Ciclo de energia Allam - Allam power cycle
O Ciclo Allam-Fetvedt ou Ciclo Allam é um processo para converter combustíveis gasosos em energia térmica, enquanto captura o dióxido de carbono e a água gerados . Este ciclo de emissão zero foi validado em uma instalação de teste alimentada com gás natural de 50 MW em La Porte , Texas, em maio de 2018. Esta planta industrial pertence e é operada pela NET Power LLC, uma empresa privada de licenciamento de tecnologia. NET Power é propriedade da Exelon Corporation , McDermott International Ltd, Occidental Petroleum Corporation (Oxy) Low Carbon Ventures e 8 Rivers Capital. Os dois inventores por trás do processo são o engenheiro inglês Rodney John Allam e o engenheiro americano Jeremy Eron Fetvedt. O Ciclo Allam-Fetvedt foi reconhecido pela MIT Technology Review na lista de 2018 de 10 tecnologias inovadoras.
Descrição
O Ciclo Allam-Fetvedt que opera como um ciclo de Brayton recuperado de alta pressão empregando um CO transcrítico
2fluido de trabalho com regime de combustão oxi-combustível . Este ciclo começa queimando um combustível gasoso com oxigênio e um CO supercrítico reciclado quente e de alta pressão
2fluido de trabalho em um combustor. O CO reciclado
2A corrente serve ao duplo propósito de reduzir a temperatura da chama de combustão a um nível administrável e diluir os produtos da combustão de modo que o fluido de trabalho do ciclo seja predominantemente CO2. A pressão no combustor pode ser tão alta quanto aproximadamente 30 MPa e a matéria-prima de combustão consiste em aproximadamente 95% de CO reciclado
2em massa. O combustor fornece uma exaustão de alta pressão que pode ser fornecida a um expansor de turbina operando a uma razão de pressão entre 6 e 12. A descarga do expansor sai como um CO subcrítico
2mistura predominantemente misturada com água derivada da combustão. Este fluido entra em um trocador de calor economizador, que resfria a descarga do expansor abaixo de 65 ° C contra a corrente de CO
2que está sendo reciclado para o combustor. Ao sair do trocador de calor do economizador, o exaustor do expansor é ainda resfriado até próximo à temperatura ambiente por um sistema de resfriamento central, permitindo que a água líquida seja removida do fluido de trabalho e reciclada para uso benéfico.
O fluido de trabalho restante de CO quase puro
2em seguida, entra em um estágio de compressão e bombeamento. O sistema de compressão consiste em um compressor centrífugo inter-resfriado convencional com uma pressão de entrada abaixo do CO
2pressão crítica. O CO
2o fluido de trabalho é comprimido e, em seguida, resfriado até próximo à temperatura ambiente no pós-resfriador do compressor. Neste ponto, a combinação de compressão e resfriamento do fluido de trabalho permite que ele atinja uma densidade superior a 500 kg / m3. Nesta condição, o CO
2o fluxo pode ser bombeado para a alta pressão de combustão necessária usando uma bomba centrífuga de vários estágios. Finalmente, o fluido de trabalho de alta pressão é enviado de volta através do trocador de calor do economizador para ser reaquecido e devolvido ao combustor.
O CO líquido
2o produto derivado da adição de combustível e oxigênio no combustor é removido da corrente de alta pressão; neste ponto, o CO
2 o produto é de alta pressão e alta pureza, pronto para sequestro ou utilização sem a necessidade de compressão adicional.
| Fluxo de massa dos componentes do ciclo Allam para combustível de gás natural (porcentagem da massa total entrando no estágio de combustão) | |||||
| Etapa do ciclo | Oxigênio |
Natural
gás |
Água (H2O) |
Dióxido de carbono ( CO 2) |
|
| Entrada de Combustão | 4,75% | 1,25% | - | 94% (quente, alta pressão) | |
| Entrada da turbina | - | - | 2,75% (vapor muito quente) | 97,25% (muito quente) | |
| Entrada do trocador de calor (exaustão) | - | - | 2,75% (vapor quente) | 97,25% (quente, baixa pressão) | |
| Saída do trocador de calor (exaustão) | - | - | 2,75% (vapor condensado) | 97,25% (para bomba de compressor) | |
| Saída da bomba do compressor | - | - | 94% (para trocador de calor) | 3,25% (CCS / CCUS) | |
| Entrada do trocador de calor (reciclar) | - | - | 94% (comprimido) | ||
| Saída do trocador de calor (reciclar) | - | - | 94% (quente, comprimido, para ser reciclado) | ||
Para que o sistema alcance uma alta eficiência térmica , uma abordagem de temperatura próxima é necessária no lado de alta temperatura do trocador de calor primário. Devido ao processo de resfriamento empregado na fase de compressão e bombeamento do Ciclo Allam-Fetvedt, um grande desequilíbrio de energia normalmente existiria no ciclo entre o fluxo de exaustão do expansor de resfriamento e o CO de reaquecimento
2 reciclar o fluxo.
O ciclo Allam-Fetvedt corrige esse desequilíbrio por meio da incorporação de calor de baixo grau na extremidade de baixa temperatura do trocador de calor recuperativo. Devido às baixas temperaturas no final do ciclo frio, esse calor de baixo grau só precisa estar na faixa de 100 ° C a 400 ° C. Uma fonte conveniente desse calor é a Unidade de Separação de Ar (ASU) necessária para o regime de oxi-combustão.
Esta configuração básica, ao queimar gás natural como combustível, foi modelada para atingir uma eficiência de até 60% (LHV) como uma rede de ciclo de potência de todas as cargas parasitas, incluindo o ASU de uso intensivo de energia. Apesar da novidade, os componentes exigidos por este ciclo estão todos disponíveis comercialmente, com exceção do pacote da turbina de combustão. A turbina depende de tecnologias e abordagens comprovadas usadas pelas ferramentas existentes de projeto de turbinas a gás e a vapor.
Formulários
A construção começou em março de 2016 em La Porte, Texas, em uma instalação de teste industrial de 50 MW que apresentaria o Ciclo Allam-Fetvedt, com construção concluída em 2017. Em 2018, o Ciclo Allam-Fetvedt e tecnologias de apoio foram validados nesta planta de demonstração, que agora serve como uma instalação de teste , permitindo que os OEMs certifiquem componentes para uso com futuras plantas de ciclo Allam-Fetvedt. Esta instalação de teste pertence e é operada pela NET Power, que é propriedade da Exelon Corporation, McDermott International Ltd, Occidental Pertroleum Corporation (Oxy) Low Carbon Ventures e 8 Rivers Capital. Em reconhecimento à instalação de teste do Ciclo Allam-Fetvedt em La Porte, Texas, a NET Power foi premiada com o Projeto Tecnológico do Ano de Excelência Internacional em Energia Inovadora de 2018 na Exposição e Conferência Internacional de Petróleo de Abu Dhabi (ADIPEC).