直接位于燃气轮机上游的合成气膨胀机制造技术

本发明专利技术改善了用作为燃气轮机（１２）燃料的合成气进行燃烧以产生动力的可靠性，这种改善是通过直接在燃气轮机的上游设置合成气膨胀机（４８）实现的。通过附加的来自膨胀机的动力输出以及通过减少或消除用于控制氮气氧化的空气分离单元的氮气压缩，使效率增加。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通过部分氧化烃类燃料生产燃料气并且在燃气轮机中燃烧这种燃料气以生产动力的改进技术，更具体地说，本专利技术涉及高效整体气化总体循环(“IGCC”)方法，该方法在各段中加入气体冷却步骤，并且该方法是在高压下操作以从冷却的燃料气中使热量最大程度地用于动力生产。专利技术背景目前，全世界均采用急冷动力生产体系通过燃料气化以生产动力。在这种系统中，通过用含游离氧的气体对烃类燃料进行部分氧化生产出包含H2、CO、CO2和H2O的原料合成气或合成燃料气，该过程通常是在温度调节剂存在下，于急冷式气化反应器中进行的。所产生的合成气通过在水中急冷产生一种急冷的饱和合成气物流，其温度通常为约450-550°F，压力通常为约700-1500psia。此类方法更为详细的描述参见US 5,345,756(Jahnke等)，该文献引入本文作为参考。所产生的合成气通常在酸气除去单元中进行纯化，所述单元采用物理或化学溶剂以从气体物流中除去H2S和COS。然后，将纯化后的合成气作为燃料气加至带有温度调节剂如氮气的燃气轮机的燃烧器中。专利技术概述本专利技术直接在燃气轮机的上游设置一个合成气膨胀涡轮机或膨胀机，从而改善了作为用于燃气轮机燃料的合成气进行燃烧以生产动力的可靠性和效率。来自膨胀机的附加动力输出以及通过减少或消除来自用于控制氮氧化物的空气分离单元的氮气压缩可增加效率。附图简述附图说明图1为一种实施方案的流程示意图，该实施方案中采用来自燃气轮机的释放空气作为燃烧器中用于部分燃烧合成气的氧源。图2为包括选择性脱硫系统的图1实施方案的流程示意图。图3为另一种实施方案的流程示意图，该实施方案采用来自空气分离单元的高压氧气作为燃烧器中用于部分燃烧合成气的氧源。图4为另一种实施方案的流程示意图，其中，合成气通过在热回收蒸汽发生器的管中与燃气轮机废气进行热交换而将合成气加热。相应的参考数字表明在各附图中的相应部分。优选实施方案说明按照本专利技术，合成气膨胀机或膨胀涡轮机直接位于燃气轮机的上游。进入膨胀机的合成气混合物在约800-约1000°F。由于进入膨胀机的气体处于高温下，因此，在热合成气进入燃气轮机之前，可从热合成气的体积膨胀中得到大量的动力，从而大大改善动力生产循环中的效率。从膨胀机排出的燃料气依然是热的，并且这些未能通过膨胀机转化成动力的热量被直接带入燃气轮机中，在此回收热量。在本专利技术的一个实施方案中，在进入燃气轮机的燃烧器段之前，将热空气的排出物流从燃气轮机的压缩器排放中除去。通过使热空气的排出物流与其它加工物流进行热交换，或者通过任一种可有效实现的其它冷却措施而将其冷却。在冷却后，空气物流可用水饱和，并压缩至约1000-约1200psig。即使空气物流吸收水将增加压缩机的负荷，空气物流也可用水或氮气饱和以改善循环效率。或者，空气或气体物流可被饱和或可第二压缩机下游接受附加的饱和。然而，此时，气体物流由于压缩的热量而被加热，采用饱和器效果不好。另一种可选择的情形是，部分来自燃气轮机的空气可加至空气分离单元，该单元能减少空气分离单元空气压缩器的尺寸和动力。进而，可对来自空气分离单元的氮气进行压缩并送至燃气轮机中或送至膨胀机上游的合成气或空气中以增加动力输出并减少燃气轮机中氮氧化物(NOx)的形成。参看附图1，来自酸性气体去除单元(未示出)的高压低硫(sweet)合成气2进入合成气饱和器4中，在该饱和器中用水6饱和，并以饱和的合成气物流8排出。合成饱和器4也备有水出口9。从燃气轮机12中排出压力为约200-300psig及温度为约500-800°F的热释放空气物流10，将其通过第一换热器14，在此，它释放出热量给进入锅炉的进料水物流16，形成高压蒸气物流18。