用來發電的部分氧化方法

2023-05-26 09:45:21

專利名稱：用來發電的部分氧化方法
背景技術：
發明領域本發明涉及烴質燃料部分氧化生產燃料氣和在氣體透平機中燃燒所述燃料氣以發電。
液態烴質燃料部分氧化生產燃料氣；水-氣逆流流動以控制燃料氣的摩爾比(CO/H2)；洗滌和淨化燃料氣；和在發電的氣體透平機中燃燒改進後的燃料氣料流被公開在共同轉讓的美國專利3,868,817中。用來飽和燃料氣的水的加熱在美國專利5,117,623中是通過非接觸間接熱交換來完成的。但這些方法沒有一個教導了申請人的高效一體化氣化方法，該方法包括下列步驟(1)冷卻驟冷飽和的原料燃料氣料流到低於露點以冷凝出用於驟冷和洗滌原料燃料氣的水，和通過洗滌水與驟冷後的原料燃料氣料流在緊接熱交換器的下遊直接接觸最大限度地提高洗滌水溫度以生產中壓水蒸汽，將該水蒸汽過熱並作為至少部分工作流體引入到膨脹透平機中；和(2)在加熱用來飽和燃料氣和氮氣的水之前和在未純化燃料氣原料料流充分冷卻之前確定管線減壓設備的位置以從在工藝中這一點仍保留在原料燃料氣中大量的水中受益，它可對用來對洗滌原料燃料氣的冷凝水加熱。
發明綜述本發明部分氧化方法的一個優實施方案涉及一種高效一體化氣化合併循環(IGCC)方法，該方法將多步氣體冷卻合併並在高壓下操作以將來自驟冷燃料氣的熱量最大限度地用於發電。優化發電水蒸汽循環以最大限度地生產能量有效地用於循環中的工藝水蒸汽。將來自汽化空氣分離單元的氮氣和燃料氣飽和並用來提高效率和將NOx的產生降至最低。
本方法基本上由下列步驟組成(1)將烴燃料與含游離氧的氣體在部分氧化反應區反應以產生燃料氣料流，用驟冷水冷卻所述燃料氣以產生溫度在約350°F到600°F和壓力在約500到2500psia的驟冷後的飽和燃料氣料流，通過與鍋爐供水間接熱交換冷卻所述驟冷後的飽和燃料氣，藉此，將所述驟冷後燃料氣的溫度降到約410°F至550°F，同時將所述鍋爐供水轉化成約275至600psia的中壓水蒸汽，和用來自(2)的預熱後的洗滌水淨化所述驟冷後的飽和燃料氣；(2)藉助氣-水直接接觸設備用離開(1)的冷卻後的驟冷後的飽和燃料氣將包括工藝冷凝水和補加的水的洗滌水預熱到約375°F至550°F的溫度範圍，藉此將所述冷卻後的驟冷後的飽和燃料氣降到約300°F至540°F的溫度範圍，和從所述冷卻後的燃料氣中分離冷凝水；(3)將來自(2)的所述的冷卻後的燃料氣的壓力降到約100至2300psia，借間接熱交換用冷卻水將所述燃料氣進一步冷卻到約40°F至140°F，藉此將水從所述燃料氣體流中冷凝下來，同時加熱所述冷卻水以產生一個溫度約225°F到400°F的熱水，和將在(2)和(3)中冷凝出來的水引到(2)中的所述的氣-水直接接觸設備，在此它用作氣體洗滌水；(4)淨化來自(3)的冷卻後的燃料氣料流；(5)用來自(3)的熱水飽和氮氣料流和來自(4)的淨化後的燃料氣；(6)將來自(5)的燃料氣和氮氣的飽和料流過熱到約350°F至1000°F；和將所述過熱後的燃料氣和氮氣料流加到氣體透平機的燃燒室中；(7)在透平機中於所述的燃料室中在溫度約為2200°F到260°F之間和壓力約100到1000psia之間用含游離氧的氣體燃料所述飽和燃料氣以生產NOx量降低的廢氣；(8)將所述廢氣經過一膨脹透平機以生產增加輸出量的電力。
在一實施方案中，透平機廢氣的熱能用來產生水蒸汽、然後將該水蒸汽用作水蒸汽透平機中的工作流體，從而增加該方法的熱效率。
附圖的簡單描述參照說明本發明的優選實施方案的附圖，可對本發明有更完整的理解。不希望將本發明限於所述的具體方法和物料。
本發明的描述在本方法中，原料燃料氣料流-基本上包括H2，CO，CO2，H2O，含顆粒碳和灰的夾帶的顆粒物質和至少一種選自N2，Ar，COS，CH4，NH3，HCN，HCCOH和爐渣的物料-是通常在溫度緩和劑存在下，在一個不帶填料的垂直自由流動的非催化部分氧化氣體發生器的氧化區中通過液態和/或氣態烴質燃料包括固態碳質燃料的氣態懸浮液與含游離氧的氣體部分氧化反應生產的。在反應區的H2O與燃料重量比在約0.1到5之間，優選約0.2到0.7之間。在燃料中游離氧與碳原子比(O/C比)在約0.6到1.6之間，優選約0.8到1.4之間。反應時間在約0.1到50秒之間，如2到6秒。
