專利名稱：促進合成天然氣生產(chǎn)的方法和設(shè)備的制作方法
促進合成天然氣生產(chǎn)的方法和設(shè)備
背景技術(shù)：
總體而言，本發(fā)明涉及整體氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)發(fā)電工廠，更具體地講，涉及優(yōu) 化合成天然氣生產(chǎn)和與氣化系統(tǒng)的熱量轉(zhuǎn)移的方法和設(shè)備。至少一些已知的IGCC工廠包括與至少一個動力產(chǎn)生渦輪機系統(tǒng)集成的氣化系 統(tǒng)。例如，已知的氣化系統(tǒng)使燃料、空氣或氧氣、蒸汽和/或二氧化碳(CO2)的混合物轉(zhuǎn)化 成合成氣體或“合成氣”。將合成氣引導(dǎo)到燃氣渦輪發(fā)動機的燃燒室，燃氣渦輪發(fā)動機為發(fā) 電機提供動力，發(fā)電機將電力提供到電網(wǎng)。來自至少一些已知燃氣渦輪發(fā)動機的排氣提供 到熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)，熱回收蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生用于驅(qū)動蒸汽渦輪機的蒸汽。蒸汽渦 輪機產(chǎn)生的動力也驅(qū)動發(fā)電機，發(fā)電機將電力提供到電網(wǎng)。至少一些與IGCC工廠有關(guān)的已知氣化系統(tǒng)產(chǎn)生用于燃氣渦輪發(fā)動機的合成氣燃 料，合成氣燃料主要為一氧化碳(CO)和氫氣(H2)。此合成氣燃料一般需要比天然氣更高的 質(zhì)量流量，以得到與天然氣相似的放熱。這種額外的質(zhì)量流量可能需要顯著的渦輪機改進， 并且不與基于標(biāo)準(zhǔn)天然氣的燃氣渦輪機直接兼容。另外，為了在渦輪發(fā)動機操作期間便于控制NOx排放，至少一些已知的燃氣渦輪發(fā) 動機使用以貧燃料/空氣比率操作和/或在進入燃燒室反應(yīng)區(qū)域之前使燃料與空氣預(yù)混的 方式操作的燃燒室。預(yù)混可便于降低燃燒溫度，且隨后減少NOx生成，而不需要加入稀釋劑。 然而，如果所用燃料為合成氣燃料，則選擇的合成氣燃料可能包含足夠的氫氣(H2)，使得相 關(guān)的高火焰速度可促進混合裝置內(nèi)自動點火、反閃(flashback)和/或火焰保持。此外，此 高火焰速度可能不利于在燃燒前均勻混合燃料和空氣。另外，可能需要向富H2燃料氣系統(tǒng) 加入至少一種惰性稀釋劑，包括但不限于氮氣(N2)，以防止過多NOx生成，并控制火焰自動 點火、反閃和/或火焰保持。然而，惰性稀釋劑并非總是可得的，其可能不利影響發(fā)動機熱 速率，并且/或者增加投資和操作成本。蒸汽可作為稀釋劑引入，然而，蒸汽可縮短熱氣通 道部件的預(yù)期壽命。發(fā)明概述在一個方面，本發(fā)明提供一種生產(chǎn)合成天然氣(SNG)的方法。所述方法包括提供 含至少一些二氧化碳(CO2)的合成氣流。所述方法還包括使至少一部分CO2從至少一部分提 供的合成氣流分離。所述方法進一步包括將從至少一部分合成氣流分離的至少一部分CO2 引導(dǎo)到至少一個氣化反應(yīng)器的至少一部分。在另一個方面，本發(fā)明提供一種氣化系統(tǒng)。所述氣化系統(tǒng)包括至少一個氣化反應(yīng) 器，所述氣化反應(yīng)器構(gòu)造成接收二氧化碳(CO2)并產(chǎn)生氣流。所述系統(tǒng)還包括與所述氣化 反應(yīng)器流動連接的CO2循環(huán)子系統(tǒng)。所述子系統(tǒng)包括構(gòu)造成在所述氣流內(nèi)產(chǎn)生CO2的至少 一個氣體轉(zhuǎn)換反應(yīng)器。所述子系統(tǒng)還包括構(gòu)造成從所述氣流去除CO2的至少一個酸性氣體 去除裝置(AGRU)。所述子系統(tǒng)進一步包括促進將CO2從所述至少一個酸性氣體去除裝置引 導(dǎo)到所述至少一個氣化反應(yīng)器的至少一個導(dǎo)管。在另一個方面，本發(fā)明提供一種整體氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)發(fā)電工廠。所述IGCC 工廠包括與至少一個氣化系統(tǒng)流動連接的至少一個燃氣渦輪發(fā)動機。所述氣化系統(tǒng)包括至少一個氣化反應(yīng)器，所述氣化反應(yīng)器構(gòu)造成接收二氧化碳(CO2)并產(chǎn)生氣流。所述系統(tǒng)還 包括與所述氣化反應(yīng)器流動連接的CO2循環(huán)子系統(tǒng)。所述子系統(tǒng)包括構(gòu)造成在所述氣流內(nèi) 產(chǎn)生CO2的至少一個氣體轉(zhuǎn)換反應(yīng)器。所述子系統(tǒng)還包括構(gòu)造成從所述氣流去除CO2的至 少一個酸性氣體去除裝置(AGRU)。所述子系統(tǒng)進一步包括促進將CO2從所述至少一個酸性 氣體去除裝置引導(dǎo)到所述至少一個氣化反應(yīng)器的至少一個導(dǎo)管。附圖簡述

