CN112625762A - 用于从供应的气体提取可冷凝蒸汽的气体调节过程及系统 - Google Patents

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Abstract

一种从供应的气体提取可冷凝蒸汽的过程，包括以下步骤：i)通过在冷凝表面处冷却供应的气体来使可冷凝蒸汽冷凝，使得供应的气体分成至少一个冷凝馏分和产物气体；同时ii)由机械刮擦器件使该至少一个冷凝馏分从冷凝表面移除。

Description

用于从供应的气体提取可冷凝蒸汽的气体调节过程及系统
技术领域
本发明涉及气体调节领域，且特别地但不是唯一地可适用于调节通过气化产生的气体(“气化气体”)。
背景技术
“气化气体”为气化的产物，例如，含碳给料的煤气化和热解。具体而言，通过使生物质给料热解和甲烷化而产生的气体(即，基于甲烷的燃料气体)被认为是可再生能源的来源，且因其为加工工业实现碳中和提供了有希望的解决方案。此外，它的高甲烷含量使其对于给发生器和燃气发动机供燃料而言为理想的，其中它的贫燃特性有利于满足排放要求。
随着气化过程发生，在一些情况下，在750℃以上的操作温度下的反应室中，从室提取的气体经常载有汽化的长链烃(如焦油)，以及在其可使用之前需要从燃料气体中剥离的其他杂质。例如，燃料气体中焦油的存在降低了其纯度，且在一些情况下(即，燃气发动机应用)，导致低效、不受控制的排放和内部结垢。
焦油从气化气体/燃料气体的移除为本领域所熟知的。例如，湿式洗涤器通常用于通过使气体与洗涤器溶液(即，水)接触来移除焦油，以使在接触时任何汽化的焦油被冷凝且固持在洗涤器溶液中(见Winter等的US20140131622中给出的示例)，从而导致高纯度燃料气体。US4324643(Durai-Swamy)和US4101412(Choi)提供了关于从富含焦油的洗涤器溶液提取焦油的一些另外的示例(包括液体分离技术和分馏柱)。湿式洗涤器的使用为气体净化提供了简单的解决方案，但这些示例中示出的下游焦油提取可被证明为昂贵的，且如果洗涤器溶液没有适当地处理，可引起潜在危害。
备选地，焦油可从燃料气体直接地冷凝出来，而不使用洗涤器溶液。KR20110137977(Korean Institute of Energy Research)教导了一种离心式冷凝器，其中流动穿过回转环带的燃料气体由包绕的冷却流体连续地冷却。在冷却时，汽化的焦油从燃料气体冷凝出来，且在借助于离心力在液体出口处离开环带(留下经调节和净化的气体流，以在气体出口处吹扫)之前沿成角度的壁流动。然而，处理温度极大地影响焦油粘度，且因此对冷却温度的不当控制(即，过冷)可导致焦油增稠且因此在液体出口处堵塞，即，由回转环带施加的离心力可不足以从回转环带排出增稠的焦油。
焦油为长链烃，其为由工业过程产生的过程气体中的可冷凝馏分。典型地，带较大分子量的焦油具有较高的露点。这些焦油典型地由许多芳族环(例如，重质多环芳烃)构成。通常具有较少芳族环的较低分子量的焦油通常具有较低的露点。大体上，具有较高露点的焦油在特定温度下的粘度将高于具有较低露点的焦油。在混合物中时，这些焦油可形成粘性糊状物，这在任何气体处理过程中都为非合乎需要的和有问题的。使用KR20110137977中教导的用于焦油移除的系统将不可避免地导致粘度的巨大不一致性，这影响热传递和排水性能。例如，在其中冷却剂在单一冷却温度下供应的KR20110137977中，包含具有高露点的焦油的焦油混合物显著地增稠整个混合物，从而阻止有效的排出。
因此，能够从气化气体/燃料气体高效且可靠地移除焦油的气体调节单元为非常合乎需要的。
发明内容
本申请人通过提供一种从供应的气体移除可冷凝蒸汽的过程来减轻上述问题，该过程包括以下步骤：
