NO164055B - Kraftverk med et integrert kullforgasningsanlegg. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår et kraftverk med et integrert kullfor-gasninsanlegg, med et til forgasseren tilsluttet varmeveksler-og gassrenseanlegg, med en til varmeveksler- og gassrenseanlegget tilsluttet gassturbin- og dampkraftverkdel og med et metanolsynteseanlegg, hvor overskudd av syntesegass fra metanolsyntesen kan ledes til gassturbinkraftverksdelens brennkammer.

Fra DE-OS 31 14 984 er der kjent et kraftverksanlegg

hvor en gassturbin forsynes med syntesegass fra et kullforgasningsanlegg. Gassturbinen driver en elektrisk generator.

Den avgitte varme fra gassturbinen blir ved dette kraftverksanlegg utnyttet til dampproduksjon. Med dampen drives en dampturbin og en ytterligere elektrisk generator. Dessuten blir der ved dette kraftverksanlegg tilført en del av den frembragte syntesegass fra et metanolsynteseanlegg. Den frembragte metanol blir lagret og utnyttet for utligning av lasttopper ved å forbrennes i gassturbinen sammen med syntesegassen. Dette kraftverksanlegg gjør det mulig i tidsrom med svak belastning å produsere metanol i forsterket grad og forsåvidt den produserte metanol ikke behøves til utligning

av toppbelastninger, å selge den som råstoff. Bortsett fra at der i tilfellet av hyppig dekning av lasttopper bare står en liten del av den produserte metanol til fri rådighet,

ligger produksjonskostnadene for metanolen ikke vesentlig under dem for en fremstilling uavhengig av kraftverk.

Til grunn for den foreliggende oppfinnelse ligger den oppgave å bedre et slikt kraftverks økonomi og i den forbindelse å produsere kjemiske råstoffer billigst mulig.

Denne oppgave blir løst ved et kraftverk av den innled-ningsvis angitte art som er kjennetegnet ved det som fremgår av kravene.

Ved oppfinnelsen ledes det i metanolsynteseanlegget dannede metanol såvel som synteseavgassen fra metanolsyntesen i det minste delvis til et ytterligere delanlegg for en annen kjemisk frémstillingsmetode og den overskytende synteseavgass fra metanolsyntesen såvel som avgassen fra dette ytterligere delanlegg tilføres gassturbinkraftverksdelens brennkammer. Som følge av integrasjonen av disse to sammenkoblede delanlegg for en og en kjemisk, fremstillingsmetode i kraftverktet blir det takket være anvendelsen av den produserte syntesegass for metanolfremstillingen og innmatningen av både en del av metanolen og av avgassen fra metanolsyntesen i en annen kjemisk fremstillingsprosess oppnådd at disse kjemiråstoffer kan fremstilles billigere. Som følge av forbrenningen av den overskytende syntesegass i gassturbinens brennkammer kan påkostningen til etablering av støkiometriske forhold i utgangsgassene reduseres uten at energiinnholdet i de ikke fullstendig omsatte synteseavgasser derved går tapt.

Som en særlig hensiktsmessig videre utvikling av oppfinnelsen kan metanolsynteseanlegget være utformet uten resirkulasjon, dvs. uten resirkulasjonsledning og kretsløp-kompressor. Herved blir anleggsomkostningene redusert med disse komponenter som takket være integrasjonen i kraftverket ikke lenger behøves. Redusert blir dermed også energibehovet for resirkulasjon av den ikke fullstendig omsatte syntesegass. Begge disse forhold fører til en billigere produksjon av kjemiråstoffene.

Som særlig gunstig utvikling av oppfinnelsen kan der

som ytterligere delanlegg benyttes et eddiksyre-synteseanlegg. Dette har for det første den fordel at det termiske energi-innhold i avgassene fra metanolsyntesen kan nyttes til produksjon av eddiksyre. Videre vil sammensetningen av synteseavgassene fra gjennomløps-metanolsyntesen som drives med ikke-støkiometrisk sammensatt rengass, kunne utnyttes for den etterkoblede eddiksyresyntese.

