Система получения электроэнергии при ферментации синтез-газа
Способ получения пара высокого давления в процессе ферментации синтез-газа включает приведение в контакт горячего синтез-газа, имеющего температуру выше 760°С (1400°F), с охлажденным синтез-газом, имеющим температуру от 177°С до 232°С (от 350°F до 450°F), причем охлажденный синтез-газ смешивают с горячим синтез-газом в отношении от 0,1 до 20 с получением во входном отверстии котла-утилизатора отходящего тепла предварительно охлажденного синтез-газа с температурой 760°С (1400°F) или менее, и подачу предварительно охлажденного синтез-газа в котел-утилизатор отходящего тепла, обеспечивающий получение пара высокого давления и охлажденного синтез-газа. Изобретение обеспечивает высокоэффективное получение пара высокого давления в процессе ферментации синтез-газа. 9 з.п. ф-лы, 4 ил., 2 табл.
В настоящей заявке испрашивается конвенционный приоритет на основании заявок US №61/516,667, US №61/516,704 и US №61/516,646, поданных 6 апреля 2011 г., полное содержание которых включается здесь ссылкой.
В заявленном изобретении предложены система и способ получения электроэнергии при осуществлении ферментации синтез-газа. Более конкретно, в изобретении предлагается способ получения пара высокого давления при осуществлении процессов газификации и ферментации синтез-газа.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Микроорганизмы могут вырабатывать этанол и другие соединения из окиси углерода (СО) посредством ферментации газообразных материалов. Окись углерода часто предусматривается для ферментации как часть газообразного материала в форме синтез-газа. Процесс газификации углеродсодержащих материалов для получения энергетического газа или синтез-газа, который содержит окись углерода и водород, хорошо известен в технике. Обычно такая газификация включает частичное окисление или окисление в условиях недостатка воздуха углеродсодержащего материала, в котором для улучшения условий получения окиси углерода используется субстехиометрическое содержание кислорода.
Синтез-газ, получаемый в результате процессов газификации, известных в технике, может быть горячим, и его необходимо охладить для последующей обработки и ферментации. Горячий синтез-газ, содержащий окись углерода, полученный в установке газификации, охлаждают в теплообменнике или в котле-утилизаторе отходящего тепла газов установки газификации, как это описано, например, в патентах US №6435139; US №7587995 и US №7552701. Извлечение и использование этого тепла горячего синтез-газа может быть очень важным с экономической точки зрения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В настоящем изобретении предлагаются способ и система, обеспечивающие высокоэффективное получение пара высокого давления в процессе ферментации синтез-газа. Способ включает осуществление контакта горячего синтез-газа, имеющего температуру, превышающую примерно 1400°F, с охлажденным синтез-газом для получения во входном отверстии котла-утилизатора отходящего тепла предварительно охлажденного синтез-газа с температурой, не превышающей 1400°F. При этом предварительно охлажденный синтез-газ подается в котел-утилизатор отходящего тепла, обеспечивающий получение пара высокого давления и охлажденного синтез-газа.
В изобретении предлагается также система для получения пара высокого давления при ферментации синтез-газа. Система содержит котел-утилизатор отходящего тепла, установленный для приема синтез-газа с температурой, не превышающей 1400°F. Котел-утилизатор отходящего тепла обеспечивает получение пара высокого давления и охлажденного синтез-газа. Система содержит также газовую горелку для отходящих газов для приема низкокалорийного синтез-газа из биореактора, причем горелка для отходящих газов обеспечивает получение горячего газа. Система содержит также пароперегреватель котла-утилизатора отходящих газов, установленный для приема горячего газа из горелки для отходящих газов, причем пароперегреватель котла-утилизатора отходящих газов обеспечивает получение пара высокого давления. Система содержит также смеситель пара, установленный для приема и смешивания пара высокого давления из котла-утилизатора отходящего тепла и пара высокого давления из котла-утилизатора отходящих газов, для получения смешанного пара высокого давления.
