KR20140000219A - 공정 열 부산물의 이용 - Google Patents

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KR20140000219A
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존 데이비드 펜톤
레오노어 알. 루즈
제리 엠. 로브너
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셰브런 유.에스.에이.인크.
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Abstract

공정 열 부산물로부터 전기 및/또는 기계적 출력을 생산하기 위한 열회수 시스템 및 방법들이 제공된다. 공정 열 부산물의 공급원은, 고온의 연도가스 유동, 고온 반응기, 증기 발생기, 가스터빈, 디젤 발전기 및 공정 칼럼들을 포함한다. 열회수 시스템 및 방법은 유기 랭킨 싸이클의 작업 유체를 직접적으로 가열하기 위한 공정 열 부산물 유동을 포함한다. 상기 유기 랭킨 싸이클은 열교환기, 출력을 발생시키기 위한 터빈 발전기 시스템, 응축기 열교환기, 작업 유체를 상기 열교환기로 재순환시키기 위한 펌프를 포함한다.

Description

공정 열 부산물의 이용{UTILIZATION OF PROCESS HEAT BY- PRODUCT}
본 발명은 일반적으로, 열의 회수 및 이용에 관련된다. 좀더 구체적으로, 본 발명은, 전기 및/또는 기계적 출력을 발생시키기 위해 공정 열 부산물(process heat by- product)의 이용에 관한 것이다.
탄소 및 에너지 이용을 둘러싼 규정 및 목표가, 더 높은 수준의 에너지 효율을 위한 현존 공정들의 설계 및 개장의 중요성을 증가시켰다. 주요 원동력은, 온실가스 배출 또는 국소 오염을 감소시키고 에너지 접근성(access to energy)을 개선하기 위해 에너지 투자요건을 감소시키며 현존의 공급 능력을 가장 양호하게 이용하려는 요구이다. 공정의 에너지 효율을 개선하기 위해, 입력되는 에너지의 이용을 개선하고 대기로 버려지는 에너지를 감소시키는 것이 필요하다. 버려지는 에너지의 흔한 영역은, 유동상 접촉 분해 재생기 칼럼 오버헤드(fluid catalytic cracking regenerator column overheads), 증기 재생기 배출가스, 터빈 배출가스 및 다른 연도 가스 공급원과 같은 공급원 및 석유 및 가스 산업의 공급원으로부터 배출되는 열에 있다.
최근에, 상대적으로 높은 온도의 폐열을 회수하기 위한 방법들은, 증기를 생산하거나 다른 공정들의 예열을 위한 열을 이용하는 것을 포함한다. 상기 열은, 열회수 증기 발생기 또는 열교환기내에서 이용될 수 있다. 공정의 에너지 효율을 증가시키기 위한 상기 방법은, 동력발생 또는 기계적 동력을 위해 전형적으로 화씨 500도(℉)아래인 저온의 "폐열"을 이용한다. 지열 적용예들 및 왕복 엔진들에 있어서, 열을 동력으로 변환시키기 위해 유기 랭킨 싸이클(organic Rankin cycle)이 이용된다. 원하는 동력 출력을 생산하기 위해 배출가스 또는 브라인(brine)이 작업 유체와 교환된다. 그러나, 최근에 정제공정 또는 다양한 연도 가스 배출 시스템에서 유기랭킨싸이클의 이용과 관련한 몇 가지 문제점들이 존재한다. 최신 기술은, 상기 공정 증기의 저온 영역에서 필요한 효율에 도달할 수 없다. 또한, 최신 기술은, 변동이 심한 유속 및 온도를 가진 공정에서 오염(fouling) 및 안정성 위험을 충분히 감소시키는 적절한 교환기(excahanger) 기술을 포함하지 못했다. 또한, 최근의 설치작업과 비교할 때 훨씬 더 복잡한 공정 셋팅(process setting)내에 상기 기술을 구조적으로 일체화시키는 어려움이 존재한다.
그러므로, 효과적이고 효율적으로 상기 폐열을 포집해서 유용한 에너지원으로 변환시키기 위한 공정이 필요하다.
본 발명은, 공정 열 부산물로부터 열회수를 위한 공정에 관한 것이고, 상기 열회수는 공정 열 부산물로부터 열에너지를 터빈 구동식 발전기를 통해 전기가 발생될 수 있는 유기 랭킨 싸이클로 공급(channeling)하여 실현된다. 본 발명은 또한, 상기 공정들을 실시하기 위한 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 한 특징에 있어서, 정제 작업으로부터 공정 열 부산물을 직접적으로 이용하기 위한 공정은 동시에 발생되고 히터 또는 열교환기에 의해 서로 연결되는 두 개의 서브 공정(sub processes)들을 포함한다. 제 1 서브공정에서, 공정 열 부산물 유동은 히터를 향하고 냉각된 부산물 유동과 가열된 작업 유체 유동을 발생시키기 위해 유기 랭킨 싸이클의 작업 유체 유동을 가열하도록 이용된다. 다음에 냉각된 부산물 유동은 대기로 배출된다. 일부 예들에서 공정 열 부산물 유동은, 유체 촉매 분해 유닛으로 연도가스 또는 점화된 히터, 소각로, 수첨개질기(hydrotreater), 촉매 개질기(catalytic reformer) 또는 이성질화 유닛(isomerization unit )과 같은 고온 반응기로부터 회수된 열을 포함한다. 제 2 서브공정에서, 작업 유체 유동은, 가열된 작업 유체 유동을 형성하기 위해 히터내에서 공정 열 부산물 유동에 의해 가열된다. 일부 특징에 의하면, 상기 가열된 작업 유체 유동은 증발된다. 상기 가열된 작업 유체 유동은, 팽창된 작업 유체유동을 형성하고 전기 및/또는 기계적 동력을 발생시키기 위해 터빈 발전기 세트를 통과한다. 팽창된 작업 유체유동은 다음에 응축된 작업 유체유동을 형성하기 위해 또 다른 열교환기를 향한다. 상기 응축된 작업 유체유동은 다음에 유기 랭킨 싸이클의 히터로 유입되는 작업 유체유동을 형성하기 위해 펌프를 통과한다.
본 발명의 또 다른 특징에 있어서, 폐열 부산물을 직접적으로 이용하기 위한 공정은 동시에 발생되고 히터 또는 열교환기에 의해 서로 연결되는 두 개의 서브공정들을 포함한다. 제 1 서브공정에서, 폐열 부산물 유동은 히터를 향하고 냉각된 부산물 유동과 가열된 작업 유체유동을 발생시키도록 유기 랭킨 싸이클의 작업 유체유동을 가열하기 위해 이용된다. 다음에 상기 냉각된 부산물 유동은 대기로 배출된다. 일부 특징에서, 냉각된 부산물 유동은 대기로 배출되기 전에 소각로, 스크러버 또는 스택을 향한다. 일부 특징들에서 공정 열 부산물유동은 증기발생기, 가스터빈 또는 디젤 발전기의 폐열을 포함한다. 상기 제 2 서브공정에서, 작업 유체유동은 가열된 작업 유체 유동을 형성하기 위해 히터내에서 폐열 부산물 유동에 의해 가열된다. 일부 특징들에서 가열된 작업 유체유동이 증발된다. 상기 가열된 작업 유체유동은, 팽창된 작업 유체유동을 형성하고 전기 및/또는 기계적 동력을 발생시키기 위해 터빈 발전기를 통과한다. 상기 팽창된 작업 유체유동은 다음에, 응축된 작업 유체유동을 형성하기 위해 또 다른 열교환기를 향한다. 응축된 작업 유체유동은 다음에 상기 유기 랭킨 싸이클의 히터로 유입되는 작업 유체유동을 형성하기 위해 펌프를 통과한다.
본 발명의 또 다른 특징에 있어서, 열 부산물 유동을 직접적으로 이용하기 위한 공정은, 동시에 발생되고 히터 또는 열교환기에 의해 연결되는 두 개의 서브공정들을 포함한다. 제 1 서브공정에서, 냉각된 부산물 유동및 가열된 작업 유체를 생산하기 위하여 열 부산물 유동은 히터를 향하고 유기 랭킨 싸이클의 작업 유체 유동을 가열하기 위해 이용된다. 다음에 냉각된 부산물 유동은 대기로 배출된다. 일부 특징에 있어서, 냉각된 부산물 유동은 대기로 배출되기 전에 소각로, 스크러버 또는 스택을 향한다. 제 2 서브공정에서, 가열된 작업 유체 유동을 형성하기 위해 상기 작업 유체유동은 히터내에서 상기 열 부산물 유동에 의해 가열된다. 일부 특징들에서, 가열된 작업 유체는 증발된다. 상기 가열된 작업 유체는 팽창된 작업 유체 유동을 형성하고 전기 및/또는 기계적 동력을 생산하기 위하여 터빈- 발전기 세트를 통과한다. 다음에 팽창된 작업 유체 유동은 응축된 작업 유체 유동을 형성하기 위하여 또 다른 열교환기를 향한다.
당업자들은, 하기 선호되는 실시예들에 관한 설명을 읽어 볼 때 본 발명의 특징들을 명확히 이해한다.
본 발명을 따르는 실시예들 및 장점들을 더욱 완전하게 이해하기 위하여, 아래와 같이 간단히 설명되는 첨부도면들과 함께 하기 설명을 참고한다.
도 1은, 실시예에 따라 유체 촉매 분해 유닛(fluid catalytic cracking unit)으로부터 폐열을 이용하기 위한 열회수 시스템을 도시한 개략 선도.
도 2는 또 다른 실시예에 따라 유체 촉매 분해 유닛으로부터 폐열을 이용하기 위한 열회수 시스템을 도시한 개략 선도.
도 3은, 또 다른 실시예에 따라 유체 촉매 분해 유닛으로부터 폐열을 이용하기 위한 열회수 시스템을 도시한 개략 선도.
도 4는, 또 다른 실시예에 따라 유체 촉매 분해 유닛으로부터 폐열을 이용하기 위한 열회수 시스템을 도시한 개략 선도.
도 5는, 실시예에 따라 점화된 히터 유닛(fired heater unit)으로부터 공정 열 부산물을 이용하기 위한 열회수 시스템을 도시한 개략 선도.
도 6은, 또 다른 실시예에 따라 점화된 히터 유닛으로부터 공정 열 부산물을 이용하기 위한 열회수 시스템을 도시한 개략 선도.
도 7은, 또 다른 실시예에 따라 점화된 히터 유닛으로부터 공정 열 부산물을 이용하기 위한 열회수 시스템을 도시한 개략 선도.
도 8은, 또 다른 실시예에 따라 점화된 히터 유닛으로부터 공정 열 부산물을 이용하기 위한 열회수 시스템을 도시한 개략 선도.
도 9는, 실시예에 따라 증기 발생기 유닛으로부터 배출가스 유동을 이용하기 위한 열회수 시스템을 도시한 개략 선도.
도 10은, 또 다른 실시예에 따라 증기 발생기 유닛으로부터 배출가스 유동을 이용하기 위한 열회수 시스템을 도시한 개략 선도.
도 11은, 또 다른 실시예에 따라 증기 발생기 유닛으로부터 배출가스 유동을 이용하기 위한 열회수 시스템을 도시한 개략 선도.
도 12는, 또 다른 실시예에 따라 증기 발생기 유닛으로부터 배출가스 유동을 이용하기 위한 열회수 시스템을 도시한 개략 선도.
도 13은, 실시예에 따라 가스 터빈 유닛으로부터 배출가스 유동을 이용하기 위한 열회수 시스템을 도시한 개략 선도.
도 14는, 또 다른 실시예에 따라 가스 터빈 유닛으로부터 배출가스 유동을 이용하기 위한 열회수 시스템을 도시한 개략 선도.
도 15는, 또 다른 실시예에 따라 가스 터빈 유닛으로부터 배출가스 유동을 이용하기 위한 열회수 시스템을 도시한 개략 선도.
도 16은, 또 다른 실시예에 따라 가스 터빈 유닛으로부터 배출가스 유동을 이용하기 위한 열회수 시스템을 도시한 개략 선도.
도 17은, 실시예에 따라 공정 열 유동을 이용하기 위한 열회수 시스템을 도시한 개략 선도.
도 18은, 또 다른 실시예에 따라 공정 열 유동을 이용하기 위한 열회수 시스템을 도시한 개략 선도.
도 19는, 또 다른 실시예에 따라 공정 열 유동을 이용하기 위한 열회수 시스템을 도시한 개략 선도.
도 20은, 또 다른 실시예에 따라 공정 열 유동을 이용하기 위한 열회수 시스템을 도시한 개략 선도.
본 발명의 도시된 실시예들이 설명된다. 명확한 이해를 위해 실제구조의 모든 특징들이 본 명세서에서 설명되는 것은 아니다. 당업자는, 상기 실제 구조의 개발에서 한 구조로부터 다른 구조에서 변할 수 있는 시스템 관련 및 사업 관련 제약들을 준수하는 것과 같이 개발자들의 특정 목적을 달성하기 위해 구조에 관한 다수의 결정들이 이루어져야 하는 것을 알게 된다. 또한, 상기 개발 노력은, 복잡하고 시간소비적이지만 그럼에도 불구하고 본 공개내용의 혜택을 가지는 분야에서 당업자가 수행하는 일상적인 일임을 알게 된다.
