与燃气涡轮发电机集成的重组工艺制造技术

一种重组工艺，其包括用热集成的燃气涡轮发动机产生含氢合成气体，其中所述燃气涡轮发动机的热排气是用于预热所述重组工艺的一个或更多个工艺流的热源。或更多个工艺流的热源。或更多个工艺流的热源。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】与燃气涡轮发电机集成的重组工艺


[0001]本专利技术涉及通过重组含烃气体生产合成气体、尤其是用于产生氨补充气体的领域。本专利技术涉及这种重组工艺与燃气涡轮发电机的集成。

技术介绍

[0002]含氢气体，具体为氨补充气体的生产一般可在合适的预重组器中进行初步重组步骤之后基于烃源气体(诸如天然气)在重组器中转化为合成气体，该重组器优选为自热式重组器(ATR)。将如此获得的重组合成气体在转变段中进一步处理，并且在专用的处理单元中脱碳，以分离消耗CO2的合成气体和浓缩CO2流。氨补充气体的生产可以包括添加氮气以实现合成气体中适当的氢气与氮气的比例。
[0003]消耗CO2的合成气体被部分地送至后续的工艺段(例如，产生氨)，并且部分用作生成热和能量的燃料。浓缩的CO2流一般被压缩，并且递送至设备的外部或储存。二氧化碳捕集和储存或二氧化碳捕集、利用和储存是新兴行业领域，具体地是因为就二氧化碳而言，其能够排放到大气中的适用规范变得更加限制。
[0004]具体地，用于储存的浓缩CO2的压缩需要大量的能量。CO2的捕集正常需要压缩至高压，例如200bar。
[0005]重组工艺与燃气涡轮发电机的集成是已知的。术语燃气涡轮发电机(GTG)表示联接到发电机的燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机主要包括压缩机、燃烧器和燃气涡轮机。
[0006]重组工艺和GTG之间的集成的基本原理是使用一些可用的烃气和/或一些合成气来产生在工艺自身内部使用的能量。在现有技术中，与重组工艺联接的GTG被设计为就来自涡轮的机械能而言实现最大输出，并从而实现电能的最大输出。因此，GTG常规地设置在组合循环中，这意味着燃气涡轮机的热排气用于余热回收段中以产生蒸汽，并且运转蒸汽涡轮机用于生成附加能量。
[0007]重组工艺还需要热输入一般地用于预热一种或更多种工艺流。例如，在重组之前脱硫和预热需要热输入。根据现有技术，其热输入由一个或更多个燃烧式加热器供应。所述燃烧式加热器以天然气或具有大量碳含量的另一燃料气体为燃料，从而导致向大气的高碳排放。
[0008]在瞬态如启动期间，该重组工艺还需要一定量的蒸汽。这种蒸汽必须根据需要快速生成并且在一个或更多个辅助锅炉中产生，因为集成的组合循环GTG专用于能量的产生。然而，辅助锅炉的使用引入了一些缺点。
[0009]第一个缺点是辅助锅炉的资金成本。第二个缺点是辅助锅炉可引入CO2源，尤其是在它们用烃燃料燃烧时。第三个缺点由辅助锅炉的寄生载荷表示。寄生载荷来源于保持每个辅助锅炉在最小载荷下元运转的必要性，以使锅炉能够在瞬态期间需要时快速注入更多的蒸汽。相关的蒸汽生成因两个原因而是有害的：首先，辅助锅炉在这种减小的载荷下具有较差的效率；其次，由于在最小载荷下生成的蒸汽的对应流，燃气涡轮发电机的尺寸减小，而蒸汽涡轮发电机的尺寸增大，从而导致生成电能的总效率较低。

