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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein System und ein Verfahren für ein Ölkraftstoff verbrennendes,
integriertes Energieerzeugungssystem mit kombiniertem Zyklus.
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BESCHREIBUNG
DES VERWANDTEN STANDS DER TECHNIK
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Bei der integrierten Energieerzeugung
mit kombiniertem Zyklus, wobei Ölkraftstoff
für die
Energieerzeugung verbrannt wird, wird die Energieerzeugung durch
Rotation einer Gasturbine unter Verwendung von Verbrennungsgas durchgeführt, erhalten durch
Verbrennen von Kraftstoffgas, und die Energieerzeugung wird ferner
durch Rotation einer Dampfturbine mit Dampf durchgeführt, welcher
durch Nutzung der Abwärme
des Hochtemperaturabgases, abgegeben von der Gasturbine, hergestellt
wird. Dieser Typ der integrierten Energieerzeugung mit kombiniertem
Zyklus kann einen Wärmewirkungsgrad
von etwa 49% des Bruttoheizwertes erreichen, um eine wirkungsvolle
Nutzung der Energie zu verwirklichen.
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Eine Technik der Kombination eines
Energieerzeugungssystems zur Durchführung einer derartigen Energieerzeugung
mit kombiniertem Zyklus und einem Kraftstoff erzeugenden System
zur Erzeugung von Gasturbinenkraftstofföl wird in der JP-A-9-189206
beschrieben. Zum Beispiel beschreibt die JP-A-189206, dass in dem
Kraftstoff erzeugenden System Rohöl destilliert wird, um in eine Fraktion
mit niedrigem Siedepunkt und in eine Fraktion mit hohen Siedepunkt
getrennt zu werden, und die Fraktion mit niedrigem Siedepunkt wird
zu einen Kraftstofföltank
unter Verwendung einer Pumpe geführt,
dann wird das Kraftstofföl
vom Tank in eine Brennkammer eines Gasturbinensystems in dem Energie
erzeugenden System über
eine Transportleitung geschickt, um eine Gasturbine anzutreiben, während die
Fraktion mit hohem Siedepunkt als ein Kesselbrennstoff zum Antreiben
einer Dampfturbine verwendet wird.
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Auf der anderen Seite ist es notwendig,
um so viel Energie wie möglich
aus einer Kalorieeinheit eines zugeführten Öls zu erzeugen, Leichtöl für eine Gasturbine
aus dem zugeführten Öl (Vorlauföl) in einem
hohen Anteil zu extrahieren. Wenn jedoch das Leichtöl zu einem
hohen Anteil extrahiert wird, wird das zurückbleibende Öl hoch viskös und ferner
erhöht
sich der Anteil an Verunreinigungen, z. B. Schwermetalle, wie etwa
Vanadium, und Schwefel.
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Falls das viel Schwermetall enthaltende Rückstandöl als ein
Kesselkraftstoff verwendet wird, steigt die Flammentemperatur eines
Brenners in einem Kessel auf etwa 1300°C, was die Schmelztemperaturen
der in dem Rückstandöl enthaltenen
Verunreinigungen wie Vanadium übersteigt.
Von den geschmolzenen Verunreinigungen verursacht geschmolzenes
Vanadium, welches an der Metalloberfläche der Innenseite des Kessels
anhaftet, Hochtemperaturkorrosion. Falls folglich hoch verunreinigtes
Rückstandöl, welches
zum Beispiel Vanadium mit nicht weniger als 100 ppm enthält, als
ein Kesselkraftstoff verwendet wird, ist es notwendig, einen Kesselverbrennungsofen
mit einem speziellen Aufbau bereitzustellen, welcher ein Auftreten
von Abschnitten mit übermäßig hoher
Temperatur verhindern kann, dessen Volumen groß genug ist, und wo es notwendig
ist, ein Neutralisationsmittel, wie etwa Magnesium, nach dem Verbrennen
des Kesselkraftstoffs hinzuzugeben. Folglich tritt ein Kostenproblem auf,
wie etwa ein Anstieg der Betriebskosten und der Konstruktionskosten.
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Ferner ist die Wirksamkeit der Kesselkrafterzeugung
unter Verwendung des Rückstandöls nur 40%
oder weniger, was niedriger als die allgemeine Gasturbinenenergieerzeugung
ist. Daher, selbst wenn das von dem zugeführten Öl erhaltene Leichtöl als ein
Kraftstoff für
die Gasturbinenenergieerzeugung, und das Rückstandöl (Schweröl) als ein Kraftstoff für die Kesselenergieerzeugung
verwendet wird, wird die gesamte Wirksamkeit nur etwa 44% bis 48% sein.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ein verbessertes Ölkraftstoff
verbrennendes, integriertes Energieerzeugungssystem mit kombiniertem
Zyklus zur Verfügung
zu stellen, welches wirkungsvoll zugeführtes Öl nutzen kann, um Energieerzeugung
durchzuführen.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein verbessertes Ölkraftstoff
verbrennendes, integriertes Energieerzeugungsverfahren mit kombiniertem
Zyklus zur Verfügung
stellt, welches zugeführtes Öl wirkungsvoll
nutzen kann, um Energieerzeugung durchzuführen.
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Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden
Erfindung wird ein Ölkraftstoff
verbrennendes, integriertes Energieerzeugungssystem mit kombiniertem
Zyklus zur Verfügung
gestellt mit: einem Kraftstoffherstellungssystem mit einer Abtrennungseinrichtung
zur Auftrennung von zugeführtem Öl, bestehend
aus Rohöl
und/oder Schweröl
in einen leichten Anteil und einen schweren Anteil, und eine Raffinierungsvorrichtung
zur Raffinierung des leichten Anteils, um Kraftstofföl zu erhalten;
einem Vergasersystem zum Vergasen des schweren Anteils, um Synthesegas
zu erzeugen, welches Wasserstoffgas und Kohlenmonoxidgas enthält; einem
Gasturbinenenergieerzeugungssystem zum Antreiben einer Gasturbine
unter Verwendung des Kraftstofföls
und des Synthesegases, um die Energieerzeugung durchzuführen; und
einem Dampfturbinenenergieerzeugungssystem zum Antreiben einer Dampfturbine
unter Verwendung von Dampf, erzeugt durch wiedergewonnene Wärme aus
dem Abgas der Gasturbine, um Energieerzeugung durchzuführen.
