CN101910381B - 有利于代用天然气的产生的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种产生代用天然气(SNG)的方法包括提供至少一个蒸汽涡轮发动机。该方法还包括提供包括构造成以便接收锅炉给水流和合成煤气(合成气)流的至少一个气体变换反应器的气化系统。该至少一个气体变换反应器进一步构造成以便产生高压蒸汽流。该方法进一步包括在该至少一个气体变换反应器内产生蒸汽流，且将该蒸汽流的至少一部分输送到该至少一个蒸汽涡轮发动机。

Description

有利于代用天然气的产生的方法和设备
技术领域
本发明大体涉及整体煤气化联合循环(IGCC)动力发生装置，且更具体地涉及用于用气化系统优化代用天然气的产生和传热的方法和设备。
背景技术
至少一些已知的IGCC装置包括与至少一个动力产生涡轮系统结合的气化系统。例如，已知的气化系统将燃料、空气或氧气、蒸汽和/或二氧化碳(CO2)的混合物转化成合成煤气或“合成气”。该合成气被输送到燃气涡轮发动机的燃烧器，该燃烧器对发电机供以动力，发电机将电功率供应到电网。来自至少一些已知的燃气涡轮发动机的排气被供应到热回收蒸汽发生器(HRSG)，热回收蒸汽发生器产生蒸汽以驱动蒸汽涡轮。由蒸汽涡轮产生的动力还驱动将电功率提供给电网的发电机。
与IGCC装置相关联的至少一些已知的气化系统包括气化反应器，该气化反应器产生包括至少一些一氧化碳(CO)、水蒸汽(H2O)和颗粒物质的合成气。来自气化反应器的合成气被输送到洗涤和骤冷组件，洗涤和骤冷组件典型地移除很大一部分颗粒物质，且通过将水注入合成气中来冷却合成气。其后，为了提高合成气内的可燃物的量，经洗涤和骤冷的合成气典型地被输送到至少一个水-气体变换反应器，以通过至少一种放热式化学反应来将CO和水转化成氢气(H2)和二氧化碳(CO2)。通过放热式反应释放的热有利于变换反应器中的温度升高。
在高温和低含水量的情况下，CO可与H2反应，以通过放热式化学反应产生甲烷(CH4)和CO2。在超过约650度摄氏温度(℃)(1200度华氏温度(°F))的温度处，CH4和CO2的产生反应率可加大，从而减少了对变换反应器内的放热的控制。因此，常常喷射蒸汽来减轻温度升高，以及有利于控制变换反应器内的温度。所使用的蒸汽量典型地等于否则可被输送到蒸汽涡轮的高压蒸汽的约30％至50％，从而会降低装置的发电量。另外，这种蒸汽喷射需要更大的变换反应器来产生足够的经变换的合成气的供应。此外，输送自变换反应器的合成气的增大的含湿量形成了对另外的除湿设备的需要。
发明内容
在一方面，提供了一种产生代用天然气(SNG)的方法。该方法包括提供至少一个蒸汽涡轮发动机和至少一个气体变换反应器。该方法还包括在该至少一个气体变换反应器内产生蒸汽流。该方法进一步包括将蒸汽流的至少一部分输送到该至少一个蒸汽涡轮发动机。
在另一方面，提供了一种气化系统。该气化系统包括构造成以便接收锅炉给水流和合成煤气(合成气)流的至少一个气体变换反应器。该至少一个气体变换反应器进一步构造成以便产生高压蒸汽流。
在又一个方面，提供了一种整体煤气化联合循环(IGCC)动力发生装置。该IGCC装置包括构造成以便产生合成煤气(合成气)流的至少一个气化反应器。该IGCC装置还包括与至少一个气化反应器以流动连通的方式联接的至少一个气体变换反应器。该至少一个气体变换反应器构造成以便接收锅炉给水流和合成气流的至少一部分。该至少一个气体变换反应器进一步构造成以便产生高压蒸汽流。该IGCC装置进一步包括与该至少一个气体变换反应器以流动连通的方式联接的至少一个蒸汽涡轮发动机。该至少一个蒸汽涡轮发动机构造成以便接收高压蒸汽流的至少一部分。
附图说明
图1是示例性整体煤气化联合循环(IGCC)动力发生装置的示意图；以及
图2是可与图1所示的IGCC动力发生装置一起使用的示例性气化系统的示意图。
具体实施方式
图1是示例性整体煤气化联合循环(IGCC)动力发生装置100的示意图。在该示例性实施例中，IGCC装置包括燃气涡轮发动机110。发动机110包括通过轴116可旋转地联接到涡轮114上的压缩机112。压缩机112接收处于当地大气压力和温度的空气。涡轮114通过第一转子120可旋转地联接到第一发电机118上。在该示例性实施例中，发动机110还包括与压缩机112以流动连通的方式联接的至少一个燃烧器122。燃烧器122通过空气导管124接收被压缩机112压缩的空气(未显示)的至少一部分。燃烧器122还与至少一个燃料源(在下面更加详细地描述)以流动连通的方式联接，且接收来自燃料源的燃料。空气和燃料在燃烧器122内混合和燃烧，且燃烧器122产生热的燃烧气体(未显示)。涡轮114与燃烧器122以流动连通的方式联接，且涡轮114通过燃烧气体导管126接收热的燃烧气体。涡轮114将气体内的热能转换成旋转能。旋转能通过转子120传送到发电机118，其中，发电机118将旋转能转换成电能(未显示)，以便于将电能传送到至少一个负载，包括但不限于电力网(未显示)。