技术实现思路

[0010]本专利技术涉及根据所附独立权利要求的工艺和设备。在从属权利要求中描述了优选实施例。
[0011]本专利技术是基于燃气涡轮机与生成含氢合成气体的方法的热集成。热集成是指燃气涡轮机的热排气，可选地在后点火之后，是用于重组工艺的一个或更多个预热步骤的热源，而不是用于产生蒸汽涡轮机的蒸汽。
[0012]从燃气涡轮机的排气可回收的热量用于以下各项中的一项或更多项：在重组之前预热含烃气体；在预重组之前预热含烃气体；在从重组段的供给中去除硫之前，预热含烃气体。来自燃气涡轮机排气的热量也可用于蒸汽过热、加热锅炉给水、在燃烧之前预热涡轮的燃料。热量间接地传递，即通过热交换表面传递。术语排气表示可能在后点火之后从该燃气涡轮机中抽出的排气。
[0013]优选地，一个或更多个上述预热步骤的热量全部由燃气涡轮机排气提供。因此，对于重组工艺减少了对火焰加热器的需要或不需要火焰加热器以避免相关联的碳排放到大气中。
[0014]优选地，在瞬态工艺中所需的蒸汽是使用燃气涡轮机排气的一部分生成的。因此，重组工艺减少了对辅助锅炉的需要或不需要辅助锅炉。优选地，GTG也用作启动单元来代替普遍安置的辅助锅炉。
[0015]本专利技术减轻或去除如上所述的辅助锅炉的缺点，包括资金成本和寄生载荷。此外，本专利技术对于减少CO2排放具有重大意义，特别是因为燃气涡轮机可部分地或完全地用含氢合成气体燃烧，因此具有低CO2或实际上无CO2的燃烧。辅助锅炉的对应的省去去除了相当多的CO2源，因为这些锅炉总体上在天然气或其他烃类上运转。
[0016]在本专利技术中，燃气涡轮机与重组工艺热集成。术语热集成表示从燃气涡轮机传递到重组工艺的大量的能量，所述重组工艺是以热的形式用于预热一个或更多个工艺流。该特征与集成重组的燃气涡轮机的现有技术相反，其中，从燃气涡轮机传递到重组工艺的能量主要或仅以电能的形式。
[0017]本专利技术的特别优选的应用涉及氨的产生。这种情况下的烃类气体的重组在用于生成氨补充气体的氨工艺的前端进行。氨补充气体是适于氨合成的包含氢气和氮气的气体。因此该气体具有3或接近3的氢氮比例。在重组工艺中产生的含氢气体可包括与空气一起引入的必要的氮气或富集的空气，或者可单独地添加氮气。
[0018]本专利技术特别适合于实施具有高碳捕集和低CO2排放的用于合成氨的方法。本专利技术还有利于组合氨
‑
脲的产生。
[0019]优选的实施例描述：
[0020]燃气涡轮发动机的排气通过间接式热交换将热量传递到一个或更多个上述预热步骤。该术语间接式热交换表示传热介质(热介质)和受热介质(冷介质)不接触和混合。热介质和冷介质穿过热交换器的两个分离的侧，例如管式热交换器的内管和外管。因此，例如，热排气穿过热交换器的第一侧，工艺流体穿过所述热交换器的第二侧，并且当它们穿过热交换器的第一侧和第二侧时，热量从排气传递到工艺流体。
[0021]在优选实施例中，进行一个或更多个上述预热步骤。预热步骤优选地根据降低的温度按顺序进行，使得该顺序的一个预热工艺的排气流出物可用作该顺序的后续工艺的热
源。通常，在重组之前的预热需要最高温度，然后可在预重组之前的预热，然后在去除硫之前的预热。
[0022]根据以上所述，优选的实施例包括：第一预热工艺，根据该第一预热工艺，来自燃气涡轮发动机的排气在重组之前将热传递至烃类气体；第二预热工艺，其中在预重组之前，在所述第一预热工艺之后冷却的排气将热量传递给烃类气体；第三预热工艺，其中在脱硫工艺之前，在所述第二预热工艺之后进一步冷却的排气将热量传递给烃类气体。
