CN1186194A - 发电方法以及发电装置 - Google Patents
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Abstract
部分处理锅炉专烧燃料分离出馏分,将馏分,或根据情况在馏分中添加适合燃气轮机燃料后,提供给燃气轮机发电,将其燃烧排气提供给锅炉,将残留部分,或根据情况在残留部分中添加锅炉专烧燃料后使之燃烧,用得到的水蒸汽进行发电。因此,可以利用价格便宜的煤、重质油、塑料废弃物等的锅炉专烧燃料,以及根据情况利用适合燃气轮机燃料,进行高效率的发电,进而,可以进行对环境的不利影响小、设备费用少的发电。
Description
本发明涉及部分处理煤、重油等的锅炉专烧燃料,分离为馏分和剩余物,单独使用从该馏分得到的燃气轮机用燃料或与适合燃气轮机燃料组合后提供给燃气轮机,使之燃烧发电,将该剩余物作为锅炉燃料,单独或与锅炉专烧燃料组合后提供给锅炉,使之燃烧产生蒸汽,由蒸汽轮机发电的发电方法以及装置,特别涉及将燃气轮机排气提供给锅炉用于锅炉燃料的燃烧上的排气再燃式的发电方法及其装置。
在通过汽轮机等的原动机将燃烧产生的能量转换成电能的方法中,有采用锅炉和汽轮机的发电方法、采用燃气轮机的发电方法以及组合它们的复合循环火力发电方法。
采用锅炉和汽轮机的发电方法,使用重油、原油、残渣油或煤等作为燃料,靠在锅炉中产生的高温、高压的蒸汽驱动汽轮机发电,但热效率比较低为38~40%/HHV基准(HHV:高发热量,以下只要没有特意事先说明,发电的热效率用HHV表示)。
另外,燃气轮机使用液化天然气(LNG)、煤油、轻油等作为燃料,用压缩空气使之燃烧,进而用燃烧热加热压缩空气,用产生的高温、高压的气体驱动轮机发电。发电效率是20~35%,但由于燃气轮机的排气为450~700℃的高温,所以可以利于此热量。
另外,在空气冷却叶片轮机等中,因为可以使气体温度提高到1300~1500℃,所以,可以提高发电效率,更有效地利用排气。
在组合这两种方法的复合循环火力发电中,采用使用LNG作为燃料,用压缩空气使之燃烧,用该高温高压气体驱动燃气轮机发动,进而将其排气提供给废热回收锅炉产生蒸汽,用汽轮机发电的方法,在以往的燃气轮机中,其特征是热效率高达46~47%。因而,在因发电设备老化而更新设备时和利用现有的设备增强发电能力时,向热效率高的复合循环火力发电转换。
但是,在上述采用LNG的复合循环火力发电中,由于燃料LNG储存成本高,因而可能在燃料供给上产生问题。
在欧美,除了LNG和轻油以外,实用中使用原油和残渣油作为燃气轮机的燃料,但由于在其中包含不纯物,因此事故多发,与使用轻油和LGN情况相比,存在保养费用增加的问题。作为用于燃气轮机的燃料的不纯物含有量,希望将钠和钾的合计限制在0.5ppm以下,将钒限制在0.5ppm以下。特别是钠、钾的盐分和钒相互影响,使燃气轮机的叶片金属的熔点下降,成为灰分向叶片附着的原因。
另一方面,火力发电除了石油和LNG外,还将天然大量地埋藏的煤和重油作为现成燃料使用,进而研究了其有效的利用。例如,研究了在气化炉中使用射流床方式,输电端效率约43~47%的煤气化复合发电(IGCC)。但是,在这些技术中,为了利用煤和重油进行复合循环火力发电,需要将原燃料一度转换为煤气,进而需要精制得到的煤气。
在全部气化原燃料的方法中,例如,存在在原燃料的前处理中需要过大的设备、需要特别形式的气化炉和与之组合使用的特别形式的锅炉、操作条件过于苛刻、因全部气化而生成的煤气量大、另外在煤气脱尘和精制中需要过大的设备、需要剩余溶渣的处理、至燃气轮机可以使用的燃料前精制气化等问题。
燃气轮机和电力工程杂志(Journal of Engineering for Gas Turbines and Power)vol.118,OCTOBER1996,737中,展示了这样的复合循环火力发电,即,在氧和水蒸汽存在的情况下,在高温下将煤气化,将得到的煤气提供给燃气轮机燃烧,用产生的高温燃气驱动燃气轮机发电,将气化煤后的剩余的炭提供给流动床锅炉燃烧,由产生的蒸汽驱动汽轮机发电。
但是,在这种技术中,因为气化温度在1000℃左右或更高,所以Na和K盐,以及V化合物那样腐蚀汽轮机叶片的成分混入很多,需要除去它们,由于组合气化装置和燃气轮机以及流动床锅炉的装置特殊,所以为了适用于具有如现有的锅炉·汽轮机系统那样的辐射传热面和对流传热面的锅炉,就需要对设备大幅度改造,实际上存在只适用于新置设备时这种受限制的问题。另外,存在高温下得到的煤气的精制必须在低温下进行这一能量损失大的问题,进而,有整体设备费用过大的问题。
本发明的目的在于,提供一种使用便宜或利用度低的锅炉专烧燃料(不能用于燃气轮机而可以用于锅炉的燃料),进行高效率的发电,有效地利用燃料的能量,进而减少对环境的污染的设备费用低的方法。另外,提供一种同时设置如石油精制设备那样的燃料发生源,在设备费用增加不多的情况下,有效利用燃料进行发电的方法和设备。
本发明人们,对于利用各种燃料进行发电进行了深入研究,其结果发现,通过用汽提、蒸馏、热分解、干馏、微波照射、部分水煤气化、部分燃气化等部分处理煤、原油、重油等便宜或利用度低的锅炉专烧燃料,适宜地分离出馏分和残留部分,就可以使馏分的性质、品质、发生量以及热量与燃气轮机的燃料使用相适应,使残留部分的性质、发生量以及热量与锅炉的燃料使用相适应,进而发现,各自的量特别适合燃气轮机发电和汽轮机发电结合的复合循环火力发电,特别是通过单独使用馏分或将馏分和适合燃气轮机燃料用作燃气轮机燃料,用燃气轮机发电,单独使用残留部分或将残留部分和锅炉专烧燃料用作锅炉燃料,使得产生蒸汽,用汽轮机发电,就可以以低费用的装置,以低成本,高效率地发电,通过将燃气轮机的排气加在锅炉上,使排气再燃烧,就可以以更高的效率发电;还发现,通过使用从石油精制设备得到的剩余的适合燃气轮机燃料和在同一设备内产生的锅炉专烧燃料,利用来自燃气轮机的排气在锅炉中燃烧,就可以有效地利用设备中产生的燃料,高效率地发电,由此完成了本发明。
即,本发明的权利要求1涉及这样一种发电方法,部分处理锅炉专烧燃料(F),分离出馏分(D)和残留部分(R),单独将从该馏分(D)得到的燃气轮机用燃料(G)或将燃气轮机用燃料(G)和适合燃气轮机燃料(G′)的混合物作为燃气轮机燃料(A),单独将残留部分(R)或将残留部分(R)和锅炉专烧燃料(F)和/或其他类的锅炉专烧燃料(F′)的混合物作为锅炉燃料(B),在使燃气轮机燃料(A)在燃气轮机内燃烧驱动燃气轮机发电的同时,用锅炉燃料(B)在锅炉内燃烧产生的水蒸汽驱动汽轮机发电。
由此,因为可以从煤、重油等便宜或利用度低的锅炉专烧燃料(不能用于燃气轮机但可以用于锅炉的燃料)有效地得到适用于燃气轮机和汽轮机的燃料,或,还可以把便宜或利用度低的各种锅炉专烧燃料和各种适合燃气轮机燃料组合使用,所以,燃料的利用范围扩大,无论对于经济性,还是对于环境恶化时,都可以适宜地选择燃料有效地发电。因为可以使用这些燃料发电,所以与只将锅炉专烧燃料(F)作为锅炉燃料(B)使用的情况比较,大幅度地提高发电效率。
本发明的权利要求2涉及权利要求1所述的发电方法,将燃气轮机排气提供给锅炉,使排气再燃烧锅炉燃料(B)。
由此,因为可以利用燃气轮机排气中的残余热量和残余的10~15%的氧燃烧残留部分,所以可以提高发电效率至46%。
本发明的权利要求3涉及权利要求1所述的发电方法,将燃气轮机排气提供给废热回收锅炉,使得产生发电用水蒸汽,将废热回收锅炉排气提供给锅炉,使排气再燃烧锅炉燃料(B)。
由此,因为可以由燃气轮机排气中的残余热量产生发电用的水蒸汽,进而利用废热回收锅炉排气中的残余热量和10~15%的残余氧燃烧残留部分,所以发电效率高。
本发明的权利要求4涉及权利要求1~3的任何一项所述的发电方法,其中的部分处理是从蒸去轻油、急剧蒸发、蒸馏、抽出、倾析或由这些混合处理构成的群中选择的部分分离处理。
由此,判断可以具体使用锅炉专烧燃料的各种部分分离处理方法。
本发明的权利要求5涉及权利要求1~3的任何一项所述的发电方法,其中的部分处理是从热分解、干馏、水煤气化、燃气化、氢气化、液化、微波照射或由这些混合处理构成的群中选择的部分分解处理。
由此,判断可以具体使用锅炉专烧燃料的各种部分分离处理方法。
本发明的权利要求6涉及权利要求4~5的任何一项所述的发电方法,其中的部分处理是在250℃以上500℃以下进行。
由此,在可以有利于在热状态下得到馏分的同时,可以大幅度减少馏分中的Na、K、Ca、V及其他的不纯物的混入。
本发明的权利要求7涉及权利要求1~6的任何一项所述的发电方法,其中的馏分(D)对残留部分(R)的热量比例是20~60%对80~40%。
由此,可以从锅炉专烧燃料中经济地得到适合排气再燃烧复合循环火力发电的热量的馏分,将馏分用于燃气轮机用燃料,在锅炉中使用残留部分,通过排气再燃烧进行高效率的发电。
本发明的权利要求8涉及权利要求1~7的任何一项所述的发电方法,至少从馏分(D)中分离出气体成分(V)和油成分(O),将气体成分(V),油成分(O)或气体成分(V)和油成分(O)用作燃气轮机用燃料(G)。
由此,可以防止水分和溶解在水分中的不纯物成分混入燃气轮机用燃料。
本发明的权利要求9涉及权利要求8的发电方法,蒸馏油成分(O)分离出精制馏分(C)和蒸馏残渣(R′),将精制馏分(C)用作燃气轮机用燃料(G),将蒸馏残渣(R′)用于锅炉。
由此,即使是从任何锅炉专烧燃料得到的馏分中制造燃气轮机用燃料,都可以得到在使燃气轮机长时间工作的情况下减少叶片等的腐蚀的燃料,在原本馏分中不纯物少的情况下,可以进一步减少其含量。
本发明的权利要求10涉及权利要求8~9的任何一项所述的发电方法,其中,燃气轮机燃料(A),含钠和钾成分合计在0.5重量ppm以下,含钒成分在0.5重量ppm以下。
由此,Na、K成分的合计在0.5重量ppm或以下,V成分在0.5重量ppm或以下,即使长时间连续使用燃气轮机也可以使叶片等的腐蚀减少。
本发明的权利要求11涉及权利要求8~9的任何一项所述的发电方法,用气体专烧燃气轮机燃烧气体成分(V),用油专烧燃气轮机燃烧油成分(O)或精制馏分(C)。
由此,可以高效率地、稳定地燃烧气体成分和油成分,进行燃气轮机发电。
本发明的权利要求12涉及一种由以下部分构成的发电装置:部分处理装置,部分处理锅炉专烧燃料(F)分离出馏分(D)及残留部分(R);燃气轮机,通过燃烧本发明权利要求1所述的燃气轮机燃料(A)驱动;燃气轮机用发电机,靠被驱动的燃气轮机发电;锅炉,燃烧本发明权利要求1所述的锅炉燃料(B)产生水蒸汽;汽轮机,由产生的水蒸汽驱动;以及汽轮机用发电机,靠被驱动的汽轮机发电。
由此,因为可以有效地从煤、重油等便宜或利用度低的锅炉专烧燃料中得到适于燃气轮机和汽轮机的燃料,利用这些燃料发电,还可以组合使用便宜或利用度低的各种锅炉专烧燃料和各种适合燃气轮机燃料,所以燃料的利用范围扩大,无论在经济性方面,还是针对环境恶化,都可以适宜地选择燃料,有效地发电。
本发明的权利要求13涉及本发明权利要求12所述的发电装置,设置有将燃气轮机排气提供给锅炉的排气供给装置。
由此,因为可以使用燃气轮机排气中的剩余热量和10~15%的残余氧燃烧残留部分,所以可以以约46%的发电效率发电。
本发明的权利要求14涉及本发明权利要求12所述的发电装置,设置有提供燃气轮机排气使得产生发电用水蒸汽的废热回收锅炉以及将废热回收锅炉排气提供给锅炉的排气供给装置。
由此,因为在由燃气轮机排气中的残余热量产生发电用的蒸汽的同时,可以使用废热回收锅炉排气中的残余热量和10~15%的残余氧燃烧残留部分,所以发电效率高。
本发明的权利要求15涉及一种发电方法,即,并列设置在同一场所得到适合燃气轮机燃料和锅炉专烧燃料的设备,将该适合燃气轮机燃料提供给燃气轮机燃烧,靠燃烧产生的驱动用燃烧气体驱动燃气轮机发电,将该锅炉专烧燃料提供给锅炉用上述燃气轮机排气使之燃烧,用产生的水蒸汽驱动汽轮机发电。
由此,不需要新设置部分处理设备,就可以有效地利用排气和焦油等,高效率地发电。
本发明的权利要求16涉及权利要求15所述的发电方法,其中,上述设备,是从石油精制设备、炼铁设备、化学设备以及由它们组合构成的群中选择的设备。
由此,不将多量的适合燃气轮机燃料和锅炉专烧燃料排到环境或不输送,只使其在锅炉中燃烧,就可以以更高的效率发电。
本发明还将下述作为发明展示。
即,本发明展示这样的发电方法,部分处理锅炉专烧燃料,分离出馏分以及残留部分,将馏分用作燃气轮机燃料,将残留部分用作锅炉燃料,将上述燃气轮机燃料提供给燃气轮机燃烧,用由燃烧产生的驱动用燃烧气体驱动燃气轮机发电,将上述锅炉燃料以及上述锅炉专烧燃料提供给锅炉燃烧,用产生的蒸汽驱动汽轮机发电。
本发明展示这样的发电方法,部分处理锅炉专烧燃料,分离出馏分以及残留部分,将馏分用作燃气轮机燃料,将残留部分用作锅炉燃料,将适合燃气轮机燃料以及上述燃气轮机燃料提供给燃气轮机燃烧,用由燃烧产生的驱动用燃烧气体驱动燃气轮机发电,将上述锅炉燃料提供给锅炉燃烧,用产生的蒸汽驱动汽轮机发电。
本发明展示上述发电方法使用的下述燃料,锅炉专烧燃料(F)或(F′),是从煤、挥发成分在20重量%以上的低质炭、炭、焦炭、重油、残渣油、沥青、地沥青、石油焦炭、碳、焦油砂、从焦油砂得到的砂油、油母页岩、从油母页岩得到的页岩油、Orinoco煤溚、作为Orinoco煤溚的水悬浮物的Ori煤溚胶体、沥青(asphalt)、作为沥青(asphalt)的水悬浮物的沥青胶体、石油-油混合物(COM)、石油-水混合物(CWM)、煤-甲醇膏、木头、草、油脂或榨油渣的来自天然的物质、废塑料、可燃垃圾,以及由这些混合物构成的群中选择的燃料。
本发明展示上述发电方法所使用的下述燃料,适合燃气轮机燃料(G′)是从以下物质或群中选择的燃料,即,氢、甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、丁烷类、丁烯类、己烷类、庚烷类、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、二甲醚、二乙醚、液化天然气、液化石油气、石脑油、汽油、煤油、轻油、常压沸点在500℃以下的重油分解成分、天然气、煤层甲烷、填埋垃圾气、高炉气、炼焦炉气、转炉气、来自包含氢的化学设备的伴生气体、煤或重油的气化气、煤干馏气、煤水煤气化气、煤部分燃烧气体、重油加热分离轻质油或气体、重油加热分解轻质油或气体、重油氧化分解轻质油或气体、超重油热分解轻质油或气体、超重油氧化分解轻质油或气体、发酵气体,以及由它们混合而成的群。
本发明展示上述的发电方法,其中,部分处理的锅炉专烧燃料是煤,重油以及它们的混合物。