在该示例性实施例中，IGCC装置100还包括蒸汽涡轮发动机130。更具体地，在该示例性实施例中，发动机130包括通过第二转子136可旋转地联接到第二发电机134上的蒸汽涡轮132。
IGCC装置100还包括蒸汽发生系统140。在该示例性实施例中，系统140包括通过至少一个锅炉给水导管146与至少一个水-气体变换反应器212(将在下面进一步论述)以流动连通的方式联接的至少一个热回收蒸汽发生器(HRSG)142。反应器212接收来自导管145的锅炉给水。HRSG142还通过至少一个导管148与涡轮114以流动连通的方式联接。HRSG142通过导管146接收来自反应器212的锅炉给水(未显示)，以便有利于将锅炉给水加热成蒸汽。HRSG142还通过排气导管148接收来自涡轮114的排气(未显示)，以进一步有利于将锅炉给水加热成蒸汽。HRSG142通过蒸汽导管150与涡轮132以流动连通的方式联接。
导管150将蒸汽(未显示)从HRSG142输送到涡轮132。涡轮132接收来自HRSG142的蒸汽，且将蒸汽中的热能转换成旋转能。旋转能通过转子136传送到发电机134，其中，发电机134将旋转能转换成电能(未显示)，以便于将电能传送到至少一个负载，包括但不限于电力网。蒸汽被冷凝，且通过冷凝物导管137作为锅炉给水返回。
IGCC装置100还包括气化系统200。在该示例性实施例中，系统200包括通过空气导管204与压缩机112以流动连通的方式联接的至少一个空气分离单元202。空气分离单元还通过空气导管203与至少一个压缩机201以流动连通的方式联接，其中，压缩机201为压缩机112进行补充。或者，空气分离单元202以流动连通的方式联接到其它空气源上，其它空气源包括但不限于专用的空气压缩机和压缩空气存储单元(均未显示)。单元202将空气分离成氧气(O2)和在该示例性实施例中通过通风口206释放的其它成分(均未显示)。
系统200包括气化反应器208，气化反应器208与单元202以流动连通的方式联接，以通过导管210接收输送自单元202的O2。反应器208还接收煤209，以产生酸性合成煤气(合成气)流(未显示)。
系统200还包括水-气体变换反应器212，水-气体变换反应器212与反应器208以流动连通的方式联接，且通过导管214接收来自气化反应器208的酸性合成气流。变换反应器212产生包含与反应器208中产生的酸性合成气流相比处于增大的浓度的二氧化碳(CO2)和氢气(H2)的经变换的酸性合成气流(未显示)。反应器212通过导管145和146与蒸汽发生系统140以传热连通的方式联接，其中，在反应器212内产生的热被系统140移除。
系统200进一步包括酸性气体移除单元(AGRU)218，酸性气体移除单元218与反应器212以流动连通的方式联接，且通过导管220接收来自反应器212的经变换的酸性合成气流。AGRU218有利于通过导管222从酸性的经变换的合成气流中移除酸性成分(未显示)的至少一部分。AGRU218有利于移除包含在酸性的经变换的合成气流中的CO2的至少一部分，且从酸性合成气流的至少一部分中产生脱硫的合成气流(未显示)。AGRU218通过CO2导管224与反应器208以流动连通的方式联接，其中，CO2流(未显示)被输送到反应器208的预定部分(在下面进一步论述)。
系统200还包括与AGRU218以流动连通的方式联接的甲烷化反应器226，甲烷化反应器226通过导管228接收来自AGRU218的脱硫的合成气流。反应器226从脱硫的合成气流的至少一部分中产生代用天然气(SNG)流(未显示)。反应器226还与燃烧器122以流动连通的方式联接，其中，SNG流通过SNG导管230输送到燃烧器122。另外，反应器226通过传热导管232与HRSG142以传热连通的方式联接。这种传热连通有利于将由在反应器226内执行的脱硫的合成气-SNG转换过程产生的热传递到HRSG142。
在操作中，压缩机201接收环境空气，压缩空气，且通过导管203和204将压缩空气输送到空气分离单元202。单元202也可通过导管124和204接收来自压缩机112的空气。压缩空气被分离成O2和通过通风口206排出的其它成分。O2通过导管210输送到气化反应器208。反应器208通过导管210接收O2，煤209，以及通过导管224接收来自AGRU218的CO2。反应器208产生酸性合成气流，酸性合成气流通过导管214输送到气体变换反应器212。使用酸性合成气流来通过放热式化学反应产生经变换的酸性合成气流。经变换的合成气流包含与反应器208中产生的酸性合成气流相比处于增加的浓度的CO2和H2。由放热式反应产生的热通过导管146被传送到HRSG142。
