Способ и система эффективной парогазовой когенерации, основанные на газификации и метанировании биомассы



Способ и система эффективной парогазовой когенерации, основанные на газификации и метанировании биомассы
Способ и система эффективной парогазовой когенерации, основанные на газификации и метанировании биомассы
Способ и система эффективной парогазовой когенерации, основанные на газификации и метанировании биомассы

 


Владельцы патента RU 2583785:

САНШАЙН КАЙДИ НЬЮ ЭНЕРДЖИ ГРУП КО., ЛТД. (CN)

Изобретение предлагает систему и способ парогазовой конверсии. Способ парогазовой когенерации на основе газификации и метанирования биомассы включает: 1) газификацию биомассы путем смешивания кислорода и водяного пара, полученных из воздухоразделительной установки, с биомассой, транспортировку образующейся в результате смеси через сопло в газификатор, газификацию биомассы при температуре 1500-1800°С и давлении 1-3 МПа с получением неочищенного газифицированного газа и транспортировку перегретого пара, имеющего давление 5-6 МПа, полученного в результате целесообразной утилизации тепла, к паровой турбине; 2) конверсию и очистку: в соответствии с требованиями реакции метанирования корректировку отношения водород/углерод неочищенного газифицированного газа, образованного на стадии 1), до 3:1 с использованием реакции конверсии и извлечение при низкой температуре неочищенного газифицированного газа с использованием метанола для десульфуризации и декарбонизации, в результате чего получают очищенный сингаз; 3) проведение метанирования: введение очищенного сингаза стадии 2) в секцию метанирования, состоящую из секции первичного метанирования и секции вторичного метанирования, причем секция первичного метанирования содержит первый реактор первичного метанирования и второй реактор первичного метанирования, соединенные последовательно; предоставление возможности части технологического газа из второго реактора первичного метанирования вернуться к входу первого реактора первичного метанирования для смешивания со свежим подаваемым газом и далее возможности войти в первый реактор первичного метанирования, так что концентрация реагентов на входе первого реактора первичного метанирования уменьшается и температура слоя катализатора регулируется технологическим газом; введение сингаза после первичного метанирования в секцию вторичного метанирования, содержащую первый реактор вторичного метанирования и второй реактор вторичного метанирования, соединенные последовательно, где небольшое количество непрореагировавшего СО и большое количество CO2 превращается в CH4, и транспортировку перегретого пара промежуточного давления, образованного в секции метанирования, к паровой турбине; и 4) концентрирование метана: концентрирование метана синтетического природного газа, содержащего следовые количества азота и водяного пара, полученного на стадии 3), с помощью адсорбции при переменном давлении, так что молярная концентрация метана достигает 96% и теплотворная способность синтетического природного газа достигает 8256 ккал/Nм3. Технический результат - энергия биомассы превращается в чистый и удобный для использования природный газ с высокой теплотворной способностью, большое количество тепла, высвободившееся в результате реакций газификации и метанирования биомассы, эффективно утилизируется для образования высококачественного перегретого пара. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 табл., 3 ил., 2 пр.

 

Область техники

Изобретение относится к области получения энергии на основе биомассы и, в частности, к способу и системе парогазовой когенерации, основанным на газификации и метанировании биомассы, такой как рисовая шелуха, солома и древесные опилки.

Уровень техники изобретения

В последние годы с развитием экономики и общества спрос на природный газ быстро растет, поэтому в 21-м веке природный газ станет источником энергии с самым быстрым ростом потребления. Однако возможность обеспечения Китая природным газом относительно отстает, приводя к резкому несоответствию между спросом и предложением природного газа. Таким образом, по-прежнему необходимо расширять поставки ресурсов по многим каналам и многими способами на основе имеющихся ресурсов Китая для удовлетворения растущей потребности рынка. По-прежнему необходимо не только разрабатывать внутренние ресурсы природного газа и вводить в оборот зарубежные ресурсы природного газа, но также и использовать огромные ресурсы биомассы в Китае для активной разработки заменителя природного газа, получаемого из биомассы и облегчающего напряженную ситуацию с поставками природного газа, что имеет стратегическое значение для осуществления постепенной замены нефтяных и газовых ресурсов, энергобезопасности, энергосбережения и сокращения выбросов.

Неочищенный сингаз, полученный в результате газификации биомассы, содержит большое количество СО, H2, CO2, и т.д. и не подходит для прямого использования в качестве городского газа и топлива для электростанций комбинированного цикла из-за его низкой теплотворной способности и токсичности CO. Природный газ подходит для использования в качестве городского газа и топлива для электростанций с комбинированным циклом по причине его высокой теплотворной способности и отсутствию токсичности. В присутствии катализатора СО и СО2 могут быть полностью превращены в метан, который является синтетическим заменителем природного газа (ЗПГ). Основная реакция метанирования выглядит следующим образом:

СО+3Н2=>СН42О ΔH0θ=-206 кДж/моль

Исходя из характеристик сильно экзотермической реакции метанирования маршрут реакции метанирования разрабатывают, главным образом, принимая во внимание регулирование и утилизацию теплоты реакции. Теплота реакции может достигать примерно 20% теплотворной способности сингаза, поэтому эффективная утилизация теплоты существенно важна для любой технологии метанирования.

Все большее значение придается технологии комбинированного цикла производства электроэнергии с внутрицикловой газификацией биомассы (BIGCC) как новой экологически чистой и высокоэффективной технологии производства энергии из биомассы, обладающей преимуществами высокого КПД выработки электроэнергии и снижения эмиссии CO2.

