ES2226002T3

ES2226002T3 - Metodo y aparato para generar energia.

Info

Publication number: ES2226002T3
Application number: ES97949110T
Authority: ES
Inventors: Masaki Mitsubishi Heavy Industries Ltd Iijima
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1996-12-26
Filing date: 1997-12-17
Publication date: 2005-03-16
Anticipated expiration: 2017-12-17
Also published as: KR19980064720A; CA2275795C; DE69731116D1; JPH1135950A; KR100250645B1; DE69731116T2; US6298651B1; RU2175075C2; CN1153005C; AU726473B2; CA2275795A1; WO1998029653A1; DK0955455T3; EP0955455A1; AU7892098A; EP0955455B1; CN1186194A; ID21949A; EP0955455A4

Abstract

PROCEDIMIENTO Y APARATO PARA GENERAR ENERGIA, MEDIANTE EL CUAL SE LOGRA UN ALTO RENDIMIENTO DE GENERACION DE ENERGIA UTILIZANDO UN COMBUSTIBLE PARA CALDERA QUE ES CARBON ECONOMICO, FUEL OIL Y RESIDUOS DE PLASTICO, Y QUE UTILIZA UN COMBUSTIBLE PARA TURBINA DE GAS EN ALGUNOS CASOS, SIN QUE PRODUZCA EFECTOS PERJUDICIALES EN EL MEDIO AMBIENTE, CON EQUIPO DE BAJO COSTE. EN EL APARATO, EL PRIMER COMBUSTIBLE PARA CALDERA ES SEPARADO EN UN DESTILADO Y UN RESIDUO MEDIANTE PROCESAMIENTO PARCIAL. EL DESTILADO (EN ALGUNOS, CASOS, CON UN COMBUSTIBLE PARA TURBINA DE GAS) ES SUMINISTRADO A UNA TURBINA DE GAS PARA GENERAR ENERGIA ELECTRICA. ADEMAS, UN GAS RESIDUAL DESCARGADO POR LA TURBINA ES SUMINISTRADO A UNA CALDERA. ENTONCES, EL RESIDUO (EN ALGUNOS CASOS, CON UN COMBUSTIBLE PARA CALDERAS) ES QUEMADO PARA OBTENER VAPOR. POSTERIORMENTE, LA ENERGIA ELECTRICA ES GENERADA POR EL VAPOR.

Description

Método y aparato para generar energía.

Campo de la invención y exposición de la técnica relacionada

La presente invención se refiere a un método y a un aparato para generar energía en los que un combustible orientado a calderas, como carbón o aceite pesado, se separa en un destilado y un residuo realizando un tratamiento parcial y posteriormente se suministra a una turbina de gas un combustible de turbinas de gas obtenido del destilado o una combinación del combustible de turbinas de gas y otro combustible de turbinas de gas, y el combustible de turbinas de gas y el combustible orientado a turbinas de gas se queman para generar energía eléctrica; y, por otro lado, se suministran a una caldera un combustible de calderas que comprende el residuo o una combinación del residuo y el combustible orientado a calderas y/u otro combustible orientado a calderas, se queman estos combustibles para generar vapor de agua y se genera energía por medio de una turbina de vapor. La presente invención se refiere además a un método de generación de energía y a un aparato para quemar también el gas de escape en los que el gas de escape descargado de una turbina de gas se suministra a una caldera y se utiliza para quemar combustible de calderas.

Hay tres tipos de métodos de generación de energía convirtiendo la energía producida por combustión en energía eléctrica mediante un motor, como una turbina, a saber, un primer método de generar energía eléctrica por medio de una caldera y una turbina de vapor, un segundo método de generar energía eléctrica por medio de una turbina de gas y un método de ciclo combinado que usa la combinación del primer y segundo métodos.

En el método de generar energía eléctrica por medio de una caldera y una turbina de vapor, como combustible se usa fuel, petróleo crudo, aceite residual o carbón. Se genera energía eléctrica accionando la turbina usando vapor de agua de alta temperatura y alta presión producido por la caldera. Sin embargo, la eficiencia térmica es relativamente baja, a saber 38 a 40%, referida al poder calorífico superior [salvo que se especifique lo contrario, la eficiencia térmica de generación de energía se expresa referida al poder calorífico superior (PCS)].

En el método que usa una turbina de gas, como combustible se usa gas natural licuado (LNG), queroseno (o querosín) o aceite ligero (gasóleo). El combustible se quema en aire a presión y se quema calentando el aire a presión por el calor de combustión. Se genera energía eléctrica accionando la turbina de gas por el gas de alta temperatura y alta presión producido. Aunque en este caso la eficiencia térmica es 20 a 35%, la temperatura del gas de escape descargado de la turbina de gas es alta, por ejemplo, 450 a 700ºC y, por lo tanto, se puede utilizar el calor de este gas.

En el caso de usar turbina de aletas refrigeradas por aire, se puede subir la temperatura del gas a 1.300-1.500ºC. Así, se puede aumentar la eficiencia de generación de energía. En consecuencia, se puede utilizar más eficazmente el gas de escape.

En el caso del método de generación de energía de ciclo combinado, que es la combinación de estos métodos de generación de energía, como combustible se usa LNG. Se genera energía eléctrica quemando el combustible en aire a presión y accionando la turbina de gas usando el gas de alta temperatura y alta presión. El gas de escape se suministra a una caldera de recuperación de calor para producir vapor de agua. Así, el método de generar energía eléctrica se realiza usando la turbina de vapor. Las turbinas de gas convencionales tienen una eficiencia térmica alta, de 46 a 47%. Por lo tanto, cuando se instala una nueva planta debido a jubilación de una planta de generación de energía o cuando es necesario incrementar la capacidad de generación de energía utilizando una planta existente, se construyen nuevas plantas que adoptan el método de generación de energía de ciclo combinado con el que se puede obtener una eficiencia térmica alta.

Sin embargo, en el caso del método de generación de energía de ciclo combinado usando LNG, el almacenamiento del combustible, a saber LNG, cuesta muchísimo y se produce un problema en el suministro de LNG.

Los países occidentales tienen la experiencia de usar, como combustible para turbinas de gas, petróleo crudo y aceite residual además de LNG y aceite ligero. Sin embargo, hay muchos inconvenientes debido a las impurezas contenidas en el petróleo crudo y en el aceite residual. También hay que recalcar que el coste de mantenimiento ha subido hasta una suma mayor en comparación con el coste en el caso de usar aceite ligero y LNG. Incidentalmente, es deseable que el contenido de impurezas en el combustible usado en la turbina de gas esté limitado a los valores siguientes: la suma de los contenidos de sodio y potasio debe ser menor que 0,5 ppm en peso y el contenido de vanadio debe ser menor que 0,5 ppm en peso. Especialmente, el componente de sal sódica, el componente de sal potásica y el componente de vanadio se afectan entre sí. Esto origina una disminución del punto de fusión del metal usado como material de los álabes de la turbina de gas y origina que se adhieran cenizas a los álabes.

Por otro lado, en el caso de generación de energía térmica, como combustible se usa, además de petróleo y LNG, carbón y aceite pesado existentes en la naturaleza en abundancia. Se ha estudiado cómo usar eficazmente las materia primas y los combustibles. Por ejemplo, se ha estudiado la generación de energía mediante un ciclo combinado integrado de gasificación (IGCC) en el que se usa, como horno de gasificación, un horno del tipo de gasificación de lecho (flujo) arrastrado y se obtiene una eficiencia térmica neta de aproximadamente 43 a 47%. Sin embargo, en el caso de dichas técnicas, para utilizar carbón y fuel en el método de generación de energía de ciclo combinado es necesario convertir primero el combustible bruto en gas y refinar después el gas obtenido.

El método de gasificar todo el combustible bruto tiene los problemas de que se necesitan instalaciones excesivas para el pretratamiento del combustible bruto, de que son necesarios un horno de gasificación de tipo especial y una caldera de tipo especial a combinar con este horno de gasificación, de que las condiciones operativas son severas, de que como resultado de gasificar todo el combustible bruto la cantidad de gas producido es grande, de que se necesitan instalaciones excesivas para la separación de polvo y purificación del gas, de que se necesita tratar las cenizas fundidas remanentes y gasificar el combustible a usar en la turbina de vapor y purificar el gas obtenido.

En Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, vol. 118, octubre de 1996, pág. 737, se describe una técnica de generación de energía de ciclo combinado en la que se gasifica carbón a alta temperatura en presencia de oxígeno y vapor de agua y el gas obtenido se suministra a una turbina de gas y se quema en ésta y posteriormente se realiza la generación de energía accionando la turbina de gas usando el gas de combustión de alta temperatura generado y, además, la generación de energía se realiza también suministrando a una caldera de lecho fluidizado el carbón calcinado residual que queda después de la gasificación del carbón y quemando el carbón calcinado residual y accionando una turbina de vapor por el vapor de agua generado.

Sin embargo, esta técnica tiene el problema de que el gas contiene frecuentemente impurezas, como sales de sodio y potasio y compuestos de vanadio, que producen corrosión de los álabes de la turbina, porque la temperatura de gasificación es mayor que 1.000ºC y, por lo tanto, es necesario eliminar estas impurezas. Esta técnica tiene además el problema de que, como un sistema constituido por la combinación de un dispositivo de gasificación, una turbina de gas y una caldera de lecho fluidizado es peculiar, se necesita un ajuste considerable de la planta para aplicar esta técnica a una caldera provista de una superficie de transferencia de calor por radiación y una superficie de transferencia de calor por convección, como el sistema existente de caldera/turbina de vapor, y por lo tanto, prácticamente esta técnica está sujeta a la limitación de poder aplicar esta técnica para instalar una nueva planta. Esta técnica tiene además el problema de que la purificación del gas obtenido a alta temperatura se debe realizar a baja temperatura y, por lo tanto, hay una pérdida grande de energía y el coste de toda la planta es excesivo.

La patente US-A-5.469.699 describe un método de generación de energía en el que un combustible se separa en un gas y un carbón calcinado residual. El gas se usa para accionar una turbina de gas y el carbón calcinado residual se usa para producir vapor de agua para accionar una turbina de vapor. Los gases de escape de la turbina de gas se pasan a una caldera de recuperación de calor para producir vapor de agua para accionar una turbina de vapor adicional. Todas las turbinas accionan generadores produciendo así electricidad.

Resumen de la invención

Un objeto de la presente invención es generar energía con alta eficiencia usando un combustible orientado a calderas, económico y de baja disponibilidad, que es un combustible que no puede ser utilizado en una turbina de gas pero que puede ser utilizado en una caldera, con lo que se utiliza eficazmente el combustible.

También, otro objeto de la presente invención es proporcionar un método por el que el coste de una planta es bajo y tiene poca influencia negativa sobre el medio ambiente.

También, otro objeto de la presente invención es proporcionar un método y una planta situada anexa a una fuente de combustible, como una refinería de petróleo, para generar energía eléctrica utilizando eficazmente un combustible a bajo coste.

Los inventores de la presente invención han estudiado asiduamente la generación de energía eléctrica usando diversos tipos de combustibles. Como resultado, los inventores han encontrado los siguientes hechos. Primero, las propiedades, calidad, rendimiento y cantidad de calor del destilado son adecuados para un combustible a usar en una turbina de gas separando un combustible orientado a calderas económico y de baja disponibilidad, como carbón, petróleo crudo y aceite pesado, en un destilado y un residuo realizando apropiadamente un tratamiento parcial, como separación, destilación, descomposición térmica, carbonización, irradiación con microondas, gasificación parcial a gas de agua o gasificación por combustión parcial. Igualmente, las propiedades, calidad, rendimiento y cantidad de calor del residuo son adecuados para un combustible a usar en una caldera. También, se ha encontrado que las cantidades del destilado y el residuo son adecuadas para una generación de energía de ciclo combinado, que es una combinación de generación de energía con una turbina de gas y generación de energía con una turbina de vapor. Además, se consiguió generación de energía con eficiencia alta y coste bajo por medio de equipos pocos costosos generando energía eléctrica mediante una turbina de gas adoptando, como combustible de la turbina de gas, el destilado sólo o una combinación del destilado y un combustible orientado a turbinas de gas y generando, además, energía eléctrica mediante una turbina de vapor adoptando, como combustible de la caldera, el residuo sólo o una combinación del residuo y un combustible orientado a calderas y generando vapor de agua. Adicionalmente, se consiguió generación de energía con mayor eficiencia como resultado de quemar en una caldera suministrando a la caldera el gas de escape de la turbina de gas. También, se realizó eficientemente generación de energía utilizando eficazmente el combustible obtenido de una refinería de petróleo como resultado de usar un excedente de combustible para turbinas de gas obtenido de esta planta, usando un combustible orientado a calderas producido en la misma planta, y quemándolo en una caldera. Así, los inventores consiguieron la presente invención.

En una primera realización de la presente invención se proporciona un método de generar energía que comprende las etapas de:

separar un combustible orientado a calderas (F) en un destilado (D) y un residuo (R) realizando un tratamiento parcial del combustible orientado a calderas (F),

adoptar como combustible para turbinas de gas (A) un combustible para turbinas de gas (G) obtenido del destilado (D) sólo o una mezcla del combustible para turbinas de gas (G) y un combustible orientado a turbinas de gas (G'),

adoptar como combustible para calderas (B) el residuo (R) sólo o una mezcla del residuo (R) y por lo menos uno elegido del grupo formado por un combustible orientado a calderas (F) y otro tipo de combustible orientado a calderas (F'),

generar energía eléctrica quemando el combustible para turbinas de gas (A) en una turbina de gas y accionando la turbina de gas, y

generar energía eléctrica quemando el combustible para calderas (B) en una caldera y accionando una turbina de vapor usando el vapor de agua producido.

Así, a partir de un combustible orientado a calderas económico o de baja disponibilidad, a saber, un combustible que puede ser utilizado en una caldera pero que no puede ser utilizado en una turbina de gas, como carbón y aceite pesado, se obtiene eficientemente un combustible adecuado para ser usado en una turbina de gas y en una turbina de vapor. Se pueden usar diversos tipos de combustibles propios de calderas, económicos o de baja disponibilidad, combinados con diversos tipos de combustibles orientados a turbinas de gas. Así, se puede ampliar el campo de utilización de los combustibles. Además, desde el punto de vista de contaminación medioambiental así como desde el punto de vista económico, la generación de energía se consigue eficientemente seleccionando los combustibles óptimos. Se genera energía eléctrica usando dichos combustibles. En consecuencia, en comparación con el caso de usar como combustible de calderas (B) un combustible orientado a calderas (F), se mejora muchísimo la eficiencia de la generación de energía.

Además, se genera vapor, que genera energía eléctrica, suministrando el gas de escape de la turbina a una caldera de recuperación de calor y se quema el combustible de calderas (B) suministrando a la caldera el gas de escape descargado de la caldera de recuperación de calor.

Así, el vapor que genera energía puede ser generado utilizando el calor remanente del gas de escape de la turbina de gas. El residuo se puede quemar utilizando la cantidad de calor remanente en el gas de escape de la caldera de recuperación de calor y utilizando además oxígeno residual cuya cantidad es 10 a 15%. En consecuencia, se consigue una eficiencia alta de generación de energía.

También, en una realización (denominada en lo sucesivo segunda realización) de la primera realización de la presente invención, el combustible de calderas (B) se quema suministrando a la caldera el gas de escape de la turbina de gas.

Así, el residuo se puede quemar utilizando la cantidad de calor remanente en el gas de escape de la turbina de gas y utilizando además oxígeno residual cuya cantidad es 10 a 15%. En consecuencia, la eficiencia de generación de energía se incrementa a aproximadamente 46%.

También, en otra realización (denominada a veces en lo sucesivo tercera realización de la presente invención) de una de las dos primeras realizaciones de la presente invención, el tratamiento parcial es un tratamiento parcial de separación que comprende por lo menos uno seleccionado del grupo formado por separación de volátiles (topping), vaporización, destilación, extracción y decantación.

Así, como se deduce de esto, con el combustible orientado a calderas se pueden usar realmente diversos tipos de métodos prácticos de tratamiento de separación.

Adicionalmente, en otra realización (denominada a veces en lo sucesivo cuarta realización de la presente invención) de una de las dos primeras realizaciones de la presente invención, el tratamiento parcial es un tratamiento parcial de descomposición que comprende por lo menos uno seleccionado del grupo formado por descomposición térmica, carbonización, gasificación a gas de agua, gasificación por combustión, hidrogenación, licuefacción e irradiación con microondas.

Así, se entiende que con el combustible orientado a calderas se pueden usar realmente diversos tipos de métodos prácticos de tratamiento parcial de separación.

También, en otra realización (denominada a veces en lo sucesivo quinta realización de la presente invención) de la tercera o cuarta realizaciones de la presente invención, el tratamiento parcial se realiza a una temperatura en el intervalo de 250 a 500ºC.

Así, se puede obtener ventajosamente el destilado por vía térmica. Además, se pueden reducir considerablemente las impurezas, como sodio, potasio y vanadio, contenidas en el destilado.

También, en otra realización (denominada en lo sucesivo sexta realización de la presente invención) de una de la primera a quinta realizaciones de la presente invención, la relación de la cantidad de calor del destilado (D) a la del residuo (R) es de 20-60% a 80-40%.

Así, a partir del combustible orientado a calderas se obtiene económicamente un destilado que tiene una cantidad de calor que es conveniente para la generación de energía de ciclo combinado quemando el gas de escape. Además, se puede realizar la generación de energía con gran eficiencia quemando el gas de escape, método en el que el destilado se usa como combustible de la turbina de gas y el residuo se usa en la caldera.

También, en otra realización (denominada a veces en lo sucesivo séptima realización de la presente invención) de una de la primera a sexta realizaciones de la presente invención, se separan del destilado (D) un componente gaseoso (V) y un componente del tipo de aceite (O) y, además, el componente gaseoso (V), el componente del tipo de aceite (O) o una combinación del componente gaseoso (V) y el componente del tipo de aceite (O) se usan como combustible de la turbina de gas (G).

Así, se puede evitar que humedad e impurezas disueltas en ésta se mezclen en el combustible de la turbina de gas.

Adicionalmente, en una realización (denominada a veces en lo sucesivo octava realización de la presente invención) de la séptima realización de la presente invención, destilando el componente del tipo de aceite (O) éste se separa en un destilado refinado (C) y un residuo destilado (R'). El destilado refinado (C) se usa como combustible de la turbina de gas (G) y el residuo destilado (R') se usa en la caldera. Así, a partir de un destilado que se obtiene de cualquier tipo de combustible orientado a calderas se puede obtener un combustible de turbina de gas que apenas produce corrosión de los álabes de la turbina de gas. En el caso de que el destilado contenga inicialmente cantidades pequeñas de impurezas, se puede reducir el porcentaje ponderal de las impurezas.

También, en una realización (denominada a veces en lo sucesivo novena realización de la presente invención) de la séptima u octava realizaciones de la presente invención, el combustible de la turbina de gas (A) contiene un componente de sodio y un componente de potasio, siendo la cantidad total de estos componentes menor que 0,5 ppm en peso, y contiene también un componente de vanadio, siendo la cantidad de vanadio menor que 0,5 ppm en peso.

Así, como la suma de los contenidos de sodio y potasio es menor que 0,5 ppm en peso y además el contenido de vanadio es menor que 0,5 ppm en peso, incluso si la turbina de gas se usa continuamente durante un largo período de tiempo, apenas se produce corrosión de los álabes de la turbina.

También, en una realización (a saber, la décima realización de la presente invención) de una de la séptima a octava realizaciones de la presente invención, el componente gaseoso (V) se quema en la turbina de gas y, por otro lado, el componente del tipo de aceite (O) o el destilado refinado (C) se quema en la turbina de gas.

Así, se puede realizar eficiente y establemente la generación de energía en una turbina de gas quemando el componente gaseoso y el componente del tipo de aceite.

Además, en una undécima realización de la presente invención, se proporciona un aparato de generación de energía que comprende:

medios de tratamiento parcial para separar un combustible orientado a calderas (F) en un destilado (D) y un residuo (R) realizando el tratamiento parcial del combustible orientado a calderas (F),

una turbina de gas para ser accionada quemando un combustible de turbinas de gas (A) como el descrito en la primera realización de la presente invención,

un generador de energía acoplado a la turbina de gas, que genera energía eléctrica usando la turbina de gas accionada,

una caldera que genera vapor de agua quemando un combustible de calderas (B) como el descrito en la primera realización de la presente invención,

una turbina de vapor que es accionada por el vapor de agua generado, y

un generador de energía acoplado a la turbina de vapor, que genera energía eléctrica por la turbina de vapor accionada.

Así, a partir de un combustible orientado a calderas, económico y de baja disponibilidad, como carbón y aceite pesado, se obtiene eficientemente un combustible adecuado para ser usado en una turbina de gas y en una turbina de vapor y este combustible se puede usar para generar energía eléctrica. Además se pueden usar diversos tipos de combustibles orientados a calderas, económicos y de baja disponibilidad. En consecuencia, se puede aumentar el campo de utilización de los combustibles. Además, desde el punto de vista medioambiental o desde el punto de vista económico, se realiza eficientemente la generación de energía seleccionando combustibles óptimos.

Además, se proporcionan una caldera de recuperación de calor a la que se suministra el gas de escape de la turbina de gas y que genera vapor para generar energía, y medios para suministrar a otra caldera el gas de escape de la caldera de recuperación de calor.

Así, el vapor para generar energía se puede generar utilizando el calor remanente del gas de escape de la turbina de gas. Además, el residuo se puede quemar utilizando la cantidad de calor remanente en el gas de escape descargado de la caldera de recuperación de calor y utilizar además oxígeno residual cuya cantidad es 10 a 15%. En consecuencia, se consigue una gran eficiencia de generación de energía.

También, en una realización (a saber, la duodécima realización de la presente invención) de la undécima realización de la presente invención, se proporcionan medios para suministrar a la caldera el gas de escape de la turbina de gas.

Así, el residuo se puede quemar utilizando la cantidad de calor remanente en el gas de escape de la turbina de gas y utilizando además oxígeno residual cuya cantidad es 10 a 15%. En consecuencia, se puede realizar la generación de energía con una eficiencia de aproximadamente 46%.

También, de acuerdo con la presente invención se proporciona otro método de generación de energía (denominado en lo sucesivo decimotercera realización de la presente invención) que comprende las etapas de:

instalar el aparato de generación de energía anexo a una instalación en la que hay disponibles en el mismo lugar un combustible orientado a turbinas de gas y un combustible orientado a calderas,

suministrar a una turbina de gas el combustible destinado a turbinas de gas y quemar en aquélla el combustible destinado a turbinas de gas,

generar energía eléctrica accionando la turbina de gas usando para accionarla el gas de combustión generado quemando el combustible orientado a turbinas de gas,

suministrar a una caldera el combustible orientado a calderas y quemar en aquélla el combustible orientado a calderas usando el gas de escape descargado de la turbina de gas,

generar energía eléctrica accionando la turbina de vapor usando el vapor de agua generado, y

producir vapor de agua para generar energía suministrando a una caldera de recuperación de calor el gas de escape de la turbina y quemar también el combustible de calderas suministrando a la caldera el gas de escape descargado de la caldera de recuperación de calor.

Así, se puede realizar generación de energía con buena eficiencia utilizando eficazmente gas de escape y alquitrán sin instalar una nueva planta de tratamiento parcial.

También, en una realización (a saber, la decimocuarta realización de la presente invención) de la decimotercera realización de la presente invención, la planta se selecciona del grupo formado por una refinería de petróleo, una planta siderúrgica, una planta química y un complejo que comprende por lo menos una planta seleccionada de una refinería de petróleo, una planta siderúrgica y una planta química.

Así, para la generación de energía se pueden utilizar eficientemente cantidades grandes del combustible orientado a turbinas de gas y del combustible orientado a calderas sin tener que ser descargados y transportados al entorno en comparación con el caso de quemar simplemente dichos combustibles en la caldera.

De la manera que se describen, se proporcionan también los siguientes métodos y aparatos.

Primero, se proporciona un método de generación de energía que comprende las etapas de:

separar un combustible orientado a calderas en un destilado y un residuo realizando un tratamiento parcial del combustible orientado a calderas,

adoptar el destilado como combustible de una turbina de gas,

adoptar el residuo como combustible de una caldera,

suministrar el combustible de turbinas de gas a una turbina de gas en la que se quema el combustible de turbinas de gas,

generar energía eléctrica accionando la turbina de gas usando el gas de combustión generado quemando el combustible de la turbina de gas,

suministrar el combustible de calderas y un combustible orientado a calderas a una caldera en la que se queman el combustible de calderas y el combustible orientado a calderas, y

generar energía eléctrica accionando una turbina de vapor por el vapor de agua generado.

También, se proporciona otro método de generación de energía que comprende las etapas de:

adoptar el destilado como combustible de una turbina de gas,

adoptar el residuo como combustible de una caldera,

suministrar un combustible orientado a turbinas de gas y el combustible de turbinas de gas a una turbina de gas en la que se queman estos combustibles,

generar energía eléctrica accionando la turbina de gas que es accionada por el gas de combustión generado quemando los combustibles,

suministrar el combustible de calderas y un combustible orientado a calderas a una caldera en la que se queman estos combustibles, y

generar energía eléctrica accionando una turbina de vapor usando el vapor de agua producido.

Además, en el caso de una realización de los métodos de generación de energía antes mencionados, el combustible orientado a calderas (F o F') es un combustible seleccionado del grupo de carbón, carbón de baja calidad cuya materia volátil es mayor que 20% en peso, carbón calcinado residual, coque, fuel, aceite residual, alquitrán, betún, coque de petróleo, carbono, arena bituminosa, aceite obtenido de arena bituminosa, pizarra bituminosa, aceite obtenido de pizarra bituminosa, alquitrán del Orinoco, orimulsión (que es una suspensión acuosa de alquitrán del Orinoco), mezcla de petróleo-aceite (COM), mezcla de carbón-agua (CWM), suspensión de carbón-metanol, biomasa procedente de sustancias naturales (como madera, hierba, grasas y aceites o tortas de prensas), plásticos residuales, desperdicios de combustibles y una mezcla de estas sustancias.

