RU2813624C1 - Способ совместного сжигания водорода и органических видов топлива и технический комплекс для совместного сжигания водорода и органических видов топлива (варианты) - Google Patents
Способ совместного сжигания водорода и органических видов топлива и технический комплекс для совместного сжигания водорода и органических видов топлива (варианты) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2813624C1 RU2813624C1 RU2022122504A RU2022122504A RU2813624C1 RU 2813624 C1 RU2813624 C1 RU 2813624C1 RU 2022122504 A RU2022122504 A RU 2022122504A RU 2022122504 A RU2022122504 A RU 2022122504A RU 2813624 C1 RU2813624 C1 RU 2813624C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hydrogen
- water vapor
- methane
- receiver
- combustion
- Prior art date
Links
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 93
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 93
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 61
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 6
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical group C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 75
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 65
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 claims abstract description 28
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims abstract description 21
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 21
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims abstract description 17
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims abstract description 17
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 16
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000008213 purified water Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 5
- 238000007872 degassing Methods 0.000 claims description 4
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims 1
- 238000002242 deionisation method Methods 0.000 claims 1
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 67
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 abstract description 34
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 abstract description 34
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 13
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 15
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 description 12
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 6
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N Ethane Chemical compound CC OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 4
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 4
- GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N Nitrous Oxide Chemical compound [O-][N+]#N GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 3
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N n-pentane Natural products CCCCC OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 2
- 239000002283 diesel fuel Substances 0.000 description 2
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 2
- 239000000295 fuel oil Substances 0.000 description 2
- 229930195734 saturated hydrocarbon Natural products 0.000 description 2
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 2
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 2
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000001273 butane Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 239000010813 municipal solid waste Substances 0.000 description 1
- IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N n-butane Chemical compound CCCC IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 239000001272 nitrous oxide Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
- 239000002916 wood waste Substances 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к области энергосбережения. Изобретение касается способа совместного сжигания водорода и органических видов топлива заключающийся в том, что конденсационный теплоутилизатор обеспечивает конденсацию водяных паров дымовых газов за счет снижения температуры дымовых газов котла ниже температуры точки росы, для дальнейшего использования полученного конденсата водяных паров из него удаляются растворенные газы, а также осуществляется его деионизация для снижения электропроводности, очищенный конденсат водяных паров поступает или в бак подготовки электролита и с помощью насоса подается в электролизную установку. В электролизной установке вода (H2O) разлагается на водород (Н2) и кислород (O2), кислород выпускается в атмосферу, а водород аккумулируется в ресивере, или в скруббер для отделения углерода из смеси водорода (Н2) и углерода (С), полученных в пиролизной установке путем частичного термического разложения метана, метано-водородная смесь с объемным содержанием водорода 15-25% поступает в ресивер, на выходе из ресивера давление и температура водорода или метано-водородной смеси снижаются до значения, необходимого для подвода водорода в комбинированное горелочное устройство или в комбинированные горелочные устройства котла, где смешивается с органическим топливом в пропорции, обеспечивающей минимальную концентрацию монооксида углерода в дымовых газах. Также изобретение касается вариантов технического комплекса для совместного сжигания водорода и органических видов топлива. Технический результат - обеспечение уменьшения потребления органических видов топлива, сжигаемых в водогрейных и паровых котлах совместно с водородом, а также в снижении выбросов в атмосферу водяного пара (H2O), углекислого газа (CO2), оксидов азота (NOx) и монооксида углерода (СО). 3 н.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Заявленная группа изобретений относится к области энергосбережения и может быть использована в жилищно-коммунальном хозяйстве, теплоэнергетике, металлургии, химической и других отраслях промышленности, где используются паровые и водогрейные котлы, сжигающие органическое топливо, установки, в результате работы которых образуются дымовые газы, содержащие значительный объем водяных паров.
