Способ выработки электроэнергии

Способ выработки электроэнергии

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу выработки электроэнергии, в котором сжигают поток синтез-газа, созданный в газогенераторе, для генерации теплоты, которую используют для выработки пара, и который, в свою очередь, используют в паровой турбине для выработки электроэнергии. В частности, настоящее изобретение относится к такому способу, в котором поток синтез-газа сжигают в бойлере, в котором для подачи кислорода, поддерживающего горение, используют мембрану, переносящую кислород, и в котором обеспечена очистка получаемых в результате этого дымовых газов для создания потока с высоким содержанием диоксида углерода для дальнейшего использования или для секвестрации.

Предпосылки создания изобретения

Во всем мире для выработки электричества используют электростанции, работающие на угле. Как правило, для генерации теплоты внутри бойлера для выработки пара производят сжигание угля либо в виде угольной пыли, либо в виде пульпы. Пар подают в паровую турбину для выработки электроэнергии.

В последнее время был проявлен интерес к улавливанию диоксида углерода от электростанций, использующих уголь и иное углеродосодержащее сырье, такое как, например, битум, тяжелая нефть, нефтяной кокс, биомасса или природный газ. Когда требуется улавливание диоксида углерода, то в качестве предпочтительного способа выработки электроэнергии предложен комбинированный цикл с внутрицикловой газификацией угля (IGCC). В способе IGCC газификация топлива создает синтез-газ, содержащий, в основном, водород, монооксид углерода и диоксид углерода с некоторым количеством метана и примесей, содержащих серу и хлориды. В типичном газогенераторе подаваемое углеродосодержащее сырье вступает в реакцию с паром и кислородом, в результате чего вырабатывается синтез-газ. Как правило, кислород подают в газогенератор из криогенной ректификационной установки, в которой выполняют фракционирование воздуха в дистилляционных колоннах при низких температурах для выработки кислорода.

В комбинированном цикле с внутрицикловой газификацией угля синтез-газ, выработанный в результате газификации, охлаждают до температуры, подходящей для его дальнейшей обработки в реакторе сдвига "вода-газ" для увеличения содержания водорода и диоксида углерода в синтез-газе. Реактор сдвига "вода-газ" также гидролизирует большую часть карбонилсульфида в сульфид водорода. Затем синтез-газ дополнительно охлаждают для разделения диоксида углерода и сульфида водорода в газоочистительной установке на основе растворителя, в которой используют физическую или химическую абсорбцию для отделения диоксида углерода, сульфидов водорода и карбонилсульфида от синтез-газа. Это позволяет производить улавливание и секвестрацию диоксида углерода, который присутствует в синтез-газе. Затем полученный в результате этого обогащенный водородом газ подают в газовую турбину, которая связана с электрическим генератором, для выработки электричества. Тепло регенерируют из охлаждения исходного потока синтез-газа, из охлаждения нагретого выпускного коллектора реактора сдвига "вода-газ" и из охлаждения отработанных газов из газовой турбины для выработки пара и для генерации дополнительной электроэнергии из паровой турбины.

Понятно, что комбинированный цикл с внутрицикловой газификацией угля имеет очень большое преимущество с экологической точки зрения, заключающееся в том, что для приведения в действие газовой турбины используют поток полностью сгорающего синтез-газа, в то время как диоксид углерода, созданный при газификации, одновременно может быть уловлен для использования в других производственных процессах, для повышения нефтеотдачи или для секвестрации. Недостатком такого цикла являются высокие энергозатраты, связанные с воздухоразделительными установками и с газоочистительными установками на основе растворителя. Кроме того, возврат тепловой энергии на нескольких стадиях, по существу, является неэффективным, поскольку такая регенерация тепла всегда влечет за собой потери, и в любом случае тепло регенерируют при низкой температуре. Наконец, использование газоочистительных установок на основе растворителя, реакторов сдвига "вода-газ" и газовых турбин является дорогостоящим предложением с учетом затрат на их приобретение.

