專利名稱：氫氣/一氧化碳混合氣生產(chǎn)方法和系統(tǒng)及燃料/電力聯(lián)合裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過(guò)用氧氣，水蒸氣等氣化碳基燃料如煤，重質(zhì)油和煤床氣生產(chǎn)氫氣/一氧化碳混合氣的方法和生產(chǎn)氫氣與一氧化碳混合氣的系統(tǒng)及包括生產(chǎn)氫氣/一氧化碳混合氣的系統(tǒng)的生產(chǎn)燃料和發(fā)電的聯(lián)合裝置。
在煤田采煤中會(huì)產(chǎn)生含有甲烷作為主要成分的煤床氣。收集煤床氣的主要目的是保證采煤活動(dòng)的安全，盡管一部分收集的煤床氣作為燃料使用，但是大部分收集的煤床氣未經(jīng)利用就作為廢物處理。因此，從節(jié)能的觀點(diǎn)出發(fā)要有效地利用煤床氣。另外，在有關(guān)氣候變化的框架協(xié)議中計(jì)算出甲烷的溫室效應(yīng)是二氧化碳的21倍，因此從防止全球變暖的觀點(diǎn)看有效地利用煤床氣也是重要的。
在利用含有甲烷作為主要成分的煤床氣的傳統(tǒng)技術(shù)方面，日本專利申請(qǐng)，特許公開號(hào)為9-67582公開了一種用煤和甲烷作為原料，把煤和甲烷供入氣化爐生產(chǎn)氫氣/一氧化碳混合氣的方法。在傳統(tǒng)技術(shù)中，作為原料的煤和甲烷被加壓供給在約30個(gè)大氣壓下運(yùn)行的氣化爐。另外，為了提高氫氣與一氧化碳的比在氣化爐中進(jìn)行了甲烷的水蒸氣重整反應(yīng)。如上所述得到的氫氣-一氧化碳混合氣通過(guò)燃?xì)廨啓C(jī)或燃料電池可用在發(fā)電系統(tǒng)中，可用在用于生產(chǎn)燃料如甲醇，甲基醚，F(xiàn)T合成油的燃料生產(chǎn)系統(tǒng)中，或用在同時(shí)生產(chǎn)燃料和發(fā)電的燃料/電力聯(lián)合裝置中。
盡管上述方法能有效地得到高純的甲烷，但是將甲烷加壓是困難的，這是因?yàn)樽鳛椴傻V活動(dòng)之一而收集的煤床氣含有空氣(氧氣)，為了進(jìn)行水蒸氣重整反應(yīng)達(dá)到一定的高溫也是困難的，這是因?yàn)橛脡嚎s機(jī)將煤床氣加壓達(dá)到30個(gè)大氣壓時(shí)氣體溫度就已接近600℃，另一方面，甲烷的點(diǎn)火溫度是630±20℃，因此煤床氣中所含的甲烷和氧氣有可能迅速反應(yīng)。
另外，空氣中的氮?dú)馐欠磻?yīng)惰性的，當(dāng)空氣混進(jìn)煤床氣時(shí)保持高溫是困難的，因?yàn)樯叩獨(dú)獾臏囟刃枰獰崮?。?dāng)煤床氣加壓達(dá)到10個(gè)大氣壓時(shí)溫度接近330℃，因此在此壓力下甲烷和氧氣不會(huì)迅速反應(yīng)。但是，在10個(gè)大氣壓下氣化時(shí)氣化爐的大小是在30個(gè)大氣壓下氣化時(shí)氣化爐的3倍，這就產(chǎn)生了成本增加的問(wèn)題。
提出本發(fā)明是為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種不進(jìn)行水蒸氣重整反應(yīng)就能夠從煤和煤床氣生產(chǎn)出高氫氣比的氫氣/一氧化碳混合氣的方法和系統(tǒng)。另外，本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種包括用于從氫氣/一氧化碳混合氣合成燃料的系統(tǒng)和用合成的燃料發(fā)電的發(fā)電系統(tǒng)的燃料/電力聯(lián)合裝置。
為了達(dá)到上述目的，一種根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)氫氣/一氧化碳混合氣的方法的特征是該方法包括下述步驟通過(guò)部分氧化碳基燃料和煤床氣形成氫氣和一氧化碳；為了提高氫氣/一氧化碳混合氣中氫氣的比使部分一氧化碳和水蒸氣反應(yīng)形成氫氣。
碳基燃料和煤床氣的部分氧化是通過(guò)將這些原料和氧化劑供給一個(gè)氣化設(shè)備爐進(jìn)行的。另外，一氧化碳的轉(zhuǎn)移反應(yīng)是通過(guò)將水蒸氣供給氣化爐使之與一氧化碳接觸而進(jìn)行的。因此，氣化設(shè)備優(yōu)選是這樣構(gòu)成的以致氣體以一個(gè)方向流動(dòng)，碳基燃料和煤床氣和氧化劑供應(yīng)到氣化設(shè)備的上游區(qū)域，水蒸氣供應(yīng)到下游區(qū)域。
另外，根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)氫氣/一氧化碳混合氣的方法的特征是該方法包括下述步驟在氣化設(shè)備的上游區(qū)域和下游區(qū)域的兩個(gè)區(qū)域中部分氧化碳基燃料，氣體以一個(gè)方向在氣化設(shè)備中流動(dòng)；在上游區(qū)域部分氧化煤床氣并燃燒部分碳基燃料；在下游區(qū)域使形成的一氧化碳進(jìn)行轉(zhuǎn)移反應(yīng)以提高氫氣/一氧化碳混合氣中氫氣的比例。通過(guò)在氣化設(shè)備的上游區(qū)域燃燒部分碳基燃料，使上游區(qū)域的爐溫升高，因此，與碳基燃料氣化有關(guān)而形成的灰分熔融以防止灰分結(jié)連在爐壁上。
在用加壓氣體型的氣化設(shè)備進(jìn)行本發(fā)明的生產(chǎn)氫氣/一氧化碳混合氣的方法時(shí)，優(yōu)選在將煤床氣供應(yīng)給氣化設(shè)備前用煤床氣中含有的氧氣部分氧化煤床氣以除去煤床氣中的氧氣或降低煤床氣中的氧氣含量。在煤床氣是從煤田采礦得到的情況下，當(dāng)將其加壓并供應(yīng)給加壓氣體型的氣化設(shè)備時(shí)，當(dāng)加壓時(shí)煤床氣的溫度升高，因此存在煤床氣點(diǎn)火的危險(xiǎn)。所以，事先從煤床氣中除去氧氣就可能防止這樣的問(wèn)題發(fā)生。
根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)氫氣/一氧化碳混合氣的方法，發(fā)生碳基燃料的化學(xué)反應(yīng)式(1)的部分氧化反應(yīng)和煤床氣的化學(xué)反應(yīng)式(2)的部分氧化反應(yīng)。還發(fā)生用化學(xué)反應(yīng)式(3)表示的一氧化碳的轉(zhuǎn)移反應(yīng)?；瘜W(xué)反應(yīng)式(1)中的符號(hào)CH表示煤，化學(xué)反應(yīng)式(2)中的符號(hào)CH4表示煤床氣中的甲烷。
