專利名稱：：將固體或液體燃料轉(zhuǎn)化成氣體燃料的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及將固體或液體燃料轉(zhuǎn)化成含氫氣和一氧化碳的氣體燃料的設(shè)備，其中所述設(shè)備至少包括空氣分離單元、氣化單元、熱量回收單元和去硫單元，所述去硫單元與用于對(duì)含硫化合物進(jìn)行脫氣的分離器相連。
背景技術(shù)：
：這樣的設(shè)備用于所謂的IGCC(整體煤氣化聯(lián)合循環(huán))工藝。IGCC是一種發(fā)電技術(shù)，在該技術(shù)中固體或液體燃料被轉(zhuǎn)化成由氫氣和一氧化碳組成的氣體燃料。將燃料氣體用于聯(lián)合循環(huán)來(lái)發(fā)電。圖1顯示了氣化單元的部件，所述氣化單元將氣體送入到發(fā)電單元。對(duì)IGCC工藝的關(guān)鍵步驟描述如下空氣分離空氣分離單元ASU為氣化單元G提供氧氣1。產(chǎn)生的部分氮?dú)?經(jīng)壓縮C得到用于富含氫的燃料氣體4的稀釋介質(zhì)3。如果將CO轉(zhuǎn)化成氫氣和C02并將C02洗出用于螯合時(shí)才需要進(jìn)行氮?dú)庀♂?。然后氮?dú)馓峁┬枰ㄟ^(guò)發(fā)電單元的燃?xì)鉁u輪(未顯示)的質(zhì)量流。氣化煤、焦炭或重質(zhì)液體進(jìn)料5與氧氣1一起被送入到氣化單元G，在那里轉(zhuǎn)化成粗合成氣。所述合成氣由產(chǎn)物和副產(chǎn)物組成，所述產(chǎn)物為氫氣和C0，所述副產(chǎn)物如co2、COS、H2S和甲烷以及痕量組分，根據(jù)給料所受的污染如羰基鐵、羰基鎳、羰基釩、氨氣、含汞化合物、含砷化合物或其它。該合成氣的壓力通常為40-60bar，將該合成氣在氣化單元G中冷卻到約280°C。在冷卻步驟中產(chǎn)生的高壓蒸汽6被送入到過(guò)熱器H中，并可在發(fā)電單元的蒸汽渦輪(未顯示)中使用。CO轉(zhuǎn)化根據(jù)燃?xì)鉁u輪的能力和對(duì)C02排放的要求，CO轉(zhuǎn)化步驟是該工藝的一部分。如果C02排放必須最小化，冷卻的合成氣7在CO轉(zhuǎn)化單元S內(nèi)被轉(zhuǎn)化，大部分C0被轉(zhuǎn)化成氫氣和C02。熱量回收為了清洗經(jīng)轉(zhuǎn)化的氣體8，氣體溫度必須降低至接近環(huán)境溫度。這在熱量回收單元R中通過(guò)產(chǎn)生蒸汽9，加熱鍋爐給水并最終以與空氣或冷卻水相反的方向冷卻氣體來(lái)實(shí)現(xiàn)。分離的水被循環(huán)到氣化單元G或C0轉(zhuǎn)化單元S中。去除硫和C02洗滌系統(tǒng)A的主要任務(wù)取決于IGCC設(shè)備的特點(diǎn)。如果該工廠可以無(wú)限制地排放C02，則洗滌系統(tǒng)A的主要任務(wù)是在被送入燃?xì)鉁u輪之前，從經(jīng)轉(zhuǎn)化和冷卻的合成氣10中去除含硫成分。在這種情況下，企圖在合成氣中含有盡可能多的C02以使高質(zhì)量流進(jìn)入到燃?xì)鉁u輪中。所述含硫成分被用作Claus設(shè)備K的進(jìn)料氣體11。在C02也必須從合成氣10中去除的情況下，洗滌系統(tǒng)A看起來(lái)就完全不同了。將其構(gòu)造設(shè)計(jì)從一種換成另一種是非常昂貴的，因?yàn)楹芏嘌b備都必須更換。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種設(shè)備，在之后出現(xiàn)額外的去除C02的要求時(shí)，可以再利用盡可能多的裝備。實(shí)現(xiàn)該目的的方式是使用于對(duì)含硫化合物進(jìn)行脫氣的分離器準(zhǔn)備好在上方增設(shè)用于co2去除的洗滌單元。