СПОСОБ ВЫРАБОТКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ (ВАРИАНТЫ) И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2001 года по МПК F02C3/28 

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для выработки электроэнергии, в котором топливо, пригодное для котлов, такое как уголь или тяжелая нефть, разделяют на дистиллят и остаток посредством осуществления частичной переработки, а затем топливо для газовых турбин, полученное из дистиллята, или комбинацию этого топлива для газовых турбин и другого пригодного для газовых турбин топлива подают к газовой турбине, это топливо для газовых турбин или пригодное для газовых турбин топливо сжигают, чтобы выработать электрическую энергию, либо, в другом случае, котельное топливо, включающее в себя этот остаток или комбинацию этого остатка и пригодного для котлов топлива и/или другие пригодные для котлов виды топлива подают в котел, эти виды топлива сжигают, чтобы получить водяной пар, и с помощью паровой турбины вырабатывают электроэнергию. Настоящее изобретение касается также способа и устройства для повторного сжигания отработавшего газа, в котором отработавший газ, выходящий из газовой турбины, подают в котел и используют для сжигания котельного топлива.

Существуют три группы способов выработки электроэнергии, которые преобразуют энергию, образующуюся в результате сжигания в электрическую энергию посредством двигателя, такого как турбина, а именно первый способ заключается в выработке электрической энергии с помощью котлов и паровых турбин; второй способ заключается в выработке электроэнергии с помощью газовой турбины; и третий способ представляет собой способ с комбинированным циклом, в котором используют комбинацию первого и второго способов.

В способе выработки электроэнергии с помощью котлов и паровых турбин в качестве топлива используют топочный мазут, сырую нефть, нефтяной остаток или уголь. Кроме того, электрическую энергию вырабатывают посредством приведения в движение турбины с помощью пара с высокой температурой и высоким давлением, вырабатываемого котлом. Однако термический КПД при этом относительно низкий, а именно от 38 до 40% по отношению к ВТС (ВТС: высшая теплота сгорания; термический КПД выработки электроэнергии выражен по отношению к ВТС, за исключением особо оговоренных случаев).

Далее, в способе с использованием газовой турбины, в качестве топлива используют сжиженный природный газ (СПГ), керосин или светлый нефтепродукт (газойль). Далее, топливо сжигают в сжатом воздухе, а затем сжигают путем нагрева сжатого воздуха за счет теплоты сгорания. Электрическую энергию вырабатывают путем приведения в движение газовой турбины с помощью полученного газа, имеющего высокую температуру и высокое давление. Хотя термически КПД в данном случае составляет от 20 до 35%, температура отработавшего газа, выходящего из турбины, высокая, например от 450 до 700^oC, и, таким образом, можно утилизировать теплоту этого газа.

Далее, в случае использования турбины с воздушным охлаждением с помощью ребер, температуру газа можно поднять до 1300-1500^oC. Таким образом, эффективность выработки электроэнергии можно повысить. Следовательно, отработавший газ можно использовать более эффективно.

Для способа выработки электроэнергии с помощью комбинированного цикла, который представляет собой комбинацию этих двух способов выработки электроэнергии, в качестве топлива используют СПГ. Электроэнергию вырабатывают посредством сжигания этого топлива в сжатом воздухе и приведения в движение газовой турбины с помощью газа с высокой температурой и высоким давлением. Далее, отработавший газ подают в котел-утилизатор для выработки пара. Таким образом, осуществляется способ выработки электроэнергии посредством использования паровой турбины. Обычная газовая турбина характеризуется высоким тепловым КПД, составляющим от 46 до 47%. Поэтому, в случае, если устанавливается новое оборудование взамен пришедшего в негодность оборудования для выработки электроэнергии или когда необходимо увеличение возможностей выработки электроэнергии при использовании существующих производственных мощностей, то сооружают новые установки, в которых используется способ выработки электроэнергии с помощью комбинированного цикла, позволяющий получить высокий тепловой КПД.

Однако в случае способа выработки электроэнергии с применением комбинированного цикла с использованием СПГ, хранилища для топлива, а именно СПГ, стоят очень дорого, а также может возникнуть проблема поставки СПГ.

Страны Запада имеют опыт использования в качестве топлива для газовых турбин сырой нефти и нефтяного остатка, в дополнение к СПГ и светлому нефтепродукту. Однако возникает много проблем из-за примесей, содержащихся в сырой нефти и в нефтяном остатке. Кроме того, имеются указания, что эксплуатационные расходы при этом составляют более высокую сумму, чем при использовании светлого нефтепродукта и СПГ. В этом случае желательно, чтобы содержание примесей в топливе, используемом для газовой турбины, ограничивалось следующими величинами: суммарное содержание натрия и калия не более 0,5 частей на миллион по весу; содержание ванадия не более 0,5 частей на миллион по весу. Особенно влияют друг на друга компонент соли натрия, компонент соли калия и компонент ванадия. Это приводит к понижению точки плавления металла, используемого в качестве материала, из которого изготовлены лопасти газовой турбины, и вызывает прилипание зольного компонента к лопастям.

В другом случае, при термическом способе выработки электроэнергии, в качестве топливного сырья, вдобавок к нефти и СПГ, используют уголь и тяжелую нефть, имеющиеся в изобилии в природе. Далее, проводили исследование того, как более эффективно использовать сырье и топливо. Например, исследовали процесс выработки электроэнергии с применением комбинированного цикла интегрированной газификации (КЦИГ), при котором в качестве газификационной печи используют печь, в которой газификация осуществляется в проточном слое и при котором получают значения общего термического КПД примерно от 43 до 47%. Однако в случае применения такого метода для использования угля и топочного мазута в способе выработки электроэнергии с применением комбинированного цикла необходимо преобразовать непереработанное топливо в газ, а затем очистить полученный газ.

При способе газификации всех видов непереработанного топлива возникают проблемы, связанные с необходимостью дополнительных производственных мощностей для предобработки непереработанного топлива, с необходимостью иметь газификационную печь особого типа и особого типа котел, который работает вместе с этой газификационной печью, а также проблемы, связанные с тяжелыми условиями работы, и с тем, что в результате газификации всех видов непереработанного топлива образуется большое количество газа, с необходимостью дополнительных производственных мощностей для удаления пыли и для очистки газа, с необходимостью обработки остающейся расплавленной золы, даже в том случае, если топливо, которое предназначается к использованию в паровой турбине, является газифицированным, а полученный газ очищенным.

В Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, vol. 118, October, 1996, p. 737 описывается метод выработки электроэнергии с применением комбинированного цикла, в котором уголь подвергают газификации при высокой температуре в присутствии кислорода и водяного пара, получаемый газ подают к газовой турбине и сжигают в ней, а затем осуществляют выработку электроэнергии посредством приведения в движение газовой турбины, путем использования полученного при сжигании высокотемпературного газа, и, кроме того, выработку электроэнергии также осуществляют путем подачи полукокса, оставшегося после газификации угля, в котел с кипящим слоем, сжигания этого полукокса и приведения в движение паровой турбины с помощью полученного водяного пара.

Этот метод, однако, сопряжен с проблемами, заключающимися в том, что ингредиенты, вызывающие коррозию лопастей турбины, такие как соль натрия, соль калия и соединение ванадия, часто бывают включенными в газ, поскольку температура газификации не ниже 1000^oC, и поэтому возникает необходимость удаления этих ингредиентов. Кроме того, с этим методом связана проблема, заключающаяся в том, что поскольку используемая система, состоящая из комбинации устройства для газификации, газовой турбины и котла с кипящим слоем является специфической, то при применении этого оборудования требуется существенная подгонка оборудования, применяющегося в данном методе, к котлу, в котором имеется поверхность радиационного переноса тепла и поверхность конвенционного переноса тепла, например, в такой системе, как существующая система котел/паровая турбина, и таким образом на практике помехой для применения этого метода является то, что его можно применять при установке нового оборудования. Кроме того, при применении этого метода возникает также проблема, заключающаяся в том, что очистка газа, получаемого при высокой температуре, должна производиться при низкой температуре, поэтому происходят большие потери энергии, и общая стоимость оборудования становится чрезмерно высокой.

Краткое изложение существа изобретения
Целью настоящего изобретения является выработка электроэнергии с высоким КПД, посредством использования недорогого пригодного для котлов низкосортного топлива, которое не может быть использовано для газовой турбины, но может быть использовано для котлов, и тем самым повышается эффективность использования данного топлива.

Другой целью настоящего изобретения является создание способа, при использовании которого стоимость производственных мощностей низкая и степень отрицательного воздействия на окружающую среду также низкая.

Еще одной целью настоящего изобретения является создание способа и устройства, которое размещают в непосредственной близости к источнику топлива, такому как установка или завод для переработки нефти, для выработки электроэнергии путем использования дешевого топлива.

Авторы настоящего изобретения тщательно исследовали выработку электроэнергии с использованием различных видов топлива. В результате авторы настоящего изобретения установили следующие факты. А именно, во первых, установили, что характеристики, качество, выход и теплотворная способность получаемого дистиллята соответствуют требованиям, предъявляемым к топливу, используемому для газовых турбин, что достигают разделением недорогого и низкосортного пригодного для котлов топлива, такого как уголь, сырая нефть и тяжелая нефть, на дистиллят и остаток, путем соответствующего осуществления частичной переработки, такой как отгонка легких фракций, перегонка (разгонка), термическое разложение, карбонизация, микроволновое облучение, частичная водно-газовая газификация или частичная газификация путем сжигания. Было также установлено, что характеристики, качество, выход и теплотворная способность остатка пригодны для использования его в качестве топлива для котлов. Установили также, что получаемые при этом количества дистиллята и остатка являются подходящими для способа выработки электроэнергии с применением комбинированного цикла, который представляет собой комбинацию выработки электроэнергии с помощью газовой турбины и выработки электроэнергии с помощью паровой турбины. Более того, достигли выработки электроэнергии с высоким КПД и при низких затратах посредством использования дешевого оборудования, посредством выработки электроэнергии с помощью газовой турбины, с использованием в качестве топлива для газовой турбины дистиллята или комбинации дистиллята и пригодного для газовых турбин топлива, а также посредством выработки электроэнергии с помощью паровой турбины, с использованием остатка, самостоятельно или комбинации остатка и пригодного для котлов топлива в качестве котельного топлива и для выработки пара. Кроме того, достигли выработки электроэнергии с повышенным КПД в результате осуществления повторного сжигания в котле, путем подачи в котел отработавшего газа, отходящего из газовой турбины. Кроме того, эффективную выработку электроэнергии осуществляли посредством эффективной утилизации топлива, получаемого из установки для перегонки нефти, в результате использования дополнительно получаемого на этой установке топлива, пригодного для газовой турбины, использования пригодного для котлов топлива, получаемого на той же самой установке, и сжигания этих видов топлива в котле. Таким образом, авторы выполнили настоящее изобретение.

А именно первым вариантом осуществления настоящего изобретения является способ выработки электроэнергии, который включает в себя следующие этапы: разделение пригодного для котлов топлива (Т) на дистиллят (Д) и остаток (О), посредством осуществления частичной переработки пригодного для котлов топлива (Т); использование топлива для газовой турбины (Г), получаемого из дистиллята (Д), самостоятельно или смеси этого топлива для газовых турбин (Г) и пригодного для газовых турбин топлива (Г') в качестве топлива для газовой турбины (А); использование остатка (О) самостоятельно или смеси этого остатка (О) и по крайней мере одного вида топлива, выбранного из группы, состоящей из пригодного для котлов топлива (Т) и другого вида пригодного для котлов топлива (Т') в качестве котельного топлива (К); выработка электроэнергии посредством сжигания этого топлива для газовых турбин (А) в газовой турбине и приведения в движение газовой турбины; и выработка электроэнергии посредством сжигания котельного топлива (К) в котле и путем приведения в движение паровой турбины с помощью полученного водяного пара.

Посредством этого эффективно получают топливо, пригодное для использования в газовой турбине и в паровой турбине, из недорогого или низкосортного топлива, пригодного для котлов, а именно из топлива, которое можно использовать в котлах, но нельзя использовать в газовых турбинах, такого как уголь и тяжелая нефть. Кроме того, можно использовать различные виды недорогого и низкосортного пригодного для котлов топлива, путем комбинирования их с различными видами пригодного для газовых турбин топлива. Таким образом, сфера использования этих видов топлива может быть расширена. Более того, с точки зрения загрязнения окружающей среды, а также с экономической точки зрения, выработку энергии эффективно осуществляют путем выбора оптимальных видов топлива. При использовании таких видов топлива вырабатывают электроэнергию. Следовательно, по сравнению с использованием пригодного для котлов топлива (Т) в качестве котельного топлива (К), КПД выработки энергии резко возрастает.

Кроме того, в одном из подвариантов первого варианта осуществления настоящего изобретения (далее здесь именуемом вторым вариантом осуществления настоящего изобретения), котельное топливо (К) повторно сжигают посредством подачи к котлу отработавшего газа, отходящего из газовой турбины.

Таким образом, остаток можно сжечь посредством утилизации того количества тепла, которое остается в отходящем из газовой турбины газе, а также посредством использования остаточного кислорода, количество которого составляет от 10 до 15%. Следовательно, КПД выработки энергии может быть увеличен до около 46%.

Более того, в еще одном подварианте первого варианта осуществления способа выработки энергии по настоящему изобретению (далее здесь называемом третьим вариантом осуществления изобретения), пар для выработки энергии получают посредством подачи отходящего от газовой турбины газа к котлу-утилизатору, а котельное топливо (К) повторно сжигают путем подачи к котлу отработавшего газа, выходящего из котла-утилизатора.

Таким образом, пар для выработки электроэнергии можно получить посредством утилизации тепла, остающегося в отходящем из газовой турбины газе. Кроме того, остаток можно сжечь с помощью утилизации того количества тепла, которое остается в газе, отходящем из котла-утилизатора, а также с помощью утилизации остаточного кислорода, количество которого составляет от 10 до 15%. Вследствие этого достигается высокий КПД выработки электроэнергии.

Кроме того, еще в одном подварианте одного из вариантов осуществления настоящего изобретения (от первого до третьего его вариантов), далее здесь иногда называемом четвертым вариантом осуществления настоящего изобретения, частичная переработка представляет собой частичную сепарацию, которая включает в себя по крайней мере одну операцию, выбранную из ниже указанной группы, состоящей из отгонки легких фракций, продувки (промывки), перегонки (разгонки), экстракции и декантации.

Таким образом, из вышеизложенного понятно, что фактически можно использовать различные способы применяющейся в практике частичной сепарации для переработки пригодного для котлов топлива.

Кроме того, еще в одном подварианте одного из вариантов осуществления данного изобретения (от первого до третьего его вариантов), далее здесь иногда называемом пятым вариантом осуществления данного изобретения, частичная переработка представляет собой переработку путем частичного разложения, которое включает в себя по крайней мере одну операцию, выбранную из группы, состоящей из термического разложения, карбонизации, водно-газовой газификации, газификации путем сжигания, гидрогенизации, ожижения и микроволнового облучения.

Таким образом, понятно, что фактически можно использовать различные способы применяющегося в практике частичного разложения для переработки пригодного для котлов топлива.

Далее, в подварианте четвертого или пятого вариантов осуществления настоящего изобретения (далее здесь иногда называемом шестым вариантом осуществления настоящего изобретения), частичную переработку осуществляют при температуре в интервале от 250^oC до 500^oC.

Посредством этого можно получить дистиллят при термически выгодных условиях. Более того, количество примесей, таких как Na, К, Ca и V, содержащихся в таком дистилляте, может быть значительно снижено.

Далее, еще в одном подварианте одного из вариантов осуществления настоящего изобретения (от первого до шестого его вариантов), далее здесь иногда называемом седьмым вариантом осуществления настоящего изобретения, соотношения теплотворной способности дистиллята (Д) и остатка (О) составляет от 20-60% до 80-40%.

Таким образом, из пригодного для котлов топлива экономически выгодно получают дистиллят, имеющий теплотворную способность, подходящую для выработки электроэнергии с применением комбинированного цикла, в котором используется повторное сжигание отработавшего газа. Кроме того, выработка электроэнергии может быть осуществлена с высоким КПД посредством повторного сжигания с помощью отработавшего газа, причем дистиллят используют в качестве топлива для газовой турбины, а остаток используют в котле.

Далее, еще в одном подварианте одного из вариантов осуществления настоящего изобретения (от первого до седьмого его вариантов), ниже здесь иногда называемом восьмым вариантом осуществления настоящего изобретения, по крайней мере один газовый компонент (V) и один нефтяной компонент (Н) выделяют из дистиллята (Д), а затем газовый компонент (V), нефтяной компонент (Н) или комбинацию газового компонента (V) и нефтяного компонента (Н) используют в качестве топлива для газовой турбины (Г).

Таким образом, можно предотвратить примешивание к топливу для газовой турбины компонента влаги и примесей, растворяющихся в нем.

Кроме того, в подварианте восьмого варианта осуществления настоящего изобретения (далее здесь иногда называемом девятым вариантом осуществления настоящего изобретения), нефтяной компонент (Н) разделяют на очищенный дистиллят (C) и кубовый остаток (О'), путем разгонки нефтяного компонента (Н). Далее очищенный дистиллят (C) используют в качестве топлива для газовой турбины (Г), а кубовый остаток (О') используют в котле. Таким образом, из дистиллята, который можно получить из любого вида пригодного для котлов топлива, можно получить топливо для газовых турбин, которое почти не корредирует лопасти газовой турбины, даже при длительной работе. В том случае, когда дистиллят содержит изначально небольшое количество примесей, весовой процент этих примесей можно еще уменьшить.

Далее, в подварианте восьмого или девятого вариантов осуществления настоящего изобретения (далее здесь иногда называемом десятым вариантом осуществления настоящего изобретения), топливо для газовых турбин (А) содержит натриевый компонент и калиевый компонент, причем общее весовое соотношение этих компонентов составляет не более 0,5 частей на миллион по весу, а также содержит ванадиевый компонент, причем весовое соотношение ванадия составляет не более 0,5 частей на миллион по весу.

Таким образом, поскольку сумма содержания натрия и калия составляет не более 0,5 частей на миллион по весу, и содержание ванадия также не превышает 0,5 частей на миллион по весу, то даже если газовая турбина используется постоянно в течение длительного времени, лопасти турбины почти не корродируются.

Далее, еще в одном подварианте восьмого или девятого вариантов осуществления настоящего изобретения (а именно, в одиннадцатом варианте осуществления настоящего изобретения), газовый компонент (V) сжигают с помощью газовой турбины для сжигания газа, а нефтяной компонент (Н) или очищенный дистиллят (C) сжигают с помощью газовой турбины для сжигания нефти.

Таким образом, выработка электроэнергии с помощью газовой турбины может эффективно и стабильно осуществляться посредством сжигания газового компонента и нефтяного компонента.

Кроме того, в двенадцатом варианте осуществления настоящего изобретения предлагается устройство для выработки электроэнергии, включающее в себя: устройство для частичной переработки, с помощью которого осуществляется разделение пригодного для котлов топлива (Т) на дистиллят (Д) и остаток (О), посредством выполнения частичной переработки пригодного для котлов топлива (Т); газовую турбину, которая приводится в движение посредством сжигания топлива для газовых турбин (А), как описано в первом варианте осуществления настоящего изобретения; генератор электроэнергии для газовой турбины, который вырабатывает электрическую энергию с помощью приведенной в движение газовой турбины; котел, который вырабатывает водяной пар посредством сжигания котельного топлива (В), как описано в первом варианте осуществления настоящего изобретения; паровую турбину, которая приводится в движение с помощью произведенного пара; и генератор электроэнергии для паровой турбины, который вырабатывает электрическую энергию с помощью приведенной в движение паровой турбины.

Таким образом, топливо, пригодное для использования в газовой турбине и в паровой турбине, эффективно получают из недорогого и низкосортного пригодного для котлов топлива, такого как уголь и тяжелая нефть, и полученное топливо можно использовать для выработки электроэнергии. Кроме того, можно использовать различные виды недорогого или низкосортного пригодного для котлов топлива, или различные виды пригодного для газовых турбин топлива. Следовательно, сфера использования этих видов топлива может быть расширена. Кроме того, с экологической и с экономической точек зрения, выработку электроэнергии эффективно осуществляют путем выбора оптимальных видов топлива.

Далее, в подварианте двенадцатого варианта осуществления настоящего изобретения (а именно, в тринадцатом варианте осуществления настоящего изобретения), предлагается устройство для подачи отработавшего газа, предназначенное для подачи отходящего из газовой турбины газа в котел.

Таким образом, остаток можно сжечь посредством утилизации того количества тепла, которое остается в отходящем из газовой турбины газе, а также посредством утилизации остаточного кислорода, количество которого составляет от 10 до 15%. Вследствие этого, выработка электроэнергии может быть осуществлена с КПД выработки электроэнергии, составляющим примерно 46%.

Далее, еще в одном подварианте двенадцатого варианта осуществления настоящего изобретения (а именно, в четырнадцатом варианте осуществления настоящего изобретения), также предлагаются: котел-утилизатор, в который подают отработавший газ, отходящий из газовой турбины, для выработки пара, который предназначен для выработки электроэнергии; и устройство для подачи в котел отработавшего газа, отходящего из котла-утилизатора.

Таким образом, пар для выработки электроэнергии можно выработать посредством утилизации тепла, остающегося в отходящем из газовой турбине газе. Кроме того, остаток можно сжечь посредством утилизации того количества тепла, которое остается в отработавшем газе, отходящем из котла-утилизатора, а также посредством утилизации остаточного кислорода, количество которого составляет от 10 до 15%. В результате этого достигается высокий КПД выработки электроэнергии.

Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением предлагается еще один способ выработки электроэнергии (далее здесь называемый пятнадцатым вариантом осуществления настоящего изобретения), который включает в себя следующие этапы: размещение устройства для выработки электроэнергии по настоящему изобретению вблизи производственных мощностей, в которых пригодное для газовых турбин топливо и пригодное для котлов топливо имеются в одном и том же месте; подача пригодного для газовых турбин топлива к газовой турбине и последующее сжигание в ней пригодного для газовых турбин топлива; выработка электроэнергии посредством газовой турбины, с использованием для приведения ее в движение газа, образующегося при сжигании пригодного для газовых турбин топлива; подача пригодного для котлов топлива в котел и сжигание в нем пригодного для котлов топлива, с использованием отработавшего газа, выходящего из газовой турбины; и выработка электроэнергии посредством приведения в движение паровой турбины с помощью полученного водяного пара.

Таким образом, может быть достигнута выработка электроэнергии с хорошим КПД посредством эффективной утилизации отработавшего газа и дегтя, без установки специального оборудования для частичной переработки.

Далее, в одном из подвариантов пятнадцатого варианта осуществления настоящего изобретения (а именно, в шестнадцатом варианте осуществления настоящего изобретения), производственные мощности выбирают из группы, состоящей из установки или завода для очистки нефти, сталеплавильного завода, химического завода и комплекса, который включает в себя по крайней мере одну установку, выбранную из установки или завода для очистки нефти, сталеплавильного завода и химического завода.

Таким образом, можно эффективно утилизировать для выработки электроэнергии большие количества пригодного для турбин топлива и пригодного для котлов топлива, не выбрасывая их в окружающую среду и никуда их не перевозя, по сравнению с тем случаем, когда эти виды топлива просто сжигают в котлах.

В соответствии с настоящим изобретением, предлагаются также нижеследующие способы и устройства.

А именно, во-первых, предлагается способ выработки электроэнергии, который включает в себя следующие этапы: разделение пригодного для котлов топлива на дистиллят и остаток, посредством осуществления частичной переработки пригодного для котлов топлива; использование дистиллята в качестве топлива для газовой турбины; использование остатка в качестве котельного топлива; подача топлива для газовых турбин к газовой турбине, в которой это топливо сжигают; выработка электрической энергии посредством приведения в движение газовой турбины, с использованием полученного при горении газа, образовавшегося при сжигании топлива для газовой турбины; подача котельного топлива и пригодного для котлов топлива в котел, в котором это котельное топливо и пригодное для котлов топливо сжигают; и выработка электроэнергии посредством приведения в движение паровой турбины с помощью полученного водяного пара.

Далее, предлагается еще один способ выработки электроэнергии, который включает в себя следующие этапы: разделение пригодного для котлов топлива на дистиллят и остаток, посредством осуществления частичной переработки пригодного для котлов топлива; использование дистиллята в качестве топлива для газовых турбин; использование остатка в качестве котельного топлива; подача пригодного для газовых турбин топлива и топлива для газовых турбин к газовой турбине, в которой эти виды топлива сжигают; выработка электроэнергии посредством приведения в движение газовой турбины, которая приводится в движение с помощью газа, полученного в результате горения и предназначенного для приведения в движения турбины, выработанного путем сжигания этих видов топлива; подача котельного топлива и пригодного для котлов топлива в котел, в котором сжигают эти виды топлива; и выработка электроэнергии посредством приведения в движение паровой турбины с помощью полученного водяного пара.

Кроме того, в случае одного из вариантов осуществления вышеупомянутых способов выработки электроэнергии по настоящему изобретению, пригодное для котлов топливо (Т или Т') представляет собой топливо, выбранное из группы в составе угля, низкосортного угля с количеством летучих веществ не менее 20% по весу, полукокса, кокса, топочного мазута, нефтяного остатка, пека, битума, нефтяного кокса, сажи, битуминозного песка, песчаной нефти, полученной из битуминозного песка, нефтяного сланца, сланцевой нефти, полученной из нефтяного сланца, оринокского дегтя, оримульсии, которая представляет собой водную суспензию оринокского дегтя, асфальта, асфальтовой эмульсии (а именно, эмульгированного асфальта), углемазутной смеси (УМС), смеси угля с водой (УВС), метанолугольной пульпы, массы, полученной из природных материалов, таких как древесина, трава, твердые жиры и растительные масла или фильтр-прессный осадок, отходы пластмассы, сгораемые отходы и смесь этих материалов.

Кроме того, в случае одного из вариантов осуществления вышеупомянутого способа выработки электроэнергии по настоящему изобретению, пригодное для газовых турбин топливо (Г') представляет собой топливо, выбранное из группы в составе водорода, метана, этана, этилена, пропана, пропена, бутана и ему подобных, бутена и ему подобных, гексана и ему подобных, гептана и ему подобных, метанола, этанола, пропанола, бутанола, диметилового эфира, диэтилового эфира, сжиженного природного газа (СПГ), сжиженного нефтяного газа (СНГ), нафты, бензина, керосина, светлого нефтепродукта (газойля), компонента разложения тяжелой нефти, точка кипения которого при атмосферном давлении не выше 500^oC, природного газа, метана угольного пласта, газа из органических отходов, доменного газа, конвертерного газа, побочного газа, получаемого на химических заводах и содержащего водород, газа газификации угля и тяжелой нефти (а именно, газа, получаемого при газификации угля или тяжелой нефти), газа карбонизации угля, газа водно-газовой газификации угля (а именно, водяного газа, полученного путем газификации угля), газа частичного сгорания угля, светлого нефтепродукта или газа термической сепарации тяжелой нефти (а именно, светлого нефтепродукта или газа, полученного при термической сепарации тяжелой нефти), светлого нефтепродукта или газа термического разложения тяжелой нефти, светлого нефтепродукта или газа окислительной деструкции тяжелой нефти, светлого нефтепродукта или газа термического разложения сверхтяжелой нефти, светлого нефтепродукта или газа окислительной деструкции сверхтяжелой нефти, бродильного газа и смеси этих веществ.

В случае одного из вариантов осуществления вышеупомянутого способа выработки электроэнергии по настоящему изобретению, пригодное для котлов топливо, которое подвергают частичной переработке, представляет собой уголь, тяжелую нефть или смесь угля и тяжелой нефти.

