JPH08501605A

JPH08501605A - 可燃ガスからのエネルギの回収方法

Info

Publication number: JPH08501605A
Application number: JP6500439A
Authority: JP
Inventors: ラッシュスティグソン
Original assignee: クワエネルパルピングテクノロイースアーベー
Priority date: 1992-05-29
Filing date: 1992-05-29
Publication date: 1996-02-20
Also published as: FI945602A0; CA2136817A1; US5507141A; EP0642611A1; FI945602A; EP0642611B1

Abstract

(57)【要約】６００ないし１３００℃の温度範囲かつ１ないし１００バールの範囲の圧力において作動し、可燃ガスを冷却、浄化し、水および／またはスチームを噴射して圧縮空気および／または可燃ガスを加湿する伝熱式ガスタービンサイクル（Ｃ、Ｅ）における燃料としてこのガスを用い、タービン原動流体の質量流量およびパワー出力を増大させるガスジェネレータ（Ａ）においてセルロース廃液を部分的に酸化させることによって発生される可燃ガスからエネルギを回収する方法。

Description

【発明の詳細な説明】発明の名称可燃ガスからのエネルギの回収方法発明の分野本発明は、セルロース廃液のガス化中に発生した可燃ガスからエネルギを回収する改良型の方法に関し、可燃ガスを１５０℃を下回る温度まで冷却すると同時に、一つ以上の熱交換器において顕熱および潜熱を回収し、冷却した可燃ガスを、水および／またはスチーム噴射式伝熱型ガスタービンサイクルでの燃料として排出する冷却領域を備えた改良に関する。発明の背景クラフト法は、現在の主要な化学パルプ法である。パルプ化中に、回収可能な多量のエネルギが黒色廃液の形で発生する。１９９０年には世界中で約２８億ＧＪ（７８０ＴＷｈ）の黒色廃液がクラフトパルプミルで産出された。クラフト回収装置は、２つの主要機能を有している。ｉ）無機パルプ化学薬品の回収および回復。ｉｉ）主にプロセススチームおよび電力としての、有機材料のエネルギ値の回収。化学的回収法は、クラフト法の資本集約度に大きく貢献する。現代のパルプミルの資本コストの約３５％は、回収法に帰するとされている。黒色廃液からの化学薬品およびエネルギの回収のための今日の主要方法は、トムリンソン式回収ボイラで、５０年以上も前から導入されている技術である。確立されている技術ではあるが、従来の回収技術には幾つかの周知の欠点がある。回収ボイラはフレキシビリティが乏しく、そのため、パルプミルにおける製造上の主なボトルネックになることが多い。また、経済学的規模に応じて大容量の装置が必要になっている。その他の欠点は、低熱効率であることと、安全上の問題となるスメルト水爆発のおそれがあることである。そして、上述の、およびその他の関心事が動機付けとなって、黒色廃液からの化学薬品およびエネルギの回収の新たな方法、原理が開発されている。見込みのある路線の一つは、噴流床または流動床における廃液のガス化である。幾つかの場合には、これらの択一的プロセスは、インクリメンタル式容量ブースタとして装備可能で、回収ボイラによるボトルネックを解消可能とする。新たな回収技術の開発の主な動機付けの一つは、熱効率の向上である。熱効率向上に伴い、スチーム出力比に応じて高パワーになる。本発明は、この分野での著しい改良に関するもので、伝熱ガスタービンサイクルでのガス化およびエネルギ回収に基づく技術を用いている。黒色廃液のガス化は種々の温度および圧力で行える。この結果、可燃プロセスガスの回収無機成分は種々の形となり、可燃プロセスガスの発熱量は種々になる。無機物、主にナトリウム化合物は、可溶化されて、緑液と称される水性アルカリ液を形成する。この液は、廃液調製品の蒸解に用いられる。クラフトパルプミルは、バイオマスエネルギの重要な処理法である。今日のミルの多くは、クラフトミルで利用できるバイオマス燃料を用いるように設計され、これにより、背圧式スチームタービン・コージェネレーション・システムでのオンサイト・スチームおよび電気の必要性に適合したものになっている。電気需要は、特に、統合形ミルでは、内部で発生されるものをしばしば上回り、電気をグリットから移入することが多い。現代のクラフトパルプミルに対するプロセス・スチームの要件は、気乾パルプでトン当たり１０ＧＪのオーダである。内部電気需要は、気乾パルプでトン当たり約６００ｋＷｈである。本発明のバイオマス・ガス化ガスタービン・コージェネレーション・システムは、ミルスチーム需要に合致するもので、移出用の過剰電気を産出する潜在能力を有している。本発明は、従来技術文献に例示されている種々のタイプのガスジェネレータおよびガス化原理を用いて実施可能である。ＵＳ４，９１７，７６３およびＵＳ４，６９２，２０９には、黒色廃液のような使用済みセルロース液のガス化が記載されている。ガス化温度は１０００ないし１３００℃の範囲であり、結果として、溶融無機物および可燃ガスが生成される。溶融アルカリ化学薬品は、冷却および急冷段階においてガス流から取り出される。この段階で、ガス流中に水溶液が噴霧される。産出されたアルカリ溶液は２００℃よりも低温に冷却される。可燃ガスは、スチーム（蒸気）の発生に使用され、或いは合成ガスとして使用される。