煤氣化和甲烷化反應(yīng)工藝中的熱集成的制作方法
【專利說明】煤氣化和甲烷化反應(yīng)工藝中的熱集成
[0001]本申請為2010年I月6日提交的專利申請“煤氣化和甲烷化反應(yīng)工藝中的熱集成”(申請?zhí)?201010003822.7，申請人:通用電氣公司)的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本公開的主題涉及甲烷化，尤其是涉及甲烷化反應(yīng)工藝中的與煤氣化工藝相集成的熱回收。
【背景技術(shù)】
[0003]甲烷化是一種物理化學(xué)工藝，從來自生物質(zhì)發(fā)酵或熱化學(xué)氣化的各種氣體的混合物中產(chǎn)生甲烷。其主要成分是一氧化碳和氫。甲烷化工藝需要4與CO的比例為3:1的清潔的合成氣體(合成氣)以向反應(yīng)器供給。合成氣通常在氣化器中產(chǎn)生。在合成氣為供給產(chǎn)物的情況下，甲燒化可產(chǎn)生合成天然氣(synthetic natural gas，SNG)。
[0004]目前，大多數(shù)甲烷化工藝是獨立的工藝，其包括氣化部分和甲烷化部分。具備部分熱回收的典型的氣化工藝產(chǎn)生仏與CO的比例約為0.95至1.0的合成氣。在氣化器的下游加入觸媒轉(zhuǎn)化反應(yīng)器，以轉(zhuǎn)化CO與4的比例。轉(zhuǎn)化需要濕潤的合成氣，且蒸汽與干燥氣體的比例約為1.1至2.2 (隨著觸媒效率的類型而改變)。傳統(tǒng)上，因為從輻射合成氣體冷卻器(radiant synthesis gas cooler，RSC)的驟冷器離開的合成氣不具有足夠的濕氣，所以添加蒸汽至轉(zhuǎn)化反應(yīng)工藝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提出了一種聯(lián)合的甲烷化和蒸汽渦輪機的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括甲烷化部分和蒸汽渦輪機部分。甲烷化部分包括:第一甲烷化反應(yīng)器，具有配置成接收合成氣體的輸入和輸出；第二甲烷化反應(yīng)器，具有聯(lián)接到第一甲烷化反應(yīng)器的輸出上的輸入和輸出；第三甲烷化反應(yīng)器，具有聯(lián)接到第二甲烷化反應(yīng)器的輸出上的輸入和輸出；以及低壓過熱器，聯(lián)接在第二反應(yīng)器和第三反應(yīng)器之間，加熱低壓蒸汽。蒸汽渦輪機部分包括低壓蒸汽渦輪機，該低壓蒸汽渦輪機具有聯(lián)接到低壓過熱器的輸出上的輸入。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種發(fā)電廠。該發(fā)電廠包括甲烷化部分和蒸汽渦輪機部分。該甲烷化部分包括:第一甲烷化反應(yīng)器，具有配置成接收合成氣體的輸入和輸出；第二甲烷化反應(yīng)器，具有聯(lián)接到第一甲烷化反應(yīng)器的輸出上的輸入和輸出；第三甲烷化反應(yīng)器，具有聯(lián)接到第二甲烷化反應(yīng)器的輸出上的輸入和輸出；以及低壓過熱器，聯(lián)接在第二反應(yīng)器和第三反應(yīng)器之間，加熱低壓蒸汽。蒸汽渦輪機部分包括低壓蒸汽渦輪機，該低壓蒸汽渦輪機具有聯(lián)接到低壓過熱器的輸出上的輸入。
[0007]通過以下結(jié)合附圖的描述，本發(fā)明的這些和其他的優(yōu)點和特征將變得清楚。
【附圖說明】
[0008]被認為是發(fā)明的本主題被特別指出并在所附權(quán)利要求中被明確主張。本發(fā)明的上述及其他的特征和優(yōu)點通過以下結(jié)合附圖的詳細描述而變得清楚，其中:
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的氣化工藝的示意圖；以及圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的聯(lián)合的甲烷化和蒸汽渦輪機系統(tǒng)的示意圖。
[0009]通過參照附圖的示例，詳細的描述解釋了本發(fā)明的實施例，以及優(yōu)點和特征。
