DE3327367A1 - Medium-load power station with an integrated coal gasification plant - Google Patents
Medium-load power station with an integrated coal gasification plantInfo
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Abstract
Description
Mittellastkraftwerk mit einer integrierten Kohlever-Medium load power plant with an integrated coal supply
qasunqsãnlaae Die Erfindung bezieht sich auf ein Mittellastkraftwerk mit einer integrierten Kohlevergasungsanlage, mit einem an die Kohlevergasungsanlage angeschlossenen Gasturbinenkraftwerksteil, mit einem an die Rohgas-Wärmetauscheranlage der Kohlevergasungsanlage angeschlossenen Dampfkraftwerksteil und mit einer Methanolsyntheseanlage nach Patentanmeldung P 33 19 732.6.qasunqsãnlaae The invention relates to a medium load power plant with an integrated coal gasification plant, with one on the coal gasification plant connected gas turbine power plant part, with one connected to the raw gas heat exchanger system the steam power plant part connected to the coal gasification plant and with a methanol synthesis plant according to patent application P 33 19 732.6.
Die Hauptmeldung hat ein Mittellastkraftwerk zur Erzeugung von Strom und Methanol zum Gegenstand, bei dem ein kombiniertes Gasturbinen-Dampfkraftwerk und eine aus mehreren separat zuschaltbaren Modul aufgebaute Methanolsyntheseanlage über ein Reingasverteilungssystem an einer Kohlevergasungsanlage angeschlossen ist. Die Abwärme des Rohgases wird dem Dampfkraftwerksteil über eine Rohgas-Wärmetauscheranlage nutzbar zugeführt. Bei diesem Mittellastkraftwerk läßt sich die erzeugte elektrische Leistung rasch an den jeweiligen Leistungsbedarf des elektrischen Netzes anpassen, ohne daß ein weiterer teuerer Zweitbrennstoff bei Lastspitzen eingesetzt werden muß und ohne daß bei plötzlicher Lastverminderung oder gar bei störungsbedingtem Lastabwurf ein Brennstoffverlust in Kauf genommen werden muß. Stattdessen wird bei diesem Mittellastkraftwerk in Zeiten verminderten Bedarfs an elektrischer Leistung verstärkt Methanol erzeugt und werden Uberschüsse wie Mindermengen an Reingas durch die dem Reingasverteilungssystem zugeordnete Reingas-Durchström-Zwischenspeicheranlage aufgefangen.The main message has a medium-load power plant for generating electricity and methanol are the subject of a combined gas turbine-steam power plant and a methanol synthesis plant made up of several separately switchable modules is connected to a coal gasification plant via a clean gas distribution system. The waste heat from the raw gas is transferred to the steam power plant section via a raw gas heat exchanger system usable supplied. In this medium-load power plant, the generated electrical Quickly adapt power to the respective power requirements of the electrical network, without using another expensive secondary fuel at peak loads must and without that in the event of a sudden load reduction or even in the event of a malfunction Load shedding a loss of fuel must be accepted. Instead, at this medium-load power plant in times of reduced demand for electrical power Increased methanol is generated and excesses such as small quantities of clean gas are caused by the clean gas flow-through intermediate storage system assigned to the clean gas distribution system caught.
Daher kann die vergleichsweise trägere Kohlevergasungsanlage unabhängig von den jeweiligen Lastanforderungen des elektrischen Netzes mit konstanter Leistung weitergefahren werden. Weil das der Methanolsyntheseanlage zuströmende Reingas in seiner Zusammensetzung weit von dem für die Methanol synthese erforderlichen stöchiometrischem Verhältnis entfernt ist, muß in Zeiten verminderten Energiebedarfs, wenn das nicht vollständig umgesetzte Synthesegas nicht mehr in der Brennkammer der Gasturbine verbrannt werden kann, das in den Methanolsynthesereaktoren der einzelnen Module zurückgeführte Synthesegas mit Wasserstoff angereichert werden. Diese Wasserstoffanreicherung könnte durch externe Einspeisung von Wasserstoff erreicht werden.Therefore, the comparatively more sluggish coal gasification plant can operate independently of the respective load requirements of the electrical network with constant power be continued. Because the pure gas flowing into the methanol synthesis plant in its composition far from the stoichiometric required for the methanol synthesis Ratio is removed, must be in times of decreased energy needs, when that is not fully converted synthesis gas is no longer in the combustion chamber of the gas turbine can be incinerated in the methanol synthesis reactors of the individual modules recirculated synthesis gas can be enriched with hydrogen. This hydrogen enrichment could be achieved by external injection of hydrogen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg zu weisen, wie bei einem Mittellastkraftwerk der eingangs genannten Art der für die Wasserstoffanreicherung des Synthesegases der Methanolsyntheseanlage erforderliche Wasserstoff im Kraftwerk selbst in möglichst wirtschaftlicher Weise gewonnen werden kann.The invention is based on the object of showing a way how in the case of a medium-load power plant of the type mentioned at the beginning, that for hydrogen enrichment the synthesis gas of the methanol synthesis plant required hydrogen in the power plant can even be obtained in the most economical way possible.
