用于并行产生机械功率和制造烃的方法和设备技术

提出了一种用于组合产生机械功率和制造烃的方法，其中为了产生机械功率，至少一个内燃机(1)被点火，由此产生燃烧废气(c)，并且为了产生烃，使用燃料(e)和助燃气体(d)加热至少一个反应器(2)。本发明专利技术规定至少一部分助燃气体(d)通过与来自内燃机(1)的至少一部分燃烧废气(c)的间接热交换而被加热。本发明专利技术还涉及一种相应的设备(100，200)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于并行产生机械功率和制造烃的方法和设备
本专利技术涉及根据独立权利要求的前序部分的用于并行产生机械功率和制造烃的方法和设备。
技术介绍
在用于制备化学反应产物的众多方法中，采用了包括由燃烧器加热的反应器管的反应器，使进料通过反应器管，然后至少部分地反应以形成所需的反应产物。这种方法的实例包括蒸汽裂化，烷烃脱氢以及合成气或氨的生成。在文献中广泛描述了相应的方法和装置。对于用于蒸汽裂化的方法和装置，可以参考例如《乌尔曼工业化学大全》(Ullmann′sEncyclopediaofIndustrialChemistry)中的文章“Ethylene”(自2007年4月15日可在线阅读，DOI10.1002/14356007.a10_045.pub2)。用于烷烃脱氢，尤其是丙烷至丙烯和异丁烷至异丁烯的脱氢的方法和装置可以在例如《乌尔曼工业化学大全》的文章“Propene”中找到(自2000年6月15日可获得在线版，DOI10.1002/14356007.a22_211，第4.3节，“PropaneDehydrogenation”)。长期以来人们一直希望将这种反应器与用于产生机械功率的装置联接。后者可以例如使用内燃机，特别是燃气轮机来实现。已知的燃气-蒸汽方法及相应的装置用作这种组合方法的实例。在如图1所示和下文描述的燃气-蒸汽方法中，含氧的助燃气体(通常为空气)通过燃气轮机吸入并被压缩。将合适的燃料，通常为天然气或一些其它气体混合物，引入燃气轮机的燃烧室中，并在由助燃气体形成的气氛中在压力下燃烧。对由此形成的燃烧废气(也称为热气体)的减压驱动了燃气轮机的膨胀级，并且由此驱动了与燃气轮机联接的发电机。仍存在于燃气轮机下游的燃烧废气中的热可用于废热蒸汽发生器(所谓的热回收蒸汽发生器HRSG)以产生加压蒸汽。加压蒸汽可用于驱动蒸汽轮机。蒸汽轮机的功率通常用于在联接到燃气轮机的发电机或在另一发电机中进一步产生电能。使用前述燃气轮机和加热反应器的组合方法基本上也是已知的，如参考图3所解释的。然而，如下文详细描述的，在这种设备中使用的反应器的辐射区效率显著降低。因此，这种设备的总效率最多略高于用于产生电能和用于回收烃的单独设备的总效率。因此，组合设备的低的效率优势通常不能为将它们联接的费用辩护。特别是在这种类型的设备中，在被加热的反应器的运行中存在对燃气轮机的运行依赖性。如果后者不能使用，在极端情况下，反应器也必须关闭，这相应地导致昂贵的生产损失。通常，上述反应器可以设计为长期运行多年，或者以多个并行单元的形式构建，所述并行单元交替地维护或再生。在蒸汽裂化方法中，例如，5至10个反应器可以一直处于运行中，一个反应器处于所谓的脱焦模式。但是，燃气轮机需要明显更频繁的维护。GB2148734A公开了具有高速流化床反应器的发电厂。提供了细分的热传递流化床，其被指定为旋动由流化床反应器产生的热灰并从中提取热量。装置被提供，其指定为控制流通过热传递床的由细分形成的一些区段的这部分热灰，以分别控制这些区段的功率增益。细分的流化床的一区段可产生过程蒸汽，而另一区段可提供用于涡轮机的热的过程空气。从US5,048,284A和从GB2296719A已知了组合方法，其中进行自热重整并且操作涡轮机。从FR1445870A已知一种与涡轮机组合操作的重整反应器。因此，本专利技术的问题是改进用于产生电能和用于制造烃的组合方法，特别是在其效率方面。
技术实现思路
该问题通过具有独立权利要求的特征的用于产生机械功率和制造烃的方法和设备来解决。优选实施例是下面的从属权利要求和描述的主题。在说明本专利技术的特征之前，将对它们的基础和使用的术语进行说明。在下面的描述中，经常提及热过程的效率；适用于以下定义：燃烧(“热”)效率(FTW，ny_FTW)表示引入的加热功率(P_供应)的比例，其不会通过燃烧废气(P_废气)损失到环境中：ny_FTW＝1-P_废气/P_供应。在此不考虑由热部件的热传导引起的对环境的损失，因为它们通常明显小于废气损失。辐射区效率(SZW，ny_SZ)表示引入的加热功率(P_供应)的比例，其间接地转移到燃烧室中的过程介质(P_过程)：ny_SZ＝P_过程/P_供应。转移通常在显著高于1000℃的温度下进行，并且优选通过辐射进行。用于蒸汽裂化的反应器的典型辐射区效率为大约0.42(42％)，这种反应器仅被直接加热，即仅通过燃烧器而不是例如通过预热的助燃空气加热。电效率(ny_el)表示作为以电功率形式的净功率释放的热功率过程引入的加热功率的比例(净功率表示热功率过程的功率减去辅助装备例如泵和压缩机所需的功率)：ny_el＝P_el/P_供应。术语“能效”在此通常被用作比较术语，其评估或量化不同方法或组合方法所需的加热功率，以便产生特定量的一个或多个产品或产生特定量的电功率。