En bedring av stoffutbytte lar seg oppnå dersom der

som særlig gunstig videre utvikling av oppfinnelsen er tilkoblet gassledningen til metanolsyntesereaktoren et gass-separasjonsanlegg hvis hydrogenrike fraksjon kan tilblandes gasstrømmen til metanolsyntesereaktoren, og hvis karbonmon-oksydrike fraksjon kan ledes både til eddiksyrereaktoren og til gassturbinkraftverkdelens brennkammer. Herved blir det mulig å legge forholdet mellom hydrogen og karbonmonoksyd i syntesegassen som tilbys metanolsyntesereaktoren, nærmere det tilstrebede støkiometriske forhold. Herved høynes utbyttet

av metanol. Videre kan også karbonmonoksydandelen av gassen som tilføres eddiksyrereaktoren, dermed økes, hvorved det igjen blir mulig å omsette en større andel av den produserte metanol til eddiksyre.

En enda sterkere tilnærming av sammensetningen av den syntesegass som tilbys metanolsyntesereaktoren, til støkio-metriske forhold lar seg oppnå dersom der som hensiktsmessig utvikling av oppfinnelsen er tilordnet metanolsyntesereaktoren et vannelektrolyseanlegg hvis oksygenledning er koblet til kullforgasseren, og hvis hydrogenledning er koblet til gass-tilførselsledningen til metanolsyntesereaktoren. Herved blir det mulig både å bedre stoffutbyttet betydelig og også å avlaste luftseparasjonsanlegget foran kullforgasseren.

Ved en særlig gunstig alternativ realisasjonsform for oppfinnelsen kan et anlegg til produksjon av vinylacetat tjene som ytterligere delanlegg. Også i dette tilfelle vil det være mulig å utnytte de ikke fullstendig omsatte synteseavgasser fra den forankoblede metanolsyntese som drives med ikke støkiometrisk sammensatt rengass. Produksjonen av vinylacetat i tilslutning til metanolgjennomløpsyntesen er derfor særlig hensiktsmessig fordi disse avgasser fra metanolgjennom-løpssyntesen har omtrent den sammensetning som behøves for vinylacetatsyntesen. Herved blir det mulig å spare det gass-separasjonsanlegg som ellers hensiktsmessig benyttes ved eddiksyreproduksjonen. Videre kan man også her gi avkall på komponenter som ellers ville behøves ved manglende mulighet for forbrenning av synteseavgassene. Således muliggjøres på denne måte en billig produksjon av kjemiråstoff som lar seg avsette med gevinst på markedet. I den forbindelse bidrar det således produserte kjemiråstoff også til å drive kullforgasseren med nominell last selv i tilfellet av lav belastning.

Ytterligere enkeltheter ved oppfinnelsen vil bli belyst ved to utførelseseksempler som er vist på tegningen.

Fig. 1 viser et kraftverk utført i samsvar med oppfinnelsen og forsynt med et tilkoblet anlegg til produksjon av metanol og eddiksyre, og

fig. 2 viser et annet kraftverk ifølge oppfinnelsen forsynt med et tilkoblet anlegg til fremstilling av metanol og vinylacetat.

Fig. 1 viser skjematisk et kraftverk 1 som setter seg sammen av en gassturbinkraftverksdel 2, en dampkraftverksdel 3 og et anlegg 4 til fremstilling av kjemiråstoffer. Anlegget 4 til fremstilling av kjemiråstoffer omfatter en kullforgasser 5 med tilordnet luftseparasjonsanlegg 6, et varmeveksleranlegg 7 for rågassen etterkoblet kullforgasseren 5, et anlegg 8 til å fjerne støv fra gassen, et gassrenseanlegg 9, et metanolsynteseanlegg 10 med en metanolsyntesereaktor 11 og en metanolfraskiller 12 samt et eddiksyre-synteseanlegg 13 med en eddiksyrereaktor 14, en destillasjonskolonne 15 for de flytende reaksjonsrodukter og et vaskesystem 16 for de gassformede reaksjonsprodukter fra eddiksyrereaktoren. Dessuten er der til rengassledningen 18 som forlater rengassanlegget 9, koblet et gasseparasjonsanlegg 17. Avgassledningen 19 fra metanolfraskilleren 12, avgassledningen 20 fra vaskesystemet 16 for de gassformede reaksjonsprodukter fra eddiksyrereaktoren samt avgassledningen 21 for restgassene fra gasseparasjonsanlegget 17 er i fellesskap tilkoblet brennkammeret 22 i gassturbinkraftverksdelen 2.

Gassturbinen 23 i ..gassturbinkraftverksdelen 2 driver

både en luftkompressor 24 for forbrenningsluften og en generator 25. Til avgassledningen 26 fra gassturbinen er der koblet en avgangsvarmekjeie 27. Til avgangsvarmekjelens dampledning 28 er dampturbinen 29 i dampkraftverksdelen 3 koblet. Dampturbinen 29 består i utførelseseksempelet av en høytrykksdel 30 og en lavtrykksdel 31.. Den er sammenkoblet med en generator 32. Til dampturbinens lavtrykksdel slutter seg en kondensator 33, en kondensatpumpe 34, en fødevannsbeholder 35 og forskjellige fødevannspumper 36, 37.

