用于产生代用天然气的方法和设备的制造方法
【专利说明】用于产生代用天然气的方法和设备
[0001 ] 本申请是申请号为201010171604.4、申请日为2010年4月22日、发明名称为“用于产生代用天然气的方法和设备”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002]本文公开的主题涉及代用天然气的产生。
【背景技术】
[0003]—般而言，整体气化联合循环(IGCC)动力装置能够相对清洁和有效地从各种碳氢化合物给料(如煤)产生能量。IGCC技术可通过在气化器中与氧气和蒸汽的反应而将碳氢化合物给料转换成一氧化碳(CO)和氢气(H2)的气体混合物，S卩，合成气。可将这些气体清洁、处理并用作常规联合循环动力装置中的燃料。例如，可将合成气输送到IGCC动力装置的燃气涡轮的燃烧器中并点燃以驱动燃气涡轮用于发电。
[0004]然而，合成气可进一步转换成代用天然气(SNG)，可将该代用天然气输送到新的或已有(改装)的天然气联合循环(NGCC)动力装置的燃气涡轮的燃烧器中并点燃以驱动燃气涡轮用于发电，以及用于成品SNG的普通销售。从合成气产生SNG是一项复杂的工作，具有大量步骤以及转换单元，其独立建造和/或维护的费用是昂贵的。
【发明内容】
[0005]将与原始要求保护的发明的范围相称的特定实施例归纳如下。这些实施例并非意图限制要求保护的发明的范围，相反，这些实施例仅意图提供本发明的可能形式的简要概括。实际上，本发明可包含可与以下阐述的实施例相似或不同的多种形式。
[0006]在第一实施例中，一种系统包括代用天然气(SNG)生产系统，该生产系统包括多级反应器，该多级反应器包括水气变换(WGS)反应器、甲烷化反应器、经过WGS反应器和甲烷化反应器二者的气体流动路径，以及具有WGS反应器和甲烷化反应器二者的单个单元。
[0007]在第二实施例中，一种系统包括多级反应器，该多级反应器包括水气变换(WGS)反应器、配置成在WGS反应器中的WGS反应之后从合成气去除硫化氢的酸性气体去除(AGR)系统、配置成在通过AGR系统去除酸性气体之后从合成气产生甲烷的无酸甲烷化反应器，以及具有WGS反应器、AGR系统和甲烷化反应器的单个单元。
[0008]在第三实施例中，一种系统，包括多级反应器，该多级反应器包括水气变换(WGS)反应器、配置成在未预先去除酸性气体的情况下产生甲烷的酸性甲烷化反应器，以及具有WGS反应器和甲烷化反应器二者的单个单元。
【附图说明】
[0009]当参照附图阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，全部附图中相同的符号代表相同的部件，其中:
图1是代用天然气(SNG)生产系统的一个实施例的示意性框图； 图2是代用天然气(SNG)生产系统的另一实施例的示意性框图；
图3是如图2的线3-3内所示的图2的WGS-甲烷化反应器的示意性框图；
图4是代用天然气(SNG)生产系统的另一实施例的示意性框图；
图5是如图4的线5-5内所示的图4的WGS-甲烷化反应器的示意性框图；
图6是代用天然气(SNG)生产系统的另一实施例的示意性框图；
图7是如图6的线7-7内所示的图6的WGS-甲烷化反应器的示意性框图。
【具体实施方式】
[0010]下面将描述本发明的一个或多个特定实施例。为了致力于提供这些实施例的简明描述，说明书中可能未描述实际实施方案的所有特征。应当理解的是，在任何此类实际实施方案的开发过程中，与任何工程或设计方案一样，必须作出许多针对实施方案的决定以实现开发者的特定目标，例如服从系统相关和商业相关的约束，其可能因实施方案而异。此夕卜，应当理解的是，此类开发努力可能是复杂和耗时的，但对于受益于本公开内容的技术人员来说无非是日常的设计、制作和制造工作。
[0011 ]当介绍本发明的各种实施例的元件时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述的”意指存在一个或多个元件。用语“包含”、“包括”和“具有”意图是包括性的并意味着可存在有别于所列元件的另外的元件。
