PL174137B1

PL174137B1 - Proces częściowego utleniania z wytworzeniem mocy mechanicznej

Info

Publication number: PL174137B1
Application number: PL94315204A
Authority: PL
Inventors: Frederick Ch. Jahnke; Paul S. Wallace; Pradeep S. Thacker
Original assignee: Texaco Development Corp
Priority date: 1993-10-20
Filing date: 1994-10-18
Publication date: 1998-06-30
Also published as: US5345756A; CA2174245C; RO115552B1; CZ285404B6; JP2000511253A; DK0724687T3; FI961365A0; UA26415C2; BR9408178A; SK281101B6; RU2126489C1; FI107284B; FI961365A7; HU9601018D0; HU213648B; BG100522A; NO311190B1; NO961568D0; PL315204A1; CA2174245A1

Abstract

1 P ro ces c zescio w eg o u tlen ian ia, z n a m ie n n y ty ra , ze (1) po d d aje sie paliw o w eg lo w o d o ro w e reak cji c z esc io w e g o u tlen ian ia z u d zialem gazu zaw ierajaceg o w o ln y tlen w strefie reak cji c zescio w eg o u tlen ian ia, w w yniku czeg o o trzy m u je sie stru m ien g azu o p alo w eg o , o zieb ia sie w sp o m n ian y gaz op alo w y p rzy uzy ciu w o d y d o szy b k ieg o sch lad zan ia, w w yn ik u czeg o o trzy m u je s ie stru m ien sz y b k o sc h lo d z o n e g o n asy co n eg o g azu o p alo w eg o o tem p eratu rze w zak resie o k o lo 177°C do 3 1 6°C i o cisn ien iu b ezw zg led n y m w zakresie o kolo 34 5 0 d o 1 7250 kPa, o zieb ia sie w sp o m n ian y szybko sch lo - dzony n a sy co n y g az o p a lo w y n a d ro d ze p o sred n iej w y m ian y cie p la z ko tlo w a w o d a z asilajaca, w w y n ik u c z eg o tem p e ra tu ra w sp o m n ian eg o sz y b k o sc h lo - dzo n eg o g azu o p alo w eg o o b n iza sie d o tem p eratu ry w zak resie o kolo 2 10°C do 288°C , p rzy jed n o c z e sn y m p rzetw o rzen iu w sp o m n ian ej kotlo w ej w ody zasilajacej w pare o p o sre d n im cisn ien iu b e z w z g le d n y m w zak resie o kolo 1898 d o 4 1 4 0 kP a, i o c z y sz c z a w sp o m n ian y , sz y b k o sch lo d zo n y g az o p alo w y p rzy uzy ciu p o dgrzanej w o d y p rze m y w a jac e j z etapu (2 ), (2) p o d g rzew a sie w o d e p rzem y w ajaca z a w iera ja c a k o n d en sat i w o d e u zu p eln iajaca d o tem p e- ratu ry w zak resie o k o lo 191°C d o 288°C n a d ro d ze bezp o sred n iej w y m ian y ciepla w urzad zen iu d o b e z p o sre d n ie g o k o n tak to w an ia g azu z w oda, przy u zy ciu o z ieb io n eg o , sz y b k o sch lo d zo n eg o , nasy co n eg o gazu o p alo w eg o o p u szczajaceg o etap (1), w w y n ik u c zeg o tem p e ra tu ra w sp o m n ian eg o ozie- b io n eg o sz y b k o sc h lo d z o n e g o n a sy co n e g o g azu o p alo w eg o o b n iza sie do tem p eratu ry w zak resie o k o lo 14 9 °C do 282°C , i o d d z ie la sie k o n d en sat w odny od w sp o m n ian eg o o zie b io n e g o g azu o p a lo w e g o , (3) o b n iza sie cisn ien ie w sp o m n ian eg o o z ie b io n e g o g azu o p alo w eg o z etap u (2) do p o zio m u o kolo 69 0 d o 15870 kPa, po c z y m w d alszy m ciag u o zieb ia sie w sp o m n ian y gaz op alo w y d o tem p eratu ry w z a k re sie o k o lo 4 ,4 °C d o 60°C n a d ro d ze p o sled n iej w y m ian y ciep la z zim n a w o d a, w w yniku czeg o w y d z ie la sie w o d e przez ko n d en sacje, ze w sp o m n ian eg o stru m ien ia o z ieb io n eg o gazu o p alo w eg o , p rzy jed n o c z e sn y m ogrzan iu w sp o m n ia n e j zim n ej w o d y z w y tw o rzen iem w ody ogrzanej o tem p eratu rze w z a k re sie o k o lo 107 °C do 20 4 °C , i w p ro w ad za sie w o d e u su n ieta p rzez k o n d e n sac je w etap ach (2) i (3), d o w sp o m n ian eg o urzad zen ia d o b e zp o sred n ieg o k o n tak to w an ia g azu z w o d a w eta p ie (2), gdzie zo staje o n a o g rzan a z p rze z n a c z en ie m d o u zy cia ja k o w o d y p rzem y w ajacej, (4) o c zy szcza sie stru m ien o zie b io n e g o g azu o p a lo w e g o z e tap u (3), P L 174137 B 1 PL PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

Wynalazek niniejszy dotyczy wytwarzania gazu opałowego za pomocą częściowego utlenienia paliw węglowodorowych i spalania wspomnianego gazu opałowego w turbinie gazowej w celu wytworzenia mocy mechanicznej.

W patencie Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3868817 ujawniono: wytwarzanie gazu opałowego za pomocą częściowego utlenienia płynnego paliwa węglowodorowego; regulację stosunku molowego (CO/H2) w gazie opałowym na zasadzie odwrotnego przesunięcia wodagaz; podczyszczanie i doczyszczanie gazu opałowego; oraz spalanie polepszonego strumienia gazu opałowego w wyzwalającej moc mechaniczną turbinie gazowej. W patencie Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 5117623 opisano ogrzewanie wody, przeznaczonej do nasycania gazu opałowego, za pomocą bezkontaktowej, pośredniej wymiany ciepła. Jednakże, żaden z tych procesów nie wskazuje na zgłaszany obecnie sposób przeprowadzania wysokowydajnego, zintegrowanego procesu gazyfikacji, obejmującego następujące etapy: (1) oziębianie strumienia szybko schłodzonego, nasyconego, surowego gazu opałowego do temperatury poniżej punktu rosy, w celu wydzielenia wody przez kondensację, dla wykorzystania jej do szybkiego schładzania i przemywania surowego gazu opałowego oraz podwyższenia w maksymalnym stopniu temperatury wody przemywającej za pomocą skontaktowania wody przemywającej ze strumieniem szybko schłodzonego surowego gazu opałowego tuż za wymiennikiem ciepła w celu wytworzenia pary pośrednioprężnej, którą przegrzewa się i wprowadza do turbiny rozprężnej jako, co najmniej, część płynu roboczego; oraz (2) usytuowanie urządzenia do obniżania ciśnienia w przewodzie przed ogrzewaniem wody do nasycenia gazu opałowego i azotu gazowego i przed całkowitym oziębieniem strumienia surowego, nieoczyszczonego gazu opałowego tak, aby odnieść korzyść z istotnej ilości wody pozostającej w surowym gazie opałowym w tym punkcie procesu, który zapewnia ogrzanie kondensatu przeznaczonego do wykorzystania przy przemywaniu surowego gazu opałowego.

Korzystne wykonanie przedmiotowego procesu dotyczy wysokowydajnego, zintegrowanego procesu gazyfikacji o połączonych obiegach (IGCC), obejmującego stopniowe oziębianie gazu i stosującego wysokie ciśnienie w celu umożliwienia wykorzystania maksymalnej ilości ciepła szybko schłodzonego gazu opałowego do wytwarzania mocy mechanicznej. Cykl parowy wytwarzania energii jest zoptymalizowany, aby dopomóc w uzyskaniu jak największej ilości pary technologicznej, którą można spożytkować w sposób najbardziej wydajny w cyklu. Azot pochodzący z urządzeniado rozdzielania powietrza i gaz opałowy nasyca się i stosuje do wzmożenia wydajności i do dopomożenia zminimalizowaniu wytwarzania NOx.

