RU2693777C1 - Энергохимическая установка для получения синтез-газа, электрической и тепловой энергии - Google Patents
Энергохимическая установка для получения синтез-газа, электрической и тепловой энергии Download PDFInfo
- Publication number
- RU2693777C1 RU2693777C1 RU2018124763A RU2018124763A RU2693777C1 RU 2693777 C1 RU2693777 C1 RU 2693777C1 RU 2018124763 A RU2018124763 A RU 2018124763A RU 2018124763 A RU2018124763 A RU 2018124763A RU 2693777 C1 RU2693777 C1 RU 2693777C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- water
- gas
- outlet
- steam
- inlet
- Prior art date
Links
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 title claims abstract description 42
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 title claims abstract description 40
- 239000000126 substance Substances 0.000 title abstract description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 152
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 116
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 56
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 35
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 34
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 33
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 33
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims abstract description 32
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims abstract description 32
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims abstract description 21
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims abstract description 18
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 claims description 55
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 13
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 9
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 claims description 9
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 claims description 9
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 claims description 8
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 6
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 7
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 7
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 6
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 6
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 5
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 4
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 4
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 4
- 239000000047 product Substances 0.000 description 4
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 4
- HZAXFHJVJLSVMW-UHFFFAOYSA-N 2-Aminoethan-1-ol Chemical compound NCCO HZAXFHJVJLSVMW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 3
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 3
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 2
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 2
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 2
- 241001489705 Aquarius Species 0.000 description 1
- 101150076749 C10L gene Proteins 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001299 aldehydes Chemical class 0.000 description 1
- 238000012443 analytical study Methods 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000000112 cooling gas Substances 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 239000008235 industrial water Substances 0.000 description 1
- 238000003973 irrigation Methods 0.000 description 1
- 230000002262 irrigation Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- -1 steam Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 150000003464 sulfur compounds Chemical class 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
- C10J3/02—Fixed-bed gasification of lump fuel
- C10J3/20—Apparatus; Plants
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K11/00—Plants characterised by the engines being structurally combined with boilers or condensers
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/10—Process efficiency
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/10—Process efficiency
- Y02P20/129—Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области химии и теплоэнергетики, а именно, к энергохимической установки для получения синтез-газа, электрической и тепловой энергии. Установка включает реактор частичного окисления, снабженный входами для жидкого или газообразного топлива, окислителя, водяного пара и выходом для синтез-газа, котел-утилизатор, который снабжен газовым и пароводяным трактами, контактный конденсатор, снабженный отводом дренажа из конденсатора, газотурбинную установку, состоящую из компрессора, реактора частичного окисления, турбины и генератора, резервуар для хранения воды. Газогенератор дополнительно снабжен подводом кислорода от воздухоразделительной станции. Пароводяной тракт котла-утилизатора также связан с системой подачи питательной воды, включающей резервуар для хранения воды, связанный с трубопроводом возврата конденсата от потребителя; конденсатный насос, деаэратор, питательный насос и сепаратор. Выход водяного тракта контактного конденсатора подсоединен к входу резервуара для хранения воды. Резервуар для хранения воды содержит выход для воды, соединенный с входом деаэратора через конденсатный насос, и дополнительный выход для воды, соединенный с входом охладителя конденсационной воды через насос конденсационной воды. Насос конденсационной воды соединен также с трубопроводом подачи технической воды через систему водоподготовки с возможностью пополнения системы технической водой. Выход деаэратора связан с входом пароводяного тракта котла-утилизатора, а второй вход деаэратора связан с дополнительным выходом для воды пароводяного тракта сепаратора котла-утилизатора. При этом выход выпара деаэратора связан с атмосферой, а охладитель конденсационной воды связан с трубопроводами подачи и отвода технической воды к системе охлаждения конденсационной воды. Выход охладителя конденсационной воды соединен с входом водяного тракта контактного конденсатора через фильтр конденсационной воды. Техническим результатом является повышение экономической эффективности установки. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к области химии и теплоэнергетики, а именно к области получения технологических газов для производства аммиака, спиртов, альдегидов и других химических продуктов, и может быть использована при утилизации стабильного и нестабильного газового конденсата, отходов нефтехимических производств, обеспечении потребителей водородосодержащим синтез-газом, электрической и тепловой энергией.
Низкое значение коэффициента извлечения традиционных углеводородов, проблема утилизации нестабильного конденсата на малых и средних месторождениях углеводородов, поскольку стабилизация и транспортировка его экономически целесообразна на крупных месторождениях или на специальных предприятиях, образование в больших объемах нефтешламов и отходов нефтеперереработки, а также ограниченность традиционных легкодоступных ресурсов нефти, газа и газового конденсата побуждают разрабатывать меры по повышению энергетической эффективности технологических процессов, а также вовлекать в топливно-энергетический баланс альтернативные виды энергоносителей (нестабильный газовый конденсат, отходы нефтехимических производств, попутный нефтяной газ и другие).
