2,5% reduksjon i den totale massestrømmen gjennom kompressoren.

Blandingen av luft/røykgass komprimeres til 17,14 bar. Rundt 35% av den komprimerte luften mates til POx-brenneren hvor brensel partielt oksideres ved 850°C. Resten av luften blandes med utløpsgassen fra POx i den andre brenneren hvor brensel oksideres fullstendig, hvilket gir en temperatur på 1450°C.

Rundt 22% av den totale luftstrøm brukes for kjøling av turbinen. Den blandede turbininnløpstemperatur (TIT) er 1245°C. Den varme gassen ekspanderes til 1,043 bar i gassturbinen. Eksosgassen ledes inn i HRSG-enheten ved 605°C.

HRSG-enheten er modifisert til å inkludere en C02-stripper fraksjoneringskokerspiral, som leverer 75% av fraksjoneringsvarmen. HP- og MP-dampnivåene holdes uforandret, men dampgenereringsbelastningen justeres for å tilpasses fraksjoneringskokeren. Ingen LP-damp genereres. HRSG-enheten har 13 spiraler og gassen forlater enheten ve 95'C.

LP-damp fra C02~stripperfraksjonskokeren trekkes ut fra dampturbinen ved mediumtrykk dampturbinutløpet ved 7 bar, 344"C og hetdampkjølt til 200"C med vann.

Røykgassen kjøles til 80°C i røykgasskjøleren før denne går inn i anlegget for C02-innfanging.

C02-innfangingsanlegget

Røykgassen komprimeres til 1,068 bar i røykgasskompres-soren før den kommer inn i absorberen der 85% av nevnte C02 absorberes i en aminoppløsning. Den rike oppløsningen pumpes til stripperen via fattig/rik-veksleren. 75% av stripper-fraksjonskokeren nyttearbeid tilføres av varm røykgass og 25% tilføres av LP-damp. Den fattige oppløsningen kjøles i fattig/rik-veksleren og den fattige oppløsningskjøleren før den kommer inn i absorberen. C02 fra stripperen ved 1,47 bas komprimeres til 150 bar.

Resultater

Tabell 2 gir energitallene til gasskraftprosessen basert på et nytt brennerkonsept som utnytter foreliggende oppfinnelse .

Tabell 2: Energieffektivitet

Kraftverket med det nye brennerkonseptet oppnår om lag 51% energieffektivitet og netto kraftproduksjoner 351,7MW. Det tilsvarende kraftverk uten C02-innfanging har netto kraftproduksjon på 392 MW med en energieffektivitet på 56,6%.

Kombinasjonen av den nye brenner og røykgassresirkule-ring gjør det mulig å oppnå støkiometrisk forbrenning. Dette gir et høyere C02-innhold og et lavere 02-innhold i røyk-gassen. Den totale røykgasstrøm til anlegget for C02-inn-fanginger redusert. Dette gir en reduksjon i størrelsen på absorberen. Dette er en fordel for anlegget for C02-innfanging.

Gassturbinen er luftkjølt. Dette innebærer at 02-inn-holdet er redusert i røykgassen sammenlignet med utløpet til brenneren.

Dampdata for brennersystemets innløps- og utløpsstrømmer er gitt i tabell 3.

Claims (6)

1. Innretning for omforming av minst to separate fluidstrømmer (1,2) til et antall mindre fluidstrømmer som blandes til en blanding, omfattende minste to separate tilførselskanaler og en distribusjonsinnretning (11,12) for å separere hver av nevnte minst to separate fluidstrømmer (20,25) til et antall mindre separate fluidstrømmer (21,26), idet distribusjonsinnretningen (11,12) er anordnet ved utløpet av nevnte minst to separate tilførselskanaler, karakterisert ved at nevnte minst to separate tilførselskanaler har et sylindrisk og/eller konisk tverrsnitt og at disse to kanalene er koaksialt anordnet i forhold til hverandre; at nevnte to separate tilførselskanaler ved en ende er utstyrt med en plate (50) som dekker hele tverrsnittet til nevnte minst to separate tilførselskanaler, idet nevnte plate er utformet med åpninger for mating av fluidstrømmene (20,25); og at distribusjonsanordningen (11,12) er i form av minst en distribusjonsplate (11,12) som er beliggende vinkelrett på tilførselskanalenes lengdeakse og som dekker hele tverrsnittet til nevnte minst to tilførsels-kanaler, idet nevnte minst en distribusjonsplate er utstyrt med et antall kanaler (45) og hull (40) gjennom hvilke fluid strømmer som separate, mindre fluidstrømmer fra nevnte minst to separate tilførselskanaler til en blandingssone.

2. Innretning ifølge krav 1, der nevnte hull er rettlinjede og gjennomgående og at nevnte kanaler (45) er anordnet diametralt inne i platen med innløp beliggende langs platens periferiareal og med hull som leder i retning mot nevnte plateoverflate.

3. Innretning ifølge krav 1 eller 2, utformet med en tredje tilførselskanaler for en tredje fluidstrøm, der også den tredje tilførselskanal er koaksial med nevnte to andre koaksiale tilførselskanaler.

4. Fremgangsmåte for å omdanne minst to fluidstrømmer til et antall mindre fluidstrømmer og for deretter å blande nevnte mindre fluidstrømmer, idet fluidstrømmene mates gjennom minst to koaksiale tilførselskanaler og deretter separeres i en distribusjonsinnretning til nevnte mindre fluid-strømmer nedstrøms for nevnte minst to tilførselskanaler, karakterisert ved at fremgangsmåten gjennomføres ved hjelp av en innretning som angitt i et av kravene 1-3, der nevnte minst to separate fluidstrømmer mates gjennom nevnte innløp inn i hvert sitt koaksiale rom og deretter mot nevnte minst en distribusjonsplate (11,12) og videre gjennom de koaksiale åpninger og gjennom nevnte kanaler som et flertall mindre fluidstrømmer mot en blandingssone der det dannes en dertil egnet homogen fluidblanding.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der nevnte homogene fluidblanding bringes til å reagere i et nedstrøms reaksjonskammer.

6. Anvendelse av en innretning som angitt i et av kravene 1-3, der innretningens blandesone er plassert i tilslutning til et reaktorkammer anordnet nedstrøms for utløpet fra distribusjonsinnretningen.