Proces składa się zasadniczo z następujących etapów:

(1) poddanie paliwa węglowodorowego reakcji częściowego utleniania, w wyniku czego otrzymuje się strumień gazu opałowego, oziębienie wspomnianego gazu opałowego przez szybkie schłodzenie w wodzie, a w wyniku tego otrzymanie strumienia szybko schłodzonego gazu opałowego o temperaturze w zakresie około 177°C do 316°C, takiej jak temperatura około 232°C do 288°C, i o ciśnieniu bezwzględnym w zakresie około 3450 kPa do 17250 kfa, korzystnie od 4830 do 10350 kPa, oziębienie wspomnianego szybko schłodzonego gazu opałowego na drodze pośredniej wymiany ciepła przy użyciu kotłowej wody zasilającej, a dzięki temu obniżenie temperatury wspomnianego szybko schłodzonego gazu opałowego do temperatury w zakresie około 210°C do 288°C, korzystnie od 215°C do 243°C, zjednoczesnym przetworzeniem wspomnianej kotłowej wody zasilającej w parę o pośrednim ciśnieniu bezwzględnym w zakresie około 1898 do 4140 kPa, korzystnie od 2070 do 2760 kPa i oczyszczenie wspomnianego szybko schłodzonego gazu opałowego z zastosowaniem podgrzanej wody przemywającej z etapu (2);

(2) podgrzanie wody przemywającej zawierającej kondensat technologiczny i wodę uzupełniającą do temperatury w zakresie około 191 °C do 288°C, korzystnie od 204°C do 232°C na drodze bezpośredniej wymiany ciepła w urządzeniu do bezpośredniego kontaktowania gazu z wodą, z oziębionym, szybko schłodzonym, nasyconym gazem opałowym opuszczającym etap (1), a w wyniku tego obniżenie temperatury wspomnianego oziębionego, szybko schłodzonego nasyconego gazu opałowego do temperatury w zakresie około 149°C do 282°C, korzystnie od 204°C do 232°C, i oddzielenie kondensatu wodnego od wspomnianego oziębionego gazu opałowego;

17-4 137 (3) obniżenie ciśnienia wspomnianego oziębionego gazu opałowego z etapu (2) do ciśnienia bezwzględnego około 690 kPa, do 15870 kPa, korzystnie od 1380 kPa do 8280 kPa, a następnie dalsze oziębienie wspomnianego gazu opałowego do temperatury około 4,4°C do 60°C, korzystnie od 38°C do 49°C, na drodze pośredniej wymiany ciepła przy użyciu zimnej wody, a w wyniku tego wydzielenie wody, przez kondensację, ze wspomnianego strumienia oziębionego gazu opałowego i, w rezultacie, ogrzanie wspomnianej wody zimnej z otrzymaniem wody ogrzanej o temperaturze około 107°C do 204°C, korzystnie od 135°C do 188°C, wprowadzenie wody wydzielonej przez kondensację w etapie (2) i (3) do wspomnianego urządzenia do bezpośredniego kontaktowania gazu z wodą w etapie (2), przy czym zostaje ona ogrzana z przeznaczeniem do użycia jako woda przemywająca gaz.

(4) oczyszczenie strumienia oziębionego gazu opałowego z etapu (3);

(5) nasycenie strumienia azotu gazowego i strumienia oczyszczonego gazu opałowego z etapu (4) wspomnianą ogrzaną wodą z etapu (3);

(6) przegrzanie nasyconego strumienia gazu opałowego i azotu gazowego z etapu (5) do temperatury w zakresie około 177°C do 538°C, korzystnie od 260°C do 316°C, i wprowadzenie strumienia wspomnianego przegrzanego gazu opałowego i azotu gazowego do zespołu komory spalania turbiny gazowej;

(7) spalenie wspomnianego nasyconego gazu opałowego we wspomnianym zespole komory spalania turbiny gazowej w temperaturze w zakresie około 1204°C do 1427°C i pod ciśnieniem bezwzględnym w zakresie około 690 do 6900 kPa, korzystnie od 1035 do 3450 kPa, w turbinie gazowej, z wytworzeniem spalin o obniżonej zawartości NOx, oraz (8) przepuszczenie wspomnianych spalin przez turbinę rozprężną w celu wytworzenia mocy mechanicznej ze zwiększoną wydajnością. Jedno z wykonań wynalazku polega na tym, że energię cieplną spalin z turbiny wykorzystuje się do wytworzenia pary. Tak więc, parę stosuje się jako płyn roboczy w turbinie parowej, dzięki czemu uzyskuje się podwyższenie sprawności cieplnej procesu.

Pełniejsze zrozumienie wynalazku można osiągnąć przez odniesienie się do załączonego rysunku, który objaśnia korzystne wykonanie wynalazku, bez zamiaru ograniczenia przedmiotowego wynalazku do konkretnego procesu lub opisanych materiałów.

W przedmiotowym procesie wytwarza się strumień surowego gazu opałowego, złożonego zasadniczo z H2, CO, CO2, H2O, uniesionych substancji drobnoziarnistych, w tym miału węglowego i popiołu, oraz co najmniej jednej substancji z grupy obejmującej N2, Ar, COS, CH4, NH3, HCN, HCOOH i żużel, za pomocą częściowego utlenienia ciekłego i/lub gazowego paliwa węglowodorowego, włączając w to wodną zawiesinę stałego paliwa węglowego, gazem zawierającym wolny tlen, typowo w obecności moderatora temperatury, w strefie reakcji nie zawierającego wypełnienia, pionowego, wolnoprzepływowego gazogeneratora do częściowego utleniania bez udziału katalizatora. Stosunek wagowy H2O : paliwo w strefie reakcji mieści się w zakresie około 0,1 do 5, korzystnie około 0,2 do 0,7. Stosunek atomowy wolnego tlenu do węgla w paliwie (stosunek O/C) mieści się w zakresie około 0,6 do 1,6, korzystnie około 0,8 do 1,4. Czas reakcji mieści się w zakresie około 0,1 do 50 sekund, na przykład około 2 do 6 sekund.

Gazogenerator wytwarzający surowy gaz opałowy składa się z pionowego, cylindrycznego, stalowego reaktora ciśnieniowego wyłożonego materiałem ogniotrwałym, tak jak to przedstawiono we współprzeniesionym patencie Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 2809104, włączonym do niniejszego opisu jako odnośnik. W patencie tym przedstawiono również typowy bęben do szybkiego schładzania. Do wprowadzania strumieni zasilających do strefy reakcji posłużyć się można palnikiem takim, jak przedstawiono we współprzeniesionym patencie Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 2928460, włączonym do niniejszego opisu jako odnośnik.

W gazogeneratorze, reakcji z gazem zawierającym wolny tlen, poddać można cały szereg różnych palnych, ciekłych i/lub gazowych paliw węglowodorowych lub wodnych zawiesin stałych paliw węglowych, w obecności gazu spowalniającego wzrost temperatury, w wyniku czego otrzymuje się gaz syntezowy.

Przewiduje się, że termin ciekłe paliwo węglowodorowe stosowany w niniejszym opisie do opisania rozmaitych, nadających się do wykorzystania materiałów podawanych, obejmować

174 137 będzie dające się pompować ciekłe substancje węglowodorowe oraz dające się pompować ciekłe zawiesiny stałych substancji węglowych, oraz ich mieszaniny. I tak, na przykład, odpowiednimi materiałami podawanymi są dające się pompować wodne zawiesiny stałych paliw węglowych. W rzeczywistości, definicja zwrotu ciekłe węglowodorowe może obejmować jakikolwiek palny, ciekły i zawierający węgiel materiał organiczny, lub zawiesinę materiałów tego rodzaju. I tak, na przykład, są to materiały następujące:

(1) dające się pompować zawiesiny stałych paliw węglowych, takich jak węgiel, miał węglowy, koks naftowy, zagęszczony szlam kanalizacyjny i ich mieszaniny, w dającym się odparować ciekłym nośniku, takim jak woda, ciekły CO2, ciekłe paliwo węglowodorowe oraz ich mieszaniny;

(2) odpowiednie ciekłe węglowodorowe paliwowe materiały zasilające kierowane do gazogeneratora, obejmujące, jak się przewiduje, rozmaite materiały, takie jak skroplony gaz ziemny, produkty destylacji ropy naftowej i otrzymane przy tym pozostałości, benzyna, benzyna ciężka, nafta, ropa naftowa, asfalt, olej napędowy, olej asfaltowy, olej bitumiczny i olej łupkowy, oleje węglopochodne, węglowodory aromatyczne (takie jak benzen, toluen, frakcje ksylenu) smoła węglowa, obiegowy olej gazowy pochodzący z operacji fluidalnego krakowania katalitycznego, ekstrakt furfuralowy oleju koksowniczego oraz ich mieszaniny;

(3) utlenione węglowodorowe substancje organiczne, włączając W to węglowodany, produkty celulozowe, aldehydy, kwasy organiczne, alkohole, ketony, utlenione paliwa olejowe, ługi odpadkowe i produkty uboczne pochodzące z procesów chemicznych zawierające utlenione węglowodorowe substancje organiczne, oraz ich mieszaniny.

Do gazowych paliw węglowodorowych, które można spalać w gazogeneratorze do częściowego utleniania jako takie lub łącznie z ciekłym paliwem węglowodorowym, należą: odparowany płynny gaz ziemny, rafineryjny gaz odlotowy, gazy o charakterze C-Cą-węglowodorów i zawierające węgiel gazy odpadowe z procesów chemicznych.

Płynny zasilający produkt węglowodorowy może mieć temperaturę (lub może być podgrzany do temperatury) około 316°C do 649°C, jednakże korzystnie poniżej jego temperatury krakowania. Płynny zasilający produkt węglowodorowy można wprowadzać do palnika gazogeneratora w fazie ciekłej lub w postaci odpowiedniej mieszaniny łącznie z moderatorem temperatury.

Konieczność użycia moderatora temperatury w celu regulowania temperatury w strefie reakcji gazogeneratora zależy, na ogół, od stosunku ilościowego węgiel/wodór w materiale zasilającym, a także od zawartości tlenu w strumieniu utleniacza. Moderatora temperatury używa się łącznie z ciekłymi paliwami węglowodorowymi w przypadku stosowania zasadniczo czystego tlenu. Korzystnymi moderatorami temperatury są woda lub para. Parę, jako moderatora temperatury, wprowadza się w mieszaninie albo z jednym, albo z oboma strumieniami substratów reakcji. Alternatywnie, moderatora temperatury wprowadzić można do strefy reakcji gazogeneratora osobnym przewodem w palniku. Do innych moderatorów temperatury należy gaz o wysokiej zawartości CO2, azot i obiegowy gaz syntezowy.