Это может не только решить проблему нетранспортабельности биомассы на дальние расстояния и способствовать эффективному и экологически чистому использованию биомассы, но и эффективно уменьшить несоответствие между спросом и предложением природного газа с использованием существующих газопроводов при более низких экономических затратах, что является сильным основанием для полной утилизации биомассы.

В патенте CN 101245262, озаглавленном «Gas-steam combined cycle system and process based on coal gasification and methanation», сырье получают из невозобновляемого угля с низкой теплотворной способностью; в реакции метанирования используется молибденосульфидный катализатор, поэтому эффективность конверсии сингаза низкая, производственная мощность в значительной степени ограничена и практическое использование затруднено. Крупномасштабное применение оказывается еще более трудным из-за сложной конструкции, сложной структуры и высокой стоимости изготовления изотермического реактора, трудной механической амплификации, трудной загрузки и выгрузки катализатора и т.д. Кроме того, реакция протекает в изотермическом реакторе при 210-280°С, поэтому трудно получить высококачественный пар и эффективно утилизировать теплоту реакции.

В патенте CN 100582201C, озаглавленном «Combined System and Process for Producing Electricity-Substituted Natural Gas Based on Coal Gasification and Methanation», сырье получают из невозобновляемого угля с низкой теплотворной способностью; реакция метанирования осуществляется в высокотемпературном реакторе и низкотемпературном реакторе. Этот способ предъявляет жесткие требования к катализатору, обладает низкой эффективностью теплообмена между полученным газом и системой циркуляции пара в способе и низкой эффективностью утилизации теплоты реакции метанирования.

Сущность изобретения

Изобретение предлагает способ и систему парогазовой когенерации на основе полного использования газификации биомассы при высокой температуре и высоком давлении и метанирования в неподвижном слое с адиабатической циркуляцией. В то же время в способе может образовываться большое количество перегретого пара и заменителя природного газа с высокой эффективностью.

Техническая схема изобретения заключается в том, что способ парогазовой когенерации, основанный на газификации и метанировании биомассы, включает следующие стадии:

1) газификации биомассы: смешивание кислорода и водяного пара, полученного из воздухоразделительной установки, с биомассой, транспортировку образующейся в результате смеси через сопло в газификатор, газификацию биомассы при температуре 1500-1800°С и давлении 1-3 МПа с получением неочищенного газифицированного газа и транспортировку перегретого пара, имеющего давление 5-6 МПа, полученного в результате рациональной утилизации тепла, к паровой турбине;

2) конверсии и очистки: в соответствии с требованиями реакции метанирования корректировка отношения водород/углерод неочищенного газифицированного газа, образованного на стадии 1), до 3:1 с использованием реакции конверсии и элюирование неочищенного газифицированного газа с использованием низкотемпературного метанола для десульфуризации и декарбонизации, в результате чего получают очищенный сингаз;

3) метанирования: введения очищенного сингаза со стадии 2) в секцию метанирования, состоящую из секции первичного метанирования и секции вторичного метанирования, причем секция первичного метанирования содержит первый реактор первичного метанирования и второй реактор первичного метанирования, соединенные последовательно; предоставления возможности части технологического газа из второго реактора первичного метанирования вернуться к входу первого реактора первичного метанирования для смешивания со свежим подаваемым газом и далее войти в первый реактор первичного метанирования, так что концентрация реагентов на входе первого реактора первичного метанирования уменьшается и температура слоя катализатора регулируется технологическим газом; введения сингаза после первичного метанирования в секцию вторичного метанирования, содержащую первый реактор вторичного метанирования и второй реактор вторичного метанирования, соединенные последовательно, где небольшое количество непрореагировавшего СО и большое количество CO2 превращается в CH4; и транспортировка перегретого пара промежуточного давления, образованного в секции метанирования, к паровой турбине; и

4) концентрирования метана: концентрирования метана синтетического природного газа, содержащего следовые количества азота и водяного пара, полученного на стадии 3), с помощью адсорбции при переменном давлении, так что молярная концентрация метана достигает 96% и теплотворная способность синтетического природного газа достигает 8256 ккал/Nм3.

Смесь со стадии 1) вводится через сопло в газификатор со слоем воздушной подачи со скоростью 100-120 м/с для газификации в параллельном потоке.

Неочищенный газифицированный газ из верхней боковой части газификатора на стадии 1) регулируют для получения температуры 1200-1500°C; отходящую теплоту неочищенного газифицированного газа утилизируют с помощью котла-утилизатора отработанного тепла с образованием перегретого пара промежуточного давления, часть которого смешивают с кислородом, который является газифицирующим агентом, и остальную часть направляют к паровой турбине; после утилизации тепла температура газифицированного газа падает до 220-280°C; газифицированный газ очищают с помощью двухступенчатого циклонного сепаратора для удаления пыли и охлаждают с помощью промывочной башни, чтобы снизить температуру газифицированного газа до 50-55°C, уменьшить содержание пыли до менее 50 мг/м3, и газифицированный газ содержит СО, H2 и N2.

