(57)【要約】    タービンの上流に配置された超音波分離機を備える、タービン。超音波分離機は、蒸気流に旋回を付与して、任意のより重い成分を除去する。蒸気流の圧力を低下させるために、超音波分離機からの過熱蒸気流をタービンに通す。同時に、タービンホイールを介して過熱蒸気流によって電気を生成する。タービン及び超音波分離機は、一体的に形成されてもよく、又は別個の部品であってもよい。  【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン（１４、４１０、４１５、４２０、４２５）を用いて蒸気流（１８、３９０、３９５、４００、４０５）から電力を回収するためのプロセスであって、
超音波分離装置（１２）において前記蒸気流（１８、３９０、３９５、４００、４０５）の一部分を凝縮させることであって、前記超音波分離装置（１２、４１１、４１６、４２１、４２６）が、それを通過する前記蒸気流（１８、３９０、３９５、４００、４０５）に音速の又は音速を超える旋回を付与するように構成されている、凝縮させることと；
前記超音波分離装置（１２）を用いて前記蒸気流（１８、３９０、３９５、４００、４０５）から前記凝縮された部分（２４）を分離して過熱蒸気流（２０）を提供することと；
タービン（１４、４１０、４１５、４２０、４２５）において前記過熱蒸気流から電力を回収することであって、前記タービン（１４、４１０、４１５、４２０、４２５）が、発電機（３４）に回転運動を伝達するように構成されたタービンホイール（３０）を備えている、回収することと、を含む、プロセス。
【請求項２】
前記過熱蒸気流（２０）が、前記蒸気流（１８、３９０、３９５、４００、４０５）よりも少なくとも２℃高く過熱される、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
前記蒸気流（１８、３９０、３９５、４００、４０５）の温度が、前記蒸気流（１８、３９０、３９５、４００、４０５）の露点よりも１０℃未満高い、請求項１に記載のプロセス。
【請求項４】
前記蒸気流（１８、３９０、３９５、４００、４０５）の前記温度が、前記蒸気流（１８、３９０、３９５、４００、４０５）の露点よりも５℃未満高い、請求項３に記載のプロセス。
【請求項５】
前記蒸気流（１８、３９０、３９５、４００、４０５）が、水素及び軽質炭化水素を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項６】
前記凝縮された部分（２４）が、前記軽質炭化水素を含む、請求項５に記載のプロセス。
【請求項７】
前記超音波分離装置（１２、４１１、４１６、４２１、４２６）及び前記タービン（１４、４１０、４１５、４２０、４２５）が互いに一体になっている、請求項１〜４のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項８】
前記蒸気流１８、３９０、３９５、４００、４０５）が、処理ユニット（３００）の一部であり、前記プロセスが、
前記タービン（１４、４１０、４１５、４２０、４２５）によって生成された電気の量に関して前記タービン（１４、４１０、４１５、４２０、４２５）から情報を受信することと；
前記処理ユニット（３００）の処理量に関連する情報を受信することと；
前記処理ユニット（３００）の前記処理量に関連する前記情報に部分的に基づいて、生成する電力の目標値を決定することと、を更に含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項９】
前記生成する電力の目標値に基づいて前記処理ユニット（３００）の少なくとも１つのプロセスパラメータを調整しながら、前記処理ユニット（３００）の前記処理量を維持すること、を更に含む、請求項８に記載のプロセス。
【請求項１０】
電気を生成するための装置であって、
蒸気流（１８）を受容するように構成された入口（１６）、過熱蒸気流（２０）のための第１の出口（１９）、及び液体流（２４）のための第２の出口（２２）を備える本体（１５）と；
前記本体（１５）内に配置され、前記蒸気流（２０）に音速の又は音速を超える旋回を付与するように構成されたバッフル（２６）と；
前記入口（１６）と、前記第１の出口（１９）と、前記第２の出口（２２）との間の前記本体（１５）内の内部空洞（２８）と；
前記過熱蒸気流（２０）から発電機（３４）に回転運動を伝達するように構成されたタービンホイール（３０）であって、前記第１の出口（１９）と前記内部空洞（２８）との間に配置された、タービンホイール（３０）と、を備える、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般的に、化学処理又は精製プラントにおいて蒸気流中で使用されるタービンに関し、より具体的には、露点又は露点付近の蒸気流により使用されるタービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
化学精製及び処理方法は、制御弁を通過する気体流又は蒸気流を伴うことが多い。制御弁は、流れ、上流、若しくは下流の圧力、温度、又はレベルなどを制御するために使用される。制御弁では、機械的エネルギーが散逸する。エネルギーは、回収されることなく散逸するため、エネルギーは失われる。
【０００３】