Bei einem Mittellastkraftwerk der eingangs genannten Art ist daher erfindungsgemäß der Methanolsyntheseanlage zur Wasserstoffanreicherung ein an die Rohgaswärmetauscheranlage angeschlossener, aus Sättiger, Konvertierungsanlage, Kühler und nachgeschalteter Gasreinigungsanlage bestehender sogenannter "Kühler-Sättiger-Kreislauf" zugeordnet. In einem solchen Kühler-Sättiger-Kreislauf kann durch Anreicherung des Synthesegases mit Wasserdampf und anschließender Konvertierung des Synthesegas-Wasserdampfgemisches Wasserstoff und Kohlendioxyd erzeugt werden. Nach Abtrennen des Kohlendioxyds läßt sich das verbleibende mit Wasserstoff angereicherte Synthesegas wieder in die Methanolsyntheseanlage zurückleiten.In the case of a medium-load power plant of the type mentioned at the outset, therefore according to the invention the methanol synthesis plant for hydrogen enrichment a to the Raw gas heat exchanger system connected, consisting of saturator, conversion system, cooler and downstream gas cleaning system, the so-called "cooler-saturator circuit" assigned. In such a cooler-saturator cycle, the Synthesis gas with steam and subsequent conversion of the synthesis gas / steam mixture Hydrogen and carbon dioxide are generated. After separating the carbon dioxide leaves the remaining hydrogen-enriched synthesis gas is returned to the methanol synthesis plant redirect.
Alternativ läßt sich bei einem Mittellastkraftwerk der eingangs genannten Art der Methanolsyntheseanlage erfindungsgemäß eine Wasserelektrolyseanlage zuordnen, deren Wasserstoffleitung mit der Methanolsyntheseanlage verbunden und deren Sauerstoffleitung an den Kohlevergaser angeschlossen ist. Bei einer solchen Anlage kann der in Zeiten verminderten Strombedarfs überschüssig erzeugte elektrische Strom in der Wasserelektrolyseanlage zur Erzeugung von Wasserstoff- und Sauerstoffgas herangezogen werden. Während der Wasserstoff unmittelbar zur Anreicherung des Synthesegases der Methanolsyntheseanlage heranziehbar ist, läßt sich der gleichzeitig erzeugte Sauerstoff dem Kohlevergaser zuleiten.Alternatively, in the case of a medium-load power plant, the one mentioned at the outset can be used Assign a water electrolysis system to the type of methanol synthesis system according to the invention, whose hydrogen line is connected to the methanol synthesis plant and its oxygen line connected to the coal gasifier. With such a system, the Reduced electricity demand, excess electricity generated in the water electrolysis system can be used to generate hydrogen and oxygen gas. During the Hydrogen directly to enrich the synthesis gas of the methanol synthesis plant can be used, the oxygen generated at the same time can be used in the coal gasifier forward.
Er substituiert dort einen Teil des sonst von der Luftzerlegungsanlage gelieferten Sauerstoffs, so daß die Luftzerlegungsanlage in ihrer Leistung zurückgefahren und somit Energie eingespart werden kann.There it replaces part of what is otherwise from the air separation plant supplied oxygen, so that the air separation plant is reduced in its performance and thus energy can be saved.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand von zwei in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert: Fig. 1 ein Mittellastkraftwerk mit einer integrierten Kohlevergasungsanlage und einer der Methanolsyntheseanlage zugeordneten Wasserelektrolyseanlage in schematischer Darstellung, Fig. 2 ein anderes Mittellastkraftwerk mit einer integrierten Kohlevergasunganlage und einem der Methanolsyntehseanlage zugeordneten sogenannten "Kühler-Sättiger-Kreislauf" in schematischer Darstellung und Fig. 3 eine Variante für den Anschluß der Methanolsyntheseanlage der Fig. 2 an den sogenannten "Kühler-Sättiger-Kreislauf".Further details of the invention are based on two in the figures illustrated embodiments explained: Fig. 1 with a medium-load power plant an integrated coal gasification plant and one associated with the methanol synthesis plant Water electrolysis system in a schematic representation, Fig. 2 another medium-load power plant with an integrated coal gasification plant and one of the methanol synthesis plants associated so-called "cooler-saturator circuit" in a schematic representation and FIG. 3 shows a variant for the connection of the methanol synthesis plant of FIG. 2 to the so-called "cooler-saturator cycle".
