Устройство и способ обессеривания природного газа
Изобретение относится к устройству и способу обессеривания природного газа. Устройство для обессеривания природного газа содержит: a) систему обессеривания высокосернистого газа, в которой, помимо обессеренного природного газа, образуется сероводородсодержащий кислый газ, b) систему извлечения из кислого газа, образованного в системе обессеривания, элементарной серы и сероводородсодержащего остаточного газа в качестве отходящего газа и c) установку для производства электроэнергии и гипса из остаточного газа или кислого газа или из смеси кислого газа и остаточного газа, при этом устройство дополнительно содержит c1) устройство для выработки электроэнергии, содержащее топочное устройство для сжигания остаточного газа или кислого газа или смеси остаточного газа и кислого газа, при этом энергия, выделяемая при сжигании, по меньшей мере частично используется для выработки электроэнергии, с2) систему обессеривания топочных газов для обессеривания содержащих оксид серы отходящих газообразных продуктов сгорания, выделяющихся при сжигании, путем образования гипса, d) газопроводную систему для подачи кислого газа из системы обессеривания в систему (для извлечения элементарной серы) и в установку для производства электроэнергии и гипса, а также для подачи остаточного газа из системы извлечения элементарной серы в установку для производства электроэнергии и гипса, причем d1) газопроводная система имеет газораспределительное устройство, которое в первом положении подает кислый газ исключительно в систему для извлечения элементарной серы, во втором положении подает кислый газ исключительно в установку для производства электроэнергии и гипса, а в распределительном положении подает первую часть кислого газа в систему для извлечения элементарной серы, а вторую часть кислого газа в установку для производства электроэнергии и гипса. Технический результат - снижение количества серы, образующейся во время обессеривания природного газа. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к устройству и способу обессеривания природного газа.
После добычи необработанного природного газа его сначала необходимо обработать, прежде чем его можно будет транспортировать на большие расстояния, например, по трубопроводам, и, наконец, использовать для получения энергии для потребителей. Добытый необработанный природный газ содержит сероводород, поэтому его также называют высокосернистым газом. Центральным этапом обработки природного газа является обессеривание путем удаления сероводорода из высокосернистого газа, например с использованием аминовой очистки. В то время как поток природного газа, очищенный от серы, поступает на дальнейшую переработку, поток сероводородсодержащего отходящего газа, называемого кислым газом, поступает в устройство для извлечения серы, например, в соответствии с процессом Клауса. Устройство для извлечения серы производит элементарную серу для использования в качестве сырья.
Вместе с тем, в мире имеются большие объемы серы, полученной таким способом или аналогичным способом, и поэтому трудно найти применение элементарной сере, полученной посредством обессеривания.
Настоящее изобретение имеет целью предложить устройство и способ, снижающие количество серы, образующейся во время обессеривания природного газа, и позволяющие получить дополнительные продукты в дополнение к элементарной сере или в качестве альтернативы ей.
Эта задача решена благодаря созданию устройства, характеризующегося признаками п. 1 формулы изобретения, и способа, характеризующегося признаками п. 8 формулы изобретения. Преимущественные варианты и модификации представлены в каждом из зависимых пунктов формулы изобретения.
Изобретение предлагает устройство для обессеривания природного газа, содержащее:
a) систему обессеривания высокосернистого газа, в которой, помимо обессеренного природного газа, образуется сероводородсодержащий кислый газ,
b) систему извлечения из кислого газа, образованного в системе обессеривания, элементарной серы и сероводородсодержащего остаточного газа, в качестве отходящего газа,
c) установку для производства электроэнергии и гипса из остаточного газа или кислого газа или из смеси кислого газа и остаточного газа,
d) газопроводную систему для подачи кислого газа из системы обессеривания в систему извлечения элементарной серы и в установку для производства электроэнергии и гипса, а также для подачи остаточного газа из системы извлечения элементарной серы в установку для производства электроэнергии и гипса, причем
d1) газопроводная система имеет газораспределительное устройство, которое в первом положении подает кислый газ исключительно в систему извлечения элементарной серы, во втором положении подает кислый газ исключительно в установку для производства электроэнергии и гипса, а в распределительном положении подает первую часть кислого газа в систему извлечения элементарной серы, а вторую часть кислого газа в установку для производства электроэнергии и гипса.
Согласно изобретению установка для производства электроэнергии и гипса содержит:
с1) устройство для выработки электроэнергии, содержащее топочное устройство для сжигания остаточного газа или кислого газа или смеси остаточного газа и кислого газа; при этом энергия, выделяемая при сжигании, по меньшей мере частично используется для выработки электроэнергии, и
с2) систему обессеривания топочных газов для обессеривания содержащих оксид серы отходящих газообразных продуктов сгорания, выделяющихся при сжигании, путем образования гипса.
В системе обессеривания природный газ обессеривают, например, с использованием аминового скруббера. Система извлечения элементарной серы из кислого газа системы обессеривания работает, например, с использованием процесса Клауса.
Газораспределительное устройство может быть спроектировано таким образом, чтобы в распределительном положении оно обеспечивала возможность регулирования количества кислого газа, которое подается в качестве первой части кислого газа в систему для извлечения элементарной серы, и количества кислого газа, которое подается в качестве второй части кислого газа в установку для производства электроэнергии и гипса. Иными словами, соотношение между первой частью и второй частью кислого газа можно регулировать с использованием газораспределительного устройства в распределительном положении.