原料燃料氣發生器包括一個帶有耐火材料襯裡的垂直的圓柱形鋼質高壓容器，如示出在共同轉讓的美國專利2,809,104中，它作為參考文獻併入本文。典型的驟冷鼓也示出在所說專利中。燃燒器，如示出在共同轉讓的美國專利2,928,460(它作為參考文獻併入本文)中可用來將原料料流引到反應區。
各種可燃性液態和/或氣態烴質燃料或固體碳質燃料的氣態懸浮液可在氣體發生器與含自由氧的氣體，在氣體溫度緩和劑存在下，反應以製備合成氣。
用於本文用來描述各種適宜原料的術語液態烴燃料包括可泵送的液態烴物料和可泵送的固態碳質物料的液態懸浮液及其混合物。例如，可泵送的固態碳質燃料的氣態懸浮液是適宜的原料。事實上，基本上任何可燃性含碳液態有機物料，或其懸浮液都可包括在術語「液態烴」的定義之中，例如，有(1)可泵送的固態碳質燃料，如在可汽化液態載體中的煤，顆粒碳，石油焦，濃縮汙水淤渣及其混合物，可汽化液態載體如水、液態CO2，液態烴燃料和它們的混合物；(2)對氣化器適宜液態烴質燃料原料包括各種物料如液體烴液化石油氣，石油餾分和渣油，汽油，石腦油，煤油，原油，瀝青，氣油，渣油，焦砂油和頁巖油，煤衍生的油，芳烴(如苯，甲苯，二甲苯餾分)，煤焦油，來自流化催化裂化操作的循環氣油，煉焦器氣油的糠醛萃取物和它們的混合物；(3)氧化烴有機物包括糖類，纖維素物料，醛，有機酸，醇，酮，氧化油，來自化學工藝的含氧化烴質有機物料的廢液和付產品，和它們的混合物。
可在部分氧化氣化器中單獨或與液態烴質燃料一起燃燒的氣態烴質燃料包括汽化的液態天然氣，煉油廠尾氣，C1-C4烴質氣體和來自化學工藝的含碳廢氣。
液態烴質原料可為室溫，或可預熱到高達約600°F到1200 °F，但優選低於其裂解溫度。液態烴質原料可作為液相或與溫度緩和劑的汽化混合物加到氣體發生器燃燒器中。
對控制氣體發生器反應器溫度的溫度緩和劑的需求通常取決於原料的碳氧比和氧化料流的氧含量。與液態烴燃料一起使用的溫度緩和劑使用基本上純的氧氣。水或水蒸汽是優選的溫度緩和劑。水蒸汽作為溫度緩和劑可以與一種或兩種反應物料流的混合物加入。另外，溫度緩和劑可藉助燃燒器上另外的導管加到反應區。其他溫度緩和劑包括富CO2的氣體，氮氣，和再循環合成氣。
用於本文的術語含游離氧氣體表示空氣，富氧空氣即大於21％(摩爾)氧和基本上為純氧即大於約95％摩爾氧(其餘通常為N2和惰性氣體)。含游離氧氣體通過部分氧化燃燒器於約室溫到900°F下加入。
原料燃料氣料流從反應區排出，溫度在約1700 °F到3500 °F，優選2000°F到2800°F，壓力為約500到2500psia，和優選700到1500psia。熱原料流出物氣體料流的組成如下，摩爾百分數H210到70，CO15到57，CO20.1到25，H2O0.1到20，CH40到60，NH30到2.0，H2S0到5，COS0到0.1，N20到60，Ar0到2.0，HCN和HCCOOH0到100ppm(重量)。顆粒碳為約0到20％(重量)(以原料進料中碳含量為基)，灰份和/或熔融爐渣分別佔原始液態烴或固態碳質燃料進料的約0到5.0％(重量)和0到60％(重量)。
在本方法一個優選實施方案中，所有熱原料流出物燃料氣料流在基本上與反應區相同的溫度和壓力(由於比管線的普通壓降小)離開部分氧化氣體發生器的帶難熔襯裡的反應區，並直接加到諸如公開在共同轉讓的美國專利2,896,927(它以參考文獻併入本文)中的驟冷鼓或槽的底部的水池中。本方法的獨特之處在於使用高壓驟冷氣化排列以將投資和維修成本降至最低和將驟冷後氣體溫度提至最高。如果在驟冷前將熱量從氣化器出口除去或氣化器在低壓下操作，驟冷後的氣體溫度太低難以生產能有效地併入到水蒸循環的中壓水蒸汽。
驟冷鼓位於氣體發生器的反應區下面，和驟冷鼓接收到的原料燃料氣料流夾帶基本上所有離開氣體發生器的反應區的灰份和/或爐渣和顆粒碳黑。由大量氣體鼓過水而在驟冷鼓產生的攪拌條件有助於水洗滌大量來自流出氣體中的固體。在驟冷容器中產生大量的水蒸汽並飽和氣體料流。原料氣料流在驟冷鼓中冷卻並於約350 °F到600°F，如約450°F到550°F的溫度和約500到2500psia，如約700到1500psia的壓力下離開。最好，用本發明的新鮮驟冷水是補加水和在該方法後續步驟中產生的冷凝水的混合物。措詞「和/或」以通常方式用於本文。例如，A和/或B表示既可為A或B，也可為A＋B。
