【誤訳訂正書】
【提出日】平成23年8月5日(2011.8.5)
【誤訳訂正１】
【訂正対象書類名】特許請求の範囲
【訂正対象項目名】全文
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を調製し、ガス・タービンの燃焼器に導入する方法であって、
接触部分酸化反応器内で、触媒と接触する前に、約０．０８と約０．２５の間の酸素と炭素との比率及び約０．０５と約０．５の間の水と炭素との比率を有する反応混合物を獲得するように、少なくとも２個の炭素原子があり乾燥ベースで約１５体積パーセント以上の炭化水素及び／又は少なくとも約３体積パーセントのオレフィンを備える炭化水素を含有する供給材料流を、酸素を含有する流れ及び蒸気流とともに、前記接触部分酸化反応器に導入することを含み、
前記炭化水素を含有する供給材料流が単独で、又は前記蒸気流との組合せで前記接触部分酸化反応器に、約６００℃以下の温度で導入され、さらに、
約６００℃と約８６０℃の間の温度で生成物の流れが生成されるように、前記接触部分酸化反応器内で前記反応混合物を反応させることを含み、前記生成物の流れが、メタン、乾燥ベースで約０．５体積パーセント未満のオレフィン、乾燥ベースで約１０パーセント未満の炭素原子２個以上のアルカン、及び乾燥ベースで約１体積パーセント未満のメタン、アルカン及びオレフィン以外の炭化水素で構成された炭化水素含有量、及び水素、一酸化炭素、二酸化炭素及び水蒸気を含む残りの含有量を有し、さらに、
前記生成物の流れを冷却することと、
前記生成物の流れが、前記燃焼器内の燃焼を持続させるのに必要な前記燃料の少なくとも一部を構成するように、前記生成物の流れを前記燃焼器に導入することとを含む方法。
【請求項２】
前記炭化水素を含有する供給材料流がＦＣＣオフガス、コークス器オフガス、精油所スイート・ガス、又はコークス炉ガスである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記燃料流が、第１燃料流としての前記生成物の流れを第２燃料流と組み合わせ、それによって直接的熱交換によって少なくとも部分的に前記生成物の流れを冷却することによって形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
さらに、
複合流を形成するために、前記炭化水素を含有する供給材料流を前記蒸気流と組み合わせることと、
前記複合流を前記接触部分酸化反応器内に導入することと、
前記生成物の流れから前記複合流へと熱を間接的に伝達することとを含み、それによって前記複合流を予熱し、前記生成物の流れを少なくとも部分的に冷却する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
さらに、
前記酸素を含有する流れを形成するために空気流を圧縮することと、
加圧された水流を形成するために補給水流を給送することと、
前記加圧水流で前記生成物の流れを急冷することとを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
さらに、加圧された水流を形成するために、補給水流を給送することによって前記蒸気流を生成することと、熱交換器内で前記生成物の流れから前記加圧された水流へと間接的に熱を伝達することとを含み、それによって前記生成物の流れを冷却して、前記蒸気流を形成する、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
さらに、圧縮空気流を形成するために、空気流を圧縮することによって前記酸素を含有する流れを形成することと、前記生成物の流れから前記圧縮空気流へと間接的に熱を伝達することとを含み、それによって前記圧縮空気流を予熱し、前記生成物の流れの冷却もする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記空気流が、前記ガス・タービンのコンプレッサ部分からの抽気流である、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記第２燃料流が天然ガスである、請求項３に記載の方法。
【請求項１０】
前記燃焼器が希薄予混合燃焼器である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項１１】