Además, en el caso de una realización de los métodos de generación de energía antes mencionados, el combustible orientado a turbinas de gas (G') es un combustible seleccionado del grupo formado por hidrógeno, metano, etano, etileno, propano, propeno, butano e isómeros, buteno e isómeros, hexano e isómeros, heptano e isómeros, metanol, etanol, propanol, butanol, dimetil éter, dietil éter, LNG, LPG, nafta, gasolina, queroseno, aceite ligero (gasóleo), aceite pesado, componente de descomposición cuyo punto de ebullición a la presión atmosférica es menor que 500ºC, gas natural, metano de yacimientos de carbón, gas de vertederos, gas de hornos altos, gas de coquerías, gas de convertidores, gas obtenido como subproducto de una planta y que contiene hidrógeno, gas de gasificación de carbón o de aceite pesado (es decir, gas obtenido por gasificación de carbón o de aceite pesado), gas de carbonización de carbón, gas de agua (es decir, gas obtenido por gasificación de carbón), gas obtenido por combustión parcial de carbón, aceite ligero o gas obtenidos por separación térmica de aceite pesado, aceite ligero o gas obtenidos por descomposición térmica de aceite pesado, aceite ligero o gas obtenidos por descomposición térmica de aceite superpesado, aceite ligero o gas obtenidos por descomposición por oxidación de aceite superpesado, gas de fermentación y una mezcla de estas sustancias.

En el caso de una realización del método de generación de energía antes mencionado, el combustible orientado a calderas que se ha de tratar parcialmente es carbón, aceite pesado o una mezcla de carbón y aceite pesado.

En el caso de una realización del método de generación de energía antes mencionado, el gas de escape de la turbina de gas se suministra a la caldera. El combustible de calderas y/o el combustible orientado a calderas se queman suministrando aire a la caldera.

En el caso de una realización del método de generación de energía antes mencionado, la combustión en la caldera se realiza usando sólo el gas de escape de la turbina de gas.

En el caso de una realización del método de generación de energía antes mencionado, la irradiación con microondas se realiza suministrando un hidrocarburo al combustible orientado a calderas (F).

En el caso de una realización del método de generación de energía antes mencionado, la gasificación para obtener gas de agua se realiza suministrando gas y vapor de agua para calentar directamente el combustible orientado a calderas (F).

En el caso de una realización del método de generación de energía antes mencionado, la gasificación por combustión se realiza suministrando aire u oxígeno y agua al combustible orientado a calderas (F).

Además, se proporciona otro aparato de generación de energía que comprende medios de tratamiento parcial, una turbina de gas, un generador acoplado a la turbina de gas, una caldera, una turbina de vapor y un generador acoplado a la turbina de vapor. Este aparato de generación de energía se destina a realizar una de las siguientes operaciones de generación de energía:

(1) una operación de generación de energía que comprende las etapas de:

adoptar el destilado como combustible de una turbina de gas,

adoptar el residuo como combustible de una caldera,

generar energía eléctrica accionando la turbina de gas usando para accionarla el gas de combustión generado quemando el combustible de turbinas de gas,

suministrar el combustible de calderas y el combustible orientado a calderas a una caldera en la que se queman el combustible de caldera y el combustible orientado a calderas, y

generar energía eléctrica quemando los combustibles en la caldera y accionando una turbina de gas usando el vapor de agua producido;

(2) una operación de generación de energía que comprende las etapas de:

adoptar el destilado como combustible de una turbina de gas,

adoptar el residuo como combustible de una caldera,

suministrar un combustible orientado a turbinas de gas y el combustible de turbinas de gas a una turbina de gas en la que se queman los combustibles,

generar energía eléctrica accionando la turbina de gas usando para accionarla el gas combustible generado quemando los combustibles,

suministrar el combustible de calderas y un combustible orientado a calderas a una caldera en la que se queman los combustibles, y

generar energía eléctrica accionando una turbina de vapor usando el vapor de agua producido;

(3) una operación de generación de energía que comprende las etapas de:

adoptar el destilado como combustible de una turbina de gas,

adoptar el residuo como combustible de una caldera,

suministrar el combustible de calderas y un combustible orientado a calderas que es un tipo de combustible diferente del citado combustible orientado a calderas a una caldera donde se queman los combustibles, y

generar energía eléctrica accionando una turbina de vapor usando el vapor de agua producido; o

(4) una operación de generación de energía que comprende las etapas de:

adoptar el destilado como combustible de una turbina de gas,

adoptar el residuo como combustible de una caldera,

generar energía eléctrica accionando la turbina de gas usando para accionarla el gas de combustión generado quemando los combustibles,

suministrar un tipo diferente de combustible orientado a calderas y el combustible de calderas a una caldera en la que se queman el combustible de calderas y el combustible orientado a calderas, y

En el caso de una realización del aparato de generación de energía antes descrito, el gas de escape de la turbina de gas se suministra a la caldera y el residuo se quema suministrando aire a la caldera.

De la manera que se describe, se proporcionan los siguientes combustibles y métodos relativos a la carbonización de carbón.

Primero, se proporciona un combustible para generación de energía, que se obtiene separando carbón, que contiene especialmente materia volátil en una cantidad mayor que 20% en peso, en un destilado y un residuo realizando la descomposición parcial del carbón y empleando el destilado como combustible de una turbina de gas y empleando el residuo, que es residuo carbonizado, carbón calcinado residual o coque, como combustible de una caldera acoplada a una turbina de vapor.

Además, se proporciona un método de producir un combustible para generación de energía, en el que el tratamiento parcial es carbonización, especialmente carbonización por descomposición térmica, que se realiza a una temperatura no superior a 500ºC, y en el que se separan del destilado un componente gaseoso y/o un componente del tipo de aceite que se usan como combustible de una turbina de gas.

Además, se proporciona un método de producir un combustible para generación de energía mediante una turbina de gas, que se obtiene adoptando como combustible el componente gaseoso y/o el componente del tipo de aceite obtenidos y que contiene sal cuyo contenido es menor que 0,5 ppm en peso y vanadio cuyo contenido es menor que 0,5 ppm en peso.

También, de la manera que se describe, se proporciona un método de producir un combustible para generar energía, en el que se separa carbón en un destilado y un residuo realizando la descomposición parcial del carbón y en el que este destilado se emplea como combustible de una turbina de gas y el residuo se adopta como combustible de una caldera acoplada a una turbina de vapor.

Además, de la manera que se describe, se proporciona un método de producir un combustible para generar energía en el que se separa carbón en un destilado y un residuo calentando el carbón durante un período de tiempo de 0,1 a 10 segundos a una velocidad de calentamiento de 10 a 100.000ºC por segundo para realizar una descomposición térmica parcial rápida y en el que este destilado se emplea como combustible de una turbina de gas y el residuo se adopta como combustible de una caldera acoplada a una turbina de vapor.

Además, de la manera que se describe, se proporciona un método en el que se genera energía mediante un ciclo combinado usando como combustible de una turbina de gas un combustible obtenido del destilado que se obtiene por la descomposición térmica parcial rápida antes mencionada y el residuo se usa como combustible de una caldera.

De la manera que se describe, se proporcionan los siguientes combustibles y métodos relativos a la irradiación de carbón con microondas.

Se describe cómo un combustible para generación de energía, que se obtiene separando carbón, especialmente uno que contiene materia volátil en una cantidad mayor que 20% en peso, en un destilado y un residuo realizando la descomposición parcial del carbón por irradiación con microondas y empleando el destilado como combustible de una turbina de gas y usando el residuo como combustible de una caldera en un sistema de caldera-turbina de vapor.

Además, en el caso de este combustible, el tratamiento de descomposición parcial es irradiación con microondas que se realiza a una temperatura mayor que 50ºC, preferiblemente de 100 a 1.000ºC, y en presencia de hidrocarburos, preferiblemente en presencia de hidrocarburos alifáticos, hidrocarburos alicíclicos o hidrocarburos aromáticos, cada molécula de los cuales contiene 1 a 20 átomos de carbono (es decir, el número de carbonos es 1 a 20) o en presencia de hidrocarburos gaseosos, con lo que se obtiene un combustible de turbinas de gas separando del destilado un componente gaseoso y/o un componente del tipo de aceite y usando el componente gaseoso y/o el componente del tipo de aceite como combustible de una turbina de gas.

Además, se proporciona un método de producir un combustible para generar energía en el que se separa carbón en un destilado y un residuo realizando la descomposición parcial del carbón por irradiación con microondas y empleando el destilado como combustible de una turbina de gas y usando el residuo como combustible de una caldera en un sistema de caldera-turbina de vapor.

De la manera que se describe, se proporciona el siguiente método relativo a la gasificación parcial de carbón a gas de agua.

Se proporciona un método de producir un combustible para generar energía en el que se separa carbón en un destilado y un residuo realizando la gasificación parcial del carbón a gas de agua y empleando el destilado como combustible de una turbina de gas y empleando el residuo como combustible de una caldera.

También, en el caso de una realización de este método, la gasificación parcial a gas de agua se realiza añadiendo vapor de agua para calentar directamente el gas.

Adicionalmente, en el caso de una realización de este método, la gasificación parcial a gas de agua se realiza añadiendo hidrógeno, un hidrocarburo, dióxido de carbono o una mezcla de los mismos.

Además, en el caso de una realización del método de producir un combustible para generar energía, se separan del destilado un gas o componente gaseoso y un componente del tipo de aceite y el gas o componente gaseoso y el componente del tipo de aceite se adoptan como combustible de una turbina de gas. Además, en el método de producir un combustible para generar energía, la relación de la cantidad de calor del destilado a la del residuo es de 30-45% a 70-85%.

De la manera que se describe, se proporcionan los siguientes métodos relativos a la gasificación por combustión parcial de carbón.

Se proporciona un método de producir un combustible para generar energía en el que se separa carbón en un destilado y un residuo realizando la gasificación por combustión parcial del carbón y empleando el destilado como combustible de una turbina de gas y empleando el residuo como combustible de una caldera.

En una realización de este método, la gasificación por combustión parcial se realiza añadiendo aire u oxígeno y vapor de agua al carbón. Además, en el caso de otra realización de este método, la gasificación por combustión parcial se realiza añadiendo además hidrógeno, un hidrocarburo, dióxido de carbono o una mezcla de los mismos.

Además, en una realización del método de producir un combustible para generar energía, se separan del destilado un componente gaseoso o una suma de un componente gaseoso y un componente del tipo de aceite y este componente gaseoso o esta suma de componente gaseoso y componente del tipo de aceite se adopta como combustible de una turbina de gas, siendo la relación de la cantidad de calor del destilado a la del residuo de 30-55 a 70-45%.

De la manera que se describe, se proporcionan los siguientes métodos relativos a la descomposición térmica parcial de aceite pesado.

Se proporciona un método de producir un combustible para generar energía en el que se separa un aceite pesado en un destilado y un residuo realizando la descomposición térmica del aceite pesado y empleando el destilado como combustible de una turbina de gas.

Además, en una realización de los métodos descritos, se separa aceite pesado en un destilado y un residuo realizando la descomposición térmica del aceite pesado, y el residuo se usa como combustible de una caldera.

Además, en una realización de los métodos descritos, se separa aceite pesado en un destilado y un residuo realizando la descomposición térmica del aceite pesado, y el destilado se usa como combustible de una turbina de gas y el residuo se usa como combustible de una caldera.

Adicionalmente, en el caso de otra realización de los métodos descritos, el aceite pesado es fuel A, fuel B, fuel C, aceite residual a presión atmosférica, aceite residual a presión reducida, aceite de pizarra bituminosa, aceite superpesado del Orinoco, orimulsión, emulsión de asfalto, betún o una mezcla de estas sustancias. También, la descomposición térmica se realiza mediante un método de craqueo, un método de separación por viscosidades, un método de coquización retardada o un método de coquización por contacto o método EUREKA (desarrollado por Kureha Chemical Industry Co. Ltd.). Además, la descomposición térmica se realiza añadiendo vapor de agua, aire, hidrógeno, un hidrocarburo, dióxido de carbón o una mezcla de los mismos. Además, la relación de la cantidad de calor del destilado a la del residuo es de 20-60% a 80-40%.

De la manera que se describe, se proporcionan los siguientes métodos relativos a la gasificación por combustión parcial de una mezcla de carbón y aceite pesado.

Se proporciona un método de producir un combustible para generar energía en el que se separa una mezcla de carbón y aceite pesado en un destilado y un residuo realizando la gasificación por combustión parcial de esta mezcla y el destilado se emplea como combustible de una turbina de gas y el residuo se emplea como combustible de una caldera.

También, en una realización de este método, la gasificación por combustión parcial se realiza añadiendo aire u oxígeno y vapor de agua a la mezcla de carbón y aceite pesado.

También, en otra realización de este método, la gasificación por combustión parcial se realiza añadiendo además hidrógeno, un hidrocarburo, dióxido de carbono o una mezcla de los mismos.

Adicionalmente, en otra realización de este método, en la gasificación por combustión parcial la relación ponderal de carbón a aceite pesado varía de 5:95 a 80:20.

También, en otra realización de este método, se separa del destilado un componente gaseoso o una suma de un componente gaseoso y un componente del tipo de aceite, y este componente gaseoso o esta suma de componente gaseoso y componente del tipo de aceite se adopta como combustible de una turbina de gas, siendo la relación de la cantidad de calor del destilado a la del residuo de 20-60 a 80-40%.

También, de la manera que se describe, el aparato de generación de energía antes mencionado puede ir provisto también de un dispositivo de separación para separar del destilado por lo menos un componente gaseoso (V) y un componente del tipo de aceite (O).

Además, en una realización de dicho aparato de generación de energía, éste puede ir provisto también de un dispositivo de separación para separar el componente del tipo de aceite (O) en un destilado refinado (C) y un residuo (R').

Como se ha descrito antes, se obtienen un combustible para una turbina de gas y un combustible para una caldera que cumplen todos los estándares necesarios, con una relación de combustibles que es adecuada para generar energía, especialmente generación de energía realizando la combustión del gas de escape, empleando carbón, aceite pesado, etc., o una mezcla de carbón, aceite pesado, etc., como materiales del combustible orientado a calderas, y realizando el tratamiento parcial de éste. En comparación con la eficiencia térmica (aproximadamente 38 a 40%) en el caso de realizar la generación de energía quemando la cantidad total del combustible orientado a calderas en una caldera y generando energía eléctrica, la eficiencia térmica cuando la generación de energía se puede realizar de acuerdo con la manera descrita es 45 a 47%. Este valor de la eficiencia térmica es comparable con el valor de la eficiencia térmica en el caso de generar energía eléctrica gasificando la cantidad total del aceite pesado. En comparación con la gasificación de la cantidad total del aceite pesado, el coste de las instalaciones usadas en un proceso de descomposición de combustible y un proceso de refino combustible-gas de acuerdo con la presente invención es bajo. Incluso cuando se use una turbina de gas, no se produce corrosión en ésta. Además, la cantidad de gas de escape es pequeña debido a la abundancia y coste bajo de las materias primas, ahorro, utilización de instalaciones existentes y alta eficiencia térmica. En consecuencia, el método y aparato de la presente invención son muy ventajosos para evitar el deterioro del medio ambiente global.

Además, de la manera que se describe, se pueden seleccionar y usar libremente uno de los diversos combustibles orientados a calderas que se utilizan sólo en calderas, son poco costosos, tienen factores de baja utilización y deben ser tratados y de los combustibles orientados a turbinas de gas que se obtienen fácilmente, son excesivos y apenas producen productos tóxicos que originen polución. Así, se consigue una generación de energía más eficiente. Adicionalmente, se puede obtener un incremento de la capacidad de generación de energía con una inversión de pequeña escala porque no es necesaria una instalación adicional de tratamiento parcial.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es un diagrama general del proceso que ilustra la presente invención,

la figura 2 es un diagrama general del proceso que ilustra un proceso de separar un destilado en un componente gaseoso y un componente líquido,

la figura 3 es un diagrama general del proceso que ilustra un proceso de destilar un componente del tipo de aceite,

la figura 4 es un diagrama general del proceso que ilustra un método de generación de energía usando un combustible orientado a turbinas de gas y un combustible orientado a calderas,

la figura 5 es un diagrama general del proceso que ilustra un método de generación de energía usando una combinación de un combustible orientado a calderas y un combustible de turbinas de gas y un combustible de calderas que se obtienen realizando un tratamiento parcial del combustible orientado a calderas,

la figura 6 es un diagrama general del proceso que ilustra un método de generación de energía usando un combustible orientado a turbinas de gas, un combustible orientado a calderas y una combinación de un combustible de turbinas de gas y un combustible de calderas que se obtienen realizando un tratamiento parcial del combustible orientado a calderas,

la figura 7 es un diagrama general del proceso que ilustra un proceso de separar el destilado en un componente gaseoso y un componente líquido, y

la figura 8 es un diagrama general del proceso que ilustra un proceso de destilar un componente del tipo de aceite.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas

Incidentalmente, en el método y aparato descritos en la presente memoria, el término "combustible orientado a turbinas de gas" (G') representa un combustible que se puede usar en una turbina de gas y es un gas combustible o un líquido inflamable de densidad baja y cuyo punto de ebullición a la presión atmosférica es 500ºC. Ejemplos prácticos de dicho "combustible orientado a turbinas de gas" son metano, etano, etileno, propano, propeno, butano e isómeros, buteno e isómeros, hexano e isómeros, heptano e isómeros, metanol, etanol, propanol, butanol, dimetil éter, dietil éter, LNG, LPG, nafta, gasolina, queroseno, aceite ligero (gasóleo), componente de la descomposición de aceite pesado cuyo punto de ebullición a la presión atmosférica es menor que 500ºC, gas natural, metano de yacimientos de carbón, gas de vertederos, gas de horno altos, gas de coquerías, gas de convertidores, gas obtenido como subproducto de una planta química y que contiene hidrógeno y/o monóxido de carbono, gas de gasificación de carbón o fuel, gas de carbonización de carbón, gas de gasificación de carbón a gas agua, gas de la combustión parcial de carbón, aceite ligero o gas de la descomposición térmica de aceite pesado, aceite ligero o gas de la descomposición por oxidación de aceite pesado, aceite ligero o gas de la descomposición térmica de aceite superpesado, aceite ligero o gas de la descomposición por oxidación de aceite superpesado, gas de fermentación y una mezcla de estas sustancias.

Ejemplos de gases subproductos que contienen hidrógeno y/o monóxido de carbono y que se obtienen de diversos tipos de plantas, son hidrógeno obtenido por oxidación de hidrocarburos o gases obtenidos de una planta química, como un gas mixto obtenido mezclando hidrógeno y monóxido de carbono.

En el método y aparato descritos en la presente memoria, el término "combustible orientado a calderas" (F) representa un combustible que no se puede usar en una turbina de gas pero que se puede usar en una caldera y que es un combustible sólido o un combustible líquido denso. Ejemplos prácticos son carbón, carbón calcinado residual, coque, fuel (a saber, fuel A, fuel B, fuel C), aceite residual (a saber, aceite residual a presión atmosférica, aceite residual a presión reducida), alquitrán, betún, coque de petróleo, carbono, arena bituminosa, aceite obtenido de arena bituminosa, pizarra bituminosa, aceite obtenido de pizarra bituminosa, alquitrán del Orinoco, orimulsión (que es una suspensión acuosa de alquitrán del Orinoco), alquitrán, asfalto, emulsión de asfalto, mezcla de carbón-aceite (COM), mezcla de carbón-agua (CWM), suspensión de carbón-metanol, biomasa obtenida de sustancias naturales (como madera, hierba, grasas y aceites o tortas de prensas), plásticos residuales, desperdicios de combustibles y mezclas de estas sustancias.

En el método y aparato descritos en la presente memoria, un combustible orientado a calderas para tratamiento parcial [es decir, un combustible orientado a calderas (F) para ser usado en una caldera después de haber sido sometido a un tratamiento parcial], puede ser el mismo o diferente que un combustible orientado a calderas (F') que no ha sido sometido a un tratamiento parcial y se suministra directamente a una caldera. Por ejemplo, se puede usar fuel como combustible orientado a calderas para tratamiento parcial mientras que se puede usar carbón como combustible de calderas a suministrar directamente a una caldera. Alternativamente, se puede usar un combustible orientado a calderas en el que se puede realizar el tratamiento parcial y, como combustible orientado a calderas que se alimenta directamente a una caldera, se puede usar un combustible que es difícil de ser tratado parcialmente o un combustible que no es ventajoso desde el punto de vista económico.

Incidentalmente, en el método y aparato descritos en la presente memoria se usan los términos "caldera" y "caldera de recuperación de calor".

Cuando se menciona simplemente "caldera", este término designa una caldera de un sistema de caldera-turbina de vapor en la que se quema un combustible de calderas. Para designar una caldera para recuperar un calor residual, se usa el término "caldera de recuperación de calor".

Ejemplos de carbón a usar como combustible orientado a calderas (F) o (F') en el método y aparato descritos en la presente memoria son lignito, carbón semejante al lignito, carbón bituminoso de baja calidad, carbón bituminoso de buena calidad, carbón semibituminoso, semiantracita y antracita. Preferiblemente, el contenido de volátiles del carbón es mayor que 20% en peso y menor que 60% en peso. Más preferiblemente, el contenido de volátiles del carbón es mayor que 30% en peso y es capaz de proporcionar materia volátil que es proporcionada a la relación de la cantidad de calor usado en la turbina de gas y en la caldera o de proporcionar un destilado consistente en la materia volátil y el material producto de descomposición térmica. El carbón más preferible es carbón de calidad baja o media en el que el contenido de volátiles es mayor que 35% en peso y que puede proporcionar un destilado que es proporcionado a la relación de la cantidad de calor usado en la turbina de gas y en la caldera, la combinación del cual se usa para quemar también el gas de escape.

Generalmente, cuanto menor sea el contenido de volátiles del carbón, menor será el grado de carbonización del carbón. Por lo tanto, es menor su utilidad. Inversamente, su disponibilidad es alta y su precio es bajo. Por lo tanto, es muy importante encontrar un método de generar energía usando eficazmente dicho carbón. Sin embargo, los métodos descritos han sido desconocidos públicamente. Además, no se han conocido dicha instalación y equipo experimental de generación de energía.

El aceite pesado a usar como combustible de la presente invención orientado a calderas incluye petróleo crudo, aceite pesado convencional, aceite superpesado y betún (o aceite arenoso).

El petróleo crudo contiene destilado y componente pesado. En el aparato de la presente invención, se puede usar petróleo crudo como combustible de una turbina de gas realizando la separación parcial o la descomposición parcial del mismo. Además, como combustible orientado a calderas, se puede suministrar petróleo crudo a la caldera. Además, se puede usar petróleo crudo con contenido bajo de azufre y petróleo crudo con contenido alto de azufre. No es necesario ajustar el contenido de sales a un contenido bajo, como 0,5 ppm, antes del tratamiento parcial. Adicionalmente, en la destilación no hay ninguna limitación sobre el contenido de azufre.

El aceite pesado convencional es, por ejemplo, fuel A, fuel B, fuel C, aceite residual a presión atmosférica, aceite residual a presión reducida o aceite de pizarra bituminosa.

El aceite superpesado tiene una densidad de 1,0 g/cm^{3} o más (15/15ºC) y una viscosidad de 10.000 cP o menos, esto es, por debajo de la temperatura de almacenamiento del aceite y es, por ejemplo, aceite superpesado del Orinoco, orimulsión (que es una suspensión acuosa de aceite superpesado del Orinoco), asfalto y emulsión de asfalto (que es una emulsión acuosa de asfalto).

El betún tiene una densidad de 1,0 g/cm^{3} o más (15/15ºC) y una viscosidad de 10.000 cP o menos, esto es, por debajo de la temperatura de almacenamiento del aceite y es, por ejemplo, betún de Athabasca y betún lacustre frío.

Si fuera necesario, antes del tratamiento parcial, se debe reducir el contenido de impurezas de dicho aceite pesado, como sales (incluidas las de sodio, potasio y calcio) y azufre, mediante lavado con agua, álcalis, ácidos o disolventes, adsorción, sustitución o biotratamiento.

En la descripción del método y aparato, el "tratamiento parcial" a realizar en un combustible orientado a calderas designa separación parcial, descomposición parcial o un tratamiento mixto.

La separación parcial es separar del combustible orientado a calderas un destilado y un residuo, que se describirán más adelante, mediante una técnica de separación, como calentamiento, reducción de presión, separación de volátiles, destilación, vaporización, destilación, extracción o decantación sin cambiar químicamente la composición del combustible.

La descomposición parcial es cambiar químicamente la composición de un combustible orientado a calderas, es decir, generar a partir del combustible orientado a calderas un destilado y un residuo mediante descomposición térmica, carbonización, gasificación por combustión, gasificación a gas de agua, hidrogenación, licuefacción e irradiación con microondas. Por lo tanto, la descomposición parcial va seguida de una operación de separación del destilado y el residuo. Después, si fuera necesario, sigue una operación de separar del destilado un componente gaseoso y un componente del tipo de aceite o una operación de separar del componente del tipo de aceite un componente del tipo de aceite ligero.

En la descripción del método y aparato, el "destilado" (D) es un componente separado del combustible orientado a calderas mediante separación parcial o separado del combustible orientado a calderas, parcialmente descompuesto, mediante descomposición parcial o descomposición parcial y posterior separación en un componente gaseoso y/o un componente líquido. Así, el destilado incluye un componente condensado y licuado después de haber sido vaporizado y un componente separado después de haber sido generado en forma de líquido.

En el tratamiento parcial de aceite pesado, el término "destilado" designa un componente gaseoso o líquido que tiene un punto de ebullición inferior a 500ºC a presión atmosférica.

En la descripción del método y aparato, el término "residuo" (R) designa una sustancia que queda después de separar del combustible orientado a calderas o del combustible orientado a calderas parcialmente descompuesto el destilado antes mencionado.

A continuación se explica el tratamiento parcial describiendo individualmente la separación parcial y la descomposición parcial.

En primer lugar se describen diversos tipos de operaciones de separación parcial.

La "separación de volátiles" a usar en el método y aparato descritos es un método de separar compuestos volátiles, por ejemplo, calentando el combustible líquido bruto usando, como gas separador, vapor de agua o un gas inerte, como nitrógeno, dióxido de carbono o metano, y soplando después el gas separador en el combustible líquido bruto calentado.

