采用高能效的气化设备-相关工艺方案的高能效基于气化的多联产装置以及相关的方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了基于气化的高能效多联产装置、设施或系统，以及改变现有的基于气化的多联产装置和各种常规的热偶联布置的方法。示例性的基于气化的多联产装置包括：气化系统，其被构造为由碳基原料产生粗合成气进料。该气化系统包括气化设备或设施、包括酸性水汽提塔的酸性水汽提设备或设施，气化反应器和气化系统能量管理系统。该气化系统能量管理系统包括第三气化系统工艺‑工艺热交换器单元，其被设置为接收来自酸性水汽提塔的塔底废水流并接收进入气化反应器的氧气进料的至少一部分，从而为进入气化反应器的氧气进料的至少一部分提供热能，并冷却来自酸性水汽提塔的塔底废水流。该酸性水汽提设备或设施至少通过来自所述酸性水汽提塔的所述塔底废水流与所述气化设备或设施一体化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】采用高能效的气化设备-相关工艺方案的高能效基于气化的多联产装置以及相关的方法
本专利技术总体上涉及节能和温室气体减少，并且涉及基于气化的多联产装置，该多联产装置采用先进的能量一体化工艺方案和方法，该方案和方法通过先进的能量集成从而减少了基于气化的多联产装置中的能量利用需求和温室气体排放。
技术介绍
对于以下产业来说，用于多产品生产设施的碳基原料气化设备和设施已经成为有竞争力的选择，这些产业为：合成气；热电联供设备和公共设施；氢气生产；硫生产；以及用于发电、炼油、气-液转化以及化学和石油化学工业应用的冷却水生产。气化是将碳质材料转化为一氧化碳、氢气和二氧化碳的工艺。这通过使材料在高温(>700℃)且没有燃烧的情况下与受控量的氧气和/或蒸汽反应来实现。所得的气体混合物被称为合成气(合成的气体)或发生炉煤气，并且其本身是燃料。如果气化的化合物由生物质获得，则由气化以及所得气体的燃烧获得的能量被认为是可再生能量的来源。气化的优点在于，使用合成气可能比原始燃料的直接燃烧更有效，这是因为其可以在更高温度下燃烧或者甚至在燃料电池中燃烧。合成气可以直接在燃气发动机中燃烧，其可用于生产甲醇和氢气，或转化为合成燃料。气化还可以由原本会被丢弃材料(如可生物降解的废料)开始。此外，高温工艺可以精炼出诸如氯化物和钾之类的腐蚀性灰分成分，从而能够由原本会被视为有问题(脏的)的燃料生产出清洁气体。目前在工业规模上使用化石燃料的气化来发电。发电者、炼油厂运营者、以及甲醇和氨制造商正在寻找更清洁、可靠且成熟的技术，从而使用煤、粗减压渣油、生物质和其他碳基燃料来发电。气化也是一种将低价值燃料和残余物转化为合成气的有效手段。合成气被用于产生电力、蒸汽、氢气、硫和诸如甲醇和氨之类的基础化学品。气化还可以帮助解决工业综合体中的可靠发电的挑战。传统上，煤已经为大部分工业界供电一百多年，并且仍然是丰富、低成本的资源。然而，人们越来越关注碳排放及其对环境的影响。因此，环境法规要求：以更清洁、更有效的方式使用煤，从而解决世界对能量的不断增长的需求。整体煤气化联合循环或IGCC。整体IGCC是这样的工艺：能够将煤和其他碳基材料转化为更清洁的燃料，该燃料用于更有效的发电以及化工和炼油设施的原材料。例如，气化可将煤转化为合成气。合成气也是碳捕捉物(carboncaptureready)，这意味着能够捕捉高达90％的由煤产生的CO2。