NO330574B1 - Fremgangsmate for behandling av roykgass med energigjenvinning - Google Patents
Fremgangsmate for behandling av roykgass med energigjenvinning Download PDFInfo
- Publication number
- NO330574B1 NO330574B1 NO20042398A NO20042398A NO330574B1 NO 330574 B1 NO330574 B1 NO 330574B1 NO 20042398 A NO20042398 A NO 20042398A NO 20042398 A NO20042398 A NO 20042398A NO 330574 B1 NO330574 B1 NO 330574B1
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- flue gas
- expansion
- pressure
- carbon dioxide
- compression
- Prior art date
Links
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 title claims description 90
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 87
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 32
- 238000011084 recovery Methods 0.000 title description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 88
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 51
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 43
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 39
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 39
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 16
- 239000012809 cooling fluid Substances 0.000 claims description 14
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 14
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 5
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 5
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims description 3
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims description 3
- FGUUSXIOTUKUDN-IBGZPJMESA-N C1(=CC=CC=C1)N1C2=C(NC([C@H](C1)NC=1OC(=NN=1)C1=CC=CC=C1)=O)C=CC=C2 Chemical compound C1(=CC=CC=C1)N1C2=C(NC([C@H](C1)NC=1OC(=NN=1)C1=CC=CC=C1)=O)C=CC=C2 FGUUSXIOTUKUDN-IBGZPJMESA-N 0.000 claims description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 2
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 claims description 2
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 claims description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 40
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 20
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 13
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 description 7
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- NNPPMTNAJDCUHE-UHFFFAOYSA-N isobutane Chemical compound CC(C)C NNPPMTNAJDCUHE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- QWTDNUCVQCZILF-UHFFFAOYSA-N isopentane Chemical compound CCC(C)C QWTDNUCVQCZILF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- AFABGHUZZDYHJO-UHFFFAOYSA-N dimethyl butane Natural products CCCC(C)C AFABGHUZZDYHJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000001282 iso-butane Substances 0.000 description 3
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- UBAZGMLMVVQSCD-UHFFFAOYSA-N carbon dioxide;molecular oxygen Chemical compound O=O.O=C=O UBAZGMLMVVQSCD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- VUZPPFZMUPKLLV-UHFFFAOYSA-N methane;hydrate Chemical compound C.O VUZPPFZMUPKLLV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/46—Removing components of defined structure
- B01D53/62—Carbon oxides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
- B01D53/1456—Removing acid components
- B01D53/1475—Removing carbon dioxide
-
- 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
- Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
- Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
- Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Treating Waste Gases (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Description
Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for behandling av røykgass med det formål å gjenvinne den tilgjengelige energien og å fange opp under høyt trykk den C02-mengden som er til stede i røykgassen. Fremgangsmåten anvendes spesielt for røykgasser som slippes ut av gassturbiner og dampkjeler.
Røykgassen eller avgassene i utgangen av gassturbiner slippes ut i atmosfæren ved en relativt høy temperatur på ca. 500°C. På dette temperaturnivået er den energien som frigis i atmosfæren sammenlignbar med den mekaniske energien tilført ved hjelp av turbinakslingen. Det er økonomisk fordelaktig å gjenvinne denne energien.
Røykgassen er rik på karbondioksid (CO2). Økologiske hensyn gjør nå at det innføres tiltak for å redusere CCVutslipp. For eksempel pålegger enkelte land en skatt på CCVutslipp. Det er derfor stadig mer fordelaktig, fra et økonomisk og økologisk synspunkt, å skille ut CO2som røykgassen inneholder med det formål å lagre eller behandle samme.
Dokument WO-00/48 709 tilveiebringer en fremgangsmåte for fraskilling og oppsamling av den CC>2-mengden som er til stede i røykgassen. Fremgangsmåten består i avkjøling av røykgassen fra en gassturbin, i komprimering av den avkjølte røykgassen, i fraskilling av CO2fra den avkjølte komprimerte røykgassen og i oppvarming, hvoretter røykgassen utarmet på CO2ekspanderes.
Fremgangsmåten beskrevet i dokument WO-00/48 709 gjør det mulig å redusere det energiforbruket som kreves for å skille ut og samle opp den CO2-mengden som røykgassen inneholder. Denne fremgangsmåten har imidlertid ikke som siktemål å gjenvinne hele den energien som er tilgjengelig i røykgassen ved utgangen av gassturbin.
Foreliggende oppfinnelse har som siktemål å forbedre fremgangsmåten beskrevet i dokument WO-00/48 709 og spesielt å forbedre gjenvinning av den tilgjengelige energien i røykgassen.