Известна технологическая схема газификации жидких топлив по способу «Тексако» с получением газов для производства аммиака и спиртов (см. Рябцев И.И., Волков А.Е. Производство газа из жидких топлив для синтеза аммиака и спиртов. - М.: Химия, 1968. - С. 66-71), содержащая подогреватель пара и жидкого топлива; газогенератор, в котором образуется газ для синтеза аммиака или спиртов; скруббер для очистки газа от сажи, выделяющейся при газификации, орошением циркулирующей водой и насыщения паром; теплообменники для охлаждения газа; испаритель конденсата; подогреватель кислорода; холодильники; установку для отделения сажи от воды; сажевый фильтр; конвертор СО; регенератор раствора карбоната; кипятильник; сепараторы; скруббер для поглощения СО2 раствором карбоната; скруббер для поглощения СО2 раствором моноэтаноламина; регенератор раствора моноэтаноламина; подогреватель раствора моноэтаноламина для регенерации.
Однако данная схема характеризуется повышенной металлоемкостью системы очистки синтез-газа, вызванной применением двух скрубберов. Кроме того, применение в качестве окислителя только кислорода связано с дополнительными энергозатратами на его получение.
Известна также энергометаллургическая установка (А.с. 461238 СССР, М.Кл. F02c 7/02), содержащая конвертер для получения восстановительного газа; турбокомпрессор для подачи сжатого воздуха в конвертер и подключенный к конвертеру металлургический агрегат, при этом турбина турбокомпрессора включена между конвертером и металлургическим агрегатом; а также возможна организация работы установки по второму варианту, отличающемуся тем, что к линии, соединяющей компрессор и конвертер, параллельно подключена установка для получения кислорода.
Однако данная установка характеризуется большой поверхностью нагрева регенеративного подогревателя ввиду низкого коэффициента теплопередачи системы «газ-газ», вследствие чего возрастает металлоемкость установки. Кроме того, применение катализатора для конверсии топлива связано с дополнительными капитальными затратами, а также затратами на его обслуживание и регенерацию.
Известен также комбинированный способ производства электроэнергии и жидкого синтетического топлива с использованием газотурбинных и парогазовых установок (Пат. 2250872 Россия, МПК С01В 3/32, C10L 3/10, F01K 23/10), содержащий компрессор высокого давления газотурбинной установки для сжатия воздуха необходимого для частичного окисления природного газа; однопроходной реактор синтеза жидкого синтетического топлива с частичным превращением полученного синтез-газа в жидкое топливо; камеру сгорания газотурбинной установки для конверсии оставшегося в реакторе синтеза жидкого топлива энергетического газа; детандер, приводимый в действие энергетическим газом, подогреваемым за счет охлаждения синтез-газа перед реактором синтеза для последующего дожимания воздуха, отбираемого за компрессором высокого давления газотурбинной установки.
При этом данный способ имеет ряд недостатков, а именно: относительно низкая надежность ввиду большого числа элементов схемы; ограниченность в выборе используемых топлив, т.к. основным топливом является природный газ; работа газоохладителя при температуре 1100°С возможна только с применением дорогостоящих жаропрочных марок сталей.
Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является энергетическая газотурбинная установка «Водолей» (см. Цанев С.В. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций / С.В. Цанев, В.Д. Буров, А.Н. Ремезов. - М.: Издательство МЭИ, 2002. - С. 564-565), включающая конденсатор, устанавливаемый на выходном патрубке котла-утилизатора для охлаждения газов до точки росы и конденсации паров в жидкую фазу, которую собирают и возвращают в основной бак для последующей рециркуляции; газотурбинный двигатель; генератор; сепаратор; деаэратор; охладитель конденсированной воды; питательный и циркуляционный насосы; систему водоподготовки котла; насос конденсированной воды; фильтр конденсированной воды. При этом удается уловить воду, полученную в результате химической реакции в процессе сгорания топлива. Подвод части пара в зону горения камер сгорания ГТУ существенно снижает выбросы NOx.
Недостатками данной установки являются отсутствие выработки тепловой энергии и то, что химический потенциал топлива расходуется только на выработку электроэнергии, т.к. происходит полное окисление топлива, и синтез-газ не образуется.
Техническая проблема, на решение которой направлено данное изобретение, заключается в необходимости повышения качества получаемого синтез-газа, получения дополнительного целевого продукта - водяного пара и упрощения технологической схемы при снижении себестоимости вырабатываемых продуктов за счет оптимизации капитальных затрат.
