CZ285404B6

CZ285404B6 - Způsob částečné oxidace uhlovodíkového paliva, spojený s výrobou elektrické energie

Info

Publication number: CZ285404B6
Application number: CZ961103A
Authority: CZ
Inventors: Frederick Charles Jahnke; Paul Steven Wallace; Pradeep Stanley Thacker
Original assignee: Texaco Development Corporation
Priority date: 1993-10-20
Filing date: 1994-10-18
Publication date: 1999-08-11
Also published as: DE69422190D1; FI107284B; EP0724687A1; CZ110396A3; AU679655B2; DK0724687T3; PT724687E; HU9601018D0; SK281101B6; CO4410232A1; RU2126489C1; WO1995011379A2; EP0724687B1; AU4992296A; BR9408178A; KR100197758B1; HU213648B; FI961365A; FI961365A0; GEP20002154B

Abstract

Způsob sestává z výroby topného plynu o vysokém tlaku částečnou oxidací uhlovodíkového paliva, zchlazení tohoto plynu průchodem vodní lázní, čištění tohoto plynu, snížení jeho tlaku, jeho dalšího ochlazení v několika stupních, sycení tohoto ochlazeného plynu vodní párou a spalování takto upraveného topného plynu s příměsí dusíku nasyceného vodní párou ve spalovací komoře plynové turbíny pohánějící generátor elektrického proudu za vzniku spalin s nízkým obsahem oxidů dusíku. Účinnost výroby elektrické energie je zvyšována použitím přehřáté technologické páry, získané přímou nebo nepřímou výměnou tepla při ochlazování topného plynu, jako části pracovní látky v expanzní turbíně pohánějící generátor elektrického proudu. ŕ

Description

(57) Anotace:

Způsob sestává z výroby topného plynu o vysokém tlaku částečnou oxidací uhlovodíkového paliva, zchlazení tohoto plynu průchodem vodní lázní, čištění tohoto plynu, snížení Jeho tlaku, Jeho dalšího ochlazení v několika stupních, sycení tohoto ochlazeného plynu vodní párou a spalování takto upraveného topného plynu s příměsí dusíku nasyceného vodní párou ve spalovací komoře plynové turbíny pohánějící generátor elektrického proudu za vzniku spalin s nízkým obsahem oxidů dusíku. Účinnost výroby elektrické energie Je zvyšována použitím přehřáté technologické páry, získané přímou nebo nepřímou výměnou tepla při ochlazování topného plynu, Jako části pracovní látky v expanzní turbíně pohánějící generátor elektrického proudu.

Způsob částečné oxidace uhlovodíkového paliva, spojený s výrobou elektrické energie

Oblast techniky

Předložený vynález se týká výroby topného plynu částečnou oxidací uhlovodíkových paliv a výroby elektrické energie spalováním zmíněného topného plynu v plynové turbíně.

Dosavadní stav techniky

Výroba topného plynu částečnou oxidací kapalného uhlovodíkového paliva, řízení molámího poměru (CO/H₂) topného plynu vratnou konverzí vodního plynu, čištění, praní topného plynu a spalování zušlechtěného topného plynu v plynové turbíně vyrábějící energii je popsáno v patentu USA č. 3 868 817. Příprava horké vody používané při sycení topného plynu bezkontaktní nepřímou výměnou teplaje popsána v patentu USA č. 5 117 623.

Podstata vynálezu

V žádném ze shora uvedených dokumentů není použit vysoce účinný integrovaný zplynovací proces, který je popsán v této přihlášce vynálezu a který obsahuje tyto části:

1) ochlazení nasyceného surového topného plynu zchlazeného vodou pod rosný bod, kterým dojde ke kondenzaci vody používané dále při zchlazování a praní surového topného plynu a maximalizace teploty prací vody přímým stykem prací vody s proudem zchlazeného surového topného plynu bezprostředně za výměníkem tepla, ve kterém je generována středotlaká pára, která je dále přehřátá a přiváděna do expanzní turbíny jako alespoň část pracovní látky a

2) umístění prostředku sloužícího ke snížení tlaku před místem, kde je prováděn ohřev vody, určené k sycení topného plynu a dusíku, a před úplným ochlazením surového proudu ještě nevyčištěného topného plynu tak, aby bylo možné výhodně využít značný obsah vody, zbývající v surovém topném plynu v této části technologického zařízení, který umožňuje ohřev kondenzátu pro praní surového topného plynu.

Stručný popis vynálezu

Preferované provedení tohoto způsobu částečné oxidace je možno použít ve vysoce účinném kombinovaném cyklickém procesu integrovaného zplynování (integrated gasification combined cycle - IGCC), ve kterém se ochlazování plynů provádí ve stupních a který probíhá za vysokého tlaku, což umožňuje, aby k výrobě energie bylo využito maximum tepla ze zchlazeného topného plynu. Parní cyklus výroby energie je optimalizován tak, aby bylo dosaženo maximalizace technologické páry, která může být v tomto cyklu nej efektivněji využita. Dusík ze zařízení pro separaci složek vzduchu a topný plyn jsou syceny a využívány ke zvýšení účinnosti a k minimalizaci tvorby NO_X.

Předmětný způsob se v podstatě skládá z následujících částí:

1) částečná oxidace uhlovodíkového paliva za vzniku topného plynu, zchlazení zmíněného topného plynu průchodem vodou za vzniku zchlazeného nasyceného topného plynu s teplotou v rozmezí 180 °C až 320 °C, např. 230 °C až 290 C, a s tlakem v rozmezí 3,5 MPa až 17,2 MPa např. 4,8 MPa až 10,3 MPa, ochlazení zmíněného zchlazeného nasyceného topného plynu nepřímou výměnou tepla s napájecí vodou ohřívače, čímž klesne teplota zmíněného zchlazeného topného plynu na hodnotu v rozmezí 210 °C až 290 °C, např. na 220 °C až 240 °C za současné

-1 CZ 285404 B6 přeměny zmíněné napájecí vody ohřívače na středotlakou páru s tlakem v rozmezí 1,9 MPa až

4,1 MPa, např. 2,1 MPa až 2,7 MPa, a vyčištění zmíněného zchlazeného nasyceného topného plynu předehřátou prací vodou ze stupně 2);

2) předehřátí prací vody obsahující technologický kondenzát a přídavné vody na teplotu v rozmezí 190 °C až 290 °C, např. 200 °C až 230 °C, přímou výměnou tepla ve směšovacích prostředcích plyn-voda, přímým smísením s ochlazeným zchlazeným nasyceným topným plynem opouštějícím stupeň 1), čímž dochází k poklesu teploty zmíněného ochlazeného zchlazeného nasyceného topného plynu na hodnotu v rozmezí 150 °C až 280 °C, např. 200 °C až 230 °C, a k oddělení zkondenzované vody ze zmíněného ochlazeného topného plynu;

3) redukce tlaku zmíněného ochlazeného topného plynu ze stupně 2) o 0,7 až 15,8 MPa, např. o 1,4 až 8,2 MPa, další ochlazení zmíněného topného plynu na teplotu v rozmezí 5 °C až 60 °C, např. na 40 °C až 50 °C nepřímou výměnou tepla se studenou vodou, v důsledku které dochází ke kondenzaci vody z proudu zmíněného ochlazeného topného plynu za současného zvýšení teploty zmíněné studené vody na teplotu v rozmezí 110 °C až 200 °C, např. na 130 °C až 190 °C, a uvádění vody zkondenzované ve stupních 2) a 3) do zmíněných směšovacích prostředků plynvoda stupně 2), po jejím zahřátí na teplotu vhodnou pro použití této vody k praní plynu;

4) čištění proudu ochlazeného topného plynu ze stupně 3);

5) nasycení proudu plynného dusíku a proudu vyčištěného topného plynu ze stupně 4) zmíněnou zahřátou vodou ze stupně 3);

6) přehřátí nasycených proudů topného plynu a plynného dusíku ze stupně 5) na teplotu v rozmezí 180 °C až 540 °C, např. 260 °C až 320 °C a uvádění zmíněných proudů přehřátého topného plynu a plynného dusíku do spalovací komory plynové turbíny;

7) spalování zmíněného nasyceného topného plynu ve zmíněné spalovací komoře za teploty v rozmezí 1200 °C až 1400 °C a tlaku v rozmezí 0,7 až 6,9 MPa, např. 1,0 až 3,4 MPa, v plynové turbíně za vzniku plynných spalin se sníženým obsahem NO_X; a

8) vedení zmíněných spalin přes expanzní turbínu, kterým je zvyšována účinnost výroby elektrické energie.

