ES2293942T3 - Procedimiento para extraer dioxido de carbono del gas de escape de una instalacion de turbina de gas asi como dispositivo para llevar a cabo el procedimiento. - Google Patents

Procedimiento para extraer dioxido de carbono del gas de escape de una instalacion de turbina de gas asi como dispositivo para llevar a cabo el procedimiento. Download PDF

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Abstract

Procedimiento para extraer dióxido de carbono del gas de escape de una instalación de turbina de gas (11), cuyo gas de escape se somete a un proceso de recuperación de calor (12, 33) postconectado, con preferencia en la caldera de calentamiento (33) de un circuito de agua/vapor (12), caracterizado porque el dióxido de carbono se extrae del gas de escape (39) entre la instalación de turbina de gas (11) y un proceso de recuperación de calor (12, 33), y porque para extraer el dióxido de carbono se utiliza un adsorbedor/desorbedor (22) rotatorio y regenerativo, que está conectado por su lado de adsorbedor a la corriente de gas de escape (39) y por su lado de desorbedor a un circuito de dióxido de carbono (38).

Description

Procedimiento para extraer dióxido de carbono del gas de escape de una instalación de turbina de gas así como dispositivo para llevar a cabo el procedimiento.
Campo técnico
La presente invención se refiere a los campos de la técnica de las centrales energéticas, que comprenden el funcionamiento de una turbina de gas, por ejemplo centrales combinadas. Se refiere a un procedimiento y a un dispositivo conforme al preámbulo de la reivindicación 1 o de la reivindicación 6.
Un procedimiento de este tipo y un dispositivo de este tipo se conocen por ejemplo del documento US-A-5,832,712.
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Estado de la técnica
En el curso del creciente debate sobre posibles cambios climáticos a causa del aumento de la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera terrestre ("efecto invernadero"), que hay que atribuirlo sobre todo a la combustión de combustibles fósiles como gas terrestre, petróleo y carbón, se difunden también de forma creciente propuestas sobre cómo, por ejemplo en el caso de centrales energéticas con combustibles fósiles, puede extraerse de los gases de combustión de la caldera o de los gases de las instalaciones de turbina de gas el dióxido de carbono a una escala industrial, antes de que salga a la atmósfera.
Una de estas propuestas se describe en el documento US-A-5,344,627. Allí el gas de combustión procedente de la caldera con combustible fósil de una central energética se lleva a hacer contacto, en contracorriente, con un líquido que absorbe el dióxido de carbono. El dióxido de carbono absorbido por el líquido se extrae de nuevo del líquido en otro punto del circuito de líquido y a continuación se licua. El circuito de líquido con las columnas de absorción y regeneración necesarias exige una considerable complejidad técnica de instalación.
Otra propuesta conocida del documento US-A5,665,319 para extraer dióxido de carbono de un gas que contiene dióxido de carbono utiliza, en lugar de un líquido, un óxido metálico en grano que se transforma, mediante absorción de dióxido de carbono, en un carbonato metálico y se re-transforma, mediante una extracción posterior de dióxido de carbono, de nuevo en el óxido metálico. El polvo en grano se transporta con ello en vaivén en un circuito entre una corriente de fijación y un horno de descomposición, o bien se usan dos dispositivos del mismo tipo con un lecho de polvo fijo, que se usan mediante conmutación alternativamente para absorber y entregar el dióxido de carbono. En este procedimiento existe el inconveniente de que el dispositivo, en el que se disocia de nuevo el dióxido de carbono, tiene que hacerse funcionar en cada caso como horno calentado desde el exterior.
En el documento citado al comienzo US-A-5,832,712 se propone por último que el dióxido de carbono se extraiga del gas de escape de una instalación de turbina de gas, por medio de que después de circular a través de una caldera de calentamiento en una columna de de absorción se lleve a hacer contacto con un líquido que absorba dióxido de carbono. También aquí se produce el inconveniente de una complejidad técnica de instalación para el circuito de líquido del líquido que absorbe.
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Representación de la invención
Por ello es tarea de la invención indicar un procedimiento y un dispositivo, que de forma sencilla hagan posible una extracción de dióxido de carbono del gas de escape de una instalación de turbina de gas, en donde el gas de escape se somete a un proceso de recuperación de calor en un desarrollo ulterior.