為防止下遊催化劑床層的堵塞和/或對可用於後續純化步驟中液體溶劑的汙染，離開驟冷鼓的冷卻和部分淨化後的燃料氣料流在另一個氣體淨化區通過與熱汽滌水接觸來進一步淨化。該氣體淨化區可包括一常規孔板如示出並描述在共同轉讓的美國專利3,524，630(以參考文獻併入本文)中和常規的文丘裡洗滌器和帶有氣體洗滌室的噴霧器如描述在共同轉讓的美國專利3,232,727(以參考文獻併入本文)中。在氣體洗滌室中，原料燃料氣料流用洗滌水洗滌，洗滌水包括如本文所述的熱的返回冷凝水和補加的水。例如，在一個實施方案中，離開與氣化器相連的驟冷槽的氣體料流被洗滌並直接與洗滌水例如在文丘裡洗滌器中接觸。但在氣體淨化區使用文丘裡洗滌器是任選的。燃料氣流入並向上流過在氣體洗滌室底部的氣體洗滌水池。洗滌後的氣體然後向上流過洗滌室上部的填料段或塔盤，在這裡它與冷凝水，即向下流動的洗滌水接觸。在氣體洗滌室底部的洗滌水可再循環到文丘裡洗滌器(如果需要)，和/或與氣化器連接的驟冷槽。
藉助用於本方法中的氣體淨化方法，在洗滌後的燃料氣料流的固體顆粒量降到很低的值如小於約3ppm，優選小於1ppm。本方法的獨特之處在於通過在緊靠額定生產的壓力為約275到600psia，如約300到400psia的中壓和溫度範圍在約410°F到486°F如約418°F到445°F的料流的下遊洗洗水與工藝燃料氣直接接觸以最大限度地提高洗滌水溫度到約375°F到550°F範圍，如約400°F到450°F。在洗滌水加熱器中，驟冷飽和的燃料氣降到約410°F到550 °F，如約420°F到470°F。任何常規的氣液直接接觸室都可用作洗滌水加熱器包括常規的帶塔板和填料的塔。直接接觸使水和氣之間趨向於最低溫度。輸入洗滌水中的熱量將增加洗滌器頂部氣體熱量，由此增加中壓水蒸汽的產量、中壓水蒸汽(IPS)通過鍋爐供水(BFW)和驟冷的熱飽和燃料氣之間間接熱交換在常規的熱交換器中產生。IPS熱交換可位於驟冷池之後和原料燃料氣洗滌區之前。另外，IPS熱交換器可位於洗滌區之後，如圖所示。
在一個實施方案中，離開洗滌水加熱器的燃料氣經過熱交換器，在此與鍋爐供水間接熱交換產生約100到275psia如150到250psia的中壓和約325°F到410°F如約358到401°F的水蒸汽。燃料氣於約300到500°F如約360°F到430°F離開中壓熱交換器並進入用來從燃料氣中分離冷凝水的分液器中。
在本方法的下一步中，燃料氣壓力在降壓區中降至約100到2300psia如約200到1200psia。降低壓力以與位於下遊的燃料透平機操作壓力一致。此外，在酸氣體除去前，產生低壓水蒸汽。本方法獨特之處在於通過將降壓設備定於燃料氣完全冷卻之前的工藝料流中而增壓降壓設備的輸出。在該位置，大部分水仍維持在燃料氣中，它增加了膨脹循環的質量和電力的輸出。降壓設備的位置為效率而優化。在一個實施方案中，降壓設備包括降壓閥，它可以與或可以不與孔板串聯。在另一個實施方案中，減壓區包括間接熱交換器(燃料氣加熱器)和膨脹透平機以降低燃料氣管線壓力同時發電。通過來自燃料透平機的廢氣和水之間的熱交換而在下遊熱回收水蒸汽發生器(HRSG)中產生的熱水用來加熱工藝燃料氣料流到大於該燃料氣在膨脹透平機膨脹後露點的10°F到100 °F膨脹後的工藝燃料氣料流的溫度在約250°F到800°F如約300°F至450°F且必須在進入到酸氣回收區以除去任何H2S和COS之前降到約40°F到140°F，如約100°F到120°F。在本方法中，多級熱交換器用來降低工藝燃料氣料流的溫度並回收供燃料和氮氣飽和的低品位熱量。因為氮氣及水用來降低下遊的燃燒透平機的燃料的BTU/SCF，用來控制NOx並提高氣體透平機輸出的燃料飽和度大大下降。這使得飽和器的底部溫度低至足以使用低品位(即低溫)熱量來加熱。低品位熱量回收段包括約2到7如5個串聯的間接熱交換器，經過這些換熱器工藝氣體料流被冷卻。用於分離冷凝水的分液器位於每一個或至少最後一個熱交換器之後。收集在這些分液器中的冷凝水被泵到上述的洗滌水加熱器中。用於至少一個熱交換器的冷卻劑是溫度在約80到300°F如約100°F到200°F的循環水。循環水通過在熱交換器中與燃料器間接熱交換被加熱。所得的熱水，溫度在約225°F到400°F如約275°F到370°F，然後加到氮氣飽和器和燃料飽和器中。兩個飽和器壓為在約100到1000psia，如約150到500psia之間。鍋爐供水，溫度在約75°F到250°F，是用作至少一個間接熱交換器的冷卻劑。