PL173974B1 - Sposób wytwarzania energii - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania energii w układzie energetycznym z częściowym utlenianiem, z wytwarzaniem gazu opałowego w tym układzie przez częściowe utlenianie zawierających siarkę i chlor płynnych węglowodorowych lub stałych węglowych paliw, oczyszczaniem gazu opałowego, jego spalanie w turbinie spalinowej w celu wytwarzania energii oraz bezpiecznego dla środowiska gazu spalinowego.

Z patentu Stanów Zjednoczonych Nr 3 868 817 znane jest wytwarzanie gazu opałowego o stosunku molowym (CO/H2) w stanie suchym nie niższym od 0,30 przez częściowe utlenianie w obecności wzbogaconego w CO2 moderatora temperatur. Po dalszej obróbce, gaz opałowy spalany jest w turbinie spalinowej. Wytwarzanie gazu opałowego przez częściowe utlenianie węglowodorowego paliwa z zastosowaniem, w porównaniu z tym, wysokich proporcji wagowych pary wodnej do paliwa i bez stosowania następnego etapu metanizacji katalitycznej jest opisane w patencie Stanów Zjednoczonych Nr 3 688 438. Według patentu Stanów Zjednoczonych Nr 4 075 831, oczyszczony i nawilżony gaz opałowy jest spalany w turbinie gazowej dla wytwarzania energii mechanicznej i elektrycznej. W patencie Stanów Zjednoczonych Nr 4 537 023 omówiono mieszanie mieszaniny powietrze/para wodna z paliwem i spalanie dla napędu turbiny gazowej. . Jednakowoż w dotychczasowym stanie techniki nie omówiono ani nie proponowano rozwiązań stosowanych w niniejszym wynalazku.

Sposób wytwarzania energii według wynalazku polega na wytwarzaniu gazu opałowego, który jest wolny od zawierających chlor i siarkę korozyjnych par, przez częściowe utlenianie zawierającego siarkę i chlor płynnego węglowodorowego lub stałego węglowego paliwa i spalaniu tego paliwa gazowego w turbozespole komory spalania.

Sposób wytwarzania energii według wynalazku odznacza się tym, że prowadzi się; (1) reakcję częściowego utleniania gazu zawierającego wolny tlen ze strumieniem zawierającego chlor i siarkę płynnego węglowodorowego lub stałego paliwa węglowego w obecności moderatora temperatur w strefie reakcyjnej pionowego generatora gazu o swobodnym przepływie do dołu, z wytwarzaniem strumienia surowego gazu opałowego zawierającego H2, CO, CO2, H2O, H2S, COS, HCL, CH4 i A obok porwanego roztopionego żużla i cząstek stałych; oraz stosuje się temperaturę w strefie reakcji przewyższającą temperaturę punktu rosy H2O w strumieniu surowego gazu opałowego oraz; (2) ochładza się wytworzony strumień surowego gazu opałowego do temperatury wyższej od punktu rosy H2O w tym strumieniu surowego gazu opałowego przez pośrednią wymianę ciepła z wodą krążącą w obiegu kotła; oraz oddziela się żużel;

(3) rozczepia się wolny od żużla wolny strumień gazu opałowego na odrębne strumienie gazu A i B oraz oddzielnie ochładza się każdy ze strumieni A i B surowego gazu opałowego do temperatury wyższej od temperatury rosy H2O w tych odrębnych strumieniach zasilających przez pośrednią wymianę ciepła z wodą krążącą w obiegu kotła, wytwarzając dzięki temu parę wodną;

(4) przepuszcza się strumień gazu azotowego w pośredniej wymianie ciepła ze strumieniem A surowego gazu opałowego z etapu (3), przez co dokonuje się dalszego ochładzania strumienia A surowego gazu opałowego do temperatury wyższej od punktu rosy H2O w strumieniu A surowego gazu opałowego, z równoczesnym ogrzaniem strumienia gazu azotowego; (5) przemywa się strumień surowego gazu opałowego A ochłodzonego w etapie (4) przy pomocy wody, wytwarzając czysty, wolny od chloru strumień gazu opałowego; (6) dalej ochładza się strumień B surowego gazu opałowego z etapu (3) do temperatury wyższej od punktu rosy wody w strumieniu B surowego gazu opałowego przez pośrednią wymianę ciepła ze strumieniem czystego, nawilżonego, wolnego od chloru i siarki gazu opałowego odprowadzanego z dalszego etapu (12), z ogrzaniem tego czystego, wolnego od chloru i siarki strumienia gazu opałowego; (7) przemywa się wodą ochłodzony w etapie (6) strumień B surowego gazu opałowego z

173 974 wytworzeniem czystego wolnego od chloru strumienia gazu opałowego; (8) połączy się strumienie A i B czystego, wolnego od chloru gazu opałowego odpowiednio z etapów (5) i (7); (9) ochładza się połączony strumień czystego, wolnego od chloru paliwa gazowego z etapu (8) przez pośrednią wymianę ciepła z czystym, wolnym od chloru i siarki strumieniem gazu opałowego z dalszego etapu (11); (10) dalej ochładza się połączony strumień surowego gazu opałowego z etapu (9) przez pośrednią wymianę ciepła z wodą krążącą w obiegu kotła i/lub zimną wodą w jednym lub większej liczbie wymienników ciepła; (11) usuwa się w strefie usuwania kwaśnych gazów zasadniczo wszystkie gazy zawierające siarkę z połączonego strumienia czystego, wolnego od chloru gazu opałowego z etapu (10); (12) ogrzewa się strumień czystego, wolnego od chloru i siarki gazu opałowego z etapu (9) przez pośrednią wymianę ciepła z parą wodną; (13) wprowadza się następujące strumienie gazowe do strefy spalania turbiny gazowej; strumień powietrza; strumień gazu azotowego ogrzanego w etapie (4), oraz co najmniej część strumienia czystego, wolnego od chloru i siarki gazu opałowego ogrzanego w etapie (6); oraz (14) spala się czystą część strumienia gazu opałowego wolnego od chloru i siarki w strefie spalania, z wytworzeniem gazu spalinowego zasadniczo wolnego od HCL, gazu zawierającego siarkę, oraz NOx; oraz przepuszcza się ten gaz spalinowy przez turbinę rozprężną dla wytworzenia energii.

Korzystnie przepuszcza się wylotowe spaliny opuszczające turbinę rozprężną w etapie (14) przez podgrzewacz konwekcyjny, w pośredniej wymianie ciepła z wodą zasilającą kocioł, którą przetwarza się na parę wodną, oraz przepuszcza się tę parę wodną przez turbinę parową dla wytwarzania energii mechanicznej i energii elektrycznej.

' Korzystnie od około 10 do 100% objętościowych strumienia czystego, wolnego od chloru i siarki gazu opałowego w etapie (6) wprowadza się do strefy spalania w etapie (13); oraz prowadzi się katalityczną reakcję reszty tego strumienia czystego, wolnego od chloru i siarki gazu opałowego zawierającego zasadniczo H2 + CO, z wytwarzaniem organicznych substancji chemicznych lub strumienia gazu wzbogaconego w wodór.

Korzystnie stosuje się paliwo węglowodorowe płynne zawierające chlor i siarkę lub stałe paliwo węglowe zawierające około 0,2 do 10% wagowych, w przeliczeniu na suchą masę, siarki i około 10 do 20000 części na milion, w przeliczeniu na suchą masę, chloru.

Korzystnie stosuje się paliwo zawierające chlor w postaci chlorku wybranego spośród grupy złożonej z chlorku sodu, potasu, magnezu oraz ich mieszanin; oraz siarkę w postaci siarczku wybranego spośród grupy utworzonej z siarczku żelaza, cynku, miedzi żelaza, ołowiu, oraz ich mieszanin i/lub siarczanów wybranych spośród grupy składającej się z siarczanów wapnia, baru, żelaza, sodu, glinu, oraz ich mieszanin.

Korzystnie strumień gazowy A zawiera 30 do 70% objętościowych wolnego od żużla strumienia surowego paliwa gazowego z etapu (2) a gazowy strumień B zawiera pozostałą część.

Korzystnie stosuje się wodę do przemywania gazu w etapach (5) i (7) posiadające temperaturę w zakresie od około 121° do 232°C i posiadającą wartość pH w zakresie od około 6 do 9.

Korzystnie do wody do przemywania dodaje się materiał zasadowy wybrany spośród grupy złożonej z NH3, NH4OH, NaOH, KOH, Na2CO3 oraz K2CO3.

Korzystnie stosuje się stałe paliwo węglowe wybrane spośród grupy złożonej z węgla, takiego jak antracytowy, bitumiczny, podbitumiczny, koks węglowy; lignitu; pozostałości po uwodornianiu węgla; łupka naftowego; piasków bitumicznych; koksu ponaftowego; asfaltu; paku; węgla w postaci cząstek stałych; sadzy; zatężanych szlamów ściekowych; oraz ich mieszanin.

Korzystnie stosuje się płynne paliwo węglowodorowe wybrane spośród grupy złożonej z gazu płynnego, destylatów i pozostałości ropy naftowej, benzyny ciężkiej, nafty, surowej ropy naftowej, asfaltu, oleju gazowego, oleju resztkowego, oleju z piasków bitumicznych, oleju łupkowego, oleju węglopochodnego, węglowodorów aromatycznych, takich jak benzen, toluen, oraz frakcje ksylenowe, smoły węglowej, oleju gazowego obiegowego z operacji krakowania przy użyciu katalizatora w złożu fluidalnym, ekstraktu furfuralowego oleju gazowego z retorty do koksowania, oraz ich mieszanin.

Korzystnie stosuje się gaz zawierający wolny tlen wybrany z grupy złożonej z powietrza, powietrza o zwiększonej zawartości tlenu, zasadniczo czystego tlenu, oraz ich mieszanin.