В изобретении предлагается также способ получения пара высокого давления при ферментации синтез-газа. Способ включает: сжигание углеродистых материалов в установке газификации для получения горячего синтез-газа с температурой, превышающей примерно 1400°F; и предварительное охлаждение синтез-газа для получения предварительно охлажденного синтез-газа, средняя температура которого во впускном отверстии котла-утилизатора отходящего тепла не превышает 1400°F. При этом предварительно охлажденный синтез-газ подается в котел-утилизатор отходящего тепла, обеспечивающий получение пара высокого давления и охлажденного синтез-газа. Охлажденный синтез-газ подается в биореактор. В способе обеспечивается также прием низкокалорийного синтез-газа из биореактора в горелке для отходящих газов, которая обеспечивает получение горячего газа для котла-утилизатора отходящих газов. В способе обеспечивается также подача горячего газа из горелки для отходящих газов и пара высокого давления из котла-утилизатора отходящего тепла в пароперегреватель котла-утилизатора отходящих газов, обеспечивающий получение смешанного пара высокого давления.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Вышеуказанные и другие аспекты, особенности и достоинства нескольких вариантов способа станут более понятными из прилагаемых чертежей, на которых показано:
фиг. 1 - общая схема системы, содержащей котел-утилизатор отходящего тепла и котел-утилизатор, работающий на отходящих газах;
фиг. 2A, 2B - схемы альтернативного варианта системы котлов-утилизаторов отходящего тепла;
фиг. 3 - схема альтернативного варианта системы котлов-утилизаторов, работающих на отходящих газах;
фиг. 4 - общая схема другого варианта системы, содержащей котел-утилизатор отходящего тепла и котел-утилизатор, работающий на отходящих газах.
Соответствующие части на разных видах чертежей указываются соответствующими ссылочными номерами. Специалистам в данной области техники будет понятно, что элементы на фигурах показаны прежде всего в интересах упрощения и более понятного представления, и они необязательно выполнены в масштабе. Например, размеры некоторых элементов на фигурах могут быть увеличены относительно других элементов для обеспечения лучшего понимания различных аспектов заявленного способа и системы. Кроме того, обычные хорошо известные элементы, используемые в системах, имеющихся на рынке, часто не показаны на фигурах, чтобы не загромождать виды других элементов.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Нижеприведенное описание не должно рассматриваться как ограничение объема заявленного изобретения, поскольку оно приведено лишь для целей пояснения основных принципов изобретения на примере некоторых вариантов его осуществления. Объем изобретения определяется в соответствии с его формулой.
Способ и система, раскрытые в настоящем описании, обеспечивают эффективное преобразование тепла, выделяющегося в процессах газификации и ферментации синтез-газа, в пар высокого давления для производства электрической энергии. Способ и система, предлагаемые в настоящем изобретении, обеспечивают электрическую энергию в количестве, которое превышает потребности всей системы.
Определения
Если в явной форме не указано иное, то нижеприведенные термины, как они используются в настоящем описании, имеют нижеуказанные смысловые значения и могут быть в единственном или множественном числе.
Термин "примерно", примененный к любому количеству, относится к колебаниям этого количества, которое имеет место в реальных условиях применения, например в лаборатории, в опытной установке или на производственном оборудовании. Например, количество ингредиента в смеси или измеренная величина, указанные со словом "примерно", учитывает отклонения и ошибки измерений, которые обычно присутствуют на производственном оборудовании или в лаборатории. Например, количество компонента продукта, указанное со словом "примерно", учитывает колебания между партиями продукта, полученными в различных экспериментах на производственном оборудовании или в лаборатории, причем эти колебания присущи используемому методу анализа. Вне зависимости от использования слова "примерно" указываемые количества включают эквиваленты этих количеств. Любое количество, указанное в настоящем описании со словом "примерно", может быть также использовано в описании и без слова "примерно".
