DE60025063T2

DE60025063T2 - Transport von hochviskosem Brennstoff zu einer Kraftanlage

Info

Publication number: DE60025063T2
Application number: DE60025063T
Authority: DE
Inventors: Masaki Iijima; Kazuto Kobayashi; Masahumi Moriwaki; Masatoshi Shibata; Yoshinori Hyakutake
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1999-03-25
Filing date: 2000-03-20
Publication date: 2006-09-28
Anticipated expiration: 2020-03-21
Also published as: EP1039097A2; DE60025063D1; EP1039097A3; EP1039097B1; JP2000274212A; US6223522B1; JP4301622B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Hochleistungs-Energieerzeugungsverfahren und ein Hochleistungs-Energieerzeugungssystem, bei denen eine Schwerölkomponente und eine Leichtölkomponente als Brennstoff verwendet werden.
Üblicherweise ist eine Schwerölkomponente, wie Teerpech, Orinoko-Teer oder Rückstandsöl, als Gasturbinen-Brennstoff ungeeignet, weshalb sie bei der Energieerzeugung mit Dampfkessel/Dampfturbinen-Systemen bisher nur begrenzt zum Einsatz kam. Daher ist es schwierig, eine Schwerölkomponente für ein Energieerzeugungssystem mit hohem thermischem Wirkungsgrad, wie z. B. ein Vollfeuer-Wärmerückgewinnungskraftwerk, in dem eine Gasturbine und ein Dampfkessel/Dampfturbinen-System miteinander kombiniert sind, zu verwenden.
Die JP-A-07208111 beschreibt eine Abgasnachbrenn-Kombinationszyklusanlage. Dabei wird Rohöl mit einem Vergaser in Leicht- und Schweröl getrennt, wobei das Leichtöl als Brennstoff für die Gasturbine und das Schweröl als Brennstoff für den Abgasnachbrenn-Dampfkessel verwendet wird.
Unter dem Gesichtspunkt der Ressourcen-Einsparung war es erwünscht, daß ein solcher Brennstoff bei einem Hochleistungs-Energieerzeugungssystem, wie z. B. einer Vollfeuer-Wärmerückgewinnungsanlage, verwendet werden kann.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der obigen Situation gemacht, und ein Ziel derselben ist es, ein Hochleistungs-Energieerzeugungsverfahren und ein Hochleistungs-Energieerzeugungssystem bereitzustellen, bei denen eine Schwerölkomponente mit hoher kinematischer Viskosität, wie z. B. Teerpech, Orinoko-Teer oder Rückstandsöl, zu einem Kraftwerk transportiert und in einer Hochleistungs-Energieerzeugungseinrichtung, wie einem Vollfeuer-Wärmerückgewinnungskraftwerk, verwendet werden kann.
Daher wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Hochleistungs-Energieerzeugungsverfahren bereitgestellt, bei dem eine Leichtölkomponente mit einer Schwerölkomponente so vermischt wird, daß die kinematische Viskosität nicht mehr als 800 Centistokes beträgt, wobei die Leichtölkomponente und die Schwerölkomponente anschließend voneinander getrennt werden und hiernach die Energieerzeugung durchgeführt wird durch Verbrennen der Leichtölkomponente mittels einer Gasturbine in einer Energieerzeugungseinrichtung und durch Verbrennen der Schwerölkomponente in einem Dampfkessel, wobei die Schritte des Vermischens und Trennens der Leichtöl- und der Schwerölkomponente an voneinander entfernten Stellen durchgeführt und die vermischten Leicht- und Schwerölkomponenten zwischen diesen voneinander entfernten Stellen transportiert werden. Bei diesem Hochleistungs-Energieerzeugungsverfahren kann ein Vollfeuer-Wärmerückgewinnungssystem verwendet werden, bei dem Abgas aus der Gasturbine als Verbrennungsgasluft für einen Dampfkessel eingesetzt wird.