За последние сто лет главной тенденцией развития общества является непрерывный рост энергопотребления. Данный рост связан как с развитием промышленности стран, так и с удовлетворением потребностей растущего народонаселения. Возможность удовлетворить данные потребности за счет органического топлива ограничена, в силу негативного влияния на экологию. В связи с этим большое внимание в мире уделяется борьбе с глобальным потеплением, вызванным антропогенными выбросами парниковых газов. Так, на данный момент, среднегодовая температура нашей планеты растет, основной причиной чего, по мнению ученых, является человеческая деятельность. Если сохранить привычную жизнедеятельность, прогнозируют дальнейшее повышение температуры, что неизбежно приведет к масштабному уничтожению экосистем на Земле.
В целях борьбы с изменением климата и его негативными последствиями 197 стран приняли Парижское соглашение в 2015 году. Это соглашение, вступившее в силу менее чем через год, направлено на существенное сокращение глобальных выбросов парниковых газов и ограничение повышения глобальной температуры в этом столетии до 2 градусов Цельсия. В 2016 году Российская Федерация подписала Парижское соглашение, в соответствии с которым взяла на себя обязательства по снижению выбросов в атмосферу парниковых газов. На климатическом саммите в Нью-Йорке 66 стран обязались стать углеродно-нейтральными, то есть, принимать меры по полной компенсации выбросов СО2.
К основным парниковым газам, которые образуются при сжигании ископаемых видов топлив, относятся углекислый газ (СО2), метан (СН4) водяной пар (H2O) и закись азота (N2O). При этом, европейские страны сделали акцент на снижении выбросов в атмосферу углекислого газа.
При производстве тепловой энергии на ТЭЦ и в котельных возможны следующие пути снижения выбросов атмосферу углекислого газа:
• повышение коэффициента полезного действия;
• повышение коэффициента использования теплоты топлива;
• переход с угля на сжигание природного газа;
• переход с мазута на сжигание природного газа;
• переход с дизельного топлива на сжигание природного газа
Переход с угля на газ позволяет снизить выбросы углекислого газа примерно на 50%. При сжигании одного килограмма метана (СН4) - основного компонента природного газа - в атмосферу выбрасывается 2,75 кг углекислого газа (СО2). При сжигании одного килограмма углерода - основного компонента угля - в атмосферу выбрасывается 3,7 кг углекислого газа. Принимая во внимание, что низшая теплота сгорания углерода примерно в 1,5 раза меньше, чем низшая теплота сгорания метана, выбросы углекислого газа в атмосферу при сжигании эквивалентной массы углерода составят 5,5 кг.
Поэтому перевод энергетических и теплофикационных котлов на природный газ приводит к существенному снижению выбросов в атмосферу углекислого газа. Необходимо обратить внимание, что при сжигании природного газа в атмосферу наряду с углекислым газом образуется водяной пар. Ряд зарубежных и Российских исследователей в своих работах сообщали о том, что, на данных момент, водяной пар является главным парниковым газом.
Переход к водородной энергетике обосновывается необходимостью снижения выбросов в атмосферу углекислого газа.
Известно, что увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере Земли приводит к повышению средней температуры воздуха, то есть к «глобальному потеплению».
При развитии водородной энергетики будут снижаться выбросы в атмосферу углекислого газа и увеличиваться выбросы водяного пара, поскольку в процессе реакции водорода и кислорода выделяется тепловая энергия и водяной пар. Однако, водяной пар также является активным парниковым газом. В наше время парниковый эффект, в среднем до 78% обусловлен парами воды и только на 22% углекислым газом. В связи с этим, наряду с уменьшением выбросов в атмосферу углекислого газа, необходимо контролировать и выбросы водяного пара.
Природный газ состоит из смеси предельных углеводородов, таких как метан (СН4), этан (С2Н6), пропан (С3Н8), бутан (С4Н10), пентан (C5H12), гексан (С6Н14) и другие углеводороды, а также незначительного количества инертных газов.