본 발명은, 본 발명을 제한하지 않는 첨부도면들을 참고하는 실시예들에 관한 하기 설명들을 읽어봄으로써 더욱 양호하게 이해될 수 있고, 각 도면들의 동일한 부품들은 동일한 도면부호로서 표시된다. 본 명세서에서 이용되는 용어들과 표현은, 상기 용어들과 표현에 관해 관련 분야의 당업자들에 의해 이해되는 것과 일치하는 의미를 가지는 것으로 이해되고 해석되어야 한다. 본 명세서에서 이용되는 용어 또는 표현의 일관성 있는 사용이, 용어의 특수한 정의, 예를 들어 당업자들에 의해 이해되는 일반적이고 통상적인 의미와 다른 정의를 내포하는 것은 아니다. 용어 또는 표현이, 예를 들어 기술자들에 의해 이해되는 의미 이외의 의미와 같은 특수한 의미를 가지는 것임을 의미하도록, 상기 특수한 정의는 상기 용어 또는 표현의 특수 정의를 직접적이고 명확하게 제공하는 정의 방식으로 명세서에 명확히 공개될 것이다. 또한, 다양한 유동 또는 상태들이, "고온의(hot)", "차가운(cold)", "냉각된(cooled)" 및 "따뜻한(warm)" 또는 다른 유사한 용어와 같은 용어들과 함께 설명된다. 당업자들은, 상기 용어들이 특정온도의 절대측정값이 아니라 다른 공정 유동에 대한 상태를 반영한다는 것을 안다.
도 1은, 유동상 접촉 분해 재생기 유닛(101)으로부터 연도가스 유동(102)의 이용을 위한 직접식 열회수 시스템(100)을 도시한다. 일반적으로, 상기 연도가스 유동(102)은 상기 유체 촉매 분해 재생기 유닛(fluid catalytic cracking regenerator unit)(101)내에서 코크(coke)의 연소에 의해 발생되는 고온 열 유동이다. 특정 실시예들에서 상기 연도가스 유동(102)은 화씨 약 1100도 내지 약 1800도 ℉ 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예에서 코크의 상기 연소가 완전할 때 상기 연도가스 유동(102)의 적어도 일부분(102a)는 폐열 증기 발생기(103)로 유입된다. 또한 보일러 공급수 유동(104)은 상기 폐열 증기 발생기(103)로 유입되고 상기 연도가스 유동(102)의 열은 증기유동(105)을 발생시키기 위해 상기 보일러 공급수 유동(104)을 가열하기 위해 이용된다. 특정 실시예에서 상기 폐열 증기 발생기(103)는, 제곱인치당 약 15 내지 1100 파운드 게이지(psig) 범위의 압력을 발생시킨다. 다음에 감소된 열 연도가스 유동(106)은 상기 폐열 증기 발생기(103)로부터 유출하고 감소된 입자 연도 가스 유동(109)을 생산하기 위해 감소된 열 연도가스 유동(106)내에 존재하는 촉매입자(catalyst fines)(108)들을 제거하는 전기 집진기(electrostatic precipitator)(107)로 유입된다. 특정 실시예들에서 상기 감소된 입자 연도 가스 유동(109)은 화씨 약 350 내지 약 800도(℉) 범위의 온도를 가진다.
특정 실시예들에서 코크의 연소가 불완전하고 상기 연도가스 유동(102)이 상당한 양의 일산화탄소를 포함할 때, 상기 연도가스 유동(102) 중 적어도 일부분(102b)은 일산화탄소 보일러(110)로 유입된다. 또한, 연료 유동(111)과 공기 유동(112)은, 상기 연도가스 유동(102)속의 일산화탄소를 연소시키기 위해 상기 보일러(110)로 유입된다. 또한, 보일러 공급수 유동(114)은 상기 보일러(110)로 유입되고 연소공정과 연도가스 유동(102)의 열은 상기 보일러 공급수 유동(114)을 가열하여 증기 유동(115)을 발생시키기 위해 이용된다. 특정 실시예들에서, 상기 보일러(110)는 약 15 내지 약 1100 psig 범위의 압력에서 작동한다. 다음에 감소된 열 연도가스 유동(116)은 상기 보일러(110)로부터 유출하고 상기 감소된 열 연도가스 유동(116)속에 존재하는 촉매입자(118)를 제거하여 감소된 입자 연도가스 유동(119)을 발생시키기 위해 전기집진기(107)로 유입된다. 특정 실시예들에서, 감소된 입자 연도가스 유동(119)은 화씨 약 350도 내지 약 800도 ℉ 범위의 온도를 가진다.
특정 실시예들에서, 연도가스 유동(102)의 일부분(102a)은 상기 폐열 증기 발생기(103)속으로 이동할 수 있고, 결과적으로 감소된 입자 연도가스 유동(109)은 나중에 열교환기(120)속으로 유입되기 전에 연도가스 유동(102)의 나머지 부분(102c)와 합쳐질 수 있다. 상기 열교환기(120)는 유기 랭킨 싸이클의 일부분이다. 상기 열교환기(120)는, 한 유체유동으로부터 다른 유체유동으로 열을 전달할 수 있는 모든 형태의 열교환기일 수 있다. 열교환기의 적합한 예들은, 가열기, 증발기, 이코노마이저(economizer) 및 다른 열회수 열교환기들을 포함하며 이들에 국한되지 않는다. 예를 들어, 열교환기(120)는 쉘 및 튜브(shell- and- tube)식 열교환기, 플레이트- 핀- 튜브 코일(plate- fin- tube coil) 형태의 교환기, 핀(fin)을 가진 튜브 또는 핀이 없는 튜브 번들(tube bundle), 용접된 플레이트 열교환기 등일 수 있다. 따라서, 본 발명은 상기 제한이 첨부된 청구범위에 명백하게 공개되지 않는다면 특정 형태의 열교환기로 국한된다고 고려하지 않는다. 특정 실시예들에서, 상기 연도가스 유동(102)은 상기 폐열 증기 발생기(103)속으로 완전히 이동할 수 있다. 특정 실시예들에서, 상기 연도가스 유동(102)의 일부분(102b)은 보일러(110)속으로 이동하고, 결과적으로 감소된 입자 연도가스 유동(119)은 나중에 열교환기(120)속으로 유입되기 전에 연도가스 유동(102)의 나머지 부분(102c)과 결합될 수 있다. 특정 실시예들에서, 상기 연도가스 유동(102)은 상기 보일러(110)속으로 완전히 이동할 수 있다. 또 다른 특정 실시예들에서 상기 연도가스 유동(102)의 제 1 부분(102a)은 폐열 증기 발생기(103)속으로 이동할 수 있고, 연도가스 유동(102)의 제 2 부분(102b)은 보일러(110)속으로 이동할 수 있으며, 결과적으로 감소된 입자 연도 가스유동(109,119)은 나중에 열교환기(120)속으로 유입되기 전에 연도가스 유동(102)의 제 3 부분(102c)와 결합될 수 있다. 다른 특정 실시예에서, 상기 연도가스 유동(102)은 상기 열교환기(120)속으로 직접적으로 유입될 수 있다. 당업자는, 상기 연도가스 유동(102)이 열교환기(120)속으로 유입되기 전에 입력 연도가스 유동(125)을 발생시키기 위해 다수의 방법과 모든 조합으로 처리될 수 있다는 것을 안다.
다음에 상기 입력 연도가스 유동(125)의 적어도 일부분(125a)은, 상기 열교환기(120)내부의 작업 유체 유동(126)을 가열하기 위해 이용된다. 상기 입력 연도가스 유동(125)의 부분(125a)은 작업 유체 유동(126)으로 열을 전달하기 위해 작업 유체유동(126)과 열적으로 접촉한다. 본 명세서에서 사용되는 것처럼, 상기 용어 "열적으로 접촉"은, 일반적으로 열 공정(process of heat)을 통한 에너지 교환을 의미하며 재료들의 물리적 혼합 또는 직접적인 물리적 접촉을 의미하지 않는다. 특정 실시예들에서, 작업 유체유동(126)은 유기 랭킨 싸이클내에서 이용하기 적합한 모든 작업 유체를 포함한다. 상기 입력 연도가스 유동(125)의 부분(125a) 및 작업 유체 유동(126)은 가열된 작업 유체 유동(128) 및 감소된 열 연도가스 유동(129)을 발생시키기 위해 열교환기(120)로 유입된다. 특정 실시예에서, 작업 유체유동(126)은 화씨 약 80 내지 약 150 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 가열된 작업 유체 유동(128)은 화씨 약 160 내지 약 450 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 상기 가열된 작업 유체 유동(128)은 증발된다. 특정 실시예들에서, 상기 가열된 작업 유체 유동(128)은 가열된 작업 유체 유동(128)을 위한 임계점 이상의 온도와 압력 조건에서 초임계 공정(supercritical process)동안 증발된다. 특정 실시예들에서, 상기 가열된 작업 유체 유동(128)은 과열(superheated)된다. 특정 실시예들에서, 상기 작업 유체유동(126)은 고압액체로서 유입되고 상기 가열된 작업 유체 유동(128)은 과열 증기로서 유출한다. 특정 실시예들에서, 감소된 열 연도가스 유동(129)은 화씨 약 300 내지 약 750 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 감소된 열 연도가스 유동(129)은 이슬점(dew point) 바로 위의 온도까지 냉각된다. 상기 감소된 열 연도가스 유동(129)은 대기로 통풍(vented)된다. 특정 실시예들에서, 상기 입력 연도가스 유동(125)의 일부분(125b)은 바이패스 밸브(130)를 통해 전환되고 다음에 대기로 배출되어야 하는 배출 연도가스 유동(131)을 발생시키기 위해 상기 감소된 열 연도가스 유동(129)과 합쳐진다. 특정 실시예들에서, 상기 배출 연도가스 유동(131)은 화씨 약 300 내지 약 800 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 상기 입력 연도가스 유동(125)의 전체 부분(125a)은 상기 열교환기(120)를 향하고 화씨 약 300도(℉)에서 대기로 배출된다.
다음에 가열된 작업 유체 유동(128)의 적어도 일부분(128a)은 유기 랭킨 싸이클의 일부인 터빈 발전기 시스템(150)을 향한다. 본 출원의 목적을 위하여, 상기 용어 "터빈"은 터빈 및 팽창기(expander) 또는 고압가스를 팽창시켜서 유용한 일이 발생되는 모든 장치를 포함하는 것으로 이해된다. 가열된 작업 유체 유동(128)의 상기 부분(128a)은 팽창된 작업 유체 유동(151)을 발생시키고 동력을 발생시키기 위하여 상기 터빈 발전기 시스템(150)내에서 팽창된다. 특정 실시예들에서, 상기 팽창된 작업 유체 유동(151)은 화씨 약 80 내지 약 440 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 상기 터빈 발전기 시스템(150)은 전기 또는 전기동력을 발생시킨다. 특정 실시예들에서, 상기 터빈 발전기 시스템(150)은 기계적 동력을 발생시킨다. 특정 실시예들에서, 상기 가열된 작업 유체 유동(128)의 일부분(128b)은 바이패스 밸브(152)를 통해 전환되고 다음에 중간 작업 유체 유동(155)을 발생시키기 위해 팽창된 작업 유체 유동(151)과 합쳐진다. 특정 실시예들에서, 상기 중간 작업 유체 유동(155)은 화씨 약 85 내지 약 445 도(℉) 범위의 온도를 가진다.
상기 중간 작업 유체 유동(155)은 다음에 한 개이상의 공랭식 응축기(157)를 향한다. 상기 공랭식 응축기(157)는 유기 랭킨 싸이클의 일부분이다. 특정 실시예들에서, 상기 유기 랭킨 싸이클은 두 개의 공랭식 응축기(157)들을 직렬로 포함한다. 공랭식 응축기의 적합한 예들은 에어 쿨러(air cooler) 및 증발식 쿨러를 포함하지만 이들에 국한되지 않는다. 특정 실시예들에서, 각각의 공랭식 응축기(157)는 가변 주파수 드라이브(variable frequency drive)(158)에 의해 제어된다. 상기 공랭식 응축기(157)는 응축된 작업 유체 유동(159)을 형성하기 위해 상기 중간 작업 유체 유동(155)을 냉각한다. 특정 실시예들에서, 상기 응축된 작업 유체 유동(159)은 화씨 약 80 내지 약 150 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 응축된 작업 유체유동(159)은 다음에 펌프(160)를 향한다. 상기 펌프(160)는 유기 랭킨 싸이클의 일부분이다. 상기 펌프(160)는, 본 명세서에 공개된 시스템들의 펌핑 요건을 만족시키기에 충분하고 상업적으로 이용할 수 있는 모든 형태의 펌프일 수 있다. 특정 실시예에서, 상기 펌프(160)는 가변 주파수 드라이브(161)에 의해 제어된다. 상기 펌프(160)는 열교환기(120)를 향하는 작업 유체 유동(126)을 발생시키기 위해 상기 응축된 작업 유체유동(159)을 더 높은 압력(higher pressure)으로 귀환시킨다.
도 2는, 또 다른 실시예를 따르는 직접식 열회수 시스템(200)을 도시한다. 상기 직접 열회수 시스템(200)은, 구체적으로 언급되는 하기 설명을 제외하곤, 열회수 시스템(100)에 관한 설명과 동일하다. 도 2를 참고할 때, 상기 중간 작업 유체 유동(155)는 다음에 한 개이상의 수냉식 응축기(257)를 향한다. 상기 수냉식 응축기(257)는 상기 유기 랭킨 싸이클의 일부분이다. 특정 실시예들에서, 상기 유기 랭킨 싸이클은 두 개의 수냉식 응축기(257)들을 직렬로 포함한다. 상기 수냉식 응축기(257)들은, 응축된 작업 유체 유동(259)를 형성하기 위해 중간 작업 유체 유동(155)를 냉각한다. 특정 실시예들에서, 상기 응축된 작업 유체 유동(259)는 화씨 약 80도 내지 약 150도(℉) 범위의 온도를 가진다. 열교환기(120)를 향하는 작업 유체 유동(126)을 생산하기 위해 상기 응축된 작업 유체 유동(259)는 다음에 펌프(160)를 향하고 더 높은 압력으로 귀환된다.
