專利名稱：混合能量系統(tǒng)的制作方法
混合能量系統(tǒng) 發(fā)明領(lǐng)域
本發(fā)明大體上涉及有效應(yīng)用燃料的方法和系統(tǒng)。例如，本發(fā)明涉 及將含碳材料熱解以產(chǎn)生燃料和電能的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
自然資源，尤其是礦物燃料資源的有效率和有效果的應(yīng)用由于其 有限的性質(zhì)而越來越具重要性。從經(jīng)濟觀點考慮，當前應(yīng)用燃料的方 法的損失主要歸因于不能回收有價值的副產(chǎn)物，和不能足夠地實現(xiàn)能 量最大化。缺乏對礦物燃料副產(chǎn)物的適當?shù)幕厥辗椒ㄟ€加劇了與這些 燃料的燃燒有關(guān)的污染問題。除了所提及的當前資源的無效果使用和
相關(guān)的污染問題之外，世界的原油儲量正在消耗(對于最近30年，每2 筒采出油僅發(fā)現(xiàn)一筒油)。這些因素表明原油的替代燃料源的有效率 使用是合乎需要的。
已知煤炭可以用來產(chǎn)生烴類燃料超過100年了?；驹跊]有氧的存 在下從煤炭蒸餾油的方法多樣地稱作"分解蒸餾"或"低溫碳化"。通常 地，可以說分解蒸餾的目的一方面是減少過度的污染，另一方面是增 加燃料應(yīng)用和副產(chǎn)物回收的總效率。
由煤炭熱解形成的尤其有用的副產(chǎn)物是含氮和含硫材料。這些副 產(chǎn)物可用于生產(chǎn)材料如硫酸、元素硫、氨和氨鹽、和肥料。因而，這 些化合物的回收是高度合乎需要的。當這些化合物還是由煤炭的低效 加工產(chǎn)生的顯著的污染物時，它們的回收更是合乎需要的。
煤炭不是均勻的燃料源。取決于使用的煤炭類型，預(yù)期分解蒸餾 可以產(chǎn)生50L-250L油/噸煤炭(對應(yīng)于O. 3-1. 5筒油/噸煤炭)。例如， 以AUS85/桶的價格，這將對應(yīng)于AUS25-AUSl27附加值/噸加工煤炭。通 過分解蒸餾方法，原料煤炭的僅25%-30%總能量轉(zhuǎn)變成烴類燃料。其余
4的能源(呈焦化殘余物形式)被回收和用作常規(guī)發(fā)電站的燃料源。每
年消耗2百萬噸低質(zhì)煤的操作可能每年產(chǎn)生2百萬桶油(基于l. 0筒/噸 煤炭的預(yù)計油產(chǎn)量)，這對應(yīng)于每年大致AUS170百萬的當前值。每年2
料。， ，、 ，、 ，、、、'、
發(fā)明概迷
在一個方面中，本發(fā)明提供由含碳材料產(chǎn)生能量的混合方法，包 括以下步驟
(i) 在蒸餾設(shè)備中在降低的氧氣氛下加熱該含碳材料以產(chǎn)生餾出 物蒸氣；
(ii) 將所得的餾出物蒸氣加工；
(i i i)將該焦化殘余物從該蒸餾設(shè)備輸送到發(fā)電站鍋爐；和
(i v)在該發(fā)電站鍋爐中燃燒該焦化殘余物以產(chǎn)生電能。
在一個實施方案中，該焦化殘余物輸送到發(fā)電站鍋爐的同時，保 持該焦化殘余物在蒸餾設(shè)備中加熱產(chǎn)生的熱量。
適合地，通過雙放卸閥、管子和輸送機中的一種或多種將該焦化 殘余物從蒸餾設(shè)備輸送到發(fā)電站鍋爐。
該焦化物在輸送過程中的流動和行進任選地經(jīng)由雙放卸閥、螺桿、 振動、壓縮空氣、重力、耐熱皮帶輸送機、鏈式輸送機、振動輸送機 如振動溜管輸送機、高溫旋轉(zhuǎn)閥或它們的任何結(jié)合控制。
該含碳材料可以選自煤炭，洗煤次品，低質(zhì)量煤炭如褐煤，油頁 巖和它們的任何結(jié)合物。
優(yōu)選地，該含碳材料當經(jīng)受分解蒸餾時提供高水平的揮發(fā)性烴組 分。在一些實施方案中，該含碳材料的總能量的至多30%轉(zhuǎn)變成液態(tài)和 氣態(tài)烴餾分。
在一個實施方案中，該含碳材料是煤炭。
在另一個實施方案中，該含碳材料具有小于l. 0%的平均最大鏡質(zhì) 體反射率。
在一個優(yōu)選的實施方案中，該含碳材料是高殼質(zhì)煤素質(zhì)煤炭。在又一個實施方案中，將該含碳材料加熱到大約400-大約700。C。
在另一個實施方案中，通過熱交換將餾出物蒸氣的溫度降低到小 于大約15(TC的溫度。
在另 一個實施方案中，通過熱交換將餾出物蒸氣的溫度降低到小 于大約3(TC的溫度。
在另一個實施方案中，將餾出物的溫度降低到小于大約25'C，在 又一個實施方案中降低到大約0°C 。
