PT100857B

PT100857B - APPROPRIATE PROCESS AND INSTALLATION FOR CLEAN ENERGY PRODUCTION

Info

Publication number: PT100857B
Application number: PT10085792A
Authority: PT
Inventors: John Griffiths
Original assignee: H & G Process Contracting
Priority date: 1992-09-10
Filing date: 1992-09-10
Publication date: 1999-11-30
Also published as: PT100857A

Abstract

A process and an installation using the integrated gasification combined cycle (IGCC), in which it is possible to obtain an improvement in the overall thermodynamic efficiency through the increase in the proportion of power generated by gas turbines 24 compared with that generated by steam turbines 25. This is achieved by the installation of an exothermic catalytic reactor 5 downstream of the gas generator 1 in order to promote pre-heating of the combustible gas of the gas turbine which is supplemented by the addition of a non-combustible gas. <IMAGE>

Description

DESCRIÇÃODESCRIPTION

Âmbito TécnicoTechnical Scope

A presente invenção refere-se a um processo de ciclo combinado com gasificação integrada (IGCC). Mais especificamente, a presente invenção refere-se a um processo IGCC com um maior rendimento termodinâmico global consistindo no aumento da proporção de energia produzida por uma turbina a gás em relação ao produzido por turbinas a vapor. Isto é conseguido colocando um reactor catalítico exotérmico a juzante da fase de gasificação para préaquecer o gás combustível da turbina a gás que é suplementado com a admissão de gás não combustível.The present invention relates to a combined cycle process with integrated gasification (IGCC). More specifically, the present invention relates to an IGCC process with a higher overall thermodynamic performance consisting of increasing the proportion of energy produced by a gas turbine compared to that produced by steam turbines. This is achieved by placing an exothermic catalytic reactor downstream of the gasification phase to preheat the fuel gas in the gas turbine which is supplemented with the admission of non-combustible gas.

Antecedentes da InvençãoBackground of the Invention

As centrais de Ciclo Combinado com Gasificação integrada (IGCC) produzem energia em turbina(s) a gás e turbina(s) a vapor em que o vapor para a(s) turbina(s) a vapor é produzido pelo calor contido no gás efluente da(s) turbina(s) a gás e, opcionalmente, calor residual da fase de gasificação. Opcionalmente, pode ser ainda produzida mais energia num expansor de gás combustível situado entre a fase de gasificação e a turbina a gás.Combined Cycle and Integrated Gasification (IGCC) plants produce energy in a gas turbine (s) and steam turbine (s) in which the steam for the steam turbine (s) is produced by the heat contained in the effluent gas gas turbine (s) and, optionally, residual heat from the gasification phase. Optionally, more energy can be produced in a fuel gas expander located between the gasification phase and the gas turbine.

Os rendimentos termodinâmicos das turbinas a gás são geralmente superiores aos das turbinas a vapor sejam estas do tipo de contra-pressão ou do tipo condensação. Assim quanto maior for a proporção da energia de IGCC produzida pelas turbinas a gás em relação à energia produzida pelas turbinas a vapor, maior é o rendimento termodinâmico global do processo de IGCC.The thermodynamic performance of gas turbines is generally higher than that of steam turbines, whether of the counter pressure type or the condensation type. Thus, the greater the proportion of IGCC energy produced by gas turbines in relation to energy produced by steam turbines, the greater the overall thermodynamic performance of the IGCC process.

Se a energia produzida pela(s) turbina(s) a gás for Pg e a energia produzida pela(s) turbina(s) a vapor for Ps então quanto maior for o valor de Pg/Ps, maior é o rendimento do processo de IGCC para a energia total especificada (Pg+Ps).If the energy produced by the gas turbine (s) is Pg and the energy produced by the steam turbine (s) is Ps then the higher the Pg / Ps value, the greater the efficiency of the IGCC for the total specified energy (Pg + Ps).

As duas fontes principais de calor a partir das quais pode ser produzido calor são o calor residual da fase de gasificação e os gases efluentes da turbina a gás. Quanto mais eficiente for a fase de gasificação, isto é, quanto menor for a quantidade de energia convertida em calor para efectuar a gasificação, menor é a quantidade de calor disponível da fase de gasificação para a produção de vapor. Quanto maior for o rendimento da turbina a gás, isto é, quanto maior for a proporção de energia no gás combustível convertido em energia bruta no veio, menor é o calor disponível nos gases efluentes para a produção de vapor.The two main sources of heat from which heat can be generated are the residual heat from the gasification phase and the effluent gases from the gas turbine. The more efficient the gasification phase, that is, the smaller the amount of energy converted into heat to effect gasification, the less heat is available from the gasification phase for the production of steam. The greater the efficiency of the gas turbine, that is, the greater the proportion of energy in the fuel gas converted to raw energy in the shaft, the lower the heat available in the effluent gases for the production of steam.

Para um maior rendimento termodinâmico de IGCC, os rendimentos da gasificação e da turbina a gás devem ser de preferência tão elevados quanto possível. Além disso, para elevados valores do rendimento da gasificação e da turbina a gás, um aumento na proporção da energia de IGCC total produzida na turbina a gás torna-se mais significativo no aumento do rendimento termodinâmico global do IGCC.For higher IGCC thermodynamic performance, the gasification and gas turbine yields should preferably be as high as possible. In addition, for high values of gasification and gas turbine efficiency, an increase in the proportion of total IGCC energy produced in the gas turbine becomes more significant in increasing the overall thermodynamic performance of the IGCC.

A presente invenção aumenta o rendimento de IGCC por aumento do calor sensível contido no gás da turbina a gás aumentando assim a proporção de energia de IGCC produzida na turbina a gás.The present invention increases the IGCC yield by increasing the sensitive heat contained in the gas of the gas turbine thereby increasing the proportion of IGCC energy produced in the gas turbine.