Было предложено подавать кислород в процесс газификации с использованием мембран, переносящих кислород, вместо криогенной воздухоразделительной установки. В таких мембранах кислород отделяют от воздуха с использованием газонепроницаемой мембраны, выполненной из керамического материала, которая способна производить перенос ионов кислорода при повышенных температурах. Кислород ионизируется на одной поверхности мембраны путем добавления электронов для образования ионов кислорода. Под действием движущей силы, вызванной разностью парциальных давлений, ионы кислорода проходят через мембрану и либо взаимодействуют с топливом, либо рекомбинируют в атомарный кислород, высвобождая электроны, использованные при ионизации кислорода.

В тех случаях, когда материал мембраны представляет собой смешанный проводник, происходит перенос электронов через мембрану. В мембране, в которой используют ионный проводник, который способен проводить только ионы кислорода, перенос электронов производят с использованием внешней электрической схемы.

Также было рассмотрено использование систем с керамическими мембранами применительно к бойлерам для генерации пара, являющегося продукцией, который имеет ценность в качестве исходного вещества, подаваемого в нефтеперерабатывающий завод или в установку для парового реформинга метана, в отличие от комбинированного цикла, включающего в себя паровую турбину. В таких бойлерах сжигание топлива, такого как, например, природный газ, обеспечивают за счет кислорода, отделенного в системе, в которой используют мембрану. Поскольку такое сгорание создает дымовой газ с высоким содержанием диоксида углерода и воды, то выработка потока с высоким содержанием диоксида углерода может быть осуществлена путем удаления воды из дымового газа способом конденсации и последующего сжатия потока.

Пример исследования такого бойлера с улавливанием диоксида углерода изложен в документе, имеющем название "Cost and Feasibility Study on the Praxair Advanced Boiler for CO₂ Capture Project's Refinery Scenario", Switzer et al. 2005, который опубликован издательством "Elsevier". В этом документе раскрыт бойлер, в котором топливо и рециркулирующий дымовой газ проходят через корпус, имеющий парогенератор-рекуператор теплоты, предназначенный для теплообмена между ретентатом (оставшимися веществами, не прошедшими через мембрану), созданным системой, в которой используют мембрану, и подаваемой в бойлер водой, для выработки насыщенного пара. Затем смесь из топлива и дымового газа подают в систему, в которой используют мембрану, для сжигания и выработки дымового газа. С системой, в которой используют мембрану, связан другой парогенератор-рекуператор теплоты, предназначенный для перегрева насыщенного пара и для создания, тем самым, пара, являющегося продукцией. Из дымового газа регенерируют теплоту для предварительного нагрева воздуха и воды, подаваемой в бойлер. Другие конструкции котлов, которые содержат мембраны, переносящие кислород, и способны вырабатывать пар, являющийся продукцией, раскрыты в патентах США № 6394043; № 6382958 и № 6562104.

Как описано ниже, в настоящем изобретении предложен способ выработки электроэнергии, в котором создают поток синтез-газа путем газификации, затем его сжигают в мембране, переносящей кислород, для генерации теплоты и, в свою очередь, для выработки пара для паровой турбины. Станет очевидным, что способ из настоящего изобретения обеспечивает выработку электроэнергии более эффективным образом с точки зрения теплового КПД (коэффициента полезного действия), чем комбинированный цикл с внутрицикловой газификацией угля с улавливанием диоксида углерода, и не требует использования дорогостоящих газовых турбин, реакторов сдвига "вода-газ" и газоочистительных установок на основе растворителя для улавливания диоксида углерода.

Краткое изложение сущности изобретения

В настоящем изобретении предложен способ выработки электроэнергии, в котором в газогенераторе генерируют поток синтез-газа. Поток синтез-газа сжигают, в результате чего происходит выработка теплоты и дымового газа. Поток синтез-газа сжигают при повышенной температуре, и дымовой газ содержит диоксид углерода. Используемый здесь и в формуле изобретения термин "повышенная температура" означает температуру, которая является, по меньшей мере, на 50°F выше температуры конденсации потока синтез-газа. В этом отношении, при более низких температурах потребовалось бы избыточное топливо для его сжигания, и в любом случае необходимо избегать конденсации воды вследствие потенциально возможных механических проблем и проблем, связанных с коррозией, что является понятным для высококвалифицированных специалистов в данной области техники. Сжигание потока синтез-газа обеспечивают путем отделения кислорода из потока, содержащего кислород, в мембранной системе, переносящей кислород, которая является функционально связанной с бойлером. Пар вырабатывают в бойлере путем косвенного теплообмена с передачей теплоты в воду, подаваемую в бойлер. Энергию из пара извлекают посредством системы паровой турбины парового цикла, функционально связанной с бойлером, снабженным мембраной, переносящей кислород. Эту энергию преобразовывают в электрическую энергию посредством электрического генератора, связанного с системой паровой турбины. Затем поток дымового газа может быть подвергнут очистке для создания потока с высоким содержанием диоксида углерода.