Generelt sagt tilveiebringer oppfinnelsen en fremgangsmåte for behandling av røykgass som er ved høy temperatur og lavt trykk for å gjenvinne den tilgjengelige energien og for å fange opp under høyt trykk den C02-mengden som er til stede i røykgassen, hvor følgende trinn gjennomføres: a) komprimering av røykgass som er ved høy temperatur og lavt trykk med det formål å tilveiebringe røykgass ved middels trykk, b) komprimering av røykgassen som er ved middels trykk for å tilveiebringe røykgass som er ved høyt trykk, c) fraskilling av en del av karbondioksidet som befinner seg i nevnte røykgass som er ved høyt trykk for å tilveiebringe røykgass utarmet på karbondioksid
og karbondioksid som er ved høyt trykk,
d) ekspandering av røykgassen utarmet på karbondioksid,
kjennetegnet ved at den omfatter:
e) fordamping av et kjølefluid ved varmeveksling med minst røykgassen som er ved høy temperatur og lavt trykk, røykgassen som er ved middels trykk
og røykgassen som er ved høyt trykk,
f) ekspandering av det fordampede fluid under utvinning av mekanisk energi,
g) kondensering ved avkjøling av det ekspanderte fluidet,
h) komprimering av det kondenserte fluidet for å tilveiebringe kjølefluidet i trinn e).
I trinn d) gjennomføres følgende trinn:
i) ekspandering av den CCVutarmede røykgassen for å tilveiebringe ekspandert røykgass,
ii) oppvarming av den ekspanderte røykgassen for å tilveiebringe oppvarmet
røykgass, og
iii) ekspandering av den oppvarmede røykgassen.
I trinn d) kan den ekspanderte røykgassen varmes opp ved varmeveksling med røykgassen som er ved høyt trykk.
Røykgassen utarmet på karbondioksid kan varmes opp ved varmeveksling med røykgassene som er ved høy temperatur og lavt trykk.
Energien som leveres under ekspansjonen gjennomført i trinn d) kan anvendes for kompresjon i trinn a) og b).
Ekspansjonsforholdet i trinn i) kan være lavere enn ekspansjonsforholdet i trinn iii). Kompresjonsforholdet i trinn a) kan være lavere enn kompresjonsforholdet i trinn b).
I samsvar med oppfinnelsen kan karbondioksidet under høyt trykk komprimeres og karbondioksidet under høyt trykk kan injiseres inn i et undergrunnsreservoar. For eksempel komprimeres karbondioksidet under anvendelse av den mekaniske energien som tilveiebringes i trinn f).
I trinn e) kan kjølefluidet fordampes ved varmeveksling med røykgassen tilveiebrakt etter ekspansjon i trinn d).
Andre trekk og fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå ved lesing av beskrivel-sen i det følgende, med henvisning til de medfølgende tegningene, hvor:
fig. 1 skjematisk viser fremgangsmåten i samsvar med oppfinnelsen,
- fig. 2 viser skjematisk en variant av fremgangsmåten i samsvar med oppfinnelsen.
Med henvisning til fig. 1, så føres luften som sirkulerer i rørledning 1 inn i kompressor CA. Luften tas ut av kompressoren gjennom rørledning 2 under høy-ere trykk og temperatur enn luften i rørledning 1. Luften og et karbonholdig brenn-stoff tilføres hhv. gjennom rørledninger 2 og 3 inn i forbrenningskammer COMB for å gjennomføre en forbrenning og for å produsere forbrenningsgasser. Forbrenningsgassene ved høyt trykk og høy temperatur føres ved hjelp av rørledning 4 inn i gassturbin TG. Ekspansjon av gassene i turbin TG gjør at det kan produse-res mekanisk energi som kan omdannes til elektrisk energi ved hjelp av elektrisk generator GE1. Forbrenningsgassene, også henvist til som eksosgasser eller røykgasser, er ved utgangen av turbin TG ved høy temperatur, ca. 500°C, og lavt trykk, omtrent atmosfærisk trykk.
Foreliggende oppfinnelse har som formål å fraskille og å fange opp den CC>2-mengden som disse forbrenningsgassene inneholder ved så høyt trykk som mulig under best mulig utvinning som av energiinnholdet i form av varme i forbrenningsgassene ved utgangen av turbin TG.
Forbrenningsgassene fra utgangen av gassturbin TG avkjøles suksessivt i varmevekslere E1, deretter E01, komprimeres ved hjelp av kompressor C1, avkjø-les i varmeveksler E02, komprimeres ved hjelp av kompressor C2, avkjøles deretter i varmevekslere E2 og E03, for å tilveiebringe forbrenningsgasser ved høyt trykk og lav temperatur.