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Es kann so eingerichtet werden, dass
das Kraftstoff erzeugende System einen Tank zur Lagerung des Kraftstofföls umfasst,
und wobei das Gasturbinenenergieerzeugungssystem eine konstante Zufuhr
des Synthesegases aus dem Vergasersystem als einen Grundkraftstoff
benötigt,
und ferner eine Zufuhr des Kraftstofföls aus dem Tank als einen Zusatzkraftstoff
zur Einstellung einer Energieerzeugungsmenge in Abhängigkeit
vom Energiebedarf benötigt.
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Es kann so eingerichtet werden, dass
die Auftrennungseinrichtung eine Destillationseinrichtung und eine
Lösungsmittel-Entasphaltierungseinrichtung
umfasst, und dass die Raffinierungseinheit eine Hydrotreating-Einheit zum Raffinieren
des leichten Anteils umfasst, um die Gasturbinenkraftstoffanforderungen
zu befriedigen.
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Es kann so eingerichtet werden, dass
das Gasturbinenenergieerzeugungssystem eine zu der Gasturbine verbundene
Kompressionsturbine zur Erzeugung von zu einer Brennkammer der Gasturbine zuzuführender
komprimierter Luft umfasst, und dass das Vergasersystem eine teilweise
Oxidation des schweren Anteils unter Verwendung der aus der Kompressionsturbine
zugeführten,
komprimierten Luft durchführt.
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Es kann so eingerichtet werden, dass
das Ölkraftstoff
verbrennende, integrierte Energieerzeugungssystem mit kombiniertem
Zyklus ferner eine Sauerstoffabtrennungseinheit umfasst, vorgesehen zwischen
dem Gasturbinenenergieerzeugungssystem und dem Vergasersystem, wobei
das Gasturbinenenergieerzeugungssystem eine Kompressionsturbine
verbunden mit der Gasturbine zur Herstellung von in einer Brennkammer
der Gasturbine einzuführender
komprimierter Luft umfasst, wobei die Sauerstoffabtrennungseinheit
die Niedertemperaturabtrennung von Sauerstoff und einem Teil der
zu der Kompressionsturbine zugeführten,
komprimierten Luft durchführt,
und wobei das Vergasersystem eine teilweise Oxidation des schweren
Anteils unter Verwendung des von der Sauerstoffabtrennungseinheit
zugeführten
Sauerstoffs durchführt.
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Es kann so eingerichtet werden, dass
das Ölkraftstoff
verbrennende, integrierte Energieerzeugungssystem mit kombiniertem
Zyklus ferner eine Sauerstoffherstellungseinheit zur Abtrennung
von Sauerstoff von Luft unter Verwendung eines Druckwechseladsorptionsverfahrens
umfasst, wobei das Vergasersystem eine teilweise Oxidation des schweren
Anteils unter Verwendung von Sauerstoff durchführt, zugeführt von der Sauerstoff erzeugenden
Einheit.
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Es kann so eingerichtet werden, dass
die Abtrennungseinrichtung eine Destillationseinrichtung und eine
Lösungsmittel-Entasphaltierungseinrichtung
umfasst, dass der zu dem Vergasersystem zugeführte schwere Anteil ein durch
die Lösungsmittel-Entasphaltierungseinrichtung
von einem schweren Anteil des zugeführten Öl abgetrennter Rückstand
ist, erhalten durch die Destillationseinrichtung, und dass der Rückstand
gleichmäßig in Wasser
dispergiert und in das Vergasersystem als ein wasseraufgeschlämmter Kraftstoff
zugeführt
wird.
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Es kann so eingerichtet werden, dass
das Gasturbinenenergieerzeugungssystem eine Energieerzeugungskapazität hat, welche
größer als
eine Energieerzeugungsmenge erhältlich
durch Verwendung der in dem Vergasersystem erzeugten Gesamtmenge
des Synthesegases ist.
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Es kann so eingerichtet werden, dass
das Gasturbinenenergieerzeugungssystem eine gemischte Verbrennung
des Kraftstoffsöls
in einer Flüssigphase
und des Synthesegases in einer gasförmigen Phase durchführt.
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Es kann so eingerichtet werden, dass
das Gasturbinenenergieerzeugungssystem eine Mehrzahl von Gasturbinen
umfasst, einschließlich
der Gasturbinen, jede angetrieben durch das Synthesegas, und der
Gasturbinen, jede angetrieben durch das Kraftstofföl.
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Es kann so eingerichtet werden, dass
das Synthesegas konstant zu den entsprechenden Gasturbinen als Grundkraftstoff
zugeführt
wird, während das
Kraftstofföl
zu den entsprechenden Gasturbinen als ein Zusatzkraftstoff zur Einstellung
einer Energieerzeugungsmenge in Abhängigkeit vom Energiebedarf
zugeführt
wird.
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Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt
der Erfindung wird ein Ölkraftstoff
verbrennendes, integriertes Energieerzeugungsverfahren mit kombiniertem
Zyklus zur Verfügung
gestellt mit: einem Kraftstofferzeugungsschritt der Auftrennung
der im Wesentlichen gesamten Menge an zugeführtem Öl bestehend aus Rohöl und/oder
Schweröl
in einen leichten Anteil, welcher eine Gasturbinenbrennstoffbedingung
erfüllt,
und einen schweren Anteil, welcher ein Rückstand des zugeführten Öls nach
der Trennung des leichten Anteils davon ist; einem Vergasungsschritt
zum Vergasen der im Wesentlichen gesamten Menge des schweren Anteils
durch teilweise Oxidation, um Synthesegas zu erzeugen, welches Wasserstoffgas
und Kohlenmonoxidgas enthält;
einen Gasturbinenenergieerzeugungsschritt zur Energieerzeugung,
im Wesentlichen basierend auf der gesamten Menge des zugeführten Synthesegases
als Grundkraftstoff, und ferner basierend auf dem leichten Anteil,
zugeführt
als ein Zusatzkraftstoff zur Einstellung der Energieerzeugungsmenge
in Abhängigkeit
vom Energiebedarf; und einem Dampfturbinenenergieerzeugungsschritt
zur Energieerzeugung unter Verwendung von Dampf, erzeugt durch in
dem Gasturbinenenergieerzeugungsschritt erhaltenem Abgas mit hoher
Temperatur.