本发明展示上述的发电方法,其中将燃气轮机排气供给锅炉,提供空气使锅炉燃料和/或锅炉专烧燃料燃烧。
本发明展示上述的发电方法,只用燃气轮机排气进行锅炉的燃烧。
本发明展示上述的发电方法,将碳氢化合物提供给锅炉专烧燃料(F)进行微波照射。
本发明展示上述的发电方法,直接提供加热用气体和水蒸汽给锅炉专烧燃料(F)进行水煤气化。
本发明展示上述的发电方法,提供空气或氧和水蒸汽给锅炉专烧燃料(F)进行燃气化。
本发明,展示了由部分处理装置、燃气轮机、燃气轮机用发电机、锅炉、汽轮机以及汽轮机用发电机构成的如下发电装置。
(1)部分处理锅炉专烧燃料分离成馏分和残留部分,将馏分用作燃气轮机燃料,将残留部分用作锅炉燃料,将上述燃气轮机燃料提供给燃气轮机燃烧,用燃烧产生的驱动用燃烧气体驱动燃气轮机发电,将上述锅炉燃料以及上述锅炉专烧燃料提供给锅炉燃烧,用产生的蒸汽驱动汽轮机发电;
(2)部分处理锅炉专烧燃料分离成馏分和残留部分,将馏分用作燃气轮机燃料,将残留部分用作锅炉燃料,将适合燃气轮机燃料以及上述燃气轮机燃料提供给燃气轮机燃烧,用燃烧产生的驱动用燃烧气体驱动燃气轮机发电,将上述锅炉燃料以及上述锅炉专烧燃料提供给锅炉燃烧,用产生的蒸汽驱动汽轮机发电;
(3)部分处理锅炉专烧燃料分离成馏分和残留部分,将馏分用作燃气轮机燃料,将残留部分用作锅炉燃料,将上述燃气轮机燃料提供给燃气轮机燃烧,用燃烧产生的驱动用燃烧气体驱动燃气轮机发电,将上述锅炉燃料以及与上述不同种类的锅炉专烧燃料提供给锅炉燃烧,用产生的蒸汽驱动汽轮机发电;或
(4)部分处理锅炉专烧燃料分离成馏分和残留部分,将馏分用作燃气轮机燃料,将残留部分用作锅炉燃料,将适合燃气轮机燃料以及上述燃气轮机燃料提供给燃气轮机燃烧,用燃烧产生的驱动用燃烧气体驱动燃气轮机发电,将与上述不同种类的锅炉专烧燃料以及上述锅炉燃料提供给锅炉燃烧,用产生的蒸汽驱动汽轮机发电。
本发明展示上述的发电方法,是将燃气轮机排气提供给锅炉,提供空使残留部分燃烧。
本发明展示上述的发电方法,只用燃气轮机排气进行锅炉的燃烧。
本发明涉及煤干馏的发明还展示以下部分。
即,本发明,展示了部分处理煤,特别是挥发成分在20%重量以上的煤,分离出馏分以及残留部分,将该馏分作为燃气轮机用燃料,将作为残留部分的热分解炭化残留部分、炭或焦炭作为汽轮机的锅炉燃料的发电用燃料,并展示了部分分解处理是干馏,特别是干馏在500℃以下热分解炭化,进而从馏分中分离气体成分和/或油成分,将该气体成分和/或油成分作为燃气轮机用燃料的发电用燃料的制造方法。
本发明,还展示了燃气轮机发电用燃料,即,将在上述中得到的气体成分以及/或油成分作为燃料,该燃料盐分含量在0.5重量ppm以下以及钒成分含量在0.5重量ppm以下。
还有,本发明展示了发电用燃料的制造方法,即,部分分解处理煤,分离出馏分以及残留部分,将该馏分作为燃气轮机用燃料,将残留部分作为汽轮机的锅炉燃料。
还有,本发明展示了发电用燃料的制造方法,即,以10~100000℃/秒的加热速度在0.1~10秒之间加热煤,迅速部分分解煤,分离出馏分以及残留部分,将该馏分作为燃气轮机用燃料,将残留部分作为汽轮机的锅炉燃料。
还有,本发明展示了将从上述迅速部分热分解产生的馏分中得到的燃气轮机燃料用于燃气轮机,将残留部分用作锅炉燃料,进行复合循环火力发电的方法。
本发明涉及煤的微波照射的发明还展示以下部分。
本发明,涉及用微波照射部分分解处理煤,特别是挥发成分占20%以上的煤,分离出馏分以及残留部分,将该馏分作为燃气轮机用燃料,将残留部分作为在锅炉·汽轮机系统中使用的锅炉燃料的发电用燃料;展示了部分分解处理是微波照射处理,特别是微波照射处理在50℃以上,最好在100℃~1000℃之间进行,另外,在碳氢化合物存在下,最好在碳数为1~20的脂肪族、脂环族、芳香族碳氢化合物存在下,或碳氢化合物气体存在下,进而从馏分中分离气体成分以及油成分,将该气体成分和/或油成分作为燃气轮机用燃料的发电用燃料。
还有,本发明展示了发电用燃料的制造方法,即,用微波照射部分分解处理煤,分离出馏分以及残留部分,将该馏分作为燃气轮机用燃料,将残留部分作为在锅炉·汽轮机系统中使用的锅炉燃料,
本发明涉及煤的部分水煤气化的发明还展示以下部分。
本发明,对于部分水煤气化处理煤,分离出馏分以及残留部分,将该馏分作为燃气轮机用燃料,将残留部分作为锅炉燃料的发电用燃料的制造方法,还展示了直接向加热用气体中添加水蒸汽进行部分水煤气化处理的制造方法,以及进而添加氢、碳氢化合物、二氧化碳或它们的混合物进行部分水煤气化处理的制造方法。
本发明,对于从馏分分离气体成分或气体以及油成分,将该气体成分或气体以及油成分作为燃气轮机用燃料的发电用燃料的制造方法,展示了馏分和残留部分的比率在热量比率上是30~45%对70~55%的发电用燃料的制造方法。
本发明涉及煤的部分燃气化的发明还展示以下部分。
本发明展示了,部分燃气化处理煤,分离出馏分以及残留部分,将该馏分作为燃气轮机用燃料,将残留部分作为锅炉燃料的发电用燃料的制造方法;向煤添加空气或氧,以及水蒸汽进行部分燃气化处理的发电用燃料的制造方法;进而添加氢、碳氢化合物、二氧化碳或它们的混合物进行部分燃气化处理的发电用燃料的制造方法;进而从馏分中分离出气体成分或气体以及油成分,将该气体成分或气体以及油成分作为燃气轮机用燃料的发电用燃料的制造方法;馏分和残留部分的比率在热量比率上是30~55对70~45%的发电用燃料的制造方法。
本发明涉及重油的部分热分解的发明还展示以下部分。
即,本发明展示,热分解处理重油,分离出馏分以及残留部分,将该馏分作为燃气轮机用燃料的发电用燃料的制造方法;热分解处理重油,分离出馏分以及残留部分,将残留部分作为锅炉燃料的发电用燃料的制造方法;热分解处理重油,分离馏分以及残留部分,将该馏分作为燃气轮机用燃料,将残留部分作为锅炉用燃料的发电用燃料的制造方法;重质油是A重油、B重油、C重油、常压残渣油、减压残渣油、页岩油、Orinoco超重油、Ori煤溚胶体、沥青胶体、地沥青或它们的混合物,热分解处理由分裂蒸馏法、减粘裂化法、延迟焦化法、流体焦化法、挠性焦化法、接触焦化法或尤里卡法进行,热分解处理还通过添加水蒸汽、空气、氢、碳氢化合物、二氧化碳或它们的混合物进行,馏分和残留部分的比率在热量比率上是20~60%对80~40%的发电用燃料的制造方法。
本发明涉及煤和重油的混合物的部分燃气化的发明还展示以下部分。
即,本发明展示,部分燃气化处理煤以及重质油的混合物,分离出馏分以及残留部分,将该馏分作为燃气轮机用燃料,将残留部分作为锅炉燃料的发电用燃料的制造方法;向煤以及重质油的混合物添加空气或氧,以及水蒸汽进行部分燃气化处理的发电用燃料的制造方法;还添加氢、碳氢化合物、二氧化碳或它们的混合物进行部分燃气化处理的发电用燃料的制造方法;部分燃气化处理的煤:重质油的重量比率是5∶95~80∶20的发电用燃料的制造方法;进而,从馏分分离气体成分或气体成分以及油成分,将该气体成分或气体以及油成分作为燃气轮机用燃料的发电用燃料的制造方法;馏分和残留部分的比率在热量比率上是20~60%对80~40%的发电用燃料的制造方法。
再有,本发明展示设置了用于从馏分(D)中至少分离气体成分(V)和油成分(O)的分离装置的上述发电装置。
再有,本发明展示设置有用于将油成分(O)分离成精制馏分(C)和残渣(R′)的分离装置的上述发电装置。
本发明具有以下优点。
作为锅炉专烧燃料,将煤、重质油等以及它们的混合物作为原料,通过部分处理,可以以适于发电,特别是适于进行排气再燃烧的发电的燃料比率,得到满足需要的全部基准的燃气轮机用燃料以及锅炉燃料。与在锅炉中全部燃烧锅炉专烧燃料用汽轮机发电时的热效率约38~40%相比,如果采用本发明,则可以以约45~47%的热效率发电,该热效率是和重质油的全部气化发电同等的效率,而且与全部气化相比,燃料分解过程和燃料气体的精制工序等的设备费用便宜,即使使用燃气轮机也不引起腐蚀,在原料的丰富性、低价格、经济性、现有设备的利用、因热效率高而使排气量减少不至于污染地球环境这些方面极具优点。
进而,可以随时选择使用仅能在锅炉中利用的便宜的、利用度低或被迫进行必要性处理的各种锅炉专烧燃料,和各种可用的便宜的存在剩余或公害物质产生少的适合燃气轮机燃料更有效地进行发电,因不需要部分处理设备,所以可以用少量的投资增加发电能力。
图1是本发明的工艺流程图。
图2是在本发明中,将馏分分离成气体成分和液体成分时的工艺流程图。
图3是在本发明中,进一步蒸馏油成分时的工艺流程图。
图4是展示采用适合燃气轮机燃料和锅炉专烧燃料的发电方法的工艺流程图。
图5是展示组合使用锅炉专烧燃料,和部分处理锅炉专烧燃料得到的燃气轮机燃料和锅炉燃料的发电方法的工艺流程图。
图6是展示组合使用适合燃气轮机燃料和锅炉专烧燃料,和部分处理锅炉专烧燃料得到的燃气轮机燃料和锅炉燃料的发电方法的工艺流程图。
图7是在图6中,将馏分分离成气体成分和液体成分时的工艺流程图。
图8是在图6中,进一步蒸馏油成分时的工艺流程图。
在本发明中,所谓适合燃气轮机燃料(G′),是可以在燃气轮机中使用的燃料,是说可燃性的气体、可燃性的轻质液体(常压沸点在500℃(约900°F)以下的液体),具体可以列举:甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、丁烷类、丁烯类、己烷类、庚烷类、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、二甲醚、二乙醚、液化天然气、液压石油气、石脑油、汽油、煤油、轻油、常压沸点在500℃以下的重油分解成分、天然气、煤层甲烷、填埋垃圾气、高炉气、炼焦炉气、转炉气、包含氢和/或一氧化碳的各种设备伴生气体、煤或重油的气化气、煤干馏气、煤水煤气化气、煤部分燃烧气体、重油加热分离轻质油或气体、重油加热分解轻质油或气体、重油氧化分解轻质油或气体、超重油热分解轻质油或气体、超重油氧化分解轻质油或气体、发酵气体,以及它们的混合物等。
作为包含氢以及/或一氧化碳的各种设备的伴生气体,例如,可以举出氧化碳水化合物得到的氢,或,氢和一氧化碳的混合气体等的来自化学设备的气体。
在本发明中,所谓锅炉专烧燃料(F),是燃气轮机不能使用而锅炉可以使用的燃料,是说可燃性的固体和可燃性的重质液体,具体地可以列举:煤、炭(char)、焦炭、重质油(A重油、B重油、C重油)、残渣油(常压残渣油、减压残渣油)、沥青、地沥青、石油焦炭、碳、焦油砂、从焦油砂得到的砂油、油母页岩、从油母页岩得到的页岩油、Orinoco煤溚、作为Orinoco煤溚的水悬浮物的Ori煤溚胶体、沥青(asphalt)、作为沥青(asphalt)的水悬浮物的沥青胶体、石油-油混合物(COM)、石油-水混合物(CWM)、煤-甲醇膏、木头、草、油脂或榨油渣的来自天然的物质、废塑料、可燃垃圾,以及它们的混合物。
在本发明中,部分处理用锅炉专烧燃料(F)和未部分处理的直接提供给锅炉的锅炉专烧燃料(F′),即可以是同一种燃料也可以是不同的燃料。例如,可以将重质油用作部分处理用锅炉专烧燃料,将煤用作直接提供给锅炉的锅炉专烧燃料。或者,可以使用可以部分处理的锅炉专烧燃料,对于直接供给锅炉的锅炉专烧燃料可以使用部分处理困难的或如果进行部分处理则不经济的燃料。
在本发明中,使用锅炉一词以及废热回收锅炉一词,只称锅炉一词时,表示使锅炉燃料燃烧的锅炉·汽轮机系统的锅炉,在废热回收锅炉时称废热回收锅炉。
在本发明中,作为锅炉专烧燃料(F)或(F′)使用的煤,可以列举褐煤、黑褐煤、低度烟煤、高度烟煤、半烟煤、半无烟煤、无烟煤等。理想的是挥发成分含有量在20重量%以上60重量%以下的煤。进而,理想的是挥发成分含有量在30重量%以上的,适合在燃气轮机和锅炉中使用的热量比的,可以产生由挥发成分或热分解生成物构成的馏分的煤,最理想的是,挥发成分含有量在35重量%以上的,可以产生适合在组合排气再燃烧的燃气轮机和锅炉中使用的热量比的馏分的低质煤或中质煤。
由于挥发成分越低的煤,炭化度越低,所以利用价值低,相反,由于埋藏量丰富且价格便宜,所以找出有效利用它们进行发电的方法就成为了主要的课题,但大家还不知到本发明的方法,实际上也不知到这样的发电设备和实验设备。
在本发明中,作为锅炉专烧燃料使用的重质油包含原油、以往的重质油、超重质油以及沥青(砂油)。
原油包含馏分以及重质成分,在本发明中可以部分分离处理或部分分解处理原油用于燃汽轮机燃料,或作为锅炉专烧燃料提供给锅炉。原油可以使用低硫磺原油,也可以使用高硫磺原油,在部分处理之前,不需要预先将盐分含有量调节在0.5ppm那样的低浓度,不限制馏分中的硫磺成分。
作为以往的重质油,可以列举:A重油、B重油、C重油、常压残渣油、减压残渣油、页岩油、其他重质油。
作为超重质油,是比重在1.0以上(60/60°F),粘度在10000cp(油层稳定下)以下者,可以列举:Orinoco超重油、作为水乳剂的Ori煤溚胶体、或沥青质、作为其水乳剂的沥青胶体等。
作为沥青,是比重在1.0以上(60/60°F),粘度在10000cp(油层温度下)以上者,可以列举:阿萨巴斯卡(Athabasca)沥青、冷湖(cold rake)沥青等。
这些重质油,如果需要,也可以在进行部分处理前,通过水洗、碱洗、酸洗、溶剂洗、吸附、交换、生物处理等,使钠、钾、钙等的盐分、硫磺、其他的不纯物的含有量下降。
在本发明中,所谓对锅炉专烧燃料的部分处理,是指部分分离处理、部分分解处理或它们的混合处理、
所谓部分分离处理,是不使锅炉专烧燃料发生化学性的组成变化,通过加热、减压、蒸去轻油、急剧蒸发、蒸馏、抽出、倾析等的分离方法,从锅炉专烧燃料中分离后述的馏分和残留部分的处理。
所谓部分分解处理,是使锅炉专烧燃料发生化学性的组成变化,可以通过热分解、干馏、燃气化、水煤气化、氢气化、液化、微波照射等,从干馏专烧燃料生成分离和残留部分。因而,部分分解处理,接着伴随分离和残留部分的分离操作,如果有必要,可以伴随从馏分中分离气体和油成分的操作,或从油成分分离轻油成分等的操作。
在本发明中,所谓馏分(D),是指从锅炉专烧燃料中通过部分分离处理,或部分分解处理和接着的分离处理,将锅炉专烧燃料或部分分解处理后的锅炉专烧燃料包含的成分分离成气体和/或液体状态者。因而,在馏分中包含一度气化冷凝液化的成分,还包含在液体状态下产生并分离出的成分。
再者,重质油的部分处理时,所谓馏分是指在大气压下的沸点在500℃(约900°F)以下的气体或液体的成分。
在本发明中,所谓残留部分(R)是指从锅炉专烧燃料或部分分解处理后的锅炉专烧燃料中分离出上述馏分后的残余部分。
以下,将部分处理分成部分分离处理和部分分解处理进行说明。
首先,说明各种部分分离处理。
