(57) Реферат / Формула:
Предлагается способ комбинированной выработки механической энергии и производства углеводородов, в котором для выработки механической энергии запускают по меньшей мере один двигатель (1) внутреннего сгорания, в результате чего образуется отходящий газ (с) сгорания, а для получения углеводородов по меньшей мере один реактор (2) нагревают с использованием топлива (е) и поддерживающего горение газа (d). В соответствии с изобретением по меньшей мере часть поддерживающего горение газа (d) нагревают путем опосредованного теплообмена по меньшей мере с частью отходящего газа (с) сгорания от двигателя (1) внутреннего сгорания. Настоящее изобретение также относится к соответствующему устройству (100, 200).
(19)
Евразийское
патентное
ведомство
(21) 201790308 (13) A1
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОЙ ЗАЯВКЕ
(43) Дата публикации заявки 2017.08.31
(22) Дата подачи заявки 2015.09.02
(51) Int. Cl.
F02C 6/00 (2006.01) B01J 8/06 (2006.01) B01J19/00 (2006.01)
(54)
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ ВЫРАБОТКИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ И ПРОИЗВОДСТВА ПРОДУКТОВ РЕАКЦИИ
(31) (32)
14183742.7 2014.09.05
(33) EP
(86) PCT/EP2015/070090
(87) WO 2016/034647 2016.03.10
(71) Заявитель:
ЛИНДЕ АКЦИЕНГЕЗЕЛЬШАФТ (DE)
(72) Изобретатель: Брудер Давид (DE)
(74) Представитель:
Поликарпов А.В. (RU) (57) Предлагается способ комбинированной выработки механической энергии и производства углеводородов, в котором для выработки механической энергии запускают по меньшей мере один двигатель (1) внутреннего сгорания, в результате чего образуется отходящий газ (с) сгорания, а для получения углеводородов по меньшей мере один реактор (2) нагревают с использованием топлива (е) и поддерживающего горение газа (d). В соответствии с изобретением по меньшей мере часть поддерживающего горение газа (d) нагревают путем опосредованного теплообмена по меньшей мере с частью отходящего газа (с) сгорания от двигателя (1) внутреннего сгорания. Настоящее изобретение также относится к соответствующему устройству (100, 200).
РСТ/ЕР2015/070090
МПКЬ F02C 6/00, B01J 8/06, 19/00
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ ВЫРАБОТКИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ И ПРОИЗВОДСТВА ПРОДУКТОВ РЕАКЦИИ
Изобретение относится к способу и устройству для параллельной выработки механической энергии и производства углеводородов, в соответствии с признаками независимых пунктов формулы изобретения.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В ряде процессов получения продуктов химических реакций используют реакторы, которые содержат реакторные трубки, нагреваемые горелками, через которые пропускают сырье, которое затем, по меньшей мере частично, подвергают обработке с образованием требуемых продуктов реакции. Примерами таких процессов являются паровой крекинг, дегидрирование алканов, а также получение синтез-газа или аммиака.
Соответствующие способы и устройства подробно описаны в литературе. Для способов и устройств для парового крекинга ссылка может быть сделана, например, на статью "Этилен" в Энциклопедии Промышленной Химии под ред. Ульмана, онлайн с 15 апреля 2007 г., DOI 10.1002/14356007.a10_045.pub2. Способы и устройства для дегидрирования алканов, в частности, пропан-пропилена и изобутана в изобутен, могут быть найдены, например, в статье "Пропен" в Энциклопедии Промышленной Химии под ред. Ульмана, онлайн редакция, 15 июня 2000 г., DOI 10.1002/14356007.а22_211, Раздел 4.3. "Дегидрирование пропана".
Уже давно возникало желание соединить такие реакторы с устройством для выработки механической энергии. Последнее может быть реализовано, например, с использованием двигателей внутреннего сгорания, в частности, газовых турбин. Примером комбинированных процессов такого рода могут служить известные процессы с использованием газа и пара и соответствующие устройства.
В газо-паровом процессе, показанном на Фиг.1 и описанном ниже, кислородсодержащий поддерживающий горение газ, как правило, воздух, отсасывают с помощью газовой турбины и сжимают. Соответствующее топливо, обычно природный газ или какую-либо другую газовую смесь, вводят в камеру сгорания газовой турбины и сжигают под давлением в атмосфере,
образованной поддерживающим горение газом. Уменьшение давления отходящего газа сгорания (также известного как выхлопной газ) приводит в действие ступень расширения газовой турбины и через нее генератор, соединенный с газовой турбиной.
Тепло, все еще присутствующее в отходящем газе сгорания ниже по потоку от газовой турбины, может использоваться в парогенераторе на отходящем тепле (так называемом теплоутилизационном парогенераторе, HRSG) для производства пара под давлением. Сжатый пар можно использовать для приведения в действие паровой турбины. Мощность паровой турбины обычно используется для дополнительной выработки электрической энергии в генераторе, соединенном с газовой турбиной, или в другом генераторе.
Комбинированные процессы, в которых используются газовые турбины и нагретые реакторы, описанные ранее, в основном также известны, как пояснено со ссылкой на Фиг.З. Однако, как подробно описано ниже, в оборудовании такого типа имеет место значительное снижение эффективности зоны излучения используемого реактора. Таким образом, общая эффективность такого оборудования в лучшем случае несколько выше, чем у отдельного устройства для выработки электрической энергии и для извлечения углеводородов. Поэтому преимущество комбинированного устройства с низким КПД обычно не оправдывает затраты на их соединение.
В частности, в устройствах такого типа существует зависимость работы нагретого реактора от работы газовой турбины. Если последняя выходит из строя, то в крайних случаях реактор также должен быть отключен, что ведет к соответственно дорогостоящей потере производства. Как правило, вышеупомянутые реакторы могут быть рассчитаны на длительную эксплуатацию в течение нескольких лет или сконструированы в виде нескольких параллельных блоков, которые эксплуатируются или регенерируются попеременно. В процессах парового крекинга, например, может постоянно работать от пяти до десяти реакторов, один из которых находится в так называемом режиме декокцинирования. Однако газовая турбина требует значительно более частого обслуживания.
В патентном документе GB 2148734 А раскрыта энергетическая установка с высокоскоростным реактором с псевдоожиженным слоем. Эта установка
содержит разделенный теплопередающий псевдоожиженный слой, предназначенный для завихрения горячей золы, генерируемой реактором с псевдоожиженным слоем, и для извлечения из него тепла. Эта установка также содержит средства, предназначенные для управления теми частями горячей золы, которые циркулируют через секции теплопередающего слоя, которые образованы указанными разделениями, для того, чтобы соответственно управлять коэффициентом усиления мощности секций. Секция разделенного псевдоожиженного слоя может вырабатывать технологический пар, а другая секция может вырабатывать горячий технологический воздух для турбины.
Из патентных документов US 5048284 А и GB 2296719 известны комбинированные способы, в которых выполняется автотермический риформинг и работает турбина. Из патентного документа FR 1445870 А известен реактор риформинга, который работает в комбинации с турбиной.
Поэтому задача настоящего изобретения заключается в усовершенствовании комбинированных способов выработки электрической энергии и производства углеводородов, особенно с точки зрения их эффективности.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Эта задача решается с помощью способа и устройства для выработки механической энергии и для производства углеводородов, имеющих признаки независимых пунктов формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения являются предметом зависимых пунктов формулы и последующего описания.
Прежде чем объяснить признаки настоящего изобретения, будут объяснены их основа и используемая терминология.
В нижеследующем описании часто делается ссылка на эффективность термических процессов, при этом применяются следующие определения:
Технический КПД полноты сгорания ("тепловой" КПД) (FTW, ny_FTW) обозначает долю введенной тепловой мощности (P_supplied), которая не теряется в окружающую среду посредством отходящего газа сгорания (P_exhaust gas):
Ny_FTW = 1 - P_exhaust gas / P_supplied
Потери в окружающую среду, вызванные теплопроводностью горячих компонентов, здесь не учитываются, поскольку они обычно значительно
меньше потерь отходящего газа.
КПД зоны излучения (SZW, ny_SZ) обозначает долю введенной тепловой мощности (P_supplied), которая опосредованно передается рабочей среде в камере сгорания (P_process):
ny_SZ = P_process / P_supplied
Передача обычно происходит при температурах значительно выше 1000°С и предпочтительно путем излучения. Типичные КПД зоны излучения реакторов, нагреваемых исключительно напрямую, то есть только с помощью горелок, но не, например, посредством предварительно нагретого воздуха для горения, для парового крекинга составляют приблизительно 0,42 (42%).
Электрический КПД (ny_el) обозначает долю введенной (P_supplied) тепловой мощности в процессе получения тепловой мощности, которая высвобождается как результирующая мощность в виде электрической мощности (результирующая мощность означает мощность процесса получения тепловой мощности за вычетом мощности, требуемой для вспомогательного оборудования, такого как насосы и компрессоры):
Ny_el = P_el / P_supplied
Термин "КПД использования энергии" здесь используется в общем случае как сравнительный термин, который оценивает или количественно определяет мощность нагрева, требуемую различными процессами или комбинированными процессами для производства определенного количества одного или нескольких продуктов или для выработки определенного количества электроэнергии. Термин используется, например, для выработки электроэнергии посредством одноступенчатого парового процесса, газовой турбины и комбинированного газо-парового процесса. Обычно КПД увеличивается в указанном порядке, то есть мощность нагрева, используемая для определенного количества генерируемого электрического тока, падает.
