PL224230B1

PL224230B1 - Sposób zawracania dwutlenku węgla w systemie zgazowania

Info

Publication number: PL224230B1
Application number: PL391549A
Authority: PL
Inventors: John Duckett Winter; Paul Steven Wallace; George Gulko; Pradeep S. Thacker
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2009-06-17
Filing date: 2010-06-17
Publication date: 2016-12-30
Also published as: PL391549A1; KR101646269B1; RU2010124202A; CN101928604A; KR20100135676A; US20120267578A1; CN105861063A; JP2011001549A; US20100324156A1; US8480790B2; US8241404B2; AU2010202465A1; AU2010202465B2

Description

Niniejszy wynalazek dotyczy zasadniczo usprawnień w operacjach instalacji z technologią bloku gazowo-parowego ze zintegrowanym zgazowaniem paliwa [ang. Integrated gasification combined plant], a dokładniej sposobu zawracania dwutlenku węgla z syngazu wytworzonego przez generator gazu w systemie zgazowania.

Przynajmniej w niektórych technologiach bloku gazowo-parowego ze zintegrowanym zgazowaniem paliwa (IGCC), dwutlenek węgla (ogólniej gaz bogaty w dwutlenek węgla) usunięty z syngazu usuwa się do atmosfery [ang. vented] lub stosuje się do wytwarzania środków chemicznych i typowo nie zawraca się go do generatora gazu (określanego tutaj także, jako reaktor zgazowania). W tych systemach, w których gaz bogaty w dwutlenek węgla zawraca się do generatora gazu (tj. w pewnych instalacjach z gazowym wsadem i kilku instalacjach z płynnym wsadem) zawracanie przeprowadza się w celu podwyższenia stosunku tlenku węgla do wodoru w syngazie dla procesów wytwarzania okso-środków chemicznych. Jednakże, w takich procesach nie uzyskuje się żadnych korzyści w odniesieniu do zmniejszenia zużycia tlenu lub poprawienia konwersji węgla z gazowego wsadu. Ponadto, publikacja US5937652, w porównaniu do niniejszego wynalazku, nie ujawnia mieszania surowego gorącego syngazu wytworzonego w generatorze gazu z porcją skompresowanego i/lub ogrzanego gazu bogatego w CO2.

Istnieje zatem potrzeba ulepszenia sprawności IGCC w odniesieniu do przetwarzania gazu bogatego w dwutlenek węgla w instalacji IGCC. Konkretnie, istnieje zapotrzebowanie na sposób zgazowania mający zmniejszone zużycie tlenu i/lub wodoru, który ma zwiększoną konwersję węgla. Dodatkowo, byłoby korzystne, jeżeli można byłoby dostarczyć metody oziębiania, które wymagałyby niższej wartości ogrzewania w porównaniu z konwencjonalnymi metodami, a tym samym stanowiłyby alternatywę korzystniejszą z punktu widzenia kosztów i ekonomii.

Przedmiotem wynalazku jest sposób zawracania dwutlenku węgla z syngazu wytworzonego przez generator gazu w systemie zgazowania obejmującym: wytwarzanie strumienia syngazu przy użyciu generatora gazu, ten strumień syngazu zawiera pierwszą mieszaninę syngazu, polegający na tym, że wspomniany sposób obejmuje: usuwanie gazu bogatego w dwutlenek węgla z tej pierwszej mieszaniny syngazu w urządzeniu separującym, ten gaz bogaty w dwutlenek węgla zawiera więcej niż 50% (wagowych) dwutlenku węgla; kompresję tego gazu bogatego w dwutlenek węgla; ogrzewanie tego skompresowanego gazu bogatego w dwutlenek węgla do temperatury pomiędzy 278,8°C (550°F) a 371,1°C (700°F); oddzielanie co najmniej pierwszej porcji tego skompresowanego i ogrzanego gazu bogatego w dwutlenek węgla; i podawanie tej co najmniej pierwszej porcji tego skompresowanego i ogrzanego gazu bogatego w dwutlenek węgla do generatora gazu.

Korzystnie, po zgazowaniu wytwarza się drugą mieszaninę syngazu, gdzie wspomniany sposób dalej obejmuje oziębienie tej drugiej mieszaniny syngazu w radiacyjnym schładzaczu syngazu.

Korzystnie, sposób dalej obejmuje dostarczanie tej oziębionej drugiej mieszaniny syngazu do skrubera syngazu.

Korzystnie sposób dalej obejmuje: dalsze oziębianie tej przemytej i oziębionej mieszaniny syngazu wydobytej z tego skrubera syngazu; i kierowanie tej dalej oziębianej, przemytej mieszaniny syngazu do tego urządzenia separującego.

