RU2250872C1 - Combined method of electric power and a liquid synthetic fuel production by gas turbine and steam-gas installations - Google Patents
Combined method of electric power and a liquid synthetic fuel production by gas turbine and steam-gas installations Download PDFInfo
- Publication number
- RU2250872C1 RU2250872C1 RU2003130343/15A RU2003130343A RU2250872C1 RU 2250872 C1 RU2250872 C1 RU 2250872C1 RU 2003130343/15 A RU2003130343/15 A RU 2003130343/15A RU 2003130343 A RU2003130343 A RU 2003130343A RU 2250872 C1 RU2250872 C1 RU 2250872C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- synthesis
- electric power
- production
- gas turbine
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к энергетике, в частности к способам получения электроэнергии в газотурбинных и парогазовых установках с использованием синтез-газа в качестве топлива для этих установок, а также для получения жидкого синтетического топлива.The present invention relates to energy, in particular to methods for generating electricity in gas turbine and combined cycle plants using synthesis gas as fuel for these plants, as well as for producing liquid synthetic fuel.
Основу современной энергетики составляют тепловые электростанции на органическом топливе и двигатели внутреннего сгорания на жидком нефтяном топливе.The basis of modern energy is thermal power plants using fossil fuels and internal combustion engines using liquid petroleum fuels.
Их перспективное развитие связано с решением трех основных проблем.Their future development is associated with the solution of three main problems.
1. Повышение эффективности использования топлива в связи с ростом его стоимости. Эта проблема решается, главным образом, за счет создания высокоэкономичных парогазовых установок с высокотемпературными газовыми турбинами.1. Improving fuel efficiency in connection with the growth of its cost. This problem is solved mainly through the creation of highly efficient combined cycle plants with high-temperature gas turbines.
2. Получение жидких моторных топлив не из нефти, а из природного газа и угля, т.к. ресурсы последних существенно выше, чем ресурсы нефти.2. Obtaining liquid motor fuels not from oil, but from natural gas and coal, because the resources of the latter are significantly higher than the resources of oil.
Основные технологические процессы получения синтетического жидкого топлива базируются на их синтезе из синтез-газа, получаемого, главным образом, путем парокислородной конверсии исходного углеводородного топлива.The main technological processes for the production of synthetic liquid fuels are based on their synthesis from synthesis gas, obtained mainly by the steam-oxygen conversion of the initial hydrocarbon fuel.
Однако в настоящее время эти процессы не могут конкурировать с производством моторных топлив из нефти по экономическим соображениям, хотя в ряде регионов, в частности в Южно-Африканской республике существуют промышленные установки.However, at present, these processes cannot compete with the production of motor fuels from oil for economic reasons, although industrial installations exist in a number of regions, in particular in the Republic of South Africa.
3. Экологические проблемы, связанные с выбросом в окружающую среду диоксида углерода, токсичных оксидов серы, оксидов азота и летучей золы.3. Ecological problems associated with the release of carbon dioxide, toxic sulfur oxides, nitrogen oxides and fly ash into the environment.
Существующие методы предотвращения вредных выбросов в окружающую среду приводят к значительному росту стоимости генерируемой энергии.Existing methods to prevent harmful emissions into the environment lead to a significant increase in the cost of generated energy.
Предлагаемое изобретение преследует цель решить с максимальной эффективностью одновременно указанные три проблемы в одном энергохимическом комплексе за счет рационального объединения технологий.The present invention aims to solve with maximum efficiency at the same time these three problems in one energy-chemical complex due to the rational combination of technologies.
При этом эффект достигается за счет взаимного переплетения технологий, при котором одной технологической операцией решается несколько целевых задач.At the same time, the effect is achieved due to the interweaving of technologies, in which several target tasks are solved by one technological operation.
Известен способ получения синтез-газа из твердого или жидкого углеводородного топлива путем их парокислородной газификации и использования полученного синтез-газа для получения метанола и в качестве топлива для парогазовых установок (Drow D.P. et.al. "Fuel and Power Coproduction - The Liquid Phase Method (LPMEH TM) Process Demonstration at Kingsport", Fifth Annual DOE Clean Coal Technology Conference (Tampa FL), January 1997).A known method of producing synthesis gas from solid or liquid hydrocarbon fuels by gas-vapor gasification and using the resulting synthesis gas to produce methanol and as fuel for combined cycle plants (Drow DP et.al. "Fuel and Power Coproduction - The Liquid Phase Method ( LPMEHTM) Process Demonstration at Kingsport ", Fifth Annual DOE Clean Coal Technology Conference (Tampa FL), January 1997).