Мощность горения топлива в рамках данной заявки, как правило, связана с более низкой теплотой сгорания или теплотворной способностью (Ни). Это относится к максимальному количеству тепла, которое можно использовать при сжигании, когда отсутствует конденсация водяного пара, содержащегося в отходящих газах, в зависимости от количества используемого топлива.
В соответствии с традиционной терминологией, термин "газовая турбина" относится к устройству, которое, как уже упоминалось, содержит ступень
сжатия, ступень расширения в качестве фактической газовой турбины и камеру сгорания, присоединенную между ступенью сжатия и ступенью расширения. В камеру сгорания через ступень сжатия подается сжатый поддерживающий горение газ, такой как воздух. Топливо (которое обычно является жидким или газообразным) поступает в камеру сгорания через впускное отверстие для топлива. Топливо сжигается с газовой смесью в камере сгорания с образованием отходящего газа сгорания (также известного как горячий газ).
Давление горячего газа снижается на стадии расширения, и в этот момент тепловая мощность преобразуется в механическую. Механическая мощность снимается с помощью одного или нескольких валов. Некоторая часть механической мощности используется для управления ступенью сжатия, тогда как остальная часть используется, например, для приведения в действие генератора. После снижения давления отходящий газ сгорания вытесняется в качестве отходящего газа или, как в данном случае, используется в качестве теплообменной среды.
В рамках настоящей заявки термин "поддерживающий горение газ" используется для передачи идеи о том, что сжигание топлива необязательно должно осуществляться с воздухом ("поддерживающий горение воздух"), но может также осуществляться с другой газовой смесью, хотя эта смесь и должна содержать кислород.
Как и в случае газовых турбин, в огневых реакторах, как упоминалось выше, в дополнение к топливу, который сжигается в соответствующих горелках, подают поддерживающий горение газ, для недожога. Как правило, в качестве поддерживающего горение газа используется воздух. Однако также возможно, чтобы в качестве поддерживающего горение газа использовался, по меньшей мере частично, отходящий газ сгорания из газовой турбины. Это возможно потому, что сжигание топлива в газовой турбине обычно происходит со значительным сверхстехиометрическим притоком кислорода. Поэтому в отходящем газе сгорания все еще присутствует значительное количество кислорода, что позволяет использовать отходящий газ сгорания в качестве поддерживающего горение газа в реакторе. В дополнение к отходящему газу сгорания из газовой турбины, для регулирования сгорания в таком реакторе может также использоваться дополнительный воздух или кислородсодержащая газовая смесь. Проблемы, которые возникают при использовании отходящего
газа сгорания из газовой турбины в качестве поддерживающего горение газа, описаны ниже и составляют отправную точку для настоящего изобретения.
ПРЕИМУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение начинается с принципиально известного способа для комбинированной выработки механической энергии и производства углеводородов, в котором для выработки механической энергии запускают по меньшей мере один двигатель внутреннего сгорания, производящий отходящий газ сгорания, и в котором для получения углеводородов нагревают по меньшей мере один реактор с использованием топлива и поддерживающего горение газа.
В соответствии с изобретением предусмотрено, что по меньшей мере часть поддерживающего горение газа нагревают путем опосредованного теплообмена с по меньшей мере частью отходящего газа сгорания, выходящего из двигателя внутреннего сгорания. Другими словами, в соответствии с настоящим изобретением, не весь отходящий газ сгорания попадает в реактор, а только его часть. Подаваемый снаружи поддерживающий горение газ, например воздух, предварительно нагревают с помощью другой части или всего отходящего газа сгорания.
Когда в настоящей заявке говорится о "доставке" или "подаче" топлива, поддерживающего горение газа и/или отходящего газа сгорания в реактор, это означает их подачу в соответствующие горелки или в камеру сгорания, а не в реакционную зону, например, реакционные трубки реактора. Газовая смесь, прошедшая через реакционную зону, например, реакционные трубки, в рамках этой заявки называется технологическим газом (трубного пространства).
Настоящее изобретение особенно пригодно для процессов, в которых вырабатываемая механическая мощность используется, по меньшей мере частично, для приведения в действие генератора, то есть, по меньшей мере частично, преобразуется в электроэнергию. Однако изобретение также может использоваться с тем преимуществом, когда по меньшей мере один вал, например компрессора и/или насоса, приводится в движение, по меньшей мере частично, посредством механической мощности. В этом случае ведомое устройство может, например, представлять собой часть процесса, используемого для производства углеводородов. Например, механическая мощность может использоваться для приведения в действие компрессора для
сжатия технологического газа или пара.
Настоящее изобретение основано на том, что КПД, а точнее определенный выше КПД зоны излучения реактора в соответствующих комбинированных процессах уровня техники, значительно снижается, среди прочего, с точки зрения энергетического баланса. При этом значительная доля энергии отходящего газа сгорания из газовой турбины, подаваемого непосредственно в реактор для поддержания горения топлива, уже удалена в газовой турбине. В частности, это можно проиллюстрировать содержанием кислорода в соответствующем отходящем газе сгорания:
С необходимостью имеется снижение содержания кислорода в поддерживающем горение газе в газовой турбине, даже если горение осуществляется со значительной сверхстехиометрической подачей кислорода. Если в качестве поддерживающего горение газа в газовой турбине используется воздух с естественным содержанием кислорода приблизительно 21%, то, как обычно, в отходящем газе сгорания это содержание кислорода уменьшается до приблизительно 14%.
В соответствующих реакторах, в частности в реакторах, используемых для парового крекинга, КПД зоны излучения, однако, существенно зависит от температуры, которая может быть достигнута при сжигании топлива и которая может быть передана сырью, проходящему через реакционные трубки. В обычных процессах, то есть в самоподдерживающихся реакторах, которые не связаны с газовыми турбинами, достигается адиабатическая температура горения приблизительно 2000°С, когда в качестве поддерживающего горение газа используется воздух. Адиабатическая температура горения представляет собой температуру, которая будет получена после завершения сгорания, если во время сгорания газовая смесь не будет обмениваться теплом с окружающей средой. Таким образом, это теоретическая температура, которая фактически не достигается, поскольку в действительности такой реактор не работает адиабатически. Однако адиабатическая температура горения является сравнительным термином, используемым в данной области техники, который наиболее удобно описывает переменную, от которой зависит КПД зоны излучения.
Если в поддерживающем горение газе содержится меньше кислорода, потому что последний частично прореагировал в расположенной выше по
потоку газовой турбине, то могут быть достигнуты только адиабатические температуры приблизительно 1750°С. Несмотря на то, что, например, отходящий газ сгорания выходит из газовой турбины при температуре приблизительно 600°С и, следовательно, дополнительно имеется значительное количество тепла, пониженное содержание кислорода больше не является достаточным для достижения адиабатической температуры горения традиционных реакторов.
Если предположить, в простой терминологии (опять же с точки зрения энергетического баланса), что газовая турбина выпускает приблизительно треть тепловой мощности, подаваемой к ней в качестве мощности на валу, а тепловая мощность, подаваемая в газовую турбину, составляет приблизительно одну треть от тепловой мощности, подаваемой в газовую турбину и в реактор в целом, то одна девятая часть от общей тепловой мощности удаляется из отходящего газа сгорания в виде мощности на валу. Соответственно, адиабатическая температура горения, таким образом, уменьшается приблизительно на одну девятую.
Как уже объяснялось выше, настоящее изобретение, следовательно, предлагает, чтобы не весь отходящий газ сгорания подавался в реактор и использовался для поддержания горения топлива, а самое большее только его часть. Таким образом, в отличие от обычных комбинированных установок, в реактор, частично или полностью, подается внешний поддерживающий горение газ, который не образуется из отходящего газа сгорания, т.е. свежий поддерживающий горение воздух. Фактическое соединение газовой турбины с соответствующим реактором осуществляется с помощью устройства предварительного нагрева, которое содержит, например, один или несколько подходящих теплообменников для осуществления опосредованного теплообмена. В результате опосредованного теплообмена отходящего газа сгорания с поддерживающим горение газом их температура действительно используется (т.е. переносится тепловая мощность), но при этом это не влияет на содержание кислорода в поддерживающем горение газ. Таким образом, когда поддерживающий горение газ подают в реактор, свежий воздух, содержащий приблизительно 21% кислорода, можно, например, нагревать. В результате, как описано ниже, снова могут быть достигнуты описанные ранее адиабатические температуры горения приблизительно 2000°С (когда часть
отходящего газа сгорания используется только для предварительного нагрева, а часть подается в реактор) или даже выше (когда используется исключительно для предварительного нагрева).
С одной стороны, упомянутое выше частичное использование отходящего газа сгорания только для предварительного нагрева, а с другой стороны, частичная подача в реактор включает, например, смешивание части отходящего газа сгорания со "свежим" поддерживающим горение газом, например, воздухом, с достижением, таким образом, определенного содержания кислорода. Например, может быть выбрано содержание кислорода приблизительно 19%. Другая часть отходящего газа сгорания не подается в реактор, а используется только для предварительного нагрева поддерживающего горение газа путем опосредованного теплообмена. При предполагаемой температуре отходящего газа сгорания, равной приблизительно 600°С, в реакторе может быть достигнута вышеупомянутая адиабатическая температура горения приблизительно 2000°С и, следовательно, может быть достигнут КПД зоны излучения, сравнимый с КПД, достигаемым в традиционных реакторах. Следовательно, реактор при работе должен регулироваться лишь незначительно, или вообще не регулироваться.
