专利名称：用来发电的部分氧化方法
背景技术：
发明领域本发明涉及烃质燃料部分氧化生产燃料气和在气体透平机中燃烧所述燃料气以发电。
液态烃质燃料部分氧化生产燃料气；水-气逆流流动以控制燃料气的摩尔比(CO/H2)；洗涤和净化燃料气；和在发电的气体透平机中燃烧改进后的燃料气料流被公开在共同转让的美国专利3,868,817中。用来饱和燃料气的水的加热在美国专利5,117,623中是通过非接触间接热交换来完成的。但这些方法没有一个教导了申请人的高效一体化气化方法，该方法包括下列步骤(1)冷却骤冷饱和的原料燃料气料流到低于露点以冷凝出用于骤冷和洗涤原料燃料气的水，和通过洗涤水与骤冷后的原料燃料气料流在紧接热交换器的下游直接接触最大限度地提高洗涤水温度以生产中压水蒸汽，将该水蒸汽过热并作为至少部分工作流体引入到膨胀透平机中；和(2)在加热用来饱和燃料气和氮气的水之前和在未纯化燃料气原料料流充分冷却之前确定管线减压设备的位置以从在工艺中这一点仍保留在原料燃料气中大量的水中受益，它可对用来对洗涤原料燃料气的冷凝水加热。
发明综述本发明部分氧化方法的一个优实施方案涉及一种高效一体化气化合并循环(IGCC)方法，该方法将多步气体冷却合并并在高压下操作以将来自骤冷燃料气的热量最大限度地用于发电。优化发电水蒸汽循环以最大限度地生产能量有效地用于循环中的工艺水蒸汽。将来自汽化空气分离单元的氮气和燃料气饱和并用来提高效率和将NOx的产生降至最低。
本方法基本上由下列步骤组成(1)将烃燃料与含游离氧的气体在部分氧化反应区反应以产生燃料气料流，用骤冷水冷却所述燃料气以产生温度在约350°F到600°F和压力在约500到2500psia的骤冷后的饱和燃料气料流，通过与锅炉供水间接热交换冷却所述骤冷后的饱和燃料气，借此，将所述骤冷后燃料气的温度降到约410°F至550°F，同时将所述锅炉供水转化成约275至600psia的中压水蒸汽，和用来自(2)的预热后的洗涤水净化所述骤冷后的饱和燃料气；(2)借助气-水直接接触设备用离开(1)的冷却后的骤冷后的饱和燃料气将包括工艺冷凝水和补加的水的洗涤水预热到约375°F至550°F的温度范围，借此将所述冷却后的骤冷后的饱和燃料气降到约300°F至540°F的温度范围，和从所述冷却后的燃料气中分离冷凝水；(3)将来自(2)的所述的冷却后的燃料气的压力降到约100至2300psia，借间接热交换用冷却水将所述燃料气进一步冷却到约40°F至140°F，借此将水从所述燃料气体流中冷凝下来，同时加热所述冷却水以产生一个温度约225°F到400°F的热水，和将在(2)和(3)中冷凝出来的水引到(2)中的所述的气-水直接接触设备，在此它用作气体洗涤水；(4)净化来自(3)的冷却后的燃料气料流；(5)用来自(3)的热水饱和氮气料流和来自(4)的净化后的燃料气；(6)将来自(5)的燃料气和氮气的饱和料流过热到约350°F至1000°F；和将所述过热后的燃料气和氮气料流加到气体透平机的燃烧室中；(7)在透平机中于所述的燃料室中在温度约为2200°F到260°F之间和压力约100到1000psia之间用含游离氧的气体燃料所述饱和燃料气以生产NOx量降低的废气；(8)将所述废气经过一膨胀透平机以生产增加输出量的电力。
在一实施方案中，透平机废气的热能用来产生水蒸汽、然后将该水蒸汽用作水蒸汽透平机中的工作流体，从而增加该方法的热效率。
附图的简单描述参照说明本发明的优选实施方案的附图，可对本发明有更完整的理解。不希望将本发明限于所述的具体方法和物料。
本发明的描述在本方法中，原料燃料气料流-基本上包括H2，CO，CO2，H2O，含颗粒碳和灰的夹带的颗粒物质和至少一种选自N2，Ar，COS，CH4，NH3，HCN，HCCOH和炉渣的物料-是通常在温度缓和剂存在下，在一个不带填料的垂直自由流动的非催化部分氧化气体发生器的氧化区中通过液态和/或气态烃质燃料包括固态碳质燃料的气态悬浮液与含游离氧的气体部分氧化反应生产的。在反应区的H2O与燃料重量比在约0.1到5之间，优选约0.2到0.7之间。在燃料中游离氧与碳原子比(O/C比)在约0.6到1.6之间，优选约0.8到1.4之间。反应时间在约0.1到50秒之间，如2到6秒。