前記燃焼器がそれぞれ、前記燃料とコンプレッサの空気を混合して燃焼性混合物を獲得する混合ゾーン、前記燃焼性混合物を燃焼する下流の燃焼ゾーン、燃料の一部分を前記混合ゾーンに供給する１次燃料ノズル、及び前記燃料の残りの部分を前記燃焼ゾーンに、及び前記１次燃料ノズルの下流に導入して燃焼を安定させる２次燃料ノズルを有する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記生成物の流れが少なくとも約１０体積パーセントの水素を含み、
前記２次燃料ノズルによって導入された前記燃料の前記残りの部分が、前記生成物の流れを構成する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記生成物の流れが、
加圧された水流を形成するために補給水流を給送することと、
前記加圧された水流によって前記生成物の流れを急冷することと、
前記生成物の流れから前記燃料の前記残りの部分へと間接的に熱を伝達することと
によって冷却される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記燃料の前記一部分が天然ガスである、請求項１３に記載の方法。
【誤訳訂正２】
【訂正対象書類名】明細書
【訂正対象項目名】全文
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【発明の詳細な説明】
【発明の名称】ガス・タービン燃料調製及び導入方法
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料を調製し、ガス・タービンの燃焼器に導入する方法に関する。特に、本発明は、炭化水素を含有する供給材料流が接触部分酸化反応器内で蒸気及び酸素に反応し、ガス・タービンの燃焼器に導入する前に、このような供給材料流の重炭化水素含有量を許容可能なレベルまで減少させるような方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス・タービンは、通常は発電機のような負荷に動力を供給するために様々な産業環境で使用されている。ガス・タービンは、空気を圧縮するコンプレッサ、及び加熱後に圧縮空気からエネルギを回収するエキスパンダ（膨張器）で構成される。圧縮空気は、コンプレッサとエキスパンダの間に配置された１組の燃焼器内で加熱される。
【０００３】
ガス・タービンは、天然ガス、液化石油ガス、水素及び一酸化炭素を含む合成ガス、さらに＃２燃料油などの液体燃料のような様々な燃料を燃焼するように設計されている。また、溶鉱炉ガス及びコークス炉ガスなどの製鋼から生成されるガスも使用される。溶鉱炉ガスは通常、単独で使用するには十分な発熱量を有さないので、他のガスと混合される。コークス炉ガスは、希薄予混合燃焼システムとの関連で使用するには、含まれる水素が多すぎる。
【０００４】
コークス炉ガスは、２個以上の炭素原子を含む炭化水素の含有率が高い、又は熱分解して、ガス・タービン燃焼構成要素内でカーボン付着物を生成することがあるオレフィンの含有率が高い状態で生成され得る。このようなガスを混合すると、熱分解に伴う問題が減少するが、このようなガスを混合する程度が、このようなガスの利用を制限するものとして作用する。精油所内で生成される他のオフガスもある。例えば精油所スイート・ガス及び流動接触分解器の触媒オフガスで、同様に炭素原子が２個以上の炭化水素の含有率が高く、熱分解の可能性を有する。他の化学物質生成施設で生成される他のタイプのオフガス及び副産物を使用する際には、同様の問題がある。さらなる問題は、このようなガスの組成が経時的に変動することがあり、したがってガス・タービン燃料としてこれを使用すると、非常に問題となり得ることである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以降で検討するように、本発明は、接触部分酸化反応器内で燃料を前処理して、例えば炭素原子が２個以上の炭化水素及び／又は許容不可能なほど高いオレフィンの含有率のこのようなガスの重炭化水素含有率を、ガス・タービンの燃料源として使用するように許容可能なレベルまで低下させる方法を提供する。さらに、このような処理は、このようなガスの炭化水素組成の変動性の効果も低下させる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、燃料を調製し、ガス・タービンの燃焼器に導入する方法を提供する。該方法によると、炭化水素を含有する供給材料流が、酸素を含有する流れ及び蒸気流とともに接触部分酸化反応器に導入される。炭化水素を含有する供給材料流は、少なくとも２つの炭素原子及び／又は少なくとも約３体積パーセントのオレフィンを有する炭化水素を乾燥ベースで約１５体積パーセント以上含む。炭化水素供給材料流、酸素を含有する流れ及び蒸気流が接触部分酸化反応器内に導入され、したがって触媒と接触する前に、約０．０８と約０．２５の間の酸素対炭素の比率、及び約０．０５と約０．５の間の水対炭素の比率を有する反応混合物が獲得される。