Другое существенное преимущество настоящего изобретения состоит в том, что даже когда газовая турбина выходит из строя или нуждается в техническом обслуживании, реактор может продолжать работать. В этом случае, например, воздух, который не был предварительно нагрет, может, например, использоваться в качестве поддерживающего горение газа. В качестве альтернативы, в этом случае также можно предварительно нагревать поддерживающий горение газ каким-либо другим способом, например, с использованием водяного пара и/или топочного газа. Соответствующее оборудование для предварительного нагрева, поэтому, должно быть рассчитано только на кратковременную эксплуатацию и, соответственно, является недорогим.
Следует отметить, что в этом случае, например, в традиционном устройстве, таком как показано на Фиг.З, дополнительный поддерживающий горение газ может подаваться в дополнение к отходящему газу сгорания из газовой турбины, который весь подается в реактор. Однако, это обычно делается только для достижения регулирующей переменной для увеличения
независимости между газовой турбиной и реактором. Таким образом, проблема пониженного содержания кислорода и пониженного КПД зоны излучения в реакторе с помощью этого способа не может быть решена.
В рамках настоящего изобретения, напротив, КПД зоны излучения реактора может быть значительно увеличен. Реактор может работать при КПД зоны излучения, который также может быть достигнут в самоподдерживающемся реакторе, как объяснялось выше. Однако также возможно повысить КПД зоны излучения за счет предварительного нагрева и достижения еще более высоких температур в реакторе.
Варианты выполнения настоящего изобретения, приведенные в формуле изобретения и объясненные частично выше, будут теперь суммированы:
В частности, способ, в соответствии с настоящим изобретением, подходит для использования в трубчатых реакторах, упомянутых выше, то есть в устройстве, в котором указанный по меньшей мере один реактор выполнен в виде трубчатого реактора, в котором в зоне излучения реакционные трубки нагреваются снаружи горелками, в которых сгорает топливо. Традиционные реакторы, работающие в самоподдерживающемся режиме, содержат загрузочные отверстия, через которые подается поддерживающий горение газ. Внутри реактора или внутри камеры сгорания соответствующего реактора имеется небольшое отрицательное давление, создаваемое воздуходувкой в канале топочного газа. Поэтому поддерживающий горение газ автоматически отсасывается. Напротив, настоящее изобретение может включать подачу поддерживающего горение газа в соответствующий реактор или в его камеру сгорания под небольшим положительным давлением с помощью воздуходувки. Такой способ подачи является типичным, например, для предварительного нагрева воздуха в процессах гидрореформинга.
Способ, в соответствии с настоящим изобретением, особенно подходит для процессов парового крекинга, упомянутых выше, то есть для способов, в которых с целью получения (олефиновых) углеводородов сырье, содержащее углеводороды, подают с водяным паром через реакционные трубки реактора, выполненного в виде трубчатого реактора. В соответствующих процессах парового крекинга в зоне излучения преобладают упомянутые выше температуры. Однако изобретение аналогичным образом также подходит для каталитических процессов, например, упомянутых ранее способов
дегидрирования алканов, то есть для процессов, содержащих реакторы, в которых в реакционных трубах предусмотрен катализатор, или в процессах гидрореформинга.
Как уже упоминалось, способ, в соответствии с изобретением, особенно выгоден, потому что температуры, которые могут быть достигнуты, делают возможным достижение высокого КПД зоны излучения для реактора. Другими словами, это означает, что этот способ используют в тех случаях, когда по меньшей мере область по меньшей мере одного реактора нагревают до адиабатической температуры горения, как правило, от 1500 до 2500°С при нагревании с использованием топлива и поддерживающего горение газа.
Подходящими двигателями внутреннего сгорания для использования в настоящем изобретении являются, в частности, газовые турбины, поскольку они имеют высокую номинальную мощность при относительно низких затратах, при этом имеют хороший механический или электрический КПД. Поэтому газовые турбины обычно используются на электростанциях. Механический КПД только одной газовой турбины обычно не выше, чем у соответствующего дизельного двигателя или угольной и паровой электростанции. Поскольку температура отходящего газа сгорания составляет приблизительно 600°С в дизельном двигателе и приблизительно 700-1000°С в бензиновом двигателе, двигатели внутреннего сгорания такого типа также подходят для использования в настоящем изобретении.
Несмотря на то, что традиционно одним из недостатков использования газовой турбины является использование топлива (газа) относительно высокого качества, на практике это является преимуществом настоящего изобретения: в способах получения продуктов реакции, которые обсуждаются здесь (например, при паровом крекинге и в гидрореформинге) в качестве остаточного газа получают так называемый хвостовой газ, который является высококалорийным газом с точки зрения сгорания. Это метаносодержащая фракция или смесь моноксида углерода, двуокиси углерода и водорода (синтез-газ). (Частичный) способ, осуществляемый в рамках изобретения для получения продуктов реакции, таким образом, дает подходящее топливо для газовой турбины. Очевидно, что соответствующая газовая смесь может также сжигаться в двигателе. Это приводит к дальнейшей синергетической интеграции соответствующих частей оборудования.
Особенно предпочтительно, чтобы отходящий газ сгорания из двигателя внутреннего сгорания подавался при температуре ниже 650°С, так как в этом случае поддерживающий горение газ можно нагревать особенно эффективно и дешево. Материальные затраты, например для используемых теплообменников при таких температурах все еще заметно низки. Однако, как правило, отходящий газ сгорания из двигателя внутреннего сгорания может подаваться при температуре 500-1000°С, особенно при температуре 600-700°С или при температуре 500-650°С.
В способе, в соответствии с одним вариантом выполнения изобретения, преимущественно, часть отходящего газа сгорания из двигателя внутреннего сгорания используют для нагрева поддерживающего горение газа путем опосредованного теплообмена, а часть отходящего газа сгорания из двигателя внутреннего сгорания объединяют с поддерживающим горение газом и подают вместе с ним в указанный по меньшей мере один реактор. Это использование отходящего газа сгорания, частично для предварительного нагрева и частично для подачи в реактор, позволяет особенно выгодно комбинировать газовую турбину или другой двигатель внутреннего сгорания и реактор. В этом случае условия в реакторе могут быть приближены к условиям обычных самоподдерживающихся реакторов, что означает, что для режима работы соответствующих реакторов и/или их конструктивных конфигураций не требуется никаких изменений или требуются лишь незначительные изменения. Реакционные трубки и устройство для рекуперации отработанного тепла (в так называемой зоне конвекции) могут быть сохранены.
Однако в новых устройствах может оказаться выгодным полностью использовать отходящий газ из двигателя внутреннего сгорания для нагрева поддерживающего горение газа за счет опосредованного теплообмена, а не для подачи его в указанный по меньшей мере один реактор. Указанный по меньшей мере один реактор, таким образом, дополнительно получает общее содержание кислорода в поддерживающем горение газе, например в воздухе, в дополнение к теплу отходящего газа, так что температуры в таком реакторе могут быть дополнительно увеличены. Таким образом, КПД зоны излучения соответствующего реактора значительно возрастает. Таким образом, расход топлива в реакторе может быть соответственно уменьшен.
Настоящее изобретение особенно подходит для использования с
природным газом, метаносодержащей газовой смесью и/или синтез-газом в качестве топлива и/или воздуха в качестве поддерживающего горение газа. Как уже упоминалось, соответствующие топлива могут также быть типичными остаточными газами из соответствующих процессов для получения продуктов реакции (например, из процессов парового крекинга, получения синтез-газа или гидрореформинга). Настоящее изобретение позволяет, в частности, сэкономить топливо за счет повышения КПД.
Дополнительное преимущество способа, в соответствии с настоящим изобретением, достигается, если из отходящего тепла из по меньшей мере одного реактора получается сжатый пар, используемый для приведения в действие по меньшей мере одного вала, в частности, вала генератора. Таким образом, может быть получена дополнительная механическая мощность, которая может использоваться с пользой, даже если соответствующий сжатый пар находится при более низком давлении. Пар, полученный посредством отработанного тепла из указанного по меньшей мере одного реактора, является в целом только побочным продуктом, с помощью которого можно с выгодой использовать тепло, которое не может быть использовано для реакции (отработанное тепло). В теоретическом идеальном случае в реакторе будет производиться только тепло реакции и не будет производиться отработанного тепла, то есть не будет производиться пар.
Преимущество настоящего изобретения состоит в том, что количество сжатого пара, производимого посредством отработанного тепла из реактора или реакторов, может быть минимизировано. Сжатый пар, производимый с помощью отработанного тепла из реактора или реакторов, получается со значительно большими потерями в эксергии, чем пар, производимый в паровом процессе электростанции (многостадийный процесс, который более эффективен в своем пике при более высоких давлениях / температурах). Сжатый пар можно использовать, например, с почти 100% КПД в процессах парового крекинга, отчасти в виде нагревающего пара для предварительного нагрева потока или потоков сырья. В случае выработки механической энергии в турбине КПД хуже приблизительно в 2 раза, чем в случае выработки механической энергии паром.
Для признаков и преимуществ предлагаемого в соответствии с изобретением устройства для выработки механической энергии и для
производства углеводородов, которое выполнено, в частности, для осуществления процесса, как объяснялось выше, ссылка делается конкретно на вышеприведенные замечания.
Изобретение и конкретные варианты его выполнения проиллюстрированы на прилагаемых чертежах путем сравнения с предшествующим уровнем техники.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 изображает упрощенную схему газовой и паровой электростанции, выполненной в соответствии с известным уровнем техники.
Фиг.2 изображает упрощенную схему огневого реактора, работающего в соответствии с предшествующим уровнем техники.