173 974

Korzystnie w etapie prowadzi się częściowe utlenianie w temperaturze w zakresie od około 982 do 1650°C i pod ciśnieniem od 1 do 250 atmosfer; w etapie (2) strumień surowego gazu opałowego z etapu (1) ochładza się do temperatury w zakresie od około 815 do 538°C; w etapie (3) każdy ze strumieni A i B surowego gazu opałowego ochładza się do temperatury w zakresie od około 538 do 315°C; w etapie (4) strumień osuszonego gazu azotowego przepuszcza się w temperaturze w zakresie od temperatury bliskiej temperaturze pokojowej do temperatury 204°C, w wyniku czego dalej ochładza się strumień A surowego gazu opałowego do temperatury w zakresie od około 315 do 149°C, natomiast strumień gazu azotowego równocześnie ogrzewa się do temperatury w zakresie od około 204 do 427°C; w etapie (6) strumień B surowego gazu opałowego z etapu (3) ochładza się do temperatury od około 316°C do 149°C, ogrzewając strumień czystego, wolnego od chloru i siarki gazu opałowego do temperatury w zakresie od około 204°C do 427°C; w etapie (9) połączony strumień czystego, wolnego od chloru gazu opalowego z etapu (8) posiadający temperaturę w zakresie od około 121°C do 200°C, ochładza się do temperatury w zakresie od około 93°C do 204°C przez pośrednią wymianę ciepła ze strumieniem czystego, wolnego od chloru i siarki gazu opałowego posiadającego temperaturę w zakresie od około 32°C do 39°C; w etapie (10) połączony strumień surowego gazu opałowego z etapu (9) ochładza się do temperatury w zakresie od około 32°C do 49°C; w etapie (12) strumień czystego, wolnego od chloru i siarki paliwa z etapu (9) ogrzewa się do temperatury w zakresie około 121 do 204°C; w etapie (13) te trzy strumienie wprowadza się oddzielnie do strefy spalania turbiny gazowej oddzielnymi przewodami; i w etapie (14) gaz spalinowy przepuszcza się przez turbinę rozprężną, z wytworzeniem energii i gorącego gazu wydechowego; oraz wytwarza się parę wodną w wyniku pośredniej wymiany ciepła między wodą zasilającą kocioł i gorącym gazem wydechowym i przepuszcza się parę wodną przez turbinę parową dl a wytwarzania energii.

Korzystnie w etapie (6) strumień B surowego gazu opałowego ochładza się drogą pośredniej wymiany ciepła ze strumieniem czystego, nasyconego wodą, wolnego od chloru i siarki gazu opałowego odprowadzanego z omówionego dalej podetapu (12-2); w etapie (12) w podetapie (12-1) wysyca się wodą wolny od chloru i siarki strumień gazu opałowego po etapie (11), a w podetapie (12-2) czysty, nasycony wodą strumień wolnego od chloru i siarki gazu opałowego z podetapu (12-1) ogrzewa się przez pośrednią wymianę ciepła z parą wodną, do temperatury w zakresie od około 121°C do 204°C; oraz w etapie (14) czysty, nasycony wodą, wolny od chloru i siarki gaz opałowy spala się w strefie spalania.

Korzystnie przepuszcza się gaz spalinowy opuszczając turbinę rozprężną w etapie (14) przez podgrzewacz konwekcyjny w pośredniej wymianie ciepła z zasilającą kocioł wodą, która przetwarza się w parę wodną, i przepuszcza tę parę wodną przez turbinę parową z wytwarzaniem energii mechanicznej i elektrycznej.

Korzystnie od około 10 do 100% objętościowych strumienia czystego, nasyconego wodą, wolnego od chloru i siarki gazu opalowego ogrzanego w etapie (6) wprowadza się do strefy spalania w etapie (13); i prowadzi się katalityczną reakcję reszty tego strumienia czystego, nasyconego wodą, wolnego od chloru i siarki gazu opałowego składającego się zasadniczo z H2 + CO, z wytworzeniem organicznych substancji chemicznych lub strumienia gazu o podwyższonej zawartości H 2.

Korzystnie w etapie (1) prowadzi się częściowe utlenianie w temperaturze w zakresie od około 982°C do 1650°C i pod ciśnieniem w zakresie od około 1 do 250 atmosfer; w etapie (2) strumień surowego gazu opałowego z etapu (1) ochładza się do temperatury w zakresie od około 815°C do 538°C; w etapie (4) stosuje się strumień suchego gazu azotowego posiadający temperaturę w zakresie od temperatury bliskiej temperaturze otoczenia, do temperatury 204°C, dzięki czemu strumień A surowego gazu opałowego ochładza się do temperatury w zakresie od około 315 do 149°C z równoczesnym ogrzaniem strumienia gazu azotowego do temperatury w zakresie od około 204 do 427°C; w etapie (6) strumień B surowego gazu opałowego z etapu (3) ochładza się do temperatury od około 315°C do 149°C przez pośrednią wymianę ciepła ze strumieniem czystego, nasyconego wodą, wolnego od chloru i siarki gazu opałowego, odprowadzanego z następnego podetapu (12-2), dzięki czemu strumień czystego, wolnego od chloru i siarki gazu opałowego ogrzewa się do temperatury w zakresie od około 204°C do 427°C; w etapie (9) połączony strumień czystego, wolnego od chloru gazu opałowego z etapu (8) posia8

173 974 dający temperaturę w zakresie od około 121°C do 260°C ochładza się do temperatury w zakresie od około 93°C do 204°C przez pośrednią wymianę ciepła z czystym strumieniem wolnego od chloru i siarki gazu opałowego z etapu (11) posiadającego temperaturę w zakresie od około 32°C do 49°C; w etapie (10) połączony strumień surowego paliwa gazowego z etapu (9) ochładza się do temperatury w zakresie od około 32°C do 49°C; w etapie (12) w podetapie (12-1) wysyca się wodą strumień wolnego od chloru i siarki gazu opalowego z etapu (11), a w podetapie (12-2), ogrzewa się do temperatury w zakresie od około 121°C do 204°C, czysty, nasycony wodą strumień gazu opałowego wolnego od chloru i siarki z podetapu (12-1) za pomocą pośredniej wymiany ciepła z parą wodną; w etapie (13) trzy określone strumienie są oddzielnie wprowadzane do strefy spalania turbiny gazowej osobnymi przewodami; oraz w etapie (14) czysty, nasycony wodą wolny od chloru i siarki gaz opałowy spala się. w komorze spalania dla wytworzenia gazu spalinowego zasadniczo wolnego od HCL, gazu zawierającego siarkę oraz NO_X; oraz ten gaz spalinowy przepuszcza się przez turbinę rozprężną w celu wytwarzania energii i gorącego gazu wydechowego, przy czym parę wodną wytwarza się przez pośrednią wymianę ciepła wody zasilającej kocioł z gorącym gazem wydechowym oraz parę wodną przepuszcza się przez turbinę do wytwarzania energii.

Sposób wytwarzania energii według wynalazku charakteryzuje się tym, że prowadzi się (1) reakcję częściowego utleniania strumienia zawierającego wolny tlen gazu, ze strumieniem zawierającego chlor i siarkę płynnego węglowodorowego lub stałego paliwa węglowego w obecności moderatora temperatury w strefie reakcyjnej pionowego generatora gazu o swobodnym przepływie do dołu, w zakresie temperatury od około 982 do 1650°C i przewyższającej punkt rosy H2O i pod ciśnieniem w zakresie od około 1 do 250 atmosfer, z wytworzeniem strumienia surowego gazu opałowego zawierającego H 2, CO, CO2, H2O, H2S, COS, HCL, CH4, N 2, oraz A, obok porwanego roztopionego żużla i zawieszonych cząstek stałych: oraz stosuje się temperaturę w tej strefie reakcyjnej przewyższającą punkt rosy dla H2O; (2) ochładza się wytworzony strumień surowego gazu opalowego do temperatury w zakresie od około 815 do 538°C i wyższej od punktu rosy dla H2O, drogą pośredniej wymiany ciepła z wodą krążącą w obiegu kotła; i oddziela się żużel; (3) rozszczepia się wolny od żużla strumień surowego gazu opałowego na odrębne strumienie gazowe A i B, i oddzielnie chłodzi się każdy ze strumieni A i B strumienia surowego gazu opalowego do temperatury w zakresie od około 538 do 315°C i wyższej od punktu rosy H2O, drogą pośredniej wymiany ciepła z wodą krążącą w kotle, w wyniku czego wytwarzana jest para wodna; (4) przepuszcza się strumień suchego gazu azotowego o temperaturze w zakresie od zbliżonej do temperatury pokojowej, do 204°C, w pośredniej wymianie ciepła ze strumieniem A surowego gazu opałowego z etapu (3), przez co dokonuje się dalszego ochładzania tego strumienia A surowego gazu opalowego do temperatury w zakresie od około 315 do 149°C i przewyższającej punkt rosy wody w tym strumieniu A surowego gazu opalowego, z równoczesnym ogrzewaniem strumienia gazu azotowego do temperatury w zakresie od około 204 do 427°C; (5) przemywa się wodą ochłodzony w etapie (4) strumień A surowego gazu opałowego, wytwarzając czysty, wolny od chloru, strumień gazu opałowego;

(6) dalej ochładza się strumień B surowego gazu opalowego z etapu (3) do temperatury w zakresie od około 315 do 149°C i przewyższającej punkt rosy wody w tym strumieniu B surowego gazu opałowego, przez pośrednią wymianę ciepła ze strumieniem czystego, wolnego od chloru i siarki gazu opałowego odprowadzanego z etapu (12), z ogrzewaniem tego czystego, wolnego od chloru i siarki strumienia gazu opalowego do temperatury w zakresie od około 204 do 427°C; (7) przemywa się wodą ochłodzony w etapie (6) strumień B surowego gazu opałowego, z wytworzeniem czystego, wolnego od chloru strumienia gazu opałowego; (8) łączy się strumień A i B wolnego od chloru gazu opałowego, odpowiednio z etapów (5) i (7); (9) ochładza się połączony strumień czystego, wolnego od chloru gazu opałowego z etapu (8), o temperaturze w zakresie od około 121 do 260°C, do temperatury w zakresie od około 93 do 204°C przez pośrednią wymianę ciepła ze strumieniem czystego, wolnego od chloru i siarki gazu opałowego z etapu (11), posiadającego temperaturę w zakresie od około 32 do 49°C; (10) dalej ochładza się połączony strumień surowego gazu opałowego z etapu (9) do temperatury w zakresie od około 32 do 49°C, przez pośrednią wymianę ciepła z wodą krążącą w obiegu kotła i/lub zimną wodą w jednym lub większej liczbie wymienników ciepła; (11) usuwa się zasadniczo wszystkie gazy

173 974 zawierające siarkę z połączonego strumienia czystego, wolnego od chloru gazu opałowego z etapu (10), w strefie usuwania kwaśnych gazów; (12) ogrzewa się do temperatury w zakresie od około 121 do 204°C, strumienia czystego wolnego od chloru i siarki gazu opałowego z etapu (9), przez pośrednią wymianę ciepła z parą wodną; (13) oddzielnie wprowadza się następujące strumienie gazowe do strefy spalania turbiny gazowej poprzez oddzielne przewody: strumień powietrza, strumień suchego gazu azotowego ogrzanego w etapie (4), oraz strumień czystego, wolnego od chloru i siarki gazu opałowego ogrzanego w etapie (6); oraz (14) spala się czysty wolny od chloru i siarki gaz opałowy w tej strefie spalania z wytworzeniem gazu spalinowego zasadniczo wolnego od HC1, gazu zawierającego siarkę, oraz NOx; oraz przepuszcza się ten gaz spalinowy przez turbinę rozprężną dla wytworzenia energii i gorącego gazu wydechowego; przy czym wytwarza się parę wodną przez pośrednią wymianę ciepła między wodą zasilającą kocioł i gorącym gazem wydechowym; oraz przepuszcza się tę parę wodną przez turbinę parową w celu wytwarzania energii.