【０００７】
炭化水素を含有する供給材料流は、単独で、又は蒸気流との組合せで約６００℃以下の温度にて接触部分酸化反応器に導入される。反応混合物は接触部分酸化反応器内で反応し、したがって約６００℃と約８６０℃の間の温度で生成物の流れが生成される。生成物の流れは、メタン、乾燥ベースで約０．５体積パーセント以下のオレフィン、乾燥ベースで約１０パーセント以下の炭素原子２個以上のアルカン、及び乾燥ベースで約１．０体積パーセント以下のメタン、アルカン及びオレフィン以外の炭化水素という残りの炭化水素含有物で構成された炭化水素含有物を有する。生成物の流れの残りの含有物は、水素、一酸化炭素、二酸化炭素及び水蒸気を含む。次に、生成物の流れは冷却されて、ガス・タービンの燃焼器に導入され、したがって生成物の流れは、少なくとも部分的に、燃焼器内で燃焼を支持するために必要な燃料で構成される。
【０００８】
燃料流は、第１燃料流としての生成物の流れを第２燃料流と組み合わせて、複合燃料流を形成し、それによって少なくとも部分的に生成物の流れを冷却することによって形成することができる。第２燃料流は天然ガスでよい。
【０００９】
炭化水素を含有する供給材料流を蒸気流と組み合わせて、複合流を形成することができる。複合流は、接触部分酸化反応器内に導入されて、反応混合物を形成する。熱を生成物の流れから複合流へと間接的に伝達し、それによって複合流を予熱し、少なくとも部分的な生成物の流れを冷却することができる。
【００１０】
空気流を圧縮して、酸素含有流を形成することができる。補給水の流れを給送して、加圧した水流を形成することができる。次に、生成物の流れを加圧水流で急冷する。
【００１１】
蒸気流は、補給水流を給送して、加圧した水流を形成することによって生成することができる。熱が、生成物の流れから熱交換器内で加圧された水流へと間接的に伝達される。これは生成物の流れを冷却し、したがって蒸気流を形成する。また、空気流を圧縮し、それによって圧縮空気流を形成することによって、酸素を含有する流れを形成することができる。熱が、生成物の流れから加圧された空気流へと間接的に伝達される。これは圧縮した空気流を予熱し、生成物の流れを冷却する。空気流は、ガス・タービンのコンプレッサ部分からの抽気流でよい。
【００１２】
いずれの実施例でも、燃焼器は希薄予混合燃焼器でよく、希薄予混合燃焼器はそれぞれ、燃料をコンプレッサの空気とを混合して燃焼性混合物を獲得する混合ゾーン、及び燃焼性混合物を燃焼させる下流の燃焼ゾーンを有することができる。希薄予混合燃焼器はそれぞれ、燃料の一部を混合ゾーンへと供給する１次燃料ノズル、及び燃料の残りの部分を燃焼ゾーンに導入し、１次燃料ノズルの下流にあって燃焼の安定性を保証する２次燃料ノズルを有することができる。生成物の流れ中の水素が、少なくとも約１０体積パーセントの量で存在する場合、２次燃料ノズルによって導入される前記燃料の前記残りの部分は、生成物の流れを構成することができる。生成物の流れは、補給水流を給送して加圧した水流を形成し、加圧した水流で生成物の流れを急冷することによって冷却することができる。熱は、生成物の流れから前記燃料の前記残りの部分にも間接的に伝達することができる。前記燃料の前記一部は天然ガスでよい。
【００１３】
いずれの実施例でも、炭化水素を含有する供給材料流はＦＣＣオフガス、コークス器オフガス、コークス炉ガス、又は精油所スイート・ガスでよい。
【００１４】
本明細書の最後には、出願人がその発明と見なす主題を具体的に指摘した請求の範囲があるが、本発明は、添付図面と関連して考察することにより、さらによく理解されると考えられる。
【実施例】
【００１５】
図１を参照すると、炭化水素を含有する供給材料流１０（「ＨＣ流」）を、接触部分酸化反応器１２（「ＣＰＯＸ」）内で前処理して、生成物の流れ１４を生成し、これは天然ガス流１６（「ＮＧ」）又は十分な発熱量を有する他の燃料流と組み合わされて、燃料としてガス・タービン２０に導入される燃料流１８を形成する。
【００１６】
