RO121046B1 - Centrală electrică, cu randament termodinamic sporit şi supraveghere a poluării - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la o centrală electrică, cu combustibil mineral cu supraveghere a poluării,destinată producerii de energie electrică. Centrala electrică, cu combustibil mineral cu supraveghere a poluării, conform invenţiei, este compusă dintr-o cameră (210) de reacţie prin care trec un combustibil, un oxidant şi un agent de răcire într-o relaţie de schimb de căldură cu combustibilul şi cu oxidantul, oxidarea combustibilului menţionat în camera de reacţie fiind situată în intervalul 700...2000 psia.

Description

Invenția se referă la o centrală electrică cu combustibil mineral, cu supraveghere a poluării, destinată producerii de energie electrică.

Sunt cunoscute centrale electrice, cum arfi, de exemplu, centralele electrice cu combustibil mineral, conform brevetelor US 4074981; 4132065; 5117635, în care un combustibil mineral este aprins și ars, oxidat sau supus combustiei în interiorul unei camere de ardere sau reacție, în condiții supravegheate, pentru a genera căldură. Căldura este tranferată unui lichid în circulație, de exemplu apă, care curge prin niște țevi de răcire situate în camera de reacție sau alături de aceasta, pentru a genera abur. Aburul este trecut apoi printr-o turbină cu abur pentru a genera energie electrică. Centralele electrice cu ciclu combinat de gazificare integrală, care folosesc combustibili solizi, divizează procesul de combustie a combustibilului mineral în mai multe trepte, unde prima treaptă este, în mod tipic, o treaptă de gazificare sau oxidare parțială. Treptele următoare ard gazul produs în turbine cu gaz și cazane de abur. Randamentul termodinamic și supravegherea poluării au fost și rămân considerate importante în proiectarea centralelor electrice cu combustibil mineral. Preocupările de conservare, prețurile în creștere ale combustibililor și standardele de supraveghere a poluării din ce în ce mai severe reprezintă numai câțiva din factorii care cer căi mai bune, mai curate și mai eficiente de transformare a combustibililor minerali în energie electrică. Centralele electrice sau sistemele energetice au atins niveluri relativ ridicate de eficiență și de supraveghere a poluării nu sunt însă lipsite de probleme. De exemplu, în timp ce standardele privind particulele reziduale au devenit tot mai greu de îndeplinit, centralele electrice necesită, în mod tipic, o serie de procese și piese de echipament diferite, pentru eliminarea substanțelor sub formă de particule. Aceasta se adaugă la costul și complexitatea sistemului, iar aceste procese și piese de echipament necesită, în mod caracteristic, o substanțială putere de intrare care conduce la importante pierderi de energie, parazitare, și la ineficacitate. Mai mult decât atât, deși centralele electrice au folosit uneori economizoare și echipamente similare pentru a recupera o parte a căldurii sensibile din respectivele gaze în produsele de ardere, centralele electrice nu au încercat să recupereze căldura latentă de vaporizare a unor astfel de gaze, deoarece, în condițiile de funcționare a acestor centrale, temperaturile de condensare a gazelor sunt prea scăzute pentru a fi recuperată în mod eficient. în mod particular, într-un sistem în care o cantitate relativ mare de apă în fază gazoasă este produsă în timpul combustiei, nereușita în ceea ce privește recuperarea unei părți semnificative a unei astfel de călduri latente de vaporizare poate conduce la o ineficacitate termodinamică, semnificativă.

Centrala electrică cu combustibil mineral cu supraveghere a poluării, conform invenției, rezolvă problema realizării unui sistem energetic, integrat, care să recupereze căldura latentă de vaporizare din apa produsă și din gazele acide epurate, să elimine impuritățile chimice (de exemplu mercurul și monoparticulele în suspensie) și să condenseze și să recupereze bioxid de carbon lichid ca parte integrantă a unui proces de ansamblu.

Centrala electrică cu combustibil mineral cu supraveghere a poluării, conform invenției, asigură un sistem energetic de tipul celui prezentat mai sus, care să asigure o supraveghere sporită a poluării care să ofere un randament termodinamic sporit, care să permită recuperarea a cel puțin unei părți a căldurii latente de vaporizare a apei produse în timpul oxidării sau combustiei, care să funcționeze la presiune ridicată, făcând ca acesta să fie practică din punct de vedere termodinamic pentru a recupera cel puțin o parte a căldurii latente de vaporizare a apei produse în timpul oxidării sau combustiei, care să beneficieze de proprietățile utile ale dioxidului de carbon, care să folosească apa recuperată, recirculată, produsă în timpul oxidării sau arderii în scopul de a asigura costuri reduse pentru echipament și o uzură redusă a echipamentului, care să folosească o creștere a presiunii, în două trepte,

RO 121046 Β1 a agentului de răcire, în scopul de a reduce costurile pentru echipamentul de schimb de căi- 1 dură și a reduce uzura schimbătoarelor de căldură, care să asigure recuperarea eficientă a dioxidului de carbon pentru folosirea sau vânzarea acestuia, care să asigure o eliminare 3 îmbunătățită a substanțelor sub formă de particule din produsele de oxidare sau combustie și care să asigure o oxidare sau gazeificare parțială, eficientă, a combustibililor minerali, 5 lichizi sau solizi.

Centrala electrică cu combustibil mineral cu supraveghere a poluării, conform inven- 7 ției, rezolvă problema tehnică propusă și înlătură dezavantajele centralelor menționate, prin aceea că realizează un sistem energetic cu presiune ridicată care asigură o oxidare sau 9 combustie curată și eficientă a unui combustibil, de exemplu un combustibil mineral, după cum urmează. Combustibilul și un oxidant sunt trecute la o cameră de reacție, iar combusti- 11 bilul este oxidat în respectiva cameră la o presiune care, de preferință, se află efectiv în interiorul unui interval de la aproximativ 700 psia (1 psia - 68,948 x 10³ bar) până la aproximativ 13 2000 psia, dar, mai bine, efectiv în interiorul unui interval de la aproximativ 850 psia până la aproximativ 1276 psia. Un agent de răcire este trecut către camera de reacție, într-o realație 15 de schimb de căldură cu combustibilul și oxidantul. Presiunea camerei de reacție este aleasă astfel încât să fie egală sau mai mare decât o presiune de echilibru lichid - vapori a dioxidului 17 de carbon la temperatura la care centrala electrică poate să refuleze căldură către mediul înconjurător. Produsele de combustie din camera menționată pot fi trecute la un schimbător 19 de căldură, iar apa poate fi condensată, din respectivele produse de combustie, în schimbătorul de căldură la o presiune, care, de preferință, se află efectiv în interiorul unui 21 interval de la aproximativ 700 psia până la aproximativ 2000 psia, dar, mai bine, efectiv în interiorul unui interval de la aproximativ 850 psia până la aproximativ 1276 psia. O parte din 23 apa condensată poate fi recirculată la produse de ardere, în amonte de schimbătorul de căldură. De asemenea, înainte de a fi trecut către camera de reacție, agentul de răcire poate 25 fi dirijat, prin schimbătorul de căldură, la o formă de presiune cu două trepte, astfel încât agentul de răcire trece la schimbătorul de căldură la o presiune care, efectiv, ia valori de la 27 aproximativ 300 psia până la aproximativ 600 psia și trece către camera de reacție la o presiune situată efectiv în interiorul unui interval de la aproximativ 2000 psia până la aproximativ 29 5000 psia.

Centrala electrică cu combustibil mineral cu supraveghere a poluării, conform inven- 31 ției, prezintă următoarele avantaje:

- folosește apa recuperată și recirculată,33

- prezintă costuri reduse pentru echipament;

- prezintă o uzură redusă a echipamentului;35

- prezintă o recuperare eficientă a dioxidului de carbon;

- este ușor de întreținut.37

Se dau în continuare patru exemple de realizare a invenției în legătură și cu fig.

1...11, care reprezintă:39

-fig. 1, o reprezentare schematică a unui sistem energetic, pentru combustibili minerali ce conțin substanțe cu un minimum de cenușă, fără cenușă sau care formează cenușă; 41

- fig. 2, un tabel care arată un set ipotetic, preferat, al condițiilor de funcționare pentru sistemul ilustrat în fig. 1;43

- fig. 3, un tabel care arată un flux de masă, ipotetic, preferat al sistemului ilustrat în fig. 1;45

- fig. 4A și 4B, tabele care arată un flux de energie, ipotetic, preferat al sistemului ilustrat în fig. 1;47

RO 121046 Β1

- fig. 5, reprezentare schematică a unui exemplu de realizare, ca alternativă a unui sistem energetic pentru combustibili, care conțin cenușă sau substanțe ce formează cenușă;

- fig. 6, un tabel care arată un set ipotetic, preferat, al condițiilor de funcționare pentru sistemul ilustrat în fig. 5;

- fig. 7, un tabel care arată un flux de masă, ipotetic, preferat al sistemului ilustrat în fig. 5;

- fig. 8, un tabel care arată un flux de energie, ipotetic, preferat al sistemului ilustrat în fig. 5;

- fig. 9, reprezentare schematică a unui exemplu de realizare, ca alternativă a unui sistem energetic,

-fig. 10, reprezentare schematică a unei părți dintr-un exemplu de realizare, ca alternativă a unui sistem energetic, asigurând folosirea dioxidului de carbon lichid, în scopul de a genera energie pentru o instalație de separare a aerului;

- fig. 11, reprezentare schematică a unui exemplu de realizare, ca alternativă a unui sistem energetic, asigurând gazeificarea combustibililor solizi sau lichizi pentru a produce gaz de sinteză curat, ce poate fi folosit să genereze energie într-un ciclu Rankine standard, sau într-o centrală electrică cu ciclu combinat.

Centrala electrică cu combustibil mineral cu supraveghere a poluării, conform invenției, într-un prim exemplu de realizare, este compusă așa cum reiese din fig. 1, dintr-un sistem energetic 100, care integrează arderea de combustibili minerali și producerea de energie electrică cu recuperarea dioxidului de carbon lichid și eliminarea emanațiilor de gaze acide și monoparticule de substanțe impurificatoare în suspensie. Referindu-ne la fig. 1 și 2, oxigenul lichid dintr-un rezervor 202 este pompat, la presiunea sistemului, cu ajutorul unei pompe 204. Pentru sistemul ilustrat în fig. 1, presiunea sistemului se află, de preferință, în interiorul unui interval de valori de la aproximativ 700 psia până la aproximativ 2000 psia și, mai exact în intervalul de aproximativ 850 psia până de la aproximativ 1276 psia. Acest interval de presiuni permite să se utilizeze construcții de echipament standard și cuprinde presiunea critică a dioxidului de carbon (1071 psi sau 7,382 MPascali). în ultimele trepte ale sistemului, când apa și dioxidul de carbon sunt condensate succesiv, acest interval de presiuni ridicate ale sistemului permite condensarea dioxidului de carbon la cea mai înaltă temperatură posibilă și condensarea apei la o temperatură utilă, în timp ce se optimizează presiunea sistemului și se minimizează investițiile generale de capital. O temperatură utilă pentru condensarea apei produse este o temperatură suficient de înaltă, astfel încât niște schimbătoare de căldură standard să poată transfera ușor căldura de vaporizare a apei produse, agentului de răcire.

