DE112009000341T5 - Verfahren und Systeme zur integrierten Kesselspeisewassererwärmung - Google Patents

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Abstract

Vergasungssystem, das aufweist:
einen Vergaser, der einen Synthesegaskühler aufweist, der eingerichtet ist, um Wärme aus einer Reaktionszone des Vergasers auf eine Fluidströmung durch den Synthesegaskühler zu übertragen;
ein Reaktionsgefäß, das mit dem Synthesegaskühler in Strömungsverbindung steht, wobei das Reaktionsgefäß eingerichtet ist, um die Fluidströmung aufzunehmen und in einer exothermen Shift-Reaktion Wärme zu erzeugen; und
einen oder mehrere Wärmetauscher, die mit dem Reaktionsgefäß in Strömungsverbindung stehen, wobei der Wärmetauscher eingerichtet ist, um wenigstens entweder eine Speisewasserströmung zu kühlen oder zu erwärmen und/oder unter Verwendung der erzeugten Wärme Dampf relativ hohen Drucks zu erzeugen.

Description

  • HINTERGRUNG ZU DER ERFINDUNG
  • Diese Erfindung betrifft allgemein Gas- und Dampf-Kombikraftwerksysteme mit integrierter Vergasung (IGCC-Kraftwerkssysteme) und insbesondere Verfahren und Systeme zur Optimierung der Wärmeübertragung zwischen einem Synthesegaskühler eines Vergasers und einem Shift-System in dem IGCC-System.
  • Wenigstens einige bekannte IGCC-Systeme enthalten ein Vergasungssystem, das gemeinsam mit wenigstens einem energieerzeugenden Turbinensystem integriert ist. Zum Beispiel wandeln bekannte Vergaser ein Gemisch aus Brennstoff, Luft oder Sauerstoff, Dampf, Kalkstein und/oder anderen Zusatzstoffen zu einem Ausgangsprodukt eines teilweise verbrannten Gases, das manchmal als „Synthesegas” bezeichnet wird. Die heißen Verbrennungsgase werden zu der Brennkammer einer Gasturbineanlage geliefert, die einen Generator antreibt, der elektrische Leistung zu einem Energieversorgungsnetz liefert. Das Abgas von wenigstens einigen bekannten Gasturbinenanlagen wird zu einem Abhitzedampferzeuger geliefert, der Dampf zum Antreiben einer Dampfturbine erzeugt. Durch die Dampfturbine erzeugte Energie treibt ferner einen elektrischen Generator an, der elektrische Leistung zu dem Energieversorgungsnetz liefert.
  • Wenigstens einige bekannte Vergasungsprozesse nutzen ein gesondertes Shift-Wärmerückgewinnungssystem mit Speiseprodukt-Austauschern. Eine derartige Konfiguration erfordert eine externe Wärmequelle zur Vorheizung des Vergasungseinspeisematerials, um die exotherme Reaktion in dem Shift-Reaktor zu starten. Ein Vorheizen in dieser Konfiguration bewirkt die Erzeugung von Mitteldruck- und Zwischendruckdampf, der in anderen Teilen des Prozesses nur begrenzt nutzbar ist und der den gesamten Anlagenwirkungsgrad. reduziert.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • In einer Ausführungsform enthält ein Vergasersystem einen Vergaser, der einen Synthesegaskühler enthält, der eingerichtet ist, um Wärme von einer Reaktionszone des Vergasers auf eine durch den Synthesegaskühler führende Fluidströmung zu übertragen, ein Reaktionsgefäß, das mit dem Synthesegaskühler in Strömungsverbindung steht, wobei das Reaktionsgefäß dazu eingerichtet ist, die Fluidströmung aufzunehmen und in einer exothermen Shift-Reaktion Wärme zu erzeugen. Das System enthält ferner einen Wärmetauscher, der mit dem Reaktionsgefäß in Strömungsverbindung steht, wobei der Wärmetauscher dazu eingerichtet ist, unter Verwendung der erzeugten Wärme Dampf mit relativ hohem Druck zu erzeugen.
