NO864367L - Fremgangsmaate for tildanning av et kjemisk produkt, samt anlegg for kjemisk prosess. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse har befatning med fyringsanlegg, ovner eller kjeler for anvendelse ved kjemiske prosesser, og fremgangsmåter for drift av disse.

Ved kjemiske prosessanlegg av visse typer som er utstyrt med gass- eller oljefyrte varmeapparater, ovner eller kjeler med en strålingsseksjon, er brennstofforbruket en funksjon av strålings-seks jonens ytelse, og temperaturen av den utstrømmende røkgass fra strålingsseksjonen er forutbestemt av prosessen, som oftest til en fast verdi. For oppnåelse av en rimelig, total virkningsgrad vil et slikt anlegg vanligvis omfatte en konveksjonsseksjon for varmegjenvinning, hvori røkgassen som forlater strålingsseksjonen, utnyttes til foroppvarming av prosessfluidet som skal tilføres strålingsseksjonen, og til levering av varme for oppheting av andre prosess-spiralrør, for utvikling og overheting av damp og for oppvarming av fødevannsspiraler for dampgeneratorer. Slike anlegg er i beskrivelsen betegnet som konvensjonelt brukte gassturbiner for drift av kompressorer, og det er også ganske vanlig praksis å utnytte gassturbineksosen (GTE) som oksygenkilde for brennstofforbrenningen i strålingsseksjonen, dvs. som det oksyderingsmedium som tilføres seksjonen. Da GTE som regel har en eksostemperatur av 450- 550°C vil varmeanleggets brennstoffbehov, ved innføring av GTE i strålingsseksjonen, bli mindre enn ved utelukkende bruk av friskluft, selv om GTE bare inneholder ca. 15 vekt-% oksygen, mot ca. 23 vekt-% for ytterluft, og det nødvendige kvantum GTE pr. enhet tilført brennstoff er derfor større enn det kvantum av ren friskluft som behøves pr. brennstoff-enhet. På tross av denne økning vil utnyttelsen av GTE ha som totalvirkning at brennstoff-forbruket i strålingsseksjonen reduseres. Eventuelle GTE-mengder utover behovet til strålingsseksjonen kan brukes som oksygenkilde for ekstrafyring i konveksjonsbatteriene eller avledes til konveksjonsbatteriene, for gjenvinning av den frie varme.

Det er et formål ved oppfinnelsen å nedbringe brennstoff-forbruket i anlegg stort sett av ovennevte type, ved utnyttelse av GTE på en effektivere måte enn hittil vanlig. Det er også et formål ved oppfinnelsen å kunne modifisere anlegg av denne type på slik måte at det under drift vil oppnås en betydelig besparelse i brennstoffutgifter, jevnført med hittil kjente metoder. Videre er det et formål ved oppfinnelsen å oppnå en øket varmegjenvinnings-fleksibilitet.

I overensstemmelse med oppfinnelsen er disse formål oppnådd ved avleding av GTE fra varmeanleggsinnløpet til minst én varmeveksler og ved tilføring av nødvendig oksygen for anlegget i form av luft som har passert gjennom minst én varmeveksler og som tilføres varmeveksleren som friskluft, stort sett av atmosfæretrykk og omgivelsestemperatur, ved hjelp av en innretning for opprettelse av forsert eller kunstig trekk. GTE som utnyttes på denne måte og som har passert gjennom varmeveksleren, kan avledes til atmosfæren gjennom et avgassrør eller, om nødvendig, anvendes på andre måter. En eventuell overksuddsmengde av GTE som ikke behøves av hensyn til varmeveksleren, kan likeledes avledes direkte til atmosfæren eller, om nødvendig, utnyttes i konveksjonsseksjonen for varmegjenvinning, eller i andre prosesser.

I et anlegg ifølge oppfinnelsen er det således anordnet en varmeveksler som på den ene side mottar en innløpsstrøm av luft, stort sett av atmosfæretrykk og omgivelsestemperatur, og tilfører varmluft til strålingsseksjonens normale oksyderingsmediumsinnløp, og som på den annen side mottar tilførsel i form av eksosgass fra en gassturbin, og avleder eksosgassen til et avgassutløp etter at gassen har avgitt sin frie varme. Det bør bemerkes at i forbindelse med denne redegjørelse er uttrykket "strålingsseksjon" ment å omfatte varmeapparater, ovner og kjeler som anvendes for gjennom-føring av kjemiske prosesser, eller for oppvarming av et medium som brukes i en slik prosess.