도 3은, 입력 연도 가스 증기(325)의 이용을 위한 간접식 열회수 시스템(300)을 도시한다. 상기 입력 연도 가스 증기(325)는 입력 연도 가스 유동(125)에 관한 설명과 동일하며 간단한 설명을 위하여 동일한 설명은 하기 설명에서 반복되지 않는다. 도 3을 참고할 때, 상기 입력 연도 가스 증기(325)의 적어도 일부분(325a)은 열교환기(320)내부에서 작업 유체 유동(326)을 가열하기 위해 이용된다. 입력 연도 가스 증기(325)의 상기 부분(325a)은 상기 작업 유체 유동(326)과 열적으로 접촉하고 작업 유체 유동(326)에 열을 전달한다. 상기 작업 유체 유동(326)은 물, 글리콜(glycols), 써미놀(therminol) 유체, 알칸(alkanes), 알켄(alkenes), 염화불화탄소(chlorofluorocarbons), 수소불화탄소(hydrofluoroearbons), 이산화탄소(C02), 냉매(refrigerants), 및 다른 탄화수소 성분들의 혼합물을 포함하지만 이들에 국한되지 않는다. 입력 연도 가스 증기(325)의 상기 부분(325a)과 상기 작업 유체 유동(326)은, 가열된 작업 유체 유동(328) 및 감소된 열 연도 가스 유동(329)을 생산하기 위해 상기 열교환기(320)로 유입된다. 특정 실시예들에서, 상기 작업 유체 유동(326)은 화씨 약 85 내지 약 160 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 상기 가열된 작업 유체 유동(328)은 화씨 약 165 내지 약 455 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 상기 감소된 열 연도 가스 유동(329)은 화씨 약 300 내지 약 750 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 상기 감소된 열 연도 가스 유동(329)은 이슬점 바로 위의 온도까지 냉각된다. 다음에, 상기 감소된 열 연도 가스 유동(329)은 대기로 통풍된다. 특정 실시예들에서, 입력 연도 가스 증기(325)의 일부분(325b)은 바이패스 밸브(330)를 통해 전환되고 다음에 대기로 통풍되어야 하는 배출 연도가스 유동(331)을 발생시키기 위해 감소된 열 연도 가스 유동(329)과 합쳐진다. 특정 실시예들에서, 상기 배출 연도가스 유동(331)은 화씨 약 300 내지 약 800 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 상기 입력 연도 가스 증기(325)는 완전히 상기 열교환기(320)를 향하고 화씨 약 300 도(℉)에서 대기로 방출된다.
상기 가열된 작업 유체 유동(328)의 일부분(328a)은, 가열된 작업 유체 유동(337) 및 감소된 열 작업 유체 유동(338)을 생산하도록 작업 유체 유동(336)을 가열하기 위해 열교환기(335)로 유입된다. 상기 가열된 작업 유체 유동(328)의 부분(328a)은 상기 작업 유체 유동(336)과 열적으로 접촉하고 작업 유체 유동(336)에 열을 전달한다. 특정 실시예들에서, 상기 작업 유체 유동(336)은 유기 랭킨 싸이클에서 이용하기 적합한 모든 작업 유체를 포함한다. 특정 실시예들에서, 상기 작업 유체 유동(336)은 화씨 약 80 내지 약 150 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 상기 가열된 작업 유체 유동(337)은 화씨 약 160 내지 약 450 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 가열된 작업 유체 유동(337)은 증발된다. 특정 실시예들에서, 상기 가열된 작업 유체 유동(337)은 초임계 공정(supercritical process)내에서 증발된다. 특정 실시예들에서, 상기 가열된 작업 유체 유동(337)은 과열된다. 특정 실시예들에서, 상기 감소된 열 작업 유체 유동(338)은 화씨 약 85 내지 약 155 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 가열된 작업 유체 유동(328)의 일부분(328b)은 바이패스 밸브(339)를 통해 전환되고 다음에 중간 작업 유체 유동(340)을 발생시키기 위해 감소된 열작업 유체 유동(338)과 합쳐진다. 특정 실시예들에서, 상기 중간 작업 유체 유동(340)은 화씨 약 85 내지 약 160 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 상기 중간 작업 유체 유동(340)은 다음에 펌프(342)로 향한다. 특정 실시예들에서, 상기 펌프(342)는 가변 주파수 드라이브(343)에 의해 제어된다. 상기 펌프(342)는, 열교환기(320)로 유입되는 작업 유체 유동(326)을 생산하기 위해 중간 작업 유체 유동(340)을 귀환(return)시킨다.
다음에 상기 가열된 작업 유체 유동(337)의 적어도 일부분(337a)은, 유기 랭킨 싸이클의 일부분인 터빈 발전기 시스템(350)으로 향한다. 상기 가열된 작업 유체 유동(337)의 부분(337a)은 팽창된 작업 유체 유동(351)을 생산하고 출력을 발생시키기 위해 상기 터빈 발전기 시스템(350)내에서 팽창한다. 특정 실시예들에서, 상기 팽창된 작업 유체 유동(351)은 화씨 약 80 내지 약 440 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 상기 터빈 발전기 시스템(350)은 전기 또는 전력을 발생시킨다. 특정 실시예들에서, 상기 터빈 발전기 시스템(350)은 기계적 출력을 발생시킨다. 특정 실시예들에서, 가열된 작업 유체 유동(337)의 일부분(337b)은 바이패스 밸브(352)를 통해 전환되고 다음에 중간 작업 유체 유동(355)을 발생시키기 위해 팽창된 작업 유체 유동(351)과 합쳐진다. 특정 실시예들에서, 중간 작업 유체 유동(355)은 화씨 약 85 내지 약 445 도(℉) 범위의 온도를 가진다.
상기 중간 작업 유체 유동(355)은 다음에 한 개이상의 공랭식 응축기(357)를 향한다. 상기 공랭식 응축기(357)는 유기 랭킨 싸이클의 일부분이다. 특정 실시예들에서, 상기 유기 랭킨 싸이클은 두 개의 공랭식 응축기(357)들을 직렬로 포함한다. 특정 실시예들에서, 각각의 공랭식 응축기(157)는 가변 주파수 드라이브(358)에 의해 제어된다. 상기 공랭식 응축기(357)는 응축된 작업 유체유동(359)을 형성하기 위해 상기 중간 작업 유체 유동(355)을 냉각시킨다. 특정 실시예들에서, 상기 응축된 작업 유체유동(359)은 화씨 약 80 내지 약 150 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 상기 응축된 작업 유체유동(359)은 다음에 펌프(360)를 향한다. 상기 펌프(360)는 유기 랭킨 싸이클의 일부분이다. 특정 실시예들에서, 상기 펌프(360)는 가변주파수 드라이브(361)에 의해 제어된다. 상기 펌프(360)는, 상기 열교환기(335)를 향하는 작업 유체유동(336)을 발생시키기 위해 응축된 작업 유체유동(359)을 더 높은 압력으로 귀환시킨다.
도 4는, 또 다른 실시예를 따르는 간접식 열회수 시스템(400)을 도시한다. 상기 열회수 시스템(400)은, 구체적으로 언급한 하기 설명을 제외하곤 열회수 시스템(300)에 관한 상기 설명과 동일하다. 도 4를 참고할 때, 상기 중간 작업 유체 유동(355)은 한 개이상의 수냉식 응축기(457)를 향한다. 상기 수냉식 응축기(457)는 유기 랭킨 싸이클의 일부분이다. 특정 실시예들에서, 상기 유기 랭킨 싸이클은 두 개의 수냉식 응축기(457)들을 직렬로 포함한다. 상기 수냉식 응축기(457)는 응축된 작업 유체 유동(459)을 형성하기 위해 상기 중간 작업 유체 유동(355)을 냉각한다. 특정 실시예들에서, 상기 응축된 작업 유체 유동(459)은 화씨 약 80 내지 약 150 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 상기 응축된 작업 유체 유동(459)은 다음에 펌프(360)로 향하고 열교환기(335)를 향하는 작업 유체유동(336)을 발생시키기 위해 더 높은 압력으로 귀환한다.
도 5를 참고할 때, 점화된 히터(502)의 대류 섹션(convection section)(500)과 같은 고온 반응기(reactor)로부터 열을 이용하기 위한 직접식 열회수 시스템(500)이 도시된다. 특정 실시예들에서, 상기 고온 반응기는 소각로, 수첨개질기(hydrotreater), 촉매 개질기(catalytic reformer) 또는 이성질화 유닛(isomerization unit )이다. 일반적으로, 점화된 히터(502)는, 정제 유닛(refinery unit)으로 이동하는 공급원료(feedstock) 유동(503)을 가열하기 위해 정제기내에서 이용된다. 상기 정제기 유닛의 적합한 예들은, 원유 증류 유닛 및 진공 증류 유닛들을 포함하지만 이들에 국한되지 않는다. 특정 실시예들에서, 연료유동(505) 및 공기유동(506)은 가열된 공급원료 유동(507)을 생산하기 위하여 점화된 히터(502)의 버너 섹션(burner section)으로 유입되고 공급원료 유동(503)을 가열한다. 특정 실시예들에서, 형성된 연도가스 유동(resulting flue gas stream)(508)은 다음에 포화되거나 과열된 증기 유동(510) 및 연도가스 유동(511)을 발생시키기 위해 증기유동(509)을 가열하기 위해 이용된다. 특정 실시예들에서, 상기 연도가스 유동(511)은 화씨 약 350 내지 약 800 도(℉) 범위의 온도를 가진다.
상기 연도가스 유동(511)은 다음에 작업 유체 유동(512)의 일부분(512a)을 가열하기 위해 이용될 수 있다. 특정 실시예들에서, 상기 작업 유체 유동(512)은 유기 랭킨 싸이클에서 이용하기 적합한 모든 작업 유체를 포함한다. 작업 유체 유동(512)의 부분(512a) 및 연도가스 유동(511)은, 가열된 작업 유체 유동(514) 및 감소된 열연도 가스 유동(515)을 발생시키기 위해 히터(513)로 유입된다. 상기 연도가스 유동(511)은 상기 작업 유체 유동(512)과 열적으로 접촉하고 작업 유체 유동(512)에 열을 전달한다. 상기 히터(513)는 유기 랭킨 싸이클의 일부분이고 점화된 히터(502)의 대류 섹션으로 통합될 수 있다. 특정 실시예들에서, 상기 작업 유체 유동(512)의 부분(512a)은 화씨 약 80 내지 약 150 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 상기 가열된 작업 유체 유동(514)은 화씨 약 160 내지 약 450 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 상기 가열된 작업 유체 유동(514)은 증발된다. 특정 실시예들에서, 상기 가열된 작업 유체 유동(514)은 초임계공정에서 증발된다. 특정 실시예들에서, 상기 가열된 작업 유체 유동(514)은 과열된다. 특정 실시예들에서, 상기 감소된 열연도 가스 유동(515)은 화씨 약 300 내지 약 750 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 상기 감소된 열연도 가스 유동(515)은 화씨 약 300 도(℉)의 온도를 가진다. 상기 감소된 열연도 가스 유동(515)은 다음에 대기로 통풍될 수 있다. 특정 실시예들에서, 작업 유체 유동(512)의 일부분(512b)은 바이패스 밸브(517)를 통해 전환되고 다음에 작업 유체 유동(518)을 발생시키기 위해 가열된 작업 유체 유동(514)과 합쳐진다. 특정 실시예들에서, 상기 작업 유체 유동(518)은 화씨 약 155 내지 약 455 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 상기 작업 유체 유동(512)은 완전히 상기 히터(513)를 향한다.
상기 작업 유체 유동(518)의 적어도 일부분(518a)은 다음에, 상기 작업 유체 유동(518)의 부분(518a)이 팽창된 작업 유체 유동(551)을 발생시키고 출력을 발생시키는 터빈 발전기 시스템(550)으로 향한다. 특정 실시예들에서, 상기 팽창된 작업 유체 유동(551)은 화씨 약 80 내지 약 440 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 상기 터빈 발전기 시스템(550)은 전기 또는 전력을 발생시킨다. 특정 실시예들에서, 상기 터빈 발전기 시스템(550)은 기계적 출력을 발생시킨다. 특정 실시예들에서, 작업 유체 유동(518)의 적어도 일부분(518b)은 바이패스 밸브(552)를 통해 전환되고 다음에 중간 작업 유체 유동(555)을 발생시키기 위해 상기 팽창된 작업 유체 유동(551)과 합쳐진다. 특정 실시예들에서, 상기 중간 작업 유체 유동(555)은 화씨 약 85 내지 약 445 도(℉) 범위의 온도를 가진다.
상기 중간 작업 유체 유동(555)은 다음에 한 개이상의 공랭식 응축기(557)를 향한다. 상기 공랭식 응축기(557)는 유기 랭킨 싸이클의 일부분이다. 특정 실시예들에서, 상기 유기 랭킨 싸이클은 두 개의 공랭식 응축기(557)들을 직렬로 포함한다. 특정 실시예들에서, 각각의 공랭식 응축기(557)는 가변주파수 드라이브(558)에 의해 제어된다. 상기 공랭식 응축기(557)는, 응축된 작업 유체 유동(559)을 형성하기 위해 상기 중간 작업 유체 유동(555)을 냉각시킨다. 특정 실시예들에서, 응축된 작업 유체 유동(559)은 화씨 약 80 내지 약 150 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 상기 응축된 작업 유체 유동(559)은 다음에 펌프(560)를 향한다. 상기 펌프(560)는 유기 랭킨 싸이클의 일부분이다. 특정 실시예들에서, 상기 펌프(560)는 가변주파수 드라이브(561)에 의해 제어된다. 상기 펌프(560)는 히터(513)를 향하는 작업 유체 유동(512)을 발생시키기 위해 상기 응축된 작업 유체 유동(559)을 더 높은 압력으로 귀환시킨다.