i)使供应的气体在第一冷凝表面处冷却；其中所述第一冷凝表面温度控制至第一温度，以用于冷凝供应的气体中的可冷凝蒸汽的部分，使得供应的气体分成初步冷凝馏分和过程气体；同时利用机械刮擦器件使第一冷凝表面处的初步冷凝馏分移除；以及
ii)使过程气体在第二冷凝表面处冷却；其中在第二冷凝表面处温度控制至第二温度，以用于冷凝过程气体中的其余可冷凝蒸汽的另一比例，使得过程气体分成随后冷凝馏分和产物气体；同时利用机械刮擦器件使冷凝表面处的随后冷凝馏分移除；
其中初步冷凝馏分具有比随后冷凝馏分较高的露点温度；且其中初步冷凝馏分在低于第二温度的任何给定温度下具有比随后冷凝馏分较高的粘度，且其中过程还包括以下步骤：
a)在第一位置处收集移除的随后冷凝馏分，其中所述第一位置温度控制至第二温度；以及
b)将随后冷凝馏分从第一位置机械地输送至第二位置；其中所述第二位置温度控制至第一温度，以用于加热和/或汽化所述随后冷凝馏分，以形成加热的随后馏分；以及
c)在第二位置处收集移除的初步冷凝馏分；以及
d)将初步冷凝馏分和加热的随后馏分从第二位置机械地输送至第三位置；其中所述第三位置温度控制至高于第一温度的温度，以用于加热和/或汽化所述加热的随后馏分和初步冷凝馏分，以形成浓缩的可冷凝蒸汽；以及
e)从第三位置提取浓缩的可冷凝蒸汽。
供应的气体典型地(但不一定)为含碳给料的煤气化或热解的产物。可选地，该供应的气体包括甲烷以及可冷凝的烃蒸汽，例如，焦油，其在标准环境温度和压力下(即，在25℃和1atm下)具有非气相。供应的气体(在超过可冷凝蒸汽的露点的供给温度下)典型地为充分混合的气体。通过包括机械刮擦器件(例如，刮擦器)，冷凝的焦油可以以及时的方式移除，以改进冷凝表面处的热传递，即，这产生相对无焦油的冷凝表面，以用于冷凝更多汽化的焦油。机械刮擦器件还允许具有较高粘度的焦油(即，具有像糊状物的稠度的焦油)的高效排出；这改进了过程可靠性。
由于温度降低，冷凝馏分的粘度可在快要移除时显著地升高，且因此增加了处理难度。因此，可提供热控制输送器件，以用于加热和/或汽化冷凝馏分以改进其流动性。冷凝馏分可汽化，以形成浓缩的可冷凝蒸汽，即，具有比供应的气体显著较高的焦油浓度的气体混合物。
步骤ii)可使用前一步骤的产物气体作为输入气体而在另外的冷凝表面处重复。该过程可描述为在顺序的阶段中冷凝和移除可冷凝蒸汽或焦油。阶段中的各个中移除的焦油的混合物具有相似的露点和粘度，且因此降低了过程难度。例如，初步馏分比随后馏分具有较高的露点温度，使得初步馏分在低于第二温度的任何给定温度下比随后馏分具有较高的粘度。
步骤c)-d)可使用来自又一冷凝表面的冷凝馏分和/或前一步骤的加热的冷凝馏分作为输入材料而在另外的位置处重复，以便形成更浓缩的可冷凝蒸汽。例如，过程可包括又一位置，以加热和汽化保留在液相的任何冷凝馏分。过程可因此描述为在顺序的阶段中加热和汽化冷凝馏分，以形成浓缩的可冷凝蒸汽。
可选地，供应的气体在可冷凝蒸汽移除过程之前调节。例如，过程还可包括利用供应的气体的热交换器来控制供应的气体的温度的步骤，以及利用过滤器过滤的步骤，以使供应的气体没有任何冷凝馏分和颗粒。
可选地，产物气体利用洗涤器洗涤，以移除任何突出的污染物。且可选地，洗涤的产物气体使用气体干燥器干燥，以便增加气体的热值。
还提供了一种用于执行过程的系统，该系统包括至少一个冷凝单元和热控制输送器件，该热控制输送器件提供成用于加热和/或汽化从至少一个冷凝单元移除的至少一个冷凝馏分，以形成浓缩的可冷凝蒸汽，如此它们的粘度可维持或降低，以改进流动性；且其中热控制输送器件为加热挤出器或加热刮擦表面热交换器，或在一些情况下为批加热器。
至少一个冷凝单元包括第一冷凝表面和第二冷凝表面，其中机械刮擦器件用于从各个冷凝表面移除冷凝馏分；第一冷凝表面和第二冷凝表面中的各个独立地温度控制。可选地，冷凝单元为挤出器，但其可为包括本领域技术人员已知的机械刮擦器件的任何热交换器，例如，刮擦表面热交换器。例如，系统可为单一套管挤出器，其中套管可被分段，以沿其长度提供第一温度和第二温度。