Forbrenningsgassene ved høyt trykk og lav temperatur fra veksler E03 føres gjennom rørledning 5 inn i behandlingsanordning 10 egnet til å skille ut CO2-mengden i forbrenningsgassene. CO2som skilles ut fra forbrenningsgassene føres utfra behandlingsanordning 10 gjennom rørledning 6, f.eks. til en lagrings-sone. Lagringssonen kan være et undergrunnsreservoar, f.eks. en geologisk for-masjon som tilsvarer et utarmet oljereservoar og med tilgang gjennom en brønn. Forbrenningsgassene utarmet på CO2slippes ut gjennom rørledning 7.
Behandlingsanordning 10 kan benytte velkjente metoder for utskilling av CO2så som en fremgangsmåte hvor det anvendes et aminløsemiddel. En fremgangsmåte hvor det anvendes et aminløsemiddel fungerer fortrinnsvis i et temperaturområde mellom 0°C og 100°C. Ettersom andelen av CO2i avgassen er lav (i størrelsesorden 1 til 5 %), er det fordelaktig å øke trykket for avgassen for å øke partialtrykket for den C02-mengden som gassen inneholder slik at CO2lettere absorberes av løsemidlet.
Gassene som er utarmet på CO2og som kommer fra behandlingsanordnin-gen gjennom rørledning 7 varmes suksessivt opp i varmeveksler E1, ekspanderes av turbin T2, varmes opp i varmeveksler E2, ekspanderes av turbin T1, og slippes deretter ut i atmosfæren ved hjelp av rørledning 8.
I varmeveksler E1 veksler forbrenningsgassene fra turbin TG varme med gassene utarmet på CC>2fra behandlingsanordning 10.
I varmeveksler E2 veksler forbrenningsgassene fra kompressor C2 varme med gassene utarmet på CO2fra turbin T2.
Fremgangsmåten i samsvar med oppfinnelsen har den fordelen at det gjen-nomføres en kompresjon som er så nær en lavtemperatur isoterm kompresjon som mulig ved hjelp av flere kompresjonstrinn (med kompressorer C1 og C2) og ved at det gjennomføres kjøling (i vekslere E1, E01 og E02) av gassen før hvert kompresjonstrinn. Jo større antall kompresjonstrinn som er forut for kjøling, dess nærmere er kompresjonen en lavtemperatur isoterm kompresjon. Kompresjon av gassene i kompressorer C1 og C2 gjennomføres således ved lav temperatur, noe som forbedrer kompresjonseffekten.
Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen har den fordelen at det gjen-nomføres en ekspansjon som er så nær en høytemperatur isoterm ekspansjon som mulig ved hjelp av flere ekspansjonstrinn (med turbiner T1 og T2) og ved at det gjennomføres oppvarming (i vekslere E1 og E2) av gassen før hvert ekspansjonstrinn. Jo større antall ekspansjonstrinn som er forut for oppvarming, dess nærmere er ekspansjonen en høytemperatur isoterm ekspansjon. Ekspansjon av gassene i turbiner T1 og T2 gjennomføres således ved høy temperatur, noe som forbedrer ekspansjonseffekten.
For at kompresjon skal kunne gjennomføres ved lavest mulig temperatur og således dra fordel av den høyeste effekten under kompresjon i kompressorer C1 og C2, avkjøles gassene i vekslere E01 og E02 ved hjelp av en ekstern kuldekilde. Kuldekilden kan bestå av luft eller vann. Kuldekilden for vekslere E01 og E02 kan også bestå av en sekundær kjølekrets som er beskrevet i det følgende.
Apparater C1, C2, T1 og T2 kan samvirke slik at den mekaniske energien tilveiebrakt under ekspansjon av gassene i turbiner T1 og T2 anvendes for kompresjon av gassene i kompressorer C1 og C2. For eksempel koples turbin T1 til kompressor C1 ved hjelp av aksling A1 felles for T1 og C1. På samme måte koples turbin T2 til kompressor C2 ved hjelp av aksling A2. Når kompressorer C1 og C2 koples hhv. til turbiner T1 og T2, så er kompresjonsforholdet (utgangstrykk /inngangstrykk) for C1 fortrinnsvis lavere enn kompresjonsforholdet for C2, og ekspansjonsforholdet (utgangstrykk/inngangstrykk) for T2 er fortrinnsvis lavere enn ekspansjonsforholdet for T1. Turbin T2, som leverer mer energi enn turbin T1, er således koplet direkte til kompressor C2, som krever mer energi enn kompressor C1.
Apparater C1, C2, T1 og T2 kan samvirke slik at de utgjør et enkelt apparat. Akslinger A1 og A2 kan monteres som kryssgir på hovedaksling A. Akslinger A1 og A2 kan samvirke med hovedakslingen ved hjelp av girhjul. Fremgangsmåten i samsvar med oppfinnelsen gjennomføres således på fordelaktig måte ved hjelp av et enkelt apparat. Dessuten gjør det ene apparatet som beskrevet i det foregående det mulig å balansere automatisk den samlede kompresjonseffekten som kreves av kompressorer C1 og C2 og den samlede ekspansjonseffekten som tilføres av turbiner T1 og T2. Balansering av effekt gjennomføres uavhengig av effektubalansene på nivået for hver kompressor C1 og C2 og for turbiner T1 og T2 (f.eks. kan kompresjonsforholdet for C1 være lavere enn kompresjonsforholdet for C2, mens ekspansjonsforholdet for T2 er større enn ekspansjonsforholdet for T1). Nærværet av aksling A giret av akslinger A1 og A2 sikrer drift av kompressorer C1 og C2 uten en ekstern energitilførsel.