Термин "углеродсодержащий материал", как он используется в настоящем описании, относится к материалу, содержащему большое количество углерода, такому как уголь и нефтепродукты. В настоящем описании углеродистый материал может быть любым материалом, находящимся в твердом, жидком или в газообразном состоянии, или в состоянии плазмы. В числе многих материалов, которые могут считаться углеродистыми, настоящее изобретение охватывает: углеродсодержащие материалы; углеродсодержащие жидкие продукты; углеродсодержащие промышленные жидкие материалы; используемые повторно, углеродсодержащие городские отходы, в том числе твердые отходы; углеродсодержащие сельскохозяйственные материалы, углеродсодержащие материалы лесного хозяйства; углеродсодержащие древесные материалы; углеродсодержащие строительные материалы; углеродсодержащие растительные материалы; углеродсодержащие промышленные отходы; углеродсодержащие отходы ферментации; углеродсодержащие побочные продукты нефтепереработки; углеродсодержащие побочные продукты производства спирта; тощий уголь; покрышки; пластмассы; пластмассовые отходы; коксовый деготь; fibersoft; лигнин; черный щелок; полимеры; отходы производства полимеров; полиэтилентерефталат; полистирол; осадки сточных вод; отходы животноводства; растительные остатки; энергетические сельскохозяйственные культуры; отходы переработки древесины; стоки животноводческих хозяйств; отходы птицеводства; отходы производства пищевых продуктов; отходы процессов ферментации; побочные продукты производства этанола; отходы производства зерна; отработанные микроорганизмы или сочетания указанных материалов.
"Fibersoft" - это тип углеродсодержащего материала, который получают в результате размягчения и концентрирования различных веществ; например углеродсодержащие материалы, полученные обработкой паром в автоклаве различных веществ. В другом примере "fibersoft" может быть получен путем обработки паром в автоклаве городских, промышленных и медицинских отходов, в результате чего возникает волокнистый бесформенный материал.
Термин "городские твердые отходы" означает материалы, которые включают бытовые, промышленные, упаковочные и/или остаточные отходы.
Термин "синтез-газ" означает синтетический газ, представляющий собой смесь, содержащую окись углерода и углерода в разных пропорциях. Синтез-газ может быть получен, например, путем риформинга паром природного газа или углеводородов с получением водорода, газификации угля и в некоторых типах установок газификации отходов. Название происходит от его использования в качестве промежуточного продукта для получения синтезированного природного газа, а также для получения аммиака или метанола. Синтез-газ - это горючий материал, и его часто используют как топливо или промежуточный продукт для получения других химических продуктов.
В одном из вариантов синтез-газ получают путем газификации углеродсодержащих материалов. Газификация включает частичное сжигание биомассы с ограничением подачи кислорода. Получаемый газ содержит CO и H2. В одном из вариантов синтез-газ будет содержать по меньшей мере примерно 20 мол.% CO, в другом варианте - от примерно 20 мол.% до примерно 100 мол.% CO, еще в одном варианте - от примерно 30 мол.% до примерно 90 мол.% CO, еще в одном варианте - от примерно 40 мол.% до примерно 80 мол.%) CO, и еще в одном варианте - от примерно 50 мол.%» до примерно 70 мол.% CO. Синтез-газ будет иметь молярное отношение CO/CO2 по меньшей мере примерно 0,75. Примеры подходящих способов и установок газификации описаны в заявках US №61/516,667, US №61/516,704 и US №61/516,646, поданных 6 апреля 2011 г., полное содержание которых вводится здесь ссылкой. Синтез-газ, выходящий из установки газификации, имеет температуру, превышающую примерно 1400°F, и в одном из вариантов эта температура находится в диапазоне от примерно 1400°F до примерно 3500°F. В процессе газификации эффективно разрушаются смолы.
Термины "ферментация", "реакция ферментации" или "процесс ферментации" и им подобные используются в настоящем описании для указания, как стадии роста, так и стадии биосинтеза продукта. В одном из вариантов термин "ферментация" относится к превращению CO в спирт.