Техническим результатом является повышение экономической эффективности установки. Данный эффект достигается за счет комбинированной выработки энергоносителей: электрической и тепловой энергии для отпуска внешним потребителям, синтез-газа, а при возможности коммерческой реализации еще N2 и CO2, а также, за счет замены многоступенчатых компрессора и газовой турбины на одноступенчатые, т.к. снижаются капитальные и эксплуатационные расходы, и, как следствие, снижается себестоимость вырабатываемых продуктов. Кроме того, за счет применения системы очистки вырабатываемого синтез-газа повышается реакционная способность синтез-газа в результате удаления из него углекислого газа и доведения соотношения объемных долей СО и Н2 до требуемых для соответствующей технологии конечного использования.
Поставленная проблема решается тем, что в энергохимической установке для получения синтез-газа, электрической и тепловой энергии, включающей реактор частичного окисления, снабженный входами для жидкого или газообразного топлива, окислителя, водяного пара и выходом для синтез-газа; котел-утилизатор, который снабжен газовым и пароводяным трактами; контактный конденсатор, снабженный отводом дренажа из конденсатора; газотурбинную установку, в цикл которой включен реактор частичного окисления; резервуар для хранения воды; при этом выход реактора частичного окисления соединен со входом в газовую турбину, выход которой связан со входом газового тракта котла-утилизатора, выход газового тракта котла-утилизатора соединен со входом газового тракта контактного конденсатора, а выход пароводяного тракта подключен ко входу реактора частичного окисления и выходу для стороннего потребителя; согласно предлагаемому решению газогенератор при необходимости возможно дополнительно снабдить подводом кислорода от воздухоразделительной станции; выход водяного тракта контактного конденсатора подсоединен ко входу резервуара для хранения воды; резервуар для хранения воды содержит выход для воды, соединенный со входом деаэратора через конденсатный насос и дополнительный выход для воды, соединенный со входом охладителя конденсационной воды через насос конденсационной воды; выход деаэратора связан со входом пароводяного тракта котла-утилизатора через питательный насос, а второй вход деаэратора связан с дополнительным выходом для воды пароводяного тракта сепаратора котла-утилизатора; при этом выход выпара деаэратора связан с атмосферой, а охладитель конденсационной воды снабжен контуром отвода тепловой энергии в окружающую среду. В качестве окислителя используется воздух, кислород или их смесь (обогащенный кислородом воздух). Выход охладителя конденсационной воды соединен со входом водяного тракта контактного конденсатора через фильтр конденсационной воды. Выход газового тракта контактного конденсатора соединен со входом газового тракта скруббера для поглощения кислого газа жидким поглотителем, а вход и выход жидкостного тракта - с выходом и входом жидкостного тракта регенератора жидкого поглотителя через регенеративный теплообменник. Скруббер для поглощения кислого газа жидким поглотителем снабжен контуром отбора тепловой энергии, а регенератор жидкого поглотителя -контуром подвода тепловой энергии.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, на котором представлена энергохимическая установка для получения синтез-газа, электрической и тепловой энергии на базе поточного газогенератора, где: 1 - компрессор;
2 - воздухоразделительная станция;
3 - реактор частичного окисления;
4 - газовая турбина;
5 - электрогенератор;
6 - паровой котел-утилизатор;
7 - контактный конденсатор;
8 - система водоподготовки;
9 - насос конденсационной воды;
10 - охладитель конденсационной воды;
11 - фильтр конденсационной воды;
12 - резервуар для хранения воды;
13 - конденсатный насос;
14 - деаэратор;
15 - питательный насос;
16 - сепаратор;
17 - скруббер для поглощения кислого газа жидким поглотителем;
18 - регенеративный теплообменник;
19 - регенератор жидкого поглотителя;
20 - холодильник;
21 - подогреватель жидкого поглотителя для регенерации.
