用于產(chǎn)生代用天然氣的方法和設(shè)備的制造方法
【專利說明】用于產(chǎn)生代用天然氣的方法和設(shè)備
[0001 ] 本申請是申請?zhí)枮?01010171604.4、申請日為2010年4月22日、發(fā)明名稱為“用于產(chǎn)生代用天然氣的方法和設(shè)備”的發(fā)明專利申請的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本文公開的主題涉及代用天然氣的產(chǎn)生。
【背景技術(shù)】
[0003]—般而言，整體氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)動力裝置能夠相對清潔和有效地從各種碳?xì)浠衔锝o料(如煤)產(chǎn)生能量。IGCC技術(shù)可通過在氣化器中與氧氣和蒸汽的反應(yīng)而將碳?xì)浠衔锝o料轉(zhuǎn)換成一氧化碳(CO)和氫氣(H2)的氣體混合物，S卩，合成氣?？蓪⑦@些氣體清潔、處理并用作常規(guī)聯(lián)合循環(huán)動力裝置中的燃料。例如，可將合成氣輸送到IGCC動力裝置的燃?xì)鉁u輪的燃燒器中并點(diǎn)燃以驅(qū)動燃?xì)鉁u輪用于發(fā)電。
[0004]然而，合成氣可進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成代用天然氣(SNG)，可將該代用天然氣輸送到新的或已有(改裝)的天然氣聯(lián)合循環(huán)(NGCC)動力裝置的燃?xì)鉁u輪的燃燒器中并點(diǎn)燃以驅(qū)動燃?xì)鉁u輪用于發(fā)電，以及用于成品SNG的普通銷售。從合成氣產(chǎn)生SNG是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，具有大量步驟以及轉(zhuǎn)換單元，其獨(dú)立建造和/或維護(hù)的費(fèi)用是昂貴的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]將與原始要求保護(hù)的發(fā)明的范圍相稱的特定實(shí)施例歸納如下。這些實(shí)施例并非意圖限制要求保護(hù)的發(fā)明的范圍，相反，這些實(shí)施例僅意圖提供本發(fā)明的可能形式的簡要概括。實(shí)際上，本發(fā)明可包含可與以下闡述的實(shí)施例相似或不同的多種形式。
[0006]在第一實(shí)施例中，一種系統(tǒng)包括代用天然氣(SNG)生產(chǎn)系統(tǒng)，該生產(chǎn)系統(tǒng)包括多級反應(yīng)器，該多級反應(yīng)器包括水氣變換(WGS)反應(yīng)器、甲烷化反應(yīng)器、經(jīng)過WGS反應(yīng)器和甲烷化反應(yīng)器二者的氣體流動路徑，以及具有WGS反應(yīng)器和甲烷化反應(yīng)器二者的單個單元。
[0007]在第二實(shí)施例中，一種系統(tǒng)包括多級反應(yīng)器，該多級反應(yīng)器包括水氣變換(WGS)反應(yīng)器、配置成在WGS反應(yīng)器中的WGS反應(yīng)之后從合成氣去除硫化氫的酸性氣體去除(AGR)系統(tǒng)、配置成在通過AGR系統(tǒng)去除酸性氣體之后從合成氣產(chǎn)生甲烷的無酸甲烷化反應(yīng)器，以及具有WGS反應(yīng)器、AGR系統(tǒng)和甲烷化反應(yīng)器的單個單元。
[0008]在第三實(shí)施例中，一種系統(tǒng)，包括多級反應(yīng)器，該多級反應(yīng)器包括水氣變換(WGS)反應(yīng)器、配置成在未預(yù)先去除酸性氣體的情況下產(chǎn)生甲烷的酸性甲烷化反應(yīng)器，以及具有WGS反應(yīng)器和甲烷化反應(yīng)器二者的單個單元。
【附圖說明】