Из приведенного выше описания настоящего изобретения очевидно следующее: поскольку поток синтез-газа сжигают при повышенной температуре, то способ из настоящего изобретения не обладает присущей ему тепловой неэффективностью, которая может иметь место в комбинированных циклах с внутрицикловой газификацией угля из известного уровня техники с улавливанием диоксида углерода. Эта тепловая неэффективность является следствием того факта, что диоксид углерода удаляют из синтез-газа в системе на основе растворителя, которая требует охлаждения синтез-газа до температур, близких к температуре окружающей среды, и подвода потребляемой энергии, необходимой для работы системы на основе растворителя. Также, как будет рассмотрено ниже, поток дымового газа может быть непосредственно очищен способом, более подробное описание которого приведено ниже, не включающим в себя использование газоочистительных установок на основе растворителя.

Преимущественно, в наиболее предпочтительном варианте осуществления изобретения перед сжиганием потока синтез-газа поток синтез-газа может быть увеличен в объеме в расширителе, имеющем, по меньшей мере, одну ступень расширения, а перед увеличением объема потока синтез-газа поток синтез-газа может быть подвергнут частичному окислению, по меньшей мере, в одной ступени частичного окисления. Частичное окисление действует таким образом, что окисляет летучее содержимое потока синтез-газа и дополнительно нагревает поток синтез-газа. Расширитель может быть связан с другим электрическим генератором для выработки дополнительной электроэнергии.

В предпочтительном варианте ступень частичного окисления сформирована посредством реактора с мембраной, переносящей кислород, который вырабатывает кислород для обеспечения окисления потока синтез-газа. В альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, одна ступень расширения и, по меньшей мере, одна ступень частичного окисления могут образовывать первую ступень частичного окисления, после которой следует первая ступень расширения, после первой ступени расширения следует вторая ступень частичного окисления, а затем после второй ступени частичного окисления следует вторая ступень расширения.

Сжигание потока синтез-газа в бойлере с мембраной, переносящей кислород, может быть неполным, что приводит к наличию частиц топлива в потоке дымового газа. В этом случае частицы топлива могут быть отделены от потока дымового газа и повторно использованы, по меньшей мере, в одной ступени частичного окисления. Другим видоизмененным вариантом является управление процессом таким образом, чтобы сгорание потока синтез-газа, обеспечиваемое путем отделения кислорода от потока, содержащего кислород, в мембранной системе, переносящей кислород, было неполным. В этом случае полное сгорание потока синтез-газа может быть обеспечено путем добавления потока, содержащего кислород. Преимущество таких вариантов осуществления изобретения состоит в сбережении количества использованного вещества из мембран, переносящих кислород, в мембранной системе, переносящей кислород.

Преимущественно, диоксид углерода может быть очищен путем охлаждения потока дымового газа для создания охлажденного потока дымового газа. После удаления диоксида серы поток дымового газа может быть сжат и затем осушен в сушилке для создания потока, содержащего диоксид углерода, который имеет степень чистоты не менее чем приблизительно 90% по объему. Поток, содержащий диоксид углерода, может быть дополнительно сжат для создания потока продукта, которым является диоксид углерода. Поток продукта, которым является диоксид углерода, имеет дополнительные известные области промышленного применения, такие как, например, повышение нефтеотдачи. В любом случае поток продукта, которым является диоксид углерода, может быть далее распределен по трубопроводу.

В тех случаях, когда сжигание потока синтез-газа приводит к наличию частиц топлива в потоке дымовых газов, частицы топлива могут быть отделены от потока дымовых газов после его осушения и перед дополнительным сжатием, а также может быть произведена их рециркуляция, по меньшей мере, в одну ступень частичного окисления.

