用于從合成氣發(fā)酵過(guò)程發(fā)電的系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種用于從合成氣發(fā)酵過(guò)程發(fā)電的系統(tǒng)和方法。所述方法包括將溫度高于約1400℉的熱合成氣與冷卻的合成氣相接觸，以產(chǎn)生在廢熱鍋爐的入口處具有1400℉或更低的溫度的預(yù)先冷卻的合成氣。廢熱鍋爐接收所述預(yù)先冷卻的合成氣并且有效地產(chǎn)生廢熱鍋爐高壓蒸汽和冷卻的合成氣。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于從合成氣發(fā)酵過(guò)程發(fā)電的系統(tǒng)
[0001]本申請(qǐng)要求都于2011年4月6日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?1/516，667、61/516，704和61/516，646的權(quán)益，并且所有臨時(shí)申請(qǐng)以其全文通過(guò)引用并入本文。
[0002]本發(fā)明提供了一種用于從合成氣發(fā)酵過(guò)程發(fā)電的系統(tǒng)和方法。更具體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明提供了一種從合成氣的氣化和發(fā)酵產(chǎn)生高壓蒸汽的方法。
【背景技術(shù)】
[0003]微生物可以通過(guò)氣態(tài)底物的發(fā)酵從一氧化碳(CO)生產(chǎn)乙醇和其他化合物。CO通常作為合成氣形式的氣態(tài)底物的一部分而被提供給發(fā)酵。將含碳材料氣化以生產(chǎn)包含一氧化碳和氫氣的發(fā)生爐氣體或合成氣體或合成氣，在本領(lǐng)域中是公知的。這樣的氣化過(guò)程通常包括含碳材料的部分氧化或貧空氣氧化，其中向氣化過(guò)程供應(yīng)低于化學(xué)計(jì)算量的氧氣以促進(jìn)一氧化碳的產(chǎn)生。
[0004]通過(guò)本領(lǐng)域中描述的氣化過(guò)程生產(chǎn)的合成氣可能是熱的，并且在下游加工和隨后的發(fā)酵之前需要冷卻。包含氣化裝置中產(chǎn)生的一氧化碳的熱合成氣，在氣化裝置下游的熱交換器或廢熱鍋爐中被冷卻，參見(jiàn)例如美國(guó)專(zhuān)利號(hào)6，435，139、美國(guó)專(zhuān)利號(hào)7，587，995和美國(guó)專(zhuān)利號(hào)7，552，701。熱合成氣的這種熱含量的回收和使用，對(duì)于過(guò)程經(jīng)濟(jì)學(xué)來(lái)說(shuō)可能是非
常重要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供了一種從合成氣發(fā)酵過(guò)程有效地產(chǎn)生高壓蒸汽的方法和裝置。所述方法包括將溫度高于約1400 °?的熱合成氣與冷卻的合成氣相接觸，以產(chǎn)生在廢熱鍋爐的入口處具有1400 更低的溫度的預(yù)先冷卻的合成氣。廢熱鍋爐接收所述預(yù)先冷卻的合成氣并有效地產(chǎn)生廢熱鍋爐高壓蒸汽和冷卻的合成氣。
[0006]本發(fā)明提供了一種用于從合成氣發(fā)酵過(guò)程產(chǎn)生高壓蒸汽的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括廢熱鍋爐，其被放置成接收溫度為1400 T或更低的合成氣。所述廢熱鍋爐有效地產(chǎn)生廢熱鍋爐高壓蒸汽和冷卻的合成氣。尾氣燃燒器接收來(lái)自于發(fā)酵罐的貧合成氣，并且所述尾氣燃燒器有效地產(chǎn)生熱尾氣燃燒器氣體。尾氣鍋爐過(guò)熱器接收所述熱尾氣燃燒器氣體，并且所述尾氣鍋爐過(guò)熱器有效地產(chǎn)生尾氣鍋爐高壓蒸汽。蒸汽混合器接收并混合所述廢熱鍋爐高壓蒸汽和所述尾氣鍋爐高壓蒸汽，以產(chǎn)生合并的高壓蒸汽。