В случае одного из вариантов осуществления вышеупомянутого способа выработки электроэнергии по настоящему изобретению, отработанный газ, отходящий из газовой турбины, подают в котел. Далее котельное топливо и/или пригодное для котлов топливо сжигают с помощью подачи к ним воздуха.

В случае одного из вариантов осуществления вышеупомянутого способа выработки электроэнергии по настоящему изобретению, сжигание в котле осуществляется с помощью только отработанного газа, отходящего из газовой турбины.

В случае одного из вариантов осуществления вышеупомянутого способа выработки электроэнергии по настоящему изобретению, микроволновое облучение осуществляется посредством подачи углеводорода к пригодному для котлов топливу (Т).

В случае одного из вариантов осуществления вышеупомянутого способа выработки электроэнергии по настоящему изобретению, водно- газовую газификацию осуществляют посредством подачи газа и водяного пара для нагревания непосредственно к пригодному для котлов топливу (Т).

В случае одного из вариантов осуществления вышеупомянутого способа выработки электроэнергии по настоящему изобретению, газификация путем сжигания осуществляется посредством подачи воздуха или кислорода и воды к пригодному для котлов топливу.

Кроме того, предлагается еще одно устройство для выработки электроэнергии, которое включает в себя устройство для частичной переработки, газовую турбину, генератор для газовой турбины, котел, паровую турбину и генератор для паровой турбины. Это устройство для выработки электроэнергии используют для осуществления следующих операций по выработке электроэнергии:
(1) операция по выработке электроэнергии, которая включает в себя следующие этапы: разделение пригодного для котлов топлива на дистиллят и осадок, путем осуществления частичной переработки пригодного для котлов топлива; использование дистиллята в качестве топлива для газовой турбины; использование остатка в качестве котельного топлива; подача топлива для газовых турбин к газовой турбине, где это топливо сжигают; выработка электроэнергии посредством приведения в движение газовой турбины с использованием для приведения ее в движение образовавшегося при горении газа, полученного при сжигании топлива для газовых турбин; подача котельного топлива и пригодного для котлов топлива к котлу, в котором сжигают котельное топливо и пригодное для котлов топливо, и выработка электроэнергии посредством сжигания этих видов топлива в котле и приведения в движение паровой турбины с помощью полученного водяного пара;
(2) операция по выработке электроэнергии, которая включает в себя следующие этапы: разделение пригодного для котлов топлива на дистиллят и остаток, путем осуществления частичной переработки пригодного для котлов топлива; использование дистиллята в качестве топлива для газовой турбины; использование остатка в качестве котельного топлива; подача пригодного для газовых турбин топлива и топлива для газовых турбин к газовой турбине, в которой эти виды топлива сжигают; выработка электроэнергии посредством приведения в движение газовой турбины с помощью топливного газа, предназначенного для приведения в движения турбины, полученного при сжигании этих видов топлива; подача котельного топлива и пригодного для котлов топлива в котел, в котором сжигают эти виды топлива; и выработка электроэнергии посредством приведения в движение паровой турбины с помощью полученного водяного пара;
(3) операция по выработке электроэнергии, которая включает в себя следующие этапы: разделение пригодного для котлов топлива на дистиллят и остаток, путем осуществления частичной переработки пригодного для котлов топлива; использование дистиллята в качестве топлива для газовой турбины; использование остатка в качестве котельного топлива; подача топлива для газовых турбин к газовой турбине, в которой это топливо для газовых турбин сжигают; выработка электроэнергии посредством приведения в движение газовой турбины с помощью образовавшегося при горении газа, предназначенного для приведения в движение турбины, полученного при сжигании топлива для газовых турбин; подача котельного топлива и пригодного для котлов топлива, которое представляет собой вид топлива, отличающийся от вышеуказанного пригодного для котлов топлива, в котел, в котором сжигают эти виды топлива; и выработка электроэнергии посредством приведения в движение паровой турбины с помощью полученного водяного пара; или
(4) операция по выработке электроэнергии, которая включает в себя следующие этапы: разделение пригодного для котлов топлива на дистиллят и осадок, путем осуществления частичной переработки пригодного для котлов топлива; использование дистиллята в качестве топлива для газовой турбины; использование остатка в качестве котельного топлива; подача топлива, пригодного для газовых турбин и топлива для газовых турбин к газовой турбине, в которой эти виды топлива сжигают; выработка электроэнергии посредством приведения в движение газовой турбины с помощью образовавшегося при горении газа, предназначенного для приведения в движения турбины, полученного путем сжигания этих видов топлива; подача другого вида пригодного для котлов топлива и этого котельного топлива в котел, в котором сжигают это котельное топливо и это пригодное для котлов топливо; и выработка электроэнергии посредством приведения в движение паровой турбины с помощью полученного водяного пара.

В варианте осуществления вышеописанного устройства для выработки электроэнергии по настоящему изобретению, отработавший газ, отходящий из газовой турбины, подают в котел и остаток сжигают путем подачи к нему воздуха.

В варианте осуществления вышеописанного устройства для выработки электроэнергии по настоящему изобретению, сжигание в котле осуществляют с использованием только отработавшего газ, отходящего из газовой турбины.

В соответствии с настоящим изобретением, предлагаются нижеследующие виды топлива и способы, касающиеся карбонизации угля.

А именно, во-первых, предлагается топливо для выработки электроэнергии, которое получают посредством разделения угля, который, в частности, имеет содержание летучих веществ не менее 20% по весу, на дистиллят и остаток, путем осуществления частичного разложения угля, с последующим использованием дистиллята в качестве топлива для газовых турбин, и с использованием остатка, который представляет собой карбонизированный остаток, полукокс или кокс, в качестве котельного топлива для паровой турбины.

Кроме того, предлагается способ получения топлива для выработки электроэнергии, в котором частичная переработка представляет собой карбонизацию, в частности, карбонизацию путем термического разложения; карбонизацию осуществляют при температуре не выше 500^oC, и при ее осуществлении газовый компонент и/или нефтяной компонент выделяют из дистиллята и используют в качестве топлива для газовой турбины.

Далее, предлагается топливо для выработки электроэнергии посредством газовой турбины, которое получают путем использования полученного газового компонента и/или нефтяного компонента в качестве такого топлива, и которое содержит солевой компонент в количестве не более 0,5 частей на миллион по весу и ванадиевый компонент (V) в количестве не более 0,5 частей на миллион.

Далее, в соответствии с настоящим изобретением предлагается метод получения топлива для выработки электроэнергии, в котором уголь разделяют на дистиллят и остаток, путем осуществления частичного разложения угля, и в котором этот дистиллят применяют в качестве топлива для газовой турбины, а остаток используют в качестве котельного топлива для паровой турбины.

Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением, предлагается способ получения топлива для выработки электроэнергии, в котором уголь разделяют на дистиллят и остаток, путем нагревания угля в течение от 0,1 до 10 секунд при скорости нагрева от 10 до 100000^oC в секунду, с целью осуществления быстрого частичного термического разложения, и в котором этот дистиллят используют в качестве топлива для газовой турбины, а остаток используют в качестве котельного топлива для паровой турбины.

Далее, в соответствии с настоящим изобретением предлагается способ, в котором осуществляется выработка электроэнергии с применением комбинированного цикла, с использованием топлива для газовых турбин, которое является производным дистиллята, полученного путем вышеуказанного быстрого частичного термического разложения, в качестве топлива для газовой турбины, а остаток используют в качестве котельного топлива.

В соответствии с настоящим изобретением, предлагаются следующие виды топлива и способы, касающиеся микроволнового облучения угля.

Настоящее изобретение относится к топливу для выработки электроэнергии, которое получают посредством разделения угля, который, в частности, содержит летучие вещества в количестве не менее 20% по весу, на дистиллят и остаток, путем осуществления частичного разложения угля с помощью микроволнового облучения, с дальнейшим использованием этого дистиллята в качестве топлива для газовой турбины, и с использованием остатка в качестве котельного топлива в котельной системе паровой турбины.

Далее, в случае этого топлива, операция частичного разложения представляет собой микроволновое облучение, которое осуществляется, в частности, при температуре не ниже 50^oC, предпочтительно от 100 до 1000^oC, и в присутствии углеводорода, предпочтительно, в присутствии алифатического соединения, алициклического соединения или ароматического углеводорода, каждая молекула которых содержит от 1 до 20 атомов углерода (а именно, углеродное число составляет от 1 до 20), или в присутствии углеводородного газа, газообразное топливо для турбин получают посредством выделения газового компонента и/или нефтяного компонента из дистиллята и используют этот газовый компонент и/или нефтяной компонент в качестве топлива для газовой турбины.

Кроме того, предлагается способ получения топлива для выработки электроэнергии, в котором уголь разделяют на дистиллят и остаток, путем осуществления частичного разложения угля с помощью микроволнового облучения, с дальнейшим применением этого дистиллята в качестве топлива для газовой турбины и использованием остатка в качестве котельного топлива в котельной системе паровой турбины.

В соответствии с настоящим изобретением, предлагаются нижеследующие способы частичной водно-газовой газификации угля.

А именно предлагается способ получения топлива для выработки электроэнергии, в котором уголь разделяют на дистиллят и остаток посредством осуществления частичной водно-газовой газификации угля, с последующим использованием этого дистиллята в качестве топлива для газовой турбины и использованием остатка в качестве котельного топлива.

Далее, в случае одного из вариантов осуществления этого способа, частичную водно-газовую газификацию осуществляют посредством добавления водяного пара для нагревания непосредственно газа.

Кроме того, в случае одного из вариантов осуществления настоящего способа, частичную водно-газовую газификацию осуществляют путем дополнительного добавления водорода, углеводорода, двуокиси углерода или их смеси.

Кроме того, в случае одного из вариантов осуществления способа получения топлива для выработки электроэнергии, газовый компонент или газовый и нефтяной компоненты выделяют из дистиллята, и газовый компонент или газовый и нефтяной компоненты используют в качестве топлива для газовой турбины. Кроме того, в этом способе получения топлива для выработки электроэнергии соотношение теплотворной способности дистиллята к этому показателю осадка составляет от 30-45% до 70-55%.

В соответствии с настоящим изобретением предлагаются нижеследующие способы, касающиеся частичной газификации угля путем сжигания.

А именно предлагается способ получения топлива для выработки электроэнергии, в котором уголь разделяют на дистиллят и остаток посредством осуществления частичной газификации угля путем сжигания, с последующим применением этого дистиллята в качестве топлива для газовой турбины и с применением остатка в качестве котельного топлива.

Далее, в одном из вариантов осуществления этого способа частичную газификацию путем сжигания осуществляют посредством добавления к углю воздуха или кислорода или водяного пара. Кроме того, в случае другого варианта осуществления этого способа, частичную газификацию путем сжигания выполняют посредством дополнительного добавления водорода, углеводорода, двуокиси углерода или их смеси.

Далее, в одном из вариантов осуществления данного способа получения топлива для выработки электроэнергии, газовый компонент или сумму газового и нефтяного компонентов выделяют из дистиллята, и этот газовый компонент или эту сумму газового и нефтяного компонентов используют в качестве топлива для газовой турбины, причем соотношение теплотворной способности дистиллята к этому показателю остатка составляет от 30-55% до 70-45%.

В соответствии с настоящим изобретением предлагаются нижеследующие способы, касающиеся частичного термического разложения тяжелой нефти.

А именно предлагается способ получения топлива для выработки электроэнергии, в котором топочный мазут разделяют на дистиллят и остаток путем осуществления термического разложения тяжелой нефти, с последующим применением этого дистиллята в качестве топлива для газовой турбины.

Далее, в одном из вариантов осуществления способа по настоящему изобретению тяжелую нефть разделяют на дистиллят и остаток, посредством осуществления термического разложения тяжелой нефти, и остаток используют в качестве котельного топлива.

Далее, в одном из вариантов осуществления способа по настоящему изобретению, тяжелую нефть разделяют на дистиллят и остаток, посредством осуществления термического разложения тяжелой нефти, этот дистиллят используют в качестве топлива для газовой турбины, а остаток используют в качестве котельного топлива.

Кроме того, в случае другого варианта осуществления способа по настоящему изобретению, тяжелая нефть представляет собой топочный мазут A, топочный мазут B, топочный мазут C, полученный при атмосферном давлении нефтяной остаток, полученный при пониженном давлении нефтяной остаток, сланцевую нефть, сверхтяжелую оринокскую нефть, оримульсию, асфальтовую эмульсию, битум или смесь этих веществ. Кроме того, термическое разложение осуществляют с помощью способа крекинга, способа висбрекинга (легкого крекинга), способа замедленного коксования, способа коксования в кипящем (ожиженном) слое, способа пластического коксования, способа контактного коксования, способа EURECA (разработанного компанией Куреха Кемикал Индастри К^o, Лтд.). Кроме того, термическое разложение осуществляют посредством добавления водяного пара, воздуха, водорода, углеводорода, двуокиси углерода или их смеси. При этом соотношение теплотворной способности дистиллята к этому показателю остатка составляет от 20-60% до 80-40%.

В соответствии с настоящим изобретением, предлагаются нижеследующие способы, относящиеся к частичной газификации путем сжигания смеси угля и тяжелой нефти.

А именно предлагается способ получения топлива для выработки электроэнергии, в котором смесь угля и тяжелой нефти разделяют на дистиллят и остаток посредством осуществления частичной газификации этой смеси путем сжигания, с применением полученного дистиллята в качестве топлива для газовой турбины и применением остатка в качестве котельного топлива.

Далее, в одном из вариантов осуществления этого способа частичную газификацию путем сжигания осуществляют посредством добавления воздуха, или кислорода, или водяного пара к смеси угля и тяжелой нефти.

Кроме того, в случае другого варианта осуществления этого способа, частичную газификацию путем сжигания осуществляют посредством дополнительного добавления водорода, углеводорода, двуокиси углерода или их смеси.

Кроме того, в другом варианте осуществления этого способа, при частичной газификации путем сжигания весовое соотношение угля к тяжелой нефти находится в интервале от 5:95 до 80:20.

Далее, в другом варианте осуществления данного способа, газовый компонент или сумму газового и нефтяного компонентов выделяют из дистиллята, и этот газовый компонент или эту сумму газового и нефтяного компонентов используют в качестве топлива для газовой турбины, причем соотношение теплотворной способности дистиллята к этому показателю остатка составляет от 20-60% до 80-40%.

Далее, в соответствии с настоящим изобретением, вышеупомянутое устройство для выработки электроэнергии может также быть снабжено сепараторным устройством для выделения по крайней мере газового компонента (V) и нефтяного компонента (Н) из дистиллята (Д).

Кроме того, один из вариантов осуществления такого устройства для выработки электроэнергии по настоящему изобретению может также быть снабжен устройством для разделения нефтяного компонента (Н) на очищенный дистиллят (C) и остаток (O').

Как описано выше, топливо для газовых турбин и котельное топливо, отвечающие всем необходимым стандартам, получают с топливным коэффициентом, который является пригодным для выработки электроэнергии, в частности выработки электроэнергии посредством повторного сжигания отработавшего газа, с использованием угля, тяжелой нефти и тому подобного или смеси угля и тяжелой нефти и тому подобного в качестве материалов пригодного для котлов топлива и осуществления их частичной переработки. По сравнению с термическим КПД (около от 38 до 40%) в случае осуществления выработки электроэнергии посредством сжигания полного количества пригодного для котлов топлива в котле и выработки электроэнергии, термический КПД в случае способа выработки электроэнергии в соответствии с настоящим изобретением составляет от 45 до 47%. Это значение термического КПД сравнимо с тем значением термического КПД, которое получают в случае выработки электроэнергии посредством газификации полного количества тяжелой нефти. По сравнению с газификацией полного количества тяжелой нефти, стоимость оборудования для процесса разложения топлива и процесса жидкостно-газовой перегонки в соответствии с настоящим изобретением является низкой. Даже если используется газовая турбина, то в ней не происходит никакой коррозии. Кроме того, количество отработавшего газа невелико, благодаря изобилию и дешевизне сырья, экономному расходованию, использованию существующего оборудования и высокому термическому КПД. Следовательно, способ и устройство по настоящему изобретению имеют большие преимущества с точки зрения предотвращения загрязнения окружающей среды в глобальном масштабе.

Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением один из различных видов пригодного для котлов топлива, которые утилизируют только в котлах и которые недороги, имеют низкие значения фактора утилизации, и которые прессуют перед обработкой, и виды пригодного для газовых турбин топлива, которые легко получить, которые имеются в избытке и которые почти не выделяют токсических веществ, вызывающих загрязнение окружающей среды, можно легко выбрать и свободно использовать. Таким образом, достигается повышенная эффективность выработки электроэнергии. Кроме того, увеличения возможностей выработки электроэнергии можно достигнуть путем небольших инвестиций, поскольку при этом не нужны дополнительные производственные мощности для частичной переработки.

Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - технологическая карта, иллюстрирующая настоящее изобретение;
Фиг. 2 - технологическая карта, иллюстрирующая процесс разделения дистиллята на газовый компонент и жидкий компонент;
Фиг. 3 - технологическая карта, иллюстрирующая процесс дальнейшей разгонки нефтяного компонента;
Фиг. 4 - технологическая карта, иллюстрирующая способ выработки электроэнергии с использованием пригодного для газовых турбин топлива и пригодного для котлов топлива;
Фиг. 5 - технологическая карта, иллюстрирующая способ выработки электроэнергии с использованием комбинации пригодного для котлов топлива, топлива для газовых турбин и котельного топлива, которые получают путем осуществления частичной переработки пригодного для котлов топлива;
Фиг. 6 - технологическая карта, иллюстрирующая способ выработки электроэнергии с использованием пригодного для газовых турбин топлива, пригодного для котлов топлива и комбинации топлива для газовых турбин и котельного топлива, которые получают путем осуществления частичной переработки пригодного для котлов топлива;
Фиг. 7 - технологическая карта, иллюстрирующая процесс разделения дистиллята на газовый компонент и жидкий компонент; и
Фиг. 8 - технологическая карта, иллюстрирующая процесс дальнейшей разгонки нефтяного компонента.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения
В связи со способом и устройством по настоящему изобретению, термин "пригодное для газовых турбин топливо (Г')" означает топливо, которое можно использовать в газовой турбине, и представляет собой горючий газ или легковоспламеняющуюся жидкость с низкой плотностью, точка кипения которой при атмосферном давлении составляет 500^oC (а именно, около 900^oF). Практическими примерами такого "пригодного для газовых турбин топлива" являются метан, этан, этилен, пропан, пропен, бутан и им подобные, бутен и ему подобные, гексан и ему подобные, гептан и ему подобные, метанол, этанол, пропанол, бутанол, диметиловый эфир, диэтиловый эфир, сжиженный природный газ (СПГ), сжиженный нефтяной газ (СНГ), нафта, бензин, керосин, светлый нефтепродукт (газойль), компонент разложения тяжелой нефти, точка кипения которого при атмосферном давлении не выше 500^oC, природный газ, метан угольного пласта, газ из органических отходов, доменный газ, конвертерный газ, побочный газ, образующийся на химических заводах и содержащий водород и/или моноокись углерода, газ газификации, например угля или топочного мазута, газ карбонизации угля, газ водно-газовой газификации угля, газ частичного сгорания угля, светлый нефтепродукт или газ термического разложения тяжелой нефти, светлый нефтепродукт или газ окислительной деструкции тяжелой нефти, светлый нефтепродукт или газ термического разложения сверхтяжелой нефти, светлый нефтепродукт или газ окислительной деструкции сверхтяжелой нефти, бродильный газ и смесь этих веществ.

Далее, примерами побочных газов, которые содержат водород и/или моноокись углерода и которые образуются на различного рода установках, являются водород, полученный при окислении углеводорода, или газы, образующиеся на химических заводах, такие как смешанный газ, получаемый при смешивании водорода и моноокиси углерода.

Далее, в способе и устройстве по настоящему изобретению термин "пригодное для котлов топливо (Т и Т')" представляет собой топливо, которое нельзя использовать для газовых турбин, но можно использовать в котле, и которое представляет собой горючее твердое вещество или горючую тяжелую жидкость. Практическими примерами являются уголь, полукокс, кокс, топочный мазут (а именно, топливо А, топливо В, топливо С), нефтяной остаток (а именно, полученный при атмосферном давлении нефтяной остаток и полученный при пониженном давлении нефтяной остаток), пек, битум, нефтяной кокс, сажа, битуминозный песок, полученная из битуминозного песка песчаная нефть, нефтяной сланец, полученная из нефтяного сланца сланцевая нефть, оринокский деготь, оримульсия, которая представляет собой водную суспензию оринокского дегтя, асфальт, асфальтовая эмульсия, углемазутная смесь (УМС), смесь угля с водой (УВС), метанолугольная пульпа, масса, полученная из природных материалов, таких как древесина, трава, твердые жиры и растительные масла или фильтр-прессный осадок, отходы пластмассы, сгораемые отходы и смесь этих материалов.

В способе и устройстве по настоящему изобретению, пригодное для котлов топливо, предназначенное для частичной переработки (а именно, пригодное для котлов топливо (Т) для котла, которое используется для операции частичной переработки), может быть таким же самым или отличающимся от пригодного для котлов топлива (Т'), которое не подвергается частичной переработке и напрямую подается в котел. Например, в качестве пригодного для котлов топлива, предназначенного для частичной переработки, может использоваться топочный мазут, а уголь может использоваться в качестве котельного топлива, подаваемого непосредственно в котел. В качестве альтернативных вариантов, может использоваться пригодное для котлов топливо, которое можно подвергнуть частичной переработке, а топливо, которое с трудом поддается частичной переработке или топливо, частичная переработка которого невыгодна с экономической точки зрения, можно использовать в качестве пригодного для котлов топлива, которое подают непосредственно в котел.

В данном случае, в способе и устройстве по настоящему изобретению используются термины "котел" и "котел-утилизатор". Когда употребляют просто термин "котел", то этот термин "котел" обозначает котел или котельную систему паровой турбины, в которых сжигают котельное топливо. Для обозначения котла, предназначенного для утилизации отходящей теплоты, используют термин "котел- утилизатор".

Далее, примерами угля, используемого в качестве пригодного для котлов топлива (Т) и (Т') в способе и устройстве по настоящему изобретению, являются бурый уголь, буроватый каменный уголь, низкосортный битуминозный уголь, высокосортный битуминозный уголь, полубитуминозный уголь, полуантрацит и антрацит. Предпочтительно, чтобы содержание летучего вещества в угле было не менее 20% по весу и не более 60% по весу. Более предпочтительно, чтобы содержание летучего вещества угля составляло не менее 30% по весу и чтобы летучее вещество соответствовало соотношению теплотворной способности топлива, используемого в газовой турбине и в котле, или чтобы из этого угля можно было получить дистиллят, состоящий из летучего вещества и материала, являющегося продуктом термического разложения. Наиболее предпочтительный уголь представляет собой уголь низкой или средней марки, содержание летучего вещества в котором не менее 35% по весу и который может обеспечить получение дистиллята, соответствующего соотношению теплотворной способности видов топлива, используемых в газовой турбине и в котле, комбинация которых используется для повторного сжигания отработавшего газа.

Как правило, чем меньше содержание летучего вещества в угле, тем ниже степень обугливания этого угля. Таким образом, степень утилизации такого угля более низкая. Но резерв угля высок, а цена на него низкая. Поэтому очень важно найти способ осуществления выработки электроэнергии, который эффективно использовал бы такой уголь. Однако, способы по настоящему изобретению не являются общеизвестными. Более того, неизвестны такие производственные установки или экспериментальное оборудование.

Тяжелая нефть, используемая в качестве пригодного для котлов топлива в настоящем изобретении, включает в себя непереработанную нефть, обычную тяжелую нефть, сверхтяжелую нефть и битум (или песчаную нефть).

Непереработанная нефть содержит дистиллят и тяжелый компонент. В устройстве по настоящему изобретению непереработанную нефть можно использовать в качестве топлива для газовой турбины посредством осуществления частичной сепарации или частичного разложения этой нефти. Кроме того, непереработанную нефть можно подавать в котел в качестве пригодного для котлов топлива. Более того, можно использовать непереработанную нефть как с низким содержанием серы, так и с высоким содержанием серы. Нет необходимости доводить содержание соли до низкой концентрации, такой как 0,5 частей на миллион, перед частичной переработкой. Кроме того, нет никаких ограничений в отношении содержания серы при перегонке.

Обычная тяжелая нефть представляет собой, например, топочный мазут A, топочный мазут B, топочный мазут C, полученный при атмосферном давлении нефтяной остаток, полученный при пониженном давлении нефтяной остаток, сланцевую нефть.

Сверхтяжелая нефть имеет удельную плотность в 1,0 или более (при 60/60^oF) (15,6^oC) и вязкость в 10000 сП (10000 мПа•с) или менее, т.е. при температуре, которая ниже температуры масляной ванны, и представляет собой, например, оринокскую сверхтяжелую нефть, оримульсию, которая представляет собой водную суспензию оринокской сверхтяжелой нефти, асфальт и асфальтовую эмульсию, которая представляет собой водную эмульсию асфальта.

Битум имеет удельную плотность в 1,0 или более (при 60/60^oF) (15,6^oC) и вязкость в 10000 сП (10000 мПа•с) или менее, т.е. при температуре ниже температуры масляной ванны, и представляет собой, например, битум "атабаска" и битум "коулд лейк".

Если это необходимо, перед частичной переработкой содержание примесей, таких как соли, включая соли, содержащие натрий, калий, кальций и серу, в такой тяжелой нефти можно понизить посредством промывки (водой), щелочной очистки, кислотной очистки, очистки с помощью растворителей, адсорбции, замещения или биологической обработки.

В описании способа и устройства по настоящему изобретению "частичная переработка" пригодного для котлов топлива обозначает частичную сепарацию, частичное разложение или совместное применение этих операций.

Частичная сепарация представляет собой выделение дистиллята и остатка, которые будут описаны ниже, из пригодного для котлов топлива, с помощью способов сепарации, таких как нагревание, понижение давления, промывка (продувка), сухая перегонка (разгонка), экстракция или декантация, без изменения химического состава топлива.

Частичное разложение обозначает изменение химического состава пригодного для котлов топлива, а именно получение дистиллята и остатка из пригодного для котлов топлива с помощью термического разложения, карбонизации, газификации путем сжигания, водно-газовой газификации, гидрогенизации, сжижения или микроволнового облучения. Поэтому частичное разложение сопровождается операцией выделения дистиллята и остатка. После этого, если необходимо, следуют операции по выделению из дистиллята газового компонента и нефтяного компонента, и операция по дальнейшему выделению компонента светлого, нефтепродукта из нефтяного компонента.

В описании способа и устройства по настоящему изобретению "дистиллят" (Д) обозначает компонент, выделенный из пригодного для котлов топлива путем частичной сепарации или из подвергнутого частичному разложению пригодного для котлов топлива, с помощью операций частичного разложения или частичного разложения с последующей сепарацией в газообразном состоянии и/или в жидком состоянии. Таким образом, дистиллят включает в себя как сконденсированный и сжиженный после выпаривания компонент, так и компонент, выделенный после получения его в виде жидкости.

При частичной переработке тяжелой нефти термин "дистиллят" обозначает газообразный или жидкий компонент, который имеет точку кипения ниже 500^oC (около 900^oF) при атмосферном давлении.

В описании способа и устройства по настоящему изобретению "остаток" (О) обозначает вещество, оставшееся после того, как вышеупомянутый дистиллят выделили из пригодного для котлов топлива или подвергнутого частичному разложению пригодного для котлов топлива.

Ниже здесь приводится объяснение частичной переработки, путем описания, по отдельности, частичной сепарации и частичного разложения.