Система получения пара высокого давления
На фиг. 1 приведена схема системы получения пара высокого давления. Как показано на фиг. 1, предлагаемые в изобретении способ и система обеспечивают получение смешанного синтез-газа 120 путем смешивания горячего синтез-газа 110, выходящего из установки газификации (не показана), с рециркулируемым охлажденным синтез-газом. Рециркулируемый охлажденный синтез-газ 140 поступает в поток горячего синтез-газа 110, выходящего из установки газификации. Рециркулируемый охлажденный синтез-газ 140 смешивается с горячим синтез-газом 110 сразу же после выхода последнего из установки газификации и перед поступлением смешанного синтез-газа 120 в котел-утилизатор 110 отходящего тепла. В этом варианте рециркулируемый охлажденный синтез-газ 140 имеет температуру от примерно 350°F до примерно 450°F. Рециркулируемый охлажденный синтез-газ 140 подается по трубопроводу для смешивания с горячим синтез-газом 110. При этом соотношение рецикулируемого охлажденного синтез-газа 140 к горячему синтез-газу 110 находится в диапазоне от примерно 0,1 до примерно 20. В других вариантах отношение рециркулируемого синтез-газа к горячему синтез-газу находится в диапазоне от примерно 1 до примерно 15, от примерно 1 до примерно 10, от примерно 1 до примерно 5, от примерно 1 до примерно 4, от примерно 1 до примерно 3, от примерно 1 до примерно 2, и от примерно 1 до примерно 1.
Смешанный синтез-газ 120 имеет среднюю температуру не превышающую примерно 1400°F, в другом варианте - от примерно 600°F до примерно 1400°F, еще в одном варианте - от примерно 750°F до примерно 1400°F, еще в одном варианте - от примерно 600°F до примерно 1400°F, еще в одном варианте - от примерно 750°F до примерно 1200°F, еще в одном варианте - от примерно 750°F до примерно 900°F, еще в одном варианте - от примерно 750°F до примерно 825°F, и еще в одном варианте - от примерно 600°F до примерно 900°F. Эту температуру смешанный синтез-газ 120 будет иметь перед поступлением в котел-утилизатор 100 отходящего тепла. В этом варианте температура во впускном отверстии котла-утилизатора 100 отходящего тепла измеряется термоэлементом. Термоэлемент может быть установлен в любом месте по диаметру впускного отверстия.
Термин "средняя температура", используемый в настоящем описании, относится к известным способам, используемым для многократного измерения температуры во впускном отверстии с последующим выражением этих измерений средней величиной. В одном из вариантов для определения средней температуры может использоваться компьютерное моделирование. В других вариантах множественные измерения температуры могут быть получены с использованием термоэлементов, приспособленных для таких измерений, с использованием ИК-датчиков и т.п.
Термин "смола", используемый в настоящем описании включает, например, газообразную смолу, жидкую смолу, твердую смолу, вещества, формирующие смолу или их смеси, которые содержат в основном углеводороды и их производные. Для измерения содержания смолы могут использоваться самые разные способы измерений, хорошо известные специалистам. Существует большая группа аналитических способов, в которых используются жидкостные или газовые хроматографы, соединенные с детектором. Для измерения смол чаще всего используются пламенно-ионизационные и масс-спектрометрические детекторы. Другая группа включает спектрометрические способы, в которых измеряется и анализируется спектр. Это могут быть способы инфракрасной, ультрафиолетовой или люминесцентной спектрометрии, а также спектрометрии с использованием лазерно-индуцированного пробоя. Для контроля состава газообразных продуктов горения также может использоваться инфракрасная спектрометрия с преобразованием Фурье. Эта технология указывается во многих документах, таких как, например, WO 2006015660, WO 03060480 и US №5984998.
Также существуют и другие способы непрерывного контроля содержания смол. Эти способы включают использование детекторов на электрохимических ячейках и полупроводниковых датчиков. Для измерения содержания смол также могут использоваться различные гравиметрические способы. В одном из вариантов количество смолы может быть выражено в эквивалентном содержании (ppm) углерода. В этом варианте углеводород может быть бензолом или спиртом, таким как метанол. Наиболее предпочтительный эквивалент концентрации смолы соответствует молярному содержанию бензола. На практике концентрацию смолы измеряют на выходе установки газификации и перед любым существенным охлаждением синтез-газа.