ＵＳ４，８０８，２６４には別のガス化方法が記載され、黒色廃液からのエネルギ回収は３つの個別のステップで実行される。第１ステップでは、濃縮された黒色廃液が、７００ないし１３００℃でのフラッシュ熱分解により加圧ガス化リアクタ内でガス化される。黒色廃液の無機化学薬品は、溶融けん濁液滴の形で含まれている。結果として得たプロセスガスから、ガスタービン／スチームタービンサイクルでのスチームおよび／または電力の発生用のエネルギが回収される。スチームタービンは背圧式のもので、好ましくは、ミル用のプロセススチームのニーズに合致するように選択される。ＷＯ９１／１５６６５には、加圧黒色廃液ガス化プロセスから電気およびスチームを発生するための方法および装置が記載されている。エネルギは、ガスタービン／背圧式スチームタービンシステムにおいて回収される。ミルで発生した過剰スチームは、電気発生を増大させるためにガスタービンまたはその燃焼器に再循環される。この処理は、本工業分野では、スチーム噴射ガスタービン（以下、ＳＴＩＧと称する）として公知である。ＵＳ４，８０８，２６４及びＷＯ９１／１５６０５の共通点は、両者が、背圧スチームタービンを含む複合サイクルを用いたエネルギ回収に基づいていることである。これらのシステムは熱効率が高いが、スチームタービンおよび廃熱スチームジェネレータの投資額が高くなる。複合サイクルでの凝縮スチームタービンからの電気出力は、総パワー出力の３分の１よりも小さくなることが多く、背圧タービンに対して相当に低くなる。これらの発明の場合のようにボトミングスチームサイクルは、水の蒸発が一定温度で起こる一方で、熱放散は、変化する温度で生じることから、熱力学的な不可逆性が高く、熱効率が低下することになる。本発明の目的は、ガス化装置の反応領域からの高温プロセスガスを１５０℃よりも低い温度まで冷却すると同時に、移送された顕熱および潜熱を、ミルでの内部使用のためのスチームの発生のために回収するガス急冷冷却器および熱交換システムに続く、伝熱ガスタービンサイクルを用いて、黒色廃液のガス化から電力およびプロセススチームを、より効率的にかつ小さい投資集約度で生成する方法を提供することにある。急冷領域および／または熱交換領域からの、またはその内部の急冷液、凝縮液および冷却液などの、高温の液から、顕熱の実質的な量を抽出可能である。潜熱および顕熱の回収は、熱交換スチームジェネレータ、ボイラ・フィード・ウォータ・ヒータおよびヒートポンプを含む種々のタイプの機器において行える。特定の実施例では、ガス流および／または液流での潜熱および／または顕熱は、リバースド・アドソープション・ヒートポンプを用いて回収される。このポンプでは、たとえば水酸化ナトリウム溶液等の熱吸収媒体が熱伝達に用いられる。冷却可燃プロセスガスはガスタービンシステムに移送される。このシステムでは、熱的な希釈および作動流体として使用される過剰空気の幾らかまたは全てが、水蒸気で交換される。ガスタービンは導入ガス流での汚染、特に硫黄酸化物およびアルカリ塩に非常に敏感である。ターボ機械への有害な影響を防止するため、特にガスを内部だきガスタービンサイクルでの燃料として使用する場合には、ガスがこれら及びその他の汚染物で汚染されていないことが必要である。従って、本発明では、効率的なガス浄化が特にナトリウムに関して重要である。ナトリウムは、セルロース廃液での支配的な無機化合物であるからである。殆ど全ての蒸発ナトリウム化合物および粒子が、本発明の急冷式ガス冷却器および洗浄システムにおいて除去されることが認められる。問題となる有害成分の飽和蒸発圧力は、２００℃を下回る温度では非常に小さい。必要であれば、プロセスガスがガスタービン燃焼器に入る前に、プロセスガスをフィルタ処理し、或いは、ナトリウム化合物をケイ酸アルミニウムなどの好適な不揮発性無機吸収剤に吸収可能である。フィルタまたはアルカリ除去用の吸収面として、ゼオライトを使用しても良い。この問題を総合的に回避する一方法は、外だきガスタービンサイクルでの燃料としてプロセスガスを使用することである。これは、本発明の別の随意的な実施例であり、後述する。ガスタービンサイクルは熱力学的な利点を有するが、簡易なサイクルガスタービンシステムには、タービン入口温度を低下させるためにシステムの冷却空気の寄生負荷が大きくなる等の、周知の欠点がある。更に、ガスタービンからの排気には多量の顕熱が含まれており、大気中に排出されると、潜在的に有用な多量のエネルギが浪費されることになる。しかしながら、この排気熱は種々の方法で利用可能である。例えば、熱回収スチームジェネレータ（ＨＲＳＧ）でのスチーム生成に利用可能で、プロセスニーズに直接あるいはコージェネレーション的に使用できる。或いは、凝縮スチームタービンにおけるより多くのパワーの生成に利用可能である。スチームタービンサイクルの経済学的規模が大きいことと本明細書に記載するその他の因子とを考慮すると、重工業用タービンに基づく複合ガスタービンおよびスチームタービンサイクルは、黒色廃液ガス化用の比較的小規模の応用分野に最適な候補とはいえない。タービン排気に含まれる熱含量を利用するための別の方法は、過熱スチームを生成することにあり、過熱スチームは燃焼タービンの燃焼器において再循環、噴射される。例えば、ＵＳ３，９７８，６６１を参照。林産業分野におけるバイオマスガス化ガスタービン・コージェネレーションシステムでのスチーム噴射に関しては、例えば、１９９０年２月のＰＵ／ＣＥＥＳ調書１１３号にプリンストンのエリック・ラーソン博士による記載がある。