W innej wersji realizacji, przed etapem (12), strumień czystego, wolnego od chloru i siarki gazu opałowego nasyca się wodą, podgrzaną uprzednio drogą pośredniej wymiany ciepła z połączonymi strumieniami A i B czystego, wolnego od chloru gazu opałowego. W takim przypadku, nawilżony strumień czystego, wolnego od chloru i siarki gazu opałowego spala się w strefie spalania w etapie (14), zamiast stosunkowo suchego trzeciego strumienia wymienionego w etapie (13).

W sposobie według wynalazku wprowadzono etapy ochładzania zawierającego chlor i siarkę surowego gazu opałowego w chłodnicy opromieniowanej i rozszczepiania tego surowego gazu opałowego na dwa strumienie A i B; dalszego ochładzania tego strumienia A surowego gazu opałowego drogą pośredniej wymiany ciepła ze strumieniem gazu azotowego, dalszego ochładzania strumienia B surowego gazu opałowego przez pośrednią wymianę ciepła ze strumieniem czystego, wolnego od chloru i siarki gazu opałowego, usuwania HC1 i zawieszonych cząstek stałych z obu strumieni surowego gazu opałowego oraz połączenia tych strumieni razem, oraz usuwania gazów zawierających siarkę z połączonych strumieni dla wytworzenia strumienia czystego, wolnego od chloru i siarki gazu opałowego zawierającego H 2 + CO. W dotychczasowym stanie techniki nie były również znane etapy wprowadzania nawilżonego czystego, wolnego od chloru i siarki gazu opałowego oraz oddzielnego strumienia dodatkowego azotu do zespołu komory spalania turbiny gazowej, gdzie następuje spalanie z powietrzem i wytwarzany jest gaz spalinowy zawierający dodatkowy nie związany azot, lecz nie zawierający gazów zawierających chlor lub siarkę lub NOx. Bez zanieczyszczania atmosfery osiągnięto zwiększoną moc i efektywność.

Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia w sposób schematyczny korzystną wersję realizacji sposobu według wynalazku, a fig. 2 - wersję realizacji sposobu według wynalazku, z dostarczaniem nasyconego wodą czystego, wolnego od chloru i siarki gazu opałowego, uzyskaną przez zastąpienie przekroju C - C z fig. 1, przekrojem D - D z fig. 2.

W przypadku stosowania płynnych węglowodorowych lub stałych paliw węglowych, które zawierają zanieczyszczenia siarką i węglem, jako paliwa zasilającego w znanym procesie częściowego utleniania, surowy gaz opałowy jest wytwarzany w temperaturze w zakresie od około 982°C do 1650°C i obejmuje mieszaninę następujących gazów: H2, CO, CO2, H2O, H2S, COS, HC1, CH4, N 2 oraz A. Nieoczekiwanie stwierdzono, że wilgoć w surowym gazie opałowym, w przypadku jego ochłodzenia do temperatury niższej od jego punktu rosy przez czynnik chłodzący, gromadziłaby chlorowodór z gazu opałowego, tworząc korozyjną mgłę. Mgła ta wywierałaby działanie korozyjne na części metalowe w wymiennikach ciepła, stosowanych do ochładzania strumienia surowego gazu. Ten i inne problemy zostały rozwiązane za pomocą sposobu według wynalazku.

W realizacji sposobu według wynalazku, podawany płynny węglowodorowy lub stały węglowy materiał paliwowy zawierający około 0,2 do 10% wagowych, w przeliczeniu na suchą masę, siarki i około 0,001 do 2,0% wagowych, licząc na suchą masę, chloru, poddawane są reakcji przez częściowe utlenianie z gazem zawierającym wolny tlen, korzystnie, z zasadniczo

173 974 czystym tlenem i moderatorem temperatury, dla wytworzenia surowego paliwa gazowego. Reakcja korzystnie zachodzi bez katalizatora.

Strumienie zasilające wprowadzane są do strefy reakcyjnej konwencjonalnego częściowo utleniającego generatora gazu o swobodnym przepływie, przy pomocy konwencjonalnej komory spalania. Generator gazu jest pionowym cylindrycznym, stalowym naczyniem ciśnieniowym wyłożonym wewnątrz termicznym materiałem ognioodpornym. Typowy generator gazowy częściowego utleniania pokazany jest na fig. 1 i jest opisany w patentach Stanów Zjednoczonych Nr 2 818 326 i 3 544 291 włączonych do opisu w charakterze odniesienia. Komora spalania umieszczona jest u góry generatora gazu wzdłuż środkowej osi pionowej. Nadające się do stosowania komory spalania obejmują typy z rozpylaniem wierzchołkowym, takie jak pokazane w patentach Stanów Zjednoczonych Nr 2 928 460; 3 847 564; 3 874 592; typy z mieszaniem wstępnym, takie jak pokazane w patentach Stanów Zjednoczonych Nr 3 874 592; 4 351 645; 4 364 744, oraz ich kombinacje. Te patenty Stanów Zjednoczonych są włączone do niniejszego opisu w charakterze odniesienia.

Stosowany może być jeden lub więcej, na przykład dwa strumienie utleniacza, ewentualnie w domieszce z moderatorem temperatury przechodzącym równocześnie przez palnik. Na przykład, dwustrumieniowy palnik, taki jak pokazany w patencie Stanów Zjednoczonych Nr 3 874 592 może zawierać środkowy przewód otoczony przez rozmieszczony koncentryczny współosiowy przewód, przez co tworzone jest pomiędzy nimi pierścieniowe przejście. Strumień utleniacza, ewentualnie w domieszce z moderatorem temperaturowym może być przyłączony do, i przechodzić przez środkowy przewód lub prz<ej,ś<cie pierścieniowe; oraz, strumień paliwa, ewentualnie z domieszką moderatora temperatury może być przyłączony do, i przechodzić poprzez pozostałe przejście. W innym przykładzie, trójstmmieniowy palnik, taki jak pokazany w patencie Stanów Zjednoczonych Nr 3 847 564, może obejmować centralny kanał otoczony dwoma rozmieszczonymi koncentrycznie współosiowymi kanałami, stwarzającymi pomiędzy nimi przejścia pośrednie i pierścieniowe. Do centralnego kanału i zewnętrznego przejścia pierścieniowego mogą być przyłączone, i przechodzić prze nie, oddzielne strumienie utleniacza, ewentualnie z domieszką moderatora temperatury. Strumień paliwa, ewentualnie z domieszką moderatora może być przyłączony i przechodzić przez przejście pośrednie.

Surowe płynne węglowodorowe lub stałe paliwa węglowe stosowane jako strumień zasilający w procesie realizowanym sposobem według wynalazku, zawierają zanieczyszczenia siarką i chlorem. Siarka występuje w ilościach w zakresie od około 0,2 do 10,0% wagowych, w przeliczeniu na suchą masę i w postaci siarczków żelaza, cynku, miedzi-żelaza, oraz ołowiu; albo w postaci siarczanów wapnia, baru, żelaza, sodu, oraz glinu. Zawartość występującego również chloru waha się w zakresie od około 10 do 20000 części na milion, w przeliczeniu na suchą masę i ma on postać chlorków sodu, potasu oraz magnezu.

Stosowany w niniejszym opisie termin stałe paliwo węglowe obejmuje węgiel, taki jak antracytowy, bitumiczny, podbitumiczny, koks węglowy; lignit; pozostałość po uwodornianiu węgla; łupek naftowy; piaski bitumiczne; ponaftowy koks; asfalt; smoła, węgiel w postaci stałych zawieszonych cząstek; sadza; zatężony szlam ściekowy; oraz ich mieszaniny. Stałe paliwo węglowe może być mielone na cząstki stałe o takiej wielkości ziarn, że 100% przechodzi przez sito 1,4 mm, według dotyczącej oznaczenia sit (SDS) Normy ASTM El 1-70, Alternatywnie Nr 14, i co najmniej 80% przechodzi przez sito 0,425 mm, według dotyczącej oznaczania sit Normy ASTM El 1-70, Alternatywnie Nr 40.

Stałe paliwo węglowe może być wprowadzane do generatora gazu w postaci suchego surowca zasilającego, porywanego w nośniku gazowym, na przykład w parze wodnej, N 2, CO2, gazie opałowym; albo dającej się przepompowywać zawiesinie o zawartości stałej substancji w zakresie od około 25 do 80% wagowych, takiej jak około 45-70% wagowych. Do nadających się do stosowania płynnych nośników stałego paliwa węglowego należy woda, płynne paliwo węglowodorowe lub ich mieszaniny.

Stosowany w niniejszym opisie termin płynne paliwo węglowodorowe rozumiany jest jako obejmujący różne płynne materiały węglowodorowe, takie jak gaz płynny, destylaty i pozostałości ropy naftowej, benzyna, benzyna ciężka, nafta, surowa ropa naf owa, asfalt, olej gazowy, olej resztkowy, olej z piasków bitumicznych, olej łupkowy, olej węglopochodny;

173 974 węglowodory aromatyczne, takie jak benzen, toluen, oraz frakcje ksylenowe; smoła węglowa, obiegowy olej gazowy z operacji krakowania przy użyciu katalizatora w złożu fluidalnym, ekstrakt furfurolowy z oleju gazowego z retorty do koksowania, oraz ich mieszaniny. Definicją płynnego paliwa węglowodorowego objęte są utlenione węglowodorowe materiały organiczne obejmujące węglowodany, materiały celulozowe, aldehydy, kwasy organiczne, alkohole, ketony, utleniony olej opałowy, płyny odpadowe, emulgowany olej ciężki, oraz produkty uboczne z procesów chemicznych zawierające utlenione węglowodorowe materiały organiczne oraz ich mieszaniny.

Stosowany w opisie termin gaz zawierający wolny tlen obejmuje powietrze, powietrze o zwiększonej zawartości tlenu, to znaczy wyższej niż 21 do 95% molowych tlenu, takiej jak około 50 do 75% molowych tlenu, i zasadniczo czysty tlen, to znaczy o zawartości wyższej niż 95% molowych tlenu, przy czym pozostałość stanowi N 2 oraz gazy szlachetne. Gaz zawierający wolny tlen, ewentualnie z domieszką moderatora temperatury, może być wprowadzany do palnika w temperaturze w zakresie od około 0° do 815°C, w zależności od jego składu. Stosunek atomowy wolnego tlenu w utleniaczu do węgla w strumieniu zasilającym, (0/C, atom/atom) wyraża się korzystnie wartościami w zakresie od około 0,6 do 1,5, takimi jak około 0,80 do 1,3. Stosowany termin zasilający strumień utleniacza jest synonimem strumienia zasilającego gazu zawierającego wolny tlen.