[0007]在另一種情況下，本發(fā)明提供了一種用于從合成氣發(fā)酵過(guò)程產(chǎn)生高壓蒸汽的方法。所述方法包括在氣化器中燃燒含碳材料以形成溫度高于約1400 °F的熱合成氣，以及將所述合成氣預(yù)先冷卻，以產(chǎn)生在廢熱鍋爐的入口處具有1400 °F或更低的平均溫度的預(yù)先冷卻的合成氣。廢熱鍋爐接收所述預(yù)先冷卻的合成氣并有效地產(chǎn)生廢熱鍋爐高壓蒸汽和冷卻的合成氣。發(fā)酵罐接收冷卻的合成氣。尾氣燃燒器從發(fā)酵罐的出口接收貧合成氣，并且所述尾氣燃燒器有效地產(chǎn)生熱尾氣鍋爐氣體。尾氣鍋爐過(guò)熱器接收熱尾氣燃燒器氣體和廢熱鍋爐高壓蒸汽，并產(chǎn)生合并的高壓蒸汽?！緦?zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]根據(jù)下面的圖，所述方法的數(shù)種情況的上述和其他方面、特征和優(yōu)點(diǎn)將更加顯而易見(jiàn)。
[0009]圖1是包括廢熱鍋爐和尾氣鍋爐的系統(tǒng)的總體概略圖。
[0010]圖2A和圖2B示出了廢熱鍋爐系統(tǒng)的可選情況。
[0011]圖3示出了尾氣鍋爐系統(tǒng)的可選情況。
[0012]圖4是包括廢熱鍋爐和尾氣鍋爐的系統(tǒng)的另一種情況的總體概略圖。
[0013]在整個(gè)數(shù)張圖的視圖中，相應(yīng)的參考符號(hào)指示相應(yīng)的部件。專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，圖中的元件以簡(jiǎn)單明了的方式示出，并且不一定是按比例繪制的。例如，圖中的某些元件的尺寸可能相對(duì)于其他元件被夸大，以幫助改善對(duì)本發(fā)明的方法和裝置的各個(gè)方面的理解。此外，在商業(yè)上可行的情況下有用或必需的普通但公知的元件通常沒(méi)有被示出，以便于這些各種情況的更少阻礙的圖示。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面的描述不具有限制性意義，而是僅僅出于描述示例性實(shí)施方式的一般性原理的目的而做出的。本發(fā)明的范圍應(yīng)該參考權(quán)利要求書(shū)來(lái)確定。
[0015]本文描述的方法和系統(tǒng)有效地將在合成氣的氣化和發(fā)酵期間產(chǎn)生的熱轉(zhuǎn)變成高壓蒸汽，用于發(fā)電。所述方法和系統(tǒng)提供了超過(guò)整個(gè)系統(tǒng)所需要的電力的過(guò)量電力。
[0016]定義
[0017]除非另有定義，否則在本公開(kāi)的整個(gè)本說(shuō)明書(shū)中使用的下列術(shù)語(yǔ)如下所定義，并且可以包括下面所限定的定義的單數(shù)或復(fù)數(shù)形式:
[0018]修飾任何量的術(shù)語(yǔ)“約”是指所述量在真實(shí)世界條件下，例如在實(shí)驗(yàn)室、中試廠或生產(chǎn)設(shè)施中遇到的變差。例如，當(dāng)被“約”修飾時(shí)，混合物或參量中采用的成分或測(cè)量結(jié)果的量包括在生產(chǎn)廠或?qū)嶒?yàn)室中的實(shí)驗(yàn)條件下測(cè)量時(shí)的變差和通常所采用的關(guān)注程度。例如，當(dāng)被“約”修飾時(shí)，產(chǎn)物組分的量包括在工廠或?qū)嶒?yàn)室的多次實(shí)驗(yàn)中不同批次之間的變差以及分析方法所固有的變差。不論是否被“約”修飾，量包括所述量的等效值。本文中所陳述的并被“約”修飾的任何數(shù)量也可以作為未被“約”修飾的量用于本公開(kāi)中。
[0019]當(dāng)在本文中使用時(shí)，“含碳材料”是指富含碳的材料例如煤和石化產(chǎn)品。然而，在本說(shuō)明書(shū)中，含碳材料包括固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)或等離子態(tài)的任何碳材料。在可以被認(rèn)為是含碳材料的大量物品中，本公開(kāi)設(shè)想了:含碳材料，含碳液體產(chǎn)物，含碳工業(yè)液體再循環(huán)物，含碳市政固體廢物(MSW或msw)，含碳城市廢物，含碳農(nóng)業(yè)材料，含碳林業(yè)材料，含碳木材廢物，含碳建筑材料，含碳植物材料，含碳工業(yè)廢物，含碳發(fā)酵廢物，含碳石化副產(chǎn)物，含碳醇生產(chǎn)副產(chǎn)物，含碳煤，輪胎，塑料，廢塑料，焦?fàn)t焦油，軟纖維(fibersoft)，木質(zhì)素，黑液，聚合物，廢聚合物，聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PETA)，聚苯乙烯(PS)，污水污泥，動(dòng)物糞便，作物殘留物，能源作物，林業(yè)加工殘留物，木材加工殘留物，家畜糞便，家禽糞便，食品加工殘留物，發(fā)酵過(guò)程廢物，乙醇副產(chǎn)物，酒糟，廢微生物或其組合。
[0020]術(shù)語(yǔ)“軟纖維”(fibersoft或 Fibersoft 或 fibrosoft 或 fibrousoft)是指由于各種物質(zhì)的軟化和濃縮而產(chǎn)生的一種類(lèi)型的含碳材料；在一個(gè)實(shí)例中，含碳材料通過(guò)各種物質(zhì)的蒸氣壓熱處理來(lái)生產(chǎn)。在另一個(gè)實(shí)例中，軟纖維可以包括市政、工業(yè)、商業(yè)和醫(yī)療廢物的蒸氣壓熱處理產(chǎn)生的纖維質(zhì)糊狀材料。
[0021]術(shù)語(yǔ)“市政固體廢物”或“MSW”或“msw”是指可以包含家庭、商業(yè)、工業(yè)和/或殘余廢物的廢物。
[0022]術(shù)語(yǔ)“合成氣”或“合成氣體”是指合成氣體，這是給予含有不同量一氧化碳和氫氣的氣體混合物的名稱(chēng)。生產(chǎn)方法的實(shí)例包括天然氣或烴的蒸汽重整以產(chǎn)生氫氣，煤的氣化以及在某些類(lèi)型的廢物變能源的氣化設(shè)施中。該名稱(chēng)來(lái)自于它們?cè)诋a(chǎn)生合成天然氣(SNG)的過(guò)程中作為中間體和用于生產(chǎn)氨或甲醇的用途。合成氣是可燃燒的，并且通常被用作燃料源或作為中間體用于生產(chǎn)其他化學(xué)品。
[0023]在一種情況下，含碳材料的氣化提供合成氣。氣化包括生物質(zhì)在氧氣供應(yīng)受限的條件下的部分燃燒。得到的氣體包括CO和H2。在這種情況下，所述合成氣含有至少約20摩爾％的CO，在一種情況下，約20至約100摩爾％的CO，在另一種情況下，約30至約90摩爾％的CO，在另一種情況下，約40至約80摩爾％的CO，并且在另一種情況下，約50至約70摩爾％的CO。所述合成氣具有至少約0.75的C0/C02摩爾比。系列號(hào)61/516，667、61/516，704和61/516，646描述了適合的氣化方法和裝置的一些實(shí)例(美國(guó)系列號(hào)61/516，667、61/516，704和61/516，646，其全都在2011年4月6日提交，并且它們?nèi)客ㄟ^(guò)引用并入本文)。離開(kāi)氣化器的合成氣具有高于約1400 °F，并且在另一種情況下為至少約1400 T至約3500 0F的溫度。氣化過(guò)程有效地破壞焦油。
[0024]術(shù)語(yǔ)“發(fā)酵”、“發(fā)酵過(guò)程”或“發(fā)酵反應(yīng)”等旨在涵蓋該過(guò)程的生長(zhǎng)階段和產(chǎn)物生物合成階段兩者。在一種情況下，發(fā)酵是指將CO轉(zhuǎn)化成醇。