Un flux 101 de oxigen lichid, la presiunea sistemului, trece printr-un schimbător 206 de căldură, unde oxigenul este vaporizat și ridicat la temperaturi ale mediului înconjurător apropiat. Capacitatea de răcire din vaporizarea oxigenului este recuperată și recirculată la instalație de oxigen. Oxigenul gazos dintr-un flux 102 este încălzit mai departe într-un schimbător 208, de căldură, și apoi amestecat cu dioxid de carbon gazos dintr-un flux 106. Acest amestec de oxigen și dioxid de carbon, dintr-un flux 107, este folosit ca oxidant în camera de reacție sau combustie de înaltă presiune. Amestecarea dioxidului de carbon cu oxigenul, în amonte de camera de reacție, oferă o serie de avantaje. De exemplu, aceasta ajută la reglarea temperaturilor de ardere prin reducerea concentrațiilor de vârf ale oxigenului din camera de reacție. Deși oxidantul este descris mai sus ca fiind un amestec de oxigen și dioxid de carbon, trebuie înțeles că poate fi folosită o largă diversitate de oxidanți. De exemplu, oxidantul poate consta din aer sau, de preferință, aer îmbogățit în oxigen, amestecuri de oxigen în azot, dioxid de carbon sau alte gaze inerte sau, cel mai bine, oxigen de la instalația de separare a aerului care, după compoziție, conține peste 85% oxigen, în volume.

RO 121046 Β1

Un combustibil, de exemplu gaz natural dintr-o conductă 108, de transport, este corn- 1 primat, la presiunea sistemului, într-un compresor 212, de gaz natural, și trimis, printr-un flux 109, la un schimbător 214, de căldură, unde este preîncălzit. Gazul preîncălzit se combină 3 cu oxidantul din camera de reacție, la înaltă presiune, pentru a genera căldură. Căldura din camera de reacție este transferată unui agent de răcire, de exemplu apă, dintr-un flux 144, 5 care se vaporizează în abur prin intermediul unui flux 145.

Agentul de răcire, de exemplu apă și abur de alimentare a unui generator de abur, 7 circulă prin fluxurile 139...148. Apa aflată la temperatura mediului înconjurător, sau aproape de aceasta, și efectiv la presiunea atmosferică, este depozitată într-un rezervor 216, de apă, 9 pentru alimentarea generatorului de abur. în acest caz, temperatura mediului ambiant este cea mai scăzută temperatură la care centrala electrică poate să evacueze în mod curent căi- 11 dură către mediul înconjurător. Apa din rezervorul 216 de apă al generatorului de abur, la temperatura și presiunea mediului înconjurător, trece la o pompă 218 printr-un flux 139. 13

Această stare a fluxului este fixată la temperatura mediului înconjurător, în scopul de a asigura forța maximă de acționare prin turbina cu abur și astfel să genereze cea mai mare parte 15 a energiei electrice din acest proces. Pompa 218 pune apa sub presiune la o presiune intermediară care, de preferință, se află în interiorul unui interval de la aproximativ 300 psia până 17 la aproximativ 600 psia și, mai bine, la aproximativ 600 psia. Folosirea presiunii intermediare ca parte a creșterii presiunii în două trepte, pentru agentul de răcire, prezintă o serie de 19 avantaje. De exemplu, folosirea presiunii intermediare permite ca fluxul 113 de 1276 psia să intre într-un schimbător 224, de căldură, pe partea de țeava, iar fluxul 142 de 300 până la 21 600 psia să intre în schimbătorul 224, de căldură, pe partea de manta. Presiunea părții de manta a schimbătorului 224, de căldură, la valoarea presiunii intermediare de aproximativ 23 300-600 psia, este mult mai scăzută decât presiunea caracteristică de 3500 psia a aburului la presiune înaltă. Aceasta simplifică construcția schimbătorului 224, de căldură, și sporește 25 durabilitatea sistemului. Se înțelege că apa de alimentare a generatorului de abur, introdusă în fluxul 142, poate fi trecută către schimbătorul de căldură într-un interval larg de presiuni. 27 De preferință, presiunea este aleasă astfel încât să fie mai mare decât presiunea apei saturate la temperatura de ieșire a schimbătorului 224, de căldură. 29

O pompă 218 trece apa, la temepratura mediului înconjurător și la presiunea intermediară, către un economizor 220, printr-un flux 140. De la economizor, apa preîncălzită trece, 31 printr-un fluxul 141 ,la un schimbător 222 de căldură și, prin fluxul 142, la schimbătorul 224,de căldură. Apa de alimentare a generatorului de abur, preîncălzită, la presiune intermediară, 33 trece din schimbătorul 224, de căldură, la o pompă 226, în stare lichidă, prin fluxul 143. Pompa 226 ridică presiunea apei de alimentare a generatorului de abur, preîncălzită, până 35 la o presiune care, de preferință, se află efectiv în interiorul unui interval de la 2000 psia până la aproximativ 5000 psia și, mai bine, la valoarea de aproximativ 3500 psia. Apa de aii- 37 mentare a generatorului de abur, parcurgând fluxul 144, trece prin camera de reacție, într-o ralație de schimb de căldură cu combustibilul care arde, astfel încât respectivul combustibil 39 care arde cedează căldura sa de ardere apei și aburului din țevile generatorului de abur. în exemplul de realizare preferat, este disponibilă suficientă suprafață de schimb de căldură, 41 astfel încât produsele de ardere ies din camera de reacție, prin fluxul 111, la aproximativ 900^οΚ sau 1160°F. Apa de alimentare a generatorului de abur este tranformată în abur și, 43 prin fluxul 145, trece la o turbină cu abur pentru a genera energie electrică înainte ca prin fluxul 146 să treacă la un economizor 220 și, prin fluxul 147, să treacă la condensatorul 230. 45

Apa, condensată prin fluxul 148, trece la rezervorul 216 de apă al generatorului de abur, pentru a circula mai departe prin fluxurile 139...148. 47

RO 121046 Β1

Produsele de ardere sau oxidare ies dintr-o cameră 210 prin fluxul 111 și trec printrun reactor 232, catalitic. Produsele de ardere conțin dioxid de carbon, monoxid de carbon, oxigen în exces, oxid de sulf, oxid de azot, gaze de diluant, de exemplu azot și gaze inerte, apă produsă, sub formă de abur, și particule de cenușă, atunci când sunt prezente substanțe care produc cenușă. Catalizatorii din reactorul 232 pot fi aleși pentru a se obține rezultate dorite, specifice. Catalizatori de oxidare pot fi folosiți pentru a oxida complet monoxid de carbon, oxizi de sulf și oxizi de azot în dioxid de carbon, trioxid de sulf și, respectiv, dioxid de azot. Reducerea catalitică, selectivă, sau catalizatori SCR, pot fi folosiți cu adaos de amoniac pentru a reduce oxizi de azot la azot. Paturi diferite de catalizator pot fi folosite în combinație pentru a se obține efectul dorit. Reactanții, de exemplu amoniac, sunt trecuți la reactorul 232 catalitic prin fluxul 112. Gazele tratate din fluxul 113 sunt amestecate cu apa de recirculație a apei produse, dintr-un flux 123, pentru a forma fluxul 114, în amonte de schimbătorul 224 de căldură. Viteza de recirculare a fluxului 123 de apă produsă este aleasă astfel încât o parte, și nu toată, din respectiva apă se va vaporiza și va reduce temperatura fluxului 114, combinație dintre apa produsă recirculată și produse de ardere, până la temperatura de saturație a apei, la presiunea sistemului.

Amestecul de apă produsă, recirculată, și gaze de evacuare trece prin fluxul 114 și prin partea de țeava a schimbătorului 224 de căldură. Schimbătorul 224 de căldură transferă căldură de la produsele de ardere, care trec prin partea de țeava a schimbătorului 224 de căldură, parcurgând fluxurile 114 și 115, la agentul de răcire care trece prin partea de manta a schimbătorului 224, parcurgând fluxurile 142 și 143. Deoarece fluxul 114 este la presiunea sistemului, temperatura de saturare a apei, la această presiune, este suficient de înaltă pentru a permite un transfer de căldură, util, și recuperarea căldurii latente de vaporizare a apei produse. Presiunea sistemului este aleasă astfel încât apa să se condenseze din produsele de ardere, la o temperatură care, de preferință, se află peste valoarea de aproximativ 450°F și, mai exact, peste 500°F.

în centralele electrice clasice, care funcționează la presiunea atmosferică sau aproape de aceasta, căldura energiei de vaporizare a apei produse în procesul de ardere nu poate fi recuperată în mod economic deoarece temperatura de saturație a apei sau temperatura de saturație, la echilibrul vapori-lichid, a vaporilor de apă este, aproximatv, de 200°F-220°F, care este prea scăzută. De exemplu, apa de alimentare a generatorului de abur ar avea în mod tipic o temperatură de circa 80°F, iar cantitatea de energie pe care apa de alimentare a generatorului de abur ar putea să o absoarbă este limitată la variația de entalpie între 80Τ și circa 212°F, dacă ar fi posibil un schimb de căldură perfect. în mod practic, schimbul de căldură perfect nu este posibil din punct de vedere economic și este necesară o putere de antrenare termică semnificativă pentru a se obține un transfer de căldură, util. Aceasta înseamnă că respectiva cantitate de energie a căldurii latente a apei din gazele de evacuare, care ar putea fi absorbită practic de către apa de alimentare a generatorului de abur, este semnificativ mai mică decât modificarea de entalpie între 80°F și circa 212°F. La presiunea de sistem, tipică, a sistemelor clasice, apa se condensează la o temperatură joasă și, pur și simplu, există o putere de antrenare termică, insuficientă, și o creștere de temperatură, insuficientă, în fluidul de răcire, pentru recuperarea economică a căldurii de vaporizare a apei produse.

