专利名称：合成气应用中的能量回收的制作方法
技术领域：
本文公开的主题涉及工业应用中的能量回收，并且更具体地说，涉及合成气应用中的能量回收。
背景技术：
给料，例如煤、石油焦、生物质、木基材料、农业废料、焦油、焦炉煤气和浙青或其它含碳物品，可被气化以用于电力、化学物、合成燃料的生产，或用于各种各样的其它应用。气化涉及在非常高的温度下使碳质燃料与氧气反应以产生合成气，它是一种包含一氧化碳和氢气的燃料，该燃料比处于其初始状态下的燃料更加高效地燃烧并且更为清洁。合成气可用于发电、化学物生产或任何其它合适的应用。然而，合成气的生产可能导致一定程度的低效率，因而浪费了能量。
发明内容
以下概述了与最初申明权利的本发明的范围相称的某些实施例。这些实施例并不意图限制申明权利的本发明的范围，而是这些实施例仅仅意图提供本发明的可能形式的简要概述。实际上，本发明可包含各种各样的可与下述实施例相似或不同的形式。在第一实施例中，一种系统包括流动路径和沿着流动路径而设置的气化区段。气化区段构造为用于将给料转换成合成气。该系统还包括设置在气化区段的直接下游并构造为用于过滤合成气的涤气器。该系统还包括沿着流动路径设置在涤气器的直接下游并构造为用于使合成气膨胀的第一膨胀器。该合成气包括未处理的合成气。在第二实施例中，一种系统包括流动路径和沿着流动路径而设置在酸性气体去除(AGR)区段上游的第一流体源。流体源包括加压流体。该系统还包括第二流体源，其构造为用于将第二流体与第一流体混合起来，以产生流体混合物。沿着流体路程在AGR的上游还设置了膨胀器。膨胀器构造为用于使流体混合物膨胀和冷凝，以产生机械能、电功率或其组
口 o在第三实施例中，一种系统包括流动路径和沿着流动路径而设置的气化区段。气化区段构造为用于将给料转换成合成气。该系统还包括沿着流动路径而设置在气化区段下游并构造为用于过滤合成气的涤气器。该系统另外包括沿着流动路径而设置在涤气器下游的膨胀器。膨胀器构造为用于使过滤后的合成气膨胀。该系统还包括AGR区段，其沿着流动路径而设置在膨胀器的下游，并构造为用于从过滤后的合成气中去除酸性气体。
当参照附图阅读以下详细说明时，本发明的这些以及其它特征、方面和优势将得到更好地理解，其中在所有附图中相似的标号表示相似的部件，其中图I显示了包括膨胀器的气化系统的一个实施例；图2显示了包括膨胀器和水气变换系统的气化系统的一个实施例；
图3显示了包括多个膨胀器的气化系统的一个实施例；且图4显示了包括整体气化联合循环(IGGC)系统和膨胀器的多联产系统的一个实施例。部件清单100气化多联产设备；102给料；104熔剂；106储存单元；108浆料制备单元；110水；111浆料燃料；112气化器；114渣料；116氧气；118空气分离单元(ASU) ; 120空气；122氮气；124合成气流；126渣料粗处理系统；128粗渣料；130涤气器；132返回的冷凝物；134返回的灰水；136湿的合成气；138膨胀器；140水；142水闪蒸系统；144高压闪蒸气体；146黑水；148灰水处理系统；150系统；152过量的水；153灰水预处理系统；154清洁水；155滤饼；156合成气流；158低温气体冷却(LTGC)系统；174动力岛；176水气变换系统；160酸性气体去除(AGR)系统；162过量冷凝物；164冷凝氨汽提系统；166无氨冷凝物；168含硫气体；170冷却后的合成气流；172合成气流；177化工系统；178合成气流；180变换后的合成气流；182冷却的合成气流；184处理后的合成气流；186水气变换系统；188合成气流；190膨胀的合成气流；192变换后的合成气流；200整体气化联合循环(IGCC)动力设备；202抽取空气冷却系统；204除气器；206饱和蒸汽；208燃气涡轮；210热回收蒸汽发生(HRSG)系统；212蒸汽涡轮；214被加热的冷凝物；216冷凝物；218空气；