原料燃料气发生器包括一个带有耐火材料衬里的垂直的圆柱形钢质高压容器，如示出在共同转让的美国专利2,809,104中，它作为参考文献并入本文。典型的骤冷鼓也示出在所说专利中。燃烧器，如示出在共同转让的美国专利2,928,460(它作为参考文献并入本文)中可用来将原料料流引到反应区。
各种可燃性液态和/或气态烃质燃料或固体碳质燃料的气态悬浮液可在气体发生器与含自由氧的气体，在气体温度缓和剂存在下，反应以制备合成气。
用于本文用来描述各种适宜原料的术语液态烃燃料包括可泵送的液态烃物料和可泵送的固态碳质物料的液态悬浮液及其混合物。例如，可泵送的固态碳质燃料的气态悬浮液是适宜的原料。事实上，基本上任何可燃性含碳液态有机物料，或其悬浮液都可包括在术语“液态烃”的定义之中，例如，有(1)可泵送的固态碳质燃料，如在可汽化液态载体中的煤，颗粒碳，石油焦，浓缩污水淤渣及其混合物，可汽化液态载体如水、液态CO2，液态烃燃料和它们的混合物；(2)对气化器适宜液态烃质燃料原料包括各种物料如液体烃液化石油气，石油馏分和渣油，汽油，石脑油，煤油，原油，沥青，气油，渣油，焦砂油和页岩油，煤衍生的油，芳烃(如苯，甲苯，二甲苯馏分)，煤焦油，来自流化催化裂化操作的循环气油，炼焦器气油的糠醛萃取物和它们的混合物；(3)氧化烃有机物包括糖类，纤维素物料，醛，有机酸，醇，酮，氧化油，来自化学工艺的含氧化烃质有机物料的废液和付产品，和它们的混合物。
可在部分氧化气化器中单独或与液态烃质燃料一起燃烧的气态烃质燃料包括汽化的液态天然气，炼油厂尾气，C1-C4烃质气体和来自化学工艺的含碳废气。
液态烃质原料可为室温，或可预热到高达约600°F到1200 °F，但优选低于其裂解温度。液态烃质原料可作为液相或与温度缓和剂的汽化混合物加到气体发生器燃烧器中。
对控制气体发生器反应器温度的温度缓和剂的需求通常取决于原料的碳氧比和氧化料流的氧含量。与液态烃燃料一起使用的温度缓和剂使用基本上纯的氧气。水或水蒸汽是优选的温度缓和剂。水蒸汽作为温度缓和剂可以与一种或两种反应物料流的混合物加入。另外，温度缓和剂可借助燃烧器上另外的导管加到反应区。其他温度缓和剂包括富CO2的气体，氮气，和再循环合成气。
用于本文的术语含游离氧气体表示空气，富氧空气即大于21％(摩尔)氧和基本上为纯氧即大于约95％摩尔氧(其余通常为N2和惰性气体)。含游离氧气体通过部分氧化燃烧器于约室温到900°F下加入。
原料燃料气料流从反应区排出，温度在约1700 °F到3500 °F，优选2000°F到2800°F，压力为约500到2500psia，和优选700到1500psia。热原料流出物气体料流的组成如下，摩尔百分数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)。颗粒碳为约0到20％(重量)(以原料进料中碳含量为基)，灰份和/或熔融炉渣分别占原始液态烃或固态碳质燃料进料的约0到5.0％(重量)和0到60％(重量)。
在本方法一个优选实施方案中，所有热原料流出物燃料气料流在基本上与反应区相同的温度和压力(由于比管线的普通压降小)离开部分氧化气体发生器的带难熔衬里的反应区，并直接加到诸如公开在共同转让的美国专利2,896,927(它以参考文献并入本文)中的骤冷鼓或槽的底部的水池中。本方法的独特之处在于使用高压骤冷气化排列以将投资和维修成本降至最低和将骤冷后气体温度提至最高。如果在骤冷前将热量从气化器出口除去或气化器在低压下操作，骤冷后的气体温度太低难以生产能有效地并入到水蒸循环的中压水蒸汽。
骤冷鼓位于气体发生器的反应区下面，和骤冷鼓接收到的原料燃料气料流夹带基本上所有离开气体发生器的反应区的灰份和/或炉渣和颗粒碳黑。由大量气体鼓过水而在骤冷鼓产生的搅拌条件有助于水洗涤大量来自流出气体中的固体。在骤冷容器中产生大量的水蒸汽并饱和气体料流。原料气料流在骤冷鼓中冷却并于约350 °F到600°F，如约450°F到550°F的温度和约500到2500psia，如约700到1500psia的压力下离开。最好，用本发明的新鲜骤冷水是补加水和在该方法后续步骤中产生的冷凝水的混合物。措词“和/或”以通常方式用于本文。例如，A和/或B表示既可为A或B，也可为A＋B。