圖1為示例性整體氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)發(fā)電工廠的示意圖；圖2為可用于圖1所示IGCC發(fā)電工廠的示例性氣化系統(tǒng)的示意圖；并且圖3為可用于圖1所示IGCC發(fā)電工廠的供選氣化系統(tǒng)的示意圖。發(fā)明詳述圖1為示例性整體氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)發(fā)電工廠100的示意圖。在所述示例性 實施方案中，IGCC工廠包括燃氣渦輪發(fā)動機110。發(fā)動機110包括通過軸116可旋轉(zhuǎn)地連 接到渦輪機114的壓縮機112。壓縮機112構(gòu)造成接收處于當(dāng)?shù)卮髿鈮毫蜏囟鹊目諝狻?渦輪機114通過第一轉(zhuǎn)子120可旋轉(zhuǎn)地連接到第一發(fā)電機118。發(fā)動機110還包括與壓縮 機112流動連接的至少一個燃燒室122。燃燒室122構(gòu)造成通過空氣導(dǎo)管124接收壓縮機 112壓縮的至少一部分空氣(未顯示)。燃燒室122還與至少一個燃料源(以下更詳細描 述)流動連接，并且構(gòu)造成從燃料源接收燃料?？諝夂腿剂显谌紵?22內(nèi)混合并燃燒，燃 燒室122促進產(chǎn)生熱燃燒氣體(未顯示)。渦輪機114與燃燒室122流動連接，渦輪機114 構(gòu)造成通過燃燒氣體導(dǎo)管126接收熱燃燒氣體。渦輪機114也構(gòu)造成促進氣體內(nèi)的熱能轉(zhuǎn) 化成旋轉(zhuǎn)能。旋轉(zhuǎn)能通過轉(zhuǎn)子120傳送到發(fā)電機118，其中發(fā)電機118構(gòu)造成促進旋轉(zhuǎn)能轉(zhuǎn) 化成用于傳送到至少一個負載的電能(未顯示)，負載包括但不限于電網(wǎng)(未顯示)。IGCC工廠100還包括蒸汽渦輪發(fā)動機130。在所述示例性實施方案中，發(fā)動機130 包括通過第二轉(zhuǎn)子136可旋轉(zhuǎn)地連接到第二發(fā)電機134的蒸汽渦輪機132。IGCC工廠100進一步包括蒸汽產(chǎn)生系統(tǒng)140。在所述示例性實施方案中，系統(tǒng)140 包括至少一個熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG) 142，熱回收蒸汽發(fā)生器142通過至少一個熱鍋爐 給水導(dǎo)管146與至少一個熱轉(zhuǎn)移裝置144流動連接。裝置144構(gòu)造成從導(dǎo)管145接收鍋爐 給水。HRSG 142也通過至少一個導(dǎo)管148與渦輪機114流動連接。為了促進將鍋爐給水加 熱成蒸汽，HRSG 142構(gòu)造成通過導(dǎo)管146從裝置144接收鍋爐給水(未顯示)。為了進一 步促進將鍋爐給水加熱成蒸汽，HRSG 142還構(gòu)造成通過排氣導(dǎo)管148從渦輪機114接收排 氣(未顯示)。HRSG 142通過蒸汽導(dǎo)管150與渦輪機132流動連接。導(dǎo)管150構(gòu)造成將蒸汽(未顯示)從HRSG 142引導(dǎo)到渦輪機132。渦輪機132構(gòu) 造成從HRSG 142接收蒸汽，并使蒸汽中的熱能轉(zhuǎn)化成旋轉(zhuǎn)能。旋轉(zhuǎn)能通過轉(zhuǎn)子136傳送到 發(fā)電機134，其中發(fā)電機134構(gòu)造成促進旋轉(zhuǎn)能轉(zhuǎn)化成用于傳送到至少一個負載的電能(未 顯示)，負載包括但不限于電網(wǎng)。將蒸汽冷凝，并通過冷凝液導(dǎo)管137作為鍋爐給水返回。IGCC工廠100還包括氣化系統(tǒng)200。在所述示例性實施方案中，系統(tǒng)200包括通 過空氣導(dǎo)管204與壓縮機112流動連接的至少一個空氣分離裝置202。空氣分離裝置也通 過空氣導(dǎo)管203與至少一個壓縮機201流動連接，其中壓縮機201構(gòu)造成補充壓縮機112。 或者，空氣分離裝置202與空氣源流動連接，空氣源包括但不限于專用空氣壓縮機和壓縮 空氣存儲裝置(均未顯示)。裝置202構(gòu)造成使空氣分離成氧氣(O2)和其他成分(均未顯