Ebenso bereitgestellt wird ein Hochleistungs-Energieerzeugungssystem mit einer Mischeinrichtung zum Vermischen einer Leichtölkomponente mit einer Schwerölkomponente derart, daß die kinematische Viskosität nicht mehr als 800 Centistokes beträgt, ferner mit einer Trenneinrichtung zum Trennen der Leichtölkomponente und der Schwerölkomponente voneinander, nachdem sie vermischt wurden, und mit Mitteln zum Verbrennen der getrennten Komponenten aus der Trenneinrichtung, wobei diese Mittel einen Gasturbinen-Energieerzeuger, der zur Aufnahme und zum Verbrennen der Leichtölkomponente vorgesehen ist, und einen Dampfkessel umfassen, der zur Aufnahme und zum Verbrennen der Schwerölkomponente vorgesehen ist, wobei die Mischeinrichtung und die Trenneinrichtung an voneinander entfernten Stellen angeordnet sind, und das System Mittel zum Transport der vermischten Leicht- und Schwerölkomponenten zwischen den voneinander entfernten Stellen umfaßt.
Somit stellt die vorliegende Erfindung ein Hochleistungs-Energieerzeugungsverfahren und ein Hochleistungs-Energieerzeugungssystem bereit, bei denen eine Schwerölkomponente, wie z. B. Teerpech, Orinoko-Teer oder Rückstandsöl, bei einer Hochleistungs-Energieerzeugungseinrichtung, wie einem Vollfeuer-Wärmerückgewinnungskraftwerk, verwendet werden kann.
Ein Hochleistungs-Energieerzeugungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf eine in der beigefügten Zeichnung gezeigte Ausführungsform beschrieben, wobei 1 ein schematisches Diagramm des Grundrisses eines Systems zur Durchführung eines Hochleistungs-Energieerzeugungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
Das System dieser Ausführungsform weist Hauptkomponenten einer Mischeinrichtung (1), Transportmittel (2) und eine Energieerzeugungseinrichtung (4) mit einer Trenneinrichtung (3) auf.
Die Mischeinrichtung (1) ist eine Einrichtung zum Vermischen einer Leichtölkomponente mit einer Schwerölkomponente dergestalt, daß die kinematische Viskosität nicht höher als 800 Centistokes, vorzugsweise nicht höher als 400 Centistokes, ist. Bei der vorliegenden Erfindung ist eine Leichtölkomponente als Kerosin, Leichtöl oder ein Öl mit Eigenschaften, die denen dieser Öle entsprechen, definiert. Die Leichtölkomponente soll unvermeidbare Verunreinigungen enthalten. Durch ein derartiges Vermischen einer Leichtölkomponente mit einer Schwerölkomponente in der Mischeinrichtung 1 kann die kinematische Viskosität der Schwerölkomponente so verringert werden, daß die Schwerölkomponente leicht transportiert werden kann. Abhängig von den Umgebungsbedingungen beim Transport können Heizmittel oder andere Mittel zusätzlich in geeigneter Weise eingesetzt werden, um eine geeignete kinematische Viskosität zu erhalten.
Bei der vorliegenden Erfindung ist eine Schwerölkomponente als eine verbrennbare Ölkomponente definiert, die eine sehr hohe kinematische Viskosität aufweist und in unbehandelter Form zum Transport ungeeignet ist, wie z. B. Teerpech, Orinoko-Teer oder Rückstandsöl oder ein Gemisch dieser Komponenten.
Teerpech fällt als Nebenprodukt an, wenn Rohöl einer Zersetzungsreaktion, wie z. B. einer Wärmezersetzung oder katalytischem Kracken, unterzogen wird.
Hier sei Orinoko-Teer erläutert, da diesem besondere Aufmerksamkeit zuteil wurde.
In einem als Orinoco Belt bezeichneten Sedimentbecken in einem nördlichen Flußbecken in der Provinz Orinoco, Venezuela, ist extraschweres Öl (Orinoko-Teer) in großen Mengen abgelagert. Nach der 1984 und davor durchgeführten Untersuchung werden die förderbaren Vorkommen auf eine enorme Menge von 267 Milliarden Barrels geschätzt, auch wenn von einem Rückgewinnungs-Prozentsatz von durchschnittlich 22% ausgegangen wird. Nebenbei bemerkt liegen die förderbaren Rohölvorkommen weltweit bei 658,5 Milliarden Barrels.