Stosowanie moderatora temperatury w strefie reakcyjnej generatora gazu zależy ogólnie od stosunku węgla do wodoru w surowcu zasilającym i zawartości tlenu w strumieniu utleniacza. Do nadających się do stosowania moderatorów temperatury należy para wodna, na przykład nasycona lub przegrzana, woda, gaz o podwyższonej zawartości CO2, skroplony CO2, azotowy produkt uboczny z instalacji rektyfikacji skroplonego powietrza stosowanej do wytwarzania zasadniczo czystego tlenu, oraz mieszaniny powyższych moderatorów temperatury. Moderator temperatury może być wprowadzany do generatora gazu z domieszką bądź to surowca zasilającego w postaci płynnego paliwa węglowodorowego, strumienia zawierającego wolny tlen, bądź też obu tych czynników. Alternatywnie moderator temperatury może być wprowadzany do strofy reakcyjnej generatora gazu osobnym przewodem prowadzącym do komory spalania paliwa. Gdy H2O wprowadzana jest do generatora gazu czy to jako moderator temperatury, środowisko zawiesinowe, czy też jako jedno i drugie, to stosunek wagowy H2O do płynnego paliwa węglowodorowego lub stałego paliwa węglowego wyraża się wartościami w zakresie od około 0,2 do 5,0 i korzystnie w zakresie od około 0,3 do 1,0. Zakresy te można stosować do innych moderatorów temperatury.

Względne proporcje płynnego węglowodorowego paliwa lub stałego węglowego paliwa, wody lub innego moderatora temperatury, oraz tlenu w strumieniach zasilających generator gazu są starannie regulowane, dla przetworzenia zasadniczej części węgla w paliwie doprowadzanym do generatora gazu z częściowym utlenianiem, na przykład około 70 do 100% wagowych, typowo około 90 do 99% wagowych, węgla na tlenki węgla, na przykład, CO i CO2 i dla utrzymania temperatury strefy reakcji samoczynnej w zakresie od około 982 do 1650°C, takiej jak około 1288 do 1593°C. Ciśnienie w strefie reakcyjnej odpowiada wartościom w zakresie od około 1 do 250 atmosfer, na przykład około 10 do 200 atmosfer. Czas przebywania w strefie reakcyjnej generatora gazu z częściowym utlenianiem, wynosi od około 0,5 do 20 sekund, normalnie około 1,0 do 5 sekund.

Strumień gazu wypływającego z generatora gazu z częściowym utlenianiem posiada następujący skład w % molowych, w zależności od ilości i składu strumieni zasilających: H2 8,0 do 60,0; Co 8,0 do 70,0; CO2 1,0 do 50,0; H2C) 2,0 do 75,0; CH4 0,0 do 30,0 H2S 0,1 do 2,0, COS 0,05 do 1,0, HCL 0,0002 do 0,4, N 2 0,0 do 80,0 oraz A 0,0 do 2,0. Porywane w strumieniu wypływającego gazu są zawieszone cząstki stałe zawierające około 0,5 do 30% wagowych, na przykład od około 1 do 10% wagowych rozdrobnionego węgla, w odniesieniu do masy węgla w dochodzącym do generatora gazu strumieniu zasilającym. Obok zawieszonych cząstek stałych węgla mogą być obecne zawieszone w gazie cząstki stałe popiołu lotnego. W temperaturze przewyższającej temperaturę topnienia popiołu lotnego wytwarzany jest roztopiony żużel.

Strumień gazu wypływającego opuszczający strefę reakcyjną generatora gazu z częściowym utłenianem niekatalitycz.nym w temperaturze w zakresie od około 982°C do 1650°C i pod

173 974 ciśnieniem w zakresie od około 1 do 250 atmosfer, przepuszczany jest w kierunku do dołu przez chłodnicę opromieniowaną. Chłodnica opromieniowana stanowi pionowe, stalowe naczynie ciśnieniowe o swobodnym przepływie z centralnym kołnierzowym wlotem w górnej głowicy, połączonym z centralnym kołnierzowym wylotem dolnym pionowego generatora gazu. Centralna oś pionowa chłodnicy opromieniowanej stanowi przedłużenie centralnej osi pionowej generatora gazu, tak jak to jest pokazane na rysunku, na fig. 1. Strumień gorącego gazu przechodzi przez pionową wiązkę rurek chłodzonych wodą w chłodnicy opromieniowanej i ulega przez to ochłodzeniu do temperatury w zakresie od około 815°C do 538°C i wyższej od punktu rosy H2O w strumieniu gazowym.

Zasadniczo wszystek porwany żużel oddziela się od gazu opałowego w chłodnicy opromieniowanej i spada do kąpieli wodnej znajdującej się na spodzie naczynia chłodnicy opromieniowanej. Wyrażenia 'wolny od żużla lub zasadniczo wolny od żużla surowy gaz opałowy, stosowane w niniejszym opisie, oznaczają mniejszą od 2000 części na milion zawartość żużla i zawieszonych w gazie cząstek stałych węgla. W odstępach czasu z chłodnicy opromieniowanej usuwa się zawiesinę wody i żużla. Wodę oddziela się od żużla, oczyszcza i zawraca do obiegu do rur chłodzących w chłodnicy opromieniowanej. Żużel może być stosowany do wyrównywania wgłębień terenu przez zasypywanie. Można stosować dowolną chłodnicę opromieniowaną. Chłodnice opromieniowane są pokazane i opisane w patentach Stanów Zjednoczonych Nr 4 377 132 i 4 936 376, które włączone są do niniejszego opisu w charakterze odniesienia. Na spodzie chłodnicy opromieniowanej, częściowo ochłodzony surowy gaz opałowy rozszczepiany jest na dwa strumienie A i B. Strumień A zawiera 30 do 70% objętościowych surowego gazu opałowego wytworzonego w generatorze gazu a strumień B zawiera resztę. Korzystnie, dla maksymalizacji wydajności wymiany ciepła i minimalizacji kosztów, stosuje się równe objętości strumieni A i B surowego gazu. Każdy strumień gazu posiada temperaturę w zakresie od około 815°C do 538°C. Ciśnienie rozszczepionych strumieni gazowych A i B jest zasadniczo równe ciśnieniu w generatorze gazu, obniżonemu o normalny spadek ciśnienia w przewodach i aparaturze, na przykład, o spadek ciśnienia osiągający do około 10%. Rozszczepiony strumień surowego gazu opałowego A dostarcza część ciepła do podgrzania strumienia gazu azotowego na jego drodze do turbiny spalinowej. Strumień surowego gazu opałowego B dostarcza część ciepła do podgrzania czystego, wolnego od chloru i siarki gazu opalowego znajdującego się na drodze do turbiny spalinowej. Z chłodnicy opromieniowanej strumień A surowego gazu opałowego przepuszczany jest poprzez konwencjonalną chłodnicę konwekcyjną w pośredniej wymianie ciepła z wodą zasilającą kocioł i ochładzany do temperatury w zakresie od około 538°C do 315°C, lecz wyższej od punktu rosy. Przez utrzymywanie H2O w gazie opałowym przechodzącym przez chłodnice konwekcyjne w stanie pary, nie ma skroplonej wody w strumieniu surowego gazu opałowego, która rozpuszczałaby pary HCL Dzięki temu zapobiega się korozyjnemu działaniu kwasu HCl na metalowe części chłodnicy konwekcyjnej. Częściowo ochłodzony strumień A surowego gazu opałowego jest następnie ochładzany do temperatury w zakresie od około 149°C do 315°C, lecz wyższej od punktu rosy, przez pośrednią wymianę ciepła z gazem azotowym w konwencjonalnej chłodnicy konwekcyjnej. Suchy gaz azotowy zawiera około 90,0 do 100% molowych N 2. Pozostałość obejmuje zasadniczo H2O i tlen. Temperatura gazu, który doprowadza się do strefy reakcji zawiera się w zakresie od zbliżonej do pokojowej, do temperatury 204°C. Alternatywnie, gaz azotowy i zasadniczo czysty tlen są wytwarzane na miejscu w konwencjonalnej strefie rektyfikacji pow'ietrza. Tlen może być stosowany w układzie jako utleniacz w generatorze gazu z częściowym utlenianiem. Suchy gaz azotowy jest stosowany w układzie jako moderator temperatury w turbinie spalinowej. Opis typowej instalacji rektyfikacji powietrza znaleźć można w encyklopedii Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, Trzecia Edycja, Tom 7, John Wiley and Sons, strony 229 do 231.

Ochłodzony strumień A surowego gazu opałowego jest po tym przemywany dla odczyszczenia od porwanych, rozdrobnionych, zawieszonych w gazie stałych cząstek na przykład sadzy i popiołu lotnego, w konwencjonalnej płuczce gazu. Stosować można dowolny nadający się do tego celu środek do przemywania gazu. Na przykład, cieczowo-gazowa .kolumna talerzowa opisana jest w Perry’s Chemical Engineers Handbook, Czwarta Edycja, McGraw-Hill 1963, strony 18-3 do 5. Odnośne dane o płuczce gazowej znaleźć można również w patencie Stanów

173 974

Zjednoczonych Ameryki Nr 3 232 728. Równocześnie, zasadniczo wszystek chlor w strumieniu A surowego gazu opałowego usuwany jest przez wodę płuczkową. Równocześnie, oddzielony strumień B surowego gazu opałowego dostarcza część ciepła do podgrzania strumienia czystego, wolnego od chloru i siarki gazu opałowego znajdującego się w drodze do turbiny spalinowej. Tak więc, strumień B surowego gazu opałowego przepuszczany jest przez konwencjonalną chłodnicę konwekcyjną, w pośredniej wymianie ciepła z wodą zasilającą kocioł i ochładzany do temperatury w zakresie od około 538°C do 315°C, lecz wyższej od punktu rosy. Częściowo ochłodzony strumień surowego gazu opałowego jest po tym ochładzany do temperatury w zakresie od około 315°C do 149°C, lecz wyższej od punktu rosy, przez pośrednią wymianę ciepła z czystym, wolnym od chloru i siarki gazem opałowym w konwencjonalnej chłodnicy konwekcyjnej, na jego drodze do turbiny spalinowej. Następnie, strumień B surowego gazu opałowego jest przemywany dla oczyszczenia od porwanych stałych cząstek, na przykład sadzy i popiołu, w konwencjonalnej płuczce gazu. Równocześnie, zasadniczo wszystek chlor w strumieniu B surowego gazu opałowego zostaje usunięty przez wodę płuczkową. Stosowane w opisie wyrażenia, że zasadniczo wszystek chlor jest usuwany z przemywanego strumienia surowego gazu opałowego oraz, że ten strumień gazu jest 'wolny od chloru oznacza, że zawartość chloru w przemytym wodą strumieniu A i/lub B surowego gazu opałowego została obniżona do mniej niż 10 części na milion, (ppm). Temperatura wody płuczkowej jest utrzymywana w zakresie od około 121 do 232°C, a wartość pH wynosi od około 6 do 9. Odpowiedni materiał zasadowy do dodawania do wody płuczkowej może być wybierany spośród grupy składającej się z NH 3, NH4OH, NaOH, KOH, Na2CO3 oraz K2CO3.