6示)。其他成分通過排氣口 206釋放。系統(tǒng)200包括氣化反應(yīng)器208，氣化反應(yīng)器208與裝置202流動連接，并構(gòu)造成通 過O2導(dǎo)管210接收從裝置202引導(dǎo)的02。反應(yīng)器208也構(gòu)造成接收煤209，并促進產(chǎn)生酸 性合成氣體(合成氣)流(未顯示)。系統(tǒng)200也包括氣體轉(zhuǎn)換反應(yīng)器212，氣體轉(zhuǎn)換反應(yīng)器212與反應(yīng)器208流動連 接，并構(gòu)造成通過酸性合成氣導(dǎo)管214從氣化反應(yīng)器208接收酸性合成氣流。反應(yīng)器212也 與蒸汽導(dǎo)管150流動連接，并進一步構(gòu)造成通過蒸汽導(dǎo)管211接收從HRSG 142引導(dǎo)的至少 一部分蒸汽。氣體轉(zhuǎn)換反應(yīng)器212進一步構(gòu)造成促進產(chǎn)生轉(zhuǎn)換的酸性合成氣流(未顯示)， 與反應(yīng)器208中產(chǎn)生的酸性合成氣流比較，此氣流包含增加濃度的二氧化碳(CO2)和氫氣 (H2)。在所述示例性實施方案中，反應(yīng)器212也通過熱轉(zhuǎn)移導(dǎo)管216與熱轉(zhuǎn)移裝置144熱 轉(zhuǎn)移連通連接。導(dǎo)管216構(gòu)造成促進通過與轉(zhuǎn)換合成氣相關(guān)的放熱化學(xué)反應(yīng)在反應(yīng)器212 內(nèi)產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)移。裝置144構(gòu)造成接收反應(yīng)器212內(nèi)產(chǎn)生的至少一部分熱量?；蛘?，反 應(yīng)器212和熱轉(zhuǎn)移裝置144合并成單件式設(shè)備(未顯示)。系統(tǒng)200進一步包括酸性氣體去除裝置(AGRU) 218，此裝置與反應(yīng)器212流動連 接，并構(gòu)造成通過轉(zhuǎn)換的酸性合成氣導(dǎo)管220從反應(yīng)器212接收具有增加的CO2和H2濃度 的轉(zhuǎn)換的酸性合成氣流。AGRU 218也構(gòu)造成促進通過酸導(dǎo)管222從酸性轉(zhuǎn)換的合成氣流去 除至少一部分酸成分(未顯示)。AGRU 218進一步構(gòu)造成促進去除酸性轉(zhuǎn)換的合成氣流中 包含的至少一部分C02。AGRU 218也構(gòu)造成促進從至少一部分酸性合成氣流產(chǎn)生脫硫的合 成氣流(未顯示)。AGRU218通過CO2導(dǎo)管224與反應(yīng)器208流動連接，其中CO2流(未顯 示)引導(dǎo)到反應(yīng)器208的預(yù)定部分(以下進一步討論)。系統(tǒng)200也包括甲烷化反應(yīng)器226，甲烷化反應(yīng)器226與AGRU218流動連接，并構(gòu) 造成通過脫硫的合成氣導(dǎo)管228從AGRU 218接收脫硫的合成氣流。反應(yīng)器226還構(gòu)造成 促進從至少一部分脫硫的合成氣流產(chǎn)生合成天然氣(SNG)流(未顯示)。反應(yīng)器226也與 燃燒室122流動連接，其中SNG流通過SNG導(dǎo)管230引導(dǎo)到燃燒室122。另外，反應(yīng)器226 通過熱轉(zhuǎn)移導(dǎo)管232與HRSG 142熱轉(zhuǎn)移連通連接。這種熱轉(zhuǎn)移連通促進由反應(yīng)器226內(nèi) 進行的脫硫合成氣-SNG轉(zhuǎn)化過程產(chǎn)生的熱量到HRSG 142的轉(zhuǎn)移。在操作中，壓縮機201接收常壓空氣，壓縮空氣，并將壓縮空氣通過導(dǎo)管203和204 引導(dǎo)到空氣分離裝置202。裝置202也可通過導(dǎo)管124和204從壓縮機112接收空氣。將 壓縮空氣分離成O2和其他成分。其他成分通過排氣口 206排出，O2通過導(dǎo)管210引導(dǎo)到氣 化反應(yīng)器208。反應(yīng)器208通過導(dǎo)管210接收02，接收煤209，并通過導(dǎo)管224從AGRU 218 接收C02。反應(yīng)器208促進產(chǎn)生酸性合成氣流，酸性合成氣流通過導(dǎo)管214引導(dǎo)到氣體轉(zhuǎn)換 反應(yīng)器212。蒸汽通過導(dǎo)管150和211從HRSG 142引導(dǎo)到反應(yīng)器212。酸性合成氣流用于 通過放熱化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生轉(zhuǎn)換的酸性合成氣流。與反應(yīng)器208中產(chǎn)生的酸性合成氣流相比， 轉(zhuǎn)換的合成氣流包含增加濃度的CO2和H2。自放熱反應(yīng)的熱量通過熱轉(zhuǎn)移導(dǎo)管216引導(dǎo)到 熱轉(zhuǎn)移裝置144。另外，在操作中，轉(zhuǎn)換的合成氣流通過導(dǎo)管220引導(dǎo)到AGRU218，其中酸性成分通 過導(dǎo)管222去除，CO2通過導(dǎo)管224引導(dǎo)到反應(yīng)器208。以此方式，AGRU 218產(chǎn)生脫硫的合 成氣流，此氣流通過通道228引導(dǎo)到甲烷化反應(yīng)器226，其中通過放熱化學(xué)反應(yīng)由脫硫的合 成氣流產(chǎn)生SNG流。來自反應(yīng)的熱量通過導(dǎo)管232引導(dǎo)到HRSG142，SNG流通過導(dǎo)管230引
