[發(fā)明專利]用于生產(chǎn)甲烷和電力的方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201680010902.0
• 申請(qǐng)日: 2016-03-18
• 公開（公告）號(hào): CN107250327A
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: C·威克斯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 托普索公司
• 主分類號(hào): C10L3/08
• 分類號(hào): C10L3/08;C10L3/10
• 代理公司: 隆天知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司72003
• 代理人: 張福根,吳小瑛

本發(fā)明涉及生產(chǎn)甲烷和電力的方法。更具體地說，本發(fā)明涉及將過熱蒸汽進(jìn)料至渦輪機(jī)，以及將用過的蒸汽用于工藝添加或加熱，由此可以比正常生產(chǎn)價(jià)格更低的價(jià)格來生產(chǎn)電力。

蒸汽渦輪機(jī)是從加壓蒸汽中提取熱能并使用它在旋轉(zhuǎn)輸出軸上做機(jī)械功的裝置，即，渦輪機(jī)使用蒸汽來驅(qū)動(dòng)某物，例如泵、壓縮機(jī)或發(fā)電機(jī)。因?yàn)闇u輪機(jī)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所以它特別適用于驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)。蒸汽渦輪機(jī)是熱機(jī)的一種形式，其通過在蒸汽膨脹中使用多個(gè)階段來獲得熱力學(xué)效率方面的大部分改進(jìn)，這導(dǎo)致了更接近于理想的可逆膨脹過程。

非冷凝或背壓式渦輪機(jī)最廣泛用于工藝蒸汽應(yīng)用。由調(diào)節(jié)閥控制排氣壓力，以適應(yīng)工藝蒸汽壓力的需要。這種渦輪機(jī)通常存在于需要大量的低壓工藝蒸汽的煉油廠中。

從US 6.047.549A中已知具有燃?xì)鉁u輪機(jī)、蒸汽渦輪機(jī)和混合的燃?xì)?蒸汽渦輪機(jī)的發(fā)電廠設(shè)備。通過使用三個(gè)渦輪機(jī)設(shè)備的適當(dāng)聯(lián)網(wǎng)，以最佳的廢熱利用實(shí)現(xiàn)了等溫供熱和除熱的方法。具體而言，將連續(xù)布置的渦輪機(jī)組的廢熱用于產(chǎn)生高壓流，其以促進(jìn)效率的方式用于背壓式渦輪機(jī)中。

US 2010/0263607 A1描述了一種用于為發(fā)電機(jī)的渦輪機(jī)產(chǎn)生蒸汽的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括從鍋爐接收蒸汽并使蒸汽過熱的過熱器。然后使過熱蒸汽通過熱交換器以將過熱蒸汽中的一部分熱能轉(zhuǎn)移到水流中。這將過熱蒸汽的溫度降低到適合于渦輪機(jī)的溫度。在熱交換器中加熱的水可以是已經(jīng)通過渦輪機(jī)的冷凝水，并且在熱交換器中加熱的水可以被引導(dǎo)到鍋爐，在那里其被再循環(huán)成蒸汽。

在US 2011/0120127 A1中公開了一種利用合成氣熱在低能量氨或甲醇裝置中產(chǎn)生超臨界蒸汽的方法。該方法涉及重整或部分氧化階段，并且適用于操作該方法的設(shè)備包括至少一個(gè)超臨界蒸汽發(fā)生器、至少一個(gè)過熱器、至少一個(gè)背壓式渦輪機(jī)、至少一個(gè)提取和冷凝渦輪機(jī)和至少一個(gè)鍋爐給水泵。通過該方法，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能和整體的成本優(yōu)勢，即更好的工藝經(jīng)濟(jì)性。

最后，在US 2010/0170247 A1中公開了組合的多組分氣化、甲烷化和功率島式蒸汽渦輪機(jī)系統(tǒng)。氣化部分包括熱回收設(shè)計(jì)和用于獲得所期望的蒸汽與干氣體比率的相關(guān)控制，且甲烷化部分包括第一、第二和第三甲烷化反應(yīng)器以及與高壓、中壓和低壓渦輪機(jī)及高壓節(jié)能器相結(jié)合的相關(guān)熱回收。功率島式蒸汽渦輪機(jī)包括高壓、中壓和低壓渦輪機(jī)，其具有與甲烷化過程中的過熱器的輸出端相耦合的輸入端。該引用文獻(xiàn)的主題與本發(fā)明的主題的不同之處在于，高壓渦輪機(jī)和再循環(huán)壓縮機(jī)不連接，并且沒有蒸汽加入到任何甲烷化步驟的進(jìn)料流中。

本發(fā)明與上述現(xiàn)有技術(shù)的不同之處在于，其用于申請(qǐng)人的SNG方法中，其中蒸汽在內(nèi)部消耗以加熱氣體，或者將蒸汽加入到工藝氣體中以避免碳形成，更具體地說是避免“晶須碳”的形成。在此過程中，由廉價(jià)的碳質(zhì)原料如煤、石油焦、生物質(zhì)或廢物生產(chǎn)SNG(替代天然氣)。SNG富含甲烷，并且其可與天然氣互換使用，并以相同的方式進(jìn)行分配。

碳質(zhì)進(jìn)料向SNG的轉(zhuǎn)化以如下幾個(gè)工藝步驟來進(jìn)行：

-將進(jìn)料氣化，以產(chǎn)生富含氫和一氧化碳的氣體；

-變換，以調(diào)節(jié)氫和一氧化碳之間的比率；

-酸性氣體去除，其中在洗滌過程中除去二氧化碳和硫化氫；

-甲烷化，以將碳氧化物和氫轉(zhuǎn)化為甲烷(SNG)，然后干燥并可能將產(chǎn)物SNG壓縮至管道條件；

-生產(chǎn)用于空氣分離單元中的氣化過程的氧氣，以及

-從酸性氣體去除單元中回收硫，其最通常是通過在Claus單元中根據(jù)以下方程的將硫化氫轉(zhuǎn)化為硫來完成：

如果期望的話，可以隨后在濕硫酸(WSA)單元中將硫轉(zhuǎn)化成濃硫酸。

甲烷化是這樣一個(gè)過程：其中根據(jù)以下反應(yīng)將碳氧化物和氫轉(zhuǎn)化為甲烷：

和

這些反應(yīng)會(huì)與如下所示的一氧化碳和二氧化碳之間的平衡相耦合：

反應(yīng)(2)和(3)兩者都是高度放熱的，其釋放出大量的反應(yīng)熱。對(duì)于任何工業(yè)甲烷化技術(shù)而言，反應(yīng)熱的有效回收是必不可少的。

從蒸汽重整領(lǐng)域已知的是，根據(jù)操作條件和實(shí)際的催化劑組成，催化劑可以形成碳。碳可以由甲烷、一氧化碳或高級(jí)烴而形成在催化劑上。由甲烷和一氧化碳形成碳可以通過以下反應(yīng)來表示：