タービン排気を利用する更に別の方法は、コンプレッサを出る空気を、伝熱式熱交換器においてエンジン排気で予熱すると同時に、空気圧縮中に中間段階冷却を用いることである。伝熱サイクルでの水の噴射により、効率を更に向上できる。水噴射式伝熱ガスタービンサイクルの原理は、例えば米国特許２，８６９，３２４および米国特許４，５４７，０２３ならびに１９７１年の機械工学学会誌１８５巻のガスパロビック、エヌ氏の論文「熱交換と圧縮空気での水噴射とを備えたガスタービン」に以前に記載された。上記従来技術文献に例示されているように直だきガスタービンサイクルの主たる欠点は、燃料ガス品質に対して敏感であることにある。間接だき或いは外だきガスタービンサイクルは、敏感性が相当に低く、スチームジェネレータとほぼ同等品質の燃料を受入れ可能である。現在、石炭ガス化分野で開発中の間接サイクルは、種々の従来装置に適合可能である。先進型の燃焼器および高温熱交換器は、市販され或いは開発中である。燃焼のためにサイクルエア全てを使用するスタック（排煙）ガス再循環は、間接サイクルでは魅力的で、ＮＯｘ排出量を最小とし投資額を低減する。後述するように、水噴射による圧縮空気加湿と組み合わせた間接だきガスタービンサイクルは、本発明の魅力的な代替実施例である。黒色廃液からの回収に適用した添付の詳細な説明、例および図面を参照して、本発明の実施について説明する。しかしながら、本発明は、使用済み亜硫酸パルプ液またはソーダパルプ液などの、その他のセルロース廃液の回収にも適用可能であることに留意すべきである。図面の簡単な説明添付素面を参照して本発明を説明する。図１は、本発明による装置構成の好適実施例を開示し、および図２は、本発明による１２のスチームのコージェネレーションのための装置構成を開示する。本発明の一般説明本プロセスでは、フリーフローガスジェネレータＡにおいて、炭化水素材料および無機ナトリウム化合物を含むセルロース廃液と酸素含有ガスとの反応が行われて可燃ガスを生成する。ガスジェネレータは、７００ないし１５００℃の間の反応領域温度かつ１ないし１００バールの圧力で作動する。ガスジェネレータからの高温の流出ガス流は、急冷冷却器１において水性液と直接接触することにより急速に冷却される。図１を参照。冷却の主要部分は、水性急冷液の一部または全ての蒸発の結果である。流出ガス２および急冷液３の温度は、ガスジェネレータの選択した運転圧力により支配され、この圧力での飽和蒸気温度に対応する。この様にして、高温の流出ガスでの顕熱の大部分は吸収されて、水蒸気に伝えられる。飽和ガスは、６０ないし２２０℃の範囲の温度でかつ１バールから１００バールまで変化する圧力、好ましくは、急冷での圧力降下よりも少ないガスジェネレータでのものと同一圧力で急冷システムを出る。次に、可燃ガスは、一つ以上の熱交換器４で更に冷却され、これと同時に、プロセススチーム５及び／又は高温の水を発生する。こうして、ミルのスチーム需要の全部ではないが、その大部分が、冷却システム熱交換スチームジェネレータによりカバーされる。従って、下流側ガスタービンシステムＢは、パワー発生のために最適化可能である。冷却の結果としての凝縮液６は、ナトリウム化合物を含むことがあるものであって、プロセスガスから取り出され、その他の水性液と混合されて蒸解液調製に用いられる緑水７を形成する。熱交換器を出るプロセスガスは、水性液８による洗浄Ｂによって更に冷却される。これにより、持ち越されたナトリウム蒸気の除去が助長される。結果として得た清浄な可燃ガス９は、２０℃と１５０℃との間の温度でかつガスジェネレータでのものと略同一圧力を有している。このガスは飽和され、水蒸気分圧は、この温度および全圧に対応する。更に、ガス浄化およびナトリウム除去は、下流側のフィルタリングまたは静電気沈殿により随意に行える。プロセスガスの熱価は、ガスジェネレータで用いる酸化剤のタイプおよび量に依存する。酸化剤としての空気を使用する結果、生成ガスの約半分が窒素からなり、従って、比較的発熱量の低いガスが生じることになる。全体的なエネルギバランスおよび投資コストの考察により、本発明では黒色廃液のガス化のための酸化剤として工業用酸素を用いても、生成ガス品質がより高くなるものの、得るものは少なく或いは得るものがない。空気吹き込み黒色廃液ガス化からの清浄な生成ガスは、３．５ないし５ＭＪ／Ｎｍ³の範囲の熱価を有している。最終的な冷却および洗浄の後で、プロセスガスの温度は、高温の循環緑水および／または循環コンプレッサ中間冷却用冷却水１０および／またはガスタービン排気１１との熱交換により上昇される。予熱された清浄な可燃ガスはその後で、コンプレッサＣ、燃焼器ＤおよびガスタービンＥを備えるガスタービンプラントにおける燃料として使用される。本発明が目的とするパワー発生を達成するため、燃焼器に入るガス状流に、またはガスタービンでの膨張の前のガス状流に水またはスチームを噴射することにより、および、ガスタービン排気との熱交換による前記ガス状流の予熱により、タービンを通る質量流量が増大される。本発明の顕著な特徴は、タービンまたは燃焼器の排気エネルギの大部分を再生して、コンプレッサ排出空気および／または燃料ガスを燃焼器の前で予熱する伝熱式熱交換器Ｆの使用にある。更に、コンプレッサ中間冷却の使用により、伝熱サイクルの性能が大きく改良される。