在另一個實施方案中，在減壓下加熱該含碳材料。
通常地，蒸餾設(shè)備具有其中將含碳材料熱解的蒸餾甑裝置。該蒸 餾甑室的氣氛與空氣相比具有降低的氧氣含量。優(yōu)選地，該蒸餾甑的 氣氛基本上是無氧氣的。
優(yōu)選地，在300-700。C溫度下將焦化殘余物從蒸餾設(shè)備送到發(fā)電設(shè) 備鍋爐。
在第二個方面中，本發(fā)明提供集成能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，包括
(i) 用于將含碳材料分解蒸餾以提供餾出物蒸氣和焦化殘余物的 蒸鎦i殳備；
(ii) 發(fā)電站鍋爐；
(Ui)將處于300-700。C的溫度的焦化殘余物從蒸餾設(shè)備輸送到床 發(fā)電站的裝置；和
(iv)餾出物蒸氣的收集裝置。
在一個實施方案中，蒸氣的收集裝置是通過將該蒸氣的可冷凝部 分冷凝。可以通過熱交換冷凝該蒸氣。可以冷凝該餾出物蒸氣以提供 液態(tài)爛餾出物餾分。
所述發(fā)電站可以是常規(guī)發(fā)電站或流化床發(fā)電站。
附圖
簡述
將參照附圖描述本發(fā)明一個優(yōu)選的實施方案，其中 圖l表示一般商業(yè)方法的綜述； 圖2顯示了混合能量系統(tǒng)方法的綜述； 圖3示出了氨的示意性脫除；圖4顯示了經(jīng)餾出物餾分或者稱為"合成原油"的示意性加工； 圖5表示由焦化殘余物產(chǎn)生電能的示意圖； 圖6表示合成氣體的生產(chǎn)和純化示意圖； 圖7顯示了升級煤炭餾出物的概觀； 圖8示出了集成能量系統(tǒng)的示意圖；和 圖9示出了集成能量系統(tǒng)的替代示意圖。
具體實施例方式
參照附圖，不言而喻的是，本發(fā)明可以按各種形式執(zhí)行，給出這 一描述僅是為了舉例。
轉(zhuǎn)到附圖，圖l示出了產(chǎn)生煤炭衍生燃料的方法步驟的示意圖，其 中煤礦l. O的煤炭輸送到具有蒸餾裝置例如，蒸餾甑的蒸餾設(shè)備2. 0， 在此煤炭被熱解?？梢远鄻拥丶庸っ簾峤獾漠a(chǎn)物。通常地，煤炭的分 解蒸餾產(chǎn)生餾出物蒸氣，其在例如通過傳熱冷凝法溫度降低到近乎環(huán) 境溫度(298K)后提供氣態(tài)餾分，液態(tài)餾分。還有剩余的焦化殘余物。
該液態(tài)餾分可以進一步分離成液態(tài)烴餾分和含水液態(tài)餾分。例如，包 括有用的副產(chǎn)物9. 0和氣態(tài)和可冷凝合成燃料5. Q的餾出物可以進一步 加工成合成氣6. 0 (通常是氫氣和烴合成原油7. O的混合物)、可冷凝 合成液態(tài)烴餾分(在環(huán)境溫度下)和含含^l和含氮產(chǎn)物的含水液態(tài)餾 分。產(chǎn)生的含水餾分的相對量可以取決于，例如，熱解的煤炭的水含 量，或該蒸餾是否受蒸汽輔助。其它方法例如水洗刷也產(chǎn)生含水餾分。 通過分解蒸餾產(chǎn)生的合成氣多樣地稱為例如，照明氣或煤氣。通過例 如，煤炭或泥煤的分解蒸餾產(chǎn)生的合成氣通常是氫氣和烴的混合物。 由分解蒸餾方法制備的合成氣不應(yīng)該與其它合成氣例如"水煤氣"(通 過水與一氧化碳的反應(yīng)形成的二氧化碳和氫氣的混合物)或合成氣(由 甲烷與蒸汽的反應(yīng)制備的一氧化碳和氫氣的混合物)混淆。氫氣可以 由合成氣制備。由烴制備氫氣的方法稱為"蒸汽重整"(7. 3)或"催化 氧化"并且在工業(yè)規(guī)模上是產(chǎn)生氫氣的主要方法。
如所提及的那樣，通過分解蒸餾方法產(chǎn)生的氣態(tài)餾分通常是低分子量烴和氫氣，和其它氣體如一氧化碳和二氧化碳的混合物。氫氣(H2) 和氣態(tài)烴類(例如由化學(xué)式CJk+2和C2Hw表示，其中n是整數(shù))的相 對百分率可以取決于蒸餾溫度和實施蒸餾的壓力(通常減壓)變化。 通常地，照明氣主要由曱烷、乙烯和氫氣組成。由分解蒸餾產(chǎn)生的氣 體中的烴組分與H2的相對量可以隨溫度增加而變化。通常注意到溫度 的增加將引起所產(chǎn)生的H2氣體的量增加，而烴氣減少。氣態(tài)烴類組分 已經(jīng)顯示(例如對于煙煤)從在大約400。C下的大約50yn降低到在大約 900。C下的大約35W。然而在相同范圍內(nèi)112的百分率從大約20%增加到大 約55%。通常，隨著達到大于600。C的溫度，烴組分更有分解的傾向。 然而，這可能取決于實施蒸餾的壓力(減壓或者相反)。