Korzystnie sposób dalej obejmuje: oddzielanie drugiej porcji tego skompresowanego i ogrzanego gazu bogatego w dwutlenek węgla i kontaktowanie tej drugiej mieszaniny syngazu z tą drugą porcją skompresowanego i ogrzanego gazu bogatego w dwutlenek węgla w tym radiacyjnym schładzaczu syngazu w celu usprawnienia oziębiania tej drugiej mieszaniny syngazu.

Korzystnie sposób dalej obejmuje: oddzielanie trzeciej porcji tego skompresowanego i ogrzanego gazu bogatego w dwutlenek węgla; kontaktowanie tej oziębionej drugiej mieszaniny syngazu z tą trzecią porcją skompresowanego i ogrzanego gazu bogatego w dwutlenek węgla z wytworzeniem mieszaniny; i kierowanie tej mieszaniny do konwekcyjnego schładzacza syngazu.

Korzystnie sposób dalej obejmuje dalsze ogrzewanie tej co najmniej pierwszej porcji tego skompresowanego i ogrzanego gazu bogatego w dwutlenek węgla przed podaniem tej co najmniej pierwszej porcji tego skompresowanego gazu bogatego w dwutlenek węgla do tego generatora gazu.

Korzystnie wspomniane usuwanie gazu bogatego w dwutlenek węgla z tej pierwszej mieszaniny syngazu w tym urządzeniu separującym obejmuje usunięcie od około 15%, licząc na całkowitą ilość moli dwutlenku węgla obecnego w tej pierwszej mieszaninie syngazu, do około 50%, licząc na całkoPL 224 230 B1 witą ilość moli dwutlenku węgla obecnego w tej pierwszej mieszaninie syngazu, z wytworzeniem tego gazu bogatego w dwutlenek węgla.

Korzystnie, wspomniane podawanie tej co najmniej pierwszej porcji skompresowanego i ogrzanego gazu bogatego w dwutlenek węgla usprawnia zwiększenie konwersji węgla do około 3% przez ten generator gazu.

Korzystnie, wspomniane podawanie tej co najmniej pierwszej porcji skompresowanego i ogrzanego gazu bogatego w dwutlenek węgla usprawnia zmniejszenie zużycia tlenu na jednostkę wytwarzania syngazu przez ten generator gazu do około 2%.

Korzystnie, tę co najmniej pierwszą porcję tego skompresowanego i ogrzanego gazu bogatego w dwutlenek węgla łączy się z co najmniej jedną tlenu i wsadu z wytworzeniem, mieszaniny wsadu do tego generatora gazu.

Obecnie nieoczekiwanie odkryto, że podczas zawracania gazu bogatego w dwutlenek węgla do generatora gazu w systemach zgazowania, takich jak stosuje się w instalacji IGCC, tlen pochodzący z gazu bogatego w dwutlenek węgla uczestniczy w reakcjach zgazowania i usprawnia zmniejszenie zużycia tlenu i zwiększenie konwersji węgla. Oba czynniki, zmniejszenie zużycia tlenu i zwiększenie konwersji węgla, poprawiają sprawność instalacji IGCC. Mieszanie gazu bogatego w dwutlenek węgla z gorącym syngazem na wlocie radiacyjnego schładzacza syngazu, tak jak to tutaj opisano, korzystnie modyfikuje reakcję odwrotną do konwersji gazu wodnego w ten sposób, że dwutlenek węgla reaguje endotermicznie z wodorem z syngazu ułatwiając powstawanie większej ilości tlenku węgla. Zwiększenie ilości tlenku węgla zmniejsza zużycie wodoru i zwiększa skuteczność

W pierwszym aspekcie dostarczono sposób zawracania z pierwszej mieszaniny syngazu systemu zgazowania. Sposób ten obejmuje usuwanie gazu bogatego w dwutlenek węgla z pierwszej mieszaniny syngazu w urządzeniu separującym; kompresję gazu bogatego w dwutlenek węgla; i podawanie co najmniej pierwszej porcji skompresowanego gazu bogatego w dwutlenek węgla do generatora gazu.

W innym aspekcie dostarczono sposób zawracania dwutlenku węgla z pierwszej mieszaniny syngazu systemu zgazowania. Sposób ten obejmuje usuwanie gazu bogatego w dwutlenek węgla z pierwszej mieszaniny syngazu w urządzeniu separującym, kompresję gazu bogatego w dwutlenek węgla, wytwarzanie drugiej mieszaniny syngazu w generatorze gazu, mieszanie drugiej mieszaniny syngazu i co najmniej pierwszej porcji skompresowanego gazu bogatego w dwutlenek węgla z wytworzeniem połączonej mieszaniny syngazu i wprowadzenie połączonej mieszaniny syngazu do radiacyjnego schładzacza syngazu w celu usprawnienia oziębienia drugiej mieszaniny syngazu.