これは、コンプレッサの仕事が低減され、また、中間冷却による熱エネルギ損失が、伝熱式熱交換器での排気ガスからのより多くの熱の抽出によって平衡がとられるからである。好適な実施例において、圧縮空気流は、圧縮後において、加湿塔Ｇにおいて空気流に水１２を加えることにより冷却される。この加湿塔では、噴射された水の全て又は一部が蒸発する。露点は最大水追加量を決定する。次の伝熱式熱交換器において、湿った圧縮空気がガスタービン排気との熱交換により加熱される。伝熱式熱交換器の入口での空気温度が露点温度と等しいとき、最大の熱が、排気ガスから回収される。伝熱式熱交換器前の加湿塔により一つ以上のステップにおいて蒸発再生が行われる。代替実施例は、コンプレッサ排出の後に蒸発アフタクーラを配することである。同クーラに水噴射蒸発伝熱式熱交換器が続く。この様に、圧縮空気流への水の噴射により、少なくとも２つの目的が達成される。結果として、ガスタービンを介する増大した質量流量により、パワー出力が増大し、空気圧縮の寄生負荷が減少する。更に、圧縮空気内へ水を噴射させることにより、流体の真温度および高位熱容量が、タービンまたは燃焼器排気に関して、より好ましい熱交換条件を与えることになる。本発明の更に別の目的は、ガスジェネレータの運転のために加圧酸化剤空気を与えることにより達成される。本発明ではガスタービンでの希釈冷却空気に対する必要性が低減し、これにより、ガス化に必要な空気の全てを供給できることになる。本発明の方法の別の特定の利点は、圧縮空気および／または燃料ガスの蒸発冷却に用いる水を予熱するために、排出された煙道（排気筒）ガス２０、コンプレッサインタクーラ１３またはガス化プロセスからの低レベルの熱を利用可能であり、或いは、ミルのいずれかからの低レベルの熱を利用可能であって、従って、全体効率を向上可能なことにある。本発明の主たる利点はその単純さにある。複合サイクルのボトミングサイクル全体が除去され、その結果、与えられた電気出力に対する投資額が少なくなる。伝熱式熱交換器および加湿装置は、設計上または運転上の困難さをもたらすものではない。水またはスチームを噴射するサイクルの欠点は、排気ガスから蒸気を取り戻す方法を用いない場合に、加湿装置に加えられる水が失われることである。蒸発再生を備えるガスタービンシステムについては、加湿のための水の消費量は、ｋＷｈパワー当たり０．１ないし０．８ｋｇの水のオーダで、パワー効率の良いＳＴＩＧシステムでの約２倍である。両方の場合において、ボイラ供給水品質のために水を処理しなければならない。本発明でのガスタービンサイクルは、噴射に用いるべき脱塩水を生成するための設備と統合できる。その様な脱塩プラントは、海水脱塩工業で公知の種々の原理に基づくもので良い。蒸留プロセスに基づく脱塩プラントは、排気流からの熱を直接使用可能であり、或いは、ミルのいずれかからの余剰スチームまたは低レベルの熱を使用可能であるので、本発明での使用に最適である。本発明の別の好適実施例において、可燃ガス流および／または急冷領域から排出されるアルカリ液および／または熱交換領域からの顕熱および潜熱の回収にヒートポンプが用いられる。ガス流での飽和温度が低く、また急冷領域から排出される液流での温度が低いにもかかわらず、２ないし１０バールの圧力範囲での有用なスチームを発生できることから、ヒートポンプの使用は、ガス化圧力が例えば１０ないし１５バールよりも低いときに特に魅力的である。低いガス化圧力、例えば１０ないし１５バールよりも低い圧力で本発明を実施する場合、直だきシステムに比べて下流側間接だきガスタービンサイクルを使用することがより魅力的になる。間接だきシステムの効率は、燃料ガス圧力に実質的には依存しない。間接だきサイクルにおいて、燃料ガスはガスタービン排気の存在下で燃焼器で燃焼され、また、燃焼器排気熱は、湿った圧縮空気の予熱のために抽出される。この空気は、ガスタービンでの原動流体として用いられる。溶融アルミナ／シリカなどの高位キャスト・セラミックを熱交換面として使用することにより、約１０００℃以上の範囲で空気を予熱できる。間接サイクルの自明な利点の一つは、燃料ガス品質に対する敏感性の低減にある。本発明の幾つかの実施例を実施する際に、圧縮空気または燃料ガスへ水を噴射することにより、燃焼器での断熱フレーム温度が下がる。しかしながら、燃焼が安定である限り、この効果は無視されるほどのものである。黒色廃液供給での固体負荷が高くなると、燃料ガス熱価および断熱フレーム温度が増大することにより、この効果と反対作用する。本発明におけるタービン排気ガス流での平均水蒸気分圧は、全圧の５ないし２５％のオーダである。また、ガスタービンシステムでの水またはスチームの噴射により、与えられたタービン入口温度での燃焼器におけるピークフレーム温度が下がるので、本発明が環境上の利点をもたらすことが判るであろう。ＮＯｘ排出量は、湿った燃焼空気および／または燃料ガスの熱容量の増大につれて指数関数的に落下する。少量の水蒸気は、炭化水素の分解に触媒効果を奏し、一酸化炭素排出量を最小にする。例例１（図１）クラフト市場パルプミルは、さらしパルプを１日当たり１０７０トン産出し、乾燥固体換算で１日当たり１６６２トンの黒色廃液流を発生する。ミルの内部スチーム要件は、１時間当たり１１２トンかつ５バールおよび３６トンかつ１３バールのスチームに匹敵する。ミルでの電気消費量は、パルプ１トン当たり６００ｋＷｈで、１日当たり６４２ＭＷｈ（２６．７５ＭＷ）である。黒色廃液は、エネルギ回収用の蒸発伝熱式ガスタービンシステムと統合した懸架床式のガス化装置に供給される。