Во-первых, ниже описываются различные виды операций частичной сепарации.

"Отгонка легких фракций" в описании способа и устройства по настоящему изобретению обозначает способ получения летучего вещества посредством нагревания, например, сырой (непереработанной) нефти, с последующим использованием водяного пара или инертного газа, такого как азот, двуокись углерода или метансодержащего газа в качестве газа для отгонки легких фракций, и с последующим вдуванием газа для отгонки легких фракций в нагретую сырую нефть.

Термин "перегонка (разгонка)", который используется в описании способа и устройства по настоящему изобретению, включает в себя способ нагревания, например, сырой нефти и получения летучего вещества при пониженном или атмосферном давлении либо при избыточном по отношению к атмосферному давлении, способ просто получения летучего вещества, способ разделения очищенного дистиллята после введения в него орошения, и способ выделения конкретного компонента посредством добавления к сырой нефти азеотропообразователя или экстрагирующего агента.

В случае когда в описании способа и устройства по настоящему изобретению используется термин "экстракция", биомассу с богатым содержанием нефтяного компонента измельчают, если это необходимо, и разделяют на экстракт и экстракционный остаток, путем добавления экстрагирующего агента. Затем экстрагирующий агент выделяют из экстракта, и экстракт можно использовать в качестве топлива для газовых турбин. Далее, волокнистую часть, которая представляет собой остаток после экстракции, можно использовать в качестве котельного топлива.

Термин "продувка (промывка)", который используется в описании способа и устройства по настоящему изобретению, означает введение, например, сырой нефти, которую нагревали при высокой температуре и высоком давлении, в емкость с низким давлением, с последующим разделением сырой нефти на дистиллят и остаток.

Термин "деканатация", используемый в описании способа и устройства по настоящему изобретению, обозначает способ нагревания, например, нефтяного сланца с последующим выделением из нефтяного сланца только нефтяного компонента, вязкость которого является пониженной, посредством "выливания" нефтяного компонента без взбалтывания осадка.

Эти операции по частичной сепарации можно использовать в тех случаях, когда дистиллят и остаток выделяют после частичного разложения, или когда из дистиллята получают очищенный дистиллят.

Ниже описываются различные виды частичного разложения.

Термин "термическое разложение", как он используется в описании способа и устройства по настоящему изобретению, обозначает способ, в котором, например, сырую нефть, используемую в качестве сырья, можно разделить по крайней мере на дистиллят, содержащий компонент, который можно использовать в качестве топлива для газовой турбины, и остаток, который можно использовать в качестве котельного топлива.

Таким образом, в случае использования в способе и устройстве по настоящему изобретению термического разложения, это термическое разложение может быть осуществлено без дополнительных операций, либо оно может быть осуществлено посредством вдувания в сырьевой материал водяного пара или водорода. В качестве альтернативы, может быть осуществлен каталитический термоконтактный крекинг в присутствии катализатора.

Примерами способов осуществления термического разложения являются способ крекинга для получения дистиллята, способ висбрекинга (легкого крекинга) для понижения вязкости остатка и способ коксования для получения дистиллята и коксового компонента. Далее, если классифицировать по степени жесткости условий переработки, то примерами этих способов могут служить способ осуществления высокотемпературного термического разложения при температуре не ниже 1100^oC, способ осуществления термического разложения путем высокотемпературного коксования при температуре в интервале от 980 до 1100^oC, способ осуществления термического разложения путем среднетемпературного разложения при температуре в интервале от 870 до 980^oC, для получения газа с низкой теплотворной способностью, еще один способ осуществления термического разложения путем среднетемпературного разложения при температуре в интервале от 700 до 870^oC, для получения газа с высокой теплотворной способностью, способ осуществления термического разложения путем низкотемпературного коксования при температуре в интервале от 480 до 700^oC, способ осуществления термического разложения путем низкотемпературного разложения при температуре в интервале от 480 до 540^oC, способ осуществления термического разложения путем висбрекинга при температуре в интервале от 430 до 480^oC, способ "EURECA" для осуществления термического разложения при температуре в интервале от 350 до 480^oC, при котором одновременно осуществляется вдувание в материал водяного пара.

Кроме того, качественные показатели получаемого остатка варьируют в зависимости от вида тяжелой нефти, а именно от сырья и разновидности способа коксования. В зависимости от разновидности способа коксования, например, при использовании способа замедленного коксования, получают асфальтовый кокс, а при использовании способа коксования в кипящем слое, способа пластичного коксования и способа контактного коксования получают карбоидный кокс.

При осуществлении термического разложения тяжелой нефти с использованием способа висбрекинга, термическое разложение осуществляют осторожно, до такой степени, чтобы не образовался кокс. Таким образом можно понизить вязкость осадка и температуру потери им текучести. При методе висбрекинга топочный мазут разделяют на дистиллят и остаток путем разложения топочного мазута с помощью нагревательной печи или путем последующего пропускания топочного мазута через реакционную камеру, если это необходимо. Разделение на дистиллят и остаток можно произвести посредством быстрого охлаждения дистиллята, чтобы прекратить разложение.

В случае термического разложения тяжелой нефти с помощью способа коксования в кипящем (псевдоожиженном) слое и способа пластического коксования, топочный мазут подают в реактор, а затем подвергают термическому разложению на нагревательном коксе, плавающем в реакторе, посредством чего топочный мазут разделяют на дистиллят и остаток (а именно, кокс). При использовании метода пластического коксования остаток (а именно, кокс), прилипший к нагревательному коксу, отправляют в камеру нагревания, в которой этот остаток нагревают с помощью кокса и газа, забираемого из газификатора. После этого остаток возвращают в реактор. Часть этого остатка (а именно, кокс), которая прилипла к нагревательному коксу и была отправлена в камеру нагревания, отправляют в газификатор, в котором этот остаток затем подвергают газификации с помощью воздуха и водяного пара. После этого полученный газ возвращают в камеру нагревания. Часть кокса, находящегося в камере нагревания, извлекают из нее в виде кокса, а оставшуюся его часть возвращают в реактор для повторения цикла.

В случае применения способа коксования в кипящем слое, остаток (а именно, кокс), прилипший к нагревательному коксу, отправляют в камеру сгорания, в которой этот остаток нагревают путем подачи воздуха. После этого остаток возвращают в реактор для повторения цикла. Часть кокса, находящегося в камере сгорания, извлекают из нее в виде кокса, а оставшуюся его часть возвращают в реактор для повторения цикла.

В случае если термическое разложение тяжелой нефти осуществляют с помощью способа замедленного коксования, тяжелую нефть сначала нагревают, а затем нагретую нефть подают в нижнюю часть дистилляционной колонны, в которой эту тяжелую нефть разделяют на дистиллят (а именно, пары нефти) и остаток (а именно, жидкость с высокой температурой кипения). После этого остаток подают в нагревательную печь. В этой нагревательной печи тяжелую нефть нагревают в течение короткого периода времени. После этого эту тяжелую нефть отправляют в коксовый барабан и затем в этом коксовом барабане разделяют на дистиллят и остаток. Этот остаток при нагревании постепенно превращается в кокс. Этот дистиллят подают в вышеупомянутую дистилляционную колонну, в которой этот дистиллят и тяжелую нефть разделяют на дистиллят (а именно, пары нефти) и остаток (а именно, жидкость с высокой температурой кипения).

Показатели выхода газа и кокса в случае этого способа, по сравнению со способом коксования в кипящем слое и способом пластического коксования, являются высокими.

В случае когда термическое разложение тяжелой нефти осуществляют с помощью способа EUREKA, топочный мазут подвергают предварительному нагреванию, а затем подают в нижнюю часть дистилляционной колонны, в которой этот топочный мазут разделяют на дистиллят и остаток (а именно, жидкость с высокой температурой кипения). Этот остаток (а именно, жидкость с высокой температурой кипения) нагревают в нагревательной печи. Таким образом, остаток подвергают в небольшой степени разложению, а затем подают в реактор. В реактор из его нижней части подают водяной пар. В результате этого предварительно подвергнутый легкому разложению остаток подвергают дальнейшему термическому разложению. Кроме того, активизируется перемешивание остатка и образование дистиллята. По истечении предопределенного периода времени реагент охлаждают, в результате чего реакция прекращается.

Дистиллят включает в себя газ, нефтяной компонент и конденсированную воду. Если необходимо, соединения серы, такие как сероводород, можно удалить из газового компонента. Нефтяной компонент сепарируют с помощью ректификации так, чтобы нефтяной компонент, имеющий высокую температуру кипения, можно было смешать с сырьем, а именно с топочным мазутом, и чтобы он мог циркулировать в системе. После того как реакция прекращена, остаток превращается в жидкий пек, и затем его экстрагируют по направлению к внешней части системы в виде нефтяного пека.

Готовят множественные реакторы, и затем их используют, заменяя один реактор другим по истечении некоторого периода времени. Таким образом, операцию осуществляют посредством системы, работающей в полунепрерывном режиме.

Термическое разложение ниже разъясняется посредством описания взятого в качестве примера случая, в котором частичное термическое разложение пластмассовых отходов осуществляют посредством растворения пластмассовых отходов в нефти. Полиолефин, такой как полиэтилен и полипропилен, растворяют в нефти, такой как светлый нефтепродукт, путем нагревания при температуре в интервале от 330 до 350^oC в течение от 20 до 120 минут, во время чего происходит понижение его молекулярной массы. Полистирол подвергают разложению и растворению главным образом путем деполимеризации посредством нагревания при температуре 250^oC в течение от 10 до 60 минут. Затем жидкость, которая образовалась в результате разложения и растворения пластмассовых отходов, разделяют на дистиллят и остаток, путем перегонки. Далее этот дистиллят можно использовать в качестве топлива для газовых турбин, а этот остаток можно использовать в качестве котельного топлива.

В случае каталитического разложения (каталитического крекинга), можно использовать катализаторы разложения, такие как глина, алюмосиликат, цеолит (в частности, редкоземельный обменный цеолит и ультрастабильный цеолит Y), Co-Mo, Ni-Mo и Fe, в зависимости от вида используемого в качестве сырья топочного мазута, а также от видов содержащихся примесей.

Условия, требующиеся для термического разложения тяжелой нефти, различаются в зависимости от вида используемой в качестве сырья тяжелой нефти и от вида продукта, который требуется получить из этого сырья, от соотношения их взаимного проникновения и от способов технологической обработки или переработки. Температура переработки топочного мазута находится в интервале от 350 до 1300^oC и зависит от глубины переработки. Интервал давления составляет от атмосферного давления до 100 атмосфер. Таким образом, дистиллят можно получить путем применения давления величиной от атмосферного до 100 атм. Время реакции составляет не более 10 часов.

Для того чтобы активизировать термическое разложение, к сырью в качестве модификатора можно добавить водород, моноокись углерода, двуокись углерода, углеводород, часть полученного газового компонента, нефтяной компонент или спирт.

Эти способы можно выполнить с помощью любых операций, осуществляемых в соответствии с периодическим процессом, полунепрерывным процессом, таким как способ EUREKA, и непрерывным процессом, таким как способ висбрекинга.

Термин "карбонизация" в описании способа и устройства по настоящему изобретению используется для обозначения операции химического превращения угля в газовый компонент, который не конденсируется, и в жидкий компонент, который является конденсированным, а также в жидкий и твердый компоненты, которые выделяют с помощью декантации, путем отжигания угля в условиях с уменьшенным количеством кислорода, предпочтительно в условиях, когда нет доступа воздуха к углю, и охлаждения дистиллята с помощью воды и т.п.

Способ карбонизации может представлять собой либо процесс с использованием реторты, либо процесс с использованием устройства под названием коксовая печь. С целью удобства подачи угля к устройству для карбонизации и выгрузки из него остатка, уголь разбивают на блоки обычного размера либо на мелкие частицы, а затем такие блоки или мелкие частицы угля подают к устройству для карбонизации.

Нагревание угля для карбонизации может осуществляться путем нагревания печи для карбонизации, осуществляемого извне. Однако предпочтительно, чтобы газ, предназначенный для нагревания при заданной температуре, например от 400 до 1300^oC, полученный путем сжигания топлива, подавался в печь, которую затем нагревают этим газом. Таким образом, летучее вещество образуется "в сопровождении" газа для нагревания.

В данном случае, имеются два типа карбонизации. А именно, один из них представляет собой низкотемпературную карбонизацию, конечная температура нагревания при которой не выше 800^oC. Второй тип - это высокотемпературная карбонизация, конечная температура нагревания при которой не ниже 800^oC. Далее, эта высокотемпературная карбонизация осуществляется при температуре около 1000^oC. Хотя можно использовать оба эти типа карбонизации, но низкотемпературная карбонизация более предпочтительна. В случае низкотемпературной карбонизации получают большие количества нефтяного компонента и полукокса, которые используют в качестве топлива. В противоположность этому, при высокотемпературной карбонизации получают коксовый газ и большое количество кокса, который используют в домнах для литья. Далее, карбонизация, осуществляемая в соответствии со способом и устройством по настоящему изобретению, может включать в себя только процесс карбонизации посредством термического разложения, который осуществляют при температуре не выше 500^oC, без стадии спекания. В этом случае, если используется уголь определенного сорта, остаток получают в форме мелких частиц или кусков, в результате его размягчения и расплавления. Это определяют в зависимости от типа котла, для которого будут использоваться такие формы остатка.

В описании способа и устройства по настоящему изобретению термин "карбонизация" обозначает вышеупомянутую низкотемпературную карбонизацию, высокотемпературную карбонизацию, карбонизацию посредством термического разложения и комбинацию этих типов карбонизации.

Что касается времени нагревания при карбонизации, то продолжительность обработки или время выдержки обычно устанавливают около 1 минуты или более 1 минуты. Далее, продолжительность обработки при высокой температуре в 1000^oC, которая применяется в случае быстрого термического разложения, может составлять около 1 минуты или более 1 минуты. Однако способ низкотемпературной карбонизации, при котором обычно устанавливают длительное время продолжительности обработки, является предпочтительным.

В случае карбонизации, газовые компоненты зависят от вида угля и условий изготовления устройства. В качестве примера (содержание газа ниже выражено в % по объему, за исключением особо оговоренных случаев), газовые компоненты содержат 50% водорода, 30% метана, 8% моноокиси углерода, 3% углеводорода, такого как этилен и бензол в качестве эффективного компонента, а также содержат компонент влаги, азот, двуокись углерода, а также микрокомпоненты, такие как моноокись азота, цианистоводородная кислота, пиридин, сероводород, сероуглерод, карбонил сульфид и деготь.

Количество или выход газового компонента, получаемого при карбонизации, составляет от 100 до 200 Нм³ на тонну угля, в случае низкотемпературной карбонизации или карбонизации путем термического разложения, и от 300 до 400 Нм³ на тонну угля в случае высокотемпературной карбонизации. Далее, теплотворная способность этих газов составляет от 4700 до 5400 ккал/Нм³ в случае газов, полученных при низкотемпературной карбонизации и карбонизации путем термического разложения, и от 6200 до 8000 ккал/Нм³ в случае газов, полученных при высокотемпературной карбонизации.

Нефтяной компонент состоит главным образом из светлого нефтепродукта, дегтя и спирта, в случае карбонизации, и его можно использовать, подвергнув очистке или сепарации с помощью перегонки и тому подобных операций. Остаток представляет собой пек, в котором сконденсированы неорганические вещества, такие как соли и ванадий. Таким образом, более желательное топливо для газовой турбины получают путем перегонки и очистки этого пека. В этом случае этот остаток можно примешивать к котельному топливу.

Количество получаемого спирта составляет от 50 до 150 литров на тонну угля.

Количества светлого нефтепродукта и дегтя составляют от 90 до 180 литров на тонну угля в случае низкотемпературной карбонизации и карбонизации путем термического разложения, и от 40 до 80 литров на тонну угля в случае высокотемпературной карбонизации.

Ниже описывается быстрое частичное термическое разложение, которое используют в способе и устройстве по настоящему изобретению. А именно это быстрое частичное термическое разложение угля используют в способе получения топлива для выработки электроэнергии, в котором быстрое частичное термическое разложение сначала осуществляют посредством нагревания угля со скоростью нагрева от 10 до 10000^oC в секунду в течение от 0,1 до 10 секунд, и в котором уголь разделяют на дистиллят, главным компонентом которого является летучее вещество, и на остаток, главными компонентами которого являются полукокс и кокс, а затем дистиллят используют в качестве топлива для газовой турбины, а остаток используют в качестве топлива для котла паровой турбины.

Далее, в соответствии с настоящим изобретением, выработку электроэнергии с применением комбинированного цикла осуществляют путем использования в газовой турбине топлива для газовых турбин, полученного из дистиллята, который в свою очередь получен в результате вышеуказанного быстрого частичного термического разложения, и путем использования остатка в качестве котельного топлива.

Частичная газификация путем сжигания, используемая в способе и устройстве по настоящему изобретению, ниже разъясняется с помощью описания в качестве примера случая, когда в качестве сырья используют уголь.

А именно в случае использования частичной газификации путем сжигания в способе и устройстве по настоящему изобретению, уголь, который используют в качестве сырья, сначала разделяют на дистиллят, содержащий компонент, который можно использовать в качестве топлива для газовых турбин, и остаток, который можно использовать в качестве котельного топлива. Примерами способов осуществления частичной газификации путем сжигания являются способы, в которых используются, соответственно, печь со стационарным слоем, печь с кипящим (псевдоожиженным) слоем, печь с проточным слоем, печь с расплавленным слоем, печь с движущимся слоем, печь с комбинацией стационарного и проточного слоев, печь с комбинацией кипящего и проточного слоев и печь с комбинацией проточного и расплавленного слоев. Условия частичной газификации путем сжигания зависят от этих способов ее осуществления. Кроме того, соотношение между содержанием различных видов топлива в полученном газе зависит от того, использовали ли для окисления воздух или кислород. Для получения топлива, имеющего высокую теплотворную способность, предпочтительно использовать кислород. Кроме того, топливо, имеющее еще более высокую теплотворную способность, получают путем выделения и удаления двуокиси углерода и тому подобного из газа, получаемого при частичной газификации путем сжигания, или путем повышения содержания в получаемом газе водорода и метана, посредством реакции конверсии и реакции реформинга.

Весовое соотношение между углем, кислородом (в частности, в случае использования воздуха, между кислородом, содержащимся в воздухе) и водой, которую добавляют к углю, зависит от способов осуществления частичной газификации посредством сжигания. Далее, если вес угля принять за 1, то весовое отношение добавленного кислорода к углю составляет не более 1,5:1, а весовое отношение добавленной воды к углю - не более 3. Предпочтительно, чтобы весовое отношение кислорода к углю составляло от 0,1 до 1,2. Предпочтительно, чтобы весовое отношение воды к углю составляло от 0,1 до 2,0. Температура переработки представляет собой температуру печи и находится в интервале от 600 до 1600^oC. Давление находится в интервале от атмосферного давления до 100 атм. Таким образом, дистиллят можно получить при использовании давления, находящегося в интервале от атмосферного давления до 100 атм или около этого.

Когда весовое соотношение водяного пара, добавляемого к углю, приближается к 3, происходит сдвиг реакции моноокиси углерода в сторону водорода. В результате этого весовая доля водорода, содержащегося в дистилляте, увеличивается. Чем меньшими становятся весовые соотношения кислорода и воды, тем более газификация становится похожей на сухую перегонку (или на карбонизацию). В результате этого содержание газа понижается, а содержание жидкости повышается.

В случае осуществления частичной газификации с помощью образовавшегося при горении газа, нефтяной компонент представляет собой нафту и деготь, на которые перегоняются продукты частичной газификации, выполненной посредством сжигания, а из угля выделяют летучее вещество.

Частичная водно-газовая газификация, используемая в способе и устройстве по настоящему изобретению, ниже разъясняется с помощью описания взятого в качестве примера случая использования угля в качестве сырья. Далее, примерами способов осуществления частичной водно-газовой газификации являются способы, использующие соответственно печь со стационарным слоем, печь с кипящим (псевдоожиженным) слоем, печь с проточным слоем, печь с расплавленным слоем, печь с движущимся слоем, печь с комбинацией стационарного и проточного слоев, печь с комбинацией кипящего и проточного слоев и печь с комбинацией проточного и расплавленного слоев.

Условия, требующиеся для частичной водно-газовой газификации, зависят от того, какие из этих способов применяются. Далее, если вес угля принять за 1, то весовое соотношение добавленной воды к углю составляет не более 3. Предпочтительно, чтобы весовое отношение воды к углю составляло от 0,1 до 2,0. Температура переработки представляет собой температуру печи и находится в интервале от около 300 до 1600^oC. Давление находится в интервале от атмосферного давления до 100 атм. Когда весовое соотношение водяного пара, добавляемого к углю, приближается к 2, происходит сдвиг реакции моноокиси углерода в сторону водорода. В результате этого весовая доля водорода, содержащегося в дистилляте, увеличивается. Когда весовая доля воды приближается к 0,1, газификация становится похожей на сухую перегонку. В результате этого содержание газа уменьшается.

Нагревание угля при частичной водно-газовой газификации может осуществляться посредством нагревания печи для водно-газовой газификации снаружи, при одновременной подаче водяного пара к углю. Однако предпочтительно, чтобы водяной пар добавляли к нагревательному газу, имеющему заданную температуру, например, от 400 до 1800^oC, которую получают за счет сжигания топлива, а затем с помощью этого газа нагревали печь. В результате этого газ и летучее вещество отгоняются.

Источник влаги зависит от вида применяющейся вышеуказанной печи для водно-газовой газификации, и в качестве этого источника используют воду, дренажную воду, пар низкого давления или пар высокого давления.

Кроме водяного пара, к нагревательному газу можно добавлять водород, моноокись углерода, двуокись углерода, углеводород, часть полученного водно-газового компонента и нефтяной компонент или спирт.

В случае частичной водно-газовой газификации, газовые компоненты зависят от вида угля, степени частичной водно-газовой газификации, технологических условий устройства и сорта угля. В случае вдувания в уголь водяного пара и воздуха, полученный газ содержит в качестве основных компонентов азот, двуокись углерода, моноокись углерода, метан и водород. Количество или выход теплоты, вырабатываемой газовым компонентом, получаемым при частичной водно-газовой газификации, составляет от 1000 до 1500 ккал/Нм³. В случае вдувания в уголь водяного пара и кислорода, получаемый газ содержит в качестве основных компонентов моноокись углерода, метан, водород и двуокись углерода. Количество или выход теплоты, вырабатываемой газовым компонентом, получаемым при частичной водно-газовой газификации, составляет от 2500 до 4500 ккал/Нм³. Дистиллят обычно содержит углеводород, азотистые вещества, такие, как аммиак, сульфид, такой как сероводород, и деготь, в дополнение к вышеуказанному газовому компоненту. В качестве примера, в случае частичной водно-газовой газификации в условиях, когда обратное соотношение составляет 35%, при 830^oC и при давлении в 70 атм, в качестве эффективных компонентов содержится 24% водорода, 7% метана, 7% моноокиси углерода и 4% углеводорода, а также компонент влаги, азот, двуокись углерода, азотистые вещества, такие как, аммиак, сульфиды, такие как сероводород, а также деготь.

В случае осуществления частичной водно-газовой газификации, в качестве дистиллята из продуктов частичной газификации, проведенной путем сжигания, получают нефтяной компонент, включающий в себя в основном нафту и деготь, а из угля в качестве дистиллята получают летучее вещество.

Частичная гидрогенизация, которая используется в способе и устройстве по настоящему изобретению, ниже разъясняется путем описания, в виде примера, случая использования твердого пригодного для котлов топлива, такого как уголь. Частичную гидрогенизацию в этом случае можно осуществлять без катализатора, а также можно проводить в присутствии металлического катализатора. В случае если катализатор не применяется, получаемую нефть используют в качестве многократно используемого растворителя, и в этом случае температура переработки и давление почти такие же, как в случае термического разложения и карбонизации. Однако, поскольку гидрогенизация является экзотермической реакцией, то количество тепла, которое необходимо подавать в аппарат, очень невелико.

Далее, частичную гидрогенизацию можно осуществлять при температурах в интервале от 400 до 500^oC и при давлении от 20 до 200 атм, с использованием нефти, полученной в присутствии катализатора одноразового использования, такого как Co-Mo/глинозем, Ni-Mo/глинозем или катализатор системы железа или системы цинка, в качестве многократно используемого растворителя.

Дистиллят, полученный этим способом, имеет богатое содержание низкоуглеводородного газа, такого как метан. Кроме того, этот дистиллят имеет высокую теплотворную способность.

Частичное ожижение, которое используется в способе и устройстве по настоящему изобретению, ниже разъясняется путем описания приведенного в качестве примера случая использования твердого пригодного для котлов топлива, такого как уголь. Полученную нефть используют в качестве многократно используемого растворителя, в котором растворяют твердое пригодное для котлов топливо, без его изменения, или, в качестве альтернативы, твердое пригодное для котлов топливо растворяют в растворителе многократного пользования, предварительно измельчив его в тонкий порошок. Кроме того, ожижение выполняют без использования катализатора или с использованием катализатора, подобного тому катализатору, который используют при частичной гидрогенизации, и с использованием таких способов, как способ IG, способ EDS, способ Дау, способ цинково-хлоридного катализатора, способ Бергбау-Форшунга, способ Саарбергверке, способ SRC, способ SRC-II, способ Мицуи-SRC, способ C-SRC, способ H-Coal, способ экстракции растворителем, способ селективной экстракции с помощью газа в надкритическом состоянии, способ STC, способ сольволиза, способ CS/R, способ IGT-SRT и способ NEGOL. Что касается условий частичного ожижения, температура находится в интервале от 300 до 500^oC, а давление в интервале от 20 до 200 атм.

Если этот способ осуществляется при низком давлении, то получают большие количества полукокса и тяжелой нефти. Однако в случае способа и устройства по настоящему изобретению, такой полукокс и деготь можно использовать в котле. Таким образом, полное ожижение осуществлять не обязательно.

Микроволновое облучение, которое используется в способе и устройстве по настоящему изобретению, ниже объясняется путем описания приводимого в качестве примера случая использования твердого пригодного для котлов топлива, такого как уголь.

Микроволновое облучение представляет собой операцию, предпочтительно, осуществления частичного разложения топлива в присутствии углеводорода, с последующим охлаждением дистиллята водой или тому подобным, чтобы таким образом преобразовать дистиллят в газовый компонент, который не конденсируется, в ожиженный компонент, который поддается конденсации, а также жидкий компонент и твердый компонент, которые выделяют из него с помощью декантации.

Способ микроволнового облучения может представлять собой либо способ, в котором волны СВЧ-диапазона излучаются с внешней стороны реактора, либо другой способ, в котором волны СВЧ- диапазона излучаются внутри реактора. Далее, микроволновое облучение можно производить с помощью операций, соответствующих любой из ниже перечисленных систем: периодической системе, полунепрерывной системе и непрерывной системе.

Предпочтительно, чтобы микроволновое облучение осуществляли в присутствии углеводорода.

Примеры углеводорода включают в себя насыщенное алифатическое соединение, ненасыщенное алифатическое соединение, насыщенное алициклическое соединение, ненасыщенное алициклическое соединение и ароматический углеводород, каждая молекула которого содержит от 1 до 20 атомов углерода (а именно, углеродное число составляет от 1 до 20). Особенно предпочтителен углеводородный газ. Примеры углеводородного газа включают в себя метан, этан, этилен, ацетилен, пропан, пропилен, метилацетилен, бутан, бутен, бутадиен, пентан, гексан, гептан, бензол, толуол, ксилол и циклогексан. Углеводород может быть получен либо путем нагревания жидкого углеводорода, либо путем сопровождения его инертным газом.