Энергохимическая установка для получения синтез-газа, электрической и тепловой энергии содержит компрессор 1, реактор частичного окисления 3, снабженный входами для жидкого и газообразного топлива, окислителя, водяного пара и выходом для синтез-газа; котел-утилизатор 6, который снабжен газовым и пароводяным трактами; контактный конденсатор 7, снабженный отводом дренажа из конденсатора; газотурбинную установку, состоящую из компрессора 1, реактора частичного окисления 3, газовой турбины 4 и электрогенератора 5; резервуар для хранения воды 12. Была разработана методика и зарегистрирована программа для ЭВМ (см. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2017615007 от 02.05.2017 г. «Программа расчета реактора частичного окисления топлива», заявка №2017611915 от 10.03.2017 г.), предназначенная для аналитического исследования процесса частичного окисления топлива. Заложенные в программу зависимости позволяют представить процесс частичного окисления топлива в рабочей камере реактора частичного окисления 3 с помощью уравнений констант равновесия реакций водяного сдвига и синтеза метана, при этом учитываются балансовые уравнения по химическим элементам (углероду, водороду, кислороду, а при содержании в исходном сырье сернистых соединений еще и по сере). В программе предусмотрен расчет равновесного выхода продуктов реакции и их температуры с минимальным использованием справочных данных (ввод степеней диссоциации диоксида углерода и водяного пара). Программа позволяет получить качественные и количественные характеристики технологического газа в интервале коэффициентов расхода окислителя от 0,4 до 1, а также оценить геометрические размеры реактора частичного окисления 3. В качестве реактора частичного окисления 3 может быть использована выносная камера сгорания, расположенная в отдельном силовом корпусе и имеющая трубопроводы для подвода топлива, дутьевого пара, воздуха и/или кислорода и отвода газов, например, камера сгорания ГТЭ-35 ХТЗ (см. Руководящий технический материал РТМ 108.022.11-83 «Установки газотурбинные и парогазовые. Расчет и проектирование камер сгорания»). Преобразование химической энергии топлива в тепловую осуществляется в процессе окисления. Процесс окисления в реакторе частичного окисления обеспечивается следующим: подачей воздуха (окислителя) и топлива в количестве, необходимом для создания смеси определенного состава; созданием необходимого температурного уровня; наличием зоны, где скорость перемещения топливовоздушной смеси равна скорости распространения пламени. Эта зона называется зоной стабилизации фронта пламени. Образование топливовоздушной смеси обеспечивается: дроблением топлива; перемешиванием топлива и окислителя; испарением жидкой фазы топлива. Дробление топлива осуществляется форсунками для жидкого топлива и газовыми насадками для газообразного топлива. Перемешивание топлива и окислителя происходит за счет дополнительной турбулизации потока с помощью фронтового устройства. В установке реализовано последовательное соединение (по технологическому циклу) выхода реактора частичного окисления 3 со входом в газовую турбину 4, выход которой связан со входом газового тракта котла-утилизатора 6, вырабатывающего пар; выход газового тракта котла-утилизатора 6 соединен со входом газового тракта контактного конденсатора 7; а выход пароводяного тракта котла-утилизатора 6 подключен ко входу реактора частичного окисления 3 и выходу для стороннего потребителя; реактор частичного окисления 3 возможно дополнительно снабдить подводом кислорода от воздухоразделительной станции 2; пароводяной тракт котла-утилизатора 6 также связан с системой подачи питательной воды, включающей резервуар для хранения воды 12, связанный с трубопроводом возврата конденсата от потребителя; конденсатный насос 13, деаэратор 14, питательный насос 15 и сепаратор 16; выход водяного тракта контактного конденсатора 7 подсоединен ко входу резервуара для хранения воды 12; резервуар для хранения воды 12 содержит выход для воды, соединенный со входом деаэратора 14 через конденсатный насос 13 и дополнительный выход для воды, соединенный со входом охладителя конденсационной воды 10 через насос конденсационной воды 9; для пополнения системы технической водой, насос конденсационной воды 9 соединен также с трубопроводом подачи технической воды через систему водоподготовки 8; выход деаэратора 14 связан со входом пароводяного тракта котла-утилизатора 6, а второй вход деаэратора 14 связан с дополнительным выходом для воды пароводяного тракта сепаратора 16 котла-утилизатора 6; при этом выход выпара деаэратора 14 связан с атмосферой, а охладитель конденсационной воды 10 связан с трубопроводами подачи и отвода технической воды к системе охлаждения конденсационной воды; выход охладителя конденсационной воды 10 соединен со входом водяного тракта контактного конденсатора 7 через фильтр конденсационной воды 11. Выход газового тракта контактного конденсатора 7 соединен со входом газового тракта скруббера для поглощения кислого газа жидким поглотителем 17. Вход и выход жидкостного тракта скруббера для поглощения кислого газа жидким поглотителем 17 через регенеративный теплообменник 18 соединены с выходом и входом жидкостного тракта регенератора жидкого поглотителя 19, при этом выход газового тракта регенератора жидкого поглотителя 19 соединен с трубопроводом отвода кислого газа. Вход жидкостного тракта скруббера для поглощения кислого газа жидким поглотителем 17 дополнительно подсоединен к холодильнику 20, который подсоединен к трубопроводам подачи и отвода технической воды к системе охлаждения регенерированного поглотителя. Регенератор жидкого поглотителя 19 содержит дополнительные вход и выход для регенерируемого поглотителя, соединенные с подогревателем жидкого поглотителя для регенерации 21, который подсоединен к трубопроводам подачи и отвода греющего теплоносителя (дымовые газы, водяной пар и пр.) к системе нагрева регенерируемого поглотителя.