Как показано на фиг. 1, в способе и системе обеспечивается подача смешанного синтез-газа 120 в котел-утилизатор 100 отходящего тепла. Котел-утилизатор 100 может быть любым котлом такого типа, обеспечивающим отвод тепла от смешанного синтез-газа 120. В этом варианте в котел-утилизатор 100 отходящего тепла поступает вода/пар 160, и из котла выходит охлажденный синтез-газ 130 и пар 170 высокого давления. В этом варианте пар 170 высокого давления, выходящий из котла-утилизатора, имеет давление от примерно 50 psig до примерно 950 psig. Способ и система включают рециклирование части 140 охлажденного синтез-газа 130, выходящего из котла-утилизатора 100, в поток горячего синтез-газа 110. Часть 150 охлажденного синтез-газа 130 подается в биореактор.
Из биореактора низкокалорийный синтез-газ 210 или отходящий газ поступает в горелку 200 отходящих газов. Отношение CO/CO2 в низкокалорийном синтез-газе 210 обычно не превышает примерно 1,0, в другом варианте находится в диапазоне от примерно 0,01 до примерно 1,0, еще в одном варианте - от примерно 0,01 до примерно 0,5, и еще в одном варианте - от примерно 0,01 до примерно 0,1. Низкокалорийный синтез-газ содержит повышенные концентрации CO в случае пониженной степени конверсии CO в биореакторе. В этом случае молярное отношение CO/CO2 низкокалорийного синтез-газа 210 или отходящего газа может превышать примерно 0,1. В газовой горелке 200 сжигается низкокалорийный синтез-газ 210. Сгорание синтез-газа в горелке 200 может быть улучшено подачей в нее воздуха 220. В качестве горелки 200 отходящих газов может использоваться любая горелка, известная специалистам. Из горелки 200 отходящих газов выходит горячий газ 230. В этом варианте горячий газ, выходящий из горелки 200, имеет температуру от примерно 1500°F до примерно 3000°F.
Горячий газ 230 из горелки 200 отходящего газа поступает в пароперегреватель 300 котла-утилизатора отходящих газов. В качестве такого пароперегревателя может использоваться любой пароперегреватель, известный специалистам. В пароперегреватель 300 подается вода/пар 310, и из пароперегревателя 300 выходит охлажденный газ 320 и пар 330 высокого давления. В этом варианте пар 330 высокого давления имеет давление от примерно 600 psig до примерно 950 psig, и в другом варианте - от примерно 875 psig до примерно 925 psig. Пар 330 высокого давления, выходящий из пароперегревателя, и пар 170 высокого давления, выходящий из котла-утилизатора отходящего тепла, объединяются в смесителе 180 пара. Из смесителя 180 выходит пар 400 высокого давления, который имеет давление от примерно 600 psig до примерно 950 psig, и в другом варианте - от примерно 875 psig до примерно 925 psig. Этот пар 400 высокого давления используется для производства электроэнергии. Оборудование, которое может использоваться для производства электроэнергии из пара высокого давления, хорошо известно в технике, например паровые турбины. В этом случае повышение давления пара от примерно 600 psig до примерно 900 psig будет обеспечивать прирост полезной мощности.
В другом варианте система может содержать паровые барабаны (не показаны) между котлом-утилизатором 100 отходящего тепла и смесителем 180 пара и между пароперегревателем 300 котла и смесителем 180 пара.
Альтернативная конфигурация котла-утилизатора отходящего тепла представлена на фиг. 2A. Этот вариант содержит котел-утилизатор 100 отходящего тепла и подогреватель 101 котла-утилизатора (указываемый также как экономайзер). Как показано на фиг. 2A, предлагаемые в изобретении способ и система обеспечивают получение смешанного синтез-газа 120 путем смешивания горячего синтез-газа 110, выходящего из установки газификации (не показана), с рециркулируемым охлажденным синтез-газом 140. Как уже указывалось, синтез-газ может быть получен путем газификации углеродсодержащих материалов. Получаемый синтез-газ может содержать CO в количестве по меньшей мере примерно 20 молярн.% и иметь температуру, превышающую примерно 1400°F. Котел-утилизатор 100 отходящего тепла обеспечивает частично охлажденный синтез-газ 125. В этом варианте частично охлажденный синтез-газ 125 имеет температуру от примерно 500°F до примерно 750°F.
