Комплекс для виробництва електроенергії, теплоти, а також чистих рідкого низькотемпературного діоксиду вуглецю й газоподібного азоту

Комплекс для виробництва електроенергії, теплоти, а також чистих рідкого низькотемпературного діоксиду вуглецю й газоподібного азоту, що містить компресор, з'єднаний з двигуном внутрішнього згоряння, який містить генератор і систему охолодження, при цьому двигун внутрішнього згоряння з'єднаний з входом конвертера, вихід якого з'єднаний з входом блока каталітичного гідрування, вихід якого з'єднаний з першим входом утилізатора, перший вихід якого з'єднаний з турбіною, що з'єднана з електрогенератором, а вихід турбіни з'єднаний з першим входом теплообмінника, один вихід якого з'єднаний з входом конденсатора, вихід якого через насос з'єднаний з другим входом теплообмінника, другий вихід якого з'єднаний з другим входом утилізатора, другий вихід якого з'єднаний зі скрубером, вихід якого з'єднаний з абсорбером, один вихід якого з'єднаний з входом блока очищення й осушення, а другий вихід через насос з'єднаний з теплообмінником, один вихід якого з'єднаний з входом холодильника, вихід якого з'єднаний з абсорбером, а другий вихід теплообмінника з'єднаний з десорбером, вихід якого з'єднаний з входом холодильника газу, вихід якого через промивну колонку з'єднаний з входом блока осушення, при цьому вихід блока осушення через компресор першого ступеня з'єднаний з входом першого кінцевого холодильника, вихід якого через компресор другого ступеня з'єднаний з входом другого кінцевого холодильника, вихід якого з'єднаний з конденсатором-випарником, перший вихід якого з'єднаний зі збірником рідини, вихід якого з'єднаний з компресором другого ступеня, а другий вихід конденсатора-випарника з'єднаний з входом абсорбера, вихід якого через насос з'єднаний з теплообмінником, один вихід якого з'єднаний з абсорбером, а другий - з першим входом генератора, перший вихід якого з'єднаний з входом конденсатора, вихід якого з'єднаний з конденсатором-випарником, при цьому конвертер, блок каталітичного гідрування, генератор і десорбер з'єднані спільним технологічним трубопроводом. со CD со 00 CD Корисна модель відноситься до комплексів для виробництва із застосуванням тільки природного газу електроенергії й чистих вільних від токсичних домішок (без СО і NOX) речовин - рідкого низькотемпературного діоксиду вуглецю й газоподібного азоту. Ці чисті речовини можуть використатися в різних технологіях харчової промисловості, для створення регульованих газових середовищ і в хімічних процесах виробництва карбаміду, а також для збільшення видобутку нафти й газу. Відомі різні комплекси для одержання рідкого діоксиду вуглецю (СО2), у тому числі й низькотемпературного, з димових газів, що утворюються після спалювання природного газу в топці парового котла [Пименов Т.Ф. Производство и примене ниє сухого льда, редкого й газобразного диоксида углерода. -М. Легкая и пищевая промышленность, 1982. -208с]. Недолік відомих комплексів - одержання після спалювання природного газу димових газів з вмістом у них, по-перше, кисню (до 5-8% об'єм.), по-друге, токсичних домішок (CO, NOX). Перший недолік призводить до інтенсивного окислювання водяного розчину моноетаноламіну (МЕА) в апаратах установки по витягу СОг з димового газу методом абсорбції-десорбції. Це викликає відкладення смоли на внутрішніх поверхнях апаратів і, як наслідок, необхідність постійних добавок у систему нових порцій МЕА - досить дорогої речовини. Другий - знижує якість рідкого низькотемпературного СО2, не дозволяючи застосовувати його в технологіях, які орієнтовані o> 6836 на рідкий СОг без токсичних домішок, наприклад, у харчовій промисловості. Окрім того, загальний недолік відомих комплексів полягає в тім, що вони мають потребу в зовнішнім джерелі електроенергії, тому що в них природний газ спалюється тільки для одержання димового газу й теплової енергії у вигляді водяної пари. Але, відомі комплекси не забезпечують одночасне виробництво електроенергії, теплоти, а також чистих рідкого низькотемпературного діоксиду вуглецю й газоподібного азоту. Тому жоден з відомих комплексів не може бути обраним прототипом. В основу корисної моделі поставлено задачу створити комплекс, який забезпечує високу ефективність виробництва електроенергії, теплоти, а