Недостатком такого процесса является то, что генерация синтез-газа осуществляется в независимой установке со своей системой получения кислорода и системой компремирования синтез-газа до высокого давления.The disadvantage of this process is that the synthesis gas is generated in an independent installation with its own oxygen production system and a synthesis gas compression system to high pressure.
Практически отсутствует взаимное влияние объединенных технологий производства энергии и синтетического жидкого топлива друг на друга, в результате чего существенно снижается экономический эффект.There is practically no mutual influence of the combined technologies of energy production and synthetic liquid fuels on each other, as a result of which the economic effect is significantly reduced.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ получения электроэнергии на тепловых электростанциях, включающий окислительную газификацию топлива воздухом под давлением и последующую очистку продуктов газификации, при этом топливо подвергают внутрицикловой газификации в реакторе под максимальным давлением в энергетическом цикле с последующим охлаждением продуктов газификации частью рабочего тела энергетической установки и дожиганием очищенного газа в камерах сгорания энергетической установки (Авт.свид. СССР № 263064, МПК С 10 В, Int.Cl. F 23 С, England № 1104075, France № 1427256, Japan № 916736, прототип).Closest to the proposed technical solution is a method of generating electricity in thermal power plants, including oxidizing gasification of fuel with air under pressure and subsequent purification of gasification products, while the fuel is subjected to gasification in a reactor under maximum pressure in the energy cycle, followed by cooling of the gasification products with a part of the working fluid energy installation and afterburning of purified gas in the combustion chambers of a power plant (Autosvid. With SSR No. 263064, IPC C 10 V, Int.Cl. F 23 C, England No. 1104075, France No. 1427256, Japan No. 916736, prototype).
Недостатком этого способа является то, что получаемый синтез-газ используется только для получения энергии в парогазовой установке и решения экологических проблем без попутного получения синтетического жидкого топлива, что могло бы существенно увеличить экономические показатели процесса.The disadvantage of this method is that the resulting synthesis gas is used only to generate energy in a combined cycle plant and to solve environmental problems without the associated production of synthetic liquid fuel, which could significantly increase the economic performance of the process.
Предлагаемое изобретение позволяет решить более сложную техническую задачу, чем те, которые решаются вышеупомянутыми способами, за счет того, что предлагаемый способ позволяет организовать комплексный и экологически чистый процесс использования природных органических топлив для одновременного производства электроэнергии и получения синтетических жидких топлив, и тем самым значительно повысить его эффективность.The present invention allows to solve a more complex technical problem than those that are solved by the above methods, due to the fact that the proposed method allows you to organize a comprehensive and environmentally friendly process of using natural organic fuels for the simultaneous production of electricity and the production of synthetic liquid fuels, and thereby significantly increase its effectiveness.
Такая техническая задача решается тем, что в комбинированном способе производства электроэнергии и жидкого синтетического топлива с использованием газотурбинных и парогазовых установок, включающем частичное окисление углеводородного топлива в потоке сжатого воздуха, отбираемого за компрессором высокого давления газотурбинной установки с последующим дожиманием, получение синтез-газа, его предварительную обработку, включающую охлаждение и экологическую очистку, полученный синтез-газ подают в однопроходной реактор синтеза с частичным превращением синтез-газа в жидкое синтетическое топливо, оставшийся в реакторе энергетический газ направляют в камеру сгорания газотурбинной установки, при этом степень конверсии синтез-газа выбирают из условия поддержания температуры рабочего тела на входе в газовую турбину, определяемой типом газотурбинной установки, используемой для производства электроэнергии.This technical problem is solved by the fact that in a combined method of producing electricity and liquid synthetic fuel using gas turbine and combined cycle plants, including the partial oxidation of hydrocarbon fuel in a stream of compressed air, taken after a high pressure compressor of a gas turbine installation with subsequent booster, obtaining synthesis gas, its pre-treatment, including cooling and environmental treatment, the resulting synthesis gas is fed into a single-pass synthesis reactor with partial by converting the synthesis gas to liquid synthetic fuel, the remaining energy gas is sent to the combustion chamber of the gas turbine installation, while the degree of conversion of the synthesis gas is selected from the condition of maintaining the temperature of the working fluid at the inlet of the gas turbine, determined by the type of gas turbine used for production electricity.