[0012]本公开内容涉及一种用于从合成气产生代用天然气(SNG)的生产系统和方法。SNG可以是主要含有可从燃料源(如煤或生物质)产生的甲烷的气体。用于产生SNG的生产系统可包括复合的水-气变换(WGS)-甲烷化反应器，其将WGS反应器和甲烷化反应器二者组合在单个单元中。换句话说，WGS反应器和甲烷化反应器可完全结合在一起而不是使用分离的单元。WGS-甲烷化反应器可通过无酸WGS或酸性WGS配置操作，也就是说，在一氧化碳与水(例如，蒸汽)反应以形成二氧化碳和氢气的WGS反应之前已从合成气去除硫的情况下操作，或在WGS反应期间合成气中存在硫的情况下操作。同样，甲烷化反应器可通过无酸或酸性配置操作，也就是说，在将合成气转换成富含SNG的气体之前已从其去除硫的情况下操作，或在将合成气转换成富含SNG的气体时合成气中存在硫的情况下操作。这样，WGS-甲烷化反应器可利用原质合成气(含硫的合成气)或清洁合成气(不含硫的合成气)操作。另外，可联合结合了酸性WGS反应器和无酸甲烷化反应器的WGS-甲烷化反应器利用酸性气体去除系统。
[0013]图1基于上下文示出了代用天然气(SNG)生产系统100JGCC系统100的元件可包括燃料源102，诸如固体供料，其可用作用于生产SNG的能量源。燃料源102可包括煤、石油焦、生物质、木质材料、农业废料、焦油、焦炉气和沥青，或其它含碳物。
[0014]燃料源102的固体燃料可传递至给料、气化和净化系统104。给料、气化和净化系统104可包括若干子系统。例如，给料、气化和净化系统104可包括给料制备子系统，其例如可通过斩切(chopping)、碾磨、切碎、粉碎、压块或装运燃料源102来调整燃料源102的大小或再成形燃料源102以产生给料。另外，可向给料制备子系统中的燃料源102添加水或其它合适的液体以形成浆状给料。在其它实施例中，不向给料制备子系统中的燃料源添加液体，从而形成干燥的给料。
[0015]给料可从给料制备子系统传递到给料、气化和净化系统104的气化子系统。气化子系统可将给料转换成一氧化碳和氢气的组合物，例如，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，取决于气化子系统中所用的气化器的类型。气化过程还可包括给料经历高温分解过程，从而加热给料。在高温分解过程期间气化子系统的气化器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102。给料在高温分解过程期间的加热可产生固体，如焦炭，以及残余气体，如一氧化碳、氢气和氮气。从来自高温分解过程的给料剩余的焦炭可仅占原始给料的重量的大约30%。
[0016]气化子系统中然后可发生燃烧过程。为了协助该燃烧过程，可从空气分离单元(ASU) 106向气化子系统供应氧气。ASU 106可操作而通过例如可为低温的或可利用变压吸附(PSA)的蒸馏技术将空气分离成组分气体。ASU 106可从向其供应的空气分离氧气并可将分离的氧气传送至气化子系统。另外，ASU 106可分离例如氮气，以进行收集或进一步用于产生动力。
[0017]相应地，由气化子系统从ASU106接收的氧气用于燃烧。燃烧可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和一氧化碳，从而为随后的气化反应提供热量。燃烧过程期间的温度可在大约700摄氏度至1600摄氏度的范围内。接下来，可在气化步骤期间将蒸汽导入气化子系统中。焦炭可与二氧化碳和蒸汽反应以产生大约800摄氏度至1100摄氏度的温度范围的一氧化碳和氢气。实质上，气化器利用蒸汽和氧气以允许一些给料燃烧而产生二氧化碳和能量，从而驱使主反应将给料进一步转换成氢气和另外的一氧化碳。
[0018]这样，通过气化器气化子系统制造了合成气体。该合成气体可包括大约85%的一氧化碳和氢气，以及014、11(:1、册、順3、!0^、0)3和H2S(基于给料的硫含量)。该合成气体可称为原质合成气。气化子系统还产生废料，诸如熔渣108，其可为湿灰尘材料。
[0019]可通过给料、气化和净化系统104的净化子系统从气化子系统去除该熔渣108。熔渣108例如可被处理作为路基，或作为另一种建筑材料。另外，净化子系统可通过从原质合成气去除任何颗粒物质(如湿灰尘)而清洁原质合成气。
[0020]然后可使原质合成气传递到WGS反应器110 JGS反应器110可执行WGS反应，其中一氧化碳与水(例如，蒸汽)反应以形成二氧