在本发明中使用的蒸去轻油,如果以原油为例说明,则是加热原油,在汽提气体中使用含有蒸汽、氮气、二氧化碳、甲烷气体那样的惰性气体,向原油吹出气体,使挥发成分馏出的方法。
作为在本发明中使用的蒸馏,如果以原油为例说明,则可以列举:加热原油在减压、常压或加压下馏出挥发成分的方法;只馏出挥发成分的方法;加上环流用蒸馏分离精制馏分的方法;或加上共沸剂,或加上抽出剂分离特定的成分的蒸馏法。
在本发明中所使用的抽出中,对于油分多的生物量,如果有必要,则可以进行破碎,加入抽出剂分离抽出物和抽出残余部分,从抽出物中分离抽出剂或将抽出物直接作为燃气轮机燃料,将作为抽出残余部分的纤维质部分等作为锅炉燃料。
在本发明中所使用的急剧蒸发中,如果以原油为例说明,则可以在将高温高压下加热的原油导入压力低的容器分离成馏分和残留部分时使用。
在本发明中使用的倾析,如果以油母页岩为例说明,则是加热油母页岩,用倾析只分离粘度低的油的方法。
再者,这些部分分离处理,既可以在接着部分分解分离馏分和残留部分时使用,也可以在从馏分中得到精制馏分时使用。
以下,说明各种部分分解处理。
对于在本发明中使用的热分解处理,如果以重质油为例说明,则是可以将作为原料的重质油至少分离为包含可以用作燃气轮机燃料的成分的馏分和可以用作锅炉燃料的残留部分的方法。
作为热分解处理方法,例如,有用于得到馏分的裂化法、主要降低残留部分粘度的减粘裂化法、用于得到馏分和焦炭的焦化法,如果按严酷度分类,则可以列举:在1100℃以上高温热分解的方法;在980~1100℃热分解的高温焦化法;在870~980℃热分解的中温热分解(可以得到低热量气体);在700~870℃热分解的中温热分解(可以得到高热量气体);在480~700℃热分解的低温焦化法;在480~540℃热分解的低温热分解法;在430~480℃热分解的减粘裂化法;在350~480℃边吹入水蒸汽边进行热分解的尤里卡法。
另外,根据原料的重质油以及焦化法的种类不同,得到的残留部分的性质不同。有关焦化法的种类,可以在延迟焦化法中得到沥青的焦炭,可以在液体焦化法和挠性焦化法和接触焦化法中得到炭青质焦炭。
在用减粘裂化法热分解处理重质油的情况下,可以进行不生成焦炭的温和的热分解,可以谋求残留部分的低粘度化以及低流动点化。在减粘裂化法中,在加热炉中分解重质油,或者如果有必要,在经过裂化反应槽后,分离出馏分和残留部分。也可以急速冷却馏分使分解停止进行分离。
在用液体焦化法和挠性焦化法热分解处理重质油的场合,向反应器提供重质油,其在反应器内流动的加热焦炭上被热分解,分离出馏分和残留部分(焦炭)。在用挠性焦化法的情况下,附着在加热焦炭上的残留部分(焦炭)被送到加热室,用从煤气燃烧室返回的焦炭和气体在加热室中被加热后再循环到反应器。被送达加热室的附着在加热焦炭上的残留部分(焦炭)的一部分被送达煤气燃烧室,用空气和蒸汽气化后,返回加热室。加热室内的焦炭一部分作为焦炭取出,残留部分再次被送回反应器。
在液体焦化法的场合,附着在加热焦炭上的残留部分(焦炭)被送到喷烧室,在提供空气加热后,再返回反应器。喷烧室内的焦炭一部分作为焦炭被取出,残留部分再返回反应器。
在使用延迟焦化法热分解处理重质油的场合,加热重质油提供给蒸馏塔底部,分离出馏分(油蒸气)和残留部分(高沸点液),将残留部分提供给锅炉,在加热炉内短时间加热重质油后,向焦炭滚筒输送液体,在焦炭滚筒内进一步分离成馏分和残留部分,残留部分通过加热立刻变为焦炭。馏分提供给上述蒸馏塔,与重质油一同被分离成馏分(油蒸气)和残留部分(高沸点液)。
在这种方法中,与液体焦化法和挠性焦化法相比,气体以及焦炭的收获率高。
在使用尤里卡法热分解处理重质油的场合,预热重质油后,提供给蒸馏塔底部,分离出馏分和残留部分(高沸点液)。残留部分(高沸点液)在加热炉中被加热,轻度分解后提供给反应器。从反应器下部提供水蒸汽,在进一步热分解已轻度分解后的残留部分的同时,促使残留部分混合、馏分馏出。在规定的时间后,冷却反应物,使反应停止。
馏分是气体、油以及冷凝水。气体成分,根据需要可以除去硫化氢等的硫化物。油成分可以通过精馏分离,使高沸点的油与原料的重质油混合在系统内循环。反应停止后的残留部分是液态的沥青,作为石油沥青从系统中取出。
反应器可以准备多个,每隔规定的时间切换使用。因此,处理操作可以以半间歇方式进行。
如果对于热分解取边溶解油边部分热分解塑料废弃物的情况作为例子,则通过在330~350℃下,20~120分钟之间加热聚乙烯、聚丙烯那样的聚烯烃,边使分子量下降边溶解于如轻油那样的油,在聚苯乙烯中,通过在250℃下加热10~60分钟之间,主要由解聚合分解、溶解。这样得到的塑料废弃物的分解溶解液通过蒸馏分离出馏分和残留部分,馏分可以用作燃气轮机燃料,残留部分可以用作锅炉燃料。
在接触热分解中,根据作为原料使用的重质油的种类、混入不纯物的种类,可以使用活性白粘土、硅铝、沸石(特别是,稀土类交换沸石、超稳定Y型沸石)、Co-Mo、Ni-Mo、Fe等的分解催化剂。
热分解处理重质油的条件,根据作为原料的重质油的种类、作为目的的生成物的种类、它们的取得比率、上述的处理方法而不同。重质油的处理温度如上所述按严酷度区分为350~1300℃,压力是常压~100大气压。因而,可以从常压到100大气压下得到馏分。反应时间是10小时以下。
为了热分解处理,作为改性剂,可以作为原料添加氢、一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、生成的气体成分的一部分、油、乙醇等。
这些方法,也可以使用间歇法、如尤里卡法那样的半间歇法、如减粘裂化法那样的连续法中的任意一种操作方法。
在本发明中使用的干馏,是在降低氧浓度的状态下,理想的是在断绝空气的状态下蒸烧煤,用水冷等冷却馏分,化学地转换成不冷凝的气体成分、冷凝的液态成分、用倾析分离的液态成分和固体成分的操作。
干馏方法,可以是使用干馏器的方法,也可以是使用所谓的焦炭炉的方法。煤提供给干馏装置,考虑到残留部分的排出,通常提供大的块或粉体。
为了干馏而对煤的加热,可以是只从外部加热干馏用炉,但最好是输入规定温度的,例如燃烧燃料得到的400~1300℃的加热气体,进行加热,伴随加热用气体馏出挥发部分。
干馏,有最终加热温度在800℃以下的低温干馏、在800℃以上通常是在1000℃附近进行的高温干馏,在本发明中可以使用两种方法,但最好是低温干馏。在低温干馏中,可以得到很多用于油成分和燃料的炭,在高温干馏中,可以得到很多焦炉气和高炉或铸造用焦炭。另外,在本发明中进行的干馏,也可以仅是在500℃以下的热分解炭化过程而不合烧结过程。这种情况下,残留部分,根据煤的种类,可以得到粉末状态,或软化熔融成为块,可以根据锅炉的类型分别使用。
在本发明中所谓干馏,是指上述低温干馏、高温干馏、热分解炭化或它们的组合。
在干馏中的加热时间,可以是以往进行干馏的滞留时间1分钟以上,也可以是如急速热分解那样在1000℃的高温下滞留1分钟以下,最好是以往进行的滞留时间长,在低温下进行的干馏方法。
在干馏中,气体成分如果根据煤种类和制造条件举一例(只要没有事先特别说明,在气体成分用以下容量%表示),则氢50%、甲烷30%、一氧化碳8%、乙烯、苯等的碳氢化合物3%是有效成分,作为水分、氮、二氧化碳、微量元素,包含一氧化氮、氰酸、氮苯、硫化氢、二硫化碳、硫化碳酰、焦油等。
干馏产生的气体成分的发生量,在低温干馏或热分解炭化的情况下,是100~200Nm3/t煤,在高温干馏的情况下,是300~400Nm3/t煤,这些气体的发热量,对于低温干馏或热分解炭化产生的气体是4700~5400kcal/Nm3,对于高温干馏产生的气体是620~8000kcal/Nm3。
油成分在于馏中主要是轻油、焦油以及乙醇。油成分进一步可以用蒸馏等精制分离使用。残渣是沥青,在沥青中由于浓缩了盐分、钒等无机物。所以如果进行蒸馏精制,就可以得到更理想的燃气轮机用燃料。这种情况下,残渣可以混入锅炉燃料。
乙醇的发生量为50-150升/t煤。
轻油和焦油的发生量,在低温干馏或热分解炭化的场合是90~180升/t煤,在高温干馏的场合是40~80升/t煤。
如果说明本发明中使用的急速部分热分解,则展示了这样的发电用燃料的制造方法,即,在10~100000℃/秒的加热速度下,将煤加热0.1~10秒钟,使煤迅速部分热分解,分离出以挥发部分作为主要成分的馏分以及以炭、焦炭作为主要成分的残留部分,将该馏分作为燃气轮机用燃料,将残留部分作为汽轮机的锅炉燃料。
另外,本发明展示将从上述急速部分热分解产生的馏分中得到的燃气轮机燃料用于燃气轮机,将残留部分用于锅炉燃料,进行复合循环火力发电的方法。
如果以煤为例说明在本发明中使用的部分燃气化处理,则
作为在本发明中使用的部分燃气化处理,将作为原料的煤分离为包含可以用于燃气轮机用燃料的成分的馏分和可以用于锅炉燃料的残留部分。作为部分燃气化处理,例如,可以列举:使用固定床炉、流动床炉、气流床炉、熔化层炉、移动床炉、固定床-气流床组合炉、流动床-气流床组合炉、气流床-熔化层炉组合炉等的方法。
部分燃气化处理煤的条件,根据这些方式的不同而不同,进而,由于使用空气或氧用于氧化,得到的气体中的燃料成分的比率变化。为了得到发热量高的燃料,最好使用氧。进而,发热量高的燃料,可以从部分燃气化处理得到的气体中分离除去二氧化碳等得到,或通过进行转化反应和改性反应增加氢或甲烷的比率得到。
对煤添加的氧(使用空气时是空气中的氧)、水的重量比率,根据部分燃气化处理方法,对于煤1份,氧约在1.5份以下,水在3以下,最好是氧在0.1~1.2,水在0.1~2.0,处理温度,是炉温约为600~1600℃,压力是常压~100大气压。因而,可以在常压~100大气压之间得到馏分。
因为添加的水蒸汽的重量比率越接近3越促进从一氧化碳向氢的转移反应,所以馏分中的氢的比率增加,氧、水越少越接近干馏,气体成分减少,液体成分增加。
油成分在部分燃气化处理中,是石脑油、焦油等,是由部分燃气化处理生成的以及煤挥发成分原样馏出的。
以煤为例说明在本发明中使用的部分水煤气化处理。作为部分水煤气化处理,例如,可以列举:使用固定床炉、流动床炉、气流床炉、熔化层炉、移动床炉、固定床-气流床组合炉、流动床-气流床组合炉、气流床-熔化层炉组合炉等的方法。
部分水煤气化处理煤的条件,根据这些方式的不同而不同,对煤添加的水蒸汽的重量比率,对于煤1份,是3以下,最好是0.1~2,处理温度是炉温约为600~1600℃,压力是常压~100大气压。因为添加的水蒸汽的重量比率越接近2越促进从一氧化碳向氢的转移反应,所以馏分中的氢的比率增加,氧、水蒸汽的比率越接近0.1越接近干馏,气体成分减少。
在部分水煤气化处理中对煤的加热,可以是边向煤中加水蒸汽边只从外部加热部分水煤气化处理用的炉,但最好是向规定温度的,例如燃烧燃料得到的400~1800℃的加热用气体(直接加热用气体)添加水蒸汽加热,使气体以及挥发部分馏出。
作为水蒸汽源,根据上述部分水煤气化炉的种类不同而不同,可以使用水、排放水、低压水蒸汽、高压水蒸汽等。
除了水蒸汽以外,也可以向加热用气体添加氢、一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、生成的水煤气的一部分、油、乙醇等。
在部分水煤气化中,气体成分,虽然取决于煤种类、部分水煤气化处理的程度、处理条件,但是当向煤吹入水蒸汽和空气时,得到的气体主要成分是氮、二氧化碳、一氧化碳、甲烷、氢,发热量是1000~1500kcal/Nm3,当向煤吹入水蒸汽和氧时,得到的气体的主要成分是一氧化碳、甲烷、氢,二氧化碳,发热量是2500~4500kcal/Nm3。在馏分中,除了上述气体成分以外,通常包含碳氢化合物、氨等的氮化合物、硫化氢等的硫化物、焦油等。如果举一个例子,则在830℃,70大气压下进行煤的转化率35%的部分水煤气化处理中,有效成分是氢24%、甲烷7%、一氧化碳7%、碳氢化合物4%等,包含水分、氮、二氧化碳以及氨等的氮化合物、硫化氢等的硫化物、焦油等。
油成分在部分水煤气化中,主要是石脑油、焦油等,是由部分水煤气化处理生成的以及煤挥发成分原样馏出的。
如果以煤那样的固体锅炉专烧燃料说明在本发明中使用的部分氢气化处理,则部分氢气化既可以在无催化剂下,也可以在金属催化剂存在的情况下进行。在元催化剂中,将得到的油作循环溶剂,处理温度、压力与热分解以及干馏的情况大致相同,但需要的热量供给,因为氢气化是发热反应,所以用很少的量即可。
另外,在如Co-MO/氧化铝或Ni-Mo/氧化铝和铁系或锌系那样的一次性催化剂存在下,使用得到的油作为循环溶剂,可以在400~500℃、20~200大气压下进行部分氢气化处理。
得到的馏分,因富有甲烷等低级碳氢化合物气体,而热量高。
如果以煤那样的固体的锅炉专烧燃料为例说明本发明中使用的部分液化处理,则使用得到的油作为循环溶剂,使固体的锅炉专烧燃料原样,或微粉化后分散在循环溶剂中。使用无催化剂或与部分氢气化处理催化剂同样的催化剂,用IG法、EDS法、Dow法、氯化锌催化剂法、Bergbau-Forschung法、Saarbergwerke法、SRC法、SRC-II法、三井-SRC法、C-SRC法、H-Coal法、溶剂抽出法、超临界气体抽出法、STC法、溶剂分解法、CS/R法、IGT-SRT法、NEDOL法等,进行液化。部分液化处理条件是,可以在300~500℃,20~200大气压下进行。
在低压下,炭和重质油多,但在本发明中,由于这些可以用于锅炉,所以不进行完全液化也可以。
在本发明中使用的微波照射处理,如果以煤那样的锅炉专烧燃料为例,则理想的操作是,在碳氢化合物存在下,进行部分分解,用水冷等冷却馏分,转换成不冷凝的气体成分、冷凝的液化成分、用倾析分离的液体成分和固体成分。
微波照射处理方法,可以是从反应器的外部照射微波的方法,也可以是在反应器的内部照射的方法。另外,处理方法可以用间歇法、半间歇法、连续法的任何一种操作方法。
微波照射处理,希望在碳氢化合物存在下进行。
碳氢化合物,是碳数1~20的饱和脂肪族、不饱和脂肪族、饱和脂环族、不饱和脂环族、芳香族碳氢化合物。最理想的是碳氢化合物气体,是甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、丙烷、丙烯、甲基乙炔、丁烷、丁烯、丁二烯、戊烷、己烷、庚烷、苯、甲苯、二甲苯、环乙烷。碳氢化合物气体可以是加热液体的碳氢化合物产生的,也可以是伴随惰性气体产生的。
在碳氢化合物存在下,碳氢化合物通过微波照射呈等离子状态,这可以促进和煤的反应,高效率地从煤那样的锅炉专烧燃料中生成气体成分、液体成分以及残留部分。
微波照射处理可以在常温下,也可以在加热下进行。加热可以是只从外部加热反应器,但最好是输入加热至规定温度的碳氢化合物进行加热,伴随馏出挥发成分。加热温度在50℃以上,最好是100~1000℃,最理想是600℃以下。