도 6은 또 다른 실시예를 따르는 직접식 열회수 시스템(600)을 도시한다. 상기 열회수 시스템(600)은 구체적으로 언급한 하기 설명을 제외하곤 열회수 시스템(500)에 관한 상기 설명과 동일하다. 간단한 설명을 위하여 동일한 설명은 하기 설명에서 반복되지 않는다. 도 6을 참고할 때, 상기 중간 작업 유체 유동(555)은 한 개이상의 수냉식 응축기(657)를 향한다. 상기 수냉식 응축기(657)는 유기 랭킨 싸이클의 일부분이다. 특정 실시예들에서, 상기 유기 랭킨 싸이클은 두 개의 수냉식 응축기(657)들을 직렬로 포함한다. 상기 수냉식 응축기(657)는 응축된 작업 유체 유동(659)을 형성하기 위해 상기 중간 작업 유체 유동(555)을 냉각한다. 특정 실시예들에서, 상기 응축된 작업 유체 유동(659)은 화씨 약 80 내지 약 150 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 상기 응축된 작업 유체 유동(659)은 다음에 펌프(560)로 향하고 히터(513)를 향하는 작업 유체유동(512)을 발생시키기 위해 더 높은 압력으로 귀환한다.
도 7은, 연도 가스 유동(711)을 이용하기 위한 간접식 열회수 시스템(700)을 도시한다. 상기 연도 가스 유동(711)은 연도가스유동(511)에 관한 상기 설명과 동일하며 간단한 설명을 위하여 동일한 설명은 하기 설명에서 반복되지 않는다. 지금 도 7을 참고할 때, 상기 연도 가스 유동(711)은 히터(713)내에서 작업 유체 유동(712)을 가열하기 위해 이용된다. 상기 연도 가스 유동(711)은 상기 작업 유체 유동(712)과 열적으로 접촉하고 작업 유체 유동(712)으로 열을 전달한다. 작업 유체 유동(712)의 적합한 예들은 물, 글리콜(glycols), 써미놀(therminol)유체, 알칸(alkanes), 알켄(alkenes), 염화불화탄소(chiorofluorocarbons), 수소불화탄소(hydrofluoroearbons), 이산화탄소(C02), 냉매(refrigerants), 및 다른 탄화수소 성분들의 혼합물을 포함하지만 이들에 국한되지 않는다. 상기 연도 가스 유동(711) 및 작업 유체 유동(712)의 부분(712a)은 가열된 작업 유체 유동(714) 및 감소된 열 연도 가스 유동(715)을 발생시키기 위해 히터(713)로 유입된다. 상기 히터(713)는 점화된 히터(702)의 대류 섹션으로 통합될 수 있다. 특정 실시예들에서, 상기 작업 유체 유동(712)의 부분(712a)은 화씨 약 85 내지 약 160 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 가열된 작업 유체 유동(714)은 화씨 약 165 내지 약 455 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 감소된 열 연도 가스 유동(715)은 화씨 약 300 내지 약 750 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 다음에 감소된 열 연도 가스 유동(715)은 대기로 통풍될 수 있다. 특정 실시예들에서, 상기 작업 유체 유동(712)의 일부분(712b)은 바이패스 밸브(717)를 통해 전환되고 다음에 작업 유체 유동(718)을 발생시키기 위해 가열된 작업 유체 유동(714)과 합쳐진다. 특정 실시예들에서, 상기 작업 유체유동(718)은 화씨 약 165 내지 약 455 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 상기 작업 유체 유동(712)은 완전히 상기 히터(713)를 향한다.
작업 유체 유동(718)의 일부분(718a)은 가열된 작업 유체 유동(737) 및 감소된 열 작업 유체 유동(738)을 발생시키기 위해 작업 유체유동(736)을 가열하도록 히터(735)로 유입된다. 상기 작업 유체 유동(718)의 부분(718a)은 상기 작업 유체유동(736)과 열적으로 접촉하고 작업 유체유동(736)에 열을 전달한다. 특정 실시예들에서, 상기 작업 유체유동(736)은 유기 랭킨 싸이클에 적합한 모든 작업 유체를 포함한다. 특정 실시예들에서, 상기 작업 유체유동(736)은 화씨 약 80 내지 약 150 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 상기 가열된 작업 유체 유동(737)은 화씨 약 160 내지 약 450 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 상기 가열된 작업 유체 유동(737)은 증발된다. 특정 실시예들에서, 상기 가열된 작업 유체 유동(737)은 초임계 공정(supercritical process)내에서 증발된다. 특정 실시예들에서, 상기 가열된 작업 유체 유동(737)은 과열(superheated)된다. 특정 실시예들에서, 감소된 열 작업 유체 유동(738)은 화씨 약 85 내지 약 155 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 작업 유체 유동(718)의 일부분(718b)은 바이패스 밸브(739)를 통해 전환되고 다음에 중간 작업 유체 유동(740)을 발생시키기 위해 상기 감소된 열 작업 유체 유동(738)과 합쳐진다. 특정 실시예들에서, 중간 작업 유체 유동(740)은 화씨 약 85 내지 약 160 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 중간 작업 유체 유동(740)은 펌프(742)를 향한다. 특정 실시예들에서, 상기 펌프(742)는 가변주파수 드라이브(743)에 의해 제어된다. 상기 펌프(742)는 히터(713)로 유입되는 작업 유체 유동(712)을 발생시키기 위해 상기 중간 작업 유체 유동(740)을 귀환시킨다.
다음에 가열된 작업 유체 유동(737)의 적어도 일부분(737a)은 유기 랭킨 싸이클의 일부인 터빈 발전기 시스템(750)을 향한다. 가열된 작업 유체 유동(737)의 상기 부분(737a)은 팽창된 작업 유체 유동(751)을 발생시키고 동력을 발생시키기 위하여 상기 터빈 발전기 시스템(750)내에서 팽창된다. 특정 실시예들에서, 상기 팽창된 작업 유체 유동(751)은 화씨 약 80 내지 약 440 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 상기 터빈 발전기 시스템(750)은 전기 또는 전기동력을 발생시킨다. 특정 실시예들에서, 상기 터빈 발전기 시스템(750)은 기계적 동력을 발생시킨다. 특정 실시예들에서, 상기 가열된 작업 유체 유동(737)의 일부분(737b)은 바이패스 밸브(752)를 통해 전환되고 다음에 중간 작업 유체 유동(755)을 발생시키기 위해 팽창된 작업 유체 유동(751)과 합쳐진다. 특정 실시예들에서, 상기 중간 작업 유체 유동(755)은 화씨 약 80 내지 약 445 도(℉) 범위의 온도를 가진다.
상기 중간 작업 유체 유동(755)은 다음에 한 개이상의 공랭식 응축기(757)를 향한다. 상기 공랭식 응축기(757)는 유기 랭킨 싸이클의 일부분이다. 특정 실시예들에서, 상기 유기 랭킨 싸이클은 두 개의 공랭식 응축기(757)들을 직렬로 포함한다. 특정 실시예들에서, 각각의 공랭식 응축기(757)는 가변 주파수 드라이브(variable frequency drive)(758)에 의해 제어된다. 상기 공랭식 응축기(757)는 응축된 작업 유체 유동(759)을 형성하기 위해 상기 중간 작업 유체 유동(755)을 냉각한다. 특정 실시예들에서, 상기 응축된 작업 유체 유동(759)은 화씨 약 80 내지 약 150 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 응축된 작업 유체유동(759)은 다음에 펌프(760)를 향한다. 상기 펌프(760)는 유기 랭킨 싸이클의 일부분이다. 특정 실시예에서, 상기 펌프(760)는 가변 주파수 드라이브(761)에 의해 제어된다. 상기 펌프(760)는 히터(735)를 향하는 작업 유체유동(736)을 발생시키기 위해 상기 응축된 작업 유체유동(759)을 더 높은 압력(higher pressure)으로 귀환시킨다.
도 8은, 또 다른 실시예를 따르는 간접식 열회수 시스템(800)을 도시한다. 상기 열회수 시스템(800)은, 구체적으로 언급한 하기 설명을 제외하곤 열회수 시스템(700)에 관한 상기 설명과 동일하다. 도 8을 참고할 때, 상기 중간 작업 유체 유동(755)은 한 개이상의 수냉식 응축기(857)를 향한다. 상기 수냉식 응축기(857)는 유기 랭킨 싸이클의 일부분이다. 특정 실시예들에서, 상기 유기 랭킨 싸이클은 두 개의 수냉식 응축기(857)들을 직렬로 포함한다. 상기 수냉식 응축기(857)는 응축된 작업 유체 유동(859)을 형성하기 위해 상기 중간 작업 유체 유동(755)를 냉각한다. 특정 실시예들에서, 상기 응축된 작업 유체 유동(859)은 화씨 약 80 내지 약 150 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 상기 응축된 작업 유체 유동(859)은 다음에 펌프(760)로 향하고 히터(735)를 향하는 작업 유체유동(736)을 발생시키기 위해 더 높은 압력으로 귀환한다.
도 9를 참고할 때, 증기 발생기(902)로부터 폐열 부산물 유동(waste heat by- product stream)(901)을 이용하기 위한 직접식 열회수 시스템(900)이 도시된다. 일반적으로, 상기 증기 발생기(902)는 증기 공급원이 필요한 곳에서 이용된다. 특정 실시예들에서, 연료 유동(905)과 공기 유동(906)은 증기 발생기(902)의 버너 섹션(902a)으로 유입되고 증기유동(907)과 폐열 부산물 유동(901)을 발생시키기 위해 물 유동(903)을 가열한다. 특정 실시예들에서, 상기 폐열 부산물 유동(901)은 화씨 약 400 내지 약 1000 도(℉) 범위의 온도를 가진다.
특정 실시예들에서, 상기 폐열 부산물 유동(901)은 전환기 밸브(diverter valve)(908)로 향하고 배출 유동(909)과 방출유동(910)으로 분리될 수 있다. 상기 방출유동(910)은 바이패스 스택(bypass stack)(911)을 향하고 다음에 대기로 방출될 수 있다. 상기 배출 유동(909)의 일부분(909a)은 작업 유체 유동(912)을 가열하기 위해 이용될 수 있다. 상기 배출 유동(909)의 일부분(909a)은 상기 작업 유체 유동(912)과 열적으로 접촉하고 작업 유체 유동(912)에 열을 전달한다. 특정 실시예들에서, 상기 작업 유체 유동(912)은 유기 랭킨 싸이클에서 이용하기 적합한 모든 작업 유체를 포함한다. 상기 배출 유동(909)의 일부분(909a) 및 작업 유체 유동(912)은 가열된 작업 유체 유동(914) 및 감소된 열배출 유동(915)을 발생시키기 위해 히터(913)로 유입된다. 상기 히터(913)는 유기 랭킨 싸이클의 일부분이다. 특정 실시예들에서, 상기 작업 유체 유동(912)은 화씨 약 80 내지 약 150 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 상기 가열된 작업 유체 유동(914)은 화씨 약 160 내지 약 450 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 상기 가열된 작업 유체 유동(914)은 증발된다. 특정 실시예들에서, 상기 가열된 작업 유체 유동(914)은 초임계공정에서 증발된다. 특정 실시예들에서, 상기 가열된 작업 유체 유동(914)은 과열된다. 특정 실시예들에서, 상기 감소된 열배출 유동(915)은 화씨 약 300 내지 약 900 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 상기 감소된 열배출 유동(915)은 다음에 주요 스택(primary stack)(916)을 향하고 대기로 방출된다. 특정 실시예들에서, 증기 발생기(902) 및 히터(913)는 상기 주요스택(916)내부로 통합될 수 있다. 특정 실시예들에서, 감소된 열배출 유동(915)은 대기로 방출되기 전에 소각로 또는 스크러버(scrubber)를 향할 수 있다. 특정 실시예들에서, 상기 배출 유동(909)의 일부분(909b)이 바이패스 밸브(917)를 통해 전환되고 배출유동(918)을 발생시키기 위해 감소된 열배출 유동(915)과 합쳐진다. 특정 실시예들에서, 배출유동(918)은 화씨 약 300 내지 약 905 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 상기 배출유동(909)은 완전히 히터(913)를 향한다.
가열된 작업 유체 유동(914)의 적어도 일부분(914a)은 다음에, 가열된 작업 유체 유동(914)의 일부분(914a)이 팽창된 작업 유체 유동(951)을 발생시키고 출력을 발생시키도록 팽창되는 터빈 발전기 시스템(950)을 향한다. 특정 실시예들에서, 팽창된 작업 유체 유동(951)은 화씨 약 80 내지 약 440 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 가열된 작업 유체 유동(914)의 일부분(914b)이 바이패스 밸브(952)를 통해 전환되고 중간 작업 유체 유동(955)을 발생시키기 위해 상기 팽창된 작업 유체 유동(951)과 합쳐진다. 특정 실시예들에서, 상기 중간 작업 유체 유동(955)은 화씨 약 80 내지 약 445 도(℉) 범위의 온도를 가진다.