V jednom z provedení vynálezu je tepelná energie plynu vycházejícího z turbíny využívána k výrobě páry. Pára je pak použita jako pracovní látka v parní turbíně, čímž dochází ke zvýšení tepelné účinnosti procesu.

Stručný popis připojeného schématu

Lepší pochopení vynálezu umožňuje doprovodné schéma, které znázorňuje preferované provedení vynálezu. Účelem tohoto schématu není omezit předmětný vynález na konkrétní postup nebo na materiály, které jsou popsány.

Podrobný popis vynálezu

Ve způsobu, který je předmětem tohoto vynálezu, je proud surového topného plynu v podstatě obsahující H₂, CO, CO₂, H₂O, stržený materiál tvořený částečkami uhlíku a popele a alespoň jednu látku ze skupiny tvořené N₂, Ar, COS, CH4, NH3, HCN, HCOOH a struskou, který je vytvářen částečnou oxidací kapaliny a/nebo plynného uhlovodíkového paliva, včetně mokrého kalu pevného uhelného paliva, plynem obsahujícím volný kyslík, obvykle v přítomnosti moderátoru teploty podrobován v reakční zóně neplněného, vertikálního volně protékaného generátoru nekatalyzované částečné oxidaci. Poměr hmotností H₂O/palivo v reakční zóně je

-2CZ 285404 B6 v rozmezí 0.1 až 5, přednostně 0.2 až 0.7. Molámí poměr volného kyslíku a uhlíku v palivu (poměr O/C) je v rozmezí 0.6 až 1.6 a přednostně 0.8 až 1.4. Reakční čas je v rozmezí 0.1 až s, např. 2 až 6 s.

Generátor surového topného plynu se skládá z vertikální ocelové tlakové nádoby válcovitého tvaru, vyzděné žáruvzdorným materiálem, která je popsána v patentu USA č. 2 809 104, zde uvedeném jako odkaz. Ve zmíněném patentu je též popsán typický chladicí buben. K přivádění napájecích (plynných proudů do reakční zóny může být použit hořák, který je popsán v patentu USA č. 2 928 460, který je zde uveden jako odkaz.

V přítomnosti plynu moderujícího teplotu může s plynem obsahujícím volný kyslík reagovat v plynovém generátoru široký výběr hořlavých kapalných a/nebo plynných uhlovodíkových paliv nebo mokrých kalů pevného uhlíkatého paliva, za vzniku syntezního plynu. Slovní spojení kapalné uhlovodíkové palivo, kterého je použito v tomto dokumentu k popisu různých vhodných surovin zahrnuje rovněž čerpátelné kapalné uhlovodíkové materiály a čerpatelné kapalné kaly tuhých uhlíkatých materiálů a jejich směsi. Vhodnými surovinami jsou např. čerpatelné mokré kaly tuhých uhelných paliv. V podstatě může být každý hořlavý kapalný organický materiál obsahující uhlík nebo jeho suspenze být ve skutečnosti obsahem definice termínu kapalný uhlovodíkový materiál. Takovými materiály jsou například:

1) čerpatelné kaly pevných uhlíkatých paliv, jako je uhlí, práškovitý uhlík, petrolejový koks, koncentrovaný odpadní kal a jejich směsi, nacházející se v odpařitelném kapalném nosiči jako je voda, kapalný CO₂, kapalné uhlovodíkové palivo a jejich směsi;

2) za vhodné kapalné uhlovodíkové palivo pro zplyňování jsou považovány různé materiály jako zkapalněný petrolejový plyn, ropné destiláty a destilační zbytky, benzin, těžký benzin, petrolej, ropa, asfalt, plynový olej, zbytkový olej, dehtový a břidliční olej, olej z uhlí, aromatické uhlovodíky (jako benzen, toluen a xylenové frakce), uhelný dehet, odpadní plynový olej z katalytického krakování, furfuralový extrakt z koksového plynového oleje a jejich směsi;

3) za kapalné uhlovodíkové materiály jsou rovněž považovány deriváty uhlovodíků obsahující kyslík včetně polysacharidů, celulózových materiálů, aldehydů, organických kyselin, alkoholů, ketonů, oxidovaného topného oleje, odpadních kapalin a vedlejších produktů z chemických procesů, které obsahují oxyderiváty uhlovodíků a jejich směsi.

Plynná uhlovodíková paliva, která mohou být spálena v reaktoru pro částečnou oxidaci samostatně nebo spolu s kapalným uhlovodíkovým palivem, zahrnují odpařený zkapalněný zemní plyn, rafinérský odpadní plyn, uhlovodíkové plyny C1-C4 a odpadní plyny obsahující uhlík z chemických procesů.

Kapalné uhlovodíkové palivo může mít pokojovou teplotu nebo může být předehřáto na teplotu 315 až 650 °C, avšak s výhodou na teplotu nižší, než je jeho krakovací teplota. Kapalné uhlovodíkové palivo může být přiváděno do hořáku plynového generátoru v kapalném skupenství nebo ve formě odpařené směsi s moderátorem teploty.

Potřeba moderátoru teploty při regulaci teploty v reakční zóně plynového generátoru závisí obecně na poměru uhlík/vodík v surovině a na obsahu kyslíku v oxidačním proudu. Moderátor teploty se používá u kapalných uhlovodíkových paliv zároveň s v podstatě čistým kyslíkem. Preferovaným moderátorem teploty je voda nebo pára. Pára může být přiváděna jako moderátor teploty jako příměs jednoho nebo obou proudů reaktantů. Moderátor teploty může být rovněž přiváděn do reakční zóny plynového generátoru odděleným přívodním kanálem v hořáku. Jinými moderátory teploty mohou být plyn obohacený CO₂, dusík nebo recyklovaný syntezní plyn.

-3 CZ 285404 B6

Slovní spojení plyn obsahující volný kyslík, jak je používáno v tomto dokumentu, znamená vzduch, kyslíkem obohacený vzduch, tj. vzduch s obsahem kyslíku vyšším než 21 mol. %, a v podstatě čistý kyslík, tj. kyslík s obsahem vyšším než 95 mol. % kyslíku (zbytek je obvykle tvořen dusíkem a vzácnými plyny). Plyn obsahující volný kyslík může být přiváděn přes hořák pro částečnou oxidaci, v teplotním rozmezí od teploty místnosti do 480 °C.

Proud surového topného plynu vycházející z reakční zóny má teplotu v rozmezí 930 °C až 1930 °C, s výhodou 1100°C až 1540°C, a tlak v rozmezí 3,4 až 17,2 MPa, s výhodou 4,8 až 10,3 MPa. Horký proud vycházejícího surového plynu má přibližně toto složení v mol. %.: H₂ 10 až 70, CO 15 až 57, CO₂ 0.1 až 25, H₂O 0.1 až 20, CH₄ 0 až 60, NH₃ 0 až 5, H₂S 0 až 5, COS 0 až 0.1, N₂ 0 až 60, Ar 0 až 2.0. Obsah HCN a HCOOH je 0 až 100 ppm (hmotn.). Uhlík ve formě částeček je přítomen v rozmezí 0 až 20 váh. % (základní obsah uhlíku ve výchozí surovině). Popel a/nebo tekutý odpad může být zastoupen v množstvích 0 až 5.0 a 0 až 60 váh. % výchozího kapalného uhlovodíkového nebo pevného výchozího uhlíkatého paliva.