Характеристики природного газа, такие как плотность и теплота сгорания с большой точностью могут быть определены с помощью характеристик первых четырех гомологов. Общая формула реакции предельных углеводородов с кислородом имеет следующий вид:
где n - число молекул углерода и порядковый номер гомолога углеводорода. Рассмотрим уравнения реакции горения четырех первых гомологов углеводородов C1, С2, С3 и С4, которые в атмосферных условиях находятся в газообразном состоянии. При n=1
При сжигании одного килограмма метана (СН4) выделяется 50 МДж тепловой энергии, а также 2,75 кг углекислого газа (CO2) и 2,25 кг водяного пара (H2O), то есть, выбросы водяного пара в атмосферу немного ниже, чем выбросы углекислого газа.
При n=2
При сжигании одного килограмма этана (С2Н6) выделяется 47,8 МДж тепловой энергии, а также 2,93 кг углекислого газа (CO2) и 1,8 кг водяного пара (H2O), то есть, массовая доля водяного пара в продуктах сгорания этана меньше, чем при сжигании метана.
При n=3
При n=4
Из данных выражений видно, что при увеличении номера гомолога углеводорода для его полного окисления требуется больший объем кислорода, при этом выделяется больший объем углекислого газа и водяного пара, чем при сжигании метана. Объем выделяющегося при сжигании углеводородов углекислого газа (CO2) пропорционален порядковому номеру гомолога, а водяного пара - n+1. При сжигании метана выделяется в два раза больше водяного пара, чем углекислого газа, а при увеличении доли «тяжелых» углеводородов в сжигаемом газе эта пропорция уменьшается.
Сравним количество выбросов в атмосферу парниковых газов при сжигании водорода и метана, который является основным компонентом природного газа.
При соединении двух молекул водорода с одной молекулой кислорода возникают две молекулы воды. Реакция соединения водорода и кислорода сопровождается выделением энергии (Q).
При сжигании одного килограмма водорода (Н2) выделяется 120 МДж тепловой энергии и 9 кг водяного пара (H2O).
При соединении одной молекулы метана с двумя молекулами кислорода возникают две молекулы воды и одна молекула углекислого газа. Реакция соединения метана и кислорода сопровождается выделением тепловой энергии (Q).
При сжигании одного килограмма метана (СН4) выделяется 50 МДж тепловой энергии, а также 2,75 кг углекислого газа (CO2) и 2,25 кг водяного пара (H2O), то есть, 5 кг парниковых газов.
Для получения 120 МДж тепловой энергии потребуется сжечь 2,4 кг метана. При этом в атмосферу попадет 6,6 кг углекислого газа и 5,4 кг водяного пара, то есть 12 кг парниковых газов. Из данного расчета видно, что при получении одинакового количества энергии суммарные выбросы парниковых газов при сжигании метана на 30% выше, чем при сжигании водорода. При этом выбросы водяного пара при сжигании природного газа на 40% ниже, чем при сжигании водорода.
Удельные выбросы в атмосферу тепловой энергии имеют простую связь с коэффициентом полезного действия энергетической установки: отношение тепловой мощности дымовых газов к электрической мощности обратно пропорционально электрическому коэффициенту полезного действия установки.
Удельная масса выбрасываемого в атмосферу углекислого газа при сжигании метана связана с КПД энергетической установки следующим соотношением:
Удельная масса выбрасываемого в атмосферу водяного пара при сжигании метана связана с КПД энергетической установки следующим соотношением:
Их этого соотношения видно, что чем выше КПД энергетической установки, тем ниже величины удельных выбросов парниковых газов в атмосферу.
Одним из способов уменьшения выбросов в атмосферу углекислого газа является переход на сжигание водородсодержащих газов (ВСГ), включая сжигание чистого водорода.
На фиг. 1 (график зависимости СО2 от концентрации Н2 в топливном газе) показано как увеличение доли водорода в природном газе приводит к снижению выбросов углекислого газа. Учитывая высокую реактивную способность водорода и высокую скорость распространения пламени при его сжигании, необходимо принять меры предосторожности для исключения возможности распространения пламени вверх по потоку, а также возможности его самовозгорания. Поэтому горелочные устройства, адаптированные для сжигания водорода, должны быть оборудованы не только системой обнаружения «обратного» пламени, но и защитой от распространения пламени вверх по потоку.