为了进一步提高效率和产量，IGCC要求采用任何剩余的热或蒸汽来为第二涡轮机提供动力。气化还可以将重质炼油厂残渣和石油焦变成干净的合成气(合成天然气)，通过由残渣转化为能量和有价值的商品(如氧气、氮气和氢气等)，从而从中创造更多的经济价值。在某些天然气价格较高的地区，它可以提供天然气的替代来源。合成气输出具有足够的能量值来为各种用户提供动力，并且具有足够的能量值来运行甲醇设备。使用气化方法来产生能量的工艺已经使用了180多年。在那段时间里，使用煤和泥炭为这些设备提供动力。最初，气化方法在19世纪被开发用来产生用于照明和烹饪的家用煤气，随后家用煤气被电和天然气替代。虽然它也已经用于鼓风炉，但是自从20世纪20年代才在合成化学品的生产中起到了更大的作用。到1945年，存在了由气化驱动的卡车、公共汽车和农业机械。在气化器中，碳质材料经历几个不同的过程。在约100℃下发生脱水或干燥过程。通常，所得蒸汽混合到气流中，并且如果温度足够高，则可参与随后的化学反应，特别是水煤气反应。在约200-300℃下发生裂解(或脱挥发)过程。释放挥发物并产生炭，导致煤的重量损失高达70％。该过程取决于碳质材料的性质，并且决定了炭的结构和组成，该炭随后进行气化反应。随着(例如)挥发性产物和一些炭与氧气反应从而主要形成二氧化碳和少量一氧化碳，发生了燃烧过程，其为随后的气化反应提供热量。基本反应为：G+O2→CO2。通过以下反应，随着焦炭与碳和蒸汽反应从而生产一氧化碳和氢气，发生气化过程：C+H2O→H2+CO。在气化器中的温度下，可逆的气相水煤气变换反应非常快速地达到平衡。这平衡了一氧化碳、蒸汽、二氧化碳和氢气的浓度：将有限量的氧气或空气引入至反应器中，从而使得一些有机材料被“燃烧”以产生一氧化碳和能量，该一氧化碳和能量进一步驱动了将其他有机材料转化为氢气和额外的二氧化碳的第二反应。当所形成的一氧化碳和来自有机材料的残余的水反应形成甲烷和过量的二氧化碳时，发生进一步的反应。在反应器中，更大量地发生第三反应，这增加了反应气体和有机材料的停留时间以及反应的热和压力。在更复杂的反应器中，使用催化剂来提高反应速率，使得体系在固定的停留时间移动至更接近反应平衡的状态。几种类型的气化器目前可用于商业用途。它们包括：逆流固定床气化器、顺流固定床气化器、流化床气化器、夹带流(entrainedflow)气化器、等离子体气化器和自由基气化器。在逆流固定床(“上抽式”)气化器中，碳质燃料(例如，煤和生物质)的固定床通过“气化剂”(例如蒸汽、氧气和/或空气)以逆流的构造流动。灰分或在干燥条件下除去或作为炉渣。气化器通常需要燃料具有高机械强度并且优选不结块，使得其将形成可渗透床，尽管近年来的发展已经在一定程度上减少了这些限制。这种类型的气化器的产量相对较低。因为气体出口中的温度相对较低，所以热效率较高。然而，在典型的操作温度下，焦油和甲烷的生产量是显著的，因此在使用前必须全面地清洁产物气。焦油可以再循环到反应器中。在精细的未凝结的生物质的气化中，需要借助于风扇将空气吹入反应器中。这产生非常高的气化温度(高达1000℃)。在气化区域的上方，形成细且热的焦炭的床，并且当气体被迫通过该床时，大多数复杂的烃被分解成氢气和一氧化碳的简单成分。在顺流固定床(“下抽式”)气化器中，气化剂气体与燃料以顺流的构造流动，即向下流动，因此称为“下抽式气化器”。通过燃烧少量的燃料或从外部热源来将热量添加到床的上部。产生的气体在高温下离开气化器，并且将大部分热量转移到在床的顶部附加的气化剂中，获得了逆流型水平的能量效率。