ガス・タービン２０は圧縮部分２２を有し、これは一連のステージでよい。コンプレッサ部分２２は、空気流２４を圧縮してコンプレッサ空気流２６を形成し、これが燃焼器２８内で燃料流１８の燃焼によって加熱され、排気流３０を生成する。排気流３０は、発電機でもよい負荷３４に接続されたタービン部分３２内に導入される。コンプレッサ部分２２及びエキスパンダ部分３２は、相互に機械的に結合される。燃焼器２８は、当技術分野でよく知られている方法でコンプレッサ部分２２の周囲に配置構成された燃焼器で構成することができる。エキスパンダ３２は２つの独立した部分に分割することができる。第１部分は、コンプレッサ２２と同じシャフト上にあり、第２部分は、負荷３４に接続された第２シャフト上にある。
【００１７】
炭化水素を含有する供給材料流１０は、２個以上の炭化水素及び／又は少なくとも約３体積パーセントのオレフィンを有する炭化水素の乾燥ベースで少なくとも１５体積パーセントの炭化水素含有率を有する。例えば、このような流れは、流動接触分解器オフガス、コークス器オフガス又は精油所スイート・ガスなどの精油所オフガスでよい。炭化水素の含有率が高いコークス炉ガスも、可能性の１つである。上述したように、このような供給材料は、ガス・タービン２０への燃料として不適切である。というのは、炭化水素を含有すると、炭素分解の可能性が高くなるからである。前述した炭化水素の含有量を許容可能なレベルまで低下させるために、炭化水素を含有する供給材料流１０を、蒸気流３５及び酸素を含有する流れ３６とともに接触部分酸化反応器１２内に導入して、接触部分酸化反応器１２内で反応混合物を形成し、これが触媒と接触する。炭化水素を含有する供給材料流１０、蒸気流３５及び酸素を含有する流れは全て、天然ガス流１６と組み合わせるか、単独で燃焼器２８へと導入するために十分な圧力で生成物の流れ１４を生成できるように、十分な圧力であることに留意されたい。
【００１８】
蒸気流３５が、反応混合物内に約０．０５から約０．５の水対炭素の比率で追加される。蒸気の追加物の比率は重要である。というのは、オレフィン及び炭素原子が２個以上の他の炭化水素の再形成を補助するからである。蒸気が多すぎることは望ましくない。というのは、過度の蒸気は、また接触部分酸化反応器１２内の温度を低下させ、したがってより高次の炭化水素がメタン、一酸化炭素、水素などに分解するのを防止するからである。また、過度の蒸気は、生成物の流れの燃料体含有物希釈する。
【００１９】
酸素を含有する流れ３６は、空気、酸素富化空気又は他の酸素を含有するガスでよく、これが反応混合物内に約０．０８と約０．２５の間の酸素対炭素の比率で追加される。これは、多孔分散管又は静止混合機又は網状の金属又はセラミック発泡体モノリスを使用して実行することができる。発泡体モノリスは、比較的小さい圧力低下で酸素を安全且つ完全に混合することができる蛇行路を提供する。炭化水素と蒸気と酸素の割合は、図示されていない例えば弁などによって前述した流れの流量を制御することによって制御することができる。
【００２０】
炭化水素を含有する供給材料流１０と蒸気流３５を組み合わせて複合流３８を形成し、これをより高次の炭化水素の分解を防止するために６００℃以下の温度で接触部分酸化反応器１２に導入することが好ましい。理解されるように、前述した流れは別個に導入することができる。必要ではないが、炭化水素を含有する供給材料流１０は、酸素を維持するために予熱することができる。接触部分酸化反応器１２の出口の温度は、炭素原子が２個以上の炭化水素中のオレフィンの含有率を許容可能なレベルまで優先的に低下させるために、約６００℃と約８６０℃の間に維持する。約６００℃以下の出口温度では、オレフィン及び重炭化水素の含有率を許容可能なレベルまで低下させるには反応性が不十分である。約８６０℃より高い出口温度では、酸素が多すぎる、つまり必要な量より多く、さらにメタン及び他の炭化水素が酸化して一酸化炭素、水素及び水になり、生成物の流れ１４の発熱量を低下させ、したがって燃料としての有用性を低下させる。
【００２１】
上記で検討した温度限界内で、且つ反応混合物の供給条件で反応が起こると、酸素が完全に消費され、水が接触部分酸化反応器１２の出口にて１５体積パーセント未満まで減少する。このような状態では、供給材料内の飽和炭化水素が反応するが、反応速度はオレフィンより遅い。炭素原子２個以上の分子量の大きい炭素水素も水素、一酸化炭素、二酸化炭素及びメタンに変換される。指定された反応状態で、生成物の流れ１４は乾燥ベースで約０．５体積パーセント未満のオレフィン、及び乾燥ベースで約１０パーセント未満の炭素原子２個以上のアルカンを含む。このような温度では、他の炭化水素が存在することがあるが、微量であり、いかなる場合でも乾燥ベースで約１体積パーセント未満である。残りの含有物はメタン、水素、一酸化炭素、二酸化炭素及び水蒸気を含む。このような処理された生成物の流れ１４は、部分的に、又は単独でガス・タービン２０の燃料として使用するのに適切である。