In der Darstellung der Fig. 1 sind die übergeordneten Baugruppen des Mittellastkraftwerks 1 gestrichelt umrandet. Es sind dies eine Kohlevergasungsanlage 2, eine Rohgas-Wärmetauscheranlage 3, eine Gasreinigungsanlage 4, ein zentrales Reingasverteilungssystem 5 mit einer integrierten Druckhaltungs- und Speicheranlage (der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt), ein aus einem Gasturbinenkraftwerksteil 6 und einem Dampfkraftwerksteil 7 bestehendes Kombikraftwerk 8 und eine Methanolsyntheseanlage 9. Die Kohlevergasungsanlage 2 beinhaltet einen Kohlevergaser 10, eine Luftzerlegungsanlage 11, mindestens einen der Luftzerlegungsanlage vorgeschalteten Zusatzluftverdichter 12 und einen in der von der Luftzerlegungsanlage 11 zum Kohlevergaser 10 führenden Sauerstoffleitung 13 angeordneten weiteren Gasverdichter 14. Die im Gasstrom des Kohlevergasers 10 angeordnete Rohgas-Wärmetauscheranlage 3 beinhaltet einen ersten, der Erzeugung von Hochdruckdampf dienenden Wärmetauscher 15, einen zweiten Rohgas-Reingas-Wärmetauscher 16 und einen dritten, der Erzeugung von Niederdruckdampf dienenden Wärmetauscher 17. Schließlich ist in der Rohgas-Wärmetauscheranlage 3 noch ein Regel kühler 18 vorgesehen. Die der Rohgas-Wärmetauscheranlage nachgeschaltete Gasreinigungsanlage 4 beinhaltet einen Rohgaswäscher 19 sowie eine Schwefelwasserstoffabsorptions-und Schwefelgewinnungsanlage 20. An der die Schwefelwasserstoffabsorptions- und Schwefelgewinnungsanlage 20 verlassenden Reingasleitung 21 ist das Reingasverteilungssystem 5, die Methanolsyntheseanlage 9 und über den Rohgas-Reingas-Wärmetauscher 16 der Gasturbinenkraftwerksteil 6 angeschlossen.In the illustration of FIG. 1, the higher-level assemblies of the Medium-load power station 1 outlined by dashed lines. It is a coal gasification plant 2, a raw gas heat exchanger system 3, a gas cleaning system 4, a central one Clean gas distribution system 5 with an integrated pressure maintenance and storage system (not shown for the sake of clarity), one from a gas turbine power plant part 6 and a steam power plant part 7 existing combined cycle power plant 8 and a methanol synthesis plant 9. The coal gasification plant 2 includes a coal gasifier 10, an air separation plant 11, at least one additional air compressor connected upstream of the air separation plant 12 and one in the one leading from the air separation unit 11 to the coal gasifier 10 Oxygen line 13 arranged further gas compressor 14. The in the gas flow of the Coal gasifier 10 arranged raw gas heat exchanger system 3 includes a first, the generation of high-pressure steam serving heat exchanger 15, a second raw gas / pure gas heat exchanger 16 and a third heat exchanger used to generate low-pressure steam 17. Finally, there is a generally cooler 18 in the raw gas heat exchanger system 3 intended. The gas cleaning system downstream of the raw gas heat exchanger system 4 includes a raw gas scrubber 19 and a hydrogen sulfide absorption and Sulfur recovery plant 20. At the the hydrogen sulfide absorption and sulfur recovery plant 20 leaving clean gas line 21 is the clean gas distribution system 5, the methanol synthesis plant 9 and the gas turbine power plant part 6 is connected via the raw gas / clean gas heat exchanger 16.
Der Gasturbinen-Kraftwerksteil umfaßt eine Brennkammer 22, eine Gasturbine 23 und je einen von der Casturbine angetriebenen Generator 24 und Luftverdichter 25.The gas turbine power plant part comprises a combustion chamber 22, a gas turbine 23 and one generator 24 each and one air compressor driven by the Casturbine 25th
Die Abgasleitung 26 der Gasturbine 23 ist an einen Abhitzekessel 27 angeschlossen. Dessen Dampfleitung 28 ist mit dem Hochdruckteil 29 einer aus einem Hochdruckteil und Niederdruckteil 30 bestehenden Dampfturbine 31 verbunden. Mit der Dampfturbine 31 ist ein Generator 32 gekuppelt. Dem Niederdruckteil 30 der Dampfturbine 31 sind ein Kondensator 33, eine Kondensatpumpe 34, ein Speisewasserbehälter 35 sowie mehrere Speisewasserpumpen 36, 37, 38, 39 nachgeschaltet. An dem von der Gasturbine 23 angetriebenen Luftverdichter 25 ist sowohl die Brennkammer 22 der Gasturbine als auch die Luftzerlegungsanlage 11 der Kohlevergasungsanlage 2 angeschlossen. Der Kohlevergasungsanlage ist eine Wasserelektrolyseanlage 40 zugeordnet. Deren Sauerstoffleitung 41 ist parallel zur Sauerstoffleitung 13 der Luftzerlegungsanlage 11 an den Kohlevergaser 10 angeschlossen. Die Wasserstoffleitung 42 der Wasserelektrolyseanlage 40 ist über einen Gasverdichter 43 mit der Methanolsyntheseanlage 9 verbunden.The exhaust pipe 26 of the gas turbine 23 is connected to a waste heat boiler 27 connected. Its steam line 28 is one of a high pressure part 29 High pressure part and low pressure part 30 existing steam turbine 31 connected. With A generator 32 is coupled to the steam turbine 31. The low pressure part 30 of the steam turbine 31 are a condenser 33, a condensate pump 34, and a feed water tank 35 as well as several feed water pumps 36, 37, 38, 39 connected downstream. The one from the gas turbine 23 driven air compressor 25 is both the combustion chamber 22 of the gas turbine and the air separation plant 11 of the coal gasification plant 2 is connected. A water electrolysis system 40 is assigned to the coal gasification system. Whose Oxygen line 41 is parallel to oxygen line 13 of the air separation plant 11 connected to the coal gasifier 10. The hydrogen line 42 of the water electrolysis system 40 is connected to the methanol synthesis plant 9 via a gas compressor 43.