由于在这种构造中所有焦油必须通过炭的热床，然而焦油水平比逆流型中低得多。在流化床反应器中，燃料在氧气和蒸汽或空气中流化。灰分被干燥去除或作为去流化的重质烧结块。在干灰气化器中，温度相对较低，因此燃料必须是高度反应性的；低等级煤是特别合适的。融聚气化器具有略高的温度，并且适用于较高等级的煤。燃料生产量高于固定床，但不如夹带流气化器高。由于碳质材料的洗提，转化效率可能相当低。固体的回收或随后的燃烧可用于增加转化率。对于形成会损坏成渣气化器的壁的高度腐蚀性灰分的燃料，流化床气化器是最有用的。通常含有高水平的腐蚀性灰分的生物质燃料是这种类型的气化器的候选物。在夹带流气化器中，利用氧气(更少使用的是空气)将干粉状固体、雾化的液体燃料或燃料浆料以同向流动的方式气化。气化反应在非常细的颗粒的密云(densecloud)中发生。大多数类型的煤适合于这种类型的气化器，这是因为操作温度高并且因为煤颗粒通常彼此很好地分离。这种类型的气化器的高温和高压允许更高的生产量。然而，因为在根据现有技术清洁气体之前，气体必须冷却，所以热效率稍低。高温还导致产物气中不存在焦油和甲烷。然而，氧气需求高于其他类型的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于气化的多联产装置，包括：气化系统，其被构造为由碳基原料产生粗合成气进料，所述气化系统包括：气化设备或设施；包括酸性水汽提塔的酸性水汽提设备或设施；气化反应器；以及气化系统能量管理系统；其中所述气化系统能量管理系统包括：第三气化系统工艺‑工艺热交换器单元，其被设置为接收来自所述酸性水汽提塔的塔底废水流并接收进入所述气化反应器的氧气进料的至少一部分，从而为进入所述气化反应器的所述氧气进料的所述至少一部分提供热能，并冷却来自所述酸性水汽提塔的所述塔底废水流；其中所述酸性水汽提设备或设施至少通过来自所述酸性水汽提塔的所述塔底废水流从而与所述气化设备或设施一体化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.28 US 62/018,604;2015.04.21 US 14/692,6571.一种基于气化的多联产装置，包括：气化系统，其被构造为由碳基原料产生粗合成气进料，所述气化系统包括：气化设备或设施；包括酸性水汽提塔的酸性水汽提设备或设施；气化反应器；以及气化系统能量管理系统；其中所述气化系统能量管理系统包括：第三气化系统工艺-工艺热交换器单元，其被设置为接收来自所述酸性水汽提塔的塔底废水流并接收进入所述气化反应器的氧气进料的至少一部分，从而为进入所述气化反应器的所述氧气进料的所述至少一部分提供热能，并冷却来自所述酸性水汽提塔的所述塔底废水流；其中所述酸性水汽提设备或设施至少通过来自所述酸性水汽提塔的所述塔底废水流从而与所述气化设备或设施一体化。2.根据权利要求1所述的装置，其中由所述第三气化系统工艺-工艺热交换器单元接收的进入所述气化反应器的所述氧气进料的至少一部分基本上为进入所述气化反应器的全部氧气进料。3.