專利名稱：多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及一種多聯(lián)產(chǎn)(polygeneration)系統(tǒng)，且更特別 地，本發(fā)明涉及將多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的多個(gè)單元整合起來以便有效地分離出 不希望的物質(zhì)。
背景技術(shù)：
工業(yè)化對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的效應(yīng)已經(jīng)成為許多科技爭(zhēng)論的主題，且最近的 討論集中在溫室氣體對(duì)全球變暖產(chǎn)生的效應(yīng)。對(duì)于總的溫室氣體排放物 而言，功率發(fā)生工業(yè)和大型化學(xué)工業(yè)尤其是其中的促進(jìn)因素。與來自其 它來源如汽車的具有分散本質(zhì)的排放物相比，這些功率發(fā)生工業(yè)和大型 化學(xué)工業(yè)的來源屬于單點(diǎn)排放物源。在減少總的溫室氣體排放方面，所 希望的是包含來自單點(diǎn)來源如功率發(fā)生來源的溫室氣體排放物。已經(jīng)開發(fā)出了多種技術(shù)來減少溫室氣體排放物，尤其是來自功率發(fā) 生設(shè)備以及化學(xué)工業(yè)的二氧化碳。近來，密集的研究都聚焦于在燃燒前 捕獲二氧化碳和在燃燒后捕獲二氧化碳。為了使功率發(fā)生工藝或化學(xué)生 產(chǎn)工藝成為環(huán)境友好的工藝，將所有不希望的物質(zhì)分離出來是很重要 的，所述不希望的物質(zhì)包括要不然將被排入環(huán)境中的二氧化碳。對(duì)不希 望的物質(zhì)進(jìn)行的分離使得增加了產(chǎn)生功率或產(chǎn)生化學(xué)物質(zhì)的總成本，因 此，需要提供能夠高效地捕獲這些不希望物質(zhì)的技術(shù)。發(fā)明內(nèi)容根據(jù)一個(gè)方面，提供了一種多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，所述多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)包括用于 產(chǎn)生合成氣的合成氣發(fā)生器、用于從所述合成氣中分離出不希望的物質(zhì) 以便產(chǎn)生經(jīng)過富集的合成氣的合成氣富集單元、以及利用所述經(jīng)過富集
的合成氣來產(chǎn)生有用產(chǎn)物和物質(zhì)流以便促進(jìn)在所述合成氣富集單元中 分離出不希望的物質(zhì)的合成氣利用系統(tǒng)。在一些實(shí)施例中，所述多聯(lián)產(chǎn) 系統(tǒng)包括氣化器、顆粒去除單元、水煤氣變換單元和功率發(fā)生單元。在另一方面中， 一種多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生合成氣的合成氣發(fā)生 器、用于從所述合成氣中分離出不希望的物質(zhì)以便產(chǎn)生經(jīng)過富集的合成 氣的合成氣富集單元、以及功率發(fā)生單元，所述功率發(fā)生單元包括用于 燃燒所述經(jīng)過富集的合成氣并且用來產(chǎn)生熱膨脹氣體的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)。 所述熱膨脹氣體被用來在蒸汽發(fā)生系統(tǒng)中產(chǎn)生蒸汽的第 一部分。所述功 率發(fā)生系統(tǒng)包括蒸汽輪機(jī)系統(tǒng)，所迷蒸汽輪機(jī)系統(tǒng)利用來自所述蒸汽發(fā) 生系統(tǒng)的蒸汽的所述第一部分來產(chǎn)生功率并產(chǎn)生蒸汽的第二部分。蒸汽 的所述第二部分被用來促進(jìn)在所述合成氣富集單元中進(jìn)行的所述不希 望的物質(zhì)的分離。在又一方面中， 一種多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生合成氣的合成氣發(fā)生 器、用于從所述合成氣中分離出不希望的物質(zhì)以便產(chǎn)生經(jīng)過富集的合成 氣和包括所述不希望物質(zhì)的流體物質(zhì)流的合成氣富集單元。所述多聯(lián)產(chǎn) 系統(tǒng)包括功率發(fā)生單元，所述功率發(fā)生單元包括用于燃燒所述經(jīng)過富集 的合成氣和熱膨脹氣體的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)。所述熱膨脹氣體被用來在蒸汽 發(fā)生系統(tǒng)中產(chǎn)生蒸汽的第一部分。