Strumienie A i B przemytego surowego gazu opałowego łączy się i mieszaninę surowego gazu opałowego wprowadza do niskotemperaturowej strefy ochładzania gazu i obniża temperaturę do wartości w zakresie od około 32°C do 49°C. Niskotemperaturowa strefa ochładzania gazu obejmuje dwie lub więcej konwencjonalnych chłodnic konwekcyjnych, na przykład, trzy połączone szeregowo chłodnice konwekcyjne. W bardziej szczegółowym ujęciu, w niskotemperaturowej strefie ochładzania gazu, połączony strumień A i B przemytego gazu opałowego, o temperaturze w zakresie od około 121°C do 260°C przepuszcza się przez konwencjonalną chłodnicę konwekcyjną (a), w pośredniej wymianie ciepła ze strumieniem czystego, wolnego od chloru i siarki gazu opałowego, który opuszcza konwencjonalną strefę AGR usuwania kwaśnego gazu opisaną poniżej, posiadającym temperaturę w zakresie od około 32°C do 49°C. Czysty wolny od chloru i siarki gaz opałowy jest dzięki temu ogrzewany w konwencjonalnej chłodnicy konwekcyjnej a do temperatury w granicach od około 65°C do 149°C. Opuszczając chłodnicę konwekcyjną a połączony strumień przemytego surowego gazu opałowego A i B jest w dalszym ciągu ochładzany w dwóch etapach, przed wprowadzeniem do konwencjonalnej strefy odzysku kwaśnego gazu, gdzie usuwane są H2S i COS. W etapie ochładzania połączony strumień A i B surowego gazu opałowego jest nadal ochładzany w konwencjonalnej chłodnicy konwekcyjnej b drogą pośredniej wymiany ciepła z wodą krążącą w obiegu kotła, do temperatury w zakresie od około 49°C do 121°C. Następnie w konwencjonalnej chłodnicy konwekcyjnej c połączony strumień A i B surowego gazu opałowego z chłodnicy b jest w dalszym ciągu ochładzany do temperatury w zakresie od około 32°C do 49°C przez pośrednią wymianę ciepła z zimną wodą. Następnie, w konwencjonalnej strefie AGR usuwania kwaśnego gazu, usuwa się zasadniczo wszystkie gazy zawierające siarkę, na przykład H2S i COS, z wytworzeniem strumienia czystego, zasadniczo wolnego od chloru i siarki gazu opałowego o temperaturze w zakresie od około 32°C do 49°C i posiadającego ciepło spalania od około 5588 do 11176 kJ/m3 w przeliczeniu na suchą masę. W strefie AGR można usuwać wodę przez ochładzanie czystego, wolnego od chloru gazu opałowego do temperatury niższej od punktu rosy i/lub za pomocą kontaktowania gazu opałowego ze środkiem osuszającym. Na przykład, w kwestii usuwania gazów zawierających siarkę z gazu syntezowego szczegółów szukać należy w patencie Stanów Zjednoczonych Ameryki Nr 4 052 176, włączonym w charakterze odniesienia.

W strefie AGR usuwania kwaśnego gazu, można stosować odpowiednie konwencjonalne procesy, obejmujące oziębianie i fizyczną lub chemiczną absorpcję rozpuszczalnikami, takimi jak metanol, n-metylopirolidon, trójetanoloamina, węglan propylenu, albo alternatywnie aminami lub gorącym węglanem potasowym. Zawierający H2S i COS rozpuszczalnik może być

173 974 regenerowany przez destylację równowagową i odpędzanie z azotem, albo alternatywnie przez ogrzewanie i utrzymywanie w temperaturze wrzenia pod chłodnicą zwrotną pod zmniejszonym ciśnieniem bez stosowania gazu obojętnego. H2S i COS są następnie przetwarzane w siarkę przy pomocy odpowiedniego procesu. Na przykład, do wytwarzania wolnej siarki z H2S można stosować proces Claus’a, opisany w Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, Druga Edycja, Tom 19, John Wiley 1969 strona 3530. Wyrażenie usuwane są zasadniczo wszystkie gazy zawierające siarkę lub gaz opałowy wolny od siarki oznaczają, że zawartość siarki w przemytym wodą surowym gazie opałowym A lub B została obniżona do mniej niż 750 części na milion, (ppm).

W korzystnej wersji realizacji, co najmniej część, na przykład 10 do 100% objętościowych czystego, zasadniczo wolnego od chloru i siarki strumienia gazu opalowego jest osobno wprowadzana do zespołu komory spalania turbiny spalinowej, w temperaturze w zakresie od około 204°C do 427°C, takiej jak około 149°C do 260°C i pod ciśnieniem w zakresie od około 10,2 do 34 Atm, takim jak około 15,3 do 22,1 Atm. Równocześnie, strumień powietrza wprowadza się osobno do zespołu komory spalania, w temperaturze w zakresie od około 204°C do 482°C, takim jak od około 371°C do 427°C, na przykład 399°C, i pod ciśnieniem zasadniczo takim samym, na przykład w granicach ± 10% jak w strumieniu gazu opałowego. Równocześnie, strumień suchego gazu azotowego jest oddzielnie wprowadzany do zespołu komory spalania w temperaturze i pod ciśnieniem, które są zasadniczo takie same, na przykład w granicach ± 10%, jak dla strumienia gazu opalowego. Korzystnie, sposobem według wynalazku, strumień gazu opalowego i suchego azotu można wprowadzać do zespołu komory spalania w wyższej temperaturze, na przykład do 427°C. Obniża to wkład paliwa do zespołu komory spalania, obniżając wkład ciepła do cyklu pary wodnej, zwiększając wydajność instalacji. Pozostała część czystego wolnego od chloru i siarki strumienia gazu opałowego zawierającego H2 + CO może być stosowana do katalitycznej syntezy organicznych chemikaliów. W jednej wersji realizacji, strumień o zwiększonej zawartości H2 jest wytwarzany przez katalityczne przetwarzanie za pomocą układu woda-gaz Co w CO2 i H2 i następnie usunięcie gazowych zanieczyszczeń.

Stosunek objętościowy suchego gazu azotowego do czystego wolnego od chloru i siarki gazu opalowego w zespole komory spalania zawiera się w zakresie od około 0,5 do 2,0, takim jak w zakresie od około 0,75 do 1,5, na przykład około 1,0. Całkowite spalanie zachodzi w zespole komory spalania w temperaturze w zakresie od około 982 do 1427°C, takiej jak około 1260°C, i pod ciśnieniem około 11,9 do 17,0 Atm. takim jak około 15,0 Atm. W gazie spalinowym zasadniczo nie są wytwarzane lub nie są obecne w zasadzie żadne gazy zawierające chlor lub siarkę lub NOx. (x oznacza liczbę całkowitą o wartości w zakresie od około 1 do 3). Z definicji, terminy zasadniczo nie ma i zasadniczo obniżona ilość gazów NOx oznaczają mniej niż 20 części na milion, (ppm), na przykład w zakresie od około 16 do 10 ppm, na przykład 10 lub mniej ppm.

Strumień gazu spalinowego opuszczającego zespół komory spalania przepuszcza się przez dającą moc turbinę rozprężną w charakterze płynu roboczego. Na przykład, z osią turbiny rozprężnej może być sprzężony przy pomocy napędu bezstopniowego i napędzany przez nią co najmniej jeden generator energii elektrycznej i/lub co najmniej jedna turbosprężarka. Dodatek do gazu spalinowego dodatkowej ilości suchego azotu zwiększa masowe natężenie przepływu gazu spalinowego. Ciepło zawarte w gazie spalinowym opuszczającym turbinę rozprężną w temperaturze w zakresie od około 649 do 427°C, odzyskiwane jest przy pomocy konwencjonalnej rekuperatorowej wytwornicy HRSGpary wodnej. Ochłodzony nietoksyczny gaz spalinowy może być następnie odprowadzany jako gaz kominowy bez zanieczyszczania środowiska naturalnego.

Jedna wersja realizacji niniejszego wynalazku obejmuje współwytwarzanie energii za pomocą turbiny parowej. Woda zasilająca kocioł jest przepuszczana przez wężownicę w HRSG w pośredniej wymianie ciepła z rozprężonym, gazem spalinowym. Para pod ciśnieniem w zakresie od około 68 do 136 Atm jest wytwarzana i przepuszczana przez turbinę rozprężną w charakterze płynu roboczego. Turbina rozprężna napędza obrotowe mechaniczne i/lub elektryczne urządzenie, takie jak sprężarka, pompa lub generator energii elektrycznej. Zużyta para wilgotna wprowadzana jest do chłodnicy, gdzie ulega całkowitemu skropleniu. Kondensat z

173 974 domieszką dowolnej dopełniającej wody zasilającej przepompowywany jest z powrotem do HRSG.

W innej wersji realizacji, tak jak to jest pokazane na fig. 2, strumień czystego wolnego od chloru i siarki gazu opalowego opuszczający strefę usuwania-gazu kwaśnego w temperaturze w zakresie od około 32 do 49°C, jest wysycany gorącą wodą w konwencjonalnym nasycalniku, tak aby dostarczany był gaz opałowy z około 5 do 15% wagowymi H2O. W przypadku spalania nawilżonego, czystego, wolnego od chloru i siarki gazu opałowego z powietrzem w zespole komory spalania turbiny gazowej, zawartość tlenków azotu (NO4) ulega znacznemu obniżeniu. Bez zanieczyszczania atmosfery osiąga się zwiększenie mocy i wydajności. Ta właściwość pokazana jest w przekroju D - D na fig. 2, zastępującym przekrój C - C na fig. 1. Poza tą właściwością, wersje realizacji przedstawione na fig. 1 i 2 są zasadniczo jednakowe. Tak jak pokazano na fig. 1 i 2, nasycony strumień gazu opałowego o temperaturze w zakresie od około 121 do 177°C, podgrzewany jest dalej do temperatury w zakresie od około 121 do 204°C przez pośrednią wymianę ciepła z parą wodną w konwencjonalnym wymienniku ciepła pokazanym na fig. 1. Na skutek tego para wodna ulega kondensacji. Czysty, nawilżony, wolny od chloru i siarki gaz opałowy ulega dalszemu podgrzewaniu do temperatury w zakresie od około 204°C do 427°C drogą pośredniej wymiany ciepła ze strumieniem B surowego gazu opałowego w konwencjonalnym wymienniku ciepła, tak jak jest to pokazane na fig. 1. Co najmniej część, na przykład 90 do 100% objętościowych tego czystego, nawilżonego, wolnego od chloru i siarki strumienia gazu opałowego zawierającego H2 + CO spalana jest z powietrzem przez kompletne spalanie w obecności suchego N 2 w zespole komory spalania turbiny gazowej, w sposób opisany uprzednio i pokazany na fig. 1. Pozostałość, o ile taka istnieje, nawilżonego, czystego, wolnego od chloru i siarki gazu opałowego zasadniczo zawierająca H2 i CO może być wykorzystana gdzie indziej. Na przykład, CO zawarty w tym strumieniu gazu może być poddawany reakcji z wodą lub nad katalizatorem przetwarzania gazu wodnego, dla dostarczania strumienia gazu syntezowego zawierającego zwiększoną ilość wodoru. CO2 może być usuwany ze strumienia gazowego przetworzonego gazu wodnego przy pomocy konwencjonalnego rozpuszczalnika.