Kullforgasseren 5 mates med nedmalt kull, oksygen fra

det forankoblede luftseparasjonsanlegg 6 såvel som prosessdamp. Den hete rågass som produseres i kullforgasseren, avgir først sin varme i varmeveksleranlegget 7. Med varmen blir der produsert damp som ledes som friskdamp til dampkraftverks-

delen 3. I støvfjerningsanlegget 8 som er tilsluttet varmeveksleranlegget, blir støvpartikler skilt fra rågassen, og derpå blir karbonmonoksyd og hydrogendisulfid skilt fra rågassen i gassrenseanlegget 9. Den rengass som forlater gassrenseanlegget, blir via rengassledningen 18 ledet både til metanolsynteseanlegget 10 og til gasseparasjonsanlegget 17.

I metanolsyntesereaktoren 11 blir rengassen delvis omsatt

til metanol. Omsetningen er ufullstendig også fordi forholdet mellom H~og CO i rengassen ligger i området 0,5-1 istedenfor på den støkiometriske verdi 2. For å bringe sammensetningen av rengassen som tilføres metanolsyntesereaktoren, nærmere det støkiometriske forhold som kreves for metanolsyntese-reaksjonen, er der til rengassledninen 18 som forlater gassrenseanlegget 9, koblet et gasseparasjonsanlegg 17. Det hydrogen som fraskilles i gasseparasjonsanlegget, blir via en tilbakeføringsledning 38 igjen tilblandet rengassen som strøm-mer til metanolsyntesereaktoren. Derved økes hydrogenandelen i rengassen. Det fører i sin tur til at en større andel av den tilbudte rengass-hydrogenblanding kan omdannes til metanol. Den nøyaktige sammensetning av gassblandingen som tilføres metanolsyntesereaktoren, kan styres med to reguleringsventiler innbygget i rengassledningen 18.

I tidsrom med svak belastning da der bare tas liten elektrisk energi fra kraftverket 1, er det mulig ved tilkobling av vannelektrolyseceller i tillegg å fremstille hydrogen og oksygen. Mens oksygenet kan tilføres kullforgasseren 5,

kan hydrogenet tilblandes rengassen i tillegg for dermed å oppnå en ytterligere tilnærmelse til det støkiometriske forhold som tilstrebes for metanolsyntesen.

Ved det viste anlegg 4 til fremstilling av kjemiråstoffer blir en del av den metanol som fraskilles i metanolfraskilleren 12, tilført eddiksyrereaktoren 14 sammen med en del av avgassene fra metanolsyntesen. For å omdanne den tidligere produserte metanol til eddiksyre behøver bare en forholdsvis liten mengde karbonmonoksyd å tilføres i tillegg til det karbonmonoksyd som inneholdes i avgassen fra metanolfraskilleren. Skal der produseres mest mulig eddiksyre, er det nok om en forholdsvis liten andel av rengassen ledes via gasseparasjonsanlegget 17 for fra gasseparasjonsanlegget å få det tilskudd av karbonmonoksydgass som ennå behøves ved eddiksyresyntesen. Den blir tilført eddiksyrereaktoren 14 via ledningen 40. Blir derimot en større andel av rengassen fra rengassledningen 18 ledet via gasseparasjonsanlegget 17, er det mulig å tilføre metanolsynteseanlegget 10 mer hydrogen og også å produsere mer metanol. Den mengde karbonmonoksyd som står til rådighet etter separasjonen og ikke bli forbrukt til omsetning av i det minste en del av metanolen til eddiksyre, kan derfor via avgassledningen 19 tilføres brennkammeret 22 for gassturbinen 23. På denne måte er det mulig innen visse grenser å avpasse forholdet mellom andelene til strømproduksjon og produksjon av kjemiråstoffer til den øyeblikkelige situasjon med hensyn til behov.