V preferovaném provedení tohoto průmyslového procesu jsou teplota a tlak horkého surového topného plynu, který opouští žáruvzdorně vyzděnou reakční zónu generátoru částečně oxidovaného plynu v podstatě stejně jako teplota a tlak v reakční zóně, méně běžně jsou tyto hodnoty snižovány použitím vodní lázně na dně chladicího bubnu nebo zásobníku, jehož konstrukce je popsána v patentu USA č. 2 896 927, zde uvedeném jako odkaz. Pro tento proces je charakteristická skutečnost, že je použito vysokotlaké chladicí zplynování, kterým se dosahuje minimalizace investičních a provozních nákladů a maximalizace teploty zchlazeného plynu.

Kdyby bylo teplo z plynu vycházejícího ze zplyňovače odvedeno před jeho průchodem chladicí lázní, nebo kdyby zplyňovač pracoval za nízkého tlaku, zchlazený plyn by měl příliš nízkou teplotu pro výrobu středotlaké páry, která je potřebná pro použití v parním cyklu.

Chladicí buben je umístěn pod reakční zónou plynového generátoru a proud surového topného plynu, který je do něj přiváděn, nese sebou v podstatě všechen popel a/nebo strusku a částečky uhlíkových sazí, opouštějící reakční zónu plynového generátoru. Turbulence v chladicím bubnu, vyvolávaná velkým množstvím plynů probublávaných vodu, napomáhá čištění vycházejících plynů vodou od většiny pevných součástí. Uvnitř chladicí nádoby se tvoří velké množství páry, která nasycuje proud plynu. Proud surového plynu je ve chladicím bubnu ochlazen a opouští jej s teplotou v rozmezí 180 °C až 310 °C, např. 230 °C až 290 °C, a s tlakem v rozmezí 3,4 až 17,2 MPa, např. 4,8 až 10,3 MPa. V postupu podle tohoto vynálezu je použitá voda s výhodou směsí přídavné vody a kondenzátu, vytvářeného v dalších částech procesu. Výraz a/nebo je v tomto dokumentu používán ve svém běžném významu. Tak např. A a/nebo B znamená buď A, nebo B, anebo A + B.

Aby se předešlo zacpávání katalyzátorových loží, nacházejících se ve směru proudu a/nebo kontaminaci absorbentů kapalina-rozpouštědlo, které mohou být použity v následujících krocích čištění plynu, je proud ochlazeného a částečně vyčištěného topného plynu, který opouští chladicí buben, dále čištěn stykem s horkou prací vodou v jiné zóně čištění plynu. Tato čisticí zóna plynu může obsahovat hrdlo běžného tvaru, jaké je popsáno v patentu USA č. 3 524 630, uvedeném zde jako odkaz, a difuzní pračky a spreje, spolu s plynovou prací komorou, která je znázorněna a popsána v patentu USA č. 3 232 727, zde uvedeném jako odkaz. V plynové prací komoře je proud surového topného plynu čištěn prací vodou, která je tvořena horkým zpětným kondenzátem a přídavnou vodu, jak je zde popsáno. V jednom provedení vynálezu je např. proud plynu, opouštějící chladicí nádrž spojenou se zplyňovačem, čištěn a přiváděn do dokonalého kontaktu s prací vodou v difuzní pračce. Použití difuzní pračky v zóně čištění plynu není však bezpodmínečně nutné. Topný plyn vstupuje do lázně s čisticí vodou nacházející se na dně prací komory a prochází touto lázní směrem vzhůru. Vypraný plyn je pak veden nahoru přes sekci s náplní nebo s patry v horní části prací komory, kde se dostává do styku s kondenzátem, např. s prací

-4CZ 285404 B6 vodou, proudící směrem dolů. Prací voda na dně prací komory plynu může být recyklována do difúzní pračky, je-li tato použita, a/nebo do chladicí nádrže spojené se zplyňovačem.

Při použití způsobu čištění plynu podle tohoto vynálezu je množství pevných částic v praném proudu topného plynu sníženo na koncentraci nižší než 3 ppm s výhodou na koncentraci nižší než 1 ppm. Předmětný technologický postup se vyznačuje maximalizací teploty prací vody a hodnoty v rozmezí 190 °C až 290 °C, např. 205 °C až 230 °C, využitím přímého styku prací vody se zpracovávaným topným plynem bezprostředně za místem, na kterém je vyráběna středotlaká pára s tlakem v rozmezí 1,9 až 4,1 MPa, např. 2,1 až 2,8 MPa, a teplotou v rozmezí 210 °C až 250 °C, např. 215 °C až 230 °C. V ohřívači prací vody je zchlazený nasycený topný plyn ochlazen na teplotu v rozmezí 210 °C až 290 °C, např. 215 °C až 240 °C. Jako ohřívač prací vody může být použita obvyklá plyno-kapalinová směšovací komora, včetně obvyklých patrových kolon s náplní. Přímý kontakt minimalizuje dobu výměny tepla mezi vodou a plynem, a tím maximalizuje ohřev. Tepelný výkon přiváděný do prací vody zvyšuje teplotu plynu vycházejícího z pračky a tak zvyšuje produkci středotlaké páry. Středotlaká pára (intermediate pressure steam - IPS) je vyráběna v obvyklém výměníku tepla nepřímou výměnou tepla mezi napájecí vodou ohřívače (boiler feed water - BFW) a zchlazeným horkým nasyceným topným plynem. Výměník tepla IPS může být umístěn za vodní lázní a před zónou praní surového topného plynu. Výměník tepla IPS může být rovněž umístěn za prací zónou, jak je ukázáno na obrázku.

V jednom provedení vynálezu je topný plyn opouštějící ohřívač prací vody veden přes výměník tepla, kde je nepřímou výměnou tepla s napájecí vodou ohřívače vyrobena středotlaká pára s tlakem v rozmezí 0,7 až 1,9 MPa, např. 1,0 až 1,7 MPa, s teplotou v rozmezí 160 °C až 210 °C, např. 180 °C až 205 °C. Topný plyn má při výstupu z výměníku tepla teplotu v rozmezí 150 °C až 260 °C, např. 180 °C až 220 °C a vchází do srážecí nádoby, ve které probíhá separace kondenzátu z topného plynu.

V další části procesu je v zóně tlakové redukce tlak topného plynu snížen o 0,7 až 15,8 MPa, např. o 1,4 až 8,3 MPa. Důvodem tohoto snížení tlaku je vyrovnání s pracovním tlakem spalovací turbíny do které plyn vstupuje. Tímto snížením tlaku je dále vyráběna pára o nižším tlaku před odstraněním kyselého plynu. Předmětný technologický postup se vyznačuje tím, že výkon prostředku pro snížení tlaku je zvýšen jeho umístěním v části zařízení, ve které se provádí úplné ochlazení topného plynu. V tomto místě je v topném plynu ještě dost vody, která zvyšuje množství hmoty a energetický výkon expanzního cyklu. Umístění prostředku pro snížení tlaku je optimalizováno i z hlediska účinnosti. V jednom provedení vynálezu obsahuje prostředek pro snížení tlaku redukční ventil, který může, ale nemusí být v sérii s hrdlem. V jiném provedení je v zóně snížení tlaku umístěn nepřímý výměník tepla (ohřívač topného plynu) a expanzní turbína, ve které dochází při výrobě energie ke snížení tlaku topného plynu. Horká voda, získávaná v dále umístěném výrobníku páry z regenerovaného tepla (heat recovery steam generátor - HRSG) výměnou tepla mezi výfukovým plynem ze spalovací turbíny a vodou, je použita k ohřevu proudu technologického topného plynu, aby teplota tohoto plynu po jeho expanzi plynu v expanzní turbíně byla 5 až 50 °C nad rosným bodem.