將剩余的焦化殘余物3. 0 (高生熱燃料)輸送到發(fā)電站，其中它在 鍋爐中燃燒以產(chǎn)生電8. 0。所述發(fā)電站可以是常規(guī)發(fā)電站或流化床發(fā)電 站。在輸送到發(fā)電站之前， 一些焦化殘余物還可以部分地與過熱蒸汽 起反應(yīng)以產(chǎn)生氫氣。在這種情況下，在這一方法步驟已經(jīng)完成之后將 剩余的焦化殘余物輸送到發(fā)電站。
在圖2示意圖中，示意圖示出了從煤礦1. O開采煤炭l. 3的是礦1.2， 然后運輸1.4到蒸餾設(shè)備。具有殼質(zhì)煤素質(zhì)含量的煤炭通常認為當分解 蒸餾時提供更大量的合成原油。然而，其它煤炭，如褐色煤炭褐煤也 是適合的。 一般而言，對于本文描述的方法，低煤級煤炭或具有小于 1 %的平均最大鏡質(zhì)體反射率的煤炭是優(yōu)選的。具有高含灰量的煤炭也 是容許的。通常地，含碳材料如洗煤次品、褐煤、油頁巖或它們的結(jié) 合物適合用于本發(fā)明。優(yōu)選地，蒸餾設(shè)備和發(fā)電站接近原料源。將煤 炭l. 3輸送1.4到蒸餾設(shè)備蒸餾甑2. l的熱解室。原料煤炭l. 3可以基本 上在它從煤礦1.0到達時(即作為粗、未洗煤)用于該熱解室。使用原 煤可以實現(xiàn)構(gòu)造、操作和投資費用方面的顯著節(jié)約。將原料煤炭霧化 成粉塵級分尺寸，例如，當用于霧化燃料發(fā)電站時那樣，是不必要的。 僅可能需要將煤炭壓碎到6mm的上限尺寸，從而提供額外的資本和操作 費用節(jié)約。在加入蒸餾室之前可以將煤炭預(yù)先加熱。優(yōu)選地，通過重 力給料l. 4將煤炭輸送到蒸餾甑2， 1。然后通過低溫碳化或者稱為分解蒸餾2. 2從煤炭蒸餾氣體和其它揮發(fā)性烴。蒸餾可以在減壓下進行并且 優(yōu)選在大約400-700'C的溫度范圍內(nèi)進行。通過熱交換冷凝法5. l將粗 制的或"合成"氣體6. 1，和可冷凝的經(jīng)餾分(合成原油7. 0)分離。合 成原油可以進一步被加工以提供例如，油類、燃料和瀝青。例如，合 成原油可以進一步分餾成許多餾分以產(chǎn)生許多有用的有機產(chǎn)物，包括 苯、甲苯、二甲苯、萘、蒽和菲。粗餾出物可以形成許多其它產(chǎn)物的 合成起點。從該分餾留下的殘渣瀝青可以用于鋪路、蓋屋頂、防水和 絕緣。液態(tài)餾出物的比重可以取決于因素如實施碳化的溫度，和如何 冷凝或收集餾分而改變。由煤蒸餾液體的進一步蒸餾形成的殘油可以 具有相當高的比重。
冷凝法還允許在含水餾分中萃取氨5. 2。粗合成氣6. l可以經(jīng)受進 一步純化方法6. 2處理如含氮和含疏氣體的萃取和顆粒物質(zhì)的過濾以 提供清潔的合成氣6. 3。合成氣可以用作流化床發(fā)電站(FBPS) 6.5的 鍋爐中的燃料，可以用來加熱蒸餾甑6.4，可以作為高能燃料銷售，和 可以進一步加工。例如，可以催化重整合成氣以合成肥料和曱醇。煤 炭的氮和硫組分可以回收6. 6作為有用的副產(chǎn)物6. 7。在已經(jīng)從煤炭蒸 餾揮發(fā)性材料之后，將焦化殘余物從熱解室2. l輸送3. l到發(fā)電站鍋爐， 如流化床發(fā)電站鍋爐4. 1，在此，使它燃燒產(chǎn)生蒸汽4. 2以驅(qū)動渦輪4. 3 用于電8. 0的產(chǎn)生4. 5。
在圖3示意圖中，在煤炭熱解之后，離開2.2熱解室2.1的氣體可以 用含水溶液(沖洗液)5. 1. O的噴霧淬火，這產(chǎn)生液態(tài)冷凝物料流5. 2. 1 和氣流6. 1。當將粗蒸餾氣體冷卻時，烴蒸氣可以冷凝形成氣懸體，它 們連同該氣流一起被輸送。靜電沉淀器可以用來使顆粒帶電，該顆粒 然后可以利用靜電引力從該氣體收集。粗氣6. l和沖洗液然后分離并流 向副產(chǎn)物設(shè)備用于處理。氨可以例如呈硫酸銨6. 2. l形式與氣流分離。 硫酸銨的產(chǎn)生可以采取各種形式，例如，通過讓氣流與石克酸接觸?；?者，可以通過用水洗刷從該氣流中除去氨。用水洗刷進一步從該氣流 中除去一些硫化氫和氰化氫。水洗滌氨處理在較低的氣體溫度下得到 改進。可以在蒸餾釜中加工氨溶液以提供濃氨溶液或形成硫酸銨。另一個相關(guān)的方法是使用 一磷酸銨的溶液從該氣流中除去氨。這一方法 產(chǎn)生可銷售的無水氨。也可以例如，通過使用洗油從該氣流中洗刷輕 質(zhì)油和萘。該輕質(zhì)油和萘可以一起氣提或作為獨立的餾分。輕質(zhì)油也 可以保留在該氣體中以增加其熱值。將沖洗液輸送到溶液設(shè)備。可以