7導(dǎo)到燃燒室122。另外，在操作中，渦輪機114使壓縮機112旋轉(zhuǎn)，使得壓縮機112接收并壓縮常壓 空氣，并且將一部分壓縮空氣引導(dǎo)到裝置202，一部分引導(dǎo)到燃燒室122。燃燒室122使空 氣和SNG混合并燃燒，并將熱燃燒氣體引導(dǎo)到渦輪機114。熱氣體引起渦輪機114旋轉(zhuǎn)，隨 后通過轉(zhuǎn)子120使第一發(fā)電機118旋轉(zhuǎn)，并且使壓縮機112旋轉(zhuǎn)。至少一部分燃燒氣體通過導(dǎo)管148從渦輪機114引導(dǎo)到HRSG142。在反應(yīng)器226 中產(chǎn)生的至少一部分熱量也通過導(dǎo)管232引導(dǎo)到HRSG 142。另外，將反應(yīng)器212中產(chǎn)生的 至少一部分熱量引導(dǎo)到熱轉(zhuǎn)移裝置144。鍋爐給水通過導(dǎo)管145引導(dǎo)到裝置144，其中水接 收反應(yīng)器212內(nèi)產(chǎn)生的至少一部分熱量。熱水通過導(dǎo)管146引導(dǎo)到HRSG 142，其中自反應(yīng) 器226和排氣導(dǎo)管148的熱量使水沸騰成蒸汽。蒸汽被引導(dǎo)到蒸汽渦輪機132，并引起渦 輪機132旋轉(zhuǎn)。渦輪機132通過第二轉(zhuǎn)子136使第二發(fā)電機134旋轉(zhuǎn)。至少一部分蒸汽通 過導(dǎo)管211引導(dǎo)到反應(yīng)器212。由渦輪機132冷凝的蒸汽通過導(dǎo)管137循環(huán)以供進一步使 用。圖2為可用于IGCC發(fā)電工廠100的示例性氣化系統(tǒng)200的示意圖。系統(tǒng)200包 括氣化反應(yīng)器208。反應(yīng)器208包括下級240和上級242。在所述示例性實施方案中，下級 240通過導(dǎo)管210接收02，使得下級240與空氣分離裝置202 (圖1中顯示)流動連接。CO2導(dǎo)管224與下級CO2導(dǎo)管244和上級CO2導(dǎo)管246流動連接。因此，下級240 和上級242流動連接到AGRU 218。另外，下級240和上級242分別通過下煤導(dǎo)管248和上 煤導(dǎo)管250接收干煤。下級240包括鎖斗252，鎖斗252臨時儲存從下級240接收的液態(tài)渣。在此示例 性實施方案中，鎖斗252用水填充?；蛘?，鎖斗252具有促進本文所述系統(tǒng)200操作的任何 結(jié)構(gòu)。渣通過導(dǎo)管254去除。上級242促進通過去除導(dǎo)管256去除載焦的酸性熱合成氣流 (未顯示)。導(dǎo)管256使氣化反應(yīng)器208與分離器258流動連接。分離器258使酸性熱合 成氣從焦分離，以便能夠使焦通過返回導(dǎo)管260循環(huán)回到下級240。在此示例性實施方案 中，分離器258為旋風(fēng)型分離器?；蛘?，分離器258為促進本文所述系統(tǒng)200操作的任何類 型分離器。分離器258通過導(dǎo)管264與驟冷裝置262流動連接。驟冷裝置262加入水(通過 導(dǎo)管263引導(dǎo))，并使水與導(dǎo)管264中的酸性熱合成氣流混合，以促進熱合成氣流冷卻，以 便形成酸性驟冷的合成氣流(未顯示)。驟冷裝置262通過導(dǎo)管268與細屑去除裝置268 流動連接。在此示例性實施方案中，裝置266為過濾型裝置?；蛘?，裝置266為促進操作本 文所述系統(tǒng)200操作的任何類型裝置，包括但不限于水洗滌類型裝置。從酸性驟冷的合成 氣流去除的細屑通過去除導(dǎo)管270引導(dǎo)到細屑去除裝置(未顯示)。裝置266也通過導(dǎo)管 271與氣體轉(zhuǎn)換反應(yīng)器212流動連接。反應(yīng)器212與蒸汽導(dǎo)管150流動連接，并通過導(dǎo)管211接收從HRSG 142引導(dǎo)的至 少一部分蒸汽。反應(yīng)器212也通過導(dǎo)管216與熱轉(zhuǎn)移裝置144熱轉(zhuǎn)移連通連接。導(dǎo)管216 促進通過與轉(zhuǎn)換合成氣相關(guān)的放熱化學(xué)反應(yīng)在反應(yīng)器212內(nèi)產(chǎn)生熱量轉(zhuǎn)移。裝置144接收 反應(yīng)器212內(nèi)產(chǎn)生的至少一部分熱量。HRSG 142通過熱鍋爐給水導(dǎo)管146與熱轉(zhuǎn)移裝置 144流動連接。氣體轉(zhuǎn)換反應(yīng)器212也促進產(chǎn)生轉(zhuǎn)換的酸性合成氣流(未顯示)，與反應(yīng)器 208中產(chǎn)生的酸性合成氣流比較，此氣流包含增加濃度的CO2和H2。