Установка работает следующим образом. Реактор частичного окисления 3 потребляет воздух, технический кислород (98% О2) или их смесь (обогащенный кислородом воздух) от компрессора 1 и/или воздухоразделительной станции 2 и водяной (дутьевой) пар от парового котла-утилизатора 6 для осуществления технологического процесса газификации жидкого или газообразного топлива. Образовавшиеся при этом продукты реакции поступают в газовую турбину 4, приводящую во вращение электрогенератор 5. Отработавший синтез-газ с давлением необходимым для преодоления аэродинамического сопротивления технологического оборудования и нормального ведения процессов синтеза подают в котел-утилизатор 6, где его охлаждают, и затем направляют в контактный конденсатор 7, где конденсируется водяной пар который отводится в резервуар для хранения воды 12. Далее синтез-газ подают в скруббер для поглощения кислого газа жидким поглотителем 17 для дальнейшей очистки и доведения соотношения компонентов до требуемых значений по технологическому регламенту дальнейшего использования синтез-газа. Подготовленный таким образом синтез-газ, состоящий из азота, водорода и оксида углерода передают технологическому потребителю или могут использовать для генерации энергоносителей (тепловой и электрической энергии). Часть пара, вырабатываемого в котле-утилизаторе 6, подают в реактор частичного окисления 3, оставшийся пар реализуют потребителям. Электрогенератор 5 газотурбинной установки вырабатывает электрическую энергию, передаваемую потребителям. Из резервуара для хранения воды 12 через охладитель конденсационной воды 10, где конденсационная вода охлаждается технической водой из системы оборотного водоснабжения, и фильтр конденсационной воды 11 с использованием насоса конденсационной воды 9 и системы водоподготовки 8, связанной с трубопроводом подачи технической воды к системе водоподготовки, охлажденная вода подается в контактный конденсатор 7. Конденсат от потребителя возвращают в резервуар для хранения воды 12, откуда через деаэратор 14 с использованием конденсатного насоса 13 и питательного насоса 15, питательная вода проходит через экономайзерно-испарительную часть котла-утилизатора 6 и попадает в сепаратор 16, где разделяется на пар и воду. Водяной пар проходит через пароперегревательную часть котла-утилизатора 6 и подается в реактор частичного окисления 3, а также отводится потребителю, а вода возвращается в деаэратор 14. Поглотитель, насыщенный кислым газом, из скруббера для поглощения кислого газа жидким поглотителем 17 подают в регенеративный теплообменник 18, где он забирает тепло у регенерированного поглотителя, и в регенератор жидкого поглотителя 19, где происходит процесс регенерации. При этом из нижней части регенератора жидкого поглотителя 19 отбирается часть регенерируемого поглотителя и проходит через подогреватель жидкого поглотителя для регенерации 21, где нагревается греющим теплоносителем из системы нагрева регенерируемого поглотителя, после чего возвращается в регенератор. Регенерированный поглотитель подают в теплообменник 18, где он отдает тепло поглотителю, насыщенному кислым газом, затем в холодильник 20, где охлаждается технической водой из системы охлаждения жидкого поглотителя, после чего возвращают в скруббер для поглощения кислого газа жидким поглотителем 17.
Побочными продуктами технологического процесса являются газообразный азот от воздухоразделительной станции и кислый газ от регенератора жидкого поглотителя.