Очищенный сингаз со стадии 3) разделяется на два равных потока, содержащих первый подаваемый газ и второй подаваемый газ, которые соответственно входят в первый реактор первичного метанирования и второй реактор первичного метанирования; первый подаваемый газ сначала смешивается с технологическим газом и затем поступает в каталитический слой первого реактора первичного метанирования для реакции метанирования, его температуру регулируют до 300-330°C; температура на выходе газовой смеси составляет 600-630°C; перегретый пар промежуточного давления образуется с помощью первого котла-утилизатора отработанного тепла и первого пароперегревателя; технологический газ из первого пароперегревателя смешивается со вторым подаваемым газом и затем поступает во второй реактор первичного метанирования для осуществления реакции метанирования при 300-330°C; температура на выходе технологического газа из второго реактора первичного метанирования составляет 600-630°C; технологический газ из второго реактора первичного метанирования проходит через второй котел-утилизатор отработанного тепла и второй пароперегреватель с образованием перегретого пара промежуточного давления; технологический газ из второго реактора первичного метанирования разделяется на два потока: один поток составляет 30-40% и поступает в первый реактор первичного метанирования через рециркуляционный компрессор; другой поток составляет 60-70% и входит в первый реактор вторичного метанирования; технологический газ охлаждается до 270-290°C и входит в первый реактор вторичного метанирования для дополнительной реакции метанирования; температура на выходе газовой смеси из первого реактора вторичного метанирования составляет 440-460°C и температура на входе подаваемого газа второго реактора вторичного метанирования составляет 270-290°C; и перегретый пар промежуточного давления, образованный в результате реакции метанирования, транспортируется к паровой турбине.

Давление перегретого пара промежуточного давления, который образуется с помощью первого/второго котла-утилизатора отработанного тепла и первого/второго пароперегревателя в секции первичного метанирования, составляет 4,5-5 МПа.

В реакции метанирования на стадии 3) используется высокая концентрация никеля в качестве катализатора при температуре реакции 270-630°С, давлении 1-3 МПа и формуле реакции CO+3H2=CH4+H2О, ΔH0θ=-206 кДж/моль.

После того как технологический газ из второго реактора первичного метанирования охлаждается с помощью второго котла-утилизатора отработанного тепла и второго пароперегревателя, первый поток, поступающий в первый реактор первичного метанирования через рециркуляционный компрессор, составляет 60-70% и второй поток, входящий в первый реактор вторичного метанирования, составляет 30-40%.

Система парогазовой когенерации, основанная на газификации и метанировании биомассы, включает: секцию газификации, секцию конверсии, секцию очистки, секцию метанирования и секцию концентрирования метана; котел-утилизатор отработанного тепла предусмотрен в соединении с верхней частью газификатора секции газификации; отходящее тепло неочищенного газифицированного газа из газификатора утилизируется котлом-утилизатором отработанного тепла с образованием на выходе перегретого пара промежуточного давления, который транспортируется к паровой турбине; внешний термостатный высокотемпературный нагреватель предусмотрен в сегменте выпуска газифицированного газа газификатора для сохранения температуры газификации внутри газификатора на уровне 1500-1800°C; и температура неочищенного газифицированного газа из газификатора регулируется при 1200-1500°C.

Секция метанирования включает секцию первичного метанирования и секцию вторичного метанирования; секция первичного метанирования содержит первый реактор первичного метанирования и второй реактор первичного метанирования, соединенные последовательно; выход из второго реактора первичного метанирования снабжен двумя отводными линиями: одна отводная линия соединена со входом первого реактора первичного метанирования, так что технологический газ в ней смешивается со свежим подаваемым газом и затем входит в первый реактор первичного метанирования; другая отводная линия соединена с секцией вторичного метанирования, которая содержит первый реактор вторичного метанирования и второй реактор вторичного метанирования, соединенные последовательно; и второй реактор вторичного метанирования соединен с секцией концентрирования метана.

Теплота реакции газовой смеси на выходе из первого реактора первичного метанирования утилизируется с помощью первого котла-утилизатора отработанного тепла и первого пароперегревателя, и теплота реакции газовой смеси на выходе из второго реактора первичного метанирования утилизируется вторым котлом-утилизатором отработанного тепла и вторым пароперегревателем; и образованный в них перегретый пар промежуточного давления транспортируется к паровой турбине.

Изобретение имеет следующие преимущества: (1) газификатор использует внешний термостатный высокотемпературный источник тепла, который может значительно повышать содержание активных компонентов СО и Н2 и повышать эффективность газификации биомассы; (2) как правило, при газификации биомассы образуется большое количество смолы. Высокая температура секции газификации может существенно уменьшить образование смолы, улучшить конверсию углерода и сберечь затраты на устройство удаления смолы. (3) Реакция метанирования достигает 100% степени конверсии CO, 99% степени конверсии H2 и одновременно образует большое количество побочного продукта (перегретого пара промежуточного давления) и уменьшает энергопотребление рециркуляционного компрессора в традиционной реакции метанирования; (4) Самое большое преимущество изобретения заключается в том, что оно может не только превращать энергию биомассы в чистый и удобный для использования природный газ с высокой теплотворной способностью, но также эффективно утилизирует большое количество тепла, высвободившегося в результате газификации и метанирования биомассы, в виде образования высококачественного перегретого пара.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлена технологическая схема способа парогазовой когенерации на основе газификации и метанирования биомассы по изобретению;

На фиг. 2 представлена принципиальная схема секции газификации по изобретению; и

На фиг. 3 представлена принципиальная схема секции метанирования по изобретению.

Подробное описание вариантов осуществления

Изобретение далее проиллюстрировано более подробно с учетом чертежей и вариантов осуществления, которые не предназначены для ограничения защищаемого объема изобретения.