Beim Betrieb des Mittellastkraftwerks 1 wird die Luftzerlegungsanlage 11 sowohl durch den von der Gasturbine 23 angetriebenen Luftverdichter 25 als auch den Zusatz-Luftverdichter 12 mit Luft versorgt. Der Sauerstoff der Luftzerlegungsanlage wird über den Gasverdichter 14 in den Kohlevergaser 10 gedrückt. Im Kohlevergaser wird Kohle mit Sauerstoff und eingeleitetem Prozeßdampf zu Rohgas vergast. Das 800 bis 1600C heiße Rohgas gibt seine Wärme in der Wärmetauscheranlage 3 ab, wobei im ersten Wärmetauscher 15 Hochdruckdampf erzeugt wird Im zweiten Rohgas-Reingas-Wärmetauscher 16 wird das zur Brennkammer 22 des Gasturbinen-Kraftwerkteils 6 strömende Reingas vorgewärmt. Im dritten Wärmetauscher 17 wird Niederdruckdampf erzeugt, der dem Niederdruckteil 30 der Dampfturbine 31 zuleitbar oder auch als 35 Prozeßdampf verwertbar ist. Der Regelkühler 18 dient der definierten Temperierung des Rohgases vor Eintritt in den Rohgaswäscher 19. Die Druckhaltung, in der die Gasreinigungsanlage 4 verlassenen Reingasleitung 21 erfolgt, wie im Hauptpatent im einzelnen beschrieben worden ist, über das Reingas-Verteilungssystem 5 mit einer integrierten Reingas-Durchström-Zwischenspeicheranlage.When operating the medium-load power plant 1, the air separation plant 11 both by the air compressor 25 driven by the gas turbine 23 as well the auxiliary air compressor 12 is supplied with air. The oxygen in the air separation plant is pressed into the coal gasifier 10 via the gas compressor 14. In the coal gasifier coal is gasified with oxygen and introduced process steam to raw gas. The 800 Up to 1600C hot raw gas releases its heat in the heat exchanger system 3, with im first heat exchanger 15 high pressure steam is generated in the second raw gas / pure gas heat exchanger 16 is the pure gas flowing to the combustion chamber 22 of the gas turbine power plant part 6 preheated. In the third heat exchanger 17, low-pressure steam is generated, which is the low-pressure part 30 can be fed to the steam turbine 31 or can also be used as process steam. Of the Control cooler 18 is used defined temperature control of the raw gas before entering the raw gas scrubber 19. The pressure maintenance in which the gas cleaning system 4 left clean gas line 21 takes place, as described in detail in the main patent has been, via the clean gas distribution system 5 with an integrated clean gas flow-through intermediate storage system.
Die Methanolsyntheseanlage 9, die, wie das im Hauptpatent beschrieben worden ist, in mehrere separat zuschaltbare Module unterteilt ist, bleibt beim Betrieb des Mittellastkraftwerks 1 mit Nennlast zumindest mit einem Modul, das im Durchlaufbetrieb arbeitet, einge schaltet. In sogenannten Schwachlastzeiten, wenn weniger elektrische Leistung an das Netz abgegeben wird, wird zunächst der Gasturbinenkraftwerksteil 6 zurückgefahren.The methanol synthesis plant 9, as described in the main patent has been divided into several separately switchable modules, remains in operation of the medium load power plant 1 with nominal load at least with one module that is in continuous operation works, switched on. In so-called off-peak times, when less electrical Power is delivered to the network, the gas turbine power plant part is first 6 withdrawn.
Der Überschuß an Reingas wird durch Hochfahren der jeweils gerade in Betrieb befindlichen Module der Methanolsyntheseanlage 9 bzw. durch Zuschalten weiterer Module aufgefangen. So kann die Kohlevergasungsanlage 2 im optimalen Lastbereich weiter betrieben werden. Zugleich läßt sich die Wasserelektrolyseanlage mit einem Teil des überschüssig produzierten Stroms bei gleichzeitig zurückgenommener Leistung des Gasturbinenkraftwerksteils in Betrieb nehmen. Der dabei erzeugte Wasserstoff läßt sich über den Verdichter 43 in die Methanolsyntheseanlage 9 einspeisen. Hierdurch wird die Zusammensetzung des in der Methanolsyntheseanlage eingespeisten Reingases. bzw. des in der Methanolsyntheseanlage rezirkulierenden Synthesegases an das für die Methanolsynthese erforderliche stöchiometrische Verhältnis herangebracht.The excess of clean gas is reduced by starting the respective straight in operation modules of the methanol synthesis plant 9 or by switching on other modules. The coal gasification plant 2 can thus operate in the optimal load range continue to be operated. At the same time, the water electrolysis system can be operated with a Part of the surplus electricity produced with reduced power at the same time of the gas turbine power plant section. The hydrogen produced in the process can be fed into the methanol synthesis plant 9 via the compressor 43. Through this is the composition of the pure gas fed into the methanol synthesis plant. or the synthesis gas recirculating in the methanol synthesis plant to the for the methanol synthesis brought up the stoichiometric ratio required.