Woda o temperaturze w zakresie od około 49°C do 66°C przepompowywana jest z nasycalnika gazu opałowego na fig. 2 i podgrzewana do temperatury w zakresie od około 121 °C do 177°C przez pośrednią wymianę ciepła w konwencjonalnym wymienniku ciepła typu konwekcyjnego z połączonym strumieniem A i B przemytego surowego gazu opałowego, wchodzącego do grzejnika a nasycalnika w temperaturze w zakresie od około 121°C do 260°C i jest ochładzany do temperatury w zakresie od około 93°C do 204°C. Dalsze ochładzanie połączonego strumienia A i B przemytego surowego gazu opałowego do temperatury w zakresie od około 49°C do 121°C ma miejsce w konwekcyjnej chłodnicy b przez pośrednią wymianę ciepła z wodą zasilającą kocioł i następne dalsze ochładzanie do temperatury w zakresie od około 32°C do 49°C przez pośrednią wymianę ciepła z wodą chłodzącą w konwekcyjnej chłodnicy c. H2S i COS są usuwane z połączonego strumienia A i B przemytego surowego gazu opalowego w strefie odzysku kwaśnego gazu, z wytworzeniem strumienia czystego, wolnego od chloru i siarki gazu opałowego, który jest następnie nasycany wodą, tak jak to uprzednio opisano.

Pełniejsze zrozumienie istoty wynalazku można osiągnąć rozpatrując dołączony schematyczny rysunek przedstawiający na fig. 1 i 2 w sposób szczegółowy dwie wersje realizacji sposobu według wynalazku. Jakkolwiek fig. 1 rysunku ilustruje korzystną wersję realizacji sposobu według wynalazku, to nie ma ona na celu ograniczenia zakresu zilustrowanego procesu ciągłego do opisanej specyficznej aparatury lub materiałów.

Pionowy generator 1 gazu opałowego o swobodnym przepływie do dołu, wyłożony niekatalitycznym materiałem ogniotrwałym, jest wyposażony w zorientowaną osiowo przeciwprądowo kołnierzową szczelinę wlotową 2 i w kierunku wypływu kołnierzową szczelinę wylotową 3. Na szczelinie wlotowej 2 zamontowany jest palnik 4 typu pierścieniowego z kanałem centralnym 5 ustawionym w linii ze środkową osią podłużną generatora 1 gazu. Kanał centralny 5 posiada końcówkę przeciwprądową 6 przyłączoną do strumienia gazu zawierającego wolny tlen, na przykład zasadniczo czystego tlenu w linii 7. Na przykład powietrze może być rozdzielane w konwencjonalnej, nie pokazanej na rysunku, instalacji rektyfikacji powietrza na zasadniczo czysty tlen w linii 7 i suchy gaz azotowy w linii 10. Nadająca się do przepompowy16

173 974 wania zawiesina wodna stałego paliwa węglowego w linii 11 zawiera w tej wersji realizacji zawiesinę wodną węgla Pittsburg Nr 8 o zawartości stałej substancji w zakresie od około 62 do 66% wagowych, zawartość siarki około 2-3% wagowych w przeliczeniu na suchą masę, oraz zawartość chloru około 0,1% wagowych w przeliczeniu na suchą masę, i przepuszczana jest przez wlot 15 palnika 4 i w kierunku do dołu poprzez współśrodkowy kanał pierścieniowy 16. Dwa strumienie zasilające wyłaniające się z wypływowego wierzchołka palnika 4 zderzają się ze sobą, rozpylają, i reagują przez częściowe utlenienie w strefie reakcyjnej 17, z wytworzeniem gazu opałowego.

Konwencjonalna chłodnica opromieniowana 18 obejmująca przeciwprądowy środkowy wlot kołnierzowy 19, położony po stronie odpływu środkowy kołnierzowy wylot 20, pionową wiązkę rur wodnych 21, wlot kołnierzowy 22, przez który woda zasilająca kocioł w linii 23 jest wprowadzana do dołu pionowej wiązki rur wodnych 21, kołnierzowy wylot 24, przez który para wodna uchodzi u góry cylindrycznie ukształtowanej wiązki rur wodnych 21 poprzez linię 25, kołnierzowe wyloty 26 i 27, przez które rozszczepione strumienie A i B częściowo ochłodzonego gazu opałowego uchodzą przez linie 28 i 29, odpowiednio. Kołnierzowa szczelina wylotowa 3 generatora 1 gazu opałowego i kołnierzowa szczelina wlotowa 19 chłodnicy opromieniowanej 18 są połączone wzdłuż osi środkowych generatora 1 i chłodnicy 3. Gaz opałowy wytworzony w strefie reakcyjnej 17 przechodzi swobodnie w kierunku do dołu przez kanał łączący 30 posiadający cylindryczny kształt i wyłożony materiałem ognioodpornym i jest ochładzany drogą pośredniej wymiany ciepła z wodą zasilającą kocioł wznoszącą się przez pionową wiązkę rur wodnych 21. Posiadające kształt ściętego stożka progi kierujące 31 kierują częściowo ochłodzony gaz opałowy przez wyloty 26 i 27. Żużel i popiół są zbierane w jeziorku 32 chłodzącej wody na spodzie chłodnicy opromieniowanej 18. W odstępach czasu, przy pomocy konwencjonalnego ryglowanego leja samowyładowczego, nie pokazanego na rysunku, usuwa się żużel, popiół i wodę, przez wylot 20, linię 33, zawór 34 i linię 35.

Oddzielony strumień A częściowo ochłodzonego surowego gazu opałowego w linii 28 jest ochładzany w chłodnicy konwekcyjnej 40 przez pośrednią wymianę ciepła z wodą zasilającą kocioł, która wchodzi do chłodnicy 40 przez linię 41 i jako para wodna uchodzi przez linię 42. Dodatkowe ochładzanie surowego gazu opałowego A w linii 43 ma miejsce w chłodnicy konwekcyjnej 44 przez pośrednią wymianę ciepła z suchym gazem azotowym z linii 45. Ogrzany suchy gaz azotowy opuszcza chłodnicę 44 linią 46 i jest przepuszczany przez zawór regulacyjny 47, linię 48 i jest osobno wprowadzany do zespołu komory spalania 50. Suchy gaz azotowy z linii 10 jest przepuszczany przez linię 51, zawór 52, linię 53 i 45 do konwekcyjnego wymiennika ciepła 44. Alternatywnie, suchy gaz azotowy z linii 10 jest przepuszczany przez linię 54, zawór 55, linię 56 i jest ogrzewany w konwekcyjnym wymienniku ciepła 57 przez pośrednią wymianę ciepła z parą wodną, która wchodzi linią 58 i wychodzi linią 59. Suchy gaz azotowy jest przepuszczany przez linie 60, 45 i chłodnicę 44.

Ochłodzony surowy gaz opałowy A opuszcza chłodnicę 44 przez linię 65 i jest wprowadzany do płuczki wodnej 66, w której jest przemywany do czysta wodą. Woda płuczkowa doprowadzana jest do szczytu płuczki 66 poprzez linię 67. Zawiesinę wody, rozdrobnionych stałych cząstek, oraz HCl opuszcza płuczkę 66 dolną linią 68 i jest odsyłana do konwencjonalnej strefy regeneracji wody (nie pokazanej na rysunku). Strumień A czystego, wolnego od chloru gazu opałowego wychodzący górą płuczki 66 za pośrednictwem linii 69 mieszany jest w linii 70 ze strumieniem B czystego wolnego od chloru gazu opałowego z linii 71, co przeprowadzane było w następujący sposób. Oddzielony strumień B surowego gazu opałowego częściowo ochłodzonego w linii 29 jest ochładzany w chłodnicy konwekcyjnej 72 przez pośrednią wymianę ciepła z wodą zasilającą kocioł, wchodzącą do chłodnicy 72 przez linię 73 i wychodzącą w postaci pary wodnej przez linię 74. Dodatkowe chłodzenie surowego gazu opałowego B w linii 75 odbywa się w chłodnicy konwekcyjnej 76 przez pośrednią wymianę ciepła z czystym, wolnym od chloru i siarki gazem opałowym, który wchodzi do chłodnicy 76 przez linię 77 i wychodzi w wyższej temperaturze przez linię 78. Ochłodzony surowy gaz opałowy B opuszczający chłodnicę 76 poprzez linię 85 wprowadzany jest do płuczki 86, gdzie jest przemywany wodą dla usunięcia zasadniczo wszystkich materiałów zawierających chlor i zawieszonych stałych cząstek. Woda wchodzi przez linię 87 na szczycie płuczki 86 i wychodzi przez linię 88

173 974 na spodzie. Czysty wolny od chloru i siarki gaz opałowy opuszcza płuczkę 86 przez górną linię 71 wchodzi do bloku C - C. W bloku C - C na fig. 1, mieszanina gazu opałowego w linii 70, zawierająca strumień A czystego, wolnego od chloru gazu opałowego z linii 69 i strumień B wolnego od chloru gazu opałowego z linii 71 jest ochładzana i odsiarczana.

Zgodnie z powyższym, mieszanina czystego wolnego od chloru gazu opałowego w linii 70 jest stopniowo ochładzana do niższej temperatury przez pośrednią wymianę ciepła w wielu połączonych szeregowo konwencjonalnych chłodnicach konwekcyjnych. Na przykład, w chłodnicy a, czysta, wolna od chloru mieszanina gazu opałowego A + B jest przepuszczana w pośredniej wymianie ciepła z czystym wolnym od chloru i siarki gazie opałowym opuszczającym strefę AGR usuwania kwaśnego gazu, w linii 90. Po ogrzaniu w . wymienniku ciepła a, strumień czystego wolnego od chloru i siarki gazu opałowego w linii 91 opuszcza blok C - C i wchodzi do grzejnika 92. Para wodna wchodzi do grzejnika konwekcyjnego 92 przez linię 93 i wychodzi poprzez linię 94. Dalsze ogrzewanie tego strumienia czystego, wolnego od chloru i siarki gazu opałowego w chłodnicy 76 i wprowadzanie do zespołu komory spalania jest opisane powyżej.