本發(fā)明的其它有利實(shí)施方案在從屬權(quán)利要求中被限定。圖1顯示了現(xiàn)有技術(shù)中IGCC的氣化單元的部件。圖2顯示了用于從合成氣F中去除C02和硫的Rectisol工藝的簡(jiǎn)化流程圖。圖3詳細(xì)地顯示了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案的Reetisol單元，其中co2和/或含硫成分可被甲醇吸收，并從含一氧化碳和/或氫氣的進(jìn)料氣體中除去。具體實(shí)施例方式下面將描述新的氣體凈化方法的特征。該方法的目的是節(jié)省IGCC項(xiàng)目的投資成本，所述IGCC項(xiàng)目是為捕碳做準(zhǔn)備，但僅實(shí)施第一階段的硫去除，這可能意味著多年的實(shí)施周期。將這分成兩個(gè)階段的原因是燃?xì)鉁u輪不可用于富含氫的燃料實(shí)施，在獲得螯合能力之前就需要發(fā)電，地方規(guī)章在某個(gè)固定日期之前允許co2排放等。本發(fā)明提供一種靈活的解決方案，最大程度上利用第一階段的投資，但不需要不能收益的資本和運(yùn)作費(fèi)用。由于其顯著的去除硫和C02以及所有相關(guān)痕量成分(金屬羰基化合物、HCN)的能力，所謂的Rectisol洗滌被推薦為優(yōu)選的工藝。Rectisol是一種用有機(jī)溶劑(通常是甲醇)在零度以下的溫度去除物理酸性氣體的工藝。Rectisol能凈化合成氣達(dá)到在PPm范圍內(nèi)的總硫(包括COS)和C02為0.lvppm。該工藝的主要優(yōu)勢(shì)是較低的動(dòng)力消耗指標(biāo)值，使用便宜的易獲得的溶劑，以及工藝構(gòu)造上的靈活性。圖2顯示了用于從合成氣F中去除C02和硫的Rectisol工藝的簡(jiǎn)化流程圖。C02和含硫化合物被單獨(dú)去除，導(dǎo)致得到純的C02產(chǎn)物C02和富含H2S/C0S的Claus氣體餾分C。由于該工藝的物理屬性，高壓和高的酸氣濃度是特別有利的。因此Rectisol經(jīng)常用于凈化在殘?jiān)?、煤或褐煤氣化下游的?jīng)轉(zhuǎn)化、部分轉(zhuǎn)化或未轉(zhuǎn)化的合成氣。從基于IGCC的發(fā)電廠的氣化單元得到的合成氣在組成上是類似的，但對(duì)于氣體純度的要求沒(méi)有平常化學(xué)工藝所要求的那么高。對(duì)于在IGCC中的這個(gè)新方法，提議兩步實(shí)現(xiàn)Rectisol洗滌單元。在第一步(情況1)中可以僅對(duì)合成氣脫硫，Rectisol洗滌留下最大量的C02。在第二步(情況2)中，除了含硫成分之外，在Reetisol洗滌單元中還可從合成氣中除去C02。下面詳細(xì)描述兩步安裝Rectisol洗滌單元的概念。為了將情況1的投資變?yōu)樽憧芍蔚耐顿Y，情況1中安裝的所有裝備也應(yīng)該可用于情況2，使得僅需要添加新的裝備。因此，對(duì)于情況1的Rectisol單元的投資成本顯著低于回收硫和C02的大型Rectisol單元。根據(jù)預(yù)算估計(jì)，差別為約25%。類似地，運(yùn)行成本將低于大型工廠的，盡管一些裝備需要為情況2進(jìn)行尺寸改造以避免裝備類似。然而，在將情況1的構(gòu)造改造成情況2的構(gòu)造之后所花費(fèi)的總錢數(shù)高于從一開始大型Reetisol設(shè)計(jì)所需要的錢數(shù)。為了更好地理解本發(fā)明，下面根據(jù)圖3所顯示的示例性實(shí)施方案來(lái)進(jìn)行更詳細(xì)的解釋。圖3顯示的是Rectisol單元，其中CO2和/或含硫成分可被甲醇吸收，并從含一氧化碳和/或氫氣的進(jìn)料氣體中除去。在圖3中，所有情況1需要的裝備以實(shí)線畫出，而為情況2待添加的裝備用虛線畫出。