具体实施例方式以下将描述本发明的一个或多个特定实施例。为了致力于提供这些实施例的简明描述，在说明书中可能没有描述实际实施的所有特征。应该懂得，在任何这种实际实施的开发中，如在任何工程或设计项目中，必须做出许多对于实施而言专有的决策，以实现开发者的特定目的，例如与涉及系统及涉及商业的约束的适应性，其可能根据不同的实施而彼此有所不同。此外，应该懂得这种开发工作可能是复杂且耗时的，但对于受益于本公开的普通技术人员而言，其仍然将是设计、构造和制造的例行工作。当介绍本发明的各种实施例的元件时，冠词“一 ”、“ 一个”、“这个”和“所述”都意图表示有一个或多个元件。词语“包括”、“包含”和“具有”都意图为包括性的，且意味着除了列出的元件之外，还可以有另外的元件。所公开的实施例包括一种利用气化工艺由碳质燃料生产动力和/或化学物的工艺，在这种工艺中“浪费的”能量被捕获并用于提供额外的动力。如以下关于图I更详细地所述，在该气化工艺中，碳质燃料通过添加氧气(或含氧气体)进行部分氧化，从而产生合成气流，其包括一氧化碳和氢气。合成气流可通过涤气器进行进一步过滤或“洗涤”，以便除去例如颗粒物质和夹带的固体。在本文所述的某些实施例中，合成气流然后可进入在涤气器的直接下游的膨胀器中。进入膨胀器中的合成气流可被称为“未处理的”合成气，因为该合成气未经历酸性气体去除工艺。膨胀器使得能够捕获合成气流中的能量，该能量否则不 会被再捕获。更具体地说，合成气流包括存在于合成气的质量流中的热能和动能，该能量典型地将不会被再捕获。将理解，动能包括由于合成气的质量效应(和流动)以及合成气中的压力而引起的能量。例如，合成气可能已被冷却，释放大量热能，并使合成气流减速或停止。使合成气冷却和/或减速还可减少流中的压力。所公开的实施例还可在使合成气膨胀之前对合成气添加水，从而进一步增加合成气流的流中的质量，相应地增加再捕获的动力。实际上，在膨胀器中可使用“湿的”合成气，其在膨胀器入口处包含按体积计大约在0. 1%至65%水之间的水浓度。
在一个实施例中，离开涤气器下游的合成气流可被引导至水气变换反应器中，从而将一氧化碳和水转换成额外的氢气和二氧化碳。在这个实施例中，膨胀器可定位在变换反应器的直接下游，而不是定位在涤气器的直接下游。在又一实施例中，变换反应器可定位在膨胀器的直接下游。在这个实施例中，合成气流在经历变换反应之前首先进行膨胀，以用于能量的回收。实际上，如以下更详细所述，一个或多个膨胀器可定位在涤气器的下游或其它气化设备构件(例如酸性气体去除工艺)的下游的多个位置。湿的合成气的膨胀使得能够进行能量的捕获，该能量否则将会由于例如冷却合成气而损失了。实际上，在制造化学物的气化设备(包括整体气化联合循环(IGCC)气化设备)中的动力生产都可通过利用本文公开的膨胀器技术进行改进。此外，通过经由湿的合成气的直接膨胀回收否则会被浪费的能量可实现更低的投资成本、更低的运营成本和更高的效率。记住前面所述，图I描绘了气化多联产设备100的一个实施例，其可生产和/或燃烧合成气体，即，合成气，以用于转换成电力和/或合成气的变换部分，以便制造化学物。将懂得，虽然所描绘的实施例通过利用动力岛(power island) 174而朝向电力生产进行连接(gear)，但是其它实施例可以可选地不包括动力岛174。例如，其它设备100的实施例可包括化工设备、合成气生产设备或任何其它适合于基于合成气的化学物或化学成分的生产的工业设备。给料102，例如固体进料可被用作用于气化动力设备100的能源。给料102可包括煤、石油焦、生物质、木基材料、农业废料、焦油、焦炉煤气和浙青或其它含碳物品。给料102和熔剂(f Iuxant) 104可被传送至给料处理和储存单元106中。在给料处理和储存单元106中可为给料102添加熔剂104，从而调整给料102的熔融性状。熔剂104可包括例如沙砾、岩石、石灰石、铝土矿和铁矿。给料处理和储存单元106然后可将给料102和熔剂104的混合物引导至给料研磨和浆料制备单元108中。