[0010]部件列表
102合成氣熱回收和微粒清洗系統(tǒng) 104氣化器
105集成的RSC/驟冷器
106 RSC部分
108驟冷器部分
110合成氣洗滌器
114第一泵
116第二泵
112 轉(zhuǎn)化/LTGC
200聯(lián)合的甲烷化和動力島蒸汽渦輪機工藝系統(tǒng)
202甲烷化部分
204動力島
206低壓過熱器
208第一高壓節(jié)熱器
210第二高壓節(jié)熱器
236高壓過熱器
212預(yù)熱器
120酸性氣體去除器
214第一甲烷化反應(yīng)器
216第二甲烷化反應(yīng)器
218第三甲烷化反應(yīng)器
220閃蒸罐
222方向箭頭
224冷凝劑輸出箭頭
112轉(zhuǎn)化反應(yīng)器
204蒸汽渦輪機部分
230高壓蒸汽渦輪機
232中壓蒸汽渦輪機
234低壓蒸汽渦輪機
236高壓過熱器
238回收處理器
256脫氣器
262 LP 泵
252后處理部分 254冷凝器 258中壓節(jié)熱器 260第一泵 264第三泵。
【具體實施方式】
[0011]本發(fā)明的實施例致力于一種用于熱回收的輻射合成氣體冷卻器(RSC)/SGC (Syngas cooler:合成氣冷卻器)，該熱回收來自集成有驟冷的氣化器，該驟冷具備相關(guān)控制以獲取所需的蒸汽與干燥氣體的比例。該實施例可允許消除需要添加到轉(zhuǎn)化觸媒的額外蒸汽。本發(fā)明的實施例也可引入一種新的工藝方案，其用于氣化與具有聯(lián)接的蒸汽渦輪機/動力島的甲烷化工藝的熱回收集成。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種新的聯(lián)接有RSC/SGC (Radiant Syngascooler/Syngas cooler:福射合成氣冷卻器/合成氣冷卻器)的氣化器的優(yōu)化設(shè)計，該氣化器的下游聯(lián)接有驟冷腔/洗滌器，該驟冷腔/洗滌器具備相關(guān)控制，以給出蒸汽與干燥氣體比的1-2.2的比例的優(yōu)化比，允許使用第三部分的觸媒的轉(zhuǎn)化，從此降低對于轉(zhuǎn)化觸媒的傳統(tǒng)蒸汽引入的成本/需要。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了聯(lián)合有甲烷化和蒸汽渦輪機系統(tǒng)的優(yōu)化的氣化工藝。該系統(tǒng)包括氣化部分、甲烷化部分以及蒸汽渦輪機部分。甲烷化部分包括第一甲烷化反應(yīng)器和第二甲烷化反應(yīng)器，第一甲烷化反應(yīng)器具有配置成接收合成氣體的輸入和輸出，第一反應(yīng)器的輸出聯(lián)接到HP過熱器上，第二甲烷化反應(yīng)器具有聯(lián)接到HP過熱器的輸出上的輸入和輸出，第二甲烷化反應(yīng)器聯(lián)接到LP過熱器和HP節(jié)熱器#2上。HP節(jié)熱器#2的輸出與第三甲烷化反應(yīng)器的入口聯(lián)接。第三甲烷化反應(yīng)器的出口與HP節(jié)熱器#1聯(lián)接。蒸汽渦輪機部分包括高/中壓和低壓的蒸汽渦輪機，該蒸汽渦輪機具有聯(lián)接到高/低壓過熱器的輸出上的輸入。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種具備氣化/甲烷化工藝的集成動力島。該發(fā)電廠包括MP節(jié)熱器、脫氣器、冷凝器以及具備高壓和低壓提取的蒸汽渦輪機。使用甲烷化反應(yīng)器#2的出口處的可用能量，使氣化島中的LTGC(Low Temperature gas cooling:低溫氣體冷卻)中的凈低壓蒸汽在甲烷化工藝中過熱。該過熱的LP蒸汽被引入動力島中的LP蒸汽渦輪機。來自LP蒸汽渦輪機的提取蒸汽被用來約束脫氣器。氣化工藝中的來自合成氣冷卻器的高壓蒸汽在甲烷化工藝中過熱，并被引入HP蒸汽渦輪機。來自HP蒸汽渦輪機的提取蒸汽被用于節(jié)省氣化島中的大部分SRU (Sulfur Recovery unit:硫回收單元)工藝所需的中壓￠00-800 psig)鍋爐給水。