також чистих рідкого низькотемпературного діоксиду вуглецю й газоподібного азоту. Поставлена задача вирішена в комплексі для виробництва електроенергії, теплоти, а також чистих рідкого низькотемпературного діоксиду вуглецю й газоподібного азоту, що включає компресор, сполучений з двигуном внутрішнього згоряння, який забезпечений генератором і системою охолодження, при цьому двигун внутрішнього згоряння сполучений з входом конвертера, вихід якого сполучений з входом блока каталітичного гідрування, вихід якого сполучений з першим входом утилізатора, перший вихід якого сполучений з турбіною, що сполучена з електрогенератором, а вихід турбіни сполучений з першим входом теплообмінника, один вихід якого сполучений з входом конденсатора, вихід якого через насос сполучений з другим входом теплообмінника, другий вихід якого сполучений з другим входом утилізатора, другий вихід якого сполучений зі скрубером, вихід якого сполучений з абсорбером, один вихід якого сполучений з входом блока осушення, а другий вихід через насос сполучений з теплообмінником, один вихід якого сполучений з входом холодильника, вихід якого сполучений з абсорбером, а другий вихід теплообмінника сполучений з десорбером, вихід якого сполучений з входом холодильника газу, вихід якого через промивну колонку сполучений з входом блока осушення, при цьому вихід блока осушення через компресор першого ступеня сполучений з входом першого кінцевого холодильника, вихід якого через компресор другого ступеня сполучений з входом другого кінцевого холодильника, вихід якого сполучений з конденсатором-випарником, перший вихід якого сполучений зі збірником рідини, вихід якого сполучений з компресором другого ступеня, а другий вихід конденсатора-випарника сполучений з входом абсорбера, вихід якого через насос сполучений з теплообмінником, один вихід якого сполучений з абсорбером, а другий - з першим входом генератора, перший вихід якого сполучений з входом конденсатора, вихід якого сполучений з конденсатором-випарником, при цьому конвертер, блок каталітичного гідрування, генератор і десорбер сполучені спільним технологічним трубопроводом. Заявлений комплекс зображений на кресленнісхемі. Комплекс для виробництва електроенергії, теплоти, а також чистих рідкого низькотемпературного діоксиду вуглецю й газоподібного азоту включає сполучені між собою системою технологічних трубопроводів компресор 1, який сполучений з двигуном внутрішнього згоряння 2, який забезпечений генератором 3 і системою охолодження 4, при цьому двигун внутрішнього згоряння 2 сполучений з входом конвертера 5, вихід якого сполучений з входом блока каталітичного гідрування 6. Система охолодження 4 сполучена з радіаторами 7. Вихід блока каталітичного гідрування 6 сполучений з першим входом утилізатора 8, перший вихід якого сполучений з турбіною 9, що сполучена з електрогенератором 10. Вихід турбіни 9 сполучений з першим входом теплообмінника 11, один вихід якого сполучений з входом конденсатора 12, вихід якого через насос 13 сполучений з другим входом теплообмінника 11. Другий вихід теплообмінника 11 сполучений з другим входом утилізатора 8, другий вихід якого сполучений зі скрубером 14, вихід якого сполучений з абсорбером 15, один вихід якого сполучений з входом блока очищення й осушення 21, а другий вихід через насос 16 сполучений з теплообмінником 17. Один вихід теплообмінника 17 сполучений з входом холодильника 19, вихід якого сполучений з абсорбером 15. Магістраль, яка сполучає холодильник 19 з абсорбером 15 має вентиль 20. Другий вихід теплообмінника 17 сполучений з десорбером 18. Вихід десорбера 18 сполучений з входом холодильника газу 22, вихід якого через промивну колонку 23 сполучений з входом блока осушення 25. Промивна колонка 23 забезпечена насосом 24. Вихід блока осушення 25 через компресор першого ступеня 26 сполучений з входом першого кінцевого холодильника 27, вихід якого через компресор другого ступеня 28 сполучений з входом другого кінцевого холодильника 29. Вихід другого кінцевого холодильника 29 сполучений з конденсаторомвипарником ЗО, перший вихід якого сполучений зі збірником рідини 32, вихід якого сполучений з компресором другого ступеня 28, а другий вихід конденсатора-випарника ЗО сполучений з входом абсорбера 33. Магістральний трубопровід, який сполучає