Stosowany w niniejszym opisie termin gaz zawierający wolny tlen oznacza powietrze, powietrze wzbogacone w tlen, to znaczy zawierające ponad 21% mol O2, oraz zasadniczo czysty tlen, to znaczy zawierający ponad około 95% mol tlenu (pozostałość zazwyczaj stanowi N 2 i gazy szlachetne). Gaz zawierający wolny tlen można wprowadzać z zastosowaniem palnika do częściowego utleniania w temperaturze w zakresie od temperatury otoczenia do temperatury 482°C.

Strumień surowego gazu opałowego opuszczający strefę reakcji ma temperaturę w zakresie około 927°C do 1926°C, korzystnie od 10933°Cdo 15378°C, a ciśnienie bezwzględne w zakresie około 3450 do 17250 kPa, korzystnie 4830 do 10350 kPa. Skład strumienia gorącego surowego wypływającego gazu jest, mniej więcej, następujący (w % mol): H2 10 do 70, CO 15 do 57, CO2 0,1 do 25, H2O 0,1 do 20, CH4 0 do 60, NH3 0 do 5, H2S 0 do 5, COS 0 do 0,1, N20 do 60, Ar 0 do 2,0, HCN i HCOOH 0 do 10 części na milion (wagowo). Miał węglowy obecny jest w ilości mieszczącej się w zakresie od około 0 do 20% wag (w przeliczeniu na zawartość węgla w wyjściowym surowcu zasilającym). Popiół i/lub stopiony żużel mogą występować w ilości,

17-4137 odpowiednio, około 0 do 5,0 i 0 do 60% w przeliczeniu na pierwotny ciekły węglowodorowy lub stały węglowy surowiec zasilający.

W korzystnym wykonaniu przedmiotowego procesu, całość strumienia gorącego wypływającego gazu opałowego opuszczającego wyłożoną materiałem ogniotrwałym strefę reakcji gazogeneratora do częściowego utleniania, o tej samej zasadniczo temperaturze i ciśnieniu jak w strefie reakcji, rzadziej skropliny w instalacji, wyprowadzany jest bezpośrednio do zgromadzonej wody, mieszczącej się na dnie bębna lub zbiornika do szybkiego schładzania, takiego jak jeden ze zbiorników opisanych we współprzeniesionym patencie Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 2896927, włączonym do niniejszego opisu jako odnośnik. Przedmiotowy proces jest unikalny z tego względu, że stosuje się tu układ wysokociśnieniowej gazyfikacji z szybkim schładzaniem, w celu zminimalizowania nakładów inwestycyjnych i kosztów konserwacji oraz dla podwyższenia do maksimum temperatury szybko schładzanego gazu. W przypadku, gdyby ciepło było usuwane z gazu opuszczającego gazogenerator przed szybkim schłodzeniem, albo gdyby gazogenerator pracował przy niskim ciśnieniu, szybko schłodzony gaz mógłby mieć temperaturę za niską do wytworzenia pary pośrednioprężnej, potrzebnej do skutecznego włączenia w cykl parowy.

Bęben do szybkiego schładzania usytuowany jest poniżej strefy reakcji gazogeneratora i wprowadzany do niego strumień surowego gazu opałowego niesie ze sobą zasadniczo całość popiołu i/lub żużla oraz sadzy z miału węglowego opuszczających strefę reakcji gazogeneratora. Warunki turbulencji panujące w bębnie do szybkiego schładzania, spowodowane bulgotaniem dużych objętości gazu unoszącego się przez wodę do góry, dopomagają do wymycia przez wodę z wypływającego gazu większości ciał stałych. W bębnie do szybkiego schładzania wytwarzana jest w dużych ilościach para i nasyca ona strumień gazu. Strumień gazu surowego oziębia się w bębnie do szybkiego schładzania i opuszcza go mając temperaturę w zakresie około 177°C do 316°C, korzystnie od 232°C do 288°C i ciśnienie bezwzględne w zakresie około 3450 do 17250 kPa, korzystnie od 4830 do 10335 kPa. Korzystnie, jako świeżą wodę do przemywania, używaną w przedmiotowym procesie, stosuje się mieszaninę wody uzupełniającej i kondensatu wytwarzanego w dalszych etapach procesu. Stosowane w niniejszym opisie wyrażenie i/lub ma zwykłe znaczenie. I tak, na przykład, A i/lub B oznacza albo A, albo B, albo A + B.

W celu zabezpieczenia przed zatkaniem znajdujących się w dalszej części instalacji złóż katalizatora i/lub zanieczyszczeniem absorbentów ciecz-rozpuszczalnik, które mogą zostać użyte w dalszych etapach oczyszczania gazu, strumień oziębionego i częściowo oczyszczonego gazu opałowego, opuszczający bęben do szybkiego schładzania, poddaje się dalszemu oczyszczaniu przez skontaktowanie z gorącą wodą przemywającą w innej strefie oczyszczania gazu. Ta strefa oczyszczania gazu może obejmować typową kryzę, taką jaką przedstawiono i opisano we współprzeniesionym patencie Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3524630, a także typowe zwężkowe płuczki gazowe i rozpylacze wraz z komorą do przemywania gazu, tak jak to przedstawiono i opisano we współprzeniesionym patencie Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3232727, włączonym do niniejszego opisu jako odnośnik. W komorze do przemywania gazu, strumień surowego gazu opałowego poddawany jest przemywaniu wodą przemywającą, zawierającą gorący kondensat powrotny oraz wodę uzupełniającą, jak to opisano w niniejszym opisie. I tak, naprzykład, zgodnie z jednym z wykonań wynalazku, strumień gazu opuszczający zbiornik do szybkiego schładzania połączony z gazogeneratorem, zostaje przemyty i w sposób dokładny skontaktowany z wodą przemywającą, na przykład w zwężkowej płuczce gazowej. Jednakże, użycie zwężkowej płuczki gazowej w strefie oczyszczania gazu stanowi tylko jedną z możliwości. Gaz opałowy przechodzi do i w górę przez zgromadzoną wodę przemywającą znajdującą się na dnie komory do przemywania gazu. Następnie przemyty gaz przemieszcza się ku górze poprzez sekcję z wypełnieniem lub talerzową w górnej części komory do płukania, w której następuje skontaktowanie z kondensatem, to znaczy wodą przemywającą spływającą w dół. Woda przemywająca na dnie komory do przemywania gazu może zostać zawrócona do zwężkowej płuczki gazowej (jeżeli znajduje się ona w danej instalacji) i/lub do zbiornika do szybkiego schładzania połączonego z gazogeneratorem.

174 137

Dzięki sposobowi oczyszczania gazu przyjętemu w przedmiotowym procesie, ilość cząstek stałych w strumieniu przemytego gazu opałowego ulega zmniejszeniu do bardzo niskiego poziomu, poniżej około 3 części na milion (ppm), korzystnie poniżej około 1 ppm. Przedmiotowy sposób prowadzenia procesu jest unikalny dzięki temu, że uzyskuje się tu maksymalne podwyższenie temperatury wody przemywającej do wartości w zakresie około 191°C do 288°C, takim jak około 204°C do 232°C, a to w wyniku bezpośredniego skontaktowania wody przemywającej z wytwarzanym gazem opałowym tuż za miejscem nominalnego wytwarzania pary o pośrednim ciśnieniu bezwzględnym około 1898 do 4140 kPa, korzystnie od 2700 do 2760 kPa i o temperaturze w zakresie około 210°C do 252°C, korzystnie od 214°C do 229°C. W podgrzewaczu wody przemywającej następuje obniżenie temperatury szybko schłodzonego gazu opałowego do temperatury w zakresie około 210°C do 288°C, korzystnie od 215°C do 243°C. Jako podgrzewacza wody przemywającej użyć tu można jakiejkolwiek typowej komory do bezpośredniego kontaktowania gazu z cieczą, włączając w to typowe kolumny z talerzami i wypełnieniem. Bezpośredni kontakt przyczynia się do zminimalizowania różnicy temperatur wody i gazu, w wyniku czego maksymalizuje się ogrzewanie. Dopływ ciepła do wody przemywającej zwiększa ilość ciepła w gazie w górnej przestrzeni skrubera, a tym samym wzmaga wytwarzanie pary o ciśnieniu pośrednim. Parę pośrednioprężną (IPS) wytwarza się w typowym wymienniku ciepła na drodze pośredniej wymiany ciepła między kotłową wodą zasilającą (BFW) a szybko schłodzonym, gorącym, nasyconym gazem opałowym. Wymiennik ciepła IPS można umieścić za zbiornikiem do przemywania a przed strefą przemywania surowego gazu opałowego. Alternatywnie, wymiennik ciepła IPS można usytuować za strefą przemywania, jak to uwidoczniono na załączonym rysunku.

