合成氣的生產(chǎn)系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種合成氣(Syngas)的生產(chǎn)系統(tǒng)及方法，尤其涉及一種通過氣化碳質(zhì)原料(Carbonaceous feeding)來制備合成氣的生產(chǎn)系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]合成氣作為一種替代能源已經(jīng)被廣泛的使用于不同的領(lǐng)域，比如使用于工業(yè)領(lǐng)域中來滿足不同行業(yè)對能源的需求。在現(xiàn)有合成氣生產(chǎn)過程中，其通常使用碳質(zhì)原料，比如煤來制備合成氣。
[0003]制備合成氣的系統(tǒng)通常包括氣化裝置，如氣化爐。通過在氣化裝置中讓碳質(zhì)原料與氧氣和蒸汽在高溫和高壓下反應(yīng)產(chǎn)生主要含有一氧化碳和氫氣的合成氣。
[0004]目前，常使用固定床氣化爐來制備合成氣。為了節(jié)省成本，常使用低階煤來作為原料制備合成氣，然而固定床氣化爐所使用原料多為塊狀煤，這限制了其大范圍的使用。有一些嘗試來解決所使用的煤原料的尺寸的問題，比如使用可使用粉煤作為原料的水煤漿(Slurry)氣化爐。
[0005]通常，水煤漿中具有較高的煤濃度可以帶來較高的氣化效率以及較低的煤和氧的消耗。因此，在制備過程中，常期望制備出含有較高濃度煤的水煤漿，從而可以以較經(jīng)濟的方式對水煤漿進行氣化。然而，使用低階煤來制備的水煤漿中煤的濃度較低，這也限制了水煤漿氣化爐的廣泛應(yīng)用。
[0006]因此，需要提供一種新的合成氣生產(chǎn)系統(tǒng)及方法來制備合成氣，其可擴展氣化爐的應(yīng)用且更有效的制備合成氣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的一個實施例提供了一種合成氣的生產(chǎn)系統(tǒng)。該合成氣生產(chǎn)系統(tǒng)包括第一碳質(zhì)原料源、第一氣化裝置、第二碳質(zhì)原料源及第二氣化裝置。第一碳質(zhì)原料源可用來提供第一碳質(zhì)原料到第一氣化裝置中；第一氣化裝置可把所述第一碳質(zhì)原料氣化來生產(chǎn)第一合成氣。第二碳質(zhì)原料源可用來提供第二碳質(zhì)原料到第二氣化裝置中；第二氣化裝置可把所述第二碳質(zhì)原料氣化來生產(chǎn)第二合成氣。其中在所述第一碳質(zhì)原料被輸入進所述第一氣化裝置之前，至少一部分所述第二合成氣可被輸入進第一碳質(zhì)原料源來加熱所述第一碳質(zhì)原料。
[0008]本發(fā)明的另一個實施例提供了一種合成氣的生產(chǎn)方法。該合成氣生產(chǎn)方法包括利用第一碳質(zhì)原料源提供第一碳質(zhì)原料到第一氣化裝置中；利用第一氣化裝置氣化所述第一碳質(zhì)原料來生產(chǎn)第一合成氣；利用第二碳質(zhì)原料源提供第二碳質(zhì)原料到第二氣化裝置中；及利用第二氣化裝置氣化所述第二碳質(zhì)原料來生產(chǎn)第二合成氣；其中，在所述第一碳質(zhì)原料被輸入進所述第一氣化裝置之前，輸送至少一部分所述第二合成氣到第一碳質(zhì)原料源中來加熱所述第一碳質(zhì)原料。
【附圖說明】
[0009]通過結(jié)合附圖對于本發(fā)明的實施方式進行描述，可以更好地理解本發(fā)明，在附圖中:
[0010]圖1為本發(fā)明的合成氣的生產(chǎn)系統(tǒng)的一個實施例的示意圖；
[0011]圖2為本發(fā)明的合成氣的生產(chǎn)系統(tǒng)的另一個實施例的示意圖；及
[0012]圖3為本發(fā)明的合成氣的生產(chǎn)方法的流程的一個實施例的示意圖。
【具體實施方式】