Данная установка работает следующим образом. Реактор частичного окисления 3 потребляет воздух, технический кислород (98% О2) или их смесь (обогащенный кислородом воздух) в количестве до 8170 нм3/час (коэффициент расхода окислителя 0,5 для воздуха) от компрессора со степенью повышения давления до 15, затрачивающий до 1119 кВт электроэнергии и/или воздухоразделительной станции с температурой до 381°С и давлением до 15 атм и водяной (дутьевой) пар от парового котла-утилизатора в количестве до 4200 кг/час (3 кг водяного пара на 1 кг топлива) с температурой до 205°С и давлением до 17 атм для осуществления технологического процесса газификации жидкого или газообразного топлива в количестве до 1400 кг/час. Образовавшиеся при этом продукты реакции в количестве до 16420 нм3/час с температурой 1117°С и давлением 15 атм (при использовании в качестве окислителя воздуха с коэффициентом расхода 0,5, степенью повышения давления компрессора 1 и подачей 4200 кг/час) поступают в газовую турбину со степенью понижения давления равной 3, приводящую во вращение электрогенератор, вырабатывающий до 1842 кВт электроэнергии. Отработавший синтез-газ с температурой 881°С и давлением 5 атм, необходимым для преодоления аэродинамического сопротивления технологического оборудования и нормального ведения процессов синтеза, подают в котел-утилизатор, где его охлаждают до температуры 120°С, и затем направляют в контактный конденсатор, где конденсируется до 4310 кг/час водяного пара, который отводится в резервуар для хранения воды, при этом синтез-газ охлаждается до температуры 20°С. алее синтез-газ в количестве до 10850 нм3/час подают в скруббер для поглощения кислого газа жидким поглотителем в количестве до 84 м /час с температурой 15°С и давлением 5 атм для дальнейшей очистки (содержание кислого газа в синтез-газе после очистки не более 0,5 мольн. %) и доведения соотношения компонентов до требуемых значений по технологическому регламенту дальнейшего использования синтез-газа (отношение мольных долей водорода к мольным долям оксида углерода для синтеза метанола - более 2). Подготовленный таким образом синтез-газ в количестве до 9952 нм3/час с температурой 15°С и давлением 5 атм, состоящий из азота, водорода, оксида углерода и диоксида углерода (64,8; 23,9; 10,8; и 0,5 мольн. % соответственно) передают технологическому потребителю или могут использовать для генерации энергоносителей (тепловой и электрической энергии). Часть пара в количестве до 4200 кг/час, вырабатываемого в котле-утилизаторе, подают в реактор частичного окисления, оставшийся пар в количестве до 2756 кг/час реализуют потребителям. Электрогенератор газотурбинной установки вырабатывает до 1842 кВт электрической энергии, передаваемой потребителям. Из резервуара для хранения воды через охладитель конденсационной воды, где конденсационная вода охлаждается технической водой из системы оборотного водоснабжения до температуры 15°С, и фильтр конденсационной воды с использованием насоса конденсационной воды и системы водоподготовки, связанной с трубопроводом подачи технической воды к системе водоподготовки, охлажденная вода в количестве до 600 м3/час с давлением 5 атм подается в контактный конденсатор. Конденсат от потребителя возвращают в резервуар для хранения воды, откуда через деаэратор с использованием конденсатного насоса и питательного насоса, питательная вода в количестве до 7 м3/час с температурой 15°С и давлением 17 атм проходит через экономайзерно-испарительную часть котла-утилизатора и попадает в сепаратор, где разделяется на пар и воду. Водяной пар в количестве до 6956 кг/час проходит через пароперегревательную часть котла-утилизатора 6 и подается в реактор частичного окисления (4200 кг/час), а также отводится потребителю (2756 кг/час), а вода возвращается в деаэратор. Поглотитель, насыщенный кислым газом, из скруббера для поглощения кислого газа жидким поглотителем подают в регенеративный теплообменник, где он забирает тепло у регенерированного поглотителя, и в регенератор жидкого поглотителя, где происходит процесс регенерации. При этом из нижней части регенератора жидкого поглотителя отбирается часть регенерируемого поглотителя и проходит через подогреватель жидкого поглотителя для регенерации, где нагревается греющим теплоносителем из системы нагрева регенерируемого поглотителя, после чего возвращается в регенератор. Регенерированный поглотитель подают в теплообменник, где он отдает тепло поглотителю, насыщенному кислым газом, затем в холодильник, где охлаждается технической водой из системы охлаждения жидкого поглотителя, после чего возвращают в скруббер для поглощения кислого газа жидким поглотителем.
Таким образом, в заявляемой установке используется ступенчатое охлаждение синтез-газа в котле-утилизаторе и контактном конденсаторе, при этом вырабатывается водяной пар применяемый для повышения содержания водорода в получаемом синтез-газе, а не прореагировавший водяной пар без потерь удаляется. Кроме того, за счет комбинированной выработки энергоносителей снижается их удельная себестоимость и повышается эффективность производства. Использование системы очистки от кислого газа жидким поглотителем на выходе из установки, обеспечивает снижение вредных выбросов в окружающую среду. Применение меньшего числа элементов схемы ведет к повышению надежности.