可选地和备选地，系统可替代地包括连接的至少两个冷凝单元；其中至少两个冷凝单元中的各个独立地温度控制；在这种情况下，第一冷凝单元用作第一冷凝表面，且第二冷凝单元用作第二冷凝表面。可选地，至少两个冷凝单元的套管中的各个还可包括分隔件，以提供若干冷却温度，来增加灵活性。
热控制输送器件包括第一位置、第二位置以及第三位置，以用于加热和汽化从冷凝单元中的各个移除的冷凝馏分。第一位置、第二位置以及第三位置顺序连接；温度从第一位置至第三位置逐渐地增加。例如，第一位置、第二位置以及第三位置可为沿热分段挤出器或刮擦表面热交换器的不同区段，或备选地，它们可为呈串联连接的离散单元。
可选地，挤出器可包括一个或多个螺旋螺杆，以用于从冷却的筒壁上刮擦掉任何冷凝馏分，且输送所述馏分来用于移除。可选地，挤出器可包括用于增加的热传递面积和扩大的气体流路径的两个螺杆，但该挤出器可按需要包括任意数量的螺杆。且可选地，螺旋螺杆可包括不粘涂层，以用于冷凝馏分从其表面高效排出。且可选地，螺杆可温度控制，以用于增加的冷却面积；例如，螺杆可由内部冷却剂循环或利用Peltier冷却器或任何其他冷却器件来冷却。
可选地，冷凝单元为刮擦表面热交换器，其包括用于刮擦和输送至少一个冷凝馏分的机械刮擦器件。可选地，机械刮擦器件包括一个或多个活塞或刮擦器；其中刮擦表面热交换器包括包封在加热/冷却套管中的筒，以提供温度控制。例如，活塞或刮擦器沿轴向方向往复振荡，其中任何冷凝的焦油在接触表面刮擦和移除。可选地，一个或多个活塞或刮擦器与筒之间的接触表面包括导热和耐磨涂层，以用于保护所述接触表面；耐磨涂层可为氮化硼，或本领域技术人员已知的任何其他适合的涂层。
可选地，挤出器包括气体/液体分离器件，以用于将任何夹带的初步馏分/随后馏分与过程气体/产物气体分离；所述分离器件可为重力分离器、离心机、旋流器、过滤器，或本领域技术人员已知的任何其他器件。
附图说明
本公开的另外特征和方面将参照附图从示范性和非限制性实施例的以下详细描述显而易见，在附图中：
图1描绘了根据本公开的实施例的气体调节系统。
图2a-2d描绘了根据本公开的实施例的作为冷凝单元的挤出器。
图3a-3e描绘了根据本公开的实施例的作为冷凝单元的刮擦表面热交换器。
图4a和图4b描绘了根据本公开的另一实施例的冷凝模块的两种不同的构造。
图5描绘了根据本公开的又一实施例的具有焦油再加热能力的气体调节系统。
具体实施方式
根据本公开的气体调节系统10的实施例在图1中示出。气体调节系统10主要构造成用于净化由外部热解过程生成的气化气体或燃料气体，以便产生准备用于在燃气发动机或涡轮中使用的高纯度燃料气体，或作为直接燃料源或任何其他适合的用途。气体调节系统10还适用于在液化之前净化由其他过程(如煤气化、生物质气化)产生的气化气体或燃料气体，或甚至在油气工业中回收的天然气。
如图1中所示，气体调节系统10包括用于预热或冷却进入的燃料气体的热交换器20、用于在进入冷凝器模块40之前过滤悬浮的颗粒的高温颗粒过滤器(HTPF)30，其中汽化焦油和其他重质烃被冷凝且从燃料气体中剥离。最后，净化的气体经过洗涤系统90，以移除没有被HTPF 30和冷凝器模块40捕获的任何其余的杂质。在洗涤系统90的出口处收集的产物气体可直接给燃气发动机和发生器供燃料，或其可加压或液化，以用于储存和运输。
冷凝器模块40是可缩放的，且包括至少一个冷凝单元41。可包括许多额外单元42、43、44，如图1中的特定实施例中示出的那样。额外单元的所需数量以及它们的大小和操作条件取决于进入气体的过程参数和状况(即，其产量和温度)，以及焦油的组成和浓度。