Поставленная техническая задача также решается тем, что в предлагаемом способе последующее дожимание воздуха, отбираемого за компрессором высокого давления газотурбинной установки, осуществляют с помощью детандера, приводимого в действие энергетическим газом, подогреваемым за счет охлаждения синтез-газа перед реактором синтеза.The stated technical problem is also solved by the fact that in the proposed method, the subsequent compression of the air taken after the high-pressure compressor of the gas turbine plant is carried out using an expander driven by energy gas, heated by cooling the synthesis gas in front of the synthesis reactor.
На фиг.1 показана схема, поясняющая сущность предлагаемого изобретения.Figure 1 shows a diagram illustrating the essence of the invention.
На фиг.2 приведены результаты выполненного технико-экономического анализа относительной стоимости электроэнергии, получаемой на паротурбинных электростанциях на угле с очисткой дымовых газов от SО2 (ПТУ), на электростанциях с парогазовыми установками на газе (ПТУ) и в предлагаемом энергохиммческом комплексе на газе (ЭХК).Figure 2 shows the results of a feasibility study of the relative cost of electricity received at steam turbine power plants on coal with flue gas purification from SO 2 (PTU), at power plants with combined-cycle plants on gas (PTU) and in the proposed energy-chemical complex on gas ( ECC).
Предлагаемый способ с использованием схемы, показанной на фиг.1, осуществляют следующим образом.The proposed method using the circuit shown in figure 1, is as follows.
В реактор частичного окисления 1 подают весь используемый в комплексе природный газ и сжатый с помощью компрессора 2 газотурбинной установки и компрессора 3 детандера воздух.The partial oxidation reactor 1 is fed with all the natural gas used in the complex and the air compressed by means of the compressor 2 of the gas turbine unit and the compressor 3 of the expander.
В реакторе 1 при температуре порядка 1100°С происходит частичное окисление природного газа с получением синтез-газа, забалластированного азотом воздуха. Полученный синтез-газ охлаждают в газоохладителе 4, при необходимости очищают от образовавшейся сажи и направляют в реактор синтеза жидкого синтетического топлива 5.In reactor 1, at a temperature of the order of 1100 ° C, partial oxidation of natural gas occurs to produce synthesis gas ballasted with nitrogen. The resulting synthesis gas is cooled in a gas cooler 4, if necessary, cleaned of soot formed and sent to the synthesis reactor for liquid synthetic fuel 5.
Степень конверсии синтез-газа задается таким образом, чтобы теплотворная способность покидающего реактор 5 энергетического газа была достаточной для его эффективного сжигания в камере сгорания 6 газотурбинной установки, обеспечивающего поддержание температуры рабочего тела перед газовой турбиной 7.The degree of conversion of synthesis gas is set in such a way that the calorific value of the energy gas leaving the reactor 5 is sufficient for efficient combustion in the combustion chamber 6 of the gas turbine unit, which ensures the temperature of the working fluid in front of the gas turbine 7.
Энергетический газ, покидающий реактор синтеза 5, подогревают в газоохладителе до температуры 500-540°С за счет охлаждения горячего синтез-газа и подают в газовую турбину 8 детандера, приводящую дожимной компрессор 3.The energy gas leaving the synthesis reactor 5 is heated in a gas cooler to a temperature of 500-540 ° C by cooling the hot synthesis gas and fed to the expander gas turbine 8, leading the booster compressor 3.
Энергетический низкокалорийный газ после расширения в детандере направляют в камеру сгорания 6 газотурбинной установки.Energy low-calorific gas after expansion in the expander is sent to the combustion chamber 6 of the gas turbine installation.
Тепло продуктов сгорания после газовой турбины 7 утилизируется в котле-утилизаторе 9 для генерации пара высокого давления. Для этой же цели частично используется тепло горячего синтез-газа. Полученный пар после барабан-сепаратора 10 перегревают в газоохладителе 4 и направляют в паровую турбину для выработки электрической энергии.The heat of the combustion products after the gas turbine 7 is utilized in a waste heat boiler 9 to generate high pressure steam. For the same purpose, the heat of hot synthesis gas is partially used. The resulting steam after the drum separator 10 is superheated in a gas cooler 4 and sent to a steam turbine to generate electrical energy.