상기 중간 작업 유체 유동(955)은 다음에 한 개이상의 공랭식 응축기(957)를 향한다. 상기 공랭식 응축기(957)는 유기 랭킨 싸이클의 일부분이다. 특정 실시예들에서, 상기 유기 랭킨 싸이클은 두 개의 공랭식 응축기(957)들을 직렬로 포함한다. 특정 실시예들에서, 각각의 공랭식 응축기(957)는 가변 주파수 드라이브(variable frequency drive)(958)에 의해 제어된다. 상기 공랭식 응축기(957)는 응축된 작업 유체 유동(959)을 형성하기 위해 상기 중간 작업 유체 유동(955)을 냉각한다. 특정 실시예들에서, 상기 응축된 작업 유체 유동(959)은 화씨 약 80 내지 약 150 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 응축된 작업 유체유동(959)은 다음에 펌프(960)를 향한다. 상기 펌프(960)는 유기 랭킨 싸이클의 일부분이다. 특정 실시예에서, 상기 펌프(960)는 가변 주파수 드라이브(961)에 의해 제어된다. 상기 펌프(960)는 히터(913)를 향하는 작업 유체유동(912)을 발생시키기 위해 상기 응축된 작업 유체유동(959)을 더 높은 압력(higher pressure)으로 귀환시킨다.
도 10은, 또 다른 실시예를 따르는 직접식 열회수 시스템(1000)을 도시한다. 상기 직접식 열회수 시스템(1000)은, 구체적으로 하기 설명에서 언급되는 것을 제외하곤, 열회수 시스템(900)에 관한 설명과 동일하다. 간단한 설명을 위해 동일한 설명은 반복되지 않는다. 도 10을 참고할 때, 상기 중간 작업 유체 유동(955)는 다음에 한 개이상의 수냉식 응축기(1057)를 향한다. 상기 수냉식 응축기(1057)는 상기 유기 랭킨 싸이클의 일부분이다. 특정 실시예들에서, 상기 유기 랭킨 싸이클은 두 개의 수냉식 응축기(1057)들을 직렬로 포함한다. 상기 수냉식 응축기(1057)들은, 응축된 작업 유체 유동(1059)을 형성하기 위해 중간 작업 유체 유동(955)를 냉각한다. 특정 실시예들에서, 상기 응축된 작업 유체 유동(1059)은 화씨 약 80도 내지 약 150도(℉) 범위의 온도를 가진다. 히터(913)를 향하는 작업 유체 유동(912)를 생산하기 위해 상기 응축된 작업 유체 유동(1059)는 다음에 펌프(960)를 향하고 더 높은 압력으로 귀환된다.
도 11은, 증기 발생기(1102)로부터 배출 유동(1109)을 이용하기 위한 간접식 열회수 시스템(1100)을 도시한다. 상기 배출 유동(1109)은 배출 유동(909)에 관한 설명과 동일하며 간단한 설명을 위하여 동일한 설명은 하기 설명에서 반복되지 않는다. 상기 배출 유동(1109)의 적어도 일부분(1109a)은 작업 유체 유동(1112)을 가열하기 위해 이용될 수 있다. 배출 유동(1109)의 부분(1109a)은 상기 작업 유체 유동(1112)과 열적으로 접촉하고 작업 유체 유동(1112)에 열을 전달한다. 상기 작업 유체 유동(1112)은 물, 글리콜(glycols), 써미놀(therminol)유체, 알칸(alkanes), 알켄(alkenes), 염화불화탄소(chiorofluorocarbons), 수소불화탄소(hydrofluorocarbons), 이산화탄소(C02), 냉매(refrigerants), 및 다른 탄화수소 성분들의 혼합물을 포함하지만 이들에 국한되지 않는다. 배출 유동(1109)의 적어도 일부분(1109a)과 상기 작업 유체 유동(1112)은, 가열된 작업 유체 유동(1114) 및 감소된 열 배출 유동(1115)을 생산하기 위해 히터(1113)로 유입된다. 특정 실시예들에서, 상기 작업 유체 유동(1112)은 화씨 약 85 내지 약 160 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 상기 가열된 작업 유체 유동(1114)은 화씨 약 165 내지 약 455 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 상기 감소된 열 배출 유동(1115)은 화씨 약 300 내지 약 900 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 상기 감소된 열 배출 유동(1115)은 다음에 주요 스택(primary stack)(1116)을 향하고 대기로 방출된다. 특정 실시예들에서, 증기 발생기(1102) 및 히터(1113)는 상기 주요 스택(1116)내부로 통합될 수 있다. 특정 실시예들에서, 감소된 열배출 유동(1115)은 대기로 방출되기 전에 소각로 또는 스크러버(scrubber)를 향할 수 있다. 특정 실시예들에서, 상기 배출 유동(1109)의 일부분(1109b)이 바이패스 밸브(1117)를 통해 전환되고 배출유동(1118)을 발생시키기 위해 감소된 열배출 유동(1115)과 합쳐진다. 특정 실시예들에서, 배출유동(1118)은 화씨 약 300 내지 약 905 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 상기 배출유동(1109)은 완전히 히터(1113)를 향한다.
상기 가열된 작업 유체 유동(1114)의 일부분(1114a)은, 가열된 작업 유체 유동(1137) 및 감소된 열 작업 유체 유동(1138)을 생산하도록 작업 유체 유동(1136)을 가열하기 위해 히터(1135)로 유입된다. 상기 가열된 작업 유체 유동(1114)의 부분(1114a)은 상기 작업 유체 유동(1136)과 열적으로 접촉하고 작업 유체 유동(1136)에 열을 전달한다. 특정 실시예들에서, 상기 작업 유체 유동(1136)은 유기 랭킨 싸이클에서 이용하기 적합한 모든 작업 유체를 포함한다. 특정 실시예들에서, 상기 작업 유체 유동(1136)은 화씨 약 80 내지 약 150 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 가열된 작업 유체 유동(1137)은 화씨 약 160 내지 약 450 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 가열된 작업 유체 유동(1137)은 증발된다. 특정 실시예들에서, 상기 가열된 작업 유체 유동(1137)은 초임계 공정(supercritical process)내에서 증발된다. 특정 실시예들에서, 상기 가열된 작업 유체 유동(1137)은 과열된다. 특정 실시예들에서, 상기 감소된 열 작업 유체 유동(1138)은 화씨 약 85 내지 약 155 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 작업 유체 유동(1114)의 일부분(1114b)은 바이패스 밸브(1139)를 통해 전환되고 다음에 중간 작업 유체 유동(1140)을 발생시키기 위해 감소된 열작업 유체 유동(1138)과 합쳐진다. 특정 실시예들에서, 상기 중간 작업 유체 유동(1140)은 화씨 약 85 내지 약 160 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 상기 중간 작업 유체 유동(1140)은 다음에 펌프(1142)로 향한다. 특정 실시예들에서, 상기 펌프(1142)는 가변 주파수 드라이브(1143)에 의해 제어된다. 상기 펌프(1142)는, 히터(1113)로 유입되는 작업 유체 유동(1112)을 생산하기 위해 중간 작업 유체 유동(1140)을 귀환(return)시킨다.
다음에 가열된 작업 유체 유동(1137)의 적어도 일부분(1137a)은 유기 랭킨 싸이클의 일부인 터빈 발전기 시스템(1150)을 향한다. 가열된 작업 유체 유동(1137)의 상기 부분(1137a)은 팽창된 작업 유체 유동(1151)을 발생시키고 동력을 발생시키기 위하여 상기 터빈 발전기 시스템(1150)내에서 팽창된다. 특정 실시예들에서, 상기 팽창된 작업 유체 유동(1151)은 화씨 약 80 내지 약 440 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 상기 터빈 발전기 시스템(1150)은 전기 또는 전기동력을 발생시킨다. 특정 실시예들에서, 상기 터빈 발전기 시스템(1150)은 기계적 동력을 발생시킨다. 특정 실시예들에서, 상기 가열된 작업 유체 유동(1137)의 일부분(1137b)은 바이패스 밸브(1152)를 통해 전환되고 다음에 중간 작업 유체 유동(1155)을 발생시키기 위해 팽창된 작업 유체 유동(1151)과 합쳐진다. 특정 실시예들에서, 상기 중간 작업 유체 유동(1155)은 화씨 약 80 내지 약 445 도(℉) 범위의 온도를 가진다.
상기 중간 작업 유체 유동(1155)은 다음에 한 개이상의 공랭식 응축기(1157)를 향한다. 상기 공랭식 응축기(1157)는 유기 랭킨 싸이클의 일부분이다. 특정 실시예들에서, 상기 유기 랭킨 싸이클은 두 개의 공랭식 응축기(1157)들을 직렬로 포함한다. 특정 실시예들에서, 각각의 공랭식 응축기(1157)는 가변 주파수 드라이브(variable frequency drive)(1158)에 의해 제어된다. 상기 공랭식 응축기(1157)는 응축된 작업 유체 유동(1159)을 형성하기 위해 상기 중간 작업 유체 유동(1155)을 냉각한다. 특정 실시예들에서, 상기 응축된 작업 유체 유동(1159)은 화씨 약 80 내지 약 150 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 응축된 작업 유체유동(1159)은 다음에 펌프(1160)를 향한다. 상기 펌프(1160)는 유기 랭킨 싸이클의 일부분이다. 특정 실시예에서, 상기 펌프(1160)는 가변 주파수 드라이브(1161)에 의해 제어된다. 상기 펌프(1160)는 히터(1135)를 향하는 작업 유체유동(1136)을 발생시키기 위해 상기 응축된 작업 유체유동(1159)을 더 높은 압력(higher pressure)으로 귀환시킨다.
도 12는, 또 다른 실시예를 따르는 간접식 열회수 시스템(1200)을 도시한다. 상기 열회수 시스템(1200)은, 구체적으로 언급한 하기 설명을 제외하곤 열회수 시스템(1100)에 관한 상기 설명과 동일하다. 간단한 설명을 위해 동일한 설명은 반복되지 않다. 도 12를 참고할 때, 상기 중간 작업 유체 유동(1155)은 한 개이상의 수냉식 응축기(1257)를 향한다. 상기 수냉식 응축기(1257)는 유기 랭킨 싸이클의 일부분이다. 특정 실시예들에서, 상기 유기 랭킨 싸이클은 두 개의 수냉식 응축기(1257)들을 직렬로 포함한다. 상기 수냉식 응축기(1257)는 응축된 작업 유체 유동(1259)을 형성하기 위해 상기 중간 작업 유체 유동(1255)을 냉각한다. 특정 실시예들에서, 상기 응축된 작업 유체 유동(1259)은 화씨 약 80 내지 약 150 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 상기 응축된 작업 유체 유동(1259)은 다음에 펌프(1160)로 향하고 히터(1135)를 향하는 작업 유체유동(1136)을 발생시키기 위해 더 높은 압력으로 귀환한다.
도 13을 참고할 때, 가스 터빈(1302)으로부터 폐열 부산물 유동(1301)을 이용하기 위한 직접식 열회수 시스템(1300)이 도시된다. 특정 실시예들에서, 상기 가스 터빈은 (도면에 도시되지 않은) 디젤 발전기로 대체된다. 특정 실시예들에서, 연료유동(1305) 및 공기유동(1306)은 상기 가스 터빈(1302)으로 유입되고 에너지 및 폐열 부산물 유동(1301)을 발생시키기 위해 연소된다. 특정 실시예들에서, 상기 폐열 부산물 유동(1301)은 화씨 약 450 내지 약 1400 도(℉) 범위의 온도를 가진다.
특정 실시예들에서, 상기 폐열 부산물 유동(1301)은 전환기 밸브(diverter valve)(1308)로 향하고 배출 유동(1309)과 방출 유동(1310)으로 분리될 수 있다. 상기 방출 유동(1310)은 바이패스 스택(bypass stack)(1311)을 향하고 다음에 대기로 방출될 수 있다. 상기 배출 유동(1309)의 일부분(1309a)은 작업 유체 유동(1312)을 가열하기 위해 이용될 수 있다. 상기 배출 유동(1309)의 일부분(1309a)은 상기 작업 유체 유동(1312)과 열적으로 접촉하고 작업 유체 유동(1312)에 열을 전달한다. 특정 실시예들에서, 상기 작업 유체 유동(1312)은 유기 랭킨 싸이클에서 이용하기 적합한 모든 작업 유체를 포함한다. 상기 배출 유동(1309)의 일부분(1309a) 및 작업 유체 유동(1312)은 가열된 작업 유체 유동(1314) 및 감소된 열배출 유동(1315)을 발생시키기 위해 히터(1313)로 유입된다. 상기 히터(1313)는 유기 랭킨 싸이클의 일부분이다. 특정 실시예들에서, 상기 작업 유체 유동(1312)은 화씨 약 80 내지 약 150 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 상기 가열된 작업 유체 유동(1314)은 화씨 약 160 내지 약 450 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 상기 가열된 작업 유체 유동(1314)은 증발된다. 특정 실시예들에서, 상기 가열된 작업 유체 유동(1314)은 초임계공정에서 증발된다. 특정 실시예들에서, 상기 가열된 작업 유체 유동(1314)은 과열된다. 특정 실시예들에서, 상기 감소된 열배출 유동(1315)은 화씨 약 250 내지 약 1000 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 상기 감소된 열배출 유동(1315)은 다음에 주요 스택(primary stack)(1316)을 향하고 대기로 방출된다. 특정 실시예들에서, 감소된 열배출 유동(1315)은 대기로 방출되기 전에 소각로 또는 스크러버(scrubber)를 향할 수 있다. 특정 실시예들에서, 상기 배출 유동(1309)의 일부분(1309b)이 바이패스 밸브(1317)를 통해 전환되고 배출유동(1318)을 발생시키기 위해 감소된 열배출 유동(1315)과 합쳐진다. 특정 실시예들에서, 배출유동(1318)은 화씨 약 250 내지 약 1100 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 상기 배출 유동(1309)은 완전히 히터(1313)를 향한다.