W dalszym aspekcie dostarczono sposób zawracania dwutlenku węgla z pierwszej mieszaniny syngazu systemu zgazowania. Sposób ten obejmuje usuwanie gazu bogatego w dwutlenek węgla z pierwszej mieszaniny syngazu w urządzeniu separującym; kompresję gazu bogatego w dwutlenek węgla; wytwarzanie drugiej mieszaniny syngazu w generatorze gazu; mieszanie drugiej mieszaniny syngazu i co najmniej pierwszej porcji skompresowanego gazu bogatego w dwutlenek węgla z wytworzeniem połączonej mieszaniny syngazu i wprowadzenie połączonej mieszaniny syngazu do konwekcyjnego schładzacza syngazu w celu usprawnienia oziębienia drugiej mieszaniny syngazu.

Fig. 1 jest schematycznym diagramem ilustrującym przykładową instalację z technologią bloku gazowo-parowego ze zintegrowanym zgazowaniem paliwa (IGCC); i

Fig. 2 jest schematycznym rysunkiem ilustrującym przykładowe procesy wynalazku, gdzie gaz bogaty w dwutlenek węgla z syngazu w jednostce separującej, zawraca się do jednego z: generatora gazu, radiacyjnego schładzacza syngazu i konwekcyjnego schładzacza syngazu.

Fig. 1 jest schematycznym diagramem ilustrującym przykładową instalację z technologią bloku gazowo-parowego ze zintegrowanym zgazowaniem paliwa (IGCC) 100.

Fig. 2 jest schematycznym diagramem ilustrującym przykładowe procesy wynalazku.

Chociaż Fig. 1 przedstawia tylko część instalacji IGCC 100, dla specjalisty w dziedzinie powinno być zrozumiałe, że sposoby tu opisane można stosować w kompletnej instalacji IGCC (obejmującej co najmniej jeden silnik parowy turbinowy i generator elektryczny) i/lub strukturalnie podobne instalacje IGCC znane w dziedzinie.

Ponadto, dla specjalisty w dziedzinie powinno być zrozumiałe, że niniejszy wynalazek, opisany tutaj dla instalacji generującej moc w systemie IGCC, można zastosować w dowolnym znanym systemie separacji i/lub zgazowania bez odejścia od zakresu niniejszego wynalazku. Dokładniej, systemy obejmujące urządzenia do rozdzielania zapewniające rozdzielanie fizyczne i/lub chemiczne, adsorpcję

PL 224 230 B1 zmiennociśnieniową, adsorpcję zmienno-temperaturową, rozdział na membranach itp. i ich kombinacje, mogą być odpowiednio stosowane ze sposobami niniejszego wynalazku.

W przykładowym rozwiązaniu instalacja IGCC 100 obejmuje system zgazowania 200. Ponadto, w przykładowym rozwiązaniu system 200 obejmuje przynajmniej jedną jednostkę rozdziału powietrza 202 [ang. air separation unit], która jest sprzężona w płynnej łączności ze źródłem powietrza (niepokazanym) poprzez przewód doprowadzający powietrze 204. Takie źródła powietrza mogą obejmować między innymi wydzielone kompresory powietrza i/lub jednostki przechowywania skompresowanego powietrza (również niepokazane). Jednostka 202 rozdziela powietrze na tlen (O2), azot (N2) a inne składniki uwalniane są przez odpowietrznik [ang. vent] (nie pokazano), 206 oznacza przewód łączący jednostkę rozdziału powietrza 202 i turbinę 114.

System 200 obejmuje generator gazu 208, który jest sprzężony w płynnej łączności z jednostką 202 i który otrzymuje O2 kierowany z jednostki 202 przez przewód O2 210.

System 200 obejmuje także jednostkę mielenia i zawieszania węgla 211. Jednostka 211 jest sprzężona w płynnej łączności ze źródłem węgla i źródłem wody (również niepokazanym) odpowiednio poprzez przewód dostarczający węgiel 212 i przewód dostarczający wodę 213. Jednostka 211 jest tak skonfigurowana, aby mieszać węgiel i wodę z wytworzeniem strumienia węglowej zawiesiny reagentów, określanego tutaj i dalej w opisie jako wsad (niepokazany), który jest kierowany do reaktora 208 poprzez przewód zawiesiny węglowej 214.