В случае необходимости теплоту конденсации пара Q1 после паровой турбины 11 используют для производства тепла для отопительных и производственных целей.If necessary, the heat of condensation of steam Q 1 after the steam turbine 11 is used to produce heat for heating and industrial purposes.
Положительный эффект от решения поставленной технической задачи достигается за счет следующих приемов.The positive effect of solving the technical problem is achieved through the following techniques.
- Для получения синтез-газа используется сжатый воздух после компрессора газотурбинной установки. Таким образом, отпадает необходимость в создании собственного хозяйства для получения кислорода и его сжатия до высокого давления.- To produce synthesis gas, compressed air is used after the compressor of the gas turbine unit. Thus, there is no need to create your own farm for oxygen and its compression to high pressure.
- Используют однопроходной реактор синтеза синтетического жидкого топлива с низкой степенью конверсии без циркуляции синтез-газа, т.к. покидающий реактор синтеза синтетического жидкого топлива энергетический газ все равно используется в качестве топлива для энергетической установки.- Use a single-pass reactor for the synthesis of synthetic liquid fuels with a low degree of conversion without circulation of the synthesis gas, because the synthesis gas leaving the synthesis liquid fuel reactor is still used as fuel for the power plant.
- Эффективно рекуперируется энергия сжатого до высокого давления энергетического газа за счет его расширения в детандере и в газовой турбине.- The energy of compressed to high pressure energy gas is effectively recovered due to its expansion in the expander and in the gas turbine.
- В связи с тем, что в камере сгорания газотурбинной установки сжигается низкокалорийный газ, содержащий, в основном, водород и оксид углерода, не образуются токсичные оксиды азота. Поэтому продукты сгорания, выбрасываемые в атмосферу, не содержат вредных примесей и тем самым энергетический комплекс становится экологически чистым.- Due to the fact that in the combustion chamber of a gas turbine installation low-calorie gas is burned, which contains mainly hydrogen and carbon monoxide, toxic nitrogen oxides are not formed. Therefore, the combustion products emitted into the atmosphere do not contain harmful impurities and thereby the energy complex becomes environmentally friendly.
- В связи с высоким коэффициентом использования топлива (более 85%) снижаются выбросы и диоксида углерода по сравнению с раздельным производством энергии и синтетического жидкого топлива.- Due to the high fuel utilization rate (more than 85%), emissions of carbon dioxide are also reduced compared to the separate production of energy and synthetic liquid fuel.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003130343/15A RU2250872C1 (en) | 2003-10-15 | 2003-10-15 | Combined method of electric power and a liquid synthetic fuel production by gas turbine and steam-gas installations |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003130343/15A RU2250872C1 (en) | 2003-10-15 | 2003-10-15 | Combined method of electric power and a liquid synthetic fuel production by gas turbine and steam-gas installations |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2250872C1 true RU2250872C1 (en) | 2005-04-27 |
Family
ID=35635906
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003130343/15A RU2250872C1 (en) | 2003-10-15 | 2003-10-15 | Combined method of electric power and a liquid synthetic fuel production by gas turbine and steam-gas installations |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2250872C1 (en) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2516068C2 (en) * | 2008-12-19 | 2014-05-20 | Сименс Акциенгезелльшафт | Gas turbine plant, heat recovery steam generator and method to operate heat recovery steam generator |
| RU2573877C2 (en) * | 2011-02-01 | 2016-01-27 | КЕЛЛОГГ БРАУН ЭНД РУТ ЭлЭлСи | Apparatus and method of producing synthesis gas and products therefrom |
| RU2587736C1 (en) * | 2015-04-29 | 2016-06-20 | Общество с ограниченной ответственностью Финансово-промышленная компания "Космос-Нефть-Газ" | Plant for utilisation of low-pressure natural and associated oil gases and method for use thereof |
| RU2605991C1 (en) * | 2015-08-07 | 2017-01-10 | Илшат Минуллович Валиуллин | Method for production of synthesis gas |
| RU2651918C1 (en) * | 2017-06-16 | 2018-04-24 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН) | Method and plant for mechanical and thermal energy generation |