Zgodnie z jednym z wykonań wynalazku, gaz opałowy opuszczający podgrzewacz wody przemywającej przechodzi przez wymiennik ciepła, w którym, na zasadzie pośredniej wymiany ciepła z wodą zasilającą, wytwarzana jest para średnioprężna o ciśnieniu bezwzględnym w zakresie około 690 do 1898 kPa, korzystnie od 1035 do 1725 kPa i temperaturze w zakresie około 163°C do 210°C, korzystnie od 181°C do 205°C. Gaz opałowy opuszczający średniociśnieniowy wymiennik ciepła ma temperaturę w zakresie około 149°C do 260°C, korzystnie od 182°C do 221°C i przepływa do zbiornika wyrzutowego w celu wydzielenia z niego kondensatu.

W następnym etapie procesu odbywa się redukcja ciśnienia bezwzględnego gazu opałowego w strefie obniżania ciśnienia, do poziomu około 690 do 15870 kPa, korzystnie od 1380 do 8280 kPa. Obniżenia ciśnienia dokonuje się w celu dostosowania go do ciśnienia roboczego panującego w turbinie spalinowej usytuowanej w dalszej części instalacji. Poza tym, wytwarza się w ten sposób parę o niższym ciśnieniu przed usunięciem gazu kwaśnego. Przedmiotowy proces jest unikalny z tego powodu, że wydajność urządzenia do redukcji ciśnienia zostaje zwiększona przez usytuowanie go w ciągu procesowym przed całkowitym oziębieniem gazu opałowego. W przypadku takiej jego lokalizacji, zasadnicza ilość wody pozostaje w gazie opałowym, co przyczynia się do zwiększenia masy i wydajności mocy mechanicznej w cyklu rozprężania. Umiejscowienie urządzenia do redukcji ciśnienia jest zoptymalizowane dla zwiększenia wydajności. W jednym z wykonań wynalazku, urządzenie do redukcji ciśnienia zawiera zawór redukcyjny, ewentualnie zestawiony szeregowo w stosunku do kryzy. W innym wykonaniu, w strefie obniżania ciśnienia znajduje się przeponowy wymiennik ciepła (podgrzewacz gazu opałowego) oraz turbina rozprężna, w celu obniżenia ciśnienia gazu opałowego w układzie podczas wytwarzania mocy mechanicznej. Gorąca woda, wytwarzana w znajdującej się dalej wytwornicy pary z odzyskiem ciepła (HRSG) w wyniku wymiany ciepła między spalinami z turbiny spalinowej a wodą, wykorzystana zostaje do ogrzania strumienia wytwarzanego gazu opałowego do temperatury takiej, która umożliwia osiągnięcie temperatury w zakresie o ponad 12°C do 38°C powyżej punktu rosy po rozprężeniu gazu opałowego w turbinie rozprężnej.

Temperatura strumienia rozprężonego wytwarzanego gazu opałowego mieści się w zakresie około 121 °C do 427°C, korzystnie od 149°C do 232°C i musi być obniżona do temperatury w zakresie około 4,4°C do 60°C, korzystnie od 38°C do 49°C, zanim gaz opałowy zostanie wprowadzony do strefy odzysku gazu kwaśnego w celu usunięcia jakichkolwiek ilości H₂S i COS. W przedmiotowym procesie stosuje się szereg wymienników ciepła do obniżenia tempera10

174 137 tury strumienia wytwarzanego gazu opałowego i odzyskania poziomu niskotemperaturowego dla nasycenia paliwa i azotu. Ponieważ tak azot, jak i woda stosowane są do zmniejszenia wartości stosunku BTU/SCF paliwa kierowanego do turbiny spalinowej, znajdującej się w dalszej części instalacji, obniżony zostaje w znacznym stopniu poziom nasycenia paliwa, w celu ograniczenia ilości NO_X i wzmożenia wydajności turbiny gazowej. Umożliwia to utrzymanie temperatury na dnie nasycalników na poziomie wystarczająco niskim do tego, aby ogrzewanie dokonywało się na poziomie niskotemperaturowym (to znaczy w niskiej temperaturze). Sekcja odzysku ciepła niskotemperaturowego składa się z około 2 do 7, na przykład z 5, przeponowych wymienników ciepła usytuowanych szeregowo i przepływający przez nie strumień wytwarzanego gazu zostaje w ten sposób oziębiony. Zbiornik wyrzutowy przeznaczony do oddzielania kondensatu wodnego umieszczony jest albo za każdym, albo, co najmniej, za ostatnim wymiennikiem ciepła. Kondensat wodny, który zbiera się w tych zbiornikach wyrzutowych zostaje przepompowany do poprzednio opisanego podgrzewacza wody przemywającej. Chłodziwem dla co najmniej jednego z tych wymienników ciepła jest woda obiegowa o temperaturze w zakresie około 27°C do 149°C, korzystnie od 38°C do 93°C. Wodę obiegową ogrzewa się z wykorzystaniem pośredniej wymiany ciepła, przy użyciu gazu opałowego w wymienniku ciepła. Następnie otrzymaną tak gorącą wodę, o temperaturze w zakresie około 107°C do 204°C, korzystnie od 135°C do 188°C, wprowadza się do nasycalnika azotu, a również do nasycalnika gazu opałowego. Oba nasycalniki znajdują się pod ciśnieniem bezwzględnym w zakresie około 690 do 6900 kPa, korzystnie od 1035 do 3450 kPa. Chłodziwem dla co najmniej jednego z tych przeponowych wymienników ciepła jest kotłowa woda zasilająca o temperaturze w zakresie od około 24°C do 121°C. W ten sposób można wytworzyć niskoprężną parę technologiczną o ciśnieniu bezwzględnym w zakresie około 35 do 1035 kPa, korzystnie od 207 do 345 kPa, w jednym tylko przeponowym wymienniku ciepła. Zgodnie z jednym z wykonań wynalazku, kondensat parowy z turbiny parowej, umieszczonej w dalszej części instalacji, można ponownie podgrzać do temperatury w zakresie około 32°C do 177°C, korzystnie od 38°C do 121°C, w jednym przeponowym wymienniku ciepła, zawrócić do HRSG w celu dalszego ogrzania do temperatury w zakresie 371°C do 982°C, korzystnie od 427°C do 649°C, i osiągnięcia ciśnienia bezwzględnego w zakresie 4140 do 20700 kPa, korzystnie od 8970 do 11730 kPa, a następnie wprowadzić do wielostopniowej turbiny rozprężnej jako płyn roboczy w jednym z tych stopni. Dzięki zastosowaniu powyżej wspomnianych kilku wymienników ciepła, temperaturę strumienia wytwarzanego gazu opałowego po rozprężeniu można obniżyć w następujących etapach : (1) 93°C do 204°C; (2) 93°C do 160°C; (3) 38°C do 149°C; (4) 38°C do 93°C, oraz (5) 27°C do 49°C. Tak więc, w przedmiotowym procesie ciepło wydzielane w wyniku oziębiania napoziomie niskotemperaturowym jest skutecznie wykorzystywane w wielu wymiennikach ciepła, co zapewnia ciepło dla: (1) nasycenia gazu opałowego i N2; (2) wytworzenia pary niskoprężnej potrzebnej do zastosowania w takich miejscach procesu, jak odzysk gazu kwaśnego (AGR) oraz urządzenie do odzysku siarki (SRU) i (3) do ponownego ogrzania ziemnego kondensatu parowego.

Strumień wytwarzanego gazu opałowego można poddać oczyszczaniu w jakimkolwiek odpowiednim układzie typowym, na przykład w strefie odzysku gazu kwaśnego, przy zastosowaniu absorpcji fizycznej lub chemicznej, z udziałem ciekłego rozpuszczalnika, takiego jak, na przykład, zimny metanol, N-metylopirolidon, eter dimetylowy lub glikol polietylenowy, oraz zablokowana lub niezablokowana amina. Gazy kwaśne, takie jak, na przykład, cO₂, H₂S i COS, dobrze rozpuszczają się w metanolu pod wysokim ciśnieniem i w niskiej temperaturze. W przypadku obniżenia ciśnienia i podwyższenia temperatury roztworu bogatego, gazy te łatwo można odpędzić z rozpuszczalnika. H2S i COS można zatężyć z otrzymaniem frakcji nadającej się do zasilania typowego urządzenia Clausa, to znaczy urządzenia do odzysku siarki (SRU), w którym otrzymuje się siarkę elementarną. Patrz: Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, wydanie drugie, tom 19, str. 353, John Wiley, 1969. Dokonuje się tu odniesienia do współprzeniesionego patentu Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4052176. Te pozycje z piśmiennictwa włączone są do niniejszego opisu jako odnośniki.

174 137

Typowego urządzenia do rozdzielania powietrza (ASU) używa się do rozdzielania powietrza na dwa osobne strumienie: zasadniczo czystego tlenu gazowego i azotu gazowego. Część, lub całość, azotu gazowego zostaje nasycona wodą, przegrzana do temperatury w zakresie od około 177°C do 538°C, korzystnie od 260°C do 316°C, z wykorzystaniem energii wody zasilającej kocioł, a następnie wprowadzona do zespołu komory spalania turbiny gazowej razem ze strumieniem gazu opałowego, który został nasycony, a potem przegrzany do podobnej temperatury. Zarówno nasycony gaz opałowy jak i nasycony azot gazowy zostają przegrzane przed spaleniem w celu sprowadzenia do minimum jakiejkolwiek możliwości zerodowania łopatek turbiny w wyniku przenoszenia cieczy. Tak strumień azotu gazowego, jak i strumień gazu opałowego wchodzącego do zespołu komory spalania, zawierają około 1 do 50% obj., na przykład około 5 do 30% obj., H2O. W rezultacie nasycenia azotu gazowego, ilość azotu gazowego potrzebna do zredukowania NO_X zostaje zmniejszona, a wydajność ulega podwyższeniu w rezultacie prowadzenia procesu na poziomie niskotemperaturowym.