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Es kann so eingerichtet werden, dass
der Vergasungsschritt den schweren Anteil in Wasser dispergiert,
um einen wasseraufgeschlämmten
Kraftstoff zu erzeugen, falls der in dem Kraftstoff erzeugenden
Schritt erhaltene schwere Anteil einen Erweichungspunkt höher als
140°C hat,
und dann den wasseraufgeschlämmten
Kraftstoff vergast, um das Synthesegas zu erzeugen, dass der Vergasungsschritt
den schweren Anteil als einen Emulsionskraftstoff ausbildet, falls
der Erweichungspunkt höher
als 110°C
und nicht höher
als 140°C
ist, und dann den emulgierten Kraftstoff vergast, um das Synthesegas zu
erzeugen, und dass der Vergasungsschritt den schweren Anteil in
einem Hochtemperaturzustand belässt
wie er ist, falls der Erweichungspunkt nicht höher als 110°C ist, und dann den schweren
Anteil vergast, um das Synthesegas zu erzeugen.
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Es kann so eingerichtet werden, dass
der Kraftstoff erzeugende Schritt einen Destillationsabtrennungsschritt
umfasst, einen Lösungsmittel-Entasphaltierungstrennungsschritt
und einen Raffinierungsschritt zur Raffinierung des durch den Destillationsabtrennungsschritt
und den Lösungsmittel- Entasphaltierungstrennungsschritt
erhaltenem leichten Anteils durch ein Hydrotreating.
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Es kann so eingerichtet werden, dass
der Vergasungsschritt in dem Gasturbinenenergieerzeugungsschritt
erzeugte, komprimierte Luft verwendet, um die teilweise Oxidation
durchzuführen.
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Es kann so eingerichtet werden, dass
das Ölkraftstoff
verbrennende, integrierte Energieerzeugungsverfahren mit kombiniertem
Zyklus ferner den Schritt der Erzeugung von Sauerstoff durch Niedertemperaturabtrennung
von in dem Gasturbinenenergieerzeugungsschritt erzeugter komprimierter
Luft umfasst, wobei der Vergasungsschritt die teilweise Oxidation
unter Verwendung des erzeugten Sauerstoffs durchführt.
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Es kann so eingerichtet werden, dass
das Ölkraftstoff
verbrennende, integrierte Energieerzeugungsverfahren mit kombiniertem
Zyklus ferner den Schritt der Erzeugung von Sauerstoff unter Verwendung
eines Druckwechseladsorptionsverfahrens umfasst, wobei der Vergasungsschritt
die teilweise Oxidation unter Verwendung des erzeugten Sauerstoffs durchführt.
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Es kann so eingerichtet werden, dass
der Kraftstoff erzeugende Schritt einen Destillationsabtrennungsschritt
zur Abtrennung des zugeführten Öls in einen
ersten leichten Anteil und einen ersten schweren Anteil und einen
Entasphaltierungstrennungsschritt zur Abtrennung des ersten schweren Anteils
in einen zweiten leichten Anteil und einen zweiten schweren Anteil
umfasst, dessen Pecherweichungspunkt höher als 140°C ist, und dass der Vergasungsschritt
den zweiten schweren Anteil in Wasser gleichmäßig dispergiert, um wasseraufgeschlämmten Kraftstoff
zu erzeugen und dann den wasseraufgeschlämmten Kraftstoff durch teilweise Oxidation
vergast.
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Es kann so eingerichtet werden, dass
der Gasturbinenenergieerzeugungsschritt die gemischte Verbrennung
durchführt,
um gleichzeitig den leichten Anteil in einer flüssigen Phase und das Synthesegas in
einer gasförmigen
Phase zu verbrennen.
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Es kann so eingerichtet werden, dass
der Gasturbinenenergieerzeugungsschritt separat die Energieerzeugung
unter Verwendung des Synthesegases und die Energieerzeugung unter
Verwendung des leichten Anteils durchführt, und dass die Energieerzeugung
unter Verwendung des Synthesegases als Grundenergieerzeugung durchgeführt wird,
während
die Energieerzeugung unter Verwendung des leichten Anteils als eine
Zusatzenergieerzeugung zur Ergänzung
der Grundenergieerzeugung durchgeführt wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorliegende Erfindung wird vollständiger aus
der im Folgenden gegebenen ausführlichen
Beschreibung, in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verständlich.
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In den Zeichnungen ist:
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die 1 ein
Diagramm, welches schematisch die Gesamtaufbau eines Ölkraftstoff
verbrennenden, integrierten Energieerzeugungssystem mit kombiniertem
Zyklus gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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die 2 ein
Diagramm, welches eine Struktur einer teilweisen Oxidationseinheit,
eingebunden in das in der 1 gezeigte Ölkraftstoff
verbrennende, integrierte Energieerzeugungssystem mit kombiniertem
Zyklus zeigt;
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die 3 ein
Diagramm, welches schematisch ein Beispiel eines Energieerzeugungssystems eingebunden
in das in 1 gezeigte Ölkraftstoff verbrennende,
integrierte Energieerzeugungssystem mit kombiniertem Zyklus zeigt;
und
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die 4 ein
Diagramm, welches schematisch ein weiteres Beispiel eines Energieerzeugungssystems
zeigt, eingebunden in das in 1 gezeigte Ölkraftstoff
verbrennende, integrierte Energieerzeugungssystem mit kombiniertem
Zyklus.
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BESCHREIBUNG
DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
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Nun wird im Folgenden ein bevorzugtes
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben.