该术语例如用于通过一级蒸汽过程，燃气轮机以及组合的燃气-蒸汽方法产生电功率。通常，效率按照指定的顺序增加，即用于产生的特定量的电流的加热功率下降。在本申请的范围内，燃料的燃烧功率通常与较低的热值(Hu)相关。它是指在燃烧中可以使用的最大热量，其中基于所使用的燃料量，废气中包含的水蒸气不会冷凝。在通常的用语中，术语“燃气轮机”是指如已经提到的，包括压缩级，作为实际燃气轮机的膨胀级以及连接在压缩级和膨胀级之间的燃烧室的布置。燃烧室通过压缩级供应压缩的助燃气体，例如空气。燃料(其通常为液态或气态)通过燃料入口进入燃烧室。燃料与燃烧室中的气体混合物一起燃烧，以形成燃烧废气，即所谓的热气体。热气在膨胀级中被减压，在此热功率被转化成机械功率。机械功率通过一个或多个轴导出。一部分机械功率用于运行压缩级，而剩余的用于例如驱动发电机。在减压之后，燃烧气体作为废气排出，或者如在本情况中用作加热介质。在本申请的范围内，术语“助燃气体”用于传达的概念是燃料的燃烧不一定必须用空气(“助燃空气”)进行，而是也可以在不同的气体混合物中进行，虽然它必须含有氧气。如在燃气轮机的情况下，如上所述，除了燃料之外，向燃烧式反应器提供助燃气体，该燃料在相应的用于欠燃烧的燃烧器中燃烧。通常，使用空气作为助燃气体。但是，来自燃气轮机的燃烧废气也可以至少部分地用作助燃气体。这可行的原因在于燃料在燃气轮机中的燃烧通常以明显过化学计量的氧气供应而进行的。因此，在燃烧废气中仍然存在大量的氧，使得燃烧废气在反应器中能够用作助燃气体。除了来自燃气轮机的燃烧废气之外，附加空气或含氧气体混合物也可以用于这种用于调节燃烧的反应器中。下面描述当使用来自燃气轮机的燃烧废气作为助燃气体时产生的问题，并且形成本专利技术的起点。专利技术优点本专利技术从用于产生机械功率和制造烃的基本已知的组合方法开始，其中，为了产生机械功率，至少一个内燃机被点火，产生了燃烧废气，并且其中，为了产生烃，使用燃料和助燃气体加热至少一个反应器。根据本专利技术，规定至少一部分助燃气体通过与来自内燃机的至少一部分燃烧废气的间接热交换而被加热。换句话说，根据本专利技术，不是所有的而是仅仅一部分燃烧废气被供应到反应器。通过另一部分或全部燃烧废气预热外部供应的助燃气体，例如空气。当本申请谈及将燃料、助燃气体和/或燃烧废气“供应”或“供给”到反应器中时，这意味着将其供给到相应的燃烧器或燃烧室中，而不是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于组合产生机械功率和制造烃的方法，其中为了产生机械功率，至少一个内燃机(1)被点火，由此产生燃烧废气(c)，并且其中为了产生烃，使用燃料(e)和助燃气体(d)加热至少一个反应器(2)，其特征在于，至少一部分所述助燃气体(d)通过与来自所述内燃机(1)的至少一部分所述燃烧废气(c)的间接热交换而被加热。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.05 EP 14183742.71.一种用于组合产生机械功率和制造烃的方法，其中为了产生机械功率，至少一个内燃机(1)被点火，由此产生燃烧废气(c)，并且其中为了产生烃，使用燃料(e)和助燃气体(d)加热至少一个反应器(2)，其特征在于，至少一部分所述助燃气体(d)通过与来自所述内燃机(1)的至少一部分所述燃烧废气(c)的间接热交换而被加热。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述机械功率通过至少一个发电机(G)至少部分地转化成电功率和/或用于驱动至少一个轴。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述至少一个反应器(2)构造为管式反应器，其中在辐射区中，反应管通过燃烧器从外部被加热，燃料在所述燃烧器中燃烧。4.根据权利要求3所述的方法，其中为了产生烃，通过加压蒸汽使进料经过构造成管式反应器的所述反应器(2)的所述反应管。5.根据权利要求3或4所述的方法，其中在构造成管式反应器的所述反应器(2)的所述反应管中提供催化剂。6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中所述燃料(e)至少部分地由气体混合物形成，所述气体混合物从所述至少一个反应器(2)的产物流中分离出来。7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中所述至少一个反应器(2)的至少一个区域中，通过使用所述燃料(e)和所述助燃气体(d)加热，将所述至少一个反应器(2)的所述至少一个区域加热至1,500℃到2,500℃的温度水平，特别是加热至1,500℃到2,000℃的温度水平。8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中所述至少一个内燃机(1)包括至少一个燃气轮机。9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中来自...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫·布鲁德，
申请(专利权)人：林德股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE