[发明专利]用于生产甲烷和电力的方法

说明书

本发明涉及生产甲烷和电力的方法。更具体地说，本发明涉及将过热蒸汽进料至涡轮机，以及将用过的蒸汽用于工艺添加或加热，由此可以比正常生产价格更低的价格来生产电力。

蒸汽涡轮机是从加压蒸汽中提取热能并使用它在旋转输出轴上做机械功的装置，即，涡轮机使用蒸汽来驱动某物，例如泵、压缩机或发电机。因为涡轮机产生旋转运动，所以它特别适用于驱动发电机。蒸汽涡轮机是热机的一种形式，其通过在蒸汽膨胀中使用多个阶段来获得热力学效率方面的大部分改进，这导致了更接近于理想的可逆膨胀过程。

非冷凝或背压式涡轮机最广泛用于工艺蒸汽应用。由调节阀控制排气压力，以适应工艺蒸汽压力的需要。这种涡轮机通常存在于需要大量的低压工艺蒸汽的炼油厂中。

从US 6.047.549A中已知具有燃气涡轮机、蒸汽涡轮机和混合的燃气/蒸汽涡轮机的发电厂设备。通过使用三个涡轮机设备的适当联网，以最佳的废热利用实现了等温供热和除热的方法。具体而言，将连续布置的涡轮机组的废热用于产生高压流，其以促进效率的方式用于背压式涡轮机中。

US 2010/0263607 A1描述了一种用于为发电机的涡轮机产生蒸汽的系统。该系统包括从锅炉接收蒸汽并使蒸汽过热的过热器。然后使过热蒸汽通过热交换器以将过热蒸汽中的一部分热能转移到水流中。这将过热蒸汽的温度降低到适合于涡轮机的温度。在热交换器中加热的水可以是已经通过涡轮机的冷凝水，并且在热交换器中加热的水可以被引导到锅炉，在那里其被再循环成蒸汽。

在US 2011/0120127 A1中公开了一种利用合成气热在低能量氨或甲醇装置中产生超临界蒸汽的方法。该方法涉及重整或部分氧化阶段，并且适用于操作该方法的设备包括至少一个超临界蒸汽发生器、至少一个过热器、至少一个背压式涡轮机、至少一个提取和冷凝涡轮机和至少一个锅炉给水泵。通过该方法，可以实现节能和整体的成本优势，即更好的工艺经济性。

最后，在US 2010/0170247 A1中公开了组合的多组分气化、甲烷化和功率岛式蒸汽涡轮机系统。气化部分包括热回收设计和用于获得所期望的蒸汽与干气体比率的相关控制，且甲烷化部分包括第一、第二和第三甲烷化反应器以及与高压、中压和低压涡轮机及高压节能器相结合的相关热回收。功率岛式蒸汽涡轮机包括高压、中压和低压涡轮机，其具有与甲烷化过程中的过热器的输出端相耦合的输入端。该引用文献的主题与本发明的主题的不同之处在于，高压涡轮机和再循环压缩机不连接，并且没有蒸汽加入到任何甲烷化步骤的进料流中。

本发明与上述现有技术的不同之处在于，其用于申请人的SNG方法中，其中蒸汽在内部消耗以加热气体，或者将蒸汽加入到工艺气体中以避免碳形成，更具体地说是避免“晶须碳”的形成。在此过程中，由廉价的碳质原料如煤、石油焦、生物质或废物生产SNG(替代天然气)。SNG富含甲烷，并且其可与天然气互换使用，并以相同的方式进行分配。

碳质进料向SNG的转化以如下几个工艺步骤来进行：

-将进料气化，以产生富含氢和一氧化碳的气体；

-变换，以调节氢和一氧化碳之间的比率；

-酸性气体去除，其中在洗涤过程中除去二氧化碳和硫化氢；

-甲烷化，以将碳氧化物和氢转化为甲烷(SNG)，然后干燥并可能将产物SNG压缩至管道条件；

-生产用于空气分离单元中的气化过程的氧气，以及

-从酸性气体去除单元中回收硫，其最通常是通过在Claus单元中根据以下方程的将硫化氢转化为硫来完成：

如果期望的话，可以随后在湿硫酸(WSA)单元中将硫转化成浓硫酸。

甲烷化是这样一个过程：其中根据以下反应将碳氧化物和氢转化为甲烷：

和

这些反应会与如下所示的一氧化碳和二氧化碳之间的平衡相耦合：

反应(2)和(3)两者都是高度放热的，其释放出大量的反应热。对于任何工业甲烷化技术而言，反应热的有效回收是必不可少的。

从蒸汽重整领域已知的是，根据操作条件和实际的催化剂组成，催化剂可以形成碳。碳可以由甲烷、一氧化碳或高级烃而形成在催化剂上。由甲烷和一氧化碳形成碳可以通过以下反应来表示：