Sistemul energetic în discuție oferă alte avantaje la schimbătorul 224, de căldură. De exemplu, folosirea reci rcu lării apei produse, prin fluxul 123 reduce temperatura de vârf suportată de către schimbătorul 224, de căldură, permițând totodată ca toată căldura utilă sau aproape toată să fie transferată la temepratura de saturație a apei. Coeficientul de transfer

RO 121046 Β1 de căldură al apei de condensare este, în mod tipic, mai mare decât cel al gazului care 1 curge. Aceasta reduce costurile de echipament și uzura echipamentului. în afară de aceasta, întrucât apa gazoasă este condensată în schimbătorul 224, de căldură, particulele și gazele 3 acide vor forma centre de cristalizare a picăturilor de condens pentru a asigura acțiunea de epurare a gazelor. Acest aspect este deosebit de util, în special în sisteme similare care 5 folosesc combustibili cum ar fi petrol sau cărbune deoarece, în mod caracteristic, la acești combustibili există niveluri mai ridicate de gaze acide și de macroparticule. 7 într-un mod de funcționare, preferat, schimbătorul 224, de căldură, este construit și exploatat astfel încât apa condensată din fluxul 115 este un lichid subrăcit și astfel încât dio- 9 xidul de carbon din fluxul 115 se află deasupra temperaturii critice a dioxidului de carbon.

Cea mai mare parte a apei din fluxul 115 este îndepărtată prin toba sau vasul 234 de rejec-11 ție, ca produs de condensare, prin fluxul 117. Concentrația de dioxid de carbon în apa produsă, condensată, din fluxul 117, este aproximativ de 2%, molar. Dioxidul de carbon gazos13 părăsește o tobă 234 de rejecție prin fluxul 116. Fluxul 116 trece la un schimbător 214 de căldură pentru a preîncălzi gazul natural din fluxul 109. Dioxidul de carbon gazos iese din15 schimbătorul 214, de căldură, printr-un flux 119, și trece la un schimbător 236, de căldură, pentru a vaporiza dioxid de carbon de diluant din fluxul 105.17

Apa produsă, de recirculare, și apa produsă, din toba 234, de rejecție, este pompată,cu ajutorul unei pompe 238, într-un flux 120, fluxul 120 fiind dirijat în fluxurile 118 și 123.19

Apa din fluxul 118 trece prin schimbătoarele 222 și 240, de căldură, și apoi trece printr-o supapă 242, reductoare de presiune. Apa produsă, de recirculare, din fluxul 123 continuă, 21 pe un circuit de recirculare, să fie combinată cu produsele de ardere din fluxul 113, în amonte de schimbătorul 224, de căldură. Fluxul 122 poate fi folosit pentru a asigura reglarea 23 de pH și alte substanțe chimice, după cum este necesar. Astei de substanțe chimice aditive pot fi folosite pentru a trata acizi consendanți. La atingerea punctului de rouă acidă, trioxidul 25 de sulf, SO₃, reacționează cu apa pentru a forma acid sulfuric care recondensează în faza lichidă. NO₂poate fi pus în reacție cu un agent reducător convenabil, de exemplu acid formic 27 sau hidroxilamină, pentru a forma gaz de azot în conformitate cu reacțiile hidrotermice:

4NH₂OH + NO₂ > 2 1/2 N₂ + 6H₂O sau

4HCOOH +2NO₂ > N₂ + 4H₂O + 4CO₂

O altă reacție potențială este folosirea de acid oxalic sau hidroxilamină pentru a transforma oxizi de azot în azotat de amoniu, fără producerea ulterioară de monoxid de azot. 37 HOOCCOOH + 2NH₂OH + 2 NO₂ > 2NH₄NO₃ + 2CO₂

Separarea unor oxizi de sulf și azot din fluxul de gaz volumetric are loc ca parte 39 simultană, intrinsecă, a funcționării sistemului în discuție. Recuperarea căldurii de vaporizare a apei produse creează două operații de schimbare de fază, distincte, care asigură o ocazie 41 cuprinzătoare și forța de antrenare pentru conversia și separarea de oxizi de azot și sulf.

Este binecunoscut faptul că niște particule gazoase cu dimensiunea de 0,1 până la 43 2,5μ va forma rapid centre de condensare a gazelor saturate. Particulele în suspensie, mici reduc gradul de suprasaturare necesar pentru formarea centrelor de condens la nivele negii- 45 jabile. Sistemul în discuție comportă două operații ale schimbării de fază care implică condensarea de gaze saturate, apă și CO₂. De aceea, se anticipează că toate particulele, inclu- 47 siv particulele submicronice, cele mai mici, vor fi spălate și recuperate în faza condensată.

RO 121046 Β1

Schimbătorul 236, de căldură, continuă procesul de răcire a dioxidului de carbon din fluxul 119. Fluxul 127 trece din schimbătorul 236, de căldură, la toba 244, de rejecție, unde orice apă dizolvată este separată și purjată sub formă de condens prin fluxul 128. Dioxidul de carbon gazos, din fluxul 129, trece la schimbătorul 246, de căldură, unde este efectiv condensat și lichefiat. Dioxidul de carbon de condensare asigură încă un alt efect de purificare, benefic, pentru a îndepărta în continuare substanță sub formă de particule. Agentul de răcire sau apa de răcire din fluxurile 153 și 154, care se folosesc în schimbătorul 246, de căldură, pot fi folosite din nou într-un condensator 230.

Temperatura critică a dioxidului de carbon este 88’F (31 °C). Sub această temperatură, dioxidul de carbon poate fi condensat într-un lichid. Unele centrale evacuează căldură într-un mediu absorbant de căldură din spațiul natural înconjuător. Adesea, aceste medii absorbante de căldură sunt lacuri, râuri sau oceane. De exemplu, o centrală ar putea trage apă dintr-un lac, un râu sau un ocean, pentru a asigura un fluid de răcire pentru schimbătoare de căldură cum ar fi schimbătoarele 230 și 246. O astfel de apă poate fi trasă și refulată înapoi cu debite mari astfel încât orice creștere de temperatură în respectiva apă este mică. Un absorbant de căldură din mediul natural poate fi de asemenea obținut prin evaporarea de apă cu aer. în exemplul de realizare cel mai bun, niște dispozitive și sisteme, care utilizează sau cuprind invenția în discuție, vor refula căldură către un mediu absorbant de căldură, de exemplu fluidul de răcire care curge prin niște conducte 153 și 154 din fig. 1, la o temperatură situată sub punctul critic al dioxidului de carbon. Respectivul mediu absorbant de căldură, cu o temperatură sub temperatura critică a dioxidului de carbon, permite condensarea directă a dioxidului de carbon gazos sau pus sub presiune supercritică pentru a forma dioxid de carbon lichid.

Dioxidul de carbon lichefiat din fluxul 130 poate fi trecut apoi la un răcitor 248 cu detentă, unde o parte a fluxului poate fi stripat pentru a asigura răcirea pentru restul fluxului. Gazele necondensabile, de exemplu azot și oxigen în exces, sunt de asemenea purjate din răcitorul 248 cu detentă și ventilate prin fluxurile 131 și 135. Dioxidul de carbon lichid, produs și recirculat, trece pe fluxul 132 prin schimbătorul 208 de căldură și trece prin fluxurile 137 și 138 la instalații 250 de transport și respectiv 252, de stocare. Se înțelege că nu este necesar să se condenseze tot dioxidul de carbon din fluxul 129. în schimb, o parte din gazul de dioxid de carbon poate fi recirculată pentru a se amesteca cu oxigenul în amonte de camera 210, de reacție. Aceasta reduce sarcinile de schimbător de căldură și de evacuare a căldurii.

Centrala electrică cu combustibil mineral cu supraveghere a poluării, conform invenției, într-un alt exemplu de realizare așa cum reiese din fig. 5, la poziția 300 folosește un combustibil mineral, solid, care conține cenușă sau substanțe de formare a cenușii, de exemplu cărbune bituminos. Cu o ușoară modificare la echipamentul de intrare a combustibilului, același exemplu de realizare poate fi folosit pentru combustibili lichizi care conțin cenușă sau substanțe de formare a cenușii, de exemplu păcură grea și petrol brut. însă mai departe pot fi folosite gaze sulfuroase ca materie primă de alimentare. Sistemul poate arde CO, CS₂ și H₂S pentru energie și le poate recupera ca acid sulfonic sau ca sare sulfat. în afară de aceasta, un procedeu Caus ar putea fi integrat în catalizatorul de flux descendent, reintroducând H₂S și transformând catalitic So_x și H₂S în H₂O și sulf topit/gazos.

Combustibilul solid care conține cenușă sau substanțe de formare a cenușii, de exemplu cărbune, este trimis la o moară cu bile sau un dispozitiv 402, similar, care măruntește respectivul combustibil solid. Din moara cu bile, combustibilul solid trece la o pompă 404 cu pâlnie de alimentare și, printr-un flux 301,1a presiunea sistemului sau aproape de această valoare, trece la un amestecător 406. Pentru sistemul ilustrat în fig. 5, presiunea

RO 121046 Β1 sistemului se situează, de preferință, efectiv în interiorul unui interval de la aproximativ 1 870 psia până la aproximativ 1276 psia. Acest interval de presiuni permite să se folosească construcții de echipament standard și cuprinde, presiunea critică a dioxidului de carbon 3 (1071 psi sau 7,382 M Pascali). în ultimele trepte ale prezentului sistem, când se condensează succesiv apă și dioxid de carbon, acest interval de presiuni ale sistemului permite con- 5 densarea dioxidului de carbon la temperatura cea mai înaltă posibil. Condensarea de apă se obține la o temperatură utilă, în timp ce se optimizează presiunea sistemului și se minimi- 7 zează costurile de investiții totale. Deși prezentul sistem este analizat folosind cărbune în calitate de combustibil, se înțelege că și alți combustibili, de exemplu păcură, pot fi folosiți 9 în respectivul sistem. Desigur, dacă centrala este construită să funcționeze numai cu păcură, atunci moara 402 cu bile și pompa 404 cu pâlnie de alimentare pot fi omise, în locul lor 11 urmând să fie introdusă o pompă de păcură cu înaltă presiune.