Несмотря на существование множества различных газогенераторов и различного возможного исходного сырья, газогенератор может создавать поток синтез-газа посредством газификации угля, обеспечиваемой кислородом. В этом отношении, газификация угля может производиться в газогенераторе с подвижным слоем, в котором используют пар, выработанный паровым циклом. В любом варианте осуществления настоящего изобретения паровым циклом может являться ультрасверхкритический паровой цикл.

Газогенератором может являться газогенератор с газификацией в потоке. В этом случае поток синтез-газа охлаждается за счет косвенного теплообмена с нагретым потоком воды, подаваемой в бойлер, для создания потока пара. Затем поток пара может быть объединен с паром, выработанным в бойлере.

Краткое описание чертежей

Несмотря на то, что описание заканчивается формулой изобретения, отчетливо указывающей предмет изобретения, который Заявители расценивают как свое изобретение, полагают, что изобретение будет лучше понято при его рассмотрении совместно с сопроводительными чертежами, на которых изображено следующее:

на Фиг.1 изображена технологическая схема последовательности операций способа выработки электроэнергии согласно настоящему изобретению;

на Фиг.2 изображена схема бойлера, содержащего мембранную систему, переносящую кислород, объединенную с паровым циклом;

на Фиг.3 изображен альтернативный вариант осуществления изобретения, показанного на Фиг.1;

на Фиг.4 изображен местный вид альтернативного варианта осуществления изобретения, показанного на Фиг.3;

на Фиг. 5 изображен альтернативный вариант осуществления изобретения, показанного на Фиг. 3;

на Фиг. 6 изображен альтернативный вариант осуществления изобретения, показанного на Фиг. 3;

на Фиг. 7 изображен вариант осуществления очистительной установки, использованной на Фиг. 6; и

на Фиг. 8 изображен альтернативный вариант осуществления Фиг. 7.

Подробное описание

Со ссылкой на Фиг. 1, на ней проиллюстрировано устройство 1 из настоящего изобретения, предназначенное для выполнения способа согласно настоящему изобретению, в котором производят газификацию угля. Оно приведено просто в качестве примера, поскольку, как указано выше, исходным сырьем, подлежащим газификации, могут являться другие вещества, такие как, например, уголь, битум, тяжелая нефть, нефтяной кокс, биомасса или природный газ.

Согласно Фиг. 1, подготовленный подаваемый поток 10 угля газифицируют в газогенераторе 12 с добавлением газифицирующего реагента, такого как, например, поток 14 кислорода. Поток 14 кислорода создан путем криогенной ректификации воздуха в криогенной ректификационной установке 16. В некоторых газогенераторах, таких как, например, газогенераторы с подвижным слоем, в газогенератор также вводят пар высокого давления в качестве потока 91 пара, подлежащего рассмотрению.

Криогенная ректификационная установка 16 (установка для разделения воздуха, УРВ) состоит из компрессора, предназначенного для сжатия потока 17 воздуха, и очистительной установки, предназначенной для удаления загрязняющих веществ с более высокой температурой кипения, таких как, например, диоксид углерода, вода и углеводороды. Полученный в результате этого очищенный и сжатый поток затем охлаждают в главном теплообменнике относительно обратных потоков, состоящих из разделенных на фракции составных частей воздуха, а именно азота и кислорода. Кислород выпускают в виде потока 14 кислорода, а азот выпускают в виде потока 18 азота. При необходимости поток 14 кислорода может быть сжат до соответствующего давления для нагнетания в газогенератор 12.

В типичной криогенной ректификационной установке 16 воздух охлаждают в главном теплообменнике до температуры, подходящей для его ректификации, как правило, в двойной дистилляционной колонне, имеющей колонну высокого давления, которая функционально связана с колонной низкого давления конденсатором-испарителем. Колонна высокого давления обычно работает при абсолютном давлении приблизительно 5 бар для получения обогащенных азотом фракций, отбираемых с верха колонны, и обогащенных кислородом фракций, отбираемых с нижней части колонны. Обогащенные кислородом фракции, отбираемые с нижней части колонны, дополнительно очищают в колонне низкого давления, которая обычно работает при абсолютном давлении приблизительно 1,2 бара. Фракции, отбираемые с нижней части колонны более низкого давления, обогащены кислородом. Кислород испаряется при конденсации обогащенных азотом фракций, отбираемых с верха колонны, которые получены в колонне более высокого давления. Полученный в результате этого конденсат из колонны более высокого давления выпускают через клапан и используют для орошения колонны более низкого давления.

