SE469668B - Kombinerad foerbraennings- och avgasreningsanlaeggning - Google Patents

Description

668 2 Det viktigaste framsteget är emellertid att finna på avgasreningssidan genom att man kan uppnå en extremt ren avgas i och med att halten av kväve i förbränningskammaren kan reduceras. Vid närvaro av kväve vid förbränningen bildas annars kväveoxider av olika slag och dessa är mycket svåra att avskilja. Vid förbränning med ren syrgas konner inte några kväveoxider att bildas, oavsett cn1nan.uppnår höga förbränningstemperaturer.

I en syrgasberikad atmosfär bildas i första hand de vattenlösliga oxiderna N02 och N205, och dessa är förhållandevis enkla att avskilja.

Avgaserna konner att bestå av N2, C02, H20 och små mängder kväveoxider samt de föroreningar, som härrör från bränslet. Delar av vattenångan kondenserar ut i tvättningsanordningen med vatten och däri löser sig N02 och N2O5 samt en stor del av förekcnnande föroreningar av typ S03 och Cl m.fl. Efter tvättningsanordningen kcnner därför endast att finnas NZ, C02 och små mängder av sådana ämnen, som ej är vattenlösliga eller kondenserade vid den temperatur som råder omedelbart efter tvättningsanordningen. Ju syrerikare ingående förbränningsluften är, desto mindre mängder kvävelamnæm att finnas i rökgaserna omedelbart före expansionsanordningen. Som komplement kan man naturligtvis minska mängden kväveoxider och andra föroreningar genrnxtillsatser av olika kemikalier i tvättningsvattnet.

I expansionsanordningen sjunker temperaturen till den nivå, som ingående gastmperatur och tryckfallet bestämmer. Om sluttemperaturen ligger under -50°C kommer föroreningarna i avgaserna att kondenseras ut tillsammans med vattenånga i gasen. Sjunker temperaturen under -l20°C har även all koldioxid kondenserat ut. Om tryckfallet i expansionsanordningen sker i ett steg kommer den frusna snön och kolsyresnön att innehålla föroreningarna.

Det kan därför vara lämpligt att göra expansionen i två steg, ett för utkondensering av snön och föroreningarna och ett för utkondensering av ren koldioxid.

Det har nu gått att eliminera vatten, koldioxid och alla föroreningar i avgaserna. Kvar finns endast eventuell kväve och ädelgaser. Om endast syre har använts krnuer nästan all gas att omvandlas till kondensat och genom att kontinuerligt mata ut kondensatet och i övrigt hålla avskiljningskammaren stängd mot den yttre atmosfären, kan sluttrycket hållas mycket nära 0 bar.

Detta låga tryck ökar tryckfallet i expansionsanordningen eller den sista 469 668 3 av dessa och förbättrar dess verkningsgrad mycket väsentligt. Verkningsgraden ökar också vid lägre syrehalt än 100% men icke i sådan omfattning. För att upprätthålla detta låga tryck använder man en vakuumpump, som kontinuerligt suger bort resterande gaser ur avskiljningsanordningen.

Ju lägre temperaturen är före första expandern desto lägre blir temperaturen efter expansionsanordningen. Genom att återföra kolsyresnö till tvättningsanordningen kommer man dels att få en bättre kylning före expansionen, dels ett väsentligt större gasflöde genom expansionsanordningen.

Rent termodynamiskt kommer ett gasturbinsystem enligt det ursprungliga konceptet att kräva tillförsel av mekanisk energi eftersom utloppstemperaturen är lägre än inloppstemperaturen. Man kan emellertid ändra processen genom att på ovan angivet sätt återföra kondenserad koldioxid och på så sätt i första hand uppnå balans i systemet, dvs expansionen kan producera lika mycket kraft som kompressionen fordrat. Genom att återföra ytterligare koldioxid kommer expansionsanordningen att avge mer mekanisk energi än vad kompressorn erfordrar. På detta sätt kan värmeenergi överföras till mekanisk energi. Den maximala överföringen uppnår man när så mycket kondenserad koldioxid återföres att dess ångbildningsvärme motsvarar den i förbränningen eller till systemet i övrigt tillförda energin. I ett praktiskt utförande bör man se till att tvättningsanordningens temperatur överstiger O°C. Det är också möjligt att utifrån tillföra termisk energi till exempelvis tvättningsanordningen i form av vattten med en temperatur överstigande O°C. Denna energi omvandlas då också till mekanisk energi.

Mellan expansionsstegen kan i förekommande fall trycket ökas med en kompressor eller genom att man värmer gasen via en värmeväxlare. Genom att begränsa mängden kväve i avgaserna kan den gasmängd sm skall komprimeras begränsas.

Genom att kyla gasen mellan expansionsstegen, lämpligen med hjälp av den kalla gas, som uppstår efter expansionen, kan man uppnå en lägre sluttemperatur eller alternativt en given sluttemperatur med ett lägre utgångstryck och därmed mindre kompressionsarbete.

Den enklaste formen för att begränsa mängden kväve i ingående förbränningsluft är att tillföra erforderligt syre från en syrgastub. I större anläggningar är det bättre ekonomi att använda t.ex. en gasseparerande membran. Producerat syre användes därvid i förbränningsanläggningen, medan det trycksatta kvävet 5469 668 4 kan få driva en generator eller lagras under tryck för vidare användning.

Membrantekníken och andra separationsmetoder utvecklas snabbt, varför nya metoder att få fram mer eller mindre rent syre kan bli aktuella, t.ex. framtagning av syre ur vatten.

Avgaserna från en anläggning av beskrivet slag kan återföras till förbränninge- kannaren med en kompressor under startperioden. Avgaserna är fria från “ alla miljöskadliga ämnen och torde vara renare än den ingående förbränninge- luften.

Den elenergi som krävs för framställning av syre resp drift av erforderliga kompressorer och pumpar, kan framställas i anläggningar försedda med utrustning enligt ovan. Den låga temperatur, som anläggningen arbetar med, kan användas för andra processer son erfordrar låga temperaturer.

Anläggningen enligt uppfinningen kan modifieras och vidareutvecklas på åtskilliga sätt för utnyttjande i samband med värme- och elkraftanläggningar och det torde vara möjligt att på detta sätt utveckla förbränningsmotorer med hög verkningsgrad, som ger helt rena avgaser fria från även koldioxid.

Uppfinningen är närmare tydliggjord i det följande under hänvisning till bifogade ritning, som.schematiskt visar en som exempel vald kombinerad förbrännings- och avgasreningsanläggning enligt uppfinningen.

Ritningen visar en av en motor l driven komressor 2, som är ansluten till ett syre/kväve-separerande membran 3, vars syrgassida via en eventuell ytterligare kompressor 4 är ansluten till en förbränningskammare 5. I denna utmynnar en bränsletillförselledning 6 med en brännare 7 för exempelvis olja. I förbränningskammaren 5 kan dessutom gods innehållande miljöfarliga ämnen inmatas på lämpligt, ej visat sätt i och för förbränning i kammaren . Eventuellt kan även en tub 8 för syrgas vara ansluten till kammaren för ökning av syrgashalten om så erfordras.

Avgaserna lämnar kannaren 5 genom en ledning 9, scn1är ansluten till en panna/kylare 10, som nedbringar avgasernas temperatur ett stycke innan de genom en ledning ll ínmatas i en skrubber 12 för tvättning och ytterligare kylning under tryck. Här kondenseras en del av i avgaserna ingående vattenånga. Kondensatet användes tillsammans med tvättvattnet i skrubbern 469 668 för att cmhändertaga en del föroreningar i partikelform samt i vattenlöslig form, som därefter slussas ut ur den trycksatta skrubbern på känt sätt.