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Die 1 ist
ein Diagramm, welches schematisch die Gesamtstruktur eines Ölkraftstoff
verbrennenden, integrierten Energieerzeugungssystem mit kombiniertem
Zyklus gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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In der 1 wird
das zugeführte Öl 1 in
einen leichten Anteil und in einen schweren Anteil in einem Abtrennungssystem 2 eines Ölkraftstoffherstellungssystems 20 aufgetrennt.
Aus dem leichten Anteil wird das Kraftstofföl (leichtes raffiniertes Öl) 30 in der
Hydrotreating-Einheit 31 erhalten. Das Kraftstofföl 30 wird
zeitweise in einem Zwischentank 32 gelagert und dann, falls
notwendig, zu dem Gasturbinenenergieerzeugungssystem 5 (siehe 3) eines Energieerzeugungssystems 7 als
Gasturbinenkraftstoff zugeführt.
Andererseits wird der schwere Anteil in einem Vergasersystem 4 vergast,
so dass das Synthesegas 50 erhalten wird. Das Synthesegas 50 wird ebenfalls
als ein Gasturbinenkraftstoff verwendet. Demgemäß kann in diesem Ausführungsbeispiel
das Ölkraftstoff
verbrennende, integrierte Energieerzeugungssystem mit kombiniertem
Zyklus im Wesentlichen die gesamte Menge des zugeführten Öls zur Erzeugung
von Gasturbinenkraftstoff verwenden.
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Das zugeführte Öl 1 kann Rohöl oder Schweröl sein oder
eine Mischung aus Rohöl
und Schweröl.
Das Schweröl
enthält
ebenfalls atmosphärisches
Rückstandöl oder Vakuumrückstandöl. In der folgenden
Erläuterung
wird angenommen, dass als das zugeführte Öl etwa das arabische extra
leichte Rohöl,
welches wenige Verunreinigungen enthält und eine Gewinnung einer
großen
Menge eines Gasturbinenkraftstoffs ermöglicht, als das zugeführte Öl 1 verwendet
wird. Das zugeführte Öl wird zunächst einer Entsalzungsbehandlung
in einem Entsalzungsabschnitt unterworfen (nicht gezeigt). Bei der
Entsalzungsbehandlung werden das zugeführte Öl und Wasser zusammengemischt,
um Salz und Schlammbestandteile in eine wässrige Phase zu überführen, wodurch
Alkalimetall entfernt wird, welches nachteilig eine Gasturbine beeinflusst.
Das derartig entsalzte zugeführte Öl 1 wird
zu dem Abtrennungssystem 2 geführt.
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In dem Abtrennungssystem 2 wird
das zugeführte Öl 1 zunächst in
eine atmosphärische
Destillationssäule 21 als
eine Destillationseinrichtung zugeführt, wo das zugeführte Öl 1 in
leichtes Öl
(atmosphärisches
leichtes Öl) 22 mit
einem Siedepunkt unterhalb von zum Beispiel 340°C bis 370°C und atmosphärisches
Rückstandöl 23 mit
einem höheren Siedepunkt.
Danach wird das atmosphärische
Rückstandöl 23 auf
eine vorbestimmte Temperatur in einem Heizofen (nicht gezeigt) erwärmt und
dann in eine Vakuumdestillationssäule 24 als einer Destillationseinrichtung
zugeführt,
wo das atmosphärische Rückstandöl 23 in
ein Vakuumleichtöl 25,
welches ein leichter Bestandteil in dem atmosphärischen Rückstandöl 23 ist und einen
atmosphärischen
Siedepunkt unterhalb zum Beispiel 565°C hat, und einem Vakuumrückstandöl (schwerer
Anteil) 26, welches ein schwerer Bestandteil ist.
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Da in diesem Ausführungsbeispiel das wie vorher
beschrieben zugeführte Öl mit relativ
hoher Qualität
verwendet wird, kann das Vakuumrückstandöl 26 weiterhin
in entasphaltiertes Öl 28,
welches ein leichter Anteil ist, und einen schweren Anteil 29,
welcher ein Rückstand in
einer Lösungsmittel-Entasphaltierungseinheit 27 als
eine Lösungsmittelextraktionseinrichtung
ist. Diese Abtrennung wird derartig durchgeführt, dass zum Beispiel das
Vakuumrückstandöl 26 und
ein Lösungsmittel
in eine Säule
von der oberen und unteren Seite davon zugeführt wird, um einen Gegenstromkontakt
dazwischen zu erzielen, wodurch das Vakuumrückstandöl 26 in einen leichten
Anteil und einen schweren Anteil gemäß dem Unterschied der Löslichkeit
in dem Lösungsmittel
aufgetrennt wird. Das so erhaltene entasphaltierte Öl 28,
welches ein leichter Anteil ist, wird in das leichte Öl 22 zusammen
mit dem Vakuumleichtöl 25 gemischt
und zu der Hydrotreating-Einheit 31 als
eine Raffinierungseinrichtung zugeführt. Der vorhergehende Vorgang,
durchgeführt
in dem Abtrennungssystem 2 zur Gewinnung von soviel leichtem
Anteil wie möglich,
wird als Tiefziehen bezeichnet, wobei zum Beispiel der leichte Anteil,
welcher nahezu 80 Vol-% des zugeführten Öls 1 ist, als Kraftstofföl in dem
Abtrennungssystem 2 wiedergewonnen wird. Demgemäß ist der
schwere Anteil 29, welcher ein Rückstand nach Wiedergewinnung
einer großen Menge
des leichten Anteils ist, hoch viskös und wird folglich als ein
fester Pech mit einem Pecherweichungspunkt von nicht weniger als
beispielsweise 140°C
erhalten.
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In der Hydrotreating-Einheit 31 werden
das Leichtöl 22 (gemischt
mit dem Vakuumleichtöl 25 und dem
entasphaltierten Öl 28)
und komprimiertes Wasserstoffgas, zugeleitet von einer Wasserstoffanlage (nicht
gezeigt) durch ein Katalysatorbett geführt, wodurch Verunreinigungen
wie etwa kleine Mengen an Metall, Schwefel und Stickstoff entfernt
werden, welche in die Kohlenwasserstoffmoleküle des Leichtöls 22 eindringen.