Как показано на фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3:

Стадия 1): Рисовая солома, стебли зерновых культур и другая биомасса высушивалась, измельчалась и сортировалась. Сырье биомассы с диаметром или максимальной длиной менее 2 мм непосредственно транспортировалось в газификатор с высокотемпературным слоем воздушной подачи с помощью шнекового питателя. Давление в газификаторе составляло 1-3 МПа. Внешний термостатный высокотемпературный нагреватель предусмотрен в сегменте выпуска газифицированного газа из газификатора биомассы для сохранения температуры газификации внутри газификатора на уровне 1500-1800°С и обеспечения интенсивности газификации, качества газифицированного газа и усиленного процесса теплопередачи. В качестве газифицирующего агента предварительно смешивались перегретый водяной пар и кислород и затем в полной мере смешивались с обработанной биомассой. Смесь инжектировалась в газификатор с помощью специального сопла со скоростью 100-120 м/с для газификации в параллельном потоке. В связи с малым размером частиц и сильной способностью теплопередачи слоя с воздушной подачей сырье нагревалось до температуры печи сразу после того, как оно поступало в печь. Почти одновременно происходили испарение влаги, разложение летучих веществ, крекинг смолы, сжигание углерода и газификация. Зола, содержащая щелочные металлы, превращалась в жидкий шлак и затем непосредственно отводилась. Мелкие частицы биомассы находились в реакционной зоне менее 3 с, быстро газифицировались до плавления и, соответственно, разделялись потоком газа высокой скорости без явлений слипания и когезии и т.д. Неочищенный газифицированный газ из верхней боковой части газификатора регулировали при температуре 1200-1500°C. Верхняя часть газификатора соединена с котлом-утилизатором отработанного тепла. Неочищенный газифицированный газ из газификатора поступает в котел-утилизатор отработанного тепла для утилизации отходящего тепла и производит большое количество пара. После утилизации тепла температура газифицированного газа падает до 220-280°C. Затем большая часть пыли и водяного пара в газифицированном газе очищалась и охлаждалась с помощью двухступенчатых циклонных сепараторов и промывочной башни так, чтобы снизить температуру газифицированного газа до примерно 50-55°С, снизить содержание пыли до менее 50 мг/м3 и создать газифицированный газ, содержащий преимущественно СО, H2 и N2.

Стадия 2): После промывки и удаления пыли неочищенный газифицированный газ поступал в процесс конверсии с устойчивостью к сере, при этом отношение H2, СО и СО2 в нем доводили до отношения водород/углерод 3:1, и подавляющее большинство органической серы в нем превращалось в неорганическую серу. Затем газ очищали и промывали метанолом при низкой температуре, так что метанол использовался для удаления нежелательного CО2 и всех сульфидов реакции метанирования технологического газа, и состав технологического газа достигал соответствия требованиям производства метана. Метанол, богатый CО2, H2S и COS, регенерировали с помощью мгновенного испарения при пониженном давлении и десорбции азотом и т.д. и его охлаждающую способность восстанавливали для повторного использования.

Стадия 3) метанирование: Очищенный сингаз со стадии 2) при скорректированном отношении водород/углерод мог разделяться на два приблизительно равных потока, которые поступали соответственно в первый реактор первичного метанирования и второй реактор первичного метанирования. Подаваемый газ, поступающий в первый реактор метанирования, сначала смешивался с газовым рециркулятом. Газовая смесь при 300-330°C поступала в каталитический слой адиабатического реактора, где осуществлялась экзотермическая реакция метанирования. Температура на выходе горячего газа составляла примерно 600-630°C, и горячий газ использовался для получения перегретого пара промежуточного давления в первом котле-утилизаторе отработанного тепла и для перегрева перегретого пара промежуточного давления в первом пароперегревателе. Технологический газ из первого пароперегревателя смешивался с другим потоком свежего подаваемого газа. Газовая смесь при 300-330°C поступала во второй реактор метанирования для дополнительной реакции метанирования.

Температура на выходе газа из второго реактора первичного метанирования составляла примерно 600-630°C, что использовалось для получения пара во втором котле-утилизаторе отработанного тепла и предварительного нагревания газового рециркулята во втором пароперегревателе. Горячий технологический газ из второго котла-утилизатора отработанного тепла разделялся на два потока: один поток составлял 30-40% и поступал в первый реактор первичного метанирования через рециркуляционный компрессор; другой поток составлял 60-70% и поступал в первый реактор вторичного метанирования.

Температура на входе подаваемого газа во второй реактор вторичного метанирования составляла 270-290°C, и дополнительная реакция метанирования осуществлялась во втором реакторе вторичного метанирования для достижения соответствия техническим требованиям ЗПГ-продукта. Перегретый пар промежуточного давления, образованный в результате реакции метанирования, транспортировался к паровой турбине.

Давление перегретого пара промежуточного давления, полученного с помощью котла-утилизатора отработанного тепла и пароперегревателя при утилизации тепла реакции на стадии первичного метанирования, составляло 4,5-5 МПа.

Метанирование осуществлялось при высокой концентрации никеля в качестве катализатора при температуре реакции 270-630°C, давлении 1-3 МПа и по реакции CO+3H2=CH4+H2О, ΔH0θ=-206 кДж/моль.