在用其中氣體以一個(gè)方向流動(dòng)的氣化設(shè)備進(jìn)行本發(fā)明的生產(chǎn)氫氣/一氧化碳混合氣的方法時(shí)，只在上游區(qū)域部分氧化煤床氣的方法或在上游區(qū)域和下游區(qū)域兩個(gè)區(qū)域部分氧化煤床氣的方法都包括在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中。
(1)(2)從化學(xué)反應(yīng)式(1)可以知道煤氣化得到的氣體中氫氣/一氧化碳的比約為0.5，從化學(xué)反應(yīng)式(2)可以知道煤床氣氣化得到的氣體中氫氣/一氧化碳的比約為2。因此，將這些氣體混合可調(diào)節(jié)氫氣/一氧化碳的比。
另外，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)式(3)的轉(zhuǎn)移反應(yīng)可使氫氣/一氧化碳的比進(jìn)一步提高。
(3)在用加壓氣體型的氣化設(shè)備進(jìn)行本發(fā)明的生產(chǎn)氫氣/一氧化碳混合氣的方法時(shí)，優(yōu)選在將煤床氣供應(yīng)給氣化設(shè)備前用煤床氣中含有的氧氣部分氧化煤床氣以從煤床氣中除去氧氣。在這種情況下，煤床氣流出煤床氣供應(yīng)系統(tǒng)的煤床氣柜，在部分氧化裝置中通過(guò)部分氧化降低其氧氣濃度，因?yàn)椴糠盅趸磻?yīng)使煤床氣的溫度升高所以在加壓前通過(guò)一個(gè)熱交換器使之冷卻。通過(guò)部分氧化反應(yīng)煤床氣中的氧氣濃度幾乎為零，因此即使煤床氣被壓縮到高壓時(shí)也不會(huì)和氧氣迅速反應(yīng)。所以，煤床氣可加壓到將近30個(gè)大氣壓后供應(yīng)到氣化設(shè)備。
煤床氣中的氧氣含量不足以完全燃燒甲烷，氧氣在進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)式(2)的部分氧化反應(yīng)過(guò)程中被消耗。在將煤床氣供應(yīng)給氣化設(shè)備前的階段，為了改善甲烷和氧氣的反應(yīng)，優(yōu)選將用煤床氣中的氧氣對(duì)甲烷的部分氧化反應(yīng)的反應(yīng)溫度升高到大于1000℃。因此，優(yōu)選使用催化燃燒反應(yīng)。
通過(guò)在將煤床氣供應(yīng)給氣化設(shè)備前除去或減少煤床氣中的氧氣，即使煤和煤床氣在高壓下相互反應(yīng)，煤床氣也不會(huì)和氧氣迅速反應(yīng)，并可有效地生產(chǎn)氫氣/一氧化碳混合氣，系統(tǒng)的尺寸可以變小。另外，可生產(chǎn)出相應(yīng)于合成燃料的有最佳氫氣/一氧化碳比的混合氣。另外，可能有效地利用已廢棄的煤床氣以達(dá)到節(jié)能的目的，并有利于防止全球變暖。
本發(fā)明的特征是用氣化設(shè)備以碳基燃料和含有甲烷作為主要成分的煤床氣作原料生產(chǎn)氫氣/一氧化碳混合氣的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括氣體在其中以一個(gè)方向流動(dòng)的氣化設(shè)備；將碳基燃料和煤床氣和氧化劑供應(yīng)到氣化設(shè)備的上游區(qū)域使碳基燃料和煤床氣在上游區(qū)域部分氧化的供應(yīng)系統(tǒng)；將水蒸氣供應(yīng)到氣化設(shè)備的下游區(qū)域使部分在上游區(qū)域形成的一氧化碳在下游區(qū)域轉(zhuǎn)移成氫氣的供應(yīng)系統(tǒng)。
本發(fā)明的特征是生產(chǎn)氫氣/一氧化碳混合氣的系統(tǒng)。其包括氣體在其中以一個(gè)方向流動(dòng)的氣化設(shè)備；將碳基燃料和煤床氣和氧化劑供應(yīng)到氣化設(shè)備的上游區(qū)域使碳基燃料在上游區(qū)域部分氧化并燃燒，并使煤床氣在上游區(qū)域部分氧化的供應(yīng)系統(tǒng)；將碳基燃料和氧化劑和水蒸氣供應(yīng)到氣化設(shè)備的下游區(qū)域使碳基燃料在下游區(qū)域部分氧化并發(fā)生部分由碳基燃料和煤床氣部分氧化形成的一氧化碳的轉(zhuǎn)移反應(yīng)的供應(yīng)系統(tǒng)。
另外，本發(fā)明的特征是生產(chǎn)氫氣/一氧化碳混合氣的系統(tǒng)，其包括氣體在其中以一個(gè)方向流動(dòng)的氣化設(shè)備；將碳基燃料和煤床氣和氧化劑供應(yīng)到氣化設(shè)備的上游區(qū)域使碳基燃料和煤床氣在上游區(qū)域部分氧化的供應(yīng)系統(tǒng)；將水蒸氣供應(yīng)到氣化設(shè)備的下游區(qū)域使部分由碳基燃料和煤床氣部分氧化形成的一氧化碳在下游區(qū)域發(fā)生轉(zhuǎn)移反應(yīng)的供應(yīng)系統(tǒng)；在將煤床氣供應(yīng)給上游區(qū)域前用煤床氣中含有的氧氣部分氧化煤床氣以降低煤床氣中的氧氣含量的部分氧化裝置。
本發(fā)明的特征是燃料/電力聯(lián)合裝置，其包括上述生產(chǎn)氫氣/一氧化碳混合氣的系統(tǒng)；純化由生產(chǎn)氫氣/一氧化碳混合氣的系統(tǒng)生產(chǎn)的氫氣/一氧化碳混合氣的氣體純化設(shè)備；由氣體純化設(shè)備純化的氫氣/一氧化碳混合氣合成任意一種甲醇，二甲基醚和FT合成油的燃料合成設(shè)備；用燃料合成設(shè)備合成的燃料作為能源發(fā)電的發(fā)電系統(tǒng)。
另外，本發(fā)明的特征是燃料/電力聯(lián)合裝置，其包括上述生產(chǎn)氫氣/一氧化碳混合氣的系統(tǒng)；純化由生產(chǎn)氫氣/一氧化碳混合氣的系統(tǒng)生產(chǎn)的氫氣/一氧化碳混合氣的氣體純化設(shè)備；由氣體純化設(shè)備純化的氫氣/一氧化碳混合氣合成任意一種甲醇，二甲基醚和FT合成油的燃料合成設(shè)備；用燃料合成設(shè)備合成的燃料和未反應(yīng)的氣體作為能源發(fā)電的發(fā)電系統(tǒng)。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的生產(chǎn)氫氣/一氧化碳混合氣的方法和生產(chǎn)氫氣/一氧化碳混合氣的系統(tǒng)，可有效地生產(chǎn)出具有適用于燃料如甲醇，二甲基醚和FT合成油等的氫氣/一氧化碳比的混合氣。