为防止下游催化剂床层的堵塞和/或对可用于后续纯化步骤中液体溶剂的污染，离开骤冷鼓的冷却和部分净化后的燃料气料流在另一个气体净化区通过与热汽涤水接触来进一步净化。该气体净化区可包括一常规孔板如示出并描述在共同转让的美国专利3,524，630(以参考文献并入本文)中和常规的文丘里洗涤器和带有气体洗涤室的喷雾器如描述在共同转让的美国专利3,232,727(以参考文献并入本文)中。在气体洗涤室中，原料燃料气料流用洗涤水洗涤，洗涤水包括如本文所述的热的返回冷凝水和补加的水。例如，在一个实施方案中，离开与气化器相连的骤冷槽的气体料流被洗涤并直接与洗涤水例如在文丘里洗涤器中接触。但在气体净化区使用文丘里洗涤器是任选的。燃料气流入并向上流过在气体洗涤室底部的气体洗涤水池。洗涤后的气体然后向上流过洗涤室上部的填料段或塔盘，在这里它与冷凝水，即向下流动的洗涤水接触。在气体洗涤室底部的洗涤水可再循环到文丘里洗涤器(如果需要)，和/或与气化器连接的骤冷槽。
借助用于本方法中的气体净化方法，在洗涤后的燃料气料流的固体颗粒量降到很低的值如小于约3ppm，优选小于1ppm。本方法的独特之处在于通过在紧靠额定生产的压力为约275到600psia，如约300到400psia的中压和温度范围在约410°F到486°F如约418°F到445°F的料流的下游洗洗水与工艺燃料气直接接触以最大限度地提高洗涤水温度到约375°F到550°F范围，如约400°F到450°F。在洗涤水加热器中，骤冷饱和的燃料气降到约410°F到550 °F，如约420°F到470°F。任何常规的气液直接接触室都可用作洗涤水加热器包括常规的带塔板和填料的塔。直接接触使水和气之间趋向于最低温度。输入洗涤水中的热量将增加洗涤器顶部气体热量，由此增加中压水蒸汽的产量、中压水蒸汽(IPS)通过锅炉供水(BFW)和骤冷的热饱和燃料气之间间接热交换在常规的热交换器中产生。IPS热交换可位于骤冷池之后和原料燃料气洗涤区之前。另外，IPS热交换器可位于洗涤区之后，如图所示。
在一个实施方案中，离开洗涤水加热器的燃料气经过热交换器，在此与锅炉供水间接热交换产生约100到275psia如150到250psia的中压和约325°F到410°F如约358到401°F的水蒸汽。燃料气于约300到500°F如约360°F到430°F离开中压热交换器并进入用来从燃料气中分离冷凝水的分液器中。
在本方法的下一步中，燃料气压力在降压区中降至约100到2300psia如约200到1200psia。降低压力以与位于下游的燃料透平机操作压力一致。此外，在酸气体除去前，产生低压水蒸汽。本方法独特之处在于通过将降压设备定于燃料气完全冷却之前的工艺料流中而增压降压设备的输出。在该位置，大部分水仍维持在燃料气中，它增加了膨胀循环的质量和电力的输出。降压设备的位置为效率而优化。在一个实施方案中，降压设备包括降压阀，它可以与或可以不与孔板串联。在另一个实施方案中，减压区包括间接热交换器(燃料气加热器)和膨胀透平机以降低燃料气管线压力同时发电。通过来自燃料透平机的废气和水之间的热交换而在下游热回收水蒸汽发生器(HRSG)中产生的热水用来加热工艺燃料气料流到大于该燃料气在膨胀透平机膨胀后露点的10°F到100 °F膨胀后的工艺燃料气料流的温度在约250°F到800°F如约300°F至450°F且必须在进入到酸气回收区以除去任何H2S和COS之前降到约40°F到140°F，如约100°F到120°F。在本方法中，多级热交换器用来降低工艺燃料气料流的温度并回收供燃料和氮气饱和的低品位热量。因为氮气及水用来降低下游的燃烧透平机的燃料的BTU/SCF，用来控制NOx并提高气体透平机输出的燃料饱和度大大下降。这使得饱和器的底部温度低至足以使用低品位(即低温)热量来加热。低品位热量回收段包括约2到7如5个串联的间接热交换器，经过这些换热器工艺气体料流被冷却。用于分离冷凝水的分液器位于每一个或至少最后一个热交换器之后。收集在这些分液器中的冷凝水被泵到上述的洗涤水加热器中。用于至少一个热交换器的冷却剂是温度在约80到300°F如约100°F到200°F的循环水。循环水通过在热交换器中与燃料器间接热交换被加热。所得的热水，温度在约225°F到400°F如约275°F到370°F，然后加到氮气饱和器和燃料饱和器中。两个饱和器压为在约100到1000psia，如约150到500psia之间。锅炉供水，温度在约75°F到250°F，是用作至少一个间接热交换器的冷却剂。借助该设备，压力为约5到150psia的低压工艺水蒸汽可在一个间接热交换器中产生。