在微波照射中,油成分的主要成分是轻油、焦油以及乙醇,在氢和甲烷等的碳氢化合物存在下进行分解时,碳氢化合物气体和轻油等增加。
如果以锅炉专烧燃料是重质油和煤的混合物的部分燃气化处理为例说明在本发明中使用的部分燃气化处理,则既可以在无催化剂下进行,也可以在碳酸钾那样的钾金属化合物等催化剂、Ni催化剂、Ni-白云石催化剂、Ni-氧化镁催化剂等催化剂存在下进行。
作为部分燃气化处理方法,在煤的比率高的情况下,例如,可以列举:使用固定床炉、流动床炉、气流床炉、熔化层炉、移动床炉、固定床-气流床组合炉、流动床-气流床组合炉、气流床-熔化层炉组合炉等的方法。在重质油的比率高的情况下,可以列举:ERE挠性焦化法、宇部重质油气化法、shall气体化法、德士古部分氧化法、代替焦炭热介质法(KK法)的煤热介质法。
在ERE挠性焦化法中,向反应器提供煤和重质油的混合物(以下简称原料),重质油在流动于反应器内的加热煤或焦炭上被热分解,分离成馏分和残留部分(煤或焦炭)。附着在加热煤或焦炭上的残留部分被送到加热室,在加热室中用从煤气燃烧室返回的焦炭和气体加热至600~650℃后再循环至反应器。被送到加热室中的残留部分的一部分被送到煤气燃烧室,用空气和水蒸汽在925~975℃下气化,而后返回到加热室。加热室内的残留部分的一部分被作为锅炉燃料取出,其余部分再循环至反应器。
在代替ERE挠性焦化法使用重质油的空气吹入热分解的流体焦化法的场合,附着在加热焦炭上的残留部分被送到燃烧室,在提供空气加热后,再循环到反应器。在燃烧室内的残留部分的一部分作为锅炉燃料被取出,其余的再循环到反应器。
特别是对粘度高的重质油,可以使用Commbo挠性焦化炉型的分解炉。
在字部重质油气化法中,原料被提供给流动床分解炉,靠氧在500~900℃下分解。在与氧一同提供水蒸汽,使重质油的分压下降,促进分解的同时,可以保持炉内温度。如果在500~600℃下分解,则油成分增加,如果在800~900℃下分解,则气体成分增加。残留部分是在粘稠的油渣中分散着炭的物质。残留部分,可以直接用作锅炉燃料。
为了形成流动床,可以只用作为原料添加的煤,另外,还可以使球形耐火剂等共存。
在shall气化法中,原料经预热后提供给气化炉,吹入空气或氧,在约1500℃、大气压~100大气压下,特别是在使用空气的场合在20大气压以下,在使用氧的场合在30大气压以上被氧化,进行部分气体化处理。从气化炉排出的气体,在被用作为原料使用的重质油洗净,并除去碳和灰分的微粒后,作为燃气轮机用燃料使用。包含碳和灰分的微粒的重质油悬浊液,在分离水分后,添加微粒化的煤成为气化炉用原料。从气化炉排出的气体,使用从馏分中以蒸馏等方法分离出的石脑油洗净,使得容易和水分分离。
在空气氧化法中,虽然混入60%左右的氮气,但由于得到20大气压、1000kcal/m3左右的气体,所以可以直接用于燃气轮机。
在德士古部分氧化法中,原料与水蒸汽混合,预热到约380℃,与空气或氧气同时提供给反应炉,在1200~1500℃、20~150大气压下反应。从反应炉排出的气体用水急冷,同时产生向氢气、二氧化碳的转移反应,得到的气体用于燃气轮机。悬浮在水上的煤用油成分或重质油抽出,与原料混合。
在煤热介质法中,原料被提供给反应塔,从反应塔底部提供水蒸气,进而,在再热塔中被加热的包含煤以及焦炭的未分解物质(以下只称作未分解物)再循环到反应塔中,以原料为主热分解。热分解产生的馏分从反应塔顶部排出,作为燃气轮机用燃料使用。从反应塔上部将未分解物的一部分提供给再热塔下部,其余的作为残留部分用于锅炉燃料。水蒸汽从底部供给再热塔,从中间部分吹入空气或氧气,燃烧加热未分解物。从再热塔上部使加热后的未分解物的一部分再循环到反应塔下部。从再热塔顶部排出燃气。在本方法中,除了部分氧化外,通过吹入水蒸汽也能发生由水煤气反应引起的气化。
作为部分燃气化处理,特别是在煤的比率高的情况下,例如,可以列举:使用固定床炉、流动床炉、气流床炉、熔化层炉、移动床炉、固定床-气流床组合炉、流动床-气流床组合炉、气流床-熔化层炉组合炉等的方法。
特别是在煤的比率高的情况下使用的上述方法中,对于煤和重质油的混合物添加的氧气(使用空气时是空气中的氧)、水的重量比率,虽然取决于部分燃气化处理的方法,但对于煤和重质油的混合物是1时,氧是约1.0以下,水是3以下,最好是氧在0.1~0.5之间,水在0.5~2.0之间,处理温度是炉温约300~1600℃,压力是常压~100大气压。因而,可以在常压到100大气压之间得到馏分。
作为水蒸汽源,虽然根据上述部分燃气化炉的种类的不同而不同,但可以使用水、排放水、低压水蒸汽、高压水蒸汽等。水,也可以与煤混合,作为煤/水流体送入部分燃气化炉,同样,也可以作为重质油/水流体或煤以及重质油混合物/水流体送入部分燃气化炉。
因为添加的水蒸汽的重量比率越接近3越促进从一氧化碳向氢的转移反应,所以馏分中的氢的比率增加,氧、水越少越接近干馏,气体成分减少,液体成分增加。
在空气或氧,以及水蒸汽中也可以添加氢、一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、生成的气体的一部分、油、乙醇等。
气化处理温度,最好在1000℃以下,最理想的是在600℃以下。
在本发明中,在馏分一度成为气体或气体和液体的混合物的场合,固体成分的混入少,根据需要可以用旋风除尘器、过滤器、滤网等除去。
在本发明中,部分处理温度,理想的是在1000℃以下,更理想的是在600℃以下,最理想的是在500℃以下。通过设置在500℃以下,就可以使Na盐、K盐、V化合物的混入减少,可以直接作为或用蒸馏等的简单的分离操作得到作为燃气轮机用燃料的高品质的燃料。
馏分(D)还可以直接作为燃气轮机燃料(A)使用,还可以将冷却馏分分离成非冷凝性的气体成分(V)和冷凝的液体成分的两部分作为燃气轮机燃料(A)使用。
在馏分(D)中,除了上述气体成分(V)以外,通常还包含氨等的氮化物、硫化氢等的硫化物、分子量高的碳氢化合物、焦油等。
气体成分(V),也可以用后述的液体成分、油成分或其他的洗净油洗净精制,还可以在脱尘后用脱硫装置除去硫化氢。
作为脱尘法,如果使用旋风除尘器、过滤器,则可以在高温、高压的状态下向燃气轮机燃烧室提供馏分或气体。
液体成分是水分和油成分(O),根据需要,可以分离水分只将油成分(O)作为燃气轮机燃料使用。因为在水分中浓缩了盐分等的无机物,所以在使用燃气轮机的情况下,希望只利用油成分(O)。分离出的水分,因为包含乙醇和羧酸、焦油酸等,所以可以混入锅炉燃料(B)。另外,液体成分、水分或油成分,可以用滤网、过滤器等除去固体成分加以使用。
油成分(O)主要是石脑油、煤油、轻油、焦油等,是从锅炉专烧燃料(F)中用部分分解处理生成的和/或锅炉专烧燃料(F)中的挥发成分直接馏出的。
油成分,还可以进一步用蒸馏等精制分离使用。因为,在蒸馏残渣中浓缩有钠、钾、钙等的盐分、盐分、钒等的无机物,所以,如果进行精制蒸馏,则可以得到更理想的燃气轮机用燃料(G)。这种情况下,残渣(R′)可以混入锅炉的燃料。
在本发明中,燃气轮机可以使气体成分和液体成分混合燃烧,也可以分别设置气体成分专烧燃气轮机,液体成分专烧燃气轮机,分别燃烧气体燃料和液体燃料。特别是对于一台锅炉,希望具有一台以上气体专烧燃气轮机、一台以上液体专烧燃气轮机。
燃气轮机出口排气压力既可以是大气压,也可以加压。通过将排气压力设置成大气压,就可以有效地利用高温、高压燃气的能量,当将燃气轮机的排气加在锅炉上进行排气再燃烧时,使用该锅炉在大气压下动作的以往的类型的锅炉,可以有效地利用残存热量、压力和氧气。
燃气轮机用燃料(G)中的不纯物,例如,是钠和钾成分含有量在0.5重量ppm以下以及钒成分含有量在0.5重量ppm以下,因为钙成分生成硬的析出物,所以最好在0.5重量ppm以下,因为铅成分产生腐蚀,进而使用于防止腐蚀的镁添加物的效果降低,所以希望在0.5重量ppm以下。
根据本发明,部分处理锅炉专烧燃料,就可以得到这种理想的燃气轮机燃料。
在部分燃气化处理煤和重质油的混合物的情况下,残留部分根据煤和重质油的种类、混合比例、部分燃气化处理的程度、处理条件不同而不同,或者以在粘稠的油残渣中分散了炭和焦炭的状态得到,或者全部以焦炭状态得到,它们可以根据锅炉的形式分别使用。
残留部分,在煤的情况下,在低温干馏时是炭,在高温干馏时是焦炭,在热分解炭化时,由于未产生烧结,所以大致保持煤的形状,在本发明中称为热分解炭化残留部分。
煤种类的影响很大,而且低温干馏产生的炭的量比高温干馏产生的焦炭的量还多,在热分解炭化的情况下,残留部分的产生量更多,有时达到800kg/t煤。
在由微波照射的情况下,残留部分是分解炭化残留部分或炭,产生量大,达5000~6500kg/kg。
在进行部分水煤气化处理或部分燃气化处理的情况下,残留部分,根据煤种类、部分水煤气化处理的程度、处理条件,可以以粉末态得到、还可以软化熔融变成块,以焦炭或者炭的状态得到。
在残留部分中浓缩了灰分,并浓缩了各种盐分、钒成分等的叶片腐蚀成分。
在重质油的部分处理中,残留部分是粘度高的油、干固体、焦炭等。
在重质油和煤的混合物中,是上述煤、重质油的残留部分的混合物。
在塑料废弃物中,残留部分是分解剩余固体、粘度高的油等。
在本发明中,使残留部分燃烧的锅炉,可以在大气压下燃烧残留部分,也可以在加压下燃烧残留部分。因而,利用使用具有辐射传热面和对流传热面的以往的锅炉的发电设备,不需要大幅度改造设备,就可以容易且经济地实现本发明。
在本发明中,因为锅炉的管道表面的温度是600℃左右的低温,所以即使有上述的碱金属和碱土金属的盐分和V成分也可以使用,可以燃烧浓缩了这些不纯物的残留部分,这也是本发明的特征。
在燃气轮机中使用的热量对汽轮机中使用的热量的比率,在全运行时,是20~60%对80~40%,理想的是30~55%对70~45%,最理想的是35~50对65~50%。
因而,燃气轮机燃料(A)对锅炉燃料(B)的热量比率,要求符合上述热量比率。
在只使用部分处理锅炉专烧燃料(F)得到的馏分(D)和残留部分(R)进行发电的情况下,调节馏分(或油成分或精制油成分)对残留部分的热量比率使之在上述范围内,或者,在适合燃气轮机燃料(G′)和锅炉专烧燃料(F′)中,组合部分处理锅炉专烧燃料得到的馏分(D)和残留部分(R)使用的情况下,调节组合后的燃气轮机燃料(A)和锅炉燃料(B)的热量比率使之在上述范围内。
燃气轮机热量的比率在比上述范围过低的情况下,发电效率不再增加,而为了使燃气轮机热量的比率比上述范围加大,需要完全气体化或严格的处理,在设备和处理费用上不经济。
再者,在上述燃气轮机燃料和锅炉燃料的比率中,因为可以将燃气轮机的燃烧排气提供给锅炉使残留部分燃烧,因为可以有效地利用燃气轮机燃烧排气中的热量和残余氧气,所以通过排气再燃烧复合循环火力发电,就可以提高热效率。
加之,通过在500℃以下部分处理锅炉专烧燃料,可以将从馏分中得到的燃气轮机用燃料(G)或混合适合燃气轮机燃料(G′)后的燃气轮机燃料(A)中的Na和K成分合计控制在0.5ppm以下,将V成分控制在0.5ppm以下,可以容易地得到在长时间使用的情况下,叶片等腐蚀少的燃气轮机燃料。
另外,适合燃气轮机燃料和锅炉专烧燃料的比率,通常在与上述使用燃料比率符合的同时,可用根据实际状况使用对环境影响小的燃料、低成本的燃料或剩余的燃料等各种的燃料。
因而,如果采用本发明进行发电,则在不需要采暖的季节使用剩余的煤油,伴生甲烷气体的情况下,将伴生气体作为适合燃气轮机燃料使用,在如废塑料那样的锅炉专烧燃料需要处理时,将其作为锅炉燃料使用,或部分处理之制造燃气轮机用燃料和锅炉燃料发电,由此,可用进行与资源量、成本、环境相适应的最适宜的发电。
如果对通过上述锅炉专烧燃料的部分处理进行的发电,省略复杂的热损耗,在理论性地简单说明,则如下。
例如,部分处理100Mcal(兆卡)发热量的锅炉专烧燃料,分离成45Mcal的馏分和55Mcal的残留部分。45Mcal的馏分,其1/3(15Mcal)被转换成电力,剩余的30Mcal成为燃气轮机燃烧排气。该燃烧排气的温度是450~700℃,包含10~15容量%的氧。该燃烧排气(30Mcal)提供给锅炉,如果燃烧55Mcal的残留部分,则其热量的90%(76.5Mcal)被转换成蒸气,剩余10%(8.5Mcal)作为锅炉废气等损失。如果用产生的蒸气(76.5Mcal)通过汽轮机发电,则热效率是46%,35.2Mcal被转换成电力。即,100Mcal的锅炉专烧燃料的热量中的50.2Mcal被转换成电力。
另一方面,在如以往那样只提供给锅炉进行发电的情况下,燃烧100Mcal的锅炉专烧燃料,其90%(90Mcal)被转换成蒸气,如果靠汽轮机发电,则热效率是46%,41.4Mcal被转换成电力。即,100Mcal的煤的热量中只有41.4Mcal被转换成电力。
即,如果采用本发明,通过部分处理锅炉专烧燃料,分离成馏分和残留部分,就可以对锅炉燃料符合上述热量比率地得到具有适宜的品质的燃气轮机燃料,并且,可用经济地、容易地进行燃料的制造和复合循环火力发电。
以更有代表性的锅炉专烧燃料和接近实际的形式说明上述关系。
在只用锅炉燃烧挥发成分占30重量%的煤(HHV基准6200kcal/kg)产生蒸气,用汽轮机进行1000MW的发电时,需要煤8536t/天,输电端效率是39%(HHV基准)。
与此相对应,在用本发明进行发电时,在450℃下干馏同上的煤7398t/天,由于可用得到相当于挥发成分的燃气轮机用燃料2005t/天,因此,可用使用它利用燃气轮机发出269MW的电。由于燃气轮机的燃烧排气的温度是580℃、并含有氧13容量%,因此,可以将燃气轮机的燃烧排气提供给锅炉燃烧残留部分,利用汽轮机可以发电731MW。即,用同样的煤7398t/天,就可以发电1000MW,输电端效率增加至45%。
特别是作为煤,低品位的褐煤等挥发成分多,判断出馏分的热量对于煤的全部热量可以有效利用的是在20%以上60%以下,理想的是30%以上,最好是35~50%。主要是将挥发部分作为馏分取出的处理与煤完全气化等相比,是更简单方法,而且由于不氧化原料,因而可以保持原有的热量,而且如果在低温下进行处理,则可以得到Na、K、V等的不纯物更少的热量。
另外,在只用锅炉燃烧重质油(HHV基准9800kcal/kg),产生蒸气,用汽轮机发电1000MW的情况下,需要重质油5265t/天,输电端效率40%(HHV基准)。
与此对应,在用本发明进行发电时,在480℃下用减粘裂化法热分解同上的重质油4481t/天,因为用简易蒸去轻油得到燃气轮机用燃料1824吨/天,所以使用它用燃气轮机发电,可以得到312MW的电力。由于燃气轮机的燃烧排气的温度是580℃、并含有氧13容量%,因此,可以将燃气轮机的燃烧排气提供给锅炉燃烧残留部分,利用汽轮机可以发电688MW。即,用同样的重质油4481t/天,就可以发电1000MW,输电端效率增加至47%。