更に、失われたエネルギーは、多くの場合、システムに加えられるエネルギーに関係する。したがって、エネルギーを供給することに関連する、それを回収することなく除去するだけの結果になる、プロセスにおける固有の非効率性が存在する。しかしながら、エネルギーの供給コストは、典型的には、エネルギーを散逸させるのではなく回収するコストと比較して比較的小さいため、精製業者及び処理業者は、最小限の投資及び操業の複雑性で処理／精製ユニットの処理量を維持するために、この非効率な処理／精製ユニットを操業することが多い。そうは言っても、この非効率性は、処理業者が操業コストを低下させ、それによって利益を増大させるための機会になる。
【０００４】
最近、過去に可能であったよりも小さなスケールでこれらの問題に対処するために、制御弁をタービンに置き換えてもよいことが、出願人によって見出された。２つの事項によって、より小さなスケールのタービンの実現可能性が高くなる。第１に、例えば、Ｈａｗｋｉｎｓ，ＬＡ；ｅｔ  ａｌ，Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  ｏｆ  １２５ｋＷ  ＡＭＢ  Ｅｘｐａｎｄｅｒ／Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ  ｆｏｒ  Ｗａｓｔｅ  Ｈｅａｔ  Ｒｅｃｏｖｅｒｙ，Ｊ．ｏｆ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  ｆｏｒ  Ｇａｓ  Ｔｕｒｂｉｎｅｓ  ａｎｄ  Ｐｏｗｅｒ，Ｊｕｌｙ  ２０１１，１３３，Ｐｇ  ０７２５０３−１〜６で論じられているような装置は、磁気ベアリングを使用し、他のコンパクト設計技術を採用する設計によって、＜１５０ｋＷのスケールで経済的に適用可能である程度まで、タービンのコスト及びサイズを大幅に低減できることを示す。第２に、政府は化学プラント及び精製業者に正味のエネルギー消費を低減させるよう奨励又は強制のいずれかを行っているので、多くの化学プラントの操業業者は、エネルギー回収に向けた新たな規制及び経済的な推進力（drivers）について調べている。そのため、タービン発電機技術の向上及び発電の経済性の向上の両方から、制御弁をタービンに置き換えることが推進されている。
【０００５】
処理ユニット内のいくつかの用途では、タービンは潜在的に問題となる可能性がある。具体的には、露点又は露点付近の蒸気流では、蒸気流がタービンを通過し、その圧力が低下すると、得られる蒸気流は、蒸気の膨張の冷却の結果として、部分的に凝縮して二相流を形成する。現在、二相流を収容するように設計されたタービンが存在するが、このようなタービンは設計が複雑であり、操業中の予測が困難である。
【０００６】
したがって、より単純であり、より一貫した出力を提供する、露点付近の蒸気流によりタービンを利用するための有効かつ効率的な装置及びプロセスが必要とされている。
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、上述の１つ以上の問題点を克服することを試みる。具体的には、本発明によれば、タービンの上流に、蒸気流がタービンに移動する前により重い成分を分離する超音波分離機がある。超音波分離機は、蒸気に音速又は超音速の旋回を付与し、これによって、より重い化合物の一部が凝縮して液滴になる。液滴は、残りの気相成分から分離され、当該成分は、次いで、電気を生成しながら減圧のためタービンに移動する。
【０００８】
また、タービンは、除去されるエネルギー量についての情報を提供することができる。この情報は、プロセスに加えられるエネルギーの量を低減する様々な処理条件の調整の決定において利用してよい。これにより、処理業者は、処理ユニットの処理量を低下させることなく、処理ユニットをより効率的に操業することが可能となる。
【０００９】
したがって、本発明は、少なくとも一態様において、通過する蒸気流に音速の又は音速を超える旋回を付与するように構成された超音波分離装置において当該蒸気流の一部分を凝縮させることと；当該超音波分離装置を用いて当該蒸気流から凝縮された部分を分離して過熱蒸気流を提供することと；発電機に回転運動を伝達するように構成されたタービンホイールを備えるタービンにおいて当該過熱蒸気流から電力を回収することと；によって、タービンを用いて蒸気流から電力を回収するためのプロセスを提供すること、を特徴とし得る。
【００１０】
別の態様では、本発明は、概して、それを通過する蒸気流に音速の又は音速を超える旋回を付与するように構成された超音波分離装置に蒸気流を移動させることと；当該超音波分離装置を用いて当該蒸気流の凝縮された部分を分離して過熱蒸気流を提供することと；発電機に回転運動を伝達するように構成されたタービンホイールを備えるタービンに当該過熱蒸気流を移動させることと；当該過熱蒸気流を用いて当該タービンホイールを回転させることと；当該発電機で電気を生成することと；によって、タービンを用いて蒸気流から電力を回収するためのプロセスを提供すること、を特徴とし得る。
【００１１】
本発明は、更に別の態様によれば、蒸気流を受容するように構成された入口、過熱蒸気流のための第１の出口、及び液体流のための第２の出口を備える本体と；当該本体内に配置され、当該蒸気流に音速の又は音速を超える旋回を付与するように構成されたバッフルと；当該入口と、当該第１の出口と、当該第２の出口との間の当該本体内の内部空洞と；当該過熱蒸気流から発電機に回転運動を伝達するように構成されたタービンホイールであって、当該出口と当該内部空洞との間に配置された、タービンホイールと、を備える、電気を生成するための装置を提供すること、を特徴とし得る。