Если присутствует углеводород, то этот углеводород под воздействием микроволн переходит в состояние плазмы. Это активизирует его реакцию с углем. В результате из пригодного для котлов топлива, такого как уголь, можно эффективно получить газовый компонент, жидкий компонент и остаток.

Микроволновое облучение можно осуществлять даже при обычной (или комнатной) температуре и даже в нагретом состоянии. Нагревание можно осуществлять просто с помощью нагревания реактора извне. Однако предпочтительно, чтобы углеводородный газ, нагретый до заданной температуры, подавался в печь, которая затем нагревается этим газом. Таким газом летучее вещество образуется в сопровождении нагретого газа. Температура нагревания не ниже 50^oC, предпочтительно от 100 до 1000^oC, и более предпочтительно не более 600^oC.

В случае микроволнового облучения, нефтяной компонент включает в себя в основном светлый газойль, деготь и спиртовой компонент. Когда осуществляют разложение в присутствии углеводорода, такого как водород или метан, то объемы углеводородного газа и светлого газойля увеличиваются.

Частичная газификация путем сжигания, которая используется в способе и устройстве по настоящему изобретению, ниже разъясняется путем описания приводимого в качестве примера случая, в котором пригодное для котлов топливо представляет собой смесь тяжелой нефти и угля. Даже в том случае, когда в устройстве не имеется катализатора, частичная газификация путем сжигания все же осуществляется. Кроме того, частичная газификация путем сжигания может осуществляться в присутствии катализатора, представляющего собой соединение щелочного металла, такого как калий-карбонатный катализатор, Ni-катализатор, Ni-доломитный катализатор и Ni-магнезиевый катализатор.

В том случае, когда доля угля больше, чем доля тяжелой нефти, то в качестве способа осуществления частичной газификации путем сжигания приводятся способы с использованием печи, такой как печь со стационарным слоем, печь с кипящим (псевдоожиженным) слоем, печь с проточным слоем, печь с расплавленным слоем, печь с движущимся слоем, печь с комбинацией стационарного и проточного слоев, печь с комбинацией кипящего и проточного слоев и печь с комбинацией проточного и расплавленного слоев.

В противоположность этому, в случае, когда доля тяжелой нефти больше, чем доля угля, то в качестве способов осуществления частичной газификации путем сжигания приводятся способ пластического коксования ERE, способ Убе для газификации тяжелой нефти, способ газификации, называемый способом Шелл, способ частичного окисления (способ Тексако) или способ угольного теплоносителя, который используется взамен способа коксового теплоносителя (способа КК).

В случае способа пластического коксования ERE, смесь угля и тяжелой нефти (далее здесь называемую просто сырьем) подают в реактор. Затем тяжелую нефть подвергают термическому разложению на нагревательном угле или коксе, ожиженных в реакторе, и разделению на дистиллят и остаток (а именно уголь и кокс). Остаток, прилипший к нагревательному углю или коксу, отправляют в камеру нагревания, в которой этот остаток подвергают нагреванию с помощью кокса и газа, возвращающегося из газификатора, до температуры от 600 до 650^oC. После этого остаток возвращают в реактор для повторения цикла. Часть остатка, который был отправлен в камеру нагревания, отправляют в газификатор, в котором эту часть остатка подвергают газификации с помощью воздуха и водяного пара при температуре от 925 до 975^oC. После этого полученный газ возвращают в камеру нагревания. Часть остатка, находящегося в камере нагревания, извлекают для использования в качестве котельного топлива, а остальную его часть возвращают в реактор для повторения цикла.

В том случае, если вместо способа пластического коксования ERE используют способ коксования в кипящем слое, который применяется при пневматическом термическом разложении тяжелой нефти, то остаток, прилипший к нагревательному коксу, отправляют в камеру сгорания, в которой этот остаток подвергают нагреванию с помощью подачи воздуха. После этого остаток возвращают в реактор для повторения цикла. Часть остатка, находящегося в камере сгорания, извлекают из нее для использования в качестве котельного топлива, а остальную его часть возвращают в реактор для повторения цикла.

Для тяжелой нефти, обладающей высокой вязкостью, можно использовать печь для разложения нефти типа Коммбо Флексикокер.

В случае использования способа Убе для газификации тяжелой нефти, сырье подают в печь с кипящим слоем для разложения нефти, в которой сырье подвергается разложению при температуре от 500 до 900^oC, с помощью кислорода. Затем в печь подают водяной пар вместе с кислородом, чтобы тем самым понизить парциальное давление тяжелой нефти. В результате этого активизируется разложение, а водяной пар служит для поддержания температуры печи. Если разложение происходит при температуре от 500 до 600^oC, то содержание нефти увеличивается. Если разложение происходит при температуре от 800 до 900^oC, то увеличивается содержание газового компонента. Остаток получают, подвергая полукокс диспергированию в клейком нефтяном остатке, и его можно использовать в качестве котельного топлива.

Кипящий слой состоит в основном из угля, который загружают в печь в качестве сырья. Кроме того, вместе с ним может находиться огнеупорный материал, имеющий форму шариков.

При способе газификации, называемом способом Шелл, сырье подают в газификационную печь после его предварительного нагрева. Затем в эту печь вдувают воздух или кислород. В результате сырье окисляется при температуре около 1500^oC и при давлении от атмосферного давления до 100 атм, причем в случае использования воздуха давление не превышает 20 атм, а при использовании кислорода давление не ниже 30 атм. Таким образом осуществляется частичная газификация. Газ, отходящий из газификационной печи, промывают тяжелой нефтью, используемой в качестве сырья, а затем используют в качестве топлива для газовой турбины, предварительно удалив из него мелкие частицы сажи и золы. Суспензию тяжелой нефти, содержащую мелкие частицы сажи и золы, используют в качестве сырья для газификационной печи, добавив к ней тонкоизмельченный уголь, после предварительного удаления из него влаги. Отходящий из газификационной печи газ промывают с помощью нафты и тому подобного, выделенных из дистиллята при перегонке и тому подобных операциях, в результате чего из него можно легко удалить влагу.

При способе воздушного окисления, несмотря на то, что в сырьевой материал примешивается азот, содержание которого составляет около 60%, получают газ, имеющий давление в 20 атм. И теплотворную способность в 1000 ккал/м³, который используют в газовой турбине таким, как он есть.

При способе частичного окисления, называемом способом Тексако, сырье смешивают с водяным паром и подвергают предварительному нагреву при температуре около 380^oC, а затем подают в реактор вместе с воздухом или кислородом. После этого в реакторе происходит реакция при температуре от 1200 до 1500^oC и давлении от 20 до 150 атм. Газ, выходящий из реактора, быстро охлаждают водой. Одновременно происходит сдвиг реакции отходящего газа в сторону водорода и двуокиси углерода. Далее полученный газ используют в качестве топлива для газовой турбины. Сажу, суспендированную в воде, экстрагируют с помощью нефтяного компонента или топочного мазута и смешивают с сырьем.

В случае способа угольного теплоносителя, сырье подают в колонну реактора, и из нижней части этой колонны реактора подают водяной пар. Далее, неразложившийся остаток, содержащий уголь и кокс (далее здесь называемый просто неразложившимся остатком), который нагрет в подогревателе, возвращают в реактор, в котором это сырье подвергают существенному термическому разложению. Дистиллят, полученный при термическом разложении, выходит из верхней части реактора, и его используют в качестве топлива для газовых турбин. Часть неразложившегося остатка подают из верхней части реактора в нижнюю часть подогревателя. Оставшуюся часть неразложившегося остатка используют так, как используют остаток, а именно в качестве котельного топлива. Пар подают из нижней части подогревателя. Кроме того, в подогреватель вдувают воздух и кислород из его средней части, и неразложившийся остаток подвергают сжиганию, в результате происходит его нагрев. Часть нагретого неразложившегося остатка возвращают из верхней части подогревателя в нижнюю часть реактора для повторения цикла. Кроме того, образовавшийся при горении газ выходит из верхней части подогревателя. При этом способе, кроме частичного окисления, осуществляют также газификацию, путем операции вдувания пара в подогреватель, в результате чего происходит водно-газовая газификация.

В частности, в том случае, когда доля угля высокая, для осуществления частичной газификации путем сжигания применяют, например, способы, в которых используют соответственно печь со стационарным слоем, печь с кипящим (псевдоожиженным) слоем, печь с проточным слоем, печь с расплавленным слоем, печь с движущимся слоем, печь с комбинацией стационарного и проточного слоев, печь с комбинацией кипящего и проточного слоев и печь с комбинацией проточного и расплавленного слоев.

В частности, в случае вышеупомянутых способов, используемых в том случае, когда доля угля высокая, весовое соотношение между углем, кислородом (в случае использования воздуха - кислородом, содержащимся в воздухе) и водой, которую добавляют к смеси угля и топочного мазута, зависит от способов осуществления частичной газификации путем сжигания. Далее, если вес смеси угля и топочного мазута принять за 1, то весовое соотношение добавленного кислорода к смеси угля и топочного мазута составляет не более чем около 1,0:1, а весовое соотношение добавленной воды к смеси угля и топочного мазута составляет не более 3:1. Предпочтительно, чтобы весовое отношение кислорода к смеси угля и топочного мазута составляло от 0,1 до 0,5. Кроме того, весовое соотношение воды к смеси угля и топочного мазута составляет от 0,5 до 2,0. Температура переработки представляет собой температуру печи и находится в интервале от около 300 до 1600^oC. Давление находится в интервале от атмосферного давления до 100 атмосфер. Следовательно, дистиллят можно получить с помощью давления, которое находится в интервале между атмосферным давлением и 100 атм.

Источник водяного пара зависит от вида вышеуказанной печи для осуществления частичной газификации путем сжигания, и в качестве его источника используют воду, дренажную воду, пар низкого давления и пар высокого давления. Воду можно смешать с углем, и можно подавать в печь для частичной газификации путем сжигания в виде водно-угольной текучей смеси. Подобным же образом, воду можно подавать в печь для частичной газификации путем сжигания в виде текучей смеси тяжелой нефти и воды или текучей смеси из угля, тяжелой нефти и воды.

Когда весовое соотношение добавляемого водяного пара приближается к 3, происходит сдвиг реакции моноокиси углерода в сторону водорода. В результате этого весовая доля водорода, содержащегося в дистилляте, увеличивается. Когда весовые соотношения кислорода и воды становятся меньшими, газификация становится похожей на термическое разложение. В результате этого содержание газа уменьшается, а содержание жидкости увеличивается.

К воздуху, кислороду и водяному пару можно добавить водород, моноокись углерода, двуокись углерода, углеводород и часть полученного газового компонента, нефтяной компонент или спирт.

Предпочтительно, чтобы температура газификации была не выше 1000^oC, и более предпочтительно, чтобы температура газификации была не выше 600^oC.

В устройстве по настоящему изобретению, в случае, когда дистиллят уже превращен в газ или смесь газа и жидкости, твердые вещества к нему почти не примешиваются. Однако, если необходимо, твердые вещества, примешанные к нему, можно удалить с помощью циклона, фильтра или фильтра грубой очистки.

Температура частичной переработки в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно составляет не выше 1000^oC, более предпочтительно не выше 600^oC, и наиболее предпочтительно не выше 500^oC. В результате, соль Na, соль К и соединение V почти не примешиваются к дистилляту. Топливо для газовых турбин, имеющее предпочтительные показатели (теплотворной способности), можно получить таким образом, либо с дополнительным осуществлением такой простой операции, как перегонка (разгонка).

Хотя дистиллят (Д) можно использовать в качестве топлива для газовых турбин (А) таким, как он есть, в качестве топлива для газовых турбин (А) можно также использовать неконденсируемый газовый компонент (V) и конденсируемый жидкий компонент, которые получают при охлаждении дистиллята.

Иногда дистиллят (Д) содержит, кроме газового компонента (V), обычные азотистые соединения, такие как аммиак, сульфид, такой как: сероводород, углеводород с высоким молекулярным весом и деготь.

Газовый компонент (V) можно очистить путем промывки жидким компонентом (который будет описан ниже), нефтяным компонентом и другими промывочными агентами. Далее, сероводород можно удалить с помощью оборудования для десульфурации, после удаления из него пыли.

Далее, дистиллят или газ, которые находятся в состоянии высокой температуры и высокого давления, можно подавать в камеру сгорания газовой турбины, используя циклон и фильтр.

Жидкий компонент включает в себя влагу и нефтяной компонент (Н). Далее, если это необходимо, в качестве топлива для газовых турбин используют только нефтяной компонент (Н), удалив влагу из жидкого компонента. Неорганическое вещество, такое как соль, конденсируется во влаге. Итак, если используется газовая турбина, то предпочтительно использовать только нефтяной компонент (Н). Выделенная влага содержит спирт, карбоновую кислоту и кислую фракцию дегтя, и поэтому ее подмешивают к котельному топливу (К). Далее, жидкий компонент, влагу или нефтяной компонент можно использовать после удаления из них твердых материалов, с помощью фильтра или фильтра грубой очистки.

Нефтяной компонент (Н) представляет собой, в основном, нафту, керосин, светлый нефтепродукт или деготь, и его получают посредством частичного разложения пригодного для котлов топлива (Т) и/или его получают в результате растворения летучего вещества, имеющегося в этом топливе (Т), в таком виде, как оно есть.

Нефтяной компонент (Н) можно также использовать после очистки и сепарации путем перегонки и тому подобного. Соединения солей, такие как соли, содержащие натрий, калий и кальций, а также неорганические вещества, такие как свинец и ванадий, конденсируются в остатке после перегонки. Таким образом, после перегонки и очистки получают более желательное топливо для газовых турбин (Г). В этом случае остаток (O') можно подмешивать к котельному топливу (К).

Устройство по настоящему изобретению можно выполнить так, чтобы смесь газового компонента и нефтяного компонента сжигали в одной и той же газовой турбине. В качестве альтернативы, устройство по настоящему изобретению можно выполнить так, чтобы газовая турбина для сжигания газа и газовая турбина для сжигания нефти были бы отдельными установками, предназначенными для сжигания соответственно газового компонента и нефтяного компонента. В частности, в последнем случае предпочтительно, чтобы одна или более газовых турбин для сжигания газа и одна или более газовых турбин для сжигания нефти соответственно были бы предназначены для одного котла в данном устройстве.

Давление газа, выходящего из выпуска газовой турбины, может быть равным атмосферному давлению. В качестве альтернативы, отходящий из газовой турбины газ может быть подвергнут сжатию у выпуска газовой турбины. Настройка значения давления отходящего газа на величину атмосферного давления позволяет эффективно утилизировать энергию образовавшегося при горении газа, имеющего высокую температуру и высокое давление. Когда отходящий из газовой турбины газ подают в котел и там этот отработавший газ снова сжигают, то остаточную теплоту, давление и кислород можно утилизировать с помощью обычного котла, который может работать при атмосферном давлении.

Содержание примесей в топливе для газовых турбин (Г), например, следующее: содержание натрия и содержание калия, сумма которых, предпочтительно, составляет не более 0,5 частей на миллион по весу; содержание ванадия предпочтительно не более 0,5 частей на миллион по весу; содержание кальция предпочтительно не более 0,5 частей на миллион по весу, поскольку кальциевый компонент приводит к образованию самых твердых отложений или отстоя; и содержание свинца, которое предпочтительно составляет не более 0,5 частей на миллион по весу, поскольку свинец вызывает коррозию и снижает эффективность магнезиевой добавки, предназначенной для предотвращения коррозии.

Таким образом, такое желательное для газовых турбин топливо можно получить путем частичной переработки пригодного для котлов топлива в соответствии с настоящим изобретением.

В случае частичной газификации смеси угля и тяжелого топлива, выполняемой путем сжигания, получаемый остаток зависит от вида используемого угля и топочного мазута, соотношений их смешивания, степени частичной газификации путем сжигания этой смеси и от условий переработки. Кроме того, в некоторых случаях остаток получают в таком состоянии, когда полукокс или кокс диспергированы в клейком нефтяном остатке. Далее, остаток этой смеси иногда получают в полностью скоксованном виде. Однако, одно из этих состояний остатка указанной смеси выбирают в соответствии с типом котла.

Остаток угля представляет собой полукокс, в случае осуществления низкотемпературной карбонизации, и кокс, в случае проведения высокотемпературной карбонизации, и представляет собой вещество, которое сохраняет форму угля, в случае осуществления карбонизации путем термического разложения, поскольку при этом не происходит спекания. В описании способа и устройства по настоящему изобретению такой остаток называют остатком карбонизации, осуществляемой путем термического разложения.

Хотя это во многом зависит от вида угля, но выход полукокса в случае осуществления низкотемпературной карбонизации выше, чем выход кокса при осуществлении высокотемпературной карбонизации. Выход остатка при осуществлении карбонизации путем термического разложения еще выше, чем выход полукокса, и иногда достигает 800 кг на тонну угля или около этого.

В случае осуществления микроволнового облучения, остаток представляет собой остаток разложения продуктов карбоксилирования, или полукокс, и имеет высокую теплотворную способность, составляющую от 5000 до 6500 ккал/кг.

В случае осуществления частичной водно-газовой газификации и частичной газификации путем сжигания, остатки получают в виде порошка или в виде комков, образовавшихся в результате размягчения или расплавления, или в виде кокса или полукокса, в зависимости от вида угля, степени частичной водно-газовой газификации смеси и от условий переработки. В остатках сконденсированы зольный компонент, различные виды солевых компонентов, или компоненты, вызывающие коррозию лопастей турбин, такие как ванадий.

В случае осуществления частичной переработки топочного мазута, остатки представляют собой высоковязкую нефть, высушенное вещество или кокс.

В случае частичной переработки топочного мазута или угольной нефти, остатки представляют собой смесь остатков, описанных выше для случая переработки угля и топочного мазута.

В случае частичной переработки пластмассовых отходов, остатки представляют собой остатки от разложения и нефть с высокой вязкостью.

В случае способа и устройства по настоящему изобретению, котел для сжигания остатков может выполнять как сжигание остатков при атмосферном давлении, так и сжигание остатков, находящихся под давлением, превышающим атмосферное. Поэтому способ и устройство по настоящему изобретению можно осуществить легко и экономично, посредством использования установки для выработки электроэнергии, в которой используется обычный котел, который имеет как поверхность теплопередачи путем излучения, так и поверхность теплопередачи путем конвекции, и при этом не требуется больших модификаций оборудования.

В случае устройства по настоящему изобретению, температура поверхности трубы котла низкая, а именно около 600^oC. Поэтому, даже в том случае, если в котле находятся соли щелочных металлов или соли щелочноземельных металлов или компонент ванадия (V), котел можно использовать. Далее, характерной чертой настоящего изобретения является то, что остаток, в котором сконденсированы эти примеси, можно сжечь.

Соотношение между количеством теплоты, потребляемым газовой турбиной, и количеством теплоты, потребляемым паровой турбиной, составляет (от 20 до 60%) : (от 80 до 40%), в тот период, когда турбины находятся в полностью работающем состоянии. Предпочтительное соотношение составляет (от 30 до 55%) : (от 70 до 45%), а наиболее предпочтительное соотношение составляет (от 35 до 50%) : (от 65 до 50%).

Поэтому соотношение между количеством теплоты, поступающим от топлива для газовых турбин (А) и поступающим от котельного топлива (К), должно находиться в вышеуказанном интервале соотношений.

В случае, когда электроэнергию вырабатывают с использованием только дистиллята (Д) и остатка (О), полученных при частичной переработке пригодного для котлов топлива (Т), соотношение между теплотворной способностью дистиллята (или нефтяного компонента или очищенного нефтяного компонента) и теплотворной способностью остатка доводят до значения, которое находится в пределах вышеупомянутого интервала соотношений. Далее, в случае, когда электроэнергию вырабатывают с использованием комбинации пригодного для газовых турбин топлива (Г'), пригодного для котлов топлива (Т'), а также дистиллята (Д) и остатка (О), полученных при частичной переработке пригодного для котлов топлива (Т'), то соотношение между показателями теплотворной способности топлива для газовых турбин (А) и котельного топлива (К), которые получены после осуществления такой комбинации, доводят до значения, которое находится в пределах вышеуказанного интервала соотношений.

В случае, если отношение теплотворной способности топлива для газовых турбин к этому показателю котельного топлива слишком низкое, по сравнению со значениями вышеуказанного интервала соотношений, то эффективность выработки электроэнергии не будет значительно повышенной. Кроме того, для того чтобы добиться полной газификации или глубокой переработки, вышеуказанное соотношение теплотворной способности топлива для газовых турбин к этому показателю котельного топлива необходимо повысить по сравнению с указанным интервалом соотношений. В этом случае способ и устройство по настоящему изобретению становятся экономически невыгодными с точки зрения стоимости оборудования и переработки.

Кроме того, что касается соотношения между показателями теплотворной способности топлива для газовых турбин и котельного топлива, то следует учитывать, что отработавший газ, отходящий из газовой турбины, подают в котел, в котором эти остатки можно сжечь. В результате теплотворная способность и остаточный кислород, имеющиеся в отработавшем газе газовой турбины, могут быть эффективно утилизированы. Вследствие этого, термический КПД можно повысить посредством осуществления выработки электроэнергии с комбинированным циклом, с повторным сжиганием отработавшего газа.

Кроме того, сумму содержания Na и содержания К в топливе для газовых турбин (Г) или в топливе для газовых турбин (А), полученном путем смешивания происходящего из дистиллята топлива для газовых турбин (Г) и пригодного для газовых турбин топлива (Т'), можно довести до такого показателя, чтобы она была равной или меньшей, чем 0,5 частей на миллион, и, кроме того, содержание V в топливе (Т) доводят до показателя 0,5 частей на миллион или менее. Вследствие этого можно легко получить топливо для газовой турбины, при использовании которого лопасти газовой турбины не подвергаются коррозии, даже при длительном использовании.

Кроме того, можно использовать подходящий вид топлива, который выбирают, в соответствии с обстоятельствами, из топлива, мало загрязняющего окружающую среду, дешевого топлива или из имеющегося в избытке топлива и т.д., отрегулировав при этом соотношение показателей теплотворной способности пригодного для газовых турбин топлива и котельного топлива до значений вышеуказанного интервала соотношений.

Таким образом, в случае выработки электроэнергии в соответствии со способом и устройством по настоящему изобретению, выработку электроэнергии осуществляют с использованием избыточных количеств керосина, имеющихся в сезоны, когда нет необходимости отапливать жилые помещения, путем использования побочного газа в качестве пригодного для газовой турбины топлива, в том случае, когда в качестве побочного продукта образуется метан, или с использованием пригодного для котлов топлива, такого как отходы пластмассы, или путем выработки топлива для газовых турбин и котельного топлива посредством частичной переработки пригодного для котлов топлива, когда эта переработка пригодного для котлов топлива необходима. Вследствие этого достигается оптимальная выработка электроэнергии, в соответствии с количеством имеющихся ресурсов, с учетом затрат и экологических характеристик устройства для выработки электроэнергии.

Вышеуказанная частичная переработка пригодного для котлов топлива ниже кратко описывается с теоретической точки зрения, при этом опускается описание общих потерь тепла.

Например, частичную переработку пригодного для котлов топлива, имеющего теплотворную способность в 100 Мкал (мегакалорий) осуществляют так, чтобы разделить пригодное для котлов топливо на дистиллят, имеющий теплотворную способность в 45 Мкал, и остаток, имеющий теплотворную способность в 55 Мкал. Далее, одну треть теплотворной способности дистиллята (15 Мкал) превращают в электроэнергию, а остальное количество дистиллята, соответствующее остальной части теплотворной способности дистиллята (30 Мкал), превращается в отходящий из газовой турбины отработавший газ, образовавшийся в результате сжигания дистиллята в газовой турбине. Температура этого образовавшегося при сжигании отходящего газа составляет от 450 до 700^oC. Этот образовавшийся при сжигании отходящий газ содержит кислород, в количестве от 10 до 15% по объему. Когда этот образованный продуктами сгорания отработавший газ (теплотворная способность которого составляет 30 Мкал), а также остаток (теплотворная способность которого составляет 55 Мкал) подают в котел и сжигают в нем, то часть этого остатка, теплотворная способность которого составляет 90% (а именно, 76,5 Мкал) от общей теплотворной способности остатка, расходуется на образование водяного пара. Далее, остальная часть остатка, теплотворная способность которой составляет 10% (а именно, 8,5 Мкал) от общей теплотворной способности этого остатка, уходит в потери в виде отработавшего газа, отходящего из котла. Когда выработку электроэнергии осуществляют с помощью паровой турбины посредством выработанного пара (имеющего теплотворную способность в 76,5 Мкал), то количество теплоты в 35,2 Мкал преобразовывается в электроэнергию с термическим КПД в 46%. Итого, только 50,2 Мкал от всей теплотворной способности пригодного для котлов топлива (составляющей 100 Мкал) преобразовываются в электроэнергию.

В противоположность этому, в случае когда электроэнергию вырабатывают просто посредством подачи пригодного для котлов топлива в котел, как в случае обычного устройства, 90% (90 Мкал) теплотворной способности топлива расходуется на образование пара путем сжигания пригодного для котлов топлива, имеющего теплотворную способность в 100 Мкал. Когда электроэнергию вырабатывают посредством паровой турбины, то количество теплоты в 43 Мкал преобразовывается в электроэнергию, с термическим КПД в 48%. Итого, лишь 41,4 Мкал от общего количества теплотворной способности (100 Мкал) угля преобразовываются в электроэнергию.

Итак, в соответствии с настоящим изобретением, пригодное для котлов топливо разделяют на дистиллят и остаток путем осуществления частичной переработки пригодного для котлов топлива. Таким образом, топливо для газовых турбин и котельное топливо, которые имеют подходящие качественные характеристики, можно получить таким образом, что соотношение показателей теплотворной способности топлива для газовых турбин и котельного топлива будет соответствовать вышеуказанному интервалу соотношений показателей теплотворной способности. Кроме того, получение топлива и выработка электроэнергии с помощью комбинированного цикла осуществляются просто и экономически выгодно.

Вышеупомянутая связь между настоящим изобретением и обычным устройством ниже описывается более приближенно к условиям практики, при использовании такого типичного пригодного для котлов топлива, которое является более типичным видом топлива.

В случае если сначала вырабатывают водяной пар просто путем сжигания в котле угля (из расчета высшей теплоты сгорания (ВТС), равной 6200 ккал/кг), содержащего 30% летучего вещества по весу, и в случае когда посредством паровой турбины вырабатывают 1000 MВт электроэнергии, требуется 8536 тонн угля в день. При этом общий термический КПД составляет 39% (в расчете на ВТС).

В противоположность этому, в случае выработки электроэнергии с помощью устройства по настоящему изобретению, 7398 тонн в день такого же самого угля подвергают карбонизации при 450^oC. В результате этого получают 2005 тонн/день топлива для газовых турбин, в соответствии с количеством летучего вещества, содержащегося в этом угле. Далее, с использованием этого топлива для газовых турбин получают 269 МВт электроэнергии, посредством выработки электроэнергии газовой турбиной. Образовавшийся в результате сгорания отработавший газ, отходящий из газовой турбины, содержит 13% по объему кислорода при температуре 580^oC. Поэтому этот отработавший газ, являющийся продуктом горения и отходящий из газовой турбины, подают в котел, и этот остаток можно сжечь. Далее, 731 МВт электроэнергии можно получить с помощью паровой турбины. Итого, можно выработать 1000 МВт электроэнергии, используя 7398 тонн/день того же самого угля. Кроме того, общий термический КПД при этом может быть повышен до 45%.