【００２２】
接触部分酸化反応器１２は部分酸化触媒を含み、これはプラチナ、ロジウム、パラジウム、ニッケル又はルテニウムを含む触媒層で被覆した金属モノリスであることが好ましい。モノリスの構造は、螺旋形で巻いた網状発泡体、ハニカム又は波形発泡体でよい。網状発泡体又はハニカム構造の形態の触媒で被覆したセラミック・ビーズ又はセラミック・モノリスにも可能性がある。
【００２３】
金属支持触媒は、他の触媒形態より熱伝導性が高く、温度プロフィールが均一であり、使用温度が低いという点で、他の支持触媒より良好な性能を有する。これらの要素は全て、オレフィンに変換するパラフィン、例えばエタンが多すぎることなく、オレフィンをさらに選択的に分解することができる。
【００２４】
有用な触媒を米国ケンタッキー州LouisvilleのSud Chemieから取得することができ、これはFECRALY上のPC-POXとして販売されているモノリスの形態である。実験データで、ガス・タービン内で使用するために許容可能な炭素原子含有物３個以上のオレフィン及び他の炭化水素を有する生成物を生成するために、このような触媒との反応物混合には、約４６，０００時間-1の空間速度が効果的であることが確認されている。このような意味で、空間速度は、標準的温度におけるガス体積流量と空の反応器の値で割った圧力との比と定義される。実際に、特定の供給材料を処理するために、より長い滞留時間を記録し、したがって少なくとも１０，０００時間-1の空間速度を必要とすることがある。
【００２５】
本発明の任意の実施例を運転するために、予備的な水と炭素との比率及び酸素と炭素との比率、及び獲得すべき望ましい出口温度を、任意の供給材料に対して知られているシミュレーション技術によって決定することができる。供給材料の組成は、ガス・クロマトグラフィで求めることができる。このような比率、供給量などの微調整は、生成物の流れ１４の分析によって現場で実行することができる。このような微調整は、ガス・クロマトグラフィを使用した生成物の流れ１４のサンプリング及び分析を含んでよい。ガス・クロマトグラフィによる分析をせずに性能を予測できるように、十分なデータを生成できることが好ましい。本発明には、生成物の流れ１４をガス・タービン２０への唯一の燃料として使用する用途があり得る。これは言うまでもなく、発熱量及びガス・タービン燃焼器２８との適合性によって決定される。大部分の場合、生成物の流れ１４は添加物として使用され、したがって別の燃料流、例えば天然ガス流１６と混合される。しかし、潜在するコークス用炭化水素は、天然ガスに見られるレベルと同様のレベルに制御されているので、生成物の流れ１４として処理されたこのような流れは、先行技術で想定されるより大量に使用することができる。
【００２６】
上述したように、ガス・タービンは、スクラビングで比較的重い炭化水素が除去されれば、コークス炉ガスなどのプロセス・ガスで動作するように設計することができる。高レベルの分子量が高めの炭化水素、特にオレフィンは、ガス・タービン燃焼器内で炭素を形成し、その結果、ガス・タービン構成要素の腐食及びファウリング、及びガス・タービン排気中での「煙」の排出を引き起こすことがある。
【００２７】
しかし、任意の燃料システム設計に対する発熱量の変動量は制限される。燃料ノズルは、特定の体積流量内で動作するように設計される。発熱量の範囲は、燃料ノズルの面積又はガス温度を増減することによって対応することができる。天然ガスなどの燃料用に設計された既存の燃焼器の場合は、燃料ノズルの面積が固定されている。燃料の温度は、ガス・タービンの制御目的で所望のエネルギ密度内に燃料流１８を維持するように調節することができる。任意のシステム設計について、ガス燃料の互換性の尺度がウォッベ指数である。ウォッベ指数とは、燃料の低位発熱量と、空気に対する燃料の比重と燃料の温度との積の平方根との比率に等しい。通常、燃料は、ウォッベ指数の±５パーセントを超えない温度で供給される。
【００２８】