É bem conhecido dos especialistas o facto de a utilização do combustível para a turbina a gás, de preferência suplementado com um veículo calorífico de tipo gás não combustível, para transportar o calor residual para a turbina a gás, aumentar o rendimento da turbina a gás. Esse veículo calorífico não combustível pode ser um gás como por exemplo o azoto ou o dióxido de carbono, ou vapor de água quer evaporado no gás combustível num dispositivo de saturação quer injectado directamente sob a forma de ϊIt is well known to those skilled in the art that the use of fuel for the gas turbine, preferably supplemented with a non-combustible gas type calorific vehicle, to transport the residual heat to the gas turbine, increase the efficiency of the gas turbine. That non-combustible calorific vehicle can be a gas such as nitrogen or carbon dioxide, or water vapor either evaporated into the combustible gas in a saturation device or injected directly in the form of ϊ

vapor. 0 gás não combustível adicional permite que a mistura de gás combustível e de gás não combustível contenha maior calor sensível a uma dada temperatura e assim transporte mais calor residual para a turbina a gás para aumentar o rendimento. 0 gás não combustível também proporciona outros benefícios como por exemplo uma diminuição da temperatura da chama e assim uma diminuição na formação de Ν0_χ e uma redução na quantidade de ar de refrigeração necessária para o expansor da turbina a gás.steam. The additional non-combustible gas allows the mixture of combustible gas and non-combustible gas to contain greater heat sensitive to a given temperature and thus transport more residual heat to the gas turbine to increase efficiency. The non-combustible gas also provides other benefits such as a decrease in the flame temperature and thus a decrease in the formation of Ν0 _χ and a reduction in the amount of cooling air required for the gas turbine expander.

A adição de azoto para aumentar o rendimento termodinâmico de IGCC é discutida num artigo entitulado Air separation integration for GCC Plants da Union Carbide, General Electric e Texaco apresentado na 10^aConferência de Gasificação do EPRI realizada em Outubro de 1991.The addition of nitrogen to increase IGCC thermodynamic efficiency is discussed in a paper entitled Air separation integration for GCC Plants from Union Carbide, General Electric and Texaco at 10 presented ^to EPRI Gasification Conference held October 1991.

Pedido de Patente Europeia 90301974.3 publicado com o número No 034781 refere a utilização de uma queda deliberada de pressão de gás combustível para ajudar a adição de vapor de água não combustível ao combustível gasoso num saturador.European Patent Application 90301974.3 published under number 034781 refers to the use of a deliberate drop in fuel gas pressure to assist the addition of non-combustible water vapor to gaseous fuel in a saturator.

Contudo, estes processos utilizam principalmente calor residual do gasificador para pré-aquecer uma mistura de um gás combustível e de gás não combustível antes de a fazer passar na turbina a gás.However, these processes mainly use residual heat from the gasifier to preheat a mixture of a combustible gas and a non-combustible gas before passing it through the gas turbine.

Resumo da InvençãoSummary of the Invention

É proporcionado de acordo com a presente invenção um processo para a produção de energia a partir de um combustível carbonífero, que compreende oxidar-se parcialmente o combustível com oxigénio ou com um gás contendo oxigénio para se obter um gás contendo monóxido de carbono a uma pressão supra-atmosférica; a juzante da fase de oxidação arrefecer-se directamente o referido gás com água aumentando assim o teor de vapor do gás; e em seguida submeter-se o gás a uma reacção de deslocação de monóxido de carbono em que o vapor é convertido em hidrogénio e pelo menos parte do monóxido de carbono é convertido em dióxido de carbono com uma consequente libertação de calor, em que pelo menos parte do calor de deslocação libertado é utilizado para reaquecer o gás que sofreu a deslocação após ele ter sido arrefecido e feito passar numa fase de redução de enxofre e em seguida adicionar-se um gás não combustível ao gás que sofreu a deslocação, e depois efectuar-se de forma essencialmente completa a combustão de uma grande parte da mistura de gás não combustível e de gás reduzido em enxofre que sofreu a deslocação com oxigénio adicional ou com um gás contendo oxigénio para produzir energia.A process for producing energy from a carbonaceous fuel is provided according to the present invention, which comprises partially oxidizing the fuel with oxygen or an oxygen-containing gas to obtain a gas containing carbon monoxide at a pressure supra-atmospheric; downstream of the oxidation phase, the said gas is directly cooled with water, thereby increasing the vapor content of the gas; and then subject the gas to a carbon monoxide displacement reaction in which the vapor is converted to hydrogen and at least part of the carbon monoxide is converted to carbon dioxide with a consequent release of heat, in which at least part of the displacement heat released is used to reheat the displaced gas after it has been cooled and passed through a sulfur reduction phase and then a non-combustible gas is added to the displaced gas, and then the combustion of a large part of the mixture of non-combustible and sulfur-reduced gas which has undergone displacement with additional oxygen or with a gas containing oxygen to produce energy is essentially complete.