AGRU 218與反應(yīng)器212流動連接，并通過導(dǎo)管220從反應(yīng)器212接收具有增加的 CO2和H2濃度的轉(zhuǎn)換的酸性合成氣流。AGRU 218也促進通過導(dǎo)管222從酸性轉(zhuǎn)換的合成氣 流去除至少一部分酸成分(未顯示)，酸成分包括但不限于硫酸和碳酸。為了進一步促進 去除酸，AGRU 218通過導(dǎo)管272接收溶劑，溶劑包括但不限于胺、甲醇和/或Selexol 。因 此，這種除酸促進由酸性合成氣流產(chǎn)生脫硫的合成氣流(未顯示)。AGRU 218也促進去除 酸性轉(zhuǎn)換的合成氣流中包含的至少一部分氣態(tài)C02。此外，AGRU 218通過導(dǎo)管224與反應(yīng) 器208流動連接，使得將CO2流(未顯示)分別通過導(dǎo)管244和246引導(dǎo)到反應(yīng)器208下 級240和上級242。甲烷化反應(yīng)器226與AGRU 218流動連接，并通過導(dǎo)管228從AGRU 218接收脫硫的 合成氣流。反應(yīng)器226促進由至少一部分脫硫的合成氣流產(chǎn)生合成天然氣(SNG)流(未顯 示)。反應(yīng)器226也與燃燒室122流動連接，使得SNG流通過導(dǎo)管230引導(dǎo)到燃燒室122。 另外，反應(yīng)器226通過導(dǎo)管232與HRSG 142熱轉(zhuǎn)移連通，以促進由反應(yīng)器226內(nèi)進行的脫 硫合成氣-SNG轉(zhuǎn)化過程產(chǎn)生的熱量到HRSG142的轉(zhuǎn)移。一種生產(chǎn)合成天然氣(SNG)的示例性方法包括提供含至少一些二氧化碳(CO2)的 合成氣流。所述方法還包括使至少一部分CO2從至少一部分提供的合成氣流分離。所述方 法進一步包括將從至少一部分合成氣流分離的至少一部分CO2引導(dǎo)到氣化反應(yīng)器208的至 少一部分。在操作期間，將自分離裝置202的O2和經(jīng)預(yù)熱的煤分別通過導(dǎo)管210和248引入 下級240。煤和O2與通過導(dǎo)管260引入下級240的經(jīng)預(yù)熱焦反應(yīng)，以產(chǎn)生主要含H2、C0、C02 和至少一些硫化氫(吐幻的合成氣。這些合成氣通過基本為放熱性質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)生成，相 關(guān)的放熱產(chǎn)生約1371°C (2500° F)至約1649°C (3000° F)的工作溫度。生成合成氣的至 少一些化學(xué)反應(yīng)也生成渣(未顯示)。下級240內(nèi)的高溫促進保持渣的低粘度，使得基本 大部分液態(tài)渣能夠重力送入料斗252，其中料斗252中的較冷的水促進渣快速驟冷和破碎。 合成氣向上流動通過反應(yīng)器208，其中通過在上級242中附加反應(yīng)夾帶一些渣。在所述示例 性實施方案中，引入下級240的煤為干或低水分煤，這種煤被磨成足夠粒徑，以允許用從下 級240流到上級242的合成氣夾帶被磨碎的煤。在所述示例性實施方案中，自AGRU 218的CO2通過導(dǎo)管224和244引入下級240。 該額外的CO2通過減小經(jīng)導(dǎo)管210引入的O2的所需質(zhì)量流速促進提高IGCC工廠100的效 率。自導(dǎo)管210的O2分子用CO2分子離解成其組成碳(C)和O2分子生成的O2分子代替。 因此，用于在渦輪發(fā)動機燃燒室122內(nèi)燃燒的另外的空氣可用于預(yù)定壓縮機額定值，從而 促進燃氣渦輪發(fā)動機110在額定功率產(chǎn)生下或超出額定功率產(chǎn)生下操作。另外，由于不需 要自HRSG 142的蒸汽通過蒸汽離解成H2和O2分子提供O2分子，IGCC工廠100效率提高。 更具體地講，代替的蒸汽可用于蒸汽渦輪發(fā)動機130內(nèi)，從而促進蒸汽渦輪發(fā)動機130在額 定功率產(chǎn)生下或超出額定功率產(chǎn)生下操作。另外，減少將蒸汽注入反應(yīng)器208的需要基本 上消除由于蒸汽的蒸發(fā)性質(zhì)的熱在反應(yīng)器208內(nèi)的相關(guān)熱能損失。因此，下級240與一些 已知的氣化反應(yīng)器比較以相對較高效率操作。在上級242中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)在約816°C (1500° F)至約982°C (1800° F)的溫 度和超過約30bar或3000千帕(kPa) (435磅/平方英寸(psi))的壓力以足以促進反應(yīng)物 在上級242與煤反應(yīng)的停留時間進行。此外，另外的干燥、經(jīng)預(yù)熱的煤和CO2分別通過導(dǎo)管250和246引入上級242。從下級240上升的合成氣和其他成分與另外的煤和CO2 —起混 合，產(chǎn)生放熱化學(xué)反應(yīng)，該反應(yīng)也生成蒸汽、焦、甲烷(CH4)和其他氣態(tài)烴(包括C2+或具有 至少兩個碳原子的烴分子)。