конденсатор-випарник ЗО зі збірником рідини 32 має вентиль 31. Вихід абсорбера 33 через насос 34 сполучений з теплообмінником 35, один вихід якого сполучений з абсорбером 33, а другий - з першим входом генератора 36, перший вихід якого сполучений з входом конденсатора 38, вихід якого сполучений з конденсаторомвипарником ЗО, при цьому конвертер 5, блок каталітичного гідрування 6, генератор 3 і десорбер 18 сполучені спільним технологічним трубопроводом. На магістральному трубопроводі, який сполучає теплообмінник 35 з абсорбером 33 установлений вентиль 37. На магістральному трубопроводі, який сполучає конденсатор 38 з конденсатором-випарником ЗО установлений вентиль 39. Крім того, комплекс забезпечений градирнею 40 з вентилятором 41 і насосом 42. Комплекс працює таким чином. Природний газ (NG ) з магістралі під тиском 0.1...0,6МПа надходить на спалювання у двигун внутрішнього згорян 6836 ня 2, у який також подається повітря, що нагнітається компресором 1. За рахунок роботи двигуна внутрішнього згоряння 2 у генераторі 3 виробляється електроенергія, що надходить у мережу для постачання зовнішніх споживачів електрикою. Димові гази (FG), що складаються в основному із СОг, N2, НгО, Ог, CO, NOX, після двигуна внутрішнього згоряння 2 при температурі 500°С змішуються з потоком природного газу й надходять у конвертер 5. У конвертері 5 на нікелевому каталізаторі відбувається повна конверсія метану й окислювання СО до СОг киснем О2, який вміщується в димових газах. Далі димові гази направляються в блок каталітичного гідрування 6, у якому на паладії відбувається гідрування залишкового О2 воднем Н2, що утворився в результаті конверсії природного газу, і каталітичне очищення від залишкового CO і NOX. Процеси, що протікають у конвертері 5 і блоці каталітичного гідрування 6, супроводжуються виділенням більших кількостей теплоти, що використовується для виробництва водяної пари з потенціалом 135°С і тиском О.ЗМПа. На виході із блоку каталітичного гідрування 6 отримуємо чистий, без токсичних домішок димовий газ, що складається з СО2, N 2 , Н2О. У системі охолодження 4 двигуна внутрішнього згоряння 2 виробляється гаряча вода з потенціалом 100°С і тиском О.ЗМПа, що використовується в радіаторах 7 для опалення й для технологічних потреб. Таким чином, використовуючи високоенергетичний потенціал природного газу виробляється електроенергія, водяна пара й гаряча вода, а також димовий газ (суміш СОг, N2, Н2О), не вміщуючий кисню й токсичних домішок. Далі димовий газ при температурі 650°С направляється в утилізатор 8, що використовується для перегріву перед розширенням у турбіні 9 низькокип'ячого робочого тіла, що циркулює у двоконтурній паротурбінній установці. Низькокип'яче робоче тіло, наприклад, ізобутан, розширюючись у турбіні 9, виробляє роботу. У генераторі 10 турбіни 9 виробляється електроенергія, що повністю постачає весь комплекс електроенергією. Після турбіни 9 ізобутан проходить крізь теплообмінник 11, де охолоджується прямим потоком робочого тіла, і конденсатор 12. Насосом 13 він, попередньо нагріваючись у теплообміннику 11 знову подається в утилізатор 8. Таким чином, використовуючи теплоту димових газів, виробляється додаткова електроенергія. Охолоджений до температури 180°С після утилізатора 8 димовий газ надходить у скрубер 14. У скрубері 14 відбувається конденсація основної частини вологи, що міститься в димових газах. Промиті водою і охолоджені до 40°С після скрубера 14 димові гази надходять в абсорбер 15, у якому вони поділяються на СОг і N2. В абсорбері 15 з димового газу, що складається в основному з СО 2 і І\І2, діоксид вуглецю цілком поглинається водяним розчином моноетаноламіна (МЕА). Відкидний газ, в основному азот, з незначною домішкою парів води й діоксиду вуглецю надходить у блок очищення й осушки 21. Як адсорбент застосовується цеоліт марки NaX. Після блоку очищення й осушки 21 чистий газоподібний азот видається споживачеві. Насичений діоксидом вуглецю розчин МЕА з абсорбера 15 нагнітається рідинним насосом 16 крізь теплообмінник 17 у десорбер 18, де нагрівається до стану кипіння за рахунок теплоти конденсації водяної пари (V), що надходить у міжтрубний простір кип'ятильника десорбера 18, конвертера 5 і блоку каталітичного гідрування 6. Внаслідок такого нагрівання з розчину МЕА виділяється