Преимущества изобретения заключаются, в частности, в том, что содержание оксида серы в очищенном отходящем газе после обессеривания топочного газа дополнительно снижается благодаря предшествующей комбинации из процесса извлечения элементарной серы и процесса выработки электроэнергии посредством сжигания газа и таким образом, оказывается ниже, чем в остаточном газе. Кроме того, при реализации двух указанных вспомогательных способов извлечения серы и сжигания для выработки электроэнергии для оптимизации условий каждого может осуществляться регулирование соотношения смеси между остаточным газом и второй частью кислого газа, в частности, с предпочтительным содержанием сероводорода. Дополнительным преимуществом является прекращение выхода неиспользованных сероводородсодержащих газов, т.к. их энергия используется для выработки электроэнергии.
Еще одно важное преимущество состоит в том, что количество производимой элементарной серы снижается, поскольку серу теперь также накапливают в форме гипса. По сравнению с элементарной серой существует высокая потребность в гипсе для самых разных гипсовых изделий.
Температура горения в топочном устройстве предпочтительно составляет не менее 1000°С. Это имеет то преимущество, что при таких высоких температурах горения даже вредные сопутствующие вещества, такие как монооксид углерода, бензол и другие соединения серы, полностью сгорают с оборазованием диоксида углерода, оксида серы и воды и, таким образом, либо вовсе не присутствуют в отходящих топочных газах либо присутствуют в значительно уменьшенном количестве.
Согласно еще одному варианту реализации изобретения, топочное устройство устройства для выработки электроэнергии содержит парогенератор или представляет собой парогенератор, который является частью термодинамического контура паросилового процесса, который, в свою очередь, содержит паровую турбину, установленную за парогенератором, и конденсатор, установленный за паровой турбиной. Для выработки электроэнергии служит генератор, приводимый в действие паровой турбиной. В этом случае энергия, выделяемая при сжигании в топочном устройстве, по меньшей мере частично используется для выработки электроэнергии в том смысле, что высвобождаемая энергия первоначально по меньшей мере частично используется в парогенераторе для производства пара, а затем произведенный пар по меньшей мере частично поступает в паровую турбину, которая приводит в действие генератор для выработки электроэнергии. Пар также может быть по меньшей мере частично отведен и подан для использования в качестве источника тепла, например для нагрева или отопления.
Альтернативно или дополнительно устройство для выработки электроэнергии может также содержать газовую турбину и/или газовый двигатель. В этом случае для выработки электроэнергии служит генератор, приводимый в действие газовой турбиной и/или газовым двигателем.
Согласно еще одному варианту реализации изобретения предусмотрены:
- измерительный прибор для выявления состава и/или теплотворной способности газа перед сжиганием в топочном устройстве (остаточного газа или кислого газа или смеси остаточного газа и кислого газа),
- анализирующий аппарат для сравнения указанного выявленного состава с заданным составом или заданным диапазоном состава и/или для сравнения указанной выявленной теплотворной способности с заданной теплотворной способностью или заданным диапазоном теплотворной способности, и
- управляющее устройство и подающее устройство для подачи природного газа, при этом когда анализирующий аппарат выявляет отклонение от заданного состава и/или заданного диапазона состава или заданной теплотворной способности и/или заданного диапазона теплотворной способности, управляющее устройство устанавливает дополнительную долю природного газа, необходимую для корректировки, и перед сжиганием добавляет ее к газу через подающее устройство.
Это гарантирует, что состав сжигаемых газов является наиболее оптимальным для предполагаемого сжигания. В качестве альтернативы или дополнительно можно регулировать соотношение между остаточным газом и второй частью кислого газа, в частности, для того, чтобы адаптировать содержание сероводорода в газе, подаваемом в топочное устройство, например, с использованием газораспределительного устройства.
Например, заданный состав или заданный диапазон состава может включать следующие доли в мольных процентах:
Сероводород: от 3% до 70%, в частности от 40% до 60%, предпочтительно приблизительно 50%, и/или
Диоксид углерода: от 10% до 90%, в частности от 40% до 60%, предпочтительно приблизительно 50%.
Альтернативно или дополнительно заданная теплотворная способность или заданный диапазон теплотворной способности может составлять от 9 до 30 МДж/м3 (при стандартных условиях), в частности от 15 до 25 МДж/м3 (при стандартных условиях), предпочтительно приблизительно 20 МДж/м3 (при стандартных условиях).
Ввиду того, что отходящие газообразные продукты сгорания имеют очень высокое содержание оксида серы (в особенности, диоксида серы и триоксида серы) по сравнению с обычными отходящими газообразными продуктами сгорания, может быть целесообразно создать многоступенчатую систему обессеривания топочных газов, предпочтительно содержащую реактор с неподвижным слоем для отделения триоксида серы и золоуловитель (мокрый золоуловитель) для отделения диоксида серы.
Например, в многоступенчатой системе обессеривания топочных газов на одном этапе способа, предпочтительно на первом этапе способа, в реакторе с неподвижным слоем может быть выделен триоксид серы. На другом этапе способа в мокром золоуловителе может быть выделен диоксид серы. В реакторе с неподвижным слоем может использоваться известняк, например, имеющий размер зерна 4/6 мм. Например, для мокрой промывки может использоваться порошок известняка, имеющий следующий размер зерна: 90% ниже 0,063 мм.