藉助該設備，壓力為約5到150psia的低壓工藝水蒸汽可在一個間接熱交換器中產生。在一個實施方案中，來自下遊的水蒸汽透平機的水蒸汽冷凝液可在一個間接熱交換器中再加熱到約90°F至350°F，如約100°F至250 °F，再循環到HRSG以補充加熱到約700°F至1800°F，如約800 °F至1200°F和約600到3000psia，如約1300到1700psia的壓力，並加入到多級膨脹透平機中作為這些級之一的工作流體。藉助上述多級熱交換器，在膨脹後，工藝燃料氣料流的溫度可以下列步驟下降(1)200°F到400°F，(2)200°F到320°F，(3)100°F到300°F，(4)100°F到200°F，和(5)80°F到120°F。這樣，在本方法中，來自工藝冷卻的低品位熱量有效地用於多級熱交換器中，這些熱交換器為(1)飽和燃料氣和N2，(2)產生工藝區域如酸氣回收(AGR)和硫回收單元(SRU)所需的低壓水蒸汽，和(3)加熱冷的水蒸汽冷凝液提供熱量。
工藝燃料氣料流可用任何適宜的常規體系，例如在酸氣回收區，利用物理或化學吸收法，用液態溶劑例如冷甲醇、N-甲基-吡咯烷酮，聚乙二醇的二甲醚和抑制的或非抑制胺來純化。酸氣，例如，CO2，H2S和COS在高壓和低溫下極易溶於甲醇中。當壓力降低和富溶劑相溫度升高時，這些氣體很容易從溶劑中汽提出來。H2S和COS可濃縮成適合加到克勞斯單元即硫回收單元(SRU)的餾分，在此生產元素硫。參見Kirt-Othmer Encyclopediaof Chemial Technology，Second Edition Vol.19，John Wiley，1969，page353和共同轉讓的美國專利4,052,176。這些參考文獻併入本文。
常規的空氣分離單元(ASU)用來將空氣分離成基本純的氧氣和氮氣。部分或全部氮氣利用鍋爐供水的熱能過熱到350°F～1000°F，如約500°F～600°F溫度範圍的熱水飽和，並與飽和並過熱至類似溫度的燃料氣料流一道加到水氣體燃料器。在燃燒前將飽和燃料氣和飽和氮氣過熱以減少液體對透平機葉片的腐蝕。進入燃燒器的每股氮氣和燃料氣料流均含約1到50％(體積)，如約5到30％(體積)的水。借飽和氮氣，降低氮氣量以滿足低NOx的需求，由於使用低品位熱能而提高了效率。
來自ASU的溫度處於約環境溫度至900°F的氧氣料流經環形燃燒器上一個通道進到部分氧化氣體發生器的反應區。在一個實施方案中，氧氣料流首先用水飽和以生產溫度為約120°F至500°F，如約150°F至350°F和含約1至50％H2O，如5到35％(體積)H2O的氧氣料流。最好，在本方法中，當利用低品位熱能飽和氧時，由於提高了中壓水蒸汽產量而提高了工藝效率。如果氣化需要緩和水蒸汽溫度，來自飽和工藝的氧氣中的水蒸汽將驅替該較高壓水蒸汽，因而甚至進一步通過讓所述驅替後的較高壓水蒸汽在水蒸汽電力循環的高壓段發電來提高效率。
空氣借汽輪壓縮機壓縮，該壓縮機用一與燃燒器一道為氣體透平機主要部件的共軸膨脹透平機驅動。壓縮後的空氣於約400 °F～850°F的溫度和與飽和燃料氣和飽和氮氣基本相同的壓力進入燃燒器中。廢氣於約1400°F到3000°F，通常為約2300 °F到2400 °F的溫度和約100到1000psia或更高和優選150到500psia或更高的壓力下離開燃燒器。廢氣有下列典型的組成(摩爾％)CO24-20，H2O4-20，N275-80，和O20-20。由於加入飽和的N2和飽和的燃料氣，氮氧化物(NOx)濃度基本上為零，以幹2％O2為基，低於50ppm(體積)。由所述膨脹透平機驅動的共軸發電機發電。
離開氣體透平機的膨脹透平機部分的溫度在約800°F到1500 °F和壓力在約10到20psia的熱廢氣在經煙囪於150°F到450°F下排到大氣中之前經過一常規熱回收水蒸汽發生器(HRSG)。用來驅動包括與一共軸中壓膨脹透平機串聯的高壓膨脹透平機的常規水蒸汽透平機的水蒸汽和工藝用水蒸汽在HRSG中生產。例如，來自HRSG的溫度為約700°F～1800°F，如約800°F～1200°F，和壓力約600～3000psia，如約1300～1700psia的過熱的高壓水水蒸汽加到高壓膨脹透平機(HPT)中。溫度為約400°F～1200°F，如約500°F～900°F，和壓力在約200～800psia，如約300～500psia的中壓廢水蒸汽離開HPT並與來自燃料氣冷凝系統的中壓水蒸汽合併。混合物在HRSG中過熱，並於溫度為約700°F～1800°F如約800°F～1200°F和壓力約200～600psia，如約290～390psia下加到中壓膨脹透平機(IPT)中。如果需要，來自燃料氣冷卻系統的中壓水蒸汽料流可在HRSG中過熱到約600°F～1500°F，如約700°F～1000°F和100～275psia，如140～200psia，並流過中壓膨脹透平機的一個級。