Från denna leds därefter avgaserna innehållande resterande föroreningar genon en ledning 13 till en första expansionsmaskin l4 av exempelvis skruvrotortyp, som är anordnad att bromsas av en elgenerator 15. Över expandern sker en snabb trycksänkning och ett temperaturfall till ca -50°C hos avgaserna scnlpasserar expandern och därefter inmatas i en första avskiljningskammare 16 i form av bl.a. fruset kondensat innehållande en mängd föroreningar, som kan utmatas genom en utmatningsanordning 17. Ãterstående avgaser leds genom en ledning 18 till en andra, av en elgenerator 19 bromsad expander 20, där avgaserna utsätts för en ytterligare, snabb trycksänkning och en åtföljande temperatursänkning till ca -l20?C så, att återstående avgaser huvudsakligen bestående av koldioxid kondenseras, varvid kondensatet kan matas ut från en till expandern 20 genom en ledning 21 ansluten andra avskiljningskammare 22 med en utmatningsledning 23. En ytterligare utmatningsledning 24 innehållande en pump 25 är anordnad att leda tillbaka koldioxidkondensat till skrubbern 12 för förångning av koldioxiden och förnyad expansion av denna. De höggradigt renade eventuellt resterande avgaserna avgår från avskiljningskanneren 22 genom en utloppsledning 26 försedd med en vakuumpump 27, som vidmakthåller ett bestämt undertryck i kammaren 22.

Eventuellt kan den låga temperaturen hos koldioxiden i ledningen 24 utnyttjas även för ytterligare kylning vid inloppen till den andra eller eventuella ytterligare anordnade expandrar av skruvrotortyp. Likaså kan man eventuellt inkoppla en kompressor för höjning av inloppstrycket hos andra expandern och hos eventuella ytterligare anordnade expandrar.

Slutligen kan kylan utnyttjas för att kyla kompressionen i kompressorerna 2 och 4 för att därigenom minska erforderligt kompressionsarbete.

Processen kan också modifieras på en rad punkter enligt kända lösningsprinciper som t.ex. genom att värma, kyla eller komprimera gasen mellan de olika expansionsstegen uppnå lägre sluttemperatur, större effektuttag eller andra målsättningar.

Koldioxid och särskilt ren sådan, som erhålles vid uppfinningens tillämpning kommer troligen att kunna bli en viktig råvara inom kemiindustrin framgent.

Claims (5)

1. 4-69 668 5 P a t e n t k r a v
1. l.Kombinerad förbrännings- och avgasreningsanläggning omfattande en kennare (3) för förbränning under tryck av alla slag av brännbara ämnen och en anordning (lO,l2) för kylning och tvättning under tryck med vatten av uppkomna avgaser och avskiljning av miljöfarliga ämnen och andra föroreningar, scnlfunnits i bränslet eller bildats under förbränningen, innefattande en anordning för utslussning av tvättvatten och i detta uppfångade, lösta eller kondenserade ämnen, samt en anordning (l4,20) för expandering av de återstående avgaserna i ett eller flera steg så, att en tillräckligt låg temperatur ernås vid expansionsanordningens (l4,20) utlopp för kondensering av åtminstone huvuddelar av återstående föroreningar i fast eller flytande form och uppsamling av dessa i en avskiljningsanordning (l6,22), k ä n n e t e c k n a d därav, att till förbränningsanordningen (5) är ansluten en anordning (3,8) för tillförsel av upp till 100% syrgasberikad förbränningsluft, och att till avskiljningsanordningen (22) är ansluten en vakuumpump (27) eller liknande för bortpumning av de små mängder ej kondenserade gaser, scn1samlats i avskiljningsanordningen (22) efter sista expansionssteget (20).
2. 2.Anläggning enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d därav, att anordningen för tillförsel av syrgasberikad förbränningsluft innefattar en tryckbehållare (8) för flytande syre.
3. 3.Anläggning enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d därav, att anordningen för tillförsel av syrgasberikad förbränningsluft innefattar en syrgasseparerande mebran eller annan syrgasseparerande anordning (3), vars syrgassida står i förbindelse med förbränníngskannaren (5).
4. 4.Anläggning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k - n a d därav, att en vakuumpump (27) eller liknande är ansluten till avskiljningsanordningen (22) för vidmakthållande av ett undertryck i denna.
5. 5.Anläggning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k - n a d därav, att i avskiljningsanordningen (22) förekommande kondensat helt eller delvis är anordnat att återföras till anordningen (lO,l2) för kylning och tvättning av avgaserna för förångning och därpå följande expansion av förångat kondensat tillsannnns med den övriga gasblandningen.