【００１２】
全てを任意の方法で組み合わせることが可能であり得る、本発明の更なる態様、実施形態、及び詳細を、以下の発明の詳細な説明に記載する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
本発明の１つ以上の例示的な実施形態について、添付図面と併せて以下に説明する。
【００１４】
【図１】本発明による装置の部分切り欠き概略図を示す。
【００１５】
【図２】本発明の１つ以上の実施形態による水素化処理ユニットを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
上述したように、本発明は、タービンの上流に超音波分離装置を提供する。超音波分離装置は、露点又は露点付近である蒸気流の一部分を凝縮させる。残りの蒸気部分、すなわち、より重い化合物が除去された結果としての過熱流は、タービンを通過し、それによって圧力が低下する。タービンは、このエネルギー散逸から電気を生成し、これは処理ユニット内の他の場所で回収又は使用される。減圧された蒸気流は、二相系である可能性が低く、処理ユニットにおいて所望に応じて使用することができる。
【００１７】
これらの全般的原理を念頭に置いて、以下の説明が限定することを意図するものではないという了解の下、本発明の１つ以上の実施形態について説明する。
【００１８】
本発明による例示的な装置１０を図１に示す。装置１０は、電気及びより低い圧力の蒸気流を生成するために使用される。装置１０は、超音波分離機１２及びタービン１４を備える。超音波分離機１２及びタービン１４は単一のユニットとして一体的に形成される、すなわち、２つが単一の本体１５（又はハウジング）内に収容され、任意の外部導管で互いに接続されはしないことが企図される。これは単に好ましい構成であり、超音波分離機１２及びタービン１４が単一のユニットとは対照的に別個の構成部品であり、本発明の利点及び利益が達成されることが企図される。
【００１９】
超音波分離機１２の具体的な構成は、本発明の実施にとって必ずしも重要ではない。例示的な超音波分離機１２は、米国特許第６，９６２，１９９号、同第７，２６１，７６６号、同第７，３１８，８４９号、同第７，４９４，５３５号、同第８，２５７，４５８号、同第８，３９８，７３４号、同第７，９０９，９１２号、同第８，４７５，５５５号、同第８，６５７，９３０号、及び同第９，０３４，０８２号に開示されており、これらは全て参照により本明細書に組み込まれる。
【００２０】
概して、超音波分離機１２は、蒸気流１８を受容するように構成された入口１６、過熱蒸気流２０のための第１の出口１９、及び液体流２４のための第２の出口２２を備える。したがって、本発明によるプロセスでは、蒸気流１８は、その露点又は露点付近である。したがって、蒸気流１８は、蒸気流１８の露点の１０℃以内、蒸気流１８の露点の５℃以内、蒸気流１８の露点の１℃以内、又は蒸気流１８の露点よりも高いが蒸気流１８の露点から１℃未満であり得る。例えば、蒸気流１８は、水素ガス及び軽質炭化水素、硫化水素、アンモニア、及び水を含む。軽質炭化水素とは、蒸気流１８中の炭化水素が１〜６個の炭素原子を含むことを意味する。
【００２１】
超音波分離機１２内では、１つ以上のバッフル２６が、蒸気流１８に音速又は音速を超える旋回を付与する。バッフル２６の下流では、超音波分離機１２は内部空洞２８を含む。当該技術分野において既知であるように、内部空洞２８内では、旋回蒸気流が、旋回蒸気流内のより大きな分子及び化合物を一緒に凝縮させて液滴を形成する。液滴は、蒸気から分離し、第２の出口２２を介して超音波分離機１２から液体流２４として回収される。
【００２２】
内部空洞２８の下流では、蒸気は、タービン１４に移動する過熱蒸気流２０である。過熱蒸気流２０は、蒸気流１８と同じ又はほぼ同じ温度を有する。蒸気流１８の組成に応じて、過熱蒸気流２０は、蒸気流１８とは異なる化学組成を有していてもよく、又は有していなくてもよい。過熱蒸気流２０は、蒸気流１８よりも少なくとも２℃高く過熱されることが企図される。過熱蒸気流２０は、減圧のため、そして、電気を生成するためにタービン１４に移動する。
【００２３】
タービン１４の具体的な構成は、本発明の実施にとって必ずしも重要ではない。例示的なタービン１４は、米国特許第４，６２５，１２５号、同第４，６９４，１８９号、同第４，７５４，１５６号、及び同第９，２０３，２６９号に開示されており、これらは全て参照により本明細書に組み込まれる。
【００２４】
概して、タービン１４は、タービンホイール３０を通過する流体流の流れによって生じた回転運動を発電機３４に移行又は伝達するように構成されたブレード３２を有するタービンホイール３０を備える。発電機３４は、概して、タービンホイール３０と連通している第１の巻線３６と、第１の巻線３６を包囲し、第１の巻線３６に対して固定されている第２の巻線３８とを含む。理解されるように、第１の巻線３６の回転によって、第２の巻線３８において電流が発生する。更に、タービン１４は、タービン１４によって生成された電気の量を測定するように構成されたプロセッサ４０と、タービン１４によって生成された電気の量に関連する情報を処理ユニット（以下で更に詳細に論じる）の制御センタ４６のコンピュータ４４に送信するように構成された送信機４２と、を備えていてよい。
【００２５】