[0009]當(dāng)參照附圖閱讀以下詳細(xì)描述時(shí)，本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更好理解，全部附圖中相同的符號代表相同的部件，其中:
圖1是代用天然氣(SNG)生產(chǎn)系統(tǒng)的一個實(shí)施例的示意性框圖； 圖2是代用天然氣(SNG)生產(chǎn)系統(tǒng)的另一實(shí)施例的示意性框圖；
圖3是如圖2的線3-3內(nèi)所示的圖2的WGS-甲烷化反應(yīng)器的示意性框圖；
圖4是代用天然氣(SNG)生產(chǎn)系統(tǒng)的另一實(shí)施例的示意性框圖；
圖5是如圖4的線5-5內(nèi)所示的圖4的WGS-甲烷化反應(yīng)器的示意性框圖；
圖6是代用天然氣(SNG)生產(chǎn)系統(tǒng)的另一實(shí)施例的示意性框圖；
圖7是如圖6的線7-7內(nèi)所示的圖6的WGS-甲烷化反應(yīng)器的示意性框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]下面將描述本發(fā)明的一個或多個特定實(shí)施例。為了致力于提供這些實(shí)施例的簡明描述，說明書中可能未描述實(shí)際實(shí)施方案的所有特征。應(yīng)當(dāng)理解的是，在任何此類實(shí)際實(shí)施方案的開發(fā)過程中，與任何工程或設(shè)計(jì)方案一樣，必須作出許多針對實(shí)施方案的決定以實(shí)現(xiàn)開發(fā)者的特定目標(biāo)，例如服從系統(tǒng)相關(guān)和商業(yè)相關(guān)的約束，其可能因?qū)嵤┓桨付?。此夕卜，?yīng)當(dāng)理解的是，此類開發(fā)努力可能是復(fù)雜和耗時(shí)的，但對于受益于本公開內(nèi)容的技術(shù)人員來說無非是日常的設(shè)計(jì)、制作和制造工作。
[0011 ]當(dāng)介紹本發(fā)明的各種實(shí)施例的元件時(shí)，冠詞“一”、“一個”、“該”和“所述的”意指存在一個或多個元件。用語“包含”、“包括”和“具有”意圖是包括性的并意味著可存在有別于所列元件的另外的元件。
[0012]本公開內(nèi)容涉及一種用于從合成氣產(chǎn)生代用天然氣(SNG)的生產(chǎn)系統(tǒng)和方法。SNG可以是主要含有可從燃料源(如煤或生物質(zhì))產(chǎn)生的甲烷的氣體。用于產(chǎn)生SNG的生產(chǎn)系統(tǒng)可包括復(fù)合的水-氣變換(WGS)-甲烷化反應(yīng)器，其將WGS反應(yīng)器和甲烷化反應(yīng)器二者組合在單個單元中。換句話說，WGS反應(yīng)器和甲烷化反應(yīng)器可完全結(jié)合在一起而不是使用分離的單元。WGS-甲烷化反應(yīng)器可通過無酸WGS或酸性WGS配置操作，也就是說，在一氧化碳與水(例如，蒸汽)反應(yīng)以形成二氧化碳和氫氣的WGS反應(yīng)之前已從合成氣去除硫的情況下操作，或在WGS反應(yīng)期間合成氣中存在硫的情況下操作。同樣，甲烷化反應(yīng)器可通過無酸或酸性配置操作，也就是說，在將合成氣轉(zhuǎn)換成富含SNG的氣體之前已從其去除硫的情況下操作，或在將合成氣轉(zhuǎn)換成富含SNG的氣體時(shí)合成氣中存在硫的情況下操作。這樣，WGS-甲烷化反應(yīng)器可利用原質(zhì)合成氣(含硫的合成氣)或清潔合成氣(不含硫的合成氣)操作。另外，可聯(lián)合結(jié)合了酸性WGS反應(yīng)器和無酸甲烷化反應(yīng)器的WGS-甲烷化反應(yīng)器利用酸性氣體去除系統(tǒng)。
[0013]圖1基于上下文示出了代用天然氣(SNG)生產(chǎn)系統(tǒng)100JGCC系統(tǒng)100的元件可包括燃料源102，諸如固體供料，其可用作用于生產(chǎn)SNG的能量源。燃料源102可包括煤、石油焦、生物質(zhì)、木質(zhì)材料、農(nóng)業(yè)廢料、焦油、焦?fàn)t氣和瀝青，或其它含碳物。