Når en del eller alt GTE som forlater gassturbinen har

passert gjennom varmeveksleren og er anvendt for oppvarming av friskluften som deretter tilføres brennerne i strålingsseksjonen, kan brenstofforbruket reduseres ytterligere, jevnført med den bruk av GTE som er beskrevet i forbindelse med hittil kjente prosesser. Friskluften kan oppvarmes til en temperatur under GTE-temperaturen, og en slik temperatur som kan være ca. 50°C lavere enn innløpstemperaturen for GTE til varmeveksleren, vil avhenge av operatørfirmaets investeringskriteria, idet det kan være nødvendig å foreta en avveining mellom kapitalen som er investert i varmeveksleren og reduksjonen i løpende utgifter som følge av brennstoffbesparelsen. En temperatur nær GTE-temperaturen,

eksempelvis 10°C lavere enn denne, vil betinge en høy investering i varmeveksler, med derav følgende, store brennstoffbesparelser, mens derimot en temperaturforskjell mellom oppvarmet friskluft og GTE av eksempelvis 200°C, vil senke investeringskostnadene, men ikke medføre maksimale brennstoffbesparelser.

Hvis overskudds-GTE er tilgjengelig, kan friskluft i en større mengde enn det som medgår i strålingsseksjonen, opphetes i varmeveksleren for å utnyttes som oksygenkilde for hjelpebrennere i konveksjonsbatteriene. Overskudds-GTE kan også benyttes direkte som oksygenkilde for ekstrafyring i konveksjonsbatteriene, eller avledes til disse, for gjenvinning av fri varme.

Har en slik anvendelse av overskudds-GTE den virkning at fleksibiliteten ved varmegjenvinning i konveksjonsseksjonene, dvs. ytelsesområdet ved varmegjenvinning under opprettholdelse av en lav utløpstemperatur for røkgassen fra konveksjonsseksjonen, økes i stor grad, jevnført med tidligere kjente systemer. Varmegjenvinningen er minst når GTE i en mengde utover det som kreves for oppvarming av friskluft for strålingsseksjonen, avledes til konveksjonsseksjonene, for varmegjenvinning ved et punkt som er passende for temperaturnivået, uten ekstra fyring. Maksimal varmegjenvinning vil oppnås når enten all GTE som gjennomstrømmer varmeveksleren, og friskluft utover det som kreves i strålingsseksjonen, benyttes som oksygenkilde for ekstra fyring i de varmegjenvinnende konveksjonsseksjoner, eller når bare en del av den overskytende GTE ledes gjennom varmeveksleren, for oppheting av friskluft for ekstra fyring i konveksjonsseksjonene , mens den øvrige GTE avledes til de varmegjenvinnende konveksjonsseksjoner ved et punkt som passer til temperaturnivået.

Eventuell GTE utover det som behøves i varmeveksleren, for oppvarming av friskluft, kan avledes direkte til atmosfæren eller til en annen varmekonveksjonsseksjon i anlegget.

Oppfinnelsen er nærmere beskrevet i det etterfølgende under henvisning til de medfølgende tegninger, hvor: fig. 1 viser et konvensjonelt anlegg av en type som har vært vanlig i bruk forut for foreliggende oppfinnelse, og

fig. 2 viser et konvensjonelt anlegg som er omdannet til et anlegg i overensstemmelse med oppfinnelsen.

Det er i fig. 1 viset et konvensjonelt, kjemisk prosessanlegg, eksempelvis for krakking av hydrokarboner i en gass/dampblanding, med et oppvarmingssystem omfattende et strålingsseksjonskammer 1,

et brennstoffinnløp 2, et okyderingsmediumsinnløp 3 og et avgassutløp 4. Brennstoffet forbrennes i strålingsseksjonskammeret 1 under anvendelse av gassturbineksos (GTE) som oksyderingsmedium på slik måte at temperaturen av eksosgassen som forlater kammeret ved utløpet 4, opprettholdes på en konstant verdi. Prosessfluidet innføres i en rørspiral 5 ved oversiden av kammeret, og forlater spiralen 5 ved bunnen av kammeret. En varmegjenvinnings-konveksjonsseksjon 7 er anordnet i et røkkammer 6 som er forbundet med et eksosrør 8. Gjennom innløpet 3 tilføres eksos fra gassturbinen 9 hvis hovedfunksjon er å drive en kompressor (ikke vist) .