CO2som kommer ut fra behandlingsanordning 10 er i hovedsak ved det
samme trykket som forbrenningsgassene ved utgangen av kompressor C2. Det er fordelaktig å komprimere dette CO2for å minske volumet derav og således hånd-tere CO2lettere og mer effektivt når det transporteres til lagringsstedet. Kompressor C gjør det mulig å komprimere CO2fra behandlingsanordning 10 opp til trykk
som kan være høyere enn 5 MPa eller 10 MPa. Kompressor C, egnet til å komprimere CO2i gassform, kan være en pumpe dersom CO2fra behandlingsanordning 10 er i væskeform.
De tre numeriske eksemplene som er angitt i det følgende illustrerer driftsmodusen av fremgangsmåten beskrevet i forbindelse med fig, 1, og viser hvor viktig foreliggende oppfinnelse er.
I de tre eksemplene benyttes følgende betingelser:
forbrenningsgassene tas ut fra gassturbin TG ved omtrent 550°C og ved
atmosfærisk trykk,
forbrenningsgassene avkjøles til 40°C ved hjelp av vekslere E01 og E02 før
de kommer inn i kompressorer C1 og C2,
forbrenningsgassene som er utarmet på CO2varmes opp til 540°C i veksler E1 ved varmeveksling med forbrenningsgassene som kommer utfra gassturbin TG,
den samlede effekten som tilveiebringes av turbiner T1 og T2 overføres i
sin helhet til kompressorer C1 og C2.
Eksempel 1
Verdiene i tabell 1 illustrerer driftsmodus for fremgangsmåten beskrevet i forbindelse med fig. 1 ved betingelser som ligger utenfor oppfinnelsens ramme: der er ingen varmeoverføring i veksler E2 mellom eksosgassene ved utgangen av kompressor C2 og gasser som er utarmet på CO2ved utgangen av turbin T2. Kompresjonsforholdene (utgangstrykk/inngangstrykk) for kompressorer C1 og C2 er identiske, ekspansjonsforholdene (utgangstrykk/inngangstrykk) i turbiner T1 og T2 er identiske.
Det kumulative kompresjonsforholdet for C1 og C2 er 25.
Eksempel 2
Verdiene i tabell 2 illustrerer driftsmodusen for fremgangsmåten beskrevet i forbindelse med fig. 1 ved betingelser i samsvar med oppfinnelsen. Kompresjonsforholdene for hver kompressor C1 og C2 er identiske. Ekspansjonsforholdet for turbin T1 er høyere enn ekspansjonsforholdet for turbin T2 for å kjøle ned gassene til en lav temperatur ved utgangen av turbin T2 og for å muliggjøre varme veksling i veksler E2 mellom eksosgassene ved utgangen av kompressor C2 og gasser som er utarmet på C02ved utgangen av turbin T2.
Det kumulative kompresjonsforholdet for C1 og C2 er 29,4.
Ubalansen i ekspansjonsforholdet mellom turbin T1 og T2 og varmeover-føringen i veksler E2 har gjort det mulig å forbedre det kumulative kompresjonsforholdet for C1 og C2 fra 25 ved betingelsene i eksempel 1 til 29,4 ved betingelsene i eksempel 2, uten noe ytterligere energitilførsel.
Eksempel 3
Verdiene i tabell 3 illustrerer driftsmodusen for fremgangsmåten beskrevet i forbindelse med fig. 1 ved betingelser i samsvar med oppfinnelsen. Ekspansjonsforholdet for turbin T1 er høyere enn ekspansjonsforholdet for turbin T2 slik at gassene kjøles ned til en lav temperatur ved utgangen av turbin T2 og for å mulig-gjøre varmeveksling i veksler E2 mellom eksosgassene ved utgangen av kompressor C2 og gasser som er utarmet på CO2ved utgangen av turbin T2. Kompresjonsforholdet for kompressor C1 er lavere enn kompresjonsforholdet for kompressor C2 for å varme opp eksosgassene til en høy temperatur ved utgangen av kompressor C2 og for å øke mengden av varme vekslet i veksler E2.
Det kumulative kompresjonsforholdet for C1 og C2 er 33,6.