[0023]特别优选地，在所有以上列出的预热工艺中传递到该烃类气体的全部热量是由该气体涡轮发动机的排气提供的。这是指所提及的预热工艺不需要火焰加热器。
[0024]优选地，在瞬态工艺中所需的附加蒸汽是由燃气涡轮发动机的排气提供的。这是指不需要辅助锅炉来生成蒸汽。重组之前的预热可在重组器(优选为自热式重组器)中加入含烃气体之前进行。预重组之前的预热可在使含烃气体进入合适的预重组器中之前进行。去除硫之前的预热可在进入用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种工艺，包括：重组含烃气体以获得含氢合成气体；用燃气涡轮发动机产生机械能，并且优选地用与所述燃气涡轮发动机联接的发电机产生电能；预热重组工艺的至少一个工艺流，其中：所述预热的热源包括所述燃气涡轮发动机的排气；所述预热包括从所述排气到所述工艺流的热传递，并且所述热传递在间接式热交换器中进行，其中所述排气和所述工艺流不混合；所述预热重组工艺的至少一个工艺流的步骤包括以下项中至少之一：a)在重组器中预重组含烃气体之前，预热所述含烃气体，所述重组器优选为自热式重组器(ATR)；b)在预重组器中预重组含烃气体之前，预热所述含烃气体；c)在从含烃气体中去除硫之前，预热引导至重组工艺的所述含烃气体。2.根据权利要求1所述的工艺，其中所述燃气涡轮发动机以简单的循环运行，其中在热回收蒸汽发电机中不使用来自所述燃气涡轮发动机的排气的热量来产生用于蒸汽涡轮机的蒸汽。3.根据权利要求1或2所述的工艺，其中所述热排气穿过所述间接式热交换器的第一侧，并且所述工艺流体穿过所述热交换器的第二侧，并且当所述排气和所述工艺流体穿过所述热交换器的第一侧和第二侧时，热量从所述排气传递到所述工艺流体。4.根据权利要求1至3中任一项所述的工艺，其中，来自所述燃气涡轮发动机的排气将热量传递至根据选项a)至c)中的两个或更多个的预热工艺，并且根据次序a)至c)的顺序传递热量，使得所述顺序的一个预热工艺的排气流出物根据所述次序被用作所述顺序的后续工艺的热源。5.根据权利要求4所述的工艺，包括：根据选项a)的第一预热工艺，其中，在重组之前，来自所述燃气涡轮发动机的排气将热量传递至烃类气体；根据选项b)的第二预热工艺，其中，在预重组之前，在所述第一预热工艺之后冷却的排气将热量传递至烃类气体；根据步骤c)的第三预热工艺，其中，在脱硫工艺之前，在所述第二预热工艺之后进一步冷却的排气将热量传递至烃类气体。6.根据权利要求5所述的工艺，其中，在根据a)、b)和c)的每个所述预热工艺中传递至所述烃类气体的全部热量由所述蒸汽涡轮机的排气提供。7.根据权利要求5或6所述的工艺，进一步包括与选项c)的所述第三预热工艺并行的锅炉给水的预热工艺，并且其中来自选项b)的所述第二预热工艺的排气在所述第三预热工艺和所述并行的锅炉给水的预热之间分流。8.根据以上权利要求中任一项所述的工艺，进一步包括用排气作为热源进行蒸汽过热的步骤，所述蒸汽过热在所述顺序中首先进行。9.根据以上权利要求中任一项所述的工艺，包括在一个或更多个预热工艺之前的所述排气的后点火，所述后点火是优选通过将所述排气与在所述工艺中生成的消耗CO2的含氢气体混合来进行的。10.根据以上权利要求中任一项所述的工艺，包括用燃料气体点火所述燃气涡轮发动
机，所述燃料气体包括在所述工艺中生成的、可选地与天然气混合的消耗CO2的含氢气体。11.根据以上权利要求中任一项所述的工艺，包括：可选地在添加氮气之...

【专利技术属性】
技术研发人员：米歇尔，
申请(专利权)人：卡萨乐有限公司，
类型：发明
国别省市：