[0013]以下將描述本發(fā)明的【具體實施方式】，需要指出的是，在這些實施方式的具體描述過程中，為了進行簡明扼要的描述，本說明書不可能對實際的實施方式的所有特征均作詳盡的描述。應(yīng)當可以理解的是，在任意一種實施方式的實際實施過程中，正如在任意一個工程項目或者設(shè)計項目的過程中，為了實現(xiàn)開發(fā)者的具體目標，為了滿足系統(tǒng)相關(guān)的或者商業(yè)相關(guān)的限制，常常會做出各種各樣的具體決策，而這也會從一種實施方式到另一種實施方式之間發(fā)生改變。此外，還可以理解的是，雖然這種開發(fā)過程中所作出的努力可能是復(fù)雜并且冗長的，然而對于與本發(fā)明公開的內(nèi)容相關(guān)的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，在本公開揭露的技術(shù)內(nèi)容的基礎(chǔ)上進行的一些設(shè)計，制造或者生產(chǎn)等變更只是常規(guī)的技術(shù)手段，不應(yīng)當理解為本公開的內(nèi)容不充分。
[0014]除非另作定義，權(quán)利要求書和說明書中使用的技術(shù)術(shù)語或者科學(xué)術(shù)語應(yīng)當為本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)具有一般技能的人士所理解的通常意義。本發(fā)明專利申請說明書以及權(quán)利要求書中使用的“第一”、“第二”以及類似的詞語并不表示任何順序、數(shù)量或者重要性，而只是用來區(qū)分不同的組成部分。“一個”或者“一”等類似詞語并不表示數(shù)量限制，而是表示存在至少一個?！鞍ā被蛘摺鞍钡阮愃频脑~語意指出現(xiàn)在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵蓋出現(xiàn)在“包括”或者“包含”后面列舉的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件?！斑B接”或者“相連”等類似的詞語并非限定于物理的或者機械的連接，也不限于是直接的還是間接的連接。
[0015]圖1和圖2所示為本發(fā)明的合成氣的生產(chǎn)系統(tǒng)10的兩個實施例的示意圖。圖1和圖2所示的實施例僅是示意性的，為了便于說明，本發(fā)明實施例未圖示一些裝置。然而，在不同的應(yīng)用中，本發(fā)明實施例中的生產(chǎn)系統(tǒng)10可包括其他任何合適的裝置來完成合成氣的生產(chǎn)。
[0016]如圖1和圖2所示，在本發(fā)明實施例中，生產(chǎn)系統(tǒng)10可通過氣化裝置，如氣化爐來對碳質(zhì)原料(Carbonaceous Feeding)進行氣化來生產(chǎn)合成氣。在非限定示例中，碳質(zhì)原料可包括煤、石油焦、生物質(zhì)、木質(zhì)材料、農(nóng)業(yè)廢料、焦油、焦爐氣、瀝青或其它含碳物。在一個非限定示例中，碳質(zhì)原料為煤。
[0017]在一些應(yīng)用中，煤可包括高階煤(High Rank Coal)，如煙煤(Bituminous)和無煙煤(Anthracite)及 / 或低階煤(Low Rank Coal)，如次煙煤(Sub-bituminous coal)和褐煤(Lignite)中的一種或多種。在一些示例中，煤可包括高階煤和低階煤的混合物。在一個非限制性示例中，煤包括低階煤。由于低階煤的成本較低，在一些例子中使用低階煤來生產(chǎn)合成氣是可節(jié)省成本的。在其他示例中，煤也可僅包括高階煤。
[0018]如圖1所示，合成氣生產(chǎn)系統(tǒng)10包括第一碳質(zhì)原料源11、第一氣化裝置12、第二碳質(zhì)原料源13和第二氣化裝置14。在本實施例中，第一和第二碳質(zhì)原料源11、13可用來分別提供第一和第二碳質(zhì)原料(未圖示)到相應(yīng)的第一和第二氣化裝置12、14中進行氣化來生成合成氣(Syngas)。在非限定實例中，第一碳質(zhì)原料和第二碳質(zhì)原料均可為煤。