La "destilación" a usar en el método y aparato descritos incluye un método de calentar, por ejemplo, un combustible líquido bruto y formar compuestos volátiles a presión reducida, a presión atmosférica o en estado presurizado, un método de formar simplemente compuestos volátiles, un método de separar un destilado refinado mediante destilación después de introducir un reflujo y un método de separar un componente específico añadiendo al combustible líquido bruto un agente separador o extractor.

En el caso de usar "extracción" en el método y aparato descritos, se tritura biomasa rica en componentes combustible líquidos y, si fuera necesario, se separa en un extracto y un residuo de extracción añadiendo un agente extractor. Después, el agente extractor se separa del extracto y éste se puede usar como combustible en una turbina de gas. También, la parte fibrosa que constituye el residuo de la extracción se puede usar como combustible en una caldera.

La "vaporización" a usar en el método y aparato descritos se puede utilizar para introducir en un recipiente a presión baja, por ejemplo, un combustible líquido bruto que ha sido calentado a una temperatura alta y a una presión alta y separar después el combustible líquido bruto en un destilado y un residuo.

La "decantación" a usar en el método y aparato descritos es un método de calentar, por ejemplo, pizarra bituminosa y después separar de la pizarra bituminosa mediante vaciado, sin agitar el sedimento, sólo el componente del tipo de aceite cuya viscosidad es menor.

Incidentalmente, estas operaciones de separación parcial se pueden utilizar en los casos en los que, después de la descomposición parcial, se separan un destilado y un residuo o cuando se obtiene del destilado un destilado refinado.

A continuación se describen diversos tipos de descomposición parcial.

La descomposición térmica a utilizar en el método y aparato de la presente invención es un método en el que, por ejemplo, un aceite pesado empleado como materia prima se puede separar en por lo menos un destilado que contiene un componente que se puede usar como combustible en una turbina de gas y un residuo que se puede usar como combustible en una caldera.

Así, en el caso de usar descomposición térmica en el método y aparato descritos, se puede realizar simplemente la descomposición térmica o ésta se puede realizar soplando vapor de agua o hidrógeno gaseoso en el material. Alternativamente, la descomposición térmica se puede realizar con contacto catalítico en presencia de un catalizador.

Ejemplos de métodos de realizar la descomposición térmica son un método de craqueo para obtener un destilado, un método de separación por viscosidades para reducir principalmente la viscosidad del residuo y un método de coquización para obtener un destilado y un componente residual del tipo de coque. Ejemplos clasificados como más severos son un método de descomposición térmica a temperatura alta (a una temperatura mayor que 1.100ºC), un método de coquización a temperatura alta (a una temperatura en el intervalo de 980 a 1.100ºC), un método de descomposición térmica a temperatura media (a una temperatura en el intervalo de 870 a 980ºC) para obtener un gas de poder calorífico bajo, otro método de descomposición térmica a temperatura media (a una temperatura en el intervalo de 700 a 870ºC) para obtener un gas de poder calorífico alto, un método de coquización a temperatura baja (a una temperatura en el intervalo de 480 a 700ºC), un método de descomposición térmica a temperatura baja (a una temperatura en el intervalo de 480 a 540ºC), un método de separación por viscosidades a una temperatura en el intervalo de 430 a 480ºC y el método EUREKA de realizar la descomposición térmica a una temperatura en el intervalo de 350 a 480ºC soplando simultáneamente vapor de agua en el material.

Además, las propiedades del residuo obtenido varían con el tipo de aceite pesado, es decir, la materia prima, y el tipo de método de coquización. Por ejemplo, dependiendo del tipo del método de coquización, se obtiene coque asfáltico en el caso de usar el método de coquización retardada mientras que se obtiene coque carbonoso en el caso de usar el método de coquización fluida, el método de coquización flexible y el método de coquización con contacto.

En el caso de realizar la descomposición térmica de un aceite pesado usando el método de separación por viscosidades, la descomposición térmica se realiza suavemente para no producir coque. Así, se puede reducir la viscosidad y el punto de fluidez del residuo. En el caso del método de separación por viscosidades, se separa fuel en un destilado y un residuo descomponiendo el fuel por medio de un horno de calentamiento o haciendo que el fuel pase a través de un recipiente de termodifusión. El destilado y el residuo se pueden separar enfriando rápidamente el destilado para detener la descomposición.

En el caso de la descomposición térmica de aceite pesado usando el método de coquización fluida, se suministra fuel a un reactor y después se produce la descomposición térmica sobre un coque de calentamiento que circula en el reactor de modo que el fuel se separa en un destilado y un residuo (es decir, coque). En el caso de usar el método de coquización flexible, se envía un residuo (es decir, un coque) adherido a un coque de calentamiento a una cámara de calentamiento en la que el residuo es calentado por el coque y gas que pasa procedente de un gasificador. Después, se recircula el residuo al reactor. Una parte del residuo (es decir, el coque), que se ha adherido sobre el coque de calentamiento y ha sido enviado a una cámara de calentamiento, se envía al gasificador en el que el residuo es gasificado por aire y vapor de agua. Después, el gas resultante retorna a la cámara de calentamiento. Una parte del coque colocado en la cámara de calentamiento se retira en forma de coque mientras que la parte restante se recircula al reactor.

En el caso de usar el método de coquización fluida, se envía un residuo (es decir, un coque) adherido a un coque de calentamiento a una cámara de combustión en la que el residuo se calienta al ser suministrado con aire. Después, se recircula el residuo al reactor. Parte del coque colocado en la cámara de combustión se retira en forma de coque mientras que la parte restante se recircula al reactor.

En el caso de realizar la descomposición térmica del aceite pesado usando el método de coquización retardada, primero se calienta el aceite pesado y después se suministra el aceite calentado a la porción inferior de una columna de destilación en la que el aceite pesado se separa en un destilado (es decir, un vapor) y un residuo (es decir, un líquido de punto de ebullición alto). Posteriormente, se suministra el residuo a un horno de calentamiento. En este horno de calentamiento, se calienta el aceite pesado durante un corto período de tiempo. Después, el aceite pesado se envía a un tambor de coquización y se separa en un destilado y un residuo del tambor de coquización. Este residuo cambia gradualmente a coque al calentarlo. El destilado se suministra a la columna de destilación antes mencionada en la que el destilado y el aceite pesado se separan en un destilado (es decir, un vapor) y un residuo (es decir, el líquido de punto de ebullición alto).

En el caso de este método los rendimientos de gas y coque son altos en comparación con el método de coquización fluida y de coquización flexible.

En el caso de realizar la descomposición térmica de aceite pesado usando el método EUREKA, se precalienta el fuel y después se envía a la porción inferior de una columna de destilación en la que el fuel se separa en un destilado y un residuo (es decir, un líquido de punto de ebullición alto). El residuo (es decir, el líquido de punto de ebullición alto) se calienta en un horno. Así, el residuo se descompone lentamente y se envía después a un reactor. Se suministra vapor de agua al reactor en la parte inferior del mismo. Así, el residuo ligeramente descompuesto se descompone más por vía térmica. Además, se favorece el mezclado del residuo y la formación del destilado. Después de un período de tiempo predeterminado, se enfría el reactor por lo que se detiene la reacción.

El destilado incluye un gas, un componente del tipo de aceite y agua condensada. Si fuera necesario, del componente gaseoso se pueden separar compuestos de azufre, como sulfuro de hidrógeno. El componente del tipo de aceite se separa por rectificación por lo que un componente del tipo de aceite que tiene un punto de ebullición alto se puede mezclar con la materia prima, es decir fuel, y también puede ser recirculado al sistema. Después de detener la reacción, el residuo es un alquitrán líquido que se extrae al exterior del sistema en forma de alquitrán de petróleo.

Se preparan reactores múltiples que se pueden intercambiar entre sí durante períodos de tiempo. Así, la operación se realiza empleando un sistema semicontinuo.

A continuación se explica la descomposición térmica describiendo el caso en el que se realiza la descomposición térmica de plásticos residuales disolviéndolos, por ejemplo, en un combustible líquido. Se disuelve una poliolefina, como polietileno o polipropileno, en un combustible líquido, como aceite ligero, y se calienta a una temperatura en el intervalo de 330 a 350ºC durante un período de tiempo de 20 a 120 minutos, produciéndose una disminución del peso molecular de la poliolefina. El poliestireno se disuelve y descompone, principalmente por despolimerización, al calentarlo a una temperatura de 250ºC durante un período de tiempo de 10 a 60 minutos. Después, el líquido así obtenido por disolución y descomposición del plástico residual se separa por destilación en un destilado y un residuo. El destilado se puede usar como combustible de una turbina de gas y el residuo se puede usar como combustible de una caldera.

En el caso de la descomposición catalítica, se pueden usar catalizadores de descomposición, como arcilla activada, sílice, alúmina, zeolitas (especialmente, zeolita de intercambio de tierras raras y zeolita Y ultraestable), Co-Mo, Ni-Mo y Fe, dependiendo de los tipos de fuel usado como materia prima y de los tipos de impurezas presentes.

Las condiciones de la descomposición térmica de aceite pesado varían con el tipo de aceite pesado usado como materia prima, tipos de productos que se pretende obtener, relación de adquisión de los mismos y métodos de tratamiento o procesamiento. La temperatura de tratamiento de fuel varía de 350 a 1.300ºC y varía con la severidad. La presión varía desde la atmosférica hasta 100 atmósferas. Por lo tanto, se puede obtener un destilado aplicando una presión comprendida entre la atmosférica y 100 atmósferas. El tiempo de reacción es menor que 10 horas.

Para favorecer la descomposición térmica se puede añadir a la materia prima un modificador, como hidrógeno, monóxido de carbono, un hidrocarburo, una parte del componente gaseoso generado, un componente del tipo de aceite o un alcohol.

En cualquiera de las operaciones, estos métodos se pueden realizar en forma de proceso discontinuo, semicontinuo (como el proceso EUREKA) o continuo (como el proceso de separación por viscosidades).

La carbonización a usar en el método y aparato descritos es una operación de convertir químicamente carbón en un componente gaseoso (que no se condensa), un componente líquido (que se condensa) y componentes líquidos y gaseosos (que se separan por decantación) calcinando el carbón en una atmósfera con contenido de oxígeno reducido, preferiblemente en una atmósfera exenta de aire, y enfriando el destilado por agua, etc.

El método de carbonización puede ser un proceso que usa una retorta o un proceso que usa lo que se denomina un horno de coque. Debido al suministro de carbón a un aparato de carbonización y a la descarga del residuo, el carbón se rompe en bloques de tamaños ordinarios o en partículas finas y, en consecuencia, se suministran dichos bloques o partículas al aparato de carbonización.

El calentamiento del carbón para su carbonización se puede realizar calentando el horno de carbonización desde el exterior. Sin embargo, preferiblemente se suministra un gas de calentamiento a una temperatura predeterminada, por ejemplo, 400 a 1.300ºC, obtenido quemando un combustible, al horno que después es calentado por este gas. Así, se forma la materia volátil que va "acompañada" del gas de calentamiento.

Incidentalmente, hay dos tipos de carbonización. A saber, una es una carbonización a temperatura baja, en la que la temperatura final de calentamiento es menor que 800ºC. La otra es una carbonización a temperatura alta, en la que la temperatura final de carbonización es mayor que 800ºC. También, la carbonización a temperatura alta se realiza a una temperatura en las proximidades de 1.000ºC. Aunque se pueden usar estos dos tipos de carbonización, es más preferible la carbonización a temperatura baja. En el caso de la carbonización a temperatura baja, se obtienen cantidades grandes de un componente del tipo de aceite y carbón calcinado residual que se puede usar como combustible. Por el contrario, en el caso de la carbonización a temperatura alta, se obtienen un gas de coquería y una cantidad grande de coque, que se usa en un horno alto o en fundición. También, la carbonización a realizar en el método y aparato descritos puede comprender sólo un proceso de carbonización con descomposición térmica, que se realiza a una temperatura menor que 500ºC, sin una etapa de sinterización. En este caso, cuando el carbón es de cierto tipo, el residuo se obtiene en forma de partículas finas o de grumos como resultado de ser reblandecido y fundido. De acuerdo con el tipo de caldera se determina cuál de dichas formas del residuo se ha de usar.

En la descripción del método y aparato, el término "carbonización" designa la carbonización a temperatura baja, la carbonización a temperatura alta y la carbonización con descomposición térmica antes mencionadas y la combinación de estos tipos de carbonización.

Con respecto al tiempo de calentamiento en la carbonización, el tiempo de residencia o permanencia puede ser igual o mayor que aproximadamente 1 minuto, como se ha establecido convencionalmente. El tiempo de residencia a una temperatura alta, de 1.000ºC, como en el caso de una descomposición térmica rápida, puede ser igual o menor que aproximadamente 1 minuto. Sin embargo, es preferible el método de carbonización a temperatura baja en el que el tiempo de residencia convencionalmente establecido es largo.

En el caso de la carbonización, los componentes gaseosos dependen del tipo de carbón y de las condiciones operativas del aparato. Para citar un ejemplo (en lo sucesivo, el contenido de gases se expresa en porcentaje en volumen, salvo que se especifique lo contrario), los componentes gaseosos contienen, como componente efectivo, 50% de hidrógeno, 30% de metano, 8% de monóxido de carbono y 3% de hidrocarburos como etileno y benceno, además de humedad, nitrógeno, dióxido de carbono y componentes menores, como óxido nítrico, ácido cianhídrico, piridina, sulfuro de hidrógeno, disulfuro de carbono, sulfuro de carbonilo y alquitrán.

La cantidad o rendimiento del componente gaseoso generado por la carbonización es 100 a 200 m^{3}N/t de carbón en el caso de la carbonización a temperatura alta. El poder calorífico de los gases es 4.700 a 5.400 kcal/m^{3}N en el caso de los gases producidos por la carbonización a temperatura baja y por la carbonización con descomposición térmica y 6.200 a 8.000 kcal/m^{3}N en el caso de los gases producidos por la carbonización a temperatura alta.

El componente del tipo de aceite está compuesto principalmente de aceite ligero, alquitrán y alcohol en el caso de la carbonización y se puede usar sometiéndolo a purificación y separación por destilación, etc. El residuo es un alquitrán en el que están condensadas sustancias inorgánicas, como sales y vanadio. Así, por destilación y purificación del alquitrán, se obtiene un combustible más deseable turbinas de gas. En este caso, el residuo se puede mezclar con un combustible para calderas.

La cantidad de alcohol producido es 50 a 150 litros/tonelada de carbón.

La cantidad de aceite ligero y alquitrán es 90 a 180 litros/tonelada de carbón en el caso de la carbonización a temperatura baja y 40 a 80 litros/tonelada de carbón en el caso de la carbonización a temperatura alta.

A continuación se describe la descomposición térmica parcial rápida a usar en el método y aparato descritos. Esta descomposición térmica parcial rápida se usa en un método de producir un combustible para generar energía en el que primero se realiza la descomposición térmica rápida de carbón calentándolo a una velocidad de calentamiento de 10 a 100.00ºC por segundo durante un período de tiempo de 0,1 a 10 segundos y en el que el carbón se separa en un destilado cuyo componente principal es material volátil y un residuo cuyos componentes principales son coque y carbón calcinado residual, y el destilado se usa como combustible para turbinas de gas y el residuo se usa como combustible para calderas acopladas a turbinas de vapor.

También, de la manera que se describe, se realiza la generación de energía de ciclo combinado usando un combustible obtenido del destilado que se obtiene de la descomposición térmica parcial rápida antes mencionada como combustible para una turbina de gas y el residuo como combustible para una caldera.

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A continuación se describe la gasificación por combustión parcial a usar en el método y aparato de la presente invención describiendo, a título de ejemplo, el caso de usar carbón como materia prima.

En el caso de usar la gasificación por combustión parcial en el método y aparato descritos, primero el carbón a usar como materia prima se separa en un destilado, que contiene un componente que se puede usar como combustible en una turbina de gas, y un residuo que se puede usar como combustible en una caldera. Ejemplos de métodos de realizar la gasificación por combustión parcial son métodos que usan, respectivamente, un horno de lecho fijo, un horno de lecho fluido (o fluidizado), un horno de lecho en circulación, un horno de capa fundida (o lecho fundido), un horno de lecho móvil, un horno combinado de lecho fijo-lecho en circulación, un horno combinado de lecho fluido-lecho en circulación, y un horno combinado de lecho en circulación-lecho de capa fundida. Las condiciones de la gasificación por combustión parcial varían con estos métodos. Además, la proporción del contenido de combustible en el gas obtenido depende de si se usa aire u oxígeno para la oxidación. Para obtener un combustible que tenga mayor poder calorífico es preferible usar oxígeno. Adicionalmente, se obtiene un combustible que tiene mayor poder calorífico separando y eliminando dióxido de carbono, etc., del gas obtenido en la gasificación por combustión parcial o incrementando el contenido de hidrógeno y metano en el gas obtenido mediante una reacción de conversión y una reacción de reformado.

La proporción ponderal de oxígeno (incidentalmente, en el caso de usar aire, oxígeno contenido en el aire) y agua a añadir al carbón depende de los métodos de realizar la gasificación por combustión parcial. Si el peso del carbón es 1, la relación ponderal de oxígeno a carbón es menor que aproximadamente 1,5:1 y la relación ponderal de agua a carbón es menor que 3:1. Preferiblemente, la relación ponderal de oxígeno a carbón es 0,1 a 1,2. Preferiblemente, la relación ponderal de agua a carbón es 0,1 a 2,0. La temperatura de tratamiento es la temperatura del horno y varía de aproximadamente 600 a 1.600ºC. La presión varía desde la atmosférica hasta 100 atm. Por lo tanto, se puede obtener un destilado aplicando una presión en el intervalo comprendido entre la atmosférica y 100 atm.

Cuando la relación ponderal de vapor de agua a carbón es próxima a 3, se produce una reacción de desplazamiento a monóxido de carbono e hidrógeno. Así, se incrementa la proporción ponderal de hidrógeno contenido en el destilado. Cuanto menores sean la relaciones ponderales de oxígeno y agua, la gasificación será más similar a la destilación seca (o carbonización). Así, disminuye el contenido de gas mientras que aumenta el contenido de líquido.

En el caso de realizar la gasificación por combustión parcial, el componente del tipo de aceite es nafta y alquitrán en los que se destilan productos de la gasificación por combustión parcial y la materia volátil del carbón tal como están.

A continuación se describe la gasificación parcial a gas de agua a usar en el método y aparato descritos describiendo, a título de ejemplo, el caso de usar carbón como materia prima. Ejemplos de métodos de realizar la gasificación parcial a gas de agua son métodos que usan, respectivamente, un horno de lecho fijo, un horno de lecho fluido, un horno de lecho en circulación, un horno de capa o lecho fundido, un horno de lecho móvil, un horno combinado de lecho fijo-lecho en circulación, un horno combinado de lecho fluido-lecho en circulación y un horno combinado de lecho en circulación-lecho de capa fundida.

Las condiciones de las gasificación parcial de carbón a gas de agua varían con estos métodos. Si el peso del carbón es 1, la relación ponderal de agua a carbón es menor que 3. Preferiblemente, la relación ponderal de agua a carbón es 0,1 a 2,0. La temperatura de tratamiento es la temperatura del horno y varía de aproximadamente 300 a 1.600ºC. La presión varía desde la atmosférica a 100 atm. Cuando la relación ponderal de vapor de agua a carbón es próxima a 2, se produce una reacción de desplazamiento a monóxido de carbono e hidrógeno. Así, se incrementa la proporción ponderal de hidrógeno contenido en el destilado. Cuando la relación ponderal de agua a carbón es próxima a 0,1, la gasificación es similar a la destilación seca. Así, disminuye el contenido de gas.

El calentamiento del carbón para su desgasificación parcial a gas de agua se puede realizar calentando un horno de gasificación parcial a gas de agua desde el exterior y suministrando vapor de agua al carbón. Sin embargo, preferiblemente se añade vapor de agua a un gas para calentarlo a una temperatura predeterminada, por ejemplo 400 a 1.800ºC, que se obtiene quemando un combustible, y después se calienta el horno por este gas. Así, se destilan un gas y la materia volátil.

El origen de la humedad depende del tipo del horno de gasificación parcial a gas de agua antes mencionado y se puede usar agua, agua de drenaje, vapor de agua de baja presión o vapor de agua de alta presión.

Además de vapor de agua se puede añadir al gas de calentamiento hidrógeno, monóxido de carbono, dióxido de carbono, un hidrocarburo, una parte del gas de agua generado, un componente del tipo de aceite o un alcohol.

En el caso de la gasificación parcial a gas de agua, los componentes gaseosos dependen del tipo de carbón, grado de la gasificación parcial a gas de agua y condiciones operativas del tratamiento. En el caso de soplar vapor de agua y aire al carbón, el gas obtenido contiene, como componentes principales, nitrógeno, dióxido de carbono, monóxido de carbono, metano e hidrógeno. La cantidad o rendimiento de calor generado por el componente gaseoso, que se produce por la gasificación parcial a gas de agua, es 100 a 1.500 kcal/m^{3}N. En el caso de soplar vapor de agua y oxígeno al carbón, el gas obtenido contiene, como componentes principales, monóxido de carbono, metano, hidrógeno y dióxido de carbono. La cantidad o rendimiento de calor generado por el componente gaseoso, que se produce por la gasificación parcial a gas de agua, es 2.500 a 4.500 kcal/m^{3}N. El destilado contiene usualmente hidrocarburos, sustancias nitrogenadas (como amoníaco), sulfuros (como sulfuro de hidrógeno) y alquitrán, además del componente gaseoso antes mencionado. Para citar un ejemplo, en el caso de la gasificación parcial a gas de agua en el estado en que la relación invertida es 35%, a 830ºC y a una presión de 70 atm, el componente gaseoso contiene, como componentes principales, 24% de hidrógeno, 7% de metano, 7% de monóxido de carbono y 4% de hidrocarburos, además de humedad, nitrógeno, dióxido de carbono, sustancias nitrogenadas (como amoníaco), sulfuros (como sulfuro de hidrógeno) y alquitrán.

En el caso de realizar la gasificación parcial a gas de agua, el componente del tipo de aceite que comprende principalmente nafta y alquitrán se obtiene como destilado de productos de la gasificación por combustión parcial y la material volátil del carbón.

A continuación se explica la hidrogenación parcial a usar en el método y aparato de la presente invención describiendo, a título de ejemplo, el caso de usar un combustible sólido orientado a calderas, como carbón. La hidrogenación parcial se puede realizar sin usar catalizador y también en presencia de un catalizador metálico. En el caso de no usar catalizador, el aceite obtenido se usa como disolvente a recircular y, así, la temperatura y presión del tratamiento son casi las mismas que en el caso de la descomposición térmica y la carbonización. Sin embargo, como la hidrogenación es una reacción exotérmica, la cantidad necesaria de calor a aportar al aparato es muy pequeña.

La hidrogenación parcial se puede realizar a una temperatura en el intervalo de 400 a 500ºC y a una presión en el intervalo de 20 a 200 atm, usando aceite obtenido en presencia de un catalizador desechable, como Co-Mo/alúmina o Ni-Mo/alúmina o un catalizador de hierro o un catalizador de zinc, como disolvente de recirculación.

El destilado obtenido de esta manera es rico en hidrocarburos gaseosos inferiores, como metano. Además, la cantidad de calor de este destilado es alta.

A continuación se explica la licuefacción parcial a usar en el método y aparato de la presente invención describiendo, a título de ejemplo, el caso de usar un combustible sólido orientado a calderas, como carbón. El aceite obtenido se usa como disolvente de recirculación y el combustible sólido orientado a calderas se dispersa en el disolvente sin experimentar cambio alguno o, alternativamente, el combustible sólido orientado a calderas se dispersa en el disolvente de recirculación triturándolo a un polvo fino. Además, la licuefacción se realiza sin catalizador o usando un catalizador similar al catalizador de la hidrogenación parcial y por métodos tales como el método IG, método EDS, método Dow, un método con cloruro de zinc como catalizador, el método Bergbau-Forschung, método Saarbergwerke, método SRC, método SRC-II, método Mitsui-SRC, método C-SRC, método de H-carbón, un método de extracción con un disolvente, un método de extracción con un gas supercrítico, método STC, un método de solvolisis, método CS/R, método IGT-SRT y método NEDOL. Con respecto a las condiciones de la licuefacción parcial, la temperatura está en el intervalo de 300 a 500ºC y la presión en el intervalo de 20 a 200 atm.

Cuando se realiza a presión baja, se obtienen cantidades grandes de carbón calcinado residual y aceite pesado. Sin embargo, en el caso del método y aparato descritos, el carbón calcinado residual y el alquitrán se pueden usar en la caldera. Así, no se realiza necesariamente una licuefacción completa.

A continuación se explica la irradiación con microondas a usar en el método y aparato descritos describiendo, a título de ejemplo, el caso de usar un combustible sólido orientado a calderas, como carbón.

La irradiación con microondas es preferiblemente una operación de realizar la descomposición parcial del combustible en presencia de un hidrocarburo y enfriar después el destilado con agua, etc., para convertirlo en un componente gaseoso (que no se condensa), un componente licuado (que se condensa) y un componente líquido y un componente sólido (que se separan por decantación).

El método de irradiación con microondas puede ser un método en el que se irradian microondas desde el exterior de un reactor u otro método en el que se irradian microondas en un reactor. La irradiación con microondas se puede realizar según un método continuo, semicontinuo o discontinuo.

Es preferible realizar la irradiación con microondas en presencia de un hidrocarburo.

Ejemplos de hidrocarburos incluyen hidrocarburos alifáticos saturados, hidrocarburos alifáticos insaturados, hidrocarburos alicíclicos saturados, hidrocarburos alicíclicos insaturados e hidrocarburos aromáticos, cuyas moléculas contienen 1 a 20 átomos de carbono (es decir, el número de carbonos es 1 a 20). Especialmente es muy preferible un hidrocarburo gaseoso. Ejemplos de hidrocarburos gaseosos incluyen metano, etano, etileno, acetileno, propano, propileno, metilacetileno, butano, buteno, butadieno, pentano, hexano, heptano, benceno, tolueno, xileno y ciclohexano. El hidrocarburo puede ser generado calentando un hidrocarburo líquido o acompañándolo con un gas inerte.

En presencia de un hidrocarburo, éste es convertido a estado de plasma por las microondas. Esto favorece la reacción del hidrocarburo con el carbón. En consecuencia, a partir de un combustible orientado a calderas, como carbón, se pueden generar eficientemente un componente gaseoso, un componente líquido y un residuo.