Возможны и другие альтернативные варианты генерации потока 14 кислорода. Например, реактор с мембраной, переносящей кислород, в котором сжатый воздух может быть частично сожжен в камере сгорания и введен в реактор с мембраной, переносящей кислород, для разделения кислорода способом, который является известным в данной области техники.

Газогенератор 12 содержит любую из многочисленных имеющихся на рынке технологий газификации. Например, в противоточном газогенераторе с "неподвижным" (или с подвижным) слоем текущий вниз слой углеродосодержащего топлива входит в контакт с продуктами газификации, сгенерированными паром и кислородом, поступающими снизу подвижного слоя. В конфигурации с противотоком продукты газификации текут относительно углеродосодержащего слоя. Во всех газогенераторах шлак или золу 13 удаляют. Например, в противоточном газогенераторе с неподвижным слоем номером позиции 13 обозначен шлак, подлежащий удалению. В газогенераторе с псевдоожиженным слоем происходит ожижение частиц топлива в результате введения кислорода и пара в нижней части слоя или вблизи нее. В газогенераторе с газификацией в потоке газификация измельченных в порошок сухих твердых веществ, таких как, например, угольная пыль или топливная суспензия, кислородом происходит в параллельном потоке.

В пределах газогенератора 12, известные реакции, включающие в себя реакцию угля и кислорода, создают поток 20 синтез-газа, который содержит водород, монооксид углерода, метан, диоксид углерода, пар, соединения серы и небольшие количества более высших углеводородов. Температура потока 20 синтез-газа зависит от типа используемого газогенератора. В газогенераторе с газификацией в потоке газогенератора 12 синтез-газ выходит из зоны газификации технологического процесса при температуре от приблизительно 1600°F до приблизительно 3500°F. Однако следует отметить, что в компоновке согласно настоящему изобретению могут использоваться другие типы газогенераторов и, по существу, стоит упомянуть, что в газогенераторах других типов поток синтез-газа вырабатывается в других диапазонах температур. Например, в газогенераторах с неподвижным слоем синтез-газ вырабатывают при температурах от приблизительно 900°F до приблизительно 1000°F.

Удаление твердых частиц из потока 20 синтез-газа может быть выполнено известными способами, которые включают в себя фильтр-циклон или фильтр-свечку 22. Фильтр-свечкой 22 могут являться керамические или металлические фильтр-свечки, используемые для удаления таких твердых частиц из потока 20 синтез-газа. В предпочтительном варианте фильтр-свечка 22 должен в любом случае работать при температуре приблизительно 700°F, а в наиболее предпочтительном варианте - при температуре выше 1000°F. Следует отметить, что фильтрация является необязательной, она обычно присутствует для защиты расширителя от эрозии. В некоторых газогенераторах производят рециркуляцию потока в его начало для улучшения превращения углерода.

Полученный в результате этого отфильтрованный поток 24 синтез-газа содержит синтез-газ, который затем посылают в бойлер 26 с мембраной, переносящей кислород. Несмотря на то, что отсутствует какой-либо конкретный предпочтительный бойлер с мембраной, переносящей кислород, в любом подобном устройстве отфильтрованный поток 24 синтез-газа вводят в мембранную систему 28, переносящую кислород, которая может содержать множество трубок, выполненных из керамического материала, который может представлять собой смешанный проводник или двухфазный проводник, такой как, например, проводник, описанный выше. Понятно, что в мембранной системе 28, переносящей кислород, могут быть использованы мембранные элементы, переносящие кислород, которые имеют иную форму, чем трубки, например плоские элементы, также известные в данной области техники. Газ, содержащий кислород, например воздух, вводят в трубки в качестве потока 30 воздуха с использованием нагнетательного вентилятора 32. Перед введением в трубки мембраны, переносящей кислород, поток 30 воздуха предварительно нагревают посредством теплообменника 34 регенерации отходящего тепла. Ионы кислорода проникают через мембрану и немедленно объединяются с отфильтрованным потоком 24 синтез-газа для обеспечения сжигания отфильтрованного потока 24 синтез-газа. Обедненный кислородом ретентат в виде потока 35 ретентата проходит через теплообменник 34 регенерации отходящего тепла для извлечения теплоты и выпуска.