给料研磨和浆料制备单元108例如可通过对给料102和熔剂104的混合物进行斩切、碾磨、破碎、粉碎、压块或堆积而重设给料102和熔剂104的混合物的尺寸或形状，从而产生气化燃料。另外，在给料研磨和浆料制备单元108中可为给料102和熔剂104的混合物添加水110或其它合适的液体，以产生浆料燃料111。浆料燃料111可被传送到气化器112中，以用于气化操作。要注意，用于气化操作的进料可包括固体进料、液体进料和/或气体进料。气化器112可将燃料转换成合成气，例如一氧化碳和氢气的组合物。根据所利用的燃料类型，这种转换可通过在升高的压力(例如从大约40巴-90巴)和升高的温度(例如大约1200°C -1500°C )下使燃料经受受控数量的任何调节剂和有限的氧气来实现。燃料在高温分解工艺期间的加热可产生渣料114和残留气体(例如一氧化碳、氢气和氮气)。然后在气化器112中可发生部分氧化工艺(即，气化)。为了帮助这种气化工艺，可从空气分离单元(ASU) 118中将氧气116供给气化器112。ASU 118可操作，以便通过例如蒸馏技术将空气120分离成成分气体，蒸馏技术可以是低温的，或者可利用压力摆动吸附(PSA)。ASU 118可从供给它的空气120中分离出氧气116，并可将分离出的氧气116传送至气化器112。另外，ASU 118可从空气120中分离出氮气122，例如以用于收集或用于在发电中进一步使用。炭和残留气体可与氧气116起反应以形成二氧化碳和一氧化碳，其提供用于后续气化反应的热量。在气化过程期间的温度可在大约1200°C至大约1500°C的范围内。另外，可将蒸汽引入气化器112中。气化器112利用蒸汽和有限的氧气116以容许某些给料燃烧，从而产生一氧化碳和能量，其可驱动第二反应，该第二反应将更多的给料转换成氢气和额外的二氧化碳。这样，由气化器112制造了所得的合成气流124。这种合成气流124可包括大约73%的一氧化碳和氢气，以及C02、H2O, CH4, HC1、HF、COS、NH3, HCN和H2S (基于给料的硫含量)。这种所得的气体可被称为未处理的合成气124，因为其包含例如H2S。气化器112还可能产生废弃物，例如洛料114,其可能是湿的灰焊材料。这种洛料114可被传送至洛料粗处理系统126。渣料粗处理系统126可产生有待出售以便例如用作路基或用作另一建筑材料的粗渣料128。合成气流124可进入涤气器130中，其适合于除去或“洗涤”某些颗粒物质和其它污染物。任意数量的合适的洗涤技术都可使用。例如，涤气器130可使用喷水，其从返回的冷凝物132和返回的灰水134中获得水的供给。合成气流124可接触喷水，这会使诸如焦油和油的某些可凝结物冷凝。合成气流124还可进入水池，以用于除去颗粒物质。也就是说，合成气流124可在水池中进行水冷，从而清洗合成气流124。合成气流124可收集涤气器130中额外的水团。实际上,合成气流124的总的质量流可通过添加涤气器130中的水团来增加。在一个实施例中，然后可将增加了水团的“湿的”合成气136引导至适合于通过合成气流136的膨胀而进行能量回收的膨胀器138中。在某些实施例中，离开涤气器130的合成气流136可包括按体积计大约在0. 1%至65%水之间的水浓度，大约在190°C至400°C之间的温度，以及大约在40巴与70巴之间的压力。在另一实施例中，水浓度可大约为零。在这个实施例中，流可以在膨胀之前过热。实际上，水浓度可按体积计从0. 1%至65%水而不同。膨胀器138可以是涡轮膨胀器(即膨胀涡轮)，其适合于将流体流(例如液体或气体)转换成电功率。更具体地说，膨胀器138可通过利用沿周向设置在轴上的多个叶片或导叶而将合成气流136的质量流和热能转换成旋转运动(即，机械能)。然后可例如通过利用发电机将轴的旋转运动转换成电功率。在某些实施例中，发电机可包含在膨胀器138中。这样，湿的(或干的)合成气流136可在涤气器130的直接下游用于产生额外的电功率。