Фиг.З изображает упрощенную схему устройства с газовой турбиной и огневым реактором, выполненного в соответствии с известным уровнем техники.
Фиг.4 изображает упрощенную схему устройства с газовой турбиной и огневым реактором, выполненного в соответствии с одним вариантом выполнения изобретения.
Фиг.5 изображает упрощенную схему устройства с газовой турбиной и огневым реактором, выполненного в соответствии с одним вариантом выполнения изобретения.
На чертежах соответствующие элементы обозначены одинаковыми номерами позиций и не описаны повторно в интересах ясности. То же самое относится и к показанным потокам текучей среды, которые обозначены строчными буквами, даже если они представлены в разных количествах, как поясняется ниже.
Во всех проиллюстрированных вариантах выполнения реактор, если он показан, выполнен с возможностью осуществления процесса крекинга с использованием водяного пара, то есть он снабжается углеводородсодержащим сырьевым потоком, смешанным с паром. Используемое топливо представляет собой подходящий отходящий газ сгорания, как описано выше, тогда как в качестве поддерживающего горение газа используется воздух. Однако показанное оборудование теоретически также пригодно для осуществления других процессов получения продуктов реакции или использования других топлив и поддерживающих горение газов.
Хотя нижеследующее описание часто дает отсылку к "реактору" или к "газовой турбине", соответствующие устройства могут также содержать несколько реакторов или несколько газовых турбин.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 изображает упрощенную схему газовой и паровой электростанции, выполненной в соответствии с известным уровнем техники, которая в целом обозначена номером 300 позиции.
Газовая и паровая электростанция 300 содержит в качестве основных компонентов газовую турбину 1, которая, как описано выше, содержит ступень 11 сжатия и ступень 12 расширения, а также камеру сгорания, расположенную между ступенью 11 сжатия и ступенью 12 расширения, но отдельно не показанные. Генератор G приводится в действие газовой турбиной 1. В турбину 1 подается поддерживающий горение газ "а", который сжимается в ступени 11 сжатия. Топливо "Ь" подается в камеру сгорания (не показана) турбины 1 и сжигается под давлением в камере сгорания в атмосфере, создаваемой поддерживающим горение газом "а".
Как правило, сжигание происходит при значительно сверхстехиометрической подаче кислорода, например, при лямбда-значении приблизительно 3, так что образующийся при сгорании отходящий газ "с" сгорания (горячий газ) и имеющий возможность расширения в ступени 12 расширения газовой турбины, все еще имеет значительное содержание кислорода. Если в качестве поддерживающего горение газа "а" используется воздух с естественным содержанием кислорода приблизительно 21%, то отходящий газ "с" сгорания по-прежнему имеет содержание кислорода приблизительно 14%.
Отходящий газ "с" сгорания, который может, например, находиться при температуре 600°С, подается, например, в теплоутилизационный парогенератор 5 в газовой и паровой электростанции 300. Обычно небольшое количество дополнительного топлива подается в парогенератор 5, то есть парогенератор 5, в основном, использует теплосодержание отходящего газа "с" сгорания. Соответствующим образом охлажденный отходящий газ "д" сгорания выпускаются из парогенератора 5.
В сильно упрощенном представлении на Фиг.1 создается сжатый пар "f". Как правило, в соответствующих газовых и паровых электростанциях 300
сжатый пар "f" создается с тремя уровнями давления. Уровни давления составляют, например, приблизительно 130, 30 и 8 бар, причем пар частично удаляют из турбины при промежуточном давлении (путем "отбора") на промежуточном и низком уровнях давления, причем при промежуточном уровне давления пар нагревают до температуры приблизительно 570°С, начиная с температуры насыщенного пара ("промежуточный перегрев"). Цель этой процедуры состоит в том, чтобы свести к минимуму потери эксергии путем передачи тепла от отходящего газа "с" сгорания в питательную воду или пар с наименьшей возможной разницей температур.
Сжатый пар "f" используется в понижающей давление турбине 6 (паровой турбине) для получения мощности вала (механической мощности). Эта мощность, в свою очередь, преобразуется генератором G в электрическую мощность. Этот генератор может быть таким же, как и генератор G, соединенный с газовой турбиной 1, или он может быть предусмотрен отдельно. Поток пара с пониженным давлением (не обозначен на Фиг.1) охлаждают в охладителе 7, например, с использованием охлаждающей воды. Полученный паровой конденсат возвращают в процесс (используя так называемый насос питательной воды котла).
Типичные значения характеристик электростанции 300 показаны ниже. Соответствующие переменные приведены для результирующей электрической мощности 100 МВт, так как это порядок величины, необходимый для установки для парового крекинга, имеющей размер, соответствующий уровню техники. В области электростанций характерны результирующие мощности 80-400 МВт на газотурбинный блок. В качестве поддерживающего горение газа "а" используется приблизительно 619 000 стандартных кубометров в час (Нм3/ч) воздуха для горения, а также мощность недожога в виде топлива "Ь" приблизительно 180 МВт. Соответствующие значения суммированы в таблице ниже. Любые ошибки округления были проигнорированы.
В проиллюстрированном случае обычно образуется приблизительно 640000 Нм3/ч отходящего газа "с" сгорания. Количество охлажденного отходящего газа "д" сгорания в этом случае также 640000 Нм3/ч, если в теплоутилизационном парогенераторе 5 нет дополнительного розжига.
Как правило, электрический КПД газовой турбины 1 и подключенного к ней генератора составляет приблизительно 0,36 (36%). Электрический КПД
турбины 6 на основе энергии, подаваемой в теплоутилизационный парогенератор 5, составляет приблизительно 0,32 или, исходя из общей используемой энергии, приблизительно 0,20. Доля общей электрической мощности соответствующей газовой и паровой электростанции, образованной турбиной 6, в показанном варианте выполнения также составляет, например, приблизительно 0,36. В варианте выполнения тепловой КПД без учета охладителя 7 составляет приблизительно 0,82. (Тепловой КПД зависит от температуры конденсации, количества пара и т.д. и варьируется в пределах от 0,75 до 0,85). Тепловой КПД часто не имеет особого смысла в данном случае, так как даже если большая часть тепла отбирается из топочного газа, простая подача, например, горячей воды или пара едва увеличивает КПД соответствующих установок, если только он не может быть использован с высоким КПД.
На фоне приблизительно 180 МВт мощности недожога топлива "Ь" в генераторе G, соединенном с газовой турбиной 1, получается приблизительно 64 МВт в качестве электрической энергии, причем приблизительно 112 МВт передается как теплосодержание в отходящий газ "с" сгорания, а тепловые потери обычно соответствуют приблизительно 3 МВт. В свою очередь, из приблизительно 112 МВт теплосодержания в отходящем газе "с" сгорания, как правило, приблизительно 3 МВт остается в охлажденном отходящем газе "д" сгорания, причем охлажденный отходящий газ "д" сгорания охлаждается до температуры приблизительно 128°С. Из оставшихся приблизительно 80 МВт 36 МВт получают в виде электрической мощности в генераторе G, соединенном с турбиной 6, а приблизительно 44 МВт выгружают в охладитель 7.
При общей тепловой мощности приблизительно 180 МВт и электрической мощности приблизительно 100 МВт для двух генераторов G общий электрический КПД газовой и паровой электростанции 300 в варианте выполнения составляет приблизительно 0,56. В пробном прогоне КПД достигал максимум 0,61 в крупных газовых и паровых электростанциях (мощность которых составляла приблизительно 800 МВт), но он значительно снижался, когда охлаждающая вода была более теплой.
На Фиг.2 показана упрощенная схема огневого реактора, выполненного в соответствии с известным уровнем техники, причем реактор в целом обозначен номером 2 позиции. Как объяснялось ранее, огневые реакторы такого типа
обычно могут быть использованы для получения углеводородов или синтез-газа, например, с помощью парового крекинга. Соответствующий реактор 2, как это в целом известно, обычно содержит зону 21 излучения и конвекционную зону 22. В зоне 21 излучения обычно расположено несколько горелок (не показаны), в которые подается топливо d. Сгорание становится возможным благодаря подаче поддерживающего горение газа "е". В зоне 21 излучения и в конвекционной зоне 22 обычно имеются реакционные трубки, которые нагреваются снаружи соответствующими горелками.
В огневом реакторе 2 также отработанное тепло используется главным образом для производства сжатого пара "f", но последний обычно является сравнительно непригодным для использования с удовлетворительным КПД для выработки электрической энергии. Более низкое значение полезности сжатого пара "f" из типичного огневого реактора 2, как показано на Фиг.2, обусловлено его сравнительно низкой температурой и сравнительно низким давлением, а также тем фактом, что реализуется только один уровень пара (и, следовательно, сравнительно большие потери эксергии в процессе парообразования). Тогда как в типичных газовых и паровых электростанциях, например в газовой и паровой электростанции 300, как показано на Фиг.1, давление сжатого пара "f" получают при 130 бар и температуре 570 °С, давление сжатого пара "f" из огневого реактора 2, как показано на Фиг.2, обычно составляет всего 120 бар, а его температура обычно составляет всего 520 °С. Обычно соответствующий сжатый пар "f" из огневых реакторов 2 используют для восстановления мощности вала (например, в устройстве парового крекинга) и используют в качестве нагревающего пара. Здесь также получают охлажденный отходящий газ "д" сгорания.