Strumień tlenu gazowego z ASU, o temperaturze w zakresie od mniej więcej temperatury otoczenia do około 482°C, wprowadza się do strefy reakcji gazogeneratora z częściowym utlenianiem w jednym przejściu przez palnik typu pierścieniowego. Zgodnie z jednym z wykonań wynalazku, strumień tlenu gazowego wpierw zostaje nasycony wodą w celu wytworzenia strumienia tlenu gazowego o temperaturze w zakresie około 49°C do 260°C, korzystnie od 66°C do 177°C, i zawierającego około 1 do 50% H2O, korzystnie od 5 do 35% obj. H2O. Korzystnie, w przedmiotowym procesie, w przypadku stosowania nasycania tlenu na poziomie niskotemperaturowym, uzyskuje się wzrost wydajności procesu dzięki zwiększeniu ilości wytwarzanej pary pośrednioprężnej. W tych przypadkach, w których gazyfikacja wymaga spowolnienia wzrostu temperatury pary, para zawarta w tlenie z etapu nasycenia zastępuje parę o wyższym ciśnieniu, dzięki czemu uzyskuje się nawet dalszy wzrost wydajności, a to dzięki umożliwieniu wspomnianej, zastąpionej parze o wyższym ciśnieniu, wytwarzania mocy mechanicznej w wysokociśnieniowej sekcji parowego cyklu wytwarzania mocy mechanicznej.

Powietrze zostaje sprężone przy użyciu turbosprężarki napędzanej współosiową turbiną rozprężną. Razem z zespołem komory spalania tworzą one zasadnicze części turbiny gazowej. Sprężone powietrze wchodzi do zespołu komory spalania przy temperaturze w zakresie około 204°C do 454°C i zasadniczo tym samym ciśnieniu co nasycony gaz opałowy i nasycony azot gazowy. Spaliny opuszczają zespół komory spalania z temperaturą w zakresie około 760°C do 1649°C, zazwyczaj około 1260°C do 1315°C, i ciśnieniem bezwżględnym w zakresie około 690 do 6900 kPa lub wyższym, korzystnie w zakresie 1035 do 3450 kPa lub wyższym. Spaliny mają, typowo, następujący skład (w % mol): CO2 4 - 20, H2O 4 - 20, N2 75 - 80 i O2 0 -20. Dzięki wprowadzeniu nasyconego N2 i nasyconego gazu opałowego, stężenie tlenków azotu (NO_X) w spalinach jest zasadniczo bliskie 0, poniżej 50 ppm (obj.) w przeliczeniu na suchy 2% O2. Elektryczność wytwarzana jest przez współosiową prądnicę, napędzaną wspomnianą turbiną rozprężną.

Gorące spaliny opuszczające turbinę rozprężną stanowiącą część turbiny gazowej, o temperaturze w zakresie około 427°C do 816°C i ciśnieniu bezwzględnym w zakresie około 69 do 138 kPa, przechodzą przez typową wytwornicę pary z odzyskiem ciepła (HRSG), po czym zostają odprowadzone do atmosfery przez komin, przy temperaturze w zakresie około 66°C do 232°C. W HRSG wytwarzana jest para wykorzystywana do pracy typowej turbiny parowej, obejmującej wysokoprężną turbinę rozprężną zestawioną posobnie ze współosiową, pośrednią turbiną rozprężną, a także para dla potrzeb procesu. I tak, na przykład, przegrzaną parę wysokoprężną z HRSG, o temperaturze w zakresie około 371 °C do 982°C, korzystnie od 427°C do 649°C, i o ciśnieniu bezwzględnym w zakresie około 4140 do 20700 kPa, korzystnie od 8970 do 11730 kPa, wprowadza się do wysokoprężnej turbiny rozprężnej (HPT). Pośrednioprężna para odlotowa o temperaturze w zakresie około 204°C do 649°C, korzystnie od 260°C do 482°C, i ciśnieniu bezwzględnym w zakresie około 1380 do 5520 kPa, korzystnie od 2070 do 3450, opuszcza HPT i zostaje połączona z parą pośrednioprężną z układu chłodzenia gazu opałowego. Mieszaninę tę przegrzewa się w HRSG i wprowadza do pośrednioprężnej turbiny rozprężnej

17-4 137 (IPT) przy temperaturze w zakresie około 371°C do 982°C, korzystnie od 427°C do 649°C i ciśnieniu bezwzględnym w zakresie około 1380 do 4140 kPa, korzystnie od 2001 do 2691 kPa. Po wytworzeniu, strumień pary średnioprężnej z układu chłodzenia gazu opałowego można przegrzać w HRSG do temperatury w zakresie około 316°C do 816°C, korzystnie od 371°C do 538°C, i ciśnienia bezwzględnego w zakresie około 690 do 1898 kPa, korzystnie od 966 do 1380 kPa, i przepuścić przez jeden stopień pośrednioprężnej turbiny rozprężnej.

Para odlotowa z pośrednioprężnej turbiny rozprężnej zostaje oziębiona, skondensowana, powtórnie ogrzana do temperatury w zakresie od około 32°C do 177°C, korzystnie od 38°C do 121 °C, w wymienniku ciepła znajdującym się w układzie oziębiania gazu opałowego, a następnie pompowana, aż do osiągnięcia ciśnienia bezwzględnego w zakresie około 35 do 1035 kPa, korzystnie od 83 do 518 kPa, i zawrócona do HRSG w celu przetworzenia w przegrzaną parę wysokoprężną, parę pośrednioprężną i parę niskoprężną na drodze pośredniej wymiany ciepła, z udziałem spalin z turbiny gazowej, przechodzącej przez urządzenie. Współosiowe turbiny rozprężne, wysokoprężna i pośrednioprężną, napędzają prądnicę w celu wytworzenia elektryczności.

Korzystnie, w przedmiotowym procesie cyklu parowy jest zoptymalizowany w sposób zapewniający obniżenie ciśnienia wlotowego na drugim stopniu turbiny do takiego poziomu, który umożliwia użycie maksymalnej ilości pary wytworzonej w procesie, to znaczy pary pośrednioprężnej, w zakresie około 1898 do 414 kPa, bezpośrednio w obiegu z międzystopniowym przegrzewem. I rzeczywiście, ciśnienie to obniża się w takim stopniu, jak tylko jest to możliwe bez znaczniejszego obniżenia wydajności cyklu parowego, dzięki czemu uzyskuje się zmaksymalizowanie ilości wytwarzanej pary technologicznej, z przeznaczeniem do wykorzystania w obiegu z międzystopniowym przegrzewem.

, Pełniejsze zrozumienie wynalazku uzyska się przez odniesienie się do załączonego rysunku schematycznego, który przedstawia proces poprzednio szczegółowo opisany. Aczkolwiek rysunek objaśnia korzystny sposób realizacji procesu według niniejszego wynalazku, nie ogranicza on, w zamierzeniu, przedstawionego procesu ciągłego do opisanej konkretnej aparatury lub materiałów.

W odniesieniu do rysunku, wolnoprzepływowy, wyłożony materiałem ogniotrwałym, niekatalityczny gazogenerator 1, jak poprzednio opisano, wyposażony jest w osiowo usytuowany, z kołnierzem pod prąd, otwór wlotowy 2, oraz otwór wylotowy 3 z kołnierzem z prądem. W otworze wlotowym 2 zamontowany jest palnik pierścieniowy 4, jak poprzednio opisano, ze środkowym kanałem 5, zestawiony zgodnie z osią gazogeneratora 1. Znajduje się tu również koncentryczny, współosiowy, pierścieniowy kanał 6.

Dająca się pompować wodna zawiesina węgla, znajdująca się w przewodzie 7 wprowadzana jest przez pierścieniowy kanał 6 palnika 4. Strumień gazu zawierającego wolny tlen, znajdujący się w przewodzie 8, wprowadzany jest środkowym kanałem 5. Oba te strumienie zderzają się ze sobą, rozpylają się i reagują z zajściem częściowego utlenienia w strefie reakcji 9 gazogeneratora 1. Gorący strumień surowego gazu opałowego, zawierającego H2, CO, CO2, H2O, N2, Ar, H2S i COS, przemieszcza się w dół przez zanurzoną rurę 10 i zostaje szybko schłodzony w wodzie zgromadzonej w zbiorniku do szybkiego schładzania 15, znajdującym się w części dennej gazogeneratora 1. Żużel i substancje drobnoziarniste są okresowo usuwane poprzez wylot 3, przewód 16, zawór 17, przewód 18, zbiornik przetrzymujący 19, przewód 20, zawór 21 i przewód 22.

