用于再循環(huán)甲烷的方法和裝置的制造方法
【專利說明】用于再循環(huán)甲燒的方法和裝置
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)要求2013年3月14日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)61/782,227的全部權(quán)利，其在 此被全文引用參考。2013年3月14日提交的交叉引用的另一美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)61/782, 418也 在此引用參考。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明設(shè)及使用流化床氣化爐的煤氣化。更具體地說，本發(fā)明設(shè)及用于再循環(huán)從 流化床氣化爐產(chǎn)生的合成氣流中富含甲燒的氣體并將甲燒返回至流化床反應(yīng)器的方法和 裝置。
【背景技術(shù)】
[0004] 流化床反應(yīng)器常用于氣化含碳材料例如煤。運(yùn)種氣化爐的一個(gè)實(shí)例可見美國(guó)專利 申請(qǐng)13/532, 769。運(yùn)種氣化爐的特點(diǎn)是氣化爐工作溫度稍低于灰分烙點(diǎn)，因此運(yùn)種氣化爐 稱為非排渣氣化爐。
[0005] 在氣化爐中，固體進(jìn)料與蒸汽和氧氣反應(yīng)并被氣化產(chǎn)生包含氨氣、一氧化碳、二氧 化碳和甲燒的合成氣體廣合成氣"）產(chǎn)品。除固體進(jìn)料的部分氧化之外，氣化爐中還發(fā)生 W下反應(yīng)：
[0006]水氣轉(zhuǎn)換反應(yīng)：〇)+&0 -CO2+H2Rx(l)
[0007]甲燒化（CO) :03+3? -CH4+H2ORx(2)
[0008] 甲燒化（C〇2) :C02+4H2 -CH4+2H2ORx(3)
[0009] 合成氣還包含很大數(shù)量的甲燒（CH4)。產(chǎn)生的甲燒量根據(jù)反應(yīng)條件和進(jìn)料的成分 不同而不同。例如，采用煤作為進(jìn)料，壓力40bar及W上，甲燒可W達(dá)到干燥合成氣產(chǎn)出的 15-20%。該數(shù)量的甲燒代表了經(jīng)濟(jì)上相當(dāng)重要的一部分可利用合成氣碳和熱值。然而對(duì) 于許多應(yīng)用，例如利用合成氣作為化學(xué)合成甲醇的原料時(shí)，甲燒是不希望存在的。
[0010] 當(dāng)前，甲燒被分離和重整（re化rm)W實(shí)現(xiàn)從原始?xì)饣癄t進(jìn)料得到C0和&的經(jīng)濟(jì) 產(chǎn)率。重整步驟需要昂貴的設(shè)備，并消耗大量的氧氣和蒸汽。而且，為了保持催化劑活性， 甲燒必須經(jīng)過純化，運(yùn)也是很昂貴的步驟。
[0011] 因此，工業(yè)上需要改進(jìn)的工藝，通過改進(jìn)的工藝可將合成氣中的甲燒轉(zhuǎn)化為C0和 &而沒有現(xiàn)有技術(shù)工藝的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 再循環(huán)或者再使用合成氣中甲燒的現(xiàn)有技術(shù)包括昂貴的步驟，且結(jié)果并不令人滿 意。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，甲燒再循環(huán)至流化床反應(yīng)器W轉(zhuǎn)化為C0和&，而無需采用任 何昂貴的重整器。
[0013] 本發(fā)明一方面提供了一種用于再循環(huán)流化床煤氣化爐反應(yīng)器甲燒的方法，其中含 碳進(jìn)料進(jìn)入流化床反應(yīng)器W產(chǎn)生包含甲燒、一氧化碳和氨氣的合成氣體。該方法包括回收 合成氣體中的甲燒W產(chǎn)生富甲燒氣（methane-richgas)W及遞送至少一部分該回收的富 甲燒氣至流化床反應(yīng)器。
