用于从合成气发酵过程发电的系统技术方案

本发明专利技术提供了一种用于从合成气发酵过程发电的系统和方法。所述方法包括将温度高于约1400℉的热合成气与冷却的合成气相接触，以产生在废热锅炉的入口处具有1400℉或更低的温度的预先冷却的合成气。废热锅炉接收所述预先冷却的合成气并且有效地产生废热锅炉高压蒸汽和冷却的合成气。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于从合成气发酵过程发电的系统本申请要求都于2011年4月6日提交的美国临时申请号61/516，667、61/516，704和61/516，646的权益，并且所有临时申请以其全文通过引用并入本文。本专利技术提供了一种用于从合成气发酵过程发电的系统和方法。更具体来说，本专利技术提供了一种从合成气的气化和发酵产生高压蒸汽的方法。
技术介绍
微生物可以通过气态底物的发酵从一氧化碳(CO)生产乙醇和其他化合物。CO通常作为合成气形式的气态底物的一部分而被提供给发酵。将含碳材料气化以生产包含一氧化碳和氢气的发生炉气体或合成气体或合成气，在本领域中是公知的。这样的气化过程通常包括含碳材料的部分氧化或贫空气氧化，其中向气化过程供应低于化学计算量的氧气以促进一氧化碳的产生。通过本领域中描述的气化过程生产的合成气可能是热的，并且在下游加工和随后的发酵之前需要冷却。包含气化装置中产生的一氧化碳的热合成气，在气化装置下游的热交换器或废热锅炉中被冷却，参见例如美国专利号6，435，139、美国专利号7，587，995和美国专利号7，552，701。热合成气的这种热含量的回收和使用，对于过程经济学来说可能是非常重要的。
技术实现思路
本专利技术提供了一种从合成气发酵过程有效地产生高压蒸汽的方法和装置。所述方法包括将温度高于约1400 °?的热合成气与冷却的合成气相接触，以产生在废热锅炉的入口处具有1400 更低的温度的预先冷却的合成气。废热锅炉接收所述预先冷却的合成气并有效地产生废热锅炉高压蒸汽和冷却的合成气。本专利技术提供了一种用于从合成气发酵过程产生高压蒸汽的系统。所述系统包括废热锅炉，其被放置成接收温度为1400 T或更低的合成气。所述废热锅炉有效地产生废热锅炉高压蒸汽和冷却的合成气。尾气燃烧器接收来自于发酵罐的贫合成气，并且所述尾气燃烧器有效地产生热尾气燃烧器气体。尾气锅炉过热器接收所述热尾气燃烧器气体，并且所述尾气锅炉过热器有效地产生尾气锅炉高压蒸汽。蒸汽混合器接收并混合所述废热锅炉高压蒸汽和所述尾气锅炉高压蒸汽，以产生合并的高压蒸汽。在另一种情况下，本专利技术提供了一种用于从合成气发酵过程产生高压蒸汽的方法。所述方法包括在气化器中燃烧含碳材料以形成温度高于约1400 °F的热合成气，以及将所述合成气预先冷却，以产生在废热锅炉的入口处具有1400 °F或更低的平均温度的预先冷却的合成气。废热锅炉接收所述预先冷却的合成气并有效地产生废热锅炉高压蒸汽和冷却的合成气。发酵罐接收冷却的合成气。尾气燃烧器从发酵罐的出口接收贫合成气，并且所述尾气燃烧器有效地产生热尾气锅炉气体。尾气锅炉过热器接收热尾气燃烧器气体和废热锅炉高压蒸汽，并产生合并的高压蒸汽。【附图说明】根据下面的图，所述方法的数种情况的上述和其他方面、特征和优点将更加显而易见。图1是包括废热锅炉和尾气锅炉的系统的总体概略图。图2A和图2B示出了废热锅炉系统的可选情况。图3示出了尾气锅炉系统的可选情况。图4是包括废热锅炉和尾气锅炉的系统的另一种情况的总体概略图。在整个数张图的视图中，相应的参考符号指示相应的部件。专业技术人员将会认识到，图中的元件以简单明了的方式示出，并且不一定是按比例绘制的。例如，图中的某些元件的尺寸可能相对于其他元件被夸大，以帮助改善对本专利技术的方法和装置的各个方面的理解。