Teplota proudu expandovaného technologického topného plynu je v rozmezí 120 °C až 430 °C, např. 150 °C až 230 °C a před tím, než je plyn přiveden do zóny regenerace kyselého plynu na odstranění veškerého H₂S a COS, musí být tato teplota snížena na 5 °C až 60 °C, např. na 40 °C až 50 °C. V technologickém postupu, který je předmětem této přihlášky, jsou ke snížení teploty a k regeneraci nízkoteplotního tepla pro sycení paliva a dusíku využity násobné výměníky tepla proudu procesního topného plynu. Protože dusíku stejně jako vody je použito pro snížení výhřevnosti paliva vstupujícího do spalovací turbíny, je hladina nasycení paliva, nutná k regulaci obsahu NO_X a ke zvýšení výkonu plynové turbíny, značně snížena. To umožňuje, aby spodní teplota sytičů byla tak nízká, že jejich ohřev může být prováděn nízkoteplotním teplem (tj. při nízké teplotě). Úsek, ve kterém je prováděna regenerace nízkoteplotního tepla, se skládá z 2 až 7, např. 5, nepřímých výměníků tepla uspořádaných v sérii, kterými proudí technologický plyn,

-5 CZ 285404 B6 který je takto chlazen. Za každým, nebo alespoň za posledním výměníkem tepla, se nachází srážecí nádoba k oddělení zkondenzované vody. Zkondenzovaná voda, kterou sbírají tyto srážecí nádoby, je čerpána do dříve popsaného ohřívače prací vody. Chladicím médiem pro alespoň jeden z výměníků tepla je oběhová voda s teplotou v rozmezí 30 °C až 150 °C, např. 40 °C až 90 °C. Oběhová voda je ohřívána nepřímou tepelnou výměnou s topným plynem ve výměníku tepla. Takto získaná teplá voda, s teplotou v rozmezí 110 °C až 200 °C, např. 130 °C až 190 °C, je potom přiváděna do dusíkového sytiče a také do sytiče topného plynu. V obou sytičích je tlak v rozmezí 0,7 až 6,9 MPa, např. 1 až 3,5 MPa. Napájecí voda ohřívače, s teplotou v rozmezí 25 °C až 120 °C, je chladicím médiem pro alespoň jeden z nepřímých výměníků tepla. Tímto způsobem je možno v jednom nepřímém výměníku tepla vyrobit nízkotlakou technologickou páru s tlakem v rozmezí 0,03 až 1,0 MPa, např. 0,2 až 0,35 MPa. V jednom z provedení může být parní kondenzát z parní turbíny umístěné dále znovu ohřát na teplotu v rozmezí 30 °C až 180 °C, např. na 40 °C až 120 °C, v jednom z nepřímých výměníků tepla, recyklován do HRSG k dodatečnému ohřevu na teplotu v rozmezí 370 °C až 980 °C, např. na 430 °C až 650 °C a tlak v rozmezí 4,1 až 20,7 MPa, např. 8,9 až 11,7 MPa, a přiveden do vícestupňové expanzní turbíny jako pracovní médium jednoho ze stupňů. Dříve zmíněnými násobnými výměníky tepla může být teplota proudu technologického topného plynu po expanzi snížena v následujících krocích:

1) 93 °C až 205 °C, 2) 93 °C až 160 °C, 3) 38 °C až 149 °C, 4) 38 °C až 93 °C, 5) 26 °C až 49 °C. Takto je v technologickém postupu popsaném v této přihlášce účinné využito nízkoteplotní teplo získané chlazením v celé řadě výměníků tepla, které poskytují teplo pro: 1) sycení topného plynu a dusíku, 2) přípravu nízkotlaké páry potřebné v takových částech procesu, jakými jsou regenerace kyselého plynu (acid gas recovery — ARG) a regenerace síry (sulphur recovery unit - SRU), a pro 3) opětovný ohřev chladného parního kondenzátu.

Proud technologického topného plynu může být čištěn libovolným vhodným obvyklým systémem, jako např. v zóně regenerace kyselého plynu, která využívá fyzikální nebo chemické absorpce kapalným rozpouštědlem, např. chladným methanolem, N-methylpyrolidonem, dimethyletherem nebo polyethylenglykolem a inhibovaným nebo neinhibovaným aminem. Kyselé plyny, např. CO₂, H₂S a COS jsou v methanolu za vysokého tlaku a nízké teploty vysoce rozpustné. Je-li tlak snížen a teplota obohaceného rozpouštědla zvýšena, mohou být tyto plyny z rozpouštědla lehce uvolněny. H₂S a COS mohou být koncentrovány do frakce vhodné pro plnění obvyklé Clausovy jednotky, tj. jednotky regenerace síry (SRU), ve které se vyrábí elementární síra. Viz Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, druhé vydání, sv. 19, John Wiley, 1969, str. 353. V této souvislosti dále uvádíme patent USA č. 4 052 176. Zmíněné dokumenty jsou zde uvedeny jako odkazy. Na separaci složek vzduchu do oddělených proudů v podstatě čistého plynného kyslíku a dusíku je použito obvyklé zařízení pro separaci složek vzduchu (ASU - air separation unit). Všechen plynný dusík nebo jeho část je nasycena vodou, přehřát využitím energie napájecí vody ohřívače na teplotu v rozmezí 180 °C až 540 °C, např. na teplotu 260 °C až 316 °C, a přiveden do spalovací komory plynové turbíny spolu s proudem topného plynu, který byl nasycen a pak přehrát na přibližně stejnou teplotu. Nasycený topný plyn a nasycený plynný dusík jsou před spálením přehřátý, aby byla omezena možnost eroze lopatek turbíny přenosem kapaliny. Každý z proudů plynného dusíku a topného plynu, vstupujících do spalovací komory, obsahuje 1 až 50 obj. %, např. 5 až 30 obj. % H₂O. Nasycením plynného dusíku je jeho množství nutné ke snížení NO_X sníženo a vzhledem k využití nízkoteplotního tepla je účinnost zvýšena. Proud plynného kyslíku z ASU s teplotou v rozmezí od teploty místnosti až do 480°C, je přiveden do reakčního prostoru generátoru částečně oxidovaného plynu jedním z průchodů prstencového hořáku. V jednom provedení vynálezu je proud plynného kyslíku nejdříve nasycen vodou a tím je teplota tohoto proudu upravena na hodnoty v rozmezí 50 °C až 260 °C, např. 70 °C až 180 °C a obsah vody v něm je upraven na hodnotu 1 až 50 obj. % H₂O, např. 5 až 35 obj. % H₂O. Použití nízkoteplotního tepla k nasycení kyslíku u technologického postupu podle tohoto vynálezu s výhodou zvyšuje množství vyrobené středotlaké páry. V případech, kde zplyňování vyžaduje snížení teploty páry, nahrazuje se pára ze sycení kyslíku párou s vyšším tlakem, čímž je účinnost dále zvýšena, protože tímto způsobem je možno

-6CZ 285404 B6 ušetřenou vysokotlakou páru použít pro výrobu energie ve vysokotlaké sekci parního energetického cyklu.