Частично охлажденный синтез-газ 125 поступает в подогреватель 101. В этот подогреватель 101 подается вода/пара 160, и из него выходит охлажденный синтез-газ 130 и подогретый поток воды/пара 165. Способ и система содержат рециклирование части 140 охлажденного синтез-газа 130 из подогревателя 101 в поток горячего синтез-газа 110. Часть 150 охлажденного синтез-газа 130 подается в биореактор. В котел-утилизатор 100 отходящего тепла подается подогретый поток воды/пара 165 из подогревателя 101 Котел-утилизатор 100 обеспечивает на выходе охлажденный синтез-газ 130 и пар 170 высокого давления.
В другом варианте, представленном на фиг. 2B, способ и система включает рециркуляцию части частично охлажденного газа 125, выходящего из котла-утилизатора 100 отходящего газа, в поток горячего синтез-газа 110. В подогреватель 101 поступает часть 126 частично охлажденного синтез-газа. В других вариантах в конфигурациях, представленных на фигурах 2A и 2B могут использоваться паровые барабаны (не показаны). В этом случае подогретый поток воды/пара 165 может подаваться в паровой барабан.
На фиг. 3 приведена схема альтернативного варианта системы пароперегревателей, использующих тепло отходящих газов. В этом варианте горячий газ 230 из горелки 200 поступает в пароперегреватель 300 котла-утилизатора отходящих газов. В пароперегреватель 300 поступает подогретый пар 312 и выходит пар 330 высокого давления, а также частично охлажденный газ 322. В этом варианте пар 330 высокого давления имеет давление от примерно 600 psig до примерно 950 psig, и частично охлажденный газ 322 имеет температуру от примерно 2000°F до примерно 2500°F. В одном из вариантов частично охлажденный газ 322 подается в парогенератор 301 котла-утилизатора, работающего на отходящих газах. В парогенератор 301 поступает подогретый поток воды/пара 311 и выходит подогретый пар 312, а также частично охлажденный газ 321 котла-утилизатора, работающего на отходящих газах. В другом варианте частично охлажденный газ 321 котла подается в подогреватель 302 питательной воды котла-утилизатора, работающего на отходящих газах. В подогреватель 302 питательной воды котла-утилизатора, работающего на отходящих газах, подается вода/пар 310, и из него выходит подогретый поток воды/пара 311 и охлажденный газ 320. В другом варианте конфигурация, представленная на фиг. 3, может содержать паровой барабан (не показан), в который подается подогретый пар 331 и из которого может выходить вода/пар 310.
На фиг. 4 приведена схема другого варианта системы получения пара высокого давления. Как показано на фиг. 4, горячий газ 230 из горелки 200 поступает в пароперегреватель 300 котла-утилизатора, работающего на отходящих газах. В пароперегреватель 300 котла-утилизатора, работающего на отходящих газах, поступает подогретый пар 312 и выходит пар 330 высокого давления, а также частично охлажденный газ 322. В этом варианте подогретый пар 312 обеспечивается путем смешивания пара 170 высокого давления котла-утилизатора отходящего тепла с подогретым паром 331, выходящим из парогенератора котла-утилизатора, работающего на отходящих газах. Получаемый пар 330 высокого давления, выходящий из котла-утилизатора, работающего на отходящих газах, имеет давление от примерно 600 psig до примерно 950 psig. Конфигурация, представленная на фиг. 4, может содержать паровой барабан (не показан), в который подается подогретый пар 331.
В одном из вариантов горячий газ, выходящий из горелки 200 отходящих газов, имеет температуру от примерно 1500°F до примерно 3000°F. В пароперегреватель 300 котла-утилизатора, работающего на отходящих газах, также подается пар 170 высокого давления из котла-утилизатора отходящего тепла. В пароперегреватель 300 котла-утилизатора, работающего на отходящих газах, подается вода/пар 310, и из пароперегревателя 300 выходит охлажденный газ 320, и смешанный пар 400 высокого давления имеет давление от примерно 600 psig до примерно 950 psig. Этот смешанный пар 400 высокого давления используется для производства электроэнергии. В этом варианте смешивание пара, выходящего из котла-утилизатора отходящего тепла, с паром, выходящим из котла-утилизатора, работающего на отходящих газах, вместо смешивания пара, выходящего из котла-утилизатора отходящего тепла, после того как пар, выходящий из котла-утилизатора отходящих газов, будет перегрет, дает выигрыш полезной мощности.