改造所需要的所有阻斷閥門都顯示了出來(lái)，在情況1中打開而在情況2中關(guān)閉的那些為黑色，在情況2中打開而在情況1中關(guān)閉的那些為白色。為了在操作上從情況1變到情況1時(shí)最小化系統(tǒng)的停工期，大多數(shù)閥門都必須在情況1中都已安裝好。工藝步驟如下情況1僅對(duì)講料氣體脫硫1.進(jìn)料氣體預(yù)冷卻因?yàn)槭窃诘陀?°C的溫度下進(jìn)行吸收，進(jìn)料氣體1在進(jìn)料氣體冷卻器El中以與工藝流2和3相反的方向進(jìn)行預(yù)冷卻。為了避免包含的水凝固和形成水合物，將冷的甲醇4注入到進(jìn)料氣體1中，在冷卻步驟之后將得到的液體甲醇/水混合物5在分離鼓Dl中分離。螺旋卷式熱交換器El已經(jīng)裝備有情況2的CO2氣流41所需要的通道。將經(jīng)預(yù)冷卻的進(jìn)料氣體6送入到吸收塔A中。2.從進(jìn)料氣體中去除H2S對(duì)于情況1，僅需要去除硫，這在吸收塔A中完成。經(jīng)冷卻的進(jìn)料氣體6進(jìn)入到吸收塔A的底部，并向上流動(dòng)。逆流的甲醇7從上流下并溶解含硫成分以及少量的C02。因?yàn)楸仨毘ノ諢?，將部分?fù)載的甲醇8在熱交換器E2中以與外部冷卻介質(zhì)相反的方向冷卻回，并送入到吸收塔A中。負(fù)載硫的甲醇9從底部離開塔A，而經(jīng)凈化的氣體流3從頂部取出。氣體流3在進(jìn)料氣體冷卻器El中以與進(jìn)料氣體1相反的方向被加熱，并送到邊界線作為氣體產(chǎn)物43，所述氣體產(chǎn)物可用作燃?xì)鉁u輪(未顯示)的燃料氣體。3.中間甲醇膨脹將離開吸收塔A的負(fù)載硫的溶劑9在熱交換器E3中以與離開吸收塔A的凈化氣體3相反的方向被過(guò)冷卻，并膨脹到分離鼓D2中達(dá)到約lObar(a)的中間壓力，以回收被共吸收的氫氣和一氧化碳。為了增加該工藝的總回收率，將含有氫氣和一氧化碳的氣體流10在循環(huán)壓縮機(jī)Pl中再壓縮，并返回到進(jìn)料氣體1中。對(duì)于情況2，也將負(fù)載CO2的甲醇流11部分膨脹，得到的從分離鼓D3的頂部離開的閃發(fā)氣體12也進(jìn)入循環(huán)壓縮機(jī)Pl中。根據(jù)總的工廠設(shè)備能力，循環(huán)壓縮機(jī)Pl可能必須為情況1的全流量能力來(lái)設(shè)計(jì)。4.生產(chǎn)冷H2S餾分將負(fù)載的甲醇14與在工藝步驟5中得到的含H2S的氣體13—起膨脹到分離器Sl中接近環(huán)境壓力以回收H2S(和共吸收的CO2)。該閃蒸通過(guò)在熱交換器E4中以與貧甲醇16相反的方向加熱液相15來(lái)得到支持。從分離器Sl的頂部取出含CO2的H2S餾分2，該餾分在進(jìn)料氣體冷卻器El中以與進(jìn)料氣體1相反的方向被加熱，并作為進(jìn)料17送至Claus單元(未顯示)中用于硫回收。5.熱再生用泵P2將仍然負(fù)載的溶劑18從分離器Sl的底部取出，并在熱交換器E5中以與熱貧溶劑16相反的方向加熱，然后將其膨脹到分離鼓D4中，在那里被分離成液相19和氣相13。然后液相19在熱交換器E6中被加熱，并送入到熱再生塔H中。6.生產(chǎn)熱H2S餾分熱的負(fù)載溶劑19從頂部進(jìn)入到熱再生塔H中。在這里，所有殘余的含硫成分通過(guò)甲醇蒸氣被汽提掉，所述甲醇蒸氣是通過(guò)再沸器Rl在塔H的底部產(chǎn)生的。通過(guò)水冷卻的內(nèi)部冷凝器E7在塔H中產(chǎn)生回流。從熱再生塔H的上空離開的具有環(huán)境溫度的H2S餾分20被直接送到Claus單元(未顯示)用于硫回收。從熱再生塔H的底部離開的貧甲醇21被分離成兩個(gè)餾分16、22。餾分16在甲醇/甲醇熱交換器E6、E5和E4中被冷卻，并泵送回甲醇洗滌塔A中。貧溶劑16的一小部分4被注入到進(jìn)料氣體冷卻器El上游的進(jìn)料氣體流1中。