將來自中壓膨脹透平機的廢水蒸汽冷卻、冷卻、在燃料氣冷卻系統的熱交換器中再加熱至約90°F～350°F的溫度，用泵增加到約5～150psia，如約12～75psia的壓力，並再循環到HRSG以借與流過廢氣透平機的廢氣間接熱交換轉化成過熱高壓水蒸汽、中壓水蒸汽和低壓水蒸汽。共軸高壓和中壓膨脹透平機驅動發電機發電。
最好，藉助本方法，優選水蒸汽循環以降低第二級透平機進口壓力到能將最大量工藝產生的水蒸汽即壓力在約275～600psia的中壓水蒸汽直接用於再加熱循環中。事實上，該壓力可在水蒸汽循環效率沒有明顯下降下儘可能降低以使得用於再加熱循環中產生的工藝水蒸汽的量為最大。
附圖的描述通過參照示出了前面詳細描述的方法的附圖對本發明有一個更完整的理解。雖然


了本發明的優選實施方案；但不希望限制所說明的連續方法到所述的特定設備和物料。
參照附圖，如上所述的帶難熔材料襯裡的自由流動的非催化燃料氣發生器1裝有軸向布置的上遊法蘭進口管2和下遊法蘭出口3。如上所述的具有與氣體發生器1同軸的中心通道5的環形燃燒器4安裝在進口管2中。也裝有共園同軸環形通道6。
在管線7中的可泵送的煤水懸浮液經燃燒器4的環形通道6加入。在管線8中的含游離氧的氣體料流經中心通道5加入。兩般進料料流一起碰撞、粉化並在氣體發生器1的反應區9部分氧化反應。含H2，CO，CO2，H2O，N2，A，H2S和COS的原料燃料氣熱料流向下流過下降管10並在位於氣體發生器1底部的驟冷塔15中的水池中驟冷。礦渣和顆粒物定期經出口管3、管線16、閥17、管線18、閘式漏鬥19、管線20、閥21、和管線22除去。
驟冷後的原料燃料氣經管線23進入洗滌塔24，在此用管線25的熱洗滌水洗滌掉夾帶的煤菸灰和顆粒物。用泵26洗滌塔24底部的水經管線27和28泵入到驟冷槽15。經管線29離開氣體洗滌塔24的洗淨的原料燃料氣在熱交換器30中通過與鍋爐供水(BFW)間接即不接接熱交換冷卻。BFW經管線31進入並經管線32作為壓力在約275～600psia，如約300～400psia的中壓水蒸汽離開。在管線33中的熱原料燃料氣料流進入洗滌水加熱器37，在此它與經管線39、泵54、管線58和循環水貯槽41來的冷凝水和補加的水的混合物直接接觸並直接熱交換。補加的水經管線40和貯槽41加入系統中。防止雜質在系統中累積的衝洗水定期經管線36除去。從位於工藝的低壓加熱段的分液器底部而來的冷凝水流入冷凝水貯槽41中。熱洗滌水由此在加熱器37中生產，同時燃料氣料流被冷卻並洗淨。借泵43，在加熱器37底部的熱洗滌水經管線44、48和25泵到氣體洗滌塔24中。
通過管線46上閥45的關閉和管線50上閥47的開啟，離開洗滌水加熱器37的清潔的原料燃料氣經管線49、50和51流到分液器53中、從分液器53底部來的冷凝水用泵43經管線55、48和25泵到氣體洗滌塔24中。
在一個實施方案中，借閥47的關閉和閥45的開啟，管線46的清淨燃料氣流過管線57和熱交換器60。BFW經管線61進入熱交換器60並經管線62作為壓力在約100～275psia，如約150～200psia中壓水蒸汽離開。冷卻後的燃料氣經管線52離開並進入分液器53。
借管線65上閥64的關閉和管線67上降壓閥66的開啟，管線68中的燃料氣流經管線67、69、任選孔板70、管線71和72及熱交換器73。藉此，閥66和/或孔板70下遊的燃料氣壓力可降到適合在位於下遊的且包括燃料器75和膨脹透平機76的氣體透平機的燃料器75中隨後燃燒淨化的飽和燃料氣的值、用來壓縮來自管線78的空氣的空氣壓縮機77位於與膨脹透平機76的同軸79上、發電機80由從軸杆79伸出的軸81驅動。
另外，燃燒氣下遊的壓力可用膨脹透平機降低。在這種情況下，借閥66的關閉和閥64的開啟，管線65中的燃料氣流經管線85、加熱器86、管線87和膨脹透平機88。