根据权利要求1所述的装置，还包括：酸性气体去除系统，其被构造为从粗合成气进料中去除酸性杂质，从而提供经处理的合成气进料，所述酸性气体去除系统包括酸性气体去除设备或设施；以及凝结液净化设备或设施；其中所述气化系统能量管理系统还包括：第一气化系统工艺-工艺热交换器单元，其被设置为接收所述经过净化的冷凝结液流以及酸性水汽提塔的塔顶流，从而向所述经过净化的冷凝结液流增加热负荷并且冷却所述酸性水汽提塔的所述塔顶流，第二气化系统工艺-工艺热交换器单元，其被设置为接收具有来自所述酸性水汽提塔的所述塔顶流的增加的热负荷的所述经过净化的冷凝结液流、并接收进入所述气化反应器的氧气进料的至少一部分，从而为所述氧气进料的所述至少一部分提供热能并且去除添加到所述经过净化的冷凝结液流中的所述增加的热负荷的至少一部分，其中由所述第二气化系统工艺-工艺热交换器单元接收的进入所述气化反应器的氧气进料的至少一部分包括进入所述气化反应器的所述氧气进料的第一分支；其中由所述第三气化系统工艺-工艺热交换器单元接收的进入所述气化反应器的氧气进料的至少一部分包括进入所述气化反应器的所述氧气进料的第二分支；其中所述酸性气体去除系统能量管理系统包括：第六酸性气体去除系统工艺-工艺热交换器单元，其被设置为接收来自所述凝结液净化设备或设施中的所述经过净化的冷凝结液流的至少一部分、以及来自杂质水解反应器的反应器流出的塔底流，从而给所述经过净化的冷凝结液流的所述至少一部分提供热能，并冷却所述反应器流出的塔底流；所述酸性气体去除设备或设施通过由所述第六酸性气体去除系统工艺-工艺热交换器单元接收的所述经过净化的冷凝结液流的所述至少一部分从而与所述凝结液净化设备或设施一体化，所述凝结液净化设备或设施、所述酸性气体去除设备或设施、所述酸性水汽提设备或设施至少通过由所述第六酸性气体去除系统工艺-工艺热交换器单元和所述第一气化系统工艺-工艺热交换器单元和所述第二气化系统工艺-工艺热交换器单元所接收的所述经过净化的凝结液流，从而与所述气化设备或设施一体化，所述第六酸性气体去除系统工艺-工艺热交换器单元和所述第一气化系统工艺-工艺热交换器单元和所述第二气化系统工艺-工艺热交换器单元通向发电设备或设施并且作为缓冲器，以间接地收集来自所述杂质水解反应器的所述塔底流和所述酸性水汽提塔的所述塔顶流的热能，从而加热进入所述气化反应器的所述氧气进料的所述第一分支，并且所述酸性水汽提设备或设施至少通过来自所述酸性水汽提塔的所述废水塔底流从而进一步与所述气化设备或设施一体化，从而提供热能以加热进入所述气化反应器的所述氧气进料的所述第二分支，其中所述酸性水汽提塔然后通向生物处理单元、设备或设施。4.根据权利要求1所述的装置，其中由所述第三气化系统工艺-工艺热交换器单元接收的进入所述气化反应器的氧气进料的至少一部分包括进入所述气化反应器的所述氧气进料的第二分支；并且其中所述气化系统能量管理系统包括：高压调温水回路；第五气化系统工艺-工艺热交换器单元，其被设置为接收来自所述调温水回路的调温水流和所述酸性水汽提塔的塔顶流，从而为所述调温水添加热负荷并且冷却所述酸性水汽提塔的所述塔顶流；以及第六气化系统工艺-工艺热交换器单元，其被设置为接收具有来自所述酸性水汽提塔的所述塔顶流的所述增加的热负荷的所述调温水流、和进入所述气化反应器的所述氧气进料的第一分支，从而为所述氧气进料的所述第一分支提供热能并去除添加到所述调温水流中的所述增加的热负荷的至少绝大部分，所述酸性水汽提设备或设施至少通过所述调温水回路与所述气化设备或设施一体化，该调温水回路作为缓冲器，以收集来自所述酸性水汽提塔的所述塔顶流中的所述热负荷，用以加热进入所述气化反应器的所述氧气进料的第一分支，以及来自所述酸性水汽提塔同时通向生物处理单元、设备或设施的所述塔底废水流，用以提供热能以加热所述氧气进料的所述第二分支，由此提供热能来加热进入所述气化反应器中的所述氧气进料的所述第二分支。