O processo compreende de preferência oxidar-se parcialmente o combustível com oxigénio ou com um gás contendo oxigénio para se obter um gás contendo dióxido de carbono a uma pressão supra-atmosférica; a juzante da fase de oxidação arrefecer-se directamente o referido gás com água aumentando assim o teor de vapor de água do gás;The process preferably comprises partially oxidizing the fuel with oxygen or an oxygen-containing gas to obtain a gas containing carbon dioxide at a supra-atmospheric pressure; downstream of the oxidation phase, said gas is directly cooled with water, thereby increasing the water vapor content of the gas;

assegurar-se que o gás se encontra a uma temperatura suficiente para iniciar um reacção de deslocação exotérmica; e em seguida submeter-se o gás a uma reacção de deslocação de monóxido de carbono em que o vapor é convertido em hidrogénio e pelo emnos parte do monóxido de carbono é convertido em dióxido de carbono com uma consequente libertação de calor; arrefecer-se o gás aquecido que sofreu a deslocação por permuta térmica; removerem-se os compostos de enxofre do gás arrefecido que sofreu a deslocação; adicionar-se um gás não combustível ao gás que sofreu a deslocação com teor reduzido em enxofre; reaquecer-se a mistura de gás não combustível e de gás reduzido em enxofre que sofreu a deslocação por permuta térmica com o gás aquecido que sofreu a deslocação e em seguida efectuar-se de forma essencialmente completa a combustão de pelo menos grande parte da mistura de gás não combustível e de gás que sofreu a deslocação reduzido em enxofre com oxigénio adicional ou com um gás contendo oxigénio para a produção de energia.ensure that the gas is at a temperature sufficient to initiate an exothermic displacement reaction; and then subjecting the gas to a displacement reaction of carbon monoxide in which the steam is converted to hydrogen and at least part of the carbon monoxide is converted to carbon dioxide with a consequent release of heat; cooling the heated gas that has been displaced by heat exchange; removing sulfur compounds from the displaced cooled gas; adding a non-combustible gas to the displaced gas with reduced sulfur content; reheat the mixture of non-combustible gas and sulfur-reduced gas that has been displaced by heat exchange with the heated gas that has been displaced, and then essentially complete combustion of at least a large part of the mixture of non-combustible gas and gas that has undergone displacement reduced in sulfur with additional oxygen or with an oxygen-containing gas for energy production.

A presente invenção também proporciona uma instalação para a realização dos processos acima referidos, e a energia produzida encontra-se habitualmente sob a forma de energia ao veio de uma máquina, que é de preferência convertida em electricidade.The present invention also provides an installation for carrying out the aforementioned processes, and the energy produced is usually in the form of energy from a machine shaft, which is preferably converted into electricity.

A invenção proporciona um aumento no rendimento termodinâmico de IGCC por pré-aquecimento da mistura de gás combustível e de um gás não combustível introduzido numaThe invention provides an increase in the thermodynamic performance of IGCC by preheating the mixture of combustible gas and a non-combustible gas introduced in a

- 6 turbina a gás utilizando o calor catalítico de uma reacção de deslocação a partir de um reactor situado a juzante da fase de gasificação. A invenção utiliza um gasificador de arrefecimento seguido de um pré-aquecedor de deslocação e de gás de turbina para aumentar a proporção de energia produzida pela turbina a gás.- 6 gas turbine using the catalytic heat of a displacement reaction from a reactor located downstream of the gasification phase. The invention uses a cooling gasifier followed by a displacement preheater and turbine gas to increase the proportion of energy produced by the gas turbine.

É bem conhecida a forma de utilizar uma caldeira para recuperar o calor residual do gasificador. O calor residual é em seguida utilizado na turbina a vapor em vez de o ser na turbina a gás. Esta invenção utiliza de preferência o calor residual de gasificação da turbina a gás que é um gerador mais eficiente na produção de energia do que a turbina a vapor.It is well known how to use a boiler to recover the residual heat from the gasifier. The residual heat is then used in the steam turbine instead of the gas turbine. This invention preferably uses the residual gasification heat from the gas turbine, which is a more efficient generator in energy production than the steam turbine.

A utilização vantajosa de um reactor de deslocação de monóxido de carbono numa instalação de IGCC já foi referida por outros autores. Na Patente Européia No: 0259114B1 atribuída a Nurse é colocado um reactor de deslocação depois de um gasificador de arrefecimento mas o calor produzido pelo reactor de deslocação é utilizado para préaquecer o gás combustível de uma turbina a gás antes da expansão num expansor separado da turbina a gás. A Patente Norte-americana No: 4 202 167 atribuída a Siggitt e Gilmer refere a utilização da reacção de deslocação para remover os compostos indesejáveis de níquel do gás combustível.The advantageous use of a carbon monoxide displacement reactor in an IGCC installation has already been mentioned by other authors. In European Patent No: 0259114B1 assigned to Nurse, a displacement reactor is placed after a cooling gasifier, but the heat produced by the displacement reactor is used to preheat the fuel gas in a gas turbine before expansion in a separate turbine expander. gas. U.S. Patent No. 4,202,167 issued to Siggitt and Gilmer discloses the use of the displacement reaction to remove unwanted nickel compounds from the fuel gas.

Contudo, na presente invenção a reacção de deslocação é utilizada para aumentar a proporção de energia produzida pela turbina a gás e aumentar assim o rendimento termodinâmico de IGCC. 0 calor residual de gasificação é utilizado em primeiro lugar num reactor de arrefecimento para produzir vapor de água misturado com o gás combustível. Esta mistura de gás/vapor de água é em seguida submetida a uma reacção de deslocação catalítica exotérmica e a maior parte do calor sensível produzido desta forma é feito passar para a turbina a gás em vez de o ser para a turbina a vapor sob a forma de vapor produzido.However, in the present invention the displacement reaction is used to increase the proportion of energy produced by the gas turbine and thereby increase the thermodynamic yield of IGCC. The residual heat of gasification is used first in a cooling reactor to produce water vapor mixed with the combustible gas. This gas / water vapor mixture is then subjected to an exothermic catalytic displacement reaction and most of the sensitive heat produced in this way is passed to the gas turbine instead of to the steam turbine in the form of steam produced.

pré-aquecimento para a reacção de deslocação pode ser fornecido por métodos como por exemplo a permuta térmica com água quente, vapor ou o gás principal ou outro gás.Preheating for the displacement reaction can be provided by methods such as heat exchange with hot water, steam or the main gas or other gas.