タービン１４内では、それを通過する過熱蒸気流２０がタービンホイール３０を回転させ、既知のように、発電機３４を介して電気を生成する。同時に、過熱蒸気流２０の圧力が低下して、過熱蒸気流２０（及び蒸気流１８）よりも低い圧力を有する低圧蒸気流４８を提供する。タービン１４の前に超音波分離機１２を利用することにより、蒸気流１８がその露点又は露点付近であっても、低圧蒸気流４８が二相になる可能性は低い。更に、減圧のために制御弁を利用するプロセスとは異なり、本発明は、減圧を介して除去されたエネルギーの一部を電気に変換する。
【００２６】
したがって、いくつかの実施形態では、本発明によるプロセスは、１つ以上の可変抵抗タービンを通して気体プロセス流の一部分を方向付けて、気体プロセス流の流量を制御し、任意選択で、それから電力を生成することと；電力回収タービンを出る気体が気相内に残留するように気体プロセス流の圧力及び温度を制御することと；少し例を挙げると、可変ノズルタービン、入口可変案内羽根、又は直結可変電気負荷を使用して流量を測定するか、若しくは流量を制御するか、又はこれらの両方を行い、タービンを通る流れに対する抵抗を変化させることと、を含む。また、可変抵抗タービンの回転に対する抵抗は、タービン上で回転する磁石からの磁界内にある外部可変負荷電気回路によって変化させることができる。より多くの負荷が回路にかかると、タービンにおける回転に対する抵抗がより大きくなる。このことにより次に、タービン全体でより多くの圧力降下がもたらされ、プロセス流の流れが遅くなる。装置内のアルゴリズムはまた、タービンのＲＰＭ及び回路に対する負荷を測定することによって、装置を通る実際の流れを計算することができる。回転流に対する抵抗はまた、可変位置入口案内羽根によって変化させることもできる。いくつかの実施形態では、案内羽根又は電力生成回路に対する可変負荷のいずれかによって可能になる、流れに対して可変抵抗を有する電力回収タービンを介して電力が生成される。案内羽根の位置、電力出力、及びＲＰＭを使用して実際の流れを計算するためのアルゴリズムを使用することができる。
【００２７】
タービンの緩徐な制御応答が問題である場合、タービンの使用は、緩徐な応答又は「緩い」制御点用途に限定される。緩徐な応答用途は、新たな（又は目標）条件が元の（又は出発）条件と少なくとも１０％異なる場合、元の（又は出発）定常状態条件から新たな（又は目標）定常状態条件（例えば、温度、圧力、流量）の間の半分（すなわち、差の５０％）に達するまでの応答時間が、変化の半分が完了するために、少なくとも１秒、又は更にはそれ以上、例えば、１０秒、少なくとも１分、少なくとも１０分、又は１時間、又はそれ以上であることが企図される。
【００２８】
図２を参照すると、水素化処理ユニット３００に関連して本発明の別の実施形態を示す。図示される実施形態では、水素流３０５を圧縮機３１０で圧縮する。圧縮水素流３１５を、第１及び第２の部分、水素流３２０及び３２５に分割する。第１の水素流３２０を炭化水素供給流３３０と混合し、熱交換器３３５を通して送って温度を上昇させる。部分的に加熱された供給流３４０を直火式加熱炉３４５に送って、直火式加熱炉３４５を出る供給流３５０の温度を、水素化処理反応ゾーン３５５の所望の入口温度まで上昇させる。
【００２９】
第２の水素流３２５を４つの水素急冷流３９０、３９５、４００、４０５に分割する。水素急冷流３９０、３９５、４００、４０５のそれぞれは、電力を生成し、水素化処理床に入る水素の流れを制御するように構成されたタービン４１０、４１５、４２０、４２５と、水素化処理床に入る水素の流れを制御するための制御弁４３０、４３５、４４０、４４５とを有する。タービン４１０、４１５、４２０、４２５はそれぞれ、超音波分離機４１１、４１６、４２１、４２６を備え、したがって、上述の図１に示す構成を有し得る。
【００３０】
水素急冷流３９０、３９５、４００、４０５は、タービン４１０、４１５、４２０、４２５、制御弁４３０、４３５、４４０、４４５のいずれか、又はこれらの両方を通して方向付けられ得る。
【００３１】
例えば、第２の水素流３２５の第１の画分を、第１の超音波分離機４１１及びタービン４１０に方向付けてもよく、第２の画分を制御弁４３０に方向付けてもよい。第１の分画は、０％〜１００％で変動し得、第２の分画は、１００％〜０％で変動し得る。超音波分離機４１６、４２１、４２６に関連する他の制御弁４３５、４４０、４４５及びタービン４１５、４２０、４２５に送られる残りの画分にも同じことが当てはまる。したがって、水素急冷流３９０、３９５、４００、４０５の流れは、タービン４１０、４１５、４２０、４２５、制御弁４３０、４３５、４４０、４４５、又は両方によって制御され得るので、両方を備えるシステムでは優れたプロセス柔軟性が可能になる。更に、超音波分離機４１１、４１６、４２１、４２６を備えることによって、より重い化合物が、タービン４１０、４１５、４２０、４２５からの急冷流３９０、３９５、４００、４０５から除去される可能性が高くなる。
【００３２】
図示のように、水素化処理反応ゾーン３５５は、５つの水素化処理床３６０、３６５、３７０、３７５、及び３８０を有する。水素化処理される水素及び炭化水素供給原料を含有する供給流３５０は、第１の水素化処理床３６０に入り、そこで水素化処理される。第１の水素化処理床３６０からの流出物は、第１の水素急冷流３９０と混合されて、第１の急冷水素化処理流４５０を形成する。
【００３３】