Der zugleich bei der Wasserelektrolyse anfallende Sauerstoff wird in den Kohlevergaser 10 eingeleitet. Er substituiert dort einen Teil des Sauerstoffs aus der Luftzerlegungsanlage 11. Das hat zur Folge, daß die Luft- zerlegungsanlage 11 in ihrer Leistung zurückgenommen werden kann. Bei dieser Lösung kann die in Zeiten verminderten Strombedarfs erzeugte Methanol menge durch Anpassung der Synthesegaszusammensetzung an das stöchiometrische Verhältnis durch den mit überschüssiger elektrischer Energie erzeugem Wasserstoff so gesteigert werden, daß die gesamte bei Nennlast des Kohlevergasers 10 erzeugte Reingasmenge, die nicht vom Gasturbinenkraftwerksteil 6 benötigt wird, bis auf die inerten Gasbestandteile vollständig in Methanol umgewandelt wird.The oxygen produced at the same time during the electrolysis of water becomes introduced into the coal gasifier 10. There it substitutes part of the oxygen from the air separation plant 11. This has the consequence that the air cutting plant 11 can be withdrawn in their performance. With this solution, the times Reduced electricity demand, the amount of methanol generated by adjusting the synthesis gas composition to the stoichiometric ratio due to the excess electrical energy generated hydrogen can be increased so that the entire at nominal load of the coal gasifier 10 generated amount of clean gas that is not required by the gas turbine power plant part 6, is completely converted into methanol except for the inert gas components.
Eine weitere Erhöhung der erzeugten Methanomenge wird erreicht, wenn zusätzlich kohlenwasserstoffhaltiges Gas aus einer externen Quelle (nicht dargestellt) zu Synthesegas gespalten und dieses Gas in die Methanolsyntheseanlage eingespeist wird. In diesem Fall läßt sich sogar beim Extremfall einer vollständigen Abtrennung des Mittellastkraftwerks 1 vom elektrischen Netz, dessen volle elektrische Leistung in die Wasserelektrolyseanlage 40 einspeisen. Weil bei dieser Betriebsweise des Mittellastkraftwerks nur eine geringe Menge des vom Kohlevergaser erzeugten Reingases für die Methanolsynthese verfügbar ist, steht dieser Wasserstoff nahezu vollständig für die Methanol synthese aus dem aus der externen Quelle eingespeisten kohlenwasserstoffhaltigen Gas zur Verfügung. So kann bei allen denkbaren Lastfällen unabhängig davon, ob das aus Gasturbinenteil 6 und Dampfkraftwerksteil 7 bestehende Kombikraftwerk 8 in Zeiten verminderten Strombedarfs mit Nennlast weiter betrieben wird oder ob dessen Leistung in solchen Zeiten zurückgenommen wird, die Kohlevergasungsanlage 2 mit Nennlast weiter betrieben und das überschüssig erzeugte Reingas oder/und gleichzeitig aus der Spaltung zusätzlichen kohlenwasserstoffhaltigen Gases gebildetes Synthesegas in Methanol umgewandelt werden.A further increase in the amount of methane generated is achieved if additional gas containing hydrocarbons from an external source (not shown) split into synthesis gas and this gas is fed into the methanol synthesis plant will. In this case, complete separation can be achieved even in the extreme case of the medium load power plant 1 from the electrical network, its full electrical power Feed into the water electrolysis system 40. Because with this mode of operation of the Medium load power plant only uses a small amount of the pure gas produced by the coal gasifier is available for methanol synthesis, this hydrogen is almost completely available for the methanol synthesis from the hydrocarbons fed in from the external source Gas available. In all conceivable load cases, regardless of whether the Combined power plant 8 consisting of gas turbine part 6 and steam power plant part 7 at times reduced power demand continues to operate at nominal load or whether its output is withdrawn in such times, the coal gasification plant 2 with nominal load continued to operate and the excess clean gas generated and / or off at the same time synthesis gas formed after the splitting of additional hydrocarbon-containing gas be converted into methanol.