După cum se analizează detaliat mai jos, dioxid de carbon lichid este adăugat la 13 amescătorul menționat, printr-un flux 304. Apă, agenți tensioactivi, modificatori de pH și alte substanțe chimice pot fi de asemenea adăugate în respectivul amestecător. După ameste- 15 care, combustibilul și dioxidul de carbon, amestecate, trec, printr-un flux 302,la o pompă 408, înainte de a trece la o cameră 410 de reacție sau ardere, printr-un flux 307. Amestecul de 17 combustibil și dioxid de carbon poate fi de asemenea combinat cu un oxidant, în amonte de camera de reacție (fig. 9). în cazul păcurii, amestecătorul poate fi folosit sau nu în funcție de 19 proprietățile respectivei păcuri. Acolo poate fi avantajos să se facă o emulsie de păcură și dioxid de carbon lichid, înainte de introducere în camera de reacție. Apă și agenții tensioac- 21 tivi ar putea, în mod potențial, să ajute la formarea unor emulsii de păcură cu viscozitate joasă și stabilitate adecvată. Amestecătorul poate să nu fie necesar, în special pentru păcuri, 23 deoarece, atunci când amestecul de dioxid de carbon și cărbune sau emulsia de dioxid de carbon și păcură intră în camera de reacție și se destind, expansiunea rapidă și schimbarea 25 de fază a dioxidului de carbon asigură puternice forțe de dispersie și forfecare mecanică pentru a ajuta la amestecare. 27 într-un rezervor 412, de stocare, este depozitat dioxid de carbon lichid. Dioxidul de carbon lichid, printr-un flux 303,curge dintr-un rezervor 412, de stocare la o pompă 414,iar 29 pompa 414 ridică presiunea respectivului dioxid de carbon până la presiunea sistemului. în aval, din pompa 414, dioxidul de carbon lichid, prin fluxurile 304 și 308, trece în amestecă- 31 torul 406 și, respectiv, schimbătorul 416, de căldură. într-un exemplu de realizare, preferat, suficient dioxid de carbon trece la respectivul amestecător, prin fluxul 304, pentru a asigura 33 o masă efectiv egală de dioxid de carbon și cărbune în amestecătorul menționat. într-un, exemplu de realizare, preferat, dioxidul de carbon din fluxul 308 este, inițial, un flux de dioxid 35 de carbon lichid. în scopul de a obține o bună amestecare cu oxigenul gazos din fluxul 306, se preferă ca dioxidul de carbon din fluxul 308 să fie vaporizat înainte de a-l amesteca cu 37 oxigenul din fluxul 306. Acest lucru se poate realiza prin trecerea fluxului 308 la schimbătorul 416 de căldură înainte ca respectivul dioxid de carbon să treacă, printr-un flux 309, la fluxul 39 306 pentru amestecare cu oxigenul, în scopul de a forma un flux 310.

în rezervorul 418, de stocare, este depozitat oxigen lichid. Gazul de oxigen sub pre- 41 siune poate fi obținut prin punerea sub presiune a oxigenului lichid și apoi încălzirea și vaporizarea lui la aproximativ 240°K într-un schimbător de căldură în contracurent (nearătat). Oxi- 43 genul lichid rece poate fi folosit pentru a ajuta să răcească fluxurile de proces din instalația de separarea aerului. Oxigenul gazos, sub presiune, din fluxul 305 este mai departe încălzit 45 într-un schimbător 422, de căldură, care este folosit pentru a răci dioxidul de carbon produs. Oxigenul, sub presiune, trece dintr-un schimbător 422 de căldură, prin fluxul 306, și este gata 47

RO 121046 Β1 pentru amestecare cu dioxidul de carbon din fluxul 309. Cantitatea de oxigen din fluxul 306 este determinată de debitul de alimentare cu combustibil și de produsele de ardere anticipate, în exemplul de realizare, preferat, debitele de combustibil și oxigen sunt reglate pentru a asigura un ușor exces de oxigen peste raportul stoichiometric exact dintre combustibil și oxigen. înainte de injecție în camera de reacție, gazul de oxigen din fluxul 306 este amestecat cu gazul de bioxid de carbon din fluxul 309, pentru a reduce concentrațiile de vârf ale oxigenului în camera de reacție. în exemplul de realizare, preferat, se folosesc mase egale de oxigen din fluxul 306 și de dioxid de carbon din fluxul 309.

în camera de reacție, fluxurile de combustibil și oxidant sunt combinate într-o serie de faze de ardere, subalimentate cu oxidant pentru a regla temperaturile de vârf și transferul de căldură. Chiar dacă este diluat de către cantități mari de dioxid de carbon, presiunea parțială de oxigen în camera de reacție va fi chiar înaltă în vecinătatea duzelor de admisie. Un aprinzător (nearătat) poate consta dintr-un corp refractar, încălzit electric, în apropierea fluxurilor de alimentare cu combusbitili și oxidant, sau un corp chimic, de exemplu trietilaluminiu care se autoaprinde când este expus la oxigen. Dacă nu este prezent azot, atunci nu se produc gaze de NO_X. Dacă este prezent azot, atunci pot fi produse NO_X. Printre altele, produsele de ardere sau oxidare cuprind gaze de ardere, inclusiv apă produsă, sub formă de abur, și particule de cenușă. Produsele de ardere ies din camera de reacție prin fluxul 311 și trec la un schimbător 424, de căldură, unde respectivul schimbător 424, de căldură, elimină căldură din fluxul 311 și o transferă unui flux 323, care formează o parte a buclei de abur și apă de alimentare a generatorului de abur.

Un agent de răcire, de exemplu abur și apă, de alimentare a generatorului de abur, circulă prin fluxurile 321 ...327. în rezervorul de apă 426 este depozitată apă, la presiunea și temperatura mediului înconjurător. Apa din rezervorul 426 de apă pentru generatorul de abur, la presiunea și temperatura mediului ambiant, trece la o pompă 428 prin fluxul 321. Această stare de flux este fixată la temperatura mediului înconjurător, în scopul de a asigura cea mai mare forță de acționare prin turbina cu abur și în acest fel să genereze cea mai mare parte a energiei electrice ce se obține din acest proces. Pompa 428 pune apa sub presiune la o presiune intermediară care, de preferință, se situează efectiv în interiorul unui interval ce la valori de la aproximativ 300 psia până la aproximativ 600 psia, valoarea mai bună fiind cea de aproximativ 600 psia. Folosirea presiunii intermediare ca parte a creșterii presiunii în două trepte, pentru agentul de răcire, asigură o serie de avantaje. Folosirea presiunii intermediare primite ca fluxul 312 de 1276 psia să intre în schimbătorul 424, de căldură, pe partea de țeavă, iar fluxul de 300 până la 600 psia să intre în schimbătorul 424, de căldură, pe partea de manta. Presiunea părții de manta a schimbătorului 424 de căldură, la valoarea presiunii intermediare de aproximativ 300 - 600 psia, este mult mai joasă decât presiunea aburului de înaltă presiune cu valoarea de 3500 psia. Acest fapt simplifică construcția schimbătorului 424,de căldură, și se adaugă la durabilitatea sistemului.

Apa de alimentare a generatorului de abur preîncălzită, la presiunea intermediară, trece din schimbătorul 424, de căldură, la o pompă 430, în stare lichidă, prin fluxul 323. Pompa 430 ridică presiunea apei de alimentare a generatorului de abur, preîncălzită, până la o presiune care, de preferință, se află efectiv în intervalul de valori de la aproximativ 2000 psia până la aproximativ 5000 psia și, ceea ce este mai bine, până la 3500 psia. Apa de alimentare a generatorului de abur trece printr-o cameră 410, de reacție, într-o relație de schimb de căldură cu combustibil care arde, astfel încât respectivul combustibil care arde își cedează căldura de ardere apei și aburului din țevile generatorului de abur. în exemplul de realizare, preferat, este disponibilă o suficientă suprafață de transfer de căldură, astfel

RO 121046 Β1 încât produsele de ardere ies din camera 410 de reacție, prin fluxul 311 ,la aproximativ 820 K 1 sau 1016°F. Apa de alimentare a generatorului de abur este transformată în abur și trece, prin fluxul 325, la o turbină 432 cu abur, pentru generare de energie electrică, înainte de a 3 trece la un condensator 434 prin fluxul 326. Apa condensată trece prin fluxul 327 la rezervorul 426 de apă al generatorului de abur, pentru circulație în continuare prin fluxurile 5 321-327.

Revenind la schimbătorul 424, de căldură, porțiunea construită să extragă căldură 7 din gazele de evacuare este proiectată să funcționeze la o presiune care, de preferință, se află efectiv în interiorul unui interval cu valori de la aproximativ 700 psia până la aproximativ 9 2000 psia și, ceea ce este mai bine, efectiv în interiorul unui interval de la aproximativ 850 psia până la aproximativ 1276 psia. Presiunea este aleasă astfel încât să se condenseze 11 apă din produsele de ardere, la o temperatură care, de preferință, se află peste aproximativ 450°F și, ceea ce este mai bine, peste 500°F. Un avantaj important al funcționării camerei 13 de reacție și schimbătorului de căldură la presiune ridicată este acela că respectiva căldură latentă de vaporizare din produsele de ardere poate fi recuperată. La presiunea ridicată a 15 sistemului, temperatura de saturație la echilibru vapori-lichid a vaporilor de apă este de asemenea ridicată la o temperatură utilă (de preferință peste 450°F și, mai bine, peste 17 500°F). în centrale electrice clasice, exploatate la presiunea atmosferică sau aproape de această valoare, căldura energiei de vaporizare a apei produse în procesul de ardere nu 19 poate fi recuperată în mod economic, deoarece temperatura de saturație la echilibru vaporilichid a vaporilor de apă menționați este de aproximativ 200°F - 220°F, deci este prea joasă. 21

De exemplu, apa de alimentare a generatorului de abur ar avea în mod tipic o temperatură de circa 80°F, iar cantitatea de energie pe care apa de alimentare a generatorului de abur23 ar putea să o absoarbă este limitată la variația de entalpie între 80°F și circa 212F, dacă ar fi posibil un schimb de căldură perfect. Practic, un schimb de căldură perfect nu este econo-25 mic posibil și este necesară o forță semnificativă de antrenare termică pentru a se obține un transfer de căldură util. Aceasta înseamnă că respectiva cantitate de energie a căldurii27 latente a apei din gazele de evacuare, care ar putea fi practic asborbită de către apa de alimentare a generatorului de abur, este semnificativ mai mică decât variația de entalpie între29

80°F și circa 212°F. La presiunea de sistem tipic a sistemelor clasice, apa se condensează la o temperatură joasă și există, pur și simplu, o forță de antrenare termică insuficientă și o 31 creștere de temperatură insuficientă în fluidul de răcire pentru recuperarea economică a căldurii de vaporizare a apei produse. 33

După cum s-a menționat mai sus, se înțelege că se poate folosi păcură în loc de cărbune, caz în care s-ar produce mai puțină cenușă și mai multă apă, iar cantitatea de căldură 35 nerecuperată din căldura latentă de vaporizare a apei produse ar fi mai mare. Presiunea intermediară ar fi reglată pentru a compensa această situație. 37