Предполагая, что при соответствующем рассмотрении энергетического баланса мощность в режиме недожога составляет приблизительно 1000 МВт (обычно распределенная по ряду реакторов) в виде топлива d и предполагая, например, приблизительно 1 067 000 Нм3/ч воздуха для горения в качестве поддерживающего горение газа "е" с типичным КПД зоны излучения, приблизительно равным 0,42 (что является типичным значением для реактора, используемого для процесса парового крекинга) в зоне 21 излучения, из отходящего тепла из реактора 2 может быть получено приблизительно 512 МВт или приблизительно 595 т/ч сжатого пара "f". Приблизительно 60 МВт
поступает в охлажденный топочный газ "д", который удаляется в количестве приблизительно 1 172 ООО Нм3/ч и при температуре приблизительно 128 °С. "Недостающая" тепловая мощность в 428 МВт выделяется в виде энергии химической связи и теплосодержания в технологическом газе на стороне трубки, то есть не в потоке топочного газа, а из реакционной зоны реактора 2. Это значение является одинаковым для всех реакторов 2, показанных на следующих чертежах, представленных здесь в качестве примера, поскольку получают одинаковое количество продуктов реакции.
На Фиг.З представлена упрощенная схема комбинированного устройства с газовой турбиной 1 и огневым реактором 2, выполненного в соответствии с уровнем техники и в целом обозначенного номером 400 позиции. Основная идея в создании такого устройства 400 заключается в использовании теплосодержания отходящего газа "с" сгорания из газовой турбины 1, аналогично газовой и паровой электростанции, например, газовой и паровой электростанции 300, как показано на Фиг.1, в соответствующем огневом реакторе 2. При этом используется упомянутый выше факт, что отходящий газ "с" сгорания по-прежнему имеет существенное содержание кислорода в результате значительного сверхстехиометрического сгорания в газовой турбине 1. Дополнительный поддерживающий горение газ "d", например, воздух, тем не менее, подается в изображенном варианте выполнения, например, подается в отходящий газ "с" сгорания с помощью воздуходувки 3. Это дополнительная подача служит для обеспечения дополнительной регулирующей переменной для регулирования горения в реакторе 2.
Однако существенный недостаток комбинированных установок 400 этого типа, выполненных в соответствии с уровнем техники, состоит в том, что наблюдается значительное снижение КПД зоны излучения огневого реактора 2 в зоне 21 излучения. По сравнению с самоподдерживающимся реактором 2, как показано, например, на Фиг.2, КПД зоны излучения снижается, например, от приблизительно 0,42 до приблизительно 0,37. Это можно, в частности, объяснить тем фактом, что, хотя отходящий газ "с" сгорания имеет сравнительно высокую температуру, например, приблизительно 600°С, содержание кислорода в нем, например, приблизительно 14%, что, тем не менее, значительно ниже, чем содержание кислорода в соответствующем поддерживающем горение газе, таком как воздух для горения, который обычно
используется. Это также не может быть компенсировано за счет подачи дополнительного поддерживающего горение воздуха "а!" или соответствующего поддерживающего горение газа (по меньшей мере не без особо сильного обогащения кислородом). Если в качестве поддерживающего горение газа "а!" в реакторе 2, работающем в самоподдерживающемся режиме, используется воздух, содержащий приблизительно 21% кислорода, как показано на Фиг.2, то адиабатические температуры горения, составляющие приблизительно 2000°С, все еще могут быть достигнуты путем сгорания в зоне 21 излучения реактора 2. В отличие от этого, в устройстве 400, как показано на Фиг.З, адиабатическая температура горения в зоне 21 излучения ограничена приблизительно 1750°С из-за описанных выше обстоятельств. Это непосредственно отражается в заявленном меньшем КПД зоны излучения.
Рассматриваемая с точки зрения энергетического баланса значительная часть химической энергии, содержащаяся в поддерживающем горение газе "а", удаляется в газовой турбине 1 и, следовательно, больше не доступна в дальнейшем в отходящем газе "с" сгорания.
Ниже приведены иллюстративные данные для газовой турбины выше по потоку от одного или нескольких реакторов для парового крекинга, работающих на выходной мощности 1000 МВт с максимальной мощностью газовой турбины, то есть с минимальным использованием дополнительного поддерживающего горение газа "а!" для регулирования. Если, например, в качестве поддерживающего горение газа "а" в устройстве 400 такого типа используют, например, 1 132 000 Нм3/ч воздуха для горения, и если в качестве мощности недожога используется мощность приблизительно 340 МВт в виде топлива "Ь", то приблизительно 118 МВт электрической мощности может быть получено с КПД, как объяснено ранее для генератора G, соединенного с газовой турбиной 1. Приблизительно 224 МВт проходит как теплосодержание в отходящий газ "с" сгорания. Потери приблизительно 5 МВт поддерживаются, в частности, у генератора G и вспомогательного оборудования, а также у маслоохладителя газовой турбины 1. Отходящий газ "с" сгорания образуется в количестве приблизительно 1 170 000 Нм3/ч.
В показанном варианте выполнения, например, в качестве поддерживающего горение газа "а!" используется приблизительно 189 000 Нм3/ч воздуха для горения. Мощность недожога в виде топлива "е" составляет
приблизительно 922 МВт. Общая мощность нагрева в виде топлив "Ь" и "е", используемых таким образом, составляет приблизительно 1270 МВт, тепловая мощность, доступная в зоне 21 излучения, от теплоты сгорания отходящего газа "с" сгорания и от мощности недожога в виде топлива "е" составляет приблизительно 1147 МВт. Из них приблизительно 650 МВт выделяются в виде сжатого пара "f" в количестве приблизительно 756 т/час, приблизительно 69 МВт переходят в охлажденный топочный газ "д", который по-прежнему удаляется при температуре приблизительно 128°С. Таким образом, количество охлажденного топочного газа "д" составляет, таким образом, приблизительно 1 457 ООО Нм3/ч по сравнению с указанным выше приблизительно 1 172 ООО Нм3/ч в самоподдерживающемся реакторе 2, как показано на Фиг.2. Здесь также 428 МВт выделяются как энергия химической связи и теплосодержание в технологическом газе на стороне трубы, поскольку такое же количество продукта реакции должно быть получено здесь, как и в реакторе 2, в соответствии с Фиг.2.
Как уже упоминалось ранее, КПД зоны излучения в зоне 21 излучения снижается приблизительно до 0,37. КПД парообразования (из сжатого пара "f") составляет приблизительно 0,51, общий термический КПД составляет приблизительно 0,94. (Некоторая часть тепла, которая поступает в технологический газ в зоне 21 излучения, используется для выработки пара. Поэтому два уровня КПД не должны добавляться вместе или не должны дополнять друг друга, чтобы обеспечивать указанный термический КПД. Количество тепловой энергии и энергия химического связывания, выделяемые технологическим газом, отсутствуют в общем балансе энергии, но эти значения также одинаковы во всех реакторах 2, показанных на приложенных чертежах.)
На Фиг.4 показано комбинированное устройство, имеющее газовую турбину 1 и огневой реактор 2, в соответствии с одним вариантом выполнения изобретения, представленное в упрощенном схематичном виде, причем устройство в целом обозначено номером позиции 100.
Центральным аспектом настоящего изобретения, как уже упоминалось несколько раз, является использование блока 4 предварительного нагрева, посредством которого подогреваемый поддерживающий горение газ "Ь", подаваемый в реактор 2, предварительно нагревается. В варианте выполнения, показанном на Фиг.4, весь отходящий газ "с" сгорания из газовой турбины 1
проходят через блок 4 предварительного нагрева, но также возможно использовать только часть отходящего газа "с" сгорания. Последнее показано на прилагаемом Фиг.5. С помощью блока 4 предварительного нагрева, который может, например, содержать один или несколько подходящим образом сконструированных теплообменников, теплосодержание отходящего газа 4 сгорания может быть передано в поддерживающий горение газ "d".
Это имеет особое преимущество, заключающееся в том, что поддерживающий горение газ "d", такой как воздух для горения, который все еще имеет высокое содержание кислорода, может быть подан в реактор 2, но в то же время может нагреваться с теплосодержанием отходящего газа "с" сгорания. Неожиданно было обнаружено, что это существенно увеличивает КПД зоны излучения в зоне 21 излучения реактора 2, не только по сравнению с реакторами в соответствующих связанных устройствах 400, как показано на Фиг.З, но также и по сравнению с самоподдерживающимися реакторами 2, как показано на Фиг.2. Как правило по умолчанию, 10 °С предварительного нагрева приводит к увеличению КПД зоны излучения на 0,2%.
В устройстве 100, показанном на Фиг.4, в зоне излучения получен КПД зоны излучения приблизительно 0,47. Когда в качестве поддерживающего горение газа используется приблизительно 383 000 Нм3/ч воздуха для горения, а в качестве мощности недожога используется мощность приблизительно 108 МВт, с газовой турбиной 1 или соответствующим генератором G может быть получена электрическая мощность приблизительно 40 МВт. Отходящий газ "с" сгорания находится при температуре приблизительно 656 °С (это значение приведено в качестве примера, типичные значения составляют 550-700 °С), что соответствует теплосодержанию приблизительно 76 МВт. Ниже по потоку от блока 4 предварительного нагрева температура отходящего газа "с" сгорания в этом случае составляет все еще приблизительно 105 °С, что соответствует теплосодержанию приблизительно 1 МВт.
Температура охлажденного отходящего газа сгорания (температура топочного газа) обычно определяется по так называемой "точке росы серы". При этой температуре конденсируется водная серная кислота, вызывающая серьезную коррозию. Точка росы серы значительно ниже при коэффициенте избытка воздуха, равном 3 (как в топочном газе газовой турбины), чем при коэффициенте избытка воздуха, равном 1,1 (в паровом крекирующем
реакторе), так как присутствует пропорционально меньшее количество (обычно содержащего серу) топлива или продуктов сгорания. Иллюстративные значения для типичного нагревающего газа составляют 105 °С, с одной стороны, и 128 °С, с другой стороны.