I destillasjonskolonnen 15 blir eddiksyren skilt fra

de øvrige flytende reaksjonsrodukter. I vaskesystemet 16

blir de gassformede reaksjonsprodukter opparbeidet. I den forbindelse blir ikke omsatt metanol ført tilbake til eddiksyrereaktoren 14. Avgassene fra vaskesystemet blir sammen med avgassene fra metanolsynteseanlegget 10 og restgassen fra gasseparasjonsanlegget 17 tilført brenneren 22 for gassturbinen 23. Der blir de forbrent sammen med luft levert av kompressoren 24. Denne mulighet for å forbrenne avgassene i gassturbinen fører til at man kan spare den konvertering som ellers anvendes ved metanol- og eddiksyreproduksjon. Dermed fås der heller ingen flytende residuer som vanskelig lar seg tilgodegjøre.

De hete avgasser fra gassturbinen 23 blir via avgassledningen 26 ledet til avgangsvarmekjelen 27. Deres avgitte varme blir anvendt til dampproduksjon. Den damp som frembringes i avgangsvarmekjelen 27 såvel som damp som frembringes i tillegg i varmeveksleranlegget 7, blir ledet til dampturbinen 29. Den prosessdamp som behøves som forgasningsdamp og som oppvarmingsdamp for enkelte trinn av fremstillingsprosessen, blir uttatt fra dampturbinen på de tilsvarende trykktrinn.

Fig. 2 viser et annet kraftverk 41, hvis gassturbin-kraf tverksdel 42 og damp-kraftverksdel 43 er maken til dem i utførelseseksempelet på fig. 1. Det anlegg 44 som sitter foran gassturbin-kraftverksdelen og tjener til fremstilling av kjemiråstoffer, avviker imidlertid til dels fra det i utførelseseksempelet på fig. 1. Også her er der tilordnet kullforgasseren 45 et luftseparasjonsanlegg 46, og rågassene blir etter tur ledet til et varmeveksleranlegg 47, et anlegg 48 til å fjerne støv fra gassene og et gassrenseanlegg 49.

Den rengass som strømmer fra gassrenseanlegget, blir ledet

til et gjennomløps-metanolsynteseanlegg 52 bestående av en metanolsyntesereaktor 50 og en metanolfraskiller 51. Metanolsynteseanlegget 52 etterfølges imidlertid av et anlegg 53

til produksjon av vinylacetat. Dettes restgasser og flytende residuer blir ledet til gassturbinkraftverksdelen 42 for å forbrennes.

Også her blir der i kullforgasseren 45 fremstilt rågass fra nedmalt kull ved hjelp av oksygen og prosessdamp. Rågassens varme blir i varmeveksleranlegget 47 utnyttet til produksjon av damp som etter valg kan anvendes som prosessdamp eller som matningsdamp for dampkraftverksdelen 43. I støvfjernings-anlegget 48 blir rågassen befridd for støvpartikler og også anriket med hydrogen. I gassrenseanlegget 49 fjernes hydrogen-disulfidgass og karbondioksyd. Den gjenværende rågass, som vesentlig består av hydrogen og karbonmonoksyd, blir her med uforandret sammensetning tilført gjennomløps-metanolsynteseanlegget 52. Siden forholdet H2:CO ligger i området 0,5-

1, altså ennå langt fra det støkiometriske forhold 2, er omsetningen til metanol ennå vesentlig mindre enn det kan ventes ved støkiometrisk sammensetning av rengassen. I den påfølgende metanolfraskiller 51 blir metanolen skilt fra avgassen fra metanolsyntesen. Avgassledningen 54 og metanol-utgangsledningen 55 fra metanolfraskilleren 51 er tilkoblet anlegget 53 til produksjon av vinylacetat.

Tilføyelsen av et anlegg til produksjon av vinylacetat til et metanolsynteseanlegg 52 som mates med rengass fra en kullforgasser, drar fordel av at det totale støkiometriske forhold f^rCO for produksjon av vinylacetat via metanol fra en utgangsgass inneholdende H~og CO utgjør 0,5 og derfor ligger nær rengassens sammensetning. Herved blir der innspart et gasseparasjonsanlegg til anriking av rengassen med hydrogen som ved eddiksyresyntesen. Den overskytende metanol står til rådighet som salgbart kjemiråstoff. Restgassene og flytende residuer fra anlegget 53 til produksjon av vinylacetat såvel som de ikke anvendte andeler av synteseavgassen fra metanolfraskilleren 51 kan ledes til gassturbin-kraftverksdelen 2 og forbrennes der. Deres kjemisk bundne energi går altså ikke tapt. Som følge av muligheten for å forbrenne synteseavgassen kan påkostningen til gassrensing reduseres like overfor kjente produksjonsmetoder. For der må også den for vinylacetatproduk-sjonen avgrenede rågasstrøm renses fullstendig for karbondioksyd og hydrogendisulfid. Vinylacetatet kan derfor likeledes fremstilles billigere og selges som kjemiråstoff likedan som metanolen.