La tarea es resuelta mediante la totalidad de las particularidades de las reivindicaciones 1 y 6. El núcleo de la invención consiste en llevar a cabo la extracción del dióxido de carbono en un elevado nivel de temperatura ya antes del proceso de recuperación de calor y utilizar, para la extracción, un adsorbedor/desorbedor regenerativo y rotatorio que está equipado con un recubrimiento adsorbedor, el cual trabaja entre la corriente de gas de escape y un circuito de dióxido de carbono aparte.
Una primera configuración preferida del procedimiento conforme a la invención está caracterizada porque entre la instalación de turbina de gas y el adsorbedor/desorbedor se transmite calor del gas de escape al circuito de dióxido de carbono. Por medio de esto se consigue en el circuito de dióxido de carbono, de forma sencilla, un nivel de temperatura mayor con relación al lado de adsorción, que es necesario para liberar el dióxido de carbono adsorbido en el adsorbedor/desorbedor.
La diferencia de temperatura entre el lado de adsorción y de desorción puede aumentarse ulteriormente si, conforme a otro perfeccionamiento del procedimiento, el proceso de recuperación de calor comprende un circuito de agua/vapor con una caldera de calentamiento, y el gas de escape se utiliza después de la transmisión de calor al circuito de dióxido de carbono y antes de entrar en el adsorbedor/desorbedor para sobrecalentar vapor en el circuito de agua/vapor.
Si la temperatura del gas de escape no es suficiente al salir de la turbina de gas de la instalación de turbina de gas para calentar el circuito de dióxido de carbono, es conveniente calentar adicionalmente el gas de escape antes de la transmisión de calor al circuito de dióxido de carbono.
Del circuito de dióxido de carbono se deriva por último una corriente parcial correspondiente al dióxido de carbono extraído del gas de escape y a continuación se enfría.
Una configuración preferida del dispositivo según la invención destaca porque entre la instalación de turbina de gas y el adsorbedor/desorbedor está dispuesto un primer intercambiador de calor, que está unido al circuito de dióxido de carbono, porque los medios de recuperación de calor comprenden un circuito de agua/vapor con una caldera de calentamiento, y porque entre el primer intercambiador de calor y el adsorbedor/desorbedor está dispuesto un segundo intercambiador de calor para sobrecalentar el vapor en el circuito de agua/vapor.
El adsorbedor/desorbedor está estructurado con preferencia a modo de un intercambiador de calor Ljungström recubierto y está equipado con una gran superficie reactiva para la adsorción y desorción de dióxido de carbono, en donde para reducir la transmisión de calor entre el circuito de dióxido de carbono y el lado de adsorción el material soporte que soporta el recubrimiento o una capa intermedia, dispuesta entre el recubrimiento reactivo del adsorbedor/desorbedor y el material soporte, presenta una reducida conductividad térmica.
Se deducen formas de ejecución adicionales de las reivindicaciones subordinadas.
Explicación breve de las figuras
A continuación se pretende explicar con más detalle la invención con base en ejemplos de ejecución en conexión con los dibujos. La figura 1 muestra el esquema de un ejemplo de ejecución preferido para un dispositivo según la invención en forma de una central energética combinada, y la figura 2 ilustra un detalle del adsorbedor/desorbedor.
Vías para ejecutar la invención
En la figura 1 se ha representado el esquema de instalación de una central energética combinada 10 con un dispositivo para extraer dióxido de carbono del gas de escape. La central energética combinada 10 comprende fundamentalmente tres partes de instalación, precisamente una instalación de turbina de gas 1, un circuito de agua/vapor 12 y un circuito de dióxido de carbono 38, estando acoplados todos entre sí.
La instalación de turbina de gas 11 comprende un compresor 14, una primera cámara de combustión 15 y una turbina de gas 16. El compresor aspira a través de un conducto de alimentación de aire 18 aire de combustión y lo comprime. El aire comprimido se utiliza para quemar un combustible (líquido o gaseoso) en la primera cámara de combustión 15. El gas caliente que se produce durante la combustión se expande en la turbina de gas 16, que acciona a través de un rotor común el compresor 14 y genera corriente a través de un primer generador 13 conectado. El gas de escape 39 procedente de la turbina de gas 15 se envía después de atravesar varias etapas intermedias (19, 20, 21, 22), que se tratarán con más detalle más adelante, a través de una caldera de calentamiento (Heat Recovery Steam Generator HRSG) 33 situada en el circuito de agua/vapor, en donde del gas de escape 40 se recupera calor y se utiliza para generar vapor. En el marco de la invención puede estar previsto sin embargo, en lugar de la caldera de calentamiento 33 o del circuito de agua/vapor 12, también otro proceso de recuperación de calor.