В частности, было установлено, что уголь, такой как низкосортный бурый уголь, который богат содержанием летучего вещества и имеет соотношение теплотворной способности дистиллята к общей теплотворной способности угля, составляющее от 20% до 60%, более предпочтительно не менее 30%, и наиболее предпочтительно от 35% до 50%, можно эффективно утилизировать. Далее, по сравнению с полной газификацией этого угля, можно легко извлечь летучее вещество в виде дистиллята. Кроме того, сырье при этом не окисляется. Таким образом, можно получить топливо с низким содержанием примесей, таких как Na, К или V, при сохранении первоначального значения теплотворной способности, посредством осуществления переработки при низкой температуре.

Далее, в случае, когда 1000 МВт энергии получают просто путем сжигания тяжелой нефти (из расчета ВТС 9800 ккал/кг) с помощью котла для выработки пара и с выработкой электроэнергии посредством паровой турбины, то требуется 5265 тонн/день тяжелой нефти. В этом случае общий КПД выработки электроэнергии составляет 40% (в расчете на ВТС).

В противоположность этому, в случае выработки электроэнергии в соответствии с настоящим изобретением, осуществляют термическое разложение 4481 тонн/день такой же самой тяжелой нефти при температуре 480^oC, с помощью способа висбрекинга. Далее, получают 1824 тонн/день топлива для газовых турбин, с помощью упрощенного способа отгонки легких фракций. Далее, 312 МВт электроэнергии можно выработать посредством газовой турбины, используя это топливо для газовой турбины. Образовавшийся в результате горения отработавший газ, выходящий из газовой турбины, содержит 13 объемных % кислорода при температуре 580^oC. Таким образом, остаток можно сжечь, путем подачи являющегося продуктом сгорания отработавшего газа, который выходит из газовой турбины в котел. Еще 688 МВт электроэнергии можно выработать с помощью паровой турбины. Итого, 1000 МВт электроэнергии можно выработать путем использования 4481 тонн/день той же самой тяжелой нефти. Кроме того, общий КПД выработки электроэнергии при этом может быть повышен до 47%.

В частности, в качестве тяжелой нефти можно использовать различные виды сырья. Кроме того, по сравнению с полной газификацией этой тяжелой нефти, можно легко получить компонент, который затем можно легко выделить в виде дистиллята с помощью термического разложения. Кроме того, сырье при этом не окисляется. Таким образом, можно получить топливо с низким содержанием примесей, таких как Na, К или V, при сохранении первоначального значения теплотворной способности, посредством осуществления переработки при низкой температуре.

Это справедливо и для случая использования смеси угля и другого пригодного для котлов топлива, или смеси топочного мазута и другого пригодного для котлов топлива, или, в частности, для смеси угля и топочного мазута, в дополнение к вышеуказанному случаю использования топочного мазута в отдельности, а также справедливо для случая изменения обычного соотношения видов топлива, например, понижения доли дистиллята в тот период, когда имеются излишки керосина, и использования керосина в качестве вспомогательного вида пригодного для газовых турбин топлива, или наоборот, в случае понижения доли остатка.

Далее, устройство по настоящему изобретению размещают вблизи от производственных мощностей, таких как завод или установка для очистки нефти, сталеплавильный завод или химический завод, в которых пригодное для газовых турбин топливо и пригодное для котлов топливо имеются в одном и том же месте. Далее, устройство по настоящему изобретению может осуществлять вышеуказанный способ выработки электроэнергии с применением комбинированного цикла, предпочтительно выработку электроэнергии с применением комбинированного цикла с повторным сжиганием отработавшего газа, посредством использования пригодного для газовых турбин топлива и пригодного для котлов топлива, поставляемых с каждой из этих установок или заводов.

Установка для очистки нефти получает сырую нефть или другие непереработанные виды сырья или топлива и может поставлять пригодное для газовых турбин топливо, такое как водород, СПГ, нефтехимическая нафта, авиационный бензин, автомобильный бензин, топливо для реактивных двигателей, керосин и дизельный светлый нефтепродукт, а также может поставлять пригодное для котлов топливо, такое как топочный мазут А, топочный мазут В, топочный мазут С, нефтяной остаток при пониженном давлении, асфальт, нефтяной кокс и пек.

Итак, устройство для выработки электроэнергии по настоящему изобретению может осуществлять выработку электроэнергии с использованием комбинированного цикла, предпочтительно выработку электроэнергии с использованием комбинированного цикла и с повторным сжиганием отработавшего газа, без необходимости иметь специальную установку для частичной переработки топлива, посредством использования пригодного для газовых турбин топлива и пригодного для котлов топлива, таким образом, чтобы соотношение между показателями теплотворной способности этих видов топлива было отрегулировано до указанного выше интервала соотношений между ними.

Аналогично, на сталеплавильном заводе получают доменный газ, который содержит моноокись углерода и водород, или коксовый газ, образующийся во время выработки кокса и богатый содержанием водорода, метана и двуокиси углерода. Далее, такой доменный газ или коксовый газ используют в качестве пригодного для газовых турбин топлива. Кроме того, углеродистый остаток, получаемый на сталеплавильном заводе, используемый для выплавки стали кокс, уголь, являющийся сырьем для получения кокса, используемый для плавки железной руды природный газ, тяжелая нефть и угольная пыль используются в качестве пригодного для котлов топлива. Далее, пригодное для газовых турбин топливо и пригодное для котлов топливо используют так, чтобы соотношение между показателями теплотворной способности этих видов топлива было отрегулировано в соответствии с вышеуказанным интервалом соотношений между этими показателями. Вследствие этого, устройство по настоящему изобретению может осуществлять выработку электроэнергии с применением комбинированного цикла, предпочтительно выработку электроэнергии с применением комбинированного цикла и с повторным сжиганием отработавшего газа, без необходимости иметь специальную установку для частичной переработки топлива.

Далее, подобным же образом, химический завод получает по крайней мере один из нижеуказанных видов сырья и топлива, таких как СПГ, бутан, нафта, топочный мазут или уголь, и осуществляет реакции синтеза или тому подобные. После этого горючие газы, такие как водород, моноокись углерода, метан, этан, этилен, пропан, пропилен и топочный газ, и/или жидкие продукты, точка кипения которых при атмосферном давлении не выше 500^oC, поступают с этой установки или завода в качестве пригодного для газовых турбин топлива. В свою очередь, деготь и отходы, поступающие из этой установки или завода, либо тяжелая нефть и уголь, используемые в качестве сырья или топлива для химических установок, могут использоваться в качестве пригодного для котлов топлива. В результате этого, устройство для выработки электроэнергии по настоящему изобретению может осуществлять выработку электроэнергии с применением комбинированного цикла, предпочтительно выработку электроэнергии с применением комбинированного цикла и с повторным сжиганием отработавшего газа, без необходимости иметь специальную установку для частичной переработки топлива, с использованием пригодного для газовых турбин топлива и пригодного для котлов топлива таким образом, чтобы соотношение между показателями теплотворной способности этих видов топлива было отрегулировано в соответствии с вышеуказанным интервалом соотношений между этими показателями.

Примерами таких химических установок или заводов являются: завод или установка для выпуска олефиновых/ароматических продуктов, на которой осуществляется нафта-крекинг; завод по выпуску полимеров общего назначения, изготавливающий различные полимеры общего назначения, такие, как полиолефин, полистирол и поливинилхлорид; завод или установка для выпуска полимеров, производящая полиэфир, нейлон, полиуретан, полиакрилонитрил, поливинилацетат и полиацеталь; и завод или установка для выпуска низкомолекулярных химических соединений, таких, как аммиак, мочевина, сульфат аммония, нитрат аммония, меламин, акрилонитрил, метанол, формалин, ацетальдегид, уксусная кислота, винилацетат, пентаэритрит, этанол, пропанол, бутанол, октанол, этилен оксид, пропилен оксид, глицерин, фенол, бисфенол, анилин, дифенилметандиизоцианат, толилендиизоацетат, ацетон, метилизобутилкетон, малеиновый ангидрид, акриловая кислота, полиакриловая кислота, метакриловая кислота, полиметакриловая кислота и акриловый амид.

Способ и устройство по настоящему изобретению могут быть использованы на комбинате (или промышленном комплексе), а именно представляющих собой комбинацию различных установок и заводов, таких, как завод или установка для очистки нефти, нефтехимический завод, чугуноплавильный завод, сталеплавильный завод, предприятие пищевой промышленности и теплоэлектростанция.

Далее, устройство по настоящему изобретению размещают вблизи от угольной шахты, и в таком случае для него используют уголь и каменноугольный газ в качестве пригодного для котлов топлива и пригодного для газовых турбин топлива, соответственно, так, чтобы соотношение между показателями теплотворной способности этих видов топлива было отрегулировано таким образом, чтобы оно находилось в пределах вышеуказанного интервала соотношений между этими показателями. Следовательно, устройство по настоящему изобретению может осуществлять выработку электроэнергии путем комбинированного цикла, предпочтительно, выработку электроэнергии с применением комбинированного цикла и с повторным сжиганием отработавшего газа, без необходимости иметь специальную установку для частичной переработки топлива.

Далее, установка для выработки электроэнергии по настоящему изобретению утилизирует метан, который вырабатывается при брожении отстоя, куриного помета или отходов от производства растительного творога, образующихся при выработке соевого сыра ("тофу") и тому подобного, а также использует полученный при этом сухой остаток, в качестве пригодного для газовых турбин топлива и пригодного для котлов топлива, соответственно, таким образом, чтобы соотношение между показателями теплотворной способности этих видов топлива было отрегулировано в соответствии с вышеупомянутым интервалом соотношений между этими показателями. Таким образом, устройство по настоящему изобретению может осуществлять выработку электроэнергии с применением комбинированного цикла, предпочтительно выработку электроэнергии с применением комбинированного цикла и с повторным сжиганием отработавшего газа, без необходимости иметь специальную установку для частичной переработки топлива.

Таким образом, с помощью установки для выработки электроэнергии по настоящему изобретению можно добиться эффективной выработки электроэнергии посредством размещения ее вблизи от производственных мощностей, таких как установка или завод для очистки нефти, сталеплавильный завод или химический завод, и посредством выработки электроэнергии в том же самом месте, а именно на том же предприятии, путем использования пригодного для газовых турбин топлива и пригодного для котлов топлива, получаемых на этом предприятии. В результате этого, выработанную электроэнергию можно использовать не только в качестве энергии, потребляемой самим этим предприятием или отдельными его установками, но и для продажи. Следовательно, способ и устройство для выработки электроэнергии по настоящему изобретению может восполнить дефицит электроэнергии в периоды пиков спроса на нее.

Ниже описываются некоторые варианты осуществления настоящего изобретения более подробно, со ссылками на прилагаемые чертежи.

Далее, на прилагаемых чертежах показаны только первичные части устройства по выработке электроэнергии, являющегося вариантом осуществления настоящего изобретения. А именно, чертежи таких устройств, как насосы, теплообменники, циклоны, фильтры грубой очистки, фильтры, емкости для хранения топлива, устройства для транспортировки твердого вещества и оборудование для выработки нагревательного газа, вспомогательные устройства, устройства для нитрификации дымовых газов, десульфураторы и декарбонизаторы, для упрощения чертежей опущены.

Далее, составные части осуществления способов частичного разложения пригодного для котлов топлива ниже описываются в соответствии с нижеследующими способами и со ссылками на фиг. 1.

А) КАРБОНИЗАЦИЯ
В показанном на фиг. 1 устройстве предпочтительно уголь 1 предварительно высушивают. Далее такой уголь 1 подают в устройство для переработки путем частичного разложения (в данном случае, устройство для карбонизации, в частности устройство 2 для низкотемпературной карбонизации). Затем уголь 1 нагревают до заданной температуры с использованием нагревательного газа 15, который отдельно вырабатывают путем сжигания топлива. Таким образом, получают дистиллят 3 в сопровождении нагревательного газа 15. Остаток 4 (в данном случае, полукокс) выгружают из нижней части устройства 2 для переработки путем частичного разложения.

В) МИКРОВОЛНОВОЕ ОБЛУЧЕНИЕ
В показанном на фиг. 1 устройстве предпочтительно уголь 1 предварительно высушивают. Далее такой уголь 1 подают в устройство для переработки путем частичного разложения (в данном случае, устройство 2 для микроволнового облучения). Затем осуществляют частичное разложение угля 1, вместе с углеводородным газом 15', вместо нагревательного газа 15. В результате получают дистиллят 3. Далее, остаток 4 выгружают из нижней части устройства 2 для переработки путем частичного разложения.

С) ЧАСТИЧНАЯ ВОДНО-ГАЗОВАЯ ГАЗИФИКАЦИЯ
В показанном на фиг. 1 устройстве уголь 1 подают в устройство для переработки путем частичного разложения (в данном случае, устройство для частичной водно-газовой газификации, в частности печь для газификации со стационарным слоем) 2, после того как замерили содержание влаги в угле 1. Затем осуществляют частичную водно-газовую газификацию угля 1 при заданной температуре, при заданном давлении и в течение заданного времени реакции, вместе с нагревательным газом 15', который отдельно вырабатывают путем сжигания топлива и к которому добавляют заданное количество водяного пара, вместо нагревательного газа 15. В результате получают дистиллят 3 из верхней части устройства 2 для переработки путем частичной водно-газовой газификации. Далее, остаток 4 выгружают из нижней части этого устройства.

D) ЧАСТИЧНАЯ ГАЗИФИКАЦИЯ УГЛЯ ПУТЕМ СЖИГАНИЯ
В случае частичной газификации путем сжигания процесс имеет следующие отличия от описанного выше процесса карбонизации.

В показанном на фиг. 1 устройстве уголь 1 подают в устройство для переработки путем частичного разложения (в данном случае, устройство для газификации с проточным слоем) 2. Затем осуществляют частичную газификацию путем сжигания для угля 1, к которому добавляют заранее определенное количество воздуха (или кислорода) 17 и водяного пара 18, вместо нагревательного газа 15, при заданной температуре, при заданном давлении и в течение заданного времени реакции. В результате получают дистиллят 3 из верхней части устройства 2 для переработки путем частичного разложения. Далее, остаток 4 выгружают из нижней части этого устройства.

Е) ЧАСТИЧНАЯ ГАЗИФИКАЦИЯ ПУТЕМ СЖИГАНИЯ СМЕСИ УГЛЯ И ТЯЖЕЛОЙ НЕФТИ
В показанном на фиг. 1 устройстве смесь 1 угля и топочного мазута подают в устройство для переработки путем частичного сжигания (в данном случае, устройство для газификации с проточным слоем) 2. При необходимости, уголь и топочный мазут можно подавать по отдельности к устройству 2. Затем осуществляют частичную газификацию путем сжигания для смеси 1, к которой добавляют предопределенное количество воздуха (или кислорода) 17 и водяного пара 18, вместо нагревательного газа 15, при заданной температуре, при заданном давлении и в течение заданного времени реакции. В результате получают дистиллят 3 из верхней части устройства 2 для переработки способом частичной газификации путем сжигания. Далее, остаток 4 выгружают из нижней части этого устройства.

F) ТЕРМИЧЕСКОЕ РАЗЛОЖЕНИЕ
В показанном на фиг. 1 устройстве пригодное для котлов топливо (в данном случае, топочный мазут) 1, предназначенное для частичного разложения, подают в устройство 2 для переработки путем термического разложения (в данном случае, с помощью способа висбрекинга). Затем осуществляют частичное разложение пригодного для котлов топлива 1 при заданной температуре, при заданном давлении и в течение заданного времени реакции. В результате получают дистиллят 3 из верхней части устройства 2 для переработки путем термического разложения. Далее, остаток 4 выгружают из нижней части этого устройства. В данном случае, при термическом разложении тяжелой нефти нет необходимости вдувать в нее нагревательный газ 15.

В устройстве, показанном на фиг. 1, дистиллят, полученный с помощью различных способов частичной переработки, подают в камеру сгорания 23 газовой турбины (состоящей из главного корпуса 21, компрессора 22 и камеры сгорания 23). Затем этот дистиллят 3 смешивают со сжатым воздухом 25 (в данном случае, вместо сжатого воздуха можно использовать обогащенный кислородом воздух). После сгорания образуется являющийся продуктом горения газ 27, имеющий высокую температуру и высокое давление. Далее, газовую турбину приводят в движение с помощью этого предназначенного для приведения в движение газовой турбины образовавшегося в результате горения газа 27. Затем генератор для газовой турбины 24, установленный на валу газовой турбины, вырабатывает электроэнергию.

В свою очередь, остаток 4 подают в котел 31, в котором остаток 4 сжигают путем подачи воздуха 35. В результате этого вырабатывается водяной пар 32. Затем полученный пар 32 подают к паровой турбине 33. С его помощью генератор 34 паровой турбины, установленный на валу паровой турбины, вырабатывает электроэнергию. В паровой турбине 33 имеется конденсатор 37. Далее, конденсатор 37 конденсирует водяной пар в состоянии отрицательного избыточного давления по отношению к атмосферному давлению. Далее, конденсатор 37 конденсирует отработавший газ, выходящий из паровой турбины, отделяя этот конденсат от отработавшего газа. Затем конденсат возвращают в котел 31 для повторения цикла, вместе с подпиточной водой в качестве воды 38 для питания котла.

В вышеуказанном устройстве высокотемпературный отработавший газ 28 газовой турбины, отходящий из газовой турбины, можно подавать к котлу 31 с помощью устройства для подачи отработавшего газа. В отработавшем газе 28 газовой турбины остается 10-15 объемных % кислорода. Способ сжигания остатка 4 (а именно, путем повторного сжигания отработавшего газа) в котле 31 с помощью этого кислорода может увеличить термический КПД выработки электроэнергии, осуществляемой с помощью комбинированного цикла благодаря тому, что при этом нет необходимости новой подачи в него воздуха 35 (как правило, имеющего обычную температуру), и благодаря тому, что утилизируется теплота отработавшего газа. Кроме того, обработка с помощью отработавшего газа может быть выполнена экономно. Поэтому данный способ предпочтителен.

Нет необходимости говорить, что к отработавшему газу 28 газовой турбины можно примешивать воздух, для того чтобы сжечь остаток.

Далее, осуществляется утилизация теплоты за счет того, что сначала отработавший газ 28 газовой турбины подают в другой котел-утилизатор, а затем вырабатывают пар. В качестве альтернативы, отработавший газ котла-утилизатора подают в котел. Затем в котле 31 можно произвести повторное сжигание остатка 4 с помощью отработавшего газа, используя остаточную теплоту и 10-15 объемных % остаточного кислорода этого отработавшего газа.

Устройство для подачи отработавшего газа состоит из газопровода для подачи отработавшего газа газовой турбины в котел. Кроме того, если это необходимо, устройство для подачи отработавшего газа может быть снабжено клапаном, термометром, расходомером и измерителем содержания кислорода.

В устройстве, показанном на фиг. 1, части, предназначенные для выполнения частичной сепарации пригодного для котлов топлива, подобны частям, предназначенным для способов сепарации, которые применяются после частичного разложения пригодного для котлов топлива. В этих частях устройства используются операции нагревания, понижения давления, отгонки легких фракций, продувки (промывки), разгонки, экстракции, декантации (а именно, сливания воды без взбалтывания осадка) и комбинации этих операций.

Как показано на фиг. 2, дистиллят 3 охлаждают с помощью теплообменника 16 так, что при этом дистиллят 3 разделяется на газообразный компонент и жидкий компонент, которые затем промывают в газопромывочной колонне 5. Таким образом, дистиллят 3 разделяют на газовый компонент 6 и жидкий компонент 7. В данном случае жидкий компонент 7 используют в качестве чистящего агента, который используют в газопромывочной колонне 5. Чистящий агент подают в верхнюю часть газопромывочной колонны 5, где можно осуществить контакт паров и жидкости. Газовый компонент 6 подают с помощью компрессора 26 для газового компонента в камеру сгорания 23.

И наоборот, жидкий компонент 7 в газопромывочной колонне 5 можно охладить и затем подать в верхнюю часть газопромывочной колонны 5.

Хотя жидкий компонент 7 сам по себе можно использовать в качестве топлива для газовой турбины, но в качестве топлива для газовой турбины можно также использовать только нефтяной компонент 9, полученный путем выделения из жидкого компонента водного слоя 10 с помощью пропускания через разделительный резервуар 8. Водный слой 10 можно добавлять к топливу для котла 31.

Как показано на фиг. 3, нефтяной компонент 9 можно очистить с помощью устройства для очистки (например, с помощью перегонки). Нефтяной компонент 9 подают в дистилляционную колонну 11, в которой нефтяной компонент 9 разделяют на очищенный дистиллят 12 и остаток 13. Очищенный дистиллят 12 подают в камеру сгорания 23 в качестве топлива для газовой турбины. Остаток 13 подают в котел 31 в качестве топлива для этого котла.

Даже при использовании газовой турбины такая очистка достаточна для того, чтобы предотвратить корродирование газовой турбины, происходящее из-за ванадиевого компонента. Вследствие этого срок службы газовой турбины можно увеличить.

Ниже описывается случай применения как пригодного для газовых турбин топлива 101, так и пригодного для котлов топлива 102.

В устройстве, показанном на фиг. 4, которое размещено вблизи от производственных мощностей (на фиг. не показанных), таких как установка или завод по очистке нефти, сталеплавильный завод или химический завод, пригодное для газовых турбин топливо 101 подают в камеру сгорания 23 газовой турбины (состоящей из главного корпуса 21, воздушного компрессора 22 и камеры сгорания 23). Затем топливо 101 смешивают со сжатым воздухом 25 (в качестве альтернативы, может использоваться воздух, обогащенный кислородом). Далее эту смесь сжигают, чтобы получить образующийся при горении газ 27, имеющий высокую температуру и высокое давление, предназначенный для приведения в движение турбины. После этого приводят в движение газовую турбину с помощью предназначенного для приведения в движение газовой турбины полученного при сгорании газа 27. Затем вырабатывают электроэнергию с помощью генератора 24 для газовой турбины, который установлен на валу этой газовой турбины. Отходящий из газовой турбины отработавший газ 28 подают в котел 31.

Со своей стороны, пригодное для котлов топливо 102, полученное на этом заводе или установке, подают в котел 31, в котором это топливо 102 сжигают путем подачи воздуха 35. Таким образом вырабатывают водяной пар 32. Затем полученный водяной пар 32 подают в паровую турбину 33. Затем генератор 34 паровой турбины, установленный на валу паровой турбины, вырабатывает электроэнергию. В паровой турбине 33 имеется конденсатор 37. Далее, конденсатор 37 конденсирует водяной пар в состоянии отрицательного по отношению к атмосферному давления. Далее, конденсатор 37 конденсирует отработавший газ, отходящий из паровой турбины 33, отделяя конденсат от отработавшего газа. Затем конденсат возвращают в котел 31, вместе с подпиточной водой, в качестве воды 38 для питания котла.

В вышеуказанном устройстве высокотемпературный отработавший газ 28 газовой турбины, отходящий из газовой турбины, можно подавать к котлу 31 с помощью устройства для подачи отработавшего газа. В отработавшем газе 28 газовой турбины остается 10-15 объемных % кислорода. Способ сжигания пригодного для котлов топлива 102 (а именно, путем повторного сжигания отработавшего газа) в котле 31 с помощью этого кислорода может увеличить термический КПД выработки электроэнергии, осуществляемой с помощью комбинированного цикла благодаря тому, что при этом нет необходимости новой подачи в него воздуха 35 (как правило, имеющего обычную температуру), и благодаря тому, что температура отработавшего газа высокая. Кроме того, переработка с помощью отработавшего газа может быть осуществлена экономно. Поэтому данный способ является предпочтительным.

Нет необходимости говорить, что к отработавшему газу 28 газовой турбины можно добавлять воздух 35, для того чтобы сжечь пригодное для котлов топливо 102.

Далее, осуществляется утилизация теплоты за счет того, что сначала отработавший газ 28 газовой турбины подают в другой котел-утилизатор, а затем вырабатывают пар. В качестве альтернативы, отработавший газ котла-утилизатора подают в котел. Затем пригодное для котлов топливо 102 можно переработать с помощью способа (а именно, способа с использованием повторного сжигания отработавшего газа) сжигания пригодного для котлов топлива 102 в котле 31, посредством использования остаточной теплоты и составляющего 10-15 объемных % остаточного кислорода, имеющихся в отработавшем газе.

Таким образом, достигается эффективная выработка электроэнергии, без необходимости ввода новых мощностей для частичной переработки пригодного для котлов топлива, посредством использования пригодного для газовых турбин топлива 101 и пригодного для котлов топлива 102, получаемых с данного завода или установки.

На фиг. 5 показан пример процесса с использованием топлива для газовых турбин и котельного топлива, полученных в результате частичной переработки пригодного для котлов топлива 102 и 1.

Как показано на этой фигуре, пригодное для котлов топливо 1, предназначенное к частичной переработке, подают в устройство 2 для частичной переработки (в данном случае, в газификационную печь с кипящим слоем для угля). Затем в эту печь подают заранее определенные количества воздуха (или кислорода) 17 и водяного пара 18. Затем осуществляется частичная газификация путем сжигания, при заданной температуре, заданном давлении и в течение заданного времени реакции. Таким образом, из верхней части устройства 2 для частичной газификации, осуществляемой путем сжигания, получают дистиллят 3, а остаток 4 выгружают из нижней части этого устройства.

Дистиллят 3 подают в камеру сгорания 23 газовой турбины, в качестве топлива для газовой турбины, а затем смешивают со сжатым воздухом 25. В результате этого данная смесь сгорает, и при горении образуется предназначенный для приведения в движение турбины газ 27, имеющий высокую температуру и высокое давление. После этого приводят в движение газовую турбину с помощью предназначенного для приведения в движение газовой турбины полученного при сгорании газа 27. Затем вырабатывают электроэнергию с помощью генератора 24 для газовой турбины, который установлен на валу этой газовой турбины. Отходящий из газовой турбины отработавший газ 28 подают в котел 31.

В свою очередь, остаток 4 подают в качестве котельного топлива, вместе с пригодным для котлов топливом 102, в котел 31, в котором этот остаток 4 сжигают путем подачи воздуха 35. Таким образом вырабатывают водяной пар 32. Затем полученный водяной пар 32 подают в паровую турбину 33. С помощью этого пара генератор 34 паровой турбины, установленный на валу паровой турбины, вырабатывает электроэнергию. В паровой турбине 33 имеется конденсатор 37. Далее, конденсатор 37 конденсирует водяной пар, в состоянии отрицательного по отношению к атмосферному давления. Далее, конденсатор 37 конденсирует отработавший газ паровой турбины, отделяя конденсат от отработавшего газа. Затем конденсат возвращают в котел 31, вместе с подпиточной водой, в качестве воды 38 для питания котла.

В вышеуказанном устройстве высокотемпературный отработавший газ 28 газовой турбины, отходящий из газовой турбины, можно подавать в котел 31 и утилизировать для способа повторного сжигания с помощью отработавшего газа. При повторном сжигании с помощью отработавшего газа термический КПД выработки электроэнергии с применением комбинированного цикла может быть повышен. Кроме того, обработка с помощью отработавшего газа может быть выполнена экономно. Поэтому данный способ является предпочтительным. Нет необходимости говорить, что к отработавшему газу 28 газовой турбины можно примешивать воздух, для того чтобы сжечь пригодное для котлов топливо 102 и остаток 4.

Далее, осуществляется утилизация теплоты за счет того, что сначала отработавший газ 28 газовой турбины подают в другой котел-утилизатор, а затем вырабатывают пар. В качестве альтернативы, отработавший газ котла-утилизатора подают в паровой котел. Затем можно осуществить повторное сжигание пригодного для котлов топлива 102 и остатка 4 в котле 31, с помощью отработавшего газа, посредством использования остаточной теплоты и составляющего 10-15 объемных % остаточного кислорода, имеющихся в этом отработавшем газе.