[0025]高壓蒸汽系統(tǒng) [0026]圖1示出了用于產(chǎn)生高壓蒸汽的系統(tǒng)。如圖1中所示，所述方法和系統(tǒng)通過(guò)將離開(kāi)氣化器(未示出)的熱合成氣I1與再循環(huán)的冷卻合成氣摻混，來(lái)提供摻混的合成氣120。再循環(huán)的冷卻合成氣140與離開(kāi)氣化器后的熱合成氣110相接觸。再循環(huán)的冷卻合成氣140在熱合成氣離開(kāi)氣化器之后和摻混的合成氣120進(jìn)入廢熱鍋爐100之前的點(diǎn)處與熱合成氣110相接觸。在這種情況下，再循環(huán)的冷卻合成氣140具有約350 °F至約450 0F的溫度。導(dǎo)管或管道將再循環(huán)的冷卻合成氣140轉(zhuǎn)移到熱合成氣110。再循環(huán)的冷卻合成氣140的轉(zhuǎn)移提供了約0.1比約20的再循環(huán)的冷卻合成氣140與熱合成氣的比率。在其他情況下，再循環(huán)的冷卻合成氣與熱合成氣的比率可以包括約I比約15、約I比約10、約I比約5、約I比約4、約I比約3、約I比約2和約I比約I。
[0027]摻混的合成氣120具有約1400 °F或更低的平均溫度，在另一種情況下約600 °卩至約1400 0F，在另一種情況下約750 °F至約1400 0F，在另一種情況下約600 °F至約1400 0F，在另一種情況下約750 °F至約1200 °F，在另一種情況下約750 °F至約900 °F，在另一種情況下約750 °F至約825 0F，并且在另一種情況下約600 °F至約900 0F。摻混的合成氣120在進(jìn)入廢熱鍋爐100之前達(dá)到這些溫度。在這種情況下，在進(jìn)入廢熱鍋爐100之前，熱電偶測(cè)量廢熱鍋爐入口處的溫度。熱電偶可以放置在橫跨入口直徑的任何位置處。
[0028]當(dāng)在本文中使用時(shí)，“平均溫度”是指用于測(cè)定橫跨直徑的多個(gè)溫度，然后將那些多個(gè)溫度測(cè)量值表示成平均值的已知方法。在一種情況下，可以使用計(jì)算機(jī)建模來(lái)提供平均溫度。在其他情況下，可以使用所裝備的用于這樣的測(cè)量的熱電偶、紅外感應(yīng)等來(lái)測(cè)量多個(gè)溫度。[0029]當(dāng)在本文中使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)“焦油”包括但不限于氣體焦油、液體焦油、固體焦油、形成焦油的物質(zhì)或其混合物，其一般包含烴及其衍生物。存在大量公知的可用于測(cè)量焦油的焦油測(cè)量方法。一大類(lèi)技術(shù)包括基于與檢測(cè)器偶聯(lián)的液相或氣相色譜的分析方法。在測(cè)量焦油的情況下，最常用的檢測(cè)器是火焰電離檢測(cè)器(FID)和質(zhì)譜儀。另一類(lèi)技術(shù)包括光譜測(cè)量方法，其包括檢測(cè)和分析光譜。其實(shí)例是紅外、紫外(UV)或發(fā)光光譜法和LIBS (激光誘導(dǎo)擊穿光譜法)技術(shù)。用于監(jiān)測(cè)燃燒氣體的另一種技術(shù)是FTIR (傅里葉變換紅外)紅外光譜術(shù)。各種各樣的文獻(xiàn)提到了這種技術(shù)，例如W02006015660、W003060480和美國(guó)專(zhuān)利號(hào)5，984，998。
[0030]還存在允許連續(xù)監(jiān)測(cè)焦油的其他已知電子學(xué)方法。這些技術(shù)包括具有電化學(xué)池的檢測(cè)器和具有半導(dǎo)體的傳感器。各種重量分析技術(shù)也可用于測(cè)量焦油。在一種情況下，焦油量可以表示成碳的當(dāng)量ppm。在這種情況下，烴可以是苯或醇例如甲醇。在這種情況下，焦油濃度當(dāng)量或焦油當(dāng)量最優(yōu)選地對(duì)應(yīng)于苯的當(dāng)量ppm (摩爾濃度)。焦油濃度可有用地在氣化裝置的出口處以及在合成氣的任何顯著冷卻的上游處進(jìn)行測(cè)量。