图1中的示出示例以冷凝器模块40为特征，冷凝器模块40构造成用于从由热解/甲烷化反应器产生的燃料气体提取焦油，该燃料气体包括甲烷、焦油、其他不可冷凝的烃、CO、CO2、H2以及其他微量气体组分。气体流在经过热交换器20(以用于将气体冷却至近似550℃)之前在近似800℃的温度下离开热解/甲烷化反应器；出口温度显著高于汽化焦油的露点，以确保大部分焦油保持气相。然而，热交换器20的出口温度可根据汽化焦油的露点来调整，其由于许多因素(如焦油浓度和过程压力)而变化。
热交换器20还包括冷却器22，其用于耗散来自经过的热气体的任何提取的热。冷却器22向热交换器20供应冷却剂流，即，冷却水、乙二醇/水混合物或空气，或其可为任何其他适合的冷却剂或气体。热交换器20可为板翅式热交换器，但其可为本领域技术人员已知的任何非直接接触式热交换器，例如，板式热交换器和横流式热交换器。对于给定的示例，热交换器的内壁(即，气体流通路)可以可选地用高镍含量的合金构造，以允许焦油在规定的温度(即在550℃至800℃的范围内)下催化裂化。高镍含量的合金可为铬镍铁合金617、镍合金230，或具有适合的热、催化以及抗腐蚀性质的任何含镍合金。
离开热交换器的冷却的气体(在该情况下，以近似550℃的温度)经过高温颗粒过滤单元30，以移除悬浮在其内的颗粒物质。HTPF为陶瓷过滤器，但其可为本领域技术人员已知的任何适合的过滤器。过滤器的网眼大小取决于颗粒的大小，且不应引起显著的压降。过滤单元30连同在气体调节单元10中的别处形成的所有管线/管被充分地绝缘，以使热损失以及因此焦油的不受控制的冷凝最小化。由于气体保持在远高于焦油的露点的温度，所以过滤单元30在此阶段被阻止提取任何焦油。过滤单元30可包括自动反冲系统，其中注射加热的产物气体，以喷射在任何捕获的颗粒上且将其从过滤单元30移位至脱落点；所述反冲系统为高温过滤中常用的连续过程。自动反冲系统还可包括机械刮器或本领域技术人员已知的任何其他机构。过滤的颗粒在收集点32处容易移除，以用于处置。
在离开HTPF 30之后，过滤的气体34进入冷凝器模块40，在图1中的示出示例中，冷凝器模块40由四个串联连接的独立冷凝单元41、42、43、44构成。所述冷凝单元41、42、43、44可为彼此的精确复制品，或它们可根据过程条件不同地确定大小。如论述的那样，由热解过程产生的焦油由不同类型的焦油(都具有不同的露点和粘度)构成，且因此使所有焦油在均匀的温度下处理将导致处理困难。这些串联连接的冷凝单元具有逐渐地降低的气体出口温度，因此它们一起顺序地冷却经过的气体，且允许具有相似露点和流粘度的焦油混合物冷凝且从给定单元提取。在冷凝器模块40中所需的冷凝单元的数量以及在冷凝单元中的各个中的出口温度取决于许多因素，例如，气体产量、压力、冷凝单元中的热传递效率，以及焦油组成和浓度，这继而涉及为上游热解过程提供的给料的产量和类型。在该特定示例中，气体在第一冷凝器单元41处从550℃冷却至400℃，在第二冷凝器单元42处从400℃冷却至250℃，对于第三冷凝器单元43而言从250℃冷却至100℃，且对于最终冷凝器单元44而言从100℃冷却至60℃。
使用图2(a)-(d)中的冷凝单元50作为示例，冷凝单元41、42、43、44可为由冷却套管52包封的竖直安装的双螺杆挤出器。然而，冷凝单元50可为具有用于冷凝焦油的机械刮擦器件的任何动态热交换器，例如，单螺杆或多螺杆挤出器和刮擦表面热交换器。在操作中，气体穿过气体入口50a进入挤出器，其中降低的温度引起汽化的焦油冷凝且沉积到筒54的内表面上。冷凝的焦油接着由螺杆螺旋片56朝筒54的端部处的提取端口58机械地输送。其中至少一部分汽化的焦油已移除的气体穿过气体出口50b离开挤出器。此外，竖直构造还有助于由重力排出任何冷凝的焦油。冷凝的焦油通过控制冷却剂温度而维持在流体和可排出状态。