Szybko schłodzony gaz opałowy przepływa przewodem 23 do kolumnowej płuczki gazu 24, w której gaz zostaje oczyszczony od uniesionych cząstek sadzy i substancji drobnoziarnistych przez przemycie gorącą wodą z przewodu 25. Przy użyciu pompy 26, wodę z dna kolumnowej płuczki gazu 24 przepompowuje się poprzez przewody 27 i 28 do zbiornika do szybkiego schładzania 15. Oczyszczony surowy gaz opałowy opuszczający kolumnową płuczkę gazu 24 przewodem 29 oziębia się w wymienniku ciepła 30 na drodze pośredniej, to znaczy bezkontaktowej wymiany ciepła, przy użyciu kotłowej wody zasilającej (BFW). BFW wpływa przewodem 31, a opuszcza przewodem 32, jako para pośrednioprężną, o ciśnieniu bezwzględnym w zakresie około 1898 do 4140 kPa, korzystnie od 2070 do 2760 kPa. Strumień gorącego surowego gazu opałowego, znajdującego się w przewodzie 33, wchodzi do podgrzewacza wody

174 137 przemywającej 37, w którym wchodzi w bezpośredni kontakt, i bezpośrednią wymianę ciepła, z mieszaniną kondensatu i wody uzupełniającej z przewodu 39, pompy 54, przewodu 58 i zbiornika zasobnikowego wody obiegowej 41. Wodę uzupełniającą wprowadza się do układu poprzez przewód 40 i zbiornik zasobnikowy 41. Wodę oczyszczającą, w celu zapobieżenia narastaniu zanieczyszczeń w układzie, usuwa się okresowo przewodem 36. Kondensat z dna naczyń wyrzutowych, umieszczonych w niskoprężnej części ogrzewczej układu, przechodzi do zbiornika zasobnikowego kondensatu 41. W ten sposób, w podgrzewaczu 37 wytwarza się gorącą wodę przemywającą, podczas gdy równocześnie strumień gazu opałowego zostaje oziębiony i poddany ostatecznemu oczyszczaniu. Przy użyciu pompy 43, gorącą wodę przemywającą przepompowuje się z dna podgrzewacza 37 przewodami 44, 48 i 25 do kolumnowej płuczki gazu 24.

Przy zamkniętym zaworze 45 na przewodzie 46 i przy otwartym zaworze 47 na przewodzie 50, oczyszczony surowy gaz opałowy opuszczający podgrzewacz wody przemywającej 37 przechodzi przewodem 49, 50 i 51 do zbiornika wyrzutowego 53. Kondensat z dna garnka wyrzutowego 53 zostaje przepompowany, przy użyciu pompy 43, przewodami 55, 48 i 25 do kolumnowej płuczki gazu 24.

Zgodnie z jednym z wykonań wynalazku, przy zamkniętym zaworze 47 i otwartym zaworze 45, oczyszczony gaz opałowy znajdujący się w przewodzie 46 przechodzi przewodem 57 i poprzez wymiennik ciepła 60. BFW wpływa do wymiennika ciepła 60 przewodem 61, a opuszcza go przewodem 62 jako para średnioprężna o ciśnieniu bezwzględnym w zakresie około 690 do 1898 kPa, korzystnie od 1035 do 1380 kPa. Oziębiony gaz opałowy opuszcza wymiennik ciepła przewodem 52 i wchodzi do garnka wyrzutowego 53.

Przy zamkniętym zaworze 64 na przewodzie 65 i otwartym zaworze redukcyjnym 66 na przewodzie 67, gaz opałowy znajdujący się w przewodzie 68 przemieszcza się dalej przewodami 67,69, ewentualnie poprzez kryzę 70, przewodami 71 i 72 oraz poprzez wymiennik ciepła 73. Tym sposobem można obniżyć ciśnienie gazu opałowego za zaworem 66 i/lub kryzą 70, do poziomu odpowiedniego z punktu widzenia późniejszego spalenia oczyszczonego, nasyconego gazu opałowego w zespole komory spalania 75 turbiny gazowej umieszczonej dalej i obejmującej zespół komory spalania 75 oraz turbinę rozprężną 76. Sprężarka powietrzna 77, przeznaczona do sprężania powietrza z przewodu 78, umieszczona jest na tej samej osi 79 co turbina rozprężna 76. Prądnica 80 napędzana jest wałem osiowym 81, stanowiącym przedłużenie osi79.

Alternatywnie, ciśnienie niższe gazu opałowego można zmniejszyć przy użyciu turbiny rozprężnej 88. W takim przypadku, przy zamkniętym zaworze 66 i otwartym zaworze 64, gaz opałowy znajdujący się w przewodzie 65 przechodzi przez przewód 85, podgrzewacz 86, przewód 87 i turbinę rozprężną 88.

Dodatkową ilość ciepła na poziomie niskotemperaturowym usuwa się ze strumienia gazu opałowego w przewodzie 72 za pomocą przepuszczenia gazu opałowego przez kilka, to znaczy 2 do 7, na przykład przez 5, przeponowych wymienników ciepła zestawionych szeregowo. W ten sposób, temperatura gazu opałowego zostaje obniżona stopniowo. Za każdym, a co najmniej za ostatnim, wymiennikiem ciepła znajduje się zbiornik wyrzutowy przeznaczony do oddzielania kondensatu tworzącego się w gazie opałowym w wyniku jego oziębienia poniżej punktu rosy. Gaz opałowy jest zdolny utrzymywać wodę w coraz to mniejszej ilości w miarę przemieszczania się przez kolejne ochładzacze gazu i w ten sposób dochodzi do stopniowego obniżenia jego temperatury. Chłodziwem może być w tym przypadku BFW lub strumień wody obiegowej. I tak, na przykład, gaz opałowy w przewodzie 72 przechodzi kolejno przez wymiennik ciepła 73, przewód 92, zbiornik wyrzutowy 93, przewód 94, wymiennik ciepła 95, przewód 96, zbiornik wyrzutowy 97, przewód 98, wymiennik ciepła 99, przewód 1θ0, zbiornik wyrzutowy 101, przewód 102, podgrzewacz kondensatu parowego 103, przewód 104, zbiornik wyrzutowy 105, przewód 106, wymiennik ciepła 107, przewód 108, zbiornik wyrzutowy 109 i przewód 110. Temperatura gazu opałowego w przewodzie 110 jest odpowiednia z punktu widzenia dalszej obróbki tego gazu w typowym etapie usuwania gazu kwaśnego (AGR), odbywającym się w 111. Gaz odlotowy, to znaczy H2S i COS, przechodzi przewodem 112 do urządzenia, w którym odzyskuje się siarkę 113. Wydzieloną siarkę usuwa się przewodem 114. Oczyszczony gaz opałowy w przewodzie 115 przechodzi do nasycalnika 116. Kondensaty z dna naczyń wyrzuto14

174 137 wych 93, 97, 101, 105 i 109, spływają przewodami, odpowiednio, 122, 123, 124, 125 i 126, a także przewodami 127, 128, 129. 130 i 131 do zbiornika zasobnikowego kondensatu 41.

Gaz opałowy przechodzący przez wymienniki 73 i 99 zostaje oziębiony dzięki zastosowaniu pętli wody obiegowej. Poczynając od pompy 135, zimna woda jest pompowana poprzez przewody 136, 137, wymiennik ciepła 99, przewód 138, wymiennik ciepła 73, przewody 139, 140, nasycalnik 116 i przewody 142 i 143. Strumień gazu opałowego nasyconego wodą przechodzi przewodem 144 do wymiennika ciepła 145, w którym zostaje on przegrzany, a następnie przewodem 146 do zespołu komory spalania 75 turbiny gazowej. Zimna woda, która w ten sposób została ogrzana, znajdująca się w przewodzie 139, zostaje podzielona: jedna część przechodzi przewodem 131 do przewodu 132 i nasycalnika azotu gazowego 133. Przy użyciu pompy 149, zimna woda, znajdująca się na dnie nasycalnika 133 przekazywana jest przewodami 150, 151, 152 i 137 do wymiennika ciepła 99. Wodę uzupełniającą wprowadza się do układu wody obiegowej przewodem 153.

Powietrze w przewodzie 155 zostaje rozdzielone w typowym urządzeniu do rozdzielania powietrza (ASU) 156 na strumień azotu odlotowego w przewodzie 154, strumień azotu gazowego w przewodzie 157 i na strumień tlenu gazowego w przewodzie 160. Strumień azotu gazowego w przewodzie 157 zostaje nasycony wodą w nasycalniku 133. Stmmień azotu nasyconego przepływa przewodem 158 i zostaje przegrzany w przeponowym wymienniku ciepła 159, a następnie, przewodem 174, wprowadzony do zespołu komory spalania 75 turbiny gazowej. Strumień zasadniczo czystego tlenu gazowego opuszcza ASU 156 przewodem 160. Przy zamkniętym zaworze 161 na przewodzie 162 i otwartym zaworze 163 na przewodzie 164, strumień tlenu przepływa przewodem 165 i 8 do środkowego kanału 5 palnika 4. Alternatywnie, strumień tlenu w przewodzie 160 można nasycić wodą i dopiero potem wprowadzić do gazogeneratora 1. W takim przypadku, zawór 163 jest zamknięty, a zawór 161 jest otwarty. Strumień tlenu gazowego przepływa przewodami 162 i 166 do nasycalnika tlenu gazowego 167. Strumień nasyconego wodą tlenu gazowego przepuszcza się następnie przewodami 166 i 8 do środkowego kanału 5 palnika 4. Uzupełniająca kotłowa woda zasilająca w przewodzie 169 przechodzi poprzez przewód 170 do przeponowego wymiennika ciepła 171, w którym zostaje ogrzana wodą obiegową 139, a następnie przepływa przewodem 172 do nasycalnika tlenu gazowego 167. Przy użyciu pompy 173, BFW zostaje zawrócona do obiegu do nasycalnika 167 przewodami 174, 170 i 172.