したがって、改装状況又はガス・タービンを改造しない状況では、生成物の流れ１４又は混合物を含有する生成物の流れ１４、例えば燃料流１８は、特定のガス・タービン燃焼器の設計ウォッベ指数に適合するような方法で使用される。生成物の流れ１４の使用を支配する自由度は、その組成及び温度であり、混合した場合は混合物又は例えば燃料流１８の組成及び温度である。生成物の流れ１４を単独で使用すべき状況では、接触部分酸化反応器１２用の反応物の流れとの熱交換を通して、及び必要に応じてさらなる冷却によって、その温度を調節することができる。混合する場合は、生成物の流れ１４及び他の燃料流、例えば天然ガス流１６の流量を制御することによって、さらなる温度制御又は単独の温度制御を実行することができる。混合物の低位発熱量も、流量の制御によって制御することができる。
【００２９】
実際には、炭化水素を含有する供給材料流１０の組成は、生成物の流れ１４の組成及び温度を、したがって計算した全てのウォッベ指数を変更するために変更することができる。上記で示したように、生成物の流れ１４の組成及び温度を制御すると、流れの混合の制御が、２つの流れの流量を制御するという単純で簡単なことになる。大部分の使用状況では、接触部分酸化を使用すると、このような反応が、供給材料中で変数となる可能性が最も高い重い方の炭化水素を除去することが好ましいという点で、供給材料の変動を抑制することになる。したがって、通常、必要とされるのは、タービン燃料予熱制御を使用することによって混合比を選択したら、混合物の温度を制御することだけである。
【００３０】
炭化水素を含有する供給材料流１０の組成の変動性のせいでさらなる制御が必要である場合は、天然ガス流１６と混合する生成物の流れ１４の量を約１０パーセント未満に制限することによって、さらに細かい程度の制御を獲得することができる。これは言うまでもなく、最も望ましくない方針である。より望ましい制御とは、オレフィンを０．５パーセント未満に、炭素原子が３個以上の他の炭化水素を１０パーセント未満に維持するために必要な最低量より、酸素と炭素との比率をわずかに高くした状態で、接触部分酸化反応器１２を操作することによって供給材料の変動を抑制することである。このような目的のための余分な酸素は、必要な最低量より約１０パーセントないし約１５パーセント高くてよい。これは、供給ガス中の単一の成分、例えばエチレンの組成における２０から３０パーセントの増加を制御するのに十分である。
【００３１】
また、任意のガス・タービン動作状態の燃料要件に適合するために、ガス・タービンに送出される燃料の量を制御することが重要である。これは、再びガス・クロマトグラフィによって炭化水素を含有する流れ１０の組成を監視し、このような監視の結果を使用して、ガス・タービンの要件に適合するように流量を設定することによって遂行することができる。接触部分酸化反応器１２のこのような動作は、基本的に供給の変動を抑制し、したがってウォッベ指数に実質的な差がなくなり、ガス・タービンの燃料要件を一貫して与えることができる。
【００３２】
供給の変動に応答して接触部分酸化反応器１２内の反応を制御するさらなる方策は、接触部分酸化反応器１２の出口温度を非常に狭いウィンドウ内に維持するように、酸素と炭素の比率及び蒸気と炭素の比率を調節することである。温度を狭いウィンドウ内に維持する結果、生成物の流れ１４内の組成の変動性が低くなる。供給が変動すると、炭化水素を含有する供給材料１０内に多少の炭素が存在する結果になる。炭化水素を含有する供給材料１０の炭素含有量が増加する、例えば供給材料のエチレン濃度が上昇して、矯正措置を執らないと、生成物の流れ１４の温度が低下する。炭化水素を含有する供給材料流１０の炭素含有率が低下すると、反対のことが生じる。温度の変動は、組成の揺らぎにつながり、これは次にタービンの天然ガス流と混合される生成物の流れ１４の温度及び発熱量に影響する。
【００３３】
実際的には、蒸気と炭素の比率及び酸素と炭素の比率を一定に維持するために、炭化水素を含有する供給材料流１０の流量を制御することができる。例えば、供給材料の炭素濃度が上昇した場合は、炭素と酸素の比率及び蒸気と炭素の比率を同じに維持し、最終的に生成物の流れ１４の温度を所望の範囲に維持するために、例えば制御弁によって、炭化水素を含有する供給材料流１０の流量を減少させることができる。この措置は、温度が狭いウィンドウ内に維持されるように、比較的高い炭素供給材料の濃度に生じるような温度の低下に対抗することになる。温度を設定点の５°から１５°以内に維持すれば十分である。維持すべき温度設定点は、個別的に決定される。というのは、これが炭化水素を含有する供給材料流１０の平均的組成によって決定されるからであり、上述したように約６００℃と約８６０℃の間になる。
【００３４】
当業者には認識できるように、様々な制御方式の組合せを使用することができる。さらに、このような組合せ又は上述した制御方式のいずれも、実際に供給の変動が十分に長期間にわたって生じることから、手作業で実行することができる。言うまでもなく自動制御も可能である。