通過傾析5. 2. 2將該烴餾分與該含水餾分分離。該含水沖洗液然后可以 被加工以提供氨，其可以被反饋到該氨氣提上游的氣流中，或可以另 外集中到氨加工系統(tǒng)中。該溶液可以被進一步加工以除去組分如堿性 含氮烴(例如吡啶)、酚類和氰化物，或例如，在生物排出物設(shè)備中 現(xiàn)場處理。
在圖4示意圖中，收集5. l烴的液態(tài)可冷凝餾分并將水相與有機相 5. 2. l分離。該水相很可能含有一些可以回收的水溶性烴如酚類和含氮 堿。例如，酚類可以通過與NaOH反應(yīng)轉(zhuǎn)化成它們的鈉鹽來回收。含氮 堿可以通過與合適的平衡離子反應(yīng)作為鹽類似地回收。例如，由于它 們不同的密度，可以通過4吏用分離漏斗或排放口 ，或通過離心分離分 離這些相。相應(yīng)液態(tài)含水和液體烴餾分的一般親水性和疏水性性質(zhì)也 可以幫助它們彼此的分離。在與水相分離之后，液態(tài)烴"合成原油"餾 分7. 0組分可以輸送到煉油廠7. 1，在此它,皮進一步加工成例如，油、 燃料如石油燒料和瀝青組分。如所提及的那樣，含水餾分5. 2.2是氨和 水溶性烴如酚類和含氮堿6. 7的源物質(zhì)。
或者，可以通過蒸汽注入2. 3輔助煤熱解。任選地在蒸餾甑的頂部， 沿著側(cè)面或底部通過閥門導(dǎo)入蒸汽以注意熱膨脹。引導(dǎo)該蒸汽和氣體 穿過熱交換裝置或冷凝器5.1 (n-l)，其中去掉重油，提供第一液態(tài) 餾出物餾分。剩余的氣體或餾出物蒸氣然后到達冷的冷凝器，其中蒸 汽和油被冷凝5.1 (n=2)以提供由水相和有機相組成的第二液態(tài)餾出 物餾分。然后導(dǎo)出剩余的氣體。熱冷凝器將氣體的溫度降低到大約 150°C。該冷的冷凝器設(shè)計用來將氣體的溫度從大約2rC降低到大約 50°C。冷卻劑，通常是水的溫度至多25。C但是可以低到大約0。C。蒸餾 的終點可以在各個階段并且與各種目標有關(guān)。冷凝的液體到達分離器， 在此液態(tài)烴餾出物餾分或"合成原油"7. 0和含水餾出物餾分5. 2. 2被分離5. 2. 1。將該合成原油帶到原油儲存槽然后例如，加以裂化和精煉 7.1。由例如，煤炭的分解蒸餾或通過過熱蒸汽與焦化殘余物的反應(yīng)形 成的氫氣可以用于催化加氫方法以將由分解蒸餾產(chǎn)生的合成原油產(chǎn)物 升級。
在圖5示意圖中，將焦化殘余物從蒸餾甑輸送3. 1到FBPS鍋爐。焦 化殘余物是高能源燃料，與焦炭相似并且具有比煤炭本身高的發(fā)熱值。 焦化殘余物還提供具有可忽略水含量的高能燃料。優(yōu)選地，將焦化殘 余物輸送到加熱的鍋爐，即處于或大約實施分解蒸餾的溫度，該溫度 通常至多大約700。C。通過在處于或大約蒸餾溫度下將焦化殘余物從蒸 餾設(shè)備熱解室輸送到流化床發(fā)電設(shè)備鍋爐，實現(xiàn)了顯著的節(jié)省能量， 因為沒有損失該焦化殘余物的熱能。優(yōu)選地，流化床發(fā)電站接近該蒸 餾設(shè)備，更優(yōu)選，它該蒸餾設(shè)備的100公尺范圍內(nèi)，甚至更優(yōu)選，它緊 挨著該蒸餾設(shè)備。蒸餾設(shè)備的蒸餾甑可以位于該發(fā)電站鍋爐的上面以 致從蒸餾甑將該熱焦化物移動到鍋爐要求最小的轉(zhuǎn)移距離。該蒸餾甑 和鍋爐可以例如，通過雙放卸呵連接。在該鍋爐附近地區(qū)內(nèi)可以i殳置 多于一個蒸餾甑以根據(jù)需要提供足夠的焦化殘余物來燃燒該鍋爐。沿
焦化物流動方向的惰性氣體如氮氣的正壓力幫助避免不希望的氣體從 鍋爐進入蒸餾甑室?？梢酝ㄟ^耐熱輸送機將該焦化殘余物從蒸餾設(shè)備 管送或運輸?shù)搅骰舶l(fā)電站鍋爐。燒焦流動可以經(jīng)由螺桿、雙放卸閥、 振動、壓縮空氣、重力、高溫旋轉(zhuǎn)閥、耐熱皮帶輸送機、鏈式輸送機、 振動輸送機如振動溜管輸送機、或上述裝置的任何結(jié)合控制。然后在 流化床鍋爐中燃燒該焦化殘余物以產(chǎn)生呈蒸汽形式的能量4. 2.1以驅(qū) 動渦輪4. 3而產(chǎn)生4. 5電8. 0。通常，將熱焦化殘余物3. l與流化床鍋爐 4. 1中的吸附劑4. 1. l例如石灰石相結(jié)合。該吸附劑通過與石克反應(yīng)產(chǎn)生 煤炭燃燒副產(chǎn)物4. 1. 2來進一步使硫排放最小化。煤炭燃燒產(chǎn)物(CCP) 是在煤炭燃燒之后剩余的殘余物，并且包括流化床鍋爐中使用的吸附 劑材料。CCP的實例是(爐底灰，鍋爐防護套、飛塵)。CCP可以成功 地用于水泥和混凝土。 CCP的組分具有不同的物理和化學(xué)性能，這使得 它們適合于不同的應(yīng)用。應(yīng)用實例是墻板制造、礦山開墾、道路基底和結(jié)構(gòu)填充中的合成石骨。鍋爐的煙道氣排放可以進一步通過氣流的