상기 작업 유체 유동(1314)의 적어도 일부분(1314a)은 다음에, 가열된 작업 유체 유동(1314)의 부분(1314a)이 팽창된 작업 유체 유동(1351)을 발생시키고 출력을 발생시키는 터빈 발전기 시스템(1350)으로 향한다. 특정 실시예들에서, 상기 팽창된 작업 유체 유동(1351)은 화씨 약 80 내지 약 440 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 작업 유체 유동(1314)의 적어도 일부분(1314b)은 바이패스 밸브(1352)를 통해 전환되고 다음에 중간 작업 유체 유동(1355)을 발생시키기 위해 상기 팽창된 작업 유체 유동(1351)과 합쳐진다. 특정 실시예들에서, 상기 중간 작업 유체 유동(1355)은 화씨 약 80 내지 약 445 도(℉) 범위의 온도를 가진다.
상기 중간 작업 유체 유동(1355)은 다음에 한 개이상의 공랭식 응축기(1357)를 향한다. 상기 공랭식 응축기(1357)는 유기 랭킨 싸이클의 일부분이다. 특정 실시예들에서, 상기 유기 랭킨 싸이클은 두 개의 공랭식 응축기(1357)들을 직렬로 포함한다. 특정 실시예들에서, 각각의 공랭식 응축기(1357)는 가변 주파수 드라이브(variable frequency drive)(1358)에 의해 제어된다. 상기 공랭식 응축기(1357)는 응축된 작업 유체 유동(1359)을 형성하기 위해 상기 중간 작업 유체 유동(1355)을 냉각한다. 특정 실시예들에서, 상기 응축된 작업 유체 유동(1359)은 화씨 약 80 내지 약 150 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 응축된 작업 유체유동(1359)은 다음에 펌프(1360)를 향한다. 상기 펌프(1360)는 유기 랭킨 싸이클의 일부분이다. 특정 실시예에서, 상기 펌프(1360)는 가변 주파수 드라이브(1361)에 의해 제어된다. 상기 펌프(1360)는 히터(1313)를 향하는 작업 유체 유동(1312)을 발생시키기 위해 상기 응축된 작업 유체유동(1359)을 더 높은 압력(higher pressure)으로 귀환시킨다.
도 14는, 또 다른 실시예를 따르는 직접식 열회수 시스템(1400)을 도시한다. 상기 열회수 시스템(1400)은 구체적으로 언급한 하기 설명을 제외하곤 열회수 시스템(1300)에 관한 상기 설명과 동일하다. 간단한 설명을 위하여 동일한 설명은 하기 설명에서 반복되지 않는다. 도 14을 참고할 때, 상기 중간 작업 유체 유동(1355)은 한 개이상의 수냉식 응축기(1457)를 향한다. 상기 수냉식 응축기(1457)는 유기 랭킨 싸이클의 일부분이다. 특정 실시예들에서, 상기 유기 랭킨 싸이클은 두 개의 수냉식 응축기(1457)들을 직렬로 포함한다. 상기 수냉식 응축기(1457)는 응축된 작업 유체 유동(1459)을 형성하기 위해 상기 중간 작업 유체 유동(1355)을 냉각한다. 특정 실시예들에서, 상기 응축된 작업 유체 유동(1459)은 화씨 약 80 내지 약 150 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 상기 응축된 작업 유체 유동(1459)은 다음에 펌프(1360)로 향하고 히터(1313)를 향하는 작업 유체유동(1312)을 발생시키기 위해 더 높은 압력으로 귀환한다.
도 15는, 배출 유동(1509)을 이용하기 위한 간접식 열회수 시스템(1500)을 도시한다. 상기 배출 유동(1509)은 배출 유동(1309)에 관한 설명과 동일하며 간단한 설명을 위하여 동일한 설명은 하기 설명에서 반복되지 않는다. 상기 배출 유동(1509)의 적어도 일부분(1509a)은 작업 유체 유동(1512)을 가열하기 위해 이용될 수 있다. 배출 유동(1509)의 부분(1509a)은 상기 작업 유체 유동(1512)과 열적으로 접촉하고 작업 유체 유동(1512)에 열을 전달한다. 상기 작업 유체 유동(1512)의 적합한 예들은 물, 글리콜(glycols), 써미놀(therminol)유체, 알칸(alkanes), 알켄(alkenes), 염화불화탄소(chlorofluorocarbons), 수소불화탄소(hydrofluoroearbons), 이산화탄소(C02), 냉매(refrigerants), 및 다른 탄화수소 성분들의 혼합물을 포함하지만 이들에 국한되지 않는다. 배출 유동(1509)의 적어도 일부분(1509a)과 상기 작업 유체 유동(1512)은, 가열된 작업 유체 유동(1514) 및 감소된 열 배출 유동(1515)을 생산하기 위해 히터(1513)로 유입된다. 특정 실시예들에서, 상기 작업 유체 유동(1512)은 화씨 약 85 내지 약 160 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 상기 가열된 작업 유체 유동(1514)은 화씨 약 165 내지 약 455 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 상기 감소된 열 배출 유동(1515)은 화씨 약 250 내지 약 1000 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 상기 감소된 열 배출 유동(1515)은 다음에 주요 스택(primary stack)(1516)을 향하고 대기로 방출된다. 특정 실시예들에서, 상기 감소된 열 배출 유동(1515)은 대기로 방출되기 전에 소각로 또는 스크러버를 향할 수 있다. 상기 배출 유동(1509)의 일부분(1509b)이 바이패스 밸브(1517)를 통해 전환되고 배출유동(1518)을 발생시키기 위해 감소된 열배출 유동(1515)과 합쳐진다. 특정 실시예들에서, 배출유동(1518)은 화씨 약 250 내지 약 1100 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 상기 배출유동(1509)은 완전히 히터(1513)를 향한다.
상기 가열된 작업 유체 유동(1514)의 일부분(1514a)은, 가열된 작업 유체 유동(1537) 및 감소된 열 작업 유체 유동(1538)을 생산하도록 작업 유체 유동(1536)을 가열하기 위해 히터(1535)로 유입된다. 상기 가열된 작업 유체 유동(1514)의 부분(1514a)은 상기 작업 유체 유동(1536)과 열적으로 접촉하고 작업 유체 유동(1536)에 열을 전달한다. 특정 실시예들에서, 상기 작업 유체 유동(1536)은 유기 랭킨 싸이클에서 이용하기 적합한 모든 작업 유체를 포함한다. 특정 실시예들에서, 상기 작업 유체 유동(1536)은 화씨 약 80 내지 약 150 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 가열된 작업 유체 유동(1537)은 화씨 약 160 내지 약 450 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 가열된 작업 유체 유동(1537)은 증발된다. 특정 실시예들에서, 상기 가열된 작업 유체 유동(1537)은 초임계 공정(supercritical process)내에서 증발된다. 특정 실시예들에서, 상기 가열된 작업 유체 유동(1537)은 과열된다. 특정 실시예들에서, 상기 감소된 열 작업 유체 유동(1538)은 화씨 약 85 내지 약 155 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 작업 유체 유동(1514)의 일부분(1514b)은 바이패스 밸브(1539)를 통해 전환되고 다음에 중간 작업 유체 유동(1540)을 발생시키기 위해 감소된 열작업 유체 유동(1538)과 합쳐진다. 특정 실시예들에서, 상기 중간 작업 유체 유동(1540)은 화씨 약 85 내지 약 160 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 상기 중간 작업 유체 유동(1540)은 다음에 펌프(1542)로 향한다. 특정 실시예들에서, 상기 펌프(1542)는 가변 주파수 드라이브(1543)에 의해 제어된다. 상기 펌프(1542)는, 히터(1513)로 유입되는 작업 유체 유동(1512)을 생산하기 위해 중간 작업 유체 유동(1540)을 귀환(return)시킨다.
다음에 상기 가열된 작업 유체 유동(1537)의 적어도 일부분(1537a)은, 유기 랭킨 싸이클의 일부분인 터빈 발전기 시스템(1550)으로 향한다. 상기 가열된 작업 유체 유동(1537)의 부분(1537a)은 팽창된 작업 유체 유동(1551)을 생산하고 출력을 발생시키기 위해 상기 터빈 발전기 시스템(1550)내에서 팽창한다. 특정 실시예들에서, 상기 팽창된 작업 유체 유동(1551)은 화씨 약 80 내지 약 440 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 상기 터빈 발전기 시스템(1550)은 전기 또는 전력을 발생시킨다. 특정 실시예들에서, 상기 터빈 발전기 시스템(1550)은 기계적 출력을 발생시킨다. 특정 실시예들에서, 가열된 작업 유체 유동(1537)의 일부분(1537b)은 바이패스 밸브(1552)를 통해 전환되고 다음에 중간 작업 유체 유동(1555)을 발생시키기 위해 팽창된 작업 유체 유동(1551)과 합쳐진다. 특정 실시예들에서, 중간 작업 유체 유동(1555)은 화씨 약 80 내지 약 445 도(℉) 범위의 온도를 가진다.
상기 중간 작업 유체 유동(1555)은 다음에 한 개이상의 공랭식 응축기(1557)를 향한다. 상기 공랭식 응축기(1557)는 유기 랭킨 싸이클의 일부분이다. 특정 실시예들에서, 상기 유기 랭킨 싸이클은 두 개의 공랭식 응축기(1557)들을 직렬로 포함한다. 특정 실시예들에서, 각각의 공랭식 응축기(1557)는 가변주파수 드라이브(1558)에 의해 제어된다. 상기 공랭식 응축기(1557)는, 응축된 작업 유체 유동(1559)을 형성하기 위해 상기 중간 작업 유체 유동(1555)을 냉각시킨다. 특정 실시예들에서, 응축된 작업 유체 유동(1559)은 화씨 약 80 내지 약 150 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 상기 응축된 작업 유체 유동(1559)은 다음에 펌프(1560)를 향한다. 상기 펌프(1560)는 유기 랭킨 싸이클의 일부분이다. 특정 실시예들에서, 상기 펌프(1560)는 가변주파수 드라이브(1561)에 의해 제어된다. 상기 펌프(1560)는 히터(1535)를 향하는 작업 유체 유동(1536)을 발생시키기 위해 상기 응축된 작업 유체 유동(1559)을 더 높은 압력으로 귀환시킨다.
도 16은, 또 다른 실시예를 따르는 간접식 열회수 시스템(1600)을 도시한다. 상기 열회수 시스템(1600)은, 구체적으로 언급한 하기 설명을 제외하곤 열회수 시스템(1600)에 관한 상기 설명과 동일하다. 도 16을 참고할 때, 상기 중간 작업 유체 유동(1655)은 한 개이상의 수냉식 응축기(1657)를 향한다. 상기 수냉식 응축기(1657)는 유기 랭킨 싸이클의 일부분이다. 특정 실시예들에서, 상기 유기 랭킨 싸이클은 두 개의 수냉식 응축기(1657)들을 직렬로 포함한다. 상기 수냉식 응축기(1657)는 응축된 작업 유체 유동(1659)을 형성하기 위해 상기 중간 작업 유체 유동(1555)을 냉각한다. 특정 실시예들에서, 상기 응축된 작업 유체 유동(1659)은 화씨 약 80 내지 약 150 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 상기 응축된 작업 유체 유동(1659)은 다음에 펌프(1560)로 향하고 히터(1535)를 향하는 작업 유체유동(1536)을 발생시키기 위해 더 높은 압력으로 귀환한다.
도 17을 참고할 때, 공정 칼럼(process columns)(1702)으로부터 열 부산물 유동(1701)을 이용하기 위한 직접식 열회수 시스템(1700)이 도시된다. 공정칼럼은 증류칼럼 및 탈거탑(Stripper)을 포함하지만 이들에 국한되지 않는다. 특정 실시예들에서, 상기 열 부산물 유동(1701)은 화씨 약 170 내지 약 700 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 상기 열 부산물 유동(1701)의 일부분(1701a)은 작업 유체 유동(1712)을 가열하기 위해 이용될 수 있다. 상기 열 부산물 유동(1701)의 일부분(1701a)은 상기 작업 유체 유동(1712)과 열적으로 접촉하고 작업 유체 유동(1712)에 열을 전달한다. 특정 실시예들에서, 상기 작업 유체 유동(1712)은 유기 랭킨 싸이클에서 이용하기 적합한 모든 작업 유체를 포함한다. 상기 열 부산물 유동(1701)의 일부분(1701a)은 가열된 작업 유체 유동(1714) 및 감소된 열 배출 유동(1715)을 발생시키기 위해 히터(1713)로 유입된다. 상기 히터(1713)는 유기 랭킨 싸이클의 일부분이다. 특정 실시예들에서, 상기 작업 유체 유동(1712)은 화씨 약 80 내지 약 150 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 가열된 작업 유체 유동(1714)은 화씨 약 160 내지 약 450 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 상기 가열된 작업 유체 유동(1714)은 증발된다. 특정 실시예들에서, 상기 가열된 작업 유체 유동(1714)은 초임계공정에서 증발된다. 특정 실시예들에서, 상기 가열된 작업 유체 유동(1714)은 과열된다. 특정 실시예들에서, 상기 감소된 열연도 가스 유동(1715)은 화씨 약 90 내지 약 500 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 상기 감소된 열연도 가스 유동(1715)은 다음에 대기로 통풍될 수 있다. 특정 실시예들에서, 열 부산물 유동(1701)의 일부분(1701b)은 바이패스 밸브(1717)를 통해 전환되고 다음에 배출 유동(1718)을 발생시키기 위해 감소된 열연도 가스 유동(1715)과 합쳐진다. 특정 실시예들에서, 상기 배출 유동(1718)은 화씨 약 90 내지 약 510 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 상기 열 부산물 유동(1701)은 완전히 상기 히터(1713)를 향한다.