【００３５】
図２を参照すると、生成物の流れ１４の温度を許容可能なレベルまで低下させる間に、複合流３８を予熱し、燃焼器２８のウォッベ指数に適合するのに役立ち、それによって生成物の流れ１４を燃料流１８の組成として使用できる程度を上げるという利点を有する図１の代替実施例が図示されている。図示のように、熱交換器４６が、生成物の流れ１４を冷却する間に、複合流３８を予熱する。予熱された複合流３８は、反応器の出口温度を維持し、適切な炭化水素含有率を維持するために必要な酸素使用量を低下するという追加の利点を有する。
【００３６】
図３を参照すると、脱イオン水（「ＤＷ」）で形成された補給水流４８をポンプ５０で給送して、生成物の流れ１４とともに急冷塔５４（「クエンチ」）に導入するのに十分な圧力で加圧流５２を生成することによって、代替温度制御が提供される。その結果、生成物の流れ１４は、天然ガス流１６と組み合わせると温度が低下し、ガス・タービン２０のＮＯｘ排出を低下させ、タービン部分３２内で膨張する質量がわずかに多くなる傾向がある水蒸気を含む。この実施例、さらに任意の実施例の酸素を含有する流れは、コンプレッサ５８によって圧縮され、酸素を含有する流れ３６として働く圧縮空気流を生成する空気流５６でよい。酸素を含有する流れ３６は、炭化水素を含有する供給材料流１０及び蒸気流３４とともに接触部分酸化反応器１２内に導入される。
【００３７】
空気流５６の圧縮が必要であるのは、上記で示したように、蒸気流３４及び炭化水素を含有する供給材料流１０が圧力をかけて獲得されるからである。酸素を含有する流れ３６を形成する圧縮空気流から、圧縮の熱が除去されないので、接触部分酸化反応器１２内で消費される反応混合物への熱供給に役立ち、酸素利用率を低下させるのに役立つことができる。
【００３８】
図４は、補給水流６２がポンプ６４によって給送され、ボイラ６８又は他の熱交換装置に導入された場合に、蒸気流３４が炭化水素を含有する流れ１０と組み合わせるのに十分な圧力になるよう、十分な圧力である加圧流６６を生成する本発明の実施例を示す。その結果として生成される複合流３８は、接触部分酸化反応器１２に導入される。生成物の流れ１４は、ボイラ６８内の加圧流６６と間接的に熱交換して、蒸気を発生させ、その結果、冷却して部分的に冷却された生成物の流れ１４ａを形成する。部分的に冷却された生成物の流れ１４ａは、次に熱交換器７２内でさらに冷却され、天然ガス流１６と組み合わせられる冷却された生成物の流れ１４ｂを生成する。それと同時に、空気流７４がコンプレッサ７６によって圧縮されて、圧縮空気流７８を生成し、これは部分的に冷却された生成物の流れ１４ａの冷却に抗して熱交換器７２内で加熱され、酸素を含有する流れ３６を生成し、これは加熱され、それによって接触部分酸化反応器１２内で反応する反応混合物を加熱する働きをすることができる。
【００３９】
図５は、コンプレッサ流２６から抽気空気流２６ａが抽出された、図３の代替実施例を示す。抽気空気流２６ａは、次にコンプレッサ５８によってさらに圧縮され、接触部分酸化反応器１２に直接導入される。この実施例は、コンプレッサ５８によって提供される別個の圧縮の圧縮負荷を低下させるのに役立つ。
【００４０】
燃焼器２８は拡散燃焼器又は乾燥低ＮＯｘ燃焼器としても知られる希薄予混合燃焼器でよいことに留意されたい。拡散燃焼器では、燃料／空気の混合と燃焼とが燃焼ゾーンで同時に実行される。希薄予混合燃焼器では、燃料と空気が混合ステージで混合される。次に、その結果の混合物が燃焼ステージに供給され、ここで燃焼が生じる。このような燃焼器で使用される様々な空気と燃料のステージング技術が知られている。希薄予混合燃焼器は、燃料の水素含有率及び組成の変動に特に敏感であり、水素含有率が約１０体積パーセント以上の燃料を使用することは、このような燃焼器では問題となる。
【００４１】
図６を参照すると、生成物の流れ１４の水素含有率が１０パーセント以上である、希薄予混合燃焼器２８’での使用に特に適切なさらなる代替実施例が図示されている。図示の実施例は、図３に図示されたものと多少類似しているが、天然ガス流１６を暖める間に生成物の流れ１４を冷却するよう作用する熱交換器８４を、天然ガス流１６が同時に通過する。さらに検討するように、天然ガス流１６と生成物の流れ１４は、希薄予混合燃焼器２８’に別々に供給される。
【００４２】