Konveksjonsseksjonen 7 i røkkammeret 6, som muliggjør gjenvinning av varmeenergi fra røkgassen innen den utstrømmer til eksosrøret 8, omfatter rørspiraler 10 og 11 inneholdende varmegjenvinningsfluider (andre spiraler kan være innføyd i tilpasning til anleggets krav), et gassturbineksosinnløp 12 og en hjelpebrenner 13. Brenneren innbefatter et brennstoffinnløp 14 og et gasstur-bineksosinnløp 15. Innløpene 12 og 15 er gjennom respektive omføringsledninger forbundet med utløpet fra gassturbinen 9 som likeledes, gjennom en ytterligere omføringsledning, er forbundet med et ekstra eksosrør 16. Regulerbare ventiler 17, 18 og 19 i omføringsledningene som er forbundet med innløpene 12 og 15 og med det ekstra eksosrøret 16, innstilles direkte eller indirekte av operatøren ved hjelp av en kontroller, for styring av strømmen av overskudds-GTE i anlegget. Eksos fra gassturbinen 9, utover det som er nødvendig for prosesseksjonen, kan ledes til brenneren 13 eller direkte til røkkammeret 7, slik at varmeenergien likeledes gjenvinnes i den varmegjenvinnende konveksjonsseksjons konveksjonsbatterier, eller avledes direkte til atmosfæren gjennom det ekstra eksosrøret 16.

Anordningen ifølge fig. 2 omfatter en to-kanals-varmeveksler

20 hvis inngangsvarmekanal er forbundet med utløpet fra gassturbinen 9 mens utgangsvarmekanalen 22 er forbundet med en friskluftkilde gjennom en trykkvifte 23. Etter å ha passert gjennom varmeveksleren 20, avledes GTE til atmosfæren i et ekstra eksosrør 16. Friskluften i kanalen 23, som er oppvarmet og fremdeles stort sett av atmosfæretrykk, overføres til oksyderingsmediumsinnløpet 3 i strålingsseksjonskammeret 1. All GTE utover det som behøves for varmeveksleren 20, behandles på samme måte som overskudds-GTE i den tidligere kjente anordning. All oppvarmet luft utover det som kreves for forbrenningen i strålingsseksjonskammeret 1, ledes gjennom kanalen 24 til oksyderingsmediumsinnløpet 25 til en ytterligere brenner 26 med et brennstoffinnløp 27. En regulerbar ventil 28 i kanalen 24 innstilles av anleggsoperatøren, direkte eller indirekte ved hjelp av en kontroller, sammen med ventilene 17, 18 og 19, i overensstemmelse med de foreliggende driftskriteria. Ved at brennstoffet i strålingsseksjonen forbrennes ved anvendelse av luft som er oppvarmet av GTE, istedenfor ved direkte bruk av GTE, kan det spares brennstoff ved drift av anlegget.

I tillegg til den ovennevnte brenselbesparelse vil bruken av varmeveksleren også giøket fleksibilitet ved drift av anlegget på grunn av den ekstra varmegjenvinningsinnretning som er anordnet i varmegjenvinnings-konveksjonsseksjonen 7 og som omfatter brenneren 26, varmlufttilførselskanalen 24 og den regulerbare ventil 2S. Ved hjelp av disse midler kan operatøren opprette og styre sitt anlegg for optimal ytelse med minst mulig brenselutgift. Rørspiralene 10 og 11 kan etter ønske benyttes til foroppvarming av prosessmediet eller -mediene, til foroppvarming av kjelfødevann eller til frembringelse av prosessdamp etc.

Anlegget ifølge fig. 2 kan modifiseres på ulike måter,

f.eks. ved innføyning av varmegjenvinningsspiraler i varmegjenvinnings-konveks jonsseks jonen , eller ved utnyttelse av GTE fra varmeveksleren i ytterligere oppvarmings- eller varmegjenvinnings-prosesser. Istedenfor eller i tillegg til trykkviften 23 kan det benyttes en sugevifte (ikke vist) som er anordnet mellom luftutløpet fra varmeveksleren 20 og innløpet 3 til strålingsseksjonen, alle slike modifikasjoner anses å falle innenfor rammen av de etterføl-gende krav.

Claims (16)

1. Fremgangsmåte for tilvirkning av et kjemisk produkt ved oppvarming under anvendelse av et fyringsanlegg, karakterisert ved at oppvarmet luft for underholdelse av forbrenningen overføres, stort sett ved atmosfæretrykk til en strålingsseksjon i varmeanlegget fra en varmeveksler som tilføres friskluft, og at varmeveksleren mottar varme i form av eksosgasser som utløper fra en gassturbin og som, etter å ha passert gjennom varmeveksleren, avledes til atmosfæren.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at forbrenningsgassproduktene utstrømmer fra strålingsseksjonen ved en temperatur som er forutbestemt av prosessen, og at en del av den frie varme i gassproduktene deretter gjenvinnes i en varmegjenvinningsseksjon i varmeanleggets røkkammer, hvortil overskytende GTE og/eller overskytende varmluft fra varmeveksleren likeledes overføres, for gjenvinning av den frie varme.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at overskudds-GTE og overskuddsluft anvendes som oksyderingsmedier i de respektive brennere i rø kkammeret ved forbrenning av ytterligere brennstoff.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 2 eller 3, karakterisert ved at strømmen av overskudds-GTE og strømmen av overskuddsluft til varmegjenvinningsseksjonen kan reguleres individuelt.