Vzduch je stlačován turbokompresorem, který je poháněn koaxiální expanzní turbínou tvořící spolu se spalovací komorou hlavní části plynové turbíny. Ztlačený vzduch vstupuje do spalovací komory s teplotou v rozmezí 200 °C až 450 °C a v podstatě se stejným tlakem, jaký mají nasycený topný plyn a nasycený plynný dusík. Odpadní plyn opouští spalovací komoru s teplotou v rozmezí 760 °C až 1650 °C, obvykle 1200 °C až 1300 °Cas tlakem v rozmezí 0,7 až 7 MPa nebo vyšším, přednostně 1 až 3,5 MPa. Odpadní plyn má následující typické složení v mol. %: CO₂ 4-20, H₂O 4-20, N₂ 75-80 a O₂ 0-20. V důsledku použití nasyceného N₂a nasyceného topného plynu je koncentrace oxidů dusíku (NO_X) v odpadním plynu v podstatě nulová, pod 50 ppm (objemově) vztaženo na suchý 2 % O₂. Elektrický proud je vyráběn koaxiálním elektrickým generátorem poháněným zmíněnou expanzní turbínou.

Horký topný plyn, opouštějící expanzní část plynové turbíny s teplotu v rozmezí 430 °C až 810 °C a tlakem v rozmezí 0,07 až 0,14 MPa, je veden přes obvyklý výrobník páry z regenerovaného tepla (HRSG) před tím, než je s teplotou v rozmezí 70 °C až 230 °C vypouštěn komínem do ovzduší. Pára pro pohon obvyklé parní turbíny, skládající se z vysokotlaké expanzní turbíny v kombinaci s koaxiální středotlakou expanzní turbínou, a pára pro výrobní účely, jsou vyráběny v HRSG. Např. přehřátá vysokotlaká pára z HRSG s teplotou v rozmezí 370 °C až 980 °C, např. 430 °C až 650 °C a tlaku v rozmezí 4,1 až 20,7 MPa, např. 8,4 až 12,2 MPa, je přiváděna do vysokotlaké expanzní turbíny (high pressure turbíně - HPT). Středotlaká pára vystupující z turbíny s teplotou v rozmezí 200 °C až 650 °C, např. 260 °C až 480 °C a s tlakem v rozmezí 1,4 až 5,6 MPa, např. 2,1 až 3,4 MPa, opouští HPT a je smíchána se středotlakou párou ze systému chlazení topného plynu. Směs je přehřátá v HRSG a přivedena do středotlaké expanzní turbíny (intermediate pressure steam - IPT) s teplotu v rozmezí 370 °C až 980 °C, např. 420 °C až 650 °C a s tlakem v rozmezí 1,4 až 4,1 MPa, např. 2,0 až 2,7 MPa. V chladicím systému topného plynu vyráběná středotlaká pára je předehřátá na teplotu v rozmezí 315 °C až 815 °C, např. 370 °C až 540 °C a na tlak v rozmezí 0,7 až 1,9 MPa, např. 1,0 až 1,4 MPa a vedena přes jednu část středotlaké expanzní turbíny.

Odpadní pára ze středotlaké expanzní turbíny je ochlazena, zkondenzována a znovu ohřátá na teplotu v rozmezí 30 °C až 280 °C, např. 40 °C až 120 °C, ve výměníku tepla v chladicím systému topného plynu, stlačena na tlak v rozmezí 0,03 až 1,0 MPa, např. 0,08 až 0,5 MPa, a recyklována do HRSG kde je přeměňována na přehřátou vysokotlakou, středotlakou a nízkotlakou páru nepřímou výměnou tepla s odpadním plynem plynové turbíny, který tudy prochází přes HRSG. Koaxiální vysokotlaké a středotlaké expanzní turbíny pohánějí elektrický generátor.

S výhodou je parní cyklus technologického postupu podle tohoto vynálezu optimalizován způsobem, jenž snižuje vstupní tlak druhé části turbíny na hodnotu, umožňující použití maximálního množství tímto technologickým postupem vyrobené páry, tj. středotlaké páry o tlaku v rozmezí 1,9 až 4,2 MPa přímo v cyklu regenerace tepla. Tento tlak může být snížen až na hodnotu dosažitelnou bez výrazného snížení účinnosti parního cyklu, čímž je maximalizováno množství technologické páry vyrobené užití v cyklu regenerace tepla.

Popis schématu

Lepšímu pochopení vynálezu napomáhá doprovodné schéma, které znázorňuje detaily výše popsaného technologického postupu v detailech. Přestože schéma znázorňuje preferované provedení, tohoto vynálezu, není jeho účelem omezit znázorněný kontinuální proces na popsaný postup nebo zvolené materiály.

Na obrázku je znázorněn shora popsaný průtokový neplněný generátor topného plynu 1, vyzděný nekatalytickým žáruvzdorným materiálem, který je nahoře opatřen axiálně umístěným a vyztuže-7CZ 285404 B6 ným vstupním otvorem 2 a dole vyztuženým výstupním otvorem 3. Shora zmíněný prstencový hořák 4, s centrálním průchodem 5 směřuje rovnoběžně s osou plynového generátoru 1, a je umístěn ve vstupním otvoru 2. Nachází se zde rovněž koncentrický koaxiální prstencový průchod

6.

Čerpatelný vodný úhelný kal v potrubí 7 je přiváděn prstencovým průchodem 6 hořáku 4. Proud plynu v potrubí 8, který obsahuje volný kyslík, je přiváděn centrálním průchodem 5. Oba přiváděné proudy se srážejí, atomizují a reagují částečnou oxidací v zóně 9 plynného generátoru L Horký proud surového topného plynu, který obsahuje H2, CO, CO2, H₂O, N2, Ar, H2S a COS prochází vnořenou trubicí IQ a je prudce ochlazen průchodem vodní lázní, nacházející se v chladicí nádrži 15, umístěné na dně plynového generátoru. Struska a produkty ve formě částic se pravidelně odstraňují přes výstupní otvor 3, potrubí 16, ventil 17, potrubí 18, uzavírací výsypku 19, potrubí 20, ventil 21 a potrubí 22. Zchlazený surový topný plyn je potrubím 23 přiváděn do prací kolony 24 plynu, kde je vyprán od zachycených sazí a produktů ve formě částic horkou prací vodou z potrubí 25. Pomocí čerpadla 26 je voda ze dna prací kolony 24 čerpána potrubími 27 a 28 do chladicí nádrže 15. Čistý surový topný plyn opouštějící prací kolonu 24 plynu potrubím 29 je ve výměníku tepla 30 ochlazen nepřímou, tj. bezkontaktní výměnou tepla s napájecí vodou ohřívače (boiler feed water - BFW). BFW vstupuje potrubím 31 a vystupuje potrubím 32 ve formě středotlaké páry s tlakem v rozmezí 1,9 MPa až 4,2 MPa, např. 2,1 až 2,8 MPa. Proud horkého surového topného plynu v potrubí 33 vchází do ohřívače 37 prací vody, kde se dostává do přímého styku a přímé výměny tepla se směsí kondenzátu a přídavné vody přiváděné pomocí čerpadla 54 otrubím 39 a potrubím 58 ze zásobní nádrže 41 oběhové vody. Přídavná voda se přivádí do systému přes potrubí 40 a zásobní nádrž 41. Čisticí voda, která zabraňuje hromadění nečistot v systému se periodicky vyměňuje potrubím 36. Kondenzát ze dna srážecích nádob, umístěných v nízkotlaké ohřívací části technologického zařízení, prochází do zásobní nádrže 41 kondenzátu. V ohřívači 37 je tím vyráběna horká prací voda, zatímco proud topného plynu je současně ochlazován a podrobován konečnému čištění. Horká prací voda na dně ohřívače 37 je čerpána pomocí čerpadla 43 potrubími 44, 48 a 25 do prací kolony 24 plynu.

Při uzavřeném ventilu 45 v potrubí 46 a otevřeném ventilu 47 v potrubí 50 je čistý surový plyn, opouštějící ohřívač 37 prací vody, veden potrubími 49. 50 a 51 do srážecí nádoby 53· Kondenzát ze dna srážecí nádoby 53 je čerpán pomocí čerpadla 43 potrubími 55, 48 a 25 do prací kolony 24 plynu.