Существенным преимуществом этой многоступенчатой системы обессеривания топочных газов является отделение триоксида серы. Через один только мокрый золоуловитель триоксид серы будет проходить практически без изменений, то есть без реактора с неподвижным слоем на одном из этапов способа триоксид серы достиг бы дымохода и образовал бы аэрозоль на выходе из дымовой трубы. В особенности в случае сжигания сероводородсодержащих отходящих газов в результате обессеривания высокосернистого газа в соответствии с изобретением, доля триоксида серы является относительно высокой, и поэтому многоступенчатая система обессеривания топочных газов, содержащая реактор с неподвижным слоем для отделения триоксида серы, имеет особое значение.
Используя устройство согласно изобретению, можно выделить из кислого газа более 99,9% оксидов серы или оставшаяся доля оксидов серы составляет менее 100 мг/м3 (при стандартных условиях).
Согласно еще одному варианту реализации изобретения, установка для производства электроэнергии и гипса содержит гипсовый цех, в котором гипс, полученный в процессе обессеривания топочных газов, используется для производства гипсовых изделий, в частности гипсокартонных панелей и/или готовых гипсовых штукатурных смесей.
Вышеуказанный гипсовый цех может быть организован таким образом, что он полностью или частично удовлетворяет свои потребности в электроэнергии от устройства для выработки электроэнергии. Гипсовый цех может также быть организован таким образом, что он полностью или частично удовлетворяет свои потребности в тепле от газообразных продуктов сгорания, образующихся при сжигании газов в топочном устройстве и/или в процессе выработки электроэнергии, в частности в термодинамическом контуре паросилового процесса. Если предполагается полностью или частично удовлетворять потребности в тепле с использованием паросилового процесса, это может быть сделано путем подачи пара непосредственно в гипсовый цех для отопления или нагрева целей посредством отвода. Например, пар может быть использован для подачи тепла в сушильное и/или обжиговое устройство гипсового цеха. Существенное преимущество здесь в том, что таким образом можно избежать выбросов углекислого газа в окружающую среду.
Способ обессеривания природного газа по настоящему изобретению использует устройство в соответствии с настоящим изобретением и включает следующие этапы:
а) обеспечение наличия природного газа в виде сероводородсодержащего высокосернистого газа;
б) обессеривание высокосернистого газа с использованием системы обессеривания, в которой, в дополнение к обессеренному природному газу, образуется сероводородсодержащий кислый газ;
c) установку газораспределительного устройства газопроводной системы в первое положение или во второе положение или в распределительное положение, при этом в первом положении кислый газ подают исключительно в систему для извлечения элементарной серы, во втором положении кислый газ подают исключительно в установку для производства электроэнергии и гипса, а в распределительном положении первую часть кислого газа подают в систему для извлечения элементарной серы, а вторую часть кислого газа подают в установку для производства электроэнергии и гипса;
d) производство электроэнергии и гипса из остаточного газа или кислого газа или из смеси кислого газа и остаточного газа с использованием установки для производства электроэнергии и гипса,
d1) причем остаточный газ или кислый газ или смесь остаточного газа и кислого газа подают в топочное устройство устройства для выработки электроэнергии и сжигают там, энергию, выделяемую при сжигании, по меньшей мере частично используют для выработки электроэнергии,
d2) содержащие оксид серы отходящие газообразные продукты сгорания, полученные при сжигании, поступают на обессеривание топочных газов с использованием системы обессеривания топочных газов, а
d3) при обессеривании топочных газов образуется гипс.
Преимущества способа согласно изобретению проистекают из преимуществ устройства согласно изобретению, описанного выше.
Сжигание на этапе d1) предпочтительно происходит при температуре сгорания по меньшей мере 1000°С.
Дополнительный вариант способа основан на устройстве, в котором топочное устройство для выработки электроэнергии содержит парогенератор или представляет собой парогенератор, который является частью термодинамического контура паросилового процесса, который, в свою очередь, содержит паровую турбину, установленную за парогенератором, и конденсатор, установленный за паровой турбиной. В этом способе энергия, выделенная при сжигании, по меньшей мере частично используется для выработки электроэнергии. Более конкретно, выделенную энергию первоначально по меньшей мере частично используют в парогенераторе для производства пара, а затем произведенный пар по меньшей мере частично поступает в паровую турбину, которая приводит в действие генератор для выработки электроэнергии. Пар также может быть по меньшей мере частично отведен и подан для использования в качестве источника тепла, например для нагрева или отопления.
Если устройство для выработки электроэнергии установки содержит газовую турбину и/или газовый двигатель, для выработки электроэнергии в соответствии со способом служит генератор, приводимый в действие газовой турбиной и/или газовым двигателем.
Согласно еще одному варианту реализации способа, перед сжиганием в топочном устройстве выявляют состав или теплотворную способность газа (остаточного газа или кислого газа или смеси остаточного газа и кислого газа), подаваемого в устройство для выработки электроэнергии на этапе d1). Выявленный состав сравнивают с заданным составом или заданным диапазоном состава и/или выявленную теплотворную способность сравнивают с заданной теплотворной способностью или с заданным диапазоном теплотворной способности. При наличии отклонения от заданного состава и/или заданного диапазона состава или заданной теплотворной способности и/или заданного диапазона теплотворной способности устанавливают дополнительную долю природного газа, необходимую для корректировки, и перед сжиганием добавляют ее к газу.