Ubalansen i kompresjonsforhold mellom kompressor C1 og C2 og varme-overføringen i veksler E2 har gjort det mulig å forbedre det kumulative kompresjonsforholdet for C1 og C2 fra 29,4 ved betingelsene i eksempel 2 til 33,6 ved betingelsene i eksempel 3, uten noen ytterligere energitilføring.
Den sekundære kjølekrets virker med et kjølefluid i lukket krets. Kjølefluidet kan være et hydrokarbon så som propan, isobutan eller isopentan eller et annet kjølefluid som muliggjør endring fra væskefase til gassfase og fra gassfase til væskefase ved betingelsene for anvendelse av den sekundære krets. Den sekundære kretsen kan være basert på driftsmetoden for en Rankine termodynamisk syklus. I motsetning til en konvensjonell kjølesyklus drives et fordampningstrinn ved et høyere trykk enn kondensasjonstrinnet.
Kjølefluidet fordampes i vekslere E01, E02 og E03 for å avkjøle forbrenningsgassene som kommer ut av gassturbin TG, likesom forbrenningsgassene fra kompressorer C1 og C2. Videre kan kjølefluidet varmes opp og fordampes ved indirekte varmeveksling med gassene fra turbin T1. Det fordampede kjølefluidet ved utgangen av veksler E03 føres inn ekspansjonsanordning T, f.eks. en turbin. I ekspansjonsanordningen ekspanderes fluidet til et lavt trykk i et område eksempelvis mellom 0,1 MPa og 2 MPa. Fluidet som er ekspandert til lavt trykk avkjøles og kondenseres i varmeveksler E slik at det tilveiebringes flytendegjort fluid. Veksler E kan benytte et omgivelsesfluid så som luft eller vann som den kalde kilden. Det flytendegjorte fluidet komprimeres ved hjelp av pumpe P fra det lave trykk til et høyt trykk som kan være i området mellom 0,5 MPa og 10 MPa. Det flytende fluidet ved høyt trykk fordampes i vekslere E01, E02 og E03 og eventuelt ved indirekte varmeveksling med gassene fra turbin T1.
Energien som er absorbert av fluidet i form av varme på nivået for vekslere E01, E02 og E03 gjenvinnes i form av mekanisk energi ved akslingen for turbin T. Denne mekaniske energien kan omdannes til elektrisk energi ved hjelp av elektrisk generator GE2. Akslingen for turbin T kan koples til akslingen for pumpe P for å tilføre den krevede energien for å pumpe det flytendegjorte fluidet. Kompressor C som komprimerer det CO2som skilles ut i anordning 10 drives med fordel ved hjelp av den mekaniske energien som er tilgjengelig ved akslingen for turbin T i den sekundære kjølekretsen. For eksempel er akslingen for kompressor C koplet til akslingen for turbin T i den sekundære kretsen.
De tre numeriske eksemplene som er angitt i det følgende illustrerer driftsmodusen for den sekundære kretsen beskrevet i forbindelse med fig. 1 og viser betydningen av foreliggende oppfinnelse. Hydrokarboner ble valgt for å estimere effekten av motorsyklusen.
Beregninger av sykluseffekten ble gjennomført ved hjelp av Mollier-dia-grammer. Temperaturen av varmekildene i vekslere E01, E02 og E03 er for eksempel 200°C, temperaturen for den kalde kilden i kondensator E er 40°C.
Eksempel 4
Kjølefluidet er propan. Trykket for propanet i kondensator E innstilles på 1,4 MPa a. Tabell 4 viser den teoretiske effekten av motorsyklusen som en funksjon av trykket i fordampere E01, E02 og E03.
Med utgangspunkt i effekten av turbin T er den reelle effekten omtrent 20%.
Eksempel 5
Kjølefluidet er isobutan. Trykket for isobutanet i kondensator E innstilles på 0,52 MPa a. Tabell 5 viser den teoretiske effekten av motorsyklusen som en funksjon av trykket i fordampere E01, E02 og E03.
Med utgangspunkt i effekten av turbin T er den reelle effekten omtrent 20%.
Eksempel 6
Kjølefluidet er isopentan. Trykket for isopentanet i kondensator E innstilles på 0,14 MPa a. Tabell 6 viser den teoretiske effekten for motorsyklusen som en funksjon av trykket i fordampere E01, E02 og E03.
Med utgangspunkt i effekten i turbin T så er den reelle effekten omtrent 18%.
Oppfinnelsen er ikke begrenset til utførelsen på fig. 1. Det er mulig å vari-ere antall kompressorer og turbiner som virker på eksosgassene. Det er også mulig å modifisere antallet av og posisjonen til varmevekslerne. Fig. 2 viser en andre utførelse av oppfinnelsen.
Med henvisning til fig. 2, så omfatter røykgassen fra anlegg 20 (f.eks. en gassturbin eller en dampkjele som produserer røykgass ved en temperatur i området eksempelvis mellom 400°C og 600°C og i hovedsak ved atmosfærisk trykk) særlig nitrogen, oksygen, karbondioksid og vann.