En la caldera de calentamiento 33 se precalienta en un economizador 34 agua de alimentación, que se bombea desde una caldera de agua de alimentación/deaerador 30 mediante una bomba de agua de alimentación 31, a continuación se vaporiza en un evaporador 35 unido a un tambor de vapor 32 y a continuación se sobrecalienta en un sobrecalentador 36. El vapor fresco se expande en una turbina de vapor 29, se condensa en un condensador 27 siguiente y se bombea de vuelta mediante una bomba de condensador 26 a la caldera de agua de alimentación/deaerador 30. La turbina de gas 29, que normalmente comprende varias etapas de presión, acciona un segundo generador 28, pero también puede estar acoplado a la turbina de gas 16.
El gas de escape 39 que viene de la turbina de gas 16 contiene dióxido de carbono, que con ayuda de las partes de instalación 19-25 y 37, 38 se extrae del gas de escape y se trata ulteriormente por separado. El circuito de dióxido de carbono 38 se encuentra con ello a una temperatura claramente mayor que el gas de escape 40 que fluye hacia la caldera de calentamiento 33. El gas de escape 39 se calienta después de abandonar la turbina de gas 16, en primer lugar, en una segunda cámara de combustión 19 que se abastece de combustible a través de un conducto de alimentación de combustible 17 como la primera cámara de combustión 15. El aumento de temperatura ligado a ello hace posible, en un primer intercambiador de calor 20 subsiguiente, una transmisión de calor suficiente del gas de escape 39 al circuito de dióxido de carbono 38. En este punto se quiere destacar que en futuras generaciones de turbina de gas con temperaturas de salida todavía mayores posiblemente podrá prescindirse de la segunda cámara de combustión 19.
Antes de que el gas de escape 39 entre, para extraer el dióxido de carbono, en un adsorbedor/desorbedor 22 regenerativo que rota alrededor de un eje de giro 23, se enfría ulteriormente en un segundo intercambiador de calor 21 que sirve para el sobrecalentamiento ulterior del vapor en el circuito de agua/vapor 12. En el adsorbedor/desorbedor 22 rotatorio se adsorbe el dióxido de de carbono contenido en el gas de escape 39 sobre una superficie de adsorbedor 42 reactiva a una temperatura menor, rota después alrededor del eje de giro 23 hacia el lado del circuito de dióxido de carbono 38 y se desorbiza allí a las temperaturas aumentadas. Mediante las piezas constructivas rotatorias del adsorbedor/desorbedor 22 no sólo se transporta sin embargo dióxido de carbono de la corriente de gas de escape 39 en la corriente de gas de escape 40. Este transporte de calor indeseado puede limitarse por medio de que, o bien entre el recubrimiento superficial 42 reactivo y el material soporte (rotor 14) que soporta este recubrimiento está dispuesta una capa intermedia 43 mala conductora de calor, o el propio material soporte 41 actúa de forma aislante térmicamente.
Mientras que el gas de escape 40 pobre en dióxido de carbono es reconducido, después de abandonar el adsorbedor/desorbedor 22, a la caldera de calentamiento 33 para recuperar el calor, se deriva del dióxido de carbono que circula mediante un soplador 24 en el circuito de dióxido de carbono 38 una corriente parcial, que se corresponde con el dióxido de carbono extraído del gas de escape 39 por unidad de tiempo y, después de un enfriamiento en un intercambiador de calor 25 adicional, se extrae a través de una salida de dióxido de carbono 37 para un uso ulterior. El dióxido de carbono circulante se calienta en un primer intercambiador de calor 20, para mantener en marcha la desorción en el adsorbedor/desorbedor 22.
El adsorbedor/desorbedor 22 está estructurado con preferencia a modo de un intercambiador Ljungström recubierto. Sus elementos esenciales son una estructura soporte 41 que rota alrededor de un eje de giro 23, recubierta con un material reactivo 42 que presenta una gran superficie para la adsorción y desorción de dióxido de carbono y, dado el caso, una capa intermedia 43 atenuadora de calor. Estos dispositivos son conocidos por sí mismos (véanse por ejemplo los documentos US-A-3,865,924, US-A-5,464,468 o US-A-4,778,492).
Lista de símbolos de referencia
10
Central energética
11
Instalación de turbina de gas
12
Circuito de agua/vapor
13, 28
Generador
14
Compresor
15, 19
Cámara de combustión
16
Turbina de gas
17
Conducto de alimentación de combustible
18
Conducto de alimentación de aire
20, 21, 25
Intercambiador de calor
22
Adsorbedor/Desorbedor (rotatorio, regenerativo)
23
Eje de giro
24
Soplador
26
Bomba de agua condensada
27
Condensador
29
Turbina de vapor
30
Caldera de agua de alimentación/Deaerador
31
Bomba de agua de alimentación
32
Tambor de vapor
33
Caldera de calentamiento (HRSG)
34
Economizador
35
Evaporador
36
Sobrecalentador
37
Salida de dióxido de carbono
38
Circuito de dióxido de carbono
39
Gas de escape rico en dióxido de carbono
40
Gas de escape pobre en dióxido de carbono
41
Material soporte (rotor)
42
Recubrimiento adsorbedor/desorbedor
43
Capa intermedia atenuadora de calor