C2+烴分子和一部分CH4與蒸汽和CO2反應(yīng)生成熱的載焦合成 氣流。預(yù)定上級242的溫度范圍以促進生成CH4和減輕生成C2+烴分子。在上級242內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)(即，預(yù)熱的煤與合成氣之間)的至少一種產(chǎn)物為低硫 焦，這種焦夾帶在含CH4、H2、C0、C02和至少一些H2S的熱酸性合成氣中。通過磨碎的煤與合 成氣在H2和蒸汽存在下在升高的溫度和壓力下反應(yīng)，可使焦的硫含量保持在最低水平。夾帶在熱酸性合成氣流中的低硫焦和液態(tài)渣從上級242取出，并通過導(dǎo)管256引 入分離器258。焦和渣的基本部分在分離器258中從熱酸性合成氣流分離，并由其取出。焦 和渣通過導(dǎo)管260引入下級240，分別用作反應(yīng)物和用于處理。熱酸性合成氣通過導(dǎo)管264從分離器258引導(dǎo)到驟冷裝置262。驟冷裝置262促 進去除合成氣流內(nèi)的任何剩余焦和渣。水通過導(dǎo)管263注入合成氣流，其中夾帶的焦和渣 快速冷卻并且脆化，以促進渣和焦破碎成細屑。水被蒸發(fā)，與水的蒸發(fā)潛熱相關(guān)的熱能從熱 酸性合成氣流去除，合成氣流溫度降低到約900°C (1652° F)。夾帶在熱酸性合成氣流中的 蒸汽用于隨后氣體轉(zhuǎn)換反應(yīng)(下述)，并且蒸汽與干燥氣體比率為約0. 8-0. 9。具有夾帶的 蒸汽、焦和渣的合成氣流通過導(dǎo)管268引導(dǎo)到細屑去除裝置266，在其中去除焦和渣細屑。 在所述示例性實施方案中，將焦和渣細屑通過導(dǎo)管270引入下級240，分別用作反應(yīng)物和用 于處理?；蛘?，將焦和渣細屑引導(dǎo)到收集裝置(未顯示)用于處理。熱酸性載蒸汽合成氣流通過導(dǎo)管271從裝置266引導(dǎo)到氣體轉(zhuǎn)換反應(yīng)器212。反 應(yīng)器212促進在合成氣流內(nèi)通過以下放熱化學(xué)反應(yīng)由CO和H20(蒸汽態(tài))生成CO2和H2
CO + H2O 鈐 CO2 + H2(1)另外，熱量從熱合成氣流通過導(dǎo)管216和熱轉(zhuǎn)移裝置144轉(zhuǎn)移到鍋爐給水。在所述 示例性實施方案中，導(dǎo)管216和熱轉(zhuǎn)移裝置144在反應(yīng)器212內(nèi)構(gòu)造為但不限于管殼式熱 交換器?；蛘?，導(dǎo)管216和裝置144具有促進本文所述IGCC工廠100操作的任何結(jié)構(gòu)。經(jīng)加 熱的鍋爐給水通過導(dǎo)管146引導(dǎo)到HRSG 142，用于轉(zhuǎn)化成蒸汽(以下更詳細描述)。因此， 引入反應(yīng)器212的熱酸性合成氣流從約900°C (1652° F)冷卻到高于約371°C (700° F)，并 轉(zhuǎn)換成冷卻的酸性合成氣流，此氣流具有增加的CO2和吐濃度、小于約0. 2-0. 5的蒸汽-干 燥氣體比率和至少約3. 0的H2-CO比率。因此，可從初始氣化過程和隨后水煤氣轉(zhuǎn)換過程 得到足夠的H2，以滿足在反應(yīng)器226中發(fā)生的甲烷化反應(yīng)的化學(xué)計量要求，其中存在3 1 比率的H2分子與CO分子(以下更詳細描述)。經(jīng)轉(zhuǎn)換的冷卻酸性合成氣流通過導(dǎo)管220從反應(yīng)器212引導(dǎo)到AGRU 218。AGRU 218主要促進從自反應(yīng)器212引導(dǎo)的合成氣流去除H2S和C02。與合成氣流混合的H2S接觸 AGRU 218內(nèi)的選擇性溶劑。在此示例性實施方案中，在AGRU 218中使用的溶劑為胺?；?者，所述溶劑包括但不限于甲醇和/或Selexol 。溶劑通過溶劑導(dǎo)管272引導(dǎo)到AGRU 218。 濃H2S流從AGRU 218底部通過導(dǎo)管222取出至與進一步的回收過程相關(guān)的回收裝置(未 顯示)。另外，碳酸形式的CO2也以類似方式去除和處理。另外，氣態(tài)CO2收集在AGRU 218 內(nèi)，并通過導(dǎo)管224引導(dǎo)到反應(yīng)器208。本文所述的收集和循環(huán)CO2的方法促進CO2分離的有效方法。另外，由于注入反應(yīng)器208的O2增加，此方法促進氣化反應(yīng)器208產(chǎn)量的提高。經(jīng)脫硫的合成氣流通過導(dǎo)管228從AGRU 218引導(dǎo)到甲烷化反應(yīng)器226。經(jīng)脫硫的 合成氣流基本不含H2S和CO2,并且包含成比例增加濃度的CH4和H2。合成氣流也包含使CO 完全轉(zhuǎn)化成CH4所需的至少3 1的吐/0)比的化學(xué)計量的H2。在此示例性實施方案中，反 應(yīng)器226用在本領(lǐng)域已知的至少一種催化劑促進放熱化學(xué)反應(yīng)，如