В проиллюстрированном бойлере 26 с мембраной, переносящей кислород, сжигание отфильтрованного потока 24 синтез-газа обеспечивает движущую силу для отделения кислорода в мембранной системе 28, переносящей кислород. По существу, поток 30 воздуха сжат незначительно. Однако несмотря на то, что согласно настоящему изобретению имеется возможность включить в состав системы такой бойлер с мембраной, переносящей кислород, в котором действительно используют сжатие газа, содержащего кислород, такая интеграция не является предпочтительной вследствие потерь энергии при таком сжатии.

Температуру поверхности трубок мембраны, переносящей кислород (МПК), предпочтительно поддерживают в диапазоне от приблизительно 1600°F до приблизительно 2000°F во всем бойлере 26 с мембраной, переносящей кислород. Поток 36 дымовых газов выпускают из бойлера 26 с мембраной, переносящей кислород, при температуре, предпочтительно, от приблизительно 1600°F до приблизительно 2000°F. Он состоит, преимущественно, из воды и диоксида углерода с небольшими количествами азота, аргона и диоксида серы и, возможно, остаточного кислорода.

Теплоту, сгенерированную за счет сжигания, происходящего в бойлере 26 с мембраной, переносящей кислород, регенерируют посредством теплообменного контура, обозначенного ссылочной позицией 38, в котором вырабатывают и используют пар в паровом цикле (ПЦ), обозначенном как блок 40, который содержит систему паровой турбины для выработки мощности, которая может быть применена для приведения в действие электрического генератора 42. Существует множество паровых циклов, которые возможно использовать применительно к настоящему изобретению, и фактически проектирование парового цикла является обычным делом, которое часто выполняют посредством компьютерных программ, которые специально способны создавать такие проекты. Как описано ниже, предпочтительными являются ультрасверхкритические паровые циклы. Однако также возможны субкритические и сверхкритические паровые циклы. Кроме того, существует множество возможных вариантов конструкции бойлера 26 с мембраной, переносящей кислород. Упомянув это, в качестве примера приведено более подробное описание подходящей конструкции, которая может быть использована применительно к бойлеру 26 с мембраной, переносящей кислород, и соответствующего парового цикла 40, которые проиллюстрированы на Фиг. 2.

Теперь, с конкретной ссылкой на Фиг. 2, бойлер 26 с мембраной, переносящей кислород, основан на обычном серийно выпускаемом устройстве, которое было видоизменено описанным ниже способом. Бойлер 26 с мембраной, переносящей кислород, обычно состоит из излучающего участка 44, в котором преобладает лучистая теплопередача, и конвективного участка 46, в котором теплопередача совершается за счет конвективной теплопередачи. Бойлер 26 с мембраной, переносящей кислород, объединен с паровым циклом 40.

Излучающий участок 44 видоизменен таким образом, что он снабжен трубками 50 мембраны, переносящей кислород, которые формируют мембранную систему 28, переносящую кислород, бойлера 26 с мембраной, переносящей кислород. Трубки 50 мембраны, переносящей кислород, соединены параллельно для приема потока 30 воздуха и чередуются с группой паровых труб 52, 54, 56 и 58, образующих часть теплообменного контура 38 для выработки пара и для парового цикла 40. В проиллюстрированном варианте осуществления изобретения паровые трубы 52, 54, 56 и 58 соединены последовательно. Однако на практике они могут быть расположены в любом месте излучающего участка 44, в котором этот участок имеет одинаковую температуру. Хотя это специально не проиллюстрировано, каждая из паровых труб 52, 54, 56 и 58 может являться частью больших чередующихся наборов, в которых все паровые трубы набора, например паровые трубы 52, соединены параллельно. Кроме того, хотя это также не проиллюстрировано, насыщенный пар, созданный в паровых трубах 52, может быть собран в паровом коллекторе перед введением его в паровые трубы 54.

Что касается парового цикла 40, то предпочтительным и используемым здесь является ультрасверхкритический паровой цикл, и в формуле изобретения этот термин означает цикл, в котором используют пар при температуре, по меньшей мере, приблизительно 1000°F и при абсолютном давлении, по меньшей мере, 4000 фунтов на квадратный дюйм. В приведенном ниже описании парового цикла 40 использованы значения температуры и давления, применимые для рассмотренных ниже примеров 1 и 2.