黒色廃液は、ガス化装置入口で次のデータを有する。乾燥固体含量７８％温度１７０℃ 高位発熱量１４．８ＭＪ／ｋｇＤＳ流量１９．２４ｋｇＤＳ／ｓガス化装置は、２５バールの圧力でかつ９５０℃の反応領域温度で運転される。空気は、ガスタービンコンプレッサ（１４）から取り出されてガスジェネレータでの酸化剤として使用される。ガスタービンコンプレッサを出た空気の温度および圧力はブースタコンプレッサにより上昇される。ガス化装置を出たプロセスガスは２つの間接熱交換器における熱交換により冷却され、１時間当たり５バールのスチームを１１２トンおよびミルへの移出用に１時間当たり２バールのスチームを７トン発生する。ガスは、向流噴霧洗浄装置における洗浄により更に冷却される。洗浄装置を出た清浄なプロセスガスの温度は４０℃で圧力は２３バールである。このガスは次の成分を有する。ＣＯ１７．２％Ｈ₂ １８．７％ＣＯ₂ １１．０％Ｈ₂Ｏ０．３％Ｎ₂ 残りガスの発熱量は４．２ＭＪ／Ｎｍ³（ＬＨＶ）である。プロセスガスは、ガス化装置／洗浄装置から排出され、伝熱式ガスタービンプラントでの燃料として使用される。洗浄後、プロセスガス温度は、コンプレッサインタクーラ（１３）からの高温の水（１０）との熱交換により１３０℃まで上昇し、ガスは、ガスタービン燃焼器に入る前に伝熱式熱交換器においてガスタービン排気により更に４５０℃まで予熱される。ボイラフィード水（１０）はコンプレッサインタクーラにおいて３０℃から１４５℃まで予熱され、可燃ガス予熱のために使用されると共に、加湿装置での噴射水として部分的に使用され、また、ボイラフィード水として用いられる。そして、過剰の水（１５）はバークボイラフィード水として用いられる。ガス予熱装置（１６）からのボイラフィード水（１８）の流れは、ガス化装置／洗浄装置循環ループからの緑水との間接熱交換（２１）により１２５℃から１６０℃まで予熱される。ボイラフィード水の別の流れは、加湿器への管路（１２）において汲み上げられる（１９）。調製した水は管路（１７）に加えられる。ガスタービン排気流は、最後に、ガスタービンプラントおよび伝熱式熱交換器から管路（２０）を介して排出される。ガスタービンサイクルは、次の主要設計基準を有している。効率コンプレッサ断熱効率＝０．８９タービン断熱効率＝０．９１ジェネレータ効率＝０．９９コンプレッサ入口（２２）での雰囲気空気条件温度１５℃ 圧力１．０３３気圧相対湿度６０％燃料（２３）黒色廃液のガス化からの清浄なプロセスガス。温度４５０℃ 発熱量４．２ＭＪ／Ｎｍ³（ＬＨＶ）コンプレッサからガス化装置（１４）へのエアブリード温度２９０℃（ブースタコンプレッサ後）フロー２６．６Ｎｍ³／ｓガスタービン入口条件圧力１５バール温度１１００℃噴射用の水温度１２５℃ フロー７ｋｇ／ｓ雑記伝熱式熱交換器での加熱用流体と被加熱用流体との間での最小温度差が２０℃ であると仮定する。燃焼効率および機械効率は１．０であると仮定する。補助パワーは無視されると仮定する。追加ガスタービン冷却については要件を設けない。エアブースタコンプレッサでのパワー消費は３．３ＭＷである（効率０．８）。結果正味パワー出力８５．９ＭＷ正味パワー産出３２％熱効率６５％伝熱式熱交換器後の煙道ガスでの温度２００℃ 排気ガスフロー１６３Ｎｍ³／ｓ煙道ガスの水蒸気含量１０．８％タービン排気での酸素含量１０．９％例２（図２）黒色廃液ガス化装置で発生したプロセスガスは熱交換により冷却され、更に、洗浄装置において４０℃の温度まで冷却され、ミルでの使用のために１時間当たり５バールのスチームが８６トンと２バールのスチームが２７トン回収される。その他の関連データは例１のとおりである。清浄な冷却されたプロセスガスは、熱交換器（２４）において３００℃まで予熱され、その後、プロセスガスは向流多段飽和器において加湿され、ガス温度は１３１℃まで低下する。飽和したプロセスガスはその後熱交換器においてガスタービン排気から熱を抽出することにより予熱される。ガスタービン燃焼器に入るプロセスガスの温度は４５０℃である。ガスタービン排気熱は、２つの伝熱式熱交換器での導入煙道ガスとの熱交換のため、および、廃熱ボイラで１時間当たり１２バールのスチームを３４トン発生するために用いられる（２５）。コンプレッサ中間冷却は、このサイクルでは用いられず、コンプレッサ排気の熱は燃焼器に直接伝えられる。コンプレッサからの高温空気の一部が取り出され、ガス化装置の酸化剤としての使用のために再循環される（２６）。結果正味パワー出力７６．６ＭＷ正味パワー産出２８％熱効率６９％排出された煙道ガスでの温度２１０℃ 煙道ガスでの水蒸気９．２％タービン排気での酸素含量１１．８％追加実施例伝熱式熱交換器を出たタービン排気煙道ガスは、低温ではあるが、相当量の熱を含んでいる。この熱は例えば低圧スチーム発生のために利用可能である。煙道ガスでの水含量が相当に高いので、凝縮熱の回収が有利であることもある。凝縮熱回収装置において、煙道ガス温度は、凝縮の結果、水蒸気露点よりも低い温度まで低下される。回収された熱は顕熱および潜熱の双方で、潜熱の寄与が大きい。スチーム噴射ガスタービンサイクルでの煙道ガス凝縮熱回収により、同一またはより大きいエネルギ量を回収可能である。凝縮煙道ガス熱回収の別の潜在的な利点は、再循環および噴射水または噴射スチームとしての使用のために比較的純粋な水を回収可能であることにある。