第１の急冷水素化処理流４５０は、第２の水素化処理床３６５に送られ、そこで更に水素化処理される。第２の水素化処理床３６５からの流出物は、第２の水素急冷流３９５と混合されて、第２の急冷水素化処理流４５５を形成する。第２の急冷水素化処理流４５５は、第３の水素化処理床３７０に送られ、そこで更に水素化処理される。第３の水素化処理床３７０からの流出物は、第３の水素急冷流４００と混合されて、第３の急冷水素化処理流４６０を形成する。第３の急冷水素化処理流４６０は、第４の水素化処理床３７５に送られ、そこで更に水素化処理される。第４の水素化処理床３７５からの流出物は、第４の水素急冷流４０５と混合されて、第４の急冷水素化処理流４６５を形成する。第４の急冷水素化処理流４６５は、第５の水素化処理床３８０に送られ、そこで更に水素化処理される。第５の水処理層３８０からの流出物４７０は、上述のように、様々な処理ゾーンに送られ得る。
【００３４】
このように図示されていないが、流出物４７０は、典型的には、供給原料と熱交換され、塩を抽出及び溶解するために水洗浄に移され、凝縮熱交換で空気冷却又は水冷却され、気液分離に供されて、再生気体及び液体を提供し、これは、その後、ストリッピング及び蒸留分別に移される。再生気体流は、硫化水素を除去するためにアミン処理され、再生気体圧縮機で再圧縮する前又は後に補給水素（make-up hydrogen）と組み合わされ、反応器入口炭化水素流との組み合わせを介して又は反応器の長さに沿った急冷気体流として、水素化処理反応ゾーン３５５に戻される。
【００３５】
理解されるように、水素化処理ユニット３００などの本プロセスで使用される化学処理ユニットは、プロセス制御システムを利用する。本明細書に開示される実施形態に関連して説明されるプロセス制御システムは、本明細書に記載される機能を発揮するように設計された、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、若しくは他のプログラム可能なロジックデバイス、別個のゲート若しくはトランジスタロジック、別個のハードウェアコンポーネント、又はこれらの任意の組み合わせを備えるコンピュータで実行又は実施され得る。汎用プロセッサは、マイクロプロセッサであってよく、又はプロセッサは、任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、若しくは状態機械であってよい。プロセッサはまた、コンピュータデバイスの組み合わせ、例えば、ＤＳＰとマイクロプロセッサとの組み合わせ、２つ以上のマイクロプロセッサ、又は前述の任意の他の組み合わせであってもよい。
【００３６】
プロセス制御システムに関連するプロセスの工程は、ハードウェアに直接、５つのプロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールに、又は２つの組み合わせに含まれるアルゴリズムで具現化され得る。ソフトウェアモジュールは、ＲＡＭメモリ、フラッシュメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、又は当該技術分野において既知の任意の他の形態の記憶媒体内に存在していてよい。例示的な記憶媒体は、記憶媒体から情報を読み取り、記憶媒体に情報を書き込むプロセッサと通信する。これは、プロセッサに対し又はプロセッサと一体である記憶媒体を含む。プロセッサ及び記憶媒体は、ＡＳＩＣ内に存在していてよい。ＡＳＩＣは、ユーザ端末に存在していてよい。あるいは、プロセッサ及び記憶媒体は、ユーザ端末内に別個のコンポーネントとして存在していてもよい。これらのデバイスは、単に、コンピュータ可読記憶媒体の例示的で非限定的な例であることを意図する。プロセッサ及び記憶媒体又はメモリはまた、典型的には、異なるコンポーネント間、コンピュータプロセッサ間など、例えば、入力チャネル、制御ロジックのプロセッサ、制御システム内の出力チャネル、及び制御センタ内のオペレーターステーションの間などの有線又は無線通信を可能にするハードウェア（例えば、ポート、インターフェース、アンテナ、増幅器、信号プロセッサなど）と通信する。
【００３７】
コンピュータ及びプロセッサに関して通信とは、情報又はデータを送受信する能力を指す。データ又は情報の送信は、無線送信（例えば、Ｗｉ−Ｆｉ又はブルートゥースによって）であっても、有線送信（例えば、イーサネットＲＪ４５ケーブル又はＵＳＢケーブルを使用する）であってもよい。無線送信の場合、無線送受信機（例えば、Ｗｉ−Ｆｉ送受信機）が、各プロセッサ又はコンピュータと通信する。送信は、コンピュータの要求時に、コンピュータからの要求に応答して、又は他の方法で自動的に実施することができる。データは、任意の組み合わせでプッシュ、プル、フェッチなどされてもよく、又は任意の他の方法で送信及び受信されてもよい。
【００３８】
したがって、本発明によれば、プロセス制御システムは、タービン１４、４１０、４１５、４２０、４２５によって生成された電気の量に関する情報を受信することが企図される。タービン１４、４１０、４１５、４２０、４２５が、生成された電気の量を決定すること、あるいは、情報を受信するプロセス制御システムが、生成された電気の量を決定することが企図される。いずれの構成においても、タービン１４、４１０、４１５、４２０、４２５によって生成された電気の量は、少なくとも１つのディスプレイスクリーン５０上に表示される（例えば、制御センタ４６におけるコンピュータ４４と通信する）。処理ユニットが複数のタービン１４、４１０、４１５、４２０、４２５を備える場合、処理制御システムは、タービン１４、４１０、４１５、４２０、４２５のそれぞれによって生成された電気の量に関連する情報を受信することが更に企図される。処理制御システムは、タービン１４、４１０、４１５、４２０、４２５のそれぞれに関連する情報に基づいて、生成された総電力を決定し、生成された総電力を表示する。生成された総電力は、個々のタービン１４、４１０、４１５、４２０、４２５によって生成された電力の表示の代わりに表示されてもよく、又はそれと併せて表示されてもよい。