膨胀工艺额外的好处包括冷却合成气流136，以用于在膨胀器138下游的其它工艺中使用。此外，膨胀器138可从合成气中冷凝出冷凝物，例如水。实际上，在某些实施例中，由膨胀器138冷凝的冷凝物可包括存在于合成气流136中的0. 1%至65%的水。要注意，可使用多个膨胀器138，而且可将膨胀器138放置在设备100中的其它位置。实际上，在以下关于图2-4所述的其它实施例中，可将一个或多个膨胀器138设置在气化器112下游的其它位置。此外，在其它实施例中，多个气化器112可汇集或连接起来，以便将合成气引导至一组或多个膨胀器138。实际上，一个或多个气化器112可为一个或多个膨胀器138 “提供进料”。继续参照图1，涤气器130还可产生包含颗粒物质的水140，颗粒物质在洗涤工艺期间从合成气流124中除去。然后可将水140引导至水闪蒸系统142中，以用于进一步处理。水闪蒸系统142可使水140暴露于闪蒸罐中，在闪蒸罐中将水140闪蒸或蒸发成高压闪蒸气体144，留下“黑”水146。黑水146包括非常大量的颗粒物质和夹带的固体，其将在洗涤工艺期间被除去。然后可将这种黑水146引导至渣料和灰水精处理系统148中，以用于重复使用。例如，渣料和灰水精处理系统148可处理黑水148，以回收固体和水150，以用于在额外的浆料燃料111的制备过程中由给料研磨和浆料制备系统108重复使用。渣料和灰水精处理系统148还可生产灰水134，其适合于在涤气器130的洗涤工艺中重复使用。实际上，通过在洗涤工艺中重复使用水134以及通过在给料制备工艺中重复使用固体和水150来进一步提高设备效率。过量的水152可被引导至灰水预处理系统153，以用于进一步处理。灰水预处理系统153可过滤和清洁水152，并将清洁后的水154引导至生物池(biopond)中，以用于进一步的过滤和重复使用。滤饼155也可通过渣料和灰水精处理系统148来生产，其可包括不可重复使用的精细颗粒，例如粉末状灰烬。继续合成气处理，离开膨胀器138下游的合成气流156可通过低温气体冷却(LTGC)系统158而被进一步冷却至大约在50°C _150°C之间的温度。在某些实施例中，其它合成气处理还可包括硫化羰(COS)水解和脱汞工艺。例如，合成气流156可通过利用冷凝式热交换器和相关联的分离罐而被冷却至接近环境温度。合成气流156然后可继续至反应器中，该反应器适合于将COS转换成硫化氢(H2S)，以便使酸性气体去除系统(AGR) 160中能够有更完全的硫移除。另外，合成气流156可被传送至例如碳吸附床上，该碳吸附床适合于捕获存在于合成气流156中的汞。另外或备选地，合成气流156可被传送至水气变换系统176中，以便处理合成气流156，以用于化学物生产。水气变换系统176使得能调整合成气中的氢气对一氧化碳的比率。更具体地说，水气变换系统176可包括适合于执行水气变换反应的变换反应器，在变换反应中，一氧化碳与水(例如蒸汽)起反应，以形成二氧化碳和氢气。变换后的合成气然后可如上所述被第二 LTGC系统158冷却。然后可将冷却后的合成气传送至用于去除酸性气体的第二 AGR 160中，且然后传送至适合于从合成气中生产出一种或多种化学物的化工系统177中。当低温气体冷却系统158冷却合成气流156时，流156中的很大一部分水蒸气发生冷凝。然后可传送这种冷凝物132，以用于在洗涤操作期间被涤气器130重复使用。过量的冷凝物162可被传送，以用于冷凝氨汽提系统164进行处理，冷凝氨汽提系统164适合于从冷凝物中除去氨(NH3)。如上所述，然后可将基本无氨的冷凝物166引导至渣料和灰水精处理系统148中，以用于在处理水146的过程中重复使用。另外，然后可将氨汽提工艺期间所产生的含硫气体168引导至硫回收单元(SRU)中，以用于进一步的处理和脱硫。在被低温气体冷却系统158冷却之后，可将冷却后的合成气流170引导至酸性气体去除系统(AGR) 160中。AGR 160然后可处理合成气流170，以去除H2S和C02。