另外，在操作中，经变换的合成气流通过导管220输送到AGRU218，其中，通过导管222移除酸性成分，且CO2通过导管224输送到反应器208。这样，AGRU218就产生了脱硫的合成气流，脱硫的合成气流通过槽道228输送到甲烷化反应器226，其中，通过放热式化学反应从脱硫的合成气流中产生SNG流。由该反应产生的热通过导管232传送到HRSG142，且SNG流通过导管230输送到燃烧器122。
另外，在操作中，涡轮114使压缩机112旋转，从而使得压缩机112接收和压缩环境空气，且将压缩空气的一部分输送到单元202，将压缩空气的一部分输送到燃烧器122。燃烧器122混合和燃烧空气和SNG，且将热的燃烧气体输送到涡轮114。热气体导致涡轮114旋转，这随后通过转子120使发电机118旋转，以及使压缩机112旋转。
燃烧气体的至少一部分通过导管148从涡轮114输送到HRSG142。而且，在反应器226中产生的热的至少一部分通过导管232传送到HRSG142。另外，在反应器212中产生的热的至少一部分输送到HRSG142。过冷的锅炉给水以预定压力通过导管145输送到反应器212。反应器212内的水接收反应器212内产生的热的至少一部分，从而使得水温升高到大约与预定压力相关联的饱和温度。饱和流体通过导管146输送到HRSG142，其中，来自反应器226和排气导管148的热将热进一步添加到该流体，以形成高压蒸汽流(未显示)。蒸汽流输送到蒸汽涡轮132，且导致涡轮132旋转。涡轮132通过第二转子136使第二发电机134旋转。通过导管137再循环被涡轮132冷凝的蒸汽，以便于进行进一步的使用。
图2是可与IGCC动力发生装置100一起使用的示例性气化系统200的示意图。系统200包括气化反应器208。反应器208包括下级240和上级242。在该示例性实施例中，下级240通过导管210接收O2，使得下级240与空气分离单元202(在图1中显示)以流动连通的方式联接。
导管224与下级CO2导管244和上级CO2导管246以流动连通的方式联接。因而，下级240和上级242以流动连通的方式联接到AGRU218上。另外，下级240和上级242分别通过下部煤导管248和上部煤导管250接收干煤。
下级240包括临时存储从下级240接收到的液体炉渣的闭锁式料斗252。在该示例性实施例中，料斗252充装了水。或者，料斗252具有有利于本文所描述的系统200的操作的任何构造。通过导管254移除炉渣。上级242有利于通过移除导管256来移除载有炭的酸性热合成气流(未显示)。导管256使气化反应器208与洗涤和骤冷单元262以流动连通的方式联接。
洗涤和骤冷单元262分离酸性热合成气与炭，从而使得可通过返回导管260使炭再循环回到下级240。单元262包括骤冷组件(未显示)，该骤冷组件添加水，且使水与通过导管256输送到单元262的酸性热合成气流混合，以有利于冷却热合成气流，从而形成酸性骤冷合成气流(未显示)。单元262构造成以便通过导管264接收水。单元262还有利于使炭结块，这进一步有利于移除炭。单元262包括有利于从合成气流中移除炭和移除其它颗粒的分离器组件(未显示)。单元262通过导管268与气体变换反应器212以流动连通的方式联接。
反应器212包括入口气室270、出口气室272和催化剂区段274。入口气室270通过导管268与单元262以流动连通的方式联接，且与催化剂区段274以流动连通的方式联接。另外，入口气室270接收来自导管268的合成气流，且对催化剂区段274提供合成气的预定分配。区段274包括催化剂组件(未显示)，其中，以有利于基本静态地分配该组件内的催化剂的方式容纳了预定的催化剂。催化剂组件与气室270和272以流动连通的方式联接。另外，催化剂组件构造成以便接收来自气室270的、具有预定分配的合成气，且催化剂(未显示)有利于在通过导管268输送的合成气流内由CO和水产生H2和CO2。H2和CO2的产生由放热式化学反应执行，且形成经变换的合成气流(未显示)。出口气室272与催化剂组件和传热设备276以流动连通的方式联接。气室272接收来自催化剂组件的经变换的合成气，且混合经变换的合成气，以便于通过导管220将该经变换的合成气输送到设备276。因此，气体变换反应器212产生经变换的酸性合成气流(未显示)，该经变换的酸性合成气流包含与反应器208中产生的酸性合成气流相比处于增加的浓度的CO2和H2。
