Eşleştirme Projesi tr 08 ib en 03

Enerji üretim teknikleri

Bu bölümde amaç enerji üretim teknikleri (buhar ve güç) konusunda detaylı bir açıklama yapmak değildir; çünkü detaylı açıklamalar büyük yanma tesisi (LCP) MET Referans Dokümanında bulunabilir.

Fırınlar ve kazanlar

Birçok münferit rafineri prosesi ve yardımcı sistemi, proses için gerekli ısıyı sağlamak için tahsis edilmiş fırınlar ve kazanlarda yakıt (gaz ve/veya sıvı) yakar. Yanmalı proses ısıtıcıları ve kazanları başlıca ısı üreticileridir. Bunlardan ilki, yanma prosesinde açığa çıkan ısıyı doğrudan proses akımına transfer eder ve sonraki ise rafinerinin bir bölümünde kullanılacak buharı üretir. Buhar üretimi prensibi, belirli bir yakıtlı kazanda veya ısı eşanjörü paketleri (ekonomizörler ve kızdırıcılar) içeren bir atık ısı kazanında kazan besleme suyunun basınç altında ısıtılmasına dayanır. Bu belgede, gerekli olduğu durumlar haricinde fırınlar ve kazanlar arasında bir ayrım yapılmamıştır.

Rafinerilerde çeşitli fırın ve börner tipleri kullanılır ve bunların seçimi daha çok belirli bir proses için gereken ısı salınım özelliklerine göre yapılır. Fırınların tümü olmasa da birçoğu rafineri yakıt sisteminde esneklik sağlamak için ikili (yağ/gaz) yakılır. Rafineri proses ısıtıcıları, tipik olarak özel tasarımlı çoklu yanmalı börnere sahip, daha çok düşük yanma yoğunluğu kullanan dikdörtgensel veya silindirik yapılardır. Genel olarak kazanlar (sabit veya akışkan yataklı) orta veya yüksek yanma yoğunluğuna sahip oldukça standart buhar üretim üniteleridir. Aynı zamanda, büyük miktarlardaki fırınlarda atık ısı kazanları da bulunabilir. Bakımı ve işletimi iyi yapılan doğrudan yanmalı ısıtıcılar ve kazanlar %85'in üzerinde bir termal verimi yakalar. Eğer hava önısıtması kullanılırsa ve yanma ürünleri (baca gazı) çiylenme(dew) noktalarına kadar soğutulursa termal verim %93 gibi yüksek bir değere çıkabilir. Kazanlar, rafineri enerji gereksiniminin yaklaşık %10 - 20'sini tüketir.

Gaz ve buhar türbinleri

Gaz türbinleri şu şekilde çalışır: çevre koşullarındaki temiz hava kompresöre çekilerek sıcaklığı ve basıncı yükseltilir. Yüksek basınçlı hava yanma odasına ilerler ve burada yakıt sabit bir basınçta yakılır. Sonra ortaya çıkan yüksek sıcaklıktaki gazlar türbine girerek burada atmosferik basınca genişler ve böylece güç üretirler. Buhar türbinleri buhar basıncını güce dönüştürmek için kullanılır. Kombine çevrim prosesleri gaz ve buhar türbin proseslerini birleştirerek açık çevrimli türbinlere (buhar ve gaz) göre daha yüksek verimde güç üretir. Gaz ve buhar türbinleri ve kombine çevrimler hakkında daha fazla bilgi için bkz. LCP MET Referans Dokümanı.

Kojenerasyon tesisleri (CHP)

Bu sistemler ısı ve gücün birlikte üretimi için tasarlanmıştır. Bu tesis tipi için yakıt genellikle doğal gazdır. Ancak, aynı zamanda yakıt sisteminin bir parçası olarak rafineri gazını kullanmak ve böylece potansiyel olarak kazanlar ve fırınlarda yanma için kullanılabilecek rafineri gazının miktarını azaltmak da mümkündür. Buhar ve güç kojenerasyonu konsepti aynı zamanda örneğin sıvı rafineri yakıtı kullanan kazanlara uygulanabilir. Bunlar yüksek basınçlı buhar üretmek ve bir genişletici / turbo jeneratör aracılığıyla basıncı düşürmek üzere tasarlanabilir. Aynı zamanda, ekonomizörler ve hava - yakıt kontrolü optimizasyonu da kojenerasyon tesislerinde kullanılabilecek tekniklerdir.