Стадия 4) концентрирование метана: После концентрирования метана с помощью адсорбции неочищенного природного газа при переменном давлении получали заменитель природного газа, соответствующий национальному стандарту. Как правило, природный газ поступает в городской газопровод как газ бытового назначения и может также поступать в газовую турбину для выработки электроэнергии в случае ее нехватки.

Как показано на фиг. 1, способ и система парогазовой когенерации, основанные на газификации и метанировании биомассы, включают секцию газификации, секцию конверсии, секцию очистки, секцию метанирования и секцию концентрирования метана.

Как показано на фиг. 2, котел-утилизатор отработанного тепла предусмотрен в соединении с верхней частью газификатора секции газификации. Перегретый пар промежуточного давления образуется котлом-утилизатором отработанного тепла с помощью утилизации отходящего тепла неочищенного газифицированного газа из газификатора и транспортируется к паровой турбине. Внешний термостатный высокотемпературный нагреватель предусмотрен в сегменте выпуска газифицированного газа из газификатора биомассы для сохранения температуры газификации внутри газификатора на уровне 1500-1800°С. Неочищенный газифицированный газ из газификатора регулируют при температуре 1200-1500°C.

Как показано на фиг. 3, секция метанирования включает секцию первичного метанирования и секцию вторичного метанирования. Секция первичного метанирования состоит из двух реакторов, соединенных последовательно, с двумя реакторами, соединенными параллельно на каждой ступени. Выход из второго реактора первичного метанирования снабжен двумя отводными линиями: одна отводная линия соединена со входом первого реактора первичного метанирования, так что технологический газ в ней смешивается со свежим подаваемым газом и затем входит в первый реактор первичного метанирования; другая отводная линия соединена с секцией вторичного метанирования, которая содержит первый реактор вторичного метанирования и второй реактор вторичного метанирования, соединенные последовательно. Второй реактор вторичного метанирования соединен с секцией концентрирования метана. После второй ступени первичного метанирования часть технологического газа возвращается ко входу первого реактора первичного метанирования, смешивается со свежим подаваемым газом и далее поступает в первый реактор первичного метанирования, чтобы снизить концентрацию реагента на входе реактора первичного метанирования. С другой стороны, рециркулят технологического газа используют для нагрева инертной среды для регулирования температуры слоя катализатора. Подавляющая часть реакции метанирования завершается на стадии первичного метанирования. Температура реакции вторичного метанирования ниже, чем температура реакции первичного метанирования. Данная стадия состоит из двух реакторов вторичного метанирования, соединенных последовательно, и конвертирует небольшое количество непрореагировавшего СО и большую часть CO2 в СН4. Полученный газ со стадии метанирования транспортируется на стадию концентрирования метана.

Теплота реакции газовой смеси на выходе из первого реактора первичного метанирования утилизируется с помощью первого котла-утилизатора отработанного тепла и пароперегревателя, и теплота реакции газовой смеси на выходе из второго реактора первичного метанирования утилизируется вторым котлом-утилизатором отработанного тепла и пароперегревателем. Образованный в них перегретый пар промежуточного давления транспортируется к паровой турбине.

Пример 1

Расчет общей производительности системы при нормальной загрузке сырья биомассы 1000 т/сут.

В примере 1 в качестве газифицируемой биомассы использовали сухую рисовую солому. Ее состав и теплотворная способность приведены в таблице 1.

Таблица 1
Состав и теплотворная способность биомассы
Пункты Состав Единица измерения Рисовая солома
Теплотворная способность Qar, низшая МДж/кг 11,346
Элементы Углерод, Car % 37,162
Водород, Har % 2,748
Кислород, Oar % 35,136
Азот, Nar % 0,905
Сера, Sar % 0,029

В примере 1 поступление биомассы составляет 1000 т/сут, и для газификации используется газифицирующий агент, содержащий 93% об. кислорода.

Таблица 3
Вещественный баланс и параметры производительности газового продукта
Пример 1
Газифицированный газ Конвертированный газ Сингаз Газовый продукт
Скорость поступления, Nм3 43960 53320 29300 7350
Объемное содержание, %
CO 43,41% 12,03% 20,36% 0,01
H2 16,42% 37,30% 67,53% 0,30
N2 5,77% 4,76% 8,04% 1,17
CO2 21,19% 41,23% 1,88% 1,13
CH4 1,92% 1,59% 2,16% 96,13
H2О 9,29% 1,45% 0,03% 1,26
С24 1,92% 1,59% 0,00% 0,00
Энергетическая ценность сингаза, ккал/м3 2579 8227
Выход сингаза, м3/сут 176400
Эффективность химического синтеза из биомассы в сингаз (химическая энергия ЗПГ/ химическая энергия биомассы) 47%
Пар в результате метанирования, 450°С, 4,7 МПа (т/ч) 21,45

Пример 2

Поступление биомассы составляет 1000 т/сут, и для газификации используется газифицирующий агент, содержащий 98 об.% кислорода.