  • In einer weiteren Ausführungsform enthält ein Verfahren zum Betreiben eines Vergasersystems ein Zuführen eines Shift-Einspeisestroms zu einem Shift-Reaktor, Erzeugen von Wärme in einem Shift-Abstrom unter Verwendung einer exo thermen Shift-Reaktion in dem Shift-Reaktor und Leiten des Shift-Abstroms zu einem Wärmetauscher, so dass unter Verwendung der erzeugten Wärme einen relativ hohen Druck aufweisender Dampf erzeugt wird.
  • In einer noch weiteren Ausführungsform enthält ein Vergasungssystem ein Druckgefäß, das einen internen Synthesegaskühler enthält, der konfiguriert ist, um Wärme aus einer Reaktionszone in dem Druckgefäß abzuführen, einen Shift-Reaktor in Strömungsverbindung mit dem Druckgefäß, wobei der Shift-Reaktor eingerichtet ist, um einen Synthesegasstrom von dem Druckgefäß zu empfangen, und einen Hochdruckdampf-Einspeisestrom in Strömungsverbindung mit einem ersten Kreislauf eines ersten Wärmetauschers, wobei der erste Wärmetauscher eingerichtet ist, um den Hochdruckdampf-Einspeisestrom vorzuheizen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt eine schematisierte Darstellung eines beispielhaften bekannten GuD-Kombizyklus-Kraftwerkssystems mit integrierter Vergasung (IGCC-Kraftwerkssystems).
  • 2 zeigt eine schematisierte Darstellung eines Teils des in 1 veranschaulichten IGCC-Systems, einschließlich eines Vergasers, der einen internen Synthesegaskühler aufweist, und eines Shift-Systems.
  • 3 zeigt eine schematisierte Darstellung eines Teils des (in 1 veranschaulichten) IGCC-Systems gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • 1 zeigt eine schematisierte Darstellung eines beispielhaften Kombizyklus-Kraftwerksystems mit integrierter Vergasung (IGCC-Kraftwerkssystems) 50. Das IGCC-System 50 enthält im Wesentlichen einen Hauptluftverdichter 52, eine Lufttrenneinheit 54, die mit dem Verdichter 52 in Strömungsverbindung steht, einen Vergaser 56, der mit der Lufttrenneinheit 54 in Strömungsverbindung steht, eine Gasturbinenanlage 10, die mit dem Vergaser 56 in Strömungsverbindung steht, und eine Dampfturbine 58. Im Betrieb komprimiert der Verdichter 52 Umgebungsluft. Die komprimierte Luft wird zu der Lufttrenneinheit 54 geleitet. In einigen Ausführungsformen wird zusätzlich oder alternativ zu dem Verdichter 52 komprimierte Luft von dem Gasturbinenverdichter 12 der Lufttrenneinheit 54 zugeführt. Die Lufttrenneinheit 54 verwendet die komprimierte Luft, um Sauerstoff zur Verwendung durch den Vergaser 56 zu erzeugen. Insbesondere trennt die Lufttrenneinheit 54 die komprimierte Luft in gesonderte Ströme von Sauerstoff und einem Gasnebenprodukt, das manchmal als „Prozessgas” bezeichnet wird. Das durch die Lufttrenneinheit 54 erzeugte Prozessgas enthält Stickstoff und wird hierin als „Stickstoff-Prozessgas” bezeichnet. Das Stickstoff-Prozessgas kann auch andere Gase, wie beispielsweise Sauerstoff und/oder Argon, ohne darauf beschränkt zu sein, enthalten. Zum Beispiel enthält das Stickstoff-Prozessgas in einigen Ausführungsformen zwischen etwa 95% und etwa 100% Stickstoff. Die Sauerstoffströmung wird zu dem Vergaser 56 geleitet, um zur Erzeugung teilweise verbrannter Gase, die hierin als „Synthesegas” bezeichnet werden, verwendet zu werden, die zur Verwendung durch eine Gasturbine 10 als Brennstoff dienen, wie dies in grö ßeren Einzelheiten nachstehend beschrieben ist. In einigen bekannten IGCC-Systemen 50 wird wenigstens ein Teil der Stickstoff-Prozessgasströmung, eines Nebenprodukts der Lufttrenneinheit 54, zu der Atmosphäre entlüftet. Außerdem wird in einigen bekannten IGCC-Systemen 50 ein Teil der Stickstoff-Prozessgasströmung in eine (nicht veranschaulichte) Verbrennungszone innerhalb der Gasturbinenbrennkammer 14 injiziert, um eine Steuerung von Emissionen der Anlage 10 zu ermöglichen und insbesondere eine Reduktion der Verbrennungstemperatur und eine Reduktion von Stickoxidemissionen aus der Anlage 10 zu ermöglichen. Das IGCC-System 50 kann einen Verdichter 60 zur Verdichtung der Stickstoff-Prozessgasströmung enthalten, bevor diese in die Verbrennungszone eingebracht wird.