Например, заданный состав или заданный диапазон состава может включать следующие доли в мольных процентах:
Сероводород: от 3% до 70%, в частности от 40% до 60%, предпочтительно приблизительно 50%, и/или
Диоксид углерода: от 10% до 90%, в частности от 40% до 60%, предпочтительно приблизительно 50%.
Альтернативно или дополнительно заданная теплотворная способность или заданный диапазон теплотворной способности может составлять от 9 до 30 МДж/м3 (при стандартных условиях), в частности от 15 до 25 МДж/м3 (при стандартных условиях), предпочтительно приблизительно 20 МДж/м3 (при стандартных условиях).
Ввиду того, что отходящие газообразные продукты сгорания имеют очень высокое содержание оксида серы (в особенности, диоксида серы и триоксида серы) по сравнению с обычными отходящими газообразными продуктами сгорания, может быть целесообразно создать многоступенчатую систему обессеривания топочных газов, предпочтительно содержащую реактор с неподвижным слоем для отделения триоксида серы и золоуловитель (мокрый золоуловитель) для отделения диоксида серы. Примеры и пояснения, касающиеся системы обессеривания топочных газов как устройства, в равной степени относятся и к способу.
Согласно еще одному варианту реализации способа, гипс, произведенный в процессе обессеривания топочных газов, подают в гипсовый цех с целью получения гипсовых изделий, в частности, гипсокартонных панелей и/или готовых гипсовых штукатурных смесей.
Вышеуказанный гипсовый цех может быть полностью или частично обеспечен электроэнергией за счет электричества, произведенного на этапе d1). Гипсовый цех может также полностью или частично удовлетворять свои потребности в тепле от газообразных продуктов сгорания, образующихся при сжигании на этапе d1) и/или при выработке электроэнергии, в частности в термодинамическом контуре паросилового процесса.
Если предполагаются полностью или частично удовлетворять потребности в тепле из паросилового процесса, пар может быть отведен и подан в гипсовый цех для нагрева или отопления. Например, пар может быть использован для подачи тепла в сушильное и/или обжиговое устройство гипсового цеха. Существенное преимущество здесь в том, что таким образом можно избежать выбросов углекислого газа в окружающую среду.
Изобретение, его признаки и преимущества, более подробно пояснено ниже на основе описания вариантов его осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
На фиг.1 показан вариант устройства для обессеривания природного газа согласно изобретению.
На фиг.2 показан первый вариант установки для производства электроэнергии и гипса.
На фиг.3 показан второй вариант установки для производства электроэнергии и гипса.
На фиг.4 показан третий вариант установки для производства электроэнергии и гипса.
Соответствующие части и компоненты обозначены на чертежах одинаковыми номерами позиции.
На фиг.1 показан вариант осуществления устройства 100 для обессеривания природного газа согласно изобретению. Этот чертеж также иллюстрирует способ обессеривания природного газа согласно изобретению.
Устройство 100 содержит систему 102 обессеривания, в которую поступает добытый природный газ (необработанный газ) в виде сероводородсодержащего высокосернистого газа 101. Например, в системе 102 происходит аминовая очистка. Во время обессеривания высокосернистого газа 101 в системе 102 обессеривания образуются обессеренный природный газ 103 и сероводородсодержащий кислый газ 104. После дальнейшей обработки обессеренный природный газ 103 при необходимости может быть доставлен потребителям.
Устройство 100 дополнительно содержит систему 106 для извлечения элементарной серы 107, например, систему Клауса для проведения процесса Клауса. Кислый газ 104 может подаваться из системы 102 обессеривания в систему 106 через газопроводную систему 105, как более подробно описано ниже. Во время извлечения элементарной серы 107 в системе 106 в дополнение к элементарной сере 107 образуется сероводородсодержащий остаточный газ 108 в виде отходящего газа.
Установку 1 для выработки электроэнергии 24 и гипса 21 следует рассматривать как дополнительную часть устройства 100. Остаточный газ 108 или кислый газ 104, или смесь кислого газа 104 и остаточного газа 108 могут поступать в установку 1 через газопроводную систему 105. Установка 1 содержит устройство 4 для выработки электроэнергии, содержащее топочное устройство 6 для сжигания подаваемого газа, при этом энергия, выделяемая при сжигании, по меньшей мере частично используется для выработки электроэнергии. Кроме того, установка 1 содержит систему обессеривания топочных газов для обессеривания содержащих оксид серы отходящих газообразных продуктов 18 сгорания, выделяющихся при сжигании, путем образования гипса 21.
Вышеупомянутая газопроводная система 105 используется для подачи кислого газа 104 из системы 102 обессеривания в систему 106 для извлечения элементарной серы 107 и в установку 1 для производства электроэнергии 24 и гипса 21, а также для подачи остаточного газа 108 из системы 106 для извлечения элементарной серы 107 в установку 1 для производства электроэнергии 24 и гипса 21. Газопроводная система 105 имеет газораспределительное устройство 109, в первом положении подающее кислый газ исключительно в систему 106 для извлечения элементарной серы 107, во втором положении подающее кислый газ исключительно в установку 1 для производства электроэнергии 24 и гипса 21, а в распределительном положении подающее первую часть кислого газа 104 в систему 106 для извлечения элементарной серы 107, а вторую часть кислого газа 104 в установку 1 для производства электроэнергии 24 и гипса 21. Соотношение между первой и второй частями кислого газа 104 может быть отрегулировано в распределительном положении с использованием газораспределительного устройства 109.