[0014]燃料源102的固體燃料可傳遞至給料、氣化和凈化系統(tǒng)104。給料、氣化和凈化系統(tǒng)104可包括若干子系統(tǒng)。例如，給料、氣化和凈化系統(tǒng)104可包括給料制備子系統(tǒng)，其例如可通過斬切(chopping)、碾磨、切碎、粉碎、壓塊或裝運(yùn)燃料源102來調(diào)整燃料源102的大小或再成形燃料源102以產(chǎn)生給料。另外，可向給料制備子系統(tǒng)中的燃料源102添加水或其它合適的液體以形成漿狀給料。在其它實(shí)施例中，不向給料制備子系統(tǒng)中的燃料源添加液體，從而形成干燥的給料。
[0015]給料可從給料制備子系統(tǒng)傳遞到給料、氣化和凈化系統(tǒng)104的氣化子系統(tǒng)。氣化子系統(tǒng)可將給料轉(zhuǎn)換成一氧化碳和氫氣的組合物，例如，合成氣。該轉(zhuǎn)換可通過將給料置于受控量的蒸汽和氧氣中來完成，該蒸汽和氧氣處于升高的壓力，例如，從大約20巴至85巴，以及升高的溫度，例如大約700攝氏度至1600攝氏度，取決于氣化子系統(tǒng)中所用的氣化器的類型。氣化過程還可包括給料經(jīng)歷高溫分解過程，從而加熱給料。在高溫分解過程期間氣化子系統(tǒng)的氣化器內(nèi)部的溫度可在大約150攝氏度至700攝氏度的范圍內(nèi)，取決于用來產(chǎn)生給料的燃料源102。給料在高溫分解過程期間的加熱可產(chǎn)生固體，如焦炭，以及殘余氣體，如一氧化碳、氫氣和氮?dú)?。從來自高溫分解過程的給料剩余的焦炭可僅占原始給料的重量的大約30%。
[0016]氣化子系統(tǒng)中然后可發(fā)生燃燒過程。為了協(xié)助該燃燒過程，可從空氣分離單元(ASU) 106向氣化子系統(tǒng)供應(yīng)氧氣。ASU 106可操作而通過例如可為低溫的或可利用變壓吸附(PSA)的蒸餾技術(shù)將空氣分離成組分氣體。ASU 106可從向其供應(yīng)的空氣分離氧氣并可將分離的氧氣傳送至氣化子系統(tǒng)。另外，ASU 106可分離例如氮?dú)?，以進(jìn)行收集或進(jìn)一步用于產(chǎn)生動力。
[0017]相應(yīng)地，由氣化子系統(tǒng)從ASU106接收的氧氣用于燃燒。燃燒可包括將氧氣引導(dǎo)至焦炭和殘余氣體使得焦炭和殘余氣體與氧氣反應(yīng)而形成二氧化碳和一氧化碳，從而為隨后的氣化反應(yīng)提供熱量。燃燒過程期間的溫度可在大約700攝氏度至1600攝氏度的范圍內(nèi)。接下來，可在氣化步驟期間將蒸汽導(dǎo)入氣化子系統(tǒng)中。焦炭可與二氧化碳和蒸汽反應(yīng)以產(chǎn)生大約800攝氏度至1100攝氏度的溫度范圍的一氧化碳和氫氣。實(shí)質(zhì)上，氣化器利用蒸汽和氧氣以允許一些給料燃燒而產(chǎn)生二氧化碳和能量，從而驅(qū)使主反應(yīng)將給料進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成氫氣和另外的一氧化碳。
[0018]這樣，通過氣化器氣化子系統(tǒng)制造了合成氣體。該合成氣體可包括大約85%的一氧化碳和氫氣，以及014、11(:1、冊、順3、!0^、0)3和H2S(基于給料的硫含量)。該合成氣體可稱為原質(zhì)合成氣。氣化子系統(tǒng)還產(chǎn)生廢料，諸如熔渣108，其可為濕灰塵材料。
[0019]可通過給料、氣化和凈化系統(tǒng)104的凈化子系統(tǒng)從氣化子系統(tǒng)去除該熔渣108。熔渣108例如可被處理作為路基，或作為另一種建筑材料。另外，凈化子系統(tǒng)可通過從原質(zhì)合成氣去除任何顆粒物質(zhì)(如濕灰塵)而清潔原質(zhì)合成氣。
[0020]然后可使原質(zhì)合成氣傳遞到WGS反應(yīng)器110 JGS反應(yīng)器110可執(zhí)行WGS反應(yīng)，其中一氧化碳與水(例如，蒸汽)反應(yīng)以形成二氧