在一个实施方案中，来自下游的水蒸汽透平机的水蒸汽冷凝液可在一个间接热交换器中再加热到约90°F至350°F，如约100°F至250 °F，再循环到HRSG以补充加热到约700°F至1800°F，如约800 °F至1200°F和约600到3000psia，如约1300到1700psia的压力，并加入到多级膨胀透平机中作为这些级之一的工作流体。借助上述多级热交换器，在膨胀后，工艺燃料气料流的温度可以下列步骤下降(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。这样，在本方法中，来自工艺冷却的低品位热量有效地用于多级热交换器中，这些热交换器为(1)饱和燃料气和N2，(2)产生工艺区域如酸气回收(AGR)和硫回收单元(SRU)所需的低压水蒸汽，和(3)加热冷的水蒸汽冷凝液提供热量。
工艺燃料气料流可用任何适宜的常规体系，例如在酸气回收区，利用物理或化学吸收法，用液态溶剂例如冷甲醇、N-甲基-吡咯烷酮，聚乙二醇的二甲醚和抑制的或非抑制胺来纯化。酸气，例如，CO2，H2S和COS在高压和低温下极易溶于甲醇中。当压力降低和富溶剂相温度升高时，这些气体很容易从溶剂中汽提出来。H2S和COS可浓缩成适合加到克劳斯单元即硫回收单元(SRU)的馏分，在此生产元素硫。参见Kirt-Othmer Encyclopediaof Chemial Technology，Second Edition Vol.19，John Wiley，1969，page353和共同转让的美国专利4,052,176。这些参考文献并入本文。
常规的空气分离单元(ASU)用来将空气分离成基本纯的氧气和氮气。部分或全部氮气利用锅炉供水的热能过热到350°F～1000°F，如约500°F～600°F温度范围的热水饱和，并与饱和并过热至类似温度的燃料气料流一道加到水气体燃料器。在燃烧前将饱和燃料气和饱和氮气过热以减少液体对透平机叶片的腐蚀。进入燃烧器的每股氮气和燃料气料流均含约1到50％(体积)，如约5到30％(体积)的水。借饱和氮气，降低氮气量以满足低NOx的需求，由于使用低品位热能而提高了效率。
来自ASU的温度处于约环境温度至900°F的氧气料流经环形燃烧器上一个通道进到部分氧化气体发生器的反应区。在一个实施方案中，氧气料流首先用水饱和以生产温度为约120°F至500°F，如约150°F至350°F和含约1至50％H2O，如5到35％(体积)H2O的氧气料流。最好，在本方法中，当利用低品位热能饱和氧时，由于提高了中压水蒸汽产量而提高了工艺效率。如果气化需要缓和水蒸汽温度，来自饱和工艺的氧气中的水蒸汽将驱替该较高压水蒸汽，因而甚至进一步通过让所述驱替后的较高压水蒸汽在水蒸汽电力循环的高压段发电来提高效率。
空气借汽轮压缩机压缩，该压缩机用一与燃烧器一道为气体透平机主要部件的共轴膨胀透平机驱动。压缩后的空气于约400 °F～850°F的温度和与饱和燃料气和饱和氮气基本相同的压力进入燃烧器中。废气于约1400°F到3000°F，通常为约2300 °F到2400 °F的温度和约100到1000psia或更高和优选150到500psia或更高的压力下离开燃烧器。废气有下列典型的组成(摩尔％)CO24-20，H2O4-20，N275-80，和O20-20。由于加入饱和的N2和饱和的燃料气，氮氧化物(NOx)浓度基本上为零，以干2％O2为基，低于50ppm(体积)。由所述膨胀透平机驱动的共轴发电机发电。
离开气体透平机的膨胀透平机部分的温度在约800°F到1500 °F和压力在约10到20psia的热废气在经烟囱于150°F到450°F下排到大气中之前经过一常规热回收水蒸汽发生器(HRSG)。用来驱动包括与一共轴中压膨胀透平机串联的高压膨胀透平机的常规水蒸汽透平机的水蒸汽和工艺用水蒸汽在HRSG中生产。例如，来自HRSG的温度为约700°F～1800°F，如约800°F～1200°F，和压力约600～3000psia，如约1300～1700psia的过热的高压水水蒸汽加到高压膨胀透平机(HPT)中。温度为约400°F～1200°F，如约500°F～900°F，和压力在约200～800psia，如约300～500psia的中压废水蒸汽离开HPT并与来自燃料气冷凝系统的中压水蒸汽合并。混合物在HRSG中过热，并于温度为约700°F～1800°F如约800°F～1200°F和压力约200～600psia，如约290～390psia下加到中压膨胀透平机(IPT)中。如果需要，来自燃料气冷却系统的中压水蒸汽料流可在HRSG中过热到约600°F～1500°F，如约700°F～1000°F和100～275psia，如140～200psia，并流过中压膨胀透平机的一个级。