Condensarea apei și gazelor acide în interiorul schimbătorului 424, de căldură, oferă de asemenea un alt avantaj. în timpul condensării de apă și gaze acide are loc o acțiune de 39 purificare a particulelor naturale. Când gazele saturate sunt răcite sub punctul de saturație, formarea de picături va produce centre de cristalizare pe substanțele impurificatoare suspen- 41 date în fluxul gazos. Acest fenomen de epurare cu schimbare de fază la condensare intensifică separarea particulelor de cenușă și intensifică respectiva capacitate a sistemului de eli- 43 minare a particulelor. Schimbătorul 424, de căldură, este de asemenea construit și exploatat astfel încât temperatura de ieșire a fluxului 313 să fie mai mare decât temperatura critică a 45 dioxidului de carbon. Aceasta asigură o separare intensificată a apei condensate și gazelor acide din dioxidul de carbon și îmbunătățește calitatea dioxidului de carbon produs și captat. 47

RO 121046 Β1

Produsele de ardere răcite, inclusiv dioxid de carbon gazos și apă condensată, trec din schimbătorul 424, de căldură, la o tobă 436, de rejecție, prin fluxul 313. în toba 436 de rejecție, apa lichidă, acid dizolvat și particule de cenușă impurificatoare sunt separate din fluxul de dioxid de carbon gazos. Apa separată, acizi și cenușă curg din toba 436 de rejecție la un hidrociclon 438, prin fluxul 314,unde cenușa este separată din respectiva apă. Cenușa și o parte a fluxurilor de apă curg din hidrociclonul menționat într-un răcitor 450, prin fluxul 316. Din răcitorul 450,apa răcită și curenții de cenușă din fluxul 317,reunește fluxurile 334, 332 și 335 din tobele 444 și 458, de rejecție, pentru a forma fluxul 318 care curge la niște dispozitive 452, de presiune coborâtă. Niște dispozitive de separare, de exemplu filtre sau sisteme 454, de osmoză inversă, pot fi folosite pentru a trata fluxul 318, de efluent cu apă și cenușă. O parte a apei curățate din hidrociclonul 438, prin fluxul 315, trece la o pompă 440,și apoi, prin fluxul 320 este pompată, înapoi în fluxul 312 situat în amonte de schimbătorul 424 de căldură. Aditivi cum ar fi amoniac, var nestins sau stins pot fi adăugați la această apă recirculată, prin fluxul 319, pentru a regla pH-ul fluxului de apă recirculată. Avantajul recirculării acestei ape este acela de a răci imediat fluxul 311. La o injecție de apă, temperatura din fluxul 311 ar cădea până la temperatura de echilibru vapori-lichid al apei la presiunea sistemului (570°K, 566’F). Energia căldurii sensibile din gazele de ardere, care ies din camera de reacție la 1016Τ, ar fi transformată în căldură latentă din vapori de apă la o temperatură semnificativ mai joasă. în prezentul sistem, această temperatură este aproximativ de 566°F. Proiectarea și construirea unui schimbător 424, de căldură, pentru o temperatură de vârf și o presiune a mantalei, la valori de aproximativ 566°F și aproximativ 600 psia, este mai ușor de realizat decât proiectarea unui schimbător de căldură pentru o temperatură de vârf de aproximativ 1016°F și o presiune de aproximativ 1276 psia. Pe lângă avantajele reducerii de temperatură, condensarea vaporilor de abur prezintă excelente caracteristici de transfer de căldură și curgerea de apă suplimentară va ajuta să se asigure că particule de cenușă sunt rejectate continuu prin schimbătorul de căldură.

Fluxul 328, gazos, care iese din vasul 436, de rejecție, poate conține dioxid de carbon. Acolo va exista, de asemenea, ceva NO și SO₂. Respectivele substanțe NO și SO₂ sunt oxidate cu oxigen rezidual, dintr-un pat 456, de catalizator, trecând în NO₂ și SO₃. Fluxul 329 este supus schimbului de căldură cu fluxul 308 în schimbătorul 416, de căldură. Deoarece fluxul 329 se răcește în fluxul 330, apă suplimentară va fi condensată prin faza de gaz. Speciile NO₂ și SO₃ complet oxidate, vor fi ușor epurate în apă și tranformate în materiale recuperabile. Această apă și acidul se recuperează în fluxul 332. Respectivele specii NO₂ și SO₃ sunt separate în fluxurile 331 și 332 dintr-o tobă 458, de injecție. Dioxidul de carbon, azotul și oxigenul, răcite, intră într-un condensator 442 prin fluxul 331.

Un flux 343 poate fi folosit pentru a asigura reglarea pH-ului și alte substanțe chimice, după cum este necesar. La atingerea punctului de rouă, trioxidul de sulf, SO₃ reacționează cu apa pentru a forma acid sulfuric, care se condensează în faza lichidă. Specia NO₂ poate să reacționeze cu un reducător adecvat, de exemplu acid formic sau hidroxilamină pentru a forma gaz de azot conform următoarelor reacții hidrotermice:

4NH₂OH + NO₂ > 2 1/2 N₂ + 6H₂O sau

4HCOOH + 2NO₂ > N₂ + 4H₂O + 4CO₂

RO 121046 Β1

Altă reacție potențială constă în folosirea de acid oxalic și hidroxilamină pentru a 1 transforma oxizi de azot în azotat de amoniu, fără producerea subsecventă de monoxid de azot: 3

HOOCCOOH + 2NH₂OH + 2NO₂> 2NH₄NO₃ + 2CO₂.

Separarea de oxizi de sulf și azot din fluxul de gaz în masă are loc ca parte simul- 5 tană, intrinsecă a funcționării sistemului în discuție. Recuperarea căldurii de vaporizare a apei produse și condensarea dioxidului de carbon creează două operații de modificare a 7 fazei, separate, care asigură o amplă ocazie și forță de antrenare pentru conversia, colectarea și separarea de oxizi de azot și sulf. 9

Dioxidul de carbon gazos părăsește toba 458, de rejecție, prin fluxul 331. Fluxul 331 trece la condensatorul 442, unde dioxidul de carbon este efectiv condensat și lichefiat. Dioxi- 11 dul de carbon lichefiat din fluxul 333 poate fi apoi trecut la un răcitor 444, cu detentă, unde o parte a fluxului poate fi vaporizat cu detentă pentru a asigura răcirea pentru restul fluxului. 13 în exemplul de realizare, preferat, aproximativ 20% din dioxidul de carbon este vaporizat prin detentă. Când este destins, dioxidul de carbon lichid va produce răcire prin expansiune 15 Joule- Thompson. Acest efect de răcire poate fi folosit pentru a răci restul de dioxid de carbon lichid din fluxul 336. Gazele necondensabile, de exemplu azot, oxigen în exces și argon 17 sunt de asemenea purjate din răcitorul cu detentă și evacuate prin fluxul 337. în prezența acestei evacuări, acest lucru este clar pentru persoanele de meserie în acest domeniu, se 19 poate să nu fie necesar să se folosească oxigen pur. în schimb, sistemul poate folosi 90 până la 96% oxigen produs cu ajutorul unor dispozitive de absorbție a oscilațiilor de presiune 21 sau poate folosi aer sau aer îmbogățit cu oxigen. Dioxidul de carbon lichid, produs și recirculat, trece pe fluxul 336, prin schimbătorul 422, de căldură, și trece prin fluxul 338 la pompa 23

446, care trece dioxidul de carbon prin fluxul 341 și 340 la rezervorul 412, de depozitare, și respectiv la transport 448. Se înțelege că nu este necesar să se condenseze tot dioxidul de 25 carbon din fluxul 331. în schimb, o parte a gazului de dioxid de carbon poate fi recirculată pentru a se amesteca cu oxigenul în amonte de camera 410, de reacție. Aceasta reduce 27 sarcinile de schimbător de căldură și evacuare de căldură.

Centrala electrică cu combustibil mineral cu supraveghere a poluării, conform inven- 29 ției, într-un alt exemplu de realizare așa cum reiese din fig. 9, folosește apa, cenușa și acidul condensat din fluxul 512, răcite și îndepărtate din respectivul sistem prin vasele de coborâre 31 a presiunii sau alte dispozitive de reducere a presiunii. Este foarte probabil că oxizii de calciu și magneziu din cenușa de cărbune să reacționeze cu acidul sulfuric din apă pentru a pro- 33 duce sulfat de calciu și magneziu. Apa produsă va fi tratată și evacuată sau folosită ca apă de răcire. 35

O utilizare opțională pentru dioxidul de carbon lichid în exces este ilustrată în fig. 10.

Dioxidul de carbon lichid în exces poate fi folosit să asigure energia motrică necesară pentru 37 a produce oxigen lichid. în acest exemplu de realizare, dioxidul de carbon lichid dintr-un rezervor 812, de depozitare, trece, printr-un flux 751, la o pompă 814, unde este pompat la 39 o presiune mai mare decât presiunea lui critică (aproximativ7,388 MPa sau 1071 psia). Apoi, dioxidul de carbon la înaltă presiune trece, printr-un flux 752, la schimbătorul 816 de căldură, 41 unde este încălzit, peste punctul critic, cu căldură reziduală. Deoarece temperatura critică a dioxidului de carbon este așa de joasă (304,19°Ksau 87,5’F), se poate folosi căldură rezi- 43 duală pentru a transforma dioxidul de carbon lichid, sub presiune, în dioxid de carbon gazos.

Această căldură poate proveni din diverse părți ale centralei electrice sau din căldura gene- 45 rată de către niște compresoare 817 de aer și oxigen din instalația de separare a aerului.

Acest dioxid de carbon gazos la înaltă presiune trece apoi printr-o turbină 820, pentru a 47

RO 121046 Β1 genera energie motrică pentru acționarea compresoarelordin instalația de separare a aerului. Aceasta poate fi o funcționare cu încălzirea suplimentară a dioxidului de carbon între treptele intermediare. Dioxidul de carbon epuizat poate fi evacuat în atmosferă printr-un coș 822, de evacuare, iar oxigenul lichid produs poate trece, pe fluxul 753, printr-un echilibru al unei instalații 824, de separare a aerului, cu un colector 825 de evacuare și o pompă 826 către un rezervor 818 de depozitare. Această abordare face uz de excelentele proprietăți naturale ale dioxidului de carbon. Egalizarea (uniformizarea) de încărcare la furnizarea de energie electrică se obține prin variația cantității de energie electrică dirijată către producerea de oxigen. într-un ciclu diurn, în decursul perioadelor cu consum redus de energie electrică, o parte mai mare a puterii debitate la ieșirea centralei electrice este destinată producerii de oxigen lichid. în timpul perioadelor cu vârfuri de consum de energie electrică, oxigenul lichid stocat este folosit, iar o parte mai mică din energia electrică a centralei este dirijată la instalația de separare a aerului.