例如，物理溶剂(例如Selexol )和/或化学溶剂(例如水性甲基二乙醇胺(MDEA))都可用于去除H2S和C02。然后可将处理后的或“清洁”的合成气流172引导至动力系统(例如动力岛)174中，以用于动力的产生和/或用于化学物生产。例如，动力系统174可包括燃气涡轮，其适合于利用合成气作为燃料，并且将燃料转换成旋转能量。然后可通过发电机将旋转能量转 换成电功率。实际上，动力设备100使得能将合成气转换成电功率，同时通过合成气流在涤气器130的直接下游的膨胀而提高能量效率。另外，如以下关于图2-4更详细所述，可使用其它位置来放置膨胀器138。图2显示了具有水气变换系统176的气化多联产设备100的某些实施例。在所示的实施例中，上面参照图I详细描述的某些构件用相似的元件标号来表示。类似于图1，图2的实施例也可受益于膨胀器138的使用，以用于增强能量回收。在所示的实施例中，膨胀器138可或者定位在水气变换系统176的直接下游，或者定位在水气变换系统176的直接上游。实际上，结合水气变换系统176 —起利用膨胀器138使得能捕获额外的能量，并增强多联产设备100的电功率生产。水气变换系统176使得能调节合成气中的氢气对一氧化碳的比率。更具体地说，水气变换系统176可包括适合于执行水气变换反应的变换反应器，在该变换反应器中，一氧化碳与水(例如蒸汽)起反应而形成二氧化碳和氢气。该工艺可将合成气中的氢气对一氧化碳的比率从大约I : I调整至变换后的合成气，该变换后的合成气包括大约3 I的 氢气对一氧化碳的比率。应该注意在所描绘的实施例中，水气变换系统176是“酸性”水气变换系统176。也就是说，在水气变换反应期间，硫可能存在于供入水气变换系统176的合成气中。在一个实施例中，合成气流136被直接传送到水气变换系统176中。水气变换系统176然后可使用变换反应器，以使得能够将合成气流136的成分重新调整至大约3 I的氢气对一氧化碳的比率。变换反应是放热的，并且离开水气变换系统176的合成气流178可以处于比合成气流136更高的温度下。例如，温度可增加大约50°C，100°C，40(rC。膨胀器138然后可使更高温度的合成气流178膨胀，并将合成气流178的流动和热能转换成机械能。机械能则可通过发电机的使用而转换成电功率。实际上，膨胀器138可通过捕获由于水气变换系统176所产生的额外的热能并生产额外的电功率来改进多联产设备100中的总体能量生产。在另一实施例中，水气变换系统176可定位在膨胀器138的下游。在这个实施例中，如上所述，在将膨胀的合成气流156引导至水气变换系统176中之前，膨胀器138可首先使合成气流136膨胀。水气变换系统176然后可利用变换反应，以便将氢气对一氧化碳的比率修改至大约3 I的比率。如上所述，变换后的合成气流180然后可被低温气体冷却系统158处理，并作为冷却的合成气流182传送至AGR160中。AGR 160可通过从合成气流182中去除H2S和CO2而处理冷却的变换后的合成气流182，且然后将处理后的合成气流184引导至动力系统174中。在包括水气变换系统176的实施例中，可修改动力系统174，以利用合成气流184中的变换后的氢气对一氧化碳的比率。例如，动力系统174可包括燃气涡轮，其适合于利用具有较高氢含量的合成气。动力系统174然后可将变换后的合成气流184转换成电功率。另外或备选地，化工系统177可处理合成气，以用于化学物生产。因此，多联产设备100可通过在变换合成气之前或之后使合成气膨胀而增加动力生产。图3显示了多联产设备100的某些实施例，其包括使用定位在AGR 160下游的膨胀器138。在所示的实施例中，上面参照图I详细描述的某些构件用相似的元件标号来表示。实际上，膨胀器138适合于使合成气在AGR 160的上游和/或AGR 160的下游膨胀。通过经由在AGR 160上游和/或下游使用膨胀器138再捕获能量，多联产设备100可提高效率并获得额外的动力输出。