Pode ser recuperado algum calor da mistura gás/vapor que abandona o arrefecedor por permuta térmica como por exemplo com outros gases ou pode ser utilizado para a produção de vapor. 0 gás que sofreu a deslocação pode ser expandido por redução da pressão antes ou após a redução em enxofre. Essa expansão pode ser efectuada numa turbina de expansão para produzir energia ao veio e esta operação é de preferência efectuada antes da adição de um gás não combustível ao gás que sofreu a deslocação. Este gás não combustível aumenta a capacidade de transporte de calor dos gases combustíveis introduzidos na turbina a gás.Some heat can be recovered from the gas / steam mixture that leaves the cooler by heat exchange as for example with other gases or can be used for the production of steam. The displaced gas can be expanded by reducing the pressure before or after the sulfur reduction. This expansion can be carried out in an expansion turbine to produce energy for the shaft and this operation is preferably carried out before adding a non-combustible gas to the gas that has undergone the displacement. This non-combustible gas increases the heat transport capacity of the combustible gases introduced into the gas turbine.

Parte do calor libertado pela reacção de deslocação pode ser utilizada para outros fins como por exemplo o sobre-aquecimento do vapor, produção de vapor, aquecimento de água de alimentação da caldeira, aquecimento de outrosPart of the heat released by the displacement reaction can be used for other purposes such as steam overheating, steam production, heating the boiler feed water, heating others

gases como por exemplo a sua colocação entre a unidade de redução de enxofre e a turbina de expansão, ou para o fornecimento de calor a um sistema de saturação de água. A maior parte do calor de deslocação é, de preferência, utilizado para o pré-aquecimento dos gases combustíveis para serem utilizados na turbina a gás.gases such as their placement between the sulfur reduction unit and the expansion turbine, or for supplying heat to a water saturation system. Most of the displacement heat is preferably used for preheating the combustible gases to be used in the gas turbine.

gás não combustível pode ser o azoto ou o dióxido de carbono ou o vapor, ou uma mistura de dois ou mais destes gases.Non-combustible gas can be nitrogen or carbon dioxide or steam, or a mixture of two or more of these gases.

Breve Descrição dos DesenhosBrief Description of Drawings

A FIG 1 é um diagrama esquemático que mostra uma primeira realização da presente invenção utilizando uma mistura de gás combustível/vapor de água para transportar o calor sensível para a turbina a gás. A FIG 2 é um diagrama esquemático de uma segunda realização da presente invenção utilizando uma mistura de gás combustível/gás não combustível e não condensável para transportar o calor sensível para a turbina a gás.FIG 1 is a schematic diagram showing a first embodiment of the present invention using a fuel gas / water vapor mixture to transport the sensitive heat to the gas turbine. FIG 2 is a schematic diagram of a second embodiment of the present invention using a fuel / non-combustible and non-condensable gas mixture to transport the sensitive heat to the gas turbine.

Descrição das Realizações PreferidasDescription of Preferred Achievements

A presente invenção envolve o aumento da proporção de energia produzida num processo de IGCC pela turbina a gás em relação à energia produzida pela turbina a vapor. Dado que o rendimento termodinâmico da turbina a gás éThe present invention involves increasing the proportion of energy produced in a IGCC process by the gas turbine in relation to the energy produced by the steam turbine. Since the thermodynamic performance of the gas turbine is

- 9 intrinsecamente superior ao da turbina a vapor o rendimento termodinâmico de IGCC é desta forma aumentado. O processo da invenção evita a utilização do calor residual da gasificação para a produção de calor mas, em vez disso, utiliza este calor residual na fase de estabilização para proporcionar condições adequadas para uma reacção de deslocação e em seguida utiliza pelo menos parte do calor libertado na reacção de deslocação para efectuar o préaquecimento dos gases combustíveis que passam para a turbina a gás.- 9 intrinsically superior to that of the steam turbine, the thermodynamic performance of IGCC is thus increased. The process of the invention avoids the use of residual heat from gasification for the production of heat, but instead uses this residual heat in the stabilization phase to provide suitable conditions for a displacement reaction and then uses at least part of the heat released. in the displacement reaction to preheat the combustible gases that pass to the gas turbine.

Este conceito da presente invenção pode ser efectivamente aplicado, por exemplo, num processo de IGCC contendo um sistema de saturação de água para aumentar a capacidade de transporte de calor de gás combustível. Nos parágrafos seguintes, o processo da presente invenção é descrito utilizando duas realizações.This concept of the present invention can be effectively applied, for example, in an IGCC process containing a water saturation system to increase the heat transport capacity of combustible gas. In the following paragraphs, the process of the present invention is described using two embodiments.

Na primeira realização, o gás combustível é resaturado com vapor de água após a remoção do enxofre de modo a aumentar a sua capacidade de transporte de calor. Na segunda realização, a capacidade de transporte de calor do gás combustível é aumentada pela adição de azoto gasoso após a fase de remoção de enxofre.In the first embodiment, the combustible gas is resaturated with water vapor after removing the sulfur in order to increase its heat transport capacity. In the second embodiment, the heat transport capacity of the fuel gas is increased by the addition of nitrogen gas after the sulfur removal step.

Será agora descrita uma primeira realização da presente invenção como exemplo com referência à Figura 1 dos desenhos anexos e da Tabela 1 a seguir apresentada.A first embodiment of the present invention will now be described as an example with reference to Figure 1 of the accompanying drawings and Table 1 below.