[0031]如圖1中進(jìn)一步所示，所述方法和系統(tǒng)向廢熱鍋爐100提供摻混的合成氣120。廢熱鍋爐100可以是能夠有效地提供來(lái)自于摻混的合成氣120的熱轉(zhuǎn)移的任何已知類(lèi)型的廢熱鍋爐。在這種情況下，廢熱鍋爐100接收水/蒸汽160，并且廢熱鍋爐有效地提供冷卻的合成氣130和廢熱鍋爐高壓蒸汽170。在這種情況下，廢熱鍋爐高壓蒸汽170具有約50psig至約950psig的壓力。所述方法和系統(tǒng)包括將來(lái)自于廢熱鍋爐100的冷卻的合成氣130的一部分140再循環(huán)到熱合成氣110。發(fā)酵罐接收冷卻的合成氣130，即未再循環(huán)的150。
[0032]尾氣燃燒器200接收來(lái)自于發(fā)酵罐的貧合成氣210或廢氣。貧合成氣210通常具有低于約1.0，在另一種情況下約0.01至約1.0，在另一種情況下約0.01至約0.5，并且在另一種情況下約0.01 至約0.1的co/co2比率。在發(fā)酵罐中CO轉(zhuǎn)化率較低的情況下，貧合成氣可以具有更高的CO濃度。在這種情況下，貧合成氣210或廢氣可以具有高于約0.1的0)/0)2摩爾比。尾氣燃燒器200燃燒貧合成氣210。向尾氣燃燒器200轉(zhuǎn)移空氣220可以增強(qiáng)燃燒。尾氣燃燒器200可以包括本領(lǐng)域中已知的任何尾氣燃燒器。尾氣燃燒器200提供熱尾氣燃燒器氣體230。在這種情況下，尾氣燃燒器氣體具有約1500 °F至約3000 0F的溫度。
[0033]尾氣鍋爐過(guò)熱器300接收熱尾氣燃燒器氣體230。尾氣鍋爐過(guò)熱器可以包括本領(lǐng)域中已知的任何尾氣鍋爐過(guò)熱器。尾氣鍋爐過(guò)熱器300接收水/蒸汽310，并且尾氣鍋爐過(guò)熱器300提供冷卻的尾氣鍋爐氣體320和尾氣鍋爐高壓蒸汽330。在這種情況下，尾氣鍋爐高壓蒸汽330具有約600psig至約950psig,并且在另一種情況下約875psig至約925psig的壓力。在蒸汽摻混器180中將尾氣鍋爐高壓蒸汽330和廢熱鍋爐高壓蒸汽170合并。蒸汽摻混器180提供合并的高壓蒸汽400，所述合并的高壓蒸汽400具有約600psig至約950psig,并且在另一種情況下約875psig至約925psig的壓力。合并的高壓蒸汽400被用于發(fā)電?？捎糜趶母邏赫羝l(fā)電的設(shè)備的實(shí)例包括本領(lǐng)域中已知的，例如蒸汽渦輪機(jī)。在這種情況下，將蒸汽壓力從約600psig提高至約900psig將引起凈電力增加。
[0034]在另一種情況下，所述系統(tǒng)可以在廢熱鍋爐100與蒸汽摻混器180之間以及尾氣鍋爐過(guò)熱器300與蒸汽摻混器180之間包括蒸汽鼓(未不出)。
[0035]廢熱鍋爐的可選構(gòu)造被示出在圖2A中。這種情況包括廢熱鍋爐100和廢熱鍋爐預(yù)熱器101 (也稱(chēng)為節(jié)能器)兩者。如圖2A中所示，所述方法和系統(tǒng)通過(guò)將離開(kāi)氣化器(未示出)的熱合成氣110與再循環(huán)的冷卻合成氣140摻混，來(lái)提供摻混的合成氣120。正如本文中所述，含碳材料的氣化可以提供合成氣。合成氣含有至少約20摩爾％的CO，并具有高于約1400 T的溫度。廢熱鍋爐100提供半冷卻的合成氣125。在這種情況下，半冷卻的合成氣125具有約500 °F至約750 °?的溫度。