附加的低品位熱能通過將燃料氣流過多個即2～7個如5串聯的間接熱交換器從管線72中的燃料氣料流中除去。藉此分步降低燃料氣溫度。分液器在每一個或至少最後一個熱交換器之後以分離當燃料氣冷到低於露點時在燃料氣中形成的冷凝水。燃料氣當其次序經過每一個氣體冷卻器時，可逐步降其水量以逐步降低其溫度。BFW或循環水料流可以是冷卻劑。例如，在管線72中的燃料氣可順序經過熱交換器73、管線92、分液器93、管線94、熱交換器95、管線96、分液器97、管線98、熱交換器99、管線100、分液器101、管線102、水蒸汽冷凝水加熱器103、管線104、分液器105、管線106、熱交換器107、管線108、分液器109和管線110。管線110中的燃料氣溫度適合對其在111中進行的常規酸氣除去(AGR)處理。尾氣即H2S和COS經管線112進入到硫回收單元113。回收硫並經管線114排出、在管線115中的純化後的燃料氣進入飽和器116。來自分液器93、97、101、105和109底部的冷凝水分別經管線122、123、124、125和126且也分別經管線127、128、129、130、131進入冷凝水貯槽41中。
流經交換器73和99的燃料被循環水冷卻。從泵135開始，冷水泵過管線136、137、熱交換器99、管線138、熱交換器73、管線139、140、飽和器116和管線142和143。用水飽和的燃料氣料流流過管線144、熱交換器145(在此過熱)和管線146進入氣體透平機的燃燒器75。在管線139中的加熱後的冷水分成兩股，一般流經管線131進入132和氮氣飽和器133中。借泵149，在飽和器133底部的冷水流經管線150、151、152和137進入熱交換器99中。補充水經管線153進入循環水系統中。
在管線155中的空氣在常規空氣分離單元(ASU)156中分成在管線154中的氮氣出口料流，在管線157中的氮氣料流，和在管線160中的氧氣料流、管線157中的氮氣料流在飽和器133中用水飽和、飽和後的氮氣料流流過管線158、在間接熱交換器159中過熱、並經管線174進入到氣體透平機燃燒器75中。基本純的氧氣料流經管線160離開ASU156。借管線162上的閥161的關閉和管線164上閥163的開啟，氧氣料流經管線165和8進入燃燒器4的中心通道5。另外，管線160中氧氣在進入氣體發生器1之前可用水飽和。在這種情況下，閥163關閉和閥161開啟、氧氣料流經管線162和166進入氧氣飽和器167中。用水飽和後的氧氣料流然後經管線168和8加入到燃燒器4的中心通道5。經管線169中補充的鍋爐供水流過管線170，在間接熱交換器171中對循環水加熱並經管線172進入氧氣飽和器167。借泵173，BFW經管線174、170和172再循環到飽和器167。
最好，本方法的一個實施方案包括用來發電的水蒸汽。能量由此從經管線180離開膨脹透平機76並流經熱回收水蒸器發生器(HRSG)181的熱廢氣中取出。例如，經管線32離開熱交換器30的中壓範圍為約275到600psia，如300到400psia的水蒸汽與來自高壓透平機211的IP廢水蒸汽混合。IP水蒸汽混合物經管線182流入HRSG181中並通過經入間接熱交換器與來自管線180的熱廢氣間接換熱過熱到700°F到1800°F如約800°F～1200°F。過熱後的IP水蒸汽經管線189作為至少一部分工作流體流入IP膨脹透平機。由預熱後的水蒸汽冷凝水在HRSG中生產的高壓水蒸汽經管線184作為工作流體流入高壓膨脹透平機185中。
在一個實施方案中，來自間接熱交換器60且壓力在約100到275psia如約150到200psia的管線62中的補加的中壓水蒸汽經管線186進入到HRSG181並通過與來自管線180的熱廢氣間接熱交換過熱至約600°F～1500，如約700°F～1000°F。該中壓水蒸汽經管線187作為工作流體流入到膨脹透平機的另一級。
共軸膨脹透平機211和185借軸196驅動發電機195。管線197中的廢水蒸汽通過與從管線199進入並經管線200離開的冷水的熱交換而在冷卻器198中冷卻並冷凝。管線201中的冷凝後的鍋爐供水通過與來自管線102的原料燃料氣間接熱交換在熱交換器103中預熱。在一個實施方案中，管線202中預熱後的鍋爐供水通過順序流過HRSG181用在中間脫水步驟中分離出的低壓水蒸汽加熱而生產溫度在約700°F到1800°F，如約800°F到1200°F和壓力在約600～3000psia，如約1300～1700psia的高壓水蒸汽。在這種情況下，高壓水蒸汽在HRSG181中過熱並經管線184作為工作流體進入膨脹透平機211。HP透平機211用共同軸213聯到IP膨脹透平機185上。