排放前純化來進一步控制以除去顆粒物質(zhì)和有害氣體4. 2.2然后送到 煙囪4. 2. 3。 一種煙道氣脫硫方法使用氨作為吸附劑。產(chǎn)物是硫酸銨。 硫酸鹽是容易被農(nóng)作物吸收的優(yōu)選的硫形式并且疏酸銨是用于土壤添 加物的理想的硫酸鹽化合物，因為它還提供來自氨的氮。氧化銅是另 一種可再生的吸附劑以從煙道氣俘獲二氧化硫以作為可銷售的副產(chǎn)物 例如元素硫、硫酸銨肥料或硫酸收集硫。氧化銅也可以催化還原氧化 氮?；蛘?，可以通過使用吸附劑，如金屬氧化物或鈣基吸附劑，或通 過使用二氧化硫還原催化劑從煙道氣中除去硫。其它金屬鹽如鈦酸鋅 或鐵酸鋅可用來產(chǎn)生金屬硫化物，后者可以被加工而使該金屬鹽再生 用于再利用和濃SO"可以通過如用氨選擇性催化還原(SCR)的方法， 或通過選擇性非催化還原(SNCR)或等效方法除去有害的氣態(tài)含氮組 分如N0x。選擇性非催化還原(SNCR)是控制NOx排放量的后燃燒方法，
其中將氨或脲與空氣或蒸汽混合并注入到高溫下的燃燒室，在此它高 溫下與NOx反應(yīng)產(chǎn)生氮氣和水。通過SCR方法，將氨注入煙道氣，在那 里，它在催化劑如鈦或釩存在下與NOx反應(yīng)而產(chǎn)生氮氣和水。
在圖6示意圖中，在可冷凝烴餾分5. l的冷凝之后，可以過濾該粗 合成氣6. l以除去顆粒物質(zhì)6. 2. 1?？梢酝ㄟ^靜電沉積器(ESP )和織物 過濾器(例如袋子-外殼過濾器)控制顆粒排放。ESP是常用的用于顆 ?？刂频脑O(shè)備并且已經(jīng)商業(yè)上應(yīng)用于收集粉塵、煙氣和霧顆粒。織物 過濾器可以實現(xiàn)高收集效率。許多不同的過濾介質(zhì)可用于不同的過濾 應(yīng)用。用于織物過濾器的高級氣流分配系統(tǒng)可以排除磨擦并因此降低 袋子損耗?；旌舷到y(tǒng)將靜電沉降與織物過濾組合以在低成本下實現(xiàn)高 的顆粒除去效率。其它方法包括陶瓷過濾器、旋風(fēng)濾器和包括文氏管、 噴口和EDV洗滌器的濕式洗滌器。在顆粒過濾之前或之后，可以從氣流 中提取含硫組分。HCN和C0S可以經(jīng)由水解反應(yīng)器6.2. 2除去，酸性氣體 (例如H2S )然后可以從該氣流6. 2. 3吸收并經(jīng)由例如，克勞斯法6. 7. 2，
可以轉(zhuǎn)變成元素硫然后轉(zhuǎn)變成硫酸。通常，克勞斯法通過在催化劑存 在下燃燒H2S并從所得的蒸氣中作為冷凝物回收硫產(chǎn)生元素硫。硫化氫(H2S)是有臭味、腐蝕性、高毒性的氣體。H2S通常在天然氣中發(fā)現(xiàn)并 且還在煤發(fā)電站制造，尤其是如果該煤炭含大量硫化合物時更如此。 因為H2S是這樣一種令人討厭的物質(zhì)，所以在其中產(chǎn)生它的大多數(shù)場所 將它轉(zhuǎn)變成無毒和有用的元素硫。克勞斯>5克回收裝置可以與各種尾氣 裝置結(jié)合，例如Beavon尾氣裝置和選擇性胺尾氣裝置。對于采用重 質(zhì)殘渣和含大量硫的焦炭操作的鍋爐，以^L酸形式回收硫變成一個有 吸引力的替代方案。如所提及的那樣，通過增加硫含量改進了方法經(jīng) 濟性，這歸因于反應(yīng)熱的回收和硫的銷售價值(在這種情況下，硫酸 產(chǎn)品)。也可以通過濕硫酸(WSA)方法(Tops(j)e)從煤氣中提取呈硫 酸形式的硫。簡而言之，WSA方法是作為第一階段將H2S和CS2轉(zhuǎn)化成S02 的催化方法。然后將S02轉(zhuǎn)化成S03，并且該S03與水蒸汽反應(yīng)并冷凝為 具有商品質(zhì)量的濃硫酸(取決于實際的設(shè)計條件，94-97wt%)。通過 這種方法可以處理各種含疏排出物例如富硫化氫的氣體、克勞斯法 尾氣和鍋爐煙道氣。該方法還適合于處理具有高烴含量的含硫氣體。 WSA方法可以與克勞斯法同時使用。在Smoven方法中，將煤氣輸入含Zn 基吸附劑的夾帶流動反應(yīng)器，在此硫組分被吸收，得到流過的清潔合 成氣。當用硫飽和時，或當反應(yīng)性不足以用于實際脫硫時，硫化物的 吸附劑流到分離反應(yīng)器，其中在富氧的氣氛中將它再生。然后將再生 的吸附劑輸送回到該夾帶流動反應(yīng)器以參與另一個吸附循環(huán)。該再生 反應(yīng)產(chǎn)生富含S02的尾氣，該尾氣可以用于生產(chǎn)元素硫、液態(tài)S02或硫酸。 除去硫化氬的其它方法包括用碳酸鉀溶液吸收、用氨溶液吸收或用一 乙醇胺溶液吸收。