[0036]廢熱鍋爐預(yù)熱器101接收半冷卻的合成氣125。廢熱鍋爐預(yù)熱器101接收水/蒸汽160并提供冷卻的合成氣130和預(yù)熱的水/蒸汽165。所述方法和系統(tǒng)包括將來(lái)自于廢熱鍋爐預(yù)熱器101的冷卻的合成氣130的一部分140再循環(huán)到熱合成氣110。發(fā)酵罐接收冷卻的合成氣130，即未再循環(huán)的150。廢熱鍋爐100接收來(lái)自于廢熱鍋爐預(yù)熱器101的預(yù)熱的水/蒸汽165。廢熱鍋爐100有效地提供冷卻的合成氣130和廢熱鍋爐高壓蒸汽170。
[0037]在如圖2B中所示的另一種情況下，所述方法和系統(tǒng)包括將來(lái)自于廢熱鍋爐100的半冷卻的合成氣125的一部分再循環(huán)到熱合成氣110。廢熱鍋爐預(yù)熱器101接收一部分未再循環(huán)的半冷卻的合成氣126。在另一種情況下，如圖2A和2B中所示的構(gòu)造可以包括蒸汽鼓(未示出)。蒸汽鼓可以被放置成接收預(yù)熱的水/蒸汽165。
[0038]圖3示出了尾氣鍋爐過(guò)熱器系統(tǒng)的可選構(gòu)造。在這種情況下，尾氣鍋爐過(guò)熱器300接收熱尾氣燃燒器氣體230。尾氣鍋爐過(guò)熱器300接收預(yù)熱的蒸汽312并提供尾氣鍋爐高壓蒸汽330和半冷卻的尾氣鍋爐氣體322。在這種情況下，尾氣鍋爐高壓蒸汽330具有約600psig至約950psig的壓力，并且半冷卻的尾氣鍋爐氣體322具有約2000 °F至約2500 0F的溫度。在一種情況下，尾氣鍋爐蒸汽發(fā)生器301接收半冷卻的尾氣鍋爐氣體322。尾氣鍋爐蒸汽發(fā)生器301接收預(yù)熱的水/蒸汽311并提供預(yù)熱的蒸汽312和半冷卻的尾氣鍋爐氣體321。在另一種情況下，尾氣鍋爐進(jìn)料水預(yù)熱器302接收半冷卻的尾氣鍋爐氣體321。尾氣鍋爐進(jìn)料水預(yù)熱器302接收水/蒸汽310并提供預(yù)熱的水/蒸汽311和冷卻的尾氣鍋爐氣體320。在另一種情況下 ，圖3中所示的構(gòu)造可以包括蒸汽鼓(未示出)，所述蒸汽鼓被放置成接收預(yù)熱的蒸汽331并可以提供水/蒸汽310。
[0039]圖4示出了用于產(chǎn)生高壓蒸汽的系統(tǒng)的另一種情況。如圖4中所示，尾氣鍋爐過(guò)熱器300接收熱尾氣燃燒器氣體230。尾氣鍋爐過(guò)熱器300接收預(yù)熱的蒸汽312并提供尾氣鍋爐高壓蒸汽330和半冷卻的尾氣鍋爐氣體322。在這種情況下，通過(guò)將廢熱鍋爐高壓蒸汽170與來(lái)自于尾氣鍋爐蒸汽發(fā)生器的預(yù)熱的蒸汽331摻混，來(lái)提供預(yù)熱的蒸汽312。得到的尾氣鍋爐高壓蒸汽330具有約600psig至約950psig的壓力。圖4中所示的構(gòu)造也可以包括蒸汽鼓(未示出)，所述蒸汽鼓被放置成接收預(yù)熱的蒸汽331。
[0040]在一種情況下，尾氣燃燒器氣體具有約1500 °F至約3000 0F的溫度。尾氣鍋爐過(guò)熱器300也接收廢熱鍋爐高壓蒸汽170。尾氣鍋爐過(guò)熱器300接收水/蒸汽310，并且尾氣鍋爐過(guò)熱器300提供冷卻的尾氣鍋爐氣體320和壓力為約600psig至約950psig的合并的高壓蒸汽400。合并的高壓蒸汽400被用于發(fā)電。在這種情況下，在過(guò)度加熱之前將廢熱鍋爐蒸汽與尾氣鍋爐蒸汽混合而不是在尾氣鍋爐蒸汽已被過(guò)度加熱之后混合廢熱鍋爐蒸汽，將導(dǎo)致凈電力增加。
[0041]實(shí)施例
[0042]實(shí)施例1:合成氣冷卻器入口溫度對(duì)熱轉(zhuǎn)移和結(jié)垢的影響
[0043]使用下面描述的溫度和流速來(lái)運(yùn)行具有本文中描述的設(shè)計(jì)的氣化器。如下所示確定了結(jié)垢因子。
[0044]600 °F的合成氣冷卻器入口溫度下的結(jié)垢因子:
【權(quán)利要求】
1.用于從合成氣發(fā)酵過(guò)程產(chǎn)生高壓蒸汽的方法，所述方法包括:將溫度高于約1400T的熱合成氣與冷卻的合成氣相接觸，以產(chǎn)生在廢熱鍋爐的入口處溫度為1400 更低的預(yù)先冷卻的合成氣；以及將所述預(yù)先冷卻的合成氣轉(zhuǎn)移到所述廢熱鍋爐，所述廢熱鍋爐有效地產(chǎn)生廢熱鍋爐高壓蒸汽和冷卻的合成氣。