Auch das Mittellastkraftwerk 44 des in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiels besteht aus einer Kohlevergasungsanlage 45, einer Rohgaswärmetauscheranlage 46, einer Gasreinigungsanlage 47, aus einem Gasturbinen-Kraftwerksteil und einem Dampfkraftwerksteil bestehenden Kombikraftwerk 48, einer Methanolsyntheseanlage 49 und einem zentralen Reingas-Verteilungssystem 50 mit einer parallel zur Reingasleitung 51 geschalteten Reingas-Durchströmzwischenspeicheranlage (der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt). Auch hier beinhaltet die Kohlevergasungsanlage 45 einen Kohlevergaser 52, eine Luftzerlegungsanlage 53, einen der Luftzerlegungsanlage vorgeschalteten Zusatzluftverdichter 54 und einen in der Sauerstoff leitung 55 zum Kohlevergaser angeordneten weiteren Gasverdichter 56. Auch die dem Gasstrom des Kohlevergasers 52 zugeordnete Rohgas-Wärmetauscheranlage 46 beinhaltet einen der Dampferzeugung dienenden Wärmetauscher 57, einen Rohgas-Reingaswärmetauscher 58, einen ebenfalls der Heißwassererzeugung dienenden Wärmetauscher 59 und einen Regel kühler 60. Auch die der Rohgas-Wärmetauscheranlage 46 nachgeschaltete Gasreinigungsanlage 47 beinhaltet einen Rohgaswäscher 61 und eine Schwefelwasserstoffabsorbtions- und Schwefelgewinnungsanlage 62.Also the medium-load power plant 44 of the embodiment shown in FIG. 2 consists of a coal gasification system 45, a raw gas heat exchanger system 46, a gas cleaning system 47, comprising a gas turbine power plant part and a steam power plant part existing combined power plant 48, a methanol synthesis plant 49 and a central one Clean gas distribution system 50 with a connected parallel to the clean gas line 51 Clean gas through-flow intermediate storage system (not shown for the sake of clarity). Here, too, the coal gasification system 45 includes a coal gasifier 52, an air separation system 53, an additional air compressor 54 connected upstream of the air separation plant and a in the oxygen line 55 to the coal gasifier arranged further gas compressor 56. Also the raw gas heat exchanger system assigned to the gas flow of the coal gasifier 52 46 contains a heat exchanger 57 serving to generate steam, a raw gas / clean gas heat exchanger 58, a heat exchanger 59, which is also used to generate hot water, and a Usually cooler 60. Also the gas cleaning system connected downstream of the raw gas heat exchanger system 46 47 includes a raw gas scrubber 61 and a hydrogen sulfide absorption and Sulfur recovery plant 62.
An der die Gasreinigungsanlage verlassenden Reingasleitung 51 ist, ähnlich wie im Ausführungsbeispiel der Figur 1, sowohl das zentrale Reingasverteilungssystem 50, die Methanolsyntheseanlage 49 und über den Reingas-Rohgas-Wärmetauscher 58 das Kombikraftwerk 48 angeschlossen. Letzteres ist genauso aufgebaut, wie das anhand des Ausführungsbeispiels der Figur 1 im einzelnen dargestellt worden ist.On the clean gas line 51 leaving the gas cleaning system, similar to the embodiment of Figure 1, both the central clean gas distribution system 50, the methanol synthesis plant 49 and via the clean gas / raw gas heat exchanger 58 that Combined power station 48 connected. The latter is structured in the same way as the one based on of the embodiment of Figure 1 has been shown in detail.
Abweichend vom Ausführungsbeispiel der Figur 1 ist an der Methanolsyntheseanlage 49 ein sogenannter Kühler Sättiger-Kreislauf" 63 angeschlossen. Dieser besteht aus einem Sättiger 64, einer Konvertierungsanlage 65, einem Wärmetauscher 66, einem Kühler 67 und einer Gasreinigungsanlage 68. Das im Kühler-Sättigungs-Kreislauf mit Wasserstoff angereicherte Synthesegas wird über eine Rezirkulationsleitung 69 in die Methanolsyntheseanlage 49 zurückgeführt und in die jeweils in Betrieb befindlichen Synthese-Reaktoren (der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt) der Methanolsyntheseanlage eingeleitet.In a departure from the exemplary embodiment in FIG. 1, the methanol synthesis plant is used 49 a so-called cooler saturator circuit "63 is connected. This consists of a saturator 64, a conversion system 65, a heat exchanger 66, a Cooler 67 and a gas cleaning system 68. That in the cooler-saturation circuit with Hydrogen-enriched synthesis gas is via a recirculation line 69 in the methanol synthesis plant 49 fed back and into the respectively in operation Synthesis reactors (not shown for the sake of clarity) of the methanol synthesis plant initiated.