現代のクラフトミルの多くは、ホグおよび／またはバークだきボイラ、或いは統合されたガス化装置を有している。その他のミルは、石灰炉燃料などの各種用途に利用可能な天然ガスを有している。本発明は、ミルで利用可能なその他のガス状および液状炭化水素燃料の燃焼と結合して実施可能である。例として、追加天然ガスまたはバイオガスを、圧縮空気流での予バーナ、または、ガスタービン入口温度およびパワー出力を増大させるガスタービン燃焼器において燃焼可能である。ガス化装置からの可燃ガスと別の炭化水素燃料とを混合することにより、同一目的を達成可能である。本発明でパワー出力を増大する更に別の方法は、燃焼器またはガスタービンにおける種々の部位にスチームを噴射することである。ガスジェネレータに続く急冷冷却器を、液体サイクロンまたは液体噴射冷却により置き換えることもできる。添付の請求の範囲において、その様な装置は表現「接触領域」によりグループ化してある。本明細書に述べた発明の種々の変形は、発明の趣旨および範囲から逸脱することなしに当業者には明らかである。例えば、複数のインタクーラを使用可能で、また、再加熱装置をガスタービンと共に使用可能である。一つ以上のステップにおいてその後の予熱を伴う加湿を使用でき、また、原動流体の質量流量を増大させるためにサイクルの種々の部位において水またはスチームを噴射可能である。従って、添付の請求の範囲に示すような限定のみを設けるべきである。

【手続補正書】特許法第１８４条の８【提出日】１９９４年８月３日【補正内容】請求の範囲１．６００ないし１５００℃の温度範囲かつ約１ないし１００バールの範囲の圧力において作動し、急冷領域または接触領域において水性液と直接接触させて可燃ガスを冷却かつ浄化することにより無機ナトリウム成分を溶解させ、システムから蒸解液の調製のために取り出されるアルカリ液を生成し、前記急冷領域または接触領域から前記可燃ガスを排出するガスジェネレータにおいてセルロース廃液を部分的に酸化させることにより発生される前記可燃ガスからエネルギを回収する方法であって、（１）一つ以上の冷却液との熱交換により３０ないし１８０℃の範囲の温度までガスを冷却する一つ以上の熱交換領域へ、前記急冷領域または接触領域を出る可燃ガス流を通すことにより、前記可燃ガス流を冷却し、（２）前記可燃ガスを通過させてガスタービンプラントに燃料供給し、（３）空気を所定圧力まで圧縮し、（４）前記ガスジェネレータでの酸化剤として使用するため、圧縮空気流から圧縮空気を取り出し、（５）前記可燃ガスの全部または一部を水またはスチームと接触させ、（６）酸素含有ガス、好ましくは前記圧縮空気の存在下で、前記可燃ガスを燃焼させ、（７）前記可燃ガスへの間接伝熱により、ガスタービン排気から熱を抽出することを特徴とするエネルギ回収方法。２．前記急冷領域または接触領域を出るガス流は、１ないし１５バールの圧力のスチームを発生するための熱を伝達する一つ以上の間接熱交換器において冷却されることを特徴する請求の範囲第１項に記載のエネルギ回収方法。３．熱交換による冷却後に、前記ガス流は、水性液を用いて洗浄され、１５０℃ を下回る温度まで冷却されることを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載のエネルギ回収方法。４．凝縮液、アルカリ液および／または洗浄液は、前記ガス流から取り出され、前記凝縮液、アルカリ液および洗浄液は、混合ならびに急冷および／または洗浄装置への再循環の後に、蒸解液の調製のために取り出されることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載のエネルギ回収方法。５．前記急冷および／または熱交換領域を出るアルカリ液との熱交換により熱が回収されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のエネルギ回収方法。６．前記急冷領域を出る前記ガス流中の熱および／または前記急冷および／または熱交換領域を出る液の中の熱は、ヒートポンプシステム、好ましくはリバースド・アドソープション・ヒートポンプを用いて熱交換により回収されることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第５項のいずれかに記載のエネルギ回収方法。７．一つ以上の段において、空気は、２バールを上回る、好ましくは５ないし５０バールの範囲の、より好ましくは１０ないし３０バールの圧力に圧縮されることを特徴とする請求の範囲第１項記載のエネルギ回収方法。８．中間冷却を備えた２つ以上の段において空気が圧縮されることを特徴とする請求の範囲第１項または第７項に記載のエネルギ回収方法。９．中間冷却は、圧縮空気へ水を噴射することにより行われることを特徴とする請求の範囲第１項、第７項または第８項に記載のエネルギ回収方法。 10．中間冷却は、冷却液を用いた間接熱交換により行われることを特徴とする請求の範囲第１項、第７項または第８項に記載のエネルギ回収方法。 11．一つ以上のコンプレッサを出る圧縮空気の、容積で５ないし３０％が、前記ガスジェネレータでの酸化剤として使用するために取り出されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のエネルギ回収方法。 12．