另外，由于煤床氣是通過(guò)部分氧化降低了煤床氣中的氧氣含量后供應(yīng)到氣化設(shè)備的，因此，煤床氣可壓縮到高壓，相應(yīng)地，系統(tǒng)的尺寸可以變小，因而降低成本。
再者，包括根據(jù)本發(fā)明的生產(chǎn)氫氣/一氧化碳混合氣的系統(tǒng)的燃料/電力聯(lián)合裝置通過(guò)有效地利用煤床氣可達(dá)到節(jié)能的目的，還可有效地防止全球變暖。


圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明包括生產(chǎn)氫氣/一氧化碳混合氣的系統(tǒng)的燃料/電力聯(lián)合裝置的一個(gè)實(shí)施方案的方框圖。
圖2是示出圖1中煤床氣供應(yīng)系統(tǒng)的方框圖。
圖3是示出圖2中部分氧化裝置的橫截面圖。
圖4是示出圖1中氣化設(shè)備的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的視圖。
圖5(a)是示出圖4的調(diào)節(jié)反應(yīng)部分的橫截面圖，圖5(b)是示出圖4的氣化反應(yīng)部分的橫截面圖。
圖6是示出圖1的調(diào)節(jié)設(shè)備的控制系統(tǒng)的示意圖。
圖7是示出了根據(jù)本發(fā)明包括生產(chǎn)氫氣/一氧化碳混合氣的系統(tǒng)的燃料/電力聯(lián)合裝置的另一個(gè)實(shí)施方案的方框圖。
圖8示出了氣化設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施方案，圖8(a)是示出調(diào)節(jié)反應(yīng)部分的橫截面圖，圖8(b)是示出氣化反應(yīng)部分的橫截面圖。
圖9是示出煤床氣供應(yīng)系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施方案的方框圖。
圖10是示出部分氧化裝置的另一個(gè)實(shí)施方案的橫截面圖。
根據(jù)本發(fā)明包括生產(chǎn)氫氣/一氧化碳混合氣的系統(tǒng)的燃料/電力聯(lián)合裝置的一個(gè)實(shí)施方案詳述如下，參照附圖，圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明包括生產(chǎn)氫氣/一氧化碳混合氣的系統(tǒng)的燃料/電力聯(lián)合裝置的一個(gè)實(shí)施方案的方框圖。在圖1中，生產(chǎn)氫氣/一氧化碳混合氣的系統(tǒng)10是通過(guò)用氧氣3氣化碳基燃料的煤1和煤床氣2及通過(guò)用水蒸氣4使所產(chǎn)生的一氧化碳發(fā)生轉(zhuǎn)移反應(yīng)生產(chǎn)氫氣/一氧化碳混合氣的系統(tǒng)。生產(chǎn)氫氣/一氧化碳混合氣的系統(tǒng)10的構(gòu)造是煤1和煤床氣2供應(yīng)到氣化設(shè)備20，在氣化設(shè)備20中通過(guò)進(jìn)行煤1和煤床氣2的氣化反應(yīng)產(chǎn)生氣體，通過(guò)用調(diào)節(jié)設(shè)備30調(diào)節(jié)煤1，煤床氣2，氧氣3和水蒸氣4的供應(yīng)量的比例來(lái)調(diào)節(jié)氫氣/一氧化碳的比。
氣化設(shè)備20包括在其中主要進(jìn)行煤1和煤床氣2間的氣化反應(yīng)的氣化反應(yīng)部分21和主要進(jìn)行產(chǎn)生的混合氣5中的氫氣/一氧化碳的比的調(diào)節(jié)反應(yīng)的調(diào)節(jié)反應(yīng)部分22，其結(jié)構(gòu)是通過(guò)用調(diào)節(jié)設(shè)備30調(diào)節(jié)煤1，煤床氣2，氧氣3和水蒸氣4的供應(yīng)量的比例來(lái)調(diào)節(jié)氣化設(shè)備20中氫氣/一氧化碳的比。
也就是說(shuō)，粉碎煤1和煤床氣2作為原料分別從煤供應(yīng)系統(tǒng)11和煤床氣供應(yīng)系統(tǒng)12供應(yīng)到氣化設(shè)備20，被從氧氣供應(yīng)系統(tǒng)13供應(yīng)的氧氣3作為氧化劑氣化以形成含有氫氣和一氧化碳作為主要成分的混合氣。用從水蒸氣供應(yīng)系統(tǒng)14供應(yīng)的水蒸氣4將部分形成的一氧化碳轉(zhuǎn)變成氫氣，通過(guò)頂部的氣體排出孔作為混合氣5排出。在氣化設(shè)備20內(nèi)部形成一個(gè)溫度高于1500℃的區(qū)域，煤1的灰分作為熔渣6從氣化設(shè)備20的底部排出。
在煤床氣2含有大量氧氣作為其成分的情況下，煤床氣供應(yīng)系統(tǒng)12可構(gòu)造成使氧氣和煤床氣2中的甲烷反應(yīng)，降低了氧氣濃度的部分氧化煤床氣2A被加壓供應(yīng)到氣化設(shè)備20。這里將詳細(xì)描述煤床氣供應(yīng)系統(tǒng)12，參考圖2和圖3，將儲(chǔ)存在煤床氣柜121中的煤床氣2供應(yīng)到部分氧化裝置122。在部分氧化裝置122中，煤床氣2中的甲烷被氧氣部分氧化。盡管所用的部分氧化裝置122是可通過(guò)保持在高壓下不使用任何催化劑能達(dá)到高反應(yīng)速率的反應(yīng)裝置，但是可以使用在相對(duì)較低壓力下使用催化劑能進(jìn)行反應(yīng)的反應(yīng)裝置。被部分氧化裝置122部分氧化的煤床氣2A被熱交換器123冷卻并被壓縮機(jī)124壓縮后供應(yīng)到氣化設(shè)備20。
該實(shí)施方案的部分氧化裝置122的結(jié)構(gòu)是噴射煤床氣的燃料噴嘴122b布置在容器122a的內(nèi)部，部分氧化裝置122的結(jié)構(gòu)是通過(guò)升溫設(shè)備(未示出)燃燒燃料如輕油或丙烷加熱整個(gè)裝置。因此，保持靠近燃料噴嘴122b的位置處的溫度高于甲烷的點(diǎn)火溫度(630±20℃)。保持靠近燃料噴嘴122b的位置處的溫度高于該溫度對(duì)于安全操作是必需的。煤床氣2流經(jīng)部分氧化裝置122變成部分氧化煤床氣2A。