Beim Betrieb des Mittellastkraftwerkes 44 wird in ähnlicher Weise, wie dies anhand des Ausführungsbeispiels der Fig. 1 bereits beschrieben worden ist, im Kohlevergaser 52 mit dem Sauerstoff der Luftzerlegungsanlage 53 und mit Wasserdampf Rohgas erzeugt. Dieses Rohgas wird in der nachgeschalteten Rohgas-Wärmetauscheranlage 46 abgekühlt und in der Gasreinigungsanlage 47 gereinigt. Mit dem so hergestellten Reingas wird über das Reingasverteilungssystem 50, den Rohgas-Reingas-Wärmetauscher 58 das aus einem Gasturbinenkraftwerksteil und einem Dampfkraftwerksteil bestehende Kombikraftwerk 48 betrieben. Dabei wird auch der im ersten Wärmetauscher 57 der Rohgas-Wärmetauscheranlage 46 erzeugte Hochdruckdampf in die Dampfturbine des Dampfkraftwerksteils eingespeist. Das in den gerade in Betrieb befindlichen Modulen der Methanolsyntheseanlage 49 teilweise umgesetzte Synthesegas wird in den Sättiger 64 geleitet und dort mittels heißem Wasser, welches dem dritten Wärmetauscher 59 der Rohgas-Wärmetauscheranlage 46 entnommen wird, mit Wasserdampf gesättigt. Das so erhaltene Mischgas wird in der nachgeschalteten Konvertierungsanlage 65 umgewandelt, wobei das Kohlenmonoxyd bei gleichzeitiger Spal- tung des Wassers zu Kohlendioxyd aufoxidiert wird. Das Abgas der Konvertierungsanlage 65 wird in einem ersten Wärmetauscher 66 gekühlt, wobei das in diesem Wärmetauscher aufgewärmte Kühlwasser zur weiteren Aufhiezung in den dritten Wärmetauscher 59 der Rohgas-Wärmetauscheranlage 46 eingespeist wird. Das so vorgekühlte Abgas der Konvertierungsanlage 65 wird in einem weiteren, an einen Kühlerkreislauf 70 angeschlossenen Kühler 67 nachgekühlt und in die Gasreinigungsanlage 68 eingeleitet. In dieser Gasreinigungsanlage wird das Kohlendioxyd ausgewaschen und das verbleibende mit Wasserstoff angereicherte Gas als Synthesegas über die Rezirkulationsleitung 69 wieder in die Methanolsyntheseanlage 49 zurückgeleitet. Hier wird es in einen der in Betrieb befindlichen Synthesereaktoren eingespeist.When operating the medium-load power plant 44, in a similar way, as has already been described with reference to the exemplary embodiment in FIG. 1, in the coal gasifier 52 with the oxygen from the air separation plant 53 and with water vapor Raw gas generated. This raw gas is used in the downstream raw gas heat exchanger system 46 cooled and cleaned in the gas cleaning system 47. With the one produced in this way Clean gas is supplied via the clean gas distribution system 50, the raw gas / clean gas heat exchanger 58 which consists of a gas turbine power plant part and a steam power plant part Combined power station 48 operated. The in the first heat exchanger 57 is also the Raw gas heat exchanger system 46 generated high pressure steam in the steam turbine of the steam power plant part fed in. That in the modules of the methanol synthesis plant that are currently in operation 49 partially converted synthesis gas is passed into the saturator 64 and there by means of hot water, which the third heat exchanger 59 of the raw gas heat exchanger system 46 is removed, saturated with water vapor. The mixed gas thus obtained is in the downstream conversion system 65 converted, with the carbon monoxide with simultaneous the water is oxidized to carbon dioxide will. The exhaust gas from the conversion system 65 is in a first heat exchanger 66 cooled, the cooling water heated in this heat exchanger for further heating is fed into the third heat exchanger 59 of the raw gas heat exchanger system 46. The so pre-cooled exhaust gas of the conversion system 65 is in a further, on a cooler circuit 70 connected cooler 67 after-cooled and in the gas cleaning system 68 initiated. The carbon dioxide is washed out in this gas cleaning system and the remaining hydrogen-enriched gas as synthesis gas via the Recirculation line 69 fed back into the methanol synthesis plant 49. Here it is fed into one of the synthesis reactors currently in operation.
Es wäre auch möglich, aus dem Abgas der Konvertierungsanlage in einer Gaszerlegungsanlage eine wasserstoffreiche Fraktion zu gewinnen. Ferner wäre es möglich, anstelle des den Synthesereaktoren der Methanolsyntheseanlage entströmende Synthesegases das erstmals in die Methanolsyntheseanlage einströmende Reingas über den Kühler-Sättigerkreislauf mit Wasserstoff anzureichern, so daß das stöchiometrische Verhältnis für die Methanolerzeugung erreicht wird. Dieses mit Wasserstoff angereicherte Synthesegas könnte dann in die Methanolsyntheseanlage eingespeist werden und dort so lange durch die einzelnen Synthesereaktoren rezirkulieren, bis es vollständig, d.h. bis auf die Innertgasreste zu Methanol umgesetzt ist. Die Schaltung der Methanolsyntheseanlage 71 für diese Art der Vorweganreicherung des Reingases mit Wasserstoff ist im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 dargestellt. Man erkennt hier, daß die Reingasleitung 72 zunächst in den sonst unveränderten Kühler-Sättiger-Kreislauf 73 eingespeist wird und erst das angereicherte und von Kohlendioxyd befreite Abgas der Konvertierungsanlage hinter der Gasreinigungsanlage über die Rezirkulationsleitung 74 in die Methanolsyntheseanlage 71 eingeleitet wird.It would also be possible to convert the exhaust gas from the conversion system into a Gas separation plant to win a hydrogen-rich fraction. Furthermore it would be possible instead of flowing out of the synthesis reactors of the methanol synthesis plant Syngas transfers the clean gas flowing into the methanol synthesis plant for the first time Enrich the cooler-saturator circuit with hydrogen, so that the stoichiometric Ratio for methanol production is achieved. This enriched with hydrogen Synthesis gas could then be fed into the methanol synthesis plant and there recirculate through the individual synthesis reactors until it is completely i.e. until the inert gas residues have been converted to methanol. The circuit of the methanol synthesis plant 71 for this type of preliminary enrichment of the pure gas with hydrogen is in the exemplary embodiment 3 shown. It can be seen here that the clean gas line 72 is initially in the otherwise unchanged Cooler-saturator circuit 73 fed and only the enriched and carbon dioxide-free exhaust gas from the conversion plant behind the gas cleaning system via the recirculation line 74 into the methanol synthesis system 71 is initiated.