功率發(fā)生系統(tǒng)包括蘭金渦輪機(jī)，所述 蘭金渦輪機(jī)利用蒸汽的所述第一部分和來自所述合成氣富集單元的包 括所述不希望物質(zhì)的流體物質(zhì)流以便產(chǎn)生功率并產(chǎn)生蒸汽的第二部分。 蒸汽的所述第二部分被用來促進(jìn)在所述合成氣富集單元中進(jìn)行的所述 不希望的物質(zhì)的分離。在又一方面中， 一種多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生合成氣的合成氣發(fā)生 器、包括水煤氣變換單元和分離單元的合成氣富集單元。所述水煤氣變 換單元接收所迷合成氣并產(chǎn)生富氫合成氣。不希望的物質(zhì)從所述富氫合 成氣中被分離出來以便產(chǎn)生經(jīng)過富集的合成氣和包括所述不希望的物 質(zhì)的流體物質(zhì)流。所述多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)包括功率發(fā)生單元，所述功率發(fā)生單 元包括燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)、蒸汽發(fā)生系統(tǒng)和蘭金渦輪機(jī)系統(tǒng)。所述經(jīng)過富集氣體。所述熱膨^氣體被蒸;《發(fā)生系統(tǒng)i收以便產(chǎn)生蒸汽的第一^分和 第二部分。蒸汽的所迷第一部分和包括所述不希望的物質(zhì)的所述流體物 質(zhì)流被所述蘭金渦輪機(jī)系統(tǒng)接收以便產(chǎn)生功率并產(chǎn)生蒸汽的第三部分。
蒸汽的所述第三部分被提供給所述分離單元以便促進(jìn)所述不希望的物 質(zhì)的分離。在又一方面中， 一種多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)包括空氣分離單元、合成氣發(fā)生器、 合成氣富集單元、催化燃燒器和功率發(fā)生單元。在所述空氣分離單元中 產(chǎn)生富氧物質(zhì)流，所述富氧物質(zhì)流被傳送至所述合成氣發(fā)生器。所述合 成氣發(fā)生器包括氣化器，所述氣化器被構(gòu)造成接收含碳燃料和所述富氧 物質(zhì)流以便產(chǎn)生合成氣。所述合成氣發(fā)生器進(jìn)一步包括冷卻單元以便接 收所述合成氣并且產(chǎn)生經(jīng)過冷卻的合成氣。所述合成氣富集單元包括顆 粒去除單元、合成氣脫硫單元、水煤氣變換反應(yīng)器和分離單元。所述經(jīng) 過冷卻的合成氣被所述顆粒去除單元接收以便產(chǎn)生無顆粒的合成氣，所 述無顆粒的合成氣被所述合成氣脫硫單元接收以便產(chǎn)生脫硫合成氣。所 述水煤氣變換單元被構(gòu)造成接收所述脫硫合成氣和蒸汽的第一部分以 便產(chǎn)生富氫合成氣和蒸汽的第一部分。所述分離單元被構(gòu)造成接收所述 富氫合成氣以便產(chǎn)生經(jīng)過富集的合成氣和包括所述不希望的物質(zhì)的流 體物質(zhì)流。包括所述不希望的物質(zhì)的所述流體物質(zhì)流被傳送至所述催化 燃燒器以便產(chǎn)生不易燃物質(zhì)流。所述功率發(fā)生單元包括燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)、 蒸汽發(fā)生系統(tǒng)和蘭金渦輪機(jī)系統(tǒng)。所述燃?xì)廨啓C(jī)被構(gòu)造成接收所述經(jīng)過 富集的合成氣以便產(chǎn)生功率并產(chǎn)生熱膨脹氣體，所述熱膨脹氣體被所述 蒸汽發(fā)生系統(tǒng)接收以便產(chǎn)生蒸汽的所述第一部分和蒸汽的第二部分。所 述蘭金渦輪機(jī)系統(tǒng)接收蒸汽的所述第二部分和所述不易燃的流體物質(zhì) 流以便產(chǎn)生功率并產(chǎn)生蒸汽的第三部分，蒸汽的所述第三部分被傳送至 所述分離單元以便促進(jìn)所述不希望的物質(zhì)的分離。


當(dāng)結(jié)合附圖閱讀下面的詳細(xì)描述時(shí)，將更好地理解本發(fā)明的這些和 其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)，其中在所有的圖中使用相似的附圖標(biāo)記表示相似的部件，其中圖1示出了本發(fā)明的第一實(shí)施例； 圖2示出了本發(fā)明的第二實(shí)施例； 圖3示出了本發(fā)明的第三實(shí)施例； 圖4示出了本發(fā)明的第四實(shí)施例； 圖5示出了本發(fā)明的第五實(shí)施例；
圖6示出了本發(fā)明的第六實(shí)施例； 圖7示出了本發(fā)明的第七實(shí)施例； 圖8示出了本發(fā)明的第八實(shí)施例； 圖9示出了本發(fā)明的第九實(shí)施例； 圖IO示出了本發(fā)明的第十實(shí)施例； 圖11示出了本發(fā)明的第十一實(shí)施例； 圖12示出了一種典型的膜反應(yīng)器； 圖13示出了本發(fā)明的第十二實(shí)施例； 圖14示出了本發(fā)明的第十三實(shí)施例；和 圖15示出了一種典型的功率發(fā)生單元。