В соответствии с паровым циклом 40, создают повышенное давление потока 60 воды, подаваемой в бойлер, путем нагнетания его насосом 62 и предварительного нагрева в предварительных нагревателях 64, 66, 68 и 70 и в теплообменниках 72 и 74 в конвективном участке 46 до температуры приблизительно 650°F и до абсолютного давления приблизительно 4366 фунтов на квадратный дюйм, которое было передано через потери трубопровода без повышения давления. Необходимо отметить, что рассматриваемые теплообменники 72, 74 и 109 и паровые трубы 52, 54, 56 и 58 образуют теплообменный контур 38 бойлера 26 с мембраной, переносящей кислород.

После этого поток 60 воды, подаваемой в бойлер, поступает в паровые трубы 52, которые действуют как парогенератор, а затем в паровые трубы 54 для перегрева выработанного пара для создания потока 76 пара при температуре приблизительно 1080°F и абсолютном давлении приблизительно 4050 фунтов на квадратный дюйм. Затем поток 76 пара вводят в паровую турбину 78 высокого давления (ТВД), где он расширяется до абсолютного давления, равного 1226 фунтов на квадратный дюйм. Приблизительно 2725 тысяч фунтов в час (343 килограмма в секунду (кг/с)) расширенного пара, который составляет приблизительно 90% от потока 76, в виде потока 80 проходит через паровые трубы 56, служащие промежуточным пароперегревателем, в которых поток 80 разогревается до температуры приблизительно 1111°F, для создания потока 82, имеющего абсолютное давление приблизительно 1170 фунтов на квадратный дюйм. Остальную часть 84 вводят в предварительный нагреватель 68.

Затем повторно нагретый поток 82 вводят в первичную турбину 86 среднего давления (ПТСД), расширяя его до абсолютного давления приблизительно 505 фунтов на квадратный дюйм и температуры приблизительно 822°F. Приблизительно 2328 тысяч фунтов в час (293 кг/с) этого пара в качестве потока 88, который составляет приблизительно 85% от потока 80, вводят в паровые трубы 58, которые служат в качестве второго промежуточного пароперегревателя, для создания повторно подогретого потока 90, имеющего температуру приблизительно 1111°F. Остальную часть расширенного пара вводят в качестве потока 92 в предварительный нагреватель 64.

Повторно нагретый поток 90 затем вводят в паровую турбину 94 среднего давления (ТСД). Затем поток 96 расширяется в турбине низкого давления 98 (ТНД) до абсолютного давления приблизительно 0,75 фунта на квадратный дюйм (5,2 кПа (килопаскаля)). Полученный в результате этого поток 100 затем подают в конденсационную установку 102, а затем нагнетают насосом 104 в группу нагревателей 106, 108, 109, 110 и 112 воды, подаваемой в бойлер, низкого давления для его нагрева до температуры приблизительно 210°F с использованием извлеченных потоков 114, 116, 118 и 120 пара, взятых из паровой турбины 94 среднего давления и турбины 98 низкого давления. Все извлеченные потоки объединяют, нагнетают до надлежащего давления насосом 105 и объединяют с потоком 100. Полученный в результате этого нагретый поток 122 питательной воды смешивают с потоком 124 питательной воды в деаэраторе 126 вместе с потоком 128 и с потоком 130, извлеченным из паровой турбины 94 среднего давления, и используют для удаления летучих газов из воды. Поток 128 состоит из потока 92, потока 84 и потока 132, извлеченного из первичной паровой турбины 86 среднего давления. Поток 60 из деаэратора 126 нагнетают насосом 62 до абсолютного давления приблизительно 4452 фунта на квадратный дюйм.