Auch kann die Gasturbine zu Zeiten, in denen weniger Energie ins elektrische Netz eingespeist wird, heruntergefahren bzw. abgeschaltet werden und das nunmehr vermehrt verfügbare Reingas über die Methanolsyntheseanlage 49, 71 unter Anreicherung des Synthesegases mit Wasserstoff zu Methanol umgeformt werden. Dabei kann die nunmehr im dritten Wärmetauscher 58 der Rohgas-Wärmetauscheranlage 46 wegen des abgeschalteten Rohgas-Reingaswärmetauschers 58 vermehrt anfallende Wärme zur weiteren Aufsättigung des Reingases und unter Umständen zur zusätzlichen Spaltung von extern eingeführten kohlenwasserstoffhaltigem Gas genutzt werden. Durch die Erhöhung der Synthesegaserzeugung kann mehr Methanol erzeugt werden.Also, the gas turbine can be used at times when less energy is being used Network is fed in, shut down or switched off and that now Increased available clean gas via the methanol synthesis plant 49, 71 with enrichment of the synthesis gas can be converted into methanol with hydrogen. It can now in the third heat exchanger 58 of the raw gas heat exchanger system 46 because of the switched off Raw gas-clean gas heat exchanger 58, increased heat for further saturation of the pure gas and possibly for additional splitting from externally introduced hydrocarbon-containing gas can be used. By increasing the synthesis gas production more methanol can be produced.
12 Patentansprüche 3 Figuren Bezugszeichenliste Mittellastkraftwerk 1 44 Kohlevergasungsanlage 2 45 Rohgas-Wärmetauscheranlage 3 46 Gasreinigungsanlage 4 47 Reingasverteilungssystem 5 50 Gasturbinenkraftwerksteil 6 Dampfkraftwerksteil 7 Kombikraftwerk 8 48 Methanolsyntheseanlage 9 49 71 Kohlevergaser 10 52 Luftzerlegungsanlage 11 53 Zusatzluftverdichter 12 54 Sauerstoffleitung 13 55 Gasverdichter 14 56 Wärmetauscher 15 57 Rohgas-Reingas-Wärmetauscher 16 58 Wärmetauscher 17 59 Regelkühler 18 60 Rohgaswäscher 19 61 Schwefelwasserstoffabsorpions- und Schwefelgewinnungsanlage 20 62 Reingasleitung 21 51 72 Brennkammer 22 Gasturbine 23 Generator 24 Luftverdichter 25 Abgasleitung 26 Abhitzekessel 27 Dampfleitung 28 Hochdruckteil 29 Niederdruckteil 30 Dampfturbine 31 Generator 32 Kondensator 33 Kondensatpumpe 34 Speisewasserbehälter 35 Speisewasserpumpe 36, 37, 38, 39 Wasserelektrolyseanlage 40, Sauerstoffleitung 41 Wasserstoffleitung 42 Gasverdichter 43 Kühler-Sättiger-Kreislauf 63, 73 Sättiger 64 Konvertierungsanlage 65 Wärmetauscher 66 Kühler 67 Gasreinigungsanlage 68 Rezirkulationsleitung 69, 74 Kühlerkreislauf 7012 claims 3 figures List of reference symbols for medium-load power plant 1 44 Coal gasification system 2 45 Raw gas heat exchanger system 3 46 Gas cleaning system 4 47 Clean gas distribution system 5 50 Part of gas turbine power plant 6 Part of steam power plant 7 Combined power plant 8 48 Methanol synthesis plant 9 49 71 Coal gasifier 10 52 Air separation plant 11 53 Auxiliary air compressor 12 54 Oxygen line 13 55 Gas compressor 14 56 Heat exchanger 15 57 Raw gas / pure gas heat exchanger 16 58 Heat exchanger 17 59 Regulating cooler 18 60 Raw gas scrubber 19 61 Hydrogen sulfide absorption and sulfur recovery plant 20 62 Clean gas line 21 51 72 Combustion chamber 22 Gas turbine 23 Generator 24 Air compressor 25 Exhaust pipe 26 Waste heat boiler 27 Steam line 28 High pressure section 29 Low pressure section 30 Steam turbine 31 Generator 32 Condenser 33 Condensate pump 34 Feed water tank 35 feed water pump 36, 37, 38, 39 water electrolysis system 40, oxygen line 41 hydrogen line 42 gas compressor 43 cooler-saturator circuit 63, 73 saturator 64 Conversion system 65 Heat exchanger 66 Cooler 67 Gas cleaning system 68 Recirculation line 69, 74 cooler circuit 70
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