Das von den Verunreinigungen befreite Leichtöl (raffiniertes Leichtöl) 22 ist
bei normaler Temperatur in einem flüssigen Zustand und wird in dem
Zwischentank 32 als das Kraftstofföl 30 gelagert, welches,
falls notwendig, zu dem Gasturbinenenergieerzeugungssystem 5 zugeführt wird.
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Das Kraftstofföl 30 entspricht Gasturbinenkraftstofföl oder einem
leichten Anteil welcher eine Gasturbinenkraftstoffanforderung, wie
in den Ansprüchen
angegeben, erfüllt:
Andererseits wird der schwere Anteil 29 dem Vergasersystem 4 zugeführt. Da
es bei normaler Temperatur schwierig ist den schweren Anteil 29 zu
handhaben wie er ist (d. h. Lagerung/Transfer), wird der schwere
Anteil 29 in einer Vorbehandlungseinheit 41 in
eine Aufschlämmung umgebildet.
In der Vorbehandlungseinheit 41 wird der schwere Anteil 29 zum
Beispiel in der Form eines gekühlten
festen Pechs aufgesplittert und dann wird Wasser und ein Dispersionsmittel
zugesetzt, um in eine Rückstand-Wasseraufschlämmung 40 unter Verwendung
eines Rückstand-Wassermischgeräts ausgebildet
zu werden.
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Die Aufschlämmung 40 mit der durch
das Rückstand-Wassermischgerät eingestellten
Viskosität
wird in einer teilweisen Oxidationseinheit 42 vergast.
Die 2 ist ein Diagramm,
welches schematisch eine Struktur der teilweisen Oxidationseinheit 42 zeigt.
In der teilweisen Oxidationseinheit 42 werden die Aufschlämmung 40 und
ein Hochdruckdampf vorher erwärmt
und in einen Reaktor 43 zusammen mit Sauerstoff eingespritzt,
und dann in Schlacke und CO- (Kohlenmonoxid-) und H2-(Wasserstoff-)
haltiges Gas als Hauptbestandteile, durch eine teilweise Oxidationsreaktion
unter Prozessbedingungen von zum Beispiel 1200°C bis 1500°C und 2 bis 85 kg/cm2 aufgetrennt. Das derartig erhaltene Gas
wird schnell auf zum Beispiel 200 bis 260°C durch Wasser
in einem Abschreckraum gekühlt,
vorgesehen an einer unteren Seite des Reaktors 43, so dass
das meiste des nicht reagierten Kohlenstoffs entfernt wird. Dann wird
das Gas zu einer Reinigungssäule 44 geschickt, wo
Spuren von verbleibendem, nicht reagiertem Kohlenstoff vollständig entfernt
werden, und dann zu einem Wärmeaustauscher 45 geschickt,
wo das Gas auf eine normale Temperatur gekühlt wird. Danach wird in einer
Säuregas
absorbierenden Säule 6 H2S selektiv absorbiert und Teile von saurem
Gas, wie etwa CO2, werden ebenfalls absorbiert,
so dass das Synthesegas 50 aus hochreinem CO-Gas und H2-Gas erhalten wird, welches als Gasturbinenkraftstoff
verwendet werden kann. Zwischen dem Vergasersystem 4 und
dem Energie erzeugenden System 7 ist falls notwendig ein
Expander (nicht gezeigt) zur Reduktion des Drucks des Synthesegases 50 vorgesehen.
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Von der Luft in einer Sauerstoffabtrennungseinheit 62 abgetrennter
Sauerstoff wird in der teilweisen Oxidationseinheit 42 verwendet.
Falls die Sauerstoffmenge zum Beispiel 10000 Nm3/h, wie in der teilweisen Oxidationseinheit 42 benötigt, übersteigt, wird
eine Luft-Niedertemperaturverarbeitungseinheit als die Sauerstoffabtrennungseinheit 62 verwendet. Die
Luft-Niedertemperaturverarbeitungseinheit
verflüssigt
die Luft bei extrem niedriger Temperatur und fraktioniert sie zur
Auftrennung in Sauerstoff- (O2) Gas und
Stickstoff- (N2) Gas, und ist für den Erhalt von
hochreinem Sauerstoffgas geeignet. Als die in der Sauerstoffabtrennungseinheit 62 verwendete Luft,
wird für
die Verbrennung in der Gasturbine zu verwendende komprimierte Luft
verwendet, was später
beschrieben wird.
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Die 3 ist
ein Diagramm, welches schematisch ein Beispiel des Energieerzeugungssystems 7 zeigt,
eingebunden in das Ölkraftstoff
verbrennende, integrierte Energieerzeugungssystem mit kombiniertem
Zyklus, gezeigt in der 1.
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In der 3 ist
das Energieerzeugungssystem 7 in der Form eines Energieerzeugungssystems mit
kombiniertem Zyklus, in welchem eine Gasturbine (Expansionsturbine) 71 und
eine Dampfturbine 74 kombiniert sind. Luft wird durch eine
Kompressionsturbine 70a komprimiert, welche koaxial mit
der Gasturbine 71 rotiert. Die komprimierte Luft wird zu
einer Brennkammer 70 zugeführt, um Gasturbinenkraftstoff
zu verbrennen, wodurch die Gasturbine 71 durch Verbrennungsgas
angetrieben wird, so dass Energie in einem Generator 72 erzeugt
wird.
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Die durch die Kompressionsturbine 70a erhaltene
komprimierte Luft wird in eine Sauerstoffabtrennungseinheit 62 über eine
Rohranordnung zugeführt,
welche sich oberhalb der Brennkammer 70 verzweigt. Im Einzelnen
führt die
Kompressionsturbine 70a die komprimierte Luft, mit zum
Beispiel etwa 20 bis 30 kg/cm2, für die Verbrennung
der Brennkammer 70 zu, und ein Teil dieser komprimierten
Luft wird ebenfalls der Sauerstoffabtrennungseinheit 62 zugeführt.