Recircularea apei prin niște fluxuri 120,123 și 315 nu trebuie să fie folosite în legătură cu alte construcții sau pot fi folosite în legătură cu acestea. De asemenea fazele de presiune în două trepte ale agentului de răcire prin fluxurile 139-144, 321-324 și 521-524 nu trebuie să fie folosite în legătură cu alte construcții sau pot fi folosite în legătură cu acestea. Mai departe, amplasarea de schimbătoare de căldură poate fi modificată, în mare măsură și diversele fluxuri pot fi dirijate către schimbătoare de căldură particulare (speciale) în orice număr de configurații. în mod suplimentar, sistemul poate fi folosit cu sau fără combinare a dioxidului de carbon cu combustibilul, oxigenul sau aerul în amonte de camera de reacție sau în camera de reacție. Mai departe, se înțelege că separarea și captarea de dioxid de carbon nu este necesar să fie folosite și că nici separarea și captarea de apă nu este necesar să fie folosite, în mod similar, reducerea catalitică sau oxidarea catalitică selectivă nu este necesar să fie folosită. Mai departe, se va înțelege faptul că toate exemplele, valorile și intervalele cantitative, de exemplu temperaturi și presiuni, sunt date numai cu titlu de ilustrare și nu sunt destinate ca limitări ale ariei de cuprindere a invenției. în consecință, este potrivit ca revendicările anexate să fie formulate în mod cuprinzător și în concordanță cu aria de cuprindere a invenției.

Centrala electrică cu combustibil mineral cu supraveghere a poluării, conform invenției, într-un alt exemplu de realizare, așa cum reiese din fig. 11, este compusă dintr-un sistem 900, energetic, ce folosește un combustibil mineral solid, care conține cenușă sau substanțe ce formează cenușă,de exemplu cărbune bituminos. Cu o ușoară modificare la echipamentul de intrare a combustibilului, același exemplu de realizare poate fi folosit pentru combustibili lichizi care conțin cenușă sau substanțe ce formează cenușă, de exemplu păcură sau țiței. Combustibilul este oxidat sau gazificat parțial pentru a produce gaz de sinteză care conține energie. Producerea gazului de sinteză folosește o cantitate substoichiometrică de oxigen și deci necesită mai puțin oxidant decât o ardere completă.

Combustibilul solid care conține cenușă sau substanțe de formare a cenușii, de exemplu cărbune, este trimis la o moară 1002, cu bile, sau un dispozitiv similar care mărunțește respectivul combustibil solid. Din moara 1002 cu bile, combustibilul solid trece la o pompă 1004, cu pâlnie de alimentare și, prin fluxul 301, la presiunea sistemului sau aproape de această valoare, trece la un amestecător 1006. Pentru sistemul ilustrat în fig. 11, presiunea sistemului se situează, de preferință, efectiv în interiorul unui interval de la aproximativ 870 psia până la aproximativ 1276 psia. Acest interval de presiuni permite să se folosească construcții de echipament standard și cuprinde, presiunea critică a dioxidului de carbon (1071 psi sau 7,382 M Pascali). în ultimele trepte ale prezentului sistem, când se

RO 121046 Β1 condensează succesiv apă și dioxid de carbon, acest interval de presiuni ale sistemului 1 permite condensarea dioxidului de carbon la temperatura cea mai înaltă posibil. Condensarea de apă se obține la o temperatură utilă, în timp ce se optimizează presiunea sistemului 3 și se minimizează costurile de investiții totale. Deși prezentul sistem este analizat folosind cărbune în calitate de combustibil, se înțelege că și alți combustibili, de exemplu păcură, pot 5 fi folosiți în respectivul sistem. Desigur, dacă centrala este construită să funcționeze numai cu păcură, atunci moara 1002 cu bile și pompa 1004 cu pâlnie de alimentare pot fi omise, 7 în locul lor urmând să fie introdusă o pompă de păcură cu înaltă presiune.

După cum se analizează detaliat mai jos, dioxid de carbon lichid este adăugat la 9 amescătorul menționat, printr-un flux 904. Apaă, agenții tensioactivi, modificatorii de pH și alte substanțe chimice pot fi de asemenea adăugate în respectivul amestecător. După ames- 11 tecare, combustibilul și dioxidul de carbon, amestecate, trec, printr-un flux 902, la o pompă 1008, înainte de a trece la o cameră 1010, de reacție sau ardere, printr-un flux 907. Ameste- 13 cui de combustibil și dioxid de carbon poate fi de asemenea combinat cu un oxidant, în amonte de camera de reacție (fig. 9). în cazul păcurii, amestecătorul poate fi folosit sau nu 15 în funcție de proprietățile respectivei pacuri. Acolo, poate fi avantajos să se facă o emulsie de păcură și dioxid de carbon lichid, înainte de introducere în camera de reacție. Apă și 17 agenți tensioactivi ar putea, în mod potențial, să ajute la formarea unor emulsii de păcură cu viscozitate joasă și stabilitate adecvată. Amestecătorul poate să nu fie necesar, în special 19 pentru păcuri, deoarece, atunci când amestecul de dioxid de carbon și cărbune sau emulsia de dioxid de carbon și păcură intră în camera de reacție și se destind, expansiunea rapidă 21 și schimbarea de fază a dioxidului de carbon asigură puternice forțe de dispersie și forfecare mecanică, pentru a ajuta la amestecare. 23 într-un rezervor 1012, de stocare, este depozitat dioxid de carbon lichid. Dioxidul de carbon lichid, prin fluxul 903, curge din rezervorul 1012, de stocare, la o pompă 1014, iar 25 pompa 1014 ridică presiunea respectivului dioxid de carbon până la presiunea sistemului, în aval, din pompa 1014, dioxidul de carbon lichid, prin fluxurile 904 și 908,trece în ameste- 27 catorul 1006 și, respectiv, schimbătorul 1016, de căldură. într-o altă variantă, preferată, suficient dioxid de carbon trece la respectivul amestecător, prin fluxul 904, pentru a asigura o 29 masă efectiv egală de dioxid de carbon și cărbune în amestecătorul menționat. într-o altă variantă, preferată, dioxidul de carbon din fluxul 908 este, inițial, un flux de dioxid de carbon 31 lichid. în scopul de a obține o bună amestecare cu oxigenul gazos din fluxul 906,se preferă ca dioxidul de carbon din fluxul 908 să fie vaporizat înainte de a-l amesteca cu oxigenul din 33 fluxul 906. Acest lucru se poate realiza prin trecerea fluxului 908 la schimbătorul 1016 de căldură înainte ca respectivul dioxid de carbon să treacă, prin fluxul 909, la fluxul 906, pentru 35 amestecare cu oxigenul, în scopul de a forma fluxul 910.

într-un rezervor 1018 de stocare este depozitat oxigen lichid. Gazul de oxigen sub 37 presiune poate fi obținut prin punerea sub presiune a oxigenului lichid și apoi încălzirea și vaporizarea lui la aproximativ 240°Kîntr-un schimbătorde căldură în contracurent (nearătat). 39

Oxigenul lichid rece poate fi folosit pentru a ajuta să răcească fluxurile de proces din instalația de separare a aerului. Oxigenul gazos, sub presiune, din fluxul 905 este mai departe 41 încălzit într-un schimbător 1022 de căldură, care este folosit pentru a răci dioxidul de carbon produs. Oxigenul sub presiune trece din schimbătorul 1022 de căldură prin fluxul 906 și este 43 gata pentru amestecare cu dioxidul de carbon din fluxul 909. Cantitatea de oxigen din fluxul 906 este determinată de debitul de alimentare cu combustibil și de produsele de ardere anti- 45 cipate, debitele de combustibil și oxigen fiind reglate pentru a asigura un raport stoichiometric exact între combustibilul și oxigenul necesar pentru gazificare optimă a combustibilului. 47

RO 121046 Β1 înainte de injecție, în camera 1010, de reacție, gazul de oxigen din fluxul 906 este amestecat cu gazul de bioxid de carbon din fluxul 909 pentru a reduce concentrațiile de vârf ale oxigenului, în camera de reacție folosindu-se mase egale de oxigen din fluxul 906 și de dioxid de carbon din fluxul 909.

în camera 1010, de reacție, fluxurile de combustibil și oxidant sunt combinate într-o serie de faze de ardere, subalimentate cu oxidant pentru a regla temperaturile de vârf și transferul de căldură. Chiar dacă este diluat de către cantități mari de dioxid de carbon, presiunea parțială de oxigen în camera de reacție va fi chiar înaltă în vecinătatea duzelor de admisie. Un aprinzător (nearătat) poate consta dintr-un corp refractar, încălzit electric, în apropierea fluxurilor de alimentare cu combusbitili și oxidant, sau un corp chimic, de exemplu trietilaluminiu care se autoaprinde când este expus la oxigen. Dacă nu este prezent azot, atunci nu se produc gaze de NO*. Dacă este prezent azot, atunci pot fi produse NO_X. Printre altele, produsele de ardere sau oxidare parțială și reacțiile de deplasare apă-gaz cuprind gaze de ardere, de exemplu monoxid de carbon, hidrogen, dioxid de carbon, metan și apă produsă, sub formă de abur, și particule de cenușă. Produsele de ardere sau gazificare ies din camera de reacție prin fluxul 911 și trec la un schimbător 1024, de căldură, unde respectivul schimbător 1024, de căldură, elimină căldură din fluxul 911 și o transferă fluxului 923, care formează o parte a buclei de abur și apă de alimentare a generatorului de abur.

Un agent de răcire, de exemplu abur și apă de alimentare a generatorului de abur, circulă prin niște fluxuri 921+927. în rezervorul 1026 de apă este depozitată apă, la presiunea și temperatura mediului înconjurător. Apa din rezervorul 1026 de apă pentru generatorul de abur, la presiunea și temperatura mediului ambiant, trece la o pompă 1028 prin fluxul 921. Această stare de flux este fixată la temperatura mediului înconjurător, în scopul de a asigura cea mai mare forță de acționare prin turbina cu abur și în acest fel să genereze cea mai mare parte a energiei electrice ce se obține din acest proces. Pompa 1028 pune apa sub presiune la o presiune intermediară care, de preferință, se situiază efectiv în interiorul unui interval ce ia valori de la aproximativ 300 psia până la aproximativ 600 psia, valoarea mai bună fiind cea de aproximativ 600 psia. Folosirea presiunii intermediare ca parte a creșterii presiunii în două trepte, pentru agentul de răcire, asigură o serie de avantaje. Folosirea presiunii intermediare primite ca fluxul 912 de 1276 psia să intre în schimbătorul 1024, de căldură, pe partea de țeavă, iar fluxul de 300 până la 600 psia să intre în schimbătorul 1024, de căldură, pe partea de manta. Presiunea părții de manta a schimbătorului 1024, de căldură, la valoarea presiunii intermediare de aproximativ 300 - 600 psia, este mult mai joasă decât presiunea aburului de înaltă presiune cu valoarea de 3500 psia. Acest fapt simplifică construcția schimbătorului 1024, de căldură, și se adaugă la durabilitatea sistemului.