La irradiación con microondas se puede realizar a temperatura ordinaria (ambiente) o calentando. El calentamiento se puede realizar calentando simplemente el reactor desde el exterior. Sin embargo, preferiblemente un hidrocarburo gaseoso que ha sido calentado a una temperatura predeterminada se alimenta al horno que entonces es calentado por este gas. Así, se forma materia volátil que acompaña al gas calentado. La temperatura de calentamiento es mayor que 50ºC, preferiblemente de 100 a 1.000ºC y más preferiblemente menor que 600ºC.

En el caso de irradiación con microondas, el componente del tipo de aceite incluye principalmente gasóleo ligero, alquitrán y alcoholes. Cuando la descomposición se realiza en presencia de hidrógeno y un hidrocarburo, como metano, se incrementa el volumen de hidrocarburo gaseoso y gasóleo ligero.

A continuación se explica la gasificación por combustión parcial a usar en el método y aparato descritos describiendo, a título de ejemplo, el caso en el que el combustible orientado a calderas es una mezcla de aceite pesado y carbón. La gasificación por combustión parcial se realiza incluso cuando no hay catalizador en el aparato. Además, la gasificación por combustión parcial se puede realizar en presencia de un catalizador del tipo de compuesto de metal alcalino (como carbonato potásico), un catalizador de níquel, un catalizador de Ni-dolomita y un catalizador de Ni-magnesia.

En el caso de que la proporción de carbón sea mayor que la de aceite pesado, como método de realizar la gasificación por combustión parcial se puede citar un método que usa un horno, como un horno de lecho fijo, un horno de lecho fluido, un horno de lecho en circulación, un horno de lecho fundido, un horno de lecho móvil, un horno combinado de lecho fijo-lecho en circulación, un horno combinado de lecho fluido-lecho en circulación o un horno combinado de lecho en circulación-lecho fundido.

Por el contrario, en el caso de que la proporción de aceite pesado sea mayor que la de carbón, como método de realizar la gasificación por combustión parcial se pueden citar un método como el método ERE de coquización flexible, método Ube de gasificación de aceite pesado, método Shell de gasificación, método Texaco de oxidación parcial o un método de calentamiento medio de carbón, sustituido por un método de calentamiento medio de coque (método KK).

En el caso del método ERE de coquización flexible, la mezcla de carbón y aceite pesado (denominada en lo sucesivo la materia prima) se suministra a un reactor. En el reactor el aceite pesado se descompone térmicamente sobre el carbón o coque fluidizado de calentamiento y se separa en un destilado y un residuo (es decir, el carbón o coque). El residuo adherido al carbón o coque de coquización se envía a una cámara de calentamiento donde el residuo es calentado por el coque y gas alimentado a una temperatura de 600 a 650ºC desde un gasificador. Después, el residuo se recircula al reactor. Una parte del residuo, que ha sido enviado a la cámara de calentamiento, se envía al gasificador en el que es gasificado por aire y vapor de agua a una temperatura de 925 a 975ºC. Después, el gas resultante retorna a la cámara de calentamiento. Una parte del residuo colocado en la cámara de combustión es recogida como combustible de calderas mientras que la parte restante se recircula al reactor.

En el caso del método de coquización fluida que se usa en la descomposición térmica de aceite pesado en lugar del método ERE de coquización flexible, un residuo adherido sobre un coque de calentamiento se envía a una cámara de combustión en la que el residuo es calentado por el aire que se suministra. Después, el residuo se recircula al reactor. Parte del residuo colocado en la cámara de combustión es recogido como combustible de calderas mientras que la parte restante se recircula al reactor.

En el caso de aceite pesado cuya viscosidad sea alta se puede usar un horno de descomposición del tipo Commbo Flexicoquer.

En el caso del proceso Ube de gasificación de aceite pesado, la materia prima se suministra a un horno de descomposición de lecho fluido en el que se descompone la materia prima a una temperatura de 500 a 900ºC usando oxígeno. Se suministra vapor de agua al horno junto con oxígeno para reducir la presión parcial del aceite pesado. Así, se favorece la descomposición y el vapor de agua sirve para mantener la temperatura del horno. Si la descomposición se produce a una temperatura de 500 a 600ºC, se incrementa el contenido de componente líquido. Si la descomposición se produce a una temperatura de 800 a 900ºC, se incrementa el contenido de componente gaseoso. Se obtiene un residuo haciendo que el carbón calcinado residual se disperse en un residuo combustible líquido pegajoso que se puede usar como combustible de calderas.

El lecho fluido está formado sólo por el carbón que se añade al horno como materia prima. Además, también puede existir un material refractario esférico.

En el caso del método Shell de gasificación, la materia prima se suministra a un horno de gasificación después de haber sido precalentada. A este horno se sopla aire y oxígeno gaseoso. Así, la materia prima es oxidada a una temperatura de aproximadamente 1.500ºC y a una presión en el intervalo de la atmosférica a 100 atm, especialmente a una presión menor que 20 atm en el caso de usar aire o a una presión mayor que 30 atm en el caso de usar oxígeno gaseoso. Así, se realiza la gasificación parcial. El gas de escape del horno de gasificación se lava por el aceite pesado a usar como materia prima y después se usa como combustible en una turbina de gas después de separar partículas finas de carbón y cenizas. La suspensión de aceite pesado que contiene las partículas finas de carbón y cenizas se emplea como materia prima del horno de gasificación añadiendo a la suspensión carbón atomizado después de separar de éste la humedad. El gas de escape del horno de gasificación se lava usando nafta separada de un destilado por destilación y así se adapta para que se pueda separar fácilmente la humedad.

En el caso del método de oxidación por aire, aunque en el material se mezcla nitrógeno, que es aproximadamente 60%, se obtiene un gas que tiene una presión de 20 atm y un poder calorífico de 1.000 kcal/m^{3} y que se usa tal cual en una turbina de gas.

En el caso del método Texaco de oxidación parcial, la materia prima se mezcla con vapor de agua, se precalienta a una temperatura de aproximadamente 380ºC y se suministra a un reactor junto con aire u oxígeno. En el reactor se produce una reacción a una temperatura de 1.200 a 1.500ºC y a una presión de 20 a 150 atm. El gas de escape del reactor se enfría rápidamente con agua. Simultáneamente, se produce una reacción de desplazamiento del gas de escape a hidrógeno y dióxido de carbono. El gas obtenido se usa en una turbina de gas. Se extrae carbón suspendido en agua usando el componente del tipo de aceite o el fuel y se mezcla con la materia prima.

En el caso del método medio de calentamiento de carbón, la materia prima se suministra a un reactor de columna al que también se suministra vapor de agua procedente de su porción inferior. Se recircula al reactor un residuo no descompuesto precalentado en un recalentador y que contiene carbón o coque (denominado en lo sucesivo simplemente residuo no descompuesto) produciéndose en el reactor la descomposición de la materia prima principalmente por vía térmica. El destilado producido por la descomposición térmica se extrae de la porción superior del reactor y se usa como combustible de turbinas de gas. Una parte del residuo no descompuesto se suministra desde la porción superior del reactor a la porción inferior del recalentador. La parte restante del residuo no descompuesto se usa como residuo, es decir, como combustible de calderas. Se suministra vapor procedente de la porción inferior del recalentador. Además, se sopla aire u oxígeno al recalentador procedente de una zona media de éste y el residuo no descompuesto se quema y así se calienta. Una parte del residuo no descompuesto calentado se recircula desde la zona superior del recalentador a la zona inferior del reactor. Además, de la zona superior del recalentador se extrae un gas de combustión. En el caso de este método, además de la oxidación parcial, se produce gasificación debido a gasificación a gas de agua originada al soplar vapor al recalentador.

Especialmente, en el caso de que la proporción de carbón sea alta, como métodos de realizar la gasificación por combustión parcial se pueden citar, por ejemplo, métodos que usan respectivamente un horno de lecho fijo, un horno de lecho fluido, un horno de lecho en circulación, un horno de lecho fundido, un horno de lecho móvil, un horno combinado de lecho fijo-lecho en circulación, un horno combinado de lecho fluido-lecho en circulación y un horno combinado de lecho en circulación-lecho fundido.

Especialmente, en los métodos antes mencionados usados en el caso en que la proporción de carbón sea alta, la relación ponderal de oxígeno (incidentalmente, en el caso de usar aire, oxígeno contenido en el aire) y agua a añadir a una mezcla de carbón y fuel depende de los métodos de realizar la gasificación por combustión parcial. Si el peso de la mezcla de carbón y fuel es 1, la relación ponderal de oxígeno a mezcla de carbón y fuel es menor que aproximadamente 1,0:1 y la relación ponderal de agua a mezcla de carbón y fuel es menor que 3:1. Preferiblemente, la relación ponderal de oxígeno a mezcla de carbón y fuel es 0,1 a 0,5. Además, la relación ponderal de agua a mezcla de carbón y fuel es 0,5 a 2,0. La temperatura de tratamiento es la temperatura del horno y varía de aproximadamente 300 a 1.600ºC. La presión varía desde la atmosférica hasta 100 atm. Por lo tanto, se puede obtener un destilado aplicando una presión comprendida en el intervalo entre la atmosférica y 100 atm.

El origen del vapor de agua depende del tipo del horno de gasificación por combustión parcial antes mencionado y puede ser agua, agua de drenaje, vapor de agua de baja presión y vapor de agua de alta presión. El agua se puede mezclar con el carbón y alimentarla al horno de gasificación por combustión parcial como fluido de carbón/agua. Igualmente, el agua se puede alimentar al horno de gasificación por combustión parcial como fluido de aceite pesado/agua o fluido de mezcla de carbón y aceite pesado/agua.

Cuando la relación ponderal de vapor de agua a añadir es próxima a 3, se produce una reacción de desplazamiento a monóxido de carbono e hidrógeno. Así, se incrementa la proporción ponderal de hidrógeno contenido en el destilado. Cuando las relaciones ponderales de oxígeno y agua son menores, la gasificación es similar a la descomposición térmica. Así, disminuye el contenido gas mientras que se incrementa el contenido de líquido.

Al aire, oxígeno y vapor de agua se pueden añadir hidrógeno, monóxido de carbono, dióxido de carbono, un hidrocarburo, una parte del componente gaseoso generado, un componente del tipo de aceite o un alcohol.

La temperatura de gasificación es preferiblemente menor que 1.000ºC y más preferiblemente menor que 600ºC.

En el aparato descrito, en el caso de que el destilado sea un gas o una mezcla de un gas y un líquido, apenas hay sustancias sólidas mezcladas en aquél. Sin embargo, si fuera necesario, las sustancias sólidas mezcladas en el destilado se pueden separar por un ciclón, un filtro o un tamiz.

La temperatura del tratamiento parcial es preferiblemente menor que 1.000ºC, más preferiblemente menor que 600ºC y lo más preferiblemente menor que 500ºC. Así, apenas hay sales de sodio y potasio y compuestos de vanadio mezclados en el destilado. Se puede obtener un combustible para turbinas de gas que tiene la cantidad preferible de impurezas con esta operación de tratamiento o mediante una simple operación de separación, como una destilación.

Aunque como combustible de una turbina de gas (A) se puede usar un destilado (D) tal cual es, como combustible de una turbina de gas se puede usar un componente gaseoso no condensable (V) y un componente líquido condensable que se obtienen enfriando el destilado.

A veces, el destilado (D) contiene compuestos nitrogenados ordinarios (como amoníaco), sulfuros (como sulfuro de hidrógeno), hidrocarburos de peso molecular alto y alquitrán, además del componente gaseoso (V).

El componente gaseoso (V) se puede refinar lavándolo con un componente líquido (que será descrito más adelante), un componente del tipo de aceite u otros agentes de lavado. El sulfuro de hidrógeno puede ser separado con un equipo de desulfuración después de haber eliminado el polvo.

Además, usando un ciclón y un filtro se puede suministrar a la cámara de combustión de una turbina de gas un destilado o un gas que estén a una temperatura alta y a una presión alta.

El componente líquido incluye humedad y un componente del tipo de aceite (O). Si fuera necesario, se utiliza sólo el componente del tipo de aceite (O) como combustible de una turbina de gas separando del componente líquido la humedad. La materia inorgánica, como sales, se condensa en la humedad. Así, cuando se usa una turbina de gas, es preferible usar sólo el componente del tipo de aceite (O). La humedad separada contiene alcoholes, ácidos carboxílicos y ácidos del alquitrán y, por lo tanto, se mezcla en el combustible de calderas (B). Además, el componente líquido, la humedad y el componente del tipo de aceite se pueden usar separando de ellos materiales sólidos por medio de un tamiz o un filtro.

El componente del tipo de aceite (O) está constituido principalmente por nafta, queroseno, aceite ligero y alquitrán y se obtiene por descomposición parcial del combustible orientado a calderas (F) y/o se obtiene como resultado de diluir materia volátil incluida en el combustible (F) tal cual es.

El componente del tipo de aceite (O) se puede usar de haber sido refinado y separado por destilación. Los componentes del tipo de sales, como sales de sodio, potasio y calcio, y otra materia inorgánica, como plomo y vanadio, se condensan en un residuo de destilación. Así, si se destila y refina, se obtiene un combustible de turbinas de gas (G) más deseable. En este caso, el residuo (R') se puede mezclar en el combustible de calderas (B).

Se puede adaptar el aparato para quemar en una turbina de gas una mezcla de un componente gaseoso y un componente del tipo de aceite. Alternativamente, se puede adaptar el aparato de modo que se proporcionen individualmente una turbina de gas para quemar gas y una turbina de gas para quemar aceite, para quemar respectivamente un componente gaseoso y un componente del tipo de aceite. Especialmente, en este último caso, es preferible proporcionar una o más turbinas de gas, correspondientes a una caldera del aparato, para quemar combustible líquido.

La presión del gas de escape a la salida de la turbina de gas puede ser la presión atmosférica. Alternativamente, el gas de escape puede estar presurizado a la salida de la turbina de gas. Regular a la presión atmosférica la presión del gas de escape permite la utilización eficaz de energía de un gas de combustión de temperatura alta y presión alta. Cuando el gas de escape de la turbina de gas se aplica a la caldera y el gas de escape se quema de nuevo, se puede utilizar su calor residual, presión y oxígeno usando una caldera convencional que puede funcionar a la presión atmosférica.

Las impurezas contenidas en el combustible de turbinas de gas (G) son, por ejemplo, las siguientes: sodio y potasio, cuya cantidad total es preferiblemente menor que 0,5 ppm en peso; vanadio, cuya cantidad es preferiblemente menor que 0,5 ppm en peso; calcio, cuya cantidad es preferiblemente menor que 0,5 ppm en peso porque el calcio origina un depósito o lodo más duro; y plomo, cuya cantidad es preferiblemente menor que 0,5 ppm en peso porque el plomo causa corrosión y reduce los efectos de añadir magnesio para evitar que se produzca corrosión.

En consecuencia, dicho combustible deseable de turbinas de gas se puede obtener por tratamiento parcial de un combustible orientado a calderas.

En el caso de la gasificación por combustión parcial de una mezcla de carbón y aceite pesado, el residuo varía con los tipos de carbón y fuel, proporción de los mismos en la mezcla, grado de gasificación por combustión parcial de la mezcla y condiciones del tratamiento. En algunos casos, se obtiene un residuo en un estado en el que hay disperso carbón calcinado residual o coque formando un residuo aceitoso pegajoso. También, a veces se obtiene un residuo de la mezcla que está totalmente coquizado. Sin embargo, de acuerdo con el tipo de caldera se selecciona uno de dichos estados del residuo de la mezcla.

El residuo del carbón es carbón calcinado residual en el caso de realizar la carbonización a temperatura baja y coque en el caso de realizar la carbonización a temperatura alta y es una sustancia que conserva la forma del carbón en el caso de realizar la carbonización por descomposición térmica porque no se produce sinterización. En la descripción del método y aparato, dicho residuo se denomina residuo de carbonización por descomposición térmica.

Dependiendo principalmente del tipo de carbón, el rendimiento de carbón calcinado residual es mayor en el caso de realizar la carbonización a temperatura baja que el rendimiento de coque en el caso de realizar la carbonización a temperatura alta. El rendimiento de residuo en el caso de realizar la carbonización por descomposición térmica es también mayor que el rendimiento de carbón calcinado residual y a veces llega a ser 800 kg/t de carbón.

En el caso de realizar la irradiación con microondas, el residuo es un carbón calcinado residual o residuo de carbonización por descomposición y tiene un poder calorífico superior de 5.000 a 6.500 kcal/kg.

En el caso de realizar la gasificación parcial a gas de agua y la gasificación por combustión parcial, se obtienen residuos en forma de polvo o de grumos como resultado de ser reblandecidos y fundidos o en forma de coque o carbón calcinado residual, dependiendo de los tipos de carbón, grado de gasificación parcial de la mezcla a gas de agua, tipos de las sales contenidas como impurezas y condiciones del tratamiento. En los residuos se condensan cenizas, diversos tipos de sales y componentes que producen corrosión de los álabes de la turbina, como vanadio.

En el caso del tratamiento parcial de fuel, el residuo es un aceite de viscosidad alta y materia seca o coque.

En el caso del tratamiento parcial de una mezcla de fuel y carbón, el residuo es una mezcla de los residuos antes mencionados en el caso del tratamiento de carbón y de fuel.

En el caso del tratamiento parcial de plásticos residuales, los residuos son residuos de descomposición y un aceite de viscosidad alta.

En el caso del método y aparato descritos, la caldera para quemar residuos realiza la combustión de los residuos a la presión atmosférica y la combustión de residuos presurizados. Por lo tanto, el método y aparato descritos se implementan fácil y económicamente utilizando un planta de generación de energía que emplea una caldera convencional que tiene una superficie de transferencia de calor por radiación y una superficie de transferencia de calor por convección sin modificar mucho la planta.

En el caso del aparato, la temperatura de la superficie de los tubos de la caldera es baja, a saber, aproximadamente 600ºC. Así, aunque el combustible contenga sales de metales alcalinos o alcalinotérreos y compuestos de vanadio, se puede usar la caldera. Otro aspecto característico reside en el hecho de que se puede quemar un residuo en el que están condensadas estas impurezas.

La relación entre la cantidad de calor consumido en una turbina de gas y el consumido en una turbina de vapor es de 20-60 a 80-40% cuando las turbinas están a pleno funcionamiento. La relación preferible es de 30-55 a 70-45% y la relación más preferible es de 35-50 a 65-50%.

Por lo tanto, la relación entre la cantidad de calor proporcionada por el combustible de la turbina de gas (A) y la proporcionada por el combustible de la caldera (B) debe estar dentro de los intervalos antes mencionados.

En el caso de generar energía eléctrica usando sólo un destilado (D) y un residuo (R) obtenidos por tratamiento parcial de un combustible orientado a calderas (F), la relación entre la cantidad de calor del destilado (o del componente del tipo de aceite o del componente del tipo de aceite refinado) y la del residuo se ajusta a un valor dentro de los intervalos antes mencionados. En el caso de generar energía eléctrica usando una combinación de un combustible orientado a turbinas de gas (G'), un combustible orientado a calderas (F') y un destilado (D) y un residuo (R) obtenidos por tratamiento parcial de un combustible orientado a calderas (F'), la relación de la cantidad de calor del combustible de la turbina de gas (A) a la del combustible de la caldera (B), que se obtienen después de dicha combinación, se ajusta a un valor dentro de los intervalos antes mencionados.

En el caso de que la relación de la cantidad de calor del combustible de la turbina de gas a la del combustible de la caldera sea demasiado baja en comparación con los valores de los intervalos antes mencionados, no se incrementa mucho la eficiencia de generación de energía. Es necesario hacer que la relación de la cantidad de calor del combustible de la turbina de gas sea superior al intervalo antes mencionado para conseguir la gasificación completa o un tratamiento severo. Así, el método y aparato descritos son económicos en cuando a coste del equipo y tratamiento.

Además, con respecto a la relación entre las cantidades de calor del combustible de la turbina de gas y del combustible de la caldera, el gas de escape de la combustión de la turbina de gas se suministra a la caldera en la que se pueden quemar los residuos. Así, se pueden utilizar eficazmente el poder calorífico y el oxígeno residual del gas de escape de la combustión. En consecuencia, se puede aumentar la eficiencia térmica realizando generación de energía de ciclo combinado quemando el gas de escape.

Además, se puede hacer que la suma de los contenidos de sodio y potasio en el combustible de la turbina de gas (G), o en el de la turbina de gas (A) que se obtiene mezclando el combustible de la turbina de gas (G), que se deriva del destilado, con un combustible orientado a turbinas de gas (G'), sea igual o menor que 0,5 ppm y, además, que el contenido de vanadio en el combustible (G) sea igual o menor que 0,5 ppm. En consecuencia, se puede obtener fácilmente un combustible de turbinas de gas frente al que los álabes de la turbina resisten la corrosión incluso si está en funcionamiento durante un largo período de tiempo.

Además, se puede usar un combustible apropiado seleccionándolo, de acuerdo con la circunstancias, a partir de un combustible que tiene poco efecto sobre el medio ambiente, de un combustible de bajo coste o de un combustible en exceso, ajustando la relación de la cantidad de calor del combustible orientado a la turbina de gas a la del combustible de la caldera a un valor dentro del intervalo antes mencionado.

Por lo tanto, en el caso de realizar la generación de energía mediante el método y aparato descritos, la generación de energía se realiza usando queroseno excedente en épocas en las que no es necesaria la calefacción doméstica, usando un gas subproducto como combustible orientado a la turbina de gas en el caso de producir metano como subproducto, o usando un combustible orientado a la caldera, como plástico residual, o produciendo un combustible para la turbina de gas y un combustible para la caldera mediante tratamiento parcial del combustible orientado a calderas cuando sea necesario el tratamiento del combustible orientado a calderas. En consecuencia, se puede realizar la generación de energía óptimamente de acuerdo con las cantidades de recursos y los costes y el entorno del aparato de generación de energía.

A continuación se describe breve y teóricamente el tratamiento parcial antes mencionado del combustible orientado a calderas omitiendo la descripción de la pérdida de calor del complejo.

Por ejemplo, se realiza el tratamiento parcial de un combustible orientado a calderas que tiene un poder calorífico de 100 Mcal (megacalorías) de modo que el combustible orientado a calderas se separa en un destilado que tiene un poder calorífico de 45 Mcal y un residuo que tiene un poder calorífico de 55 Mcal. Un tercio del poder calorífico del destilado (es decir, 15 Mcal) se convierte en energía eléctrica y el resto (30 Mcal), que corresponde al poder calorífico restante del destilado, está en el gas de combustión que sale de la turbina de gas. La temperatura de este gas de combustión es 450 a 700ºC. Este gas de combustión contiene oxígeno en una cantidad de 10 a 15% en volumen. Cuando se suministra este gas de combustión (cuyo poder calorífico es 30 Mcal) a la caldera y se quema el residuo (cuyo poder calorífico es 55 Mcal), una parte del residuo, cuyo poder calorífico es el 90% del poder calorífico de todo el residuo (es decir 76,5 Mcal), se convierte en vapor de agua. La parte restante del residuo, cuyo poder calorífico es el 10% del poder calorífico de todo el residuo (es decir 8,5 Mcal), se pierde como gas de escape de la caldera. Cuando la generación de vapor se realiza por medio de una turbina de vapor usando el vapor de agua generado (que tiene un poder calorífico de 76,5 Mcal), una cantidad de calor de 35,2 Mcal se convierte en energía eléctrica con una eficiencia térmica de 46%. Es decir, sólo 50,2 Mcal de todo el poder calorífico del combustible orientado a calderas (100 Mcal) se convierte en energía eléctrica.

Por el contrario, en el caso de generar energía eléctrica suministrando simplemente a la caldera un combustible orientado a calderas, como es el caso de un aparato convencional, el 90% del poder calorífico del combustible (90 Mcal) se convierte en vapor de agua quemando el combustible orientado a calderas que tiene un poder calorífico de 100 Mcal. Cuando se genera energía eléctrica con una turbina de vapor, una cantidad de calor de 43 Mcal se convierte en energía eléctrica con una eficiencia térmica de 48%. Es decir, sólo 41,4 Mcal de la cantidad de calor (100 Mcal) de todo el carbón se convierte en energía eléctrica.

Es decir, de la manera descrita, un combustible orientado a calderas se separa en un destilado y un residuo realizando el tratamiento parcial del combustible orientado a calderas. Así, se pueden obtener un combustible para una turbina de gas y un combustible para una caldera que tienen la calidad adecuada, de tal manera que la relación de la cantidad de calor del combustible para la turbina de gas a la cantidad de calor del combustible para la caldera corresponde a la relación de cantidades de calor antes mencionada. Además, se puede producir un combustible y se puede realizar fácil y económicamente la generación de energía de ciclo combinado.

A continuación se describe de una manera más práctica la relación antes mencionada entre el presente aparato descrito y el aparato convencional, usando el combustible orientado a calderas típico que es un combustible más típico.

En el caso de generar primero vapor de agua quemando simplemente en una caldera carbón (de un poder calorífico de 6.200 kcal/kg) que contiene 30% en peso de materia volátil y generar 1.000 MW de energía eléctrica mediante una turbina de vapor, se necesitan 8.536 t/día de carbón. La eficiencia térmica neta es 39% (referida al poder calorífico superior).

Por el contrario, en el caso de generar energía eléctrica mediante el aparato de la presente invención, se carbonizan 7.398 t/día del mismo carbón a 450ºC. Así se obtienen 2.005 t/día de un combustible para la turbina de gas, correspondientes a la materia volátil contenida en el carbón. Utilizando este combustible en la turbina de gas, ésta puede generar 269 MW de energía eléctrica. El gas de combustión que sale de la turbina de gas contiene 13% en volumen de oxígeno a una temperatura de 580ºC. Por lo tanto, se suministra a la caldera el gas de combustión que sale de la turbina de gas y se puede quemar este residuo. Se pueden obtener 731 MW de energía eléctrica por medio de la turbina de vapor. Es decir, se pueden generar 1.000 MW de energía eléctrica usando 7.398 t/día del mismo carbón. Por lo tanto, la eficiencia térmica neta se puede incrementar a 45%.