На фиг.2-4 показаны три различных варианта установки 1 для производства электроэнергии и гипса. Таким образом, эти чертежи также иллюстрируют способ производства электроэнергии и гипса.
Во всех трех вариантах осуществления подача остаточного газа 108 и/или кислого газа 104 показана слева. Как указано выше, каждый газ может поступать в установку 1 по-отдельности или в виде смеси остаточного газа 108 и кислого газа 104 и, таким образом, быть использованным в способе производства электроэнергии и гипса.
Более конкретно, газ подают в устройство 4 для выработки электроэнергии и сжигают там, предпочтительно с подачей воздуха 5, при этом энергию, выделяемую при сжигании, по меньшей мере частично используют для выработки электроэнергии.
Во всех рассмотренных вариантах показано, что перед подачей в устройство 4 для выработки электроэнергии газ пропускают через газовый смеситель 17, предназначенный для получения газа 3, состав которого соответствует заданному составу и/или заданному диапазону состава и/или теплотворная способность которого соответствует заданной теплотворной способности и/или заданному диапазону теплотворной способности. Примеры такого заданного состава или заданного диапазона состава и такой заданной теплотворной способности или заданного диапазона теплотворной способности приведены выше в общем описании. Газовый смеситель 17 не является абсолютно необходимым для реализации изобретения.
Газовый смеситель 17 содержит измерительный прибор 12, с использованием которого выявляют состав и/или теплотворную способность поступающих сероводородсодержащих газов 3 (остаточного газа 108 или кислого газа 104 или смеси остаточного газа 108 и кислого газа 104). Газовый смеситель 17 дополнительно содержит анализирующий аппарат 13, который сравнивает выявленный состав с заданным составом или заданным диапазоном состава, или выявленную теплотворную способность с заданной теплотворной способностью или заданным диапазоном теплотворной способности.
Кроме того, газовый смеситель 17 содержит управляющее устройство 14 и подающее устройство 15 для подачи природного газа. Когда анализирующий аппарат 13 выявляет отклонение от заданного состава и/или заданного диапазона состава или заданной теплотворной способности и/или заданного диапазона теплотворной способности, управляющее устройство 14 устанавливает дополнительную долю природного газа, требуемую для корректировки, и взаимодействует с подающим устройством 15, так что установленная часть природного газа, необходимая для корректировки, перед сжиганием добавляется к газу 3 через подающее устройство 15 в качестве добавочного газа 16. В качестве альтернативы или дополнительно управляющее устройство может также адаптировать соотношение смеси между остаточным газом 108 и второй частью 109 кислого газа для корректировки, например, с использованием газораспределительного устройства 109.
Затем сероводородсодержащие газы 3, состав которых, возможно, был скорректирован, подают в устройство 4 для выработки электроэнергии. Устройство 4 для выработки электроэнергии в варианте осуществления согласно фиг.2 содержит термодинамический контур 11 паросилового процесса. Для этого устройство 4 для выработки электроэнергии содержит, в качестве топочного устройства 6, парогенератор, в который поступает газ 3. Сероводородсодержащие газы 3 сжигают в парогенераторе с подачей воздуха 5, предпочтительно при температуре сгорания по меньшей мере 1000°С. Выделенную энергию по меньшей мере частично используют в парогенераторе для выработки пара.
Устройство 4 для выработки электроэнергии дополнительно содержит паровую турбину 7. Пар 10, вырабатываемый парогенератором, поступает в паровую турбину 7. Паровая турбина 7, в свою очередь, соединена с генератором 8, который приводится в действие паровой турбиной 7, для выработки электроэнергии 24. Выработанная электроэнергия 24 может быть подана в общественную сеть 25 и/или предоставлена потребителям электроэнергии.
Устройство 4 для выработки электроэнергии дополнительно содержит конденсатор 9, расположенный за паровой турбиной 7, то есть после протекания через паровую турбину 7 пар 10 поступает в конденсатор 9. Конденсатор 9 предпочтительно реализован с воздушным охлаждением.
После конденсации в конденсаторе 9 конденсированная жидкость и/или пар, если он по-прежнему присутствует, поступает обратно в топочное устройство 6 (в данном случае парогенератор) и таким образом, термодинамический контур 11 паросилового процесса оказывается закрытым.
Возможен также вариант, согласно которому прерывают термодинамический контур 11 и используют тепловую энергию, все еще содержащуюся в паре после прохождения через паровую турбину 7, для других целей, например для отопления с использованием местных или районных систем отопления, в соответствии с традиционной технологией теплопередачи. В этом случае вода для компенсации должна подаваться в термодинамический контур 11 паросилового процесса устройства 4 для выработки электроэнергии перед парогенератором, т.е. есть этот процесс больше не проходит по контуру в прямом смысле этого слова. Этот вариант не показан на чертежах.
Когда сероводородсодержащие газы 3 сжигают в топочном устройстве 6 (в данном случае в парогенераторе), образуются газообразные продукты 18 сгорания. Их подают в систему 19 обессеривания топочных газов, очищают там и затем выпускают в виде очищенного отходящего газа 20, например, непосредственно в окружающую среду, но перед системой 19 или за ней возможны также дополнительные этапы очистки отходящих газов.
В связи с высоким содержанием сероводорода в исходных газах газообразные продукты 18 сгорания имеют очень высокую долю диоксида серы и триоксида серы по сравнению с отходящими газообразными продуктами сгорания известных систем. Соответственно, должна быть предусмотрена подходящая система 19 обессеривания топочных газов, например многоступенчатая система обессеривания топочного газа, предпочтительно содержащая реактор с неподвижным слоем для отделения триоксида серы и золоуловитель для отделения диоксида серы. Воду, требуемую для обессеривания топочных газов, можно получать из моря с использованием насосов для морской воды, если устройство расположено рядом с морем. После прохождения системы 19 обессеривания топочных газов очищенный отходящий газ 20 может быть выпущен в окружающую среду.
Во время обессеривания топочных газов с использованием системы 19 обессеривания топочных газов, производится гипс 21, который поступает в гипсовый цех 22 для производства гипсовых изделий 23. Так, например, в этом гипсовом цеху 22 производят с использованием гипса 21 гипсокартонные панели или готовые гипсовые штукатурные смеси.
Гипсовый цех 22 организован таким образом, что он полностью или частично удовлетворяет свои потребности в электроэнергии от электричества, выработанного устройством 4 для выработки электроэнергии, т.е. гипсовый цех 22 представляет собой один из вышеупомянутых потребителей электроэнергии, которому устройство 4 для выработки электроэнергии поставляет электроэнергию 24, выработанную при сжигании сероводородсодержащего отработанного воздуха.
Кроме того, гипсовый цех 22 полностью или частично удовлетворяет свои потребности в тепле благодаря отводу пара 26 из вышеописанного термодинамического контура 11 паросилового процесса устройства 4 для выработки электроэнергии извлечению из этого отведенной пары 26 тепловой энергии для нагрева. Например, отведенный пар 26 может быть использован таким образом для обжига гипса 21 и/или для сушки гипсокартона в гипсовом цехе 22.
После описанного использования в качестве источника тепла отведенный пар 26 может быть выпущен или использован каким-либо другим образом. В этом случае для компенсации отведенного пара в термодинамический контур 11 паросилового процесса устройства 4 для выработки электроэнергии необходимо подавать воду. Также отведенный пар 26 после использования в качестве источника тепла может быть подан обратно в термодинамический контур 11 паросилового процесса устройства 4 для выработки электроэнергии, так что этот контур по-прежнему останется по существу закрытым в отношении пара. Направление отведенного пара 26 после использования в качестве источника тепла далее и, при необходимости, подача воды в термодинамический контур 11 не проиллюстрированы на фиг.2.
Второй вариант осуществления в соответствии с фиг.3 и третий вариант осуществления в соответствии с фиг.4 соответствуют первому варианту осуществления в отношении подачи газа и газового смесителя 17, и таким образом следует учесть вышеприведенные пояснения, касающиеся фиг.2.
Тем не менее, описанные второй и третий вариант отличаются от первого варианта используемым устройством 4 для выработки электроэнергии. Во втором варианте устройство 4 для выработки электроэнергии вместо паросилового процесса содержит газовую турбину 27, а в третьем варианте газовый двигатель 28, и перед каждым из них установлен компрессор 31 для подачи газа 3. Сероводородсодержащие газы 3, состав которых, возможно, был скорректирован, подают в эту газовую турбину 27 или в этот газовый двигатель 28 и сжигают в газовой турбине 27 или в газовом двигателе 28 с подачей воздуха 5, предпочтительно при температуре сгорания по меньшей мере 1000°С. Газовая турбина 27 или газовый двигатель 28 соединена или соединен с генератором 8, который приводится в действие газовой турбиной 27 или газовым двигателем 28 для выработки электроэнергии 24. Как и в первом варианте осуществления согласно фиг.1, выработанная электроэнергия 24, в свою очередь, может быть подана в общую сеть 25 и/или быть предоставлена потребителям электроэнергии.
Когда сероводородсодержащие газы 3 сжигают в газовой турбине 27 или газовом двигателе 28, образуются газообразные продукты 18 сгорания. Прежде чем направить их далее в систему 19 обессеривания топочных газов их пропускают через теплообменник 29 для дальнейшего использования их энергии. В теплообменнике 29 из газообразных продуктов 18 сгорания получают тепловую энергию и подают в гипсовый цех 22 с использованием подходящего гидравлического контура 30, так что потребности гипсового цеха 22 в тепле могут быть полностью или частично удовлетворены. Таким образом, например, тепло, отбираемое от газообразных продуктов 18 сгорания, можно использовать для обжига гипса 21 и/или для сушки гипсовых плит в гипсовом цехе 22.
Все особенности дальнейшего направления газообразных продуктов 18 сгорания, системы 19 обессеривания топочных газов и гипсового цеха 22 соответствуют решению, уже рассмотренному в связи с первым вариантом осуществления в соответствии с фиг.2, и таким образом, в этом отношении следует обращаться к вышеприведенным пояснениям.
