电路对外发电S20;是否需要加入额外的水蒸气以调 节固体燃料电池入口燃料气S19中水蒸气与可燃碳的比值，由实际过程中固体燃料电池燃 料气S19中的水蒸气与可燃碳的比值来决定；固体燃料电池9中未转化的原料气和氧化剂 S21在燃烧器10中进行燃烧;燃烧器10出口的烟气S22在换热装置8中预热固体燃料电池9的 进料以回收一部分能量；出换热装置8的烟气S22在热回收蒸汽发生器11中产生过热蒸汽 S24，部分过热蒸汽S24用作气化单元进口水蒸气S3，其余过热蒸汽S24在蒸汽轮机12中对外 做功S26;热回收蒸汽发生器11还可对外提供高温热水S25;蒸汽发生器11出口烟气S23在烟 气冷却装置13中冷却后分成两相，气相尾气S27主要含二氧化碳或者二氧化碳和氮气，可排 放到大气，当固体燃料电池氧化剂为氧气时，气相尾气S27仅含二氧化碳，可以对二氧化碳 进行固定和封存;系统中所产生的电和功可以用于压缩机或者栗等耗能设备。
[0037] 生物质的性质分析数据、气化炉操作条件、系统进料条件分别如表7、表8、表9所 示。气化炉气化室操作压力低于超临界水单元最高操作压力，气化单元所产的合成气需要 经压缩至250 atm后，再进入超临界水单元。超临界水混合器和超临界水分离器的操作压力 为250 atm。超临界水反应器的操作温度和操作压力分别为774 °C和250 atm，超临界水反 应器内采用Ru/A12〇3作为催化剂。超临界水单元中不添加氧化剂。补充水和添加剂混合后添 加到超临界水混合器。超临界水混合器补充水的温度、压力及流量分别为104 °C、1 atm、 361 kg/h。降压装置出口压力为15 bar，对外膨胀做功的等熵效率为0.9,功转化为电的效 率为0.9。气体分离装置的分离效率为1。第二降压装置不对外做功，且出口气体压力为1 atm。固体燃料电池进口燃料气和氧化剂（空气）的预热温度均为800 °C。空气由21 % 02， 78 %他和1 % Ar组成。固体燃料电池的操作温度、操作压力、燃料利用率、空气利用因子及 发电效率分别为800°C、1 atm、0.85、16.7 %和67 %。热回收蒸汽发生器所产高压过热蒸汽 的温度和压力为425 °C、50 bar，所产低压过热蒸汽的温度和压力为270 °C、11 bar，换热 温差为35 °C。蒸汽轮机出口压力25 bar、6 bar、4 bar和0.5 bar对应的等熵效率分别为 0.9、0.89、0.38和0.33，蒸汽轮机做功转化为电的效率为0.8。栗效率为0.7。压缩机的等熵 效率为0.75。环境温度和压力分别为25 °C、1 atm。
[0038] 表7生物质的性质分析数据
表10和表11是气化炉气化室出口产品气组成和超临界水反应器出口流出物组成。表12 是以气化单元和超临界水单元这一集成系统所产合成气为原料的热电联产系统的能量利 用分析结果。其中，系统能量输出仅计算系统发电和做功。
[0039] 表10气化炉气化室出口产品气组成
由表10和表11可知，气化炉气化室出口产品气中的焦油（C6H6、C7H8及C 1QH8)和H2S组 分，经超临界水单元处理后几乎完全被脱除，系统可以得到洁净的合成气;将气化单元与超 临界水单元相集成的这一集成系统的整体步骤相对简单，避免了常规气体净化单元繁杂的 步骤;超临界水单元还发生水气变换反应和甲烷化反应，使得超临界水反应器出口流出物 中出和〇)的含量减少，c〇2和CH4的含量增加，有助于调节气体组成，可减少或省略后续水气 变换及甲烷化反应装置，使得系统整体布置更加紧凑。
[0040]由表12可知，基于气化单元和超临界水单元这一集成系统的热电联产系统的能量 利用效率和发电效率分别为46 %和43 %，其中，发电效率高于以往报道的将常压固体燃料 电池与生物质蒸汽气化过程进行集成的系统的发电效率（36 %)，也高于整体气化联合循 环技术（IGCC)的发电效率（40 %)。因而，将气化单元与超临界水单元进行系统集成后， 系统能量利用效率和发电效率均提高。当氧气作为固体燃料电池氧化剂时，系统可以副产 高纯度二氧化碳，有助于进行二氧化碳固定和封存。
【主权项】