具體實(shí)施方式
多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)10包括合成氣發(fā)生器4、合成氣富集單元8和合成氣 利用系統(tǒng)18，如圖1所示。含碳燃料2在合成氣發(fā)生器4中被轉(zhuǎn)化成合 成氣6，所述合成氣6通常包括氫和一氧化碳。合成氣6在合成氣富集 單元8中被富集以便產(chǎn)生經(jīng)過富集的合成氣14。經(jīng)過富集的合成氣14 在合成氣利用系統(tǒng)18中被用來產(chǎn)生有用產(chǎn)物22。來自合成氣利用系統(tǒng) 18的流體物質(zhì)流16被用來促進(jìn)在合成氣富集單元8中進(jìn)行的合成氣富 集從而由合成氣6產(chǎn)生經(jīng)過富集的合成氣14。含碳燃料2包括例如煤、石油、天然氣、生物物質(zhì)、廢物或任何其 它含碳材料。含碳燃料2在合成氣發(fā)生器4中通過常規(guī)工藝被轉(zhuǎn)化成合 成氣6，所述常規(guī)工藝包括，但不限于，氣化、部分氧化、重整和自動(dòng) 熱重整。在一個(gè)實(shí)施例中，合成氣發(fā)生器4包括反應(yīng)器單元且包括例如 重整器；部分氧化(P0X)反應(yīng)器；自動(dòng)熱反應(yīng)器和氣化器。在一個(gè)實(shí) 施例中，合成氣發(fā)生器4可進(jìn)一步包括用來冷卻合成氣6的裝置。在另 一實(shí)施例中，合成氣發(fā)生器4中的未經(jīng)過轉(zhuǎn)化的含碳燃料循環(huán)返回(圖 1中未示出)從而與含碳燃料2混合。在合成氣富集單元8中，合成氣6被富集以便產(chǎn)生經(jīng)過富集的合成 氣14。合成氣6的富集通常是通過提高合成氣6中的氫和/或一氧化碳 的濃度來實(shí)現(xiàn)的。合成氣6可包括一些不希望的物質(zhì)，所述不希望的物 質(zhì)可在合成氣富集單元8中從合成氣6中被分離出來。在一個(gè)實(shí)施例中， 合成氣6的富集是通過分離不希望的物質(zhì)來實(shí)現(xiàn)的。所述不希望的物質(zhì)
包括，但不限于，顆粒、硫化合物、碳化合物、氯化合物、氮化合物、水、汞和氨。不希望的物質(zhì)中的一些不希望的物質(zhì)源自于含碳燃料2， 而另一些不希望的物質(zhì)則是在合成氣發(fā)生器4中產(chǎn)生的。在一個(gè)實(shí)施例 中，合成氣富集單元8被構(gòu)造成產(chǎn)生包含不希望的物質(zhì)的廢物物質(zhì)流 12。在一個(gè)實(shí)施例中，在合成氣富集單元8中分離出不希望物質(zhì)中的至 少一部分不希望物質(zhì)使得提高了合成氣6中的氫和/或二氧化碳的濃度。 在一個(gè)實(shí)施例中，合成氣6中的氫濃度通過合成氣6與水或蒸汽的 反應(yīng)而被提高，該反應(yīng)通常被稱作水煤氣變換反應(yīng)。水煤氣變換反應(yīng)是 無機(jī)化學(xué)反應(yīng)，其中水與 一氧化碳進(jìn)行反應(yīng)以便形成二氧化碳和氫且該 反應(yīng)如下所示C0+H20—C02+H2在一個(gè)實(shí)施例中，從合成氣6中去除氫的至少一部分使得提高了一 氧化碳的濃度。在另一實(shí)施例中，合成氣6中的一氧化碳濃度通過使二 氧化碳與碳進(jìn)行反應(yīng)而形成一 氧化碳從而被提高，該反應(yīng)通常被稱作布 多亞爾逆反應(yīng)(reverse boudouard reaction)， 該反應(yīng)如下所示C02+C~>2CO合成氣利用系統(tǒng)18是產(chǎn)生了有用產(chǎn)物22的單元，所述有用產(chǎn)物包 括例如功率和化學(xué)物質(zhì)。合成氣利用系統(tǒng)18被構(gòu)造成接收經(jīng)過富集的 合成氣14并產(chǎn)生流體物質(zhì)流16。在一個(gè)實(shí)施例中，流體物質(zhì)流16通過提供合成氣富集所需的熱量而促進(jìn)合成氣的富集。在另一實(shí)施例中，流 體物質(zhì)流16提供了合成氣富集所需的壓力。在又一實(shí)施例中，流體物 質(zhì)流16提供了合成氣富集的蒸汽需求。圖2示出了本發(fā)明的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)20。典型的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)20包括合 成氣發(fā)生器4、合成氣富集單元8和合成氣利用系統(tǒng)18。