7.甲醇/水分離將由分離鼓Dl得到的冷凝物23，即甲醇和水的混合物，在熱交換器E8中以與貧甲醇流22相反的方向被加熱。然后，將兩股流22、23都送入到甲醇/水分離塔W中，在那里它們被分離成甲醇24和水25。甲醇蒸氣24被送回到熱再生塔H中，而水25作為廢水處理。為了產(chǎn)生汽提蒸氣，分離塔W配有再沸器R2。所有裝備都必須具有足夠的能力不進(jìn)行改變而用于情況2。除了上面指出的裝備，這主要涉及5和7中描述的裝備。情況2對(duì)于去除CO2額外需要的裝備11.吸收塔A的擴(kuò)充必須添加用于從氣體流26中去除CO2的吸收塔C。負(fù)載CO2的溶劑27從吸收塔C的底部被泵送到吸收塔A的頂部，在那里被用作洗滌劑。熱交換器E2現(xiàn)在與吸收塔C相連。該塔實(shí)現(xiàn)為單獨(dú)的裝備，與吸收塔A相鄰。12.循環(huán)將不需要在吸收塔A中用作洗滌劑的、從吸收塔C得到的負(fù)載CO2的甲醇28在熱交換器E9中過(guò)冷卻，并膨脹到分離鼓D3中達(dá)到與負(fù)載的甲醇流9相同的中間壓力。含氫氣的閃發(fā)氣體12被送至壓縮機(jī)Pl中，并循環(huán)到進(jìn)料氣體1中。13.產(chǎn)生CO2第一CO2產(chǎn)物29將在高壓下被回收。為此，使用分離器Sl以及第二分離器S2。在分離器Sl中產(chǎn)生的富含CO2的含硫氣體流30被膨脹到分離器S2中進(jìn)行脫硫。含硫成分通過(guò)來(lái)自分離鼓D3的負(fù)載CO2但不含硫的甲醇餾分32的一部分31被洗滌回來(lái)。脫氣CO2直接貢獻(xiàn)給CO2流33，該CO2流在進(jìn)料氣體冷卻器El中以與進(jìn)料氣體相反的方向被加熱，并送至邊界成為CO2產(chǎn)物29。14.H2S增濃為了得到低壓CO2產(chǎn)物34，甲醇流35、36以及來(lái)自分離器D4的氣相37膨脹到H2S增濃塔τ中。在塔T的上部用負(fù)載CO2但不含硫的甲醇餾分32的另一部分38對(duì)上方氣體進(jìn)行脫硫。為了增加H2S餾分20中的H2S濃度以及增加CO2產(chǎn)物34的流速，將排液槽的溶劑39再膨脹到塔T下部的一體化分離器D5中。用壓縮機(jī)P3將所得CO2閃發(fā)氣體40再壓縮到塔T中。CO2流41在進(jìn)料氣體冷卻器El中以與進(jìn)料氣體1相反的方向被加熱，并送至邊界成為CO2產(chǎn)物34。富含H2S的甲醇流42從塔T中取出，并通過(guò)電力線15和42引入到熱交換器E4和E9中進(jìn)行加熱，然后將其膨脹到分離器Sl中。剩余的工藝步驟(5-7)操作與情況1類似。為了節(jié)省情況1中的操作用電，建議安裝一個(gè)僅具有情況1所需要的泵流量的主溶劑泵P4，并平行安裝另一個(gè)泵P5用于情況2中增加的甲醇流。對(duì)于外部的制冷設(shè)備(未顯示)推薦類似的工藝安裝一個(gè)單元僅用于情況1；為了適應(yīng)情況2需要第二個(gè)相同的制冷單元。物料衡算表1、2和3的數(shù)據(jù)源自于使用煤原料的GE氣化工藝的典型工藝氣體。為了根據(jù)情況1的操作，留下約70%的C02。該工藝保證經(jīng)處理的氣體中總硫含量最大0.Ivppm0如上所述，情況1產(chǎn)生兩個(gè)含硫酸性氣體餾分17和20。其中一個(gè)20具有高濃度H2S；另一個(gè)17僅具有低濃度。這兩個(gè)餾分可混合成一個(gè)餾分被送到硫回收設(shè)備中或者被單獨(dú)進(jìn)一步處理。物料衡算情況1(表1):系統(tǒng)的進(jìn)料氣體從氣化器中出來(lái)時(shí)未發(fā)生轉(zhuǎn)化。進(jìn)料中高含量的CO被轉(zhuǎn)化成凈煤氣，在燃?xì)鉁u輪中燃燒。進(jìn)料氣體中的CO2僅部分去除(留下70%CO2)。