反应器212还包括包围催化剂组件的至少一部分的区段274的传热部分(未显示)，其中，区段274通过导管145接收来自传热设备276的过冷的锅炉给水(未显示)。传热部分构造成有利于区段274的催化剂部分和锅炉给水之间的直接接触，从而使得有利于移除放热式化学反应在催化剂组件内产生的热。在该示例性实施例中，传热部分通过导管146与HRSG142以流动连通的方式联接。或者，反应器212通过导管146的至少一部分与反应器226以流动连通的方式联接。在该示例性实施例中，以类似于壳管式热交换器的方式构造反应器212，其中，催化剂组件是多个管道(未显示)，其中，催化剂至少部分地容纳在管道中。另外，在该示例性实施例中，催化剂组件定位在区段274内的腔体(未显示)中。此外，在该示例性实施例中，合成气流过管道中的区段274内的催化剂，且锅炉给水在管道的外部的周围流动。或者，以有利于本文所描述的系统200的操作的任何方式构造反应器212。
或者，以有利于本文所描述的系统200的操作的任何方式构造反应器212。例如，可通过(但不限于)具有外部和/或内部翅片/折流板(未显示)的特别地设计的管道(未显示)来实现对反应器温度分布的优化控制，从而进一步有利于传热率，且在气体流过管道时移除预定量的热。
传热设备276通过导管220与变换反应器212以流动连通的方式联接，且接收来自反应器212的经变换的酸性合成气流。在该示例性实施例中，设备276是壳管式热交换器。或者，设备276具有有利于本文所描述的系统200的操作的任何构造。设备276还通过导管278与锅炉给水源(未显示)以流动连通的方式联接，且通过导管145与反应器212以流动连通的方式联接，从而有利于锅炉给水通过设备276流到反应器212。另外，设备276通过导管282与调温冷却器280以流动连通的方式联接。调温冷却器280通过导管282接收来自设备276的经变换的酸性合成气流。冷却器280冷却输送自设备276的合成气流，且移除汽化的剩余潜热的很大一部分，从而使得合成气流内的任何蒸汽被冷凝。冷却器280通过导管286与分离鼓284以流动连通的方式联接。分离鼓284还通过导管288与设备276以流动连通的方式联接。
AGRU218通过导管290与调温冷却器280以流动连通的方式联接，且接收具有增加的CO2和H2浓度的经变换的酸性合成气流。AGRU218还有利于通过导管222从酸性的经变换的合成气流中移除酸性成分(未显示)的至少一部分，该酸性成分包括但不限于硫磺酸和碳酸。为了进一步有利于酸的移除，AGRU218通过导管292接收溶剂，溶剂包括但不限于胺、甲醇和/或
Figure BPA00001182849400091
从而这种酸移除有利于从酸性合成气流中产生脱硫的合成气流(未显示)。AGRU218还有利于移除包含在酸性的经变换的合成气流中的气态CO2的至少一部分。另外，AGRU218通过导管224与反应器208以流动连通的方式联接，从而使得CO2流(未显示)分别通过导管244和246输送到反应器208下级240和上级242。
甲烷化反应器226与AGRU218以流动连通的方式联接，且通过导管228从AGRU218中接收脱硫的合成气流。反应器226从脱硫的合成气流的至少一部分中产生代用天然气(SNG)流(未显示)。反应器226还与燃烧器122以流动连通的方式联接，从而使得SNG流通过导管230输送到燃烧器122。另外，反应器226通过导管232与HRSG142传热连通地联接，以有利于将热传递到HRSG142，该热是由在反应器226内执行的脱硫的合成气-SNG转换过程产生的。在一个备选实施例中，反应器226构造成以便通过导管146的至少一部分接收来自反应器212的锅炉给水的至少一部分。
提供了一种产生代用天然气(SNG)的示例性方法。该方法包括提供至少一个蒸汽涡轮发动机130和至少一个气体变换反应器212。该方法还包括在至少一个气体变换反应器212内产生蒸汽流。该方法进一步包括将蒸汽流的至少一部分输送到至少一个蒸汽涡轮发动机130。
在操作期间，来自分离器单元202的O2和预热煤分别通过导管210和248被引入下级240中。煤和O2与通过导管260被引入下级240中的预热炭反应，以产生主要包含H2、CO、CO2和至少一些硫化氢(H2S)的合成气。这种合成气的形成是通过本质上为基本放热式的化学反应实现的，且相关联的放热产生处于约1371度摄氏温度(℃)(2500度华氏温度(°F))至约1649℃(3000°F)的范围内的操作温度。形成合成气的化学反应中的至少一些还形成炉渣(未显示)。下级240内的高温有利于保持炉渣的低粘度，从而使得可通过重力将基本大部分液体炉渣供给到料斗252中，其中，料斗252中相对较冷的水有利于炉渣的迅速骤冷和破裂。合成气向上流过反应器208，其中，一些炉渣通过上级242中的另外的反应而被夹带。在该示例性实施例中，引入下级240中的煤是干煤或者湿度低的煤，该煤被粉碎到足够的颗粒大小，以允许从下级240流到上级242的合成煤气夹带粉化煤。
