天然气生产系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明有关一种天然气生产系统及方法，尤其涉及一种通过气化燃料源来制备天然气的系统及方法。
【背景技术】
[0002]一般而言，制备天然气的系统包括气化装置(如气化炉)。通过在气化装置中让碳质的燃料源与氧气和蒸汽在高温和高压下反应产生主要含有一氧化碳和氢气的合成气。对合成气进行水气变换反应来调节一氧化碳和氢气的比例以用于甲烷化反应过程。将合成气清洁、处理后进行甲烷化反应产生甲烷，即合成气中的一氧化碳和氢气反应产生甲烷和水。在工业上需要对大量的合成气进行处理，水气变换装置、清洁装置等设备的体积相当大，因此整个系统相当庞大。
[0003]因此，有必要提供一种天然气生产系统及方法来解决上面提及的至少一个技术问题。
【发明内容】
[0004]本发明的一个方面在于提供一种天然气生产系统。该天然气生产系统包括:气化装置，用来气化燃料源产生包括氢气和一氧化碳的合成气；水气变换反应器，和所述气化装置连通，用来调节氢气和一氧化碳的比例；第一甲烷化反应器，和所述水气变换反应器连通，用来使至少部分氢气和至少部分一氧化碳反应产生甲烷；酸性气体去除装置，和所述第一甲烷化反应器连通，用来去除酸性气体；及第二甲烷化反应器，和所述酸性气体去除装置连通，用来促进氢气和一氧化碳的反应进一步产生甲烷。
[0005]本发明的另一个方面在于提供一种天然气生产方法。该天然气生产方法包括以下步骤:气化燃料源产生包括氢气和一氧化碳的合成气；调节氢气和一氧化碳的比例；使至少部分氢气和至少部分一氧化碳反应产生甲烷；去除酸性气体；及促进氢气和一氧化碳的反应进一步产生甲烷。
【附图说明】
[0006]通过结合附图对于本发明的实施方式进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中:
[0007]图1所示为本发明天然气生产系统的一个实施例的示意图；
[0008]图2所示为本发明天然气生产系统的另一个实施例的示意图；
[0009]图3所示为本发明天然气生产系统的另一个实施例的示意图；
[0010]图4所示为本发明天然气生产系统的另一个实施例的示意图；
[0011]图5所示为本发明天然气生产方法的一个实施例的流程图；
[0012]图6所示为本发明天然气生产方法的另一个实施例的流程图。
【具体实施方式】
[0013]除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”、“包含”或者“含有”等类似的词语意指出现在“包括”、“包含”或者“含有”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件、物件或元素。“连接”、“相连”或者“连通”等类似的词语并非限定于直接的连接，而是可以包括间接的连接。数值范围包括其端值。
[0014]图1所示为一个实施例的天然气生产系统100的示意图。天然气生产系统100包括气化装置11、水气变换(Water Gas Shift,以下简称“WGS”)反应器19、第一甲烷化反应器21、酸性气体去除装置23和第二甲烷化反应器31。气化装置11用来气化燃料源13产生包括氢气(H2)和一氧化碳(CO)的合成气。燃料源13，诸如固体供料，可用做生产天然气(Synthetic Natural Gas, SNG)的能量源。燃料源13可包括煤、石油焦、生物质、木质材料、农业废料、焦油、焦炉气、浙青或其它含碳物。
[0015]在一些实施例中，燃料源13输送给气化装置11之前可经过给料制备系统(未图示)，其例如可通过斩切、碾磨、切碎、粉碎、压块或装运燃料源13来调整燃料源13的大小或再成形燃料源13以产生给料。另外，可向给料制备系统中的燃料源13添加水或其它合适的液体以形成浆状给料。在其他实施例中，不向给料制备系统中的燃料源13添加液体，从而形成干燥的给料。
[0016]给料可从给料制备系统传递至气化装置11，气化装置11可将给料转换成合成气。该转换可通过将给料置于受控量的蒸汽和氧气中来完成，该蒸汽和氧气处于升高的压力，例如，从大约20巴(Bar)至85巴，以及升高的温度，例如大约700摄氏度至1600摄氏度，取决于气化装置的类型。气化过程还可包括高温分解给料，从而加热给料。在高温分解过程期间气化装置11内部的温度可在大约150摄氏度至700摄氏度的范围内，取决于用来产生给料的燃料源13。给料在高温分解过程期间可产生固体，如焦炭，以及残余气体，如CO、H2和氮气(N2)。在一实施例中，高温分解过程中产生的焦炭占原始给料的重量的大约30%。
[0017]气化装置11中然后发生燃烧过程。为了协助该燃烧过程，空气分离单元15向气化装置11供应氧气。空气分离单元15从空气中分离出氧气，其将空气分离成组分气体，可利用冷冻的或变压吸附的蒸馏技术。空气分离单元15将分离出的氧气传送至气化装置11。
[0018]气化装置11从空气分离单元15接收氧气用于燃烧。燃烧包括将氧气引导至焦炭和残余气体，使得焦炭和残余气体与氧气反应而形成二氧化碳(CO2)和CO，从而为随后的气化反应提供热量。燃烧过程中的温度可在大约700摄氏度至1600摄氏度的范围内。接下来，可在气化期间将蒸汽导入气化装置11中。焦炭可与CO2和蒸汽反应以产生大约800摄氏度至1100摄氏度的CO和H2。
[0019]如此，通过气化装置11制造合成气。该合成气可包括大约85%的CO和H2,以及甲烷(CH4)、氯化氢(HCl)、氟化氢(HF)、氨气(NH3)、氰化氢(HCN)、氧硫化碳(COS)和硫化氢(H2S)(基于给料的硫含量)。该合成气可称为原质合成气。气化装置还产生废料，诸如熔渣17，其可为湿灰尘材料。
[0020]在一实施例中，可通过净化系统(未图示)从气化装置11去除该熔渣17。熔渣17可被处理作为路基或建筑材料。另外，净化系统可用来从原质合成气中去除颗粒物质(如湿灰尘)来清洁原质合成气。
[0021 ] WGS反应器19和气化装置11连通，用来调节H2和CO的比例。原质合成气传输至WGS反应器19。WGS反应器19用来进行WGS反应，即CO和水(例如，蒸汽)反应以产生CO2和H2。该过程可将原质合成气中的H2和CO的摩尔比从大约I比I调节至大约3比I以用于甲烷化过程。在本实施例中，WGS反应器19包括酸性WGS反应器，也就是说，在WGS反应期间输送到WGS反应器19中的原质合成气中可存在硫。
[0022]WGS反应器19包括WGS催化剂，用于加速WGS反应。WGS催化剂包括基于钥(Mo)的催化剂、基于钴(Co)的催化剂或两者的结合。例如，钥的氧化物或钴的氧化物。WGS反应器19在高温(例如大约250摄氏度)、高压(例如大约3兆帕至5兆帕)及水气比大约
0.5至1.5 (较典型的为I)的条件下进行WGS反应。
[0023]天然气生产系统100进一步包括位于第一甲烷化反应器21的气体流动路径的上游的冷却和脱水装置18，用来调节合成气的水气比，以适合甲烷化反应。在一个实施例中，冷却和脱水装置18调节水气比小于0.5。冷却和脱水装置18冷却来自WGS反应器的气体，然后对冷却后的气体进行脱水，从而调节水气比。在一个实施例中