5. Kjemisk prosessanlegg med en brennstoff-fyrt strålingsseksjon for oppheting av kjemisk prosessfluidum, karakterisert ved at oksyderingsmediet som tilføres strålingsseksjonen, for forbrenning av brennstoffet, består av luft som er oppvarmet i en varmeveksler som på varme-innløpssiden er forbundet med utløpet fra en gassturbin, for opptagelse av eksosgass, og at luften tilføres varmeveksleren ved omgivelsestemperatur og stort sett ved atmosfæretrykk.

6. Kjemisk prosessanlegg ifølge krav 5, karakterisert ved en varmegjenvinningsseksjon som mottar overskudds-varmluft fra varmeveksleren, for gjenvinning av den frie varme.

7. Kjemisk prosessanlegg ifølge krav 6, karakterisert ved at gjenvinningsseksjonen innbefatter minst én brenner med et brennstoffinnlø p hvortil overskuddsluften ledes, for å underholde forbrenningen av brennstoffet som er tilført brenneren.

8. Kjemisk prosessanlegg ifølge krav 6 eller 7, karakterisert ved at det til gjenvinningsseksjonen også ledes overskudds-GTE utover det som kreves for varmeveksleren.

9. Kjemisk prosessanlegg omfattende en gassturbin, midler for utnyttelse av den frie varme i gassturbineksosen (GTE) og et brennstoff-fyrt varmeanlegg med en strålingsseksjon og en varmegjenvinningsseksjon, hvor brennstoff forbrennes i strålingsseksjonen, for oppvarming i seksjonen av prosessfluidum som inneholdes i minst én prosess-rø rspiral, og hvor varmegjenvinningsseksjonen er anordnet i varmeanleggets røkkanal og innbefatter én eller flere rørspiraler inneholdende varmegjenvinningsfluider, karakterisert ved at den første kanal i en tokanals-varmeveksler er innkoblet mellom gassturbinutlø pet og en ekstra gassutlø psinnretning mens den andre kanal i varmeveksleren er innkoblet mellom en friskluftkilde og brennstoffoksyderings-mediumsinnlø pet til varmeanleggets strålingsseksjon, hvorved varmeveksleren leverer oppvarmet friskluft, stort sett av atmosfæretrykk, til strålingsseksjonen.

10. Kjemisk prosessanlegg ifølge krav 1, karakterisert ved at det omfatter en første brenner i rø kkammeret og en omføringsledning som er innkoblet mellom utgangen fra varmeveks-lerens andre kanal og den første brenner, for overføring av overskudds-varmluft fra varmeveksleren til den første brenner, for underholding av forbrenneren i denne, og at den første brenner er forbundet med en ytterligere brennstoffkilde.

11. Kjemisk prosessanlegg ifølge krav 10, karakterisert ved en omfø ringsledning som er innkoblet mellom gassturbinutløpet og varmegjenvinningsseksjonen, for overføring av overskudds-GTE til seksjonen.

12. Kjemisk prosessanlegg ifølge krav 11, karakterisert ved at omføringsledningen mellom gassturbinutlø pet og varmegjenvinningsseksjonen er forbundet med en andre brenner som er innmontert i varmeanleggets rø kkanal, for underholding av forbrenningen i brenneren som er forbundet med en brennstoffkilde.

13. Kjemisk prosessanlegg ifølge krav 12, karakterisert ved regulerbare anordninger i omfø ringsledningene, for styring av fluidumstrø mmene i ledningene.

14. Kjemisk prosessanlegg ifølge krav 13, karakterisert ved at omfø ringsledningen mellom gassturbinutløpet og varmegjenvinningsseksjonen innbefatter et grenrør forsynt med en regulerbar anordning, som er forbundet med røkkammeret og strekker seg forbi den andre brenner, for avleding av GTE direkte til røkkammeret.

15. Kjemisk prosessanlegg ifølge et av kravene 9-14, karakterisert ved at friskluftsystemet innbefatter en trykkvifte for tvinging av friskluft, stort sett av atmosfæretrykk , til varmeveksleren.

16. Kjemisk prosessanlegg ifølge et av kravene 9-15, karakterisert ved en sugevifte som er innkoblet mellom brennstoffoksyderingsmediumsinnlø pet til strålingsseksjonen og varmeveksleren.