Таблица 2
Вещественный баланс и параметры производительности газового продукта
Пример 2
Газифицированный газ Конвертированный газ Сингаз Газовый продукт
Скорость поступления, Nм3 51140 64640 39670 10190
Объемное содержание, %
CO 52,10% 14,46% 21,91% 0,01%
H2 22,81% 44,81% 72,66% 0,20%
N2 2,02% 1,60% 2,48% 2,00%
СО2 12,55% 36,70% 1,79% 0,28%
СН4 1,17% 0,92% 1,13% 96,47%
H2О 9,27% 1,45% 0,02% 1,03%
С24 0,02% 0,01%
Энергетическая ценность сингаза, ккал/м3 8256 8227
Выход сингаза, м3/сут 244560
Эффективность химического синтеза из биомассы в сингаз (химическая энергия ЗПГ/ химическая энергия биомассы) 64%
Пар в результате метанирования, 450°С, 4,7 МПа (т/ч) 30,90

1. Способ парогазовой когенерации на основе газификации и метанирования биомассы, включающий:
1) газификацию биомассы: смешивание кислорода и водяного пара, полученных из воздухоразделительной установки, с биомассой, транспортировку образующейся в результате смеси через сопло в газификатор, газификацию биомассы при температуре 1500-1800°С и давлении 1-3 МПа с получением неочищенного газифицированного газа и транспортировку перегретого пара, имеющего давление 5-6 МПа, полученного в результате целесообразной утилизации тепла, к паровой турбине;
2) конверсию и очистку: в соответствии с требованиями реакции метанирования корректировку отношения водород/углерод неочищенного газифицированного газа, образованного на стадии 1), до 3:1 с использованием реакции конверсии и элюирование неочищенного газифицированного газа с использованием низкотемпературного метанола для десульфуризации и декарбонизации, в результате чего получают очищенный сингаз;
3) метанирование: введение очищенного сингаза стадии 2) в секцию метанирования, состоящую из секции первичного метанирования и секции вторичного метанирования, причем секция первичного метанирования содержит первый реактор первичного метанирования и второй реактор первичного метанирования, соединенные последовательно; предоставление возможности части технологического газа из второго реактора первичного метанирования вернуться к входу первого реактора первичного метанирования для смешивания со свежим подаваемым газом и далее возможности войти в первый реактор первичного метанирования, так что концентрация реагентов на входе первого реактора первичного метанирования уменьшается и температура слоя катализатора регулируется технологическим газом; введение сингаза после первичного метанирования в секцию вторичного метанирования, содержащую первый реактор вторичного метанирования и второй реактор вторичного метанирования, соединенные последовательно, где небольшое количество непрореагировавшего СО и большое количество CO2 превращается в CH4; и транспортировку перегретого пара промежуточного давления, образованного в секции метанирования, к паровой турбине; и
4) концентрирование метана: концентрирование метана синтетического природного газа, содержащего следовые количества азота и водяного пара, полученного на стадии 3), с помощью адсорбции при переменном давлении, так что молярная концентрация метана достигает 96% и теплотворная способность синтетического природного газа достигает 8256 ккал/Nм3.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что смесь на стадии 1) вводится через сопло в газификатор со слоем воздушной подачи со скоростью 100-120 м/с для газификации в параллельном потоке.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что неочищенный газифицированный газ из верхней боковой части газификатора на стадии 1) регулируют для получения температуры 1200-1500°C; отходящую теплоту неочищенного газифицированного газа утилизируют с помощью котла-утилизатора отработанного тепла для образования перегретого пара промежуточного давления, часть которого смешивают с кислородом, который является газифицирующим агентом, и остальную часть направляют в паровую турбину; после утилизации тепла температура газифицированного газа падает до 220-280°C; газифицированный газ очищают с помощью двухступенчатого циклонного сепаратора для удаления пыли и охлаждают с помощью промывочной башни, чтобы снизить температуру газифицированного газа до 50-55°C, снизить содержание пыли до менее 50 мг/м3, и газифицированный газ содержит СО, H2 и N2.

4. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что очищенный сингаз со стадии 3) разделяют на два равных потока, содержащих первый подаваемый газ и второй подаваемый газ, которые соответственно входят в первый реактор первичного метанирования и второй реактор первичного метанирования; первый подаваемый газ сначала смешивается с технологическим газом и затем поступает в каталитический слой первого реактора первичного метанирования для реакции метанирования, его температуру регулируют на 300-330°C; температура на выходе газовой смеси составляет 600-630°C; перегретый пар промежуточного давления образуется с помощью первого котла-утилизатора отработанного тепла и первого пароперегревателя; технологический газ из первого пароперегревателя смешивается со вторым подаваемым газом и затем поступает во второй реактор первичного метанирования для осуществления реакции метанирования при 300-330°C; температура на выходе технологического газа из второго реактора первичного метанирования составляет 600-630°C; технологический газ из второго реактора первичного метанирования проходит через второй котел-утилизатор отработанного тепла и второй пароперегреватель с образованием перегретого пара промежуточного давления; технологический газ из второго реактора первичного метанирования разделяется на два потока: один поток составляет 30-40% и поступает в первый реактор первичного метанирования через рециркуляционный компрессор; другой поток составляет 60-70% и входит в первый реактор вторичного метанирования; технологический газ охлаждается до 270-290°C и входит в первый реактор вторичного метанирования для дополнительной реакции метанирования; температура на выходе газовой смеси из первого реактора вторичного метанирования составляет 440-460°C, и температура на входе подаваемого газа второго реактора вторичного метанирования составляет 270-290°C; и перегретый пар промежуточного давления, образованный в результате реакции метанирования, транспортируется к паровой турбине.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что давление перегретого пара промежуточного давления, который образуется с помощью первого/второго котла-утилизатора отработанного тепла и первого/второго пароперегревателя в секции первичного метанирования, составляет 4,5-5 МПа.

6. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в реакции метанирования на стадии 3) используется высокая концентрация никеля в качестве катализатора при температуре реакции 270-630°С, давлении 1-3 МПа и формуле реакции CO+3H2=CH4+H2О, ΔH0θ=-206 кДж/моль.

7. Способ по п. 4, отличающийся тем, что после того как технологический газ из второго реактора первичного метанирования охлаждается с помощью второго котла-утилизатора отработанного тепла и второго пароперегревателя, первый поток, поступающий в первый реактор первичного метанирования через рециркуляционный компрессор, составляет 60-70%; и второй поток, входящий в первый реактор вторичного метанирования, составляет 30-40%.

8. Система парогазовой когенерации, основанная на газификации и метанировании биомассы, использующая способ по любому из пп. 1-7, включающая: секцию газификации, секцию конверсии, секцию очистки, секцию метанирования и секцию концентрирования метана; котел-утилизатор отработанного тепла предусмотрен в верхней части газификатора секции газификации; отходящее тепло неочищенного газифицированного газа из газификатора утилизируется котлом-утилизатором отработанного тепла с образованием на выходе перегретого пара промежуточного давления, который транспортируется к паровой турбине; внешний термостатный высокотемпературный нагреватель предусмотрен в сегменте выпуска газифицированного газа газификатора для сохранения температуры газификации внутри газификатора на уровне 1500-1800°C; и температура неочищенного газифицированного газа из газификатора регулируется при 1200-1500°C.

9. Система по п. 8, отличающаяся тем, что секция метанирования включает секцию первичного метанирования и секцию вторичного метанирования; секция первичного метанирования содержит первый реактор первичного метанирования и второй реактор первичного метанирования, соединенные последовательно; выход из второго реактора первичного метанирования снабжен двумя отводными линиями: одна отводная линия соединена со входом первого реактора первичного метанирования, так что технологический газ в ней смешивается со свежим подаваемым газом и затем входит в первый реактор первичного метанирования; другая отводная линия соединена с секцией вторичного метанирования, которая содержит первый реактор вторичного метанирования и второй реактор вторичного метанирования, соединенные последовательно; и второй реактор вторичного метанирования соединен с секцией концентрирования метана.

10. Система по п. 9, отличающаяся тем, что теплота реакции газовой смеси на выходе из первого реактора первичного метанирования утилизируется с помощью первого котла-утилизатора отработанного тепла и первого пароперегревателя, и теплота реакции газовой смеси на выходе из второго реактора первичного метанирования утилизируется вторым котлом-утилизатором отработанного тепла и вторым пароперегревателем; и образованный в них перегретый пар промежуточного давления транспортируется к паровой турбине.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к устройствам для использования тепла уходящих газов устройств, использующих в качестве топлива природный или сжиженный газ.

Изобретение относится к промышленной теплоэнергетике и может быть использовано в котельных ТЭЦ, работающих на твердом малосернистом топливе повышенной влажности, например торфе.

Настоящее изобретение относится к теплообменнику для охлаждения горячих газов посредством охлаждающей текучей среды, причем указанный теплообменник содержит: по меньшей мере, одну вертикально ориентированную емкость, содержащую ванну охлаждающей текучей среды и имеющую пространство для сбора паровой фазы, генерированной над указанной ванной охлаждающей текучей среды, один вертикальный трубчатый элемент, вставленный внутрь указанной емкости, открытый на концах и коаксиальный с указанной емкостью, один спиральный канал, который оборачивается вокруг оси емкости, вставленный в указанный коаксиальный трубчатый элемент, один выпуск для паровой фазы, генерированной в верхней части указанной емкости, причем, по меньшей мере, одна транспортная линия вставлена в нижнюю часть вертикальной емкости, открыта с двух концов, из которых один соединен с вертикальной емкостью и другой является свободным и находится снаружи указанной емкости, причем указанная транспортная линия является трубчатой и выступает вбок снаружи указанного теплообменника, содержит, по меньшей мере, один центральный внутренний канал, который находится в сообщении по текучей среде со спиральным каналом и проходит вертикально вдоль трубчатого элемента, вставленного в вертикальную емкость, при этом канал имеет наружную рубашку, в которой циркулирует охлаждающая текучая среда.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для утилизации тепла дымовых газов котельных агрегатов, промышленных печей, вентиляционных выбросов при нагревании воздуха с одновременным получением электричества.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в прямоточных парогенераторах. Парогенератор содержит теплообменник, жидкостный и паровой коллекторы.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в теплообменниках отработавшего газа, в частности охладителях отработавшего газа для рециркуляции отработавших газов в автомобилях, с приспособленными для протекания отработавшего газа и обтекаемыми охлаждающим средством каналами теплообменника, которые оканчиваются в распределительной и/или собирающей камере, с расположенным в распределительной и/или собирающей камере устройством с направляющими каналами, причем устройство с направляющими каналами имеет входную область для отработавшего газа, выходную область для отработавшего газа и множество проходящих от входной области для отработавшего газа до выходной области для отработавшего газа проточных каналов, которые наклонены друг относительно друга.

Изобретение относится к области судового котлостроения и может быть использовано в стационарных утилизационных котлах, работающих вместе с дизелями или газовыми турбинами.