【００３９】
上述したように、電気の回収は、多くの場合、処理ユニットにおける流れに既に加えられているエネルギーを流れから除去する必要性に基づいている。したがって、本発明によるプロセスは、処理ユニットに関連する様々な処理条件を提供し、初めに流れに加えられるエネルギーを減らすために調整することが企図される。プロセス制御システムは、処理ユニットの処理量に関連する情報を受信し、タービン１４、４１０、４１５、４２０、４２５の目標電力生成値を決定することが企図され、これは、電気が、典型的には処理ユニット全体に加えられるエネルギーを表すためである。目標電力生成値の決定は、電気が所定のレベル又はその付近にあるときに行ってよい。したがって、プロセス制御システムは、タービン１４、４１０、４１５、４２０、４２５によって回収されるエネルギー量を低下させるために、処理ユニットに関連する様々な処理条件に対する１つ以上の変更を分析する。好ましくは、処理ユニットの処理量を調整することなく処理条件を調整する。これにより、処理ユニットは、同じ出力でも、操作入力をより低くすることが可能になる。プロセス制御ソフトウェアは、目標電力生成値と生成された総電力との間の差を計算し、少なくとも１つのディスプレイスクリーン５０上に表示することができる。
【００４０】
プロセス制御システムは、処理ユニットの処理量に関連する情報を受信し、タービン１４、４１０、４１５、４２０、４２５の目標電力生成値を決定することが企図され、これは、電気が、典型的には処理ユニット全体に加えられるエネルギーを表すためである。目標電力生成値の決定は、電気が所定のレベル又はその付近にあるときに行ってよい。換言すれば、生成された電気の量が所定のレベルを満たすか又は超えた場合、処理シミュレーションシステムは、１つ以上の処理条件を決定して、目標電力生成値に達するまで、生成される電気の量を調整及び低減することができる。
【００４１】
したがって、プロセスシミュレーションシステムは、タービン１４、４１０、４１５、４２０、４２５によって回収されるエネルギー量を低下させるために、処理ユニットに関連する様々な処理条件に対する１つ以上の変更を分析する。好ましくは、処理ユニットの処理量を調整することなく処理条件を調整する。これにより、処理ユニットは、同じ処理量でも、操業コストをより低くすることが可能になる。プロセスシミュレーションソフトウェアは、目標電力生成値と生成された総電力との間の差を計算し、少なくとも１つのディスプレイスクリーン５０上に表示することができる。
【００４２】
例えば、プロセスシミュレーションソフトウェアは、生成された総電力が所定のレベルを超えたことを判定し得る。それに応じて、プロセスシミュレーションソフトウェアは、目標電力生成値を決定する。処理ユニットに典型的に関連する他のセンサ及びデータ収集装置から受信した他のデータ及び情報に基づいて、プロセスシミュレーションソフトウェアは、蒸気流に関連する圧縮機によって提供される圧力を低下させることができると判定する。処理ユニットの処理量を維持しながら、圧縮機の操業条件を調整して、タービン１４、４１０、４１５、４２０、４２５における減圧を依然として必要としている蒸気流１８を提供するが、２つの圧力間の差はより小さくなる。これは、タービン１４、４１０、４１５、４２０、４２５によって生成される電力を低下させることができるが、圧縮機出力のための圧力がより低いと、達成するのに必要なエネルギーがより少なく、同じ処理量で操業コストがより低くなる。
【００４３】
したがって、本発明は、低圧蒸気流４８が二相流になる可能性を低減するだけでなく、よりエネルギー効率の高いプロセスを利用することによって、処理ユニットに、処理ユニット全体と関連するエネルギー入力を低下させ、利益を増大させる機会も提供される。
【００４４】
弁、ポンプ、フィルタ、冷却器などの様々な他の構成部品は図示せず、それは、その詳細が当業者の知識の範囲内であり、本発明の実施形態を実施又は理解するためにその説明が必須ではないと考えられるためであることが当業者には認識され、理解されるべきものである。
【００４５】
当業者であれば、本出願に記載される例示的な論理命令、ステップ、ブロック、モジュール、及び回路が、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、又は両方の組み合わせとして実行され得ることを理解するであろう。実施形態及び実行の一部は、機能及び／又は論理ブロックコンポーネント（又はモジュール）及び様々なステップに基づいて本明細書に記載される。しかしながら、当業者であれば、これらのステップ及びブロックコンポーネント（又はモジュール）が、特定の機能を実施するように構成された任意の数のハードウェア、ソフトウェア、及び／又はファームウェアコンポーネントによって実現され得ることを理解するであろう。したがって、ハードウェア及びソフトウェアの互換性に基づいて、様々なステップ、コンポーネント、ブロック、モジュール、及び回路は、概してそれらの機能性に関して本明細書に記載される。そのような機能がハードウェア又はソフトウェアとして実行されるかどうかは、システム全体に課される任意の設計制約に依存し、本発明の各異なる用途ごとに変化し得る。当業者であれば、各特定の用途ごとに多様な方法でこの機能を実行することができるが、そのような実行の判断は、本発明の範囲から逸脱するものとして解釈されるべきではない。