V jednom provedení vynálezu, je při uzavřeném ventilu 47 a otevřeném ventilu 45 čistý topný plyn v potrubí 46 veden potrubím 57 a výměníkem tepla 60. BFW vstupuje do výměníku 60 tepla potrubím 61 a opouští jej potrubím 62 ve formě středotlaké páry s tlakem v rozmezí 0,7 až 1,9 MPa, např. 1,0 až 1,4 MPa. Ochlazený topný plyn odchází potrubím 52 a vstupuje do srážecí nádoby 53.

Při uzavřeném ventilu 64 v potrubí 65 a při otevřeném redukčním ventilu 66 v potrubí 67 je topný plyn z potrubí 68 veden potrubími 67, 69. hrdlem 70 nebo potrubími 71 a 72 a výměníkem 73 tepla. Takto může být ve směru proudu tlak topného plynu z ventilu 66 a/nebo hrdla 70 snížen na hodnotu vhodnou pro následující spalování vyčištěného nasyceného topného plynu ve spalovací komoře 75 plynové turbíny, umístěné ve směru proudu a sestávající z vlastní spalovací komory 75 a expanzní turbíny 76. Vzduchový kompresor 77 pro kompresi vzduchu z potrubí 78 je umístěn na stejném hřídeli 79 jako expanzní turbína 76. Elektrický generátor 80 je poháněn hřídelí 81, která je prodloužením hřídele 79.

Tlak plynu ve směru toku může být rovněž snížen pomocí expanzní turbíny 88. V tomto případě je při uzavřeném ventilu 66 a otevřeném ventilu 64 veden topný plyn z potrubí 65 potrubím 85, přes ohřívač 86, dále potrubím 87 a expanzní turbínu 88.

-8CZ 285404 B6

Dodatečné nízkoteplotní teplo je odvedeno z proudu topného plynu pomocí potrubí 72, vedením topného plynu přes řadu, tj. 2 až 7, např. 5, nepřímých výměníků tepla v sérii. Teplota topného plynu je takto snižována ve stupních. Za každým nebo alespoň za posledním výměníkem tepla následuje srážecí nádoba, sloužící k oddělení kondenzátu, který se tvoří v topném plynu po jeho ochlazení pod rosný bod. Při postupném přechodu přes všechny chladiče plynu může topný plyn zadržovat stále méně vody, čím postupně klesá jeho teplota. BFW nebo proud oběhové vody mohou sloužit jako chladicí médium. Např. topný plyn v potrubí 72 prochází v sérii přes výměník 73 tepla, potrubím 92, srážecí nádobu 93, potrubím 94, výměníkem 95 tepla, potrubím 96, srážecí nádobou 97, potrubím 98, výměníkem 99 tepla, potrubím 100, srážecí nádobou 101, potrubím 102, ohřívačem 103 parního kondenzátu, potrubím 104, srážecí nádobou 105, potrubím 106. výměníkem 107 tepla, potrubím 108. srážecí nádobou 109 a potrubím 110. Teplota topného plynu v potrubí 110 je vhodná k tomu, aby byl zpracován konvenčním procesem odstraňování kyselého plynu (AGR), ke kterému dochází v prostoru 111. Odpadní plyn, tj. H₂S a COS prochází potrubím 112 do jednotky 113 regenerace síry. Síra je regenerována a odváděna potrubím 114. Vyčištěný topný plyn z potrubí 115 je veden do sytiče 116. Kondenzát ze dna srážecích nádob 93, 97,101.105 a 109 prochází (jednotlivě) potrubími 122, 123, 124, 125 a 126 a rovněž potrubími 127, 128. 129. 130 a 131 do zásobní nádrže 41 kondenzátu.

Topný plyn, procházející přes výměníky 73, 99 tepla je ochlazen ve smyčce oběhové vody. Studená voda vycházející z čerpadla 135, je čerpána přes potrubí 136,137, výměníkem 99 tepla, potrubím 138. výměníkem 73 tepla, potrubími 139, 140, sytičem 116 a potrubími 142 a 143. Proud topného plynu, nasyceného vodou, je veden potrubím 144, výměníkem 145 tepla, kde je přehřát, a potrubím 146 do spalovací komory 75 plynové turbíny. Zahřátá studená voda v potrubí 139 je rozdělena a jedna část je vedena potrubím 131 do potrubí 132 a sytiče 133 plynného dusíku. Pomocí čerpadla 149 je studená voda ze dna sytiče 133 vedena potrubími 150, 151. 152 a 137 do výměníku 99 tepla. Přídavná voda je přiváděna do systému oběhové vody potrubím 153.

Vzduch v potrubí 155 je rozdělen v zařízení 156 na separaci složek vzduchu (air separation unit - ASU) na ventilační proud dusíku v potrubí 154. proud plynného dusíku v potrubí 157 a na proud plynného kyslíku v potrubí 160. Proud plynného dusíku v potrubí 157 je nasycen vodou v sytiči 133. Nasycený proud dusíku je veden pptrubím 158. přehřát v nepřímém výměníku 159 tepla a přiveden do spalovací komory 75 plynové turbíny potrubím 174. Proud v podstatě čistého kyslíku opouští zařízení 156 (ASU) potrubím 160. Při uzavřeném ventilu 161 v potrubí 162 a otevřeném ventilu 163 v potrubí 164 prochází proud kyslíku potrubími 165 a 8 do centrálního průchodu 5 hořáku 4. Proud kyslíku v potrubí 160 může být rovněž předtím, než je přiveden do plynového generátoru 1, nasycen vodou. V tomto případě je ventil 163 uzavřen a ventil 161 otevřen. Proud plynného kyslíku je veden potrubími 162 a 166 do sytiče 167 plynného kyslíku. Proud plynného kyslíku nasycený vodou je potom veden potrubími 168 a 8 do centrálního průchodu 5 hořáku 4. Napájecí voda ohřívače, přiváděná potrubím 169, je vedena potrubím 170. ohřátá oběhovou vodou v protisměru potrubím 139 v nepřímém výměníku 171 tepla a vedena do sytiče 167 plynného dusíku potrubím 172. Pomocí čerpadla 173, je BFW recyklována do sytiče 167 potrubími 174. 170 a 172.

Jedno provedení technologického postupu podle tohoto vynálezu s výhodou obsahuje parní cyklus pro výrobu energie. Energie se takto odebírá z horkého kouřového plynu, kteiý opouští expanzní turbínu 76 potrubím 180 a prochází přes výrobník 181 páry z regenerovaného tepla (heat regeneration steam generátor - HRSG). Tak například je středotlaká pára opouštějící výměník 30 tepla potrubím 32, s tlakem 1,9 až 4,7 MPa, např. 2,1 až 4,7 MPa smíchána sIP odpadním plynem z vysokotlaké turbíny 211. IP parní směs je vedena potrubím 182 do výrobníku 181 (HRSG) a přehřátá na teplotu v rozmezí 370 °C až 980 °C, např. 430 °C až 650 °C, tak, že se podrobena nepřímé výměně tepla s horkým odpadním plynem z potrubí 180. Přehřátá IP páraje vedena potrubím 189 do IP expanzní turbíny jako alespoň část pracovní látky. Ochlazený odpadní plyn, opouštějící výrobník 181 (HRSG) může odcházet komínem 183.

-9CZ 285404 B6

Vysokotlaká pára, která je vyrobena v HRSG z předehřátého parního kondenzátu, je vedena před potrubí 184 do vysokotlaké expanzní turbíny 185 jako pracovní látka.

