發(fā)電系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種發(fā)電系統(tǒng)，其包括：氣體提供單元，其用于提供含有一氧化碳和氫氣的第一氣流和第二氣流；水煤氣變換單元，其用于接收水和第一氣流、并提供含氫量高于第一氣流的第三氣流；混合單元，其用于接收第二氣流和第三氣流、并提供第四氣流；以及發(fā)電單元，其用于接收第四氣流并發(fā)電。本發(fā)明也涉及相關(guān)的發(fā)電方法。
【專利說明】發(fā)電系統(tǒng)和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及發(fā)電系統(tǒng)和方法。

【背景技術(shù)】
[0002] -些發(fā)電系統(tǒng)和方法使用含有一氧化碳和氫氣的氣體作為燃料。但是，有些含有 一氧化碳和氫氣的氣體本身不能滿足發(fā)電用氣的要求。例如，煉鐵工藝的副產(chǎn)品，高爐氣， 其含氫量相對較低，例如低于約4%，因此在用于發(fā)電方面有所局限。美國專利申請公開第 2005/0242781號公開了將高爐氣與焦?fàn)t氣和其他氣體混合后用于發(fā)電。但是，焦?fàn)t氣較貴 而且有時候不能獲得。
[0003] 因此，需要開發(fā)新的使用含有一氧化碳和氫氣的氣體的發(fā)電系統(tǒng)和方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明涉及一種新的發(fā)電系統(tǒng)和方法。
[0005] -方面，本發(fā)明涉及的發(fā)電系統(tǒng)包括：氣體提供單元，其用于提供含有一氧化碳和 氫氣的第一氣流和第二氣流；水煤氣變換單元，其用于接收水和第一氣流、并提供含氫量高 于第一氣流的第三氣流；混合單元，其用于接收第二氣流和第三氣流、并提供第四氣流；以 及發(fā)電單元，其用于接收第四氣流并發(fā)電。
[0006] 另一方面，本發(fā)明涉及一種發(fā)電方法，其包括：從氣體提供單元提供含有一氧化碳 和氫氣的第一氣流和第二氣流；從接收水和第一氣流的水煤氣變換單元提供含氫量高于第 一氣流的第三氣流；從接收第二氣流和第三氣流的混合單元提供第四氣流；在接收第四氣 流的發(fā)電單元發(fā)電。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007] 當(dāng)參考附圖閱讀下面的詳細(xì)描述時，本發(fā)明的特征、方面及優(yōu)點(diǎn)將會變得更好理 解，在附圖中：
[0008] 圖1-3是根據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例的發(fā)電系統(tǒng)的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0009] 除非本發(fā)明中清楚另行定義，用到的科學(xué)和技術(shù)術(shù)語的含義為本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng) 域的技術(shù)人員所通常理解的含義。本發(fā)明中使用的"第一"、"第二"以及類似的詞語并不表 示任何順序、數(shù)量或者重要性，而只是用來彼此區(qū)分。本發(fā)明中使用的"包括"、"包含"、或 "含有"以及類似的詞語是指除了列于其后的項(xiàng)目及其等同物外，其他的項(xiàng)目也可在范圍以 內(nèi)。
[0010] 說明書和權(quán)利要求中的近似用語用來修飾數(shù)量，表示本發(fā)明并不限定于該具體數(shù) 量，還包括與該數(shù)量接近的、可接受的、不會導(dǎo)致相關(guān)基本功能的改變的修正的部分。相應(yīng) 的，用"大約"、"約"等修飾一個數(shù)值，意為本發(fā)明不限于該精確數(shù)值。在某些實(shí)施例中，近 似用語可能對應(yīng)于測量數(shù)值的儀器的精度。說明書和權(quán)利要求中的范圍可以合并及/或互 換，除非另行清楚說明，范圍包括其所涵蓋的所有子范圍。
[0011] 在說明書和權(quán)利要求中，除非清楚地另外指出，單復(fù)數(shù)不加以限制。除非上下文另 外清楚地說明，術(shù)語"或"并不意味著排他，而是指存在提及事項(xiàng)(例如成分）中的至少一個， 并且包括提及成分的組合可以存在的情況。
[0012] 本發(fā)明所提及的"可"和"可能"表示在一定環(huán)境下發(fā)生的可能性；具有指定的性 質(zhì)，特征或者功能的可能性；和/或通過顯示一個或者多個能力、性能而適合于另一種動 作，或者與該適合的動作相關(guān)的可能性。因此，用于"可"、和"可能"表示修飾的術(shù)語顯然適 合、能夠或者適于所表示的能力，功能，或者用途，同時考慮在一些情況下，所修飾的術(shù)語可 能有時不適合、不能或者不合適。例如，在一些情況下，事件或者能力可能是所期望的，而在 其它情況下，該事件或者能力不能發(fā)生。這些情形通過術(shù)語"可"和"可能"描述。