Particularmente, se ha encontrado que se puede utilizar eficazmente carbón, como lignito de baja calidad, rico en materia volátil y que tiene una relación de poder calorífico del destilado a poder calorífico del carbón en el intervalo de 20 a 60%, más preferiblemente mayor que 30% y lo más preferiblemente de 35 a 50%. En comparación con la gasificación completa del carbón, es fácil extraer la materia volátil en forma de destilado. Además, no se oxida la materia prima. Así se puede obtener un combustible que tiene pocas impurezas, como sodio, potasio y vanadio, manteniendo el poder calorífico inicial y realizando el tratamiento a temperatura baja.

En el caso de generar 1.000 MW de energía eléctrica quemando simplemente aceite pesado (potencia calorífica superior 9.800 kcal/kg) por medio de una caldera para generar vapor de agua y generar energía eléctrica mediante una turbina de vapor, se necesitan 5.265 t/día de aceite pesado. Incidentalmente, la eficiencia neta de generación es 40% (referida al poder calorífico superior).

Por el contrario, en el caso de realizar la generación de energía eléctrica de la manera descrita, se realiza la descomposición térmica de 4.481 t/día del mismo aceite pesado, a una temperatura de 480ºC y por el método de separación por viscosidades. Mediante una separación de volátiles simplificada se obtienen 1.824 t/día de gas para la turbina de gas. Usando este gas en la turbina de gas se pueden generar 312 MW de energía eléctrica. El gas de combustión que sale de la turbina de gas contiene 13% en volumen de oxígeno a 580ºC. Así, se puede quemar un residuo suministrando a la caldera este gas de combustión que sale de la turbina de gas. Se pueden generar 688 MW de energía eléctrica en la turbina de gas. Es decir, usando 4.481 t/día del mismo aceite pesado se pueden generar 1.000 MW de energía eléctrica. Por lo tanto, se puede incrementar la eficiencia neta de generación de energía a 47%.

Especialmente, como aceite pesado se pueden usar diversos tipos de materias primas. Además, en comparación con la gasificación completa del aceite pesado, por descomposición térmica es fácil obtener en forma de destilado un componente que se separa fácilmente. Además, no se oxida la materia prima. Así, se puede obtener un combustible que tiene un contenido bajo de impurezas, como sodio, potasio y vanadio, manteniendo el poder calorífico inicial y realizando el tratamiento a temperatura baja.

Esto es cierto en el caso de usar una mezcla de carbón y otro combustible orientado a calderas o una mezcla de fuel y otro combustible orientado a calderas o, especialmente, una mezcla de carbón y fuel, además del caso antes mencionado de usar sólo fuel, y también es bueno en el caso de cambiar la proporción usual de los combustibles, por ejemplo, reducir la proporción del destilado cuando hay un exceso de queroseno y se usa este queroseno como combustible auxiliar junto a un combustible orientado a calderas, o inversamente reducir la proporción del residuo.

El aparato se instala anexo a una planta, como una refinería de petróleo, una planta siderúrgica o una planta química, en la que se obtienen en el mismo lugar un combustible orientado a turbinas de gas y un combustible orientado a calderas. Además, el aparato puede realizar la generación de energía de ciclo combinado antes mencionada, preferiblemente generación de energía de ciclo combinado, quemando un gas de escape, usando el combustible orientado a turbinas de gas y el combustible orientado a calderas suministrados de una cualquiera de las plantas.

La refinería de petróleo recibe petróleo crudo u otras diversas materias primas y combustibles y puede suministrar combustibles orientados a turbinas de gas, como hidrógeno, LPG, nafta petroquímica, gasolina para aviación, gasolina para automóviles, combustible para turbinas de combustión, queroseno y gasóleo para motores diesel y también puede suministrar combustibles orientados a calderas, como fuel A, fuel B, fuel C, aceite residual a presión reducida, asfalto, coque de petróleo y alquitrán.

En consecuencia, el aparato de generación de energía puede generar energía eléctrica de ciclo combinado, preferiblemente generación de energía de ciclo combinado quemando un gas de escape, sin necesidad de proporcionar una unidad de tratamiento parcial, usando el combustible orientado a turbinas de gas y un combustible orientado a calderas que se proporcionan como tales de modo que la relación entre los poderes caloríficos de estos combustibles se ajustan a la relación antes mencionada.

Igualmente, en la planta siderúrgica se obtienen un gas de alto horno, que contiene monóxido de carbono e hidrógeno, o un gas de coquerías, que se produce al fabricar coque y es rico en hidrógeno, metano y monóxido de carbono. Dicho gas de horno alto y gas de coquerías se usan como combustibles orientados a turbinas de gas. Además, como combustible orientado a calderas se usa un residuo carbonoso obtenido en la planta siderúrgica, coque siderúrgico, carbón usado como materia prima del coque, gas natural usado para calentar mineral de hierro, aceite pesado o carbón pulverizado. Además, el combustible orientado a turbinas de gas y el combustible orientado a calderas se usan de modo que la relación entre los poderes caloríficos de estos combustibles se ajusta a la relación antes mencionada. En consecuencia, el aparato puede realizar generación de energía de ciclo combinado, preferiblemente generación de energía de ciclo combinado quemando el gas de escape de la turbina, sin necesidad de proporcionar una unidad de tratamiento parcial.

Igualmente, una planta química recibe por lo menos un material seleccionado de materia prima y combustible, como LNG, butano, nafta, fuel o carbón, y produce reacciones de síntesis. Después, desde este planta y como combustible orientado a turbinas de gas se suministran gases inflamables, como hidrógeno, monóxido de carbono, metano, etano, etileno, propano, propileno y gas de combustión, y/o productos líquidos cuyo punto de ebullición a la presión atmosférica es menor que 500ºC. Por otro lado, como combustible orientado a calderas se puede usar alquitrán descargado de la planta o aceite pesado y carbón usados como materia prima y combustible de plantas químicas. En consecuencia, el aparato de generación de energía puede realizar generación de energía de ciclo combinado, preferiblemente generación de energía de ciclo combinado quemando gas de escape de la turbina, sin tener una unidad de tratamiento parcial, usando el combustible orientado a turbinas y el combustible orientado a calderas de modo que la relación entre los poderes caloríficos de estos combustibles se ajusten a la relación antes mencionada.

Ejemplos de plantas químicas son las siguientes: una planta de fabricación de productos olefínicos/aromáticos realizando craqueo de naftas; una planta de fabricación de resinas para aplicaciones generales, como poliolefinas, poliestireno y poli(cloruro de vinilo); una planta de fabricación de resinas para producir poliéster, nailon, poliuretano, poliacrilonitrilo, poli(acetato de vinilo) y poliacetal; y una planta para producir productos químicos de peso molecular bajo, como amoníaco, urea, sulfato amónico, nitrato amónico, melamina, acrilonitrilo, metanol, formalina, acetaldehído, ácido acético, acetato de vinilo, pentaeritritol, etanol, propanol, butanol, octanol, óxido de etileno, óxido de propileno, glicerol, fenol, bisfenol, anilina, diisocianato de difenilmetano, toluenodiisocianato, acetona, metil isobutil cetona, anhídrido maleico, ácido acrílico, poli(ácido acrílico), ácido metacrílico, poli(ácido metacrílico) y acrilamida.

El método y aparato descritos se pueden aplicar a una planta combinada (o complejo industrial), es decir, combinaciones de diversas plantas, como una refinería de petróleo, una planta petroquímica, una planta siderúrgica, una acería, una planta de tratamiento de alimentos y una central eléctrica.

También el aparato se puede instalar anexo a una mina de carbón y usar carbón y un gas obtenido del carbón como combustible orientado a calderas y combustible orientado a turbinas de vapor, respectivamente, de modo que la relación entre los poderes caloríficos de estos combustibles se ajuste a la relación antes mencionada. En consecuencia, el aparato puede realizar generación de energía de ciclo combinado, preferiblemente generación de energía de ciclo combinado quemando el gas de escape de la turbina, sin tener una unidad de tratamiento parcial.

Además, el aparato de generación de energía usa metano, que se genera fermentando lodos, excrementos de aves o sedimentos de queso de soja producidos en un proceso de fabricación de "tofu" (queso de semilla de soja) y residuo seco de los mismos como combustible orientado a turbinas de gas y combustible orientado a calderas, respectivamente, de tal manera que la relación entre los poderes caloríficos de estos combustibles de ajuste a la relación antes mencionado. Así, el aparato puede realizar generación de energía de ciclo combinado, preferiblemente generación de energía de ciclo combinado quemando el gas de escape de la turbina, sin tener una unidad de tratamiento parcial.

Así, el aparato de generación de energía puede realizar generación eficiente de energía instalándolo anexo a una planta, como una refinería de petróleo, una planta siderúrgica o una planta química, y generando energía eléctrica en el mismo lugar, es decir, en la misma planta, usando un combustible orientado a turbinas y un combustible orientado a calderas producidos en dicha planta. Así, la energía generada se puede utilizar no sólo como energía a consumir en la propia planta sino también como energía para ser vendida. En consecuencia, el método y aparato de generación de energía de la presente invención puede suplir un déficit de energía eléctrica durante un pico de la demanda.

A continuación se describen en detalle algunas realizaciones de la presente invención haciendo referencia a los dibujos adjuntos.

En los dibujos sólo se muestran partes principales de un aparato de generación de energía que realiza la presente invención. Es decir, por simplicidad de los dibujos se han omitido dispositivos tales como bombas, cambiadores de calor, ciclones, tamices, filtros, depósitos de almacenamiento, equipos de transporte de materias sólidas y de generación de gases de calentamiento, acoplamientos, equipos de desnitrificación, desulfuración y descarbonatación de gases de combustión, etc.

A continuación se describen porciones de composición para realizar los métodos de la descomposición parcial de un combustible orientado a calderas relativa a dichos métodos.

(A) Carbonización

En el aparato de la figura 1, primero se seca un carbón 1. Después, dicho carbón 1 se suministra a un equipo de tratamiento de descomposición parcial 2 (en este caso, un dispositivo de carbonización, más particularmente un dispositivo de carbonización a temperatura baja). Se calienta el carbón 1 a una temperatura predeterminada usando un gas de calentamiento 15 que ha sido generado quemando un combustible. Así, se obtiene un destilado 3 que sale junto con el gas de calentamiento 15. Por otro lado, se descarga un residuo 4 (en este caso, carbón calcinado residual) por la parte inferior del equipo de tratamiento de descomposición parcial 2.

(B) Irradiación con microondas

En el aparato de la figura 1, primero se seca un carbón 1. Después, dicho carbón 1 se suministra a un equipo de tratamiento de descomposición parcial 2 (en este caso, un dispositivo de irradiación con microondas). Se realiza la descomposición parcial del carbón 1 junto con un hidrocarburo gaseoso 15, en lugar del gas de calentamiento 15. Como resultado, se obtiene un destilado 3. También, se descarga un residuo 4 por la parte inferior del equipo de tratamiento de descomposición parcial 2.

(C) Gasificación parcial a gas de agua

En el aparato de la figura 1, se suministra carbón 1 a un equipo de tratamiento de descomposición parcial 2 (en este caso, un dispositivo de gasificación parcial a gas de agua y más particularmente un horno de gasificación de lecho fijo) después de haber medido el contenido de humedad en el carbón 1. Se realiza la gasificación parcial a gas de agua en el carbón 1 a una temperatura predeterminada, a una presión predeterminada y durante un tiempo de reacción predeterminado, junto con un gas de calentamiento 15' que ha sido generado por separado quemando un combustible y al que se ha añadido una cantidad predeterminada de vapor de agua. Como resultado, se obtiene un destilado 3 que sale por la parte superior del equipo de gasificación parcial a gas de agua 2 y se descarga un residuo 4 por la parte inferior de éste.

(D) Gasificación de carbón por combustión parcial

En el caso de la gasificación por combustión parcial, el proceso es diferente del proceso de carbonización en los siguientes aspectos.

En el aparato de la figura 1, se suministra carbón 1 a un equipo de tratamiento de descomposición parcial 2 (en este caso, un dispositivo de gasificación de lecho de circulación). La gasificación por combustión parcial se realiza en el carbón 1 al que se añade una cantidad predeterminada de aire (u oxígeno) 17 y vapor de agua 18, en lugar del gas de calentamiento 15, a una temperatura predeterminada, a una presión predeterminada y durante un tiempo de reacción predeterminado. Como resultado, se obtiene un destilado 3 que sale por la parte superior del equipo de tratamiento de descomposición parcial 2 y se descarga un destilado 4 por la parte inferior de éste.

(E) Gasificación de una mezcla de carbón y aceite pesado por combustión parcial

En el aparato de la figura 1, se suministra una mezcla 1 de carbón y fuel a un equipo de tratamiento de combustión parcial 2 (en este caso, un dispositivo de gasificación de lecho en circulación). Incidentalmente, se pueden suministrar al equipo 2 el carbón y el fuel por separado. Se realiza la gasificación por combustión parcial de la mezcla 1 a la que se añade una cantidad predeterminada de aire (u oxígeno) 17 y vapor de agua 18, en lugar del gas de calentamiento 15, a una temperatura predeterminada, a una presión predeterminada y durante un tiempo de reacción predeterminado. Como resultado, se obtiene un destilado 3 que sale por la parte superior del equipo de tratamiento de gasificación por combustión parcial 2 y se descarga un residuo 4 por la parte inferior de éste.

(F) Descomposición térmica

En el aparato de la figura 1, se suministra un combustible orientado a calderas 1 (en este caso, fuel), para su descomposición parcial, a un equipo de tratamiento de descomposición térmica 2 (usando en este caso el método de separación por viscosidades). Se realiza la descomposición parcial en el combustible orientado a calderas 1 a una temperatura predeterminada, a una presión predeterminada y durante un tiempo de reacción predeterminado. Así, se obtiene un destilado 3 que sale por la parte superior del equipo de tratamiento de descomposición térmica 2 y un residuo 4 que se descarga por la parte inferior de éste. Incidentalmente, en el caso de la descomposición térmica de aceite pesado, no se necesita soplar gas de calentamiento 15.

En el aparato de la figura 1, el destilado 3 obtenido mediante diversos tipos de tratamiento parcial se suministra a la cámara de combustión 3 de una turbina de gas (compuesta de un cuerpo principal 21, un compresor de aire 22 y una cámara de combustión 23). El destilado 3 se mezcla con aire a presión 25 (incidentalmente, en lugar de aire a presión se puede usar aire enriquecido de oxígeno). Al quemarse, se genera un gas de combustión 27 de alta temperatura y alta presión. La turbina de gas se accionada por este gas de combustión 27. Se genera energía eléctrica por un generador 24 acoplado a la turbina de gas, que está montado en el eje de la turbina de gas.

Por otro lado, el residuo 4 se suministra a una caldera 31 en la que se quema el residuo 4 suministrando aire 35 a la caldera. Así se genera vapor de agua 32. El vapor de agua generado se alimenta a una turbina de vapor 33. Se genera energía eléctrica por un generador 34 acoplado a la turbina de vapor, que está montado en el eje de la turbina de vapor. La turbina de vapor 33 va provista de un condensador 37. El condensador 37 condensa el vapor de agua llevándolo a un estado de presión negativa. El condensador 37 condensa el gas de escape de la turbina de vapor por lo que se separa del gas de escape un condensado. Este condensado se recircula a la caldera 31 junto con agua de reposición, como agua de alimentación 38 de la caldera.

En el aparato antes mencionado, se puede suministrar a la caldera 31, mediante un equipo de suministro de gas de escape, el gas de escape 28 de alta temperatura que sale de la turbina de gas. El gas de escape 28 de la turbina de gas contiene 10-15% en volumen de oxígeno. El método de quemar el residuo 4 en la caldera 31 por este oxígeno (es decir, el método de quemar el gas de escape) puede incrementar la eficiencia térmica de la generación de energía de ciclo combinado debido a los hechos de que no hay necesidad de alimentar a la caldera aire nuevo 35 (usualmente, a temperatura ordinaria) y de que se puede utilizar el calor del gas de escape. Además, el tratamiento del gas de escape puede ser realizado económicamente. Por lo tanto, es preferible este método.

Ni que decir tiene que el aire 35 puede ser mezclado en el gas de escape 28 de la turbina para quemar el residuo.

Se consigue recuperación de calor suministrando primero el gas de escape 28 de la turbina a una caldera de recuperación de calor que genera vapor de agua. Alternativamente, el gas de escape de la caldera de recuperación de calor se suministra a la caldera. Entonces el residuo 4 puede ser quemado en la caldera 31 por el gas de escape usando el calor residual y el 10-15% en volumen de oxígeno residual contenidos en el gas de escape.

El equipo de suministro de gas de escape está constituido por un conducto para suministrar el gas de escape de la turbina a la caldera. Además, si fuera necesario, este equipo de suministro de gas de escape puede estar provisto de válvula, termómetro, caudalímetro y medidor del contenido de oxígeno.

En el aparato de la figura 1, las partes para realizar los métodos de la separación parcial del combustible orientado a calderas son similares a la de los métodos de separación posterior a la descomposición parcial del combustible orientado a calderas. En estas partes, se usan calentamiento, reducción de presión, separación de volátiles, vaporización, destilación, extracción, decantación (es decir, separación por vertido sin agitar el sedimento) y una mezcla de estas operaciones.

Como se ilustra en la figura 2, el destilado 3 se enfría en el cambiador de calor 16 por lo que el destilado 3 se separa en un componente gaseoso y un componente líquido que después se lavan en la columna de lavado de gases 5. Así, el destilado 3 se separa en un componente gaseoso 6 y un componente líquido 7. Incidentalmente, el componente líquido 7 se usa como agente de lavado a usar en la columna de lavado de gases 5. El agente de lavado se suministra a la parte superior de la columna de lavado de gases 5, en donde se puede producir contacto de vapor-líquido. El componente gaseoso 6 es suministrado a la cámara de combustión 23 por un compresor de gases 26.

Alternativamente, el componente líquido 7 que sale de la columna de lavado de gases 5 puede ser enfriado y suministrado después a la parte superior de la columna de lavado de gases 5.

Aunque el componente líquido 7 se puede usar como combustible de una turbina de gas, sólo se puede usar como combustible de la turbina de gas el componente del tipo de aceite 9 obtenido después de separar una capa acuosa 19 en un depósito de decantación 8. La capa acuosa 10 puede ser añadida al combustible de la caldera 31.

Como se ilustra en la figura 3, el componente del tipo de aceite 9 se puede refinar (por ejemplo, por destilación). El componente del tipo de aceite 9 se suministra a una columna de destilación 11 en la que se separa en un destilado refinado 12 y un residuo 13. El destilado refinado 12 se suministra a la cámara de combustión 23 como combustible de la turbina de gas. El residuo 13 se añade a la caldera 31 como combustible.

Incluso cuando se usa la turbina de gas, esta purificación puede evitar corrosión de la turbina de gas por las impurezas de vanadio. En consecuencia, se puede incrementar la duración de la turbina de gas.

A continuación se describe el caso de usar el combustible orientado a turbinas de gas 101 y el combustible orientado a calderas 102, haciendo referencia a los dibujos.

En el aparato de la figura 4, que se instala anexo a una planta (no mostrada), como una refinería de petróleo, una planta siderúrgica o una planta química, se suministra un combustible orientado a turbinas de gas 101 a la cámara de combustión 23 de la turbina de gas 21 (compuesta de un cuerpo principal 21, un compresor de aire 22 y una cámara de combustión 23). El combustible 101 se mezcla con aire a presión 25 (alternativamente, se puede usar aire enriquecido de oxígeno). Esta mezcla se quema generándose el gas de combustión 27 de alta temperatura y alta presión. Posteriormente, la turbina de gas es accionada por este gas de combustión 27. Se genera energía eléctrica por el generador 24 acoplado al eje de la turbina de gas. El gas de escape 28 que sale de la turbina de gas se suministra a la caldera 31.

Por otro lado, un combustible orientado a calderas 102, generado por la planta anexa, se suministra a la caldera 31 en la que se quema el combustible con el aire suministrado 35. Así se genera vapor de agua 32. El vapor de agua generado 32 se alimenta a la turbina de vapor 33. Se genera energía eléctrica por el generador 34 acoplado al eje de la turbina de vapor. La turbina de vapor 33 va provista de un condensador 37. El condensador 37 condensa el vapor de agua llevándolo a una presión negativa. También, el condensador 37 condensa el gas de escape de la turbina de vapor 33 por lo que se separa del gas de escape un condensado. Este condensado se recircula a la caldera 31 junto con agua de reposición, como agua de alimentación 38 de la caldera.

En el aparato antes mencionado, el gas de escape 28 de la turbina, de alta temperatura y alta presión, se puede suministrar a la caldera 31 por medio de un equipo de suministro de gas de escape. El gas de escape 28 de la turbina de gas contiene 10-15% en volumen de oxígeno. Quemando en la caldera 31 el combustible orientado a calderas 102 por este oxígeno (es decir, quemando este gas de escape) se puede incrementar la eficiencia térmica de la generación de energía de ciclo combinado debido a los hechos de que no se necesita suministrar a la caldera aire nuevo 35 (usualmente a la temperatura ordinaria) y de que la temperatura del gas de escape es alta. Además, el tratamiento del gas de escape se puede realizar económicamente. Por lo tanto, es preferible este método.

Ni que decir tiene que el aire 35 se puede añadir al gas de escape 28 de la turbina de gas para quemar el combustible orientado a calderas 102.

Se consigue recuperación de calor suministrando primero el gas de escape 28 de la turbina de gas a una caldera de recuperación de calor que genera vapor de agua. Alternativamente, el gas de escape de la caldera de recuperación de calor se suministra a la caldera. El combustible orientado a calderas 102 se puede tratar por el método de quemar el combustible 102 en la caldera 31 usando el calor residual y el 10-15% en volumen de oxígeno contenidos en el gas de escape (es decir, por el método de quemar el gas de escape).

Así, se puede realizar eficientemente generación de energía sin proporcionar nuevamente una instalación para realizar el tratamiento parcial del combustible orientado a calderas, utilizando el combustible orientado a turbinas de gas 101 y el combustible orientado a calderas 102 producidos en la planta.

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La figura 5 ilustra un ejemplo de un proceso que usa un combustible de turbinas de gas y un combustible de calderas, obtenidos ambos por tratamiento parcial de los combustibles orientados a calderas 102 y 1.

Como se ilustra en esta figura, el combustible orientado a calderas 1, que se ha de tratar parcialmente, se suministra a un equipo de tratamiento parcial 2 (en este caso, un horno de lecho fluido para gasificación de carbón). Se añaden a este horno cantidades predeterminadas de aire (u oxígeno) 17 y vapor de agua. La gasificación por combustión parcial se realiza a una temperatura predeterminada, a una presión predeterminada y durante un tiempo de reacción predeterminado. Así, se obtiene un destilado 3 por la parte superior del equipo de gasificación por combustión parcial 2 y se descarga un residuo 4 por la parte inferior de este equipo.

El destilado 3 se suministra, como combustible de turbina de gas, a la cámara de combustión 23 de una turbina de gas y se mezcla con aire a presión 25. Posteriormente, se quema esta mezcla generándose gas de combustión 27 de alta temperatura y alta presión. La turbina de gas es accionada por este gas de combustión 27. Se genera energía eléctrica por el generador 24 acoplado al eje de la turbina de gas. El gas de escape 28 de la turbina de gas se suministra a la caldera 31.

Por otro lado, el residuo 4 se suministra junto con el combustible orientado a calderas 102 a la caldera 31 en la que se queman ambos combustibles con el aire 35. Así, se genera vapor de agua 32. El vapor de agua generado 32 se alimenta a la turbina de vapor 33. Se genera energía eléctrica por el generador 34 acoplado al eje de la turbina de vapor. La turbina de vapor 33 va provista de un condensador 37. Este condensador 37 condensa el vapor de agua llevándolo a una presión negativa. También el condensador 37 condensa el gas de escape de la turbina de gas por lo que se separa del gas de escape un condensado. Este condensado se recircula a la caldera 31 junto con agua de reposición, como agua de alimentación 38 a la caldera.

En el aparato antes mencionado, el gas de escape 28 de la turbina de gas, de alta temperatura, se puede suministrar a la caldera 31 y utilizar en el método de quemar el gas de escape. Por este método de quemar el gas de escape, se puede aumentar la eficiencia térmica de la generación de energía de ciclo combinado. Además, el tratamiento del gas de escape se puede realizar económicamente. Por lo tanto, es preferible este método. Ni que decir tiene que el aire 35 se puede mezclar en el gas de escape 28 de la turbina de gas para quemar el combustible orientado a calderas 102 y el residuo 4.

Se recupera calor suministrando primero el gas de escape 28 de la turbina de gas a una caldera de recuperación de calor que genera vapor de agua. Alternativamente, el gas de escape de la caldera de recuperación de calor se suministra a la caldera de vapor. En la caldera 31 se puede realizar la combustión del combustible orientado a calderas 102 y del residuo 4 usando el calor residual y el 10-15% en volumen de oxígeno contenidos en el gas de escape.

La figura 6 ilustra un ejemplo de un proceso que usa un combustible orientado a turbinas de gas además del combustible orientado a calderas, combustibles ambos que se obtienen por tratamiento parcial del combustible orientado a calderas.

Como se ilustra en la figura 6, el combustible orientado a calderas 1, que ha de ser tratado parcialmente, se suministra a un equipo de tratamiento parcial 2 (en este caso, un equipo de carbonización). A este equipo de carbonización se suministran cantidades predeterminadas de aire (u oxígeno) 17 y vapor de agua 18. La gasificación por combustión parcial se realiza a una temperatura predeterminada, a una presión predeterminada y durante un tiempo de reacción predeterminado. Así se obtiene un destilado 3 en la parte superior del equipo de tratamiento de gasificación por combustión parcial 2 y se descarga un residuo 4 por la parte inferior de este equipo.

El destilado 3 se suministra a la cámara de combustión 23 de una turbina de gas junto con el combustible orientado a turbinas de gas 101 y se mezcla con aire a presión 25. Posteriormente se quema esta mezcla por lo que se genera un gas de combustión 27 de alta temperatura y alta presión. La turbina de gas es accionada por este gas de combustión 27. Se genera energía eléctrica por el generador 24 acoplado al eje de la turbina de gas. El gas de escape 28 que sale de la turbina de gas se suministra a la caldera 31.