На фиг. 6 показан пример процесса с использованием пригодного для газовых турбин топлива, в дополнение к пригодному для котлов топливу, топливу для газовых турбин и котельному топливу, которые получены в результате частичной переработки пригодного для котлов топлива.

Как показано на фиг. 6, пригодное для котлов топливо 1, предназначенное к частичной переработке, подают в устройство 2 для частичной переработки (в данном случае, устройство для карбонизации). Затем в это устройство подают заранее определенные количества воздуха (или кислорода) 17 и водяного пара 18. Затем осуществляется частичная газификация путем сжигания, при заданной температуре, заданном давлении и в течение заданного времени реакции. Таким образом, из верхней части устройства 2 для частичной газификации путем сжигания получают дистиллят 3, а остаток 4 выгружают из нижней части этого устройства.

Дистиллят 3 подают в камеру сгорания 23 газовой турбины, в качестве топлива для газовой турбины, вместе с пригодным для газовых турбин топливом 101, а затем смешивают со сжатым воздухом 25. В результате этого данная смесь сгорает, и при горении образуется предназначенный для приведение в движение газовой турбины газ 27, имеющий высокую температуру и высокое давление. После этого приводят в движение газовую турбину с помощью предназначенного для приведения в движение газовой турбины полученного при горении газа 27. Затем вырабатывают электроэнергию с помощью генератора 24 для газовой турбины, который установлен на валу этой газовой турбины. Отходящий из газовой турбины отработавший газ 28 подают в котел 31.

С помощью этого способа вырабатывают топливо для газовых турбин и котельное топливо посредством осуществления частичной переработки недорогого топлива, например угля. Далее, топочный мазут, который необходимо срочно переработать, утилизируют в качестве пригодного для котлов топлива 102, которое не подвергают частичной переработке. В противоположность этому, керосин, количество которого в некоторые периоды года становится избыточным, утилизируют в качестве пригодного для газовых турбин топлива. Таким образом, можно утилизировать различные виды топлива, комбинируя их. Кроме того, возможности выработки электроэнергии при этом можно повысить за счет лишь небольших вложений средств, по сравнению с суммой, которую дает увеличение возможностей устройств для частичной переработки, и таким образом, чтобы это отвечало изменению потребностей в электроэнергии.

На фиг. 7 показана технологическая схема, иллюстрирующая случай, когда дистиллят из фиг. 6 подвергают дальнейшему разделению на газовый компонент и жидкий компонент.

Как показано на фиг. 7, дистиллят 3 охлаждают с помощью теплообменника 16 так, что при этом дистиллят 3 разделяется на газообразный компонент и жидкий компонент, которые затем промывают в газопромывочной колонне 5. Таким образом, дистиллят 3 разделяют на газовый компонент 6 и жидкий компонент 7. В данном случае, жидкий компонент 7 используют в качестве чистящего агента, который используется в газопромывочной колонне 5. Чистящий агент подают в верхнюю часть газопромывочной колонны 5, где можно осуществить контакт паров и жидкости. Газовый компонент 6 подают с помощью компрессора 26 для газового компонента в камеру сгорания 23.

И наоборот, жидкий компонент 7 в газопромывочной колонне 5 можно охладить и затем подать в верхнюю часть газопромывочной колонны 5.

Хотя жидкий компонент 7 и сам по себе можно использовать в качестве топлива для газовой турбины, но в качестве топлива для газовой турбины можно использовать и только нефтяной компонент 9, полученный путем отделения из жидкого компонента водного слоя 10 с помощью пропускания через разделительный резервуар 8. Водный слой 10 можно добавлять к топливу для котла 31.

С помощью этого способа из дистиллята выделяют и удаляют влагу, так что топливо для газовой турбины не будет содержать влаги. За счет этого объем камеры сгорания газовой турбины можно уменьшить. Кроме того, соли натрия и соли калия, а также неорганические вещества, такие как ванадий, почти не примешиваются к топливу для газовых турбин. Вследствие этого, можно получить топливо, желательное для использования в газовых турбинах.

Как показано на фиг. 8, нефтяной компонент 9 можно очистить с помощью устройства для очистки (например, с помощью перегонки). Нефтяной компонент 9 подают в дистилляционную колонну 11, в которой нефтяной компонент 9 разделяют на очищенный дистиллят 12 и остаток 13. Очищенный дистиллят 12 подают в камеру сгорания 23 в качестве топлива для газовой турбины. Остаток 13 подают в котел 31 в качестве топлива для этого котла.

Итак, очистка приводит к уменьшению содержания солей и содержания ванадия. Тем самым полностью предотвращается корродирование газовой турбины, которое вызывают соли и соединения ванадия. Вследствие этого, продолжительность службы газовой турбины можно еще более повысить.

Далее, полученные дистиллят и остаток используют для вышеупомянутой выработки электроэнергии, осуществляемой с применением комбинированного цикла. Кроме того, полученные дистиллят и остаток частично используют в других видах получаемого извне топлива и синтетического сырья. Это входит в основные идеи настоящего изобретения.

Как описано выше, в соответствии с настоящим изобретением, использование различных видов топлива становится максимально эффективным при выработке электроэнергии, осуществляемом с применением комбинированного цикла. Таким образом, предпочтительно, чтобы оборудование для выработки электроэнергии по настоящему изобретению размещали вблизи от производственных мощностей (на фиг. не показанных), в которых можно получить пригодное для котлов топливо и пригодное для газовых турбин топливо, например, очистной забой для угольной шахты, нефти или природного газа, установка или завод по очистке нефти, чугунолитейный завод, бродильные установки, площадка для сбора отходов и различные виды химических установок или заводов.

ПРИМЕРЫ
Ниже описываются операции по настоящему изобретению на нижеследующих практических примерах, которые носят лишь иллюстративный характер и которыми настоящее изобретение не ограничивается.

Во-первых, ниже описываются примеры применения на практике карбонизации.

ПРИМЕР А-1
Высокотемпературная карбонизация 1000 кг/час нижеописанного высушенного угля осуществляется при температуре около 1000^oC, с использованием устройства, изображенного на фиг. 1. В результате получают кокс и дистиллят.

Используемый в качестве сырья уголь (после сушки)
Содержание влаги: 2% по весу
Летучее вещество: 30% по весу
Связанный углерод; 51% по весу
Зола: 17% по весу
Теплотворная способность: 5780 ккал/кг
Кокс
Производительность: 550 кг/час
Летучее вещество: 2% по весу
Связанный уголь: 67% по весу
Зола: 31% по весу
Теплотворная способность: 6300 ккал/кг
Газовый компонент
Производительность: 355 Нм³/час
Теплотворная способность: 5050 ккал/Нм³
Нефтяной компонент
Производительность: 57 кг/час
Теплотворная способность: 9100 ккал/кг
Вышеуказанные дистилляты (а именно, газовый компонент и нефтяной компонент) подают в газовую турбину и сжигают в ней. Отработавший газ газовой турбины имеет температуру около 580^oC и содержит около 14 объемных % кислорода. Вышеупомянутый остаток (кокс) можно сжечь путем подачи в котел отработавшего газа из газовой турбины. Вследствие этого, КПД выработки электроэнергии повышается до 45%.

В противоположность этому, в случае когда пар вырабатывают просто сжиганием вышеупомянутого угля с помощью котла и когда электроэнергию вырабатывают посредством паровой турбины, КПД выработки электроэнергии составляет 39%.

ПРИМЕР А-2
Низкотемпературную карбонизацию 1000 кг/час нижеописанного высушенного угля осуществляют при температуре около 600^oC, с использованием устройства, показанного на фиг. 2. В результате получают дистиллят и полукокс. Дистиллят охлаждают и промывают жидким компонентом. Далее, из него выделяют водный слой, с помощью разделительного резервуара. Таким образом получают газовый компонент и нефтяной компонент.

Эти газовый компонент и нефтяной компонент используют в качестве топлива для газовой турбины. Кокс и выделенный из дистиллята водный слой используют в качестве котельного топлива.

Используемый в качестве сырья уголь (после сушки)
Содержание влаги: 4% по весу
Летучее вещество: 31% по весу
Связанный углерод: 50% по весу
Зола: 15% по весу
Теплотворная способность: 6430 ккал/кг
Полукокс
Производительность: 669 кг/час
Летучее вещество: 11% по весу
Связанный уголь: 65% по весу
Зола: 24% по весу
Теплотворная способность: 6200 ккал/кг
Газовый компонент
Производительность: 180 Нм³/час
Теплотворная способность: 7100 ккал/Нм³
Нефтяной компонент
Производительность: 110 кг/час
Теплотворная способность: 9100 ккал/кг
Вышеуказанный газовый компонент подают в газовую турбину, предназначенную для сжигания газа, а нефтяной компонент подают в газовую турбину, предназначенную для сжигания нефти. Затем вырабатывают электроэнергию. Отработавший газ газовой турбины имеет температуру около 580^oC и содержит около 13 объемных % кислорода. За счет этого вырабатывают водяной пар путем подачи отработавшего газа из газовой турбины в котел-утилизатор. После этого вырабатывают электроэнергию путем подачи полукокса в котел и посредством утилизации отработавшего газа из котла-утилизатора. Вследствие этого термический КПД выработки электроэнергии, осуществляемой с помощью комбинированного цикла, составляет 46%.

ПРИМЕР А-3
Карбонизацию угля, описанного в примере А-2, осуществляют посредством термического разложения при температуре около 450^oC, с помощью устройства, показанного на фиг. 2. В результате получают дистиллят и остаток. Дистиллят охлаждают и промывают жидким компонентом. Далее из него выделяют водный слой, с помощью разделительного резервуара. Таким образом получают газовый компонент и нефтяной компонент.

Газовый компонент и нефтяной компонент используют в качестве топлива для газовой турбины. Остаток и выделенный водный слой используют в качестве котельного топлива. Затем эти виды топлива сжигают с помощью подачи воздуха. Содержание серы в газовом компоненте и в нефтяном компоненте составляет 0,52 весовых %. Содержание Na, содержание К и содержание V составляет 0,5 частей на миллион по весу. Поэтому, даже если такое топливо используют в качестве топлива для газовой турбины, не происходит коррозии лопастей этой турбины.

ПРИМЕР А-4
Карбонизацию угля, описанного в примере А-1, осуществляют посредством термического разложения при температуре около 450^oC, с помощью устройства, показанного на фиг. 3. В результате получают дистиллят и остаток. Дистиллят охлаждают и промывают жидким компонентом. Далее из него выделяют водный слой с помощью разделительного резервуара. Таким образом получают газовый компонент и нефтяной компонент. Нефтяной компонент разделяют на очищенный дистиллят и остаточный пек путем перегонки при пониженном давлении.

Газовый компонент и очищенный дистиллят используют в качестве топлива для газовой турбины. Остаток и выделенный водный слой используют в качестве котельного топлива. Затем эти виды топлива сжигают с помощью подачи воздуха. Содержание серы в газовом компоненте и в жидком компоненте составляет 0,95 весовых %. Содержание солей и содержание ванадия составляет 0,1 частей на миллион по весу. Поэтому, даже если такое топливо используют в качестве топлива для газовой турбины, не происходит коррозии лопастей этой турбины в течение длительного времени.

ПРИМЕР А-5
Карбонизацию (или сухую перегонку) 1000 кг нижеописанного высушенного угля осуществляют при температуре около 500^oC, поместив уголь в контейнер, а затем нагревая его извне. В результате получают дистиллят и полукокс.

Используемый в качестве сырья уголь WANBO (после сушки)
Содержание влаги: 3,5% по весу
Летучее вещество: 33% по весу
Связанный углерод; 53,1% по весу
Зола: 10,4% по весу
Высшая теплотворная способность: 7100 ккал/кг
(Низшая теплотворная способность: 6840 ккал/кг)
Полукокс
Производительность: 0,80 кг
Летучее вещество: 16% по весу
Связанный уголь: 66% по весу
Зола: 13% по весу
Высшая теплотворная способность: 6825 ккал/кг
Дистиллят
Производительность: 0,20 кг
Высшая теплотворная способность: 8200 ккал/кг
Содержание каждого из нижеуказанных элементов - Na, К и V не превышало 0,5 мг/кг. Соотношение между показателями теплотворной способности дистиллята и остатка составляло почти 20:80.

Выработка электроэнергии с применением комбинированного цикла может осуществляться путем подачи дистиллята и полукокса к газовой турбине и в котел, соответственно.

Однако в том случае, когда количество экстрагируемого дистиллята ограничено, и когда соотношение между показателями теплотворной способности такого дистиллята и остатка составляет 10:90, то увеличение КПД выработки электроэнергии невелико, даже в случае осуществления выработки электроэнергии с применением комбинированного цикла. В таком случае наличие установки для частичной переработки такого топлива не дает больших преимуществ.

ПРИМЕР А-6
Как и в случае примера А-5, осуществляли карбонизацию 1000 кг угля при температуре около 800^oC, поместив уголь в контейнер, а затем нагревая его извне. В результате получили дистиллят и кокс.

Кокс
Производительность: 0,69 кг
Летучее вещество: 2,6% по весу
Связанный уголь: 77% по весу
Зола: 16% по весу
Теплотворная способность: 6650 ккал/кг
Дистиллят
Производительность: 0,31 кг
Теплотворная способность: 8100 ккал/кг
Соотношение между показателями теплотворной способности дистиллята и остатка составляло 35: 65. Содержание Na, содержание К и содержание V в дистилляте составляло 0,5 мг/кг, 2 мг/кг и 0,5 мг/кг или менее соответственно. Однако после того, как этот дистиллят подвергли перегонке при атмосферном давлении, содержание каждого из нижеуказанных элементов - Na, К и V в дистилляте не превышало 0,5 мг/кг.

Как можно понять из этого примера, очень легко получить дистиллят, теплотворная способность которого эквивалентна летучему веществу угля и который можно применять в качестве топлива для газовых турбин, используемого для осуществления выгодного способа выработки электроэнергии с применением комбинированного цикла.

В данном случае, для того чтобы увеличить количество дистиллята, так чтобы соотношение между показателями теплотворной способности дистиллята и остатка превысило 60:40, нужно применить очень жесткие условия переработки. Кроме того, количество кислорода, содержащегося в отработавшем газе газовой турбины, при этом превышает количество, необходимое для повторного сжигания этого отработавшего газа. Вследствие этого возрастают потери отработавшего газа.

ПРИМЕР А-7
Низкотемпературную карбонизацию 100000 кг/час нижеописанного высушенного угля осуществляют при температуре около 500^oC, с использованием устройства, изображенного на фиг. 1. В результате получают дистиллят и полукокс. Дистиллят используют в качестве топлива для газовых турбин. Полукокс используют в качестве котельного топлива.

Сырье - уголь из Такашимы (в расчете на сухое вещество)
Летучее вещество: 44% по весу
Связанный углерод: 50% по весу
Зола: 6% по весу
Теплотворная способность: 7900 ккал/кг
Полукокс
Производительность: 61600 кг/час
Летучее вещество: 1% по весу
Связанный уголь: 67% по весу
Зола: 31% по весу
Теплотворная способность: 7054 ккал/кг
Газовый компонент
Производительность: 35500 Нм³/час
Теплотворная способность: 5050 ккал/Нм³
Нефтяной компонент
Производительность: 19400 кг/час
Теплотворная способность: 9100 ккал/кг
Вышеуказанный дистиллят (а именно, газовый компонент и нефтяной компонент) и воздух (1075000 м³/час) подают в газовую турбину и сжигают в ней. Затем вырабатывают 129 МВт/час электроэнергии. Отработавший газ газовой турбины имеет температуру около 580^oC и содержит около 13 объемных % кислорода. Вышеуказанный остаток (а именно, полукокс) сжигают путем подачи отработавшего газа из газовой турбины в котел. Затем можно получить 285 MВт электроэнергии с помощью паровой турбины. Итого, термический КПД выработки электроэнергии увеличивается до 45%.

В противоположность этому, в том случае, когда частичная переработка угля не производится, а уголь просто сжигают в котле с использованием воздуха (1075000 м³/час) и таким путем вырабатывают водяной пар, а затем вырабатывают электроэнергию посредством паровой турбины, термический КПД выработки электроэнергии составляет 39%.

В случае способа и устройства по настоящему изобретению, все количество (а именно, 1075000 м³/час) воздуха можно подать в газовую турбину. В качестве альтернативы, количество воздуха, необходимое для сжигания в котле, можно разделить на меньшие порции воздуха, а затем эти меньшие порции воздуха последовательно подавать в котел.

Во-вторых, ниже описывается микроволновое облучение угля с помощью нижеследующих практических примеров.

ПРИМЕР В-1
Микроволновое облучение 1000 кг/час нижеописанного высушенного угля осуществляют при температуре около 300^oC, с использованием устройства, показанного на фиг. 1 (в данном случае, углеводородный газ в него не подается). В результате получают 280 кг/час дистиллята и 430 кг/час полукокса.

Используемый в качестве сырья уголь
Содержание влаги: 29% по весу
Летучее вещество: 31% по весу
Связанный углерод: 35% по весу
Зола: 5% по весу
Теплотворная способность: 4530 ккал/кг
Полукокс
Летучее вещество: 11% по весу
Связанный уголь: 77% по весу
Зола: 11% по весу
Теплотворная способность: 6000 ккал/кг
Дистиллят
Теплотворная способность: 6960 ккал/кг
Дистиллят используют в качестве топлива для газовой турбины, а полукокс, в свою очередь, используют в качестве котельного топлива. Таким образом, осуществляют выработку электроэнергии с применением комбинированного цикла.

ПРИМЕР В-2
Микроволновое облучение угля осуществляют таким же образом, как описано в примере В-1, за тем исключением, что в устройстве одновременно находится газ метан. В результате получают дистиллят и остаток.

Дистиллят используют в качестве топлива для газовой турбины, а полукокс используют в качестве котельного топлива. Отработавший газ газовой турбины имеет температуру около 580^oC и содержит около 13 объемных % кислорода. Полукокс сжигают путем утилизации этого отработавшего газа газовой турбины. Вследствие этого, термический КПД выработки электроэнергии с применением комбинированного цикла достигает 46%.

Таким образом, по сравнению со случаем, когда уголь просто сжигают в котле и вырабатывают электроэнергию посредством паровой турбины, термический КПД в этом примере высокий.

Так же, как и в случае серии А этих примеров, очень легко получить дистиллят, используемый в качестве топлива для газовых турбин, для выгодного осуществления выработки электроэнергии с применением комбинированного цикла.

Далее, в случае когда объем подлежащего экстрагированию дистиллята и соотношение показателей теплотворной способности дистиллята к остатку составляет 10: 90, увеличение КПД выработки электроэнергии невелико, даже если выработка электроэнергии производится с применением комбинированного цикла. В таком случае наличие установки для частичной переработки топлива не дает больших преимуществ.

Кроме того, для того чтобы увеличить объем дистиллята до таких размеров, чтобы соотношение показателей теплотворной способности дистиллята и остатка превысило 60: 40, необходимы очень жесткие условия переработки. Далее, количество кислорода, содержащегося в таком отработавшем газе газовой турбины, превышает количество, необходимое для повторного сжигания этого отработавшего газа. Вследствие этого потери отработавшего газа возрастают.

В-третьих, описывается способ водно-газовой газификации угля, на нижеследующих практических примерах.

ПРИМЕР С-1
Частичную водно-газовую газификацию 1000 кг/час нижеописанного угля осуществляют в газификаторе с кипящим слоем при температуре около 830^oC и при весовом соотношении водяного пара к углю (водяной пар/уголь), равном 0,3, с помощью устройства, показанного на фиг. 1. В результате получают дистиллят и остаток.

После удаления пыли и десульфурации, этот дистиллят используют в качестве топлива для газовой турбины, путем поддержания его высокой температуры и высокого давления. Остаток используют в качестве котельного топлива.

Используемый в качестве сырья уголь
Содержание влаги: 29% по весу
Летучее вещество: 31% по весу
Связанный углерод: 35% по весу
Зола: 5% по весу
Теплотворная способность: 4530 ккал/кг
Остаток
Производительность: 300 кг/час
Летучее вещество: 3% по весу
Связанный уголь: 80% по весу
Зола: 17% по весу
Теплотворная способность: 5500 ккал/кг
Дистилляты: газовый компонент, нефтяной компонент и вода.

Газовый компонент
Производительность: 632 Нм³/час
Теплотворная способность: 2500 ккал/Нм³
Нефтяной компонент
Производительность: 200 кг/час
Теплотворная способность: 6500 ккал/кг
Вода
Производительность: 500 кг/час
Вышеуказанные дистилляты (а именно, газовый компонент и нефтяной компонент) подают в газовую турбину и сжигают в ней. Отработавший газ газовой турбины имеет температуру около 580^oC и содержит около 13 объемных % кислорода. Вышеуказанный остаток сжигают путем подачи отработавшего газа из газовой турбины в котел. Вследствие этого КПД выработки электроэнергии увеличивается до около 45%.

В противоположность этому, в том случае когда пар получают просто путем сжигания вышеуказанного угля с помощью котла с последующей выработкой электроэнергии посредством паровой турбины, КПД выработки электроэнергии составляет 39%.

ПРИМЕР С-2
Частичную водно-газовую газификацию того же угля, что и в примере С-2, осуществляют с помощью устройства, показанного на фиг. 2, так же, как описано в примере С-1. В результате получают дистиллят и остаток. Дистиллят охлаждают и промывают жидким компонентом, после удаления пыли и десульфурации. Далее из него отделяют водный слой, с помощью разделительного резервуара. Таким образом получают газовый компонент и нефтяной компонент. Содержание каждого из нижеперечисленных компонентов - Na, К и V составляет 0,5 частей на миллион или около этого.

Газовый компонент и нефтяной компонент используют в качестве топлива для газовой турбины. Остаток и выделенный водный слой используют в качестве котельного топлива.

ПРИМЕР С-3
Частичную водно-газовую газификацию угля осуществляют с помощью устройства, показанного на фиг. 3, так же, как описано в примере С-1. В результате получают дистиллят и остаток. Дистиллят охлаждают и промывают жидким компонентом, после удаления пыли и десульфурации. Далее из него отделяют водный слой, с помощью разделительного резервуара. Таким образом получают газовый компонент и нефтяной компонент. Нефтяной компонент разделяют на очищенный дистиллят и остаточный пек путем перегонки при пониженном давлении.

Газовый компонент и очищенный дистиллят используют в качестве топлива для газовой турбины. Остаток, выделенный водный слой и остаточный пек используют в качестве котельного топлива. Затем эти виды топлива сжигают путем подачи воздуха. Содержание серы в газовом компоненте и жидком компоненте составляет 0,52% по весу. Содержание каждого из нижеперечисленных компонентов - Na, К и V составляет 0,1 частей на миллион по весу. Поэтому, даже когда такое топливо используют в качестве топлива для газовых турбин, не происходит коррозии лопастей турбины и тому подобного в течение длительного времени.

ПРИМЕР С-4
Частичную водно-газовую газификацию угля осуществляют с помощью устройства, показанного на фиг. 3, так же, как описано в примере С-1. В результате получают дистиллят и остаток. Дистиллят охлаждают и промывают жидким компонентом. Далее из него выделяют водный слой, с помощью разделительного резервуара. Таким образом получают газовый компонент и нефтяной компонент. Нефтяной компонент разделяют на очищенный дистиллят и отстой, путем перегонки при пониженном давлении.

Газовый компонент и очищенный дистиллят используют в качестве топлива для газовой турбины. Остаток, выделенный водный слой и отстой используют в качестве котельного топлива. Затем эти виды топлива сжигают путем подачи воздуха. Содержание серы в газовом компоненте и жидком компоненте составляет 0,95% по весу. Содержание каждого из нижеперечисленных компонентов - Na, К и V составляет 0,1 частей на миллион по весу. Поэтому, даже когда такое топливо используют в газовой турбине, не происходит корродирования лопастей газовой турбины и тому подобного.

ПРИМЕР С-5
Дистиллят, полученный в примере С-1, подают в газовую турбину, а затем сжигают в ней. Остаток подают в котел. Отработавший газ газовой турбины имеет температуру 580^oC. Далее, теплоту отработавшего газа утилизируют с помощью котла-утилизатора. В результате этого термический КПД выработки электроэнергии повышается, по сравнению с тем случаем, когда уголь просто сжигают в котле и вырабатывают пар.

ПРИМЕР С-6
Дистиллят, полученный в примере С-2, подают в газовую турбину, а затем сжигают в ней. Отработавший газ газовой турбины, имеющий температуру 580^oC и содержащий 13 объемных % кислорода, подают в котел. Остаток сжигают путем утилизации этого газа. В результате этого термический КПД выработки электроэнергии с применением комбинированного цикла достигает 46%.

Так же, как и в случае серии А этих примеров, в серии C этих примеров очень легко получить дистиллят, используемый в качестве топлива для газовых турбин, для выгодного осуществления выработки электроэнергии с применением комбинированного цикла.

Далее, в случае, когда объем подлежащего экстрагированию дистиллята и соотношение показателей теплотворной способности этого дистиллята к остатку составляет 10: 90, увеличение КПД выработки электроэнергии невелико, даже если выработка электроэнергии производится с применением комбинированного цикла. В таком случае, наличие установки для частичной переработки топлива не дает существенных преимуществ.

Кроме того, для того, чтобы увеличить объем дистиллята до таких размеров, чтобы соотношение показателей теплотворной способности дистиллята и остатка превысило 60:40, необходимы очень жесткие условия переработки. Далее, количество кислорода, содержащегося в таком отработавшем газе газовой турбины, превышает количество, необходимое для повторного сжигания этого отработавшего газа. Вследствие этого потери отработавшего газа возрастают.

В-четвертых, описывается способ частичной газификации путем сжигания, на нижеследующих практических примерах.

ПРИМЕР D-1
Сначала 1000 кг/час нижеописанного угля, 500 кг/час пара высокого давления и 130 кг/час кислорода подают в газификатор с проточным слоем, а вслед за этим осуществляют частичную газификацию такого угля путем сжигания, при температуре около 1100^oC и давлении в 40 атм, с помощью устройства, показанного на фиг. 1. В результате получают дистиллят и остаток.

Используемый в качестве сырья уголь
Содержание влаги: 25% по весу
Летучее вещество: 30% по весу (в расчете на сухое вещество)
Связанный углерод: 51% по весу (в расчете на сухое вещество)
Зола: 17% по весу (в расчете на сухое вещество)
Теплотворная способность: 5780 ккал/кг (в расчете на сухое вещество)
Остаток
Производительность: 400 кг/час
Летучее вещество: 1% по весу
Связанный уголь: 43% по весу
Зола: 56% по весу
Теплотворная способность: 5000 ккал/кг
Дистилляты; газовый компонент, нефтяной компонент и вода.

Газовый компонент
Производительность: 652 Нм³/час
Теплотворная способность: 2600 ккал/Нм³
Нефтяной компонент
Производительность: 80 кг/час
Теплотворная способность: 8000 ккал/кг
Вода
Производительность: 550 кг/час
Дистилляты очищают от пыли, десульфурируют, а затем используют в качестве топлива для газовой турбины, в условиях высокой температуры и высокого давления. Остаток используют в качестве котельного топлива. Таким образом, можно осуществить выработку электроэнергии с применением комбинированного цикла.

ПРИМЕР D-2
Частичную газификацию угля путем сжигания осуществляют с помощью устройства, показанного на фиг. 2, так же, как описано в примере D-1. В результате получают дистиллят и остаток. Дистиллят охлаждают и промывают жидким компонентом, после удаления пыли и десульфурации. Далее из него отделяют водный слой, с помощью разделительного резервуара. Таким образом получают газовый компонент и нефтяной компонент.