Med dette kraftverksopplegg er det mulig innen visse grenser å tilpasse forholdet mellom produksjon av elektrisk energi og av vinylacetat etter den momentane behovsituasjon ved å endre den gassmengde som innmates i vinylacetatsyntesen.

Claims (9)

1. Kraftverk med et integrert kullforgasningsanlegg med et til forgasseren tilsluttet varmeveksler- og gassrenseanlegg, med en til varmeveksler- og gassrenseanlegget tilsluttet gassturbin- og dampkraftverkdel og med et metanolsynteseanlegg, hvor overskudd av syntesegass fra metanolsyntesen kan ledes til gassturbinkraftverksdelens brennkammer,karakterisert vedat den i metanolsynteseanlegget (10,52) dannede metanol såvel som også synteseavgass fra metanolsyntesen i hvert fall delvis kan ledes til et eddikksyresynteseanlegg (13), at avgassen fra dette eddikksyresynteseanlegg (13) kan ledes til brennkammeret (22) for gassturbinkraftverksdelen (2), og at det til gasstilførsels-ledningen (18) til metanolsyntesereaktoren (11) er koblet et gasseparasjonsanlegg (17), hvis hydrogenrike fraksjon kan tilblandes gasstrømmen til metanolsyntesereaktoren og hvis karbonmonoksidrike fraksjon kan ledes både til eddikksyrereak-toren (14) og til brennkammeret (22) i gassturbinkraftverks-turbindelen (2).

2. Kraftverk med et integrert kullforgassningsanlegg, med et til kullforgasseren tilsluttet varmeveksler- og gassrenseanlegg, med en til varmeveksler- og gassrenseanlegget tilsluttet gassturbin- og dampkraftverkdel og med et metanolsynteseanlegg, hvor overskudd av synteseavgass fra metanolsyntesen kan ledes til gassturbinkraftverkdelens brennkammer,karakterisert vedat den i metanolsynteseanlegget (10,52) dannede metanol såvel som også synteseavgassen fra metanolsyntesen i hvert fall delvis kan ledes til et.anlegg (53) for dannelse av vinylacetat og at avgassene fra dette anlegg (53) for dannelse av vinylacetat kan ledes til gass-turbinkraf tverkdelens (2,42) brennkammer (22).

3. Kraftverk som angitt i krav 1,karakterisert vedat metanolsynteseanlegget (10,52) arbeider uten resirkulasjon, dvs. er utformet uten resirkulasjonsledning og kretsløpkompressor.

4. Kraftverk som angitt i krav 1,karakterisert vedat der til metanolsyntesereaktoren (11) er tilordnet et hydrogenelektrolyseanlegg (39) hvis oksygenledning er koblet til kullforgasseren (5), og hvis hydrogenledning er koblet til gasstilførselsledningen (18) til metanolsyntesereaktoren (11).

5. Kraftverk som angitt i krav 1 eller 2,karakterisert vedat en metanolfraskiller (12,51) er etterkoblet metanolsyntesereaktoren (11,50).

6. Kraftverk som angitt i krav 1,karakterisert vedat der etter eddiksyrereaktoren (14) er koblet en destillasjonskolonne (15) for de flytende reaksjonsprodukter og et vaskesystem (16) for de gassformede reaksjonsprodukter.

7. Kraftverk som angitt i krav 1,karakterisert vedat den varme som tas fra rågassen fra kullforgasseren (5,45) i varmeveksler- og gassrenseanlegget (7,8,9,47,48,49), i det minste delvis tjener til dampproduksjon.

8. Kraftverk som angitt i krav 1 eller 2,karakterisert vedat den varme som blir fri i metanolsynteseanlegget (10,52) og i det ytterligere delanlegg (13,53) for den annen kjemiske fremstillingsprosess, i det minste delvis tjener til dampproduksjon.

9. Kraftverk som angitt i krav 2 eller 7,karakterisert vedat den damp som utvikles i varmeveksler- og gassrenseanlegget (7,8,9,47,48,49) og i de øvrige delanlegg (10,13,52,53), sammen med den damp som utvikles i gassturbinens avgangsvarmekjeie (27), alt etter kraftverkets (1,41) driftstilstand kan utnyttes i forskjellige andeler som driftsdamp for damp-kraftverksdelens (3,43) dampturbin og som prosessdamp for de kjemiske fremstillingspro-sesser.