特别是作为重质油,可以使用宽范围的原燃料,将用热分解容易取出的部分作为馏分取出的处理与重质油完全气化等相比,是更简单的方法,而且由于不氧化原料,因而可以保持原有的热量,而且如果在低温下进行处理,则可以得到Na、K、V等的不纯物更少的热量。
上述的方法对于煤和其他的锅炉专烧燃料的混合物、重质油和其他的锅炉专烧燃料的混合物、特别是煤和重质油的混合物都成立,另外,与通常的燃料比率不同,例如无论在煤油剩余时期使馏分比率降低,将煤油作为适合燃气轮机燃料辅助使用的情况下,还是相反使残留部分比率降低的情况下,上述方法都成立。
另外,本发明,并列设置如石油精制设备、炼铁设备、化学设备等,使得可以在同一场所得到适合燃气轮机燃料和锅炉燃料,使用从各设备提供的适合燃气轮机燃料和锅炉专烧燃料,可以进行上述的复合循环火力发电,更理想的是可以进行排气再燃烧复合循环火力发电。
在石油精制设备中,输入原油或其他的各种原燃料,从设备中可以提供氢、液化石油气、石油化学用石脑油、航空汽油、汽车汽油、喷气发动机燃料、煤油、轻柴油等的适合燃气轮机燃料。另外,提供A、B、C重油和减压残渣油、沥青、石油焦炭·沥青等作为锅炉专烧燃料。
通过符合上述热量比率地使用这些自给的适合燃气轮机燃料和锅炉专烧燃料,就可以不需要设置部分处理装置,进行复合循环火力发电,或进行更理想的排气再燃烧复合循环火力发电。
同样,在炼铁设备中,可以得到包含一氧化碳、氢气等的鼓风炉(高炉)气或在制造焦炭时富含氢气、甲烷、一氧化碳的炼焦炉(焦炉)气,将其作为适合燃气轮机燃料使用,将从炼铁设备得到的碳残渣、在炼铁中使用的焦炭、作为其原料的煤、加热铁矿石用的天然气、重质油、微粉煤等作为高炉专烧燃料使用,通过在使用中使它们的热量比率符合上述热量比率,就可以不设置部分处理设备,进行复合循环火力发电、或进行更理想的排气再燃烧复合循环火力发电。
另外,同样在化学设备中,至少输入液化天然气、丁烷、石脑油、重油、煤等中的1种以上的原燃料,在化学设备中进行合成反应等,从设备提供氢气、一氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯、丙烯、甲基乙炔、丁烷、烟气、其他可燃性气体以及或常压沸点在500℃以下的液体作为适合燃气轮机燃料。另一方面,由于可以将从设备排出的焦油成分和残次品、或作为化学设备的原燃料的重油、煤等作为锅炉专烧燃料使用,所以通过使它们的热量比率符合上述热量比率而使用,就可以不设置部分处理装置,进行复合循环火力发电,或进行更理想的排气再燃烧复合循环火力发电。
作为化学设备,可以列举以下设备:进行石脑油裂化的烯/芳香族产品制造设备;各种聚烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等的通用树脂制造设备;聚酯、尼龙、聚氨脂、聚丙烯腈、聚醋酸乙烯、脂解缩醛等的其他树脂制造设备;氨、尿素、硫酸铵、硝酸铵、密胺、丙烯腈、甲醇、福尔马林、乙醛、醋酸、醋酸乙烯、李戊四醇、乙醇、丙醇、丁醇、辛醛、环氧乙烷、环氧丙烯(propylene oxide)、甘油、苯酚、双酚、苯胺、二苯基甲烷二异氰酸盐、甲苯二异氰酸盐、丙酮、甲基异丁基甲酮、无水马里苷酸、丙烯酸、聚丙烯酸、甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸、丙烯酰胺等的低分子量化学品设备等。
各种设备,可以是石油精制、石油化学、炼铁厂、炼钢厂、食品加工、火力发电厂等几个组合而成的综合化学设备。
再者,本发明在煤矿坑口并列设置多种设备,将煤和煤层的煤气分别作为锅炉专烧燃料和适合燃气轮机燃料使用,通过使它们的热量比率为上述热量比率而使用,就可以不设置部分处理装置进行复合循环火力发电,或进行更理想的排气再燃烧复合循环火力发电。
另外,本发明,使用从污泥、鸡粪、豆制品加工过程产生的豆腐渣等中通过发酵产生的甲烷和其干燥残渣,分别用作适合燃气轮机燃料、锅炉专烧燃料,通过使它们的热量比率在上述热量比率中而使用,就可以不设置部分处理装置进行复合循环火力发电,或进行更理想的排气再燃烧复合循环火力发电。
这样,并列设置石油精制设备、炼铁设备、化学设备等,通过使用从各设备产生的适合燃气轮机燃料和锅炉专烧燃料,与该设备在同一场所(生产部门内)内进行发电,就可以进行更有效的发电,由于除了各设备自消耗电力外也可以作为商品电力出售,所以可以补充电力公司的高峰时的电力不足。
以下,根据附图说明本发明。在图中,只展示主要部分,省略了泵、热交换器、旋风除尘器、滤网、过滤器、储槽、固体搬运装置、加热用煤气发生设备等的装置以及附属装置和排烟脱氮、脱而、脱碳酸等的附带设备。
以下,在图1中,对每个处理方法说明与锅炉专烧燃料的部分分解处理方法有关的部分。A)干馏
在图1中,煤1最好被预先干燥后,提供给部分分解处理装置(在此,对于馏装置,特别是低温干馏装置的情况进行说明)2,用燃烧其他燃料产生的加热气体15加热至规定的温度。伴随加热用气体15得到馏分3。从部分分解处理装置2的底部排出残留部分(在此是炭)4。B)微波照射
在图1中,煤1最好被预先干燥后,提供给部分分解处理装置(在此,是微波照射处理装置)2,代替加热用气体15,在规定的温度下与碳氢化合物15′一同被部分分解处理,得到馏分3。从部分分解处理装置2的底部排出残留部分4。C)部分水煤气化
在图1中,煤1,在测定水分后,被提供给部分分解处理装置(在此,在部分水煤气化处理装置中,特别说明有关固定床气化炉的情况)2,代替加热用气体15,在燃烧其他燃料产生的加热用气体15”中添加规定量的水蒸汽,在规定的温度、压力、反应时间下进行部分水煤气化处理,从部分水煤气化处理装置2的顶部得到馏分3,从底部排出残留部分4。D)煤的部分燃气化
在部分燃气化处理中,与干馏的情况相比,有以下的不同。
在图1中,煤1,被提供给部分分解处理装置(在此,说明有关气流床气化炉的情况)2,代替加热用气体15,添加规定量的空气(或氧气)17和水蒸汽18,在规定的温度、压力、反应时间下进行部分燃气化处理,从部分分解处理装置2的顶部得到馏分3,从底部排出残留部分4。E)煤和重质油的混合物的部分燃气化
在图1中,煤和重质油的混合物1(也可以分别提供)被提供给部分燃气化处理装置(在此,说明有关气流床气化炉的情况)2,代替加热用气体15,添加规定量的空气(或氧气)17和水蒸汽18,在规定的温度、压力、反应时间下进行部分燃气化处理,从部分燃气化处理装置2的顶部得到馏分3,从底部排出残留部分4。F)热分解
在图1中,部分分解用锅炉专烧燃料(在此是重质油)1被提供给热分解处理装置(在此,说明有关减粘裂化法的情况)2,在规定的温度、压力、反应时间下进行热分解处理,从热分解处理装置2的顶部得到馏分3,从底部排出残留部分4。再者,在重质油的热分解中,不一定需要吹入加热用气体15。
在图1中,用上述那样的各种部分处理得到馏分3,被提供给燃气轮机(由燃气轮机的主体21、空气压缩机22、燃烧室23构成)的燃烧室23,与压缩空气(也可以是富含氧的空气)25混合,进行燃烧,产生高温高压的驱动用燃气27,用驱动用燃气27驱动燃气轮机,用安装在燃气轮机的轴上的燃气轮机用发电机24发电。
另一方面,残留部分4提供给锅炉31,提供空气35进行燃烧,产生水蒸汽32。水蒸汽32提供给汽轮机33,用安装在汽轮机的轴上的汽轮机用发电机34发电。在汽轮机33上设置冷凝器37,在负压的状态下使水蒸汽冷凝,使汽轮机排气冷凝,与补充水一同作为锅炉给水38再循环到锅炉31。
在上述中,从燃气轮机排出的高温的燃气轮机排气28,可以用排气供给装置提供给锅炉31。在燃气轮机排气28中残存10~15容量%的氧,用该氧使残留部分4在锅炉31中燃烧(即排气再燃烧)的方法,由于不需要送入新鲜的空气35(通常是大气温度)并且可以利用排气的热量,所以可以提高复合循环火力发电的热效率,由于排气处理也很经济,所以很理想。
当然,为了使残留部分燃烧,也可以在燃气轮机排气28中混合空气35。
燃气轮机排气28,也可以提供给其他的废热回收锅炉,通过水蒸汽发生等进行热回收,也可以将废热回收锅炉排气提供给锅炉,用排气中的剩余热量和10~15容量%的残存氧,在锅炉31中排气再燃烧残留部分4。
排气供给装置,由将燃气轮机排气提供给锅炉的配管(管道)构成,如果需要,也可以配备阀门、温度计、流量计、氧浓度计等。
在图1中,和锅炉专烧燃料的部分分离处理方法有关的部分与接着部分分解处理的各分离处理方法类似,可以用加热、减压、蒸去轻油、急剧蒸发、蒸馏、抽出、倾析或它们的混合处理。
如图2所示,馏分3用热交换器16冷却,分离出气体成分和液体成分,用气体洗净塔5洗净,可以分离成气体成分6和液体成分7。在气体洗净塔5的洗净液中使用液体成分7,提供给气体洗净塔5的顶部,从而可以使气液接触。气体成分6用气体成分压缩空气26提供给燃烧室23。
或,还可以冷却气体洗净塔5的液体成分7后提供给气体洗净塔5的顶部。
液体成分7也可以直接作为燃气轮机用燃料,但也可以用分液槽8分离水层10,只将油成分9作为燃气轮机用燃料。水层10可以作为锅炉31的燃料添加。
如图3所示,油成分9进一步可以用精制装置(例如蒸馏)精制。油成分9提供给蒸馏塔11分离成精制馏分12和残渣13。精制馏分12作为燃气轮机用燃料提供给燃烧室23,残渣13可以作为锅炉31的燃料添加。
通过这样的精制处理,即使使用燃气轮机的情况下,也可以防止盐分、钒成分引起的腐蚀,可以延长燃气轮机的寿命。
以下,用图说明有关使用适合燃气轮机燃料101以及锅炉专烧燃料102的情况。
在图4中,并列设置石油精制设备、炼铁设备、化学设备等(图中省略),将适合燃气轮机燃料101提供给燃气轮机(由燃气轮机的主体21、空气压缩机22、燃烧室23构成)的燃烧室23,与压缩空气(也可以是富含氧的空气)25混合,进行燃烧,产生高温高压的驱动用燃气27,用驱动用燃气27驱动燃气轮机,用安装在燃气轮机的轴上的燃气轮机用发电机24发电。从燃气轮机排出的燃气轮机排气28,被提供给锅炉31。
另一方面,从设备等产生的锅炉专烧燃料102提供给锅炉31,用空气35进行燃烧,产生水蒸汽32。水蒸汽32提供给汽轮机33,用安装在汽轮机的轴上的汽轮机用发电机34发电。在汽轮机上设置冷凝器37,在负压的状态下使水蒸汽冷凝,使汽轮机排气冷凝,与补充水一同作为锅炉给水38再循环到锅炉31。
在上述中,从燃气轮机排出的高温的燃气轮机排气28,直接以高温状态提供给锅炉31,在燃气轮机排气28中残存10~15容量%的氧,用该氧使锅炉专烧燃料102在锅炉31中燃烧的方法(即,排气再燃烧),由于不需更送入新鲜的空气35(通常是大气温度)并且是高温的气体,所以可以提高复合循环火力发电的热效率,由于排气处理也很经济,所以很理想。
当然,为了使锅炉专烧燃料102燃烧,也可以在燃气轮机排气28中混合空气35。
燃气轮机排气28,也可以提供给其他的废热回收锅炉,通过水蒸汽发生等进行热回收,也可以用将废热回收锅炉排气提供给锅炉,用排气中的剩余热量和10~15容量%的残存氧,在锅炉31中燃烧锅炉专烧燃料102的方法(即,排气再燃烧法)进行处理。
这样,特别是不需要新设置部分处理锅炉专烧燃料的设备,就可以利用从设备产生的适合燃气轮机燃料101以及锅炉专烧燃料102,高效率地进行发电。
图5是使用锅炉专烧燃料102,以及部分处理锅炉专烧燃料1得到的燃气轮机燃料和锅炉燃料的工艺流程的例子。
在图中,部分处理用锅炉专烧燃料1,提供给部分处理装置(在此说明有关煤的气流床气化炉的情况)2,添加规定量的空气(或氧气)17和水蒸汽18,在规定的温度、压力、反应时间下进行部分燃气化处理,从部分燃气化处理装置2的顶部得到馏分3,从底部排出残留部分4。
馏分3作为燃气轮机燃料,直接提供给燃气轮机的燃烧室23,与压缩空气25混合,进行燃烧,产生高温高压的驱动用燃气27,用驱动用燃气27驱动燃气轮机,用安装在燃气轮机轴上的燃气轮机用发电机24发电。从燃气轮机排出的燃气轮机排气28提供给锅炉31。
另一方面,残留部分4作为锅炉燃料,与锅炉专烧燃料102一同提供给锅炉31,提供空气35进行燃烧,产生水蒸汽32。水蒸汽32提供给汽轮机33,用安装在汽轮机的轴上的汽轮机用发电机34发电。在汽轮机33上设置冷凝器37,在负压的状态下使水蒸汽冷凝,使汽轮机排气冷凝,与补充水一同作为锅炉给水38再循环到锅炉31。
在上述中,从燃气轮机排出的高温的燃气轮机排气28,提供给锅炉31,可以用于排气再燃烧。由于用排气再燃烧方法,可以提高复合循环火力发电的热效率,排气处理也很经济,所以很理想。当然,为了使锅炉专烧燃料102和残留部分4燃烧,也可以在燃气轮机排气28中加入空气35。
燃气轮机排气28,也可以提供给其他的废热回收锅炉,通过水蒸汽发生等回收热量,也可以将废热回收锅炉排气提供给锅炉,用排气中的剩余热量和10~15容量%的残存氧,在锅炉31中排气再燃烧锅炉专烧燃料102和残留部分4。
图6是在使用锅炉专烧燃料、部分处理锅炉专烧燃料得到的燃气轮机燃料和锅炉燃料的同时,还使用适合燃气轮机燃料的工艺流程的例子。
在图6中,在图中,部分处理用锅炉专烧燃料1,提供给部分处理装置(在此说明有关煤干馏的情况)2,添加规定量的空气(或氧气)17和水蒸汽18,在规定的温度、压力、反应时间下进行部分燃气化处理,从部分燃气化处理装置2的顶部得到馏分3,从底部排出残留部分4。
馏分3与适合燃气轮机燃料101一同,提供给燃气轮机的燃烧室23,与压缩空气25混合,进行燃烧,产生高温高压的驱动用燃气27,用驱动用燃气27驱动燃气轮机,用安装在燃气轮机轴上的燃气轮机用发电机24发电。从燃气轮机排出的燃气轮机排气28提供给锅炉31。
用此方法,例如部分处理煤那样的便宜的燃料,制造燃气轮机燃料和锅炉燃料,将被迫处理的重质油作为不部分处理的锅炉专烧燃料102利用,通过选择使用如煤油那样季节性富余的适合燃气轮机燃料,可以组合各种燃料使用,进而,增强部分处理装置的能力,就可以对应于电力需要的变动,用小规模的投资增加发电能力。
图7,是将图6中的馏分进一步分离成气体成分和液体成分时的工艺流程图。
如图7所示,馏分3用热交换器16冷却,分离出气体成分和液体成分,用气体洗净塔5洗净,可以分离成气体成分6和液体成分7。在气体洗净塔5的洗净液中使用液体成分7,提供给气体洗净塔5的顶部,从而可以使气液接触。气体成分6用气体成分压缩空气26提供给燃烧室23。
或者,还可以冷却气体洗净塔5的液体成分7后提供给气体洗净塔5的顶部。