2.權(quán)利要求1的方法，其還包括將貧合成氣轉(zhuǎn)移到尾氣燃燒器，所述尾氣燃燒器有效地產(chǎn)生熱尾氣燃燒器氣體；將所述熱尾氣燃燒器氣體轉(zhuǎn)移到尾氣鍋爐過(guò)熱器，所述尾氣鍋爐過(guò)熱器有效地產(chǎn)生尾氣鍋爐高壓蒸汽；以及 將所述廢熱鍋爐高壓蒸汽與尾氣鍋爐高壓蒸汽合并，以形成合并的高壓蒸汽。
3.權(quán)利要求1的方法，其中熱合成氣通過(guò)與溫度為約350T至約450 °F的冷卻的再循環(huán)合成氣進(jìn)行摻混來(lái)冷卻。
4.權(quán)利要求3的方法，其中將再循環(huán)的冷卻合成氣與所述熱合成氣以約0.1至約20的比率進(jìn)行摻混。
5.權(quán)利要求1的方法,其中所述預(yù)先冷卻的合成氣的溫度為約600°F至約1400 °F。
6.權(quán)利要求5的方法，其中所述預(yù)先冷卻的合成氣的溫度為約600°F至約900 0F。
7.權(quán)利要求1的方法，其中所述廢熱鍋爐高壓蒸汽的壓力為約50psig至約950psig。
8.權(quán)利要求2的方法，其中尾氣燃燒器氣體的溫度為約1500T至約3000 T。
9.權(quán)利要求2的 方法，其中所述尾氣鍋爐高壓蒸汽的壓力為約600psig至約950psig。
10.權(quán)利要求2的方法,其中所述合并的高壓蒸汽的壓力為約600psig至約950psig。
11.權(quán)利要求1的方法，其中將預(yù)熱的水和/或蒸汽從廢熱鍋爐預(yù)熱器供應(yīng)到所述廢熱鍋爐。
12.權(quán)利要求2的方法，其中所述合并的高壓蒸汽被用于發(fā)電。
13.用于從合成氣發(fā)酵過(guò)程產(chǎn)生高壓蒸汽的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包含: 廢熱鍋爐，其被放置成接收溫度為1400 更低的合成氣，所述廢熱鍋爐有效地產(chǎn)生廢熱鍋爐高壓蒸汽和冷卻的合成氣； 尾氣燃燒器，其被放置成接收來(lái)自于發(fā)酵罐的貧合成氣，所述尾氣燃燒器有效地產(chǎn)生熱尾氣燃燒器氣體； 尾氣鍋爐過(guò)熱器，其被放置成接收所述熱尾氣燃燒器氣體，所述尾氣鍋爐過(guò)熱器有效地產(chǎn)生尾氣鍋爐高壓蒸汽；以及 蒸汽混合器，其被放置成接收并混合所述廢熱鍋爐高壓蒸汽和所述尾氣鍋爐高壓蒸汽，以產(chǎn)生合并的高壓蒸汽。
14.權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中所述合成氣在所述廢熱鍋爐的入口處的溫度為約600T至約 1400 0F。
15.權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其中所述合成氣的溫度為約600°F至約900 0F。
16.權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中所述廢熱鍋爐高壓蒸汽的壓力為約50psig至約950psigo
17.權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中尾氣鍋爐氣體的溫度為約1500°F至約3000 °F。
18.權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中所述尾氣鍋爐高壓蒸汽的壓力為約600psig至約950psig。
19.權(quán)利要求13的系統(tǒng),其中所述合并的高壓蒸汽的壓力為約600psig至約950psig。
20.權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中所述合并的高壓蒸汽被用于發(fā)電。