雖然在不偏離本發明精神和範圍下可作出一些改型和變型，但本發明的範圍僅受後附的權利要求書限制。
權利要求
1.一種部分氧化方法，包括(1)將烴燃料與含游離氧的氣體在部分氧化反應區反應以產生燃料氣料流，用驟冷水冷卻所述燃料氣以產生溫度在約350°F到600°F和壓力在約500到2500psia的驟冷後的飽和燃料氣料流，通過與鍋爐供水間接熱交換冷卻所述驟冷後的飽和燃料氣，藉此，將所述驟冷後燃料氣的溫度降到約410°F至550°F，同時將所述鍋爐供水轉化成約275至600psia的中壓水蒸汽，和用來自(2)的預熱後的洗滌水淨化所述驟冷後的飽和燃料氣；(2)藉助氣-水直接接觸設備用離開(1)的冷卻後的驟冷後的飽和燃料氣將包括工藝冷凝水和補加的水的洗滌水預熱到約375°F至550°F的溫度範圍，藉此將所述冷卻後的驟冷後的飽和燃料氣降到約300°F至540°F的溫度範圍，和從所述冷卻後的燃料氣中分離冷凝水；(3)將來自(2)的所述的冷卻後的燃料氣的壓力降到約100至2300psia，借間接熱交換用冷卻水將所述燃料氣進一步冷卻到約40°F至140°F，藉此將水從所述燃料氣體流中冷凝下來，同時加熱所述冷卻水以產生一個溫度約225°F到400°F的熱水，和將在(2)和(3)中冷凝出來的水引到(2)中的所述的氣-水直接接觸設備，在此它用作氣體洗滌水；(4)淨化來自(3)的冷卻後的燃料氣料流；(5)用來自(3)的熱水飽和氮氣料流和來自(4)的淨化後的燃料氣；(6)將來自(5)的燃料氣和氮氣的飽和料流過熱到約350°F至1000°F；和將所述過熱後的燃料氣和氮氣料流加到氣體透平機的燃燒室中；(7)在透平機中於所述的燃料室中在溫度約為2200°F到2600°F之間和壓力約100到1000psia之間用含游離氧的氣體燃料所述飽和燃料氣以生產NOx量降低的廢氣；(8)將所述廢氣經過一膨脹透平機以生產增加輸出量的電力。
2.權利要求1的方法，其中將至少部分來自氣體洗滌區的洗滌水加到所述氣體驟冷區。
3.權利要求1的方法，在(3)中所述冷卻後的燃料氣用一減壓設備減壓。
4.權利要求3的方法，其中所述減壓設備選自閥、孔板或膨脹透平機。
5.權利要求1的方法，在(3)中所述燃料氣在多個間接熱交換器中逐步冷卻。
6.權利要求5的方法，其中所述熱交換器用的冷卻劑為循環水和/或鍋爐供水。
7.權利要求1的方法，還包括在將所述含游離氧的氣體加入到所述部分氧化反應區之前用水飽和所述含游離氧氣體的步驟。
8.權利要求1的方法，還包括下列步驟在一常規空氣分離單元中將空氣分離成氧氣料流和氮氣料流，將所述氧氣料流作為所述含游離氧氣體加到所述部分氧化反應區，和將用於(5)中的所述的氮氣料流飽和。
9.權利要求1的方法，還包括下列步驟將來自(8)的所述的廢氣經過在間接熱交換器的熱回收水蒸汽發生器以與來自(1)的所述的中壓水蒸汽換熱，藉此將所述中壓水蒸汽過熱，和將所述過熱後的中壓水蒸汽作為至少部分工作流體經過一膨脹透平。
10.權利要求1的方法，其中所述的烴質燃料選自液體和/或氣體烴質燃料或可泵送的固體碳質燃料的淤漿。
11.權利要求10的方法，其中可泵送的固體碳質燃料淤槳選自在可汽化的液體載體中的煤，顆粒碳，石油焦，濃縮汙水淤渣及其混合物，可汽化的液體載體選自水、液體CO2、液體烴燃料及其混合物。
12.權利要求10的方法，其中液體烴質燃料選自液化石油氣，石油餾分和渣油，汽油，石腦油，煤油，原油，瀝青，氣油，渣油，焦砂油和頁巖油，煤衍生的油，芳烴(如苯，甲苯，二甲苯餾分)，煤焦油，來自流化催化裂化操作的循環氣油，煉焦器氣油的糠醛萃取物和它們的混合物。
13.權利要求10的方法，其中所述氣態烴質燃料選自汽化後的液態天然氣，煉廠廢氣，C1-C4烴質氣體，和來自化工工藝的含碳廢氣。
14.權利要求1的方法，還包括淨化驟冷後的飽和燃料氣，同時預熱(2)中的洗滌水。