Одним из существенных недостатков увеличения доли водорода в сжигаемом топливном газе свыше 30% (об.) является увеличение выбросов в атмосферу оксидов азота (NOx).
При сжигании органических топлив в паровых и водогрейных котлах самыми большими являются потери тепла с уходящими газами. Как правило, температура уходящих дымовых газов составляет (130÷200)°С, то есть, существенно превышает температуру точки росы водяных паров. Если снизить температуру уходящих газов до (30÷50)°С, то можно получить экономию топлива до (10÷14)% при сжигании природного газа. Дополнительная теплота получается при конденсации водяных паров за счет скрытой теплоты парообразования. При сжигании чистого водорода его экономия за счет тепла конденсации водяных паров превышает 18,5%. Утилизация теплоты уходящих дымовых газов широко распространена в странах Евросоюза. Большинство таких установок эксплуатируются на водогрейных и паровых котлах небольшой мощности (5÷50 МВт).
Конденсат, получаемый из водяных паров, имеет повышенную кислотность из-за растворения в воде углекислого газа. С помощью добавки в конденсат гидроксида соды осуществляется его химическая нейтрализация.
Конденсат, образующийся из водяных паров дымовых газов, может быть использован для следующих целей:
• увлажнение воздуха, подаваемого на горение;
• получения водорода методом электролиза;
• для очистки водорода от углерода в скруббере на выходе из пиролизной установки
Увлажнение воздуха, подаваемого на горение, обеспечивает следующие положительные эффекты:
• увеличивается температура точки росы дымовых газов, что позволяет повысить температуру конденсата;
• снижается температура горения в факеле, что приводит к уменьшению выбросов оксидов азота на (40÷60)%.
Побочным эффектом конденсации водяных паров для увеличения коэффициента использования теплоты топлива является удельное снижение выбросов в атмосферу как углекислого газа, так и водяного пара. То есть, уменьшению выбросов парниковых газов на единицу произведенной тепловой энергии. Полученный конденсат может быть использован для производства водородсодержащего газа, сжигание которого приведет к дополнительному снижению выбросов в атмосферу углекислого газа и увеличению образующегося при конденсации водяных паров конденсата. При увеличении доли водяного пара в дымовых газах будет изменяться температура точки росы, что может приводить к увеличению массы получаемого конденсата. А увеличение массы водяного конденсата позволяет увеличить долю водорода в топливном газе за счет увеличения массы водорода, получаемого из воды.
Из уровня техники известны различные способы и установки для получения метано-водородной смеси и водорода (см. например, RU 2542272 С2, опублик. 20.02.2015, RU 2571147 С1, опублик. 20.12.2015, RU 2480399 С1, опублик. 27.04.2013). Однако известные аналоги имеют значительное количество выбросов в атмосферу водяного пара и монооксида углерода.
Задачей заявленной группы изобретений является устранение недостатков известного уровня техники. Технический результат, достигаемый от реализации заявленной группы изобретений заключается в обеспечении уменьшения потребления органических видов топлива, сжигаемых в водогрейных и паровых котлах совместно с водородом, а также в снижении выбросов в атмосферу водяного пара (H2O), углекислого газа (CO2), оксидов азота (NOx) и монооксида углерода (СО).
Поставленная задача решается, а технический результат достигается за счет заявленной группы изобретений, которая включает способ совместного сжигания водорода и органических видов топлива и варианты технического комплекса для совместного сжигания водорода и органических видов топлива.
Заявленный способ совместного сжигания водорода и органических видов топлива заключается в том, что конденсационный теплоутилизатор (КТУ) обеспечивает конденсацию водяных паров дымовых газов за счет снижения температуры дымовых газов котла ниже температуры точки росы, для дальнейшего использования полученного конденсата из него удаляются растворенные газы, а также осуществляется его деионизация для снижения электропроводности, очищенный конденсат поступает в бак подготовки электролита, который с помощью насоса подается в электролизер, где вода (H2O) разлагается на водород (Н2) и кислород (O2), кислород выпускается в атмосферу, а водород аккумулируется в ресивере.