在该示例性实施例中，来自AGRU218的CO2通过导管224和244被引入下级240中。另外的CO2有利于通过降低通过导管210引入的O2的所需质量流率来提高IGCC装置100的效率。来自导管210的O2分子被通过CO2分子分解成它们的组分碳(C)和O2分子而形成的O2分子取代。因而，用于在涡轮发动机燃烧器122内燃烧的另外的空气可用于预定的压缩机额定值，从而有利于燃气涡轮发动机110以额定功率发生量或超过额定功率发生量来操作。
在上级242中进行的化学反应是以有利于上级242中的反应物与煤反应的具有足够的驻留时间的、约816℃(1500°F)至约982℃(1800°F)的范围中的温度以及超过约30巴或3000千帕(kPa)(435磅每平方英寸(psi))的压力进行的。此外，另外的干的预热煤和CO2分别通过导管250和246引入上级242中。从下级240中出现的合成气和其它成分以及另外的煤和CO2混合在一起，形成放热式化学反应，放热式化学反应也形成蒸汽、炭、甲烷(CH4)和其它气态烃(包括C2+或具有至少两个碳原子的烃分子)。C2+烃分子和CH4的一部分与蒸汽和CO2反应，形成热的载有炭的合成气流。预先确定上级242的温度范围，以有利于CH4的形成，且减轻C2+烃分子的形成。
上级242内(即介于预热煤和合成气之间)的化学反应的至少一个产物是低硫炭，该低硫炭被夹带在包含CH4、H2、CO、CO2和至少一些H2S的热的酸性合成气中。在存在处于升高的温度和压力的H2和蒸汽的情况下，通过使粉化煤与合成气反应来将炭的硫含量保持在最小水平。
在热的酸性合成煤气流中夹带的低硫炭和液体炉渣被从上级242中取出，且通过导管256被输送到洗涤和骤冷单元262中。炭和炉渣的很大一部分在单元262中与热的酸性合成气流分离，且从单元262中取出。通过导管260将炭和炉渣输送到下级240中，以分别便于用作反应物以及便于处理。
单元262还有利于冷却合成气流。通过导管264将水喷射到合成气流中，且水汽化，其中，从热的酸性合成气流中移除与水的汽化潜热相关联的热能，且合成气流温度下降到约900℃(1652°F)。以约0.8-0.9的蒸汽-干气比率将在热的酸性合成气流内夹带的蒸汽用于后面的气体变换反应(在下面描述)中。
热的酸性的载有蒸汽的合成气流通过导管268从单元262输送到气体变换反应器212。合成气进入气室270，其中，以预定的分配型式将合成气分配到区段274内的催化剂设备。该合成气流过催化剂设备内的催化剂。反应器212有利于通过放热式化学反应由合成气流内的CO和H2O(蒸汽形式)形成CO2和H2：
Figure BPA00001182849400121
由放热式反应产生的热通过区段274的传热部分从热的合成气流传递到锅炉给水中。因此，输送到反应器212中的热的酸性合成气流冷却到预定温度，且变换成具有增加的CO2和H2浓度的经冷却的酸性合成气流，其中蒸汽-干气摩尔比率小于约0.2-0.5，且蒸汽-CO摩尔比率小于约2.2。因此，合成气流从区段274输送到出口气室272中，且以比典型地存在于一些已知的水-气体变换反应器中的含水量更低的含水量离开反应器212。另外，由于一些已知的水-气体变换反应器需要添加蒸汽，以便于进行温度控制，所以反应器212的催化剂设备可构造成比这种已知的反应器中的类似的催化剂设备小约35％。此外，由于变换反应器212不使用HRSG142所产生的蒸汽，所以更多蒸汽可用于涡轮132。
经变换的经冷却的酸性合成气流通过导管220从反应器212输送到传热设备276。来自锅炉给水源的锅炉给水和通过导管288来自分离鼓284的冷凝物移除合成气流中另外的热。
经进一步冷却的酸性的经变换的合成气流通过导管282从设备276输送到调温冷却器280。调温冷却器280有利于从合成气流中移除汽化的剩余潜热中的至少一些，从而使得剩余的H2O的很大一部分冷凝，且通过分离鼓284将其从合成气流中移除。冷凝物流(未显示)通过导管288从鼓284输送到设备276。
冷的酸性的经变换的合成气流通过导管290从调温冷却器280输送到AGRU218。AGRU218主要有利于从输送自反应器212的合成气流中移除H2S和CO2。与合成气流混合的H2S接触AGRU218内的选择性溶剂。在该示例性实施例中，在AGRU218中使用的溶剂是胺。或者，溶剂包括但不限于包含甲醇和/或
Figure BPA00001182849400122