Faz-se reagir o combustível que consiste num resíduo de refinaria constituído por hidrocarbonetos líquidos ouThe fuel, which consists of refinery waste made up of liquid hydrocarbons or

uma emulsão de hidrocarbonetos e água com oxigénio com uma pureza em volume de 95% a uma pressão de 70 bar numa unidade de oxidação parcial (1). A mistura resultante dos gases é estabilizada (2) utilizando um excesso de água, isto é, nem toda a água é evaporada, até se obter uma condição de saturação a uma pressão de 63 bar e a 243°C. Esta fase de estabilização arrefecimento constitui assim uma fase de lavagem de gases em adição a uma fase de arrefecimento de gases.an emulsion of hydrocarbons and water with oxygen with a volume purity of 95% at a pressure of 70 bar in a partial oxidation unit (1). The resulting gas mixture is stabilized (2) using an excess of water, that is, not all of the water is evaporated, until a saturation condition is obtained at a pressure of 63 bar and at 243 ° C. This cooling stabilization phase thus constitutes a gas washing phase in addition to a gas cooling phase.

gás produzido após a estabilização é referido como Gás 2 na Tabela 1 e passa através de um vaso de retenção (4) e um permutador de calor (8) antes de entrar no reactor catalítico de deslocação (5). O pequeno permutador de calor (8) é utilizado para efectuar o pré-aquecimento da mistura de admissão de gás/vapor. Este facto é utilizado para ajudar o início da reacção de deslocação e evitar a condensação de vapor no catalisador de deslocação.gas produced after stabilization is referred to as Gas 2 in Table 1 and passes through a holding vessel (4) and a heat exchanger (8) before entering the displacement catalytic reactor (5). The small heat exchanger (8) is used to preheat the gas / steam intake mixture. This fact is used to help initiate the displacement reaction and prevent vapor condensation in the displacement catalyst.

Na Figura 1 é produzido em primeiro lugar vapor de alta pressão a 21 bar na caldeira (3) após a reacção de oxidação parcial (1) e o vapor é estabilizado (2) parcialmente para ajustar a proporção de vapor/gás e também para permitir o controlo da temperatura antes da reacção de deslocação que tem lugar a uma temperatura compreendida entre 260°C e 472°C. Parte do calor libertado na reacção de deslocação exotérmica é utilizada no permutador (6) para sobre-aquecer o vapor produzido pela caldeira (3) a 340°C. Após a permuta de calor com os gases de admissão do reactorIn Figure 1, high pressure steam at 21 bar is first produced in the boiler (3) after the partial oxidation reaction (1) and the steam is stabilized (2) partially to adjust the steam / gas ratio and also to allow the temperature control before the displacement reaction which takes place at a temperature between 260 ° C and 472 ° C. Part of the heat released in the exothermic displacement reaction is used in the exchanger (6) to overheat the steam produced by the boiler (3) at 340 ° C. After heat exchange with the reactor inlet gases

de deslocação no permutador (8) o gás é utilizado nos permutadores (7) e (9) para realizar o pré-aquecimento dos gases saturados em água e reduzidos em enxofre a 390 °C antes dos referidos gases serem introduzidos como gás combustível na turbina a gás (24).of displacement in the heat exchanger (8) the gas is used in the heat exchangers (7) and (9) to preheat the gases saturated in water and reduced in sulfur to 390 ° C before said gases are introduced as fuel gas in the turbine gas (24).

Após o permutador de pré-aquecimento de gás combustível final (9) é produzido pela caldeira (11) vapor de baixa pressão a 7 bar. Quer o vapor sobreaquecido de alta pressão obtido nos permutadores (3) e (6) quer o vapor de baixa pressão da caldeira (11) são introduzidos na turbina a vapor (25) associada com a turbina a gás (24).After the final fuel gas pre-heating exchanger (9), low pressure steam at 7 bar is produced by the boiler (11). Both the superheated high pressure steam obtained in the exchangers (3) and (6) and the low pressure steam from the boiler (11) are introduced into the steam turbine (25) associated with the gas turbine (24).

O condensado de água é recolhido em vasos de retenção (4), (10) e (12) e o condensado é recirculado para o arrefecedor (2) juntamente com água de alimentação.The water condensate is collected in holding vessels (4), (10) and (12) and the condensate is recirculated to the cooler (2) together with feed water.

gás combustível é ainda arrefecido por permuta térmica com um gás combustível reduzido em enxofre no permutador (13), por meio de um permutador de circuito de água (15), por um permutador de água de alimentação (17) e finalmente por um permutador de água de refrigeração (19). 0 condensado aquoso é recolhido em vasos de retenção (14), (16), (18) e (20) e o condensado é recirculado para o estabiilizador (2).fuel gas is further cooled by heat exchange with a sulfur-reduced fuel gas in the exchanger (13), by means of a water circuit exchanger (15), by a feed water exchanger (17) and finally by a water exchanger cooling water (19). The aqueous condensate is collected in holding vessels (14), (16), (18) and (20) and the condensate is recirculated to the stabilizer (2).

