СПОСОБ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПОЛУЧАЕМОГО В ГАЗОГЕНЕРАТОРЕ СИНТЕЗ-ГАЗА

Винахід відноситься до способу використання одержуваного у газогенераторі синтез-газу (Н₂+CO).

При використанні викопних видів палива неминуче утворюється CO₂. Для того щоб не бути змушеним викидати його в атмосферу, CO₂ намагаються відокремлювати й накопичувати.

У публікації фірми RWE AG "IGCC-CCS-Kraftwerk" описана можливість відділення у промисловому масштабі, при цьому "IGCC" означає "об'єднаний цикл із інтегрованою газифікацією" (Integrated Gasification Combined Cycle). Скорочення "CCS" означає "захоплення і зберігання вуглецю".

В описаному способі газифікація вугілля об'єднана з відділенням CO₂, а електричний струм одержують у підключеній послідовно парогазовій турбіні. При цьому вугілля спочатку перетворюють у газогенераторі при високій температурі під тиском близько 35 бар у горючий неочищений газ із основними компонентами CO і Н₂. Газ очищають і монооксид вуглецю у процесі конверсії монооксиду вуглецю за допомогою водяної пари перетворюють у CO₂ і Н₂. Після видалення сірки CO₂ відокремлюють, стискають і відправляють на зберігання, при цьому водень, що залишився, спалюють у газовій турбіні, яка приводить у рух електрогенератор.

Вихідною точкою даного винаходу також є газифікація палива для одержання синтез-газу, при цьому тут використовується будь-який спосіб газифікації. Подібний синтез-газ повинен бути потім використаний ощадливо й оптимально, насамперед для виробництва електроенергії, при цьому одночасно утворений як побічний продукт CO₂ повинен відводитися на зберігання.

За допомогою способу описаного вище виду це завдання вирішується відповідно до винаходу за рахунок того, що:

- синтез-газ (Н₂+CO) і кисень (О₂) з установки розподілу повітря спалюють у пальнику та його тиск знижують за допомогою газової турбіни (з приведенням у рух генератора),

- CO₂ у відхідних газах відокремлюють і подають до компресора, що приводиться у дію за допомогою газової турбіни, і

- стиснутий CO₂ подають у сховище CO₂.

У винаході використовують здійснюване простим шляхом за рахунок спалювання синтез-газу одно- або двоступінчасте стискання потоку газоподібного CO₂ до тиску, який, іноді після додаткового стиску, уможливлює зберігання CO₂.

З US 5 724 805 відомий спосіб, у якому, зокрема, рідкий CO₂ збирають у резервуарі. При цьому відбір CO₂ для подальшого відділення здійснюється з безнапірної сторони газової турбіни після парогенератора. При цьому робота зі стиску з метою подальшого відділення повинна виконуватися окремо, у той час як у випадку даного винаходу попередній стиск здійснюють за допомогою компресора самої газової турбіни, як вказувалося вище. Тим самим, тут повністю використовується здатність газової турбіни до стиску газів. Зрідження CO₂ не відбувається.

Варіанти здійснення винаходу передбачають, що частина стиснутого газоподібного CO₂ підводиться до пальника для регулювання температури.

Підведення стиснутого газоподібного CO₂ до пальника може відбуватися у різних місцях потоків, що йдуть до пальника. Або безпосередньо у потік синтез-газу, що підводиться до пальника, або у потік кисню, що підводиться від установки для розподілу повітря.

Додаткова оптимізація способу відповідно до винаходу полягає у тому, що з потоку газів, що відходять з турбіни, через теплообмінник відбирають тепло для роботи парової турбіни, при цьому парова турбіна може бути використана для приведення у дію електрогенератора.

Наступний варіант здійснення винаходу полягає у тому, що вихідний з газової турбіни потік піддають поділу на CO₂ і водяну пару таким чином, що чистий CO₂ подають у пов'язаний з газовою турбіною компресор.

Інші відмітні ознаки, подробиці й переваги винаходу випливають з прикладу, наведеного нижче з використанням принципової схеми установки відповідно до винаходу.

Позначене як 1 паливо подають разом із добавками 2 в установку для подрібнення, сушіння й стискання, яка позначена як 3. У випадку палива мова може йти про суспензію, кам'яне або буре вугілля, біомасу, нафтовий кокс, нафтоносний пісок, оримульсіоне, перероблені відходи тощо. Це паливо потім подають у газогенератор 4 разом із киснем (трубопровід 5) з установки 6 для розподілу повітря, при цьому, наприклад, азот подають за трубопроводом 7 в установку 3 для подрібнення, сушіння й стискання.

Неочищений газ, що виходить з газогенератора 4, подають спочатку в установку 5 швидкого охолодження, яка використовується для видалення пилу з газу. Тут одночасно з пилом із газу майже повністю вимиваються присутні у газі аміак і ціаністий водень, а також частково сірководень. Продукт потім подають в установку 6 для конверсії CO, при цьому цей крок сприяє підвищенню температури синтез-газу й перетворенню COS у H₂S і HCN у NН₃ і CO. Відомі, наприклад, високотемпературна, середнєтемпературна й низькотемпературна конверсії, при цьому можуть бути використані й інші способи. До установки 6 для конверсії підключена у даному прикладі установка 7 для гідролізу для видалення сульфоксиду вуглецю. Тут сульфоксид вуглецю, що міститься у газі, який лише важко вимивається водою й іншими звичайними розчинниками, переводять шляхом каталітичного гідролізу у сірководень, при цьому сульфоксид вуглецю реагує у паровій фазі з водяною парою відповідно до рівняння реакції: COS+H₂O=H₂S+CO₂.

Нарешті, слідує ще одна установка 8 для відмивання H₂S, при цьому тут сірководень, що міститься у газі, вимивається шляхом поглинання вибірково діючим розчинником. При цьому варто мати на увазі можливість використання інших можливостей для видалення H₂S, таку як, наприклад, високотемпературне сухе видалення сірки.

Після цих стадій обробки газ має достатню чистоту, що його можна було подавати у позначену як 9 камеру згоряння газової турбіни 10.

Як можна побачити з принципової схеми, у камеру 9 згоряння за трубопроводом 11 подають кисень з установки 6 для розподілу повітря.

З газовою турбіною 10 пов'язаний не тільки генератор 12 для виробництва електричного струму, але й компресор 13, який стискає вихідний з турбіни за трубопроводом 14 газ, при цьому відповідно до винаходу мова йде про CO₂-компресор. Відхідний газ, що виходить з газової турбіни 10, пропускають через теплообмінник 15 для виробництва пари, при цьому пару, що утворюється, направляють у ще одну парову турбіну 16 з генератором 17 для виробництва електричного струму.

Потік 14 газу після теплообмінника 15 пропускають через установку для поділу CO₂ і водяної пари, позначену як 18. Вихідний з CO₂-компресора CO₂ направляють за трубопроводом 19 до сховища CO₂, що позначено за допомогою трубопроводу 20.

Як також показано на фігурі, вихідний з CO₂-компресора 13 газоподібний CO₂ може, насамперед, підводитися до камери 9 згоряння для регулювання у ній температури або, як показано стрілкою 21, разом із потоком синтез-газу або за трубопроводом 22 разом із потоком кисню з установки для розподілу повітря.

Природно, описаний приклад здійснення винаходу може бути змінений у багатьох відношеннях, не змінюючи основної ідеї. Так, наприклад, як вказувалося вище, можна використовувати газогенератор будь-якого типу, у зоні CO-конверсії може, якщо буде потреба, бути передбаченим теплообмінник газ-газ для того, щоб досягти температури для гідролізу тощо.