溶剂通过溶剂导管292输送到AGRU218。浓缩的H2S流通过导管222从AGRU218的底部抽到与另外的回收过程相关联的回收单元(未显示)。另外，碳酸形式的CO2也被以类似的方式移除和处理。另外，气态CO2在AGRU218内被收集，且通过导管224输送到反应器208。
脱硫的合成气流通过导管228从AGRU218输送到甲烷化反应器226。脱硫的合成气流基本没有H2S和C2O，且包含按比例增加的浓度的CH4和H2。合成气流还包含完全将CO转换到CH4所需的H2的化学计算量，该化学计算量关于H2/CO比率为至少3∶1。在该示例性实施例中，反应器226使用本领域中已知的至少一种催化剂来促进放热式化学反应，例如：
Figure BPA00001182849400131
反应器226中的H2将剩余的CO的至少约95％转换成CH4，从而使得包含超过90％体积的CH4且小于0.1％体积的CO的SNG流通过导管230输送到燃烧器122。
如本文描述的那样产生的SNG有利于在燃气涡轮110内使用干的低NOx燃烧器，同时减少对稀释剂的需要。另外，这种SNG的产生有利于在具有很小的修改来影响高效燃烧的情况下使用现有的燃气涡轮模型。此外，这种SNG与具有更高的H2浓度的燃料相比提高了安全边界。
在反应器226内在放热式化学反应中产生的热通过导管232传递到HRSG142，以有利于使通过导管146输送到HRSG142的给水沸腾。所产生的蒸汽通过导管150输送到涡轮132。这种热发生具有改进IGCC装置100的整体效率的好处。另外，SNG的提高的温度有利于燃烧器122内的燃烧的改进的效率。在该示例性实施例中，反应器226和导管232在HRSG142内构造成壳管式热交换器。或者，导管232、反应器226和HRSG142具有有利于本文所描述的IGCC装置100的操作的任何构造。
在该示例性实施例中，有利于提高IGCC装置100的热效率。高压锅炉给水以预定压力输送到传热设备276，其中，热从合成气流传递到锅炉给水。过冷的锅炉给水流通过导管145输送到变换反应器212。过冷的锅炉给水的温度在反应器212内提高到对于现有的锅炉给水压力来说基本饱和的温度。饱和的高压锅炉给水蒸汽流从反应器212输送到HRSG142，其中，加热饱和的锅炉给水，以产生通过导管150输送到涡轮132的高压过热蒸汽流的至少一部分。或者，饱和的高压锅炉给水蒸汽流从反应器212输送到反应器226，其中，加热饱和的锅炉给水，以产生直接或者通过HRSG142和导管150输送到任一涡轮132的高压过热蒸汽流。
通过以上论述的示例性方法提高热效率有利于通过消除传热设备和典型地在反应器212的下游使用的相关联的管道和泵来降低资本设备和建造成本。有利于降低的硬件要求，因为消除将蒸汽从HRSG142输送到反应器212以进行温度控制的需要使热回收分量的总的负荷减少了约50％，与一些典型的已知气化系统相比，热回收分量流少了约35％，且冷凝物少了75％。
另外，在该示例性实施例中，进一步有利于提高IGCC装置100的热效率。通过调温冷却器280从合成气流中移除的冷凝物被输送到分离鼓284。通过导管288将冷凝物从鼓284输送到传热设备276。在合成气流和锅炉给水的传热动作之后，冷凝物接收来自设备276内的合成气流的热。经加热的冷凝物通过导管264输送到洗涤和骤冷单元262。用来从输送自反应器208的合成气流中移除固体物质的经加热的冷凝物减轻了在洗涤和骤冷动作期间从合成气流中移除热。因此，使用输送到反应器212和设备276的合成气流内的余热来加热锅炉给水，从而有利于在HRSG142中产生过热的高压蒸汽流。
本文描述的产生代用天然气或SNG的方法和设备有利于操作整体煤气化联合循环(IGCC)动力发生装置，且尤其是SNG产生系统。具体地，如本文描述的那样构造IGCC和SNG产生系统有利于在SNG产生过程中最优地产生和收集来自放热式化学反应的热，以有利于改进IGCC装置热效率。更具体地，将热的锅炉给水输送通过水-气体变换反应器提供了控制变换反应器的温度的一种有效方法。另外，这种构造有利于形成过热的高压蒸汽流，以便于产生动力。此外，这种构造有利于通过消除传热设备和典型地在这种水-气体变换反应器的下游使用的相关联的管道和泵来降低与建造IGCC和SNG产生系统相关联的资金和劳动力成本。
以上详细描述了与IGCC装置相关联的SNG的产生的示例性实施例。方法、设备和系统不限于本文描述的具体实施例，也不限于具体的所示的IGCC装置。
虽然已经关于各种具体实施例对本发明进行了描述，但是本领域技术人员将认可，可用在权利要求书的精神和范围内的修改来实践本发明。

Claims (18)

1.一种产生代用天然气(SNG)的方法，所述方法包括：