Generator gazu 208 otrzymuje wsad i O2 odpowiednio poprzez przewody 214 i 210. Generator gazu 208 usprawnia wytwarzanie gorącego surowego syngazu (nie pokazano). Surowy syngaz zawiera tlenek węgla (CO), wodór (H2), dwutlenek węgla (CO2), siarczek karbonylu (COS) i siarkowodór (H2S). O ile CO2, COS i H2S są typowo wspólnie określane jako gazy kwaśne lub kwaśne składniki gazowe surowego syngazu, to CO2 będzie omówiony oddzielnie od pozostałych kwaśnych składników gazowych. Ponadto, generator gazu 208 wytwarza także strumień gorącego żużlu (niepokazany) jako produkt uboczny w produkcji syngazu. Strumień żużlu kierowany jest do jednostki manipulowania żużlem 215 poprzez przewód gorącego żużlu 216. Jednostka 215 studzi i kruszy żużel na małe kawałki żużlu, przy czym strumień usuwający żużel jest wytwarzany i kierowany przez przewód 217.

Zgodnie z Fig. 1 generator gazu 208 jest sprzężony w płynnej łączności z radiacyjnym schładzaczem syngazu (RSC - Radiant Syngas Cooler) 144 poprzez gorący przewód syngazu 218. RSC 144 otrzymuje gorący, surowy strumień syngazu i przenosi co najmniej część ciepła do wytwornicy pary z odzyskiwaniem ciepła (HRSG - Heat Recovery Steam Generator) 142 poprzez przewód 146. Kolejno, RSC 144 wytwarza oziębiony strumień surowego syngazu (niepokazany), który kierowany jest do konwekcyjnego schładzacza syngazu (CSC - Convective Syngas Cooler) 260 poprzez przewód syngazu 219. W CSC 260 następuje dalsze oziębianie strumienia surowego syngazu.

Ponownie odnosząc się do obu schematów Fig. 1 i 2, strumień oziębionego surowego syngazu jest następnie kierowany do skrubera syngazu (pokazany na Fig. 2 zasadniczo przy 270) i do jednostki oziębiania gazu do niskiej temperatury (LTGC - Low Temperature Gas Cooling) 221 poprzez przewód syngazu 220. Jednostka 221 usuwa cząstki substancji porwanych przez strumień surowego syngazu i usprawnia usunięcie oddzielonych substancji poprzez przewód lotnych popiołów 222. W jednostce 221 dochodzi także do dodatkowego oziębienia strumienia surowego syngazu. Ponadto, jednostka 221 konwertuje, na drodze hydrolizy, co najmniej część COS w strumieniu surowego syngazu do H2S i CO2.

System 200 obejmuje także urządzenie separujące 250, które jest sprzężone w płynnej łączności z jednostką 221 i które otrzymuje oziębiony strumień surowego syngazu poprzez przewód surowego syngazu 225. Urządzenie 250 usprawnia usunięcie co najmniej części składników kwaśnych (nie pokazano) ze strumienia surowego syngazu, jak to będzie omówione bardziej szczegółowo poniżej. Takie kwaśne składniki gazu obejmują, ale nie ograniczają się do CO2, COS i H2S. Ponadto, w jednym aspekcie, urządzenie 250 jest sprzężone w płynnej łączności z podsystemem obniżania poziomu siarki 275 poprzez przewód 223. Podsystem 275 otrzymuje także i usprawnia oddzielanie, co najmniej niektórych z kwaśnych składników gazu do komponentów, które obejmują, ale nie są ograniczone do CO2, COS i H2S. Oddzielenie i usunięcie tych gazów CO2, COS i H2S poprzez urządzenie 250 i podsystem 275 usprawnia wytworzenie strumienia czystego syngazu (niepokazanego), który jest kierowany do turbiny gazowej 114 poprzez przewód czystego syngazu 228, kieruje strumień gazu bogatego w CO2 do generatora gazu 208 poprzez przewód strumienia gazu bogatego w CO2 224. Stosowany tutaj termin „gaz bogaty w dwutlenek węgla” lub „gaz bogaty w CO₂” odnosi się do strumienia gazu zawierającego ponad 50% (wagowo) dwutlenku węgla. W jednym aspekcie, końcowy zintegrowany

PL 224 230 B1 strumień gazu bogatego w kwasy (niepokazany) obejmuje strumień gazu bogatego w CO2 i obejmuje również wstępnie oznaczone stężenia COS, i H2S (nie pokazano), które zostają następnie oddzielone od strumienia surowego syngazu poprzez podsystem obniżania poziomu siarki 275 jak opisano powyżej i ewentualnie w jednostce końcowego oczyszczania gazu (TGU - Tail Gas Treatment Unit) 277. W pewnych rozwiązaniach, jak pokazano na Fig. 2, po oddzieleniu COS i H2S, strumień zawierający COS i H2S jest kompresowany poprzez kompresor 300 przed zmieszaniem ze strumieniem gazu bogatego w CO2 i kierowany do generatora gazu 208 poprzez przewód 224 strumienia gazu bogatego w CO2.