상기 가열된 작업 유체 유동(1714)의 적어도 일부분(1714a)은 다음에, 가열된 작업 유체 유동(1714)의 부분(1714a)이 팽창된 작업 유체 유동(1751)을 발생시키고 출력을 발생시키는 터빈 발전기 시스템(1750)으로 향한다. 특정 실시예들에서, 상기 팽창된 작업 유체 유동(1751)은 화씨 약 80 내지 약 440 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 가열된 작업 유체 유동(1714)의 적어도 일부분(1714b)은 바이패스 밸브(1752)를 통해 전환되고 다음에 중간 작업 유체 유동(1755)을 발생시키기 위해 상기 팽창된 작업 유체 유동(1751)과 합쳐진다. 특정 실시예들에서, 상기 중간 작업 유체 유동(1755)은 화씨 약 80 내지 약 445 도(℉) 범위의 온도를 가진다.
상기 중간 작업 유체 유동(1755)은 다음에 한 개이상의 공랭식 응축기(1757)를 향한다. 상기 공랭식 응축기(1757)는 유기 랭킨 싸이클의 일부분이다. 특정 실시예들에서, 상기 유기 랭킨 싸이클은 두 개의 공랭식 응축기(1757)들을 직렬로 포함한다. 특정 실시예들에서, 각각의 공랭식 응축기(1757)는 가변주파수 드라이브(1758)에 의해 제어된다. 상기 공랭식 응축기(1757)는, 응축된 작업 유체 유동(1759)을 형성하기 위해 상기 중간 작업 유체 유동(1755)을 냉각시킨다. 특정 실시예들에서, 응축된 작업 유체 유동(1759)은 화씨 약 80 내지 약 150 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 상기 응축된 작업 유체 유동(1759)은 다음에 펌프(1760)를 향한다. 상기 펌프(1760)는 유기 랭킨 싸이클의 일부분이다. 특정 실시예들에서, 상기 펌프(1760)는 가변주파수 드라이브(1761)에 의해 제어된다. 상기 펌프(1760)는 히터(1713)를 향하는 작업 유체 유동(1712)을 발생시키기 위해 상기 응축된 작업 유체 유동(1759)을 더 높은 압력으로 귀환시킨다.
도 18은, 또 다른 실시예를 따르는 직접식 열회수 시스템(1800)을 도시한다. 상기 열회수 시스템(1800)은 구체적으로 언급한 하기 설명을 제외하곤 열회수 시스템(1700)에 관한 상기 설명과 동일하다. 간단한 설명을 위하여 동일한 설명은 하기 설명에서 반복되지 않는다. 도 18을 참고할 때, 상기 중간 작업 유체 유동(1755)은 한 개이상의 수냉식 응축기(1857)를 향한다. 상기 수냉식 응축기(1857)는 유기 랭킨 싸이클의 일부분이다. 특정 실시예들에서, 상기 유기 랭킨 싸이클은 두 개의 수냉식 응축기(1857)들을 직렬로 포함한다. 상기 수냉식 응축기(1857)는 응축된 작업 유체 유동(1859)을 형성하기 위해 상기 중간 작업 유체 유동(1755)을 냉각한다. 특정 실시예들에서, 상기 응축된 작업 유체 유동(1859)은 화씨 약 80 내지 약 150 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 상기 응축된 작업 유체 유동(1859)은 다음에 펌프(1760)로 향하고 히터(1713)를 향하는 작업 유체유동(1712)을 발생시키기 위해 더 높은 압력으로 귀환한다.
도 19는, 열 부산물 유동(1901)을 이용하기 위한 간접식 열회수 시스템(1900)을 도시한다. 상기 열 부산물 유동(1901)은, 구체적으로 언급한 하기 설명을 제외하곤 열 부산물 유동(1701)에 관한 상기 설명과 동일하다. 상기 열 부산물 유동(1901)의 일부분(1901a)은 작업 유체 유동(1912)을 가열하기 위해 이용될 수 있다. 상기 열 부산물 유동(1901)의 일부분(1901a)은 상기 작업 유체 유동(1912)과 열적으로 접촉하고 작업 유체 유동(1912)에 열을 전달한다. 상기 작업 유체 유동(1912)의 적합한 예들은 물, 글리콜(glycols), 써미놀(therminol)유체, 알칸(alkanes), 알켄(alkenes), 염화불화탄소(chlorofluorocarbons), 수소불화탄소(hydrofluorocarbons), 이산화탄소(C02), 냉매(refrigerants), 및 다른 탄화수소 성분들의 혼합물을 포함하지만 이들에 국한되지 않는다. 상기 열 부산물 유동(1901)의 일부분(1901a) 및 작업 유체 유동(1912)은, 가열된 작업 유체 유동(1914) 및 감소된 열 배출 유동(1915)을 생산하기 위해 히터(1913)로 유입된다. 특정 실시예들에서, 상기 작업 유체 유동(1912)은 화씨 약 85 내지 약 160 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 상기 가열된 작업 유체 유동(1914)은 화씨 약 165 내지 약 455 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 상기 감소된 열 배출 유동(1915)은 화씨 약 90 내지 약 500 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 상기 감소된 열 배출 유동(1915)은 다음에 대기로 통풍된다. 특정 실시예들에서, 상기 열 부산물 유동(1901)의 일부분(1901b)은 바이패스 밸브(1917)를 통해 전환되고 배출유동(1918)을 발생시키기 위해 감소된 열배출 유동(1915)과 합쳐진다. 특정 실시예들에서, 배출유동(1918)은 화씨 약 90 내지 약 510 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 상기 열 부산물 유동(1901)은 완전히 히터(1913)를 향한다.
상기 가열된 작업 유체 유동(1914)의 일부분(1914a)은, 가열된 작업 유체 유동(1937) 및 감소된 열 작업 유체 유동(1938)을 생산하도록 작업 유체 유동(1936)을 가열하기 위해 열교환기(1935)로 유입된다. 상기 가열된 작업 유체 유동(1914)의 부분(1914a)은 상기 작업 유체 유동(1936)과 열적으로 접촉하고 작업 유체 유동(1936)에 열을 전달한다. 특정 실시예들에서, 상기 작업 유체 유동(1936)은 유기 랭킨 싸이클에서 이용하기 적합한 모든 작업 유체를 포함한다. 특정 실시예들에서, 상기 작업 유체 유동(1936)은 화씨 약 80 내지 약 150 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 가열된 작업 유체 유동(1937)는 화씨 약 160 내지 약 450 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 가열된 작업 유체 유동(1937)은 증발된다. 특정 실시예들에서, 상기 가열된 작업 유체 유동(1937)은 초임계 공정(supercritical process)내에서 증발된다. 특정 실시예들에서, 상기 가열된 작업 유체 유동(1937)은 과열된다. 특정 실시예들에서, 상기 감소된 열 작업 유체 유동(1938)은 화씨 약 85 내지 약 155 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 작업 유체 유동(1914)의 일부분(1914b)은 바이패스 밸브(1939)를 통해 전환되고 다음에 중간 작업 유체 유동(1940)을 발생시키기 위해 감소된 열작업 유체 유동(1938)과 합쳐진다. 특정 실시예들에서, 상기 중간 작업 유체 유동(1940)은 화씨 약 85 내지 약 160 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 상기 중간 작업 유체 유동(1940)은 다음에 펌프(1942)로 향한다. 특정 실시예들에서, 상기 펌프(1942)는 가변 주파수 드라이브(1943)에 의해 제어된다. 상기 펌프(1942)는, 히터(1913)로 유입되는 작업 유체 유동(1912)을 생산하기 위해 중간 작업 유체 유동(1940)을 귀환(return)시킨다.
다음에 가열된 작업 유체 유동(1937)의 적어도 일부분(1937a)은 유기 랭킨 싸이클의 일부인 터빈 발전기 시스템(1950)을 향한다. 가열된 작업 유체 유동(1937)의 상기 부분(1937a)은 팽창된 작업 유체 유동(1951)을 발생시키고 동력을 발생시키기 위하여 상기 터빈 발전기 시스템(1950)내에서 팽창된다. 특정 실시예들에서, 상기 팽창된 작업 유체 유동(1951)은 화씨 약 80 내지 약 440 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 특정 실시예들에서, 상기 터빈 발전기 시스템(1950)은 전기 또는 전기동력을 발생시킨다. 특정 실시예들에서, 상기 터빈 발전기 시스템(1950)은 기계적 동력을 발생시킨다. 특정 실시예들에서, 상기 가열된 작업 유체 유동(1937)의 일부분(1937b)은 바이패스 밸브(1952)를 통해 전환되고 다음에 중간 작업 유체 유동(1955)을 발생시키기 위해 팽창된 작업 유체 유동(1951)과 합쳐진다. 특정 실시예들에서, 상기 중간 작업 유체 유동(1955)은 화씨 약 80 내지 약 445 도(℉) 범위의 온도를 가진다.
상기 중간 작업 유체 유동(1955)은 다음에 한 개이상의 공랭식 응축기(1957)를 향한다. 상기 공랭식 응축기(1957)는 유기 랭킨 싸이클의 일부분이다. 특정 실시예들에서, 상기 유기 랭킨 싸이클은 두 개의 공랭식 응축기(1957)들을 직렬로 포함한다. 특정 실시예들에서, 각각의 공랭식 응축기(1957)는 가변 주파수 드라이브(1958)에 의해 제어된다. 상기 공랭식 응축기(1957)는 응축된 작업 유체유동(1959)을 형성하기 위해 상기 중간 작업 유체 유동(1955)을 냉각시킨다. 특정 실시예들에서, 상기 응축된 작업 유체유동(1959)은 화씨 약 80 내지 약 150 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 상기 응축된 작업 유체유동(1959)은 다음에 펌프(1960)를 향한다. 상기 펌프(1960)는 유기 랭킨 싸이클의 일부분이다. 특정 실시예들에서, 상기 펌프(1960)는 가변주파수 드라이브(1961)에 의해 제어된다. 상기 펌프(1960)는, 상기 열교환기(1935)를 향하는 작업 유체 유동(1936)을 발생시키기 위해 응축된 작업 유체 유동(1959)을 더 높은 압력으로 귀환시킨다.
도 20은 본 발명의 또 다른 실시예를 따르는 간접적인 열회수 시스템(2000)을 도시한다. 상기 열회수 시스템(2000)은 구체적으로 언급한 하기 설명을 제외하곤 열회수 시스템(1900)에 관한 상기 설명과 동일하다. 간단한 설명을 위하여 동일한 설명은 하기 설명에서 반복되지 않는다. 도 20을 참고할 때, 상기 중간 작업 유체 유동(1955)은 한 개이상의 수냉식 응축기(2057)를 향한다. 상기 수냉식 응축기(2057)는 유기 랭킨 싸이클의 일부분이다. 특정 실시예들에서, 상기 유기 랭킨 싸이클은 두 개의 수냉식 응축기(2057)들을 직렬로 포함한다. 상기 수냉식 응축기(2057)는 응축된 작업 유체 유동(2059)을 형성하기 위해 상기 중간 작업 유체 유동(1955)을 냉각한다. 특정 실시예들에서, 상기 응축된 작업 유체 유동(2059)은 화씨 약 80 내지 약 150 도(℉) 범위의 온도를 가진다. 상기 응축된 작업 유체 유동(2059)은 다음에 펌프(1960)로 향하고 히터(1935)를 향하는 작업 유체유동(1936)을 발생시키기 위해 더 높은 압력으로 귀환한다.