5.根据权利要求1所述的装置，还包括：酸性气体去除系统，其被构造为去除来自粗合成气进料中的酸性杂质，从而提供经处理的合成气进料，所述酸性气体去除系统包括酸性气体去除设备或设施；凝结液净化设备或设施；其中所述气化能量管理系统还包括：第一气化系统工艺-工艺热交换器单元，其被设置为接收经过净化的冷凝结液流以及酸性水汽提塔的塔顶流，从而给所述经过净化的冷凝结液流增加热负荷并且冷却所述酸性水汽提塔的所述塔顶流，第二气化系统工艺-工艺热交换器单元，其被设置为接收具有来自所述酸性水汽提塔的所述塔顶流的增加的热负荷的所述经过净化的冷凝结液流、并接收进入所述气化反应器的氧气进料的至少一部分，从而为所述氧气进料的至少一部分提供热能并且去除添加到所述净经过化的冷凝结液流中的所述增加的热负荷的至少一部分，以及第四气化系统工艺-工艺热交换器单元，其被设置为接收热凝结液流和进入所述气化反应器的所述氧气进料，从而提供热能以加热进入所述气化反应器的所述氧气进料并且冷却所述热凝结液流；其中由所述第二气化系统工艺-工艺热交换器单元接收的进入所述气化反应器的氧气进料的至少一部分包括进入所述气化反应器的所述氧气进料的第一分支；其中由所述第三气化系统工艺-工艺热交换器单元接收的进入所述气化反应器的氧气进料的至少一部分包括进入所述气化反应器的所述氧气进料的第二分支；其中所述酸性气体去除系统能量管理系统还包括第六酸性气体去除系统工艺-工艺热交换器单元，其被设置为接收来自所述凝结液净化设备或设施中的所述经过净化的冷凝结液流的至少一部分，以及来自杂质水解反应器的反应器流出的塔底流，从而为所述经过净化的冷凝结液流的至少一部分提供热能，并冷却所述反应器流出的塔底流；并且所述酸性气体去除设备或设施通过由所述第六酸性气体去除系统工艺-工艺热交换器单元接收的所述经过净化的冷凝结液流的所述至少一部分，从而与所述凝结液净化设备或设施一体化，所述凝结液净化设备或设施、所述酸性气体去除设备或设施、所述酸性水汽提设备或设施至少通过由第六酸性气体去除系统工艺-工艺热交换器单元和所述第一气化系统工艺-工艺热交换器单元和所述第二气化系统工艺-工艺热交换器单元所接收的所述经过净化的凝结液流，从而与所述气化设备或设施一体化，所述第六酸性气体去除系统工艺-工艺热交换器单元和所述第一气化系统工艺-工艺热交换器单元和所述第二气化系统工艺-工艺热交换器单元通向发电设备或设施，并且作为缓冲器，以间接地收集来自所述杂质水解反应器的所述塔底流和所述酸性水汽提塔的所述塔顶流的热能，从而加热进入所述气化反应器的所述氧气进料的所述第一分支，并且所述酸性水汽提设备或设施至少通过来自所述酸性水汽提塔的所述塔底废水流从而进一步与所述气化设备或设施一体化，从而提供热能以加热进入所述气化反应器的所述氧气进料的所述第二分支，所述酸性水汽提塔通向生物处理单元、设备或设施。6.根据权利要求1所述的装置，其中由所述第三气化系统工艺-工艺热交换器单元接收的进入所述气化反应器的氧气进料的至少一部分包括进入所述气化反应器的所述氧气进料的第二分支；并且其中所述气化系统能量管理系统包括：第四气化系统工艺-工艺热交换器单元，其被设置为接收热凝结液流和进入所述气化反应器的所述氧气进料，从而提供热能以加热进入所述气化反应器的所述氧气进料并且冷却所述热凝结液流；高压调温水回路；第五气化系统工艺-工艺热交换器单元，其被设置为接收来自所述调温水回路的调温水流和所述酸性水汽提塔的