вуглекислий газ. Звільнений від вуглекислого газу гарячий розчин МЕА з десорбера 18 проходить теплообмінник 17, холодильник 19 і крізь вентиль 20 дроселюється в абсорбер 15 на зрошення. Вуглекислий газ після десорбера 18 охолоджується в холодильнику газу 22 до температури 35°С, очищується від парів МЕА в промивній колонці 23 розчином марганцевокислого калію, що циркулює в ньому за допомогою насоса 24, і далі осушується в блоці осушення 25 активним окисом алюмінію. Таким чином розділяється димовий газ на чисті газоподібні діоксид вуглецю й азот. Діоксид вуглецю стискується першою та другою ступенями компресора 26, 28, охолоджується в кінцевих холодильниках 27, 29 і конденсується в конденсаторі-випарнику ЗО за рахунок кипіння аміаку, що циркулює при температурі насичення - 35°С. Крізь вентиль 31 рідка вуглекислота дроселюється в збірник рідини 32, звідки пари СО 2 вертаються на усмоктування в другу ступінь компресора 28, а рідка низькотемпературна вуглекислота при температурі - 53°С і тиску 0,6МПа видається споживачеві. У генератор 36 надходить водяна пара (V) для нагрівання міцного водо-аміачного розчину до стану кипіння, при якому з розчину виділяються пари аміаку. Вони конденсуються в конденсаторі 38 і потім дроселюються крізь вентиль 39 у конденсатор-випарник ЗО для конденсації діоксиду вуглецю за рахунок виробленого холоду. Після цього пари аміаку надходять в абсорбер 33, у якому вони поглинаються слабким водяним розчином. Далі насосом 34 водо-аміачний розчин крізь теплообмінник 35 направляється в генератор 36. Гарячий слабкий розчин з генератора 36, пройшовши теплообмінник 35, дроселюється крізь вентиль 37 в абсорбер 33. Цикл повторюється. Таким чином, за рахунок теплоти конденсації водяної пари (V) виробляється холод для конденсації при температурі - 29°С діоксиду вуглецю, що надходить у нього після компримирування до 1,5МПа з другої ступені вуглекислотного компресора, що дозволяє виробляти рідку низькотемпературну вуглекислоту. Водяна пара, що необхідна для роботи десорбера 18 і генератора 36, а також для регенерації адсорбентів блоку очищення й осушки 21 і блоку осушки 25, виробляється в конвертері 5 і блоці каталітичного гідрування 6. Вода після системи охолодження 4 двигуна внутрішнього згоряння 2 і радіаторів 7, конденсатора 12 (двоконтурна паротурбінна установка), скрубера 14 і холодильників 19, 22; холодильників 27, 29; конденсатора 38 надходить у градирню 40 системи оборотного водопостачання. У градирні 40 відбувається контактний теплообмін між водою й навколишнім повітрям і одночасне випарне охолодження. Повітря нагнітається в градирню 40 вентилятором 41. Стікаюча в нижню частину гра 6836 дирні 40 охолоджена до температури 25°С вода вертається насосом 42 на циркуляцію в указані апарати. Висока техніко-економічна ефективність комплексу обумовлена тим, що для його роботи потрібен лише один природний газ, тобто він може функціонувати автономно не тільки без використання зовнішньої електроенергії, але, навпаки, з її виробництвом в обсязі, достатньому для приводу всього обладнання комплексу, а також забезпечення й зовнішніх великих споживачів. Ця ситуація характерна для підприємств, що займаються видобутком, нафтопереробкою й транспортуванням газу, а також для підприємств, що реалізують різні харчові технології. Крім цього, для забезпечення роботи комплексу немає необхідності в компримируванні димових газів, що суттєво знижує енерговитрати. Комп'ютерна верстка Л.Литвиненко 8 Підвищення надійності комплексу і якості вироблених чистих рідкого низькотемпературного діоксиду вуглецю й газоподібного азоту, обумовлено тим, що поступаючий на розподіл димовий газ не містить кисню, що негативно впливає на працездатність розчину МЕА, а також токсичних домішок (CO і NOx). При споживанні 280м3/ч природного газу комплекс виробляє: 700кВт електроенергії, з якої 100кВт використовується для роботи власного встаткування комплексу й 600кВт може споживатися зовнішніми джерелами; 2482кВт теплової енергії, з якої 1972кВт застосовується для організації внутрішніх тепловикористовуючих процесів, а 510кВт - для технологічних потреб підприємства; 540кг/ч рідкого низькотемпературного діоксиду вуглецю й 2100м3/ч чистого газоподібного азоту. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ - 4 2 , 01601