Claims (4)
1. Энергохимическая установка для получения синтез-газа, электрической и тепловой энергии, включающая реактор частичного окисления, снабженный входами для жидкого или газообразного топлива, окислителя, водяного пара и выходом для синтез-газа; котел-утилизатор, который снабжен газовым и пароводяным трактами; контактный конденсатор, снабженный отводом дренажа из конденсатора; газотурбинную установку, состоящую из компрессора, реактора частичного окисления, турбины и генератора; резервуар для хранения воды; при этом реализовано последовательное соединение по технологическому циклу выхода реактора частичного окисления с входом в газовую турбину, выход которой связан с входом газового тракта котла-утилизатора, вырабатывающего пар, выход газового тракта котла-утилизатора соединен с входом газового тракта контактного конденсатора, а выход пароводяного тракта котла-утилизатора подключен к входу реактора частичного окисления и выходу для стороннего потребителя, отличающаяся тем, что газогенератор дополнительно снабжен подводом кислорода от воздухоразделительной станции; пароводяной тракт котла-утилизатора также связан с системой подачи питательной воды, включающей резервуар для хранения воды, связанный с трубопроводом возврата конденсата от потребителя; конденсатный насос, деаэратор, питательный насос и сепаратор; выход водяного тракта контактного конденсатора подсоединен к входу резервуара для хранения воды; резервуар для хранения воды содержит выход для воды, соединенный с входом деаэратора через конденсатный насос, и дополнительный выход для воды, соединенный с входом охладителя конденсационной воды через насос конденсационной воды; насос конденсационной воды соединен также с трубопроводом подачи технической воды через систему водоподготовки с возможностью пополнения системы технической водой; выход деаэратора связан с входом пароводяного тракта котла-утилизатора, а второй вход деаэратора связан с дополнительным выходом для воды пароводяного тракта сепаратора котла-утилизатора; при этом выход выпара деаэратора связан с атмосферой, а охладитель конденсационной воды связан с трубопроводами подачи и отвода технической воды к системе охлаждения конденсационной воды; выход охладителя конденсационной воды соединен с входом водяного тракта контактного конденсатора через фильтр конденсационной воды.
2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве окислителя используется кислород.
3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве окислителя используется обогащенный кислородом воздух.
4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что выход газового тракта контактного конденсатора соединен с входом газового тракта скруббера для поглощения кислого газа жидким поглотителем; вход и выход жидкостного тракта скруббера для поглощения кислого газа жидким поглотителем через теплообменник соединены с выходом и входом жидкостного тракта регенератора жидкого поглотителя, при этом выход газового тракта регенератора жидкого поглотителя соединен с трубопроводом отвода кислого газа; вход жидкостного тракта скруббера для поглощения кислого газа жидким поглотителем дополнительно подсоединен к холодильнику, который подсоединен к трубопроводам подачи и отвода технической воды к системе охлаждения регенерированного поглотителя; регенератор жидкого поглотителя содержит дополнительные вход и выход для регенерируемого поглотителя, соединенные с подогревателем жидкого поглотителя для регенерации, который подсоединен к трубопроводам подачи и отвода греющего теплоносителя к системе нагрева регенерируемого поглотителя.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018124763A RU2693777C1 (ru) | 2018-10-15 | 2018-10-15 | Энергохимическая установка для получения синтез-газа, электрической и тепловой энергии |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018124763A RU2693777C1 (ru) | 2018-10-15 | 2018-10-15 | Энергохимическая установка для получения синтез-газа, электрической и тепловой энергии |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2693777C1 true RU2693777C1 (ru) | 2019-07-04 |
Family
ID=67251755
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018124763A RU2693777C1 (ru) | 2018-10-15 | 2018-10-15 | Энергохимическая установка для получения синтез-газа, электрической и тепловой энергии |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2693777C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112707562A (zh) * | 2020-12-09 | 2021-04-27 | 淄博环能海臣环保技术服务有限公司 | 热力发电厂制备纯净冷凝水及化水处理资源综合利用装置 |
WO2022141611A1 (zh) * | 2021-01-03 | 2022-07-07 | 李华玉 | 双燃料联合循环蒸汽动力装置 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU461238A1 (ru) * | 1974-02-22 | 1975-02-25 | Саратовский политехнический институт | Энергометаллургическа установка |