轉(zhuǎn)到圖7， 一般地，分解蒸餾的產(chǎn)品范圍包括以下燃料氣體；輕 汽油；石腦油；煤油；柴油和殘油7.5。
液態(tài)餾出物餾分或"合成原油"可以進一步經(jīng)由 一種或多種升級方 法精煉。 一種這樣的升級方法是分餾7. 2。其它升級方法包括裂化法和 加氬處理法7. 4。在精煉開始之前，可以為儲存的合成原油清除掉污染 物如沙子和水并且如果需要的話可以經(jīng)由熱交換方法如讓該合成原油 經(jīng)由管子穿過或流到熱產(chǎn)生體來進行預(yù)先加熱?？梢匀缦聦⒓訜岬暮铣稍蜕壥褂脽醽懋a(chǎn)生合成原油的化學(xué) 分裂，形成燃燒氣體(爐子燃料氣體)、液體產(chǎn)物和殘油(固體、通 常最終作為柏油的復(fù)雜烴)?？梢栽跉錃獾姆謮捍嬖谙峦ㄟ^催化加氫 將合成原油升級(7. 4 )。催化加氫需要的氫氣可以通過合成氣的蒸汽 重整7. 3產(chǎn)生或可以例如，由過熱蒸汽與熱焦化殘余物的反應(yīng)產(chǎn)生。
一般而言，在精煉方法中，烴分子越長，沸點越高。煮出氣油必 須的溫度可能僅是40攝氏度而重瓦斯油可能需要超過400攝氏度的溫 度。物質(zhì)的不同沸點可以用來通過分級裝置如分餾塔中的分餾7. 2將它 們分級分離。例如，產(chǎn)生了以下物質(zhì)(最輕到最重或塔頂?shù)剿? 廢氣、直餾汽油(由長度大約5-大約10個碳的分子組成)、煤油餾分 (具有長度大約11-大約15個碳的分子)、輕瓦斯油(大約13-大約17 個碳)和重瓦斯油(大約18-大約25個碳)，用于潤滑油。
在塔上相隔一定距離設(shè)置的收集塔板根據(jù)產(chǎn)物的密度收集它們， 其中最小密度的產(chǎn)物如廢氣和直餾汽油在更接近該分餾塔頂部被俘獲 和虹吸抽出，更重質(zhì)材料如瓦斯油在更接近塔的底部取得。
然而，重質(zhì)殘油(26-超過60個碳)可以經(jīng)受甚至更加精煉處理。 該殘油可以在真空塔中接收更多加熱，在那里，可以從其中提煉輕質(zhì) 真空瓦斯油和重質(zhì)真空瓦斯油。焦油固體可以傳送穿過另一個熱交換 然后經(jīng)受加氫裂化法7. 4。例如，殘油可以經(jīng)受壓力、熱、催化劑和氫 氣處理(其幫助分解該殘油中的極其復(fù)雜的烴粘結(jié)料)。產(chǎn)生了另外 的氣體和液體。該氣體包括可以從中提取硫的硫化氫和可以收集用 作爐子燃料的氣體。將收集的液體重新導(dǎo)回到分級裝置。分餾的產(chǎn)物
可以經(jīng)受進一步升級處理如加氫處理和加氫裂化，并且加氫處理和加 氫裂化的產(chǎn)物也可以進一步經(jīng)受分餾處理。
加氫處理裝置是精煉廠中的一種"升級"方法裝置，它用來處理產(chǎn) 物如氣油、煤油和柴油和中間體如瓦斯油。加氫處理裝置使用氫氣來 飽和芳族化合物和烯烴以及除去元素如^L和氮的不希望的化^^物。
加氬處理裝置的典型的主要構(gòu)件是加熱器、固定床催化反應(yīng)器和 氫氣壓縮機。催化劑促進氫氣與硫化合物如硫醇的反應(yīng)以產(chǎn)生硫化氫或H2S，然后通常將該硫化氫或H2S排出并在胺處理器中用胺處理。氫氣 還使烴雙鍵飽和，這幫助提高燃料的穩(wěn)定性。
加氫裂化器是稍微類似的升級精煉廠裝置，它使用更高的程度如 更強的催化劑和更高的壓力以將烴分子裂化成更小的那些，例如將瓦 斯油和柴油機轉(zhuǎn)化成更輕的烴如汽油調(diào)合料和丁烷。加氫裂化器通常 具有加氫處理裝置作為第一個步驟以除去可能充當加氫裂化催化劑毒 物的硫和氮化合物。
加氫裂化由于升高的氫分壓存在而得到幫助。這種方法的產(chǎn)物是 飽和烴類。這種反應(yīng)方法的產(chǎn)物取決于使用的反應(yīng)條件(溫度、壓力、 催化劑活性)。產(chǎn)物可以從乙烷和LPG到更重質(zhì)的烴如異鏈烷烴。加氫 裂化可以被雙功能催化劑促進，該雙功能催化劑能夠使烴鏈重排和斷 裂以及將氫添加到芳香烴和烯烴上以產(chǎn)生萘和烷烴。