En este método, el combustible de la turbina de gas y el combustible de la caldera se fabrican realizando el tratamiento parcial de un combustible económico, por ejemplo, carbón. El fuel que ha de ser tratado urgentemente se utiliza como combustible orientado a calderas 102 que no se somete a tratamiento parcial. Por el contrario, como combustible orientado a turbinas de gas se utiliza queroseno, del que se produce un exceso estacionalmente. Así, se pueden utilizar combinados diversos combustibles. Además, se puede mejorar la capacidad de generación de energía sólo con una pequeña inversión, en comparación con el coste de incrementar la capacidad del equipo de tratamiento parcial para que pueda adaptarse a variaciones de la demanda de energía eléctrica.

La figura 7 es un diagrama general que ilustra el caso en que el destilado de la figura 6 se separa en un componente gaseoso y un componente líquido.

Como se ilustra en la figura 7, el destilado 3 se enfría en el cambiador de calor 16 por lo que el destilado 3 se separa en un componente gaseoso y un componente líquido que se lavan en la columna de lavado de gases 5. Así, el destilado 5 se separa en el componente gaseoso 6 y el componente líquido 7. Incidentalmente, el componente líquido 7 se usa como agente de lavado a usar en la columna de lavado de gases 5. El agente de lavado se suministra a la parte superior de la columna de lavado de gases 5 donde se puede originar contacto de vapor-líquido. El componente gaseoso 6 es suministrado por el compresor de gases 26 a la cámara de combustión 23.

Alternativamente, el componente líquido 7 que sale de la columna de lavado de gases 5 puede ser enfriado y suministrado a la parte superior de la columna de lavado de gases 5.

Aunque el componente líquido 7 se puede usar como combustible de la turbina de gas, sólo el componente del tipo de aceite 9 obtenido separando una capa acuosa 10 en un depósito de decantación se puede usar como combustible de la turbina de gas. La capa acuosa 10 puede ser añadida al combustible de la caldera 31.

En este método, del destilado se separa y elimina humedad por lo que el combustible de la turbina de gas no contiene humedad. Así, se puede reducir el volumen de la cámara de combustión de la turbina de gas. Adicionalmente, apenas hay en el combustible de la turbina de gas sales de sodio y potasio y sustancias inorgánicas, como vanadio. En consecuencia, se puede obtener un combustible deseable para la turbina de gas.

Como se ilustra en la figura 8, el componente del tipo de aceite 9 puede ser refinado (por ejemplo, por destilación). El componente del tipo de aceite 9 se suministra a una columna de destilación en la que el componente del tipo de aceite se separa en un destilado refinado 12 y un residuo 13. El destilado refinado 12 se suministra a la cámara de combustión 23 como combustible de la turbina de gas. El residuo 13 se añade a la caldera 31 como combustible.

Este refino (o purificación) origina una reducción del contenido de sales y vanadio. Se puede evitar totalmente corrosión de la turbina de gas por el contenido de sales y vanadio. En consecuencia, se puede incrementar la duración de la turbina de gas.

El destilado y residuo producidos se usan en la generación de energía de ciclo combinado antes mencionada. Además, el destilado y residuo producidos se usan parcialmente en el otro combustible y materia prima sintética externa. Estos se incluyen en la idea básica de la presente invención.

Como se ha descrito antes, los combustibles consiguen los efectos máximos cuando se usan en la generación de energía de ciclo combinado. Así, es preferible que el equipo de generación de energía de la presente invención esté anexo a una planta (no mostrada) en la que se obtenga un combustible orientado a calderas o un combustible orientado a turbinas de gas, por ejemplo, un yacimiento de carbón, petróleo o gas natural, una refinería de petróleo, una planta siderúrgica, una planta de fermentación, una planta de tratamiento de residuos y diversos tipos de plantas químicas.

Ejemplos

A continuación, en los siguientes ejemplos prácticos, que son meramente ilustrativos, se describen operaciones de las realizaciones descritas y estas realizaciones no se han de considerar como limitativas de la invención.

En primer lugar se describen ejemplos prácticos de carbonización de carbón.

Ejemplo A-1

Se realiza la carbonización a alta temperatura de 1.000 kg/h del siguiente carbón seco, a una temperatura de aproximadamente 1.000ºC y usando el aparato de la figura 1. Como resultado se obtienen un destilado y coque.

Materia prima: carbón (una vez seco)
	Contenido de humedad	2% en peso
	Materia volátil	30% en peso
	Carbono fijo	51% en peso
	Cenizas	17% en peso
	Poder calorífico	5.780 kcal/kg
Coque
	Producción	550 kg/h
	Materia volátil	2% en peso
	Carbono fijo	67% en peso
	Cenizas	31% en peso
	Poder calorífico	6.300 kcal/kg
Componente gaseoso
	Producción	355 m^{3}N/h
	Poder calorífico	5.050 kcal/kg
Componente del tipo de aceite
	Producción	57 kg/h
	Poder calorífico	9.100 kcal/kg

Los destilados antes mencionados (a saber, el componente gaseoso y el componente del tipo de aceite) se suministran a la turbina de gas y se queman en ésta. El gas de escape de la turbina de gas está a una temperatura de aproximadamente 580ºC y contiene aproximadamente 14% en volumen de oxígeno. El residuo antes mencionado (coque) se puede quemar suministrando a la caldera el gas de escape de la turbina de gas. En consecuencia, la eficiencia de la generación de energía se incrementa a 45%.

Por el contrario, en el caso de generar vapor quemando simplemente en la caldera el carbón antes mencionado y generar energía eléctrica en la turbina de vapor, la eficiencia de la generación de energía es 39%.

Ejemplo A-2

Se realiza la carbonización a baja temperatura de 1.000 kg/h del siguiente carbón seco, a una temperatura de aproximadamente 600ºC y usando el aparato de la figura 2. Como resultado, se obtienen un destilado y un carbón calcinado residual. El destilado se enfría y se lava por un componente líquido. Después, en un depósito de decantación se separa del destilado una capa acuosa. Así, se obtienen un componente gaseoso y un componente del tipo de aceite.

El componente gaseoso y el componente del tipo de aceite se usan como combustible de la turbina de gas. El coque y la capa acuosa separada del destilado se usan como combustible de la caldera.

Materia prima: carbón (una vez seco)
	Contenido de humedad	4% en peso
	Materia volátil	31% en peso
	Carbono fijo	50% en peso
	Cenizas	15% en peso
	Poder calorífico	6.430 kcal/kg
Carbón calcinado residual
	Producción	669 kg/h
	Materia volátil	11% en peso
	Carbono fijo	65% en peso
	Cenizas	24% en peso
	Poder calorífico	6.200 kcal/kg
Componente gaseoso
	Producción	180 m^{3}N/h
	Poder calorífico	7.100 kcal/kg
Componente del tipo de aceite
	Producción	110 kg/h
	Poder calorífico	9.100 kcal/kg

El componente gaseoso antes mencionado se suministra a la turbina de gas y el componente del tipo de aceite se suministra a una turbina de gas para quemarlo. Después, se genera energía eléctrica. El gas de escape de la turbina de gas está a una temperatura de aproximadamente 580ºC y contiene aproximadamente 13% en volumen de oxígeno. Así, se genera vapor de agua suministrando el gas de escape de la turbina de gas a la caldera de recuperación de calor. Después, se genera energía eléctrica suministrando el carbón calcinado residual a la caldera utilizando el gas de escape de la caldera de recuperación de calor. En consecuencia, la eficiencia térmica de la generación de energía de ciclo combinado es 46%.

Ejemplo A-3

Se realiza la carbonización por descomposición térmica del carbón del ejemplo A-2, a una temperatura de aproximadamente 450ºC y usando el aparato de la figura 2. Como resultado, se obtienen un destilado y un residuo. El destilado se enfría y se lava por un componente líquido. Después, en un depósito de decantación se separa del destilado una capa acuosa. Así, se obtienen un componente gaseoso y un componente del tipo de aceite.

El componente gaseoso y el componente del tipo de aceite se usan como combustible de la turbina de gas. El residuo y la capa acuosa separada del destilado se usan como combustible de la caldera. Estos combustibles se queman suministrando aire. El contenido de azufre en el componente gaseoso y en el componente líquido es 0,52% en peso. Los contenidos de sodio, potasio y vanadio son 0,5 ppm en peso. Por lo tanto, cuando se use dicho combustible no se produce corrosión de los álabes de la turbina.

Ejemplo A-4

Se realiza la carbonización por descomposición térmica del carbón del ejemplo A-1, a una temperatura de aproximadamente 450ºC y usando el aparato de la figura 3. Como resultado, se obtienen un destilado y un residuo. El destilado se enfría y se lava por un componente líquido. Después, en un depósito de decantación se separa del destilado una capa acuosa. Así, se obtienen un componente gaseoso y un componente del tipo de aceite. Por destilación a presión reducida, el componente del tipo de aceite se separa en un destilado refinado y un alquitrán residual.

El componente gaseoso y el destilado refinado se usan como combustible de la turbina de gas. El residuo y la capa acuosa separada se usan como combustible de la caldera. Estos combustibles se queman suministrando aire. El contenido de azufre en el componente gaseoso y en el componente líquido es 0,95% en peso. Los contenidos de sales y vanadio son 0,1 ppm en peso. Por lo tanto, cuando se usa dicho combustible en una turbina de gas no se produce corrosión de los álabes de la turbina durante un largo período de tiempo.

Ejemplo A-5

Se realizó la carbonización (o destilación seca) de 1.000 kg del siguiente carbón seco, a una temperatura de aproximadamente 500ºC colocando el carbón en un matraz y calentando después el carbón desde el exterior. Como resultado, se obtienen un destilado y carbón calcinado residual.

Materia prima: carbón WANBO (una vez seco)
	Contenido de humedad	3,5% en peso
	Materia volátil	33% en peso
	Carbono fijo	53,1% en peso
	Cenizas	10,4% en peso
	Poder calorífico superior	7.100 kcal/kg
	(Poder calorífico neto)	6.840 kcal/kg
Carbón calcinado residual
	Producción	0,80 kg
	Materia volátil	16% en peso
	Carbono fijo	66% en peso
	Cenizas	13% en peso
	Poder calorífico superior	6.825 kcal/kg
Destilado
	Producción	0,20 kg
	Poder calorífico superior	8.200 kcal/kg

Cada uno de los contenidos de sodio, potasio y vanadio fue menor que 0,5 mg/kg. La relación entre los poderes caloríficos del destilado y el residuo fue próxima a 20:80.

Se puede realizar generación de energía de ciclo combinado suministrando el destilado y el carbón calcinado residual a la turbina de gas y a la caldera, respectivamente.

Sin embargo, en el caso de limitar y extraer el destilado cuando la relación de los poderes caloríficos del destilado y el residuo es 10:90, el incremento de la eficiencia de generación de energía es pequeño incluso si se realiza la generación de energía de ciclo combinado. Así, hay poca ventaja proporcionando una planta de tratamiento parcial del combustible.

Ejemplo A-6

Igual que en el caso del ejemplo A-5, se realizó la carbonización de 1.000 kg del carbón a una temperatura interna de aproximadamente 800ºC colocando el carbón en un matraz y calentando después el carbón desde el exterior. Como resultado se obtuvieron un destilado y coque.

Coque
	Producción	0,69 kg
	Materia volátil	2,6% en peso
	Carbono fijo	77% en peso
	Cenizas	16% en peso
	Poder calorífico	6.650 kcal/kg
Destilado
	Producción	0,31 kg
	Poder calorífico	8.100 kcal/kg

La relación entre los poderes caloríficos del destilado y el residuo fue 35:65. Los contenidos de sodio, potasio y vanadio en el destilado fueron, respectivamente, 0,5, 2 y 0,5 mg/kg o menos. Sin embargo, después destilar el destilado a presión atmosférica, cada uno de los contenidos de sodio, potasio y vanadio en el destilado fue menor que 0,5 mg/kg.

Como se puede entender con este ejemplo, fue muy fácil obtener el destilado, cuyo poder calorífico es equivalente a la de la materia volátil del carbón, como combustible para la turbina de gas y realizar ventajosamente la generación de energía de ciclo combinado.

Incidentalmente, son necesarias condiciones muy severas para incrementar el destilado para que la relación entre los poderes caloríficos del destilado y el residuo sea superior a 60:40. Además, la cantidad de oxígeno contenido en el gas de escape de la turbina de gas es superior a la cantidad necesaria para quemar el gas de escape. En consecuencia, se incrementa la pérdida en el gas de escape.

Ejemplo A-7

Se realiza la carbonización de 100.000 kg/h de carbón, a baja temperatura (aproximadamente 500ºC) y usando el aparato de la figura 1. Como resultado, se obtienen un destilado y carbón calcinado residual. El destilado se usa como combustible de la turbina de gas. El carbón calcinado residual se usa como combustible de la caldera.

Materia prima: carbón Takashima (una vez seco)
	Materia volátil 44% en peso
	Carbono fijo	50% en peso
	Cenizas	6% en peso
	Poder calorífico	7.900 kcal/kg
Carbón calcinado residual
	Producción	61.600 kg/h
	Materia volátil	1% en peso
	Carbono fijo	67% en peso
	Cenizas	31% en peso
	Poder calorífico	7.054 kcal/kg
Componente gaseoso
	Producción	35.500 m^{3}N/h
	Poder calorífico	5.050 kcal/kg
Componente del tipo de aceite
	Producción	19.400 kg/h
	Poder calorífico	9.100 kcal/kg

Se suministran a la turbina de gas y se queman en ésta el destilado antes mencionado (es decir, el componente gaseoso y el componente del tipo de aceite) y aire (1.075.000 m^{3}/h). Así se generan 129 MWh de energía eléctrica. El gas de escape de la turbina de gas está a una temperatura de aproximadamente 580ºC y contiene aproximadamente 13% en volumen de oxígeno. El residuo antes mencionado (es decir, el carbón calcinado residual) se quema suministrando a la caldera el gas de escape de la turbina de gas. Después, se pueden generar 285 MWh de energía eléctrica por la turbina de vapor. Es decir, la eficiencia térmica de la generación de energía se incrementa a 45%.

Por el contrario, en el caso de no realizar el tratamiento parcial del carbón sino quemar simplemente el carbón en la caldera usando el aire (1.075.000 m^{3}/h) para generar vapor de agua y realizar la generación de energía usando la turbina de vapor, la eficiencia térmica de la generación de energía es 39%.

En el caso del método y aparato descritos, toda la cantidad del aire (es decir, 1.075.000 m^{3}/h) se puede añadir a la turbina de gas. Alternativamente, la cantidad necesaria de aire para la combustión en la caldera se puede dividir en cantidades menores de aire y, después, añadir secuencialmente a la caldera estas cantidades menores de aire.

En segundo lugar se describe la irradiación del carbón con microondas mediante los siguientes ejemplos prácticos.

Ejemplo B-1

Se realiza la irradiación de 1.000 kg/h del siguiente carbón con microondas, a una temperatura de aproximadamente 300ºC y usando el aparato de la figura 1 (incidentalmente, no se suministra ningún hidrocarburo gaseoso al aparato). Como resultado, se obtienen 280 kg/h de un destilado y 430 kg/h de carbón calcinado residual.

Materia prima: carbón
	Contenido de humedad	29% en peso
	Materia volátil	31% en peso
	Carbono fijo	35% en peso
	Cenizas	5% en peso
	Poder calorífico	4.530 kcal/kg

(Continuación)

Carbón calcinado residual
	Materia volátil	11% en peso
	Carbono fijo	77% en peso
	Cenizas	11% en peso
	Poder calorífico	6.000 kcal/kg
Destilado
	Poder calorífico	6.960 kcal/kg

El destilado se usa como combustible de la turbina de gas y, por otro lado, el carbón calcinado residual se usa como combustible de la caldera. Así, se puede realizar la generación de energía de ciclo combinado.

Ejemplo B-2

Se realiza la irradiación del carbón con microondas, igual que en el caso del ejemplo B-2 excepto suministrando gas metano al aparato. Así, se obtienen un destilado y un residuo.

El destilado se usa como combustible de la turbina de gas y el residuo se usa como combustible de la caldera. El gas de escape de la turbina de gas está a una temperatura de aproximadamente 580ºC y contiene aproximadamente 13% en volumen de oxígeno. El residuo se quema utilizando este gas de escape de la turbina de gas. En consecuencia, la eficiencia térmica de la generación de energía de ciclo combinado es 46%.

Por lo tanto, en comparación con el caso de quemar simplemente carbón en la caldera y generar energía eléctrica en la turbina de vapor, la eficiencia térmica de este ejemplo es alta.

Igual que en el caso de los ejemplos de la serie A, es muy fácil obtener un destilado a usar como combustible en la turbina de gas y realizar ventajosamente la generación de energía de ciclo combinado.

En el caso de extraer el volumen del destilado y de que la relación de los poderes caloríficos del destilado y el residuo sea 10:90, el incremento de la eficiencia de la generación de energía es pequeño incluso si se realiza la generación de energía de ciclo combinado. Así, hay poca ventaja proporcionando una planta de tratamiento parcial del combustible.

Además son necesarias condiciones muy severas para incrementar el volumen del destilado en una cantidad tal que la relación de los poderes caloríficos del destilado y el residuo sea superior a 60:40. Además, la cantidad de oxígeno contenido en el gas de escape de la turbina de gas es superior a la cantidad necesaria para quemar también el gas de escape. En consecuencia, se incrementa la pérdida en el gas de escape.

En tercer lugar, se describe la gasificación parcial de carbón a gas de agua mediante los siguientes ejemplos prácticos.

Ejemplo C-1

Usando el aparato de la figura 1 se realiza la gasificación parcial a gas de agua de 1.000 kg/h del siguiente carbón en un gasificador de lecho fluido, a una temperatura de aproximadamente 830ºC y con una relación ponderal de vapor de agua a carbón (vapor de agua/carbón) de 0,3.

Después de eliminar el polvo y azufre, el destilado se usa como combustible de la turbina de gas manteniéndolo a temperatura y presión altas. El residuo se usa como combustible de la caldera.

Materia prima: carbón
	Contenido de humedad	29% en peso
	Materia volátil	31% en peso
	Carbono fijo	35% en peso
	Cenizas	5% en peso
	Poder calorífico	4.530 kcal/kg
Residuo
	Producción	300 kg/h
	Materia volátil	3% en peso
	Carbono fijo	80% en peso
	Cenizas	17% en peso
	Poder calorífico	5.500 kcal/kg

(Continuación)

Destilados: componente gaseoso, componente del tipo de aceite y agua
Componente	gaseoso
	Producción	632 m^{3}N/h
	Poder calorífico	2.500 kcal/m^{3}N
Componente del tipo de aceite
	Producción	200 kg/h
	Poder calorífico	6.500 kcal/kg
Agua
	Producción	500 kg/h

Los destilados antes mencionados (es decir, el componente gaseoso y el componente del tipo de aceite) se suministran a la turbina de gas y se queman en ésta. El gas de escape de la turbina de gas está a una temperatura de aproximadamente 580ºC y contiene aproximadamente 13% en volumen de oxígeno. El residuo antes mencionado se quema suministrando a una caldera el gas de escape de la turbina de gas. En consecuencia, la eficiencia térmica de la generación de energía se incrementa a 45%.

Por el contrario, en el caso de generar vapor de agua quemando simplemente en la caldera el carbón antes mencionado y generar energía eléctrica en la turbina de vapor, la eficiencia de la generación de energía es aproximadamente 39%.

Ejemplo C-2

Se realiza la gasificación parcial a gas de agua del carbón del ejemplo C-2 usando el aparato de la figura 2, igual que en el caso del ejemplo C-1. Como resultado, se obtienen un destilado y un residuo. El destilado se enfría y se lava por un componente líquido después de eliminar el polvo y desulfurarlo. Después, en un depósito de decantación se separa del destilado una capa acuosa. Así se obtienen un componente gaseoso y un componente del tipo de aceite. Cada uno de los contenidos de sodio, potasio y vanadio es 0,5 ppm.

El componente gaseoso y el componente del tipo de aceite se usan como combustible en una turbina de gas. El residuo y la capa acuosa separada se usan como combustible en una caldera.

Ejemplo C-3

Se realiza la gasificación parcial a gas de agua del carbón usando el aparato de la figura 3, igual que en el caso del ejemplo C-1. Como resultado, se obtienen un destilado y un residuo. El destilado se enfría y se lava por un componente líquido después de eliminar el polvo y azufre. Después, en un depósito de decantación se separa una capa acuosa. Así, se obtienen un componente gaseoso y un componente del tipo de aceite. Por destilación a presión reducida, el componente del tipo de aceite se separa en un destilado refinado y un alquitrán residual.

El componente gaseoso y el destilado refinado se usan como combustible de la turbina de gas. El residuo, la capa acuosa separada y el alquitrán residual se usan como combustible de la caldera. Estos combustibles se queman suministrando aire. El contenido de azufre en el componente gaseoso y en el componente líquido es 0,52% en peso. Cada una de las concentraciones de sodio, potasio y vanadio es 0,1 ppm en peso. Por lo tanto, cuando se usen dichos combustibles en una turbina de gas, no se produce corrosión de los álabes de la turbina durante un largo período de tiempo.

Ejemplo C-4

Se realiza la gasificación parcial a gas de agua del carbón usando el aparato de la figura 3, igual que en el caso del ejemplo C-1. Como resultado, se obtienen un destilado y un residuo. El destilado se enfría y se lava por un componente líquido. Después, en un depósito de decantación se separa una capa acuosa. Así, se obtienen un componente gaseoso y un componente del tipo de aceite. Por destilación a presión reducida, el componente del tipo de aceite se separa en un destilado refinado y un residuo.

El componente gaseoso y el destilado refinado se usan como combustible de la turbina de gas. El residuo, la capa acuosa separada y el residuo se usan como combustible de la caldera. Estos combustibles se queman suministrando aire. El contenido de azufre en el componente gaseoso y en el componente líquido es 0,95% en peso. Cada uno de los contenidos de sodio, potasio y vanadio es 0,1 ppm en peso. Por lo tanto, cuando se usen dichos combustibles en una turbina de gas, no se produce corrosión de los álabes de la turbina.

Ejemplo C-5

El destilado obtenido en el ejemplo C-1 se suministra a la turbina de gas y se quema en ésta. El residuo se suministra a la caldera. El gas de escape de la turbina de gas está a una temperatura de 580ºC. Además, el calor de este gas de escape se recupera en la caldera de recuperación de calor. Así, se aumenta la eficiencia térmica de la generación de energía en comparación con el caso de quemar simplemente el carbón en la caldera y generar vapor de agua.

Ejemplo C-6

El destilado obtenido en el ejemplo C-2 se suministra a la turbina de gas y se quema en ésta. El gas de escape de la turbina de gas se suministra a la caldera y está a una temperatura de aproximadamente 580ºC y contiene aproximadamente 13% en volumen de oxígeno. El residuo se quema utilizando este gas. En consecuencia, la eficiencia térmica de la generación de energía de ciclo combinado es 46%.

Igual que en el caso de los ejemplos de la serie A, en los ejemplos de esta serie C es muy fácil obtener un destilado como combustible a usar en una turbina de gas y realizar ventajosamente la generación de energía de ciclo combinado.

En el caso de extraer el volumen del destilado y de que la relación de los poderes caloríficos del destilado y el residuo sea 10:90, el incremento de la eficiencia de generación de energía es pequeño incluso si se realiza la generación de energía de ciclo combinado. Así, hay poca ventaja proporcionando una planta de tratamiento parcial del combustible.

Además, son necesarias condiciones muy severas para incrementar el volumen del destilado a una cantidad tal que la relación de los poderes caloríficos del destilado y el residuo sea superior a 60:40. Además, la cantidad de oxígeno contenido en el gas de escape de la turbina de gas es superior a la cantidad necesaria para quemar también el gas de escape. En consecuencia, se incrementa la pérdida en el gas de escape.

En cuarto lugar, se describe la gasificación de carbón por combustión parcial mediante los siguientes ejemplos prácticos.

Ejemplo D-1

Primero se suministran a un gasificador de lecho en circulación 1.000 kg/h del siguiente carbón, 500 kg/h de vapor de alta presión y 130 kg/h de oxígeno y, posteriormente, se realiza la gasificación de dicho carbón por combustión parcial a una temperatura de aproximadamente 1.100ºC y a una presión de 40 atm usando el aparato de la figura 1. Como resultado se obtienen un destilado y un residuo.

Materia prima: carbón
	Contenido de humedad	25% en peso
	Materia volátil	30% en peso (referido a carbón seco)
	Carbono fijo	51% en peso (referido a carbón seco)
	Cenizas	17% en peso (referido a carbón seco)
	Poder calorífico	5.780 kcal/kg (referido a carbón seco)
Residuo
	Producción	400 kg/h
	Materia volátil	1% en peso
	Carbono fijo	43% en peso
	Cenizas	56% en peso
	Poder calorífico	5.000 kcal/kg
Destilados: componente gaseoso, componente del tipo de aceite y agua
Componente gaseoso
	Producción	652 m^{3}N/h
	Poder calorífico	2.600 kcal/m^{3}N
Componente del tipo de aceite
	Producción	80 kg/h
	Poder calorífico	8.000 kcal/kg
Agua
	Producción	550 kg/h

Los destilados, después de eliminar el polvo y azufre, se usan como combustible de la turbina de gas en un estado de alta temperatura y alta presión. El residuo se usa como combustible en una caldera. Así, se puede realizar generación de energía de ciclo combinado.

Ejemplo D-2

Se realiza la gasificación del carbón por combustión parcial usando el aparato de la figura 2, igual que en el caso del ejemplo D-1. Como resultado, se obtienen un destilado y un residuo. Después de eliminar el polvo y azufre en el destilado, éste se enfría y se lava por un componente líquido. Después, en un depósito de decantación se separa del destilado una capa acuosa. Así, se obtienen un componente gaseoso y un componente del tipo de aceite.

El componente gaseoso y el componente del tipo de aceite se usan como combustible de la turbina de gas. El residuo y la capa acuosa separada del destilado se usan como combustible de la caldera.