Количество отходящего газа "с" сгорания составляет приблизительно 395 ООО Нм3/ч. Если дополнительно к этому, например, приблизительно 879 ООО Нм3/ч воздуха для горения подается в качестве поддерживающего горение газа в виде потока "а!" при температуре приблизительно 28 °С, и все это нагревается в блоке 4 предварительного нагрева до приблизительно 286 °С, что соответствует теплосодержанию приблизительно 66 МВт, и если мощность недожога в виде топлива "е" составляет приблизительно 824 МВт, общая доступная тепловая мощность составляет приблизительно 942 МВт, а тепловая мощность, доступная в реакторе 2, составляет приблизительно 890 МВт. Из этого приблизительно 890 МВт образуется остаток приблизительно 462 МВт при КПД зоны излучения, приблизительно равным 0,47, из чего приблизительно 408 МВт получают в виде сжатого пара с расходом приблизительно 475 т/ч, а приблизительно 54 МВт получают в виде охлажденного топочного газа "д" при температуре приблизительно 128 °С и в количестве приблизительно 966 000 Нм3/ч.
В соответствующем устройстве 100 поддерживающий горение газ "а!" также может быть предварительно нагрет до значительно более высоких температур, как показано, хотя и только в таблицах (см. ниже).
На Фиг.5 показано комбинированное устройство, имеющее газовую турбину 1 и огневой реактор 2, в соответствии с другим вариантом выполнения изобретения, в упрощенном схематическом виде, причем устройство в целом обозначено номером позиции 200. Устройство 200 отличается от устройства 100, показанного на Фиг.4, тем, что только часть потока отходящего газа "с" сгорания проходит через блок 4 предварительного нагрева. Этот парциальный поток в устройстве 200 обозначен как "c'". Другой парциальный поток, обозначенный здесь как "c"", объединяется с поддерживающим горение газом "d". Это приводит к особенно гибкой работе устройства 200, или же условия эксплуатации реактора 2, как объяснено, могут быть приближены к условиям автономного реактора 2, как показано на Фиг.2.
Соответствующий вариант выполнения изобретения, в соответствии с
Фиг.5, или устройство 200, может включать, в частности, подачу парциальных потоков "c'" и "с"" в регулируемых количествах, чтобы обеспечить возможность адаптации к соответствующему теплоснабжению в отходящем газе "с" сгорания и/или к потребности в тепле реактора 2. Ниже снова приведены примеры значений характеристик для устройства 200.
Если в устройство 200 подается воздух для горения в качестве поддерживающего горение газа "а" в количестве приблизительно 1 035 000 Нм3/ч, а при использовании мощности недожога в виде топлива "d", равной приблизительно 318 МВт, в газовой турбине 1 вырабатывается электрическая мощность приблизительно 107,8 МВт при КПД приблизительно 0,34. Электрический КПД в соответствующих устройствах несколько ниже, чем для газовых турбин на простой электростанции (см. пояснения к Фиг.1: КПД в них 0,36), так как дополнительно необходимо преодолеть потерю давления через реактор 2.
В отходящем газе "с" сгорания, в целом, остается теплосодержание, соответствующее приблизительно 211 МВт. Если обеспечен парциальный поток "c'", соответствующий количеству тепла приблизительно 77 МВт, то с помощью этого парциального потока "c'" в воздух для горения, который в этом случае используется в качестве поддерживающего горение газа "d" в блоке 4 предварительного нагрева, может быть передано тепло, соответствующее приблизительно 67 МВт. Ниже по потоку от блока 4 предварительного нагрева в потоке "c'" остается приблизительно 10 МВт теплосодержания, которое обеспечивается в количестве приблизительно 391 000 Нм3/час, что соответствует снижению температуры от приблизительно 656°С до 105°С (см. пояснения к Фиг.4 по вопросу о точке росы серы).
Как уже упоминалось выше, воздух для горения, например, обеспечивается с помощью воздуходувки 3 в качестве поддерживающего горение газа "d" и при температуре приблизительно 28°С (например, при температуре окружающей среды). Количество воздуха для горения составляет, например, приблизительно 397 000 Нм3/ч. В блоке 4 предварительного нагрева воздух для горения нагревается до приблизительно 627°С, что соответствует приблизительно 67 МВт от потока "c'". Парциальный поток "с"" отходящего газа "с" сгорания обеспечивается в количестве приблизительно 679 000 Нм3/ч, что соответствует теплосодержанию приблизительно 134 МВт. Кроме того,
топливо "е", соответствующее приблизительно 799 МВт, подается в реактор 2.
Таким образом, в целом, в реакторе 2 имеется тепловая мощность приблизительно 1000 МВт и, в целом, в устройстве 200 имеется тепловая мощность приблизительно 1118 МВт. Благодаря соответствующей регулировке потоков "c'" и "c"", в зоне 21 излучения реактора 2 может быть достигнут КПД зоны излучения приблизительно 0,42, точно соответствующий КПД для самоподдерживающегося реактора 2, как показано на Фиг.2. 512 МВт остаются в сжатом паре "f", который подается в количестве приблизительно 595 т/ч, а приблизительно 60 МВт остаются в охлажденном отходящем газе "с" сгорания, из которого приблизительно 1 172 000 Нм3/ч подается при 128 °С.
В нижеприведенных Таблицах 1 - 5 снова показаны величины расхода и энергозапаса, ранее упомянутые в отношении Фиг.1 - 5, в отношении Фиг.4 или устройства 100, показанного на этом чертеже, Таблицы 4А и 4В показывают два рабочих варианта, а именно, предварительный нагрев поддерживающего горение газа "а!" до 286 °С (когда в реакторе 2 может иметь место обычное управление технологическим процессом, см. выше) и до 498 °С (когда в реактор 2 необходимо внести дополнительные изменения процесса, такие как парообразование с только частичным перегревом или внешний / опосредованный предварительный нагрев сырья). В каждом случае воздух используется в качестве поддерживающего горение газа "а" или "d", а (остаточный) газ используется в качестве топлива. Указанные значения следует понимать как приблизительные значения, без учета ошибок округления. Тепловая мощность отходящего газа "с" сгорания и охлажденного отходящего газа "д" сгорания соответствует теплосодержанию, тепловая мощность сжатого пара "f" соответствует сумме теплоты сгорания и энтальпии испарения.
Таблица 1: Газовая и паровая электростанция 300 (Фиг.1)
Текущая выработка мощности газовой турбины 1
64 МВт
Расход поддерживающего горение газа "а"
619 000 Нм3/ч
Мощность горения топлива "Ь"
180 МВт
Потери тепла
3 МВт
Мощность нагрева отходящего газа "с" сгорания
112 МВт
Расход отходящего газа "с" сгорания
640 000 Нм3/ч
Мощность нагрева сжатого пара "f"
112 МВт
Текущее производство турбины 6
36 МВт
Мощность, отдаваемая в охладитель 7
44 МВт
Мощность нагрева охлажденного отходящего газа
33 МВт
Расход охлажденного отходящего газа "д"
640 000 Нм3/ч
Температура охлажденного отходящего газа "д"
128°С
Общий электрический КПД
0,56
Таблица 2: Самоподдерживающийся огневой реактор 2 (Фиг. 2)
Расход поддерживающего горение газа "а!"
1 067 000 Нм3/ч
Мощность горения топлива "е"
1 000 МВт
КПД зоны 21 излучения
0,42
Мощность нагрева сжатого пара "f"
512 МВт
Расход сжатого газа
595 т/ч
Мощность нагрева охлажденного отходящего газа
60 МВт
Расход охлажденного отходящего газа "д"
1 172 000 Нм3/ч
Температура охлажденного отходящего газа "д"
128°С
Таблица 3: Комбинированное устройство 400 (Фиг.З)
Текущая выработка мощности газовой турбины 1
118 МВт
Расход поддерживающего горение газа "а"
1 132 000 Нм3/ч
Мощность горения топлива "Ь"
348 МВт
Мощность нагрева отходящего газа "с"
224 МВт
Расход отходящего газа "с"
1 170 000Нм3/ч
Расход поддерживающего горение газа "а!"
189 000 Нм3/ч
Мощность горения топлива "е"
922 МВт
КПД зоны 21 излучения
0,36
Мощность нагрева сжатого пара "f"
650 МВт
Расход сжатого пара "f"
756 т/ч
Мощность нагрева охлажденного отходящего газа
69 МВт
Расход охлажденного отходящего газа "д"
1 457 000 Нм3/ч
Температура охлажденного отходящего газа "д"
128°С
Таблица 4А: Устройство 100, вариант выполнения изобретения (Фиг.4), 286 °С
Текущая выработка мощности газовой турбины 1
40 МВт
Расход поддерживающего горение газа "а"
383 000 Нм3/ч
Мощность горения топлива "Ь"
118 МВт
Мощность нагрева отходящего газа "с"
76 МВт
Расход отходящего газа "с"
395 000 Нм3/ч
Температура отходящего газа "с"
656°С
Передано в предварительный нагреватель 4
66 МВт
Нагрев поддерживающего горение газа "а!" от
28°С
Нагрев поддерживающего горение газа "а!" до
286°С
Расход поддерживающего горение газа "а!"