В пиролизной установке водород получают путем термического разложения метана на водород (Н2) и углерод (С), углерод отделяется в скруббере, куда подается очищенный конденсат водяных паров, на выходе из ресивера давление и температура водорода снижаются до значения, необходимого для подвода водорода в комбинированное горелочное устройство или в комбинированные горелочные устройства котла, где смешивается с органическим топливом в пропорции, обеспечивающей минимальную концентрацию монооксида углерода в дымовых газах.
Заявленный технический комплекс для совместного сжигания водорода и органических видов топлива в первом варианте включает последовательно соединенные конденсационный теплоутилизатор (КТУ) дымовых газов котла, установку дегазации конденсата, бак подготовки электролита, насос для подачи конденсата в бак подготовки электролита, электролизная установка, систему охлаждения электролизера, ресивер водорода, регулятор давления водорода, теплообменник для снижения температуры водорода, водородопровод между ресивером водорода и горелочным устройством (горелочными устройствами) котла, увлажнитель воздуха. В электролизной установке вода (H2O) разлагается на водород (Н2) и кислород (O2), кислород выпускается в атмосферу, а водород аккумулируется в ресивере. На выходе из ресивера давление водорода снижается до значения, необходимого для подвода водорода в комбинированное горелочное устройство или в комбинированные горелочные устройства котла, где смешивается с органическим топливом в пропорции, обеспечивающей минимальную концентрацию монооксида углерода в дымовых газах.
Во втором варианте метано-водородную смесь получают путем частичного термического разложения метана на водород (Н2) и углерод (С) в пиролизной установке.
Углерод отделяется от метано-водородной смеси в скруббере, в который впрыскивается конденсат, полученный в КТУ.
Метано-водородная смесь с объемным содержанием водорода 15-25% после охлаждения в теплообменнике с помощью конденсата, полученного в КТУ, поступает в ресивер. На выходе из ресивера давление метано-водородной смеси снижается до значения, необходимого для подвода смеси в горелочное устройство или в горелочные устройства котла. Заявленный технический комплекс для сжигания метано-водородной смеси, полученной методом пиролиза природного газа включает последовательно соединенные конденсационный теплоутилизатор (КТУ) дымовых газов котла, установку дегазации конденсата, насос подающий воду в скруббер, пиролизную установку, теплообменник для охлаждения метано-водородную смесь, ресивер, регулятор давления, газопровод между ресивером и горелочным устройством котла, резервуар для хранения водоуглеродной суспензии, конденсационный теплоутилизатор обеспечивает конденсацию водяных паров дымовых газов за счет снижения температуры дымовых газов котла ниже температуры точки росы, для дальнейшего использования полученного конденсата из него удаляются растворенные газы. Углерод отделяется от метановодородной смеси в скруббере, куда с помощью насоса подается очищенный конденсат водяных паров, на выходе из ресивера давление водорода снижается до значения, необходимого для подвода водорода в горелочное устройство или в горелочные устройства котла.
Основным отличительным признаком заявленной группы изобретений является использование конденсата, образующегося в КТУ.
В первом варианте заявленного технического комплекса конденсат после бака-нейтрализатора подается насосом в электролизную установку, где распадается на водород и кислород. Водород после ресивера водорода поступает в горелочное устройство котла, где сгорает совместно с органическим топливом в топке котла. Кислород выпускается в атмосферу. Излишки конденсата поступают в увлажнитель воздуха, который поступает в котел. Поскольку при сжигании водорода не образуется углекислый газ, то при совместном сжигании с топливами, содержащими углерод (уголь, мазут, дизельное топливо, древесные отходы, твердые коммунальные отходы, природный газ) выбросы углекислого газа в атмосферу уменьшаются.
Во втором варианте заявленного технического комплекс, в котором метановодродная смесь образуется методом пиролиза природного газа, конденсат, полученный в КТУ, применяется для отделения углерода от метановодородной смеси в скруббере, для охлаждения метановодородной смеси после скруббера, а также для увлажнения воздуха.