冷却后的空气物流20从换热器14中排出，进入第二换热器22中，在此，空气物流进一步被冷却并以进一步冷却的空气物流24排出。选择性地，冷却后的空气物流24的一部分13可循环至空气分离单元。燃气轮机12也备有空气入口11。冷却后的空气物流24进入第三换热器30中，在此，其进一步被冷却，并以冷却后的空气物流32排出，进入空气饱和器34中，在此，空气被经管线36进入的水饱和。饱和器备有水出口37。饱和后的合成气38从空气饱和器34排出，进入第二压缩机40中，在此，其从约200-300psig被压缩至约1000-1200psig，该压力是气化器的典型操作压力，并以压缩后的空气物流42排出，与合成气物流26一起进入燃烧器28中。饱和后的合成气物流8通过换热器22，在此，其与通过的空气进行热交换，并作为加热后的饱和合成气物流26排出，并进入燃烧器28中，在此进行燃烧。中间冷却器(未示出)可选择性地与第二压缩机40一起使用。但是，由于压缩的热量进入燃烧器28，并且，额外的动力被转化成燃烧值，高压缩比且无级间冷却可能是可行的。需要指出，压缩后的空气物流42与合成气物流26一起进入燃烧器28中，并进行燃烧，产生在高温下的燃烧产物与过量合成气的混合物。通常，仅合成气26的一部分，大约占合成气总量1-5％的合成气物流在燃烧器28中进行燃烧。而高压合成气的大部分则经管线44旁路通过燃烧器28，并与排出燃烧器28的燃烧气体29混合，形成约1000°F的燃烧气体29与合成气44的混合物46。燃烧器28的燃烧室中的温度可通过调节旁路通过燃烧器28的物流44中合成气的量来改变。如果合成气通过燃烧器28的量较小，则可获得使未混合气体蒸气29的温度特别高。然后，混合气体物流46进入膨胀机48中，该膨胀机与发电机50连接。由于合成气加热改善了循环的效率，来自膨胀机48的大量动力可易于被发动机50接收。从膨胀机48排出的气体52将依然很热，温度约250-700°F。热气体52可用作燃气轮机12的燃料。因此，来自气体46未通过膨胀机48转化为动力的热量将作为燃料气52中的热量排放至燃气轮机12中，通过发动机54回收。通过适当地控制系统的操作过程，可使进入膨胀机48的燃料气52保持在足够低的BTU/标准立方英尺(BTU/SCF)上，以减少氮氧化物(N0x)的产生，同时，保持足够的热值在约80-150BTU/SCF，以确保在燃气轮机12中有效且效率很高地燃烧。通过控制在膨胀机48中通入气体物流46之前用于在燃烧器28中对合成气26的一部分进行预燃烧的空气量和通过控制加至进入空气饱和器34的高压空气中的饱和水36的用量，可控制燃料气52的热值。选择性地，氮气或合成气物流可在进入膨胀机之前加至燃料物流中，或者在膨胀机的下游通过连接燃气轮机12的选择性管线58加至燃料物料中。图2为高温脱硫实施方案，其中，来自燃烧器28及旁路合成气物流44合并后的燃烧气体46进入高压脱硫系统中，该系统由铁酸锌或类似物质的床层60和62组成，通过管线64排出脱硫后的物流。进入高温脱硫系统的燃烧气体46已通过本领域技术人员公知的常规低温脱硫方法脱除了大部分的硫。这一类常规方法大多包括COS水解步骤以使脱硫率增加约1-2％。采用本专利技术所述的高温脱硫系统将会消除对COS水解的需求，并能除去最后的痕量硫。由于脱硫系统仅需脱除最后痕量的硫，因此，与从合成气中脱除所有硫的系统相比，高温脱硫系统的尺寸可非常小。此外，来自用经管线66引入的蒸气和氧气对床层60本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于增加动力生产单元效率的系统，其中，通过在气化器中对烃燃料进行部分氧化反应生产在升高温度和压力下的合成气，其中，合成气用作动力生产单元中的燃料以产生动力，其改进之处是，该系统包括直接在动力产生单元的上游设置高温气体膨胀机。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：FC加赫克，
申请(专利权)人：德士古发展公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]