El destilado obtenido se suministra a la turbina de gas y se quema en ésta. El gas de escape de la turbina de gas se suministra a la caldera. El gas de escape de la turbina de gas está a una temperatura de aproximadamente 580ºC y contiene aproximadamente 13% en volumen de oxígeno. El componente restante se quema utilizando este gas de escape de la turbina de gas. En consecuencia, la eficiencia térmica de la generación de energía de ciclo combinado es 46%. Por lo tanto, cuando se use dicho combustible en una turbina de gas, no se produce corrosión de los álabes de la turbina.

Ejemplo D-3

Se realiza la gasificación del carbón por combustión parcial usando el aparato de la figura 3, igual que en el caso del ejemplo D-1. Como resultado, se obtienen un destilado y un residuo. Después de eliminar el polvo y azufre en el destilado, éste se enfría y se lava por un componente líquido. Después, en un depósito de decantación se separa del destilado una capa acuosa. Así se obtienen un componente gaseoso y un componente del tipo de aceite. Por destilación a presión reducida, el componente del tipo de aceite se separa en un destilado refinado y un alquitrán residual.

El componente gaseoso y el destilado refinado se usan como combustible de la turbina de gas. El residuo, la capa acuosa separada y el alquitrán residual se usan como combustible de la caldera. Estos combustibles se queman suministrando aire. El contenido de azufre en el componente gaseoso y en el componente líquido es 0,6% en peso. Cada uno de los contenidos de sodio, potasio y vanadio es 0,5 ppm en peso. Por lo tanto, cuando se usen dichos combustibles en una turbina de gas, no se produce corrosión de los álabes de la turbina durante un largo período de tiempo.

Ejemplo D-4

El destilado obtenido en el ejemplo D-1 se suministra a la turbina de gas y se quema en ésta. El residuo se suministra a la caldera. El gas de escape de la turbina de gas está a una temperatura de 580ºC. También se genera vapor de agua en la caldera de recuperación de calor. Así, se genera energía eléctrica en la turbina de vapor.

Igual que en el caso de los ejemplos de la serie A, en los ejemplos de esta serie D es muy fácil obtener un destilado a usar como combustible en la turbina de gas y realizar ventajosamente generación de energía de ciclo combinado.

En el caso de extraer el volumen del destilado y de que la relación de los poderes caloríficos del destilado y el residuo sea 10:90, el incremento de la eficiencia de la generación de energía es pequeño aunque se realice la generación de energía de ciclo combinado. Así, hay poca ventaja proporcionando una planta de tratamiento parcial del combustible.

Además, son necesarias condiciones muy severas para incrementar el destilado a una cantidad tal que la relación de los poderes caloríficos del destilado y el residuo sea superior a 60:40. Además, la cantidad de oxígeno contenido en el gas de escape de la turbina de gas es superior a la cantidad necesaria para quemar también el gas de escape. En consecuencia, se incrementa la pérdida en el gas de escape.

En quinto lugar, se describe la descomposición térmica de aceite pesado mediante los siguientes ejemplos prácticos.

Ejemplo E-1

(Usando el método de separación por viscosidades)

Primero, se suministran 1.000 kg/h del siguiente aceite pesado a un horno de calentamiento en estado presurizado. La descomposición térmica se realiza a una temperatura de 480ºC. Posteriormente, se detiene una reacción secundaria añadiendo al calentador aceite de enfriamiento rápido. Después, el aceite pesado se suministra a la parte inferior de una columna de destilación por lo que se obtienen un destilado y un residuo.

Aceite pesado: aceite residual ligero iraní a presión reducida
	Densidad	1,01 g/cm^{3} (15/4^{o}C)
	Viscosidad	100.000 cst (50^{o}C)
	Contenido de azufre	3,6% en peso
Residuo
	Producción	665 kg/h
	Densidad	1,03 g/cm^{3} (15/4^{o}C)

(Continuación)

	Viscosidad	45.000 cst (50^{o}C)
	Contenido de azufre	3,9% en peso
	Contenido de materiales que tienen
	punto de ebullición alto (\geq350^{o}C)	78,5% en peso
	Poder calorífico	9.000 kcal/kg
Destilados: componente gaseoso y componente del tipo de aceite
Componente gaseoso
	Producción	35 kg/h
	Poder calorífico	10.400 kcal/m^{3}N
Componente del tipo de aceite
	Producción	300 kg/h
	Poder calorífico	10.000 kcal/kg

Los destilados se suministran a la turbina de gas y se queman en ésta. El gas de escape de la turbina de gas se suministra a una caldera y está a una temperatura de aproximadamente 580ºC y contiene aproximadamente 13% en volumen de oxígeno. El residuo se quema usando este gas. En consecuencia, la eficiencia térmica de la generación de energía de ciclo combinado es 46%.

En comparación con el hecho de que la eficiencia térmica de generación de energía es aproximadamente 40% cuando se genera vapor de agua suministrando simplemente el aceite pesado a la caldera y se genera energía eléctrica en la turbina de vapor, las realizaciones descritas mejoran considerablemente la eficiencia térmica de generación de energía.

Ejemplo E-2

(Usando el método de coquización fluida)

Primero, se suministran a un reactor 1.000 kg/h del siguiente aceite pesado. Se realiza la descomposición térmica del aceite pesado a una temperatura de 500ºC y éste se separa en un destilado y un residuo. Posteriormente se suministra a una cámara de combustión el residuo extraído de la parte inferior del reactor. Se sopla aire a esta cámara y se calienta el residuo. Una parte del coque producido se extrae de la parte media de la cámara de combustión. El coque restante se recircula desde la parte inferior de la cámara de combustión al reactor.

Aceite pesado: aceite residual a presión reducida y a una temperatura igual o mayor que 566ºC
	Residuo de carbono Conradson	26,5% en peso
	Densidad	1,05 g/cm^{3} (15/4^{o}C)
	Contenido de vanadio	890 ppm en peso
	Contenido de azufre	3,6% en peso
Residuo
	Producción de coque	260 kg/h
	Contenido de azufre	5% en peso
	Poder calorífico	6.000 kcal/kg
Destilados: componente gaseoso y componente del tipo de aceite
Componente gaseoso del reactor
	Producción	130 kg/h
	Poder calorífico	10.400 kcal/m^{3}N
Componente del tipo de aceite (nafta y aceite ligero)
	Producción	540 kg/h
	Poder calorífico	10.000 kcal/kg

Todo el componente gaseoso del destilado y una parte del componente del tipo de aceite se usan como combustibles de la turbina de gas. El resto del componente del tipo de aceite se usa como combustible de la caldera.

Ejemplo E-3

(Usando el método de coquización retardada)

Primero, se suministra a la parte inferior de una columna de destilación 1.000 kg/h del siguiente aceite pesado. El aceite pesado se separa en un destilado y un residuo (es decir, un líquido de punto de ebullición alto). Posteriormente, el residuo extraído de la parte inferior de la columna de destilación se somete a descomposición térmica a una temperatura de 470ºC en un horno de calentamiento en tal extensión que no se produce coque. El residuo se suministra a un tambor de coque. Después, el residuo se separa en un destilado y otro residuo (es decir, coque). Este residuo se separa en un componente gaseoso y un componente del tipo de aceite.

Aceite pesado: aceite residual Minas a presión reducida
	Carbono residual	10,9% en peso
	Densidad	0,939 g/cm^{3} (15/4^{o}C)
	Contenido de azufre	0,16% en peso
Residuo
	Producción de coque	191 kg/h
	Contenido de azufre	0,4% en peso
	Poder calorífico	6.000 kcal/kg
Destilados: componente gaseoso y componente del tipo de aceite
Componente gaseoso
	Producción	70 kg/h
	[10% de hidrógeno, 36% de metano, 18% de etano,
	18% de etileno, 21% de propano, 21% de propileno,
	15% de butano y 15% de buteno (todos los porcenjes son en moles)]
	Poder calorífico	10.400 kcal/m^{3}N
Componente del tipo de aceite (nafta y aceite ligero)
	Producción	739 kg/h
	Poder calorífico	10.000 kcal/kg

Todo el componente gaseoso del destilado y una parte del componente del tipo de aceite se usan como combustibles de la turbina de gas. El resto del componente del tipo de aceite y el residuo se usan como combustibles de la caldera.

Ejemplo E-4

(Usando el método EUREKA)

Primero, se suministra a la parte inferior de una columna de destilación 1.000 kg/h del siguiente aceite pesado. El aceite pesado se separa en un destilado y un residuo (es decir, un líquido de punto de ebullición alto). Posteriormente, el residuo extraído de la parte inferior de la columna de destilación se somete a descomposición térmica a una temperatura de 400ºC en un calentador en una extensión tal que no se produce coque. El residuo se suministra a un reactor. Después se realiza la descomposición térmica del residuo durante dos horas soplando vapor de agua al reactor. Posteriormente, el destilado obtenido del reactor se añade a la columna de destilación antes mencionada y se separa en un destilado y un residuo. Después de enfriar, se extrae alquitrán de la parte inferior de la columna. El alquitrán se corta en trozos en forma de escamas que se usan como combustible de la caldera. El destilado se separa en un componente gaseoso, agua condensada y un componente del tipo de aceite. Además, el componente del tipo de aceite se separa en un componente del tipo de aceite ligero y un componente del tipo de aceite pesado. El componente gaseoso y el componente del tipo de aceite ligero se usan como combustible de la turbina de gas mientras que el componente del tipo de aceite pesado y el alquitrán se usan como combustible de la caldera.

Aceite pesado: aceite residual a presión reducida y a una temperatura igual o mayor que 500ºC
	Carbono residual	20% en peso
	Densidad	1,017 g/cm^{3} (15/4^{o}C)
	Contenido de vanadio	200 ppm en peso
	Contenido de azufre	3,9% en peso
Residuo
	Producción de alquitrán	290 kg/h
	Contenido de vanadio	690 ppm en peso
	Contenido de azufre	5,7% en peso
	Poder calorífico	9.000 kcal/kg
Destilados: componente gaseoso, agua condensada y componente del tipo de aceite
Componente gaseoso
	Producción	90 kg/h
	Contenido de azufre	13% en peso
	Poder calorífico	10.400 kcal/m^{3}N

(Continuación)

Componente del tipo de aceite (componente del tipo de aceite ligero y componente del tipo de aceite pesado)
Producción del componente del tipo de aceite ligero	220 kg/h
Poder calorífico del componente del tipo de aceite ligero	10.000 kcal/kg
Producción del componente del tipo de aceite pesado	400 kg/h
Poder calorífico del componente del tipo de aceite pesado	9.000 kg/h

El componente gaseoso y el componente del tipo de aceite ligero se suministran como combustibles a la turbina de gas. Se genera energía eléctrica usando la turbina de gas. El componente del tipo de aceite pesado y el alquitrán del residuo se usan como combustible de la caldera para producir vapor de agua. Se genera energía eléctrica usando la turbina de vapor.

Ejemplo E-5

Se realiza la descomposición térmica del aceite pesado igual que en el caso del ejemplo E-1. Como resultado se obtienen un destilado y un residuo. Después de desulfurar el destilado, éste se enfría y separa en un componente gaseoso y un componente del tipo de aceite.

El componente gaseoso se suministra a una turbina de gas para quemar el gas y el componente del tipo de aceite se suministra a una turbina de gas para quemar el aceite. Así, se realiza generación de energía. El residuo se usa como combustible de la caldera y se quema suministrando aire a la caldera. El contenido de azufre en el componente gaseoso y en el componente líquido es 1% en peso. El contenido total de sodio y potasio es menor que 0,5 ppm en peso. El contenido de vanadio es menor que 0,5 ppm en peso. Por lo tanto, en el caso de la turbina de gas que quema el componente gaseoso así como en el caso de la turbina de gas que quema el componente del tipo de aceite no se produce corrosión de los álabes de las turbinas.

Ejemplo E-6

El destilado obtenido en el ejemplo E-1 se suministra a la turbina de gas y se quema en ésta. El residuo se suministra a la caldera. El gas de escape de la turbina de gas está a una temperatura de 580ºC. Además, se genera vapor en la turbina de recuperación de calor. Así, se genera energía eléctrica en la turbina de vapor.

Ejemplo E-7

(Coquización de betún por contacto)

Primero, en un calentador de aceite se calientan 1.000 kg/h de la siguiente materia prima con lo que la materia prima pasa a estado fluido. Después, la materia prima se suministra al reactor. Posteriormente, se realiza la descomposición térmica de la materia prima a una temperatura de 480ºC separándose en un destilado y un residuo. Posteriormente, el residuo (adherido sobre un coque de siembra) extraído de la parte inferior del reactor se suministra a una cámara de calentamiento. Se suministra aire a esta cámara y se calienta el residuo. Se hace circular una parte del coque calentado desde la parte inferior de la cámara de calentamiento al reactor. Después, se extrae una parte del coque de la parte media de la cámara de calentamiento.

Alquitrán seco: betún de petróleo canadiense
	Residuo de carbono Ramsbottom	11% en peso
	Densidad	1,016 g/cm^{3} (20/4^{o}C)
	Viscosidad	11.000 cst (38^{o}C)
	Contenido de vanadio	140 ppm en peso
	Contenido de azufre	4,7% en peso
Residuo
	Producción de coque de alquitrán	650 kg/h
	Contenido de azufre	6% en peso
	Poder calorífico	9.000 kcal/kg
Destilados: componente gaseoso y componente del tipo de aceite
Componente gaseoso del reactor
	Producción	30 kg/h
	Poder calorífico	10.400 kcal/m^{3}N
Componente del tipo de aceite: aceite ligero y aceite pesado diesel
	Producción	320 kg/h
	Poder calorífico	10.000 kcal/h

Los destilados se usan como combustibles de la turbina de gas. El residuo se usa como combustible de la caldera.

Ejemplo E-8

(Método de separación por viscosidades de fuel C)

Primero, se suministra a un calentador 1.000 kg/h del siguiente aceite pesado a una presión manométrica de 20 kg/cm^{2}. Después se realiza la descomposición térmica del aceite pesado a una temperatura de 500ºC. Posteriormente, se detiene una reacción secundaria añadiendo al calentador aceite de enfriamiento rápido. Después se suministra el aceite pesado a la parte inferior de una columna de destilación con lo que se obtienen un destilado y un residuo (es decir, un líquido de viscosidad alta).

Aceite pesado: fuel C número 2
	Punto de inflamación	80^{o}C
	Viscosidad	100 cst (50^{o}C)
	Contenido de azufre	1,5% en peso
	Poder calorífico	9.400 kcal/kg
Residuo
	Producción	670 kg/h
	Contenido de azufre	2,1% en peso
	Poder calorífico	9.000 kcal/kg
Destilado: componente del tipo de aceite
	Producción	330 kg/h
	Densidad	0,80 g/cm^{3}
	Poder calorífico	10.212 kcal/kg

El destilado se usa como combustible de la turbina de gas y el residuo se usa como combustible de la caldera.

Ejemplo E-9

(Descomposición a presión atmosférica de fuel C)

Primero, se realiza la descomposición térmica de 1,000 kg del siguiente aceite pesado a una temperatura de 450ºC colocando el aceite pesado en un matraz y calentando el aceite pesado desde el exterior. Así, se realiza la descomposición térmica del aceite pesado a presión atmosférica de forma discontinua. Como resultado, se obtienen un destilado y un residuo (es decir, un líquido de viscosidad alta) a una temperatura de 206ºC.

Materia prima
	Fuel C (IFO-280 fabricado por Mitsubishi Oil Co. Ltd.)
	Punto de inflamación	111^{o}C
	Viscosidad	278 cst (50^{o}C)
	Contenido de azufre	2,35% en peso
	Contenido de nitrógeno	0,20% en peso
	Residuo de carbono	8,88% en peso
	Contenido de sodio	12,6 ppm en peso
	Contenido de potasio	0,1 ppm en peso
	Contenido de vanadio	32,6 ppm en peso
	Poder calorífico superior	9.800 kcal/kg
Residuo
	Producción	0,55 kg
	Contenido de azufre	3,1% en peso
	Contenido de nitrógeno	0,34% en peso
	Residuo de carbono	16% en peso
	Contenido de sodio	23 ppm en peso
	Contenido de potasio	0,2 ppm en peso
	Contenido de vanadio	59 ppm en peso
	Poder calorífico superior	9.170 kcal/kg
Destilado: componente del tipo de aceite
	Producción	0,45 kg
	Contenido de azufre	1,4% en peso

(Continuación)

	Contenido de nitrógeno	0,01% en peso
	Residuo de carbono	0,07% en peso
	Contenido de sodio	0,1 ppm en peso
	Contenido de potasio	0,1 ppm en peso
	Contenido de vanadio	0,1 ppm en peso
	Poder calorífico superior	10.570 kcal/kg

El componente del tipo de aceite se adecuado como combustible de la turbina de gas y el residuo se puede usar como combustible de la caldera. Las cantidades del componente del tipo de aceite y del residuo son proporcionadas a la cantidad de combustible para la generación de energía de ciclo combinado quemando el gas de escape.

Ejemplo E-10

(Descomposición térmica a presión atmosférica de fuel C)

Igual que en el caso del ejemplo E-9, se realizó la descomposición térmica de 1,000 kg del aceite pesado del ejemplo E-9 a una temperatura de 450ºC, a presión atmosférica y de forma discontinua. Como resultado, se obtuvieron un destilado y un residuo (es decir, una sustancia seca) a una temperatura de 218ºC. Si el residuo se calienta más, se reduce considerablemente la cantidad del destilado.

Residuo
	Producción	0,35 kg
	Contenido de azufre	0,7% en peso
	Contenido de nitrógeno	0,36% en peso
	Residuo de carbono	1% en peso
	Contenido de sodio	36 ppm en peso
	Contenido de potasio	0,3 ppm en peso
	Contenido de vanadio	93 ppm en peso
	Poder calorífico superior	9.130 kcal/kg
Destilado: componente del tipo de aceite
	Producción	0,65 kg
	Contenido de azufre	1,4% en peso
	Contenido de nitrógeno	0,01% en peso
	Residuo de carbono	0,07% en peso
	Contenido de sodio	0,5 ppm en peso o menos
	Contenido de potasio	0,5 ppm en peso o menos
	Contenido de vanadio	0,5 ppm en peso o menos
	Poder calorífico superior	10.160 kcal/kg

El componente del tipo de aceite se adecuado como combustible de la turbina de gas y el residuo es una sustancia seca. Son necesarias condiciones muy severas para obtener más destilado. Por lo tanto, el coste del equipo es excesivo. Así, realmente, se limita la cantidad de destilado, es decir, se limita el peso de destilado a aproximadamente 60% (es decir, en la extensión en que la relación de los poderes caloríficos del destilado y el residuo es 60:40%). Así, el residuo puede ser transportado a la caldera cuando está en estado fluido. El componente del tipo de aceite y el residuo, cuyos poderes caloríficos están en una relación ajustada al valor apropiado, son adecuados para la generación de energía de ciclo combinado quemando el gas de escape.

Ejemplo E-11

(Descomposición térmica a presión atmosférica de una orimulsión)

Igual que en el caso del ejemplo E-9, se realizó la descomposición térmica de 1,000 kg de la siguiente orimulsión a una temperatura de 450ºC, a presión atmosférica y de forma discontinua. Como resultado, se obtuvieron un destilado y un residuo (es decir, una sustancia seca) a una temperatura de 282ºC.

Materia prima: orimulsión (porcentajes referidos a materia seca)
	Contenido de azufre	3,51% en peso
	Contenido de nitrógeno	0,89% en peso
	Carbono	84.9% en peso

(Continuación)

	Contenido de sodio	104 ppm en peso
	Contenido de potasio	4 ppm en peso
	Contenido de vanadio	444 ppm en peso
	Poder calorífico superior	9.820 kcal/kg
Residuo
	Producción	0,35 kg
	Contenido de azufre	4,9% en peso
	Contenido de nitrógeno	1,9% en peso
	Carbono	86% en peso
	Contenido de sodio	400 ppm en peso
	Contenido de potasio	6 ppm en peso
	Contenido de vanadio	1.590 ppm en peso
	Poder calorífico superior	8.850 kcal/kg
Destilado: componente del tipo de aceite
	Producción	0,65 kg
	Contenido de azufre	2,8% en peso
	Contenido de nitrógeno	0,23% en peso
	Carbono	84% en peso
	Contenido de sodio	0,1 ppm en peso
	Contenido de potasio	0,1 ppm en peso o menos
	Contenido de vanadio	0,3 ppm en peso o menos
	Poder calorífico superior	10.340 kcal/kg

El componente del tipo de aceite es adecuado como combustible de la turbina de gas y el residuo tiene propiedades por las que el residuo se puede usar como combustible de la caldera. Este ejemplo revela que hay un límite (por ejemplo, aproximadamente 70%) para el intervalo de la relación de poderes caloríficos con el que se puede obtener fácilmente el aceite adecuado para la turbina de gas. En este caso, en vista de la extracción del residuo y la eficiencia al quemar el gas de escape, se puede extraer el destilado con una relación menor de poderes caloríficos.

Ejemplo E-12

(Descomposición térmica a presión atmosférica de fuel C)

Primero, se realiza la descomposición térmica de 100.000 kg/h del siguiente aceite pesado a una temperatura de aproximadamente 450ºC y a presión atmosférica usando el aparato de la figura 1, obteniéndose un destilado y un residuo (es decir, un líquido de viscosidad alta) a una temperatura de 206ºC.

Aceite pesado: fuel C (IFO-280 fabricado por Mitsubishi Oil Co. Ltd.)
	Punto de inflamación	111^{o}C
	Viscosidad	278 cst (50^{o}C)
	Contenido de azufre	2,35% en peso
	Contenido de nitrógeno	0,20% en peso
	Residuo de carbono	8,88% en peso
	Contenido de sodio	12,6 ppm en peso
	Contenido de potasio	0,1 ppm en peso
	Contenido de vanadio	32,6 ppm en peso
	Poder calorífico superior	9.800 kcal/kg
Residuo
	Producción	58.480 kg/h
	Contenido de azufre	3,1% en peso
	Contenido de nitrógeno	0,34% en peso
	Residuo de carbono	16% en peso
	Contenido de sodio	23 ppm en peso
	Contenido de potasio	0,2 ppm en peso
	Contenido de vanadio	59 ppm en peso
	Poder calorífico superior	9.170 kcal/kg

(Continuación)

Destilado: componente del tipo de aceite
	Producción	41.520 kg/h
	Contenido de azufre	1,4% en peso
	Contenido de nitrógeno	0,01% en peso
	Residuo de carbono	0,07% en peso
	Contenido de sodio	0,5 ppm en peso o menos
	Contenido de potasio	0,5 ppm en peso o menos
	Contenido de vanadio	0,5 ppm en peso o menos
	Poder calorífico superior	10.570 kcal/kg

Se generan 169 MWh de energía eléctrica suministrando a la turbina de gas 41.520 kg/h del componente del tipo de aceite obtenido como se ha descrito anteriormente y 1.190.000 m^{3}/h de aire. El gas de escape de la turbina de gas está a una temperatura de aproximadamente 580ºC, contiene aproximadamente 13% en volumen de oxígeno y se suministra a la caldera en la que se quema el componente remanente. Así, se pueden generar 366,6 MWh de energía eléctrica. En consecuencia, la eficiencia térmica de generación de energía usando el aceite pesado de acuerdo con las realizaciones descritas es 47%.

Por otro lado, en el caso de quemar simplemente el aceite pesado usando una caldera, se pueden generar 455,3 MWh de energía eléctrica suministrando 1.190.000 m^{3}/h de aire a 100.000 kg/h del aceite pesado. En este caso la eficiencia térmica de generación de energía es 40%.

En el caso de este ejemplo de acuerdo con las realizaciones descritas, se puede realizar generación de energía suministrando a la turbina de gas toda la cantidad de aire (1.190.000 m^{3}/h) o, alternativamente, dividiendo la cantidad de aire necesaria para la combustión en la caldera en cantidades menores de aire y suministrando secuencialmente a la caldera estas cantidades menores de aire.

Como se puede entender por estos ejemplos, es muy fácil obtener un destilado adecuado como combustible de la turbina de gas y realizar ventajosamente generación de energía de ciclo combinado.

En el caso de limitar el volumen del destilado y de que la relación de los poderes caloríficos del destilado y el residuo sea 10:90, el incremento de la eficiencia de generación de energía es pequeño incluso aunque se realice generación de energía de ciclo combinado. Así, hay poca ventaja proporcionando una planta de tratamiento parcial del combustible.

Incidentalmente, se puede incrementar la cantidad del destilado hasta que la relación de los poderes caloríficos del destilado y el residuo se incremente a 70:30. Sin embargo, la extracción del residuo es más difícil cuando la relación es mayor que 60:40. Además, la cantidad de oxígeno contenido en el gas de escape de la turbina de gas es superior a la cantidad necesaria para quemar el gas de escape. En consecuencia, se incrementa la pérdida en el gas de escape.

En sexto lugar, se describe la gasificación de una mezcla de carbón y aceite pesado por combustión parcial mediante los siguientes ejemplos prácticos.

Ejemplo F-1

Primero, se suministran al gasificador 1.000 kg/h de la siguiente mezcla de carbón y aceite pesado, 800 kg/h de vapor de agua que tiene una temperatura de 260ºC y 735 m^{3}N/h de oxígeno y, posteriormente, se realiza la gasificación parcial a una temperatura de aproximadamente 1.400ºC y a una presión de 40 atm usando el aparato de la figura 1. Como resultado, se obtienen un destilado y un residuo.

Carbón
	Contenido de humedad	25% en peso
	Materia volátil	30% en peso (referido a materia seca)
	Carbono fijo	51% en peso (referido a materia seca)
	Cenizas	17% (referido a materia seca)
	Poder calorífico	5.780 kcal/kg (referido a materia seca)
	Suministro de carbón	500 kg/h
Aceite pesado: fuel C número 2
	Punto de inflamación	80^{o}C
	Viscosidad	100 cst (50^{o}C)
	Contenido de azufre	1,5% en peso

(Continuación)

	Poder calorífico	9.400 kcal/kg
	Suministro de aceite pesado	500 kg/h
Residuo
	Producción	600 kg/h
	Materia volátil	1% en peso
	Carbono fijo	67% en peso
	Cenizas	32% en peso
	Poder calorífico	4.000 kcal/kg
Destilados: componente gaseoso, componente del tipo de aceite y agua
Componente gaseoso
	Producción	1.600 m^{3}N/h
	Poder calorífico	2.500 kcal/m^{3}N
Componente del tipo de aceite
	Producción	cantidad muy pequeña (20 kg/h)
	Poder calorífico	9.800 kcal/kg
Agua
	Producción	300 kg/h

Los destilados obtenidos se suministran a la turbina de gas y se queman en ésta. El gas de escape de la turbina de gas, que está a una temperatura de aproximadamente 580ºC y contiene aproximadamente 13% en volumen de oxígeno, se suministra a la caldera. El residuo se quema usando este gas. En consecuencia, la eficiencia térmica de la generación de energía de ciclo combinado es 46%.