液体成分7也可以直接作为燃气轮机用燃料,但也可以用分液槽8分离水层10,只将油成分9作为燃气轮机用燃料。水层10可以作为锅炉31的燃料添加。
由于用这样的方法分离除去馏分中的水分,所以在燃气轮机燃料中没有掺入水分,可以使燃气轮机的燃烧室的容量减小。另外,如钠、钾那样的盐分和钒等的无机物混入燃气轮机燃料中的量少,可以得到对于燃气轮机来说理想的燃料。
如图8所示,油成分9进一步可以用精制装置(例如蒸馏)精制。油成分9提供给蒸馏塔11分离成精制馏分12和残渣13。精制馏分12作为燃气轮机用燃料提供给燃烧室23,残渣13可以作为锅炉31的燃料添加。
通过这样的精制处理,因为盐分、钒成分的浓度降低,所以可以充分防止由此引起的腐蚀,可以延长燃气轮机的寿命。
另外,除了将制造出的馏分和残留部分用于复合循环火力发电外,适宜地将其一部分用于外部的其他的燃料、合成原料等也包含在本发明的基本思想内。
这样,在本发明中,因为燃料在复合循环火力发电中使用效果最大,所以根据本发明的发电设备,最好并列设置在可以得到锅炉专烧燃料或适合燃气轮机燃料的场所,例如,也可以用煤、石油或天然气开采处,石油精制工厂等、炼铁厂、发酵处理厂、废弃物焚烧处理厂、各种化学设备等处进行。
以下,用实施例具体地说明本发明,但本发明并不限于这些实施例。
第1说明有关煤的干馏处理的各种实施例。
(实施例A-1)
使用图1所示的装置,在约1000℃下高温干馏以下干燥后的煤1000kg/hr,得到馏分和焦炭。原料煤(干燥后)
水分:2重量%
挥发成分:30重量%
固定碳:51重量%
灰分:17重量%
发热量:5780kcal/kg焦炭
生成量:550kg/hr
挥发成分:2重量%
固定碳:67重量%
灰分:31重量%
发热量:6300kcal/kg气体成分
生成量:355Nm3/hr
发热量:5050kcal/Nm3油成分
生成量:57kg/hr
发热量:9100kcal/kg
将上述馏分(气体成分以及油成分)提供给燃气轮机燃烧。燃气轮机排气温度是约580℃,含氧约14容量%。可以将燃气轮机排气提供给锅炉使上述的残留部分(焦炭)燃烧。其结果,发电效率提高至45%。
与此对应,在只在锅炉中燃烧上述煤,产生水蒸汽,靠汽轮机发电的情况下,发电效率是39%。
(实施例A-2)
使用图2所示的装置,在约600℃下低温干馏以下干燥后的煤1000kg/hr,得到馏分和炭。馏分由液体成分冷却洗净,用分液槽分离水层,得到气体成分和油成分。
气体成分和油成分,作为燃气轮机用燃料,焦炭和馏分中分离出的水层作为锅炉燃料。原料煤(干燥后)
水分:4重量%
挥发成分:31重量%
固定碳:50重量%
灰分:15重量%
发热量:6430kcal/kg炭
生成量:669kg/hr
挥发成分:11重量%
固定碳:65重量%
灰分:24重量%
发热量:6200kcal/kg气体成分
生成量:180Nm3/hr
发热量:7100kcal/Nm3油成分
生成量:110kg/hr
发热量:9100kcal/kg
将上述气体成分提供给气体燃烧用燃气轮机,将油成分提供给油燃烧用燃气轮机发电,因为燃气轮机排气的温度是580℃,含氧约13容量%,所以可以在提供给废热回收锅炉产生上述之后,用废热回收锅炉排气将炭提供给锅炉发电。
其结果,复合循环火力发电的热效率是46%。
(实施例A-3)
使用图2所示的装置,以实施例A-2的煤为原料,在450℃下热分解炭化,得到馏分和残留部分。馏分由液体成分冷却洗净,用分液槽分离水层,得到气体成分和油成分。
气体成分和油成分,作为燃气轮机用燃料,残留部分和分离出的水层作为锅炉燃料,供给空气燃烧。因为气体成分、液体成分中的硫磺成分是0.52重量%,Na成分、K成分、钒成分分别是0.5重量ppm,所以即使在燃气轮机中使用这种燃料,也不引起叶片等的腐蚀。
(实施例A-4)
使用图3所示的装置,以实施例A-1的煤为原料,在450℃下热分解炭化,得到馏分和残留部分。馏分由液体成分冷却洗净,用分液槽分离水层,得到气体成分和油成分。油成分在减压蒸馏中分离出精制馏分和残渣沥青。
气体成分和精制馏分,作为燃气轮机用燃料,残留部分和分离出的水层和残渣沥青作为锅炉燃料,供给空气燃烧。因为气体成分、液体成分中的硫磺成分是0.95重量%,盐分、钒成分分别是0.1重量ppm,所以即使在燃气轮机中使用它们,长时间也不引起叶片等的腐蚀。
(实施例A-5)
将下述的干燥后的煤1.000kg装入烧瓶,从外部加热,在内部温度500℃下干馏,得到馏分和炭。原料WANBO煤(干燥后)
水分:3.5重量%
挥发成分:33重量%
固定碳:53.1重量%
灰分:10.4重量%
总发热量:7100kcal/kg(实际发热量6840kcal/kg)炭
生成量:0.80kg
挥发成分:16重量%
固定碳:66重量%
灰分:13重量%
总发热量:6825kcal/kg馏分
生成量:0.20kg
总发热量:8200kcal/kg
馏分中的Na、K、V成分都在0.5mg/kg以下。
馏分对残留部分的热量比例约20对80。
这些馏分提供给燃气轮机,炭提供给锅炉,可以进行复合循环火力发电。
但是,如果抑制馏分的量使馏分对残留部分的热量比在10对90间取出,则即使进行复合循环火力发电,发电效率的增加也不多,设置燃料的部分处理设备的优点少。
(实施例A-6)
与实施例A-5一样,将煤1.000kg装入烧瓶,从外部加热,在内部温度800℃下干馏,得到馏分和焦炭。焦炭
生成量:0.69kg
挥发成分:2.6重量%
固定碳:77重量%
灰分:16重量%
发热量:6650kcal/kg馏分
生成量:0.31kg
发热量:8100kcal/kg
馏分对残留部分的热量比例是35∶65。
馏分中的Na、K、V成分分别在0.5mg/kg、2mg/kg、0.5mg/kg以下,当在常压下蒸馏它们得到馏分时,Na、K、V成分分别在0.5mg/kg以下。
从上述实施例可以判断出,作为有利于进行复合循环火力发电的燃气轮机用燃料得到主要是与煤的挥发成分相当的量的馏分非常容易。
另外,由于馏分对残留部分的热量比超过60∶40越多,则增加馏分,越需要非常严格的条件,与此同时,燃气轮机排气中的氧的量,比再排气燃烧所需要的量富余,排气损失增加。
(实施例A-7)
使用图1所示的装置,在500℃下低温干馏以下干燥后的煤100,000kg/hr,得到馏分和炭。
馏分作为燃气轮机用燃料,炭作为锅炉燃料。原料煤:高岛煤(无水基准)
挥发成分:44重量%
固定碳:50重量%
灰分:6重量%
发热量:7900kcal/kg炭
生成量:61,600kg/hr
挥发成分:1重量%
固定碳:67重量%
灰分:31重量%
发热量:7054kcal/kg气体成分
生成量:35,500Nm3/hr
发热量:5050kcal/Nm3油成分
生成量:19,400kg/hr
发热量:9100kcal/kg
将上述馏分(气体成分以及油成分)和空气1,075,000m3/hr提供给燃气轮机燃烧,可以发电129MW/hr。燃气轮机排气温度是580℃,含氧13容量%。可以将燃气轮机排气提供给锅炉使上述的残留部分(炭)燃烧,用汽轮机发电285MW/hr。即,发电的热效率提高至45%。
与此对应,在不部分处理上述煤,只在锅炉中用1,075,000m3/hr的空气使之燃烧,产生水蒸汽,靠汽轮机发电的情况下,发电效率是39%。
在本发明中,也可以在燃气轮机中加入上述空气的全量1,075,000m3/hr,也可以在锅炉燃烧中加入需要的上述全部空气量的一部分。
第2说明有关煤的微波照射处理的各种实施例。
(实施例B-1)
使用图1所示的装置(但是不提供碳氢化合物),使用下述的煤作为原料,在300℃下微波照射干燥后的煤1000kg/hr,得到馏分280kg/hr和炭430kg/hr。原料媒
水分:29重量%
挥发成分:31重量%
固定碳:35重量%
灰分:5重量%
发热量:4530kcal/kg炭
挥发成分:11重量%
固定碳:77重量%
灰分:11重量%
发热量:6000kcal/kg馏分
发热量:6960kcal/Nm3
馏分作为燃气轮机用燃料,炭作为锅炉燃料,可以进行复合循环火力发电。
(实施例B-2)
除了使甲烷气体同时存在以外,与实施例B-1相同,得到馏分和残留部分。
馏分作为燃气轮机用燃料,炭作为锅炉燃料。燃气轮机排气的温度是580℃,氧含量是13容量%。用该燃气轮机排气燃烧炭。其结果,复合循环火力发电的热效率达46%。
与只在锅炉中燃烧煤,靠汽轮机发电相比,热效率高。
这些实施例与A组一样,非常容易作为有利于复合循环火力发电的燃气轮机用燃料得到馏分。
另外,如果抑制馏分的量使得在馏分对残留部分的热量比为10对90间取出馏分,则即使进行复合循环火力发电,发电效率的增加也不多,设置燃料的部分处理设备的优点少。
再者,由于馏分对残留部分的量超过热量比60∶40越多,则增加馏分越需要非常严格的条件,与此同时,燃气轮机排气中的氧的量,比排气再燃烧所需要的量富余,排气损失增加。
第3,说明有关煤的水煤气化处理的各种实施例。
(实施例C-1)
使用图1所示的装置,用流动床气化炉,在约830℃下,以水蒸汽/煤=0.3(重量比)的比例部分水煤气化处理下述的煤1000kg/hr,得到馏分和残留部分。
馏分经脱尘、脱硫后以原有的高温、高压状态作为燃气轮机用燃料,残留部分作为锅炉燃料。原料煤
水分:29重量%
挥发成分:31重量%
固定碳:35重量%
灰分:5重量%
发热量:4530kcal/kg残留部分
生成量:300kg/hr
挥发成分:3重量%
固定碳:80重量%
灰分:17重量%
发热量:5500kcal/kg馏分:气体成分、油成分以及水气体成分
生成量:632Nm3/hr
发热量:2500kcal/Nm3油成分
生成量:200kg/hr
发热量:6500kcal/kg水
生成量:500kg/hr
将上述馏分(气体成分以及油成分)提供给燃气轮机燃烧。燃气轮机排气的温度是580℃,含氧量是13容量%。燃气轮机排气提供给锅炉燃烧上述残留部分。
其结果,发电效率提高至约45%。
与此对应,在只在锅炉中燃烧上述煤,产生水蒸汽,靠汽轮机发电的情况下,发电效率是约39%。
(实施例C-2)
使用图2所示的装置,与实施例C-1一样进行部分水煤气处理,得到馏分和残留部分。馏分在脱尘、脱硫后,被液体成分冷却洗净,用分液槽分离水层,得到气体成分和油成分。油成分中的Na成分、K成分、V成分分别是0.5ppm左右。
气体成分和油成分作为燃气轮机用燃料,残留部分和馏分中分离出的水层作为锅炉燃料使用。
(实施例C-3)
使用图3所示的装置,与实施例C-1一样进行部分水煤气处理,得到馏分和残留部分。馏分在脱尘、脱硫后,被液体成分冷却洗净,用分液槽分离水层,得到气体成分和油成分。油成分经减压蒸馏后分离出精制馏分和残渣沥青。
气体成分和精制馏分作为燃气轮机用燃料,残留部分和分离出的水层和残渣沥青作为锅炉燃料,提供空气进行燃烧。气体成分、液体成分中的硫磺成分是0.52重量%,钠以及钾成分、钒成分分别是0.1重量ppm,即使使用燃气轮机也不会引起叶片等的腐蚀。
(实施例C-4)
使用图3所示的装置,与实施例C-1一样进行部分水煤气处理,得到馏分和残留部分。馏分直接被液体成分冷却洗净,用分液槽分离水层,得到气体成分和油成分。油成分经减压蒸馏后分离出精制馏分和残渣。
气体成分和精制馏分作为燃气轮机用燃料,残留部分和分离出的水层和残渣作为锅炉燃料,提供空气进行燃烧。气体成分、液体成分中的硫磺成分是0.95重量%,钠以及钾成分、钒成分分别是0.1重量ppm,即使使用燃气轮机也不会引起叶片等的腐蚀。
(实施例C-5)
将在实施例C-1中得到的馏分提供给燃气轮机燃烧,残留部分提供给锅炉。另外,燃气轮机排气的温度是580℃,用废热回收锅炉回收热量。由此,与只在锅炉中燃烧煤产生水蒸汽的方法相比,热效率提高。
(实施例C-6)
将在实施例C-2中得到的馏分提供给燃气轮机燃烧,燃气轮机排气提供给锅炉。燃气轮机排气的温度是580℃,含氧量是13容量%。用该气体燃烧残留部分。其结果,复合循环火力发电的热效率达46%。
这些与实施例A组一样,很容易作为有利于复合循环火力发电的燃气轮机用燃料得到馏分。
另外,如果抑制馏分的量使得在馏分对残留部分的热量比为10对90间取出馏分,则即使进行复合循环火力发电,发电效率的增加也不多,设置燃料的部分处理设备的优点少。
再者,由于馏分对残留部分的量超过热量比60∶40越多,则增加馏分越需要非常严格的条件,与此同时,燃气轮机排气中的氧的量,比排气再燃烧所需要的量富余,排气损失增加。
第4,说明有关煤的部分燃气化处理的各种实施例。
(实施例D-1)
使用图1所示的装置,将下述的煤1000kg/hr、高温水蒸汽500kg/hr、氧130kg/hr提供给气流层气化炉,在约1100℃、40大气压下进行部分燃气化处理,得到馏分和残留部分。原料媒
水分:25重量%
挥发成分:30重量%(干燥基准)
固定碳:51重量%(干燥基准)
灰分:5重量%(干燥基准)
发热量:5780kcal/kg(干燥基准)残留部分
生成量:400kg/hr
挥发成分:1重量%
固定碳:43重量%
灰分:56重量%
发热量:5000kcal/kg馏分:气体成分、油成分以及水气体成分
生成量:652Nm3/hr
发热量:2600kcal/Nm3油成分
生成量:80kg/hr
发热量:8000kcal/kg水
生成量:550kg/hr
馏分经脱尘、脱硫后直接以高温、高压的状态作为燃气轮机用燃料,残留部分作为锅炉燃料,可以进行复合循环火力发电。
(实施例D-2)
使用图2所示的装置,与实施例D-1一样地进行部分烯气处理,得到馏分和残留部分。馏分在脱尘、脱硫后,被液体成分冷却洗净,用分液槽分离水层,得到气体成分和油成分。
气体成分和油成分作为燃气轮机用燃料,残留部分和馏分中分离出的水层作为锅炉燃料使用。
得到的馏分提供给燃气轮机燃烧,燃气轮机排气提供给锅炉。燃气轮机排气温度是580℃,含氧量是13容量%。用该气体燃烧残留部分,其结果,复合循环火力发电的热效率达46%。另外,即使使用燃气轮机也不会引起叶片等的腐蚀。
(实施例D-3)
使用图3所示的装置,与实施例D-1一样地进行部分烯气处理,得到馏分和残留部分。馏分在脱尘、脱硫后,被液体成分冷却洗净,用分液槽分离水层,得到气体成分和油成分。油成分经减压蒸馏后分离成精制馏分和残渣沥青。
气体成分和精制馏分作为燃气轮机用燃料,残留部分和馏分中分离出的水层和残渣沥青作为锅炉燃料,提供空气燃烧。气体成分、液体成分中的硫磺成分是0.6重量%,钠成分以及钾成分、钒成分分别是0.5重量ppm,即使长时间使用燃气轮机也不会引起叶片等的腐蚀。
(实施例D-4)
将在实施例D-1中得到的馏分提供给燃气轮机燃烧,残留部分提供给锅炉。燃气轮机排气的温度是580℃,用废热回收锅炉产生水蒸汽,可以用汽轮机发电。
这些与实施例A组一样,非常容易作为有利于复合循环火力发电的燃气轮机用燃料得到馏分。
另外,如果抑制馏分的量使得在馏分对残留部分的热量比为10对90间取出馏分,则即使进行复合循环火力发电,发电效率的增加也不多,设置燃料的部分处理设备的优点少。
再者,由于馏分对残留部分的量超过热量比60∶40越多,则增加馏分越需要非常严格的条件,与此同时,燃气轮机排气中的氧的量,比排气再燃烧所需要的量富余,排气损失增加。
第5,说明有关重质油的热分解处理的各种实施例。
(实施例E-1)[减粘裂化法]
将下述重质油1000kg/hr在加压下提供给加热炉,在480℃下进行热分解处理,在添加急冷油停止副反应后,提供给蒸馏塔底部,得到馏分和残留部分。原料重质油:伊朗轻质(Iranian Light)减压残渣油
比重:1.01(15/4℃)
粘度:100,000cSt(50℃)
硫磺成分:3.6重量%残留部分
生成量:665kg/hr
比重:1.03(15/4℃)
粘度:45,000cSt(50℃)
硫磺成分:3.9重量%
350℃以上高沸点成分含有率:78.5重量%
发热量:9000kcal/kg馏分:气体成分以及油成分气体成分
生成量:35kg/hr
发热量:10400kcal/Nm3油成分
生成量:300kg/hr
发热量:10000kcal/kg
得到的馏分提供给燃气轮机燃烧,燃气轮机排气提供给锅炉。燃气轮机排气温度是580℃,含氧量是13容量%。用该气体燃烧残留部分。其结果,复合循环火力发电的热效率达46%。与只向锅炉提供重质油用汽轮机发电时发电的热效率是约40%相比,如果采用本发明,则发电的热效率大幅度提高。
(实施例E-2)[流体焦化法]
将下述重质油1000kg/hr提供给反应器,在500℃下进行热分解处理,分离成馏分和残留部分。从反应器底部取出的残留部分进而提供给燃烧室,吹入空气加热。从燃烧室的中间部分取出焦炭的一部分。剩余的焦炭从燃烧室的底部循环至反应器。原料重质油:566℃以上减压残渣油
condrusson残留碳:26.5重量%
比重:1.05(15/4℃)
钒成分:890重量ppm
硫磺成分:3.6重量%残留部分
焦炭生成量:260kg/hr
硫磺成分:5重量%
发热量:6000kcal/kg馏分:气体成分以及油成分反应器气体成分
生成量:130kg/hr
发热量:10400kcal/Nm3油成分(石脑油和轻油)
生成量:540kg/hr
发热量:10000kcal/kg
馏分,其中气体成分的全部和油成分的一部分作为燃气轮机用燃料,油成分的其余部分和残留部分作为锅炉燃料。
(实施例E-3)[延迟焦化法]
将下述重质油1000kg/hr提供给蒸馏塔底部,分离出馏分和残留部分(高沸点液)。从蒸馏塔底部取出的残留部分,进一步以不产生焦炭的程度在加热炉中在470℃下热分解处理,而后提供给焦炭滚筒,在焦炭滚筒中,分离成馏分和残留部分(焦炭)。馏分进一步被分离成气体成分和液体成分。原料重质油:Minas减压残渣油
残留碳:10.9重量%
比重:0.939(15/4℃)
硫磺成分:0.16重量%残留部分
焦炭生成量:191kg/hr
硫磺成分:0.4重量%
发热量:6000kcal/kg馏分:气体成分以及油成分气体成分
生成量:70kg/hr(各摩尔%是,氢:10、甲烷:36、乙烷以及乙烯18、丙烷以及丙烯21、丁烷以及丁烯15)
发热量:10400kcal/Nm3油成分(石脑油以及轻油)
生成量:739kg/hr
发热量:10000kcal/kg
馏分,其中气体成分的全部和油成分的一部分作为燃气轮机用燃料,油成分的其余部分和残留部分作为锅炉燃料。
(实施例E-4)[尤里卡法]
将下述重质油1000kg/hr提供给蒸馏塔底部,分离出馏分和残留部分(高沸点液)。从蒸馏塔底部取出的残留部分,进一步以不产生焦炭的程度在加热炉中在400℃下热分解处理,而后提供给反应器,在吹入水蒸汽的情况下,进一步用2小时进行热分解处理。从反应器产生的馏分加到上述蒸馏塔,分离出馏分和剩余部分。冷却后,从反应器的底部排出沥青,沥青被切成薄片作为锅炉燃料。馏分进一步被分解为气体成分和冷凝水和油成分,进而油成分被分离成轻油成分和重质油成分,气体成分和轻油成分作为燃气轮机用燃料,重质油成分和沥青作为锅炉燃料。原料重质油:500℃以上减压残渣油
残留碳:20重量%
比重:1.017(15/4℃)
钒成分:3.9重量%残留部分
沥青生成量:290kg/hr
钒成分:690重量ppm
硫磺成分:5.7重量%
发热量:9000kcal/kg馏分:气体成分、冷凝水以及油成分气体成分
生成量:90kg/hr(硫磺成分13重量%)
发热量:10400kcal/Nm3油成分(轻油成分以及重质油成分)
轻油生成量:220kg/hr
发热量:10000kcal/kg
重质油生成量:400kg/hr
发热量:9000kcal/kg
馏分,其中气体成分的全部和轻油成分的一部分提供给燃气轮机用发电,重质油成分和残留部分的沥青作为锅炉燃料产生水蒸汽,用汽轮机发电。
(实施例E-5)
与实施例E-1同样地进行热分解处理,得到馏分和残留部分。馏分在脱硫后,冷却分离,得到气体成分和油成分。
气体成分提供给气体专烧燃气轮机,油成分提供给油专烧燃气轮机发电。残留部分作为锅炉燃料提供空气燃烧。气体成分、以及油成分中的硫磺成分是1重量%,钠成分以及钾成分合计是0.5重量ppm以下,钒成分在0.5重量ppm以下,无论使用气体专烧燃气轮机、油专烧燃气轮机都不必担心腐蚀。
(实施例E-6)
将实施例E-1得到的馏分提供给燃气轮机燃烧,残留部分提供给锅炉。燃气轮机排气的温度是580℃,用废热回收锅炉产生水蒸汽,就可以发电。
(实施例E-7)[沥青的接触焦化法]
用盘管加热器加热下述原料1000kg/hr,在流动状态下提供给反应器,在480℃下热分解处理,分离成馏分和残留部分。从反应器的底部取出的残留部分(附着在原料焦炭上),进而提供给加热室,吹入空气通过燃烧加热,使加热后的焦炭从加热室的底部循环到反应器。从加热室的中间部分取出焦炭的一部分。原料干焦油:常用的加拿大石油砂沥青(Great Canadian Oil SandBitumen)
兰式残碳:11重量%
比重:1.016(20/4℃)
粘度:11,000cSt(38℃)
钒成分:140重量ppm
硫磺成分:4.7重量%残留部分
沥青焦炭生成量:650kg/hr
硫磺成分:6重量%
发热量 :9000kcal/kg馏分:气体成分以及油成分反应器气体成分
生成量:30kg/hr(硫磺成分13重量%)
发热量:10400kcal/Nm3油成分(轻油及重柴油)
生成量:320kg/hr
发热量:10000kcal/hr
馏分作为燃气轮机用燃料,残留部分作为锅炉燃料。
(实施例E-8)[C重油的减粘裂化法]
将下述的重质油1000kg/hr以20kg/cm3G压力提供给加热炉,在500℃下热分解处理,在添加急冷油使副反应停止后,提供给蒸馏塔底部,得到290℃馏分和残留部分(高粘度液体)。原料重质油:C重油2号
燃点:80℃
粘度:100cSt(50℃)
硫磺成分:1.5重量%
发热量:9,400kcal/kg残留部分
生成量:670kg/hr
硫磺成分:2.1重量%
发热量:9000kcal/kg馏分:油成分油成分
生成量:330kg/hr
比重:0.80(15/4℃)
发热量:10,212kcal/kg
馏分作为燃气轮机用燃料,残留部分作为锅炉燃料。
(实施例E-9)[C重油的常压热分解]
将下述的重质油1.00kg装入烧瓶从外部加热,在常压下以450℃分批热分解,得到206℃馏分和残留部分(高粘度液体)。原料重质油:C重油(三菱石油ISO-280)
燃点:111℃
粘度:278cSc(50℃)
硫磺成分:2.35重量%
氮成分:0.20重量%
残留碳:8.88重量%
Na成分:12.6重量ppm
K成分:0.1重量ppm
V成分:32.6重量ppm
总发热量:9,800kcal/kg残留部分
生成量:0.55kg
硫磺成分:3.1重量%
氮成分:0.34重量%
残留碳:16重量%
Na成分:23重量ppm
K成分:0.2重量ppm
V成分:59重量ppm
总发热量:9,170kcal/kg馏分:油成分油成分
生成量:0.45kg
硫磺成分:1.4重量%
氮成分:0.01重量%
残留碳:0.07重量%
Na成分:0.1重量ppm
K成分:0.1重量ppm
V成分:0.1重量ppm
总发热量:10,570kcal/kg
油成分是适合燃气轮机燃料的油,残留部分可以作为锅炉燃料使用。另外油成分和残留部分的量符合排气再燃烧复合循环火力发电的量。
(实施例E-10)[C重油的常压热分解]
用与实施例E-9同样的方法,在常压下以450℃分批地分解在实施例E-9中使用的重质油1.00kg,得到218℃馏分和残留部分(干固体)。即使超过以上条件加热残留部分,馏分的量也显著减少。残留部分
生成量:0.35kg
硫磺成分:0.7重量%
氮成分:0.36重量%
残留碳:1重量%
Na成分:36重量ppm
K成分:0.3重量ppm
V成分:93重量ppm
总发热量:9,130kcal/kg馏分:油成分油成分
生成量:0.65kg
硫磺成分:1.4重量%
氮成分:0.01重量%
残留碳:0.07重量%
Na成分:0.5重量ppm以下
K成分:0.5重量ppm以下
V成分:0.5重量ppm以下
总发热量:10,160kcal/kg
油成分是适合燃气轮机燃料的油,残留部分是干固体。为了得到超过这些的馏分需要严格的条件,由于设备费用过大,因而根据实际抑制馏分的量,使馏分保持在全部重量的60重量%附近(馏分对残留部分的热量比在60%对40%左右)。因此,也可以将残留部分在流动状态下输送到锅炉。如此以适宜的热量比率调节馏出量后的油成分和残留部分适合于排气再燃烧复合循环火力发电。
(实施例E-11)[Ori煤溚胶体的常压热分解]
用与实施例E-9同样的方法,在常压以及450℃下分批地分解下述的干燥Ori煤溚胶体1.00kg,得到282℃馏分和残留部分(干固体)。原料Ori煤溚胶体(无水基准)
硫磺成分:3.51重量%
氮成分:0.89重量%
残留碳:84.9重量%
Na成分:104重量ppm
K成分:4重量ppm
V成分:444重量ppm
总发热量:9,820kcal/kg残留部分
生成量:0.35kg
硫磺成分:4.9重量%
氮成分:1.9重量%
炭:86重量%
Na成分:400重量ppm
K成分:6重量ppm
V成分:1590重量ppm
总发热量:8,850kcal/kg馏分:油成分油成分
生成量:0.65kg
硫磺成分:2.8重量%
氮成分:0.23重量%
炭:84重量%
Na成分:0.1重量ppm
K成分:0.1重量ppm
V成分:0.3重量ppm
总发热量:10,340kcal/kg
油成分是适合燃气轮机燃料的油,残留部分具有可以作为锅炉燃料使用的性质。此例展示了在适合于燃气轮机的油成分容易得到的范围中,在热量比率上有70%左右的限度。这种情况下,实际上如果考虑残留部分的取出、排气再燃烧的效率等,也可以以更低的热量比率取出馏分。
(实施例E-12)[C重油的常压热分解]
使用图1所示的装置,在常压以及450℃下热分解下述的重质油100,000kg/hr,得到206℃馏分和残留部分(高粘度液体)。原料重质油:C重油(三菱石油IS0-280)
燃点:111℃
粘度:278cSt(50℃)
硫磺成分:2.35重量%
氮成分:0.20重量%
残留碳:8.88重量%
Na成分:12.6重量ppm
K成分:0.1重量ppm
V成分:32.6重量ppm
总发热量:9,800kcal/kg残留部分
生成量:58,480kg
硫磺成分:3.1重量%
氮成分:0.34重量%
残留碳:16重量%
Na成分:23重量ppm
K成分:0.2重量ppm
V成分:59重量ppm
总发热量:9,170kcal/kg馏分:油成分油成分
生成量:41,520kg/hr
硫磺成分:1.4重量%
氮成分:0.01重量%
残留碳:0.07重量%
Na成分:0.5重量ppm以下
K成分:0.5重量ppm以下
V成分:0.5重量ppm以下
总发热量:10,570kcal/kg
向燃气轮机提供在上述中得到的油成分41,520kg/hr和空气1,190,000m3/hr,发电169MW/hr。燃气轮机排气,其温度是580℃,含氧量是13容量%,提供给锅炉,使残留部分燃烧,就可以发电366.6MW/hr。其结果,采用本发明的重质油的发电效率是47%。
另一方面,使燃料只在锅炉中燃烧的情况下,向重质油100,000kg/hr提供空气1,190,000m3/hr,可以发电455.3MW/hr。这种情况下的发电热效率是40%。
在本发明中,可以向燃气轮机添加上述空气的全量1,190,000m3/hr,也可以向锅炉分配锅炉燃烧所需要量的空气。
从这些实施例可以判断出,非常容易作为有利于复合循环火力发电的燃气轮机用燃料得到馏分。
另外,如果抑制馏分的量使得在馏分对残留部分的热量比为10对90间取出馏分,则即使进行复合循环火力发电,发电效率的增加也不多,设置燃料的部分处理设备的优点少。
再者,使馏分对残留部分的量至热量比70∶30左右,可以增加馏分,但超过60∶40越多,残留部分的取出越困难,还有,燃气轮机排气中的氧的量比排气再燃烧所需要的量富余,排气损失增加。
第6,用各种实施例说明有关煤和重质油的混合物的部分燃气化处理。
(实施例F-1)[shell部分氧化法]
使用图1所示的装置,将下述干燥后的煤和重质油的混合物1000kg/hr、260℃的水蒸汽800kg/hr、氧735Nm3/hr提供给气化炉,进行约1400℃、40大气压的部分燃气化处理,得到馏分和残留部分。煤
水分:25重量%
挥发成分:30重量%(干燥基准)
固定碳:51重量%(干燥基准)
灰分:17重量%(干燥基准)
发热量:5780kcal/kg(干燥基准)煤供给量:500kg/hr重质油:C重油2号
燃点:80℃
粘度:100cSt(50℃)
硫磺成分:1.5重量%
发热量:9,400kcal/kg重质油供给量:500kg/hr残留部分
生成量:600kg/hr
挥发成分:1重量%
固定碳:67重量%
灰分:32重量%
发热量:4000kcal/kg馏分:气体成分、油成分以及水气体成分
生成量:1600Nm3/hr
发热量:2500kcal/Nm3油成分
几乎没有
生成量:20kg/hr
发热量:9800kcal/kg水
生成量:300kg/hr