提供构造成以便产生合成气流的至少一个气化反应器；
提供与所述至少一个气化反应器流动连通地联接的至少一个合成气骤冷组件；
将至少一个气体变换反应器联接成与所述至少一个合成气骤冷组件流动连通，以便于提高所述合成气流中氢气(H2)的浓度；
将至少一个传热设备联接在所述至少一个气体变换反应器的下游，使得所述至少一个气体变换反应器从所述至少一个传热设备接收冷却的锅炉给水，以用于冷却所述至少一个气体变换反应器；
将骤冷的合成气流从所述至少一个合成气骤冷组件输送到所述至少一个气体变换反应器；
将至少一个酸性气体移除单元联接成与所述至少一个气体变换反应器流动连通；
将至少一个热回收蒸汽发生器(HRSG)联接成与所述至少一个气体变换反应器流动连通；以及
将至少一个甲烷化反应器联接成与所述至少一个酸性气体移除单元(AGRU)且与所述至少一个热回收蒸汽发生器(HRSG)流动连通，其中，所述至少一个热回收蒸汽发生器(HRSG)接收由所述至少一个甲烷化反应器产生的热。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
在所述至少一个气体变换反应器中产生经变换的合成气流，所述经变换的合成气流具有以下至少一种：
小于0.2-0.5的蒸汽-干气摩尔比率；和
小于2.2的蒸汽-一氧化碳摩尔比率；
提供联接成与所述至少一个HRSG流动连通的至少一个蒸汽涡轮发动机；
在所述至少一个气体变换反应器中产生饱和蒸汽流；
将所述饱和蒸汽流的至少一部分传输到所述至少一个HRSG；
提供锅炉给水流；
将所述骤冷的合成气流的至少一部分和所述锅炉给水流的至少一部分输送到所述至少一个气体变换反应器；以及
将热从所述经变换的合成气流的至少一部分传递到所述锅炉给水流的至少一部分。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，提供锅炉给水流包括：
将处于预定压力和第一预定温度的第一锅炉给水流的至少一部分输送到所述至少一个传热设备；
将所述经变换的合成气流的至少一部分输送到所述至少一个传热设备；
将热从所述经变换的合成气流的至少一部分传递到所述锅炉给水流的至少一部分，从而形成处于大于所述第一预定温度的第二预定温度的第二锅炉给水流；以及
将所述第二锅炉给水流的至少一部分输送到所述至少一个气体变换反应器。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将热从所述经变换的合成气流的至少一部分传递出来包括将热从所述经变换的合成气流的至少一部分传递到处于预定压力和第一预定温度的锅炉给水流的至少一部分，从而形成处于大于所述第一预定温度的第二预定温度的第二锅炉给水流。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，形成第二锅炉给水流包括形成所述第二锅炉给水流，其中，所述第二预定温度等于关于所述预定压力的饱和温度。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将热从所述经变换的合成气流的至少一部分传递出来包括将所述至少一个气体变换反应器的至少一部分内的温度控制到预定温度，所述预定温度具有有利于控制所述至少一个气体变换反应器内的氢气和一氧化碳的产生反应率的值。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将所述饱和蒸汽流的至少一部分输送到所述至少一个HRSG包括将处于预定压力和等于关于所述预定压力的饱和温度的预定温度的锅炉给水流的至少一部分输送到以下中的至少一个：
在所述至少一个蒸汽涡轮发动机的上游联接的所述至少一个HRSG，其中，所述锅炉给水流的至少一部分处于大于关于所述预定压力的饱和温度的预定温度；以及
在所述至少一个蒸汽涡轮发动机的上游联接的所述至少一个甲烷化反应器，其中，所述锅炉给水流的至少一部分处于大于关于所述预定压力的饱和温度的预定温度。
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
将处于第一预定温度的第一冷凝物流的至少一部分输送到所述至少一个传热设备；
将热从所述经变换的合成气流的至少一部分传递到所述第一冷凝物流的至少一部分，从而形成处于大于所述第一预定温度的第二预定温度的第二冷凝物流；以及
将所述第二冷凝物流的至少一部分输送到所述合成气骤冷组件。
9.一种气化系统，包括
至少一个气化反应器，其构造成以便产生热的合成气流；
至少一个合成气骤冷组件，其与所述至少一个气化反应器流动连通地联接；和