如图2(c)和图2(d)中所示，冷凝单元50包括双轴自刮螺旋螺杆56，其中角度、节距和旋转速度根据过程条件确定，以允许足够的气体/壁接触面积以及气体流中的湍流，以便促进冷却筒壁处的热传递，而仍使流阻力最小化，否则该流阻力将导致压降。在一些实施例中，中空螺杆轴和螺旋片用于使冷却剂在其内循环；这大大增加了热传递面积且因此冷凝单元50可构造成更紧凑的大小。
在操作中，螺杆螺旋片沿筒壁刮擦，从筒壁的表面刮下任何冷凝的焦油，如此提高了热传递效率。在重力下，焦油朝位于冷凝单元50的最低点处的提取端口58机械地输送。在一些实施例中，螺杆螺旋片的表面涂覆有在相关过程温度下稳定的配制的不粘层，以使任何冷凝的焦油可从螺杆螺旋片有效地排出。配制的不粘涂层的一些示例为聚四氟乙烯、搪瓷涂层、硬铬或任何其他技术铬、陶瓷、聚合物复合材料、无电解镍/聚合物复合材料、热喷涂/聚合物复合材料，或本领域技术人员已知的任何其他涂层。
备选地，如图3(a)-图3(d)中所示，冷凝模块40可额外地包括竖直安装的刮擦表面热交换器(SSHE)60，例如，HRS Unicus Series SSHE。示出的示例基本上为具有内部刮擦机构的壳管式热交换器；它们可与图2(a)-(d)中示出的挤出器互换，即，串联连接的冷凝单元41、42、43、44可为SSHE 60和挤出器50的组合。它包括冷却套管62，以对至少一个热交换器管61提供温度控制；图3(a)和图3(b)中示出的示例包括捆绑在一起的多个管61，其中均匀的冷却温度施加在多个管61上。在使用中，热气体在其经过管61时被冷却，如此汽化的焦油在它们朝提取端口68排出之前可冷凝到管壁的内表面上。提供至少一个刮擦器，以帮助焦油移除。例如，如图3(d)中所示，刮擦器可为沿轴向方向往复振荡的环形柱塞，或其可为本领域技术人员已知的任何机械输送器件，如活塞和刷。在操作中，如图3(d)中所示，沉积在管壁上的焦油由刮擦器刮擦掉，且它们连同气体流穿过柱塞开口67向下排出；因此，无焦油管壁可接着提供具有改进的热传递效率的冷凝表面，从而使更多的焦油在给定的单元中冷凝。此外，刮擦器的振荡移动也引起气体流中的湍流，以促进质量和热传递。在如图3(c)的动画中示出的给定示例中，存在三个同轴柱塞66，其在单个管61中形成而由共用轴驱动；然而，待安装在单个管61中的柱塞66的数量取决于过程条件和焦油粘度。此外，柱塞66中的各个在往复循环中的行程(即，特定柱塞66的达到范围)等于或大于两个相邻的柱塞66之间的间距，以确保管61的整个长度彻底地刮擦，如图3(c)的动画中示出的那样。
在如图3(a)中示出的装备有多个管61的SSHE的情况下，进入的气体在使用气体歧管供给到独立管中的各个中之前首先分成部分。此外，可提供连杆机构，以机械地连接多个管61中各个中的所有轴，以使SSHE中的所有柱塞彼此同步地振荡。
为了确保有效的焦油刮擦，环形柱塞66大致上与管61的壁接触。即使冷凝的焦油可用作润滑剂，但在管壁与活塞66之间的接触表面处预期高水平的磨损。因此，所述接触表面可选地涂覆有导热耐磨涂层(例如，氮化硼)，以用于增强耐用性且延长可移动部件的寿命。
可选地，图2(a)-(b)和图3(a)中示出的冷却套管52、62可通过划分冷却套管的不同区段来进一步分成不同的温度控制区域52a、b、c，62a、b、c，以用于使冷却剂在不同的温度下循环。这沿筒的长度实现更加反应性和精确的温度控制，由于在温度控制区域中的各个中的较窄温度带；其还可灵活地考虑气体流和焦油状况的波动。