[0014] 在該方法的某實(shí)施方式中，流化床反應(yīng)器包含具有頂部和底部的容器，和在容器 中向下傾斜的錐形注入格柵，其中該格柵在流化床區(qū)域底部的下面并界定了流化床區(qū)域 的底部，其中該格柵包含中屯、管，通過該中屯、管將流體介質(zhì)提供到流化床區(qū)域中，其中高 溫區(qū)形成于中屯、管之上分配格柵上方（油ovethecenterpipeoverthedistribution grid),并且至少一部分回收的富甲燒氣被遞送到高溫區(qū)。
[0015] 在該方法的某實(shí)施方式中，反應(yīng)器包含具有頂部和底部的容器，和在容器中向下 傾斜的錐形注入格柵，其中該格柵在流化床區(qū)域底部的下面并界定了流化床區(qū)域的底部， 其中該格柵包含中屯、管，通過該中屯、管將流體介質(zhì)提供到流化床區(qū)域中，其中固體流化床 (fluidizedbedofsolids)形成于容器之內(nèi)格柵之上（油ovethegrid),所述床具有上 表面，并且至少一部分回收的富甲燒氣被遞送到反應(yīng)器的中屯、區(qū)域固體流化床的上表面之 下。
[0016] 在該方法的某實(shí)施方式中，至少一部分回收的富甲燒氣作為輸運(yùn)氣體與含碳進(jìn)料 一起遞送W協(xié)助將含碳進(jìn)料輸送至流化床反應(yīng)器中。
[0017] 在該方法的某實(shí)施方式中，微細(xì)固體顆粒在固體-氣體分離設(shè)備中從合成氣體回 收，并且至少一部分回收的富甲燒氣作為輸運(yùn)氣體與回收的固體顆粒一起遞送W協(xié)助將回 收的固體顆粒輸送至流化床反應(yīng)器中。
[0018] 在該方法的某實(shí)施方式中，合成氣體在氣體凈化裝置中經(jīng)歷脫酸性氣工序，而富 甲燒氣在脫酸性氣工序之前、或者之后、或者之中（integratedwith)被回收。
[0019] 在該方法的某實(shí)施方式中，合成氣體進(jìn)入化學(xué)合成反應(yīng)器中，在運(yùn)里合成氣體中 的組分被轉(zhuǎn)化為化學(xué)產(chǎn)品，富甲燒氣從化學(xué)合成反應(yīng)器的合成回路（synloop)氣體中回 收。
[0020] 在該方法的某實(shí)施方式中，化學(xué)合成反應(yīng)器包括甲醇合成反應(yīng)器。
[0021] 在該方法的某實(shí)施方式中，合成氣體進(jìn)入豎爐中，在運(yùn)里合成氣體中的組分參與 鐵礦石還原，富甲燒氣從豎爐的排出氣體中回收。
[0022] 在該方法的某實(shí)施方式中，合成氣體進(jìn)入氨合成裝置，富甲燒氣在合成氣體進(jìn)入 氨合成回路之前從合成氣體中回收。
[0023] 在該方法的某實(shí)施方式中，該方法進(jìn)一步包含從天然氣、生物氣、伴生石油氣或者 它們的混合物中回收甲燒W產(chǎn)生富甲燒氣。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種氣化系統(tǒng)，包含（1)流化床反應(yīng)器，向其中輸入 含碳進(jìn)料W產(chǎn)生包含甲燒、一氧化碳和氨氣的合成氣體，（2)甲燒回收裝置，用于從合成氣 體回收富甲燒氣，W及（3)甲燒遞送裝置，用于遞送至少一部分回收的富甲燒氣到流化床 反應(yīng)器。
[00巧]在該氣化系統(tǒng)的某實(shí)施方式中，反應(yīng)器包含具有頂部和底部的容器，和在容器中 向下傾斜的錐形注入格柵，其中該格柵在流化床區(qū)域底部的下面并界定了流化床區(qū)域的底 部，其中該格柵包含中屯、管，通過該中屯、管將流體介質(zhì)提供到流化床區(qū)域中，其中高溫區(qū)形 成于中屯、管之上分配格柵上方，并且甲燒遞送裝置將至少一部分回收的富甲燒氣遞送到高 溫區(qū)〇
[0026] 在該氣化系統(tǒng)的某實(shí)施方式中，固體的流化床形成在容器之內(nèi)格柵之上，床具有 上表面，并且甲燒遞送裝置將至少一部分回收的富甲燒氣遞送至反應(yīng)器的中屯、區(qū)域固體流 化床上表面之下。