Røykgassen avkjøles i varmeveksler E1, deretter i varmeveksler E01 til en lav temperatur i området mellom 0°C og 100°C. Røykgassen ved lav temperatur føres inn i separasjonsbeholder B1. Vannet som er kondensert under kjøling i varmevekslere E1 og E01 slippes ut ved bunnen av beholder B1.
Røykgassen som slippes ut ved toppen av beholder B1 komprimeres i kompressor C1. Røykgassen under trykk fra kompressor C1 avkjøles i varmeveksler E2, deretter i varmeveksler E02 til en lav temperatur i området mellom 0°C og 100°C. Røykgassen ved lav temperatur føres inn i separasjonsbeholder B2. Vannet som er kondensert under kjøling i varmevekslere E2 og E02 slippes ut ved bunnen av beholder B2. Røykgassen som går ut ved toppen av beholder B2 komprimeres i kompressor C2. Røykgassen under trykk fra kompressor C2 avkjø-les i varmeveksler E2, deretter i varmeveksler E03 til en lav temperatur i området mellom 0°C og 100°C. Røykgassen ved lav temperatur føres inn i separasjonsbeholder B3. Vannet som kondenseres under avkjøling i varmevekslere E2 og E03 slippes ut ved bunnen av beholder B3. Røykgassen som kommer ut ved toppen av beholder B3 komprimeres i kompressor C3. Røykgassen undertrykk fra kompressor C3 avkjøles i varmeveksler E2, deretter i varmeveksler E04 til en lav temperatur i området mellom 0°C og 100°C.
Røykgassen ved lav temperatur føres inn i anordning 21 tiltenkt oppsamling av C02ved høyt trykk. Den mengden av CO2som skilles ut fra røykgassen, tas ut gjennom rørledning 22, komprimeres ved hjelp av pumpe P og sendes til et lagringssted. Røykgassen som slippes ut gjennom rørledning 23 er utarmet på C02.
Den CC>2-utarmede røykgassen som sirkulerer i rørledning 23 varmes opp i varmeveksler E2, deretter i varmeveksler E1. Røykgassen ved høy temperatur ekspanderes i turbin T3. Under ekspansjon i turbin T3 synker temperaturen for røykgassen. Røykgassen varmes opp i varmeveksler E2, deretter i varmeveksler E1. Røykgassen ved høy temperatur ekspanderes i turbin T2. Under ekspansjon i turbin T2 synker temperaturen for røykgassen. Røykgassen varmes opp i varmeveksler E2, deretter i varmeveksler E1. Deretter ekspanderes røykgassen ved høy temperatur i turbin T1.
Røykgassen fra turbin T1 slippes ut i atmosfæren eller resirkuleres til inn-gangen av turbinen i anlegg 20.
Røykgassen avkjøles i vekslere E01, E02, E03 og E04 ved hjelp av en ekstern kuldekilde. Kuldekilden kan bestå av luft eller vann. Kuldekilden for vekslere E01, E02, E03 og E04 kan også bestå av en sekundær kjølekrets som beskrevet i forbindelse med fig. 1 (se henvisninger E01, E02, E03, 21, 22, T, P og E på fig. 1).
Veksler E1 tillater varmeveksling mellom røykgassen som kommer direkte fra anlegg 20 og røykgassen som er utarmet på CO2før de går inn i turbiner T1, T2 og T3.
Veksler E2 tillater varmeveksling mellom røykgassen som kommer direkte fra kompressorer C1, C2 og C3 og røykgassen som er utarmet på CO2før de går inn i turbiner T1, T2 og T3.
Kompressorer C1, C2 og C3 er koplet til turbiner T1, T2 og T3. Den mekaniske energien som tilveiebringes ved ekspansjon av den CCvutarmede røykgas-sen gjør det således mulig å drive kompressorer C1, C2 og C3.
Apparater C1 og T1, hhv. C2 og T2, C3 og T3, kan koples ved hjelp av aksling A1, hhv. A2, A3. Akslinger A1, A2 og A3 kan koples til en enkelt hovedaksling A ved hjelp av gir.
Kompressorer C1, C2 og C3 og turbiner T1, T2 og T3 danner således ett enkelt apparat. Den mekaniske energien som tilveiebringes under ekspansjon i turbiner T1, T2 og T3 overføres til kompressorer C1, C2 og C3 uavhengig av ubalansen i kompresjons- eller ekspansjonsforholdet for apparater C1, C2 og C3, og T1, T2 og T3.