ПРИМЕРЫ
Пример 1: влияние температуры синтез-газа на входе охладителя на теплопередачу и образование накипи.
Установка газификации, имеющая конструкцию, раскрытую в настоящем описании, работала при нижеуказанных температурах и расходах. Ниже указано вычисленное тепловое сопротивление накипи.
Тепловое сопротивление накипи при температуре синтез-газа на входе охладителя, равной 600°F:
Средняя величина теплового сопротивления накипи при входной температуре 600°F была равна 0,019 БТЕ/фут2ч°F.
Установка газификации, имеющая конструкцию, раскрытую в настоящем описании, работала при пониженных температурах и расходах на входе охладителя синтез-газа, указанных ниже. Ниже указано вычисленное тепловое сопротивление накипи.
Тепловое сопротивление накипи при температуре синтез-газа на входе охладителя, равной 1300°F:
Средняя величина теплового сопротивления накипи при входной температуре 1300°F была равна 0,078 БТЕ/(фут2ч°F).
В то время как настоящее изобретение было раскрыто в описании на примере конкретных вариантов конструкции и их применения, специалисты в данной области могут предположить различные модификации этих вариантов без выхода за рамки объема изобретения, который определяется его формулой.
1. Способ получения пара высокого давления в процессе ферментации синтез-газа, включающий:
приведение в контакт горячего синтез-газа, имеющего температуру выше 760°С (1400°F), с охлажденным синтез-газом, имеющим температуру от 177°С до 232°С (от 350°F до 450°F), причем охлажденный синтез-газ смешивают с горячим синтез-газом в отношении от 0,1 до 20 с получением во входном отверстии котла-утилизатора отходящего тепла предварительно охлажденного синтез-газа с температурой 760°С (1400°F) или менее; и
подачу предварительно охлажденного синтез-газа в котел-утилизатор отходящего тепла, обеспечивающий получение пара высокого давления и охлажденного синтез-газа.
2. Способ по п. 1, дополнительно включающий подачу низкокалорийного синтез-газа в горелку для отходящих газов, обеспечивающую получение горячего газа горелки; подачу горячего газа из горелки в пароперегреватель котла-утилизатора отходящих газов, обеспечивающего получение пара высокого давления; и
соединение пара высокого давления котла-утилизатора отходящего тепла и пара высокого давления котла-утилизатора отходящих газов для получения смешанного пара высокого давления.
3. Способ по п. 1, в котором предварительно охлажденный синтез-газ имеет температуру от 316°С до 760°С (от 600°F до 1400°F).
4. Способ по п. 3, в котором предварительно охлажденный синтез-газ имеет температуру от 316°С до 482°С (от 600°F до 900°F).
5. Способ по п. 1, в котором пар высокого давления котла-утилизатора отходящего тепла имеет давление от 345 кПа избыточное до 6,55 МПа избыточное (от 50 psig до 950 psig).
6. Способ по п. 2, в котором горячий газ горелки для отходящих газов имеет температуру от 816°С до 1649°С (от 1500°F до 3000°F).
7. Способ по п. 2, в котором пар высокого давления котла-утилизатора отходящих газов имеет давление от 4,14 МПа избыточное до 6,55 МПа избыточное (от 600 psig до 950 psig).
8. Способ по п. 2, в котором смешанный пар высокого давления имеет давление от 4,14 МПа избыточное до 6,55 МПа избыточное (от 600 psig до 950 psig).
9. Способ по п. 2, в котором в котел-утилизатор отходящего тепла подается предварительно нагретая вода и/или пар из устройства предварительного подогрева котла-утилизатора отходящего тепла.
10. Способ по п. 2, в котором смешанный пар высокого давления используется для производства электроэнергии.