15.用於發電的部分氧化方法，包括(1)將烴燃料與含游離氧的氣體部分氧化反應以產生燃料氣料流，通過在水中驟冷以冷卻所述燃料氣以產生溫度在約350°F到600°F和壓力在約500到2500psia的驟冷後的飽和燃料氣料流，通過與鍋爐供水間接熱交換冷卻所述驟冷後的飽和燃料氣，藉此，將所述驟冷後燃料氣的溫度降到約410°F至550°F，同時將所述鍋爐供水轉化成約275至600psia的中壓水蒸汽，和用來自(2)的預熱後的洗滌水在所述冷卻前或冷卻後淨化所述驟冷後的飽和燃料氣；(2)藉助氣-水直接接觸設備用離開(1)的冷卻後的驟冷後的飽和燃料氣將包括工藝冷凝水和補加的水的洗滌水預熱到約375°F至550°F的溫度範圍，藉此將所述冷卻後的驟冷後的飽和燃料氣降到約300°F至540°F的溫度範圍，和從所述冷卻後的燃料氣中分離冷凝水；(3)借間接熱交換用鍋爐供水將來自(2)的飽和的燃料氣的溫度降到約300°F至500°F以產生壓力在約100到275psia的中壓水蒸汽，和將冷凝水從所述冷卻後的燃料氣料流中分離出來；(4)將來自(3)的冷卻後的燃料氣料流加熱以使其溫度較在步驟(5)膨脹後的露點高10°F到100°F；(5)用膨脹透平機將來自(4)的燃料氣料流的壓力降到約100到2300psia；(6)借間接熱交換用冷卻水將所述燃料氣料流冷卻到約40°F至140°F，藉此將水從燃料氣料流中冷凝下來，同時加熱所述冷卻水以產生一個溫度約225°F到400°F的熱水，和將所述冷凝水和在(2)和(3)中冷凝出來的水引到(2)中的所述的氣-水直接接觸設備，在此它用作氣體洗滌水；(7)淨化來自(6)的冷卻後的燃料氣料流；(8)用來自(6)的熱水飽和氮氣料流和來自(7)的淨化後的燃料氣；(9)將來自(8)的燃料氣和氮氣的飽和料流過熱到約350°F至1000°F；和將所述過熱後的燃料氣和氮氣料流加到氣體透平機的燃燒室中；(10)在透平機中於所述的燃料室中在溫度約為2200°F到2600°F之間和壓力約100到1000psia之間用含游離氧的氣體燃燒所述飽和燃料氣以生產NOx量降低的廢氣；(11)將所述廢氣經過一膨脹透平機以生產增加輸出量的電力。
16.權利要求15的方法，還包括在將所述含游離氧的氣體加入到所述部分氧化反應區之前用水飽和所述含游離氧氣體的步驟。
17.權利要求15的方法，還包括下列步驟在一常規空氣分離單元中將空氣分離成氧氣料流和氮氣料流，將所述氧氣料流作為所述含游離氧氣體加到所述部分氧化反應區，和將用於(8)中的所述的氮氣料流飽和。
18.權利要求15的方法，還包括下列步驟將來自(11)的所述的廢氣經過在間接熱交換器的熱回收水蒸汽發生器以與來自(1)的所述的中壓水蒸汽換熱，藉此將所述中壓水蒸汽過熱，和將所述過熱後的中壓水蒸汽作為至少部分工作流體經過一膨脹透平。
19.權利要求15的方法，還包括下列步驟借間接熱交換用(6)中的燃料氣料流再加熱來自中壓膨脹透平機的水蒸汽冷凝物；加熱、脫水和過熱加熱後的水蒸汽冷凝物以產生高壓水蒸汽；在透平機中膨脹所述高壓水蒸汽以生產機械電力和中壓水蒸汽，在中壓透平機中膨脹所述過熱後的中壓水蒸汽以生產機械電力，和冷凝來自中壓透平機的廢水蒸汽。
全文摘要
一種用來發電的高效部分氧化方法，包括下列步驟通過烴質燃料部分氧化生產燃料氣，通過在水中驟冷冷卻所述高壓燃料氣以生產驟冷後的燃料氣並通過與BFW間接熱交換以最大限度地生產IP和MP水蒸汽，淨化所述燃料氣，通過與淨化後的燃料氣直接接觸和直接熱交換來預熱包括工藝冷凝水和補加水的洗滌水並使用所述預熱後的洗滌水在所述燃料氣的淨化中，在加熱用於燃料氣水之前降低所述冷卻後的燃料氣的壓力，分步冷卻工藝燃料氣料流並冷凝用作所述洗滌水的水，用水純化工藝燃料氣並飽和它，和在發電氣體透平機的燃燒器中與飽和的氮氣一起燃燒所述純化和飽和的燃料氣以生產NOx降低的廢氣。在一個實施方案中，來自氣體透平機的熱廢氣流經HRSG以過熱工藝水蒸汽。過熱後的工藝水蒸汽然後在用來發電的膨脹透平機中用作部分工作流體，水蒸汽冷凝物可轉化成高壓(HP)水蒸汽並在HRSG中過熱。過熱後的HP水蒸汽然後作為工作流體流過HP透平機。優化發電水蒸汽循環以最大限度地生產最有效地用於該循環中的工藝水蒸汽。
文檔編號F02C3/20GK1141663SQ94193847
公開日1997年1月29日 申請日期1994年10月18日 優先權日1993年10月20日
發明者F·C·扎恩克, P·S·瓦拉斯, P·S·薩克 申請人:德士古發展公司