Claims (10)
1. Fremgangsmåte for behandling av røykgass som er ved høy temperatur og lavt trykk for å gjenvinne den tilgjengelige energien og for ved høyt trykk å fange opp den mengden av CO2som er til stede i røykgassen, idet følgende trinn gjennomføres: a) komprimering av røykgassen som er ved høy temperatur og lavt trykk med det formål å tilveiebringe røykgass ved middels trykk, b) komprimering av røykgassen som er ved middels trykk for å tilveiebringe røykgass som er ved høyt trykk, c) fraskilling av en del av karbondioksidet som befinner seg i nevnte røykgass som er ved høyt trykk for å tilveiebringe røykgass utarmet på karbondioksid og karbondioksid som er ved høyt trykk, d) ekspandering av røykgassen utarmet på karbondioksid,karakterisert vedat den omfatter: e) fordamping av et kjølefluid ved varmeveksling med minst røykgassen som er ved høy temperatur og lavt trykk, røykgassen som er ved middels trykk og røykgassen som er ved høyt trykk, f) ekspandering av det fordampede fluid under utvinning av mekanisk energi, g) kondensering ved avkjøling av det ekspanderte fluidet, h) komprimering av det kondenserte fluidet for å tilveiebringe kjølefluidet i trinn e).
2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1,
karakterisert vedat i trinn d) gjennomføres følgende trinn: i) ekspandering av nevnte C02-utarmede røykgass for å tilveiebringe ekspandert røykgass, ii) oppvarming av nevnte ekspanderte røykgass for å tilveiebringe oppvarmet røykgass, og iii) ekspandering av nevnte oppvarmede røykgass.
3. Fremgangsmåte i henhold til krav 2,
karakterisert vedat i trinn ii) varmes nevnte ekspanderte røykgass ved varmeveksling med nevnte røykgass som er under høyt trykk.
4. Fremgangsmåte i henhold til hvilke som helst av de foregående krav,karakterisert vedat før trinn d) varmes nevnte røykgass utarmet på karbondioksid opp ved varmeveksling med nevnte røykgass som er ved høy temperatur og lavt trykk.
5. Fremgangsmåte i henhold til hvilke som helst av de foregående krav,karakterisert vedat energien som tilføres under ekspansjonen som gjennomføres i trinn d) anvendes for kompresjon i trinn a) og b).
6. Fremgangsmåte i henhold til hvilke som helst av kravene 2 til 5,karakterisert vedat ekspansjonsforholdet i trinn i) er lavere enn ekspansjonsforholdet i trinn iii).
7. Fremgangsmåte i henhold til hvilke som helst av de foregående krav,karakterisert vedat kompresjonsforholdet i trinn a) er lavere enn kompresjonsforholdet i trinn b).
8. Fremgangsmåte i henhold til hvilke som helst av de foregående krav,karakterisert vedat nevnte karbondioksid som er ved høyt trykk komprimeres og at nevnte karbondioksid som er ved høyt trykk injiseres inn i et undergrunnsreservoar.
9. Fremgangsmåte i henhold til krav 8,
karakterisert vedat nevnte karbondioksid komprimeres under anvendelse av den mekaniske energien som tilveiebringes i trinn f).
10. Fremgangsmåte i henhold til hvilke som helst av de foregående krav,karakterisert vedat i trinn e) fordampes kjølefluidet ved varmeveksling med røykgassen som tilveiebringes etter ekspansjon i trinn d).
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0307035A FR2855985B1 (fr) | 2003-06-10 | 2003-06-10 | Procede de traitement de fumees avec recuperation d'energie |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NO20042398L NO20042398L (no) | 2004-12-13 |
| NO330574B1 true NO330574B1 (no) | 2011-05-16 |
Family
ID=33186470
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NO20042398A NO330574B1 (no) | 2003-06-10 | 2004-06-09 | Fremgangsmate for behandling av roykgass med energigjenvinning |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7169211B2 (no) |
| EP (1) | EP1486246A3 (no) |
| JP (1) | JP4505266B2 (no) |
| FR (1) | FR2855985B1 (no) |
| NO (1) | NO330574B1 (no) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2125164A1 (en) * | 2007-01-25 | 2009-12-02 | Shell Internationale Research Maatschappij B.V. | Process for producing a pressurised co2 stream in a power plant integrated with a co2 capture unit |
| US7882890B2 (en) * | 2007-07-13 | 2011-02-08 | International Business Machines Corporation | Thermally pumped liquid/gas heat exchanger for cooling heat-generating devices |
| CN101301561B (zh) * | 2008-06-30 | 2010-09-29 | 杨光 | 湿法气体净化工艺 |
| US20120067054A1 (en) * | 2010-09-21 | 2012-03-22 | Palmer Labs, Llc | High efficiency power production methods, assemblies, and systems |