特定の実施形態
【００４６】
以下を特定の実施形態と併せて説明するが、この説明は、前述の説明及び添付の特許請求の範囲を例示するものであり、限定するものではないことが理解されるであろう。
【００４７】
本発明の第１の実施形態は、タービンを用いて蒸気流から電力を回収するためのプロセスであって、超音波分離装置において当該蒸気流の一部分を凝縮させることであって、当該超音波分離装置が、それを通過する当該蒸気流に音速の又は音速を超える旋回を付与するように構成されている、凝縮させることと；当該超音波分離装置を用いて当該蒸気流から凝縮された部分を分離して過熱蒸気流を提供することと；タービンにおいて当該過熱蒸気流から電力を回収することであって、当該タービンが、発電機に回転運動を伝達するように構成されたタービンホイールを備えている、回収することと、を含む、プロセスである。本発明の実施形態は、当該過熱蒸気流が、当該蒸気流よりも少なくとも２℃高く過熱される、この段落における第１の実施形態までのこの段落における先行実施形態のうちの１つ、いずれか、又は全てである。本発明の実施形態は、当該蒸気流の温度が、当該蒸気流の露点よりも１０℃未満高い、この段落における第１の実施形態までのこの段落における先行実施形態のうちの１つ、いずれか、又は全てである。本発明の実施形態は、当該蒸気流の温度が、当該蒸気流の露点よりも５℃未満高い、この段落における第１の実施形態までのこの段落における先行実施形態のうちの１つ、いずれか、又は全てである。本発明の実施形態は、当該蒸気流が、水素及び軽質炭化水素を含む、この段落における第１の実施形態までのこの段落における先行実施形態のうちの１つ、いずれか、又は全てである。本発明の実施形態は、当該凝縮された部分が、当該軽質炭化水素を含む、この段落における第１の実施形態までのこの段落における先行実施形態のうちの１つ、いずれか、又は全てである。本発明の実施形態は、当該超音波分離装置及び当該タービンが、互いに一体になっている、この段落における第１の実施形態までのこの段落における先行実施形態のうちの１つ、いずれか、又は全てである。
【００４８】
本発明の第２の実施形態は、タービンを用いて蒸気流から電力を回収するためのプロセスであって、蒸気流を超音波分離装置に移動させることであって、当該超音波分離装置が、それを通過する当該蒸気流に音速の又は音速を超える旋回を付与するように構成されている、移動させることと；当該超音波分離装置を用いて当該蒸気流の凝縮された部分を分離して過熱蒸気流を提供することと；当該過熱蒸気流をタービンに移動させることであって、当該タービンが、発電機に回転運動を伝達するように構成されたタービンホイールを備える、移動させることと；当該過熱蒸気流を用いて当該タービンホイールを回転させることと；当該発電機で電気を生成することと、を含む、プロセスである。本発明の実施形態は、当該過熱蒸気流が、当該蒸気流よりも少なくとも２℃高く過熱される、この段落における先行実施形態からこの段落における第２の実施形態までのうちの１つ、いずれか、又は全てである。本発明の実施形態は、当該蒸気流の温度が、当該蒸気流の露点よりも１０℃未満高い、この段落における先行実施形態からこの段落における第２の実施形態までのうちの１つ、いずれか、又は全てである。本発明の実施形態は、当該蒸気流の温度が、当該蒸気流の露点よりも５℃未満高い、この段落における先行実施形態からこの段落における第２の実施形態までのうちの１つ、いずれか、又は全てである。本発明の実施形態は、当該蒸気流が、水素及び軽質炭化水素を含む、この段落における先行実施形態からこの段落における第２の実施形態までのうちの１つ、いずれか、又は全てである。本発明の実施形態は、当該凝縮された部分が、当該軽質炭化水素を含む、この段落における先行実施形態からこの段落における第２の実施形態までのうちの１つ、いずれか、又は全てである。本発明の実施形態は、当該超音波分離装置及び当該タービンが、互いに一体になっている、この段落における先行実施形態からこの段落における第２の実施形態までのうちの１つ、いずれか、又は全てである。本発明の実施形態は、当該タービンによって生成された電気の量に関して当該タービンから情報を受信することと；少なくとも１つのディスプレイスクリーン上に当該タービンによって生成された電気の量を表示させることと、を更に含む、この段落における先行実施形態からこの段落における第２の実施形態までのうちの１つ、いずれか、又は全てである。本発明の実施形態は、複数のタービンのそれぞれによって生成された情報の量に関して当該タービンから関連する情報を受信することと；当該タービンによって生成された電気の総量を決定することと；少なくとも１つのディスプレイスクリーン上に当該生成された電気の総量を表示させることと、を更に含む、この段落における先行実施形態からこの段落における第２の実施形態までのうちの１つ、いずれか、又は全てである。本発明の実施形態は、当該蒸気流が処理ユニットの一部であり、当該プロセスが、当該処理ユニットの処理量に関連する情報を受信することと、当該処理ユニットの処理量に関連する情報に部分的に基づいて、生成する電力の目標値を決定することと、を更に含む、この段落における先行実施形態からこの段落における第２の実施形態までのうちの１つ、いずれか、又は全てである。