  • Der Vergaser 56 wandelt ein Gemisch aus Brennstoff, dem durch die Lufttrenneinheit 54 gelieferten Sauerstoff, Dampf und/oder Kalkstein in ein Ausgangsprodukt eines Synthesegases zur Verwendung durch die Gasturbinenanlage 10 als Brennstoff um. Obwohl der Vergaser 56 jeden beliebigen Brennstoff verwenden kann, verwendet der Vergaser 56 in einigen bekannten IGCC-Systemen 50 Kohle, Petrolkoks, Restöl, Ölemulsionen, Teersand und/oder andere ähnliche Brennstoffe. In einigen bekannten IGCC-System 50 enthält das durch den Vergaser 56 erzeugte Synthesegas Kohlendioxid. Das durch den Vergaser 56 erzeugte Synthesegas kann in einer Reinigungsvorrichtung 62 gereinigt werden, bevor es zu seiner Verbrennung zu der Gasturbinenbrennkammer 14 geleitet wird. Während des Reinigungsvorgangs kann Kohlendioxid aus dem Synthesegas abgetrennt und in einigen bekannten IGCC-Systemen 50 zu der Atmosphäre entlüftet werden. Die Ausgangsleistung von der Gasturbine 10 treibt einen Generator 64 an, der elektrische Leistung einem (nicht veranschaulichten) Energieversorgungsnetz zuführt. Ein Abgas aus der Gasturbinenanlage 10 wird zu einem Abhitzedampferzeuger (HRSG) 66 geliefert, der Dampf zum Antreiben einer Dampfturbine 58 erzeugt. Durch die Dampfturbine 58 erzeugte Leistung treibt einen elektrischen Generator 68 an, der elektrische Leistung zu dem Energieversorgungsnetz liefert. In einigen bekannten IGCC-Systemen 50 wird Dampf von dem HRSG 66 zu dem Vergaser 56 geliefert, um das Synthesegas zu erzeugen.
  • In der beispielhaften Ausführungsform enthält der Vergaser 56 eine Einspritzdüse 70, die sich durch den Vergaser 56 erstreckt. Die Einspritzdüse 70 enthält eine Düsenspitze 72 an einem distalen Ende 74 der Einspritzdüse 70. Die Einspritzdüse 70 enthält ferner eine (in 1 nicht veranschaulichte) Öffnung, die eingerichtet ist, um einen Fluidstrom nahe an der Düsenspitze 72 derart zu richten, dass der Fluidstrom eine Reduktion einer Temperatur wenigstens eines Teils der Düsenspitze 72 ermöglicht. In der beispielhaften Ausführungsform ist die Einspritzdüse 70 eingerichtet, um einen Ammoniakstrom in die Nähe der Düsenspitze 72 derart zu richten, dass der Ammoniakstrom eine Reduktion einer Temperatur von wenigstens einem Abschnitt der Düsenspitze 72 ermöglicht.
  • In der beispielhaften Ausführungsform enthält das IGCC-System 50 einen Synthesegaskondensatabscheider, der eingerichtet ist, um Kondensat von einem Synthesegasstrom aufzunehmen, der von dem Vergaser 56 ausgegeben wird. Das Kondensat enthält gewöhnlich eine Menge an in dem Kondensat gelöstem Ammoniak. Wenigstens ein Teil des gelösten Ammoni aks wird in dem Vergaser 56 aus einer Kombination von Stickstoffgas und Wasserstoff in dem Vergaser 56 erzeugt. Um das gelöste Ammoniak aus dem Kondensat zu entfernen, wird das Kondensat auf eine Temperatur gebracht, die ausreicht, um in dem Kondensat ein Sieden hervorzurufen. Das abgeschiedene Ammoniak wird aus dem Abscheider 76 ausgegeben und zu dem Vergaser 56 unter einem Druck zurückgeführt, der höher ist als der des Vergasers, damit es in dem eine relativ hohe Temperatur aufweisenden Bereich des Vergasers in der Nähe der Düsenspitze 72 zersetzt wird. Das Ammoniak wird derart injiziert, das der Ammoniakstrom in der Umgebung des Hochtemperaturbereiches in der Nähe der Düsenspitze 72 eine Kühlung der Düsenspitze 72 unterstützt.