Dieser Orinoko-Teer hat die Eigenschaft, sich bei Normaltemperatur zu verfestigen. Um ihn als Brennstoff zur Wärmeenergieerzeugung zu verwenden, muß er bei einer hohen Temperatur gelagert und durch einen Brenner gesprüht werden, nachdem er mittels eines Erhitzers auf eine Temperatur von etwa 200°C erwärmt wurde. Aus diesem Grunde wird Orinoko-Teer nicht zwangsläufig eingesetzt. Orimulsion ist jedoch als eine von vielfältigen Nicht-Petroleum-Energiequellen sehr attraktiv: es kostet weniger als Schwerrohöl und ergibt weniger Asche als Kohle. Zudem hat es im Vergleich zu Öl bezüglich der allgemeinen ökonomischen Effizienz unerwartete Vorteile und weckte daher als neue Art von Brennstoff Interesse.
Als Mischeinrichtung 1 wird eine Einrichtung, die mit einem Rührer in einem Gefäß versehen ist, oder eine Einrichtung verwendet, bei der das Rühren durch einen statischen Mixer in einem Rohr erfolgt.
Zum Vermischen von Orinoko-Teer mit Kerosin oder Leichtöl ist es bevorzugt, den Mischvorgang unter einer Betriebsbedingung durchzuführen, bei der Orinoko-Teer zum Verringern seiner Viskosität erwärmt sowie mit Kerosin oder Leichtöl vermischt und auf Normaltemperatur abgekühlt wird.
Die Transportmittel 2 sind Mittel zum Transportieren des gemischten Öls zur Energieerzeugungseinrichtung und umfassen ein Transportfahrzeug, wie z. B. einen Tanklastwagen zum Transport, eine Pipeline und dergleichen.
Die Trenneinrichtung 3 ist eine Einrichtung zum Trennen des Gemisches in eine Leichtölkomponente und eine Schwerölkomponente durch einen Trennvorgang. Als Trennvorgang wird allgemein ein Destilliervorgang durchgeführt. Als Trenneinrichtung 3 werden meist sowohl ein Erhitzer oder Heizofen als auch eine Destillierkolonne verwendet.
Die Energieerzeugungseinrichtung 4 umfaßt die zuvor erwähnte Trenneinrichtung 3. Eine Vollfeuer-Wärmerückgewinnungsanlage, bei der eine Gasturbine 5, ein Dampfkessel 6 und eine Dampfturbine 7 kombiniert sind, ist am besten als Energieerzeugungseinrichtung 4 geeignet. Der Gasturbine 5 wird die von der Trenneinrichtung 3 abgetrennte Leichtölkomponente und dem Dampfkessel 6 die Schwerölkomponente zugeführt. Diese Ölkomponenten werden verbrannt, um eine Energieerzeugung durchzuführen.
Natrium, Vanadium, Kalium und andere im Brennstoff enthaltene Bestandteile sind für die Gasturbine schädlich. Insbesondere beeinflussen sich Natrium und Vanadium gegenseitig und senken dadurch den Schmelzpunkt des Schaufelmetalls der Gasturbine oder bewirken, daß Asche an den Schaufeln haftet. Daher sollten diese Bestandteile entsprechend aus Kerosin und Leichtöl entfernt werden. Da jedoch die Destillation nach dem Vermischen der Leichtölkomponente mit der Schwerölkomponente durchgeführt wird, gehen nahezu alle für die Gasturbine schädlichen Bestandteile zur Seite der Schwerölkomponente über, wodurch es keine Schwierigkeiten gibt.
Zur Durchführung der Energieerzeugung werden der Gasturbine 5 die Leichtölkomponente und dem Dampfkessel 6 die Schwerölkomponente als Brennstoff zugeführt. Diese Ölkomponenten werden zur Durchführung der Energieerzeugung verbrannt.