21.用于從合成氣發(fā)酵過(guò)程產(chǎn)生高壓蒸汽的方法，所述方法包括: 在氣化器中燃燒含碳材料以形成溫度高于約1400 °F的熱合成氣； 將所述合成氣預(yù)先冷卻，以產(chǎn)生在廢熱鍋爐的入口處平均溫度為1400 °F或更低的的預(yù)先冷卻的合成氣； 將所述預(yù)先冷卻的合成氣轉(zhuǎn)移到所述廢熱鍋爐，所述廢熱鍋爐有效地產(chǎn)生廢熱鍋爐高壓蒸汽和冷卻的合成氣； 將冷卻的合成氣導(dǎo)入到發(fā)酵罐中； 將貧合成氣從所述發(fā)酵罐的出口轉(zhuǎn)移到尾氣燃燒器，所述尾氣燃燒器有效地產(chǎn)生熱尾氣鍋爐氣體；以及 將熱尾氣燃燒器氣體和廢熱鍋爐高壓蒸汽轉(zhuǎn)移到尾氣鍋爐過(guò)熱器，所述尾氣鍋爐過(guò)熱器有效地產(chǎn)生合并的高壓蒸汽。
22.權(quán)利要求21的方法，其中合成氣通過(guò)與溫度為約350°F至約450 °F的冷卻的再循環(huán)合成氣進(jìn)行摻混來(lái)冷卻。
23.權(quán)利要求22的方法，其中將再循環(huán)的冷卻合成氣與熱合成氣以約0.1至約20的比率進(jìn)行摻混。
24.權(quán)利要求21的方法，其中所述預(yù)先冷卻的合成氣在所述廢熱鍋爐的入口處的溫度為約600 °F至約1400 °F。
25.權(quán)利要求24的方法，其中所述預(yù)先冷卻的合成氣在所述廢熱鍋爐的入口處的溫度為約600 °F至約900 °F。
26.權(quán)利要求21的方法，其中所述廢熱鍋爐高壓蒸汽的壓力為約50psig至約950psigo
27.權(quán)利要求21的方法，其中尾氣燃燒器氣體的溫度為約1500T至約3000 T。
28.權(quán)利要求21的方法,其中所述合并的高壓蒸汽的壓力為約600psig至約950psig。
29.權(quán)利要求21的方法，其中將預(yù)熱的水和/或蒸汽從廢熱鍋爐預(yù)熱器供應(yīng)到所述廢熱鍋爐。
30.權(quán)利要求21的方法，其中所述合并的高壓蒸汽被用于發(fā)電。
31.用于從合成氣發(fā)酵過(guò)程產(chǎn)生高壓蒸汽的方法，所述方法包括將溫度高于約1400T并且焦油濃度當(dāng)量含量低于1ppm的熱合成氣轉(zhuǎn)移到廢熱鍋爐，所述廢熱鍋爐有效地產(chǎn)生廢熱鍋爐高壓蒸汽和冷卻的合成氣。
32.用于從合成氣發(fā)酵過(guò)程產(chǎn)生高壓蒸汽的方法，所述方法包括: 在氣化器中燃燒含碳材料以形成溫度高于約1400 T并且焦油濃度當(dāng)量含量低于1ppm的熱合成氣； 將所述合成氣轉(zhuǎn)移到廢熱鍋爐，所述廢熱鍋爐有效地產(chǎn)生廢熱鍋爐高壓蒸汽和冷卻的合成氣； 將冷卻的合成氣導(dǎo)入到發(fā)酵罐中； 將貧合成氣從所述發(fā)酵罐的出口轉(zhuǎn)移到尾氣燃燒器，所述尾氣燃燒器有效地產(chǎn)生熱尾氣鍋爐氣體；以及 將熱尾氣燃燒器氣體和廢熱鍋爐高壓蒸汽轉(zhuǎn)移到尾氣鍋爐過(guò)熱器，所述尾氣鍋爐過(guò)熱器有效地產(chǎn)生合并的高壓蒸汽。
33.權(quán)利要求32的方法，其中所述貧合成氣的C0/C02摩爾比低于約1.0。
34.權(quán)利要求32的方法，其中所述貧合成氣的C0/C02摩爾比低于約0.5。
【文檔編號(hào)】C12P7/06GK104039935SQ201280025052
【公開(kāi)日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2012年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月6日
【發(fā)明者】彼得·S·貝爾, 奇姆·奧科菲米亞, 斯蒂芬·約翰·伯恩斯泰德, 格雷姆·帕克 申請(qǐng)人:伊內(nèi)奧斯生物股份公司