[0027] 在該氣化系統(tǒng)的某實(shí)施方式中，甲燒遞送裝置將至少一部分回收的富甲燒氣作為 輸運(yùn)氣體與含碳進(jìn)料一起遞送W協(xié)助將含碳進(jìn)料輸送至流化床反應(yīng)器中。
[0028] 在該氣化系統(tǒng)的某實(shí)施方式中，氣化系統(tǒng)進(jìn)一步包含固體氣體分離設(shè)備，用于從 合成氣體回收微細(xì)固體顆粒，并且甲燒遞送裝置將至少一部分回收的富甲燒氣作為輸運(yùn)氣 體與回收的固體顆粒一起遞送W協(xié)助將回收的固體顆粒輸送至流化床反應(yīng)器中。
[0029] 在某實(shí)施方式中，氣化系統(tǒng)進(jìn)一步包含氣體凈化裝置，合成氣體在其中經(jīng)歷脫酸 性氣工序，并且甲燒回收裝置在脫酸性氣工序之前、或者之后、或者之中回收富甲燒氣。
[0030] 在該氣化系統(tǒng)的某實(shí)施方式中，氣化系統(tǒng)進(jìn)一步包含化學(xué)合成反應(yīng)器，合成氣體 的組分在其中轉(zhuǎn)化為化學(xué)產(chǎn)品，甲燒回收裝置從化學(xué)合成反應(yīng)器的合成回路氣體（合成回 路氣體定義為再循環(huán)至合成反應(yīng)器入口并保持在再循環(huán)回路中的排出氣體）中回收富甲 燒氣。
[0031] 在該氣化系統(tǒng)的某實(shí)施方式中，化學(xué)合成反應(yīng)器包括甲醇合成反應(yīng)器。
[0032] 在該氣化系統(tǒng)的某實(shí)施方式中，氣化系統(tǒng)進(jìn)一步包含豎爐，合成氣體的組分在其 中參與鐵礦石還原，甲燒回收裝置從豎爐的排出氣體中回收富甲燒氣。
[0033] 在該氣化系統(tǒng)的某實(shí)施方式中，氣化系統(tǒng)進(jìn)一步包含氨合成裝置，甲燒回收裝置 在合成氣體進(jìn)入氨合成裝置之前回收富甲燒氣。
[0034] 在該氣化系統(tǒng)的某實(shí)施方式中，甲燒回收裝置從天然氣、生物氣、伴生石油氣或者 它們的混合物中回收甲燒W產(chǎn)生富甲燒氣。
【附圖說明】
[0035] 下文參考附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0036] 圖1示意性地示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的甲燒再循環(huán)系統(tǒng)的示例性整體設(shè) 置。
[0037] 圖2示出根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的甲燒再循環(huán)系統(tǒng)的示例性整體設(shè)置，其中 富甲燒氣遞送至反應(yīng)器的特定區(qū)域。
[003引圖3示出根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的甲燒再循環(huán)系統(tǒng)的示例性整體設(shè)置，其中 富甲燒氣用作輸運(yùn)氣體。
[0039] 圖4是W C〇2作為輸運(yùn)氣體的傳統(tǒng)方法的方塊流程圖。
[0040]圖5是W合成氣作為輸運(yùn)氣體的傳統(tǒng)方法的方塊流程圖。
[0041]圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的方塊流程圖，其中富甲燒氣被再循環(huán)并用作 輸運(yùn)氣體。
[004引發(fā)明詳述
[0043] 參見圖1，示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的甲燒循環(huán)系統(tǒng)的示例性整體設(shè)置。氣 化爐系統(tǒng)可W包含如下區(qū)段（sections)。
[0044] 氣化爐
[0045] 流化床氣化爐20包含豎直反應(yīng)容器，其具有致密相部分1和在致密相部分之上的 稀相部分7,錐形配氣格柵2,其位于反應(yīng)容器中并界定了流化床的底面。位于格柵錐體底 部中