前記熱交換領域を出た飽和した可燃ガスは、一つ以上の接触領域において水性液と接触され、これにより前記飽和可燃ガスは、７０℃ないし１４５℃の範囲の温度に冷却され、その後、前記可燃ガスは、ガスタービン排気熱との熱交換により予熱され、圧縮空気の存在下で燃焼されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のエネルギ回収方法。 13．前記熱交換領域を出た可燃ガスは、一つ以上の接触領域において水性液と接触され、これにより、前記ガスは１００℃を下回る温度まで冷却され、前記ガスは１００℃を上回る温度まで予熱され、ガス流へ水を噴射することにより前記ガスは加湿され、前記加湿された可燃ガスは、ガスタービン排気との熱交換により１５０℃を上回る温度まで予熱され、圧縮空気の存在下で前記加湿ガスは燃焼されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のエネルギ回収方法。 14．加湿または飽和された可燃ガスは、ガスタービン排気との向流熱交換により３００℃を上回る温度まで予熱されることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第２３項のいずれかに記載のエネルギ回収方法。 15．凝縮熱回収により、ガスタービン排気流から低レベルの熱が回収されることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第１４項のいずれかに記載のエネルギ回収方法。 16．凝縮熱回収からの凝縮液は再循環されて噴射水として使用されることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第２６項のいずれかに記載のエネルギ回収方法。 17．スチームは、ガスタービン燃焼器および／またはタービンエキスパンダに入る一つ以上のガス状流に噴射されることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第１６項のいずれかに記載のエネルギ回収方法。

Claims

【特許請求の範囲】１．６００ないし１５００℃の温度範囲かつ約１ないし１００バールの範囲の圧力において作動し、急冷領域または接触領域において水性液と直接接触させて可燃ガスを冷却かつ浄化することにより無機ナトリウム成分を溶解させ、システムから蒸解液の調製のために取り出されるアルカリ液を生成し、前記急冷領域または接触領域から前記可燃ガスを排出するガスジェネレータにおいてセルロース廃液を部分的に酸化させることにより発生される前記可燃ガスからエネルギを回収する方法であって、（１）一つ以上の冷却液との熱交換により３０ないし１８０℃の範囲の温度までガスを冷却する一つ以上の熱交換領域へ、前記急冷領域または接触領域を出る可燃ガス流を通すことにより、前記可燃ガス流を冷却し、（２）前記可燃ガスを通過させて直接または間接だきガスタービンプラントに燃料供給し、（３）空気を所定圧力まで圧縮し、（４）前記ガスジェネレータでの酸化剤として使用するため、圧縮空気流から圧縮空気を取り出し、（５）前記圧縮空気および／または可燃ガスの全部または一部を水またはスチームと接触させ、（６）酸素含有ガス、好ましくは前記圧縮空気または前記ガスタービンからの排気ガスの存在下で、前記可燃ガスを燃焼させ、（７）前記圧縮空気および／または可燃ガスへの間接伝熱により、或いは、ガスタービン排気を燃焼器での燃焼空気として用いることにより、ガスタービン排気から熱を抽出し、次いで、圧縮空気および／または可燃ガスへの間接伝熱により燃焼器排気を抽出することを特徴とするエネルギ回収方法。２．前記急冷領域または接触領域を出るガス流は、１ないし１５バールの圧力のスチームを発生するための熱を伝達する一つ以上の間接熱交換器において冷却されることを特徴する請求の範囲第１項に記載のエネルギ回収方法。３．熱交換による冷却後に、前記ガス流は、水性液を用いて洗浄され、１５０℃ を下回る温度まで冷却されることを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載のエネルギ回収方法。４．凝縮液、アルカリ液および／または洗浄液は、前記ガス流から取り出され、前記凝縮液、アルカリ液および洗浄液は、混合ならびに急冷および／または洗浄装置への再循環の後に、蒸解液の調製のために取り出されることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載のエネルギ回収方法。５．前記急冷および／または熱交換領域を出るアルカリ液との熱交換により熱が回収されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のエネルギ回収方法。６．前記急冷領域を出る前記ガス流中の熱および／または前記急冷および／または熱交換領域を出る液の中の熱は、ヒートポンプシステム、好ましくはリバースド・アドソープション・ヒートポンプを用いて熱交換により回収されることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第５項のいずれかに記載のエネルギ回収方法。７．一つ以上の段において、空気は、２バールを上回る、好ましくは５ないし５０バールの範囲の、より好ましくは１０ないし３０バールの圧力に圧縮されることを特徴とする請求の範囲第１項記載のエネルギ回収方法。８．中間冷却を備えた２つ以上の段において空気が圧縮されることを特徴とする請求の範囲第１項または第７項に記載のエネルギ回収方法。９．