  • 2 zeigt eine schematisierte Darstellung eines Teils des IGCC-Systems 50 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die einen Vergaser 56 mit einem integralen Synthesegas-Strahlungskühler 202 und ein Shift-System 204 enthält. Obwohl er in 2 als ein integraler Synthesegas-Strahlungskühler veranschaulicht ist, kann der Kühler 202 in anderen Ausführungsformen in einem von dem Vergaser 56 gesonderten Gefäß angeordnet sein. In der beispielhaften Ausführungsform wird ein Synthesegasstrom zu dem Shift-System 204 durch eine Leitung 203 geleitet, die eine Shift-Abscheidetrommer 206 enthält, die eine Expansion des Synthesegases mit einem resultierenden Ausfall eines Kondensats ermöglicht, das in der Shift-Abscheidetrommel 206 gesammelt und unter Verwendung einer Pumpe 208 zurück in den Vergaser 56 gepumpt werden kann. Ein Synthesegasabstrom wird zu einem Wärmetauscher 210 geleitet, wo ein Strom eines kondensierten Hochdruckdampfes, der durch die Röhren des Wärmetauschers 210 strömt, einen Teil seines Wärmegehalts auf das abgeschiedene Synthesegas überträgt. In der beispielhaften Ausführungsform wird die Temperatur des Synthesegases von etwa 450°F auf etwa 550°F erhöht. Das vorgeheizte Synthesegas wird zu einem zweistufigen Shift-Reaktor 212 geleitet, in dem eine exotherme katalytische Reaktion Kohlenmonoxid und Wasser zu Kohlendioxid und Wasserstoff gemäß der Formel wandelt: CO + H2O ↔ CO + H2 (1)
  • In der beispielhaften Ausführungsform wird an einem Zwischenpunkt zwischen den beiden Stufen des Shift-Reaktors 212 teilweise geshiftetes Gas zu wenigstens einem Wärmetauscher 214 geleitet, bevor es erneut in den Shift-Reaktor 212 eintritt, um der zweiten Shift-Reaktion unterzogen zu werden. Das geshiftete Synthesegas wird durch einen Vorwärmer 216 geleitet, der unter Verwendung der Wärme von dem geshifteten Synthesegas eine Vorerwärmung des Hochdruckdampf-Speisewassers ermöglicht. Hochdruckdampf wird in der Vergaserdampftrommel 218 gesammelt, um in dem gesamten System 50 genutzt zu werden.
  • Beim Start wird heißes Speisewasser von dem Synthesegaskühler 202 dazu verwendet, das Shift-Einspeisematerial vorzuheizen. Das heiße Shift-Abgas erzeugt in dem Wärmetauscher 214 Hochdruckdampf und heizt Speisewasser für den Synthesegaskühler 202 vor. Diese Konfiguration ermöglicht die Erzeugung von lediglich Hochdruckdampf ohne die Erzeugung von Mittel- und Niederdruckdampf und beseitigt die Notwendigkeit gesonderter Shift-Vorheizeinrichtungen für den Start. Sie liefert auch vollständig vorerwärmtes Kesselspeisewasser zu selspeisewasser zu dem Synthesegaskühler für eine maximale Dampferzeugung.