879 ООО Нм3/ч
Мощность нагрева топлива "е"
824 МВт
КПД зоны 21 излучения
0,47
Мощность нагрева сжатого пара "f"
408 МВт
Расход сжатого пара "f"
475 т/ч
Мощность нагрева охлажденного отходящего газа
69 МВт
Расход охлажденного отходящего газа "д"
966 000 Нм3/ч
Температура охлажденного отходящего газа "д"
128°С
Таблица 4В: Устройство 100, вариант выполнения изобретения
(Фиг.4), 498 °С
Текущее производство мощности газовой турбины 1
60 МВт
Расход поддерживающего горение газа "а"
580 000
Мощность нагрева отходящего газа "с"
115 МВт
Расход отходящего газа "с"
599 000 Нм3/ч
Температура отходящего газа "с"
656°С
Передано в предварительный нагреватель 4
100 МВт
Нагрев поддерживающего горение газа "а!" от
28°С
Нагрев поддерживающего горение газа "а!" до
498°С
Расход поддерживающего горение газа "а!"
765 000 Нм3/ч
Мощность горения топлива "е"
717 МВт
КПД зоны 21 излучения
0,51
Мощность нагрева сжатого пара "f"
335 МВт
Расход сжатого пара "f"
390 т/ч
Мощность нагрева охлажденного отходящего газа
50 МВт
Температура охлажденного отходящего газа "д"
128°С
Таблица 5: Устройство 200, вариант выполнения изобретения (Фиг.5)
Текущая выработка мощности газовой турбины 1
108 МВт
Расход поддерживающего горение газа "а"
1 035 000 Нм3/ч
Мощность горения топлива "Ь"
318 МВт
Мощность нагрева отходящего газа "с"
211 МВт
Расход отходящего газа "с"
765 000 Нм3/ч
Температура отходящего газа "с"
656°С
Передано в предварительный нагреватель 4
77 МВт
Нагрев поддерживающего горение газа "а!" от
28°С
Нагрев поддерживающего горение газа "а!" до
627°С
Мощность горения топлива "е"
799 МВт
КПД зоны 21 излучения
0,42
Мощность нагрева сжатого пара "f"
512 МВт
Расход сжатого пара "f"
595 т/ч
Мощность нагрева охлажденного отходящего газа
60 МВт
Расход охлажденного отходящего газа "д"
1 172 ООО Нм3/ч
Температура охлажденного отходящего газа "д"
128°С
Нижеследующие таблицы 6А-6С представляют сопоставимые процессы для иллюстрации преимуществ настоящего изобретения друг над другом. Во всех таблицах в целом в устройстве должно быть получено одинаковое количество выработки электроэнергии (строка "выработка электроэнергии" в таблице) и одинаковое количество продукта реакции (в этом случае углеводородный этилен, строка "производство этилена" в Таблице), который должен быть получен в реакторе 2. Ссылка явным образом делается на приведенные выше чертежи и, в частности, на вводные абзацы описания чертежей.
Кроме того, предполагается, что ток создается с помощью сжатого пара "f". Это служит преимущественно для улучшения сопоставимости процессов с точки зрения их электрического КПД и "КПД" в смысле вышеприведенных определений. Строчка "выработка электроэнергии" в Таблице или приведенные в ней значения, таким образом, также охватывают ток, создаваемый сжатым паром "f", исходя из типичного электрического КПД, равного 0,24, для сжатого пара "f" при 520 °С и 120 бар.
Столбец 1 в таблицах ("Реактор, ток в сети") содержит значения тока, подаваемого питанием от сети, и для реактора 2, работающего автономно, в соответствии с Фиг.2. Для генерации тока, подаваемого от сети, предполагается КПД, равный 0,33. Это соответствует типичному расчетному числу для тока от обычных источников электропитания (т.е. средний электрический КПД по сети электростанций от поставщика, состоящий из старых и новых электростанций всех видов, т. е. чистых (угольных) паровых электростанций и газовых и паровых электростанций, а также все потери). Таким образом, ток подается от сети в соответствии со столбцом 1, если он не вырабатывается из сжатого пара f.
Мощность горения, соответствующая КПД, равному 0,33, который требуется для генерации этой доли тока, подаваемого от сети, включается в общую требуемую мощность нагрева (строка "общая тепловая мощность" в
Таблице), которая требуется дополнительно к мощности нагрева для реактора 2, чтобы сделать процессы сравнимыми. Эта мощность нагрева дополнительно указана как мощность нагрева, стандартизованная для мощности нагрева, указанной в столбце 2 Таблицы (строка "мощность нагрева %" в Таблице).
Столбец 2 таблицы ("реактор, газовая и паровая электростанция") дает значения для комбинации отдельной газовой и паровой электростанции, например, в соответствии с Фиг.1, и самоподдерживающегося реактора 2 в соответствии с Фиг.2, например, как уже указано в столбце 1 Таблицы. Мощность нагрева, требуемая для выработки электроэнергии в газовой и паровой электростанциях, зависит от принятого здесь общего электрического коэффициента полезного действия, равного 0,56 (см. примечание к Фиг.1) и входит в общую мощность нагрева, указанную в вышеупомянутых строках Таблицы (в дополнение к мощности нагрева для реактора 2).
Столбцы 1 и 2 вместе показывают, что при одинаковой выработке электроэнергии (строка "выработка электроэнергии" в таблице), которая включает ток, потребляемый от сети (столбец 1 Таблицы) или генерируемый в газовой и паровой электростанции (столбец 2 Таблицы) и тот же объем производства этиленового продукта реакции, снижение требуемой мощности нагрева может быть достигнуто сразу на основе различных электрических КПД (0,56 общий электрический КПД в производстве тока в газовой и паровой электростанциях, см. комментарии к Фиг.1; 0,33 для типичного тока в сети, см. выше), в соответствии со столбцом 2 Таблицы.
Удельное энергопотребление процесса на основе одного и того же количества этиленового продукта реакции (строка "удельное энергопотребление" в Таблице) соответственно уменьшается, так что "энергетический КПД" процесса в указанном выше смысле, соответственно, увеличивается. КПД, относящийся к реактору 2, не изменяется, так как реактор
2 продолжает работать в самоподдерживающем режиме.
В Таблице 6А значения столбцов 1 и 2 Таблицы, описанные выше, сравниваются в столбце 3 ("комбинированное устройство 400 в соответствии с Фиг.З") со значениями, относящимися к комбинированному устройству 400, выполненному в соответствии с Фиг.З, при предполагаемой общей выработке электроэнергии, равном 152 МВт. Из этих 152 МВт, в соответствии со столбцом
3 Таблицы, 118 МВт генерируются турбиной 1, а 34 МВт, как предполагается,
генерируются из сжатого пара "f" при соответствующем (низком) КПД (это упрощение сделано в целях сравнения, даже если на практике использование сжатого пара "f" обычно представляет собой прямое использование мощности вала для приведения в действие компрессоров или насосов, - что в любом случае соответствует электрической мощности, за исключением предельных потерь на генераторе, как правило, приблизительно 1 %).
Из-за КПД зоны излучения, который снизился с приблизительно 0,42 до приблизительно 0,37, в этом случае в реакторе 2 необходимо использовать повышенную мощность нагрева для того же самого количества продуктов реакции. По этой причине мощность нагрева, в соответствии со столбцом 3 Таблицы, составляет 1270 МВт, что, по общему признанию, представляет собой значительное улучшение по сравнению со столбцом 1 Таблицы, но лишь незначительное улучшение на 0,1% по сравнению с столбцом 2 Таблицы.
Таблица 6А
Реактор, ток сети
Реактор, газовая и паровая электростан ция
Комбинирован ное устройство 400 в
соответствии с Фиг.З
Параметр
Единицы
Производство этилена
т/ч
176
176
176
Выработка электроэнергии
МВт
152
152
152
Удельное
энергопотребление % Удельное
энергопотребление
Гкал/т
6,85
5,93
5,93
115,4%
100,0 %
99,9 %
Общая мощность нагрева
Общая мощность нагрева %
МВт
1,459
1,272
1,270
114,7 %
100,0 %
99,9 %
Потребление топлива для выработки электрической энергии определяется в двух эталонных случаях в соответствии со столбцами 1 и 2 (то есть с раздельной и самоподдерживающейся выработкой электроэнергии и продуктов реакции) для электрической мощности, что возможно в совместном производстве. (Таким образом, эталонный случай "адаптирован" с учетом того,
что газовые и паровые электростанции с электрической мощностью менее 80 МВт вряд ли могут быть созданы как независимые электростанции. Это относится также к следующим Таблицам. Мощность нагрева и удельное энергопотребление коррелируют друг с другом, так как потребность в нагреве составляет значительно более половины общего энергопотребления.
В Таблице 6В значения столбцов 1 и 2 Таблицы, которые уже были описаны в этой связи в Таблице 6А и которые означают то же самое, что и в Таблице 6А, сравниваются в столбце 3 ("комбинированное устройство в соответствии с Фиг.5") со значениями, относящимися к комбинированному устройству 200, выполненному в соответствии с Фиг.З, с предполагаемой выработкой электроэнергии, равной 108 МВт. Это является выработкой электроэнергии газовой турбины 1, поскольку производство пара в реакторе 2 такое же, что и производство пара в самоподдерживающемся реакторе.