下面將參照?qǐng)D4和圖5詳細(xì)描述氣化設(shè)備20，圖4是示出圖1中氣化設(shè)備的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的視圖。圖5(a)是示出圖4的調(diào)節(jié)反應(yīng)部分的橫截面圖，圖5(b)是示出圖4的氣化反應(yīng)部分的橫截面圖。參考圖4和圖5，氣化設(shè)備20是一種一室兩段型爐的設(shè)備，其結(jié)構(gòu)是形成的混合氣5從一側(cè)(底部)流到另一側(cè)(頂部)。由于煤1，煤床氣2，氧氣3和水蒸氣4的噴射部分位于下部的一個(gè)位置和上部的另一位置處，所以在下段布置下段燃燒器23，在上段布置上段燃燒器24。煤1，煤床氣2，氧氣3和水蒸氣4通過(guò)下段燃燒器23和上段燃燒器24供應(yīng)到氣化設(shè)備20。
在其中主要進(jìn)行煤1和煤床氣2的氣化反應(yīng)的氣化反應(yīng)部分21形成于氣化設(shè)備20的下段，在其中主要進(jìn)行氫氣/一氧化碳的比的調(diào)節(jié)反應(yīng)的調(diào)節(jié)反應(yīng)部分22形成于上段。通過(guò)調(diào)節(jié)通過(guò)下段燃燒器23和上段燃燒器24的噴射部分供應(yīng)的煤1，煤床氣2，氧氣3和水蒸氣4的比例，可調(diào)節(jié)產(chǎn)生的氫氣/一氧化碳混合氣5的氫氣/一氧化碳的比。在氣化反應(yīng)部分21中熔融的渣(煤灰)6通過(guò)出渣口25排到爐外。用渣驟冷區(qū)26里充填的水急冷渣6使之粉碎成小塊。
圖5(a)是示出上段燃燒器24的排列的一個(gè)例子的視圖。在這個(gè)實(shí)施方案中，從上段燃燒器24供應(yīng)煤1，氧氣3和水蒸氣4。作為原料的煤1粒子供應(yīng)時(shí)形成一個(gè)渦流，渦流直徑是D1，這是為了保證其在爐中有長(zhǎng)的停留時(shí)間。因此，上段燃燒器24是這樣排列的以致煤，氧氣和水蒸氣是朝著氣化設(shè)備20的水平面圓周的切線方向噴射，如圖5所示。在圖5的實(shí)施方案中，上段燃燒器24a,24b,24d和24e供應(yīng)煤1和氧氣3，上段燃燒器24c和24f供應(yīng)水蒸氣4。
圖5(b)是示出下段燃燒器23的排列的一個(gè)例子的視圖。在這個(gè)實(shí)施方案中，下段燃燒器23供應(yīng)煤1，煤床氣2，氧氣3和水蒸氣4。與上段燃燒器24供應(yīng)原料類似，下段燃燒器23供應(yīng)原料時(shí)形成一個(gè)渦流。但是，由于在下段區(qū)域形成了高溫火焰，因此，如果渦流直徑大就有可能損壞爐壁。因此，有必要使渦流直徑D2小于上段的渦流直徑。在圖5的實(shí)施方案中，下段燃燒器23a和23d供應(yīng)煤1和氧氣3，下段燃燒器23b和23e供應(yīng)煤床氣2和氧氣3，下段燃燒器23c和23f供應(yīng)水蒸氣4。
此時(shí)參照?qǐng)D6，描述通過(guò)調(diào)節(jié)煤1和煤床氣2的混合比調(diào)節(jié)形成的混合氣5中的氫氣/一氧化碳的比的調(diào)節(jié)設(shè)備30。圖6是示出調(diào)節(jié)設(shè)備30的控制系統(tǒng)的示意圖。測(cè)定形成的混合氣5中的氫氣/一氧化碳的比的混合氣組成探測(cè)器31連接到從氣化設(shè)備20的排出孔伸出的管，可以使用氣相色譜作為探測(cè)器31。在這種情況下，當(dāng)使用氣相色譜時(shí)由于最短的測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)間是2至3分鐘，因此，為了更精確地控制，可能要使用能夠連續(xù)分析的紅外吸收裝置測(cè)定一氧化碳，二氧化碳和甲烷的濃度，將測(cè)定的濃度輸入氣化設(shè)備20的分析模塊就可估測(cè)出氫氣/一氧化碳的比。
除了氫氣/一氧化碳的比，上述形成的混合氣5的溫度和壓力分別用探測(cè)形成的混合氣溫度的溫度探測(cè)器32和探測(cè)形成的混合氣壓力的壓力探測(cè)器33探測(cè)，探測(cè)的數(shù)據(jù)輸入原料供應(yīng)控制器34。另外，設(shè)置有溫度探測(cè)器35探測(cè)氣化設(shè)備20的上段中調(diào)節(jié)反應(yīng)部分22的溫度，設(shè)置有溫度探測(cè)器36探測(cè)氣化設(shè)備20的下段中氣化反應(yīng)部分21的溫度，這些數(shù)據(jù)也輸入原料供應(yīng)控制器34。
有很多不能測(cè)定下段中氣化反應(yīng)部分21的溫度的情況，這是由于渣附著于溫度測(cè)試部分。在這種情況下，優(yōu)選在原料供應(yīng)控制器34上裝備一個(gè)預(yù)測(cè)下段氣化反應(yīng)部分的溫度的預(yù)測(cè)模塊。原料供應(yīng)控制器34的作用是測(cè)定氣化設(shè)備20的狀態(tài)，計(jì)算最佳煤床氣/煤的比，最佳氧氣/煤的比和水蒸氣/煤的比?？刂泼汗?yīng)控制閥37，煤床氣供應(yīng)控制閥38，氧氣供應(yīng)控制閥39和水蒸氣供應(yīng)控制閥40的信號(hào)線連接到原料供應(yīng)控制器34。
在圖6的實(shí)施方案中，煤供應(yīng)系統(tǒng)11，煤床氣供應(yīng)系統(tǒng)12，氧氣供應(yīng)系統(tǒng)13和水蒸氣供應(yīng)系統(tǒng)14與氣化設(shè)備20的氣化反應(yīng)部分21和調(diào)節(jié)反應(yīng)部分22都連接起來(lái)。但是，在不供應(yīng)煤床氣2到上段中調(diào)節(jié)反應(yīng)部分的情況下，上部的煤供應(yīng)系統(tǒng)12就不是必需的，相應(yīng)地可根據(jù)需要改變供應(yīng)系統(tǒng)。另外，供應(yīng)系統(tǒng)可以構(gòu)造成煤供應(yīng)系統(tǒng)11，煤床氣供應(yīng)系統(tǒng)12，氧氣供應(yīng)系統(tǒng)13和水蒸氣供應(yīng)系統(tǒng)14都是每個(gè)只有一個(gè)，每一個(gè)供應(yīng)系統(tǒng)都分流到下段的氣化反應(yīng)部分21和上段的調(diào)節(jié)反應(yīng)部分22。