V jednom provedení vynálezu je dodatečná středotlaká pára o tlaku v rozmezí 0,7 až 1,9 MPa, např. 1,0 až 1,4 MPa nacházející se v potrubí 62 z nepřímého výměníku 60 tepla vedena potrubím 186 do HRSG a přehřátá na teplotu v rozmezí 320 °C až 820 °C, např. 370 °C až 540 °C, nepřímou výměnou tepla s horkým odpadním plynem z potrubí 180. Středotlaká pára je vedena potrubím 187 do jiné části expanzní turbíny 185 jako pracovní látka.

Koaxiální expanzní turbíny 211 a 185 pohánějí elektrický generátor 195 pomocí hřídele 196. Odpadní pára v potrubí 197 je ochlazena a zkondenzována v chladiči 198 výměnou tepla se studenou vodou, která vstupuje potrubím 199 a vystupuje potrubím 200. Zkondenzovaná napájecí voda ohřívače v potrubí 201 je předehřátá ve výměníku 103 tepla nepřímou výměnou tepla se surovým topným plynem z potrubí 102. V jednom provedení vynálezu je předehřátá napájecí voda ohřívače v potrubí 202, zahřáta následnými přechody přes výrobník 181 (HRSG) párou s nižším tlakem, oddělenou v odvodňovacích krocích, čímž vzniká vysokotlaká pára s teplotou v rozmezí 370 °C až 980 °C, např. 430 °C až 650 °C a s tlakem v rozmezí 4,2 až 21 MPa, např. 9,1 až 12 MPa. V tomto případě je vysokotlaká pára předehřátá ve výrobníku 181 (HRSG) a vedena přes potrubí 184 do expanzní turbíny 211 jako pracovní látka. Vysokotlaká expanzní turbína 211 je připojena k středotlaké expanzní turbíně 185 společnou osou 213.

I když mohou být provedeny modifikace a obměny vynálezu aniž by došlo k odchýlení od ideje a náplně vynálezu, měla by být dodržována jednom ta omezení, která vyplývají z následujících patentových nároků.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob částečné oxidace uhlovodíkovéhojaaliva, vyznačující se tím, že se skládá z:

1) reakce uhlovodíkového paliva s plynem obsahujícím volný kyslík v reakční zóně částečné oxidace, kterou vzniká topný plyn, zchlazení zmíněného topného plynu ve vodě za vzniku zchlazeného nasyceného topného plynu s teplotou v rozmezí 180 °C až 320 °C a o tlaku v rozmezí 3,4 až 17,2 MPa, ochlazení zmíněného zchlazeného nasyceného plynu nepřímou výměnou tepla s napájecí vodou ohřívače, při kterém je teplota zmíněného zchlazeného topného plynu snížena na 210 °C až 290 °C, za současné přeměny zmíněné napájecí vody ohřívače na středotlakou páru s tlakem v rozmezí 1,9 až 4,1 MPa a čištění zmíněného zchlazeného nasyceného topného plynu předehřátou prací vodou ze stupně 2;
2) předehřátí prací vody, složené z technologického kondenzátu a z přídavné vody, na teplotu v rozmezí 190 °C až 290 °C přímou výměnou tepla ve směšovacím zařízení plyn-voda s ochlazeným zchlazeným nasyceným topným plynem, který opouští stupeň 1, čímž dochází k poklesu teploty zmíněného ochlazeného zchlazeného nasyceného topného plynu na teplotu v rozmezí 150 °C až 290 °C a oddělení zkondenzované vody od zmíněného ochlazeného topného plynu;
3) snížení tlaku zmíněného ochlazeného topného plynu ze stupně 2 o 0,7 až 15,8 MPa, další ochlazení zmíněného topného plynu na teplotu v rozmezí 5 °C až 60 °C nepřímou výměnou tepla se studenou vodou, spojené s vysrážením vody z proudu zmíněného ochlazeného topného plynu, a současné zahřátí zmíněné studené vody, kterým je získána teplá voda s teplotou v rozmezí

- 10CZ 285404 B6

110 °C až 200 °C, a převedení vody vysrážené ve stupních 2 a 3 do zmíněného směšovacího zařízení plyn-voda ve stupni 2, kde je tato voda zahřáta pro použití jako prací voda plynu;
4) čištění ochlazeného topného plynu ze stupně 3;
5) nasycení plynného dusíku a vyčištěného topného plynu ze stupně 4 zmíněnou zahřátou vodou ze stupně 3;
6) přehřátí nasyceného topného plynu a nasyceného plynného dusíku ze stupně 5 na teplotu v rozmezí 180 °C až 540 °C a přivedení zmíněných přehřátých proudů topného plynu a plynného dusíku do spalovací komory plynové turbíny;
7) spálení zmíněného nasyceného topného plynu plynem obsahujícím volný kyslík ve zmíněné spalovací komoře při teplotě v rozmezí 1200 °C až 1400 °C a tlaku v rozmezí 0,7 až 6,9 MPa v plynové turbíně za vzniku odpadního plynu se sníženým množstvím NO_X; a
8) průchodu zmíněného odpadního plynu expanzní turbínou, kterým je zvyšována účinnost výroby elektrické energie.

2. Způsob částečné oxidace uhlovodíkového paliva podle nároku 1, vyznačující se tím, že alespoň část prací vody ze zmíněné prací zóny plynu je přiváděna do zmíněné zóny zchlazení plynu.

3. Způsob částečné oxidace uhlovodíkového paliva podle nároku 1, vyznačující se tím, že ve stupni 3 je tlak zmíněného ochlazeného topného plynu snížen prostředkem pro snížení tlaku.

4. Způsob částečné oxidace uhlovodíkového paliva podle nároku 3, vyznačující se tím, že zmíněný prostředek pro snížení tlaku je vybrán ze skupiny složené z ventilu, hrdla a expanzní turbíny.

5. Způsob částečné oxidace uhlovodíkového paliva podle nároku 1, vyznačující se tím, že ve stupni 3 je zmíněný topný plyn postupně ochlazován v řadě nepřímých výměníků tepla.

6. Způsob částečné oxidace uhlovodíkového paliva podle nároku 5, vyznačující se tím, že chladicí látkou ve zmíněných výměnících tepla je cirkulující voda a/nebo napájecí voda ohřívače.

7. Způsob částečné oxidace uhlovodíkového paliva podle nároku 1, vyznačující se tím, že jeho součástí je krok, ve kterém se provádí sycení zmíněného plynu, obsahujícího volný kyslík vodou, po kterém následuje uvádění tohoto plynu do zóny částečné oxidace.

8. Způsob částečné oxidace uhlovodíkového paliva podle nároku 1, vyznačující se tím, že jeho součástí je separace složek vzduchu v obvyklém zařízení určeném k tomuto účelu, kterou vznikají proud plynného kyslíku a proud plynného dusíku, přivádění zmíněného proudu plynného kyslíku jako zmíněného plynu obsahujícího volný kyslík do zmíněné reakční zóny částečné oxidace, a nasycení zmíněného proudu plynného dusíku pro použití ve stupni 5.

9. Způsob částečné oxidace uhlovodíkového paliva podle nároku 1, vyznačující se tím, že jeho součástí je krok, ve kterém zmíněný odpadní plyn ze stupně 8 prochází přes výrobník páry z regenerovaného tepla, ve kterém probíhá nepřímá výměna tepla se zmíněnou

-11 CZ 285404 B6 středotlakou párou ze stupně 1, zmíněná středotlaká páraje tím předehřívána a potom prochází přes expanzní turbínu jako alespoň části pracovní látky.

10. Způsob částečné oxidace uhlovodíkového paliva podle nároku 1, vyznačující se tím, že zmíněné uhlovodíkové palivo je zvoleno ze skupiny, sestávající z kapalných a/nebo plynných uhlovodíkových paliv a z čerpatelného kalu tuhého uhlíkatého paliva.