Благодаря распределению отходящего газа "с" сгорания по составляющим потокам "c'" и "с"" и частичному использованию только для предварительного нагрева в блоке 4 предварительного нагрева и частичной подачи в реактор 2, в комбинированном устройстве 200, соответствующем Фиг.5, КПД зоны излучения может поддерживаться постоянным, по сравнению со столбцами 1 и 2 Таблицы, а именно при значении, приблизительно равным 0,42, как было упомянуто выше. При заданной конкретной комбинации параметров требуемая мощность нагрева, тем самым, значительно уменьшается, то есть приблизительно на 6% по сравнению со столбцом 2 Таблицы и приблизительно на 17% по сравнению с столбцом 1 Таблицы. Соответственно также значительно снижается удельное энергопотребление, основанное на том же самом количестве этиленового продукта реакции. В то же время, как уже упоминалось, соответствующий реактор 2 можно продолжать работать в обычных условиях.
Таблица 6В
Реактор, ток сети
Реактор, газовая и паровая электроста нция
Комбинирован ное устройство 200, в
соответствии с Фиг.5
Параметр
Единицы
Производство этилена
т/ч
176
176
176
Выработка электроэнергии
МВт
108
108
108
Удельное
энергопотребление % Удельное потребление энергии %
Гкал/т
6,58
5,93
5,56
111,0%
100,0%
93,8 %
Общая мощность нагрева
Общая мощность нагрева %
МВт
1,327
1,193
1,118
111,2 %
100,0%
93,7 %
В таблице 6С значения столбцов 1 и 2 Таблицы сравниваются в столбце 3 ("Комбинированное устройство в соответствии с Фиг.4, 498 °С") со значениями, относящимися к комбинированному устройству 100, выполненному в соответствии с Фиг.4, с предварительным нагревом поддерживающего горение газа "а!" до 498 °С, то есть в соответствии с Таблицей 4В, и с предполагаемой выработкой электроэнергии, равной 60 МВт, вырабатываемой газовой турбиной. Из этих 60 МВт необходимо отбирать 43 МВт (строка "сниженная выработка пара в качестве электроэнергии" в Таблице), так как вырабатывается меньше пара, и соответствующий дефицит мощности на валу просто компенсируется электроэнергией. Потери обычно приблизительно 3% в используемом электрическом двигателе игнорируются в интересах простоты.
Из-за КПД зоны излучения, который снова резко увеличивается, а именно до значения приблизительно равного 0,53, происходит еще одно значительное снижение мощности нагрева, тогда как выработка электроэнергии является идентичной по сравнению со столбцами 1 и 2 Таблицы.
Таблица 6С
Реактор, ток сети
Реактор, газовая и паровая электростан ция
Комбинирован ное устройство 100, в
соответствии с Фиг.4, 498 °С
Параметр
Единиц
Производство этилена
т/ч
176
176
176
Выработка электроэнергии
МВт
Удельное
энергопотребление %
Гкал/т
6,03
5,93
5,27
Удельное потребление энергии %
101,7 %
100,0%
88,8 %
Общая мощность нагрева
Общая мощность нагрева %
МВт
1,052
1,013
896
102,0 %
100,0%
86,9 %
Сниженная выработка пара в качестве электроэнергии
МВт
Результирующая выработка пара
МВт
Совместное исследование вышеприведенных Таблиц, в частности, демонстрирует, что частичная выработка энергии из (высокосортного) топлива, например остаточного газа из соответствующего процесса, осуществляемого с использованием реактора 2, достигает увеличения КПД приблизительно на 11 % по сравнению с выработкой электроэнергии с использованием типичной комбинированной электростанции или за счет использования тока от сети, независимо от того, используется ли газовая и паровая электростанция, выполненная в соответствии с Фиг.1, или известная комбинация в виде устройства 400, выполненного в соответствии с Фиг.З. Обязательным здесь является, в частности, достаточная доступность подходящего остаточного газа. Кроме того, видно, что известная комбинация в виде устройства 400, выполненного в соответствии с Фиг.З, не имеет вовсе или имеет лишь незначительные преимущества в КПД, по сравнению с раздельной выработкой электроэнергии и продуктов реакции, то есть в примерах, показанных выше, требуется одинаковая мощность нагрева и, следовательно, сопоставимое количество топлива.
Устройство 200, предложенное в соответствии с одним вариантом выполнения изобретения, имеет для сравнения приблизительно на 6% более высокий КПД, по сравнению с отдельной выработкой электроэнергии с помощью газовой и паровой электростанции и отдельной выработкой продуктов реакции в самоподдерживающемся реакторе 2. По сравнению с типичной комбинированной электростанцией или потреблением тока от сети и отдельной выработкой продуктов реакции, в самоподдерживающемся реакторе 2 наблюдается повышение КПД приблизительно на 11%.
Устройство 200 генерирует 92% тока на каждую дополнительную единицу
мощности горения (т.е. на 1 МВт мощности нагрева, используемой в дополнение к мощности нагрева, необходимой для работы самоподдерживающегося реактора, вырабатывается электроэнергия 0,92 МВт). Это соответствует практически удвоенному электрическому КПД газовой и паровой электростанции или в трем электрическим КПД комбинированной электростанции или потреблению тока от сети.
Предлагаемое устройство 100 требует меньше мощности нагрева, чем самоподдерживающийся реактор, а также производит дополнительный ток. Таким образом, устройство 100 имеет приблизительно на 11% более высокий КПД, по сравнению с раздельной выработкой электроэнергии посредством газовой и паровой электростанции и раздельной выработкой продуктов реакции в самоподдерживающемся реакторе 2.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ комбинированной выработки механической энергии и
производства углеводородов, в котором для выработки механической энергии
запускают по меньшей мере один двигатель (1) внутреннего сгорания, в
результате чего образуется отходящий газ (с) сгорания, и в котором для
производства углеводородов по меньшей мере один реактор (2) нагревают с
использованием топлива (е) и поддерживающего горение газа (d),
отличающийся тем, что по меньшей мере часть поддерживающего горение
газа (d) нагревают путем опосредованного теплообмена с по меньшей мере
частью отходящего газа (с) сгорания от двигателя (1) внутреннего сгорания.
2. Способ по п.1, в котором механическую энергию, по меньшей мере частично, преобразуют в электрическую энергию посредством по меньшей мере одного генератора (G) и/или используют для приведения в движение по меньшей мере одного вала.
3. Способ по п.1 или 2, в котором указанный по меньшей мере один реактор (2) выполнен в виде трубчатого реактора, в котором реакционные трубки в зоне излучения нагревают снаружи горелками, в которых сжигают топливо.
4. Способ по п.З, в котором для производства углеводородов пропускают сырье посредством сжатого пара через реакционные трубки реактора (2), выполненного в виде трубчатого реактора.
5. Способ по п.З или 4, в котором в реакционных трубках реактора (2), выполненного в виде трубчатого реактора, имеется катализатор.
6. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором топливо (е) формируют, по меньшей мере частично, из газовой смеси, которую отделяют от потока продукта из указанного по меньшей мере одного реактора (2).
7. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором по меньшей мере одну область указанного по меньшей мере одного реактора (2) нагревают до температуры от 1500 до 2500°С, в частности, до температуры от 1500 до 2500°С в указанной по меньшей мере одной области указанного по меньшей мере одного реактора (2) путем нагревания с использованием топлива (е) и поддерживающего горение газа (d).
8. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором указанный по меньшей мере один двигатель (1) внутреннего сгорания содержит по меньшей
2.
мере одну газовую турбину.
9. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором отходящий
газ (с) сгорания от двигателя (1) внутреннего сгорания подают при температуре
от 500 до 1000°С, в частности, при температуре от 600 до 700°С, или при
температуре от 500 до 650°С.
10. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором часть отходящего газа (с) сгорания от двигателя (1) внутреннего сгорания используют для нагрева поддерживающего горение газа (а!) путем опосредованного теплообмена, а часть отходящего газа (с) сгорания от двигателя (1) внутреннего сгорания объединяют с поддерживающим горение газом (а!) и подают вместе с ним в указанный по меньшей мере один реактор (2).
11. Способ по любому из пп.1-9, в котором отходящий газ (с) сгорания от двигателя (1) внутреннего сгорания полностью используют для нагрева поддерживающего горение газа (а!) путем опосредованного теплообмена и не подают в указанный по меньшей мере один реактор (2).
12. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором в качестве топлива (е) используют природный газ и/или метаносодержащую газовую смесь, в частности, газовую смесь, образованную в соответствии с п.6, которая содержит водород, метан и окись углерода, и/или в качестве поддерживающего горение газа (а!) используют воздух.
13. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором сжатый пар (f) получают из отходящего тепла из указанного по меньшей мере одного реактора (2) и используют для приведения в движение по меньшей мере одного вала, в частности вала генератора (G).
14. Устройство (100, 200) для комбинированной выработки механической энергии и производства углеводородов, которое для выработки механической энергии содержит по меньшей мере один двигатель (1) внутреннего сгорания, выполненный с возможностью запуска, для выработки, тем самым, отходящего газа (с) сгорания, и которое для производства углеводородов содержит, по меньшей мере один реактор (2), выполненный с возможностью нагрева с использованием топлива (е) и поддерживающего горение газа (d), отличающееся тем, что оно содержит средства, выполненные с возможностью нагрева по меньшей мере части поддерживающего горение газа (d) путем опосредованного теплообмена с по меньшей мере частью отходящего газа (с)
10.
сгорания от двигателя (1) внутреннего сгорания.
15. Устройство (100, 200) по п. 14, которое выполнено с возможностью осуществления способа по любому из пп.1-13.
Фиг.З
4/4
Способ и устройство для параллельной выработки механической энергии и производства продуктов реакции
Способ и устройство для параллельной выработки механической энергии и производства продуктов реакции