Газовый компонент и нефтяной компонент используют в качестве топлива для газовой турбины. Остаток и выделенный из дистиллята водный слой используют в качестве котельного топлива.

Полученный дистиллят подают в газовую турбину, а затем сжигают в ней. Отработавший газ газовой турбины подают в котел. Отработавший газ газовой турбины имеет температуру 580^oC и путем утилизации отработавшего газа газовой турбины. В результате этого термический КПД выработки электроэнергии с применением комбинированного цикла достигает 46%. Поэтому, даже если такое топливо для газовых турбин используют в газовой турбине, не происходит коррозии лопастей газовой турбины и тому подобного.

ПРИМЕР D-3
Частичную газификацию угля путем сжигания осуществляют с помощью устройства, показанного на фиг. 3, так же, как описано в примере D-1. В результате получают дистиллят и остаток. Дистиллят охлаждают и промывают жидким компонентом, после удаления из него пыли и десульфурации. Далее из него выделяют водный слой, с помощью разделительного резервуара. Таким образом получают газовый компонент и нефтяной компонент. Нефтяной компонент разделяют на очищенный дистиллят и остаточный пек, путем перегонки при пониженном давлении.

Газовый компонент и очищенный дистиллят используют в качестве топлива для газовой турбины. Остаток, выделенный водный слой и остаточный пек используют в качестве котельного топлива. Затем эти виды топлива сжигают путем подачи воздуха. Содержание серы в газовом компоненте и жидком компоненте составляет 0,6% по весу. Содержание каждого из нижеперечисленных компонентов - Na, К и V составляет 0,5 частей на миллион по весу. Поэтому, даже когда такое топливо для газовых турбин используют в газовой турбине, не происходит корродирования лопастей газовой турбины и тому подобного в течение длительного периода времени.

ПРИМЕР D-4
Полученный в примере D-1 дистиллят подают в газовую турбину, а затем сжигают в ней. Остаток подают в котел. Отработавший газ газовой турбины имеет температуру 580^oC. Далее вырабатывают пар с помощью котла-утилизатора. Таким образом, вырабатывают электроэнергию посредством паровой турбины.

Так же, как и в случае серии А этих примеров, в этих примерах серии D очень легко получить дистиллят, используемый в качестве топлива для газовых турбин, для выгодного осуществления выработки электроэнергии с применением комбинированного цикла.

Далее, в случае, когда объем подлежащего экстрагированию дистиллята и соотношение показателей теплотворной способности этого дистиллята к остатку составляет 10:90, то увеличение КПД выработки электроэнергии невелико, даже если выработка электроэнергии производится с применением комбинированного цикла. В таком случае, наличие установки для частичной переработки топлива не дает существенных преимуществ.

Кроме того, для того чтобы увеличить объем дистиллята до такого размера, чтобы соотношение показателей теплотворной способности дистиллята и остатка превысило 60: 40, необходимы очень жесткие условия переработки. Кроме того, количество кислорода, содержащегося в таком отработавшем газе газовой турбины, превышает количество, необходимое для повторного сжигания этого отработавшего газа. Вследствие этого потери отработавшего газа возрастают.

В-пятых, описывается способ термического разложения тяжелой нефти, на нижеследующих практических примерах.

ПРИМЕР Е-1 (использование способа висбрекинга)
Сначала 1000 кг/час нижеописанной тяжелой нефти подают в нагревательную печь во время процесса повышения давления. Затем осуществляют термическое разложение тяжелой нефти при температуре 480^oC. После этого побочную реакцию прекращают путем добавления в нагреватель закалочного масла. После этого тяжелую нефть подают в нижнюю часть дистилляционной колонны, чтобы получить дистиллят и остаток.

Используемая в качестве сырья тяжелая нефть:
Иранский светлый остаточный нефтепродукт (нефтяной остаток) при пониженном давлении
Удельная плотность: 1,01 (15/4^oC)
Вязкость: 100000 мм²/с (50^oC)
Содержание серы: 3,6% по весу
Остаток
Производительность: 665 кг/час
Удельная плотность: 1,03 (15/4^oC)
Вязкость: 45000 мм²/с (50^oC)
Содержание серы: 3,9% по весу
Процентное содержание материалов, имеющих высокую температуру кипения (≥ 350^oC): 78,5% по весу
Теплотворная способность: 9000 ккал/кг
Дистилляты: газовый компонент и нефтяной компонент.

Газовый компонент
Производительность: 35 кг/час
Теплотворная способность: 10400 ккал/Нм³
Нефтяной компонент
Производительность; 300 кг/час
Теплотворная способность: 10000 ккал/кг
Дистилляты подают в газовую турбину и сжигают в ней. Отработавший газ газовой турбины, имеющий температуру около 580^oC и содержащий около 13 объемных % кислорода, подают в котел. Остаток сжигают, используя этот газ. Вследствие этого термический КПД выработки электроэнергии с применением комбинированного цикла достигает 46%.

По сравнению с тем, что термический КПД выработки электроэнергии в случае получения пара просто путем подачи в котел тяжелой нефти и выработки электроэнергии посредством паровой турбины составляет 40%, настоящее изобретение значительно повышает термический КПД выработки энергии.

ПРИМЕР Е-2 (использование способа коксования в кипящем слое)
Сначала 1000 кг/час нижеописанной тяжелой нефти подают в реактор. Затем осуществляют термическое разложение этой тяжелой нефти при температуре 500^oC и производят разделение ее на дистиллят и остаток. После этого остаток извлекают из нижней части реактора и подают в камеру сгорания. Затем в эту камеру вдувают воздух и нагревают этот остаток. Часть кокса извлекают из средней части камеры сгорания. Далее оставшийся кокс возвращают из нижней части камеры сгорания в реактор.

Используемая в качестве сырья тяжелая нефть:
остаточный нефтепродукт (нефтяной остаток) при пониженном давлении и температуре > 566^oC
Коксовый остаток по Конрадсону: 26,5% по весу
Удельная плотность; 1,05 (15/4^oC)
Содержание ванадия: 890 частей на миллион по весу
Содержание серы: 3,6% по весу
Остаток
Производительность выработки кокса; 260 кг/час
Содержание серы: 5% по весу
Теплотворная способность: 6000 ккал/кг
Дистилляты: газовый компонент и нефтяной компонент.

Компонент, представляющий собой реакторный газ:
Производительность; 130 кг/час
Теплотворная способность: 10400 ккал/Нм³
Нефтяной компонент: (нафта и светлый нефтепродукт)
Производительность: 540 кг/час
Теплотворная способность: 10000 ккал/кг
Весь газовый компонент дистиллятов и часть их нефтяного компонента используют в качестве топлива для газовых турбин. Остальную часть нефтяного компонента и остаток используют в качестве котельного топлива.

ПРИМЕР E-3 (использование способа замедленного коксования)
Сначала 1000 кг/час нижеописанной тяжелой нефти подают в нижнюю часть дистилляционной колонны. Затем тяжелую нефть разделяют на дистиллят и остаток (а именно, жидкость с высокой температурой кипения). После этого остаток, извлеченный из нижней части дистилляционной колонны, подвергают термическому разложению при температуре 470^oC в нагревательной печи до такой степени, чтобы не образовался кокс. Затем остаток подают в коксовый барабан. После этого этот остаток разделяют на дистиллят и остаток (а именно, кокс). Этот остаток далее разделяют на газовый компонент и нефтяной компонент.

Используемая в качестве сырья тяжелая нефть:
минасский остаточный нефтепродукт (нефтяной остаток) при пониженном давлении
Остаточный углерод: 10,9% по весу
Удельная плотность: 0,939 (15/4^oC)
Содержание серы: 0,16% по весу
Остаток
Производительность выработки кокса: 191 кг/час
Содержание серы: 0,4% по весу
Теплотворная способность: 6000 ккал/кг
Дистилляты: газовый компонент и нефтяной компонент.

Газовый компонент:
Производительность: 70 кг/час (10 моль % водорода, 36 моль % метана, 18 моль% этана, 18 моль% этилена, 21 моль% пропана, 21 моль% пропилена, 15 моль% бутана и 15 моль% бутена)
Теплотворная способность: 10400 ккал/Нм³
Нефтяной компонент: (нафта и светлый нефтепродукт)
Производительность: 739 кг/час
Теплотворная способность: 10000 ккал/кг
Весь газовый компонент дистиллятов и часть их нефтяного компонента используют в качестве топлива для газовых турбин. Остальную часть нефтяного компонента и остаток используют в качестве котельного топлива.

ПРИМЕР Е-4 (использование способа EURECA)
Сначала 1000 кг/час нижеописанной тяжелой нефти подают в нижнюю часть дистилляционной колонны. Затем тяжелую нефть разделяют на дистиллят и остаток (а именно, жидкость с высокой температурой кипения). После этого остаток, извлеченный из нижней части дистилляционной колонны, подвергают термическому разложению при температуре 400^oC в нагревателе до такой степени, чтобы не образовался кокс. Затем остаток подают в реактор. После этого термическое разложение этого остатка осуществляют еще в течение двух часов, путем вдувания в реактор водяного пара. После этого полученный из реактора дистиллят помещают в вышеуказанную дистилляционную колонну и разделяют на дистиллят и остаток. После охлаждения из нижней части реактора извлекают пек. Этот пек разрезают на хлопьевидные куски, которые используют в качестве котельного топлива. Дистиллят подвергают дальнейшему разделению на газовый компонент, водный конденсат и нефтяной компонент. Далее нефтяной компонент разделяют на компоненты, представляющие собой светлый нефтепродукт и тяжелую нефть. Газовый компонент и компонент, представляющий собой светлый нефтепродукт, используют в качестве топлива для газовых турбин, а компонент, представляющий собой тяжелую нефть и пек используют в качестве котельного топлива.

Используемая в качестве сырья тяжелая нефть: нефтяной остаток при пониженном давлении и температуре ≥ 500^oC
Остаточный углерод: 20% по весу
Удельная плотность: 1,017 (15/4^oC)
Содержание ванадия: 200 частей на миллион по весу
Содержание серы: 3,9% по весу
Остаток
Производительность выработки пека: 290 кг/час
Содержание ванадия: 690 частей на миллион по весу
Содержание серы: 5,7% по весу
Теплотворная способность: 9000 ккал/кг
Дистилляты: газовый компонент, водяной конденсат и нефтяной компонент.

Газовый компонент:
Производительность: 90 кг/час (содержание серы 13% по весу)
Теплотворная способность: 10400 ккал/Нм³
Нефтяной компонент: (компонент, представляющий собой светлый нефтепродукт и компонент, представляющий собой тяжелую нефть)
Производительность выработки светлого нефтепродукта: 220 кг/час
Его теплотворная способность: 10000 ккал/кг
Производительность выработки тяжелой нефти: 400 кг/час
Ее теплотворная способность: 9000 ккал/кг
Весь газовый компонент и весь компонент, представляющий собой светлый нефтепродукт, полученные из этих дистиллятов, используют в качестве топлива для газовой турбины. Далее посредством газовой турбины вырабатывают электроэнергию. Компонент, представляющий собой тяжелую нефть, а также пек остатка используют в качестве котельного топлива для выработки пара. Далее вырабатывают электроэнергию с помощью паровой турбины.

ПРИМЕР Е-5
Термическое разложение тяжелой нефти осуществляют так, как описано в примере Е-1. В результате получают дистиллят и остаток. После десульфурации дистиллята его охлаждают и подвергают сепарации, в результате чего получают газовый компонент и нефтяной компонент.

Газовый компонент подают в газовую турбину, предназначенную для сжигания газа, а нефтяной компонент подают в газовую турбину, предназначенную для сжигания нефти. Таким образом осуществляют выработку электроэнергии. Остаток используют в качестве котельного топлива и сжигают путем подачи к нему воздуха. Содержание серы как в газовом компоненте, так и в жидком компоненте составляет 1% по весу. Суммарное содержание Na и К составляет не более 0,5 частей на миллион по весу. Кроме того, содержание ванадия не более 0,5 частей на миллион по весу. Поэтому, как в случае газовой турбины для сжигания газа, так и в случае газовой турбины для сжигания нефти, не происходит корродирования лопастей турбин и тому подобного.

ПРИМЕР Е-6
Полученный в примере Е-1 дистиллят подают в газовую турбину, а затем сжигают в ней. Остаток подают в котел. Отработавший газ газовой турбины имеет температуру 580^oC. Далее вырабатывают пар с помощью котла-утилизатора. Таким образом, вырабатывают электроэнергию с помощью паровой турбины.

ПРИМЕР Е-7 (контактное коксование битума)
Сначала 1000 кг/час нижеописанного сырья нагревают с помощью змеевикового подогревателя так, чтобы довести сырье до жидкого состояния. Затем сырье подают в реактор. Вслед за этим осуществляют термическое разложение сырья при температуре 480^oC и разделяют его на дистиллят и остаток. После этого остаток (прилипший к затравочному коксу) извлекают из нижней части реактора и подают в нагревательную камеру. Затем в эту камеру вдувают воздух и нагревают остаток. Часть нагретого кокса возвращают из нижней части нагревательной камеры в реактор. Далее часть кокса извлекают из средней части нагревательной камеры.

Используемый в качестве сырья битум:
битум нефтяного песка из Грейт Канада
Коксовый остаток по Рамсбаттому: 11% по весу
Удельная плотность: 1,016 (15/4^oC)
Вязкость: 11000 мм/с (38^oC)
Содержание ванадия: 140 частей на миллион по весу
Содержание серы: 4,7% по весу
Остаток:
Производительность выработки пекового кокса: 650 кг/час
Содержание серы: 6% по весу
Теплотворная способность: 9000 ккал/кг
Дистилляты: газовый компонент и нефтяной компонент.

Компонент, представляющий собой реакторный газ
Производительность: 30 кг/час
Теплотворная способность: 10400 ккал/Нм³
Нефтяной компонент (светлый нефтепродукт и тяжелая нефть)
Производительность: 320 кг/час
Теплотворная способность: 10000 ккал/Нм³
Дистилляты используют в качестве топлива для газовой турбины. Остаток используют в качестве котельного топлива.

ПРИМЕР Е-8 (переработка топочного мазута C способом висбрекинга)
Сначала 1000 кг/час нижеописанной тяжелой нефти подают под давлением в 20 кг/см²/G в нагреватель. Затем осуществляют термическое разложение этой тяжелой нефти при температуре 500^oC. Вслед за этим побочную реакцию прекращают путем добавления в нагреватель закалочного масла. После этого тяжелую нефть подают в нижнюю часть дистилляционной колонны и получают при 290^oС дистиллят и остаток (а именно, жидкость с высокой вязкостью).

Используемая в качестве сырья тяжелая нефть:
топочный мазут C # 2
Температура воспламенения: 80^oC
Вязкость: 100 мм²/с (50^oC)
Содержание серы: 1,5% по весу
Теплотворная способность: 9400 ккал/кг
Остаток
Производительность: 670 кг/час
Содержание серы: 2,1% по весу
Теплотворная способность: 9000 ккал/кг
Дистилляты: нефтяной компонент.

Нефтяной компонент
Производительность: 330 кг/час
Удельная плотность: 0,80 (15/4^oC)
Теплотворная способность: 10212 ккал/кг
Дистиллят используют в качестве топлива для газовой турбины, а остаток используют в качестве котельного топлива.

ПРИМЕР Е-9 (переработка топочного мазута C путем термического разложения при атмосферном давлении)
Сначала осуществляли нагревание 1000 кг/час нижеописанной тяжелой нефти при температуре около 450^oC, поместив тяжелую нефть в контейнер, а затем нагревая ее извне. Затем осуществляли термическое разложение при атмосферном давлении, в периодическом режиме. В результате получили дистиллят и остаток (а именно, жидкость с высокой вязкостью) при температуре в 206^oC.

Используемый в качестве сырья топочный мазут C (IFO-280, производства Мицубиши Ойл К^o, Лтд.)
Температура воспламенения: 111^oC
Вязкость: 278 мм²/с (50^oC)
Содержание серы: 2,35% по весу
Содержание азота: 0,20% по весу
Углеродный остаток: 8,88% по весу
Содержание Na: 12,6 частей на миллион по весу
Содержание К: 0,1 часть на миллион по весу
Содержание V: 32,6 частей на миллион по весу
Высшая теплотворная способность: 9800 ккал/кг
Остаток
Производительность: 0,55 кг
Содержание серы: 3,1% по весу
Содержание азота: 0,34% по весу
Коксовый остаток: 16% по весу
Содержание Na: 23 части на миллион по весу
Содержание К: 0,2 частей на миллион по весу
Содержание V: 59 частей на миллион по весу
Высшая теплотворная способность: 9170 ккал/кг
Дистиллят: нефтяной компонент.

Нефтяной компонент
Производительность: 0,45 кг
Содержание серы: 1,4% по весу
Содержание азота: 0,01% по весу
Коксовый остаток: 0,07% по весу
Содержание Na: 0,1 частей на миллион по весу
Содержание К: 0,1 частей на миллион по весу
Содержание V: 0,1 частей на миллион по весу
Высшая теплотворная способность: 10570 ккал/кг
Нефтяной компонент пригоден для использования в качестве топлива для газовых турбин, а остаток можно использовать в качестве котельного топлива. Далее, количество нефтяного компонента и остатка соответствуют количеству топлива, требующегося для выработки электроэнергии с применением комбинированного цикла и с использованием повторного сжигания отработавшего газа.

ПРИМЕР E-10 (термическое разложение топочного мазута C при атмосферном давлении)
Так же, как и в случае примера Е-9, осуществляли термическое разложение 1000 кг тяжелой нефти, описанной в примере 9, при температуре около 450^oC, при атмосферном давлении, в периодическом режиме. В результате получили дистиллят и остаток (а именно, высушенное вещество) при температуре в 218^oC. Даже если этот остаток подвергали дальнейшему нагреванию, количество дистиллята при этом значительно уменьшалось.

Остаток
Производительность: 0,35 кг
Содержание серы: 0,7% по весу
Содержание азота: 0,36% по весу
Коксовый остаток: 1% по весу
Содержание Na: 36 частей на миллион по весу
Содержание К: 0,3 частей на миллион по весу
Содержание V: 93 части на миллион по весу
Высшая теплотворная способность: 9130 ккал/кг
Дистиллят: нефтяной компонент
Нефтяной компонент
Производительность: 0,65 кг
Содержание серы: 1,4% по весу
Содержание азота: 0,01% по весу
Коксовый остаток: 0,07% по весу
Содержание Na: 0,5 частей на миллион или менее, по весу
Содержание К: 0,5 частей на миллион или менее, по весу
Содержание V: 0,5 частей на миллион или менее, по весу
Высшая теплотворная способность: 10160 ккал/кг
Нефтяной компонент пригоден для использования в качестве топлива для газовых турбин, а остаток представляет собой высушенное вещество. Далее, для того чтобы получить большее количество дистиллята, требуются очень жесткие условия переработки. В этом случае стоимость требующегося для этого оборудования становится чрезмерно высокой. Таким образом, фактически количество дистиллята является ограниченным, а именно весовая доля дистиллята ограничена 60% или около этого (а именно, до таких размеров, чтобы соотношение показателей теплотворной способности дистиллята и остатка составляло 60% : 40%). Таким образом, остаток можно транспортировать к котлу, пока этот остаток еще находится в жидком состоянии. Нефтяной компонент и остаток, соотношение показателей теплотворной способности которых отрегулировано до нужного значения, пригодны для выработки электроэнергии с применением комбинированного цикла и с повторным сжиганием отработавшего газа.

ПРИМЕР Е-11 (термическое разложение оримульсии при атмосферном давлении)
Так же, как и в случае примера Е-9, осуществляли термическое разложение 1000 кг нижеописанной высушенной оримульсии при температуре 450^oC, при атмосферном давлении, в периодическом режиме. В результате получили дистиллят и остаток (а именно, высушенное вещество) при температуре в 282^oC.

Сырье: оримульсия (в расчете на сухое вещество)
Содержание серы: 3,51% по весу
Содержание азота: 0,89% по весу
Углерод: 84,9% по весу
Содержание Na: 104 части на миллион по весу
Содержание К: 4 части на миллион по весу
Содержание V: 444 части на миллион по весу
Высшая теплотворная способность: 9820 ккал/кг
Остаток
Производительность: 0,35 кг
Содержание серы: 4,9% по весу
Содержание азота: 1,9% по весу
Углерод: 86% по весу
Содержание Na: 440 частей на миллион по весу
Содержание К: 6 частей на миллион по весу
Содержание V: 1590 частей на миллион по весу
Высшая теплотворная способность: 8850 ккал/кг
Дистиллят: нефтяной компонент
Нефтяной компонент
Производительность: 0, 65 кг/час
Содержание серы: 2,8% по весу
Содержание азота: 0,23% по весу
Углерод: 84% по весу
Содержание Na: 0,1 частей на миллион по весу
Содержание К: 0,1 частей на миллион или менее, по весу
Содержание V: 0,3 частей на миллион по весу
Высшая теплотворная способность: 10340 ккал/кг
Нефтяной компонент пригоден для использования в качестве топлива для газовых турбин, а остаток имеет свойства, делающие его пригодным для использования в качестве котельного топлива. Этот пример показывает, что имеется предел (например, 70% или около этого) значений интервала соотношений показателей теплотворной способности, при которых можно легко получить нефть, пригодную для использования в газовых турбинах. Кроме того, в данном случае, с точки зрения экстракции остатка и эффективности повторного сжигания отработавшего газа, дистиллят можно экстрагировать при дальнейшем понижении соотношения показателей теплотворной способности.

ПРИМЕР Е-12 (термическое разложение топочного мазута C при атмосферном давлении)
Сначала осуществляли термическое разложение 100000 кг/час нижеописанной тяжелой нефти при температуре около 450^oC, при атмосферном давлении, с помощью устройства, показанного на фиг. 1, и получили дистиллят и остаток (а именно, жидкость с высокой вязкостью) при температуре в 206^oC.

Сырье: топочный мазут C (ISO-280, производства Мицубиши Ойл К^o, Лтд.)
Температура воспламенения: 111^oC
Вязкость: 278 мм²/с
Содержание серы: 2,35% по весу
Содержание азота: 0,20% по весу
Коксовый остаток: 8,88% по весу
Содержание Na: 12,6 частей на миллион по весу
Содержание К: 0,1 части на миллион по весу
Содержание V: 32,6 частей на миллион по весу
Высшая теплотворная способность: 9800 ккал/кг
Остаток
Производительность: 58480 кг
Содержание серы: 3,1% по весу
Содержание азота: 0,34% по весу
Коксовый остаток: 16% по весу
Содержание Na: 23 части на миллион по весу
Содержание К: 0,2 частей на миллион по весу
Содержание V: 59 частей на миллион по весу
Высшая теплотворная способность: 9170 ккал/кг
Дистиллят: нефтяной компонент
Нефтяной компонент
Производительность: 41520 кг/час
Содержание серы: 1,4% по весу
Содержание азота: 0,01% по весу
Коксовый остаток: 0,07% по весу
Содержание Na: 0,5 частей на миллион или менее, по весу
Содержание К: 0,5 частей на миллион или менее, по весу
Содержание V: 0,5 частей на миллион или менее, по весу
Высшая теплотворная способность: 10570 ккал/кг
Далее, вырабатывают 169 MВт/час электроэнергии путем подачи к газовой турбине 41520 кг/час нефтяного компонента и 1190000 м³/час воздуха, полученных, как описано выше. Отработавший газ газовой турбины, имеющий температуру около 580^oC и содержащий около 13 об.% кислорода, подают в котел, в котором сжигают оставшийся компонент. Таким образом, можно выработать 366,6 MВт/час электроэнергии. Вследствие этого, термический КПД выработки электроэнергии при использовании тяжелой нефти в соответствии с настоящим изобретением составляет 47%.

В свою очередь, в случае когда тяжелое топливо сжигают просто с помощью котла, можно выработать 455,3 MВт/час электроэнергии, посредством подачи 1190000 м³/час воздуха и 100000 кг/час тяжелой нефти. Термический КПД выработки электроэнергии в этом случае составляет 40%.

В случае данного примера, в соответствии с настоящим изобретением выработку электроэнергии можно осуществить путем подачи всего количества (1190000 м³/час) воздуха в газовую турбину, либо, в качестве альтернативы, разделив это количество воздуха, которое необходимо для сжигания в котле, на меньшие порции воздуха и последовательно подавая эти меньшие порции воздуха в котел.

Как можно понять из этих примеров, очень легко получить дистиллят, который можно использовать в качестве топлива для газовых турбин, для выгодного осуществления выработки электроэнергии с применением комбинированного цикла.

Далее, в случае, когда объем дистиллята ограничен, а соотношение показателей теплотворной способности этого дистиллята к остатку составляет 10: 90, то увеличение КПД выработки электроэнергии невелико, даже если выработка электроэнергии производится с применением комбинированного цикла. В таком случае, наличие установки для частичной переработки топлива не дает существенной выгоды.

В данном случае, количество дистиллята можно увеличивать до тех пор, пока соотношение показателей теплотворной способности дистиллята и остатка не достигнет 70:30. Однако экстракция остатка становится более трудной, когда соотношение превышает 60:40. Кроме того, количество кислорода, содержащегося в этом отработавшем газе газовой турбины, превышает его количество, необходимое для повторного сжигания этого отработавшего газа. Вследствие этого потери отработавшего газа возрастают.

В-шестых, описывается способ частичной газификации смеси угля и тяжелой нефти, осуществляемой путем сжигания, на нижеследующих практических примерах.

ПРИМЕР F-1
Сначала 1000 кг/час нижеописанной смеси угля и тяжелой нефти, 800 кг/час водяного пара, имеющего, температуру 260^oC, и 735 Нм³/час кислорода подают в газификатор, а затем осуществляют частичную газификацию путем сжигания, при температуре около 1400^oC и давлении 40 атм, с использованием устройства, показанного на фиг. 1. В результате получают дистиллят и остаток.

Уголь
Содержание влаги: 25% по весу
Летучее вещество: 30% по весу (в расчете на сухое вещество)
Связанный углерод: 51% по весу (в расчете на сухое вещество)
Зола: 17% по весу (в расчете на сухое вещество)
Теплотворная способность: 5780 ккал/кг (в расчете на сухое вещество)
Скорость подачи угля: 500 кг/час
Тяжелая нефть: топочный мазут C #2
Температура воспламенения: 80^oC
Вязкость: 100 мм²/с (50^oC)
Содержание серы: 1,5% по весу
Теплотворная способность: 9400 ккал/кг
Скорость подачи тяжелой нефти: 500 кг/час
Остаток
Производительность: 600 кг/час
Летучее вещество: 1% по весу
Связанный уголь: 67% по весу
Зола: 32% по весу
Теплотворная способность: 4000 ккал/кг
Дистилляты: газовый компонент, нефтяной компонент и вода.

Газовый компонент
Производительность: 1600 Нм³/час
Теплотворная способность: 2500 ккал/Нм³
Нефтяной компонент
Очень мало
Производительность: 20 кг/час
Теплотворная способность: 9800 ккал/кг
Вода
Производительность: 300 кг/час
Полученные дистилляты подают в газовую турбину и сжигают в ней. Отработавший газ газовой турбины, имеющий температуру около 580^oC и содержащий около 13 об.% кислорода, подают в котел. Остаток сжигают с помощью этого газа. Вследствие этого, термический КПД выработки электроэнергии с применением комбинированного цикла достигает 46%.