如上所述，圖1所示的燃料/電力聯(lián)合裝置包括生產(chǎn)氫氣/一氧化碳混合氣的系統(tǒng)10，氣體純化設(shè)備45，燃料合成設(shè)備50和發(fā)電系統(tǒng)55，生產(chǎn)氫氣/一氧化碳混合氣的系統(tǒng)10生產(chǎn)的混合氣5供應(yīng)到氣體純化設(shè)備45。在氣體純化設(shè)備45中，對(duì)混合氣5進(jìn)行除塵和脫硫?？梢允褂眯L(fēng)分離器，過(guò)濾機(jī)等除塵。生產(chǎn)的混合氣5中含有的含硫化合物是硫化氫和羰基硫化物，脫硫方法有濕法脫硫和干法脫硫。在濕法脫硫中有使用物理吸收的方法如selexsol方法和rectisol方法等，還有使用化學(xué)吸收的方法如甲基二乙醇胺法等。在干法脫硫中，使用氧化鐵粒子。如上所述，混合氣5在氣體純化設(shè)備45中經(jīng)過(guò)除塵和脫硫變成精煉氣7。
精煉氣7導(dǎo)入燃料合成設(shè)備50或發(fā)電系統(tǒng)55。燃料合成設(shè)備50由燃料合成裝置51和燃料蒸餾裝置52構(gòu)成，作為合成燃料有甲醇，二甲基醚和FT合成油等。在燃料合成裝置51中，如果合成甲醇作燃料，使用Cu/Zn族催化劑，反應(yīng)條件是220℃至300℃，50至100個(gè)大氣壓。燃料合成裝置51中的合成反應(yīng)器是驟冷型，絕熱外冷型，管式冷卻型，蒸汽發(fā)生型(steam generation type)，液相型，流化床型等。燃料蒸餾裝置52的作用是蒸餾燃料合成裝置51中合成的如甲醇等的燃料。
在燃料合成裝置51中，如果合成二甲基醚作燃料，由于生產(chǎn)的二甲基醚不需要高純度，所以使合成氣流經(jīng)將如用于合成甲醇的Cu/Zn族催化劑和用于合成二甲基醚的γ-Al2O3催化劑溶解于有機(jī)溶劑中形成的漿液，并可以使用用一個(gè)反應(yīng)容器進(jìn)行使精煉氣7反應(yīng)生成二甲基醚的方法。如上所述建造時(shí)，可降低燃料合成設(shè)備50的成本。
FT合成油是氫氣和一氧化碳混合氣通過(guò)費(fèi)托反應(yīng)得到的烴。FT合成油中的烴不是由一種烴構(gòu)成，而是有一定分布的組合物。反應(yīng)條件是200℃至300℃，約30個(gè)大氣壓，用鐵，鈷或釕作催化劑。
通過(guò)燃料合成設(shè)備50合成的燃料8如甲醇，二甲基醚和FT合成油儲(chǔ)存在燃料儲(chǔ)存柜60里，通過(guò)燃料重整設(shè)備61供應(yīng)給發(fā)電系統(tǒng)55。燃料合成設(shè)備50中的氫氣/一氧化碳混合氣的燃料合成反應(yīng)是平衡反應(yīng)，所以總是存在未反應(yīng)的氫氣和未反應(yīng)的一氧化碳。部分這些未反應(yīng)的氣體9從燃料蒸餾裝置52循環(huán)到燃料合成裝置51，其余的供應(yīng)給發(fā)電系統(tǒng)55，這樣就能使該系統(tǒng)同時(shí)合成燃料和發(fā)電。
作為發(fā)電系統(tǒng)55，可以使用用蒸氣輪機(jī)回收燃燒燃料8的熱作為蒸汽而發(fā)電的蒸汽發(fā)電系統(tǒng)；用燃?xì)廨啓C(jī)的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)；用燃?xì)廨啓C(jī)和蒸汽輪機(jī)發(fā)電的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)；用柴油發(fā)電機(jī)和蒸汽輪機(jī)的發(fā)電系統(tǒng)和燃料電池系統(tǒng)。
下面對(duì)如上所述建造的包括生產(chǎn)氫氣/一氧化碳混合氣的系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案的燃料/電力聯(lián)合裝置的操作進(jìn)行描述。粉碎的煤1從煤供應(yīng)系統(tǒng)11通過(guò)調(diào)節(jié)設(shè)備30供應(yīng)到氣化設(shè)備20，同樣，氧氣3從氧氣供應(yīng)系統(tǒng)13通過(guò)調(diào)節(jié)設(shè)備30供應(yīng)到氣化設(shè)備20，水蒸氣4從水蒸氣供應(yīng)系統(tǒng)14通過(guò)調(diào)節(jié)設(shè)備30供應(yīng)到氣化設(shè)備20。另外，從煤床氣供應(yīng)系統(tǒng)12的煤床氣柜121出來(lái)的煤床氣2通過(guò)在部分氧化裝置122中的部分氧化變成降低了氧氣含量的部分氧化煤床氣2A，因?yàn)椴糠盅趸磻?yīng)使經(jīng)部分氧化煤床氣2A的溫度升高所以在壓縮前使其通過(guò)一個(gè)熱交換器123使之冷卻，然后將冷卻的部分氧化煤床氣2A用壓縮機(jī)124壓縮后供應(yīng)到氣化設(shè)備20。
這里所用的煤床氣2是通過(guò)部分氧化反應(yīng)稍微降低了甲烷含量，并使氧氣含量降到幾乎為零的氣體，其組成示于表1，然后將煤床氣2加壓到約30個(gè)大氣壓后供應(yīng)到氣化設(shè)備20。這種煤床氣即使被壓縮到高壓也不會(huì)迅速反應(yīng)因?yàn)樗缓鯕?。示于?的煤床氣2只是一個(gè)例子，其組成隨礦區(qū)的不同而變化。
表1
如表1所示，例如，煤床氣2中含的甲烷是約42.6vol.％，氧氣是約7.9vol.％，但是，通過(guò)在部分氧化裝置122中使用催化劑在600℃使煤床氣發(fā)生反應(yīng)后，排出的氣體即部分氧化煤床氣2A中含的氧氣幾乎為零，排出的氣體組成是甲烷約29.3體積％，一氧化碳約3.5體積％，氫氣約17.6體積％。
在氣化設(shè)備20中，在下部氣化反應(yīng)部分21的一個(gè)位置處，從下段燃燒器23供應(yīng)煤1，煤床氣2，氧氣3和水蒸氣4，發(fā)生上述化學(xué)反應(yīng)式(1)的氣化反應(yīng)，其中煤用CH表示和發(fā)生上述化學(xué)反應(yīng)式(2)的氣化反應(yīng)，其中煤床氣用CH4表示。由于為了保持反應(yīng)溫度，實(shí)際供應(yīng)的氧氣量略微大于由化學(xué)計(jì)量比確定的量，所以還產(chǎn)生有二氧化碳。在氣化反應(yīng)部分21中，為了進(jìn)行氣化反應(yīng)和熔化煤中的灰分使之排到爐外，其溫度要保持高于1500℃。下段燃燒器23產(chǎn)生小直徑的火焰渦流，這是因?yàn)榛鹧鏈囟雀撸@樣就不會(huì)損壞爐壁。