[0013] 本發(fā)明說明書中提及"一些實(shí)施例"等等，表示所述與本發(fā)明相關(guān)的一種特定要素 (例如特征、結(jié)構(gòu)和/或特點(diǎn))被包含在本說明書所述的至少一個實(shí)施例中，可能或不可能出 現(xiàn)于其他實(shí)施例中。另外，需要理解的是，所述發(fā)明特征可與各種實(shí)施例和構(gòu)造以任何適合 的方式結(jié)合。
[0014] 在下文中，將參照【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的實(shí)施方式，但不會詳細(xì)描述眾所周知的功能 和結(jié)構(gòu)以及不必要的細(xì)節(jié)。如后所述，本發(fā)明的實(shí)施例涉及使用部分通過水煤氣變換反應(yīng) 改變的含有一氧化碳和氫氣的氣體進(jìn)行發(fā)電的系統(tǒng)和方法。所述系統(tǒng)和方法可以使用含氫 量較低的氣體，例如高爐氣，并且不需同時使用其他的昂貴原料，所以成本較低。所述系統(tǒng) 和方法在產(chǎn)生高爐氣并使用電力的鋼鐵廠尤其適用，但也可在其他適宜的場所應(yīng)用。
[0015] 請參照圖1-3,在一些實(shí)施例中，本發(fā)明涉及的發(fā)電系統(tǒng)1，100, 200包括：氣體提 供單元2,102, 202,其用于提供含有一氧化碳和氫氣的第一氣流3,103, 203和第二氣流4， 104, 204 ;水煤氣變換單元5,105, 205,其用于接收水6,106, 206和第一氣流3,103, 203、并 提供含氫量高于第一氣流的第三氣流7,107, 207 ;混合單元8,108, 208,其用于接收第二氣 流4,104, 204和第三氣流7,107, 207、并提供第四氣流9,109, 209 ;以及發(fā)電單元10,110， 210,其用于接收第四氣流9,109, 209并發(fā)電11，111，211。
[0016] 氣體提供單元可以是任何提供含有一氧化碳和氫氣的氣體的單元。在一些實(shí)施例 中，氣體提供單元102,202包含氣/固分離裝置112,212和送風(fēng)裝置113,213。氣/固分離 裝置112,212從氣體中分離出固體雜質(zhì)。送風(fēng)裝置113,213提升氣體的溫度和壓力，例如， 從約20°C到約70°C和從約10千帕到約100千帕。
[0017] 水煤氣變換單元含有水煤氣變換反應(yīng)器，第一氣流和水在其中反應(yīng)將一氧化碳轉(zhuǎn) 化為二氧化碳并生成氫氣，如后述水煤氣變換反應(yīng)式所示：CO + H2〇 # C02 - H2。
[0018] 一些實(shí)施例中，水煤氣變換單元105, 205包括位于水煤氣變換反應(yīng)器114, 214和 氣體提供單元102, 202之間的壓縮機(jī)115, 215和熱交換器116, 216。壓縮機(jī)115, 215提升 第一氣流103,203的壓力，例如從約100千帕到3個大氣壓。熱交換器116,216把第一氣 流103, 203的溫度調(diào)到適宜進(jìn)入水煤氣變換反應(yīng)器114, 214的溫度。
[0019] 一些實(shí)施例中，水煤氣變換單元105, 205包含位于水煤氣變換反應(yīng)器114, 214和 混合單元108, 208之間的熱交換器117, 217和氣/液分離器118, 218用以提供溫度為約 400攝氏度的第三氣流107, 207。
[0020] 水煤氣變換反應(yīng)中可使用催化劑。水煤氣變換催化劑可以為任何適于此用途的催 化劑。例如，水煤氣變換催化劑可以含有以氧化物形式存在及/或用載體支撐的鋁、鎂、鑰、 鈷、娃、鈉、鉺、?丐、鉀、鈦、銅、鋅及/或鉻。
[0021] 如后述示例所示，水煤氣變換單元中的壓力小于約5個大氣壓，含氫量提高率出 乎意料的處于可接受的范圍內(nèi)。
[0022] -些實(shí)施例中，混合單元108, 208包括混合裝置119, 219。一些實(shí)施例中，混合單 元108包含位于混合裝置119和發(fā)電單元110之間的冷卻器120和氣/液分離器121。第 二氣流104和第三氣流107在混合裝置119中混合后通過冷卻器120和氣/液分離器121 變成進(jìn)入發(fā)電單元110的第四氣流109。
[0023] -些實(shí)施例中，混合單元208包括位于混合裝置219和氣體提供單元202之間的 熱交換器220和氣/液分離器221。第二氣流204經(jīng)過熱交換器220和氣/液分離器221 后在混合裝置219與第三氣流207混合以提供進(jìn)入發(fā)電單元210的第四氣流209。
[0024] 第三氣流的含氫量高于第一氣流，第二氣流和第三氣流混合所得的第四氣流的含 氫量因而高于第一和第二氣流混合所得氣流的含氫量。可以調(diào)節(jié)第一氣流相對于第二氣流 的比率從而使第四氣流適用于發(fā)電單元，例如使其含氫量為約4%至約6%。一些實(shí)施例中， 第一氣流相對于第二氣流的比率為約〇. 05到約0. 5。
[0025] -些實(shí)施例中，發(fā)電單兀10, 110,210含有氣體發(fā)動機(jī)(未標(biāo)號)。