В свою очередь, все количество пригодного для котлов топлива подвергают газификации, а затем вырабатывают электроэнергию с использованием газовой турбины. Далее, вырабатывают пар путем утилизации отработавшего газа газовой турбины, с помощью котла-утилизатора. Далее, в случае если выработку электроэнергии осуществляют с применением комбинированного цикла, термический КПД составляет около 46%. Однако в случае обычного устройства, с помощью которого все количество топлива подвергается газификации, необходимы специальная газовая турбина и котельные системы, в результате стоимость сооружения такого обычного устройства высокая. В противоположность этому, стоимость сооружения устройства по настоящему изобретению низкая. В случае модификации существующих установок, можно использовать обычный котел. Кроме того, газификацию полного количества топлива и переработку или обработку золы выполнять трудно. Очистка газа должна производиться при низкой температуре. Вследствие этого происходят большие потери тепла.

ПРИМЕР F-2
Частичную газификацию путем сжигания смеси угля и тяжелой нефти осуществляют с использованием устройства, показанного на фиг. 2, так же, как в случае примера F-1. В результате получают дистиллят и остаток. После удаления из дистиллята пыли и его десульфурации, дистиллят охлаждают и промывают жидким компонентом. Далее из него выделяют водный слой, с помощью разделительного резервуара. Таким образом получают газовый компонент и нефтяной компонент.

Газовый компонент и нефтяной компонент подают в газовую турбину в качестве топлива. Остаток и выделенный водный слой подают в котел. Таким образом, можно вырабатывать энергию с применением комбинированного цикла.

ПРИМЕР F-3
Частичную газификацию путем сжигания смеси угля и тяжелой нефти осуществляют с использованием устройства, показанного на фиг. 3, так же, как в случае примера F-1. В результате получают дистиллят и остаток. После удаления из дистиллята пыли и его десульфурации, дистиллят охлаждают и промывают жидким компонентом. Далее из него выделяют водный слой, с помощью разделительного резервуара. Таким образом получают газовый компонент и нефтяной компонент. Нефтяной компонент разделяют на очищенный дистиллят и остаточный пек путем разгонки при пониженном давлении.

Газовый компонент и очищенный дистиллят используют в качестве топлива для газовой турбины. Остаток, выделенный водный слой и остаточный пек используют в качестве котельного топлива. Затем эти виды топлива сжигают путем подачи воздуха. Содержание серы в газовом компоненте и в жидком компоненте составляет 0,6% по весу в каждом. Содержание каждого из нижеуказанных компонентов - Na, K и V составляет не более 0,5 частей на миллион по весу. Поэтому коррозии лопастей турбины не происходит.

ПРИМЕР F-4
Частичную газификацию путем сжигания смеси угля и тяжелой нефти осуществляют с использованием устройства, показанного на фиг. 3, так же, как в случае примера F-1. В результате получают дистиллят и остаток. После удаления из дистиллята пыли и его десульфурации дистиллят охлаждают и промывают жидким компонентом. Далее из него выделяют водный слой, с помощью разделительного резервуара. Таким образом получают газовый компонент и нефтяной компонент. Нефтяной компонент разделяют на очищенный дистиллят и остаток, путем разгонки при пониженном давлении.

Газовый компонент и очищенный дистиллят используют в качестве топлива для газовой турбины. Остаток, выделенный водный слой и остаточный пек используют в качестве котельного топлива. Затем эти виды топлива сжигают посредством подачи воздуха. Содержание серы в газовом компоненте и в жидком компоненте составляет 1% по весу, в каждом. Содержание каждого из нижеуказанных компонентов - Na, К и V составляет не более 0,1 частей на миллион по весу. Поэтому коррозии лопастей турбины не происходит.

ПРИМЕР F-5
Дистиллят, полученный в примере F-1, подают в газовую турбину и сжигают в ней с помощью устройства, показанного на фиг. 1. Остаток подают в котел. Отработавший газ газовой турбины имеет температуру 580^oC. Далее осуществляют утилизацию тепла с помощью котла-утилизатора.

ПРИМЕР F-6
Сначала 1000 кг/час смеси угля примера F-1 и нижеописанной тяжелой нефти, 500 кг/час пара (или водяного пара), имеющего высокое давление, и 130 Нм³/час кислорода подают в газификатор с проточным слоем, а затем осуществляют частичную газификацию такого угля путем сжигания, при температуре около 1100^oC и давлении 30 атм, с использованием устройства, показанного на фиг. 1. В результате получают дистиллят и остаток.

Уголь
Содержание влаги: 25% по весу
Летучее вещество: 30% по весу (в расчете на сухое вещество)
Связанный углерод; 51% по весу (в расчете на сухое вещество)
Зола: 17% по весу (в расчете на сухое вещество)
Теплотворная способность: 5780 ккал/кг (в расчете на сухое вещество)
Скорость подачи угля: 400 кг/час
Тяжелая нефть: иранский светлый остаточный нефтепродукт (нефтяной остаток) при пониженном давлении
Удельная плотность: 1,01 (15/4^oC)
Вязкость: 100000 мм²/с (50^oC)
Содержание серы: 3,6% по весу
Скорость подачи тяжелой нефти: 600 кг/час
Остаток
Производительность: 300 кг/час
Летучее вещество: 3% по весу
Связанный уголь: 74% по весу
Зола: 23% по весу
Теплотворная способность: 4800 ккал/кг
Дистилляты: газовый компонент, нефтяной компонент и вода.

Газовый компонент
Производительность: 1500 Нм³/час
Теплотворная способность: 2600 ккал/Нм³
Нефтяной компонент
Производительность: 80 кг/час
Теплотворная способность: 8000 ккал/кг
Вода
Производительность: 250 кг/час
Дистилляты освобождают от пыли, десульфурируют и используют в качестве топлива для газовой турбины, поддерживая их высокую температуру и давление. Остаток используют в качестве котельного топлива. Таким образом осуществляют выработку электроэнергии с применением комбинированного цикла.

Как можно понять из этого примера, очень легко получить дистилляты, которые можно использовать в качестве топлива для газовых турбин, для выгодного осуществления выработки электроэнергии с применением комбинированного цикла.

Далее, в случае, когда объем дистиллята ограничен, а соотношение показателей теплотворной способности этого дистиллята к остатку составляет 10:90, то увеличение КПД выработки электроэнергии невелико, даже если выработка электроэнергии производится с применением комбинированного цикла. В таком случае, наличие установки для частичной переработки топлива не дает существенной выгоды.

Кроме того, хотя это зависит от соотношения смешивания угля и тяжелой нефти, но количество дистиллята можно увеличивать до тех пор, пока соотношение показателей теплотворной способности дистиллята и остатка не достигнет 70: 30 или около этого. Однако экстракция остатка становится более трудной, когда это соотношение превышает 60:40. Кроме того, количество кислорода, содержащегося в этом отработавшем газе газовой турбины, превышает его количество, необходимое для повторного сжигания отработавшего газа. Вследствие этого потери отработавшего газа увеличиваются.

В-седьмых, ниже описываются примеры использования различных видов пригодного для котлов топлива.

ПРИМЕР G-1
В устройстве, показанном на фиг. 4, 56000 кг/час керосина, количество которого в летний сезон является избыточным, используют в качестве пригодного для газовых турбин топлива. Далее, используют 92800 кг/час нижеописанной тяжелой нефти, которую нельзя использовать в качестве пригодного для котлов топлива.

Отработавший газ газовой турбины имеет температуру 580^oC и содержит около 13 об. % кислорода. Пригодное для котлов топливо можно сжигать путем использования только этого отработавшего газа. Вследствие этого, термический КПД выработки электроэнергии достигает 46%.

Керосин: #1
Температура воспламенения: 40^oC или выше
Температура 95%-ной перегонки: 270^oC или ниже
Теплотворная способность: 10500 ккал/кг (в расчете на ВТС)
Тяжелая нефть: иранский светлый остаточный нефтепродукт (нефтяной остаток) при пониженном давлении
Удельная плотность: 1,01 (15/4^oC)
Вязкость: 100000 мм²/с (50^oC)
Содержание серы: 3,6% по весу
ПРИМЕР G-2
9605 кг/час керосина, использованного в примере G-1, используют в качестве топлива для газовых турбин в устройстве, показанном на фиг. 8 (в данном случае, пригодное для котлов топливо, обозначенное номером 102, не используется). Далее, осуществляют низкотемпературную карбонизацию 220400 кг/час нижеописанного высушенного угля, при температуре около 600^oC. В результате получают дистиллят и полукокс. Дистиллят охлаждают и промывают жидким компонентом. Далее из него выделяют водный слой с помощью разделительного резервуара. Таким образом получают газовый компонент и нефтяной компонент.

Нефтяной компонент разделяют на очищенный дистиллят и остаточный пек путем разгонки при пониженном давлении.

Газовый компонент и очищенный дистиллят используют в качестве пригодного для газовых турбин топлива, вместе с керосином. Остаток, выделенный водный слой и остаточный пек подают в котел в качестве котельного топлива, вместе с углем. Затем эти виды топлива сжигают путем подачи воздуха. Содержание серы в газовом компоненте и в жидком компоненте составляет 0,52% по весу, в каждом. Содержание каждой из солей и содержание ванадия составляет 0,5 частей на миллион по весу. Поэтому пригодное для газовых турбин топливо можно использовать в работе в течение длительного периода, например, в течение 8000 часов. Кроме того, не происходит корродирования лопастей турбины и тому подобного.

Используемый в качестве сырья уголь (после сушки)
Содержание влаги: 4% по весу
Летучее вещество: 31% по весу
Связанный уголь: 50% по весу
Зола: 15% по весу
Теплотворная способность: 6430 ккал/кг
Полукокс
Производительность: 193100 кг/час
Летучее вещество: 11% по весу
Связанный уголь: 65% по весу
Зола: 24% по весу
Теплотворная способность: 6700 ккал/кг
Газовый компонент
Производительность: 18000 Нм³/час
Теплотворная способность: 7100 ккал/кг
Нефтяной компонент
Производительность: 11000 кг/час
Теплотворная способность: 9110 ккал/кг
ПРИМЕР G-3
Используют устройство, показанное на фиг. 5. Далее, 36050 кг/час угля, применявшегося в примере G-2, используют в качестве пригодного для котлов топлива. Кроме того, 135800 кг/час нижеописанной тяжелой нефти используют в качестве пригодного для котлов топлива, для термического разложения.

Тяжелую нефть подают в нагревательную печь во время повышения давления. Затем осуществляют термическое разложение этой тяжелой нефти при температуре 500^oC. Вслед за этим, прекращают побочную реакцию, путем подачи закалочного масла в нагревательную печь. После этого тяжелую нефть подают в нижнюю часть дистилляционной колонны и получают дистиллят и остаток.

Этот дистиллят подвергают десульфурации и используют в качестве пригодного для газовых турбин топлива, поддерживая при этом его высокую температуру и давление. Остающийся компонент можно использовать в качестве котельного топлива, вместе с углем.

Используемая в качестве сырья тяжелая нефть: иранский светлый остаточный нефтепродукт при пониженном давлении
Удельная плотность: 1,01 (15/4^oC)
Вязкость: 100000 мм²/с (50^oC)
Содержание серы: 3,6% по весу
Остаток
Производительность: 75369 кг/час
Удельная плотность: 1,03 (15/4^oC)
Вязкость: 45000 мм/с (50^oC)
Содержание серы: 3,9% по весу
Процентное содержание материалов, имеющих высокую температуру кипения (≥ 350^oC): 78,5% по весу
Теплотворная способность: 9000 ккал/кг
Дистилляты: газовый компонент и нефтяной компонент.

Газовый компонент
Производительность: 5433 Нм³/час
Теплотворная способность: 10125 ккал/кг
Нефтяной компонент
Производительность: 54320 кг/час
Теплотворная способность: 10000 ккал/кг
ПРИМЕР G-4 (использование угля, термического разложения тяжелой нефти и керосина)
Используют устройство, показанное на фиг. 6. Далее, 15500 кг/час керосина, применявшегося в примере G-1, используют в качестве пригодного для газовых турбин топлива, а 100000 кг/час угля, применявшегося в примере G-2, используют в качестве пригодного для котлов топлива. Кроме того, 99520 кг/час тяжелой нефти используют в качестве пригодного для котлов топлива, для термического разложения.

Отработавший газ газовой турбины имеет температуру 580^oC и содержит около 13 об.% кислорода. Остаток и пригодное для котлов топливо можно сжигать путем использования только этого отработавшего газа. Вследствие этого, термический КПД выработки электроэнергии достигает 46%.

ПРИМЕР Н-1 (выработка электроэнергии с применением комбинированного цикла, с помощью устройства для выработки электроэнергии, размещенного вблизи от завода или установки по очистке нефти)
Устройство для выработки электроэнергии, показанное на фиг. 4, размещено вблизи от нефтеперерабатывающего завода, который использует в качестве сырья 15900 кл/день (13674 т/день) сырой нефти.

Сырую нефть полностью перерабатывают. Нижеследующие продукты получают с завода (установки) по очистке нефти.

Газ: 250000 Нм³/день
СНГ (сжиженный нефтяной газ): 450 т/день
Нефтехимическая нафта: 680 т/день
Бензин: 2750 т/день.

Топливо для реактивных двигателей; 700 т/день
Керосин: 1350 т/день
Дизельный светлый нефтепродукт: 2300 т/день
Сумма топочного мазута A, B и C: 3000 т/день
Остаточный нефтепродукт при пониженном давлении: 1500 т/день
Асфальт: 300 т/день
Нефтяной кокс и пек: 400 т/день
Из этих продуктов, 41,9 т/час дизельного светлого нефтепродукта подают в газовую турбину в качестве пригодного для газовых турбин топлива. Далее, 86 т/час остаточного нефтепродукта с пониженным давлением подают в котел в качестве пригодного для котлов топлива.

Отработавший газ газовой турбины имеет температуру 580^oC и содержит около 13 об. % кислорода. Пригодное для котлов топливо можно сжигать путем использования только этого отработавшего газа. Вследствие этого, термический КПД выработки электроэнергии достигает 46% (общий термический КПД).

Таким образом, дизельный светлый нефтепродукт и остаточный нефтепродукт с пониженным давлением можно преобразовать в электроэнергию, без установки новых производственных мощностей для частичной переработки нефти и без транспортировки нефти в компанию по выработке электроэнергии.

ПРИМЕР Н-2 (выработка электроэнергии с применением комбинированного цикла, с помощью устройства для выработки электроэнергии, размещенного вблизи от сталеплавильного завода)
Устройство для выработки электроэнергии, показанное на фиг. 4, размещено вблизи от сталеплавильного завода.

На этом сталеплавильном заводе размещена коксовая печь Копперс. С помощью этой печи битуминозный уголь подвергают полному разложению, при этом получают кокс и коксовый газ.

Скорость подачи угля: 200 т/час
Производительность выработки кокса: 146 т/час
Количество побочного продукта коксового газа: 6200 Нм²/час
Состав коксового газа: 56 об.% водорода, 27 об.% метана, 7 об.% моноокиси углерода, 3 об.% углеводорода или других негорючих газообразных компонентов.

Теплотворная способность коксового газа: 4450 ккал/Нм³
Железо или сталь производят путем подачи вышеупомянутого кокса в доменную печь.

В доменной печи вырабатывается нижеследующий доменный газ, который можно подавать к газовой турбине.

Состав доменного газа: 3 об.% водорода, 24 об.% моноокиси углерода и другие виды невоспламеняющихся газообразных компонентов.

Теплотворная способность доменного газа: 800 ккал/Нм³
Ниже описывается случай использования коксового газа.

Полное количество коксового газа подают к газовой турбине в качестве пригодного для газовой турбины топлива. Кроме того, 85,2 т/час угольной пыли, образующейся в процессе изготовления кокса, и если необходимо, вместе с углем для изготовления угля, подают в котел в качестве пригодного для котлов топлива.

Отработавший газ газовой турбины имеет температуру около 580^oC и содержит около 13 об.% кислорода. Пригодное для котлов топливо можно сжигать путем использования только этого отработавшего газа. Вследствие этого, термический КПД выработки электроэнергии достигает 45% (общий термический КПД).

Таким образом, можно эффективно получать электроэнергию путем использования коксового газа и угольной пыли, без установки новых мощностей для частичной переработки топлива.

ПРИМЕР Н-3 (выработка электроэнергии с применением комбинированного цикла, с помощью устройства для выработки электроэнергии, размещенного вблизи от химического завода)
Устройство для выработки электроэнергии, показанное на фиг. 4, размещено вблизи от химического завода, который включает в себя установку для нафта-крекинга, установку для выпуска полимеров общего назначения и установку для выпуска химических продуктов.

Нафту подают на установку для нафта-крекинга, и осуществляют полный нафта-крекинг этой нафты.

Скорость переработки нафты: 1000000 т/год
Производительность выработки этилена: 350000 т/год
Производительность выработки пропилена: 170000 т/год
Производительность выработки бензола: 56000 т/год
Производительность выработки отходящих газов
Производительность выработки в расчете на метан: 87000 т/год
Теплотворная способность в расчете на метан: 13300 ккал/кг
Производительность выработки топочного мазута и дегтя: 39500 т/год
Теплотворная способность топочного мазута и дегти: 10500 ккал/кг
Производительность выработки не подлежащих повторной переработке полимеров: 55000 т/год
Теплотворная способность не подлежащих повторной переработке полимеров: 9300 т/год
Производительность выработки химических дегтевидных продуктов: 21000 т/год
Теплотворная способность химических дегтевидных продуктов: 4800 ккал/кг
В последнее время газы, отходящие из установок для нафта-крекинга, дегтевидные вещества, поступающие с установок для нафта-крекинга и с заводов по производству различных полимеров, не подлежащие повторной переработке полимеры, такие как атактические полимеры, оплавленные полимеры, получаемые во время смены марок, а также нестандартные полимеры сжигают в котле. Затем вырабатывают пар и вырабатывают электроэнергию. При этом термический КПД выработки электроэнергии составляет 39% (общий термический КПД).

Далее, производится выработка электроэнергии с использованием отходящих газов, которые до настоящего времени использовали в качестве горючего газа в котле, а теперь используют в качестве пригодного для турбин топлива, а также используют не подлежащие вторичной переработке полимеры и химические дегтевидные вещества в качестве пригодного для котлов топлива. Кроме того, отработавший газ из газовой турбины подают в котел и сжигают в нем пригодное для котлов топливо. Вследствие этого, термический КПД выработки электроэнергии достигает 46% (общий термический КПД).

Следовательно, электроэнергию можно эффективно получать на химическом заводе, без установки новых мощностей для частичной переработки топлива, путем подачи отработавшего газа, отходящего из установки для нафта-крекинга, к газовой турбине, и подачи в котел дегтевидных химических веществ, поступающих с установки для нафта-крекинга и с различных установок по производству полимеров. Далее, если это необходимо, полученную электроэнергию можно продавать электроэнергетическим компаниям.

Способ и устройство предназначены для выработки электроэнергии. Достигается высокоэффективная выработка электроэнергии посредством использования пригодного для котлов топлива, такого как недорогой уголь, тяжелая нефть или пластмассовые отходы, а также в некоторых случаях путем использования пригодного для газовых турбин топлива, не оказывающие вредного влияния на окружающую среду, при низких затратах на оборудование. В данном устройстве сначала пригодное для котлов топливо разделяют на дистиллят и остаток путем частичной переработки. Этот дистиллят ( в некоторых случаях вместе с пригодным для газовых турбин топливом) подают в газовую турбину и с помощью него вырабатывают электроэнергию. Далее, выходящий из газовой турбины отработавший газ, образовавшийся в результате горения, подают в котел. Затем остаток (в некоторых случаях, вместе с пригодным для котлов топливом) сжигают, чтобы получить водяной пар. Далее в помощью этого пара вырабатывают электроэнергию. Такие способ и устройство позволят вырабатывать электроэнергию с высоким КПД посредством использования недорогого пригодного для котлов низкосортного топлива, которое не может быть использовано для газовой турбины, но может быть использовано для котлов, в результате чего повышается эффективность использования данного топлива. 3 с. и 12 з.п.ф-лы, 8 ил.

1. Способ выработки электроэнергии, согласно которому разделяют путем частичной переработки топливо для котлов на дистиллят и остаток, используют в качестве топлива для газовых турбин либо только топливо для газовых турбин, полученное из дистиллята, либо смеси этого топлива и топлива, пригодного для газовых турбин, используют в качестве котельного топлива либо только остаток, либо смесь этого остатка и по меньшей мере одного вида топлива, выбранного из группы пригодного для котлов топлива, или другой вид пригодного для котлов топлива; приводят в движение газовую турбину посредством сжигания топлива для газовых турбин в газовой турбине и приводят в движение паровую турбину с помощью водяного пара посредством сжигания в котле топлива для котлов, в котором газовый компонент сжигают с помощью газовой турбины, предназначенной для сжигания газа, а нефтяной компонент или очищенный дистиллят сжигают с помощью газовой турбины, предназначенной для сжигания нефти. 2. Способ выработки электроэнергии по п.1, в котором котельное топливо (К) повторно сжигают посредством подачи в котел отработавшего газа из газовой турбины. 3. Способ выработки электроэнергии по п.1, в котором водяной пар для выработки электроэнергии получают путем подачи отработавшего газа из газовой турбины в котел-утилизатор и в котором котельное топливо (К) повторно сжигают путем подачи в котел отработавшего газа, выходящего из котла-утилизатора. 4. Способ выработки электроэнергии по любому из пп.1 - 3, в котором частичная переработка представляет собой переработку путем частичной сепарации, включающую в себя по крайней мере одну операцию, выбранную из группы в составе отгонки легких фракций, продувки (промывки), разгонки, экстракции и декантации. 5. Способ выработки электроэнергии по любому из пп.1 - 3, в котором частичная переработка представляет собой переработку путем частичного разложения, включающую в себя по крайней мере одну операцию, выбранную из группы в составе термического разложения, карбонизации, водно-газовой газификации, газификации с помощью полученного при сжигании газа, гидрогенизации и микроволнового облучения. 6. Способ выработки электроэнергии по любому из п.4 или 5, в котором частичную переработку осуществляют при температуре в интервале 250 - 500°С. 7. Способ выработки электроэнергии по любому из пп.1 - 6, в котором соотношение между показателями теплотворной способности дистиллята (Д) и остатка (О) составляет 20-60% - 80-40%. 8. Способ выработки электроэнергии по любому из пп.1 - 7, в котором из дистиллята (Д) выделяют по крайней мере газовый компонент (V) и нефтяной компонент (Н) и в котором этот газовый компонент (V), этот нефтяной компонент (Н) или как газовый компонент (V), так и нефтяной компонент (Н) используют в качестве топлива для газовых турбин (Г). 9. Способ выработки электроэнергии по п. 8, в котором нефтяной компонент (Н) разделяют на очищенный дистиллят (С) и кубовый остаток (O') путем разгонки нефтяного компонента (Н), причем очищенный дистиллят (С) используют в качестве топлива для газовой турбины (Г), а кубовый остаток (О') используют в котле. 10. Способ выработки электроэнергии по любому из п.8 или 9, в котором топливо для газовых турбин (А) содержит натрий, калий и ванадий, причем общая весовая доля натрия и калия составляет не более 0,5 частей на миллион, а весовая доля ванадия составляет не более 0,5 частей на миллион. 11. Устройство для выработки электроэнергии, включающее в себя устройство для частичной переработки, предназначенное для разделения пригодного для котлов топлива (Т) на дистиллят (Д) и остаток (О), путем осуществления частичной переработки пригодного для котлов топлива (Т); газовую турбину, которую приводят в движение посредством сжигания топлива для газовой турбины (А), которое представляет собой либо только топливо для газовых турбин (Г), полученное из дистиллята (Д), либо смесь этого топлива для газовых турбин (Г) и пригодного для газовых турбин топлива (Г'); генератор электроэнергии для газовой турбины, который вырабатывает электрическую энергию путем приведения в движение газовой турбины; котел для выработки пара посредством сжигания котельного топлива (К), которое представляет собой либо только остаток (О), либо смесь этого остатка (О) и по крайней мере одного вида топлива, выбранного из группы, состоящей из пригодного для котлов топлива (Т) и другого вида пригодного для котлов топлива (Т'); паровую турбину, которая приводится в движение с помощью водяного пара, выходящего из котла; генератор электроэнергии для паровой турбины, который вырабатывает электрическую энергию посредством приведения в движение паровой турбины, в котором пригодное для котлов топливо (Т или Т') представляет собой топливо, выбранное из группы в составе угля, низкосортного угля с содержанием летучего вещества не менее 20% по весу, полукокса, кокса, топочного мазута, остаточного нефтепродукта, пека, битума, нефтяного кокса, сажи, битуминозного песка, песчаной нефти, полученной из битуминозного песка, нефтяного сланца, сланцевой нефти, полученной из нефтяного сланца, оринокского дегтя, оримульсии, представляющей собой водную суспензию оринокского дегтя, асфальта, асфальтовой эмульсии (а именно, эмульгированного асфальта), углемазутной смеси (УМС), смеси угля с водой (УВС), метанолугольной пульпы, массы, полученной из природных материалов, таких, как древесина, трава, твердые жиры и растительные масла или фильтр-прессный осадок, пластмассовых отходов, сгораемых отходов и смеси этих материалов. 12. Устройство для выработки электроэнергии по п.11, которое включает в себя также устройство для подачи отработавшего газа, предназначенное для подачи отработавшего газа, выходящего из газовой турбины, в котел. 13. Устройство для выработки электроэнергии по п. 12, которое включает в себя также котел-утилизатор, в который поступает отработавший газ, выходящий из газовой турбины, с помощью чего вырабатывают пар, предназначенный для выработки электроэнергии; устройство для подачи отработавшего газа, предназначенное для подачи отработавшего газа, выходящего из котла-утилизатора, в котел. 14. Способ выработки электроэнергии, включающий в себя следующие этапы: размещение первого и второго устройств для выработки электроэнергии вблизи от производственных мощностей, из которых можно получать пригодное для газовых турбин топливо и пригодное для котлов топливо; подача пригодного для газовых турбин топлива к газовой турбине в первом устройстве для выработки электроэнергии и затем сжигание в ней этого пригодного для газовых турбин топлива; выработка электроэнергии посредством приведения в движение газовой турбины в первом устройстве для выработки электроэнергии, путем использования образовавшегося при горении газа для приведения в движение турбины, полученного путем сжигания пригодного для газовых турбин топлива; подача пригодного для котлов топлива в котел во втором устройстве для выработки электроэнергии и сжигание в нем этого пригодного для котлов топлива с помощью отработавшего газа, выходящего из газовой турбины; выработка электроэнергии путем приведения в движение паровой турбины во втором устройстве для выработки электроэнергии, которая приводится в движение с помощью водяного пара, полученного путем сжигания пригодного для котлов топлива. 15. Способ выработки электроэнергии по п.14, в котором производственные мощности представляют собой по крайней мере один завод или установку, выбранную из группы, состоящей из завода или установки для очистки нефти, сталеплавильного завода или химического завода.

Приоритет по пунктам:
26.12.1996 - по пп.1 - 3, 8 - 10, 11 - 13 согласно JP 8/357129;
23.05.1997 - по п.4 согласно JP 9/150202;
26.12.1996 - процесс карбонизации в п.5 согласно JP 8/357129;
14.02.1997 - процесс водно-газовой газификации в п. 5 согласно JP 9/47264;
14.02.1997 - процесс газификации с помощью полученного при сжигании газа согласно JP 9/47265;
19.02.1997 - процесс микроволнового облучения согласно JP 9/50976;
26.02.1997 - процесс термического разложения согласно JP 9/58375;
23.05.1997 - процесс гидрогенизации согласно JP 9/150202;
09.09.1997 - по п.6 согласно JP 9/260910;
26.02.1997 - по п.7 согласно JP 9/58375;
09.09.1997 - по п.14 и 15 согласно JP 9/260910.