從化學(xué)反應(yīng)式(1)可以知道煤氣化得到的氣體中氫氣/一氧化碳的比約為0.5，從化學(xué)反應(yīng)式(2)可以知道煤床氣氣化得到的氣體中氫氣/一氧化碳的比約為2。因此，將這些氣體混合可調(diào)節(jié)氫氣/一氧化碳的比。如化學(xué)反應(yīng)式(2)所示，在氣化反應(yīng)部分21中，煤床氣中的甲烷和氧氣之間發(fā)生部分氧化反應(yīng)。
另一方面，在上部調(diào)節(jié)反應(yīng)部分22的另一個(gè)位置處，從上段燃燒器24供應(yīng)煤1，氧氣3和水蒸氣4，發(fā)生上述化學(xué)反應(yīng)式(3)的轉(zhuǎn)移反應(yīng)以調(diào)節(jié)氫氣/一氧化碳的比。為了不用催化劑進(jìn)行上述反應(yīng)，該區(qū)的溫度要保持高于1300℃。由于上段燃燒器24的溫度低于下段燃燒器23的溫度，所以使火焰渦流的直徑較大，這樣就可以延長(zhǎng)氣體的停留時(shí)間。
氣化設(shè)備20中產(chǎn)生的混合氣5從氣化設(shè)備20頂部的排出孔排出供應(yīng)到氣體純化設(shè)備45?；旌蠚?的組成在排出孔和氣體純化設(shè)備之間的一個(gè)位置處用混合氣組成探測(cè)器31探測(cè)，組成的數(shù)據(jù)輸入原料供應(yīng)控制器34，同時(shí)，溫度探測(cè)器32,35,36和壓力探測(cè)器33探測(cè)的數(shù)據(jù)信號(hào)也輸入原料供應(yīng)控制器34。原料供應(yīng)控制器34估測(cè)氣化設(shè)備20的狀態(tài)，計(jì)算最佳煤床氣/煤的比，氧氣/煤的比和水蒸氣/煤的比，然后控制煤供應(yīng)控制閥37，煤床氣供應(yīng)控制閥38，氧氣供應(yīng)控制閥39和水蒸氣供應(yīng)控制閥40以調(diào)節(jié)其開口度。
通過(guò)如上所述的這些操作，通過(guò)使混合氣5的氫氣/一氧化碳的比處于最佳狀態(tài)可得到用于合成燃料如甲醇，二甲基醚，F(xiàn)T合成油等的最佳的氫氣/一氧化碳的比。混合氣5在氣體純化設(shè)備45中經(jīng)過(guò)除塵和脫硫變成精煉氣7。部分精煉氣7轉(zhuǎn)移到燃料合成設(shè)備50中合成燃料8，儲(chǔ)存于燃料儲(chǔ)存柜60里，在燃料重整設(shè)備61中重整成氫氣和一氧化碳的混合氣，然后根據(jù)需要供應(yīng)給發(fā)電系統(tǒng)55。另一方面，從燃料蒸餾裝置52排出的未反應(yīng)氣體9返回燃料合成裝置51或供應(yīng)給發(fā)電系統(tǒng)55以有效利用。在這種情況下，可以使精煉氣7從燃料儲(chǔ)存柜60直接供應(yīng)給發(fā)電系統(tǒng)55而不經(jīng)過(guò)燃料重整設(shè)備61。
燃料如甲醇，二甲基醚，F(xiàn)T合成油等在燃料合成設(shè)備50中合成。甲醇合成反應(yīng)是化學(xué)反應(yīng)式(4)和化學(xué)反應(yīng)式(5)表示的放熱反應(yīng)，適于合成的成分是氫氣/一氧化碳的比是2(mol/mol)。在甲醇合成中使用Cu/Zn族催化劑，反應(yīng)條件是220℃至300℃，50至100個(gè)大氣壓。
(4)(5)二甲基醚可通過(guò)化學(xué)反應(yīng)式(6)表示的脫水反應(yīng)制得。在二甲基醚合成反應(yīng)中，還發(fā)生化學(xué)反應(yīng)式(4)所示的甲醇合成反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)式(7)所示的轉(zhuǎn)移反應(yīng)，這些反應(yīng)可結(jié)合成化學(xué)反應(yīng)式(8)表示的一個(gè)反應(yīng)。這種情況下，適于合成的成分是氫氣/一氧化碳的比是1(mol/mol)。通過(guò)上述反應(yīng)可以合成甲醇和二甲基醚。
(6)(7)(8)在過(guò)去，使用一個(gè)甲醇合成裝置和一個(gè)二甲基醚合成裝置這兩個(gè)不同的反應(yīng)器合成二甲基醚。但是，由于燃料生產(chǎn)中產(chǎn)生的二甲基醚不需要高純度，從降低成本的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選使用一種用一個(gè)反應(yīng)器使合成氣反應(yīng)生成二甲基醚的方法。例如，有一種方法是使合成氣流經(jīng)將用于合成甲醇的Cu/Zn族催化劑和用于合成二甲基醚的γ-Al2O3催化劑溶解于有機(jī)溶劑中形成的漿液。
下面參照?qǐng)D7，詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明包括生產(chǎn)氫氣/一氧化碳混合氣的系統(tǒng)的燃料/電力聯(lián)合裝置的另一個(gè)實(shí)施方案。圖7是示出了根據(jù)本發(fā)明包括生產(chǎn)氫氣/一氧化碳混合氣的系統(tǒng)的燃料/電力聯(lián)合裝置的另一個(gè)實(shí)施方案的方框圖。與上述的實(shí)施方案相比，這個(gè)實(shí)施方案的特征是在氣體純化設(shè)備45中純化的精煉氣7全部供應(yīng)到燃料合成設(shè)備50。其它與上述的實(shí)施方案中基本相同的結(jié)構(gòu)用同一符號(hào)表示，并且不再詳述。根據(jù)本發(fā)明，可減少大量的管道并可將結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。
下面參照?qǐng)D8，描述氣化設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施方案。與上述的實(shí)施方案相比，圖8的氣化設(shè)備的特征是煤床氣2只供應(yīng)給調(diào)節(jié)反應(yīng)部分22。即，在圖8(a)中，上段燃燒器64a,64d供應(yīng)煤床氣2。另一方面，下段燃燒器63b,63e供應(yīng)煤1和氧氣3。其它結(jié)構(gòu)與上述的實(shí)施方案的基本相同。如上所述建造時(shí)，可簡(jiǎn)化燃燒器23,24的結(jié)構(gòu)，同時(shí)還可簡(jiǎn)化管道。