此外，在商业上可行的情况下有用或必需的普通但公知的元件通常没有被示出，以便于这些各种情况的更少阻碍的图示。【具体实施方式】下面的描述不具有限制性意义，而是仅仅出于描述示例性实施方式的一般性原理的目的而做出的。本专利技术的范围应该参考权利要求书来确定。本文描述的方法和系统有效地将在合成气的气化和发酵期间产生的热转变成高压蒸汽，用于发电。所述方法和系统提供了超过整个系统所需要的电力的过量电力。定义除非另有定义，否则在本公开的整个本说明书中使用的下列术语如下所定义，并且可以包括下面所限定的定义的单数或复数形式:修饰任何量的术语“约”是指所述量在真实世界条件下，例如在实验室、中试厂或生产设施中遇到的变差。例如，当被“约”修饰时，混合物或参量中采用的成分或测量结果的量包括在生产厂或实验室中的实验条件下测量时的变差和通常所采用的关注程度。例如，当被“约”修饰时，产物组分的量包括在工厂或实验室的多次实验中不同批次之间的变差以及分析方法所固有的变差。不论是否被“约”修饰，量包括所述量的等效值。本文中所陈述的并被“约”修饰的任何数量也可以作为未被“约”修饰的量用于本公开中。当在本文中使用时，“含碳材料”是指富含碳的材料例如煤和石化产品。然而，在本说明书中，含碳材料包括固态、液态、气态或等离子态的任何碳材料。在可以被认为是含碳材料的大量物品中，本公开设想了:含碳材料，含碳液体产物，含碳工业液体再循环物，含碳市政固体废物(MSW或msw)，含碳城市废物，含碳农业材料，含碳林业材料，含碳木材废物，含碳建筑材料，含碳植物材料，含碳工业废物，含碳发酵废物，含碳石化副产物，含碳醇生产副产物，含碳煤，轮胎，塑料，废塑料，焦炉焦油，软纤维(fibersoft)，木质素，黑液，聚合物，废聚合物，聚对苯二甲酸乙二酯(PETA)，聚苯乙烯(PS)，污水污泥，动物粪便，作物残留物，能源作物，林业加工残留物，木材加工残留物，家畜粪便，家禽粪便，食品加工残留物，发酵过程废物，乙醇副产物，酒糟，废微生物或其组合。术语“软纤维”(fibersoft或 Fibersoft 或 fibrosoft 或 fibrousoft)是指由于各种物质的软化和浓缩而产生的一种类型的含碳材料；在一个实例中，含碳材料通过各种物质的蒸气压热处理来生产。在另一个实例中，软纤维可以包括市政、工业、商业和医疗废物的蒸气压热处理产生的纤维质糊状材料。术语“市政固体废物”或“MSW”或“msw”是指可以包含家庭、商业、工业和/或残余废物的废物。术语“合成气”或“合成气体”是指合成气体，这是给予含有不同量一氧化碳和氢气的气体混合物的名称。生产方法的实例包括天然气或烃的蒸汽重整以产生氢气，煤的气化以及在某些类型的废物变能源的气化设施中。该名称来自于它们在产生合成天然气(SNG)的过程中作为中间体和用于生产氨或甲醇的用途。合成气是可燃烧的，并且通常被用作燃料源或作为中间体用于生产其他化学品。在一种情况下，含碳材料的气化提供合成气。气化包括生物质在氧气供应受限的条件下的部分燃烧。得到的气体包括CO和H2。在这种情况下，所述合成气含有至少约20摩尔％的CO，在一种情况下，约20至约100摩尔％的CO，在另一种情况下，约30至约90摩尔％的CO，在另一种情况下，约40至约80摩尔％的CO，并且在另一种情况下，约50至约70摩尔％的CO。所述合成气具有至少约0.75的C0/C02摩尔比。系列号61/516，667、61/516，704和61/516，646描述了适合的气化方法和装置的一些实例(美国系列号61/516，667、61/516，704和61/516，646，其全都在2011年4月6日提交，并且它们全部通过引用并入本文)。离开气化器的合成气具有高于约1400 °F，并且在另一种情况下为至少约1400 T至约3500 0F的温度。