[0019]第一和第二氣化裝置12、14可用來氣化相應(yīng)的第一和第二碳質(zhì)原料，來分別產(chǎn)生包括氫氣(H2)和一氧化碳(CO)的第一合成氣15和第二合成氣16。在一些實施例中，第一和第二碳質(zhì)原料輸送給相應(yīng)的第一和第二氣化裝置12、14之前可經(jīng)過給料制備系統(tǒng)(未圖示)，其例如可通過斬切、碾磨、切碎、粉碎或壓塊來調(diào)整原料的尺寸以產(chǎn)生給料。
[0020]給料可從給料制備系統(tǒng)傳遞至相應(yīng)的第一和第二氣化裝置12、14。氣化裝置12、14可將相應(yīng)的第一和第二碳質(zhì)原料或給料轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的合成氣。該轉(zhuǎn)換可通過將給料置于受控量的蒸汽和氧氣中來完成，該蒸汽和氧氣處于升高的壓力，例如，從大約20巴(Bar)至85巴，以及升高的溫度，例如大約700攝氏度至1600攝氏度，取決于氣化裝置的類型。氣化過程還可包括高溫分解給料，從而加熱給料。在高溫分解過程期間氣化裝置內(nèi)部的溫度可在大約150攝氏度至700攝氏度的范圍內(nèi)，取決于用來產(chǎn)生給料的不同。給料在高溫分解過程期間可產(chǎn)生固體，如焦炭，以及殘余氣體，如CO、H2和氮氣(N2)。
[0021]第一和第二碳質(zhì)原料(未標注)可在相應(yīng)的第一和第二氣化裝置12、14中燃燒。為了協(xié)助該燃燒過程，可設(shè)置空氣分離單元(未圖示)向相應(yīng)的氣化裝置12、14中供應(yīng)氧氣。燃燒過程中的溫度可在大約700攝氏度至1600攝氏度的范圍內(nèi)進行，從而第一和第二氣化裝置12、14分別產(chǎn)生第一和第二合成氣15、16。
[0022]在非限定示例中，第一和第二合成氣15、16可包括有相似的成分，比如可包括一氧化碳(CO)和氫氣(H2)。在一些示例中，第一和第二合成氣15、16還可包含甲烷(CH4)、氯化氫(HCl)、氟化氫(HF)、氨氣(NH3)、氰化氫(HCN)、氧硫化碳(COS)和硫化氫(H2S)(基于給料的硫含量)。該第一和第二合成氣可稱為原質(zhì)合成氣。同時，在原料氣化的過程中，第一和第二氣化裝置12、14還產(chǎn)生廢料，比如熔渣，其可為濕灰塵材料。
[0023]在本發(fā)明實施例中，第一氣化裝置12不同于第二氣化裝置15。在非限定示例中，第一氣化裝置12包括水煤漿(Slurry)氣化爐；第二氣化裝置14包括固定床(Fixed Bed)氣化爐。這樣，在一些應(yīng)用中，來自第二氣化裝置14生產(chǎn)的第二合成氣中常含有8 %到12 %左右的甲烷；來自第一氣化裝置12的第一合成氣中的甲烷的含量較低，比如低于8%。另外，根據(jù)氣流床氣化爐和固定床氣化爐對于煤的尺寸要求不同，第一和第二碳質(zhì)原料源11、14可提供合適尺寸的煤原料到相應(yīng)的氣化爐中。在一定應(yīng)用中，第一碳質(zhì)原料源11提供的煤粉原料的尺寸在40-300微米的范圍內(nèi)；第二碳質(zhì)原料源14提供的煤塊原料的尺寸在2-20毫米的范圍內(nèi)。
[0024]如前所述，通常，水煤漿中具有較高的煤濃度可以帶來較高的氣化效率以及較低的煤和氧的消耗。因此，在制備過程中，常期望制備出含有較高濃度煤的水煤漿，從而可以以較經(jīng)濟的方式對水煤漿進行氣化。在本發(fā)明實施例中，可對第一碳質(zhì)原料進行預(yù)處理來便于后續(xù)水煤漿的制備。
[0025]如圖1和圖2所示，在非限定示例中，來自于第二氣化裝置14的第二合成氣16可部分或全部的輸入到第一碳質(zhì)原料源11中，以對其中的第一