上面已经参照图1-2描述了 AGR 160上游的膨胀器138的使用。以下更详细地描述AGR 160下游的膨胀器138的使用。在一个实施例中，合成气流184从AGR 160的直接下游离开。合成气流184是清洁的合成气流，也就是说，AGR 160已经从合成气流184中去除了硫。在这个实施例中，合成气流184然后可被引导至水气变换系统186中。水气变换系统186可适合于调整具有减少的硫含量的合成气中的氢气对一氧化碳的比率。例如，可使用基于铬或铜的催化剂，其适合于使一氧化碳和水能够转换成氢气和二氧化碳。由于减少了合成气184中的硫含量，由水气变换系统186实现的变换反应是“脱硫的”变换反应。脱硫的变换反应是放热的，并且由于反应所产生的热能可例如通过将膨胀器138放置在水气变换系统186的直接下游来捕获。在这个实施例中，增加至合成气流188的质量流上的热量可通过定位在水气变换系统186的直接下游的膨胀器138而转换成电能。如上面提到的那样，膨胀器138可将存在于合成气188的质量流中的能量转换成旋转运动，旋转运动则可用于驱动适合于生产额外的电功率的发电机。在另一实施例中，离开AGR 160下游的流184可被直接传送到膨胀器138中。在这个实施例中，膨胀器138使合成气流184膨胀，并将膨胀的合成气流190引导至水气变换系统186中。在膨胀器138中膨胀期间，合成气可将热能转换成机械能。因此，合成气流190 可比合成气流188更为冷却。然后可将更为冷却的合成气流190引导至水气变换系统186中，以用于进一步处理。在这个实施例中，水气变换系统186可通过利用低温变换反应,例如包含铜-锌-铝催化剂成分的变换反应而有利地使用更为冷却的合成气。如早前提到的那样，变换反应将导致合成气具有更高的氢气比。因此，可将变换后的合成气流192(或合成气流190)传送到动力系统174中，以用作燃料。另外或备选地，可将合成气流192引导至用于化学物生产的化工系统177中。AGR 160下游的膨胀器138的使用容许再捕获能量，该能量否则将不会被利用。例如，由于水气变换系统186所产生的额外的热量可被膨胀器138使用于生产电力。实际上，多联产设备100的其它实施例，例如以下图4中更详细描述的整体气化联合循环(IGCC)实施例可使用膨胀器138，以提高设备效率，并使得能够实现额外的电功率的生产。图4描绘了 IGCC动力设备200的一个实施例，其也可包括化学物生产(多联产设备)以及一个或多个适合于改进电功率生产的膨胀器138。在所示的实施例中，上面参照图I详细描述的某些构件用相似的元件标号来表示。如上面关于图1-3提到的那样，膨胀器138将存在于合成气流中的能量转换成电功率。此外，所描绘的实施例包括某些系统，例如氮气加热和抽取空气冷却系统202以及除气器204，其适合于将IGCC技术与膨胀器138的使用结合起来。在联合循环动力设备中，例如IGCC动力设备200中，如以下所述，通过例如重复使用由低温气体冷却系统158所产生的饱和蒸汽206，可获得额外的能量效率。在一个实施例中，膨胀器138设置在涤气器132的直接下游，并用于将合成气流136转换成额外的电功率。在另一实施例中，水气变换系统176放置在涤气器132的直接下游，并且膨胀器138设置在水气变换系统176的直接下游。在这个实施例中，变换后的合成气流178进行膨胀，并被转换成电功率。然后可将膨胀后的合成气流156 (或膨胀后的合成气流180)引导至低温气体冷却系统158中。另外或备选地，如图所示，膨胀器138可设置在水气变换系统186的下游。实际上，膨胀器138可设置在AGR 160的上游和/或下游，并且使用存在于合成气流184(或合成气流188)中的质量流能量来生产额外的电功率。在所描绘的也可包括化学物生产的IGCC实施例中，低温气体冷却系统158可冷却合成气，并在冷却工艺期间产生饱和蒸汽206。然后可将该饱和蒸汽206引导至动力系统174中，以用于进一步重复使用。