[发明专利]用于低级燃料的整体式热解以及气流床气化系统和方法

说明书

相关申请案的交叉引用

本申请是2013年3月7日提交的美国专利申请序列号13/788,655的部分接续申请并且要求所述申请的优先权，所述申请以引用的方式整体并入本说明书中。

技术领域

本发明领域总体涉及气化系统，并且更具体地说，涉及用于从低级燃料生产合成天然气(SNG)的气化系统。

背景技术

可将诸如煤、石油焦、生物质、木质材料、农业废物、焦油、焦炉煤气和沥青，以及其他含碳物质的原料气化，以用于产生电力、化工产品、合成燃料，并且用于其他各种应用。气化通常包括使碳质燃料与氧气在非常高的温度下反应来产生合成气，所述合成气是主要含有一氧化碳和氢气的一种燃料。合成气与气化前处于其原始状态的燃料相比典型地更有效地且更清洁地燃烧。合成气可用于发电、化工生产以及其他任何合适的应用。

然而，普遍已知为低级原料的一些含碳固体原料并不适合于和/或无法高效地结合一些已知气化系统一起使用。由于低级原料与气化系统中通常使用的燃料相比具有低热值和固有的高氧含量，所述低级原料通常并不是令人希望的。此外，低级燃料通常形成非常稀薄的浆料，并且典型的携带式气化系统不能有效地利用这类燃料来生产合成气。

发明内容

在一方面，提供了一种用于低级燃料的气化系统。所述气化系统包括热解单元，所述热解单元配置用于接收低级燃料并且将所述低级燃料热解来产生热解气体和固定碳。所述气化系统还包括配置用于使用所述固定碳产生合成气流的气化器、以及配置用于冷却所述合成气流的冷却器。连接在所述冷却器与所述热解单元之间的第一导管配置用于将所述合成气流的至少一部分再循环至所述热解单元中，其中所述再循环合成气流与所述热解气体混合，以产生含有气化副产物的富含烃的合成气流。副产物回收系统连接至所述热解单元，以用于从所述富含烃的合成气流中去除所述气化副产物。

在另一方面，提供了一种整体气化联合循环发电设备。所述整体气化联合循环发电设备包括至少一个气化系统，所述气化系统包括热解单元，所述热解单元配置用于接收低级燃料并且将所述低级燃料热解来产生热解气体和固定碳。所述气化系统还包括配置用于使用所述固定碳产生合成气流的气化器、以及配置用于冷却所述合成气流的冷却器。连接在所述冷却器与所述热解单元之间的第一导管配置用于将所述合成气流的至少一部分再循环至所述热解单元中，其中所述再循环合成气流与所述热解气体混合，以产生含有气化副产物的富含烃的合成气流。副产物回收系统连接至所述热解单元，以用于从所述富含烃的合成气流中去除所述气化副产物。所述整体气化联合循环发电设备还包括以流体连通的方式与所述冷却器连接以接收所述合成气流的至少一部分的至少一个燃气涡轮发动机。

在又另一方面，提供了一种将低级燃料气化的方法。所述方法包括向热解单元提供低级燃料的进料，并且将所述低级燃料的进料热解以产生热解气体和固定碳。之后将所述固定碳引导至气化器中，以用于将所述固定碳气化以便产生合成气流。所述合成气流的至少一部分与所述热解气体混合以产生含有气化副产物的富含烃的合成气流，所述气化副产物使用副产物回收系统从所述富含烃的合成气流中去除。

附图说明

图1是示例性发电系统的示意图；以及

图2是图1中所示的系统的详细示意图。

具体实施方式

图1是生产和/或燃烧合成气体(即，合成气)来发电和/或制造化工产品的示例性气化设施10的示意图，所述气化设施10例如是整体气化联合循环(IGCC)发电系统。系统10包括为低级燃料的燃料源12。燃料源12可包括低级煤、石油、焦炭、生物质、木质材料、农业废料、焦油、焦炉煤气以及沥青，和/或其他含碳原料。如本说明书中所使用的，“低级”的煤通常具有比烟煤(例如，次烟煤或褐煤)更低的等级。在一些情况下，低级煤可具有相对较高的氧含量，如按重量计的约13％至35％。低级煤可具有其他特征，包括如在约10％至40％的范围内的相对较高的含水量，以及如在约3％至50％的范围内的相对较高的干灰含量。低级煤大量存在于美国的中部大陆地区(如粉河盆地煤(PowderRiverBasincoal))以及中国(如褐煤)。在一些情况下，诸如甘蔗渣的生物质燃料可具有相对较高的氧含量，如按重量计的约30％至45％。甘蔗渣可具有其他特征，包括如在约20％至70％的范围内的相对较高的含水量，这使得所述甘蔗渣难以在未进一步处理的情况下用于气化中。由于这类煤和甘蔗渣固有的低热值和高含水量，低级原料可能无法有效地用于一些已知的气化器(例如，气流床气化器)。