Список номерных обозначений
1 Установка для производства электроэнергии и гипса
3 Газ
4 Устройство 4 для выработки электроэнергии
5 Воздух
6 Топочное устройство
7 Паровая турбина
8 Генератор
9 Конденсатор
10 Пар
11 Термодинамический цикл паросилового процесса
12 Измерительный прибор
13 Анализирующий аппарат
14 Управляющее устройство
15 Подающее устройство
16 Добавочный природный газ
17 Газовый смеситель
18 Газообразные продукты сгорания
19 Система обессеривания топочных газов
20 Очищенный отходящий газ
21 Гипс
22 Гипсовый цех
23 Гипсовые изделия
24 Электричество
25 Общественная сеть
26 Пар, отведенный на тепло для гипсового цеха
27 Газовая турбина
28 Газовый двигатель
29 Теплообменник
30 Гидравлический контур
31 Компрессор
100 Устройство для обессеривания природного газа
101 Высокосернистый газ
102 Система обессеривания высокосернистого газа
103 Обессеренный природный газ
104 Кислый газ
105 Газопроводная система
106 Система извлечения элементарной серы 107 из кислого газа 104
107 Элементарная сера
108 Остаточный газ
109 Газораспределительное устройство.
1. Устройство (100) для обессеривания природного газа, содержащее:
a) систему обессеривания (102) высокосернистого газа (101), в которой, помимо обессеренного природного газа (103), образуется сероводородсодержащий кислый газ (104),
b) систему (106) извлечения из кислого газа (104), образованного в системе обессеривания (102), элементарной серы (107) и сероводородсодержащего остаточного газа (108) в качестве отходящего газа и
c) установку (1) для производства электроэнергии (24) и гипса (21) из остаточного газа (108) или кислого газа (104) или из смеси кислого газа (104) и остаточного газа (108), при этом устройство дополнительно содержит
c1) устройство для выработки электроэнергии (4), содержащее топочное устройство (6) для сжигания остаточного газа (108) или кислого газа (104) или смеси остаточного газа (108) и кислого газа (104), при этом энергия, выделяемая при сжигании, по меньшей мере частично используется для выработки электроэнергии,
с2) систему (19) обессеривания топочных газов для обессеривания содержащих оксид серы отходящих газообразных продуктов (18) сгорания, выделяющихся при сжигании, путем образования гипса (21),
d) газопроводную систему (105) для подачи кислого газа (104) из системы обессеривания (102) в систему (106) для извлечения элементарной серы (107) и в установку (1) для производства электроэнергии (24) и гипса (21), а также для подачи остаточного газа (108) из системы (106) извлечения элементарной серы (107) в установку (1) для производства электроэнергии (24) и гипса (21), причем
d1) газопроводная система (105) имеет газораспределительное устройство (109), которое в первом положении подает кислый газ исключительно в систему (106) для извлечения элементарной серы (107), во втором положении подает кислый газ исключительно в установку (1) для производства электроэнергии (24) и гипса (21), а в распределительном положении подает первую часть кислого газа (104) в систему (106) для извлечения элементарной серы (107), а вторую часть кислого газа (104) в установку (1) для производства электроэнергии (24) и гипса (21).
2. Устройство (100) по п. 1, в котором топочное устройство (6) устройства (4) для выработки электроэнергии содержит парогенератор или представляет собой парогенератор, который является частью термодинамического контура (11) паросилового процесса, который, в свою очередь, содержит паровую турбину (7), установленную за парогенератором, и конденсатор (9), установленный за паровой турбиной (7),
при этом для выработки электроэнергии служит генератор (8), приводимый в действие паровой турбиной (7).
3. Устройство (100) по п. 1 или 2, в котором устройство (4) для выработки электроэнергии содержит газовую турбину (27) и/или газовый двигатель (28), а
для выработки электроэнергии служит генератор (8), приводимый в действие газовой турбиной (27) и/или газовым двигателем (28).
4. Устройство (100) по любому из пп. 1-3, дополнительно содержащее
измерительный прибор (12) для выявления состава и/или теплотворной способности газа перед сжиганием в топочном устройстве (6),
анализирующий аппарат (13) для сравнения указанного выявленного состава с заданным составом или заданным диапазоном состава и/или для сравнения указанной выявленной теплотворной способности с заданной теплотворной способностью или заданным диапазоном теплотворной способности и
управляющее устройство (14) и подающее устройство (15) для подачи природного газа (16), при этом, когда анализирующий аппарат (13) выявляет отклонение от заданного состава и/или заданного диапазона состава или заданной теплотворной способности и/или заданного диапазона теплотворной способности, управляющее устройство (14) устанавливает дополнительную долю природного газа, необходимую для корректировки, и перед сжиганием добавляет ее к газу (3) с использованием подающего устройства (15).
5. Устройство (100) по п. 4, в котором заданный состав или заданный диапазон состава включает следующие доли в мольных процентах:
сероводород: от 3 до 70%, в частности от 40 до 60%, предпочтительно приблизительно 50%, и/или
диоксид углерода: от 10 до 90%, в частности от 40 до 60%, предпочтительно приблизительно 50%, и/или
заданная теплотворная способность или заданный диапазон теплотворной способности составляет от 9 до 30 МДж/м3 (при стандартных условиях), в частности от 15 до 25 МДж/м3 (при стандартных условиях), предпочтительно приблизительно 20 МДж/м3 (при стандартных условиях).
6. Устройство (100) по любому из пп. 1-5, в котором установка (1) для производства электричества (24) и гипса (21) содержит гипсовый цех (22), в котором гипс (21), полученный в процессе обессеривания топочных газов (19), используется для производства гипсовых изделий (23), в частности гипсокартонных панелей и/или готовых гипсовых штукатурных смесей.