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Andererseits wird Abgas mit hoher
Temperatur, ausgestoßen
von der Gasturbine 71 zu einem Abwärmerückgewinnungskessel 73 geführt, wodurch Dampf
durch die Wärme
des Abgases erzeugt wird. Der Dampf treibt die Dampfturbine 74 an,
so dass die Energie in einem Generator 75 erzeugt wird.
Obwohl die Turbinen 71 und 74 in der 3 ihre eigenen Ausgabewellen
haben, können
sie ebenfalls koaxial miteinander angeordnet werden.
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In der 3 bilden
die Brennkammer 70, die Kompressionsturbine 70a,
die Gasturbine 71 und der Generator 72 das Gasturbinenenergieerzeugungssystem 5,
während
der Abwärmegewinnungskessel 73,
die Dampfturbine 74 und der Generator 75 ein Dampfturbinenenergieerzeugungssystem 5a bilden.
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Die 3 zeigt
nur eine Gasturbine 71 in dem Gasturbinenenergieerzeugungssystem 5.
Andererseits kann es ebenfalls so angeordnet werden, dass eine Mehrzahl
von Gasturbinen vorgesehen werden, und die Anzahl der zu betreibenden
Gasturbinen wird gesteuert, um die Energieerzeugungsmenge in Abhängigkeit
vom Bedarf zu steuern.
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In dem Beispiel der 3 werden das Kraftstofföl 30 in
einem flüssigen
Zustand und das Synthesegas 50 in einem gasförmigen Zustand
gleichzeitig zu der Gasturbine 71 für eine gemischte Verbrennung
zugeführt.
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Die 4 ist
ein Diagramm, welches schematisch ein weiteres Beispiel des Energieerzeugungssystems 7 zeigt,
eingebunden in das Ölkraftstoff
verbrennende, integrierte Energieerzeugungssystem mit kombiniertem
Zyklus, gezeigt in der 1.
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In der 4 enthält das Gasturbinenenergieerzeugungssystem 5 m
Gasturbinen, GTA1 bis GTAm, wobei jede das Synthesegas 50 als
Kraftstoff verwendet, und n Gasturbinen, GTB1 bis GTBn,
wobei jede das Kraftstofföl 30 als
Kraftstoff verwendet. Obwohl nicht gezeigt, wird das Dampfturbinenenergieerzeugungssystem 5a ebenfalls
wie in Beispiel der 3 vorgesehen.
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In dem Beispiel der 4 werden die Gasturbinen GTA1 bis GTAm für eine Grundlast
betrieben, das heißt
für eine
ständige
Ausgabe, während die
Gasturbinen GTB1 bis GTBn, wenn der Bedarf höher ist,
für eine
Zusatzausgabe zur Ergänzung
der ständigen
Ausgabe betrieben werden.
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Das Synthesegas (CO + H2) 50 mit
eingestelltem Druck wird zu den Gasturbinen GTA1 bis GTAm über eine
Rohranordnung zugeführt,
so dass die Energieerzeugung durchgeführt wird. Da das Synthesegas
als ein Grundkraftstoff verwendet wird, wird es konstant zu den
Gasturbinen GTA1 bis GTAm ohne Rücksicht
auf eine Bedarfshöhe
zugeführt,
zum Beispiel selbst während
der Nacht, wenn der Bedarf niedrig ist. In diesem Ausführungsbeispiel,
da etwa 60 bis 80 Vol.-% des zugeführten Öls als ein Gasturbinenkraftstofföl erzeugt
werden, wird, wenn Energieerzeugung im großen Umfang erforderlich ist,
ein Teil des Kraftstofföls
als Zusatzkraftstoff zur Einstellung der Energieerzeugungsmenge
verwendet. In diesem Fall wird Kraftstofföl von dem Zwischentank 32 zu
einer oder mehrerer der Gasturbinen GTB1 bis GTBn gemäß der Schwankung
im Bedarf zugeführt.
Mit dieser Anordnung kann es die Energieerzeugung vom kleinen Umfang
bis zum großen Umfang
abdecken, und die Energiezufuhr wird sichergestellt, selbst während Bedarfsspitzen.
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Gemäß dem vorhergehenden bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, wird das zugeführte Öl 1 in den leichten
Anteil und den schweren Anteil aufgetrennt, wobei der leichte Anteil
für den
Erhalt des Gasturbinenkraftstofföls
verwendet wird, und der schwere Anteil vergast wird, um das Synthesegas
zu erhalten, welches als Gasturbinenkraftstoff verwendet wird. Folglich
kann eine Kalorieeinheit des zugeführten Öls als Gasturbinenkraftstoff
ohne wesentlichen Verlust genutzt werden, so dass die hohe Wirksamkeit
der Energieerzeugung erzielt werden kann. Da ferner im Wesentlichen
kein Abfall produziert wird, ist es ebenfalls gut für die Umwelt.
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Ferner wird, wie in dem Beispiel
der 4 das gesamte Synthesegas,
welches schwierig zu lagern ist, als Kraftstoff für die Grundlastenergieerzeugung
verwendet, während
das Gasturbinenkraftstofföl,
welches in dem Zwischentank gelagert werden kann, für die Zusatzenergieerzeugung
zur Ergänzung
der Energieerzeugung basierend auf den Synthesegas verwendet wird,
zum Beispiel während
Bedarfsspitzen. Folglich kann es einen weiten Bereich des Energiebedarfs
abdecken.
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Ferner ist die Sauerstoffabtrennungseinheit 62,
welche Sauerstoff zu der teilweisen Oxidationseinheit 42 zuführt, für einen
kontinuierlichen Betrieb geeignet, da er einen Niedertemperaturvorgang
enthält
sind häufige
Start-/Stopp-Vorgänge
nicht bevorzugt. Zusätzlich
werden die den Reaktor 43 bildenden Bausteine in der teilweisen
Oxidationseinheit 42 brüchig,
falls die Temperatur sich häufig ändert. In Anbetracht
dessen, ist es vorteilhaft, das Synthesegas 50 als Grundkraftstoff
zu verwenden.