In der Gasturbine 5 wird Luft von der Verdichtungsseite her angesaugt, die Leichtölkomponente in einer Brennkammer verbrannt und der Ausdehnungsseite zugeführt und dem Dampfkessel 6 Gasturbinen-Abgas zugeführt. Durch die Rotation dieser Gasturbine 5 wird ein Generator in Drehung versetzt, um die Energieerzeugung durchzuführen. Der Dampfkessel 6 verbrennt die Schwerölkomponente mit dem Gasturbinen-Abgas an Stelle von Luft. Dabei handelt es sich um ein sogenanntes Vollfeuer-Wärmerückgewinnungssystem.
Als Dampfsystem für den Dampfkessel 6 kann ein Hochdruck-Nachbrennsystem verwendet werden. In diesem Dampfkessel 6 fließt Speisewasser und wird Abwärme zurückgewonnen.
Der Dampf aus dem Dampfkessel 6 wird der Dampfturbine 7 zugeführt, die dadurch in Drehung versetzt wird. Durch die Drehung dieser Dampfturbine 7 dreht sich ein Generator zur Durchführung der Energieerzeugung.
Das Abgas aus dem Dampfkessel 6 wird schließlich durch einen Schornstein 8 ausgestoßen.
Wie oben beschrieben, kann bei der vorliegenden Erfindung die Schwerölkomponente, wie z. B. Teerpech, Orinoko-Teer oder Rückstandsöl, für das Hochleistungs-Energieerzeugungsverfahren, z. B. in einem Vollfeuer-Wärmerückgewinnungskraftwerk, genutzt werden. Zudem können Kerosin und Leichtöl, die den Transport der Schwerölkomponente ermöglichen, nach dem Trennen unbehandelt als Brennstoff für die Gasturbine eingesetzt werden. Da zudem die Schadstoffe zur Schwerölkomponente übergehen, beschädigt der Brennstoff die Gasturbine nicht.

Claims

Hochleistungs-Energieerzeugungsverfahren, bei dem eine Leichtölkomponente mit einer Schwerölkomponente so vermischt wird, daß die kinematische Viskosität nicht mehr als 800 Centistokes beträgt, wobei die Leichtölkomponente und die Schwerölkomponente anschließend voneinander getrennt werden und hiernach die Energieerzeugung durchgeführt wird durch Verbrennen der Leichtölkomponente mittels einer Gasturbine (5) in einer Energieerzeugungseinrichtung und durch Verbrennen der Schwerölkomponente in einem Dampfkessel (6), wobei die Schritte des Vermischens und Trennens der Leichtöl- und der Schwerölkomponente an voneinander entfernten Stellen durchgeführt und die vermischten Leicht- und Schwerölkomponenten zwischen diesen voneinander entfernten Stellen transportiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem Abgas aus der Gasturbine als Verbrennungsgas für den Dampfkessel in einem Vollfeuer-Wärmerückgewinnungssystem eingesetzt wird.
Hochleistungs-Energieerzeugungssystem mit einer Mischeinrichtung (1) zum Vermischen einer Leichtölkomponente mit einer Schwerölkomponente derart, daß die kinematische Viskosität nicht mehr als 800 Centistokes beträgt, ferner mit einer Trenneinrichtung (3) zum Trennen der Leichtölkomponente und der Schwerölkomponente voneinander, nachdem sie vermischt wurden, und mit Mitteln zum Verbrennen der getrennten Komponenten aus der Trenneinrichtung, wobei diese Mittel einen Gasturbinen-Energieerzeuger, der zur Aufnahme und zum Verbrennen der Leichtölkomponente vorgesehen ist, und einen Dampfkessel (6) umfassen, der zur Aufnahme und zum Verbrennen der Schwerölkomponente vorgesehen ist, wobei die Mischeinrichtung und die Trenneinrichtung an voneinander entfernten Stellen angeordnet sind und das System Mittel zum Transport der vermischten Leicht- und Schwerölkomponenten zwischen den voneinander entfernten Stellen umfaßt.
System nach Anspruch 3, bei dem der Dampfkessel dazu vorgesehen ist, Abgas aus der Gasturbine aufzunehmen und es als Verbrennungsgas einzusetzen.