实际上，动力系统174可包括例如燃气涡轮208、热回收蒸汽发生器(HRSG)系统210和蒸汽涡轮212。燃气涡轮208可使用合成气作为燃料以驱动第一负载，例如适合于生产电功率的发电机。蒸汽涡轮发动机212然后可驱动第二负载，例如第二发电机。另外，虽然燃气涡轮208和蒸汽涡轮212可驱动单独的负载,但燃气涡轮发动机208和蒸汽涡轮发动机212还可以串联使用，以便经由单个轴来驱动单个负载。蒸汽涡轮发动机212以及燃气涡轮发动机208的具体构造可为对于实施而言专有的，并且可能包括部分的任意组合。来自氮气加热和抽取空气冷却系统202中的被加热的氮气可被引导至动力系统174中，以用作燃气涡轮208中的燃烧稀释剂，从而提高燃气涡轮效率。来自燃气涡轮发动机208的加热的排气可传送至HRSG 210中，并用于加热水和产生蒸汽，蒸汽用于驱动蒸汽涡轮发动机。HRSG 210中的一些水可能由除气器204来提供。也就是说，除气器204可从离开低温气体冷却系统158的被加热的返回的冷凝物214中去除某些气体(例如氧气)，并将水提供给动力系统174。另外，来自低温气体冷却系统158的饱和蒸汽206还可在其于HRSG 210中过热之后用于驱动蒸汽涡轮。实际上,在诸如IGCC动力设备200的联合循环动力设备中，热的排气可从燃气涡轮发动机208流出并传送至HRSG 210中，其在此处可用于产生高压高温蒸汽。通过HRSG210产生的蒸汽然后可穿过蒸汽涡轮发动机212，以用于发电。另外，产生的蒸汽还可供给任何其它可使用蒸汽的工艺，例如气化器112中。额外的重复使用效率是可行的，例如重复使用由于动力系统174操作所产生的冷凝物216。冷凝物216可被引导至低温气体冷却系统158，以用于冷却操作。类似地，在燃气涡轮操作期间所抽取的空气218可通过系统202进行处理，并引导至ASU 118中，以用于分离成氮气和氧气。燃气涡轮发动机208的发电循环经常被认为是顶层循环，而蒸汽涡轮发动机212的发电循环经常被认为是底层循环。通过将这两个循环与膨胀器138的使用结合起来，IGCC动力设备200可导致这两个循环中有更大的效率。本发明的技术效果包括通过使用一个或多个适合于将合成气流转换成电功率的膨胀器而提高气化效率和动力生产。膨胀器可定位在气化设备中的多种位置，包括涤气器的直接下游的位置。此外，膨胀器可用于各种类型的气化多联产设备中，包括IGCC动力设备。另外，合成气流可包括“湿的”合成气流。实际上，合成气流可包括在去除酸性气体之前为合成气添加的水。通过利用一个或多个膨胀器捕获否则将不会被利用的能量，所公开的实施例能够实现更高效的提高动力输出的气化设备。本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并 且还使本领域中的技术人员能够实践本发明，包括制造和利用任何装置或系统，以及执行任何所含方法。本发明的可获得专利保护的范围由权利要求限定，并且可包括本领域中的技术人员想到的其它示例。如果这些其它示例具有并非不同于权利要求的文字语言的结构元件，或者如果其包括与权利要求的文字语言无实质差异的等效的结构元件，那么这些其它示例都意图在权利要求的范围内。
权利要求
1.一种系统，包括 流动路径； 气化区段(112)，其沿着所述流动路径而设置，并且构造为用于将给料(102)转换成合成气； 涤气器(130)，其设置在所述气化区段(112)的直接下游，并构造为用于过滤所述合成气；和 第一膨胀器(138)，其沿着所述流动路径设置在所述涤气器(130)的直接下游，并构造为用于使所述合成气膨胀，其中所述合成气包括未处理的合成气。