Strumień czystego, wolnego od chloru gazu opałowego opuszczający wymiennik ciepła a poprzez linię 94jest w dalszym ciągu ochładzany w konwekcyjnej chłodnicy b poprzez pośrednią wymianę ciepła z wodą krążącą w obiegu kotła wchodzącą do chłodnicy b linią 95 i wychodzącą przez linię 96. Czysty, wolny od chloru gaz opałowy opuszczający wymiennik ciepła b przez linię 97 jest w dalszym ciągu ochładzany w chłodnicy konwekcyjnej c przez pośrednią wymianę ciepła z zimną wodą wchodzącą do chłodnicy c linią 98 i wychodzącą przez linię 99. Zasadniczo wszystkie gazy zawierające siarkę, na przykład H 2S i COS w czystym, wolnym od chloru gazie opałowym w linii 100 są usuwane w konwencjonalnej strefie AGR usuwania kwaśnego gazu 110. Zawierające siarkę gazy są odpędzane od rozpuszczalnika i przesyłane do konwencjonalnej strefy odzysku siarki za pośrednictwem linii 111, zaworu 112, oraz linii 113. Co najmniej część czystego wolnego od chloru i siarki gazu opałowego w linii 78 jest przepuszczana przez zawór regulacyjny 113 i osobno wprowadzana przez linię 114 do zespołu komory spalania 50. Pozostałość czystego wolnego od chloru i siarki gazu opałowego, zawierającego zasadniczo H2 i CO, jest przepuszczana przez linię 115, zawór 116, i linię 117 do wykorzystania w innych zastosowaniach, takich jak paliwo gazowe do pełnego spalania w kotłach lub piecach, konwersja na gaz o zwiększonej zawartości H2, synteza organiczna, oraz gaz redukujący.

Powietrze jest przepuszczane przez linię 118, zawór regulacyjny 119 i linię 120 do zespołu komory spalania 50. Paliwo gazowe spalane jest w obecności suchego azotu w zespole komory spalania 50 dla wytworzenia gazu spalinowego w linii 121. Gaz spalinowy jest przepuszczany przez turbinę rozprężną 122 w charakterze płynu roboczego. Wał obrotowy 123 napędza generator elektryczny 124. Gorący gaz wylotowy z turbiny w linii 125 jest przepuszczany przez konwencjonalną wytwornicę 126 pary wodnej z odzyskiem ciepła, gdzie w wyniku pośredniej wymiany ciepła w wężownicach 127, woda zasilająca kocioł z linii 128 jest przetwarzana na parę wodną w linii 129. Para wodna jest płynem roboczym w turbinie parowej 130. Wał obrotowy 131 jest napędzany przez turbinę 130 i sam z kolei obraca generator elektryczny 132. Zużyta para wodna wychodzi linią 133.

W innej wersji realizacji sposobu według wynalazku, przedstawionej na fig. 2, w bloku ID - D połączone strumienie A + B oczyszczonego, wolnego od chloru gazu opałowego są odsiarczane w strefie AGR odzysku kwaśnych gazów. W tym przypadku, wolny od chloru i siarki strumień opałowego gazu opuszczającego AGR jest wysycany wodą i ogrzewany dla dostarczenia strumienia gazu opałowego zawierającego około 5 do 15% wagowych wilgoci w linii 191. W tej drugiej wersji realizacji, blok D - D z fig. 2 zastępuje blok C - C z fig. 1. Z wyjątkiem nasycania gazu opałowego wodą oraz zmiany chłodziwa w wymienniku ciepła a wszystkie inne właściwości drugiej wersji realizacji na fig. 2 są zasadniczo takie same, jak przedstawione na fig. 1. Nasycony wodą strumień czystego, wolnego od chloru i siarki gazu opałowego, który opuszcza blok D - D poprzez linię 191 wprowadzany jest do grzejnika konwekcyjnego 92 pokazanego na fig. 1, zamiast suchego czystego wolnego od chloru i siarki strumienia gazu opałowego 91, który jest wytwarzany w bloku C - C pierwszej wersji realizacji.

Zgodnie z powyższym, w bloku D - D, strumień A czystego, wolnego od chloru gazu opałowego w linii 69 jest przepuszczany przez zawór 199 i linię 200 i mieszany w linii 201 ze strumieniem B czystego wolnego od chloru gazu opałowego z linii 71 z fig. 1, zaworu 202 i linii 203. Połączony strumień A + B gazu opałowego w linii 201 jest następnie ochładzany przez przebiegającą etapami wymianę ciepła w dwóch lub większej liczbie chłodnic konwekcyjnych. Tak więc, w konwencjonalnej chłodnicy konwekcyjnej a połączony strumień czystego wolnego od chloru gazu opałowego w linii 201 jest przepuszczany w pośredniej wymianie ciepła z wodą, która wchodzi do chłodnicy gazu opałowego przez linię 204, wychodzi przez linię 205 i krąży w obiegu dzięki pracy pompy 207 kierującej ją do góry grzejnika 208 nasycalnika gazu opałowego. Woda w grzejniku 208 nasycalnika kontaktuje się ze strumieniem czystego, wolnego od chloru i siarki gazu opałowego i wysyca go wodą, przy czym strumień ten wchodzi do grzejnika 208 poprzez dolną linię 222 i wychodzi przez linię 191 na górze. Ochłodzona woda opuszcza grzejnik 208 poprzez linię 206. Pompa obiegowa 207 pompuje wodę z linii 206.

Woda uzupełniająca z linii 209, zaworu 210, i linii 211 przepompowywana jest przez linię 204 do wymiennika ciepła a, gdzie jest podgrzewana. Połączony czysty wolny od chloru gaz opałowy opuszczający chłodnicę a przez linię 212 jest w dalszym ciągu ochładzany w chłodnicach konwekcyjnych b i c, które są połączone szeregowo. Tak więc, woda zasilająca kocioł wchodzi do wymiennika b przez linię 213 i wychodzi linią 214 w postaci pary wodnej. Ochłodzony czysty wolny od chloru gaz opałowy w linii 215 jest w dalszym ciągu ochładzany w chłodnicy c przez pośrednią wymianę ciepła z zimną wodą, która wchodzi do chłodnicy c linią 216 i wychodzi w postaci ciepłej wody linią 217. Zasadniczo wszystkie gazy zawierające siarkę, na przykład H2S i COS usuwane są z czystego, wolnego od chloru strumienia gazu opałowego, który wchodzi do konwencjonalnej strefy AGR usuwania kwaśnych gazów 223 przez linię 218. H2S i COS są odpędzane z organicznego rozpuszczalnika, który kontaktuje się z gazem opałowym w AGR i są przesyłane do konwencjonalnej strefy odzysku siarki za pośrednictwem linii 219, zaworu 220, i linii 221.

Różne modyfikacje opisanego w niniejszym opisie wynalazku mogą być dokonywane bez odchodzenia od istoty i zakresu sposobu według wynalazku i dlatego tylko takie ograniczenia winny być dokonywane, jakie są zaznaczone w załączonych zastrzeżeniach patentowych.

173 974

173 974 •POWIETRZE

-ZESPÓt KOMORY SPALANIA

-TURBINA ROZRĘŻNA ,17/.

FIG.1

OAZ ZAWIERAJĄCY WODNY TLEN

ZAWIESINA WODNA STAtEGO. PALIWA WĘGLOWEGO

HRS6

-c»

132

TURBINA PAROWA

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 4,00 zł

Claims (16)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytwarzania energii, znamienny tym, że prowadzi się (1) reakcję częściowego utleniania strumienia gazu zawierającego wolny tlen ze strumieniem zawierającego chlor i siarkę płynnego węglowodorowego łub stałego paliwa węglowego w obecności moderatora temperatury w strefie reakcyjnej pionowego generatora gazu o swobodnym przepływie do dołu, z wytworzeniem strumienia surowego gazu opałowego zawierającego H2, CO, CO2, H2O, H2S, COS, HCl, CH4 i A, obok porwanego roztopionego żużla i cząstek stałych, oraz stosuje się temperaturę w strefie reakcji przewyższającą temperaturę punktu rosy H2O w tym strumieniu surowego gazu opałowego oraz (2) ochładza się wytworzony strumień surowego gazu opałowego do temperatury wyższej od punktu rosy H2O w tym strumieniu surowego gazu opałowego przez pośrednią wymianę ciepła z wodą krążącą w obiegu kotła, oraz oddziela się żużel, (3) rozszczepia się wolny od żużla strumień gazu opałowego na odrębne strumienie gazu A i B oraz oddzielnie ochładza się każdy ze strumieni A i B surowego gazu opałowego do temperatury wyższej od temperatury punktu rosy H2O w tych odrębnych strumieniach zasilających przez pośrednią wymianę ciepła z wodą krążącą w obiegu kotła, wytwarzając dzięki temu parę wodną; (4) przepuszcza się strumień gazu azotowego w pośredniej wymianie ciepła ze strumieniem A surowego gazu opałowego z etapu (3), przez co dokonuje się dalszego ochładzania strumienia A surowego gazu opałowego do temperatury wyższej od punktu rosy H2O w strumieniu A surowego gazu opałowego, z równoczesnym ogrzaniem strumienia gazu azotowego; (5) przemywa się strumień A surowego gazu opałowego ochłodzonego w etapie (4) przy pomocy wody, wytwarzając czysty, wolny od chloru strumień gazu opałowego; (6) dalej ochładza się strumień B surowego gazu opałowego z etapu (3) do temperatury wyższej od punktu rosy wody w strumieniu B surowego gazu opałowego przez pośrednią wymianę ciepła ze strumieniem czystego, nawilżonego, wolnego od chloru i siarki gazu opałowego odprowadzanego z dalszego etapu (12), z ogrzewaniem tego czystego, wolnego od chloru i siarki strumienia gazu opałowego; (7) przemywa się wodą ochłodzony w etapie (6) strumień B surowego gazu opałowego, z wytworzeniem czystego, wolnego od chloru strumienia gazu opałowego; (8) łączy się strumienie A i B czystego, wolnego od chloru gazu opałowego odpowiednio z etapów (5) i (7); (9) ochładza się połączony strumień czystego, wolnego od chloru paliwa gazowego z etapu (8) przez pośrednią wymianę ciepła z czystym, wolnym od chloru i siarki strumieniem gazu opałowego z dalszego etapu (11); (10) dalej ochładza się połączony strumień surowego gazu opałowego z etapu (9) przez pośrednią wymianę ciepła z wodą krążącą w obiegu kotła i/lub zimną wodą w jednym lub większej liczbie wymienników ciepła; (11) usuwa się w strefie usuwania kwaśnych gazów zasadniczo wszystkie gazy zawierające siarkę z połączonego strumienia czystego, wolnego od chloru gazu opałowego z etapu (10); (12) ogrzewa się strumień czystego, wolnego od chloru i siarki gazu opałowego z etapu (9) przez pośrednią wymianę ciepła z parą wodną; (13) wprowadza się następujące strumienie gazowe do strefy spalania turbiny gazowej: strumień powietrza, strumień gazu azotowego ogrzanego w etapie (4), oraz co najmniej część strumienia czystego, wolnego od chloru i siarki gazu opałowego ogrzanego w etapie (6); oraz (14) spala się czystą część strumienia gazu opałowego wolnego od chloru i siarki w strefie spalania, z wytworzeniem gazu spalinowego zasadniczo wolnego od HCl, gazu zawierającego siarkę, oraz NO_X; oraz przepuszcza się ten gaz spalinowy przez turbinę rozprężną dla wytworzenia energii.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przepuszcza się wylotowe spaliny opuszczające turbinę rozprężną w etapie (14) przez podgrzewacz konwekcyjny, w pośredniej wymianie ciepła z wodą zasilającą kocioł, którą przetwarza się na parę wodną, oraz przepuszcza się tę parę wodną przez turbinę parową dla wytwarzania energii mechanicznej i elektrycznej.