中間冷却は、圧縮空気へ水を噴射することにより行われることを特徴とする請求の範囲第１項、第７項または第８項に記載のエネルギ回収方法。 10．中間冷却は、冷却液を用いた間接熱交換により行われることを特徴とする請求の範囲第１項、第７項または第８項に記載のエネルギ回収方法。 11．一つ以上のコンプレッサを出る圧縮空気の、容積で５ないし３０％が、前記ガスジェネレータでの酸化剤として使用するために取り出されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のエネルギ回収方法。 12．取り出しの後で前記一つ以上のコンプレッサを出た圧縮空気の残りは、水またはスチームの噴射により加湿されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のエネルギ回収方法。 13．前記加湿は、一つ以上の向流多段接触装置において行われることを特徴とする請求の範囲第１項または第１２項に記載のエネルギ回収方法。 14．前記圧縮空気に噴射される水またはスチームの温度は１００℃ を上回ることを特徴とする請求の範囲第１項または第１２項に記載のエネルギ回収方法。 15．前記圧縮空気に噴射される水は、コンプレッサインタクーラでの圧縮空気との熱交換により１００℃を上回る温度まで暖められることを特徴とする請求の範囲第１項、第１２項または第１４項に記載のエネルギ回収方法。 16．前記圧縮空気に噴射される水は、高温凝縮液、緑液、急冷液および／または洗浄液との間接熱交換により１００℃を上回る温度まで暖められることを特徴とする請求の範囲第１項、第１２項または第１４項に記載のエネルギ回収方法。 17．前記圧縮空気に噴射される水は、タービン排気熱との間接熱交換により１００℃を上回る温度まで暖められることを特徴とする請求の範囲第１項、第１２項または第１４項に記載のエネルギ回収方法。 18．前記圧縮空気に噴射される水は、ガス化システムまたはミルにおいて発生した廃熱との間接熱交換により１００℃を上回る温度まで暖められることを特徴とする請求の範囲第１項、第１２項または第１４項に記載のエネルギ回収方法。 19．前記加湿された圧縮空気は、タービン排気との間接熱交換により１５０℃を上回る温度まで加熱されることを特徴とする請求の範囲第１項なし第１８項のいずれかに記載のエネルギ回収方法。 20．前記加湿された圧縮空気は、前記圧縮空気流への追加の水またはスチームの中間噴射を伴う、２つ以上の個別かつ相互接続された熱交換器におけるタービン排気との熱交換により加熱されることを特徴とする請求の範囲第２項なし第１９項のいずれかに記載のエネルギ回収方法。 21．前記加湿された圧縮空気は、空気流に一つまたは幾つかの部位において水を噴射する向流伝熱式熱交換器におけるガスタービン排気との熱交換により加熱されることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第２０項のいずれかに記載のエネルギ回収方法。 22．前記熱交換領域を出た飽和した可燃ガスは、一つ以上の接触領域において水性液と接触され、これにより前記飽和可燃ガスは、７０℃ないし１４５℃の範囲の温度に冷却され、その後、前記可燃ガスは、ガスタービン排気熱との熱交換により予熱され、圧縮空気の存在下で燃焼されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のエネルギ回収方法。 23．前記熱交換領域を出た可燃ガスは、一つ以上の接触領域において水性液と接触され、これにより、前記ガスは１００℃を下回る温度まで冷却され、前記ガスは１００℃を上回る温度まで予熱され、ガス流へ水を噴射することにより前記ガスは加湿され、前記加湿された可燃ガスは、ガスタービン排気との熱交換により１５０℃を上回る温度まで予熱され、圧縮空気の存在下で前記加湿ガスは燃焼されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のエネルギ回収方法。 24．加湿または飽和された可燃ガスは、ガスタービン排気との向流熱交換により３００℃を上回る温度まで予熱されることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第２３項のいずれかに記載のエネルギ回収方法。 25．ガスタービン排気は燃焼器での酸化剤として使用され、前記燃焼器において、ガスタービンエキスパンダでの原動流体として使用される圧縮空気との熱交換により、燃焼器排気から熱が伝達されることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第１８項のいずれかに記載のエネルギ回収方法。 26．凝縮熱回収により、ガスタービンおよび／または燃焼器排気流から低レベルの熱が回収されることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第２５項のいずれかに記載のエネルギ回収方法。 27．凝縮熱回収からの凝縮液は再循環されて噴射水として使用されることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第２６項のいずれかに記載のエネルギ回収方法。 28．スチームは、ガスタービン燃焼器および／またはタービンエキスパンダに入る一つ以上のガス状流に噴射されることを特徴とする請求の範囲第２項ないし第２７項のいずれかに記載のエネルギ回収方法。