Urządzenie separujące 250 usuwa od około 15% (licząc na całkowitą ilość moli dwutlenku węgla obecnego w syngazie) do około 50% (licząc na całkowitą ilość moli dwutlenku węgla obecnego w syngazie) gazu bogatego w dwutlenek węgla z syngazu. Jak podano powyżej, CO2 jest kierowany dc generatora gazu 208 jako strumień gazu bogatego w CO2 (określanego tutaj także jako zawracany strumień gazu bogatego w CO2) Iub z COS i H2S jako końcowy zintegrowany strumień gazu bogatego w kwasy.

Urządzenie separujące 250 jest sprzężone w płynnej łączności z generatorem gazu 208 poprzez przewód 224, gdzie zawracany strumień gazu bogatego w CO2 jest we wstępnie określonych porcjach kierowany do generatora gazu 208. Jak dalej pokazano na Fig. 2, gaz bogaty w CO2 z urządzenia 250 jest kompresowany przez kompresor CO2 302 i ogrzewany poprzez ogrzewacz CO2 304 podczas przesyłania poprzez przewód 224.

W eksploatacji, w jednym rozwiązaniu, O2 i wsad, odpowiednio poprzez przewody 210 i 214, mogą być mieszane z gazem bogatym w CO2, dostarczanym poprzez przewody 224 i 402, który był kompresowany w kompresorze 302 i który mógł, lecz nie musiał, być ogrzewany w ogrzewaczu 304. Uzyskana mieszanina wsadu jest podawana do wlotów 306a, 306b i 306c generatora gazu 208, w którym zachodzi zgazowanie, zgodnie z konwencjonalnymi metodami, dla wytworzenia syngazu.

Stwierdzono, że przez kompresowanie i/lub ogrzewanie gazu bogatego w CO2 przed podaniem jego części do generatora gazu usprawnia się zwiększenie konwersji węgla podczas zgazowania w systemie zgazowania 200 i w kolejnych procesach w instalacji IGCC 100. W jednym rozwiązaniu, sposoby według niniejszego wynalazku mogą zwiększać konwersję węgla aż do około 3% w porównaniu z konwencjonalnymi systemami zgazowania. Zwiększenie konwersji węgla usprawnia poprawę efektywności instalacji IGCC 100. Dokładniej, przez zwiększenie konwersji węgla w generatorze gazu 208 wzrasta stężenie tlenku węgla (CO) wytworzonego w reakcji Boudouarda:

CO₂ + C 2CO i w reakcji odwrotnej do konwersji gazu wodnego:

CO2 + H2 CO + H2O

Przez zwiększenie wytwarzania tlenku węgla usprawnia się zmniejszenie zużycia tlenu podczas zgazowania, co następnie prowadzi do dalszego zwiększenia efektywności instalacji IGCC 100. Specyficznie, kiedy gaz bogaty w CO2 jest skompresowany, potrzeba jest mniej powietrza podczas zgazowania jako, że CO wytwarzany w reakcji Boudouarda i w reakcji odwrotnej do konwersji gazu wodnego dostarcza źródło tlenu. W jednym rozwiązaniu, sposoby według niniejszego wynalazku mogą zmniejszać zużycie tlenu aż do około 2% na jednostkę wytwarzania syngazu (tj. wytwarzania wodoru i CO) w porównaniu do typowych systemów zgazowania.

Gaz bogaty w CO2 oddzielany od mieszaniny syngazu w urządzeniu separującym 250 typowo kompresuje się do ciśnienia z zakresu od około 0,345 MPa (50 funtów na cal kwadratowy) do około 2,068 MPa (300 funtów na cal kwadratowy) powyżej ciśnienia w generatorze gazu 208 typowej instalacji IGCC 100. Ciśnienie generatora gazu waha się typowo od około 2,758 MPa (400 funtów na cal kwadratowy) do około 6,205 MPa (900 funtów na cal kwadratowy).

W innym aspekcie, jeżeli ogrzewa się gaz bogaty w CO2, wówczas wymagana jest mniejsza ilość O2 do ogrzania syngazu podczas zgazowania. Specyficznie, ogrzany gaz bogaty w CO2 jest już dodany do syngazu i w ten sposób, aby uzyskać żądany gorący surowy syngaz, nie trzeba podwyższać temperatury w stopniu stosowanym przy typowym zgazowaniu.