加氫裂化的主要產(chǎn)物是航空煤油、柴油機、較高辛烷值汽油餾分 和LPG。這些產(chǎn)物可以具有非常低的硫和其它污染物含量。衍生自合成 原油的燃料烴可以包括各種精煉的石油產(chǎn)品。例如，氣油包含許多烴 類， 一些雜環(huán)化合物。該烴類主要是沸點為23-20(TC的C廣Cu碳鏈和氫 原子。石油工程師通常將烴分為三組，鏈烷烴(直鏈和環(huán)狀飽和烴類 即，不存在雙鍵)，烯烴(不飽和烴，即含雙鍵的化合物)和芳族化 合物(由苯環(huán)構(gòu)成的化合物)。氣油的精確組成非常不同并且取決于 其原油來源和制造方法。苯、曱苯、乙苯和二甲苯(BTEX)可以經(jīng)由 蒸餾法出現(xiàn)在氣油中并且由于它們的抗爆特性和辛烷提高還被添加。 BTEX化合物可以構(gòu)成氣油的大約16wtl
柴油由沸點在大約200-大約300。C之間的烴組成。柴油與氣油相比 包含更多碳數(shù)可以為大約10-大約19的烴。燃料油是用于各種石油產(chǎn)品 的術(shù)語。燃料油包括煤油、火爐油、爐用燃料油、柴油和船用油。船 用油是用來給船提供能量的重質(zhì)燃料油。燃料油可以是餾出物油如柴 油、煤油、爐用燃料油和火爐油，或殘渣油如船用油。餾出物油是在 蒸餾法期間由原油蒸發(fā)和冷凝的，并因此具有確定的沸點范圍。殘渣 油包含原油蒸餾的殘余物。結(jié)果，殘渣油包含高沸點和柏油質(zhì)組分。例如，航空煤油通常由調(diào)合石腦油、氣油和煤油根據(jù)軍隊和商用航空 設(shè)置的規(guī)格制造的。航空煤油的組成將取決于來源和制造方法顯著地 不同。
轉(zhuǎn)到圖8，示出了集成能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的示意圖，包括具有蒸餾甑的 蒸餾設(shè)備2. 0,包括鍋爐的發(fā)電站4. 1，輸送焦化殘余物的裝置3. 1，和 餾出物蒸氣的收集裝置5. 1。 一般而言，熱焦化物從蒸餾甑的底部離開 并被輸送到發(fā)電站的鍋爐。如圖9的替代示意圖所示，熱焦化物可以經(jīng) 由雙閥門系統(tǒng)輸送，其中2. Ol處的開口打開以允許焦化殘余物進入到 由3. l表示的中間輸送部分中。中間輸送部分的尺寸將取決于正在干餾 過程期間熱解的煤炭的量。2. 02處的閥門打開以允許該焦化殘余物進 入發(fā)電站鍋爐。此種閥門系統(tǒng)稱為雙放卸閥系統(tǒng)。該焦化殘余物可以 經(jīng)由如圖8 3. l處所示的輸送機部分輸送。該焦化物在2. Ol離開該蒸餾 甑并在2. 02處被輸送到輸送機3. l上。在3. l處的輸送機可以是呈為熱 焦化物的輸送提供重力幫助的角度的管子。焦化物從蒸餾甑輸送到輸 送才幾還可以是雙閥門方法如采用雙放卸閥。鎦出物蒸氣離開該蒸餾甑 并經(jīng)由熱交換冷凝。如此前所論述，取決于由熱交換方法達到的溫度 降低，可以存在獨立的其它液態(tài)烴餾分，添加到氣態(tài)餾分中。氣體可 以繼續(xù)穿過該腔室5. l用于進一步加工。收集液體餾出物殘余物(S. 1) 并進一步加工該烴餾分用于升級。可以將烴餾出物輸送(5. 10)用于 在蒸餾塔(20.0)中通過分餾(20.2)升級以提供烴餾分作為最終產(chǎn) 物或者可以將材料進一步升級，或者，可以將液態(tài)烴餾出物餾分輸送 例如通過管道(5. 12)，直接地從5. l輸送到加氫裂化設(shè)備加以裂化， 任選地放在加氫處理之前。然后可以將加氫裂化餾出物輸送(5.14) 到蒸餾塔(20. 0 )并進一步分餾以提供合成燃料7. 5。 20. l處的箭頭方 向表示不同烴餾分的不同沸點的范圍。20. 2處的垂直箭頭表示正在排 出(分離)的不同沸點餾分。
權(quán)利要求
1. 由含碳材料產(chǎn)能的方法，包括(i) 在蒸餾設(shè)備中在降低的氧氣氛下加熱該含碳材料以產(chǎn)生餾出 物蒸氣；(ii) 將所得的餾出物蒸氣加工；(i i i)將該焦化殘余物從該蒸餾設(shè)備輸送到發(fā)電站鍋爐；和 (iv)在該發(fā)電站鍋爐中燃燒該焦化殘余物以產(chǎn)生電能。
2. 權(quán)利要求1的方法，其中該焦化殘余物在蒸餾設(shè)備中加熱而保持 熱量的同時將該焦化殘余物輸送到發(fā)電站鍋爐。