[0026] 實(shí)驗(yàn)示例
[0027] 下述示例為本【技術(shù)領(lǐng)域】內(nèi)的技術(shù)人員實(shí)施本發(fā)明提供進(jìn)一步的指導(dǎo)。示例并不限 定權(quán)利要求書中界定的本發(fā)明的范圍。
[0028] 制備包含一氧化碳、二氧化碳、氫氣和氮?dú)獾哪M高爐氣。用泵傳輸去離子水至電 加熱霧化器（20(TC)進(jìn)行霧化，并與模擬高爐氣混合后進(jìn)入連續(xù)攪拌反應(yīng)釜。調(diào)解進(jìn)水速 度以獲取進(jìn)料氣體混合物中蒸汽的適宜濃度。霧化器和連續(xù)攪拌反應(yīng)釜之間的管線用電加 熱器加熱以防止蒸汽冷凝。實(shí)驗(yàn)裝置還包含能夠調(diào)節(jié)反應(yīng)的總壓力的背壓調(diào)節(jié)器。
[0029] 用催化劑A和B (組成如下表1和2所列)進(jìn)行水煤氣變換反應(yīng)。用在5個大氣壓 氣體小時空間流速為lOOOtT1的氫氣/氮?dú)猓?0/50,體積比)混合物激活催化劑。約2000ppm 的硫化氫加入氫氣/氮?dú)饣旌衔镏袑⑦@兩種抗硫催化劑在激活階段進(jìn)行預(yù)硫化。模擬高爐 氣在進(jìn)入連續(xù)攪拌反應(yīng)釜前與硫化劑硫化氫混合以保持催化劑的活性。
[0030] 表1催化劑A的組成

【權(quán)利要求】
1. 一種發(fā)電系統(tǒng)，其包括： 氣體提供單元，其用于提供含有一氧化碳和氫氣的第一氣流和第二氣流； 水煤氣變換單元，其用于接收水和第一氣流、并提供含氫量高于第一氣流的第三氣 流； 混合單元，其用于接收第二氣流和第三氣流、并提供第四氣流；以及 發(fā)電單元，其用于接收第四氣流并發(fā)電。
2. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中氣體提供單元包括氣/固分離裝置和送風(fēng)裝置。
3. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中水煤氣變換單元包括水煤氣變換反應(yīng)器。
4. 如權(quán)利要求3所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中水煤氣變換單元包括位于水煤氣變換反應(yīng)器和 氣體提供單元之間的壓縮機(jī)和熱交換器。
5. 如權(quán)利要求3所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中水煤氣變換單元包括位于水煤氣變換反應(yīng)器和 混合單元之間的熱交換器和氣/液分離器。
6. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中混合單元包括混合裝置。
7. 如權(quán)利要求6所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中混合單元包括位于混合裝置和發(fā)電單元之間的 冷卻器和氣/液分離器。
8. 如權(quán)利要求6所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中混合單元包括位于混合裝置和氣體提供單元之 間的熱交換器和氣/液分離器。
9. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中發(fā)電單元包括氣體發(fā)動機(jī)。
10. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中第一氣流和第二氣流為高爐氣。
11. 如權(quán)利要求1至10中任意一項(xiàng)所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中水煤氣變換單元中的壓力低 于約5個大氣壓。
12. -種發(fā)電方法，其包括： 從氣體提供單元提供含有一氧化碳和氫氣的第一氣流和第二氣流； 從接收水和第一氣流的水煤氣變換單元提供含氫量高于第一氣流的第三氣流； 從接收第二氣流和第三氣流的混合單元提供第四氣流； 在接收第四氣流的發(fā)電單元發(fā)電。
13. 如權(quán)利要求12所述的發(fā)電方法，其中第一氣流和第二氣流的比率為約0. 05至約 0· 5〇
14. 如權(quán)利要求12所述的發(fā)電方法，其中第一氣流和第二氣流為高爐氣。
15. 如權(quán)利要求12至14中任意一項(xiàng)所述的發(fā)電方法，其中水煤氣變換單元內(nèi)的壓力低 于約5個大氣壓。
【文檔編號】C01B3/16GK104291269SQ201310303270
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2013年7月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月18日
【發(fā)明者】胡立舜, 薛俊利, 哈里希.阿查亞, 王明敏, 王松 申請人:通用電氣公司