본 발명은 유기 랭킨 싸이클내에 모든 갯수의 작업 유체들을 포함할 수 있다. 상기 유기 랭킨 싸이클에서 이용하기 위한 작업 유체들의 적합한 예들은, 암모니아(NH3), 브롬(Br2), 사염화탄소 (CC14), 에탄올(ethanol) 또는 에틸 알코올(ethyl alcohol)(CH3CH20H, C2H60), 퓨란(furan)(C4H40), 헥사플루오로 벤젠(hexafluorobenzene) 또는 퍼플루오로 벤젠(perfluoro -benzene)(C6F6), 하이드라진(hydrazine)(N2H4), 메틸 알콜(methyl alcohol) 또는 메탄올(CH30H),모노클로로벤젠 또는 클로로 벤젠(chlorobenzene) 또는 클로로 벤졸(chlorobenzol) 또는 벤젠 클로라이드(benzine chloride)(C6H5C1), 엔- 펜탄(n- pentane) 또는 노멀 펜탄(normal pentane)(nC5), 아이-헥산(i-hexane) 또는 (이소헥산)(isohexane) (iC5), 피리딘(pyridene) 또는 아자벤젠(azabenzene)(C5FI5N), 냉매(refrigerant) 11 또는 프레온(freon) 11 또는 CFC-l1 또는 R-ll 또는 삼염화불화탄소(trichlorofluoromethane)(CC13F), 냉매 12 또는 프레온(freon) 12 또는 R-12 또는 디클로로디플루오로메탄(Dichlorodifluoromethane)(CC12F2), 냉매 21 또는 프레온 21 또는 CFC-21 또는 R-21(CHC12F), 냉매 30 또는 프레온 30 또는 CFC-30 또는 R-30 또는 디클로로메탄 (dichloromethane) 또는 염화 메틸렌( METHYLENE CHLORIDE) 또는 이염화 메틸렌(methylene dichloride)(CH2C12), 냉매 115 또는 프레온 115 또는 CFC-1 15 또는 R-115 또는 클로로- 펜타플루오로 에탄(chloro-pentafluoroethane) 또는 모노클로로펜타플루오로에탄(monochloropentafluoroethane), 냉매 123 또는 프레온 123 또는 HCFC-123 또는 R-123 또는 2,2 디클로로(dichloro)- 1,1,1 - 트리플루오로 에탄(trifluoroethane), 냉매 123a 또는 프레온 123a 또는 HCFC-123a 또는 R-123a 또는 1,2- 디클로로(dichloro)-1,1,2- 트리플루오로에탄(trifluoroethane), 냉매 123b1 또는 프레온 123b1 또는 HCFC-1231 또는 R-123b1 또는 할로탄(halothane) 또는 2-bromo-2-chloro-1,1,1 - 트리플루오로에탄(trifluoroethane), 냉매 134A 또는 프레온 134A 또는 HFC-134A 또는 R-134A 또는 1,1,1,2- 테트라플루오로에탄(tetrafluoroethane), 냉매 150A 또는 프레온 150A 또는 CFC-150A 또는 R-150A 또는 디클로로에탄(dichloroethane) 또는 이염화 에틸렌(ethylene dichloride)(CH3CHC12), 티오펜(thiophene)(C4H4S), 톨루엔 또는 메틸벤젠 또는 페닐메탄(phenylmethane) 또는 톨루엔(C7H8), 물(H20), 이산화탄소(C02) 등을 포함하지만 이들에 국한되지 않는다. 특정 실시예들에서, 작업 유체는 성분들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어 한 개이상의 상기 화합물들이 이소부텐(isobutene)과 같은 탄화수소와 결합될 수 있다. 그러나 당업자는, 본 발명이 특정 형태의 작업 유체 또는 냉매에 국한되지 않는다는 것을 알 것이다. 따라서, 본 발명은, 상기 제한이 첨부된 청구범위에 명백히 공개되지 않는다면 특정 작업 유체로 국한되는 것으로 간주되지 않아야 한다.
본 발명은 일반적으로, 다양한 열회수 시스템 및 열공급원으로부터 전기 및/또는 기계적 출력을 발생시키기 위한 방법에 관한 것이다. 상기 실시예는, 열교환기, 터빈 발전기 세트, 응축기 열교환기 및 펌프를 포함할 수 있다. 본 발명은, 전기 및/또는 기계적 출력을 발생시키기 위해 대기로 버려질 수 있는 열을 이용하여 공정효율을 증가시키기 때문에 종래기술의 열회수 시스템 및 방법에 대해 유리하다.
그러므로 본 발명은, 상기 목적 및 장점들과 본 명세서에 내재하는 목적과 장점을 양호하게 달성하도록 적용된다. 본 발명은 본 발명의 내용(teaching)들의 장점을 가지며 당업자들에게 알려진 다르지만 동등한 방법에 의해 수정되고 실시될 수 있기 때문에, 상기 공개된 특정 실시예들은 단지 설명을 위한 것이다. 다수의 변화가 당업자들에 의해 이루어질 때, 상기 변화들은 첨부된 청구범위에 의해 정의된 발명의 사상에 포함된다. 또한, 하기 청구범위에 설명된 것 이외에 도시된 구성 또는 디자인의 상세부분들이 제한되지 않도록 의도된다. 그러므로 상기 공개된 특정 실시예들은 변경되거나 수정될 수 있고 상기 모든 변경은 본 발명의 사상 및 범위에 속하는 것으로 간주되는 것이 명백하다. 청구범위의 용어들은, 특허권자에 의해 명백하고 명확하게 정의되지 않는 한 보통의 일반적인 의미를 가진다.
100...직접식 열회수
102....연도가스 유동
103....폐열 증기 발생기
104....보일러 공급수 유동
105....증기 유동
106....감소된 열 연도가스 유동
109....감소된 입자 연도 가스 유동.

Claims (24)

  1. 정제작업으로부터 생성된 공정 열 부산물을 이용하는 방법에 있어서,
    상기 이용 방법은
    제 1 서브 공정 및 제 2 서브공정을 포함하고, 상기 제 1 서브공정은,
    a) 정제 작업으로부터 구해진 공정 열 부산물을 제 1 히터로 향하게 하는 단계,
    b) 상기 공정 열 부산물을 냉각시켜서 냉각된 부산물을 형성하기 위해 상기 히터내에서 상기 공정 열 부산물을 작업 유체와 열적으로 접촉시키는 단계,
    c) 상기 냉각된 부산물을 대기로 배출시키는 단계를 포함하고,
    상기 제 2 서브공정은,
    d) 가열된 작업 유체를 형성하기 위해 상기 히터내에서 작업 유체를 가열하는 단계,
    e) 팽창된 작업 유체를 형성하기 위해 상기 터빈을 통해 상기 가열된 작업 유체를 통과시키고, 상기 터빈을 통해 상기 가열된 작업 유체의 상기 통과는 전기 및 기계적 동력 중 하나를 생산하기 위한 발전기를 구동하는 단계,
    f) 응축된 작업 유체를 형성하기 위해 적어도 한 개의 열교환기를 통해 팽창된 작업 유체를 통과시키는 단계,
    g) 상기 작업 유체를 형성하기 위해 적어도 한 개의 펌프를 통해 응축된 작업 유체를 통과시키는 단계를 포함하며,
    제 1 및 제 2 서브공정들은 히터에 의해 연결되며, 제 1 및 제 2 서브공정들은 동시에 발생되는 것을 특징으로 하는, 정제작업으로부터 생성된 공정 열 부산물을 이용하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 한 개의 열교환기는 공랭식 응축기들과 수냉식 응축기들을 포함한 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 정제작업으로부터 생성된 공정 열 부산물을 이용하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 공정 열 부산물은 정제작업의 폐열 또는 연도가스(flue gas)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 정제작업으로부터 생성된 공정 열 부산물을 이용하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 공정 열 부산물은 유체 촉매 분해 유닛의 연도가스를 포함하는 것을 특징으로 하는, 정제작업으로부터 생성된 공정 열 부산물을 이용하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 공정 열 부산물은,
    증기를 발생시키기 위해 연도가스를 유체 촉매 분해 유닛으로부터 폐열 증기발생기로 향하게 하고,
    연도 가스내에 존재하는 촉매입자를 제거하기 위해 연도 가스가 전기 집진기를 통과하며,
    상기 전기 집진기로부터 유출하는 연도가스로부터 공정 열 부산물을 회수하여 발생되는 열 부산물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 정제작업으로부터 생성된 공정 열 부산물을 이용하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 공정 열 부산물은,
    일산화탄소를 포함한 연도가스를 유체 촉매 분해 유닛으로부터 보일러로 향하게 하고,
    증기를 발생시키기 위해 상기 보일러내에서 일산화탄소를 연소시키며,
    상기 연도 가스내에 존재하는 촉매입자를 제거하기 위해 연도가스가 전기 집진기를 통과하며,
    상기 전기 집진기로부터 유출하는 연도가스로부터 공정 열 부산물을 회수하여 발생되는 열 부산물을 포함하는 것을 특징으로 하는 공정.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 공정 열 부산물은 고온 반응기로부터 회수된 열을 포함하는 것을 특징으로 하는, 정제작업으로부터 생성된 공정 열 부산물을 이용하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 고온 반응기는 점화된 히터 또는 소각로인 것을 특징으로 하는, 정제작업으로부터 생성된 공정 열 부산물을 이용하는 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 히터는 고온 반응기의 대류 섹션과 일체구성되는 것을 특징으로 하는, 정제작업으로부터 생성된 공정 열 부산물을 이용하는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 작업 유체는 유기 작업 유체와 냉매들을 포함하는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 정제작업으로부터 생성된 공정 열 부산물을 이용하는 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열된 작업 유체를 형성하기 위해 작업 유체를 가열하는 단계는 상기 작업 유체의 증발을 포함하는 것을 특징으로 하는, 정제작업으로부터 생성된 공정 열 부산물을 이용하는 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열된 작업 유체를 형성하기 위해 작업 유체를 가열하는 단계는 초임계공정에서 작업 유체의 증발을 포함하는 것을 특징으로 하는, 정제작업으로부터 생성된 공정 열 부산물을 이용하는 방법.
  13. 폐열 부산물을 이용하는 방법에 있어서,
    상기 이용 방법은
    제 1 서브 공정 및 제 2 서브공정을 포함하고,
    상기 제 1 서브공정은,
    a) 폐열 부산물을 히터로 향하게 하는 단계,
    b) 상기 폐열 부산물을 냉각시켜 냉각된 부산물을 형성하기 위하여 상기 히터내에서 상기 폐열 부산물을 작업 유체와 열적으로 접촉시키는 단계,
    c) 상기 냉각된 부산물을 대기로 배출하는 단계를 포함하고,
    상기 제 2 서브공정은,
    d) 가열된 작업 유체를 형성하기 위해 상기 히터내에서 상기 작업 유체를 가열하는 단계,
    e) 팽창된 작업 유체를 형성하기 위해 터빈을 통해 상기 가열된 작업 유체를 통과시키고, 상기 터빈을 통해 상기 가열된 작업 유체의 상기 통과는 전기 및 기계적 동력 중 하나를 생산하기 위한 발전기를 구동하는 단계,
    f) 응축된 작업 유체를 형성하기 위해 적어도 한 개의 열교환기를 통해 팽창된 작업 유체를 통과시키는 단계,
    g) 상기 작업 유체를 형성하기 위해 적어도 한 개의 펌프를 통해 응축된 작업 유체를 통과시키는 단계를 포함하고,
    제 1 및 제 2 서브공정들은 히터에 의해 연결되며, 제 1 및 제 2 서브공정들은 동시에 발생되는 것을 특징으로 하는, 폐열 부산물을 이용하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 적어도 한 개의 열교환기는 공랭식 응축기 및 수냉식 응축기를 포함한 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 폐열 부산물을 이용하는 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 이용 방법은 상기 냉각된 부산물을 대기로 배출하기 전에 냉각된 부산물을 소각로, 스크러버와 스택 중 하나로 향하게 하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 폐열 부산물을 이용하는 방법.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 폐열 부산물은 증기발생기의 폐열을 포함하는 것을 특징으로 하는, 폐열 부산물을 이용하는 방법.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 폐열 부산물은,
    물을 증기발생기로 향하게 하고,
    증기 및 폐열 부산물을 형성하기 위해 가열된 공기 유동으로 물을 가열하여 발생되는 것을 특징으로 하는, 폐열 부산물을 이용하는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 이용방법은 폐열 부산물의 일부분을 대기로 방출하기 위해 전환기 밸브를 통해 전환시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 폐열 부산물을 이용하는 방법.
  19. 제 13 항에 있어서,
    상기 폐열 부산물은 가스터빈으로부터 형성된 폐열을 포함하는 것을 특징으로 하는 공정.
  20. 제 13 항에 있어서,
    상기 폐열 부산물은,
    연료를 가스터빈으로 향하게 하고,
    출력과 폐열 부산물을 발생시키기 위해 가스터빈내에서 연료를 연소시켜서 발생되는 것을 특징으로 하는, 폐열 부산물을 이용하는 방법.
  21. 제 13 항에 있어서,
    상기 작업 유체는 유기 작업 유체들과 냉매들을 포함한 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 폐열 부산물을 이용하는 방법.
  22. 제 13 항에 있어서,
    상기 가열된 작업 유체를 형성하기 위한 상기 작업 유체의 가열단계는 상기 작업 유체의 증발을 포함하는 것을 특징으로 하는, 폐열 부산물을 이용하는 방법.
  23. 제 13 항에 있어서,
    상기 가열된 작업 유체를 형성하기 위한 작업 유체의 가열단계는 초임계공정에서 상기 작업 유체의 증발을 포함하는 것을 특징으로 하는, 폐열 부산물을 이용하는 방법.
  24. 열 부산물을 이용하는 방법에 있어서,
    상기 이용 방법은 제 1 서브 공정 및 제 2 서브공정을 포함하고,
    상기 제 1 서브공정은,
    a) 열 부산물을 히터로 향하게 하는 단계,
    b) 상기 열 부산물을 냉각시켜서 냉각된 부산물을 형성하기 위해 상기 히터내에서 상기 열 부산물을 작업 유체와 열적으로 접촉시키는 단계,
    c) 상기 냉각된 부산물을 대기로 배출시키는 단계를 포함하고,
    상기 제 2 서브공정은,
    d) 가열된 작업 유체를 형성하기 위해 상기 히터내에서 작업 유체를 가열하는 단계,
    e) 팽창된 작업 유체를 형성하기 위해 터빈을 통해 상기 가열된 작업 유체를 통과시키고, 상기 터빈을 통해 상기 가열된 작업 유체의 상기 통과는 전기 및 기계적 동력 중 하나를 생산하기 위한 발전기에 동력을 제공하는 단계,
    f) 응축된 작업 유체를 형성하기 위해 적어도 한 개의 열교환기를 통해 팽창된 작업 유체를 통과시키는 단계,
    g) 상기 작업 유체를 형성하기 위해 적어도 한 개의 펌프를 통해 응축된 작업 유체를 통과시키는 단계를 포함하고,
    제 1 및 제 2 서브공정들은 히터에 의해 연결되며, 제 1 및 제 2 서브공정들은 동시에 발생되는 것을 특징으로 하는, 열 부산물을 이용하는 방법.
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