Entegre gazlaştırma kombine çevrimi (IGCC)

Entegre gazlaştırma kombine çevrimi, düşük kalitede çeşitli yakıt tiplerinden mümkün olan en yüksek dönüşüm verimiyle buhar, hidrojen (opsiyonel) ve elektrik enerjisi üretmek için bir tekniktir. Ayrıca, yağın oksijenle ve/veya havayla gazlaştırılması sırasında sentez gazı da üretilir ve tipik olarak bir kombine çevrimde ısı ve elektrik enerjisi üretimi için kullanılır. Aynı zamanda, hidrojen rafineride kullanılmak üzere sentez gazından ayrılabilir (Bölüm 2.17.2).

Prensip, organik karbonların veya kokun yüksek sıcaklık ve yüksek basınç altında buharla ve oksijenin sitokiyometrik miktarlarda (kısmi yükseltgenme) reaksiyona girerek sentez gazı (CO+H2) üretmesine dayanmaktadır. Bu sistem, yanma odasından sonra buhar ve elektrik üretimi için birkaç sofistike enerji geri kazanım sistemi içerir. Şekil xx'te bir IGCC tesisinin blok akış diyagramı gösterilmiştir. Hidrokarbonların kısmi yükseltgenmesindeki ürün gaz belirli bir miktarda serbest karbon (kurum) içerir. İki aşamalı bir su yıkamayla kurum parçacıkları külle birlikte gazdan giderilir.

Şekil xx: IGCC için blok akış diyagramı

Gazlaştırma tesisi, iki entegre kompleks ünitesinden oluşur. İlkinde, sentez gazı üretim proses tesisleri (SMPP), ağır fraksiyonların gazlaştırılması gerçekleşir ve sentez gazı üretilerek saflaştırılır. İkinci kombine çevrim güç tesislerinde, sentez gazı bir kombine çevrim termoelektrik ünitesine gönderilir. SMPP aşağıda açıklanan iki bölümü içerir:

• 
  Gazlaştırma ve karbon ekstraksiyonu: Şarj, saf oksijen ve suyla sitokiyometrik olmayan bir reaksiyon sonucunda gazlaştırma bölümünde gazlaştırılır; reaksiyon gazlaştırıcıda, yani yüksek bir sıcaklıkta (yaklaşık 1300 °C) ve basınçta (yaklaşık 65 bar) çalışan ve içeriden refrakter bir malzemeyle kaplanmış katalitik olmayan bir tankta, gerçekleşir.
  
• 
  Gaz soğutma ve saflaştırma: Sentez gazından çıkan atık ısı gaz soğutma bölümünde üç basınç seviyesinde buhar üretimiyle geri kazanılır. Gazlaştırıcılarda oluşan küçük miktardaki karbon, bir yıkayıcıda suyla doğrudan temasla gazdan giderilir. Sonra da su, gri su arıtmasında işlemden geçirilerek mevcut rafineri biyoarıtma tesisine gönderilir. Bu üniteden bir filtre pastası şeklindeki bir katı akıntı çıkar ve metallerin geri kazanımı için harici tesislere gönderilir. Üstelik, gazlaştırıcıda üretilen küçük miktardaki COS bileşiğini H2S'e dönüştürmek için bir COS hidroliz reaktörü de bulunur. Bu bölüm aynı zamanda sentez gazının basınç enerjisinin (gazlaştırıcılardaki basınç yaklaşık 65 bardır) geri kazanımı için bir gaz genişletici de içerir. Bu sistem, gazlaştırıcıda ve COS hidrolizi sırasında oluşan H2S'i seçici olarak absorplamak için kullanılan ve devridaim yapan bir amin akımını kapsayan bir asit - gaz giderme prosesini içerir. Bu sistemde aynı zamanda bir hava ayırma ünitesi de vardır. Bu ünite, gazlaştırma ve Claus tesisi için gereken oksijeni ve sentez gazını şartlandırmak için gereken azotu üretir. Bunun temeli konvansiyonel kriyojenik hava fraksiyonlamaya dayanır. Ve son olarak, Claus ünitelerinin asit - gaz giderme bölümünde geri kazanılan H2S'ten element halindeki sülfürü geri kazanan bir sülfür geri kazanım ünitesi içerir. Bu proses ve bir geri (tail) gaz arıtma bölümü, genel sülfür geri kazanımını maksimum seviyeye çıkarır.
  

Soğutma ve saflaştırma bölümlerinden sonra saflaştırılmış sentez gazı güç üretimi için kombine çevrim güç tesisine gönderilir. Bu esasen gaz türbinli bir konvansiyonel çevrim, bir ısı geri kazanım buhar jeneratörü ve bir buhar türbininden oluşur.