Apa de alimentare a generatorului de abur preîncălzită, la presiunea intermediară, trece din schimbătorul 1024, de căldură, la pompa 1030, în stare lichidă, prin fluxul 923. Pompa 1030 ridică presiunea apei de alimentare a generatorului de abur, preîncălzită, până la o presiune care, de preferință, se află efectiv în intervalul de valori de la aproximativ 2000 psia până la aproximativ 5000 psia și, ceea ce este mai bine, până la 3500 psia. Apa de alimentare a generatorului de abur trece printr-o cameră 1010, de reacție, într-o relație de schimb de căldură cu combustibil care arde, astfel încât respectivul combustibil care arde își cedează căldura de ardere apei și aburului din țevile generatorului de abur fiind disponibilă o suficientă suprafață de transfer de căldură, astfel încât produsele de ardere ies din camera 1010 de reacție, prin fluxul 911,la aproximativ 820 K sau 1016”F. Apa de alimentare a generatorului de abur este transformată în abur și trece, prin fluxul 925, la o turbină cu abur, un generator de abur sau o instalație de forță cu ciclu combinat pentru generare de

RO 121046 Β1 energie electrică, înainte de a trece la un condensator 1034 prin fluxul 926. Apa condensată 1 trece prin fluxul 927 la rezervorul 1026 de apă al generatorului de abur, pentru circulație în continuare prin fluxurile 921 -927. 3

Revenind la schimbătorul 1024 de căldură, porțiunea construită să extragă căldură din gazele de evacuare este proiectată să funcționeze la o presiune care, de preferință, se 5 află efectiv în interiorul unui interval cu valori de la aproximativ 700 psia până la aproximativ 2000 psia și, ceea ce este mai bine, efectiv în interiorul unui interval de la aproximativ 7 850 psia până la aproximativ 1276 psia. Presiunea este aleasă astfel încât să se condenseze apă din produsele de ardere, la o temperatură care, de preferință, se află peste aproximativ 9 550“F și, ceea ce este mai bine, peste 500’F. Un avantaj important al funcționării camerei de reacție și schimbătorului de căldură la presiune ridicată este acela că respectiva căldură 11 latentă de vaporizare din produsele de ardere poate fi recuperată. La presiunea ridicată a sistemului, temperatura de saturație la echilibru vapori-lichid a vaporilor de apă este de 13 asemenea ridicată la o temperatură utilă (de preferință peste 550°F și, mai bine, peste 500“F). în centrale electrice clasice exploatate la presiunea atmosferică sau aproape de 15 această valoare, căldura energiei de vaporizare a apei produse în procesul de ardere nu poate fi recuperată în mod economic deoarece temperatura de saturație la echilibru vapori- 17 lichid a vaporilor de apă menționați este de aproximativ 200“F - 220’F, care este prea joasă.

De exemplu, apa de alimentare a generatorului de abur ar avea în mod tipic, o temperatură 19 de circa 80°F, iar cantitatea de energie pe care apa de alimentare a generatorului de abur ar putea să o absoarbă este limitată la variația de entalpie între 80°F și circa 212°F dacă ar 21 fi posibil un schimb de căldură perfect. Practic, un schimb de căldură perfect nu este economic posibil și este necesară o forță semnificativă de antrenare termică pentru a se obține un 23 transfer de căldură util. Aceasta înseamnă că respectiva cantitate de energie a căldurii latente a apei din gazele de evacuare, care ar putea fi practic asborbită de către apa de 25 alimentare a generatorului de abur, este semnificativ mai mică decât variația de entalpie între 80°F și circa 212°F. La presiunea de sistem tipic a sistemelor clasice, apa se condensează 27 la o temperatură joasă și există, pur și simplu, o forță de antrenare termică insuficientă și o creștere de temperatură insuficientă în fluidul de răcire pentru recuperarea economică a căi- 29 durii de vaporizare a apei produse.

După cum s-a menționat mai sus, se înțelege că se poate folosi păcură în loc de căr- 31 bune, caz în care s-ar produce mai puțină cenușă și mai multă apă, iar cantitatea de căldură nerecuperată din căldura latentă de vaporizare a apei produse ar fi mai mare. Presiunea 33 intermediară ar fi reglată pentru a compensa această situație.

Condensarea apei și gazelor acide în interiorul schimbătorului 1024 de căldură oferă 35 de asemenea un alt avantaj. în timpul condensării de apă și gaze acide are loc o acțiune de purificare a particulelor naturale. Când gazele saturate sunt răcite sub punctul de saturație, 37 formarea de picături va produce centre de cristalizare pe substanțele impurificatoare suspendate în fluxul gazos. Acest fenomen de epurare cu schimbare de fază la condensare inten- 39 silică separarea particulelor de cenușă și intensifică respectiva capacitate a sistemului de eliminare a particulelor. Schimbătorul 1024 de căldură este de asemenea construit și exploa- 41 tat astfel încât temperatura de ieșire a fluxului 913 să fie mai mare decât temperatura critică a dioxidului de carbon amoniacului, hidrogenului sulfurat, carbonil sulfuros și monoxid de car- 43 bon. Aceasta asigură o separare intensificată a apei condensate și gazelor care conțin sulf gazul de sinteză și dioxidul de carbon, și îmbunătățește calitatea dioxidului de carbon produs 45 și captat.

RO 121046 Β1

Gazul de sinteză răcit sau produsele de ardere parțială, inclusiv dioxid de carbon gazos, hidrogen, amoniac, monoxid de carbon, metan, hidrogen sulfurat, carbonil sulfuros, sulfura de carbon și apă condensată, trec din schimbătorul 1024, de căldură, la o tobă 1036 de rejecție, prin fluxul 913. în toba 1036 de rejecție, apa lichidă, particule de cenușă impurificatoare și unele gaze dizolvate sunt separate din fluxul de gaz de sinteză. Apa separată, acizi și cenușă curg din toba 1036 de rejecție la hidrociclonul 1038, prin fluxul 914, unde cenușa este separată din respectiva apă. Cenușa și o parte a fluxurilor de apă curg din hidrociclonul menționat într-un răcitor 1050, prin fluxul 916. De acolo, apa răcită și curenții de cenușă, prin fluxurile 917 și 918 curg la dispozitivele de separare, de exemplu un filtru 1052 și un sistem 1054 de osmoză inversă, și o tobă 1054 de rejecție. Gazele acide recuperate din apa uzată finală sunt reîntoarse pentru prelucrare la o instalație 1055 Claus. Cealaltă parte a apei din hidrociclon, prin fluxul 915, trece la pompa 1040, și apoi, prin fluxul 920 este pompată înapoi în fluxul 911 situat în amonte de schimbătorul 1024 de căldură. Aditivi cum ar fi oxigen, amoniac, var nestins sau stins pot fi adăugați la această apă recirculată, prin fluxul 919, pentru a regla pH-ul fluxului de apă recirculată. Avantajul recirculării acestei ape este acela de a răci imediat fluxul 911. La o injecție de apă, temperatura din fluxul 911 ar cădea până la temperatura de echilibru vapori-lichid al apei la presiunea sistemului (570°K, 566°F). Energia căldurii sensibile din gazele de ardere, care ies din camera de reacție la 1016°F, ar fi transformată în căldură latentă din vapori de apă la o temperatură semnificativ mai joasă. în prezentul sistem această temperatură este aproximativ de 566°F. Proiectarea și construirea unui schimbător 1024, de căldură, pentru o temperatură de vârf și o presiune a mantalei, la valori de aproximativ 566°F și aproximativ 600 psia, este mai ușor de realizat decât proiectarea unui schimbător de căldură pentru o temperatură de vârf de aproximativ 1016°F și o presiune de aproximativ 1276 psia. Pe lângă avantajele reducerii de temperatură, condensarea vaprorilor de abur prezintă excelente caracteristici de transfer de căldură și curgerea de apă suplimentară va ajuta să se asigure că particule de cenușă sunt ejectate continuu prin schimbătorul de căldură.

Fluxul 928, gazos, care iese din vasul 1036, de rejecție, poate conține gaz de sinteză dioxid de carbon și azot. Gazul de sinteză poate să conțină hidrogen, metan, NH₃ NO,H₂S, COS, CS₂ și, potențial, SO₂. Substanțele COS și CS₂ sunt reduse prin reacție cu hidrogen dintr-un pat 1056, de catalizator, în CH₄, H₂O și H₂S. Un pat de catalizator ar putea fi de asemenea folosit pentru realizarea unei reacții de deplasare apă-gaze pentru a transforma monoxid de carbon și apă în dioxid de carbon și hidrogen. Un flux 929 face schimb de căldură cu fluxul 908 în schimbătorul de căldură 1016. Fluxul 943 poate fi folosit pentru a asigura reglajul de pH și alte substanțe chimice, când sunt necesare. Astfel de substanțe chimice aditive pot fi folosite pentru a trata acizi condensați și gaze care conțin sulf. Deoarece fluxul 929 este răcit în fluxul 930, apă suplimentară va fi consendată din faza gazoasă. La temperaturi sub 100°F și presiuni peste 600 psia, speciile H₂S, COS și CS₂ pot fi condensate în lichide. Această apă și fluxul de gaz acid condenst și dizolvat este recuperat în fluxul 932. Substanțele NH₃, H₂S, COS și CS₂ condensate și recuperate sunt separate în fluxurile 931 și 932 din toba 1058, de rejecție. Dioxidul de carbon, monoxidul de carbon, azotul din metan și hidrogenul, răcite, intră în condensatorul 1042 prin fluxul 931.

Separarea de gaze care conțin sulf din fluxul de gaz în masă are loc ca parte simultană, intrinsecă a funcționării sistemului în discuție. Recuperarea căldurii de vaporizare a apei produse și condensarea dioxidului de carbon creează două operații de modificare a fazei, separate, care asigură o amplă ocazie și forță de antrenare pentru conversia, colectarea și separarea de oxizi de azot și sulf.