11. Způsob částečné oxidace uhlovodíkového paliva podle nároku 10, vyznačující se tím, že zmíněný čerpatelný kal tuhého uhlíkatého paliva je zvolen ze skupiny sestávající z uhlí, uhlíku ve formě částic, petrolejového koksu, koncentrovaného kanalizačního kalu a jejich směsí, obsažených v odpařitelném kapalném nosiči vybraném ze skupiny složené z vody, kapalného CO₂, kapalného uhlovodíkového paliva a jejich směsí.

12. Způsob částečné oxidace uhlovodíkového paliva podle nároku 10, vyznačující se tím, že zmíněné kapalné uhlovodíkové palivo je zvoleno ze skupiny sestávající ze zkapalněného ropného plynu, ropných destilátů a zbytků, benzinu, těžkého benzinu, petroleje, ropy, asfaltu, plynového oleje, zbytkového oleje, dehtového pískového oleje a břidličného oleje, olejů vyrobených z uhlí, aromatických uhlovodíků, jako je benzen, toluen a xylenové frakce, uhelného dehtu, plynového oleje z katalytického krakování, furfuralového extraktu koksového plynového oleje a jejich směsí.

13. Způsob částečné oxidace uhlovodíkového paliva podle nároku 10, vyznačující se tím, že zmíněné plynné uhlovodíkové palivo je zvoleno ze skupiny sestávající z odpařeného kapalného zemního plynu, rafínérského odpadního plynu, uhlovodíkových plynů Ci-C₄a odpadních plynů z chemických procesů obsahujících uhlíkaté látky.

14. Způsob částečné oxidace uhlovodíkového paliva podle nároku 1, vyznačující se tím, že jeho součástí je krok, ve kterém se provádí čištění proudu zchlazeného nasyceného topného plynu zároveň s předehřátím zmíněné prací vody ve stupni 2.

15. Způsob částečné oxidace uhlovodíkového paliva, při kterém je vyráběna elektrická energie, vyznačující se tím, že se skládá z

1) reakce uhlovodíkového paliva s plynem obsahujícím volný kyslík, při které probíhá částečná oxidace a vzniká topný plyn, zchlazení zmíněného topného plynu chladicí vodou za vzniku zchlazeného nasyceného topného plynu s teplotou v rozmezí 180 °C až 320 °C a tlakem v rozmezí 3,4 až 17,2 MPa, ochlazení zmíněného zchlazeného nasyceného topného plynu nepřímou výměnou tepla s napájecí vodou ohřívače, spojeného se snížením teploty zmíněného zchlazeného topného plynu na teplotu v rozmezí 210 °C až 290 °C za současné přeměny zmíněné napájecí vody ohřívače na středotlakou páru s tlakem v rozmezí 1,9 až 4,1 MPa a čištění zmíněného zchlazeného nasyceného topného plynu předehřátou prací vodou ze stupně 2 buď před zmíněným ochlazením, nebo po něm;

2) předehřátí prací vody, složené z technologického kondenzátu a přídavné vody, na teplotu v rozmezí 190 °C až 290 °C přímou výměnou tepla ve směšovacím zařízení plyn-voda s ochlazeným zchlazeným nasyceným topným plynem, který opouští stupeň 1, čímž dochází k poklesu teploty zmíněného ochlazeného zchlazeného nasyceného topného plynu na teplotu v rozmezí 150 °C až 280 °C a k oddělení zkondenzované vody od zmíněného ochlazeného topného plynu;

3) snížení teploty nasyceného topného plynu ze stupně 2 na teplotu v rozmezí 150 °C až 260 °C nepřímou výměnou tepla s napájecí vodou ohřívače, čímž se vytváří pára se středním tlakem

-12CZ 285404 B6 v rozmezí 0,7 až 1,9 MPa, a oddělení zkondenzované vody z proudu zmíněného zchlazeného topného plynu;

4) zahřátí proudu zchlazeného topného plynu ze stupně 3 na teplotu převyšující o 5 až 50 °C rosný bod po expanzním stupni 5;

5) snížení tlaku proudu topného plynu ze stupně 4 o 0,7 MPa až 15,8 MPa pomocí expanzní turbíny;

6) ochlazení proudu topného plynu ze stupně 5 na teplotu v rozmezí 5 až 60 °C nepřímou výměnou tepla se studenou vodou, čímž dojde ke zkondenzování vody z proudu ochlazeného topného plynu za současného zahřátí zmíněné studené vody na teplou vodu s teplotou v rozmezí 110 °C až 200 °C, a přivedení zmíněné zkondenzované vody a vody zkondenzované ve stupních 2 a 3 do zmíněného směšovacího zařízení plyn-voda ve stupni 2, kde je tato voda zahřáta pro použití jako prací voda plynu;

7) čištění ochlazeného topného plynu ze stupně 6;

8) nasycení plynného dusíku a vyčištěného topného plynu ze stupně 7 zmíněnou teplou vodou ze stupně 6;
9) přehřátí nasyceného topného plynu a nasyceného plynného dusíku ze stupně 8 na teplotu v rozmezí 180 °C až 540 °C a uvádění zmíněných přehřátých proudů topného plynu a plynného dusíku do spalovací komory plynové turbíny;
10) spálení zmíněného nasyceného topného plynu reakcí s plynem obsahujícím volný kyslík ve zmíněné spalovací komoře při teplotě v rozmezí 1200 °C až 1400 °C a při tlaku v rozmezí 0,7 až 7 MPa v plynové turbíně za vzniku odpadního plynu se sníženým množstvím NO_X; a
11) průchodu zmíněného odpadního plynu přes expanzní turbínu, kterým je zvyšována účinnost výroby elektrické energie.

16. Způsob částečné oxidace uhlovodíkového paliva, při kterém je vyráběna elektrická energie, podle nároku 15, vyznačující se tím, že obsahuje krok, ve kterém je prováděno sycení zmíněného plynu, obsahujícího volný kyslík, vodou, před přiváděním tohoto plynu do zmíněné reakční zóny částečné oxidace.

17. Způsob částečné oxidace uhlovodíkového paliva, při kterém je vyráběna elektrická energie, podle nároku 15, vyznačující se tím, že obsahuje krok, ve kterém probíhá separace složek vzduchu v obvyklém zařízení určeném k tomuto účelu, kterou vzniká proud plynného kyslíku a proud plynného dusíku, přivedení zmíněného proudu plynného kyslíku do zmíněné reakční zóny částečné oxidace jako zmíněného plynu obsahujícího volný kyslík, a nasycení zmíněného proudu plynného dusíku pro použití ve stupni 8.

18. Způsob částečné oxidace uhlovodíkového paliva, při kterém je vyráběna elektrická energie, podle nároku 15, vyznačující se tím, že jeho součástí je krok spočívající ve vedení zmíněného odpadního plynu ze stupně 11 přes výrobník páry z regenerovaného tepla, ve kterém probíhá nepřímá výměna tepla se zmíněnou středotlakou párou ze stupně 1, zmíněná středotlaká páraje tím předehřívána a poté prochází přes expanzní turbínu jako alespoň část pracovní látky.

-13CZ 285404 B6

19. Způsob částečné oxidace uhlovodíkového paliva, při kterém je vyráběna elektrická energie, podle nároku 15, vyznačující se tím, že jeho součástí je krok, ve kterém je prováděno nové zahřátí parního kondenzátu ze středotlaké expanzní turbíny nepřímou výměnou tepla s topným plynem ve stupni 6, zahřátí, odvodnění a přehřátí takto nově zahřátého parního 5 kondenzátu za vzniku vysokotlaké páry, expanze zmíněné vysokotlaké páry v turbíně, při které se získá mechanická energie a středotlaká pára, přehřátí zmíněné středotlaké páry, expanze této přehřáté středotlaké páry ve středotlaké turbíně za vzniku mechanické energie a kondenzace odpadní páry z této středotlaké turbíny.