[0015]如以上廣泛討論的那樣，甲烷化工藝需要被供給至甲烷化部分(包括一個或多個甲烷化反應(yīng)器)的4與CO的比例為3:1的清潔的合成氣。具備部分熱回收工藝的典型的氣化產(chǎn)生4與CO的比例約為0.95至I的合成氣。為了提高112與CO的比例，在氣化器的下游加入觸媒轉(zhuǎn)化反應(yīng)器，以轉(zhuǎn)化CO與4的比例。為了正常地運行，轉(zhuǎn)化反應(yīng)器需要大約1.1至大約2.2 (該值可根據(jù)觸媒效率而變化)的蒸汽與干燥氣體的比例。在現(xiàn)有技術(shù)中，這可能需要將蒸汽添加到轉(zhuǎn)化反應(yīng)器中，因為在驟冷器中驟冷的RSC輸出不具有所需范圍內(nèi)的蒸汽與干燥氣體的比例。即，在傳統(tǒng)上，將蒸汽添加到轉(zhuǎn)化反應(yīng)工藝中，因為從接收RSC的輸出的驟冷器離開的合成氣不具有足夠的濕氣。
[0016]本發(fā)明的實施例可包括一種具備RSC/SGC的優(yōu)化設(shè)計的氣化器，該RSC/SGC與下游的驟冷/洗滌器和相關(guān)控制集成。在一個實施例中，集成的RSC/驟冷器以其輸出具有所需的蒸汽與干燥氣體的比例的方式運行。例如，蒸汽與干燥氣體的比例可為大約1.1至大約2.2。在一個實施例中，這可通過增加離開RSC/SGC而到達集成的RSC/驟冷器的驟冷部分中的驟冷腔的合成氣的溫度而實現(xiàn)。第二個實施例是加熱通向LTGC (Low Temperature Gascooling:低溫氣體冷卻)部分中的洗滌器的循環(huán)冷凝劑，以增加洗滌器的出口處的氣體中的水含量。在一個實施例中，這可通過將甲烷化工藝和RSC集成而實現(xiàn)，從而向RSC提供在甲烷化工藝中回收的能量(以蒸汽或熱水的形式)，從而提高其輸出的蒸汽含量。因此，在引入轉(zhuǎn)化反應(yīng)器前，集成的系統(tǒng)可不需要常規(guī)地用于對干燥氣體進行加濕的額外蒸汽的產(chǎn)生，并且，因而減少不回收的能量。
[0017]圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的集成系統(tǒng)的示例。在該實施例中，氣化器104產(chǎn)生原始的合成氣輸出。氣化器104是氣化發(fā)生的地方。氣化是一種工藝，其通過使原料與受控制的量的氧氣和/或蒸汽在高溫下反應(yīng)而將諸如煤、石油、或生物質(zhì)的含碳物質(zhì)轉(zhuǎn)化為一氧化碳和氫。由此產(chǎn)生的氣體混合物被稱為合成氣體或“合成氣”，其本身為一種燃料。氣化是一種從許多不同類型的有機物質(zhì)中提取能量的非常有效的方法，并也可具有作為清潔的廢物處理技術(shù)的應(yīng)用。
[0018]在一個實施例中，氣化器104聯(lián)接到合成氣熱回收和顆粒清潔部分102上。合成氣熱回收和顆粒清潔部分102可包括集成的RSC/驟冷器105。集成的RSC/驟冷器105可包括兩個部分，RSC部分106和驟冷部分108。RSC部分106作為熱交換器，并冷卻從氣化器104接收的合成氣。設(shè)計和控制該RSC部分106，以滿足通向驟冷器108的合成氣的所需的出口溫度。在驟冷器108中進一步進行冷卻。在一個實施例中，能夠以離開驟冷器的合成氣具有足夠的濕氣含量以允許轉(zhuǎn)化的方式從常規(guī)的驟冷器修改為驟冷器108。通過控制從RSC 105至驟冷器108的合成氣出口溫度，從而獲得所需的進入合成氣的水蒸發(fā)。不論如何，在任何實施例中，有益的結(jié)果可能包括離開驟冷器108時合成氣中所包含的蒸汽的較大比例。
[0019]在一個實施例中，驟冷器108的輸出聯(lián)接到以常規(guī)方式運行的合成氣洗滌器110上。制備部分102還可包括其他可選構(gòu)件，例如，第一泵114以及用來在集成的RSC/驟冷器105和合成氣洗滌器110之間移動水的第二泵116。在一個實施例中，轉(zhuǎn)化/LTGC 112中的熱的冷凝劑循環(huán)回到洗滌器110，這將導(dǎo)致濕潤的合成氣以所需的蒸汽與干燥氣體的比例通過通常的洗滌器。沿著圖2中所描述的動力島從甲烷化工藝中的熱集成供應(yīng)通向RSC118的節(jié)省的鍋爐給水。
[0020]合成氣洗滌器110的輸出聯(lián)接到轉(zhuǎn)化反應(yīng)器112上。