得到的馏分提供给燃气轮机燃烧,燃气轮机排气提供给锅炉。燃气轮机排气温度是580℃,含氧量是13容量%。用该气体燃烧残留部分。其结果,复合循环火力发电的热效率达46%。
另一方面,在将锅炉专烧燃料全量气化,通过燃气轮机发电,用排热回收锅炉靠燃气轮机排气产生水蒸汽,进行复合循环火力发电的情况下,热效率是约46%。但是,在全量气化中,需要特别的燃气轮机、锅炉系统,建设费用高,与此相反,如果采用本发明,则建设费用便宜,在现有的设备改造中可以利用以往的锅炉。另外,在全量气化中,灰分的处理困难,必须在低温下进行气体精制,热量损耗多。
(实施例F-2)
使用图2所示的装置,与实施例F-1一样地进行部分燃气化处理,得到馏分和残留部分。馏分在脱尘、脱硫后,被液体成分冷却洗净,用分液槽分离水层,得到气体成分和油成分。
气体成分和油成分提供给燃气轮机,残留部分和馏分中分离出的水层提供给锅,可以进行复合循环火力发电。
(实施例F-3)
使用图3所示的装置,与实施例F-1一样进行部分燃气化处理,得到馏分和残留部分。馏分在脱尘、脱硫后,被液体成分冷却洗净,用分液槽分离水层,得到气体成分和油成分。油成分经减压蒸馏后分离出精制馏分和残渣沥青。
气体成分和精制馏分作为燃气轮机用燃料,残留部分和分离出的水层和残渣沥青作为锅炉燃料,提供空气进行燃烧。气体成分、液体成分中的硫磺成分是0.6重量%,钠及钾成分、钒成分分别在0.5重量ppm以下,不会引起叶片等的腐蚀。
(实施例F-4)
使用图3所示的装置,与实施例F-1一样进行部分燃气化处理,得到馏分和残留部分。馏分被液体成分冷却洗净,用分液槽分离水层,得到气体成分和油成分。油成分经减压蒸馏后分离出精制馏分和残渣。
气体成分和精制馏分作为燃气轮机用燃料,残留部分和分离出的水层和残渣作为锅炉燃料,提供空气进行燃烧。气体成分、液体成分中的硫磺成分是1.0重量%,钠及钾成分、钒成分分别在0.1重量ppm以下,不会引起叶片等的腐蚀。
(实施例F-5)
使用图1所示的装置,将在实施例F-1中得到的馏分提供给燃气轮机燃烧,残留部分提供给锅炉。燃气轮机排气的温度是580℃,用废热回收锅炉回收热量。
(实施例F-6)
使用图1所示的装置,将在实施例F-1中使用的煤和下述重质油的混合物1000kg/hr、高压水蒸汽500kg/hr、氧130kg/hr提供给气流层气化炉,进行约1100℃、30大气压的部分燃气化处理,得到馏分和残留部分。煤
水分:25重量%
挥发成分:30重量%(干燥基准)
固定碳:51重量%(干燥基准)
灰分:17重量%(干燥基准)
发热量:5780kcal/kg(干燥基准)煤供给量:400kg/hr重质油:伊朗轻质(Iranian Light)减压残渣油
比重:1.01(15/4℃)
粘度:100,000cSt(50℃)
硫磺成分:3.6重量%重质油供给量:600kg/hr残留部分
生成量:300kg/hr
挥发成分:3重量%
固定碳:74重量%
灰分:23重量%
发热量:4800kcal/kg馏分:气体成分、油成分以及水气体成分
生成量:1500Nm3/hr
发热量:2600kcal/Nm3油成分
生成量:80kg/hr
发热量:8000kcal/kg水
生成量:250kg/hr
馏分经脱尘、脱硫后,直接以高温、高压状态作为燃气轮机用燃料,残留部分作为锅炉燃料,可以进行复合循环火力发电。。
从这些实施例可以判断出,非常容易作为有利于复合循环火力发电的燃气轮机用燃料得到馏分。
另外,如果抑制馏分的量使得在馏分对残留部分的热量比为10对90间取出馏分,则即使进行复合循环火力发电,发电效率的增加也不多,设置燃料的部分处理设备的优点少。
再者,根据煤和重质油的混合比,可以使馏分对残留部分的量至热量比70∶30左右,可以增加馏分,但超过60∶40越多,残留部分的取出越困难,还有,燃气轮机排气中的氧的量比排气再燃烧所需要的量富余,排气损失增加。
第7,用使用各种锅炉专烧燃料的实施例说明。
(实施例G-1)
使用图4所示的装置,在夏季将剩余的煤油作为适合燃气轮机燃料使用56000kg/hr,将不能用于适合燃气轮机燃料的下述的重质油作为锅炉专烧燃料使用92800kg/hr。
燃气轮机排气温度是580℃,含氧量是13容量%。可以只用该排气燃烧锅炉专烧燃料。其结果,复合循环火力发电的热效率达46%。煤油:1号
燃点:40℃以上
95%馏出温度:270℃以下重质油:伊朗轻质(Iranian Light)减压残渣油
比重:1.01(15/4℃)
粘度:100,000cSt(50℃)
硫磺成分:3.6重量%
(实施例G-2)
使用图8(但是不使用符合102所示的锅炉专烧燃料)的装置,将实施例G-1中使用的煤油作为适合燃气轮机燃料使用9505kg/hr。进而,在600℃下低温干馏下述的干燥后的煤220,400kg/hr,得到馏分和炭。馏分由液体成分冷却洗净,用分液槽分离水层,得到气体成分和油成分。
油成分经减压蒸馏得到精制馏分和残渣沥青。
气体成分和精制馏分与煤油一同作为适合燃气轮机燃料,残留部分和分离出的水层和残渣沥青与煤一同作为锅炉燃料,提供给锅炉,并提供空气使之燃烧。气体成分、液体成分中的硫磺部分是0.52重量%,盐分、钒成分分别是0.5重量ppm,可以持续长达8000小时的长期运行,不引起叶片等的腐蚀。原料媒:(干燥后)
水分:4重量%
挥发成分:31重量%
固定碳:50重量%
灰分:15重量%
发热量:6430kcal/kg炭
生成量:193,100kg/hr
挥发成分:11重量%
固定碳:65重量%
灰分:24重量%
发热量:6700kcal/kg气体成分
生成量:18,000Nm3/hr
发热量:7100kcal/Nm3油成分
生成量:11,000kg/hr
发热量:9110kcal/kg
(实施例G-3)
使用图5的装置,将在实施例G-2中使用的煤作为锅炉专烧燃料使用36050kg/hr、将下述重质油作为热分解用锅炉专烧燃料使用135800kg/hr。
将重质油加压提供给加热炉,在500℃下热分解,在添加急冷油停止副反应后,提供给蒸馏塔底部,得到馏分和残留部分。
馏分可以在经脱硫后,在高温、高压的状态下作为适合燃气轮机燃料,残留部分可以与煤一同作为锅炉燃料。原料重质油:伊朗轻质(Iranian Light)减压残渣油
比重:1.01(15/4℃)
粘度:100,000cSt(50℃)
硫磺成分:3.6重量%残留部分
生成量:75,369kg/hr
比重:1.03(15/4℃)
粘度:45,000cSt(50℃)
硫磺成分:3.9重量%
350℃以上高沸点部分含有率:78.5重量%
发热量:9000kcal/kg馏分:气体成分及油成分气体成分
生成量:5,433Nm3/hr
发热量:10125kcal/Nm3油成分
生成量:54,320kg/hr
发热量:10000kcal/kg
(实施例G-4)
[煤和重质油热分解和煤油利用]
用图6的装置,将实施例G-1中使用的煤油15500kg/hr作为适合燃气轮机燃料,将实施例G-2中使用的煤100000kg/hr作为锅炉专烧燃料使用,将重质油99520kg/hr作为热分解用锅炉专烧燃料使用,进行与实施例G-3同样的热分解处理,得到馏分和残留部分。
燃气轮机排气的温度是580℃,含氧量13容量%。只用该排气使残留部分及锅炉专烧燃料燃烧。其结果发电的热效率达46%。
(实施例H-1)
[与石油精制设备并列设置进行的复合循环火力发电]
与使用原油15900k1/天(13674t/天)作为原料的石油精制设备并列设置图4所示的发电装置。
原油被完全处理,从石油精制设备中得到的成分如下。
气体:250,000Nm3/天
液化石油气:450t/天
石油化学用石脑油:680t/天
汽油:2,750t/天
喷气发动机燃料:700t/天
煤油:1,350t/天
轻柴油:2300t/天
A、B以及C重油合计:3000t/天
减压残渣油:1,500t/天
沥青:300t/天
石油焦炭·沥青:400t/天
其中,使用轻柴油41.9t/hr作为适合燃气轮机燃料提供给燃气轮机,减压残渣油86t/hr作为锅炉专烧燃料提供给锅炉。
燃气轮机排气的温度是580℃,含氧量13容量%。只用该排气使锅炉专烧燃料燃烧。其结果,发电的热效率达46%(输电端)。
其结果,不需要新设置部分处理设备,并且不需要将轻柴油以及减压残渣油输送到电力公司的储藏设备,就可以转换成电力。
(实施例H-2)
[与炼铁设备并列设置进行的复合循环火力发电]
在炼铁设备旁并列设置图4所示的发电装置。
在炼铁设备旁设置科帕斯法焦炉,完全分解处理历世煤,制造焦炭和焦炉气。
煤供给量:200t/hr
焦炭产生量:146t/hr
焦炉气伴生量6,200Nm3/hr
焦炉气组成:氢气56容量%、甲烷27容量%、一氧化碳7容量%、碳氢化合物3容量%、其他不燃气体成分
焦炉气发热量:4,450kcal/Nm3
将上述焦炭提供给高炉炼铁。
因为从高炉中产生下述的高炉气体,所以也可以将其提供给燃气轮机。
高炉气体组成:氢气3容量%、一氧化碳24容量%、其他不燃气体成分
高炉气体发热量:800kcal/Nm3
这里,展示使用焦炉气的情况。
将上述全部焦炉气作为适合燃气轮机燃料,提供给燃气轮机,将在焦炭制造过程中产生的微粉煤以及根据需要将焦炭原料煤作为锅炉专烧燃料提供给85.2t/hr。
燃气轮机排气温度是580℃,含氧量是13容量%。只用该排气使锅炉专烧燃料燃烧。其结果发电的热效率达45%(输电端)。
其结果,不需要新设置部分处理设备,并且不需要将轻柴油以及减压残渣油输送到电力公司的储藏设备,就可以转换成电力。
(实施例H-3)
[与科学设备等并列设置进行的复合循环火力发电]
在由石脑油裂化器及通用树脂设备、化学品设备组成的化学设备中并设图4中所示的发电装置。
将石脑油提供给供给石脑油裂化器进行完全裂化。
石脑油处理量:1,000,000t/年
乙烯产量:350,000t/年
丙烯产量:170,000t/年
苯产量:56,000t/年
废气产生量
甲烷换算:87,000t/年
同上发热量:13,300kcal/kg
燃料油·焦油产生量:39,500t/年
同上发热量:10,500kcal/kg
不能再循环树脂发生量:55,000t/年
同上发热量:9,300kcal/kg
化学品焦油状物质发生量:21,000t/年
同上发热量:4,800kcal/kg
现在,是使从石脑油裂化器排出的废气、从裂化器、各种树脂设备排出的焦油状排出物、无规聚合物和品种切换时的洗净聚合物和规格以外的不能再循环树脂等全部都在锅炉中燃烧,产生水蒸汽发电。这时的发电的热效率是39%(输电端)。
将以往作为燃烧用气提供给锅炉的废气作为适合燃气轮机燃料使用,将燃料油·焦油、不能再循环的树脂、化学品焦油状物质作为锅炉专烧燃料使用,进行复合循环火力发电,将燃气轮机排气提供给锅炉,使锅炉专烧燃料燃烧。其结果,发电的热效率是46%(输电端)。
其结果不需要新设置部分处理设备,通过将石脑油裂化器排出的废气提供给燃气轮机,将从裂化器、各种树脂设备排出的焦油状排出物、不能再循环树脂、化学品焦油状物质提供给锅炉,就可以在化学设备中得到高效率的电力,根据需要可以向电力公司出售该电力。
Claims (16)
1、一种发电方法,部分处理锅炉专烧燃料(F),分离出馏分(D)和残留部分(R),单独将从该馏分(D)得到的燃气轮机用燃料(G)或和适合燃气轮机燃料(G′)的混合物作为燃气轮机燃料(A),单独将残留部分(R)或和锅炉专烧燃料(F)和/或其他类的锅炉专烧燃料(F′)的混合物作为锅炉燃料(B),在使燃气轮机燃料(A)在燃气轮机内燃烧驱动燃气轮机发电的同时,用锅炉燃料(B)在锅炉内燃烧产生的水蒸汽驱动汽轮机发电。
2、权利要求1所述的发电方法,将燃气轮机排气提供给锅炉,使排气再燃烧锅炉燃料(B)。
3、权利要求1所述的发电方法,将燃气轮机排气提供给废热回收锅炉,使得产生发电用水蒸汽,将废热回收锅炉排气提供给锅炉,使排气再燃烧锅炉燃料(B)。
4、权利要求1~3的任何一项所述的发电方法,其中的部分处理是从蒸去轻油、急剧蒸发、蒸馏、抽出、倾析或由这些混合处理构成的群中选择的部分分离处理。
5、权利要求1~3的任何一项所述的发电方法,其中的部分处理是从热分解、干馏、水煤气化、燃气化、氢气化、微波照射或由这些混合处理构成的群中选择的部分分解处理。
6、权利要求4~5的任何一项所述的发电方法,其中的部分处理是在250℃以上500℃以下进行。
7、权利要求1~6的任何一项所述的发电方法,其中的馏分(D)对残留部分(R)的热量比率是20~60%对80~40%。
8、权利要求1~7的任何一项所述的发电方法,至少从馏分(D)中分离出气体成分(V)和油成分(O),将气体成分(V),油成分(O)或气体成分(V)和油成分(O)用作燃气轮机用燃料(G)。
9、权利要求8的发电方法,蒸馏油成分(O),分离出精制馏分(C)和蒸馏残渣(R′),将精制馏分(C)用作燃气轮机用燃料(G),将蒸馏残渣(R′)用于锅炉。
10、权利要求8~9的任何一项所述的发电方法,其中,燃气轮机燃料(A),含钠和钾成分合计在0.5重量ppm以下,含钒成分在0.5重量ppm以下。
11、权利要求8~9的任何一项所述的发电方法,用气体专烧燃气轮机燃烧气体成分(V),用油专烧燃气轮机燃烧油成分(O)或精制馏分(C)。
12、一种发电装置,由以下部分构成:部分处理装置,部分处理锅炉专烧燃料(F)分离出馏分(D)及残留部分(R);燃气轮机,将从镏分(D)得到的燃气轮机用燃料(G)单独或燃气轮机燃料(G)和适合燃气轮机燃料(G′)的混合物作为燃气轮机燃料(A),将该残留部分(R)单独或该残留部分(R)和锅炉专烧燃料(F)和/或其他种类的锅炉燃料(F′)的混合物作为锅炉燃料(B),靠燃烧燃气轮机燃料(A)驱动;燃气轮机用发电机,靠被驱动的燃气轮机发电;锅炉,燃烧锅炉燃料(B)产生水蒸汽;汽轮机,由产生的水蒸汽驱动;以及汽轮机用发电机,靠被驱动的汽轮机发电。
13、权利要求12所述的发电装置,设置有将燃气轮机排气提供给锅炉的排气供给装置。
14、权利要求12所述的发电装置,设置有提供燃气轮机排气使得产生发电用水蒸汽的废热回收锅炉以及将废热回收锅炉排气提供给锅炉的排气供给装置。
15、一种发电方法,并列设置在同一场所可以得到适合燃气轮机燃料和锅炉专烧燃料的设备,将该适合燃气轮机燃料提供给燃汽锅炉燃烧,靠燃烧产生的驱动用燃烧气体驱动燃气轮机发电,将该锅炉专烧燃料提供给锅炉用上述燃气轮机排气使之燃烧,用产生的水蒸汽驱动汽轮机发电。
16、权利要求15所述的发电方法,其中的设备是,从石油精制设备、炼铁设备、化学设备以及由它们组合构成的群中选择的设备。
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