2.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述系统构造为用于将水团添加至所述未处理的合成气。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统构造为用于在所述第一膨胀器(138)的上游将水团添加至所述未处理的合成气。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统构造为用于通过使水团饱和而将所述水团添加至所述未处理的合成气中。
5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述水团包括被加热的水团。
6.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述未处理的合成气包括具有至少大约0.1 %至65 %的H2O的湿的合成气。
7.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述第一膨胀器(138)包括构造为用于产生机械能、电功率或它们的组合的涡轮膨胀器。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第一膨胀器(138)构造为用于使来自所述未处理的合成气的物质冷凝。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述物质包括冷凝物，其具有从所述未处理的合成气中冷凝出的大约0. I %至65%的H20。
10.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述气化区段(112)包括整体气化联合循环(IGCC)气化区段。
11.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，包括沿着所述流动路径而设置在所述第一膨胀器(138)的下游的酸性气体去除(AGR)区段(160)，其中所述AGR区段(160)构造为用于处理所述未处理的合成气，以去除酸性气体并产生处理后的合成气。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，包括第二膨胀器(138)，该第二膨胀器(138)沿着所述流动路径而设置在所述AGR区段(160)的下游，并构造为用于使所述处理后的合成气膨胀。
13.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，包括第二膨胀器(138)，该第二膨胀器(138)沿着所述流动路径而设置在所述第一膨胀器(138)的下游，并构造为用于使所述合成气膨胀。
14.一种系统,包括 流动路径； 第一流体源(112，130)，具有加压流体，并沿着所述流动路径而设置在酸性气体去除(AGR)区段(160)的上游； 第二流体源，构造为用于将第二流体与所述第一流体混合起来，以产生流体混合物；和沿着所述流体路径而设置在所述AGR(160)上游的膨胀器(138);其中所述膨胀器(138)构造为用于使所述流体混合物膨胀和冷凝以产生机械能、电功率或它们的组合。
15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述第二流体源包括水源。
全文摘要
本发明涉及合成气应用中的能量回收。所公开的实施例包括用于利用膨胀器(138)的系统。在第一实施例中，一种系统包括流动路径和沿着流动路径而设置的气化区段(112)。气化区段(112)构造为用于将给料(102)转换成合成气。该系统还包括设置在气化区段(112)的直接下游并构造为用于过滤合成气的涤气器(130)。该系统还包括沿着流动路径设置在涤气器(130)的直接下游并构造为用于使合成气膨胀的第一膨胀器(138)。该合成气包括未处理的合成气。
文档编号C10J3/72GK102627981SQ20121003584
公开日2012年8月8日 申请日期2012年2月7日 优先权日2011年2月7日
发明者K·R·霍斯拉维安, P·J·麦肯纳, R·F·泰里 申请人:通用电气公司