气化过程有效地破坏焦油。术语“发酵”、“发酵过程”或本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于从合成气发酵过程产生高压蒸汽的方法，所述方法包括：将温度高于约1400℉的热合成气与冷却的合成气相接触，以产生在废热锅炉的入口处温度为1400℉或更低的预先冷却的合成气；以及将所述预先冷却的合成气转移到所述废热锅炉，所述废热锅炉有效地产生废热锅炉高压蒸汽和冷却的合成气。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.04.06 US 61/516,667;2011.04.06 US 61/516,704;1.用于从合成气发酵过程产生高压蒸汽的方法，所述方法包括:将温度高于约1400T的热合成气与冷却的合成气相接触，以产生在废热锅炉的入口处温度为1400 更低的预先冷却的合成气；以及将所述预先冷却的合成气转移到所述废热锅炉，所述废热锅炉有效地产生废热锅炉高压蒸汽和冷却的合成气。2.权利要求1的方法，其还包括将贫合成气转移到尾气燃烧器，所述尾气燃烧器有效地产生热尾气燃烧器气体；将所述热尾气燃烧器气体转移到尾气锅炉过热器，所述尾气锅炉过热器有效地产生尾气锅炉高压蒸汽；以及 将所述废热锅炉高压蒸汽与尾气锅炉高压蒸汽合并，以形成合并的高压蒸汽。3.权利要求1的方法，其中热合成气通过与温度为约350T至约450 °F的冷却的再循环合成气进行掺混来冷却。4.权利要求3的方法，其中将再循环的冷却合成气与所述热合成气以约0.1至约20的比率进行掺混。5.权利要求1的方法,其中所述预先冷却的合成气的温度为约600°F至约1400 °F。6.权利要求5的方法，其中所述预先冷却的合成气的温度为约600°F至约900 0F。7.权利要求1的方法，其中所述废热锅炉高压蒸汽的压力为约50psig至约950psig。8.权利要求2的方法，其中尾气燃烧器气体的温度为约1500T至约3000 T。9.权利要求2的 方法，其中所述尾气锅炉高压蒸汽的压力为约600psig至约950psig。10.权利要求2的方法,其中所述合并的高压蒸汽的压力为约600psig至约950psig。11.权利要求1的方法，其中将预热的水和/或蒸汽从废热锅炉预热器供应到所述废热锅炉。12.权利要求2的方法，其中所述合并的高压蒸汽被用于发电。13.用于从合成气发酵过程产生高压蒸汽的系统，所述系统包含: 废热锅炉，其被放置成接收温度为1400 更低的合成气，所述废热锅炉有效地产生废热锅炉高压蒸汽和冷却的合成气； 尾气燃烧器，其被放置成接收来自于发酵罐的贫合成气，所述尾气燃烧器有效地产生热尾气燃烧器气体； 尾气锅炉过热器，其被放置成接收所述热尾气燃烧器气体，所述尾气锅炉过热器有效地产生尾气锅炉高压蒸汽；以及 蒸汽混合器，其被放置成接收并混合所述废热锅炉高压蒸汽和所述尾气锅炉高压蒸汽，以产生合并的高压蒸汽。14.权利要求13的系统，其中所述合成气在所述废热锅炉的入口处的温度为约600T至约 1400 0F。15.权利要求14的系统，其中所述合成气的温度为约600°F至约900 0F。16.权利要求13的系统，其中所述废热锅炉高压蒸汽的压力为约50psig至约950psigo17.权利要求13的系统，其中尾气锅炉气体的温度为约1500°F至约3000 °F。18.权利要求13的...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得·S·贝尔，奇姆·奥科菲米亚，斯蒂芬·约翰·伯恩斯泰德，格雷姆·帕克，
申请(专利权)人：伊内奥斯生物股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH