ZUIKOV ALEKSANDR VLADIMIROVICH (RU)
REKHLETSKAIA EKATERINA STANISLAVOVNA (RU)
MAKHOVA ULIANA ALEKSANDROVNA (RU)
| US20090075219A1 | 2009-03-19 | |||
| SU1462067A1 | 1989-02-28 | |||
| RU135413U1 | 2013-12-10 | |||
| RU2016134225A | 2018-03-02 |
| ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ горения углеводородного топлива, при котором осуществляется следующая последовательность действий: a), концентрирование кислорода из воздуха; b). сжигание углеводородного топлива в смеси рециклового потока дымовых газов, образующихся в процессе горения, рециклового потока диоксида углерода и азота, потока кислорода и потока атмосферного воздуха; c), отвод дымовых газов от зоны горения углеводородного топлива посредством применения дымососа и/или компрессора, с частичным рециклом газов в зону горения; d). подача балансового количества дымовых газов на процесс извлечения диоксида углерода в целях последующего направления на хранение и выделения конденсата воды; e). рецикл диоксида углерода в зону сжигания углеводородного топлива. 2. Способ по п.1 отличающийся тем, что процесс горения углеводородного топлива проводится в среде с повышенным содержанием кислорода в диапазоне концентраций от 1 %об. до 50% об.; 3. Способ по п.1 отличающийся тем, что процесс горения углеводородного топлива проводится в среде с повышенным содержанием диоксида углерода в диапазоне концентраций от 1% об. до 50% об. 4. Способ по п.1 отличающийся тем, что процесс горения углеводородного топлива проводится в среде с концентрацией азота не более 30% об.; 5. Способ по п.1 отличающийся тем, что процесс горения углеводородного топлива проводится в сочетании с последующим удалением балансового количества диоксида углерода к местам хранения. 6. Способ по п.1 отличающийся тем, что процесс горения углеводородного топлива проводится с рециклом потока дымовых газов и рециклом диоксида углерода и азота. 7. Способ по п.1 отличающийся тем, что процесс горения углеводородного топлива проводится с подачей потока кислорода, получаемого обогащением из атмосферного воздуха. |
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к химическому процессу горения углеводородного топлива, в частности, к процессу горения углеводородных газов, углеводородных жидкостей, нефтяных остатков, для получения тепловой энергии в целях ее последующего полезного использования, а также улавливанию/извлечению диоксида углерода для последующего транспортирования к местам хранения и снижения выбросов парниковых газов в атмосферу.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Наиболее близким аналогом является способ горения топлива с последующим улавливанием диоксида углерода US2009075219 (А1 ), опубликованный 19 марта 2009 г. Способ включает подачу потока кислорода в камеру горения с последующей конденсацией паров воды, выводом части дымовых газов в атмосферу и части дымовых газов на процесс улавливания углерода.
Недостатком способа является отсутствие возможности регулирования концентраций компонентов в потоке дымовых газов для кислорода в диапазоне концентрации от 1 %об. до 50%об., для диоксида углерода от 1 %об. до 50%об., концентрации азота не более 30 %об., а также необходимость конденсации паров воды, что обеспечивается снижением температуры дымовых газов до 15 °C, в свою очередь требующей значительных операционных затрат на охлаждение. В патенте также отсутствует рециркуляция потока дымовых газов обратно в зону процесса горения углеводородного газа, углеводородной жидкости, нефтяных остатков и рециркуляция потока диоксида углерода и азота после процесса улавливания углерода в целях регулирования концентрации компонентов в зоне горения.
Проведение процесса по методу и условиях, описанных в патенте US2009075219 (А1) приводит к повышению операционных затрат на 35-45%, что не позволяет рассматривать данный способ приемлемым для промышленной реализации процесса горения углеводородного газа, углеводородной жидкости, нефтяных остатков.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей заявленного изобретения является разработка способа горения углеводородного топлива в целях интеграции с процессом улавливания диоксида углерода, позволяющего снизить операционные затраты на процесс улавливания до 40% и повысить концентрацию диоксида углерода в потоке дымовых газов до 50%.
Техническим результатом завяленного изобретения является снижение операционных расходов на процесс улавливания диоксида углерода на 40% и пропорциональное снижение выбросов парниковых газов в атмосферу за счет улавливания и транспортирования к местам хранения.
Указанный технический результат достигается за счет того, что способ горения проводят для углеводородного газа, углеводородной жидкости, нефтяных остатков при обеспечении горения в потоках с заданной концентрацией кислорода, азота и диоксида углерода в требуемых пропорциях, для кислорода в диапазоне концентрации от 1 %об. до 50%об., для диоксида углерода от 1 %об. до 50%об., минимальной концентрации азота до 30 %об.
Атмосферный воздух подается на станцию/установку разделения на компоненты, содержащий азот и кислород в пропорции 79%об. и 21 %об. Далее поток кислорода направляется в качестве окислителя к огневому нагревателю для обеспечения процесса горения углеводородного газа, углеводородной жидкости, нефтяных остатков при температуре 800-1400 °C. Образующиеся дымовые газы от сгорания углеводородного топлива направляются к дымососу/компрессору для подачи к процессу улавливания углерода. Часть потока дымовых газов от дымососа/компрессора подается в качестве рецикла обратно к потоку кислорода для регулирования концентрации диоксида углерода, азота и кислорода в зоне горения углеводородного топлива.
В процессе улавливания диоксида углерода из дымовых газов образуется два концентрированных потока: 1-ый поток конденсата воды и 2-ой поток диоксида углерода, получившиеся при сжигании углеводородного топлива. Балансовое количество диоксида углерода, уловленного в процессе, направляется к месту хранения.
Часть потока диоксида углерода и азота с процесса улавливания углерода подается в качестве рециклового потока обратно к потоку кислорода для регулирования концентрации диоксида углерода, азота и кислорода в зоне горения углеводородного топлива.
Использование потока кислорода, рецикла дымовых газов и рецикла диоксида углерода после процесса улавливания углерода позволяет обеспечить повышение концентрации диоксида углерода в потоке дымовых газов до 50%об., что принципиальным образом упрощает организацию процесса улавливания диоксида углерода, снижает капитальные и операционные затраты на улавливание 1 тонны диоксида углерода. Также подача кислорода и рецикл дымовых газов, рецикл диоксида углерода позволяет снизить концентрацию азота до 30%об., который является разбавителем и инертным газом, значительно усложняющий режим работы процесса улавливания диоксида углерода.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Атмосферный воздух подается на станцию/установку разделения на компоненты (5) - азот и кислород. Далее поток кислорода направляется в качестве окислителя к огневому нагревателю (1) для обеспечения процесса сжигания углеводородного топлива. Образующиеся дымовые газы от сгорания углеводородного топлива направляются к дымососу/компрессору (3) для подачи к процессу улавливания углерода (4). Часть потока дымовых газов от дымососа/компрессора может подаваться в качестве рецикла обратно к потоку кислорода для регулирования концентрации диоксида углерода, азота и кислорода в зоне горения углеводородного топлива нагревателя/испарителя (1). Рецикл дымовых газов может составлять от 0,1 до 1000 частей в расчете на 1 часть углеводородного топлива.
В процессе улавливания углерода из дымовых газов образуется два концентрированных потока: 1-ый поток конденсата воды, образующейся в результате сжигания углеводородного топлива; 2-ой поток диоксида углерода, также образующиеся при сжигании углеводородного топлива. Балансовое количество диоксида углерода, уловленного в процессе (4), направляется к месту хранения (6).
Часть потока диоксида углерода и азота с процесса улавливания углерода (4) может подаваться в качестве рециклового потока обратно к потоку кислорода для регулирования концентрации диоксида углерода, азота и кислорода в зоне горения углеводородного топлива нагревателя/испарителя (1). Рецикл диоксида углерода и азота от процесса улавливания (4) может составлять от 0,1 до 1000 частей в расчете на 1 часть углеводородного топлива.
Использование потока кислорода, рецикла дымовых газов и рецикла диоксида углерода после процесса улавливания углерода позволяет обеспечить повышение концентрации диоксида углерода в потоке дымовых газов от 12% об. до 50%об. , что принципиальным образом упрощает организацию процесса улавливания углерода, снижает капитальные и операционные затраты на улавливание 1 тонны углерода. Также подача кислорода и рецикл дымовых газов, рецикл диоксида углерода позволяет снизить концентрацию азота, который является разбавителем и инертным газом, значительно усложняющим режим работы процесса улавливания углерода (4),
На фиг. 1 представлена схема процесса горения углеродного топлива по заявленному изобретению
(1 ) - огневой нагреватель/испаритель, имеющий камеру сгорания углеводородного топлива;
(2) - потребитель тепловой энергии или конвектор тепловой энергии в иные виды энергии;
(3) - дымосос/компрессор, аппарат обеспечивающий транспорт объема дымовых газов от огневого нагревателя/испарителя до процесса улавливания углерода из дымовых газов, а также рецикл части дымовых газов обратно к огневому нагревателю/испарителю;
(4) - процесс улавливания углерода из дымовых газов;
(5) - процесс разделения воздуха на компоненты - азот и кислород;
(6) - место хранения уловленного диоксида углерода.
Пример 1
Процесс горения проводится для углеводородного газа в количестве 100 кг/ч. Для обеспечения горения подается в пропорции атмосферный воздух на станцию/установку разделения на компоненты в количестве до 150 кг/ч, содержащий азот и кислород в пропорции 21 %об. и 79%об. Далее поток кислорода направляется в качестве окислителя к огневому нагревателю для обеспечения процесса сжигания углеводородного газа при температуре 900-1100 °C. Образующиеся дымовые газы от сгорания углеводородного топлива направляются к дымососу/компрессору для подачи к процессу улавливания углерода. Часть потока дымовых газов от дымососа/компрессора подается в качестве рецикла обратно к потоку кислорода для регулирования концентрации диоксида углерода, азота и кислорода в зоне горения углеводородного топлива. При этом концентрация кислорода составляет 42%об. , диоксида углерода 29%об., азота 29%об.
В процессе улавливания диоксида углерода из дымовых газов образуется два концентрированных потока: 1-ый поток конденсата воды, образующейся в результате сжигания углеводородного топлива; 2-ой поток диоксида углерода, также образующиеся при сжигании углеводородного топлива. Балансовое количество диоксида углерода, уловленного в процессе, направляется к месту хранения.
Часть потока диоксида углерода и азота с процесса улавливания углерода подается в качестве рециклового потока обратно к потоку кислорода для регулирования концентрации диоксида углерода, азота и кислорода в зоне горения углеводородного топлива. Рецикл диоксида углерода и азота от процесса улавливания составляет до 100 частей в расчете на 1 часть углеводородного топлива.
Использование потока кислорода, рецикла дымовых газов и рецикла диоксида углерода после процесса улавливания углерода позволяет обеспечить повышение концентрации диоксида углерода в потоке дымовых газов до 29% об., что принципиальным образом упрощает организацию процесса улавливания диоксида углерода, снижает капитальные и операционные затраты на улавливание 1 тонны диоксида углерода. Также подача кислорода и рецикл дымовых газов, рецикл диоксида углерода позволяет снизить концентрацию азота до 29% об., который является разбавителем и инертным газом, значительно усложняющим режим работы процесса улавливания диоксида углерода.