下面參照?qǐng)D9，描述煤床氣供應(yīng)系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施方案。圖9是示出煤床氣供應(yīng)系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施方案的方框圖。在煤床氣供應(yīng)系統(tǒng)72中，最初使收集的煤床氣2供應(yīng)給部分氧化裝置721。在部分氧化裝置721中，煤床氣2中的甲烷被氧氣部分氧化。盡管所用的部分氧化裝置721是通過(guò)在保持高壓下不使用任何催化劑能達(dá)到高反應(yīng)速率的反應(yīng)裝置，但是可以使用在相對(duì)較低壓力下使用催化劑能進(jìn)行反應(yīng)的反應(yīng)裝置。部分氧化煤床氣2A被熱交換器722冷卻并被壓縮機(jī)124壓縮后儲(chǔ)存在煤床氣柜723中。部分氧化煤床氣2A被壓縮機(jī)724壓縮后根據(jù)需要供應(yīng)到氣化設(shè)備20。
下面參照?qǐng)D10，描述部分氧化裝置的另一個(gè)實(shí)施方案。圖10是示出部分氧化裝置的另一個(gè)實(shí)施方案的橫截面圖。在部分氧化裝置721的容器721a中，噴射煤床氣的燃料噴嘴721b布置在上游端，燃燒催化劑721c布置在下游端。根據(jù)這種部分氧化裝置721，甲烷和氧氣之間的反應(yīng)可在溫度低于沒(méi)有催化劑時(shí)的溫度下進(jìn)行。由于使用了鉑等催化劑且通過(guò)催化劑的使用，甲烷開始燃燒的溫度是370℃至380℃并能在400至450℃的溫度下完全燃燒。
盡管上面描述的是用煤作為碳基燃料的一個(gè)例子，但是，很自然地可以把該系統(tǒng)建造成應(yīng)用其它碳基燃料如重質(zhì)油。可以通過(guò)改變噴射部分的燃燒器成為氣化設(shè)備來(lái)處理這種情況。
權(quán)利要求
1.一種由碳基燃料和含有甲烷作為主要成分的煤床氣生產(chǎn)氫氣/一氧化碳混合氣的方法，該方法包括下述步驟通過(guò)部分氧化所說(shuō)的碳基燃料和所說(shuō)的煤床氣形成氫氣和一氧化碳；和使部分所說(shuō)的一氧化碳和水蒸氣反應(yīng)形成氫氣以便提高所說(shuō)的氫氣/一氧化碳混合氣中氫氣的比。
2.根據(jù)權(quán)利要求1生產(chǎn)氫氣/一氧化碳混合氣的方法，該方法進(jìn)一步包括下述步驟將所說(shuō)的碳基燃料和所說(shuō)的煤床氣和氧化劑供應(yīng)到氣化設(shè)備的上游區(qū)域，使所說(shuō)的碳基燃料和所說(shuō)的煤床氣部分氧化，氣體在所說(shuō)的氣化設(shè)備中以一個(gè)方向流動(dòng)；和通過(guò)將水蒸氣供應(yīng)到所說(shuō)的氣化設(shè)備的下游區(qū)域使通過(guò)所說(shuō)的部分氧化形成的一氧化碳發(fā)生轉(zhuǎn)移反應(yīng)。
3.一種由碳基燃料和含有甲烷作為主要成分的煤床氣生產(chǎn)氫氣/一氧化碳混合氣的方法，該方法包括下述步驟在氣化設(shè)備的上游區(qū)域和下游區(qū)域的兩個(gè)區(qū)域中部分氧化所說(shuō)的碳基燃料，氣體在所說(shuō)的氣化設(shè)備中以一個(gè)方向流動(dòng)；在所說(shuō)的上游區(qū)域燃燒部分所說(shuō)的碳基燃料并部分氧化所說(shuō)的煤床氣；和在所說(shuō)的下游區(qū)域使所說(shuō)的形成的一氧化碳進(jìn)行轉(zhuǎn)移反應(yīng)以提高所說(shuō)的氫氣/一氧化碳混合氣中氫氣的比。
4.根據(jù)權(quán)利要求2和3之任一項(xiàng)的生產(chǎn)氫氣/一氧化碳混合氣的方法，其中用于防止所說(shuō)的氣化設(shè)備的爐壁溫度升高的水蒸氣供應(yīng)到所說(shuō)的氣化設(shè)備的上部區(qū)域。
5.根據(jù)權(quán)利要求2和3之任一項(xiàng)的生產(chǎn)氫氣/一氧化碳混合氣的方法，其中在每個(gè)上游區(qū)域和下游區(qū)域中的氣化反應(yīng)都是通過(guò)形成供應(yīng)的原料渦流進(jìn)行的，所說(shuō)的下游區(qū)域的渦流幅度大于所說(shuō)的上游區(qū)域的渦流幅度。
6.一種用加壓氣體型的氣化設(shè)備由碳基燃料和含有甲烷作為主要成分的煤床氣作為原料生產(chǎn)氫氣/一氧化碳混合氣的方法，該方法包括下述步驟將所說(shuō)的煤床氣供應(yīng)給所說(shuō)的氣化設(shè)備前部分氧化所說(shuō)的煤床氣以降低所說(shuō)的煤床氣中的氧氣含量；然后通過(guò)將所說(shuō)的降低了氧氣含量的煤床氣和所說(shuō)的碳基燃料和氧化劑供應(yīng)給所說(shuō)的氣化設(shè)備來(lái)部分氧化所說(shuō)的煤床氣和所說(shuō)的碳基燃料；和通過(guò)將水蒸氣供應(yīng)到所說(shuō)的氣化設(shè)備的下游區(qū)域使部分通過(guò)所說(shuō)的部分氧化形成的一氧化碳發(fā)生轉(zhuǎn)移反應(yīng)。
7.一種用氣化設(shè)備以碳基燃料和含有甲烷作為主要成分的煤床氣作原料生產(chǎn)氫氣/一氧化碳混合氣的系統(tǒng)，其包括氣體在其中以一個(gè)方向流動(dòng)的所說(shuō)的氣化設(shè)備；將所說(shuō)的碳基燃料和所說(shuō)的煤床氣和氧化劑供應(yīng)到所說(shuō)的氣化設(shè)備的上游區(qū)域使所說(shuō)的碳基燃料和所說(shuō)的煤床氣在所說(shuō)的上游區(qū)域部分氧化的供應(yīng)系統(tǒng)；和將水蒸氣供應(yīng)到所說(shuō)的氣化設(shè)備的下游區(qū)域使部分在所說(shuō)的上游區(qū)域形成的所說(shuō)的一氧化碳在所說(shuō)的下游區(qū)域轉(zhuǎn)移成氫氣的供應(yīng)系統(tǒng)。