權(quán)利要求
一種生產(chǎn)合成天然氣(SNG)的方法，所述方法包括提供包含至少一些二氧化碳(CO2)的合成氣流；使至少一部分CO2從至少一部分提供的合成氣流分離；和將從至少一部分合成氣流分離的至少一部分CO2引導(dǎo)到至少一個氣化反應(yīng)器的至少一部分。
2.權(quán)利要求1的方法，其中提供包含至少一些CO2的合成氣流包括 用所述至少一個氣化反應(yīng)器生產(chǎn)合成氣流；將至少一部分所述合成氣流引導(dǎo)到至少一個氣體轉(zhuǎn)換反應(yīng)器；并且在所述至少一個氣體轉(zhuǎn)換反應(yīng)器中生產(chǎn)包含至少一些二氧化碳(CO2)的轉(zhuǎn)換合成氣流。
3.權(quán)利要求2的方法，其中生產(chǎn)轉(zhuǎn)換合成氣流包括通過至少一個熱轉(zhuǎn)移裝置從所述至 少一個氣體轉(zhuǎn)換反應(yīng)器的至少一部分轉(zhuǎn)移熱量。
4.權(quán)利要求1的方法，其中使至少一部分CO2從至少一部分合成氣流分離包括將包含至少一些CO2的轉(zhuǎn)換合成氣流引導(dǎo)到至少一個酸性氣體去除裝置(AGRU)；并且 在所述至少一個酸性氣體去除裝置內(nèi)從至少一部分轉(zhuǎn)換合成氣流分離至少一部分CO2。
5.權(quán)利要求4的方法，其中從至少一部分轉(zhuǎn)換合成氣流分離至少一部分CO2包括從至 少一部分轉(zhuǎn)換合成氣流封存至少一部分CO2。
6.權(quán)利要求1的方法，其中引導(dǎo)從至少一部分合成氣流分離的至少一部分CO2包括 形成至少一個CO2流；和將至少一部分所述至少一個CO2流注入氣化反應(yīng)器。
7.權(quán)利要求1的方法，所述方法進一步包括在至少一個甲烷化反應(yīng)器內(nèi)由至少一部分轉(zhuǎn)換合成氣流生產(chǎn)SNG流；和 將至少一部分所述轉(zhuǎn)換合成氣流從至少一個酸性氣體去除裝置和至少一個氣體轉(zhuǎn)換 反應(yīng)器中的至少一個引導(dǎo)到所述至少一個甲烷化反應(yīng)器。
8.權(quán)利要求7的方法，其中生產(chǎn)SNG流包括通過至少一個熱轉(zhuǎn)移裝置從所述至少一個 甲烷化反應(yīng)器的至少一部分轉(zhuǎn)移熱量。
9.權(quán)利要求1的方法，所述方法進一步包括使至少一部分蒸汽產(chǎn)生系統(tǒng)與至少下列之 一熱轉(zhuǎn)移連通連接至少一個氣體轉(zhuǎn)換反應(yīng)器的至少一部分；和 至少一個甲烷化反應(yīng)器的至少一部分。
10.一種氣化系統(tǒng)，所述氣化系統(tǒng)包括至少一個氣化反應(yīng)器，所述氣化反應(yīng)器構(gòu)造成接收二氧化碳(CO2)并產(chǎn)生氣流；和 與所述氣化反應(yīng)器流動連接的CO2循環(huán)子系統(tǒng)，所述子系統(tǒng)包括 構(gòu)造成在所述氣流內(nèi)產(chǎn)生CO2的至少一個氣體轉(zhuǎn)換反應(yīng)器； 構(gòu)造成從所述氣流去除CO2的至少一個酸性氣體去除裝置(AGRU)；和 將CO2從所述至少一個酸性氣體去除裝置引導(dǎo)到所述至少一個氣化反應(yīng)器的至少一個 導(dǎo)管。
11.權(quán)利要求10的氣化系統(tǒng)，其中所述至少一個氣體轉(zhuǎn)換反應(yīng)器與所述氣化反應(yīng)器和所述酸性氣體去除裝置流動連接，所述至少一個氣體轉(zhuǎn)換反應(yīng)器構(gòu)造成收集從至少一個放 熱化學(xué)反應(yīng)釋放的至少一部分熱量，其中所述至少一個氣體轉(zhuǎn)換反應(yīng)器為下列情況之一 與至少一個外部熱轉(zhuǎn)移裝置熱轉(zhuǎn)移連通連接；和 與至少一個集成熱轉(zhuǎn)移裝置合并在單一外殼中。
12.權(quán)利要求10的氣化系統(tǒng)，所述氣化系統(tǒng)進一步包括與所述酸性氣體去除裝置流動 連接的至少一個甲烷化反應(yīng)器，所述至少一個甲烷化反應(yīng)器構(gòu)造成收集從至少一個放熱化 學(xué)反應(yīng)釋放的至少一部分熱量，其中所述至少一個甲烷化反應(yīng)器為下列情況之一與至少一個外部熱轉(zhuǎn)移裝置熱轉(zhuǎn)移連通連接；和 與至少一個集成熱轉(zhuǎn)移裝置合并在單一外殼中。
13.權(quán)利要求12的氣化系統(tǒng)，其中所述甲烷化反應(yīng)器與所述氣體轉(zhuǎn)換反應(yīng)器流動連 接，所述至少一個甲烷化反應(yīng)器構(gòu)造成收集從至少一個放熱化學(xué)反應(yīng)釋放的至少一部分熱 量，其中所述至少一個甲烷化反應(yīng)器為下列情況之一與至少一個外部熱轉(zhuǎn)移裝置熱轉(zhuǎn)移連通連接；和 與至少一個集成熱轉(zhuǎn)移裝置合并在單一外殼中。