Korzystnie, jeden ze sposobów realizacji przedmiotowego procesu obejmuje cykl parowy, przewidziany do wytwarzania mocy mechanicznej. Tak więc, energia czerpana jest z gorących spalin opuszczających turbinę 76 przewodem 180 i przechodzących poprzez wytwornicę pary z odzyskiem ciepła (HRSG) 181. I tak, na przykład, parę opuszczającą wymiennik ciepła 30 przewodem 32 o pośrednim ciśnieniu (IP) w zakresie około 1898 do 4140 kPa, takim jak około 2070 do 2760 kPa, miesza się z parą odlotową IP z turbiny wysokoprężnej 211. Mieszanina pary IP przechodzi przewodem 182 do HRSG 181 i zostaje przegrzana do temperatury w zakresie 371°C do 982°C, takiej jak około 427°C do 649°C, za pomocą przepuszczenia przez przeponowy wymiennik ciepła z udziałem gorących spalin z przewodu 180. Przegrzaną parę IP przepuszcza się poprzez przewód 189 do pośrednioprężnej turbiny rozprężnej jako co najmniej część płynu roboczego. Oziębione spaliny opuszczające HRSG 181 mogą przejść poprzez komin 183. Parę wysokoprężną, która została wytworzona w HRSG z podgrzanego kondensatu parowego, przepuszcza się przewodem 184 do wysokoprężnej turbiny rozprężnej jako płyn roboczy.

Zgodnie zjednym z wykonań wynalazku, dodatkową parę średnioprężną w przewodzie 62, z przeponowego wymiennika ciepła 60, o średnim ciśnieniu bezwzględnym w zakresie około 690 do 1898 kPa, korzystnie od 1035 do 1380 kPa, przepuszcza się przewodem 186 do HRSG 181 i przegrzewa do temperatury w zakresie około 316°C do 816°C, korzystnie od 371°C do 538°C, za pomocą przepuszczenia przez przeponowy wymiennik ciepła z wykorzystaniem gorących spalin z przewodu 180. Para średnioprężna przechodzi poprzez przewód 187 do innego stopnia turbiny rozprężnej 185, jako płyn roboczy.

174 137

Współosiowe turbiny rozprężne 211 i 185 napędzają prądnicę 195 osią 196. Para odlotowa w przewodzie 197 zostaje ochłodzona i skondensowana w chłodnicy 198 na drodze wymiany ciepła z zimną wodą, która wchodzi przewodem 199 i uchodzi przewodem 200. Skondensowana kotłowa woda zasilająca w przewodzie 201 zostaje podgrzana w wymienniku ciepła na drodze pośredniej wymiany ciepła z surowym gazem opałowym z przewodu 102. W jednym z wykonań wynalazku, podgrzaną kotłową wodę zasilającą w przewodzie 202 ogrzewa się za pomocą stopniowego przepuszczania przez HRSG 181 razem z parą niskoprężną wydzieloną w pośrednich etapach odwadniania, z wytworzeniem pary wysokoprężnej o temperaturze w zakresie około 37ł°C do 982°C, korzystnie od 427°C do 649°C, i o ciśnieniu bezwzględnym w zakresie około 4140 do 20700 kPa, korzystnie od 8970 do 11730 kPa. W takim przypadku, para wysokoprężna zostaje przegrzana w HRSG 181 i przepuszczona przewodem 184 do turbiny rozprężnej 211 jako płyn roboczy. Turbina rozprężna HP 211 jest sprzężona z turbiną rozprężną IP 185 wspólną osią 213.

Aczkolwiek można dokonywać modyfikacji i zmian niniejszego wynalazku bez odchodzenia od jego istoty i zakresu, to jednak obowiązywać będą jedynie te ograniczenia, na które wskazują załączone zastrzeżenia.

Claims

1. Proces częściowego utleniania, znamienny tym, że: (1) poddaje się paliwo węglowodorowe reakcji częściowego utleniania z udziałem gazu zawierającego wolny tlen w strefie reakcji częściowego utleniania, w wyniku czego otrzymuje się strumień gazu opałowego, oziębia się wspomniany gaz opałowy przy użyciu wody do szybkiego schładzania, w wyniku czego otrzymuje się strumień szybko schłodzonego nasyconego gazu opałowego o temperaturze w zakresie około 177°C do 316°C i o ciśnieniu bezwzględnym w zakresie około 3450 do 17250 kPa, oziębia się- wspomniany szybko schłodzony nasycony gaz opałowy na drodze pośredniej wymiany ciepła z kotłową wodą zasilającą, w wyniku czego temperatura wspomnianego szybko schłodzonego gazu opałowego obniża się do temperatury w zakresie około 210°C do 288°C, przy jednoczesnym przetworzeniu wspomnianej kotłowej wody zasilającej w parę, o pośrednim ciśnieniu bezwzględnym w zakresie około 1898 do 4140 kPa, i oczyszcza wspomniany, szybko schłodzony gaz opałowy przy użyciu podgrzanej wody przemywającej z etapu (2); (2) podgrzewa się wodę przemywającą zawierającą kondensat i wodę uzupełniającą do temperatury w zakresie około 191°C do 288°C na drodze bezpośredniej wymiany ciepła w urządzeniu do bezpośredniego kontaktowania gazu z wodą, przy użyciu oziębionego, szybko schłodzonego, nasyconego gazu opałowego opuszczającego etap (1), w wyniku czego temperatura wspomnianego oziębionego szybko schłodzonego nasyconego gazu opałowego obniża się do temperatury w zakresie około 149°C do 282°C, i oddziela się kondensat wodny od wspomnianego oziębionego gazu opałowego; (3) obniża się ciśnienie wspomnianego oziębionego gazu opałowego z etapu (2) do poziomu około 690 do 15870 kPa, po czym w dalszym ciągu oziębia się wspomniany gaz opałowy do temperatury w zakresie około 4,4°C do 60°C na drodze pośredniej wymiany ciepła z zimną wodą, w wyniku czego wydziela się wodę, przez kondensację, ze wspomnianego strumienia oziębionego gazu opałowego, przy jednoczesnym ogrzaniu wspomnianej zimnej wody z wytworzeniem wody ogrzanej o temperaturze w zakresie około 107°C do 204°C, i wprowadza się wodę usuniętą przez kondensację w etapach (2) i (3), do wspomnianego urządzenia do bezpośredniego kontaktowania gazu z wodą w etapie (2), gdzie zostaje ona ogrzana z przeznaczeniem do użycia jako wody przemywającej; (4) oczyszcza się strumień oziębionego gazu opałowego z etapu (3); (5) nasyca się strumień azotu gazowego i strumień oczyszczonego gazu opałowego z etapu (4) przy użyciu wspomnianej ogrzanej wody z etapu (3);

(6) dokonuje się przegrzania nasyconych strumieni gazu opałowego i azotu gazowego z etapu (5) do temperatury w zakresie około 177°C do 538°C i wprowadza się strumienie wspomnianego przegrzanego gazu opałowego i azotu gazowego do zespołu komory spalania turbiny gazowej;

(7) przeprowadza się spalenie wspomnianego nasyconego gazu opałowego przy użyciu gazu zawierającego wolny tlen we wspomnianym zespole komory spalania, w temperaturze w zakresie około 1204°C do 1427°C i pod ciśnieniem w zakresie około 690 do 6900 kPa, w turbinie gazowej, w wyniku czego otrzymuje się spaliny o obniżonej zawartości NOx, oraz (8) przepuszcza się wspomniane spaliny przez turbinę rozprężną w celu wytworzenia mocy mechanicznej ze zwiększoną wydajnością,

2. Proces według zastrz. 1, znamienny tym, że co najmniej część wody przemywającej ze strefy przemywania wspomnianego gazu wprowadza się do strefy szybkiego schładzania wspomnianego gazu.

3. Proces według zastrz. 1, znamienny tym, że w etapie (3) obniża się ciśnienie wspomnianego oziębionego gazu przy użyciu urządzenia do redukcji ciśnienia.

4. Proces według zastrz. 3, znamienny tym, że wspomniane urządzenie do redukcji ciśnienia jest wybrane z grupy obejmującej zawór, kryzę i turbinę rozprężną.

174 m

5. Proces według zastrz. 1, znamienny tym, że w etapie (3) wspomniany gaz opałowy oziębia się w sposób stopniowy w szeregu przeponowych wymienników ciepła.

6. Proces według zastrz. 5, znamienny tym, że jako chłodziwo we wspomnianych wymiennikach ciepła stosuje się wodę obiegową i/lub kotłową wodę zasilającą.

7. Proces według zastrz. 1, znamienny tym, że obejmuje etap nasycania wodą wspomnianego gazu zawierającego wolny tlen przed wprowadzeniem wspomnianego gazu zawierającego wolny tlen do wspomnianej strefy reakcji częściowego utleniania.

8. Proces według zastrz. 1, znamienny tym, że obejmuje etap rozdzielania powietrza, w typowym urządzeniu do rozdzielania powietrza, na strumień tlenu gazowego i strumień azotu gazowego, wprowadzania wspomnianego strumienia tlenu gazowego do wspomnianej strefy reakcji częściowego utleniania jako wspomnianego gazu zawierającego wolny tlen, i nasycania wspomnianego strumienia azotu gazowego z przeznaczeniem do zastosowania w etapie (5).

9. Proces według zastrz. 1, znamienny tym, że obejmuje etap skierowania wspomnianych spalin z etapu (8), poprzez wytwornicę pary z odzyskiem ciepła, do pośredniej wymiany ciepła ze wspomnianą parą pośrednioprężną z etapu (1), z uzyskaniem w ten sposób przegrzania wspomnianej pary pośrednioprężnej i przepuszczenia wspomnianej przegrzanej pary pośrednioprężnej przez turbinę rozprężną, jako co najmniej części płynu roboczego.

10. Proces według zastrz. 1, znamienny tym, że jako wspomniane paliwo węglowodorowe stosuje się paliwo wybrane z grupy obejmującej ciekłe i/lub gazowe paliwa węglowodorowe oraz dającą się pompować zawiesinę stałego paliwa węglowego.

11. Proces według zastrz. 10, znamienny tym, że jako wspomnianą dającą się pompować zawiesinę stałego paliwa węglowego stosuje się zawiesinę paliwa wybranego z grupy obejmującej węgiel, miał węglowy, koks naftowy, zatężony szlam kanalizacyjny i ich mieszaniny, w dającym się odparować ciekłym nośniku, takim jak woda, ciekły CO₂, ciekłe paliwo węglowodorowe i ich mieszaniny.

12. Proces według zastrz. 10, znamienny tym, że jako wspomniane paliwo węglowodorowe stosuje się paliwo wybrane z grupy obejmującej skroplony gaz ziemny, produkty destylacji ropy naftowej i otrzymane przy tym pozostałości, benzynę, benzynę ciężką, naftę, ropę naftową, asfalt, olej napędowy, olej asfaltowy, olej bitumiczny i olej łupkowy, oleje węglopochodne, węglowodory aromatyczne (takie jak benzen, toluen, frakcje ksylenu), smołę węglową, obiegowy olej gazowy pochodzący z operacji fluidalnego krakowania katalitycznego, ekstrakt furfuralowy oleju koksowniczego, oraz ich mieszaniny.

13. Proces według zastrz. 10, znamienny tym, że jako wspomniane gazowe paliwo węglowodorowe stosuje się paliwo wybrane z grupy obejmującej odparowany ciekły gaz ziemny, rafineryjny gaz odlotowy, gazy Ci-C₄-węglowodorowe i zawierające węgiel gazy odpadowe z procesów chemicznych.

14. Proces według zastrz. 1, znamienny tym, że obejmuje etap oczyszczania strumienia szybko schłodzonego nasyconego gazu opałowego jednocześnie z podgrzaniem wspomnianej wody przeczyszczającej w etapie (2).

15. Proces częściowego utleniania w celu wytworzenia mocy mechanicznej, znamienny tym, że: (1) poddaje się paliwo węglowodorowe reakcji z gazem zawierającym wolny tlen na drodze częściowego utlenienia, z wytworzeniem strumienia gazu opałowego, oziębia się wspomniany gaz opałowy za pomocą szybkiego schłodzenia w wodzie z otrzymaniem strumienia szybko schłodzonego nasyconego gazu opałowego o temperaturze w zakresie około 177°C do 316°C i o ciśnieniu w zakresie około 3450 do 17250 kPa, oziębia się wspomniany szybko schłodzony gaz opałowy na drodze pośredniej wymiany z kotłową wodą zasilającą, w wyniku czego temperatura wspomnianego szybko schłodzonego gazu opałowego obniża się do poziomu około 210°C do 288°C, przy jednoczesnym przetworzeniu wspomnianej kotłowej wody zasilającej w parę o pośrednim ciśnieniu bezwzględnym w zakresie około 1898 do 4140 kPa i oczyszcza się wspomniany szybko schłodzony, nasycony gaz opałowy przy użyciu podgrzanej wody przemywającej z etapu (2) przed wspomnianym oziębieniem, albo po nim; (2) podgrzewa się wodę przemywającą, zawierającą kondensat technologiczny i wodę uzupełniającą, do temperatury w zakresie około 191°C do 288°C na drodze pośredniej wymiany ciepła w urządzeniu

174 137 do bezpośredniego kontaktowania gazu z wodą z oziębionym, szybko schłodzonym nasyconym gazem opałowym opuszczającym etap (1), w wyniku czego temperatura wspomnianego oziębionego, szybko schłodzonego nasyconego paliwa gazowego obniża się do temperatury w zakresie od około 149°C do 282°C, i.oddziela się kondensat wodny od wspomnianego oziębionego gazu opałowego; (3) obniża ·się. temperaturę nasyconego gazu opałowego z etapu (2) do temperatury w zakresie około 149°C do 260°C na drodze pośredniej wymiany ciepła z wodą zasilającą kocioł, w wyniku czego wytwarza się parę średnioprężną o ciśnieniu w zakresie około 690 do 1898 kPa i oddziela się kondensat wodny od wspomnianego strumienia oziębionego gazu opałowego; (4) ogrzewa się strumień oziębionego gazu opałowego z etapu (3) do temperatury w zakresie powyżej temperatury 12°C do 38°C powyżej punktu rosy po etapie rozprężenia (5); (5) obniża się ciśneenie stmmeenia gazu) opałowego z (4) do poziomu około 690 do 15870 kPa przy użyciu turbiny rozprężnej; (6) oziębia się strumień gazu opałowego z etapu (5) do temperatury w zakresie około 4,4°C do 60°C na drodze pośredniej wymiany ciepła z zimną wodą, w wyniku czego wydziela się wodę, przez kondensację, ze strumienia oziębionego gazu opałowego, z jednoczesnym ogrzaniem wspomnianej zimnej wody i otrzymaniem wody ogrzanej o temperaturze w zakresie około 107°C do 204°C, i wprowadza się wspomniany kondensat wodny i kondensat wodny z etapu (2) i (3) do wspomnianego urządzenia do bezpośredniego kontaktowania gazu z wodą w etapie (2), gdzie zostają one ogrzane z przeznaczeniem do zastosowania jako wody przemywającej gaz; (7) oczyszcza się strumień oziębionego gazu opałowego z etapu (6); (8) nasyca się strumień azotu gazowego i strumień oczyszczonego gazu opałowego z etapu (7) wspomnianą wodą ogrzaną z etapu (6); (9) dokonuje się przegrzania nasyconych strumieni gazu opałowego i azotu gazowego z etapu (8) do temperatury w zakresie około l77°C do 538°C, i wprowadza się wspomniane przegrzane strumienie gazu opałowego i azotu gazowego do zespołu komory spalania turbiny gazowej; (10) przeprowadza się spalenie wspomnianego nasyconego gazu opałowego przy użyciu gazu zawierającego wolny tlen we wspomnianym zespole komory spalania w temperaturze w zakresie około 1204°C do 1427°C i pod ciśnieniem w zakresie około 690 do 6900 kPa w turbinie gazowej, z wytworzeniem spalin o obniżonee zawartości NO_X, oraz (111 przzpuszcca się wspomniane spallny przez turł^innę rozprężną w celu wytworzenia mocy mechanicznej ze zwiększoną wydajnością.

16. Proces według zastrz. 15, znamienny tym, że nasyca się wspomniany gaz zawierający wolny tlen wodą przed wprowadzeniem wspomnianego gazu zawierającego wolny tlen do wspomnianej strefy reakcji częściowego utleniania.

17. Proces według zastrz. 15, znamienny tym, że obejmuje etap rozdzielania powietrza w typowym urządzeniu do rozdzielania powietrza na strumień tlenu gazowego i strumień azotu gazowego, wprowadzania wspomnianego strumienia tlenu gazowego do wspomnianej strefy reakcji częściowego utleniania jako gazu zawierającego wolny tlen, i nasycania wspomnianego strumienia azotu gazowego z przeznaczeniem do zastosowania w etapie (8).

18. Proces według zastrz. 15, znamienny tym, że obejmuje etap kierowania wspomnianych spalin z etapu (11), poprzez wytwornicę pary z odzyskiem ciepła, do pośredniej wymiany ciepła ze wspomnianą parą pośrednioprężną z etapu (1), w wyniku czego dochodzi do przegrzania wspomnianej pary pośrednioprężnej, i przepuszczenia wspomnianej przegrzanej pary pośrednioprężnej przez turbinę rozprężną jako co najmniej części płynu roboczego.

19. Proces według zastrz. 15, znamienny tym, że obejmuje etapy powtórnego ogrzania kondensatu parowego pochodzącego z pośrednioprężnej turbiny rozprężnej na drodze pośredniej wymiany ciepła ze strumieniem gazu opałowego w etapie (6); ogrzewania, odwadniania i przegrzewania powtórnie ogrzanego kondensatu parowego z wytworzeniem pary wysokoprężnej; rozprężania wspomnianej pary wysokoprężnej w turbinie z wytworzeniem mocy mechanicznej i pary pośrednioprężnej; przegrzania wspomnianej pary pośrednioprężnej; rozprężenia wspomnianej przegrzanej pary pośrednioprężnej w turbinie pośredniej z wytworzeniem mocy mechanicznej i skondensowanie pary odlotowej pochodzącej ze wspomnianej turbiny pośredniej.