塔顶流，从而为所述调温水添加热负荷并且冷却所述酸性水汽提塔的所述塔顶流；以及第六气化系统工艺-工艺热交换器单元，其被设置为接收具有来自所述酸性水汽提塔的所述塔顶流的所述增加的热负荷的所述调温水流和进入所述气化反应器的所述氧气进料的第一分支，从而为所述氧气进料的所述第一分支提供热能并去除添加到所述调温水流中的所述增加的热负荷的至少绝大部分；所述酸性水汽提设备或设施至少通过所述调温水回路从而与所述气化设备或设施一体化，该调温水回路作为缓冲器，以收集来自所述酸性水汽提塔的所述塔顶流中的所述热负荷，从而加热进入所述气化反应器的所述氧气进料的第一分支，以及来自所述酸性水汽提塔同时通向生物处理单元、设备或设施的所述塔底废水流，从而提供热能以加热进入所述气化反应器中的所述氧气进料的所述第二分支。7.根据权利要求1所述的装置，还包括：凝结液净化设备或设施，以及酸性气体去除系统，其被构造为去除来自粗合成气进料的酸性杂质，从而提供经处理的合成气进料；所述酸性气体去除系统包括酸性气体去除设备或设施，所述酸性气体去除设备或设施包括溶剂再生塔、杂质水解反应器和酸性气体杂质吸收塔；所述酸性气体去除系统包括酸性气体去除系统能量管理系统，该酸性气体去除系统能量管理系统包括：限定为溶剂再生塔再沸器的第四酸性气体去除系统工艺-工艺热交换器单元，其被设置为接收由所述气化系统处接收的烟气洗涤塔塔底流的至少一部分以及从所述溶剂再生塔的溶剂流塔板中提取的溶剂再生塔塔板液流，从而提供热能以使所述提取的溶剂再生塔塔板液流再沸并冷却所述烟气洗涤塔塔底流，第五酸性气体去除系统工艺-工艺热交换器单元，其被设置为接收由凝结液净化设备或设施接收的经过净化的冷凝结液流的至少一部分、以及来自所述溶剂再生塔的溶剂再生塔塔顶流，从而为所述经过净化的冷凝结液流的所述至少一部分提供热能，并冷却所述溶剂再生塔塔顶流，第六酸性气体去除系统工艺-工艺热交换器单元，其被设置为接收来自所述凝结液净化设备或设施中的所述经过净化的冷凝结液流的至少一部分，从而为所述经过净化的冷凝结液流的所述至少一部分提供热能；以及第七酸性气体去除系统工艺-工艺热交换器单元，其被设置为接收来自所述气化系统中的所述粗合成气进料和来自所述气化设备或设施、发电设备或设施、相邻的精炼厂和相邻的化工厂中的一者或多者的热凝结液流，并且为所述粗合成气进料提供热能，并冷却来自所述气化系统的所述热凝结液流，其中所述气化系统能量管理系统包括以下中的至少一者以上：第一气化系统工艺-工艺热交换器单元，其被设置为接收所述经过净化的冷凝结液流以及酸性水汽提塔的塔顶流，从而给所述经过净化的冷凝结液流增加热负荷并且冷却所述酸性水汽提塔的所述塔顶流，第二气化系统工艺-工艺热交换器单元，其被设置为接收具有来自所述酸性水汽提塔的所述塔顶流的所述增加的热负荷的所述经过净化的冷凝结液流、并接收进入所述气化反应器的氧气进料的至少一部分，从而为所述氧气进料的所述至少一部分提供热能并且去除添加到所述经过净化的冷凝结液流中的所述增加的热负荷的至少一部分；其中由所述酸性气体去除系统的所述第五工艺-工艺热交换器单元接收的所述经过净化的冷凝结液流的至少一部分包括接收来自所述溶剂再生塔塔顶流的热能的所述经过净化的冷凝结液流的第一分支，并且由所述第六酸性气体去除系统工艺-工艺热交换器单元接收的所述经过净...

【专利技术属性】
技术研发人员：马哈茂德·巴希·努尔丁，
申请(专利权)人：沙特阿拉伯石油公司，
类型：发明
国别省市：沙特阿拉伯,SA