Dzięki temu usprawnia się proces zgazowania IGCC i staje się on efektywniejszy.

Typowa temperatura skompresowanego gazu bogatego w CO2 waha się w przedziale od około 93,3°C (200°F) do około 148,9°C (300°F). Podczas ogrzewania temperatura skompresowanego gazu bogatego w CO2 dochodzi typowo do temperatury od około 278,8°C (550°F) do około 371,1°C (700°F). Przykładowo, w jednym aspekcie, skompresowany gaz bogaty w CO2 ogrzewa się do temperatury około 343,3°C (650°F).

PL 224 230 B1

Oprócz zmniejszenia zużycia tlenu, większa konwersja węgla (wytworzona, gdy gaz bogaty w CO2 jest skompresowany i/lub ogrzany), prowadzi do zmniejszenia zużycia wodoru poprzez reakcję odwrotną do konwersji gazu wodnego opisaną powyżej. W szczególności, CO posiada niższą wartość ciepła spalania w porównaniu do H2. Zgodnie z tym, zastąpienie CO przez H2 w procesie zgazowania zwiększa efektywność procesu.

Syngaz wytwarzany w generatorze gazu 208 opuszcza generator gazu 208 przez wylot 310. Jak generalnie opisano powyżej, gorący surowy syngaz kierowany jest do RSC 144 i CSC 260, gdzie syngaz oziębia się i następnie kieruje się do skrubera syngazu 270, jednostki LTGC 221 i na koniec do urządzenia separującego 250.

W jednym aspekcie, gorący surowy syngaz może być oziębiony przed wprowadzeniem do RSC 144 przez mieszanie mieszaniny gorącego surowego syngazu w punkcie dodawania 312 z porcją skompresowanego i/lub ogrzanego gazu bogatego w dwutlenek węgla oddzielanego w urządzeniu separującym 250 poprzez przewód 404 z wytworzeniem połączonej mieszaniny syngazu. Połączoną mieszaninę syngazu można następnie wprowadzać do RSC 144 poprzez wlot 314, gdzie zostaje ona oziębiona.

Stwierdzono, że dzięki zmieszaniu gorącego surowego syngazu wytwarzanego w generatorze gazu 208 z porcją skompresowanego i/lub ogrzanego gazu bogatego w CO2 instalacja IGCC 100 może pracować jeszcze bardziej efektywnie. Specyficznie, jak opisano powyżej, skompresowany i/lub ogrzany gaz bogaty w CO2 zwiększa konwersję węgla poprzez reakcję odwrotną do konwersji gazu wodnego, zmniejszając tym samym zużycie wodoru. Ponieważ CO posiada niższe ciepło spalania w porównaniu do H2, CO może być także bardziej efektywnie oziębiane niż H2, co ostatecznie prowadzi do niższych kosztów i większej sprawności instalacji IGCC 100.

Ponadto, w pewnych instalacjach, systemy separacji obejmują następnie zdmuchiwacz sadzy w radiacyjnym schładzaczu syngazu 144 do zdmuchiwania depozytów popiołu i żużla osadzonych na rurach schładzacza 144. Konwencjonalnie, w zdmuchiwaczu sadzy stosuje się azot (N2). Jednakże, w niniejszych sposobach w zdmuchiwaczach sadzy można stosować CO2 zamiast N2 i przynosi to dalsze korzyści. Specyficznie, ponieważ CO2 jest gęstszy niż N2 to do zdmuchiwania sadzy potrzebna jest mniejsza ilość CO2. Ponadto, stwierdzono, że łatwiej jest odseparować od syngazu CO2 niż N2.

Ochłodzony syngaz opuszcza RSC 144 przez wyjście 318 i może być kierowany do CSC 260 w celu dalszego oziębienia. Szczególnie, w jednym rozwiązaniu, syngaz jest dalej oziębiany do temperatury od około 482,2°C (900°F) do około 871,1°C (1600°F), i dokładniej, do temperatury około 704,4°C (1300°F). Już ochłodzony, syngaz może być wprowadzany do skrubera syngazu 270 i jednostki LTGC 221 w celu usunięcia cząstek substancji porwanych przez strumień surowego syngazu a następnie wprowadzony do urządzenia separującego 250, aby usprawnić oddzielanie co najmniej pewnych składników kwasowych gazu, między innymi CO2, COS i H2S.