将来自中压膨胀透平机的废水蒸汽冷却、冷却、在燃料气冷却系统的热交换器中再加热至约90°F～350°F的温度，用泵增加到约5～150psia，如约12～75psia的压力，并再循环到HRSG以借与流过废气透平机的废气间接热交换转化成过热高压水蒸汽、中压水蒸汽和低压水蒸汽。共轴高压和中压膨胀透平机驱动发电机发电。
最好，借助本方法，优选水蒸汽循环以降低第二级透平机进口压力到能将最大量工艺产生的水蒸汽即压力在约275～600psia的中压水蒸汽直接用于再加热循环中。事实上，该压力可在水蒸汽循环效率没有明显下降下尽可能降低以使得用于再加热循环中产生的工艺水蒸汽的量为最大。
附图的描述通过参照示出了前面详细描述的方法的附图对本发明有一个更完整的理解。虽然
了本发明的优选实施方案；但不希望限制所说明的连续方法到所述的特定设备和物料。
参照附图，如上所述的带难熔材料衬里的自由流动的非催化燃料气发生器1装有轴向布置的上游法兰进口管2和下游法兰出口3。如上所述的具有与气体发生器1同轴的中心通道5的环形燃烧器4安装在进口管2中。也装有共园同轴环形通道6。
在管线7中的可泵送的煤水悬浮液经燃烧器4的环形通道6加入。在管线8中的含游离氧的气体料流经中心通道5加入。两般进料料流一起碰撞、粉化并在气体发生器1的反应区9部分氧化反应。含H2，CO，CO2，H2O，N2，A，H2S和COS的原料燃料气热料流向下流过下降管10并在位于气体发生器1底部的骤冷塔15中的水池中骤冷。矿渣和颗粒物定期经出口管3、管线16、阀17、管线18、闸式漏斗19、管线20、阀21、和管线22除去。
骤冷后的原料燃料气经管线23进入洗涤塔24，在此用管线25的热洗涤水洗涤掉夹带的煤烟灰和颗粒物。用泵26洗涤塔24底部的水经管线27和28泵入到骤冷槽15。经管线29离开气体洗涤塔24的洗净的原料燃料气在热交换器30中通过与锅炉供水(BFW)间接即不接接热交换冷却。BFW经管线31进入并经管线32作为压力在约275～600psia，如约300～400psia的中压水蒸汽离开。在管线33中的热原料燃料气料流进入洗涤水加热器37，在此它与经管线39、泵54、管线58和循环水贮槽41来的冷凝水和补加的水的混合物直接接触并直接热交换。补加的水经管线40和贮槽41加入系统中。防止杂质在系统中累积的冲洗水定期经管线36除去。从位于工艺的低压加热段的分液器底部而来的冷凝水流入冷凝水贮槽41中。热洗涤水由此在加热器37中生产，同时燃料气料流被冷却并洗净。借泵43，在加热器37底部的热洗涤水经管线44、48和25泵到气体洗涤塔24中。
通过管线46上阀45的关闭和管线50上阀47的开启，离开洗涤水加热器37的清洁的原料燃料气经管线49、50和51流到分液器53中、从分液器53底部来的冷凝水用泵43经管线55、48和25泵到气体洗涤塔24中。
在一个实施方案中，借阀47的关闭和阀45的开启，管线46的清净燃料气流过管线57和热交换器60。BFW经管线61进入热交换器60并经管线62作为压力在约100～275psia，如约150～200psia中压水蒸汽离开。冷却后的燃料气经管线52离开并进入分液器53。
借管线65上阀64的关闭和管线67上降压阀66的开启，管线68中的燃料气流经管线67、69、任选孔板70、管线71和72及热交换器73。借此，阀66和/或孔板70下游的燃料气压力可降到适合在位于下游的且包括燃料器75和膨胀透平机76的气体透平机的燃料器75中随后燃烧净化的饱和燃料气的值、用来压缩来自管线78的空气的空气压缩机77位于与膨胀透平机76的同轴79上、发电机80由从轴杆79伸出的轴81驱动。
另外，燃烧气下游的压力可用膨胀透平机降低。在这种情况下，借阀66的关闭和阀64的开启，管线65中的燃料气流经管线85、加热器86、管线87和膨胀透平机88。