Экспериментальные исследования показали, что сжигание метановодородной смеси (МВС) с объемной концентрацией водорода 22% в конденсационном котле привело к снижению выбросов в атмосферу монооксида углерода (СО) на 40% по сравнению с вариантом сжигания 100% метана.
Claims (3)
1. Способ совместного сжигания водорода и органических видов топлива заключающийся в том, что конденсационный теплоутилизатор обеспечивает конденсацию водяных паров дымовых газов за счет снижения температуры дымовых газов котла ниже температуры точки росы, для дальнейшего использования полученного конденсата водяных паров из него удаляются растворенные газы, а также осуществляется его деионизация для снижения электропроводности, очищенный конденсат водяных паров поступает или в бак подготовки электролита и с помощью насоса подается в электролизную установку, в электролизной установке вода (H2O) разлагается на водород (Н2) и кислород (O2), кислород выпускается в атмосферу, а водород аккумулируется в ресивере, или в скруббер для отделения углерода из смеси водорода (Н2) и углерода (С), полученных в пиролизной установке путем частичного термического разложения метана, метано-водородная смесь с объемным содержанием водорода 15-25% поступает в ресивер, на выходе из ресивера давление и температура водорода или метано-водородной смеси снижаются до значения, необходимого для подвода водорода в комбинированное горелочное устройство или в комбинированные горелочные устройства котла, где смешивается с органическим топливом в пропорции, обеспечивающей минимальную концентрацию монооксида углерода в дымовых газах.
2. Технический комплекс для совместного сжигания водорода и органических видов топлива, включающий последовательно соединенные конденсационный теплоутилизатор (КТУ) дымовых газов котла, установку дегазации конденсата водяных паров, бак подготовки электролита, насос для подачи конденсата водяных паров в бак подготовки электролита, электролизную установку, систему охлаждения электролизной установки, ресивер водорода, регулятор давления водорода, теплообменник для снижения температуры водорода, водородопровод между ресивером водорода и горелочным устройством котла, увлажнитель воздуха, при этом конденсационный теплоутилизатор выполнен с возможностью обеспечивать конденсацию водяных паров дымовых газов за счет снижения температуры дымовых газов котла ниже температуры точки росы.
3. Технический комплекс для совместного сжигания водорода и органических видов топлива включает последовательно соединенные конденсационный теплоутилизатор (КТУ) дымовых газов котла, установку дегазации конденсата водяных паров, насос, подающий очищенный конденсат водяных паров дымовых газов в скруббер, пиролизную установку частичного разложения метана, теплообменник для охлаждения метано-водородной смеси, ресивер, регулятор давления, газопровод между ресивером и горелочным устройством котла, резервуар для хранения водоуглеродной суспензии.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2813624C1 true RU2813624C1 (ru) | 2024-02-14 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7270539B1 (en) * | 2003-10-28 | 2007-09-18 | Soil-Therm Equipment, Inc. | Method and apparatus for destruction of vapors and waste streams using flash oxidation |
| RU2366860C1 (ru) * | 2008-01-10 | 2009-09-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт вычислительной техники" (ОАО "НИИВТ") | Способ сжигания газа, снижающий концентрацию вредных выбросов оксидов nox и монооксида углерода co до минимального значения, и устройство для его реализации |