RO 121046 Β1

Gazul de sinteză părăsește toba 1058, de rejecție, pe fluxul 931. Fluxul 931 străbate 1 condensatorul 1042, unde dioxidul de carbon și hidrogenul sulfurat sunt efectiv condesate și lichefiate. Dioxidul de carbon și hidrogenul sulfurat, lichefiate, din fluxul 933 pot fi apoi tre- 3 cute la toba 1044, de rejecție, unde dioxidul de carbon și hidrogenul sulfurat, lichide, se separă din gazul de sinteză și, pe fluxul 934, sunt trimise la o instalație Claus pentru tranfor- 5 mare în sulf elementar. în cazul când o răcire suplimentară a fluxului 935 de gaz de sinteză a fost disponibilă prin schimb de căldură cu fluxul 905 de oxigen din schimbătorul 1022 de 7 căldură atunci, dioxid de carbon suplimentar poate fi condensat și îndepărtat pe fluxul 938 din vasul 1045 de rejecție. Gazele de sinteză, necondensabile, de exemplu azot, monoxid 9 de carbon, azot din metan, hidrogen și argon sunt colectate din toba 1045, de rejecție, și sunt dirijate la o instalație 1032, de forță, cu ciclu combinat, prin fluxul 937. Folosirea gazului 11 de sinteză într-o instalație de forță cu ciclu combinat, care cuprinde o turbină cu gaz, un generator de abur și o turbină cu abur, este un exemplu de realizare, preferat. Ca alternativă, 13 gazul de sinteză ar putea fi folosit direct într-un generator de abur. Generatorul de abur încălzit cu gaz de sinteză, ar putea fi cuplat la un flux de abur sau apă fierbinte din fluxul 925, 15 sau poate fi cuplat independent de acesta. Deoarece gazul de sinteză poate fi un amestec de gaze combustibile și gaze necombustibile, est clar pentru persoane de meserie în acest 17 domeniu, că poate să nu fie necesar a se folosi oxigen pur în faza de gazificare inițială sau ardere parțială. în schimb, sistemul poate folosi 90 până la 96% oxigen produs de către 19 dispozitive de absorbție a oscilației de presiune, sau poate folosi aer sau aer îmbogățit în oxigen. Dioxidul de carbon lichid, produs și recircular, trece pe fluxul 935 prin schimbătorul 21 1022, de căldură, trece pe fluxul 936, prin toba 1045, de rejecție, și trece pe fluxul 938, la pompa 1046, care trece dioxidul de carbon, pe fluxul 941 și fluxul 940 la depozitare 1012, 23 respectiv la transport 1048. Se înțelege că nu este necesar să se condenseze tot dioxidul de carbon din fluxul 931. în schimb, o parte a gazului de dioxid de carbon poate fi recirculată 25 pentru a se amesteca cu oxigenul, în amonte de camera 1010, de reacție. Acest fapt reduce sarcinile de schimbător de căldură și rejecție de căldură. 27

Claims (31)

1. Revendicări 29

   1. Centrală electrică cu combustibil mineral, cu supraveghere a poluării, caracte- 31 rizată prin aceea că este compusă dintr-o cameră (210) de reacție prin care trec un combustibil, un oxidant și un agent de răcire într-o relație de schimb de căldură cu combustibilul 33 și cu oxidantul, oxidarea combustibilului menționat în camera de reacție fiind situată în intervalul 700 psia + 2000 psia. 35
2. 2. Centrală electrică, conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că, combustibilul care intră în camera (210) de reacție este un combustibil mineral.37
3. 3. Centrală electrică, conform revendicării 1 .caracterizată prin aceea că presiunea din camera (210) de reacție se află, de preferință, situată în intervalul 850 psia + 1276 psia. 39
4. 4. Centrală electrică, conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că oxidantul care trece prin camera (210) de reacție cuprinde oxigen și dioxid de carbon.41
5. 5. Centrală electrică, conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că oxidantul care trece prin camera (210) de reacție cuprinde aer, oxigen și dioxid de carbon.43
6. 6. Centrală electrică, conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că, în camera (210) de reacție, combustibilul creează produse de oxidare ce ajung la un schimbător (224)45 de căldură, unde are loc o condensare a apei din aceste produse de oxidare la o presiune situată în intervalul 700 psia + 2000 psia.47

   RO 121046 Β1
7. 7. Centrală electrică, conform revendicării 6, caracterizată prin aceea că, în schimbătorul (224) de căldură se separă cel puțin o parte din apa condensată, aceasta fiind apoi recirculată.
8. 8. Centrală electrică, conform revendicării 6, caracterizată prin aceea că agentul de răcire ce trece de la o pompă (218) la schimbătorul (224) de căldură are o presiune cuprinsă în intervalul 300 psia + 600 psia, agent de răcire ce va ajunge în camera (210) de reacție cu o presiune cuprinsă în intervalul 2000 psia + 5000 psia.
9. 9. Centrală electrică, conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că este compusă dintr-o cameră (410) de o reacție prin care trece un combustibil mineral, un oxidant, un agent de răcire, în interiorul căreia are loc arderea a respectivului combustibil și schimbul de căldură.
10. 10. Centrală electrică, conform revendicării 9, caracterizată prin aceea că oxidantul care intră în camera (410) de reacție, cuprinde oxigen și dioxid de carbon.
11. 11. Centrală electrică, conform revendicării 10, caracterizată prin aceea că, în camera (410) de reacție, combustibilul mineral arde la o presiune de 700 psia + 2000 psia.
12. 12. Centrală electrică, conform revendicării 11, caracterizată prin aceea că, în camera (410) de reacție, se creează produse de ardere ce ajung la un schimbător (424) de căldură, unde are loc o condensare a apei din aceste produse la o temperatură de peste 450°F.
13. 13. Centrală electrică, conform revendicării 12, caracterizată prin aceea că, condensarea apei din produsele de ardere ajunse la schimbătorul (424) de căldură, are loc la o temperatură de peste 500°F.
14. 14. Centrală electrică, conform revendicării 12, caracterizată prin aceea că, în schimbătorul (424) de căldură, se separă cel puțin o parte din apa condensată, aceasta fiind recirculată.
15. 15. Centrală electrică, conform revendicării 12, caracterizată prin aceea că agentul de răcire ce trece de la o pompă (428) la schimbătorul (424) de căldură are o presiune cuprinsă în intervalul 300 psia + 600 psia, agent de răcire ce va ajunge în camera (410) de reacție cu o presiune cuprinsă în intervalul 2000 psia + 5000 psia.
16. 16. Centrală electrică, conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că este compusă dintr-o cameră (1010) de reacție prin care trece un combustibil, un oxidant, un agent de răcire și unde are loc oxidarea combustibilului, produsele de oxidare rezultate ajungând la un schimbător (1024) de căldură unde are loc condensarea apei la o presiune situată în intervalul 700 psia + 2000 psia.
17. 17. Centrală electrică, conform revendicării 16, caracterizată prin aceea că presiunea cu care intră agentul de răcire în schimbătorul (1024) de căldură de la o pompă (1028) este de 300 psia + 600 psia, agent de răcire ce va ajunge la camera (1010) de reacție cu o presiune de 2000 psia + 5000 psia.
18. 18. Centrală electrică, conform revendicărilor 1 și 16, caracterizată prin aceea că este compusă din camera (1010) de reacție prin care trece un combustibil, un oxidant și unde are loc oxidarea combustibilului pentru a crea produse de oxidare, produse de oxidare ce ajung la un schimbător (1024) de căldură, unde are loc condensarea apei din respectivele produse, la camera (1010) de reacție ajungând și agentul de răcire care trece întâi prin schimbătorul (1024) la o anumită presiune, ajungând în cameră (1010) la o altă presiune, mai mare.
19. 19. Centrală electrică, conform revendicării 18, caracterizată prin aceea că presiunea cu care agentul de răcire ajunge la schimbătorul (1024) de căldură este de 300 psia + 600 psia, iar presiunea cu care agentul de răcire ajunge în camera (1010) de reacție este de 2000 psia + 5000 psia.

    RO 121046 Β1
20. 20. Centrală electrică, conform revendicării 18, caracterizată prin aceea că apa din 1 interiorul schimbătorului (1024) de căldură este condensată, la o presiune de 700 psia * psia.
21. 21. Centrală electrică conform revendicărilor 1, 16 și 18, caracterizată prin aceea 3 că este compusă dintr-o cameră (1010) de reacție, prin care trece un combustibil mineral care este ars la o presiune, un oxidant și un agent de răcire, care are un schimb de căldură 5 cu combustibilul care arde, presiunea acestuia fiind mai mare sau egală cu presiunea de echilibru lichid-vapori a dioxidului de carbon la temperatura mediului absorbant de căldură. 7
22. 22. Centrală electrică, conform revendicării 21, caracterizată prin aceea că oxidantul care trece prin camera (1010) de reacție cuprinde oxigen și dioxid de carbon. 9
23. 23. Centrală electrică, conform revendicării 21, caracterizată prin aceea că presiunea combustibilului mineral care este ars în camera (1010) de reacție este de 700 psia 11 -5- 2000 psia.
24. 24. Centrală electrică, conform revendicării 23, caracterizată prin aceea că produ- 13 sele de ardere din camera (1010) de reacție trec la schimbătorul (1024) de căldură unde are loc condensarea apei din acestea, la o presiune astfel aleasă, încât apa să condenseze la 15 o temperatură de peste 450°F.
25. 25. Centrală electrică, conform revendicării 24, caracterizată prin aceea că pre- 17 siunea la care are loc condensarea apei din produsele de ardere din schimbătorul (1024) de căldură, este astfel aleasă, încât apa să condenseze la o temperatură de peste 500°F. 19
26. 26. Centrală electrică, conform revendicării 24, caracterizată prin aceea că, după schimbătorul (1024) de căldură are loc recircularea cel puțin a unei părți din apa condensată, 21 la produsele de ardere.
27. 27. Centrală electrică, conform revendicării 24, caracterizată prin aceea că agentul 23 de răcire dintr-o pompă (1028) ajunge la schimbătorul (1024) de căldură la o presiune de

    300 psia -5- 600 psia, după care ajunge la camera (1010) de reacție prin intermediul unei alte 25 pompe (1030), la o presiune de 2000 psia * 5000 psia.
28. 28. Centrală electrică, conform revendicării 24, caracterizată prin aceea că produ- 27 sele de ardere cuprind produse de ardere parțială care ajung din schimbătorul (1024) de căldură la un generator de abur, nefigurat. 29
29. 29. Centrală electrică, conform revendicării 24, caracterizată prin aceea că produsele de ardere parțială ajung la o turbină cu gaz, nefigurată, mai precis la un conden- 31 sator (1042).
30. 30. Centrală electrică, conform revendicării 24, caracterizată prin aceea că pro- 33 dusele de ardere parțială ajung la o instalație (1932) cu ciclu combinat.
31. 31. Centrală electrică, conform revendicării 24, caracterizată prin aceea că pro- 35 dusele de ardere parțială din instalația (1032) cu ciclu combinat, ajung la o instalație de sinteză chimică, nefigurată. 37