O gás combustível arrefecido é feito em seguida passar numa unidade convencional de remoção de enxofre (não representada) na qual são selectivamente removidos os compostos de enxofre contidos no gás combustível. O gás combustível reduzido em enxofre é em seguida reaquecido aThe cooled fuel gas is then passed through a conventional sulfur removal unit (not shown) in which the sulfur compounds contained in the fuel gas are selectively removed. The sulfur-reduced fuel gas is then reheated to

125 °C no permutador (13) e é expandido num expansor de gases (21) até uma pressão de 21 bar. A energia no veio do expansor de gases (21) é utilizada para produzir energia eléctrica.125 ° C in the exchanger (13) and is expanded in a gas expander (21) to a pressure of 21 bar. The energy in the gas expander shaft (21) is used to produce electrical energy.

gás combustível reduzido em enxofre de baixa pressão é em seguida feito passar através de um saturador (22) associado com uma bomba de recirculação (23) onde o gás combustível é saturado com vapor de água a uma temperatura de saída de 127°c. 0 gás combustível saturado é em seguida sobreaquecido por permuta térmica com o gás combustível aquecido que sofreu a deslocação nos permutadores (9) e (7) a 390°C antes de ser feito passar na turbina a gás (24).fuel gas reduced in low pressure sulfur is then passed through a saturator (22) associated with a recirculation pump (23) where the fuel gas is saturated with water vapor at an outlet temperature of 127 ° C. The saturated fuel gas is then overheated by heat exchange with the heated fuel gas that has been displaced in the exchangers (9) and (7) at 390 ° C before being passed through the gas turbine (24).

Os balanços de massa e de energia para os gases principais designados por 1 a 7 na Fig 1 são apresentados na Tabela 1 seguinte para um exemplo específico desta realização.The mass and energy balances for the main gases designated 1 to 7 in Fig 1 are shown in Table 1 below for a specific example of this realization.

Será agora descrita uma segunda realização da presente invenção como exemplo com referência à Figura 2. São utilizados os mesmos números de referência para representar os mesmo itens da Figura 1.A second embodiment of the present invention will now be described as an example with reference to Figure 2. The same reference numbers are used to represent the same items as in Figure 1.

Tal como na Figura 1 o combustível consistindo num resíduo de refinaria de hidrocarbonetos líquidos ou numa emulsão de hidrocarbonetos e água é feito reagir com oxigénio sob pressão numa unidade de oxidação parcial (1). A mistura resultante de gases é estabilizada (2) utilizando um excesso de água, isto é, nem toda a água se evapora, atéAs in Figure 1, the fuel consisting of a refinery residue of liquid hydrocarbons or an emulsion of hydrocarbons and water is reacted with oxygen under pressure in a partial oxidation unit (1). The resulting gas mixture is stabilized (2) using an excess of water, that is, not all the water evaporates, until

se obter uma condição de saturação. Esta fase de estabilização constitui assim uma fase de lavagem de gases em adição a uma fase de arrefecimento de gases.if a saturation condition is obtained. This stabilization phase thus constitutes a gas washing phase in addition to a gas cooling phase.

reactor catalítico de deslocação (5) tem de novo um pequeno permutador de calor (8) para pré-aquecer a mistura de admissão de gás/vapor. Este facto auxilia o início da reacção de deslocação e evita a condensação de vapor no catalisador da reacção de deslocação. Esse pré-aquecimento pode ser fornecido por outros processos como por exemplo permuta com água quente, vapor ou outros gases.displacement catalytic reactor (5) again has a small heat exchanger (8) to preheat the gas / steam intake mixture. This helps to initiate the displacement reaction and prevents vapor condensation in the displacement reaction catalyst. This preheating can be provided by other processes such as exchange with hot water, steam or other gases.

calor é recuperado da mistura gás/vapor que abandona o estabilizador (2) por meio de uma série de permutadores de calor (6, 7, 8, 9) de modo a aquecer outros gases ou produzir vapor.heat is recovered from the gas / vapor mixture that leaves the stabilizer (2) by means of a series of heat exchangers (6, 7, 8, 9) in order to heat other gases or produce steam.

Na realização apresentada na Figura 2 é em primeiro lugar produzido vapor de alta pressão na caldeira (3) após a reacção de oxidação parcial (1) e estabilizador (2) parcialmente para ajustar a proporção de vapor/gás e também para permitir o controlo da temperatura antes da reacção de deslocação. Parte do calor libertado na reacção de deslocação exotérmica é utilizada no permutador (6) para sobreaquecer o vapor produzido na caldeira (3). Após a permuta térmica com os gases de admissão do reactor de deslocação no permutador (8) o gás é utilizado para efectuar o pré-aquecimento nos permutadores (7) e (9) dos gases saturados em água reduzidos em enxofre misturados com azoto antes da referida mistura ser introduzida como gásIn the embodiment shown in Figure 2, high pressure steam is first produced in the boiler (3) after the partial oxidation reaction (1) and stabilizer (2) partially to adjust the steam / gas ratio and also to allow control of the temperature before the displacement reaction. Part of the heat released in the exothermic displacement reaction is used in the exchanger (6) to overheat the steam produced in the boiler (3). After thermal exchange with the inlet gases from the displacement reactor in the exchanger (8) the gas is used to preheat the exchanges (7) and (9) of the water-saturated gases reduced in sulfur mixed with nitrogen before the said mixture be introduced as gas

combustível na turbina a gás (24).fuel in the gas turbine (24).

Após o permutador de pré-aquecimento do gás combustível final (9) é produzido o vapor de baixa pressão na caldeira (11). Quer o vapor sobreaquecido de alta pressão do permutador (6) quer o vapor de baixa pressão do permutador (11) são introduzidos na turbina a vapor (25) associada com a turbina a gás (24).After the final fuel gas pre-heating exchanger (9), low pressure steam is produced in the boiler (11). Both the superheated high pressure steam from the exchanger (6) and the low pressure steam from the exchanger (11) are introduced into the steam turbine (25) associated with the gas turbine (24).

É recolhida água condensada nos vasos de retenção (4), (10) e (12) e o condensado é feito recircular no arrefecedor (2) juntamente com a água de alimentação.Condensed water is collected in the holding vessels (4), (10) and (12) and the condensate is recirculated in the cooler (2) together with the feed water.