Claims (12)

1. Procedimiento para extraer dióxido de carbono del gas de escape de una instalación de turbina de gas (11), cuyo gas de escape se somete a un proceso de recuperación de calor (12, 33) postconectado, con preferencia en la caldera de calentamiento (33) de un circuito de agua/vapor (12), caracterizado porque el dióxido de carbono se extrae del gas de escape (39) entre la instalación de turbina de gas (11) y un proceso de recuperación de calor (12, 33), y porque para extraer el dióxido de carbono se utiliza un adsorbedor/desorbedor (22) rotatorio y regenerativo, que está conectado por su lado de adsorbedor a la corriente de gas de escape (39) y por su lado de desorbedor a un circuito de dióxido de carbono (38).
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque entre la instalación de turbina de gas (11) y el adsorbedor/desorbedor (22) se transmite calor del gas de escape (39) al circuito de dióxido de carbono (38).
3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque el proceso de recuperación de calor comprende un circuito de agua/vapor (12) con una caldera de calentamiento (33), y porque el gas de escape (39) se utiliza después de la transmisión de calor al circuito de dióxido de carbono (38) y antes de entrar en el adsorbedor/desorbedor (22) para sobrecalentar vapor en el circuito de agua/vapor (12).
4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 2 y 3, caracterizado porque el gas de escape (39) se calienta adicionalmente antes de la transmisión de calor al circuito de dióxido de carbono (38).
5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque del circuito de dióxido de carbono (38) se deriva una corriente parcial correspondiente al dióxido de carbono extraído del gas de escape y a continuación se enfría.
6. Dispositivo para llevar a cabo el procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, dispositivo que comprende una instalación de turbina de gas (11) y medios (12, 33) postconectados para recuperar calor del gas de escape de la instalación de turbina de gas (11), caracterizado porque entre la instalación de turbina de gas (11) y los medios de recuperación de calor (12, 33) está dispuesto un adsorbedor/desorbedor (22) rotatorio y regenerativo, que está conectado por su lado de adsorbedor a la corriente de gas de escape y por su lado de desorbedor a un circuito de dióxido de carbono (38).
7. Dispositivo según la reivindicación 6, caracterizado porque entre la instalación de turbina de gas (11) y el adsorbedor/desorbedor (22) está dispuesto un primer intercambiador de calor (20), que está unido al circuito de dióxido de carbono (38).
8. Dispositivo según la reivindicación 7, caracterizado porque los medios de recuperación de calor comprenden un circuito de agua/vapor (12) con una caldera de calentamiento (33), y porque entre el primer intercambiador de calor (20) y el adsorbedor/desorbedor (22) está dispuesto un segundo intercambiador de calor (21) para sobrecalentar el vapor en el circuito de agua/vapor (12).
9. Dispositivo según una de las reivindicaciones 7 y 8, caracterizado porque delante del primer intercambiador de calor (20) están dispuestos medios adicionales (19) para calentar el gas de escape (39) procedente de la instalación de turbina de gas (11).
10. Dispositivo según una de las reivindicaciones 6 a 9, caracterizado porque del circuito de dióxido de carbono (38) se deriva una salida de dióxido de carbono (37), y porque en la salida de dióxido de carbono (37) está dispuesto un intercambiador de calor (25) para enfriar el dióxido de carbono derivado.
11. Dispositivo según una de las reivindicaciones 6 a 10, caracterizado porque el adsorbedor/desorbedor (22) está estructurado a modo de un intercambiador de calor Ljungström recubierto y está equipado con una gran superficie reactiva (42) para la adsorción y desorción de dióxido de carbono.
12. Dispositivo según la reivindicación 11, caracterizado porque entre el recubrimiento (42) reactivo y el material soporte (14) que soporta este recubrimiento está dispuesta una capa intermedia (43) mala conductora de calor.
ES01107359T 2000-03-31 2001-03-26 Procedimiento para extraer dioxido de carbono del gas de escape de una instalacion de turbina de gas asi como dispositivo para llevar a cabo el procedimiento. Expired - Lifetime ES2293942T3 (es)

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