附加的低品位热能通过将燃料气流过多个即2～7个如5串联的间接热交换器从管线72中的燃料气料流中除去。借此分步降低燃料气温度。分液器在每一个或至少最后一个热交换器之后以分离当燃料气冷到低于露点时在燃料气中形成的冷凝水。燃料气当其次序经过每一个气体冷却器时，可逐步降其水量以逐步降低其温度。BFW或循环水料流可以是冷却剂。例如，在管线72中的燃料气可顺序经过热交换器73、管线92、分液器93、管线94、热交换器95、管线96、分液器97、管线98、热交换器99、管线100、分液器101、管线102、水蒸汽冷凝水加热器103、管线104、分液器105、管线106、热交换器107、管线108、分液器109和管线110。管线110中的燃料气温度适合对其在111中进行的常规酸气除去(AGR)处理。尾气即H2S和COS经管线112进入到硫回收单元113。回收硫并经管线114排出、在管线115中的纯化后的燃料气进入饱和器116。来自分液器93、97、101、105和109底部的冷凝水分别经管线122、123、124、125和126且也分别经管线127、128、129、130、131进入冷凝水贮槽41中。
流经交换器73和99的燃料被循环水冷却。从泵135开始，冷水泵过管线136、137、热交换器99、管线138、热交换器73、管线139、140、饱和器116和管线142和143。用水饱和的燃料气料流流过管线144、热交换器145(在此过热)和管线146进入气体透平机的燃烧器75。在管线139中的加热后的冷水分成两股，一般流经管线131进入132和氮气饱和器133中。借泵149，在饱和器133底部的冷水流经管线150、151、152和137进入热交换器99中。补充水经管线153进入循环水系统中。
在管线155中的空气在常规空气分离单元(ASU)156中分成在管线154中的氮气出口料流，在管线157中的氮气料流，和在管线160中的氧气料流、管线157中的氮气料流在饱和器133中用水饱和、饱和后的氮气料流流过管线158、在间接热交换器159中过热、并经管线174进入到气体透平机燃烧器75中。基本纯的氧气料流经管线160离开ASU156。借管线162上的阀161的关闭和管线164上阀163的开启，氧气料流经管线165和8进入燃烧器4的中心通道5。另外，管线160中氧气在进入气体发生器1之前可用水饱和。在这种情况下，阀163关闭和阀161开启、氧气料流经管线162和166进入氧气饱和器167中。用水饱和后的氧气料流然后经管线168和8加入到燃烧器4的中心通道5。经管线169中补充的锅炉供水流过管线170，在间接热交换器171中对循环水加热并经管线172进入氧气饱和器167。借泵173，BFW经管线174、170和172再循环到饱和器167。
最好，本方法的一个实施方案包括用来发电的水蒸汽。能量由此从经管线180离开膨胀透平机76并流经热回收水蒸器发生器(HRSG)181的热废气中取出。例如，经管线32离开热交换器30的中压范围为约275到600psia，如300到400psia的水蒸汽与来自高压透平机211的IP废水蒸汽混合。IP水蒸汽混合物经管线182流入HRSG181中并通过经入间接热交换器与来自管线180的热废气间接换热过热到700°F到1800°F如约800°F～1200°F。过热后的IP水蒸汽经管线189作为至少一部分工作流体流入IP膨胀透平机。由预热后的水蒸汽冷凝水在HRSG中生产的高压水蒸汽经管线184作为工作流体流入高压膨胀透平机185中。
在一个实施方案中，来自间接热交换器60且压力在约100到275psia如约150到200psia的管线62中的补加的中压水蒸汽经管线186进入到HRSG181并通过与来自管线180的热废气间接热交换过热至约600°F～1500，如约700°F～1000°F。该中压水蒸汽经管线187作为工作流体流入到膨胀透平机的另一级。
共轴膨胀透平机211和185借轴196驱动发电机195。管线197中的废水蒸汽通过与从管线199进入并经管线200离开的冷水的热交换而在冷却器198中冷却并冷凝。管线201中的冷凝后的锅炉供水通过与来自管线102的原料燃料气间接热交换在热交换器103中预热。在一个实施方案中，管线202中预热后的锅炉供水通过顺序流过HRSG181用在中间脱水步骤中分离出的低压水蒸汽加热而生产温度在约700°F到1800°F，如约800°F到1200°F和压力在约600～3000psia，如约1300～1700psia的高压水蒸汽。在这种情况下，高压水蒸汽在HRSG181中过热并经管线184作为工作流体进入膨胀透平机211。HP透平机211用共同轴213联到IP膨胀透平机185上。
虽然在不偏离本发明精神和范围下可作出一些改型和变型，但本发明的范围仅受后附的权利要求书限制。
权利要求
1.一种部分氧化方法，包括(1)将烃燃料与含游离氧的气体在部分氧化反应区反应以产生燃料气料流，用骤冷水冷却所述燃料气以产生温度在约350°F到600°F和压力在约500到2500psia的骤冷后的饱和燃料气料流，通过与锅炉供水间接热交换冷却所述骤冷后的饱和燃料气，借此，将所述骤冷后燃料气的温度降到约410°F至550°F，同时将所述锅炉供水转化成约275至600psia的中压水蒸汽，和用来自(2)的预热后的洗涤水净化所述骤冷后的饱和燃料气；(2)借助气-水直接接触设备用离开(1)的冷却后的骤冷后的饱和燃料气将包括工艺冷凝水和补加的水的洗涤水预热到约375°F至550°F的温度范围，借此将所述冷却后的骤冷后的饱和燃料气降到约300°F至540°F的温度范围，和从所述冷却后的燃料气中分离冷凝水；(3)将来自(2)的所述的冷却后的燃料气的压力降到约100至2300psia，借间接热交换用冷却水将所述燃料气进一步冷却到约40°F至140°F，借此将水从所述燃料气体流中冷凝下来，同时加热所述冷却水以产生一个温度约225°F到400°F的热水，和将在(2)和(3)中冷凝出来的水引到(2)中的所述的气-水直接接触设备，在此它用作气体洗涤水；(4)净化来自(3)的冷却后的燃料气料流；(5)用来自(3)的热水饱和氮气料流和来自(4)的净化后的燃料气；(6)将来自(5)的燃料气和氮气的饱和料流过热到约350°F至1000°F；和将所述过热后的燃料气和氮气料流加到气体透平机的燃烧室中；(7)在透平机中于所述的燃料室中在温度约为2200°F到2600°F之间和压力约100到1000psia之间用含游离氧的气体燃料所述饱和燃料气以生产NOx量降低的废气；(8)将所述废气经过一膨胀透平机以生产增加输出量的电力。
2.权利要求1的方法，其中将至少部分来自气体洗涤区的洗涤水加到所述气体骤冷区。
3.权利要求1的方法，在(3)中所述冷却后的燃料气用一减压设备减压。
4.权利要求3的方法，其中所述减压设备选自阀、孔板或膨胀透平机。
5.权利要求1的方法，在(3)中所述燃料气在多个间接热交换器中逐步冷却。
6.权利要求5的方法，其中所述热交换器用的冷却剂为循环水和/或锅炉供水。
7.权利要求1的方法，还包括在将所述含游离氧的气体加入到所述部分氧化反应区之前用水饱和所述含游离氧气体的步骤。
8.权利要求1的方法，还包括下列步骤在一常规空气分离单元中将空气分离成氧气料流和氮气料流，将所述氧气料流作为所述含游离氧气体加到所述部分氧化反应区，和将用于(5)中的所述的氮气料流饱和。
9.权利要求1的方法，还包括下列步骤将来自(8)的所述的废气经过在间接热交换器的热回收水蒸汽发生器以与来自(1)的所述的中压水蒸汽换热，借此将所述中压水蒸汽过热，和将所述过热后的中压水蒸汽作为至少部分工作流体经过一膨胀透平。
10.权利要求1的方法，其中所述的烃质燃料选自液体和/或气体烃质燃料或可泵送的固体碳质燃料的淤浆。
11.权利要求10的方法，其中可泵送的固体碳质燃料淤桨选自在可汽化的液体载体中的煤，颗粒碳，石油焦，浓缩污水淤渣及其混合物，可汽化的液体载体选自水、液体CO2、液体烃燃料及其混合物。
12.权利要求10的方法，其中液体烃质燃料选自液化石油气，石油馏分和渣油，汽油，石脑油，煤油，原油，沥青，气油，渣油，焦砂油和页岩油，煤衍生的油，芳烃(如苯，甲苯，二甲苯馏分)，煤焦油，来自流化催化裂化操作的循环气油，炼焦器气油的糠醛萃取物和它们的混合物。
13.权利要求10的方法，其中所述气态烃质燃料选自汽化后的液态天然气，炼厂废气，C1-C4烃质气体，和来自化工工艺的含碳废气。
14.权利要求1的方法，还包括净化骤冷后的饱和燃料气，同时预热(2)中的洗涤水。