W jednym aspekcie wynalazku, ochłodzony syngaz opuszcza RSC 144 i miesza się w punkcie dodawania 320 z porcją skompresowanego gazu bogatego w dwutlenek węgla, oddzielonego przez urządzenie separujące 250 z wytworzeniem mieszaniny połączonego syngazu. Typowo, jeśli skompresowany gaz bogaty w CO2 dodaje się w punkcie dodawania 320, to gaz bogaty w CO2 nie jest ogrzewany w ogrzewaczu CO2 304. Ponieważ skompresowany gaz bogaty w CO2 nie jest ogrzewany, może on umożliwić dalsze oziębienie ochłodzonego syngazu.

Już zmieszaną, połączoną mieszaninę syngazu podaje się do wlotu 322 w konwekcyjnym schładzaczu syngazu (CSC) 260 gdzie jest ona poddana dalszemu oziębieniu. Oziębiony syngaz opuszczający 260 przez wylot 326 typowo posiada temperaturę z zakresu od około 204,40C (400°F) do około 426,7°C (800°F). Oziębiony syngaz jest następnie podawany do skrubera syngazu 270, jednostki LTGC 221 i urządzenia separującego 250.

Opisywane tutaj, jako przeprowadzane kolejno punkty dodawania skompresowanego i/lub ogrzanego gazu bogatego w CO2 do mieszaniny syngazu systemu zgazowania 200, powinny być zrozumiałe tak, że nie odchodząc od zakresu niniejszego wynalazku, skompresowany gaz bogaty w CO2 może być dodawany tylko w jednym lub w dwóch opisanych powyżej punktach dodawania. Przykładowo, w jednym aspekcie, syngaz jest najpierw wytwarzany jedynie z O2 i wsadu w generatorze gazu 208 (tj. bez dodania skompresowanego i/lub ogrzanego gazu bogatego w CO2) i mieszaninę syngazu miesza się następnie z pierwszą porcją skompresowanego i/lub ogrzanego gazu bogatego w CO2 w punkcie dodawania 312 i oziębia w RSC 144. Zgodnie z innym aspektem wynalazku syngaz wytwarza się z O2 i wsadu i oziębia w RSC 144. Tak oziębiony syngaz opuszcza RSC 144 przez wylot 318,

PL 224 230 B1 oziębiony syngaz może być zmieszany z pierwszą porcją skompresowanego i/lub ogrzanego gazu bogatego w CO2 w punkcie dodawania 320 i następnie oziębiany w CSC 260.

Dodatkową korzyścią stosowania sposobu według niniejszego wynalazku jest brak konieczności włączania w instalację IGCC 100 podsystemu usuwania siarki 275. W szczególności, gdy skompresowany i/lub ogrzany gaz bogaty w dwutlenek węgla usuwa się w urządzeniu separującym 250 i miesza się ponownie z syngazem to gaz bogaty w CO2 nie musi być poddany oczyszczaniu usuwającemu siarkę. W rezultacie urządzenie separujące 250 może być tak zoptymalizowane, aby gaz bogaty w CO2 mógł zawierać siarkę.

Chociaż wynalazek jest opisany w sposób, który uważa się obecnie jako najbardziej praktyczne i korzystne rozwiązanie, należy rozumieć, że wynalazek ten nie jest ujawnionym rozwiązaniem ograniczony, ale przeciwnie, ma objąć różne modyfikacje i równoważne rozwiązania zgodne z naturą i zakresem załączonych zastrzeżeń.

Claims

100 Instalacja z technologią bloku gazowo-parowego ze zintegrowanym zgazowaniem paliwa (IGCC) 1 2 114 Turbina gazowa 142 Wytwornica pary z odzyskiwaniem ciepła (HRSG) 144 Radiacyjny schładzacz syngazu (RSC) 146 Przewód 200 System zgazowania 202 Jednostka rozdziału powietrza 204 Przewód doprowadzający powietrze 206 Przewód łączący jednostkę rozdziału powietrza 202 i turbinę 114 208 Generator gazu 210 Przewód 211 Jednostka mielenia i zawieszania 212 Przewód doprowadzający węgiel 213 Przewód doprowadzający wodę 214 Przewód doprowadzający zawiesinę węgla 215 Jednostka manipulowania żużlem 216 Przewód gorącego żużlu 217 Przewód 218 Przewód gorącego syngazu 219 Przewód syngazu 220 Przewód syngazu 221 Jednostka oziębienia gazu do niskiej temperatury (LTGC) 222 Przewód lotnych popiołów 223 Przewód 224 Przewód strumienia bogatego gazu 225 Przewód surowego syngazu 228 Przewód czystego syngazu 250 Urządzenie separujące 260 Konwekcyjny schładzacz syngazu (CSC)