液体提取点可设在单个冷凝单元中的温度控制区域中的各个的端部处；焦油经由温度控制的及时移除通过即时地从冷却过程移除焦油而确保了任何冷凝的焦油不沿筒增加粘度。此外，使用图3(e)中的SSHE 60作为示例，但同样地可适用于双螺杆挤出器50，在单个冷凝单元中包括多个提取端口68a、68b、68c(各自具有带独立的冷却控制的对应温度控制区域62a、62b、62c)移除了对多个冷凝单元的需要。例如，在其中气体产量减少的情况下，气体调节也可仅使用装备有上述多个温度控制区域和液体提取点的第一冷凝单元41来替代地执行；第一冷凝单元41的出口处的净化气体可绕过随后的冷凝单元42、43、44且直接地供给至下游洗涤器90。
冷凝单元41、42、43、44中的各个包括气体/液体分离器，其用于从冷却的气体流中分离任何夹带的焦油液滴。位于气体出口50b、60b处的气体/液体分离器为重力分离器，但其可为本领域技术人员已知的任何气体/液体分离器，例如，旋风分离器和过滤器。任何夹带的焦油(由气体/液体分离器收集)与由机械刮擦器件(即，螺杆56或刮擦器66)移除的向下流动的焦油结合；焦油一起在提取端口58、68处排出，提取端口58、68包括用于控制焦油从冷凝单元50、60的提取的液体流控制装置。例如，如果一堆焦油允许在冷凝单元50、60的底部积累，则其形成自然的气体屏障，以用于阻止气体穿过提取端口58、68泄漏。液体流控制装置可为单向阀、旋转阀、容积式泵、螺杆挤出器，或任何其他适合的流控制装置，其适用于为输出焦油和气体密封(其可收集以用于进一步处理或处置)提供单向通路。
在相同冷却剂温度下操作的多个冷凝单元可并联连接，以便处理升高的总体气体产量。如此维持了针对给定量气体流的气体/壁接触面积。例如，如图4(a)和图4(b)中所示，过滤的气体流34可在将所述小气体流供给至多个第一冷凝单元41(并联连接)之前，使用气体歧管系统46分成若干小气体流；如图4(a)中所示，离开多个第一冷凝单元41的冷却气体可首先直接地供给至连接的多个第二冷凝单元42；或如图4(b)中所示，它们可在穿过又一气体歧管系统供给到多个第二冷凝单元42中之前，在缓冲罐47中重新组合以用于压力平衡。类似的布置可对第三冷凝单元43和最终冷凝单元44实施。
由于最终冷凝单元44处的冷却温度可与环境温度一样低，或在一些情况下低于环境温度，因此预期的是，大部分水蒸汽将连同任何突出的汽化焦油冷凝。因此可选地，传感器可包括在最终冷凝单元44的提取出口处，以用于监测冷凝焦油中的湿气水平。取决于其湿气含量，从最终冷凝单元44提取的液体可与焦油(在前述的冷凝单元41、42、43中提取)单独地处置掉或处理。
最终冷凝单元44的出口处的冷却气体经过洗涤系统90，以移除任何未冷凝的芳族烃、HCl、氨、H2S或任何其他气体杂质。洗涤系统90可包括水洗涤器、油洗涤器、苛性碱洗涤器或本领域技术人员已知的任何其他气体洗涤系统中的任一种或组合。随后，产物气体接着在其被压缩和存储之前，使用干燥剂或任何其他适合的手段脱水，或该产物气体可直接地用于给下游用户(如发生器或发动机)供燃料。
提取的焦油含有高热值，该焦油可经由进一步的热解、气化、燃烧而裂化且重整为其他形式的燃料，或用作过程商品。在根据本发明的第二实施例中，如图5中所示，在冷凝模块40中的冷凝单元中的各个中冷凝的焦油排出到与冷凝单元41类似的热分区输送器件92(例如，双螺杆挤出器50或SSHE 60)中，以便加热和汽化冷凝的焦油以用于进一步处理。如图5中示出的热分区双螺杆挤出器92包括各自对应于冷凝单元41、42、43、44的温度区域；例如，温度从92a至92d逐渐地增加。在示出的示例中，区域92a、92b、92c、92d中的温度分别为60℃、100℃、250℃、400℃，对应于连接的冷凝单元中的各个中的焦油出口温度。输送的焦油流遵循朝最终的热控制区域93和提取点94从92a至92d增加的温度梯度。这确保了收集在热控制区域中的各个中的焦油处于流体状态，以用于输送到随后的区域中；由于所述随后区域中的较高温度，它们可汽化。这将实现焦油(呈液相或气相)至最终的热控制区域93的高效输送，以确保所有的焦油在提取点94之前汽化，以用于进一步处理。