15.用于发电的部分氧化方法，包括(1)将烃燃料与含游离氧的气体部分氧化反应以产生燃料气料流，通过在水中骤冷以冷却所述燃料气以产生温度在约350°F到600°F和压力在约500到2500psia的骤冷后的饱和燃料气料流，通过与锅炉供水间接热交换冷却所述骤冷后的饱和燃料气，借此，将所述骤冷后燃料气的温度降到约410°F至550°F，同时将所述锅炉供水转化成约275至600psia的中压水蒸汽，和用来自(2)的预热后的洗涤水在所述冷却前或冷却后净化所述骤冷后的饱和燃料气；(2)借助气-水直接接触设备用离开(1)的冷却后的骤冷后的饱和燃料气将包括工艺冷凝水和补加的水的洗涤水预热到约375°F至550°F的温度范围，借此将所述冷却后的骤冷后的饱和燃料气降到约300°F至540°F的温度范围，和从所述冷却后的燃料气中分离冷凝水；(3)借间接热交换用锅炉供水将来自(2)的饱和的燃料气的温度降到约300°F至500°F以产生压力在约100到275psia的中压水蒸汽，和将冷凝水从所述冷却后的燃料气料流中分离出来；(4)将来自(3)的冷却后的燃料气料流加热以使其温度较在步骤(5)膨胀后的露点高10°F到100°F；(5)用膨胀透平机将来自(4)的燃料气料流的压力降到约100到2300psia；(6)借间接热交换用冷却水将所述燃料气料流冷却到约40°F至140°F，借此将水从燃料气料流中冷凝下来，同时加热所述冷却水以产生一个温度约225°F到400°F的热水，和将所述冷凝水和在(2)和(3)中冷凝出来的水引到(2)中的所述的气-水直接接触设备，在此它用作气体洗涤水；(7)净化来自(6)的冷却后的燃料气料流；(8)用来自(6)的热水饱和氮气料流和来自(7)的净化后的燃料气；(9)将来自(8)的燃料气和氮气的饱和料流过热到约350°F至1000°F；和将所述过热后的燃料气和氮气料流加到气体透平机的燃烧室中；(10)在透平机中于所述的燃料室中在温度约为2200°F到2600°F之间和压力约100到1000psia之间用含游离氧的气体燃烧所述饱和燃料气以生产NOx量降低的废气；(11)将所述废气经过一膨胀透平机以生产增加输出量的电力。
16.权利要求15的方法，还包括在将所述含游离氧的气体加入到所述部分氧化反应区之前用水饱和所述含游离氧气体的步骤。
17.权利要求15的方法，还包括下列步骤在一常规空气分离单元中将空气分离成氧气料流和氮气料流，将所述氧气料流作为所述含游离氧气体加到所述部分氧化反应区，和将用于(8)中的所述的氮气料流饱和。
18.权利要求15的方法，还包括下列步骤将来自(11)的所述的废气经过在间接热交换器的热回收水蒸汽发生器以与来自(1)的所述的中压水蒸汽换热，借此将所述中压水蒸汽过热，和将所述过热后的中压水蒸汽作为至少部分工作流体经过一膨胀透平。
19.权利要求15的方法，还包括下列步骤借间接热交换用(6)中的燃料气料流再加热来自中压膨胀透平机的水蒸汽冷凝物；加热、脱水和过热加热后的水蒸汽冷凝物以产生高压水蒸汽；在透平机中膨胀所述高压水蒸汽以生产机械电力和中压水蒸汽，在中压透平机中膨胀所述过热后的中压水蒸汽以生产机械电力，和冷凝来自中压透平机的废水蒸汽。
全文摘要
一种用来发电的高效部分氧化方法，包括下列步骤通过烃质燃料部分氧化生产燃料气，通过在水中骤冷冷却所述高压燃料气以生产骤冷后的燃料气并通过与BFW间接热交换以最大限度地生产IP和MP水蒸汽，净化所述燃料气，通过与净化后的燃料气直接接触和直接热交换来预热包括工艺冷凝水和补加水的洗涤水并使用所述预热后的洗涤水在所述燃料气的净化中，在加热用于燃料气水之前降低所述冷却后的燃料气的压力，分步冷却工艺燃料气料流并冷凝用作所述洗涤水的水，用水纯化工艺燃料气并饱和它，和在发电气体透平机的燃烧器中与饱和的氮气一起燃烧所述纯化和饱和的燃料气以生产NOx降低的废气。在一个实施方案中，来自气体透平机的热废气流经HRSG以过热工艺水蒸汽。过热后的工艺水蒸汽然后在用来发电的膨胀透平机中用作部分工作流体，水蒸汽冷凝物可转化成高压(HP)水蒸汽并在HRSG中过热。过热后的HP水蒸汽然后作为工作流体流过HP透平机。优化发电水蒸汽循环以最大限度地生产最有效地用于该循环中的工艺水蒸汽。
文档编号F02C3/20GK1141663SQ94193847
公开日1997年1月29日 申请日期1994年10月18日 优先权日1993年10月20日
发明者F·C·扎恩克, P·S·瓦拉斯, P·S·萨克 申请人:德士古发展公司