Por otro lado, se gasifica toda la cantidad del combustible orientado a calderas y, usando la turbina de gas, se genera energía eléctrica. También se genera vapor de agua a partir del gas de escape de la turbina de gas quemándolo en la caldera de recuperación de calor. Así, en el caso de realizar generación de energía de ciclo combinado, la eficiencia térmica es aproximadamente 46%. Sin embargo, en el caso del aparato convencional en el que se gasifica toda la cantidad del combustible, es necesario un sistema especial de turbina de gas y caldera y el coste de construcción de dicho aparato convencional es alto. Por el contrario, el coste de construcción del aparato de las realizaciones descritas es bajo. En el caso de modificar una planta existente, se puede utilizar la caldera convencional. Además, la gasificación de toda la cantidad del combustible y el procesamiento o tratamiento de las cenizas son difíciles. La purificación del gas se debe realizar a temperatura baja. En consecuencia, la pérdida de calor es grande.

Ejemplo F-2

Se realiza la gasificación de la mezcla de carbón y aceite pesado por combustión parcial usando el aparato de la figura 2, igual que en el caso del ejemplo F-1. Como resultado, se obtienen un destilado y un residuo. Después de eliminar el polvo y azufre en el destilado, éste se enfría y se lava por un componente líquido. Después, en un depósito de decantación se separa del destilado una capa acuosa. Así, se obtienen un componente gaseoso y un componente del tipo de aceite.

El componente gaseoso y el componente del tipo de aceite se suministran a la turbina de gas. El residuo y la capa acuosa separada del destilado se suministran a la caldera. Así, se puede realizar generación de energía de ciclo combinado.

Ejemplo F-3

Se realiza la gasificación de la mezcla de carbón y aceite pesado por combustión parcial usando el aparato de la figura 3, igual que en el caso del ejemplo F-1. Como resultado, se obtienen un destilado y un residuo. Después de eliminar el polvo y azufre en el destilado, éste se enfría y se lava por un componente líquido. Después, en un depósito de decantación se separa del destilado una capa acuosa. Así, se obtienen un componente gaseoso y un componente del tipo de aceite. Por destilación a presión reducida, el componente del tipo de aceite se separa en un destilado refinado y un alquitrán residual.

El componente gaseoso y el destilado refinado se usan como combustible de la turbina de gas. El residuo, la capa acuosa separada del destilado y el alquitrán residual se usan como combustible de la caldera. Estos combustibles se queman suministrando aire a la caldera. El contenido de azufre en el componente gaseoso y en el componente líquido es 0,6% en peso. Cada uno de los contenidos de sodio, potasio y vanadio es menor que 0,5 ppm en peso. Por lo tanto, no se produce corrosión de los álabes de la turbina.

Ejemplo F-4

El componente gaseoso y el destilado refinado se usan como combustible de la turbina de gas. El residuo, la capa acuosa separada del destilado y el alquitrán residual se usan como combustible de la caldera. Estos combustibles se queman suministrando aire a la caldera. El contenido de azufre en el componente gaseoso y en el componente líquido es 1,0% en peso. Cada uno de los contenidos de sodio, potasio y vanadio es menor que 0,1 ppm en peso. Por lo tanto, no se produce corrosión de los álabes de la turbina.

Ejemplo F-5

El destilado obtenido en el ejemplo F-1 se suministra a la turbina de gas y se quema en ésta usando el aparato de la figura 1. El residuo se suministra la caldera. El gas de escape de la turbina de gas está a una temperatura de 580ºC. También, se recupera calor mediante la caldera de recuperación de calor.

Ejemplo F-6

Primero, se suministran al gasificador de lecho en circulación 1.000 kg/h de la mezcla de carbón del ejemplo F-1 y el aceite pesado descrito a continuación, 500 kg/h de vapor de agua de alta presión y 130 m^{3}N/h de oxígeno y, posteriormente, se realiza la gasificación de dicho carbón por combustión parcial a una temperatura de aproximadamente 1.100ºC y a una presión de 30 atm usando el aparato de la figura 1. Como resultado, se obtienen un destilado y un residuo.

Carbón
	Contenido de humedad	25% en peso
	Materia volátil	30% en peso (referido a materia seca)
	Carbono fijo	51% en peso (referido a materia seca)
	Cenizas	17% (referido a materia seca)
	Poder calorífico	5.780 kcal/kg (referido a materia seca)
	Suministro de carbón	400 kg/h
Aceite pesado: Aceite residual ligero de Irán a presión reducida
	Densidad	1,01 g/cm^{3} (15/4^{o}C)
	Viscosidad	100.00 cst (50^{o}C)
	Contenido de azufre	3,6% en peso
	Suministro de aceite pesado	600 kg/h
Residuo
	Producción	300 kg/h
	Materia volátil	3% en peso
	Carbono fijo	74% en peso
	Cenizas	23% en peso
	Poder calorífico	4.800 kcal/kg
Destilados: componente gaseoso, componente del tipo de aceite y agua
Componente gaseoso
	Producción	1.500 m^{3}N/h
	Poder calorífico	2.600 kcal/m^{3}N
Componente del tipo de aceite
	Producción	80 kg/h
	Poder calorífico	8.000 kcal/kg
Agua
	Producción	250 kg/h

Se elimina el polvo y azufre en los destilados y estos se usan como combustible de la turbina de gas manteniendo la temperatura alta y la presión alta de los mismos. El residuo se usa como combustible de la caldera. Así, se realiza generación de energía de ciclo combinado.

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Como se puede entender por este ejemplo, es muy fácil obtener estos destilados a usar como combustible de la turbina de gas y realizar ventajosamente la generación de energía de ciclo combinado.

En el caso limitar el volumen del destilado y de que la relación de los poderes caloríficos del destilado y el residuo sea 10:90, el incremento de la eficiencia de generación de energía es pequeño incluso aunque se realice la generación de energía de ciclo combinado. Así, hay poca ventaja proporcionando una planta de tratamiento parcial del combustible.

Además, aunque depende de la proporción de carbón y aceite pesado en la mezcla, se puede incrementar la cantidad de destilado hasta que la relación de los poderes caloríficos del destilado y el residuo sea aproximadamente 70:30. Sin embargo, la extracción del residuo es más difícil cuando la relación es mayor que 60:40. Además, la cantidad de oxígeno contenido en el gas de escape de la turbina es superior a la cantidad necesaria para quemar el gas de escape. En consecuencia, se incrementa la pérdida en el gas de escape.

En séptimo lugar, a continuación se describen ejemplos usando diversos tipos de combustibles orientados a calderas.

Ejemplo G-1

En el aparato de la figura 4, como combustible orientado a turbinas de gas se usan 56.000 kg/h de queroseno, del cual hay un exceso en verano. También se usan 92.800 kg/h del siguiente aceite pesado, que no se puede usar como combustible orientado a calderas.

El gas de escape de la turbina de gas está a una temperatura de aproximadamente 580ºC y contiene aproximadamente 13% en volumen de oxígeno. El combustible orientado a calderas se puede quemar usando sólo este gas de escape. En consecuencia, la eficiencia térmica de generación de energía es 46%.

Queroseno: queroseno número 1
	Punto de inflamación	40^{o}C o más
	Temperatura a la que ha destilado el 95%	270^{o}C o menos
	Poder calorífico superior	10.500 kcal/kg
Aceite pesado: aceite residual ligero iraní a presión reducida
	Densidad	1,01 g/cm^{3} (15/4^{o}C)
	Viscosidad	100.000 cst (50^{o}C)
	Contenido de azufre	3,6% en peso

Ejemplo G-2

En el aparato de la figura 8 se usa, como combustible orientado a turbinas de gas, 9.505 kg/h del queroseno usado en el ejemplo G-1 (incidentalmente, no se emplea el combustible orientado a calderas designado con el número de referencia 102). Se realiza la carbonización a temperatura baja (a una temperatura de aproximadamente 600ºC) de 220.400 kg/h del siguiente carbón seco. Como resultado, se obtienen un destilado y carbón calcinado residual. El destilado se enfría y se lava por un componente líquido. Después, en un depósito de decantación se separa del destilado una capa acuosa. Así, se obtienen un componente gaseoso y un componente del tipo de aceite.

Por destilación a presión reducida, el componente del tipo de aceite se separa en un destilado refinado y un alquitrán residual.

El componente gaseoso y el destilado refinado se usan como combustible orientado a turbinas de gas, junto con queroseno. El residuo, la capa acuosa separada y el alquitrán residual se suministran a la caldera como combustible. Estos combustibles se queman con aire suministrado a la caldera. El contenido de azufre en el componente gaseoso y en el componente líquido es 0,52% en peso. Cada uno de los contenidos de sales y vanadio es 0,5 ppm en peso. Por lo tanto, el combustible orientado a turbinas de gas se puede usar en una operación durante un largo período de tiempo, por ejemplo, 8.000 horas. Además, no se produce corrosión de los álabes de la turbina.

Materia prima: carbón (una vez seco)
	Contenido de humedad	4% en peso
	Materia volátil	31% en peso
	Carbono fijo	50% en peso
	Cenizas	15% en peso
	Poder calorífico	6.430 kcal/kg
Carbón calcinado residual
	Producción	193.100 kg/h
	Materia volátil	11% en peso

(Continuación)

	Carbono fijo	65% en peso
	Cenizas	24% en peso
	Poder calorífico	6.700 kcal/kg
Componente gaseoso
	Producción	18.000 m^{3}N/h
	Poder calorífico	7.100 kcal/m^{3}N
Componente del tipo de aceite
	Producción	11.000 kg/h
	Poder calorífico	9.110 kcal/kg

Ejemplo G-3

Se usa el aparato de la figura 5. Como combustible orientado a calderas se emplean 36.050 kg/h del carbón usado en el ejemplo G-2. Además, como combustible orientado a calderas se usan 135.800 kg/h del siguiente aceite pesado, que se ha sometido previamente a descomposición térmica.

El aceite pesado se suministra a un horno de calentamiento en estado presurizado. La descomposición térmica del aceite pesado se realiza a una temperatura de 500ºC. Posteriormente, se detiene una reacción secundaria añadiendo aceite de enfriamiento rápido al horno de calentamiento. Después, el aceite pesado se suministra a la parte inferior de una columna de destilación obteniéndose un destilado y un residuo.

El destilado se desulfura y se usa como combustible orientado a turbinas de gas manteniéndolo a temperatura alta y a presión alta. El componente restante se puede usar como combustible de la caldera junto con carbón.

Aceite pesado: aceite residual ligero iraní a presión reducida
	Densidad	1,01 g/cm^{3} (15/4^{o}C)
	Viscosidad	100.00 cst (50^{o}C)
	Contenido de azufre	3,6% en peso
Residuo
	Producción	75.369 kg/h
	Densidad	1,03 g/cm^{3} (15/4^{o}C)
	Viscosidad	45.000 cst (50^{o}C)
	Contenido de azufre	3,9% en peso
	Contenido de materiales volátiles que
	tienen un punto de ebullición igual o
	mayor que 350^{o}C	78,5% en peso
	Poder calorífico	9.000 kcal/kg
Destilados: componente gaseoso y componente del tipo de aceite
Componente gaseoso
	Producción	5.433 m^{3}N/h
	Poder calorífico	10.125 kcal/m^{3}N
Componente del tipo de aceite
	Producción	54.320 kg/h
	Poder calorífico	10.000 kcal/kg

Ejemplo G-4

(Utilizando carbón, descomposición térmica de aceite pesado y queroseno)

Se usa el aparato de la figura 6. Como combustible orientado a turbinas de gas se usan 15.500 kg/h del queroseno usado en el ejemplo G-1 y como combustible orientado a calderas se usan 100.000 kg/h del carbón usado en el ejemplo G-2. Además, como combustible orientado a calderas se usan 99.520 kg/h de aceite pesado después de haber sido sometido a descomposición térmica.

El gas de escape de la turbina de gas está a una temperatura de aproximadamente 580ºC y contiene aproximadamente 13% en volumen de oxígeno. El residuo y el combustible orientado a calderas se pueden quemar usando sólo este gas de escape. En consecuencia, la eficiencia térmica de generación de energía es 46%.

Ejemplo H-1 (Generación de energía de ciclo combinado realizada por un aparato de generación de energía instalado anexo a una refinería de petróleo)

Se instala el aparato de generación de energía de la figura 4 anexo a una refinería de petróleo que usa, como materia prima, 15.900 kl/día (13.674 t/día) de petróleo crudo.

El crudo se trata totalmente. De la refinería de petróleo se obtienen los siguientes productos.

Gas	250.000 m^{3}/día
LPG	450 t/día
Nafta petroquímica	680 t/día
Gasolina	2.750 t/día
Combustible para turbinas de combustión	700 t/día
Queroseno	1.350 t/día
Aceite ligero diesel	2.300 t/día
Suma de fuel A, B y C	3.000 t/día
Aceite residual a presión reducida	1.500 t/día
Asfalto	300 t/día
Coque de petróleo y alquitrán	400 t/día

De estos productos, se suministran 41,9 t/h de aceite ligero diesel a la turbina de gas como combustible orientado a turbinas y 86 t/h de aceite residual a presión reducida a la caldera como combustible orientado a calderas.

El gas de escape de la turbina de gas está a una temperatura de aproximadamente 580ºC y contiene aproximadamente 13% en volumen de oxígeno. El combustible orientado a calderas se puede quemar usando sólo este gas de escape. Como resultado, la eficiencia de generación de energía es 46% (eficiencia térmica neta).

En consecuencia, el aceite ligero diesel y el aceite residual a presión reducida se pueden convertir en energía eléctrica sin instalar una nueva planta de tratamiento parcial y sin transportarlos a un central eléctrica.

Ejemplo H-2 Generación de energía de ciclo combinado realizada por un aparato de generación de energía anexo a una planta siderúrgica

Se instala el aparato de generación de energía de la figura 4 anexo a una planta siderúrgica.

En la planta siderúrgica hay hornos de coque Koppers. Así, se descompone totalmente carbón bituminoso con lo que se produce coque y gas de coquerías.

Suministro de carbón	200 t/h.
Producción de coque	146 t/h.
Gas de coquerías obtenido como subproducto	6.200 m^{3}N/h
Composición del gas de coquerías
	Hidrógeno	56% en volumen
	Metano	27% en volumen
	Monóxido de carbono	7% en volumen
	Hidrocarburos y otros componentes
	gaseosos no combustibles	3% en volumen
	Poder calorífico	4.450 kcal/m^{3}N

Se fabrica hierro y acero suministrando el coque antes mencionado a un horno alto.

En el horno alto se genera el siguiente gas de horno alto que se puede suministrar a la turbina de gas.

Composición del gas de horno alto: 3% en volumen de hidrógeno y 24% en volumen de monóxido de carbono y otros tipos de componentes gaseosos no inflamables.

Poder calorífico del gas de horno alto: 800 kcal/m^{3}N.

A continuación se describe el caso de usar un gas de coquerías.

Se suministra todo el gas de coquerías a la turbina de gas como combustible orientado a turbinas de gas. Además, se suministran a la caldera, como combustible orientado a calderas, 85,2 t/h de carbón pulverizado producido en el proceso de fabricación del coque y, si fuera necesario, junto con carbón.

El gas de escape de la turbina de gas está a una temperatura de aproximadamente 580ºC y contiene aproximadamente 13% en volumen de oxígeno. El combustible orientado a calderas se puede quemar usando sólo este gas de escape. Como resultado, la eficiencia térmica de generación de energía es 45% (eficiencia térmica neta).

En consecuencia, se puede obtener eficientemente energía eléctrica a partir de un gas de coquerías y carbón pulverizado sin instalar una nueva planta de tratamiento parcial.

Ejemplo H-3 Generación de energía de ciclo combinado por un aparato de generación de energía anexo a una planta química

Se instala el aparato de la figura 4 anexo a una planta química que incluye un planta de craqueo de nafta, una planta de resinas para aplicaciones generales y una planta de productos químicos.

Se suministra nafta a la planta de craqueo de nafta y se realiza completamente el craqueo de la nafta.

Tratamiento de nafta	1.000.000 t/año
Producción de etileno	350.000 t/año
Producción de propileno	170.000 t/año
Producción de benceno	56.000 t/año
Producción de gas en términos de metano	87.000 t/año
Poder calorífico en términos de metano	13.300 kcal/kg
Producción de fuel y alquitrán	39.500 t/año
Poder calorífico del fuel y alquitrán	10.500 kcal/kg
Producción de resina no reciclable	55.000 t/año
Poder calorífico de la resina no reciclable	9.300 kcal/kg
Producción de productos químicos similares al alquitrán	21.000 t/año
Poder calorífico de los productos químicos similares
al alquitrán	4.800 kcal/kg

Actualmente, se queman en la caldera el gas extraído de la planta de craqueo de nafta, sustancias similares al alquitrán extraídas de la planta de craqueo de nafta y de diversas plantas de resinas, resinas no reciclables como polímeros atácticos, polímeros lavados al cambiar ramificaciones y resinas no estandardizadas. Así, se genera vapor de agua y se genera energía eléctrica. En este caso, la eficiencia térmica de generación de energía es 39% (eficiencia térmica neta).

También se realiza generación de energía de ciclo combinado usando, como combustible orientado a la turbina de gas, un gas de escape que hasta la fecha se había suministrado a la caldera como gas de combustión, y usando, como combustible orientado a la caldera, fuel y alquitrán, resinas no reciclables y sustancias químicas similares al alquitrán. Además, se suministra a la caldera y se quema en ésta el gas de escape de la turbina de gas. En consecuencia, la eficiencia térmica de generación de energía es 46% (eficiencia térmica neta).

En consecuencia, se puede obtener eficientemente energía eléctrica en una planta química sin instalar una nueva planta de tratamiento parcial, suministrando a la turbina de gas un gas de escape que se extrae de una planta de craqueo de nafta y suministrando a la caldera sustancias similares al alquitrán, resinas no reciclables y sustancias químicas similares al alquitrán que se extraen de la planta de craqueo de nafta y de diversas plantas de resinas. También, si fuera necesario, la energía eléctrica obtenida se puede vender a una compañía eléctrica.

Claims

1. Un método de generación de energía que comprende las etapas de:

separar un combustible orientado a calderas (F) (1) en un destilado (D) (3) y un residuo (R) (4) realizando un tratamiento parcial del combustible orientado a calderas (F),

adoptar como combustible para turbinas de gas (A) un combustible para turbinas de gas (G) obtenido del destilado (G) sólo o una mezcla del combustible para turbinas de gas (G) y un combustible orientado a turbinas de gas (G'),

adoptar como combustible para calderas (B) el residuo (R) sólo o una mezcla del residuo (R) y por lo menos uno elegido del grupo formado por un combustible destinado a calderas (F) y otro tipo de combustible destinado a calderas (F'),

generar energía eléctrica accionando una turbina de gas que es accionada quemando el combustible de turbinas de gas (A) en la turbina de gas, y

generar energía eléctrica accionando una turbina de vapor que es accionada por vapor de agua (32) producido quemando el combustible de calderas (B) en una caldera (31),

en el que el combustible destinado a calderas (F o F') es un combustible seleccionado del grupo de carbón, carbón de baja calidad cuya materia volátil es mayor que 20% en peso, carbón calcinado residual, coque, fuel, aceite residual, alquitrán, betún, coque de petróleo, carbono, arena bituminosa, aceite obtenido de arena bituminosa, pizarra bituminosa, aceite obtenido de pizarra bituminosa, alquitrán del Orinoco, orimulsión (que es una suspensión acuosa de alquitrán del Orinoco), asfalto, emulsión de asfalto (es decir, asfalto emulsionado), mezcla de petróleo-aceite (COM), mezcla de carbón-agua (CWM), suspensión de carbón-metanol, biomasa procedente de sustancias naturales (como madera, hierba, grasas y aceites o tortas de prensas), plástico residual, desperdicios de combustibles y una mezcla de estas sustancias, y se produce vapor de agua para generar energía suministrando el gas de escape de la turbina de gas a una caldera de recuperación de calor,

caracterizado porque el combustible de calderas (B) se quema también suministrando a la caldera el gas de escape descargado de la caldera de recuperación de calor.

2. El método de generación de energía de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el combustible de calderas (B) se quema también suministrando a la caldera (31) el gas de escape de la turbina de gas.

3. El método de generación de energía de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 2, en el que el tratamiento parcial es un tratamiento parcial de separación que comprende por lo menos uno seleccionado del grupo formado por separación de volátiles, vaporización, destilación, extracción y decantación.

4. El método de generación de energía de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 2, en el que el tratamiento parcial es un tratamiento parcial de descomposición que comprende por lo menos uno seleccionado del grupo formado por descomposición térmica, carbonización, gasificación a gas de agua, gasificación a gas de combustión, hidrogenación e irradiación con microondas.

5. El método de generación de energía de acuerdo con la reivindicación 3 ó 4, en el que el tratamiento parcial se realiza a una temperatura en el intervalo de 250 a 500ºC.

6. El método de generación de energía de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la relación de la cantidad de calor del destilado (D) a la del residuo (R) es de 20-60% a 80-40%.

7. El método de generación de energía de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, en el que se separan del destilado (D) por lo menos un componente gaseoso (V) y un componente del tipo de aceite (O) y en el que el componente gaseoso (V), el componente del tipo de aceite (O) o los dos se usan como combustible para la turbina de gas (G).

8. El método de generación de energía de acuerdo con la reivindicación 7, en el que, por destilación del componente del tipo de aceite (O), éste se separa en un destilado refinado (C) y un residuo destilado (R'), en el que el destilado refinado (C) se usa como combustible para la turbina de gas (G) y en el que el residuo destilado (R') se usa en la caldera.

9. El método de generación de energía de acuerdo con la reivindicación 7 u 8, en el que el combustible para la turbina de gas (A) contiene sodio, potasio y vanadio, siendo el contenido total de sodio y potasio menor que 0,5 ppm en peso y siendo el contenido de vanadio menor que 0,5 ppm en peso.

10. El método de generación de acuerdo con la reivindicación 7 u 8, en el que el componente gaseoso (V) se quema en una turbina de gas obteniéndose un gas de combustión y en el que el componente del tipo de aceite (O) o el destilado refinado (C) se quema en una turbina obteniéndose un aceite de combustión.

11. Un aparato de generación de energía que comprende:

medios de tratamiento parcial para separar un combustible orientado a calderas (F) (1) en un destilado (D) (3) y un residuo (R) (4) realizando un tratamiento parcial del combustible orientado a calderas (F),

una turbina de gas para ser accionada quemando el combustible de turbinas de gas (A) que es un combustible para turbinas de gas (G) obtenido del destilado (D) sólo o una mezcla del combustible para turbinas de gas (GG) y un combustible orientado a turbinas de gas (G'),

un generador de energía (24) acoplado a la turbina de gas, que genera energía eléctrica accionando la turbina de gas,

una caldera (31) para generar vapor de agua (32) quemando el combustible de calderas (B) que es el residuo (R) sólo o una mezcla del residuo (R) y por lo menos uno elegido del grupo formado por un combustible orientado a calderas (F) y otro tipo de combustible orientado a calderas (F'),

una turbina de vapor para ser accionada por el vapor de agua descargado de la caldera, y

un generador de energía (34) acoplado a la turbina de vapor, que genera energía eléctrica accionando la turbina de vapor,

en el que el combustible orientado a calderas (F o F') es un combustible seleccionado del grupo formado por carbón, carbón de baja calidad cuya materia volátil es mayor que 20% en peso, carbón calcinado residual, coque, fuel, aceite residual, alquitrán, betún, coque de petróleo, carbono, arena bituminosa, aceite obtenido de arena bituminosa, pizarra bituminosa, aceite obtenido de pizarra bituminosa, alquitrán del Orinoco, orimulsión (que es una suspensión acuosa de alquitrán del Orinoco), asfalto, emulsión de asfalto (es decir, asfalto emulsionadoo), mezcla de petróleo-aceite (COM), mezcla de carbón-agua (CWM), suspensión de carbón-metanol, biomasa procedente de sustancias naturales (como madera, hierba, grasas y aceites o tortas de prensas), plásticos residuales, desperdicios de combustibles y una mezcla de estas sustancias,

y en el que el aparato de generación de energía comprende además una caldera de recuperación de calor en la que se introduce el gas de escape (28) descargado de la turbina de gas para generar energía, caracterizado por medios para suministrar a la caldera (31) el gas de escape descargado de la caldera de recuperación de calor.

12. El aparato de generación de energía de acuerdo con la reivindicación 11, que comprende además medios para suministrar a la caldera el gas de escape descargado de la turbina de gas.

13. Un método de generación de energía, que comprende las etapas de:

instalar el primer y el segundo aparatos de generación de energía anexos a una planta de la que se puede suministrar un combustible orientado a turbinas de gas y un combustible orientado a calderas,

suministrar el combustible orientado a turbinas de gas a la turbina de gas del primer aparato de generación de energía y quemar en aquélla el combustible orientado a turbinas de gas,

generar energía eléctrica accionando la turbina de gas en el primer aparato de generación de energía usando para accionarla un gas de combustión que se genera quemando el combustible orientado a turbinas de gas,

suministrar a la caldera del segundo aparato de generación de energía el combustible orientado a calderas y quemar en aquélla el combustible orientado a calderas usando el gas de escape descargado de la turbina de gas, y

generar energía eléctrica accionando la turbina de vapor del segundo aparato de generación de energía que es accionado por vapor de agua generado quemando el combustible orientado a calderas, y producir además vapor de agua para generar energía suministrando el gas de escape de la turbina a una caldera de recuperación de calor,

caracterizado por quemar también el combustible de calderas (B) suministrando a la caldera el gas de escape descargado de la caldera de recuperación de calor.

14. El método de generación de energía de acuerdo con la reivindicación 13, en el que la planta es por lo menos una seleccionada del grupo formado por una refinería de petróleo, una planta siderúrgica y una planta química.