14.權(quán)利要求10的氣化系統(tǒng)，其中所述氣體轉(zhuǎn)換反應(yīng)器構(gòu)造成集成裝置內(nèi)的氣體轉(zhuǎn)換 反應(yīng)器部分，所述集成裝置包括在所述氣體轉(zhuǎn)換反應(yīng)器部分下游的甲烷化反應(yīng)器部分，所 述甲烷化反應(yīng)器部分構(gòu)造成收集從至少一個放熱化學(xué)反應(yīng)釋放的至少一部分熱量，其中所 述至少一個甲烷化反應(yīng)器部分為下列情況之一與至少一個外部熱轉(zhuǎn)移裝置熱轉(zhuǎn)移連通連接；和與至少一個集成熱轉(zhuǎn)移裝置合并在所述集成裝置的單一部分。
15.一種整體氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)發(fā)電工廠，所述發(fā)電工廠包括與至少一個氣化系統(tǒng) 流動連接的至少一個燃氣渦輪發(fā)動機，所述至少一個氣化系統(tǒng)包括構(gòu)造成接收二氧化碳(CO2)并產(chǎn)生氣流的至少一個氣化反應(yīng)器；和 與所述氣化反應(yīng)器流動連接的CO2循環(huán)子系統(tǒng)，所述子系統(tǒng)包括 構(gòu)造成在所述氣流內(nèi)產(chǎn)生CO2的至少一個氣體轉(zhuǎn)換反應(yīng)器； 構(gòu)造成從所述氣流去除CO2的至少一個酸性氣體去除裝置(AGRU)；和 促進將CO2從所述至少一個酸性氣體去除裝置引導(dǎo)到所述至少一個氣化反應(yīng)器的至少 一個導(dǎo)管。
16.權(quán)利要求15的IGCC發(fā)電工廠，其中所述至少一個氣體轉(zhuǎn)換反應(yīng)器與所述氣化反應(yīng) 器和所述酸性氣體去除裝置流動連接，所述至少一個氣體轉(zhuǎn)換反應(yīng)器構(gòu)造成收集從至少一 個放熱化學(xué)反應(yīng)釋放的至少一部分熱量，其中所述至少一個氣體轉(zhuǎn)換反應(yīng)器為下列情況之與至少一個外部熱轉(zhuǎn)移裝置熱轉(zhuǎn)移連通連接；和 與至少一個集成熱轉(zhuǎn)移裝置合并在單一外殼中。
17.權(quán)利要求15的IGCC發(fā)電工廠，所述IGCC發(fā)電工廠進一步包括與所述酸性氣體去 除裝置流動連接的至少一個甲烷化反應(yīng)器，所述至少一個甲烷化反應(yīng)器構(gòu)造成收集從至少 一個放熱化學(xué)反應(yīng)釋放的至少一部分熱量，其中所述至少一個甲烷化反應(yīng)器為下列情況之與至少一個外部熱轉(zhuǎn)移裝置熱轉(zhuǎn)移連通連接；和與至少一個集成熱轉(zhuǎn)移裝置合并在單一外殼中。
18.權(quán)利要求17的發(fā)電工廠，其中所述甲烷化反應(yīng)器與所述氣體轉(zhuǎn)換反應(yīng)器流動連 接，所述至少一個甲烷化反應(yīng)器構(gòu)造成收集從至少一個放熱化學(xué)反應(yīng)釋放的至少一部分熱 量，其中所述至少一個甲烷化反應(yīng)器為下列情況之一與至少一個外部熱轉(zhuǎn)移裝置熱轉(zhuǎn)移連通連接；和與至少一個集成熱轉(zhuǎn)移裝置合并在單一外殼中。
19.權(quán)利要求15的IGCC發(fā)電工廠，其中所述至少一個氣體轉(zhuǎn)換反應(yīng)器構(gòu)造成集成裝置 內(nèi)的氣體轉(zhuǎn)換反應(yīng)器部分，所述集成裝置包括在所述氣體轉(zhuǎn)換反應(yīng)器部分下游的甲烷化反 應(yīng)器部分，所述甲烷化反應(yīng)器部分構(gòu)造成收集從至少一個放熱化學(xué)反應(yīng)釋放的至少一部分 熱量，其中所述至少一個甲烷化反應(yīng)器部分為下列情況之一與至少一個外部熱轉(zhuǎn)移裝置熱轉(zhuǎn)移連通連接；和與至少一個集成熱轉(zhuǎn)移裝置合并在所述集成裝置的單一部分。
20.權(quán)利要求15的IGCC發(fā)電工廠，所述IGCC發(fā)電工廠進一步包括與至少一個蒸汽輪 機流動連接的蒸汽產(chǎn)生系統(tǒng)，所述蒸汽產(chǎn)生系統(tǒng)進一步與至少下列之一熱轉(zhuǎn)移連通連接所述氣化系統(tǒng)的一部分；和所述燃氣渦輪發(fā)動機的一部分。
全文摘要
一種生產(chǎn)合成天然氣(SNG)的方法，所述方法包括提供包含至少一些二氧化碳(CO2)的合成氣流。所述方法還包括使至少一部分CO2從至少一部分提供的合成氣流分離。所述方法進一步包括將從至少一部分合成氣流分離的至少一部分CO2引導(dǎo)到至少一個氣化反應(yīng)器的至少一部分。
文檔編號C10G2/00GK101959998SQ200880128017
公開日2011年1月26日 申請日期2008年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月7日
發(fā)明者A·弗德曼, P·S·瓦萊士 申請人:通用電氣公司