図７を参照すると、希薄予加熱燃焼器２８’に、空気と燃料が、燃料を希釈する割合で混合する混合ゾーン８６が設けられている。燃料は燃焼ゾーン８８内で燃焼し、冷却ゾーン９０内で冷却される。希薄予混合燃焼器２８’には、矢印の方向に空気を導入するためにスロット９４を有する燃焼ライナ９２が設けられている。圧縮空気流２６の一部は、流「Ａ」として希薄予混合燃焼器２８’に入り、通常、別の部分「Ｂ」は冷却目的に使用される。天然ガス流１６が１次燃料ノズル９２内に導入される。生成物の流れ１４は２次燃料ノズル９４内に導入され、これは流の水素含有率に特に敏感ではない。
【００４３】
上述したように、燃焼器２８は、燃料流１８の一部が１次燃料ノズル９２と２次燃料ノズル９４の両方に導入される状態で、希薄予混合燃焼器２８’のような希薄予混合燃焼器でよい。さらに、約１０パーセント以上という不適切なほど水素含有率が高い生成物の流れ１４の場合でも、生成物の流れ１４を天然ガス流１６と混合すると、体積ベースで燃料流１８の水素含有率を、このような混合流を１次及び２次燃料ノズル９２及び９４の両方にそれぞれ注入できるほど低下させることができる。
【００４４】
約２０４℃のガス温度の天然ガス燃料で動作するように設計された典型的な希薄予混合燃焼器で、計算した実施例を実行した。この計算実施例については、図２に示した本発明の実施例に関して検討する。
【００４５】
天然ガスの組成が、以下で示す表で与えられている。接触部分酸化反応器１２は、ギブス反応器としてシミュレートした。１００℃の天然ガスのウォッベ指数は、従来の手段で計算して、約４５．６２５である。以上で示したように、ガス・タービンは、設計値の５パーセント以内のウォッベ指数、又は前述した温度の天然ガスの場合は約４３．３４３と約４７．９０７の間の範囲のガスを受け取ることができる。
【００４６】
実施例では、炭化水素を含有する供給材料流１０が、流動接触分解器によって生成された典型的な精油所オフガスで形成される。炭化水素を含有する供給材料流１０は、以下で示す表で与えられた組成、及び天然ガス流１６の体積流量の約２５パーセントの流量を有する。炭化水素を含有する流れ１０の体積流量の約１０パーセントの流量、及び約２５０℃の温度を有する蒸気流３４を、炭化水素を含有する供給材料流１０と混合して、複合流３８を生成し、これを約３００ｐｓｉｇの圧力で動作する接触部分酸化反応器１２に供給する。炭化水素を含有する流れ１０の体積流量の約７パーセントの流量、及び約２１℃の温度を有するほぼ純粋な酸素の酸素を含有する流れ３６も、接触部分酸化反応器１２に導入される。
【００４７】
生成物の流れ１４の温度は、７２０℃で計算され、これも表１に示す組成を有する。生成物の流れ１４を、熱交換器４６内で冷却し、約２０℃の温度を有する天然ガス流１６と混合して、燃料として燃焼器２８に供給される燃料流１８を生成する。燃料流１８の組成は、表１の最後の列に列挙されている。燃料流１８は、約８０℃の温度に制御され、これはこのような流れにある水の凝結点より高く、４３．５５７というウォッベ指数の計算値を有し、これは以上で示した天然ガスのウォッベ指数限界の範囲内である。認識されるように、このような計算は、上述した蒸気及び酸素と炭素との比率を予備的に調節する手段として使用することができる。
【００４８】
【表１】
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【００４９】
本発明を好ましい実施例に関して説明してきたが、当業者には思い浮かぶように、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、多数の変更、追加及び削除を実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明による方法を実行する装置の略図である。
【図２】本発明による方法を実行する装置の代替実施例である。
【図３】本発明による方法を実行する装置のさらなる実施例の略図である。
【図４】本発明による方法を実行する装置のさらなる実施例の略図である。
【図５】本発明による方法を実行する装置のさらなる実施例の略図である。
【図６】希薄予混合燃焼器の使用と組み合わせた、本発明による方法を実行する装置の実施例の略図である。
【図７】図６に概略的に示したタイプの希薄予混合燃焼器の略図である。
【誤訳訂正３】
【訂正対象書類名】図面
【訂正対象項目名】図３
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【図３】
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