O gás combustível é ainda arrefecido por permuta térmica com o gás combustível reduzido em enxofre no permutador (13), por um permutador de azoto de alimentação (26) e finalmente por meio de um permutador de água de refrigeração (19). 0 condensado aquoso é recolhido no vasos de retenção (14), (27) e (20) e o condensado é recirculado no estabilizador (2).The fuel gas is further cooled by heat exchange with the sulfur-reduced fuel gas in the exchanger (13), by a feed nitrogen exchanger (26) and finally by means of a cooling water exchanger (19). The aqueous condensate is collected in the holding vessels (14), (27) and (20) and the condensate is recirculated in the stabilizer (2).

O gás combustível arrefecido é seguida feito passar por uma unidade convencional de remoção de enxofre (não representada) onde os compostos de enxofre contidos no gás combustível são selectivamente removidos. O gás combustível reduzido em enxofre é em seguida reaquecido no permutador (13) e expandido no expansor de gases (21). A energia no veio do expansor de gases (21) é utilizada para produzir energia eléctrica.The cooled fuel gas is then passed through a conventional sulfur removal unit (not shown) where the sulfur compounds contained in the fuel gas are selectively removed. The sulfur-reduced fuel gas is then reheated in the exchanger (13) and expanded in the gas expander (21). The energy in the gas expander shaft (21) is used to produce electrical energy.

É em seguida adicionado azoto pré-aquecido no permutador (26) ao gás combustível reduzido em enxofre deThen, preheated nitrogen is added in the exchanger (26) to the sulfur-reduced fuel gas of

baixa pressão e a mistura é sobreaquecida por permuta térmica com o gás combustível aquecido que sofreu deslocação nos permutadores (9) e (7) antes de ser feita passar para a turbina a gás (24).low pressure and the mixture is overheated by heat exchange with the heated fuel gas that has been displaced in the exchangers (9) and (7) before being passed to the gas turbine (24).

ί *ί *

TABELA 1TABLE 1

Energia Potência! (MW NCV) Energy Power! (MW NCV) TJ CD Cft □ 2 O CD n C R •5 c 3 CL ,0 TJ CD Cft □ 2 O CD n C R • 5 ç 3 CL, 0 Caudal Massico Total (kg/h) Total Mass Flow (kg / h) TOTAL - HÚMIDO TOTAL - WET § c Π) 03 9 Ul § c Π) 03 9 Ul TOTAL - SECO TOTAL - DRY COS 60,070 COS 60,070 I K S g o> I K S g o> Argon 39,948 Argon 39,948 Azoto 28,013 Nitrogen 28,013 Dioxldo ds Carbono 44,010 Carbon dioxide 44,010 s o □ 8 a □ a CD O o □ o fÚ CQ 2 o s o □ 8 to □ a CD O o □ o FÚ CQ 2nd I & co CD =1 o F0 9 0) I & co CD = 1st F0 9 0) Metano 16,043 Methane 16,043 COMPONENTS P.M. COMPONENTS P.M. z o 2 m □ O § U) z o 2 m □ The § U) Numero do Gás Gas Number X (O 3 X (O 3 Gasl Gasl 3 CL 3 CL O O -»· - »· 03 03 A THE ω ω o O 9 9 m m ra frog 93 93 2 ui 2 ui § § 780, 780, 0) 0) A THE Í8 Í8 s s 2 o 2 O 2 03 2 03 § § 2 2 zy zy 03 α q 03 α q O Q O O Q O y y S s § § ki (0 · ki (0 · 8 8 2 2 8 8 s s 8 8 m m A THE 8 8 A N A N 3 3 u u 3 3 U U c ç 8 8 O O _x _x —* - * o O ro ro (0 (0 ê and o O d« d « 8 8 g g 8 8 o UI the UI 8 8 8 8 8 8 8 8 A THE X CO X CO o P the P 2 2 rú rú 03 03 A THE ω ω 5 o 5th Cf) Cf) CD CD 8 8 8 8 ή ή 780, 780, 0) 0) A THE (D ru (D ru 2 2 2 o 2 O 2 03 2 03 § § 2 2 5· 5 · O O S s 8 8 è and 8 8 2 2 8 8 -4 -4 8 8 03 03 A THE 8 8 ή ή 8) Q. 8) Q. hl hl a The -Ã -THE Λ Λ u u O O 00, 00, O O -a -The O O 0) 0) è and è and o O 8 8 b -4 B -4 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 2 2 O O > > 0 0 0) 0) -Ί -Ί 03 03 A THE ω ω 3 o 3rd U) □ U) □ 3 (0 3 (0 03 03 g (D g (D § § § § 780, 780, 0) 0) A THE 8 8 2 2 2 o 2 O 2 CD 2 CD 8 A 8 THE ro ro 5- 5- o N O o N O m m y y è and 58 58 kj ω kj ω 8 8 2 2 8 8 N N 8 8 03 03 A THE 8 8 A -4 A -4 9 9 O O □ □ U U 3 o 3rd α ω α ω 8 8 O O -X -X -X -X O O CD CD A CO CO è and O O tf tf 8 8 o N the N 8 8 8 8 8 8 CD Ul CD Ul Ul ftD Ul ftD 8 8 2 2 X to X to 0 w 0 w co co 8 N 8 N CD CD A THE ΓΟ ΓΟ O O -À. co -THE. co 8 8 2 2 ω 2 CD ω 2 CD g A g THE CD § CD § 2 2 3 o =? 3 o =? s Desloca s Shifts $ $ A 0) THE 0) § § kj ω kj ω ,k| - 0) , k | - 0) CO -4 CO -4 kj CD kj CD 8 8 8 8 03 03 8 8 8 8 03 ••d 03 •• d 5 5 A THE a The CL o CL o _x _x α α 8 8 O O O O O O O O ω ro ω ro 00 00 O O |oo' | oo ' s s 8 8 CD CD Én Én A M M CD A CD A 8 8 -4 -4 - - X X > > m m M M hj hj Cú Ass 0) 0) 3 3 3 3 584 584 m m s CD s CD pi pi 25. 25. 089, 089, p P (0 (0 8 8 2 2 S CD s CD £ £ 8 -4 8 -4 2 2 ω «o ω «o 8 8 σι σι 03 03 CO N CO N k| ω k | ω 8 8 8 8 ω ω 8 8 8 8 03 N 03 N 9 9 a> o a> o Ul Ul 3 3 > > o O 0 0 _x _x a The se if 8 8 o O O O O O o O ω ÍU ω ÍU 03 03 O O 8 8 9 9 (0 (D (0 (D ->i σ> -> i σ> A □1 A □ 1 A Γ0 A Γ0 0) A 0) A 8 8 *4 * 4 X X > > a The 3 3 -V □ -V □ u u (D (D α α -*· - * · -k -k ω ω -* - * CD CD ta OK 546 546 18,47 18.47 s 8 s 8 CD -4 CQ 9 CD -4 CQ 9 9,26 9.26 (D cn (D cn 00'0 00'0 0,54 0.54 8 8 8 8 54,18 54.18 ID CD 8 ID CD 8 044,89 044.89 837,87 837.87 21,07 21.07 CL CD z CD CL CD z CD > 0 zo > 0 zo 0) 0) 3 □ 3 □ 3 q- 3 q- —4 —4 p P se if 0) Ώ 0) Ώ 8 8 O O O O O O 8 8 03 03 g g O O ω ω 8 8 00' 00 ' ui ui 3 3 ui ui •sl A • sl A ω ω w w co co £ £ —E¹”—E ¹ ” o O 03 03 ΙΌ 8 ΙΌ 8 Cú $ Ass $ i i o O o O 8 8 2 2 U co (0 U co (0 -u. a -u. The D) § D) § 2 2 mol/h mol / h rblna a rblna a 3 σ c cn 3 σ c cn â5 â5 £ £ § § CO CO ,02 , 02 3 3 00' 00 ' s s 8 8 03 03 8 8 8 8 03 N 03 N s s 0 03 0 03 *4 * 4 3 3 a The 001 001 o O p P O O O O 8 8 03 03 g g p P &e &and 8 8 8 8 ui ui 3 3 Ά Ul Ά Ul 5 5 k| CD k | CD ω ω 03 03