8.一種用氣化設(shè)備以碳基燃料和含有甲烷作為主要成分的煤床氣作原料生產(chǎn)氫氣/一氧化碳混合氣的系統(tǒng)，其包括氣體在其中以一個(gè)方向流動(dòng)的氣化設(shè)備；將所說(shuō)的碳基燃料和所說(shuō)的煤床氣和氧化劑供應(yīng)到所說(shuō)的氣化設(shè)備的上游區(qū)域使所說(shuō)的碳基燃料在所說(shuō)的上游區(qū)域部分氧化并燃燒，并使所說(shuō)的煤床氣在所說(shuō)的上游區(qū)域部分氧化的供應(yīng)系統(tǒng)；和將所說(shuō)的碳基燃料和氧化劑和水蒸氣供應(yīng)到所說(shuō)的氣化設(shè)備的下游區(qū)域使所說(shuō)的碳基燃料在所說(shuō)的下游區(qū)域部分氧化并發(fā)生部分由所說(shuō)的碳基燃料和所說(shuō)的煤床氣部分氧化形成的一氧化碳的轉(zhuǎn)移反應(yīng)的供應(yīng)系統(tǒng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7和8之任一項(xiàng)的生產(chǎn)氫氣/一氧化碳混合氣的系統(tǒng)，其中包括將水蒸氣供應(yīng)到所說(shuō)的氣化設(shè)備的所說(shuō)上游區(qū)域的系統(tǒng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7和8之任一項(xiàng)的生產(chǎn)氫氣/一氧化碳混合氣的系統(tǒng)，其中包括原料供應(yīng)系統(tǒng)和氧化劑供應(yīng)系統(tǒng)和水蒸氣供應(yīng)系統(tǒng)，以便在所說(shuō)的氣化設(shè)備的上游區(qū)域和下游區(qū)域的兩個(gè)區(qū)域中形成原料，氧化劑和水蒸氣的渦流，所說(shuō)的下游區(qū)域的渦流幅度大于所說(shuō)的上游區(qū)域的渦流幅度。
11.一種用加壓氣體型的氣化設(shè)備以碳基燃料和含有甲烷作為主要成分的煤床氣作原料生產(chǎn)氫氣/一氧化碳混合氣的系統(tǒng)，其包括氣體在其中以一個(gè)方向流動(dòng)的所說(shuō)的氣化設(shè)備；將所說(shuō)的碳基燃料和所說(shuō)的煤床氣和氧化劑供應(yīng)到所說(shuō)的氣化設(shè)備的上游區(qū)域使所說(shuō)的碳基燃料和所說(shuō)的煤床氣在所說(shuō)的上游區(qū)域部分氧化的供應(yīng)系統(tǒng)；將水蒸氣供應(yīng)到所說(shuō)的氣化設(shè)備的下游區(qū)域使部分由所說(shuō)的碳基燃料和所說(shuō)的煤床氣部分氧化形成的所說(shuō)的一氧化碳在所說(shuō)的下游區(qū)域發(fā)生轉(zhuǎn)移反應(yīng)的供應(yīng)系統(tǒng)；和在將所說(shuō)的煤床氣供應(yīng)給所說(shuō)的上游區(qū)域前用所說(shuō)的煤床氣中含有的氧氣部分氧化所說(shuō)的煤床氣以降低所說(shuō)的煤床氣中的氧氣含量的部分氧化裝置。
12.一種用加壓氣體型的氣化設(shè)備以碳基燃料和含有甲烷作為主要成分的煤床氣作原料生產(chǎn)氫氣/一氧化碳混合氣的系統(tǒng)，其包括氣體在其中以一個(gè)方向流動(dòng)的所說(shuō)的氣化設(shè)備；將所說(shuō)的碳基燃料和所說(shuō)的煤床氣和氧化劑供應(yīng)到所說(shuō)的氣化設(shè)備的上游區(qū)域使所說(shuō)的碳基燃料在所說(shuō)的上游區(qū)域部分氧化并燃燒，所說(shuō)的煤床氣在所說(shuō)的上游區(qū)域部分氧化的供應(yīng)系統(tǒng)；將所說(shuō)的碳基燃料和氧化劑和水蒸氣供應(yīng)到所說(shuō)的氣化設(shè)備的下游區(qū)域使部分由所說(shuō)的碳基燃料和所說(shuō)的煤床氣部分氧化形成的所說(shuō)一氧化碳在下游區(qū)域發(fā)生轉(zhuǎn)移反應(yīng)的供應(yīng)系統(tǒng)；和在將所說(shuō)的煤床氣供應(yīng)給所說(shuō)的上游區(qū)域前用所說(shuō)的煤床氣中含有的氧氣部分氧化所說(shuō)煤床氣以降低所說(shuō)的煤床氣中的氧氣含量的部分氧化裝置。
13.一種燃料/電力聯(lián)合生產(chǎn)裝置，其包括根據(jù)權(quán)利要求7,8,11和12之任一項(xiàng)生產(chǎn)氫氣/一氧化碳混合氣的系統(tǒng)；純化由所說(shuō)的生產(chǎn)氫氣/一氧化碳混合氣的系統(tǒng)生產(chǎn)的氫氣/一氧化碳混合氣的氣體純化設(shè)備；由所說(shuō)的氣體純化設(shè)備純化的所說(shuō)氫氣/一氧化碳混合氣合成任意一種甲醇，二甲基醚和FT合成油的燃料合成設(shè)備；和用所說(shuō)的燃料合成設(shè)備合成的所說(shuō)燃料作為能源發(fā)電的發(fā)電系統(tǒng)。
14.一種燃料/電力聯(lián)合生產(chǎn)裝置，其包括根據(jù)權(quán)利要求7,8,11和12之任一項(xiàng)生產(chǎn)氫氣/一氧化碳混合氣的系統(tǒng)；純化由所說(shuō)的生產(chǎn)氫氣/一氧化碳混合氣的系統(tǒng)生產(chǎn)的氫氣/一氧化碳混合氣的氣體純化設(shè)備；由所說(shuō)的氣體純化設(shè)備純化的所說(shuō)氫氣/一氧化碳混合氣合成任意一種甲醇，二甲基醚和FT合成油的燃料合成設(shè)備；和用所說(shuō)的燃料合成設(shè)備合成的所說(shuō)燃料和未反應(yīng)的氣體作為能源發(fā)電的發(fā)電系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種通過(guò)使煤和煤床氣在高壓條件下反應(yīng)生產(chǎn)氫氣和一氧化碳混合氣的方法和生產(chǎn)氫氣與一氧化碳混合氣的系統(tǒng)及包括有生產(chǎn)氫氣的混合氣的系統(tǒng)的燃料/電力聯(lián)合裝置。本發(fā)明的特征是:通過(guò)將煤床氣和煤供應(yīng)給氣化設(shè)備以將它們部分氧化來(lái)生產(chǎn)有高氫氣比的氫氣/一氧化碳混合氣,在氣化設(shè)備中用水蒸氣使部分形成的一氧化碳發(fā)生轉(zhuǎn)移反應(yīng)。
文檔編號(hào)C01B3/36GK1298926SQ00136629
公開日2001年6月13日 申請(qǐng)日期2000年11月3日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月4日
發(fā)明者木曾文彥, 穐山徹, 森原淳, 花山文彥, 木田榮次 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所, 巴布考克日立株式會(huì)社