  • 3 zeigt eine schematisierte Darstellung eines Teils des IGCC-System 50 gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die einen Vergaser 56 mit einem integralen Synthesegas-Strahlungskühler 202 und ein Shift-System 302 enthält. In anderen Ausführungsformen ist der Kühler 202 in einem gesonderten Gefäß angeordnet, das mit dem Vergaser 56 in Strömungsverbindung steht. In der beispielhaften Ausführungsform wird ein Synthesegasstrom zu der Shift-Abscheidetrommel 206 durch die Leitung 203 geleitet. Die Shift-Abscheidetrommel 206 ermöglicht eine Expansion der Synthesegasströmung mit einem resultierenden Ausfall an Kondensat, das in der Shift-Abscheidetrommel 206 gesammelt und unter Verwendung der Pumpe 208 zurück in den Vergaser 56 gepumpt wird. Ein Synthesegas-Abgas aus der Shift-Abscheidetrommel 206 wird zu dem Wärmetauscher 210 geleitet, in dem eine Strömung von kondensiertem Hochdruckdampf oder Speisewasser aus beispielsweise dem HRSG 66, die durch die Rohre des Wärmetauschers 210 strömt, einen Teil ihres Wärmegehaltes auf das abgeschiedene Synthesegas überträgt. In der beispielhaften Ausführungsform wird die Temperatur des Synthesegases von etwa 450°F auf etwa 550°F erhöht. Das vorgeheizte Synthesegas wird durch die Leitung 306 zu dem Shift-Reaktor 304 geleitet, in dem eine exotherme katalytische Reaktion Kohlenmonoxid und Wasser zu Kohlendioxid und Wasserstoff wandelt. Die Wärme aus der exothermen Reaktion erhöht die Temperatur des austretenden Synthesegases von etwa 550°F auf etwa 800°F.
  • In der beispielhaften Ausführungsform wird das geshiftete Synthesegas durch den Vorwärmer 216 geleitet, der ein Vorwärmen von Hochdruckdampf-Speisewasser mit der Wärme aus dem geshifteten Synthesegas und ein Kühlen des geshifteten Synthesegases auf etwa 300°F bis etwa 400°F ermöglicht. Das Synthesegas wird anschließend zur weiteren Verarbeitung zu einer (nicht veranschaulichten) Niedertemperatur-Gaskühleinheit geleitet. Das vorerwärmte Speisewasser wird durch die Leitung 208 zu der Trommel 218 gleitet.
  • Während des Starts wird heißes Shift-Abgas dazu verwendet, relativ kühles Speisewasser von dem HRSG von etwa 300°F auf etwa 600°F in dem Vorwärmer 216 vorzuheizen. Wenn der Startvorgang fortschreitet und die Speisewassertemperatur steigt, kann das Speisewasser durch die Leitung 310 unmittelbar zu der Trommel 218 geleitet werden.
  • Vorstehend sind beispielhafte Ausführungsformen von Vergasungssystemen und Verfahren zur Optimierung des Wärme austausches zwischen einem Vergaser, einem Synthesegaskühler und einem Shift-System in dem IGCC-System in Einzelheiten beschrieben. Die veranschaulichten Vergasungssystemkomponenten sind nicht auf die hierin beschriebenen speziellen Ausführungsformen beschränkt, so dass vielmehr Komponenten jedes Systems unabhängig und gesondert von anderen hierin beschriebenen Komponenten eingesetzt werden können. Zum Beispiel können die Vergasungssystemkomponenten, wie sie vorstehend beschrieben sind, in Verbindung mit anderen IGCC-Systemkomponenten oder gesondert von einer Gasturbinen-Kraftwerksanlage oder einem Kombizyklus-Kraftwerk eingesetzt werden.
  • Die vorstehend beschriebenen Vergasungssystem und Verfahren arbeiten kosteneffizient und höchst zuverlässig. Das Verfahren ermöglicht eine Optimierung der Wärmeübertragung zwischen einem Vergaser, einem Synthesegaskühler und einem Shift-System und ermöglicht die Erzeugung von nur Hochdruckdampf ohne die Erzeugung von Mittel- und Niederdruckdampf, und es beseitigt die Notwendigkeit von gesonderten Shift-Vorheizeinrichtungen für den Starvorgang. Demgemäß ermöglichen die hierin beschriebenen Vergasungssysteme und Verfahren einen Betrieb der Vergasungssysteme, wie beispielsweise Kombizyklus-Kraftwerksysteme mit integrierter Vergasung (IGCC), auf eine kosteneffiziente und zuverlässige Weise.
  • Während die Erfindung anhand verschiedener spezieller Ausführungsformen beschrieben worden ist, wird erkannt, dass die Erfindung in dem Rahmen und Schutzumfang der Ansprüche mit Modifikationen ausgeführt werden kann.