Изобретение относится к котлу-утилизатору, характеризующемуся наличием реактора, к нижней части которого примыкают две горелки, а к боковой поверхности реактора примыкает боров подвода дымовых газов, при этом дымовые газы, которые отходят из борова подвода дымовых газов, поступают в зону активного горения реактора, которая расположена в нижней его части, системы утилизации тепла дымовых газов, которые поступают в реактор котла-утилизатора, патрубка отвода дымовых газов из реактора, который содержит дополнительную систему утилизации тепла дымовых газов и, по меньшей мере, один дымосос.

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в энергетических парогазовых установках с газотурбинными двигателями, паровыми турбинами и котлами-утилизаторами, снабженными блоками дожигающих устройств.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в котлах-утилизаторах башенного типа, предназначенных для получения перегретого пара за счет охлаждения продуктов сгорания после газовой турбины.

Изобретение относится к способу регенерации кинетического ингибитора гидратообразования, используемого как единственный тип ингибитора гидратообразования в системе регенерации ингибитора гидратообразования.

Предложены способ и установка получения сжиженного природного газа из подаваемого природного газа, содержащего углеводороды C5-C7 и углеводороды C8 или выше. Причем указанный способ включает стадии: контактирования первого адсорбента, который предпочтительно адсорбирует углеводороды C8 или выше, с подаваемым природным газом, для получения обедненного C8 потока природного газа; контактирования второго адсорбента, отличающегося от первого адсорбента и предпочтительно адсорбирующего углеводороды C5-C7, с обедненным C8 потоком природного газа, для получения обедненного C5-C8 потока природного газа, при этом второй адсорбент имеет более высокую селективность и емкость адсорбции углеводородов C5-C7, чем первый адсорбент; и сжижения обедненного C5-C8 потока природного газа в ступени сжижения.

Изобретение относится к способу получения газообразного метана из гидроксида метана, заключающемуся в переводе гидроксида метана в газообразное состояние. Способ характеризуется тем, что при переводе его в газообразное состояние, он проходит через электростатический сепаратор причем между осадительными и разрядными электродами электрофильтра установлены поверхности из изолирующего материала, на который под действием электрического поля собирается и конденсируется вода, выделяемая из газа при переходе его из гидроксида, а очищенный от воды газ поступает по трубопроводам на промежуточное хранилище или переработку, а вода стекает по поверхности, на которой конденсировалась в зону испарения гидроксида метана.

Изобретение относится к антиагломерирующей композиции, предназначенной для ингибирования образования гидратов газа в жидкости, состоящей из соединений формулы (I) или (III) и полярного растворителя или смеси полярных растворителей.

Изобретение описывает установку для получения топливного газа из низкопотенциальных углеводородных газов нефте- и газопереработки и отдувочного ВСГ процесса риформинга, которая включает абсорбционную колонну для очистки углеводородных газов, с подведенной к ней линией подачи водного раствора моноэтаноламина (МЭА), снабженной насосом и теплообменником для охлаждения водного раствора МЭА, сепаратор для осушки очищенных углеводородных газов, два параллельно расположенных газоструйных эжектора с подведенными к ним линиями подачи очищенных и осушенных углеводородных газов и ВСГ, сепаратор для осушки и теплообменник для нагрева полученного топливного газа.

Изобретение относится к газовой и нефтяной промышленности. Способ дополнительной осушки и очистки попутного нефтяного газа с содержанием сероводорода для дальнейшего использования в качестве топлива в газогенераторных установках включает подачу заранее отсепарированного газа под давлением 0,05 МПа в блочную компрессорную станцию (5) для сжатия и охлаждения газа.

Изобретение относится к способу обработки потока жидких углеводородов, содержащего воду, в котором поток жидких углеводородов вводится в первый сепаратор, отделяющий по меньшей мере свободную воду из указанного потока жидких углеводородов.

Изобретение относится к способу и установке очистки природного газа от диоксида углерода и сероводорода и может быть использовано в газоперерабатывающей промышленности.
Группа изобретений относится к десульфуризации углеводородов. Способ включает стадии: (i) пропускание смеси углеводорода и водорода через катализатор десульфуризации с превращением сероорганических соединений, присутствующих в указанном углеводороде, в сульфид водорода, (ii) пропускание полученной смеси через сорбент сульфида водорода, содержащий оксид цинка, со снижением содержания сульфида водорода в смеси, и (iii) пропускание газовой смеси, обедненной сульфидом водорода, через дополнительный десульфуризующий материал.

Изобретение относится к системе обогащения горючего газа, способной улучшить показатели экономии электроэнергии с учетом срока службы средства всасывания, где система обогащения горючего газа включает адсорбционную установку, наполненную адсорбентом, для селективной адсорбции горючего газа; средство подачи исходного газа, способное подавать исходный газ, содержащий горючий газ, в адсорбционную установку из наружной области; средство всасывания, способное всасывать газ из внутренней части адсорбционной установки, и средство управления для выполнения процесса адсорбции и процесса десорбции, при этом средство управления обеспечивает работу средства всасывания так, что сила всасывания средства всасывания, когда не протекает процесс десорбции, меньше, чем сила всасывания средства всасывания, когда процесс десорбции протекает.

Изобретение относится к системе, включающей: систему получения заменителя природного газа (ЗПГ), включающую: газификатор для производства синтез-газа, радиационный охладитель синтез-газа (РОС) для охлаждения синтез-газа посредством передачи тепла от синтез-газа текучей среде в пути потока, где РОС имеет длину от приблизительно 21,3 м (70 футов) до приблизительно 30,5 м (100 футов), и устройство метанирования для производства ЗПГ из синтез-газа.
Наверх