在该实施例中，额外的热控制区域93温度控制至550℃，类似于过滤的气体34的温度。再加热冷凝的焦油具有许多优点。例如，作为气体，焦油的流可仅由压力差驱动，且使过程难度(否则可在液体焦油中遇到)最小化。此外，使加热和汽化的焦油引入到热解和甲烷化反应室中有助于过程稳定性，因为其避免了所述室中的过度温度下降。在一些实施例中，离开先前的热解过程(即，在>800℃的温度下)的燃料气体的部分可用作挤出器92处的热源，以用于汽化冷凝的焦油；如此降低了热交换器20的冷却负载。
此外，在一些实施例中，由于最终冷凝单元44处的冷凝温度可处于或低于环境温度，所以气体中的大量水蒸汽可冷凝且连同来自最终冷凝单元的焦油排出；在其中进水为不利的情况下(即，燃烧过程)，或在测量的湿气含量过量的情况下，最终冷凝单元44中的冷凝焦油流可丢弃，而不是供给到热分区双螺杆挤出器92中。

Claims (20)

1.一种从供应的气体提取可冷凝蒸汽的过程，包括以下步骤：
i)使所述供应的气体在第一冷凝表面(41)处冷却；其中所述第一冷凝表面温度控制至第一温度，以用于冷凝所述供应的气体中的可冷凝蒸汽的一部分，使得所述供应的气体分成初步冷凝馏分和过程气体；同时利用机械刮擦器件(56, 66)使所述第一冷凝表面处的所述初步冷凝馏分移除；以及
ii)使所述过程气体在第二冷凝表面(42)处冷却；其中在所述第二冷凝表面处温度控制至第二温度，以用于冷凝所述过程气体中的其余可冷凝蒸汽的另一比例，使得所述过程气体分成随后冷凝馏分和产物气体；同时利用机械刮擦器件(56, 66)使所述冷凝表面处的所述随后冷凝馏分移除；
其中所述初步冷凝馏分具有比所述随后冷凝馏分较高的露点温度；且其中所述初步冷凝馏分在低于所述第二温度的任何给定温度下具有比所述随后冷凝馏分较高的粘度，且其中所述过程还包括以下步骤：
a)在第一位置(92c)处收集移除的随后冷凝馏分，其中所述第一位置温度控制至所述第二温度；以及
b)在第二位置处收集移除的初步冷凝馏分，其中所述第二位置温度控制至所述第一温度。
2.根据权利要求1所述的过程，其特征在于，所述过程还包括以下步骤：
c)在所述第一位置(92c)处收集移除的随后冷凝馏分之后，将所述随后冷凝馏分从所述第一位置机械地输送至所述第二位置，使得所述随后冷凝馏分机械地从所述第一位置至所述第二位置，使得所述随后冷凝馏分在所述第二位置处被加热和/或汽化，以形成加热的随后馏分；
d)在所述第二位置处收集移除的初步冷凝馏分且形成加热的随后馏分之后，将所述初步冷凝馏分和加热的随后馏分从所述第二位置机械地输送至第三位置(93)；其中所述第三位置温度控制至高于所述第一温度的温度，以用于加热和/或汽化所述加热的随后馏分和初步冷凝馏分，以形成浓缩的可冷凝蒸汽；以及
e)从所述第三位置提取所述浓缩的可冷凝蒸汽。
3.根据权利要求1所述的过程，其特征在于，所述供应的气体为含碳给料的煤气化或热解的产物；且其中所述可冷凝蒸汽包括在25℃的标准环境温度和1atm的压力下具有非气相的烃。
4.根据权利要求3所述的过程，其特征在于，所述供应的气体包括甲烷；且其中所述可冷凝蒸汽包括焦油。
5.根据前述权利要求中任一项所述的过程，其特征在于，所述过程还包括，在冷却所述供应的气体的步骤之前，利用供应的气体的热交换器(20)来控制供应的气体的温度的步骤；其中在冷却步骤之前，所述供应的气体大致上没有至少一个冷凝馏分。
6.根据权利要求1至权利要求4中任一项所述的过程，其特征在于，所述过程还包括，在冷却所述供应的气体的步骤之前，利用过滤器(30)过滤供应的气体的步骤。
7.根据权利要求1至权利要求4中任一项所述的过程，其特征在于，所述过程还包括利用洗涤器洗涤所述产物气体的步骤；其中所述洗涤的产物气体随后使用气体干燥器干燥。