本発明の実施形態は、当該生成する電力の目標値に基づいて当該処理ユニットの少なくとも１つのプロセスパラメータを調整しながら、当該処理ユニットの処理量を維持することを更に含む、この段落における先行実施形態からこの段落における第２の実施形態までのうちの１つ、いずれか、又は全てである。本発明の実施形態は、当該処理ユニットが、電気を生成するようにそれぞれ構成された複数のタービンを備え、当該プロセスが、当該タービンのそれぞれによって生成された電気の量に基づいて、生成する総電力を決定することと、少なくとも１つのディスプレイスクリーン上に当該生成する総電力を表示させることと、を含む、この段落における先行実施形態からこの段落における第２の実施形態までのうちの１つ、いずれか、又は全てである。
【００４９】
本発明の第３の実施形態は、電気を生成するための装置であって、蒸気流を受容するように構成された入口、過熱蒸気流のための第１の出口、及び液体流のための第２の出口を備える本体と；当該本体内に配置され、当該蒸気流に音速の又は音速を超える旋回を付与するように構成されたバッフルと；当該入口と、当該第１の出口と、当該第２の出口との間の当該本体内の内部空洞と；当該過熱蒸気流から発電機に回転運動を伝達するように構成されたタービンホイールであって、当該出口と当該内部空洞との間に配置された、タービンホイールと、を備える、装置である。
【００５０】
更に説明することなく、前述の説明を用いて、当業者が、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく本発明を最大限に利用し、本発明の本質的な特性を容易に確認でき、本発明の様々な変更及び修正を行い、様々な使用及び条件に適合させることができると考えられる。したがって、先行する好ましい特定の実施形態は、単なる例示として解釈されるべきであり、いかなるようにも本開示の残りを限定するものではなく、添付の特許請求の範囲内に含まれる様々な修正及び同等の構成を網羅することを意図するものである。
【００５１】
上記では、全ての温度は摂氏度で記載され、全ての部及び百分率は、別途記載のない限り、重量基準である。
【００５２】
前述の本発明の詳細な説明において少なくとも１つの例示の実施形態を提示したが、膨大な数の変形例が存在することを理解すべきである。例示的な実施形態は、単なる例であり、決して本発明の範囲、適用性、又は構成を制限することを意図するものではないことも理解すべきである。むしろ、前述の詳細な説明は、本発明の例示的な実施形態を実施するための便利なロードマップを当業者に提供し、添付の特許請求の範囲に記載される本発明の範囲及びその法的等価物から逸脱することなく、例示的な実施形態において説明される要素の機能及び配置において様々な変更がなされ得ることが理解される。
【図１】
2021516613.tif 000003
【図２】
2021516613.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】令和2年10月19日(2020.10.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン（１４、４１０、４１５、４２０、４２５）を用いて蒸気流（１８、３９０、３９５、４００、４０５）から電力を回収するためのプロセスであって、
超音波分離装置（１２）において前記蒸気流（１８、３９０、３９５、４００、４０５）の一部分を凝縮させることであって、前記超音波分離装置（１２、４１１、４１６、４２１、４２６）が、それを通過する前記蒸気流（１８、３９０、３９５、４００、４０５）に音速の又は音速を超える旋回を付与するように構成されている、凝縮させることと；
前記超音波分離装置（１２）を用いて前記蒸気流（１８、３９０、３９５、４００、４０５）から前記凝縮された部分（２４）を分離して過熱蒸気流（２０）を提供することと；
タービン（１４、４１０、４１５、４２０、４２５）において前記過熱蒸気流から電力を回収することであって、前記タービン（１４、４１０、４１５、４２０、４２５）が、発電機（３４）に回転運動を伝達するように構成されたタービンホイール（３０）を備えている、回収することと、を含む、プロセス。
【請求項２】
前記過熱蒸気流（２０）が、前記蒸気流（１８、３９０、３９５、４００、４０５）よりも少なくとも２℃高く過熱される、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
電気を生成するための装置であって、
蒸気流（１８）を受容するように構成された入口（１６）、過熱蒸気流（２０）のための第１の出口（１９）、及び液体流（２４）のための第２の出口（２２）を備える本体（１５）と；
前記本体（１５）内に配置され、前記蒸気流（２０）に音速の又は音速を超える旋回を付与するように構成されたバッフル（２６）と；
前記入口（１６）と、前記第１の出口（１９）と、前記第２の出口（２２）との間の前記本体（１５）内の内部空洞（２８）と；
前記過熱蒸気流（２０）から発電機（３４）に回転運動を伝達するように構成されたタービンホイール（３０）であって、前記第１の出口（１９）と前記内部空洞（２８）との間に配置された、タービンホイール（３０）と、を備える、装置。
【国際調査報告】
2021516613.tif 000005