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Bei der Herstellung von gasförmigen hochkonzentriertem
Sauerstoff, benötigt
die Luft-Niedertemperaturverarbeitungseinheit
komprimierte Luft von zum Beispiel mindestens etwa 5 kg/cm2. In diesem Ausführungsbeispiel, da die Kompressionsturbine 70a zur
Zufuhr der komprimierten Luft zu der Gasturbine ebenfalls als eine
Einrichtung zur Zufuhr der komprimierten Luft zu der Sauerstoffabtrennungseinrichtung
verwendet wird, ist es nicht notwendig, separat eine Kompressionseinrichtung
zur Verfügung
zu stellen. Da ein Luftkompressor teuer ist, ist dies vorteilhaft
hinsichtlich der Kosten. Neben der Luft-Niedertemperaturverarbeitungseinheit
kann eine Sauerstofferzeugungseinheit, welche zum Beispiel ein PSA (Druckwechseladsorption)-Verfahren verwendet,
als die Sauerstoffabtrennungseinheit 62 verwendet werden.
Diese Sauerstoff erzeugende Einheit trennt Sauerstoffgas von Luft
unter Verwendung eines Stickstoffadsorptionsmittels, um Stickstoff gemäß dem PSA-Verfahren
zu absorbieren, und ist für
einen Fall geeignet, wo die Menge an Sauerstoff für eine teilweise
Oxidation, 10000 Nm3/h oder weniger erforderlich
ist. Da ebenfalls komprimierte Luft erforderlich ist, ist es vorteilhaft,
die Kompressionsturbine 70a zum Zuführen der komprimierten Luft
zu der Sauerstoff erzeugenden Einheit zu verwenden.
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In dem vorhergehenden bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, wird das arabische extraleichte Rohöl mit relativ
hoher Qualität
als das zugeführte Öl 1 verwendet,
und das Abtrennungssystem 2 führt das Tiefziehen durch. Jedoch ändern sich
in Abhängigkeit
von der Qualität des
zugeführten Öls 1,
zum Beispiel dem Gehalt an Verunreinigungen wie etwa Vanadium oder
Nickel, dem Anteil eines durch das Abtrennungssystem 2 zu extrahierenden
leichten Anteils. Unter den derzeitigen Bedingungen, da Vanadium
Gasturbinenblätter beschädigt, ist
es notwendig das Auftrennungsverhältnis eines leichten Anteils
(der Grad des Ziehens) in Abhängigkeit
von dem Gehalt an Vanadium in dem zugeführten Öl zu ändern, um dadurch den Gehalt
an Vanadium in den raffinierten Öl,
erhalten durch Hydrotreating, zu drücken. Da sich die Beschaffenheit, wie
etwa die Viskosität,
eines leichten Anteils (Rückstand)
ebenfalls im Abhängigkeit
vom Grad des Ziehens ändert,
ist es notwendig ein Vorbehandlungsverfahren für den Rückstand gemäß seiner Beschaffenheit auszuwählen. Folglich
wird, in Abhängigkeit von
der Art des zugeführten Öls, die
Wiedergewinnungsrate eines leichten Anteils von dem zugeführten Öl gesteuert,
und im Ergebnis ändert
sich die Wiedergewinnungsrate eines schweren Anteils als ein Rückstand
ebenfalls.
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In dem vorhergehenden bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird das in dem Kraftstoff erzeugenden
Vorgang erhaltene schwere Öl
als Kraftstoff in dem Vergasungsvorgang verwendet. Jedoch wird eine
Vorbehandlung gemäß der Beschaffenheit
des schweren Öls
durchgeführt. Insbesondere,
falls der Pecherweichungspunkt des schweren Öls 140°C übersteigt, wird das schwere Öl aufgesplittert
und Wasser und ein Dispersionsmittel hinzugegeben, um in einen gleichmäßig dispergierten/gemischten
Wasser aufgeschlämmten
Kraftstoff ausgebildet zu werden. Falls der Pecherweichungspunkt
des schweren Öls
höher als
110°C und
nicht höher
als 140°C
ist, wird das schwere Öl gleichmäßig in einen
geschmolzenen Zustand mit einem Emulgator gemischt, um in einen
Emulsionskraftstoff ausgebildet zu werden. Ferner, falls der Pecherweichungspunkt
des schweren Öls
nicht höher
als 110°C
ist, wird die Vorbehandlung nicht durchgeführt und das schwere Öl wird dem
Vergasungsprozess als Kraftstoff zugeführt, während der flüssige Zustand
in einen Hochtemperaturzustand erhalten wird.
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Falls zum Beispiel das arabische
leichte Rohöl
als das zugeführte Öl 1 verwendet
wird, wird der Pecherweichungspunkt des zu dem Vergasungssystem 4 zuzuführenden
schweren Anteils 29 nicht weniger als etwa 110°C und nicht
höher als
140°C (mittlerer
Ziehgrad) werden. Demgemäß kann die Emulsionsvorbehandlung
durchgeführt
werden, um das Schweröl 29 als
einen Emulsionskraftstoff auszubilden. Andererseits, falls zum Beispiel
das arabische schwere Rohöl
als das zugeführte Öl 1 verwendet wird,
wird der schwere Anteil 29 nicht höher als 30 cSt in der Viskosität bei 300°C und nicht
höher als 110°C im Erweichungspunkt
(leichter Ziehgrad). In diesem Fall kann der schwere Anteil 29 erwärmt und in
einem Hochtemperaturzustand gehalten werden, und dann der teilweisen
Oxidationseinheit 42 ohne die Vorbehandlung zugeführt werden,
wie durch eine gepunktete Linie A in der 1 gezeigt, während der flüssige Zustand
erhalten bleibt.
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Es kann so eingerichtet werden, dass
die Brennkammer der Gasturbine in dem Gasturbinenenergieerzeugungssystem 5 mit
einer Kraftstoffölzufuhrdüse und einer
Synthesegaszufuhrdüse
versehen wird und eine Versorgung mit dem Synthesegas konstant durchgeführt wird,
während,
wenn erforderlich, eine Versorgung mit dem Kraftstofföl durchgeführt wird.