8.根据权利要求2所述的过程，其特征在于，步骤ii)使用前一步骤的所述产物气体作为输入气体而在另外的冷凝表面(43, 44)处重复，且步骤b)和d)使用又一冷凝表面处的冷凝馏分和/或前一步骤的加热的冷凝馏分作为输入材料而在另外的位置(92a, 92b)处重复。
9.一种用于执行根据前述权利要求中任一项所述的过程的气体调节系统(10)，包括至少一个冷凝模块(40)，第一位置(92c)和第二位置(92d)；其中所述冷凝模块包括第一冷凝表面(41)、用于从所述第一冷凝表面移除冷凝馏分的机械刮擦器件(56, 66)、第二冷凝表面(42)，以及用于从所述第二冷凝表面移除冷凝馏分的机械刮擦器件；其中所述第一冷凝表面和所述第二冷凝表面中的各个独立地温度控制；其中所述第一冷凝表面连接至所述第二位置，且所述第二冷凝表面连接至所述第一位置。
10.根据权利要求9所述的气体调节系统(10)，其特征在于，提供热控制输送器件(92)，以用于加热和/或汽化从所述至少一个冷凝模块移除的初步冷凝馏分和随后冷凝馏分，以形成浓缩的可冷凝蒸汽；其中所述热控制输送器件为加热挤出器或加热刮擦表面热交换器；其中所述热控制输送器件包括第一位置(92c)、第二位置(92d)以及第三位置(93)，以用于加热和汽化从所述至少一个冷凝单元移除的冷凝馏分；其中所述第一位置、所述第二位置以及所述第三位置顺序连接至彼此；且其中所述温度从所述第一位置至所述第三位置逐渐地增加。
11.根据权利要求9所述的气体调节系统(10)，其特征在于，所述至少一个冷凝模块(40)包括至少两个冷凝单元(41, 42)；其中所述至少两个冷凝单元包括作为所述第一冷凝表面(41)的第一冷凝单元和作为所述第二冷凝表面(42)的第二冷凝单元。
12.根据权利要求11所述的气体调节系统(10)，其特征在于，所述至少两个冷凝单元(41, 42)串联连接；且其中所述至少两个冷凝单元中的各个独立地温度控制。
13.根据权利要求11至权利要求12中任一项所述的气体调节系统(10)，其特征在于，所述至少两个冷凝单元(41, 42)中的至少一者为挤出器，所述挤出器包括用于从所述冷凝表面(41, 42)输送和移除所述初步冷凝馏分和所述随后冷凝馏分的机械刮擦器件(56,66)。
14.根据权利要求13所述的气体调节系统(10)，其特征在于，所述机械刮擦器件为螺旋螺杆(56)；其中所述挤出器包括加热/冷却套管(52)，以提供温度控制。
15.根据权利要求14所述的气体调节系统(10)，其特征在于，所述螺旋螺杆(56)包括不粘涂层，以用于所述初步冷凝馏分和所述随后冷凝馏分从所述螺旋螺杆高效排出。
16.根据权利要求11至权利要求12中任一项所述的气体调节系统(10)，其特征在于，所述至少两个冷凝单元(41, 42)中的至少一者为刮擦表面热交换器(60)，所述刮擦表面热交换器包括用于从所述冷凝表面(41)输送和移除所述初步冷凝馏分和所述随后冷凝馏分的机械刮擦器件。
17.根据权利要求16所述的气体调节系统(10)，其特征在于，所述机械刮擦器件(56,66)包括一个或多个活塞(66)或螺杆、刷或环形柱塞；其中所述刮擦表面热交换器(60)包括包封在加热/冷却套管(62)中的筒，以提供温度控制。
18.根据权利要求17所述的气体调节系统(10)，其特征在于，所述一个或多个活塞(66)或螺杆、刷或环形柱塞与所述筒之间的接触表面包括用于保护所述接触表面的耐磨涂层。
19.根据权利要求18所述的气体调节系统(10)，其特征在于，所述耐磨涂层为氮化硼。
20.根据权利要求9至权利要求12中任一项所述的气体调节系统(10)，其特征在于，所述冷凝模块(40)包括用于将任何冷凝馏分与气体分离的气体/液体分离器件。
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