7. Устройство (100) по п. 6, в котором гипсовый цех (22) полностью или частично удовлетворяет свои потребности в электроэнергии с использованием электроэнергии из устройства (4) для выработки электроэнергии и/или
гипсовый цех (22) полностью или частично удовлетворяет свои потребности в тепле с использованием газообразных продуктов (18) сгорания, образующихся при сжигании газов в топочном устройстве (6) и/или в процессе выработки электроэнергии, в частности, в термодинамическом контуре (11) паросилового процесса.
8. Способ обессеривания природного газа с использованием устройства по любому из предшествующих пунктов, включающий следующие этапы:
a) обеспечение наличия природного газа в виде сероводородсодержащего высокосернистого газа (101);
b) обессеривание высокосернистого газа (101) с использованием системы обессеривания (102), в которой, в дополнение к обессеренному природному газу (103), образуется сероводородсодержащий кислый газ (104);
c) установка газораспределительного устройства (109) газопроводной системы (105) в первое положение, или во второе положение, или в распределительное положение, при этом в первом положении кислый газ подают исключительно в систему (106) для извлечения элементарной серы (107), во втором положении кислый газ подают исключительно в установку (1) для производства электроэнергии (24) и гипса (21), а в распределительном положении первую часть кислого газа (104) подают в систему (106) для извлечения элементарной серы (107), а вторую часть кислого газа (104), подают в установку (1) для производства электроэнергии (24) и гипса (21);
d) производство электроэнергии (24) и гипса (21) из остаточного газа (108) или кислого газа (104) или из смеси кислого газа (104) и остаточного газа (108) с использованием установки (1) для производства электроэнергии (24) и гипса (21), причем
d1) остаточный газ (108) или кислый газ (104) или смесь остаточного газа (108) и кислого газа (104) подают в топочное устройство (6) устройства (4) для выработки электроэнергии и сжигают там, энергию, выделяемую при сжигании, по меньшей мере частично используют для выработки электроэнергии,
d2) содержащие оксид серы отходящие газообразные продукты (18) сгорания, полученные при сжигании, поступают на обессеривание топочных газов с использованием системы (19) обессеривания топочных газов, а
d3) при обессеривании топочных газов образуется гипс (21).
9. Способ по п. 8, в котором сжигание на этапе d1) происходит при температуре сгорания по меньшей мере 1000°С.
10. Способ по п. 8 или 9, в котором топочное устройство (6) устройства (4) для выработки электроэнергии содержит парогенератор или представляет собой парогенератор, который является частью термодинамического контура (11) паросилового процесса, который, в свою очередь, содержит паровую турбину (7) установленную за парогенератором, и конденсатор (9), установленный за паровой турбиной (7), при этом энергию, выделенную при сжигании, по меньшей мере частично используют для выработки электроэнергии, а именно выделенную энергию первоначально по меньшей мере частично используют в парогенераторе для производства пара, а произведенный пар по меньшей мере частично поступает в паровую турбину (7), которая приводит в действие генератор (8) для выработки электроэнергии.
11. Способ по любому из пп. 8-10, в котором
устройство (4) для выработки электроэнергии содержит газовую турбину (27) и/или газовый двигатель (28), а
для выработки электроэнергии служит генератор (8), приводимый в действие газовой турбиной (27) и/или газовым двигателем (28).
12. Способ по любому из пп. 8-11, в котором
перед сжиганием в топочном устройстве выявляют состав или теплотворную способность газа, подаваемого в устройство (4) для выработки электроэнергии на этапе d1),
выявленный состав сравнивают с заданным составом или заданным диапазоном состава и/или выявленную теплотворную способность сравнивают с заданной теплотворной способностью или с заданным диапазоном теплотворной способности,
а при наличии отклонения от заданного состава и/или заданного диапазона состава или заданной теплотворной способности и/или заданного диапазона теплотворной способности устанавливают дополнительную долю природного газа, необходимую для корректировки, и перед сжиганием добавляют ее к газу.
13. Способ по п. 12, в котором заданный состав или заданный диапазон состава включает следующие доли в мольных процентах:
сероводород: от 3 до 70%, в частности от 40 до 60%, предпочтительно приблизительно 50%, и/или
диоксид углерода: от 10 до 90%, в частности от 40 до 60%, предпочтительно приблизительно 50%, и/или
заданная теплотворная способность или заданный диапазон теплотворной способности составляет от 9 до 30 МДж/м3 (при стандартных условиях), в частности от 15 до 25 МДж/м3 (при стандартных условиях), предпочтительно приблизительно 20 МДж/м3 (при стандартных условиях).
14. Способ по любому из пп. 8-13, в котором гипс (21), произведенный при обессеривании топочных газов (19), поступает в гипсовый цех (22) для получения гипсовых изделий (23), в частности гипсокартонных панелей и/или готовых гипсовых штукатурных смесей.
15. Способ по п. 14, в котором гипсовый цех (22) полностью или частично удовлетворяет свои потребности в электроэнергии с использованием электроэнергии, произведенной на этапе d1), и/или
гипсовый цех (22) полностью или частично удовлетворяет свои потребности в тепле с использованием газообразных продуктов (18) сгорания, образующихся при сжигании газов на этапе d1) и/или в процессе выработки электроэнергии, в частности, в термодинамическом контуре (11) паросилового процесса.