| RU2658175C1 (en) * | 2016-06-28 | 2018-06-19 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН) | Improved method for combined production of electricity and liquid synthetic fuel with use of gas turbine and combine cycle gas turbine units with partial secondary carbon dioxide sequestering |
| RU2665794C1 (en) * | 2017-09-11 | 2018-09-04 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН) | Method and plant for mechanical and thermal energy generation |
| RU2694701C2 (en) * | 2017-07-25 | 2019-07-16 | Андрей Владиславович Курочкин | Energy-efficient gas-turbine plant |
| RU2698865C1 (en) * | 2018-10-29 | 2019-08-30 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН) | Control method and apparatus for generating mechanical and thermal energy |
-
2003
- 2003-10-15 RU RU2003130343/15A patent/RU2250872C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2516068C2 (en) * | 2008-12-19 | 2014-05-20 | Сименс Акциенгезелльшафт | Gas turbine plant, heat recovery steam generator and method to operate heat recovery steam generator |
| RU2573877C2 (en) * | 2011-02-01 | 2016-01-27 | КЕЛЛОГГ БРАУН ЭНД РУТ ЭлЭлСи | Apparatus and method of producing synthesis gas and products therefrom |
| RU2587736C1 (en) * | 2015-04-29 | 2016-06-20 | Общество с ограниченной ответственностью Финансово-промышленная компания "Космос-Нефть-Газ" | Plant for utilisation of low-pressure natural and associated oil gases and method for use thereof |
| RU2605991C1 (en) * | 2015-08-07 | 2017-01-10 | Илшат Минуллович Валиуллин | Method for production of synthesis gas |
| RU2658175C1 (en) * | 2016-06-28 | 2018-06-19 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН) | Improved method for combined production of electricity and liquid synthetic fuel with use of gas turbine and combine cycle gas turbine units with partial secondary carbon dioxide sequestering |
| RU2651918C1 (en) * | 2017-06-16 | 2018-04-24 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН) | Method and plant for mechanical and thermal energy generation |
| RU2694701C2 (en) * | 2017-07-25 | 2019-07-16 | Андрей Владиславович Курочкин | Energy-efficient gas-turbine plant |
| RU2665794C1 (en) * | 2017-09-11 | 2018-09-04 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН) | Method and plant for mechanical and thermal energy generation |
| RU2698865C1 (en) * | 2018-10-29 | 2019-08-30 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН) | Control method and apparatus for generating mechanical and thermal energy |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2250872C1 (en) | Combined method of electric power and a liquid synthetic fuel production by gas turbine and steam-gas installations | |
| RU2335642C1 (en) | Electric power generator with high-temperature steam turbine | |
| CN215292691U (en) | Biomass gasification power generation system coupled with coal-fired power plant | |
| RU95104568A (en) | Combined steam-gas plant involving plasma-thermal gasification of coal | |
| RU2409746C2 (en) | Steam-gas plant with steam turbine drive of compressor and regenerative gas turbine | |
| CN110953763A (en) | Gas cogeneration system and control method thereof | |
| RU121300U1 (en) | ENVIRONMENTALLY CLEAN ELECTRIC GENERATING DEVICE WITH HIGH-TEMPERATURE STEAM TURBINE AND AIR CONDENSER | |
| Ighodaro et al. | Thermo-economic analysis of a heat recovery steam generator combined cycle | |
| RU70963U1 (en) | POWER INSTALLATION | |
| JP2009215608A (en) | Hydrogen production plant | |
| RU126373U1 (en) | STEAM GAS INSTALLATION | |
| RU144013U1 (en) | AUTONOMOUS Cogeneration Unit with Intra-Cycle Pyrolysis of Solid Carbon-Containing Fuels | |
| RU2428459C1 (en) | Plant for combined production of hydrogen-containing gas, and electric and heat energy | |
| Bram et al. | Status of external firing of biomass in gas turbines | |
| RU2272914C1 (en) | Gas-steam thermoelectric plant | |
| RU2272915C1 (en) | Method of operation of gas-steam plant | |
| KR20060069852A (en) | Steam power plant | |
| JP2012518706A (en) | Self-generated output integration for gasification | |
| WO2009034285A2 (en) | Improved power plant | |
| KR970002012B1 (en) | Complex generating system for carbonic gas | |
| RU2261337C1 (en) | Power and heating plant with open power and heat supply system | |
| CN113623074B (en) | IGCC system for producing oxygen by adopting gas turbine exhaust and working method thereof | |
| SU1745990A1 (en) | Steam-gas plant with solid fuel gasification | |
| RU2273740C1 (en) | Method of operation of gas-steam thermoelectric plant | |
| RU2487158C2 (en) | Method to use coal in combined cycle plant based on pyrolysis process |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121016 |