1. 一种利用含碳原料生产合成气的方法，其特征在于，包括如下步骤： 含碳原料（S1)与气化剂（S2)在水或者水蒸气（S3)存在时，在气化炉气化室（1) 内发生反应;灰渣（S4)从气化单元（1)中排出；气化炉气化室（1)所产的产品气（S5) 在超临界水混合器（2)与补充水（S6)进行混合;在超临界水混合器（2)中，加入添加 剂（S7)以使出气化单元（1)的产品气（S5)中的部分污染物以无机物的形式析出；超 临界水混合器（2)出口的流出物（S8)进入超临界水分离器（3)，以脱除流出物（S8) 中的无机不溶物（S9);不含无机不溶物的流出物（S10)和氧化剂（S11)进入超临界水 反应器（4)以脱除流出物（S10)中的污染物;超临界水反应器（4)出口流出物（S12) 进入降压装置（5)降压，并对外做功（S14);降压装置出口合成气（S13)进后续处理单 J L· 〇2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气化炉气化室或者气化单元（1)是 任何形式的气化炉气化室或者气化技术;气化炉气化室（1)的操作压力可以大于等于超 临界水单元（AU)的最高操作压力；气化炉气化室（1)的操作压力也可低于超临界水单 元（AU)的最高操作压力，即大于等于0.1 Mpa小于超临界水单元（AU)的最高操作压力， 此时，气化炉气化室（1)出口产品气（S5)需要经压缩后进入超临界水单元（AU)。3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超临界水混合器（2)，超临界水分离 器（3)及超临界水反应器（4)的操作温度和操作压力至少分别等于水的超临界点对应 的温度和压力;超临界水混合器（2)的操作压力大于等于超临界水分离器（3)的操作压 力，超临界水分离器（3)的操作压力大于等于超临界水反应器（4)的操作压力。4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超临界水分离器（3)是任何形式的 高压连续的无机相-超临界相分离设备。5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超临界水反应器（4)是任何形式的 能够支持催化剂参与反应的高温高压反应器。6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气化单元（1)、超临界水混合器（2)、 超临界水分离器（3)、超临界水反应器（4)及降压装置（5)是由单个设备或诸多设备组 成，且以上单元及设备之间可以进行集成以组成新的单元或新的装置。7. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述补充水（S6)、添加剂（S7)及氧化剂 (S11)的添加并非必需，且以上物质在系统中的添加位置可以变化。8. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述补充水（S6)、添加剂（S7)及氧化剂 (511) 是两两混合或相互混合或与其它物流混合后进入超临界水单元（AU)，或各自进入 超临界水单元（AU)。9. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述降压装置（5)是任何形式的降压装 置，包括膨胀装置。10. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述降压装置（5)出口合成气（S13) 的压力为大于等于0.1 Mpa小于等于超临界水反应器出口流出物（S12)的压力；降压装置 (5)出口合成气（S13)的温度为大于等于0 °C小于等于超临界水反应器出口流出物 (512) 的温度。
【专利摘要】本发明公布了一种利用含碳原料生产合成气的方法，通过将气化单元和超临界水单元进行系统集成，含碳原料在气化单元所产的产品气依次进入超临界水混合器、超临界水分离器、超临界水反应器进行净化和调节处理，以脱除有机及无机污染物，生产洁净合成气和调节合成气组成，超临界水反应器出口流出物再通过降压装置对外做功以回收能量，系统能量利用效率提高。本发明有效地克服了常规气体净化单元步骤较多，且对污染物净化处理能力有限的问题；以及系统能量利用效率较低的问题。
【IPC分类】C10J3/00, C10K1/00
【公开号】CN105505465
【申请号】CN201510802851
【发明人】万伟
【申请人】万伟
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年11月19日