  • Zusammenfassung:
  • Es sind Verfahren und Systeme für ein Vergasersystem geschaffen. Das Vergasersystem enthält einen Vergaser, der einen Synthesegaskühler enthält, der eingerichtet ist, um Wärme aus einer Reaktionszone des Vergasers auf einen Fluidstrom durch den Synthesegaskühler zu übertragen, ein Reaktionsgefäß, das mit dem Synthesegaskühler in Strömungsverbindung steht, wobei das Reaktionsgefäß eingerichtet ist, um den Fluidstrom zu empfangen und in einer exothermen Shift-Reaktion Wärme zu erzeugen. Das System enthält ferner einen Wärmetauscher, der mit dem Reaktionsgefäß in Strömungsverbindung steht, wobei der Wärmetauscher eingerichtet ist, um unter Verwendung der erzeugten Wärme Dampf mit relativ hohem Druck zu erzeugen.

Claims (20)

  1. Vergasungssystem, das aufweist: einen Vergaser, der einen Synthesegaskühler aufweist, der eingerichtet ist, um Wärme aus einer Reaktionszone des Vergasers auf eine Fluidströmung durch den Synthesegaskühler zu übertragen; ein Reaktionsgefäß, das mit dem Synthesegaskühler in Strömungsverbindung steht, wobei das Reaktionsgefäß eingerichtet ist, um die Fluidströmung aufzunehmen und in einer exothermen Shift-Reaktion Wärme zu erzeugen; und einen oder mehrere Wärmetauscher, die mit dem Reaktionsgefäß in Strömungsverbindung stehen, wobei der Wärmetauscher eingerichtet ist, um wenigstens entweder eine Speisewasserströmung zu kühlen oder zu erwärmen und/oder unter Verwendung der erzeugten Wärme Dampf relativ hohen Drucks zu erzeugen.
  2. Vergasungssystem nach Anspruch 1, wobei die Fluidströmung eine Synthesegasströmung aufweist, wobei das Synthesegas Kohlenmonoxid (CO) aufweist, wobei die Shift Reaktion eine Reaktion von Wasser mit dem CO aufweist, um wenigstens Wasserstoff, Kohlendioxid und Wärme zu erzeugen.
  3. Vergasungssystem nach Anspruch 1, wobei der Wärmetauscher einen Speisewasserkreislauf, der eingerichtet ist, um eine Speisewasserströmung durch den Wärmetauscher zu leiten, und einen Synthesegaskreislauf aufweist, der eingerichtet ist, um eine Synthesegasströmung durch den Wärmetauscher zu leiten, wobei der Wärmetauscher eingerichtet ist, um Wärme von dem Synthesegasströmungskreislauf auf die Speisewasserströmung zu übertragen.
  4. Vergasersystem nach Anspruch 1, das ferner einen Vorwärmer aufweist, der eingerichtet ist, um unter Verwendung einer Strömung eines geshifteten Synthesegases eine Speisewasserströmung vorzuwärmen.
  5. Vergasersystem nach Anspruch 1, wobei das Reaktionsgefäß einen Shift-Reaktor aufweist.
  6. Vergasersystem nach Anspruch 1, das ferner einen zweiten Shift-Reaktor aufweist.
  7. Vergasersystem nach Anspruch 1, das ferner einen Shift-Wärmetauscher aufweist, der eingerichtet ist, um eine Einspeiseströmung für den Shift-Reaktor vorzuwärmen.
  8. Verfahren zum Betreiben eines Vergasersystems, das aufweist: Zuführen eines Shift-Einspeisestroms zu einem Shift-Reaktor; Erzeugen von Wärme in einem Shift-Abstrom unter Verwendung einer exothermen Shift-Reaktion in dem Shift-Reaktor; und Leitendes Shift-Abstroms zu einem Wärmetauscher, so dass wenigstens entweder Wärme zwischen dem Shift-Abstrom und Speisewasser übertragen wird und/oder unter Verwendung der erzeugten Wärme Dampf mit relativ hohem Druck erzeugt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, das ferner ein Vorheizen des Shift-Einspeisestroms unter Verwendung kondensierten Hochdruckdampfes aufweist.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, das ferner ein Wiedererwärmen des kondensierten Hochdruckdampfes in dem Wärmetauscher aufweist.
