[go: up one dir, main page]

DK171830B1 - Fremgangsmåde til generering af elektrisk energi - Google Patents

Fremgangsmåde til generering af elektrisk energi Download PDF

Info

Publication number
DK171830B1
DK171830B1 DK007095A DK7095A DK171830B1 DK 171830 B1 DK171830 B1 DK 171830B1 DK 007095 A DK007095 A DK 007095A DK 7095 A DK7095 A DK 7095A DK 171830 B1 DK171830 B1 DK 171830B1
Authority
DK
Denmark
Prior art keywords
gas
hydrogen
stage
combustion
expansion
Prior art date
Application number
DK007095A
Other languages
English (en)
Other versions
DK7095A (da
Inventor
Poul Rudbeck
Kim Aasberg-Petersen
Susanne Laegsgaard Joergensen
Poul Erik Hoejlund Nielsen
Original Assignee
Topsoe Haldor As
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to DK007095A priority Critical patent/DK171830B1/da
Application filed by Topsoe Haldor As filed Critical Topsoe Haldor As
Priority to ES96100160T priority patent/ES2135116T3/es
Priority to DE69603094T priority patent/DE69603094T2/de
Priority to EP96100160A priority patent/EP0723068B1/en
Priority to AT96100160T priority patent/ATE181984T1/de
Priority to US08/587,581 priority patent/US5705916A/en
Priority to AU42061/96A priority patent/AU695795B2/en
Priority to RU96100851A priority patent/RU2147692C1/ru
Priority to JP00728896A priority patent/JP3816565B2/ja
Priority to NO960241A priority patent/NO307350B1/no
Priority to FI960267A priority patent/FI106738B/fi
Publication of DK7095A publication Critical patent/DK7095A/da
Application granted granted Critical
Publication of DK171830B1 publication Critical patent/DK171830B1/da

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/50—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification
    • C01B3/501—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by diffusion
    • C01B3/503—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by diffusion characterised by the membrane
    • C01B3/505—Membranes containing palladium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • C01B3/384—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts the catalyst being continuously externally heated
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/10—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with exhaust fluid of one cycle heating the fluid in another cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/20—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/003—Gas-turbine plants with heaters between turbine stages
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0233—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a steam reforming step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0405—Purification by membrane separation
    • C01B2203/041—In-situ membrane purification during hydrogen production
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0465—Composition of the impurity
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0465—Composition of the impurity
    • C01B2203/047—Composition of the impurity the impurity being carbon monoxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0465—Composition of the impurity
    • C01B2203/0475—Composition of the impurity the impurity being carbon dioxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0465—Composition of the impurity
    • C01B2203/048—Composition of the impurity the impurity being an organic compound
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0465—Composition of the impurity
    • C01B2203/0495—Composition of the impurity the impurity being water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/06—Integration with other chemical processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0811—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0811—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel
    • C01B2203/0822—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel the fuel containing hydrogen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0811—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel
    • C01B2203/0827—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel at least part of the fuel being a recycle stream
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041—Composition of the catalyst
    • C01B2203/1047—Group VIII metal catalysts
    • C01B2203/1052—Nickel or cobalt catalysts
    • C01B2203/1058—Nickel catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205—Composition of the feed
    • C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1235—Hydrocarbons
    • C01B2203/1241—Natural gas or methane
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/70—Application in combination with
    • F05D2220/75—Application in combination with equipment using fuel having a low calorific value, e.g. low BTU fuel, waste end, syngas, biomass fuel or flare gas
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10—Process efficiency

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Chemical Treatment Of Metals (AREA)
  • Purification Treatments By Anaerobic Or Anaerobic And Aerobic Bacteria Or Animals (AREA)
  • Diaphragms For Electromechanical Transducers (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Description

- 1 - DK 171830 B1
Den foreliggende opfindelse angår generering af elektrisk energi og nærmere bestemt forbedringer ved generering af elektrisk energi i en kemisk rekuperativ gasturbine cyklus.
5 Konventionelle kraftværker, der fyres med naturgas, er udstyret med luftkompressorer, højtryksforbrændingskammer og gasekspansionsenheder. Komprimeret luft fra kompressorerne og naturgas brændes i kamrene til en højtemperaturforbrændingsgas, som afspændes i ekspansionsenheder-10 ne. Ved afspændingen udvikles mekanisk energi i ekspansionsenheden, som via en aksel er forbundet til en rotationsgenerator. Den højeste cyklusvirkningsgrad, der idag opnås ved konventionelle gasturbinesystemer, er omkring 40%. Udviklingen indenfor gasdrevne turbinecyklusser er 15 derfor rettet mod opnåelse af højere virkningsgrader.
I den senere tid er der blevet foreslået forskellige gasturbinecyklusser med øget virkningsgrad ved rekupera-tion af gasturbineudstødningsgas, såsom kemisk rekuperation af værdifuld varme i udstødningsgassen.
20 Ved rekuperative gasturbinecyklusser omdannes følsom varme fra turbineudstødningsgas til supplerende forbrændingsvarme enten ved forvarmning af komprimeret luft før forbrændingen eller ved omsætning af naturgas til brændstof med højere brændværdi.
25 I kemiske rekuperative gasturbinecyklusser udnyttes varme fra turbineudstødningsgassen ved katalytisk dampreforming af naturgas. Naturgas, der hovedsagelig består af metan, dampreformes til en gasblanding af hydrogen og carbonoxider med en betydelig højere brandværdi end metan.
30 Den nødvendige varme til den endoterme dampreforming hentes ved en rekuperativ gasturbinecyklus fra varmen i turbineudstødningsgas. Gasturbinecyklusser af denne art, der er kendt på området, omfatter en totrinsforbrændingscyklus og en ekspansionscyklus. Dampreformet naturgas forbrændes i et 35 første trin med komprimeret luft fra en luftkompressor og - 2 - DK 171830 B1 ekspanderes i en første ekspander. Udstødningsgassen fra den første ekspander blandes yderligere med dampreformet gas og ekspanderes efter yderligere forbrænding i en efterfølgende ekspander.
5 Varm udstødningsgas fra denne ekspander indføres herefter i en varmevekslerdampreformer til udnyttelse af den i udstødningsgas indeholdte varme.
Selvom den ovenfor beskrevne kemiske rekuperative totrinsgasturbinecyklus har vist virkningsgrader på op til 10 50% kan disse yderligere forbedres når hydrogenfattig brandgas ved højtryk anvendes i et første forbrændingstrin og hydrogenrig brandgas ved et lavere tryk i et andet forbrændingstrin.
På basis af denne observation tilvejebringes ved 15 opfindelsen en forbedret fremgangsmåde til generering af elektrisk energi i en gasturbinecyklus, der omfatter et luftkomprimeringstrin, et første og andet gasforbrændings-trin og et første og andet gasekspansionstrin, hvorved der tilvejebringes mekanisk energi til generering af elektrisk 20 energi i en rotationselgenerator, hvilken fremgangsmåde er ejendommelig ved at man anvender i det første forbrændingstrin en hydrogenfattig brandgas ved højt tryk og luft fra luftkomprimeringstrinnet, fremstiller den hydrogenfattige brandgas under endoterm katalytisk dampreforming af 25 carbonhydridfødegas ved indirekte varmeveksling med varme fra varm udstødningsgas fra det andet ekspansionstrin; separerer hydrogenrig brandgas og den hydrogen-fattige brandgas under den katalytiske dampreforming af fødegassen; og 30 udfører det andet forbrændingstrin ved lavere tryk end det første forbrændingstrin med udstødningsgas fra det første ekspansionstrin og den hydrogenrige gas.
Dampreforming af carbonhydridholdig fødegas ved varmeveksling med varm gas og separation af hydrogen fra 35 gasblandinger er hver for sig kendte operationer. Varmevekslerreaktorer anvendes konventionelt i den petrokemiske - 3 - DK 171830 B1 industri til fremstilling af syntesegas og hydrogen. Sådanne reaktorer er almindeligvis udformet som bajonetrørreak-torer med et ydre rør som er lukket ved udløbet og et åbent indre rør. Et ringformigt rum, der dannes mellem væggene af 5 det indre og ydre rør, er fyldt med dampreformingkatalysa-tor, som står i indirekte varmekontakt med varm gas, der bestryger det ydre rørs væg og varm produktgas på det indre rørs væg.
Hydrogenseperation gennemføres generelt ved ab-10 sorption eller diffusionsmetoder, såsom molekylsisorption, palladium eller palladium-sølvmembrandiffusion ("Ullmans Encyklopådie der technischen Chemie", 3. udgave, bind 18, Side 521-522 og 527-528).
Som omtalt ovenfor, hidrører fordelene ved kemisk 15 rekuperativ gasturbinecykler hovedsagelig fra udnyttelse af den varme turbineudstødningsgas til fremstilling af brændsel med en højere brandværdi end fødegassen. Dette opnås ved at udnytte varme fra udstødningsgassen til damprefor-ming af fødegassen til en gas med højere brandværdi. Damp-20 reformingreaktionen er begrænset af nedenfor anførte kemi ske ligevægt med henblik på dannelsen af H2 og CO:
CnH* + nH20 ** nCO + ( m + 2n )H2 25 2
Ved reaktionen kan højere omdannelsesrater opnås når der fjernes H2 kontinuert fra det reagerende fødemateriale. Ligevægten vil herved flyttes mod dannelse mod H2 30 og CO.
Kontinuert separation af hydrogen under katalytisk dampreforming kan med fordel gennemføres i de kendte membranreaktorer med et fast leje af en dampreforming katalysator. Disse reaktorer er udstyret med en hydrogenpermeabel 35 metalmembran på en porøs keramisk bærer. Membranen er i form af et rør som er anbragt i katalysatorlejet. Under - 4 - DK 171830 B1 dampreformingen diffunderer produceret hydrogen gennem membranrøret og hydrogenberiget gas skyldes ud af røret med en skyllegas, almindeligvis damp. Idet hydrogen fjernes fra den reagerende gas i katalysatorlejet, udledes herfra en 5 hydrogenfattig gas.
Ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen sendes den hydrogenfattige gas fra katalysatorlejet til et forbrændingskammer i det første forbrændingstrin. Gassen forlader reaktoren ved højt tryk som er nødvendigt ved forbrændingen 10 med komprimeret luft i det første forbrændingstrin. Hydrogenrig gas udledes fra membranrøret ved lavere tryk end gassen fra katalysatorlejet. Gassen introduceres herefter i et forbrændingskammer i det andet forbrændingstrin. I det andet forbrændingstrin forbrændes den hydrogenrige gas med 15 ekspanderet udstødningsgas fra det første ekspansionstrin.
Forbrændingsgassen fra det andet forbrændingstrin ekspanderes til atmosfærisk eller en smule højere tryk i det andet ekspansionstrin. Mekanisk energi, der opnås under ekspansion af forbrændingsgassen i gasturbiner i det første 20 og det andet ekspansionstrin, omdannes til elektrisk energi i en rotationselgenerator, som er forbundet via en aksel til gasturbinerne.
Eksempel 1 25 Eksemplet er en beregningsmodel baseret på en kemisk rekuperativ gasturbinecyklus med hydrogenseparation under dampreforming af naturgas i en membrandampreform-ingreaktor ifølge en udførelsesform af opfindelsen.
Et principskema af beregningsmodellen er vist i 30 Fig. 1.
Gasturbinecyklussen, der anvendes i modellen, består af en membrandampreformingreaktor 2 med et katalysatorleje af en reformingkatalysator 4 og et palladium membranrør 6, et første forbrændingskammer 8 og et andet for-35 brændingskammer 10, en første kompressions- og ekspansions- - 5 - DK 171830 B1 enhed bestående af en luftkompressor 12, en første ekspander 14 og anden ekspander 16, som er forbundet til hinanden ved en aksel og til en rotationselgenerator 18. Naturgas sendes sammen med damp ved et tryk på 40 atm i 5 ledning 20 til reformingreaktor 2 og introduceres i katalysatorleje 4. Gassen dampreformes i katalysatorleje 4 ved kontakt med dampreformingkatalysatoren, som er i indirekte varmekontakt med varm udstødningsgas fra ekspander 16. Den varme udstødningsgas introduceres i reaktoren ved en tem-10 peratur på 765°C og udledes efter varmeveksling ved 636°C i ledning 24.
Under dampreforming af naturgassen diffunderer en del af den producerede hydrogen gennem membranrør 6, som beskrevet ovenfor, og hydrogenrig gas uddrives fra rør 6 15 med damp fra ledning 26. Den hydrogenrige gas har en sammensætning af 43,6 vol% H2 og 56,4 vol% H20 og sendes gennem ledning 28 ved 600°C og en strømningshastighed på 33407 Nm3/h til forbrændingskammer 10.
Hydrogenfattig gas med en sammensætning af 20 CH4 22,1 vol% H2 12,3 vol% CO 1,8 vol% C02 17,7 vol% 25 H20 45,9 vol% N2 0,2 VOl% udledes fra katalysatorleje 4 ved 600°C og sendes ved en strømningshastighed på 24943 Nm3/h i ledning 30 til for-30 brændingskammer 8. Gassen introduceres i forbrændingskammer 8 ved et tryk på 40 atm. og afbrændes med komprimeret luft 32. Varm forbrændingsgas afspændes i ekspander 14, hvorved der tilvejebringes rotationsenergi. Udstødningsgas 36 fra ekspander 14 brændes med den hydrogenrig gas i andet for-35 brændingskammer 10 ved et tryk på 11 atm. Udstødningsgassen fra kammer 10 afspændes i ekspander 16, hvorved tilveje- DK 171830 B1 - 6 - bringes yderligere rotationsenergi. Rotationsenergien, der opnås i ekspander 14 og 16, omformes til 56 MW elektrisk energi i rotationsgenerator 18. Energiindholdet i naturgas, der introduceres i cyklussen, var 100 MW, hvilket resul-5 terer i en cyklusvirkningsgrad på 56%.
Sasnnenl ignings eksempel I en lignende cyklus som i Eksemplet ovenfor erstattes membrandampreformingreaktoren med en reforming-10 reaktor uden hydrogenseparation. Naturgas med et energiindhold på 100 MW blev dampreformet til brandgas med en sammensætning af CH4 25,0 vol% 15 H2 18,3 vol% CO 0,7 vol% C02 5,0 vol% H20 50,8 vol% N2 0,2 vol% 20
Som i Eksempel 1 gennemførtes dampreformingen ved indirekte varmeveksling med varm udstødningsgas 22 med en temperatur på 702°C, som forlader reaktoren efter varmeveksling ved en temperatur på 641°C.
25 Brandgasstrømmen udledes fra reaktoren med en strømningshastighed på 33661 Nm3/h og ved en temperatur på 600°C og deles herefter i en første brandgasstrømmen med 67% brandværdi og en anden brandgasstrøm med 33% brandværdi beregnet på den samlede brandværdi i brandgasstrøm efter 30 dampreformingen. Brandgasstrømmene afbrændes og ekspanderedes på lignende måde som i Eksempel 1. Elektrisk energi, der opnås i sammenligningseksemplet, var 52 MW svarende til en virkningsgrad på 52%, som er 4% (abs.) lavere end virkningsgraden opnået i Eksemplet 1.
35

Claims (2)

1. Fremgangsmåde til generering af elektrisk energi i en gasturbinecyklus, der omfatter et luftkomprimeringstrin, 5 et første og andet gasforbrændingstrin og et første og andet gasekspansionstrin, hvorved der tilvejebringes mekanisk energi til generering af elektrisk energi i en rotationselgenerator, hvilken fremgangsmåde er ejendommelig ved at man anvender i det første forbrændingstrin en hydro-10 genfattig brandgas ved højt tryk og luft fra luftkomprimeringstrinnet, fremstiller den hydrogenfattige brandgas under endoterm katalytisk dampreforming af carbonhydrid-fødegas ved indirekte varmeveksling med varme fra varm udstødningsgas fra det andet ekspansionstrin; 15 separerer hydrogenrig brandgas og den hydrogen fattige brandgas under den katalytiske dampreforming af fødegassen; og udfører det andet forbrændingstrin ved lavere tryk end det første forbrændingstrin med udstødningsgas fra det 20 første ekspansionstrin og den hydrogenrige gas.
2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved at den hydrogenberigede gas separeres fra den hydrogenfattige brandgas ved hjælp af en hydrogenpermeable membran.
DK007095A 1995-01-20 1995-01-20 Fremgangsmåde til generering af elektrisk energi DK171830B1 (da)

Priority Applications (11)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DK007095A DK171830B1 (da) 1995-01-20 1995-01-20 Fremgangsmåde til generering af elektrisk energi
DE69603094T DE69603094T2 (de) 1995-01-20 1996-01-08 Verfahren zur Erzeugung elektrischer Leistung
EP96100160A EP0723068B1 (en) 1995-01-20 1996-01-08 Process for the generation of electrical power
AT96100160T ATE181984T1 (de) 1995-01-20 1996-01-08 Verfahren zur erzeugung elektrischer leistung
ES96100160T ES2135116T3 (es) 1995-01-20 1996-01-08 Procedimiento para la generacion de energia electrica.
US08/587,581 US5705916A (en) 1995-01-20 1996-01-17 Process for the generation of electrical power
AU42061/96A AU695795B2 (en) 1995-01-20 1996-01-18 Process for the generation of electrical power
RU96100851A RU2147692C1 (ru) 1995-01-20 1996-01-19 Способ выработки электроэнергии
JP00728896A JP3816565B2 (ja) 1995-01-20 1996-01-19 電力発生方法
NO960241A NO307350B1 (no) 1995-01-20 1996-01-19 FremgangsmÕte ved fremstilling av elektrisk kraft
FI960267A FI106738B (fi) 1995-01-20 1996-01-19 Menetelmä sähköenergian kehittämiseksi

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DK007095A DK171830B1 (da) 1995-01-20 1995-01-20 Fremgangsmåde til generering af elektrisk energi
DK7095 1995-01-20

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DK7095A DK7095A (da) 1996-07-21
DK171830B1 true DK171830B1 (da) 1997-06-23

Family

ID=8089401

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DK007095A DK171830B1 (da) 1995-01-20 1995-01-20 Fremgangsmåde til generering af elektrisk energi

Country Status (11)

Country Link
US (1) US5705916A (da)
EP (1) EP0723068B1 (da)
JP (1) JP3816565B2 (da)
AT (1) ATE181984T1 (da)
AU (1) AU695795B2 (da)
DE (1) DE69603094T2 (da)
DK (1) DK171830B1 (da)
ES (1) ES2135116T3 (da)
FI (1) FI106738B (da)
NO (1) NO307350B1 (da)
RU (1) RU2147692C1 (da)

Families Citing this family (54)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DK94695A (da) * 1995-08-23 1997-02-24 Haldor Topsoe As Fremgangsmåde til generering af elektrisk energi
DK146196A (da) * 1996-06-21 1997-12-22 Haldor Topsoe As Fremgangsmåde til fremstilling af syntesegas og elektrisk energi.
US6152995A (en) * 1999-03-22 2000-11-28 Idatech Llc Hydrogen-permeable metal membrane and method for producing the same
US6783741B2 (en) * 1996-10-30 2004-08-31 Idatech, Llc Fuel processing system
US6376113B1 (en) * 1998-11-12 2002-04-23 Idatech, Llc Integrated fuel cell system
US6547858B1 (en) 1999-03-22 2003-04-15 Idatech, Llc Hydrogen-permeable metal membrane and hydrogen purification assemblies containing the same
US6221117B1 (en) 1996-10-30 2001-04-24 Idatech, Llc Hydrogen producing fuel processing system
US7195663B2 (en) 1996-10-30 2007-03-27 Idatech, Llc Hydrogen purification membranes, components and fuel processing systems containing the same
US6537352B2 (en) 1996-10-30 2003-03-25 Idatech, Llc Hydrogen purification membranes, components and fuel processing systems containing the same
US5997594A (en) * 1996-10-30 1999-12-07 Northwest Power Systems, Llc Steam reformer with internal hydrogen purification
US5861137A (en) * 1996-10-30 1999-01-19 Edlund; David J. Steam reformer with internal hydrogen purification
US5896738A (en) * 1997-04-07 1999-04-27 Siemens Westinghouse Power Corporation Thermal chemical recuperation method and system for use with gas turbine systems
DE69919620T2 (de) * 1998-04-16 2005-01-05 Haldor Topsoe A/S Verfahren und Vorrichtung zur kombinierten Herstellung von Ammoniak-Synthesegas und Leistung
US6767389B2 (en) * 1999-03-22 2004-07-27 Idatech, Llc Hydrogen-selective metal membranes, membrane modules, purification assemblies and methods of forming the same
US6596057B2 (en) 1999-03-22 2003-07-22 Idatech, Llc Hydrogen-selective metal membranes, membrane modules, purification assemblies and methods of forming the same
DE19934927A1 (de) * 1999-07-26 2001-02-01 Abb Alstom Power Ch Ag Verfahren zum Kühlen von Leit- und/oder Laufschaufeln in den Turbinenstufen einer Gasturbinenanlage sowie Gasturbinenanlage zur Durchführung des Verfahrens
US6979507B2 (en) 2000-07-26 2005-12-27 Idatech, Llc Fuel cell system controller
BR0012768A (pt) 1999-07-27 2002-04-02 Idatech Llc Sistema de células de combustìvel
DE19952885A1 (de) * 1999-11-03 2001-05-10 Alstom Power Schweiz Ag Baden Verfahren und Betrieb einer Kraftwerksanlage
US6298652B1 (en) * 1999-12-13 2001-10-09 Exxon Mobil Chemical Patents Inc. Method for utilizing gas reserves with low methane concentrations and high inert gas concentrations for fueling gas turbines
US6585784B1 (en) * 1999-12-13 2003-07-01 Exxonmobil Chemical Patents Inc. Method for utilizing gas reserves with low methane concentrations for fueling gas turbines
US6968700B2 (en) 2001-03-01 2005-11-29 Lott Henry A Power systems
US6841683B2 (en) * 2001-08-30 2005-01-11 Teva Pharmaceutical Industries Ltd. Sulfonation method for zonisamide intermediate in zonisamide synthesis and their novel crystal forms
EP1364910B1 (en) * 2002-05-16 2005-06-29 Haldor Topsoe A/S Carbon monoxide conversion process and reaction unit
US20040226299A1 (en) * 2003-05-12 2004-11-18 Drnevich Raymond Francis Method of reducing NOX emissions of a gas turbine
US7076957B2 (en) * 2003-09-05 2006-07-18 Praxair Technology, Inc. Fluid heating and gas turbine integration method
US6951111B2 (en) * 2003-10-06 2005-10-04 Chentek, Llc Combusting hydrocarbons excluding nitrogen using mixed conductor and metal hydride compressor
US8277997B2 (en) * 2004-07-29 2012-10-02 Idatech, Llc Shared variable-based fuel cell system control
US7842428B2 (en) 2004-05-28 2010-11-30 Idatech, Llc Consumption-based fuel cell monitoring and control
CA2582151C (en) * 2004-10-31 2009-07-07 Idatech, Llc Hydrogen generation and energy production assemblies
RU2277638C1 (ru) * 2005-04-11 2006-06-10 Евгений Иванович Кондра Способ и устройство для получения электроэнергии путем использования конденсированных топлив
NO20051891D0 (no) * 2005-04-19 2005-04-19 Statoil Asa Prosess for produksjon av elektrisk energi og CO2 fra et hydrokarbon rastoff
US7601302B2 (en) 2005-09-16 2009-10-13 Idatech, Llc Self-regulating feedstock delivery systems and hydrogen-generating fuel processing assemblies and fuel cell systems incorporating the same
TWI328898B (en) * 2005-09-16 2010-08-11 Idatech L L C Self-regulating feedstock delivery systems and hydrogen-generating fuel processing assemblies and fuel cell systems incorporating the same
US7887958B2 (en) * 2006-05-15 2011-02-15 Idatech, Llc Hydrogen-producing fuel cell systems with load-responsive feedstock delivery systems
US7972420B2 (en) * 2006-05-22 2011-07-05 Idatech, Llc Hydrogen-processing assemblies and hydrogen-producing systems and fuel cell systems including the same
US7939051B2 (en) * 2006-05-23 2011-05-10 Idatech, Llc Hydrogen-producing fuel processing assemblies, heating assemblies, and methods of operating the same
JP5021730B2 (ja) * 2006-06-07 2012-09-12 アルストム テクノロジー リミテッド ガスタービンの運転のための方法及び該方法の実施のための複合サイクル発電プラント
US20080210088A1 (en) * 2006-10-23 2008-09-04 Idatech, Llc Hydrogen purification membranes, components and fuel processing systems containing the same
US7802434B2 (en) * 2006-12-18 2010-09-28 General Electric Company Systems and processes for reducing NOx emissions
US8262752B2 (en) * 2007-12-17 2012-09-11 Idatech, Llc Systems and methods for reliable feedstock delivery at variable delivery rates
US20090241551A1 (en) * 2008-03-26 2009-10-01 Air Liquide Process And Construction Inc. Cogeneration of Hydrogen and Power
US8701413B2 (en) * 2008-12-08 2014-04-22 Ener-Core Power, Inc. Oxidizing fuel in multiple operating modes
AU2010231526A1 (en) 2009-04-01 2011-10-13 Linum Systems, Ltd. Waste heat air conditioning system
US20120144837A1 (en) * 2009-09-01 2012-06-14 Chad Rasmussen Low Emission Power Generation and Hydrocarbon Recovery Systems and Methods
US20110223101A1 (en) * 2010-02-06 2011-09-15 William Timothy Williams Combustion chamber hydrogen converter accelerator
US8845272B2 (en) 2011-02-25 2014-09-30 General Electric Company Turbine shroud and a method for manufacturing the turbine shroud
US20130305738A1 (en) * 2012-05-17 2013-11-21 General Electric Company System and method for producing hydrogen rich fuel
EP2767699B1 (en) * 2013-02-19 2018-04-18 Ansaldo Energia IP UK Limited Gas turbine with fuel composition control and method
US9416675B2 (en) 2014-01-27 2016-08-16 General Electric Company Sealing device for providing a seal in a turbomachine
US10099290B2 (en) 2014-12-18 2018-10-16 General Electric Company Hybrid additive manufacturing methods using hybrid additively manufactured features for hybrid components
US10476093B2 (en) 2016-04-15 2019-11-12 Chung-Hsin Electric & Machinery Mfg. Corp. Membrane modules for hydrogen separation and fuel processors and fuel cell systems including the same
US11712655B2 (en) 2020-11-30 2023-08-01 H2 Powertech, Llc Membrane-based hydrogen purifiers
EP4286677A1 (en) 2022-06-02 2023-12-06 Linde GmbH Method of operating an internal combustion engine and corresponding arrangement

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3765167A (en) * 1972-03-06 1973-10-16 Metallgesellschaft Ag Power plant process
DK165946C (da) * 1985-03-21 1993-07-05 Haldor Topsoe As Reformingproces under varmeudveksling og reaktor dertil
JP2511866B2 (ja) * 1986-02-07 1996-07-03 株式会社日立製作所 燃料電池発電システム及びその起動方法
JPH0789494B2 (ja) * 1986-05-23 1995-09-27 株式会社日立製作所 複合発電プラント
US4861348A (en) * 1986-10-08 1989-08-29 Hitachi, Ltd. Fuel reforming apparatus
GB8728882D0 (en) * 1987-12-10 1988-01-27 Ici Plc Hydrogen
SE468910B (sv) * 1989-04-18 1993-04-05 Gen Electric Kraftaggregat, vid vilket halten av skadliga foeroreningar i avgaserna minskas
DE4003210A1 (de) * 1990-02-01 1991-08-14 Mannesmann Ag Verfahren und anlage zur erzeugung mechanischer energie
DE4118062A1 (de) * 1991-06-01 1992-12-03 Asea Brown Boveri Kombinierte gas/dampf-kraftwerksanlage
RU2011876C1 (ru) * 1991-06-03 1994-04-30 Васильев Александр Вячеславович Регулятор режима работы судового дизеля
DE4301100C2 (de) * 1993-01-18 2002-06-20 Alstom Schweiz Ag Baden Verfahren zum Betrieb eines Kombikraftwerkes mit Kohle- oder Oelvergasung
US5482791A (en) * 1993-01-28 1996-01-09 Fuji Electric Co., Ltd. Fuel cell/gas turbine combined power generation system and method for operating the same
US5562754A (en) * 1995-06-07 1996-10-08 Air Products And Chemicals, Inc. Production of oxygen by ion transport membranes with steam utilization
US5541014A (en) * 1995-10-23 1996-07-30 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Indirect-fired gas turbine dual fuel cell power cycle

Also Published As

Publication number Publication date
FI960267A0 (fi) 1996-01-19
RU2147692C1 (ru) 2000-04-20
DK7095A (da) 1996-07-21
NO960241D0 (no) 1996-01-19
ES2135116T3 (es) 1999-10-16
AU695795B2 (en) 1998-08-20
DE69603094T2 (de) 1999-10-28
FI106738B (fi) 2001-03-30
JP3816565B2 (ja) 2006-08-30
US5705916A (en) 1998-01-06
NO960241L (no) 1996-07-22
DE69603094D1 (de) 1999-08-12
AU4206196A (en) 1996-08-01
JPH08319850A (ja) 1996-12-03
NO307350B1 (no) 2000-03-20
EP0723068A1 (en) 1996-07-24
FI960267A7 (fi) 1996-07-21
EP0723068B1 (en) 1999-07-07
ATE181984T1 (de) 1999-07-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DK171830B1 (da) Fremgangsmåde til generering af elektrisk energi
AU768779B2 (en) Process for preparing a H2-rich gas and a CO2-rich gas at high pressure
CA2534210C (en) Method for extracting hydrogen from a gas that contains methane, particularly natural gas, and system for carrying out the method
US4733528A (en) Energy recovery
Jordal et al. Integration of H2-separating membrane technology in gas turbine processes for CO2 capture
CN101285004B (zh) 一种多功能能源装置
JP5268471B2 (ja) ポリジェネレーションシステム
JP2025060818A (ja) 水素の一貫生産を伴う電力生産のためのシステム及び方法
CN105858603A (zh) 制备氨合成气的方法
WO2008127745A2 (en) Asu nitrogen sweep gas in hydrogen separation membrane for production of hrsg duct burner fuel
Argyris et al. Reducing the cost of low-carbon hydrogen production via emerging chemical looping process
AU2016265832A1 (en) Incremental hydrogen production from an existing steam/natural gas reformer
JPH1068329A (ja) 合成ガスおよびエネルギーを組み合わせて製造する方法
CA2441269A1 (en) Fossil fuel combined cycle power system
CN118369288A (zh) 低碳氢气方法
CA1259495A (en) Energy recovery
JP2025506787A (ja) 炭素捕獲を用いた改質
EP3908550A1 (en) Method for generating a gas-product
JP2002012401A (ja) 膜反応装置及びガス合成システム
JP3690833B2 (ja) 発電方法
JPWO2023148469A5 (da)
RU2828861C1 (ru) Способ производства азотно-водородной смеси для синтеза аммиака путем частичного окисления водорода воздухом
RU2838907C1 (ru) Способ получения низкоуглеродного аммиака из природного и попутного газа методом парокислородной каталитической конверсии
RU2626291C2 (ru) Способ преобразования энергии
RU2180889C1 (ru) Способ переработки природного газа

Legal Events

Date Code Title Description
B1 Patent granted (law 1993)
PBP Patent lapsed

Country of ref document: DK