3. 權(quán)利要求1的方法，其中通過雙放卸閥、管子和輸送機中的一種 或多種將該焦化殘余物從蒸餾設(shè)備輸送到流化床發(fā)電站鍋爐。
4. 權(quán)利要求l-3中任一項的方法，其中該焦化物在輸送過程中的流 動經(jīng)由雙放卸閥、螺桿、振動、壓縮空氣、重力、耐熱皮帶輸送機、 鏈式輸送機、振動輸送機如振動溜管輸送機、高溫旋轉(zhuǎn)閥或它們的任 何結(jié)合控制。
5. 權(quán)利要求1的方法，其中，將該含碳材料加熱到400-70(TC。
6. 權(quán)利要求1的方法，其中該含碳材料在蒸餾設(shè)備中的加熱在蒸餾 甑中進行。
7. 權(quán)利要求l-6中任一項的方法，其中在大約300-大約700。C溫度下將該焦化殘余物從該蒸餾甑輸送到該發(fā)電設(shè)備鍋爐。
8. 權(quán)利要求l-7中任一項的方法，其中該含碳材料選自煤炭，洗煤 次品，低質(zhì)量煤炭如褐煤，油頁巖和它們的任何結(jié)合物。
9. 權(quán)利要求8的方法，其中該含碳材料是煤炭。
10. 權(quán)利要求9的方法，其中該煤炭小于l. 0%的平均最大鏡質(zhì)體反 射率。
11. 權(quán)利要求9或權(quán)利要求10中任一的方法，其中該煤炭是高殼質(zhì) 煤素質(zhì)煤炭。
12. 權(quán)利要求1的方法，其中在減壓下加熱該含碳材料。
13. 權(quán)利要求1的方法，其中步驟(i)還包括添加過熱蒸汽。
14. 權(quán)利要求1的方法，其中通過熱交換加工該餾出物蒸氣。
15. 權(quán)利要求14的方法，其中通過熱交換降低該餾出物蒸氣的溫度。
16. 權(quán)利要求15的方法，其中將該餾出物蒸氣的溫度降低到小于大 約150。C。
17. 權(quán)利要求16的方法，其中一部分餾出物蒸氣冷凝以提供烴餾出 物鎦分。
18. 權(quán)利要求1的方法，其中將該餾出物蒸氣的溫度降低到小于大 約30。C'
19. 權(quán)利要求18的方法，其中一部分餾出物蒸氣冷凝以提供液體餾 出物餾分。
20. 權(quán)利要求19的方法，其中該液體餾出物餾分包括含水餾出物餾 分和烴餾出物餾分。
21. 權(quán)利要求20的方法，其中將該含水餾出物餾分和烴餾出物餾分 彼此分離。
22. 權(quán)利要求21的方法，其中通過離心分離將該烴餾出物餾分與該 含水餾出物餾分分離。
23. 權(quán)利要求17、 21或22中任一項的方法，還包括以下步驟將該 烴餾出物餾分升級。
24. 權(quán)利要求23的方法，其中該升級通過分餾、加氬處理和加氫裂 化中一種或多種進行。
25. 集成能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，包括(v) 用于將含碳材料分解蒸餾以提供餾出物和焦化殘余物的蒸餾設(shè)備；(vi) 發(fā)電站；(vii) 將該焦化殘余物從蒸餾設(shè)備輸送到發(fā)電站的同時仍保持該 焦化殘余物中的分解蒸餾的熱量的裝置；和(viii) 餾出物的收集裝置。
26. 權(quán)利要求25的系統(tǒng)，其中該發(fā)電站是流化床發(fā)電站。
全文摘要
由含碳材料產(chǎn)生能量的混合方法，包括以下步驟在蒸餾設(shè)備中在降低的氧氣氛下加熱該含碳材料以產(chǎn)生餾出物蒸氣；將所得的餾出物蒸氣加工；將該焦化殘余物從該蒸餾設(shè)備輸送到發(fā)電站鍋爐；和在該發(fā)電站鍋爐中燃燒該焦化殘余物以產(chǎn)生電能。在該焦化殘余物由于在蒸餾設(shè)備中的加熱而保持發(fā)熱的同時將該焦化殘余物輸送到發(fā)電站鍋爐。集成能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，包括用于將含碳材料分解蒸餾以提供餾出物蒸氣和焦化殘余物的蒸餾設(shè)備；發(fā)電站鍋爐；將處于300-700℃的溫度的焦化殘余物從蒸餾設(shè)備輸送到床發(fā)電站的裝置；和餾出物蒸氣的收集裝置。
文檔編號C10B57/00GK101313051SQ200680039504
公開日2008年11月26日 申請日期2006年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月8日
發(fā)明者E·科羅斯 申請人:千年合成燃料有限責(zé)任公司