Claims

- I ^a Process for the production of energy from a carbonaceous fuel, characterized by comprising partially oxidizing the fuel with oxygen or with a gas containing oxygen to obtain a gas containing carbon monoxide at a supra-atmospheric pressure, cooling said gas is directly with water downstream of the oxidation phase thereby increasing the water vapor content of the gas and then subjecting the gas to a displacement reaction of carbon monoxide in which the water vapor is converted into hydrogen and at least part of the carbon monoxide is converted to carbon dioxide with a consequent release of heat, where at least part of the heat from the displacement reaction is used to reheat the gas after it has been cooled and passed through a desulfurization phase and then a non-combustible gas is added to the gas that has undergone the displacement reaction; and then burning at least a large part of the mixture of non-combustible gas and gas reduced in sulfur, which has undergone the displacement reaction with additional oxygen or with a gas containing oxygen, to obtain energy.

- 2 ^to 18

Λ

Process in wake up with The claim 1 characterized by O referred gas no fuel be the Steam. - 3 ^a - Process in wake up with The claim 1 characterized by O referred gas no fuel be the nitrogen. - 4 ^to -

Process in wake up with The claim 1 characterized by O referred gas no fuel be the carbon dioxide. - 5 ^to - Process in wake up with The claim 1 characterized by O referred gas no

fuel is a mixture of two or more gases chosen from water vapor, nitrogen and carbon dioxide.

Process according to any of claims 1 to 5, characterized in that it further comprises the step of passing the cooled gas through a boiler to produce steam before submitting the cooled gas to said exothermic displacement reaction.

7. ^A process according to any of claims 1 to 6, characterized in that it further comprises the step of reducing the pressure of said low sulfur gas before adding said non-combustible gas.

- ^S 8 A process according to claim 7 wherein said pressure reduction is effected in a turbine to produce energy in the shaft thereof.

- 9 3 _ installation for the production of energy from a carbon fuel, which comprises a system for partially oxidizing the fuel with oxygen or with a gas containing oxygen to obtain a gas containing carbon monoxide at a supra-atmospheric pressure , downstream of the oxidation system a cooling vessel to directly cool said gas with water, a system for heating the gas to a temperature sufficient to initiate an exothermic displacement reaction if necessary, a system for submitting the gas the displacement reaction of carbon monoxide in which at least part of the carbon monoxide contained therein is converted to carbon dioxide with a consequent release of heat, a system for exchanging heat from the gas that underwent the displacement reaction to the gas that suffered the displacement reaction mixed with a non-combustible gas after it was passed through a system for removing sulfur compounds and a system for adding non-combustible gas, and a system for producing energy from the almost complete combustion of at least a large part of the gas reduced in sulfur and which has undergone the displacement reaction with additional oxygen or with an oxygen-containing gas.

- Installation according to claim 9, characterized in that it further comprises a system for reducing the pressure of the gas that has undergone the displacement reaction after the reduction in compounds of

sulfur and before the system of addition a gas no fuel. - 11 ^to - Energy under the form in electricity when obtained by a process or in

installation according to any of the preceding claims.