至少一个气体变换反应器，其与所述至少一个合成气骤冷组件流动连通地联接，以便于提高所述合成气流中氢气(H2)的浓度，所述至少一个合成气骤冷组件构造成以便将骤冷的合成气流输送到所述至少一个气体变换反应器，所述骤冷的合成气流具有0.8-0.9的范围中的蒸汽-干气比率；
至少一个传热设备，其联接在所述至少一个气体变换反应器的下游，使得所述至少一个气体变换反应器从所述至少一个传热设备接收过冷的锅炉给水，以用于冷却所述至少一个气体变换反应器；
至少一个酸性气体移除单元，其联接成与所述至少一个气体变换反应器流动连通；
至少一个热回收蒸汽发生器(HRSG)，其联接成与所述至少一个气体变换反应器流动连通；以及
至少一个甲烷化反应器，其联接成与所述至少一个酸性气体移除单元(AGRU)且与所述至少一个热回收蒸汽发生器(HRSG)流动连通，其中，所述至少一个热回收蒸汽发生器(HRSG)接收由所述至少一个甲烷化反应器产生的热。
10.根据权利要求9所述的气化系统，其特征在于，所述至少一个气体变换反应器构造成：
接收合成气流；
产生处于基本饱和状态的高压蒸汽流；
将所述基本饱和的高压蒸汽流输送到所述至少一个HRSG；以及
产生具有以下至少其中之一的经变换的合成气流：
小于0.2-0.5的蒸汽-干气摩尔比率；和
小于2.2的蒸汽-一氧化碳摩尔比率。
11.根据权利要求10所述的气化系统，其特征在于，所述至少一个气体变换反应器进一步构造成以便捕捉从至少一个放热式化学反应中释放的热的至少一部分。
12.根据权利要求10所述的气化系统，其特征在于，所述至少一个传热设备构造成以便接收所述经变换的合成气流的至少一部分和冷凝物流，所述至少一个传热设备进一步构造成以便将热从所述经变换的合成气流的至少一部分传递到所述冷凝物流的至少一部分。
13.根据权利要求10所述的气化系统，其特征在于，所述至少一个气体变换反应器与构造成以便接收所述基本饱和的高压蒸汽流且产生过热蒸汽流的至少一个设备以流动连通的方式联接，所述设备与至少一个蒸汽涡轮发动机以流动连通的方式联接，所述设备包括以下中的至少一个：
所述至少一个HRSG；以及
所述至少一个甲烷化反应器。
14.一种整体煤气化联合循环(IGCC)动力发生装置，包括：
构造成以便产生热的合成气流的至少一个气化反应器；
至少一个合成气骤冷组件，其与所述至少一个气化反应器流动连通地联接；
至少一个气体变换反应器，其与所述至少一个合成气骤冷组件流动连通地联接，以便于提高所述合成气流中氢气(H2)的浓度，所述至少一个合成气骤冷组件构造成以便将骤冷的合成气流输送到所述至少一个气体变换反应器，所述骤冷的合成气流具有0.8-0.9的范围中的蒸汽-干气比率；
至少一个传热设备，其联接在所述至少一个气体变换反应器的下游，以用于冷却所述至少一个气体变换反应器；
至少一个酸性气体移除单元，其联接成与所述至少一个气体变换反应器流动连通；
至少一个热回收蒸汽发生器(HRSG)，其联接成与所述至少一个气体变换反应器流动连通；以及
至少一个甲烷化反应器，其联接成与所述至少一个酸性气体移除单元(AGRU)且与所述至少一个热回收蒸汽发生器(HRSG)流动连通，其中，所述至少一个热回收蒸汽发生器(HRSG)接收由所述至少一个甲烷化反应器产生的热。
15.根据权利要求14所述的IGCC动力发生装置，其特征在于，所述至少一个气体变换反应器构造成：
接收合成气流；
产生处于基本饱和状态的高压蒸汽流；
将所述基本饱和的高压蒸汽流输送到所述至少一个HRSG；以及
产生具有以下至少其中之一的经变换的合成气流：
小于0.2-0.5的蒸汽-干气摩尔比率；和
小于2.2的蒸汽-一氧化碳摩尔比率；
以及
联接成与所述至少一个HRSG流动连通的至少一个蒸汽涡轮发动机，所述至少一个蒸汽涡轮发动机构造成接收过热高压蒸汽流的至少一部分。
16.根据权利要求15所述的IGCC动力发生装置，其特征在于，所述至少一个气体变换反应器进一步构造成以便捕捉从至少一个放热式化学反应中释放的热的至少一部分。
17.根据权利要求15所述的IGCC动力发生装置，其特征在于，所述至少一个传热设备构造成以便接收所述经变换的合成气流的至少一部分和冷凝物流，所述至少一个传热设备进一步构造成以便将热从所述经变换的合成气流的至少一部分传递到所述冷凝物流的至少一部分。
18.根据权利要求15所述的IGCC动力发生装置，其特征在于，所述至少一个气体变换反应器与构造成以便接收所述基本饱和的高压蒸汽流且产生所述过热蒸汽流的至少一个设备以流动连通的方式联接，所述设备与所述至少一个蒸汽涡轮发动机以流动连通的方式联接，所述设备包括以下中的至少一个：
所述至少一个HRSG；以及
所述至少一个甲烷化反应器。
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