И вновь со ссылкой на Фиг. 1, поток 36 дымовых газов затем очищают сначала путем охлаждения в водяном охладителе 134 до температуры от приблизительно 160°F до приблизительно 300°F. Охлажденный поток 136 затем подают в газоочистительную установку 138, предназначенную для удаления серы из дымового газа, которая является хорошо известной в данной области техники и которая способна удалять свыше приблизительно 98% диоксида серы по объему. Газоочистительная установка 138, предназначенная для удаления серы из дымового газа, является известной системой, которая может быть получена от множества производителей, например от фирмы "Babcock & Wilcox Company, 20 S. Van Buren Avenue, г. Барбертон, штат Огайо, 44203-0351 США. Как правило, газоочистительная установка 138, предназначенная для удаления серы из дымового газа, обычно содержит три узла, а именно узел обработки известняка и подготовки реагента, в котором известняк принимают, хранят и измельчают в шаровой мельнице для приготовления водной суспензии. Вторым узлом является газоочиститель, в котором суспензию известняка водят в контакт с дымовым газом, которым в проиллюстрированном варианте осуществления изобретения является охлажденный поток 136 в режиме противотока в колонне газоочистителя с разбрызгивающим устройством. Это сопровождается обезвоживанием побочного продукта, при котором суспензию, стекшую из поглотителя установки для удаления серы из дымового газа, обезвоживают, а гипс отделяют и сохраняют. Полученный в результате этого частично очищенный поток 140 дымовых газов состоит, в основном, из диоксида углерода и приблизительно 10-15 мольных процентов воды с некоторым остаточным аргоном и азотом, кислородом и ничтожно малыми количествами диоксида серы.

Частично очищенный поток 140 дымовых газов затем сжимают в компрессоре 142 базовой нагрузки до абсолютного давления от приблизительно 300 фунтов на квадратный дюйм до приблизительно 500 фунтов на квадратный дюйм и затем производят его сушку в сушилке 148 для удаления влаги. Сушилка представляет собой систему с сушкой гликолем, которая является известной системой, обычно используемой для сушки природного газа. В предпочтительном варианте, хотя это не проиллюстрировано, перед таким сжатием частично очищенный поток 140 дымовых газов сначала охлаждают до температуры приблизительно 110°F и удаляют любой конденсат для сбережения энергии при сжатии. Также понятно, что компрессор 142 базовой нагрузки обычно представляет собой многоступенчатую систему сжатия, имеющую промежуточное охлаждение, с сепараторами для удаления дополнительной воды. Системы с сушкой гликолем могут быть получены из множества источников, в том числе от фирмы "NATCO Group Inc.", находящейся по адресу 2950 North Loop West, Suite 750, г. Хьюстон, штат Техас, 77092 США. В типичной системе с сушкой гликолем частично очищенный поток 140 дымовых газов после сжатия входит в контакт в режиме противотока с раствором гликоля в абсорбционной колонне. Осушенный газ выходит из верхней части абсорбционной колонны. Раствор гликоля, содержащий абсорбированную воду, подают в подсоединенную дистилляционную колонну. Подают тепло для отделения воды и обеспечивают циркуляцию восстановленного раствора гликоля назад в абсорбционную колонну с использованием насоса. Используют теплообменник для теплообмена между растворами гликоля, текущими между этими двумя колоннами. Удаление воды предотвращает образование угольной кислоты в продукте, представляющем собой диоксид углерода, которая может вызывать коррозию трубопроводов. Для этого уровень содержания воды обычно должен быть уменьшен до величины, меньшей чем приблизительно 600 промилле по объему.

Кроме того, уменьшение содержания воды предотвращает замораживание при дальнейшей обработке, например, в процессах низкотемпературной очистки. Хотя это не проиллюстрировано, предназначенная для этой цели сушилка может быть основана на адсорбции с использованием молекулярных сит. В этом случае сушилка может содержать систему сушилки с многослойными молекулярными ситами, в которой половина слоев обрабатывает подаваемый поток, подлежащий осушению, а другая половина подвергается регенерации. Часть продукта, которым является выработанный газ, используют в качестве регенерирующего газа, который нагревают до температуры приблизительно 450°F при помощи нагревателя для удаления влаги из слоев. После того, как слои освобождены от влаги, регенерационный газ при температуре, близкой к температуре окружающей среды, пропускают через слои для их охлаждения. Затем может быть произведена рециркуляция регенерационного газа в компрессор 142 базовой нагрузки, предназначенный для диоксида углерода, в надлежащей точке, расположенной выше по течению потока, чем последняя ступень, используемая для этой цели.

Затем осушенный поток 150 из сушилки 148 подают в дожимной компрессор 152 для создания потока 154 продукта, который может быть подан в трубопровод, или для повышения нефтеотдачи, или для секвестрации. Дожимной компрессор 152 представляет собой многоступ