  11. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Erzeugen von Wärme in einem Shift-Abstrom unter Verwendung einer exothermen Shift-Reaktion in dem Shift-Reaktor ein Erzeugen von Wärme in einem Shift-Abstrom unter Verwendung einer exothermen Shift-Reaktion in einem zweistufigen Shift-Reaktor aufweist.
  12. Verfahren nach Anspruch 8, dass ferner ein Leiten eines Speisewasserstroms zu dem Wärmetauscher von einer Speisewasserversorgung aufweist.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, das ferner ein Vorheizen des Speisewasserstroms unter Verwendung eines Vorwärmers aufweist, der eingerichtet ist, um einen Wärmeübergang von einem Abstrom aus dem Shift-Reaktor auf den Speisewasserstrom zu ermöglichen.
  14. Vergasungssystem, das aufweist: ein Druckgefäß, das einen Synthesegaskühler aufweist, der eingerichtet ist, um Wärme aus einer Reaktionszone in wenigstens entweder dem Druckgefäß und/oder einem gesonderten Vergasergefäß zu entfernen; einen Shift-Reaktor in Strömungsverbindung mit dem Druckgefäß, wobei der Shift-Reaktor eingerichtet ist, um einen Synthesegasstrom von dem Druckgefäß zu empfangen; und einen Hochdruckdampf-Einspeisestrom, der mit einem ersten Kreislauf eines ersten Wärmetauschers in Strömungsverbindung steht, wobei der erste Wärmetauscher eingerichtet ist, um den Hochdruckdampf-Einspeisestrom vorzuheizen.
  15. Vergasungssystem nach Anspruch 14, wobei der erste Wärmetauscher einen zweiten Kreislauf aufweist, der mit dem ersten Kreislauf in Wärmeübertragungsverbindung steht.
  16. Vergasungssystem nach Anspruch 14, wobei der Shift-Reaktor eingerichtet ist, um eine exotherme Shift-Reaktion von Synthesegas aus dem Druckgefäß zu ermöglichen.
  17. Vergasungssystem nach Anspruch 16, das ferner einen zweiten Wärmetauscher in Strömungsverbindung mit dem Shift-Reaktor aufweist, wobei der zweite Wärmetauscher eingerichtet ist, um unter Verwendung der aus der exothermen Reaktion übertragenen Wärme Dampf mit relativ hohem Druck zu erzeugen.
  18. Vergasungssystem nach Anspruch 14, das ferner einen dritten Wärmetauscher aufweist, der eingerichtet ist, um Wärme von einem Strom eines kondensierten Hochdruckdampfes auf einen Synthesegasstrom von dem Vergaser zu übertragen.
  19. Vergasungssystem nach Anspruch 14, wobei relativ heißes Speisewasser aus dem Synthesegaskühler verwendet wird, um einen Einspeisestrom zu dem Shift-Reaktor vorzuwärmen.
  20. Vergasungssystem nach Anspruch 14, wobei Wärme zum Starten der exothermen Reaktion in dem Shift-Reaktor aus dem Synthesegaskühler übertragen wird.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011015355A1 (de) * 2011-03-28 2012-10-04 E.On Ruhrgas Ag Verfahren und Anlage zum Erzeugen von Brenngas und elektrischer Ennergie

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8268023B2 (en) 2010-04-26 2012-09-18 General Electric Company Water gas shift reactor system for integrated gasification combined cycle power generation systems
CA2847805C (en) * 2011-09-20 2019-03-05 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Gasification reactor
CN104484036A (zh) * 2014-12-04 2015-04-01 广州视源电子科技股份有限公司 电子设备开机方法、电子设备及其开机设备
US11506122B2 (en) * 2016-11-09 2022-11-22 8 Rivers Capital, Llc Systems and methods for power production with integrated production of hydrogen
AU2020292848A1 (en) 2019-06-13 2022-02-03 8 Rivers Capital, Llc Power production with cogeneration of further products
KR102536353B1 (ko) * 2021-10-27 2023-05-26 두산에너빌리티 주식회사 복합 발전 시스템 및 복합 발전 시스템의 운영 방법