WO1979001064A1 (en) * | 1978-05-12 | 1979-12-13 | Gulf Oil Corp | Combined coal liquefaction and gasification process |
DE19602900A1 (de) * | 1996-01-27 | 1997-08-21 | Artur Richard Greul | Verfahren der Kraft-Wärme-Kopplung mit einem Konversions-Generator |
WO2004009901A1 (en) * | 2002-07-22 | 2004-01-29 | Oy Metsä-Botnia Ab | Process and apparatus for producing thermal and electric energy |
RU2385836C2 (ru) * | 2008-04-07 | 2010-04-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт вычислительной техники" (ОАО "НИИВТ") | Способ создания водородного энергохимического комплекса и устройство для его реализации |
RU2428459C1 (ru) * | 2010-03-09 | 2011-09-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет" (СГТУ) | Установка для комбинированного производства водородосодержащего газа, электрической и тепловой энергии |
-
2018
- 2018-10-15 RU RU2018124763A patent/RU2693777C1/ru active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU461238A1 (ru) * | 1974-02-22 | 1975-02-25 | Саратовский политехнический институт | Энергометаллургическа установка |
WO1979001064A1 (en) * | 1978-05-12 | 1979-12-13 | Gulf Oil Corp | Combined coal liquefaction and gasification process |
DE19602900A1 (de) * | 1996-01-27 | 1997-08-21 | Artur Richard Greul | Verfahren der Kraft-Wärme-Kopplung mit einem Konversions-Generator |
WO2004009901A1 (en) * | 2002-07-22 | 2004-01-29 | Oy Metsä-Botnia Ab | Process and apparatus for producing thermal and electric energy |
RU2385836C2 (ru) * | 2008-04-07 | 2010-04-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт вычислительной техники" (ОАО "НИИВТ") | Способ создания водородного энергохимического комплекса и устройство для его реализации |
RU2428459C1 (ru) * | 2010-03-09 | 2011-09-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет" (СГТУ) | Установка для комбинированного производства водородосодержащего газа, электрической и тепловой энергии |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
С.В.ЦАНЕВ и др. "Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций. Энергетическая газотурбинная установка "Водолей", из-во МЭИ, М., 2002, с. 564, 565. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112707562A (zh) * | 2020-12-09 | 2021-04-27 | 淄博环能海臣环保技术服务有限公司 | 热力发电厂制备纯净冷凝水及化水处理资源综合利用装置 |
WO2022141611A1 (zh) * | 2021-01-03 | 2022-07-07 | 李华玉 | 双燃料联合循环蒸汽动力装置 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102666770B1 (ko) | 암모니아 분해 설비, 이를 구비하는 가스 터빈 플랜트, 암모니아 분해 방법 | |
Carapellucci et al. | The retrofitting of a coal-fired subcritical steam power plant for carbon dioxide capture: A comparison between MCFC-based active systems and conventional MEA | |
AU2011322820B2 (en) | Heat integration in CO2 capture | |
SA516380547B1 (ar) | جهاز توليد متعدد أساسه التغويز باستخدام إزالة الغاز الحمضي | |
RU2467187C2 (ru) | Способ работы газотурбинной установки | |
US8621841B2 (en) | Gasification power generation system provided with carbon dioxide separation and recovery device | |
EA018644B1 (ru) | Интегрированная система удаления загрязнений и сжигания с подачей топлива и кислорода | |
Rispoli et al. | Green fuel production by coupling plastic waste oxy-combustion and PtG technologies: Economic, energy, exergy and CO2-cycle analysis | |
WO2020189575A1 (ja) | アンモニア分解設備、これを備えるガスタービンプラント、アンモニア分解方法 | |
SE531872C2 (sv) | Förfarande för stegvis energiomvandling | |
RU2494959C2 (ru) | Способ, устройство и система для удаления кислого газа | |
RU2693777C1 (ru) | Энергохимическая установка для получения синтез-газа, электрической и тепловой энергии | |
Habibi et al. | A natural gas-based eco-friendly polygeneration system including gas turbine, sorption-enhanced steam methane reforming, absorption chiller and flue gas CO2 capture unit | |
RU2624690C1 (ru) | Газотурбинная установка и способ функционирования газотурбинной установки | |
Tian et al. | Economic cost and performance analysis of a novel trigeneration scheme utilizing CO2 capture and solid oxide electrolysis units | |
Kirtania et al. | Conceptual design, energy, exergy, economic and water footprint analysis of CO2-ORC integrated dry gasification oxy-combustion power cycle | |
WO2019073722A1 (ja) | メタン製造システム及びメタン製造方法 | |
JP2012224725A (ja) | ガス化発電システム | |
Qi et al. | Simulation and comprehensive technical, economic, and environmental assessments of carbon dioxide capture for methanol production through flue gas of a combined cycle power plant | |
JP5379092B2 (ja) | ガス化発電システム | |
Lian et al. | Retrofit of the acid gas sweetening process for the refinery based on exergy analysis method | |
CN103990372B (zh) | 太阳能海水淡化辅助燃煤发电进行氨法碳捕集的系统 | |
CN210584225U (zh) | 一种燃煤电厂的资源化清洁排放系统 | |
CN113544372B (zh) | 氨分解设备、具备该氨分解设备的燃气轮机成套设备、氨分解方法 | |
CN100436379C (zh) | 利用焦炉煤气、焦油、烟气联合发电及生产复合化肥的系统 |