| ITFI20110262A1 (it) | 2011-12-06 | 2013-06-07 | Nuovo Pignone Spa | "heat recovery in carbon dioxide compression and compression and liquefaction systems" |
| DE102013003112B4 (de) | 2013-02-25 | 2017-06-14 | Umicore Ag & Co. Kg | SCR-Katalysator mit verbessertem NOx-Umsatz |
| FR3031766A1 (fr) * | 2015-01-19 | 2016-07-22 | Jerome Soize | Procede et installation de recuperation de chaleur et de traitement des gaz de combustion |
| GB201917011D0 (en) | 2019-11-22 | 2020-01-08 | Rolls Royce Plc | Power generation system with carbon capture |
| FR3124247B1 (fr) * | 2021-06-16 | 2023-10-20 | Arianegroup Sas | Systeme de recuperation d’energie de compression d’un gaz, liquefacteur comprenant un tel systeme et procede de recuperation d’energie de compression d’un gaz |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NO990812L (no) * | 1999-02-19 | 2000-08-21 | Norsk Hydro As | Metode for Õ fjerne og gjenvinne CO2 fra eksosgass |
| JP2000337108A (ja) * | 1999-05-27 | 2000-12-05 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 二酸化炭素回収型複合発電システム |
| NO20023050L (no) * | 2002-06-21 | 2003-12-22 | Fleischer & Co | Fremgangsmåte samt anlegg for utf degree relse av fremgangsmåten |
| RU2287067C2 (ru) * | 2002-09-17 | 2006-11-10 | Фостер Уилер Энерджи Корпорейшн | Система с гибридным циклом газификации угля с использованием рециркулирующей рабочей текучей среды и способ генерирования электроэнергии |
-
2003
- 2003-06-10 FR FR0307035A patent/FR2855985B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
2004
- 2004-05-19 EP EP04291299A patent/EP1486246A3/fr not_active Withdrawn
- 2004-06-08 US US10/862,400 patent/US7169211B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2004-06-09 NO NO20042398A patent/NO330574B1/no not_active IP Right Cessation
- 2004-06-09 JP JP2004170912A patent/JP4505266B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1486246A2 (fr) | 2004-12-15 |
| FR2855985B1 (fr) | 2005-07-22 |
| US7169211B2 (en) | 2007-01-30 |
| FR2855985A1 (fr) | 2004-12-17 |
| JP4505266B2 (ja) | 2010-07-21 |
| JP2005002998A (ja) | 2005-01-06 |
| NO20042398L (no) | 2004-12-13 |
| US20040253165A1 (en) | 2004-12-16 |
| EP1486246A3 (fr) | 2006-12-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2551458C2 (ru) | Комбинированная тепловая система с замкнутым контуром для рекуперации отработанного тепла и способ ее эксплуатации | |
| KR930004517B1 (ko) | 에너지 발생방법 | |
| US8572973B2 (en) | Apparatus and method for generating power and refrigeration from low-grade heat | |
| US7458217B2 (en) | System and method for utilization of waste heat from internal combustion engines | |
| US20020148225A1 (en) | Energy conversion system | |
| Ghorbani et al. | Investigation of a hybrid water desalination, oxy-fuel power generation and CO2 liquefaction process | |
| EA016746B1 (ru) | Способ и система для получения сжиженного природного газа | |
| EA014465B1 (ru) | Система теплового двигателя | |
| NO881503L (no) | Arbeidssyklus for en substansblanding. | |
| JP7268151B2 (ja) | コンバインドパワーサイクルを使用して機械的エネルギーを生成する装置 | |
| JP2005533972A (ja) | カスケーディング閉ループサイクル動力発生 | |
| CN103547786A (zh) | 复合发电系统 | |
| Alabdulkarem et al. | Multi-functional heat pumps integration in power plants for CO2 capture and sequestration | |
| NO330574B1 (no) | Fremgangsmate for behandling av roykgass med energigjenvinning | |
| US7445661B2 (en) | Fumes treating process | |
| CN115898578A (zh) | 利用低温空气冷能燃气电站的碳捕集系统及运行方法 | |
| Dokandari et al. | Thermodynamic investigation and optimization of two novel combined power-refrigeration cycles using cryogenic LNG energy | |
| RU2739165C1 (ru) | Энерготехнологический комплекс переработки природного газа и способ работы комплекса | |
| US20120324885A1 (en) | Geothermal power plant utilizing hot geothermal fluid in a cascade heat recovery apparatus | |
| US11111853B2 (en) | Method for exhaust waste energy recovery at the internal combustion engine polygeneration plant | |
| CN114382562B (zh) | 分流再压缩纯氧燃烧循环系统 | |
| JP2010096414A (ja) | アンモニア吸収冷凍式発電装置 | |
| CN112444099B (zh) | 一种天然气液化设备 | |
| US20220136414A1 (en) | Facility for generating mechanical energy by means of a combined power cycle | |
| KR101487287B1 (ko) | 발전장치 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Lapsed by not paying the annual fees |