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In dem vorhergehenden bevorzugten
Ausführungsbeispiel
stellt „im
Wesentlichen die Gesamtmenge" die gesamte Menge dar, ausschließlich einer kleinen
Menge, reduziert in dem Abtrennungsvorgang, dem Raffinierungsvorgang,
dem Vergasungsvorgang usw. und eine selbst verbrauchte Menge, verwendet
zum Betrieb des Systems selbst.
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In dem vorhergehenden bevorzugten
Ausführungsbeispiel
wird reiner Sauerstoff mit etwa 100% Sauerstoffkonzentration für die teilweise
Oxidation in der teilweisen Oxidationseinheit 42 verwendet.
Stattdessen kann Luft mit 30% Sauerstoffkonzentration oder Sauerstoff-angereicherte
Luft mit einer mittleren Sauerstoffkonzentration zwischen 30% und
100% verwendet werden.
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Falls Luft verwendet wird, ist die
Sauerstoffabtrennungseinheit 62, welche teuer ist, nicht
erforderlich, so dass das System strukturell vereinfacht und die
Kosten reduziert werden.
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<Beispiel 1>
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10000 bbl/D atmosphärisches
Rückstandöl von arabischen
extraleichten Rohöl
einschließlich
11 ppm Schwermetall wurden als zugeführtes Öl verwendet, und der Kraftstoff
wurde unter Verwendung des in der 1 gezeigten Ölkraftstoff
verbrennenden, integrierten Energieerzeugungssystems mit kombiniertem
Zyklus hergestellt, resultierend in einer Wiedergewinnung von 84
Vol.-% raffiniertem Öl.
Das raffinierte Öl
wird zeitweise in dem Tank gelagert und als Gasturbinenkraftstofföl während Energienachfragespitzen
verwendet. Andererseits hatten 13 Vol.-% Ölpech, erhalten aus einem schweren
Anteil (Rückstand),
einen hohen Erweichungspunkt (150°C)
und wurden deshalb in eine Wasseraufschlämmung ausgebildet, welche dann
in Synthesegas in der teilweisen Oxidationseinheit vergast wurde,
um als Grundkraftstoff in dem Gasturbinenenergieerzeugungssystem
verwendet zu werden. Falls die Energieerzeugung mit kombiniertem Zyklus
in Kombination mit der Gasturbinenenergieerzeugung und der Dampfturbinenenergieerzeugung
durchgeführt
wird, erzeugt das System etwa 30 MW unter Verwendung nur des Grundkraftstoffs,
während
es 330 MW maximal in Kombination mit dem Gasturbinenkraftstofföl erzeugen
kann.
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<Beispiel 2>
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10000 bbl/D atmosphärisches
Rückstandöl des arabischen
leichten Rohöls
einschließlich
32 ppm Schwermetall wurde als zugeführtes Öl verwendet, und der Kraftstoff
wurde unter Verwendung des in der 1 gezeigten Ölkraftstoff
verbrennenden, integrierten Energieerzeugungssystems hergestellt, resultierend
in der Wiedergewinnung von 76 Vol.-% raffiniertem Öl. Das raffinierte Öl wird zeitweise
in dem Tank gelagert und als Gasturbinenkraftstofföl während Energienachfragespitzen
verwendet. Andererseits hatten 21 Vol.-% Ölpech, erhalten aus einem schweren
Anteil (Rückstand),
einen niedrigen Erweichungspunkt (130°C), und waren deshalb nicht
zur Ausbildung in eine Wasseraufschlämmung geeignet. Demgemäß wurde
das Ölpech
in eine Emulsion durch einen Mischer ausgebildet und dann in ein Synthesegas
in der teilweise Oxidationseinheit vergast, um als Grundkraftstoff
in dem Gasturbinenenergieerzeugungssystem verwendet zu werden. Falls die
Energieerzeugung mit kombiniertem Zyklus wie in Beispiel 1 durchgeführt wurde,
erzeugte das System unter Verwendung nur des Grundkraftstoffs etwa 50
MW, während
es maximal 320 MW in Kombination mit dem Gasturbinenkraftstofföl erzeugen
kann.
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<Beispiel 3>
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10000 bbl/D atmosphärisches
Rückstandöl des arabischen
schweren Rohöls
einschließlich
110 ppm Schwermetall wurde als zugeführtes Öl verwendet, und der Kraftstoff
wurde unter Verwendung des in der 1 gezeigten Ölkraftstoff
verbrennenden, integrierten Energieerzeugungssystems mit kombiniertem
Zyklus hergestellt, resultierend in einer Wiedergewinnung von 66
Vol.-% raffiniertem Öl.
Das raffinierte Öl
wird zeitweise in dem Tank gelagert und als Gasturbinenkraftstofföl während Energienachfragespitzen
verwendet. Andererseits hatten 32 Vol.-% Ölpech, erhalten aus einem schweren
Anteil (Rückstand),
einen Erweichungspunkt von 80°C
und eine Viskosität
bei 300°C
von 24 cSt und waren daher in einen Hochtemperaturzustand transferierbar.
Demgemäß wurde
das Ölpech
direkt zu der teilweisen Oxidationseinheit geleitet, während es
im Hochtemperaturzustand gehalten wurde, und in Synthesegas vergast,
um als Grundkraftstoff in dem Gasturbinenenergieerzeugungssystem
verwendet zu werden. Falls wie in Beispiel 1 die Energieerzeugung
mit kombiniertem Zyklus durchgeführt
wurde, erzeugte das System etwa 70 MW unter Verwendung nur des Grundkraftstoffs,
während
es maximal 310 MW in Kombination mit dem Gasturbinenkraftstofföl erzeugen
kann.
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Während
die vorliegende Erfindung anhand des bevorzugten Ausführungsbeispiel
beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht darauf begrenzt, sondern
kann auf verschiedene Art und Weise verkörpert werden, ohne von dem
Prinzip der Erfindung, wie in den angehängten Ansprüchen definiert, abzuweichen.