| RU2425995C2 (ru) * | 2006-05-09 | 2011-08-10 | Ифп | Способ комбинированного производства электроэнергии и получения обогащенного водородом газа паровым риформингом углеводородной фракции с подводом тепла посредством сжигания водорода по месту осуществления способа |
| CN106196081A (zh) * | 2016-07-15 | 2016-12-07 | 河南华泰粮油机械股份有限公司 | 一种城市生活垃圾无害化处理方法 |
| CN110734209A (zh) * | 2019-10-22 | 2020-01-31 | 浙江环兴机械有限公司 | 一种工业固废与污泥回转窑协同处理集成装置的操作方法 |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7270539B1 (en) * | 2003-10-28 | 2007-09-18 | Soil-Therm Equipment, Inc. | Method and apparatus for destruction of vapors and waste streams using flash oxidation |
| RU2425995C2 (ru) * | 2006-05-09 | 2011-08-10 | Ифп | Способ комбинированного производства электроэнергии и получения обогащенного водородом газа паровым риформингом углеводородной фракции с подводом тепла посредством сжигания водорода по месту осуществления способа |
| RU2366860C1 (ru) * | 2008-01-10 | 2009-09-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт вычислительной техники" (ОАО "НИИВТ") | Способ сжигания газа, снижающий концентрацию вредных выбросов оксидов nox и монооксида углерода co до минимального значения, и устройство для его реализации |
| CN106196081A (zh) * | 2016-07-15 | 2016-12-07 | 河南华泰粮油机械股份有限公司 | 一种城市生活垃圾无害化处理方法 |
| CN110734209A (zh) * | 2019-10-22 | 2020-01-31 | 浙江环兴机械有限公司 | 一种工业固废与污泥回转窑协同处理集成装置的操作方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| М.А. Савитенко. Сжигание выбросов парниковых газов в водогрейных и паровых котлах. ЭНЕРГЕТИКА И ПРОМЫШЛЕННОСТЬ РОССИИ. Номер 17-8 (420-421), сентябрь 2021г. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Chai et al. | A review on ammonia, ammonia-hydrogen and ammonia-methane fuels | |
| Kang et al. | A review on ammonia blends combustion for industrial applications | |
| AR032947A1 (es) | Aparato y proceso para la produccion de hidrogeno | |
| US7089888B2 (en) | Device for production of hydrogen from effluents of internal combustion engines | |
| CN104124462A (zh) | 一种对电堆阳极尾气进行回收利用的固体氧化物燃料电池系统 | |
| US11174163B2 (en) | Biogas upgrading technology for power generation | |
| US11542839B2 (en) | System and process for electricity generation using steam production by hydrogen combustion | |
| Tian et al. | Enhancing combustion efficiency and reducing nitrogen oxide emissions from ammonia combustion: A comprehensive review | |
| Wolsky et al. | Recovering CO2 from large− and medium-size stationary combustors | |
| CN115234905B (zh) | 一种氨分解产氢掺烧氨气的燃烧系统和方法 | |
| CN113154369A (zh) | 一种煤粉和氨混合燃料预热解燃烧系统和方法 | |
| EA011995B1 (ru) | Реактор для одновременного выделения водорода и кислорода из воды | |
| Langella et al. | Ammonia as a fuel for internal combustion engines: Latest advances and future challenges | |
| CN114991945A (zh) | 一种基于内燃兰金循环的氨气燃料发动机高效燃烧和近零排放系统及其应用 | |
| RU2813624C1 (ru) | Способ совместного сжигания водорода и органических видов топлива и технический комплекс для совместного сжигания водорода и органических видов топлива (варианты) | |
| Mohammed et al. | Review on the ammonia-blend as an alternative fuel for micro gas turbine power generation | |
| MXPA05013888A (es) | Dispositivo y metodo para reformar un gas de voc. | |
| KR100843064B1 (ko) | 수소/산소가스 혼합 대체연료 | |
| WO2009094350A1 (en) | Method to enhance and improve solid carbonaceous fuel combustion systems using a hydrogen-rich gas | |
| CN1900591A (zh) | 超低浓度可燃气体的燃烧利用方法 | |
| WO2013189468A1 (en) | The system of supply of gas containing hydrogen and oxygen into the combustion chamber of a cogeneration unit | |
| CN216512854U (zh) | 含高烷烃类有机物的可燃气热等离子体改良系统 | |
| CN217714899U (zh) | 一种煤粉锅炉纯氨燃烧器布置结构及锅炉炉膛 | |
| Karim et al. | A review of the use of hydrogen gas in internal combustion engines | |
| KR20200090078A (ko) | 액체 가스터빈 연료의 수성가스 및 수소가스 변환 장치 |