   173 974
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że od około 10 do 100% objętościowych strumienia czystego, wolnego od chloru i siarki gazu opałowego ogrzanego w etapie (6) wprowadza się do strefy spalania w etapie (13); oraz prowadzi się katalityczną reakcję reszty tego strumienia czystego, wolnego od chloru i siarki gazu opałowego zawierającego zasadniczo H2 + CO, z wytworzeniem organicznych substancji chemicznych lub strumienia gazu wzbogaconego w wodór.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się paliwo węglowodorowe płynne zawierające chlor i siarkę lub stałe paliwo węglowe zawierające około 0,2 do 10% wagowych, w przeliczeniu na suchą masę, siarki i około 10 do 20000 części na milion, w przeliczeniu na suchą masę, chloru.
5. 5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że stosuje się paliwo zawierające chlor w postaci chlorku wybranego spośród grupy złożonej z chlorku sodu, potasu, magnezu, oraz ich mieszanin, oraz w postaci siarczku wybranego spośród grupy utworzonej z siarczku żelaza, cynku, miedzi-żelaza, ołowiu, oraz ich mieszanin i/lub siarczanów wybranych spośród grupy składającej się z siarczanów wapnia, baru, żelaza, sodu, glinu, oraz ich mieszanin.
6. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że strumień gazowy A zawiera 30 do 70% objętościowych wolnego od żużla strumienia surowego paliwa gazowego z etapu (2), a gazowy strumień B zawiera pozostałą część.
7. 7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się wodę do przemywania gazu w etapach (5) i (7) posiadającą temperaturę w zakresie od około 121°C do 232°C i posiadającą wartość pH w zakresie od około 6 do 9.
8. 8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do wody do przemywania dodaje się materiał zasadowy wybrany spośród grupy złożonej z NH3, NH4OH, NaOH, KOH, Na2CO₃ oraz K2CO₃.
9. 9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się stałe paliwo węglowe wybrane spośród grupy złożonej z węgla, takiego jak antracytowy, bitumiczny, podbitumiczny, koks węglowy; lignitu; pozostałości po uwodornianiu węgla; łupka naftowego; piasków bitumicznych; koksu ponaftowego; asfaltu; paku; węgla w postaci cząstek stałych; sadzy; zatężanych szlamów ściekowych; oraz ich mieszanin.
10. 10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się płynne paliwo węglowodorowe wybrane spośród grupy złożonej z gazu płynnego, destylatów i pozostałości ropy naftowej, benzyny, benzyny ciężkiej, nafty, surowej ropy naftowej, asfaltu, oleju gazowego, oleju resztkowego, oleju z piasków bitumicznych, oleju łupkowego, oleju węglopochodnego, węglowodorów aromatycznych, takich jak benzen, toluen, oraz frakcje ksylenowe, smoły węglowej, oleju gazowego obiegowego z operacji krakowania przy użyciu katalizatora w złożu fluidalnym, ekstraktu furfuralowego oleju gazowego z retorty do koksowania, oraz ich mieszanin.
11. 11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się gaz zawierający wolny tlen wybrany z grupy złożonej z powietrza, powietrza o zwiększonej zawartości tlenu, zasadniczo czystego tlenu, oraz ich mieszanin.
12. 12. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w etapie (1) prowadzi się częściowe utlenianie w temperaturze w zakresie od około 982 do 1650°C i pod ciśnieniem od 1 do 250 atmosfer; w etapie (2) strumień surowego gazu opałowego z etapu (1) ochładza się do temperatury w zakresie od około 815 do 538°C; w etapie (3) każdy ze strumieni A i B surowego gazu opałowego ochładza się do temperatury w zakresie od około 538 do 315°C; w etapie (4) strumień osuszonego gazu azotowego przepuszcza się w temperaturze w zakresie od temperatury bliskiej temperaturze pokojowej do temperatury 204°C, w wyniku czego dalej ochładza się strumień A surowego gazu opałowego do temperatury w zakresie od około 315 do 149°C, natomiast strumień gazu azotowego równocześnie ogrzewa się do temperatury w zakresie od około 204 do 427°C; w etapie (6) strumień B surowego gazu opałowego z etapu (3) ochładza się do temperatury od około 316°C do 149°C, ogrzewając strumień czystego, wolnego od chloru i siarki gazu opałowego do temperatury w zakresie od około 204°C do 427°C; w etapie (9) połączony strumień czystego, wolnego od chloru gazu opałowego z etapu (8) posiadający temperaturę w zakresie od około 121°C do 200°C, ochładza się do temperatury w zakresie od około 93°C do 204°C przez pośrednią wymianę ciepła ze strumieniem czystego, wolnego od

    173 974 chloru i siarki gazu opałowego posiadającego temperaturę w zakresie od około 32°C do 49°C; w etapie (10) połączony strumień surowego gazu opałowego z etapu (9) ochładza się do temperatury w zakresie od około 32°C do 49°C; w etapie (12) strumień czystego, wolnego od chloru i siarki paliwa z etapu (9) ogrzewa się do temperatury w zakresie około 121 do 204°C; w etapie (13) te trzy strumienie wprowadza się oddzielnie do strefy spalania turbiny gazowej oddzielnymi przewodami i w etapie (14) gaz spalinowy przepuszcza się przez turbinę rozprężną, z wytworzeniem energii i gorącego gazu wydechowego, oraz wytwarza się parę wodną w wyniku pośredniej wymiany ciepła między wodą zasilającą kocioł i gorącym gazem wydechowym i przepuszcza się tę parę wodną przez turbinę parową dla wytwarzania energii.
13. 13. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w etapie (6) strumień B surowego gazu opalowego ochładza się drogą pośredniej wymiany ciepła ze strumieniem czystego, nasyconego wodą, wolnego od chloru i siarki gazu opałowego odprowadzanego z omówionego dalej podetapu (12-2); w etapie (12) w podetapie (12-1), wysyca się wodą wolny od chloru i siarki strumień gazu opałowego po etapie (11); a w podetapie (12-2), czysty, nasycony wodą strumień wolnego od chloru i siarki gazu opałowego z podetapu (12-1) ogrzewa się przez pośrednią wymianę ciepła z parą wodną, do temperatury w zakresie od około 121°C do 204°C; oraz w etapie (14) czysty, nasycony wodą, wolny od chloru i siarki gaz opałowy spala się w strefie spalania.
14. 14. Sposób według zastrz. 13, znamienny tym, że przepuszcza się gaz spalinowy opuszczający turbinę rozprężną w etapie (14) przez podgrzewacz konwekcyjny w pośredniej wymianie ciepła z zasilającą kocioł wodą, którą przetwarza się w parę wodną, i przepuszcza tę parę wodną przez turbinę parową z wytworzeniem energii mechanicznej i energii elektrycznej.
15. 15. Sposób według zastrz. 13, znamienny tym, że od około 10 do 1θ0% objętościowych strumienia czystego, nasyconego wodą, wolnego od chloru i siarki gazu opałowego ogrzanego w etapie (6) wprowadza się do strefy spalania w etapie (13); i prowadzi się katalityczną reakcję reszty tego strumienia czystego, nasyconego wodą, wolnego od chloru i siarki gazu opałowego składającego się zasadniczo z H 2 + CO, z wytworzeniem organicznych substancji chemicznych lub strumienia gazu o podwyższonej zawartości H2.
16. 16. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w etapie (1) prowadzi się częściowe utlenianie w temperaturze w zakresie od około 982°C do 1650°C i pod ciśnieniem w zakresie od około 1 do 250 atmosfer; w etapie (2) strumień surowego gazu opałowego z etapu (1) ochładza się do temperatury w zakresie od około 815°C do 538°C; w etapie (4) stosuje się strumień suchego gazu azotowego posiadający temperaturę w zakresie od temperatury bliskiej temperaturze otoczenia, do temperatury 204°C, dzięki czemu strumień A surowego gazu opałowego ochładza się do temperatury w zakresie od około 315 do 149°C, z równoczesnym ogrzaniem strumienia gazu azotowego do temperatury w zakresie od około 204 do 427°C; w etapie (6) strumień B surowego gazu opałowego z etapu (3) ochładza się do temperatury od około 315°C do 149°C przez pośrednią wymianę ciepła ze strumieniem czystego, nasyconego wodą, wolnego od chloru i siarki gazu opałowego, odprowadzanego z następnego podetapu (12-2), dzięki czemu strumień czystego, wolnego od chloru i siarki gazu opałowego ogrzewa się do temperatury w zakresie od około 204°C do 427°C;

    W etapie (9) połączony strumień czystego, wolnego od chloru gazu opałowego z etapu (8) posiadający temperaturę w zakresie od około 121°C do 260°C ochładza się do temperatury w zakresie od około 93 °C do 204°C przez pośrednią wymianę ciepła z czystym strumieniem wolnego od chloru i siarki gazu opałowego z etapu (11) posiadającego temperaturę w zakresie od około 32°C do 49°C; w etapie (10) połączony strumień surowego paliwa gazowego z etapu (9) ochładza się do temperatury w zakresie od około 32°C do 49°C; w etapie (12) w podetapie (12-1), wysyca się wodą strumień wolnego od chloru i siarki gazu opałowego z etapu (11), a w podetapie (12-2) ogrzewa się do temperatury w zakresie od około 121°C do 204°C, czysty, nasycony wodą strumień gazu opałowego wolnego od chloru i siarki z podetapu (12-1) za pomocą pośredniej wymiany ciepła z parą wodną; w etapie (13) trzy określone strumienie są oddzielnie wprowadzane do strefy spalania turbiny gazowej osobnymi przewodami; oraz w etapie (14) czysty, nasycony wodą, wolny od chloru i siarki gaz opałowy spala się w komorze spalania dla wytworzenia gazu spalinowego zasadniczo wolnego od HCl, gazu zawierającego siarkę oraz

    173 974

    NOx; oraz ten gaz spalinowy przepuszcza się przez turbinę rozprężną w celu wytwarzania energii i gorącego gazu wydechowego, przy czym parę wodną wytwarza się przez pośrednią wymianę ciepła wody zasilającej kocioł z gorącym gazem wydechowym oraz tę parę wodną przepuszcza się przez turbinę parową do wytwarzania energii.