AU2022394811A1 (en) 2021-11-18 2024-06-27 8 Rivers Capital, Llc Apparatus for hydrogen production

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3345027A1 (de) 1983-12-13 1985-06-13 Linde Ag, 6200 Wiesbaden Verfahren zur aufbereitung von synthesegasen
US4831817A (en) 1987-11-27 1989-05-23 Linhardt Hans D Combined gas-steam-turbine power plant
US5081845A (en) 1990-07-02 1992-01-21 Air Products And Chemicals, Inc. Integrated air separation plant - integrated gasification combined cycle power generator
DE4109231C2 (de) 1991-03-21 1995-01-26 Noell Dbi Energie Entsorgung Verfahren zur Verwertung halogenbelasteter kohlenstoffhaltiger Abfallstoffe
WO1994016037A1 (en) 1992-12-30 1994-07-21 Combustion Engineering, Inc. High performance coal gasifier system
KR960700400A (ko) 1992-12-30 1996-01-20 아더 이. 퍼니어 2세 융화된 가스화 복합 싸이클 시스템(Control system for integrated gasification combined cycle system)
US5628183A (en) 1994-10-12 1997-05-13 Rice; Ivan G. Split stream boiler for combined cycle power plants
GB2296255A (en) 1994-12-21 1996-06-26 Jacobs Eng Ltd Production of electricity and hydrogen
US5955039A (en) 1996-12-19 1999-09-21 Siemens Westinghouse Power Corporation Coal gasification and hydrogen production system and method
JP3973772B2 (ja) 1998-08-28 2007-09-12 株式会社東芝 石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラント
NO990812L (no) 1999-02-19 2000-08-21 Norsk Hydro As Metode for Õ fjerne og gjenvinne CO2 fra eksosgass
US6263659B1 (en) 1999-06-04 2001-07-24 Air Products And Chemicals, Inc. Air separation process integrated with gas turbine combustion engine driver
US6256994B1 (en) 1999-06-04 2001-07-10 Air Products And Chemicals, Inc. Operation of an air separation process with a combustion engine for the production of atmospheric gas products and electric power
MXPA02007407A (es) 2000-02-01 2003-09-05 Texaco Development Corp Integracion de reactores de desciacion e hidrotratadores.
GB0025552D0 (en) 2000-10-18 2000-11-29 Air Prod & Chem Process and apparatus for the generation of power
JP4521202B2 (ja) 2004-02-24 2010-08-11 株式会社東芝 蒸気タービン発電プラント
US7931710B2 (en) 2005-07-27 2011-04-26 Babcock & Wilcox Power Generation Group, Inc. Steam generator to contain and cool synthesis gas
DE202005021662U1 (de) 2005-09-07 2009-03-05 Siemens Aktiengesellschaft Vorrichtung zur Erzeugung von Synthesegasen durch Partialoxidation von aus aschehaltigen Brennstoffen erzeugten Slurries mit Teilquenchung und Abhitzegewinnung
US7690204B2 (en) * 2005-10-12 2010-04-06 Praxair Technology, Inc. Method of maintaining a fuel Wobbe index in an IGCC installation
US8142528B2 (en) 2005-11-30 2012-03-27 General Electric Company Methods and systems of reducing viscosity of gasification system slag
CN101050390B (zh) 2007-04-27 2011-04-27 中国石化集团宁波工程有限公司 一种与粉煤气化配套的co变换工艺
US7879119B2 (en) * 2007-07-20 2011-02-01 Kellogg Brown & Root Llc Heat integration and condensate treatment in a shift feed gas saturator

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011015355A1 (de) * 2011-03-28 2012-10-04 E.On Ruhrgas Ag Verfahren und Anlage zum Erzeugen von Brenngas und elektrischer Ennergie

Also Published As

Publication number Publication date
CA2715493A1 (en) 2009-08-27
US8673034B2 (en) 2014-03-18
KR101584382B1 (ko) 2016-01-13
WO2009105305A2 (en) 2009-08-27
CA2715493C (en) 2016-11-01
CN102186956B (zh) 2015-02-04
WO2009105305A3 (en) 2011-10-06
KR20100123874A (ko) 2010-11-25
DE112009000341B4 (de) 2024-02-01
CN102186956A (zh) 2011-09-14
US20090211155A1 (en) 2009-08-27

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