PL 224 230 B1 cd. tabeli 1 2 270 Skruber syngazu 275 Podsystem usunięcie siarki 277 Jednostka końcowego oczyszczania gazu (TGU) 300 Kompresor 302 Kompresor CO2 304 Ogrzewacz CO2 310 Wyjście 312 Punkt dodawania 314 Wlot 318 Wyjście 320 Punkt dodawania 322 Wlot 326 Wyjście 402 Przewody 404 Przewód

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób zawracania dwutlenku węgla z syngazu wytworzonego przez generator gazu w systemie zgazowania obejmującym: wytwarzanie strumienia syngazu przy użyciu generatora gazu, ten strumień syngazu zawiera pierwszą mieszaninę syngazu, znamienny tym, że wspomniany sposób obejmuje:

- usuwanie gazu bogatego w dwutlenek węgla z tej pierwszej mieszaniny syngazu w urządzeniu separującym, ten gaz bogaty w dwutlenek węgla zawiera więcej niż 50% (wagowych) dwutlenku węgla;

- kompresję tego gazu bogatego w dwutlenek węgla;

- ogrzewanie tego skompresowanego gazu bogatego w dwutlenek węgla do temperatury pomiędzy 278,8°C a 371,1°C;

- oddzielanie co najmniej pierwszej porcji tego skompresowanego i ogrzanego gazu bogatego w dwutlenek węgla; i

- podawanie tej co najmniej pierwszej porcji tego skompresowanego i ogrzanego gazu bogatego w dwutlenek węgla do generatora gazu.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że po zgazowaniu wytwarza się drugą mieszaninę syngazu, gdzie wspomniany sposób dalej obejmuje oziębienie tej drugiej mieszaniny syngazu w radiacyjnym schładzaczu syngazu.

3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że dalej obejmuje dostarczanie tej oziębionej drugiej mieszaniny syngazu do skrubera syngazu.

4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że dalej obejmuje:

- dalsze oziębianie tej przemytej i oziębionej mieszaniny syngazu wydobytej z tego skrubera syngazu; i

- kierowanie tej dalej oziębianej, przemytej mieszaniny syngazu do tego urządzenia separującego.

5. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że dalej obejmuje oddzielanie drugiej porcji tego skompresowanego i ogrzanego gazu bogatego w dwutlenek węgla i kontaktowanie tej drugiej mieszaniny syngazu z tą drugą porcją skompresowanego i ogrzanego gazu bogatego w dwutlenek węgla w tym radiacyjnym schładzaczu syngazu w celu usprawnienia oziębiania tej drugiej mieszaniny syngazu.

PL 224 230 B1

6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że dalej obejmuje:

- oddzielanie trzeciej porcji tego skompresowanego i ogrzanego gazu bogatego w dwutlenek węgla;

- kontaktowanie tej oziębionej drugiej mieszaniny syngazu z tą trzecią porcją skompresowanego i ogrzanego gazu bogatego w dwutlenek węgla z wytworzeniem mieszaniny; i

- kierowanie tej mieszaniny do konwekcyjnego schładzacza syngazu.

7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dalej obejmuje dalsze ogrzewanie tej co najmniej pierwszej porcji tego skompresowanego i ogrzanego gazu bogatego w dwutlenek węgla przed podaniem tej co najmniej pierwszej porcji tego skompresowanego gazu bogatego w dwutlenek węgla do tego generatora gazu.

8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wspomniane usuwanie gazu bogatego w dwutlenek węgla z tej pierwszej mieszaniny syngazu w tym urządzeniu separującym obejmuje usunięcie od około 15%, licząc na całkowitą ilość moli dwutlenku węgla obecnego w tej pierwszej mieszaninie syngazu, do około 50%, licząc na całkowitą ilość moli dwutlenku węgla obecnego w tej pierwszej mieszaninie syngazu, z wytworzeniem tego gazu bogatego w dwutlenek węgla.

9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wspomniane podawanie tej co najmniej pierwszej porcji skompresowanego i ogrzanego gazu bogatego w dwutlenek węgla usprawnia zwiększenie konwersji węgla do około 3% przez ten generator gazu.

10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wspomniane podawanie tej co najmniej pierwszej porcji skompresowanego i ogrzanego gazu bogatego w dwutlenek węgla usprawnia zmniejszenie zużycia tlenu na jednostkę wytwarzania syngazu przez ten generator gazu do około 2%.

11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że tę co najmniej pierwszą porcję tego skompresowanego i ogrzanego gazu bogatego w dwutlenek węgla łączy się z co najmniej jedną tlenu i wsadu z wytworzeniem mieszaniny wsadu do tego generatora gazu.