因此，燃?xì)鉁u輪尾氣含有高負(fù)荷CO2。物料衡算情況2(表2)系統(tǒng)的進(jìn)料氣體現(xiàn)在酸性轉(zhuǎn)化單元中被轉(zhuǎn)化為約2.Omol%的CO含量。凈煤氣含有該CO和5.8mol%CO2(留下的CO2小于10%)。這使得最終燃?xì)鉁u輪尾氣中具有非常低負(fù)荷的CO2。動(dòng)力消耗指標(biāo)(表3):表3顯示了情況1和2中能量和物料的消耗數(shù)據(jù)。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表2<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表3<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>權(quán)利要求將固體或液體燃料轉(zhuǎn)化成含氫氣和一氧化碳的氣體燃料的設(shè)備，其中所述設(shè)備至少包括氣體分離單元、氣化單元、熱量回收單元和去硫單元，所述去硫單元與用于對(duì)含硫化合物進(jìn)行脫氣的分離器相連，其特征在于，使所述用于對(duì)含硫化合物進(jìn)行脫氣的分離器準(zhǔn)備好在上方增設(shè)去除CO2的洗滌單元。2.權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，使所述去硫單元準(zhǔn)備好另外與CO2吸收塔相連，所述CO2吸收塔被插在該去硫單元和所述用于對(duì)含硫化合物進(jìn)行脫氣的分離器之間。3.權(quán)利要求1或2的設(shè)備，其特征在于，使所述用于對(duì)含硫化合物進(jìn)行脫氣的分離器準(zhǔn)備好另外與待添加的H2S增濃單元相連。4.權(quán)利要求1-3之一的設(shè)備，其特征在于，所述去硫單元為使用有機(jī)溶劑去除物理酸性氣體的吸收塔。5.權(quán)利要求1-4之一的設(shè)備，其特征在于，待添加在所述用于對(duì)含硫化合物進(jìn)行脫氣的分離器上方的所述洗滌單元為使用有機(jī)溶劑去除物理酸性氣體的吸收塔。6.權(quán)利要求2-4之一的設(shè)備，其特征在于，待插在所述去硫單元和所述用于對(duì)含硫化合物進(jìn)行脫氣的分離器之間的所述CO2吸收塔為使用有機(jī)溶劑去除物理酸性氣體的吸收塔.全文摘要本發(fā)明公開了一種將固體或液體燃料轉(zhuǎn)化成氣體燃料的設(shè)備。整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)是用低質(zhì)量煤高效潔凈發(fā)電的方法。在氣化器和一系列冷卻的下游需要進(jìn)行洗滌步驟以從氣化產(chǎn)物(合成氣)中提取硫和副產(chǎn)物。由于需要降低CO2排放，如果合成氣被轉(zhuǎn)化成氫氣而CO2通過(guò)另外的洗滌步驟被去除，IGCC技術(shù)甚至變得更加吸引人。目前仍然有一些增加合成燃料氣中的氫含量的潛能，這有待通過(guò)用有限的努力改造渦輪來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于新的項(xiàng)目，對(duì)于之后捕獲CO2的選擇是重要的。氣體潔凈應(yīng)該或者能夠從一開始處理高的CO2負(fù)荷，或者應(yīng)該可擴(kuò)充以在之后處理CO2的去除。本發(fā)明的目的是洗滌單元的概念，其基于去硫操作能夠用少得多的裝備擴(kuò)充來(lái)用于以后的CO2去除。文檔編號(hào)C01B3/32GK101812325SQ20091026062公開日2010年8月25日申請(qǐng)日期2009年12月17日優(yōu)先權(quán)日2009年2月25日發(fā)明者H·魏斯,L·基希納,U·凱萊斯泰喬格魯申請(qǐng)人:林德股份公司