在一個(gè)實(shí)施例 中，合成氣利用系統(tǒng)18包括產(chǎn)生化學(xué)物質(zhì)的化學(xué)合成單元"或者產(chǎn)生 功率的功率發(fā)生單元32或者二者都包括。在一個(gè)實(shí)施例中，如圖2所 示，合成氣利用系統(tǒng)18既包括化學(xué)合成單元24又包括功率發(fā)生單元32?；瘜W(xué)合成單元24被構(gòu)造成接收來自合成氣富集單元8的經(jīng)過富集 的合成氣14中的一部分經(jīng)過富集的合成氣從而產(chǎn)生化學(xué)物質(zhì)，所述化 學(xué)物質(zhì)包括氫、氨、二曱醚、曱醇或液態(tài)烴。在一個(gè)實(shí)施例中，化學(xué)合 成單元24采用費(fèi)托合成(Fischer-Tropsch)工藝來產(chǎn)生烴，所述烴例 如為，但不限于，汽油和柴油。功率發(fā)生單元32被構(gòu)造成接收經(jīng)過富集的合成氣14中的一部分經(jīng)過富集的合成氣作為燃料源來產(chǎn)生功率。在一個(gè)實(shí)施例中，功率單元32是混合循環(huán)功率發(fā)生設(shè)備。典型的 混合循環(huán)功率發(fā)生設(shè)備包括燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備、熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG) 和蒸汽輪機(jī)設(shè)備。在燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備中，燃料被燃燒從而產(chǎn)生加壓燃燒氣 體，所述加壓燃燒氣體產(chǎn)生膨脹以便產(chǎn)生功率，且該熱膨脹氣體從燃?xì)?輪機(jī)被傳送至熱回收蒸汽發(fā)生器，所述熱回收蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生高壓蒸 汽，所述高壓蒸汽在蒸汽輪機(jī)設(shè)備中產(chǎn)生膨脹以便產(chǎn)生附加功率。在混 合循環(huán)功率發(fā)生設(shè)備中利用經(jīng)過富集的合成氣14作為燃料源帶來了多個(gè)優(yōu)點(diǎn)，這包括實(shí)現(xiàn)了燃料的清潔且高效的燃燒、實(shí)現(xiàn)了向大氣的清潔 排放并且實(shí)現(xiàn)了對(duì)包括二氧化碳的溫室氣體的高效捕獲。在一個(gè)實(shí)施例 中，功率發(fā)生單元32是利用經(jīng)過富集的合成氣14作為燃料源的簡(jiǎn)單循 環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備。在另一實(shí)施例中，功率發(fā)生單元32是蒸汽輪機(jī)設(shè)備， 所述蒸汽輪機(jī)設(shè)備利用鍋爐中的經(jīng)過富集的合成氣14作為單個(gè)燃料源 或者與其它燃料相結(jié)合以便產(chǎn)生推動(dòng)蒸汽輪機(jī)運(yùn)行的高壓蒸汽?？膳c經(jīng)過富集的合成氣14 一起使用的其它燃料包括，但不限于，煤、生物物 質(zhì)、石油和天然氣。正如前面的實(shí)施例中所述，來自合成氣利用系統(tǒng)18的流體物質(zhì)流 16促進(jìn)了合成氣6在合成氣富集單元8中的富集。在一個(gè)實(shí)施例中，流 體物質(zhì)流16是來自化學(xué)合成單元24的惰性氣體物質(zhì)流。在另一實(shí)施例 中，流體物質(zhì)流16是在熱回收蒸汽發(fā)生器中產(chǎn)生的蒸汽。在又一實(shí)施 例中，流體物質(zhì)流16是在蒸汽輪機(jī)中部分膨脹的蒸汽。圖3示出了本發(fā)明的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)30。在典型的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)30中， 功率發(fā)生單元32包括燃?xì)廨啓C(jī)34、蒸汽發(fā)生器36和蒸汽輪機(jī)38。功 率發(fā)生單元32產(chǎn)生了功率42和清潔的排出物44。與來自常規(guī)粉煤功率 發(fā)生設(shè)備的排放物濃度相比，該清潔的排出物44具有更低的排放物濃 度。排放物包括，但不限于，氮化合物、硫化合物、氯化合物、汞、氨 和二氧化碳。燃?xì)廨啓C(jī)34包括用來對(duì)含氧物質(zhì)流(氧化劑)如空氣進(jìn) 行壓縮的壓縮機(jī)、用來使燃料與壓縮氧化劑燃燒以便產(chǎn)生加壓燃燒氣體 的燃燒器(圖3未示出)。在一個(gè)實(shí)施例中，經(jīng)過富集的合成氣14被 用作燃?xì)廨啓C(jī)34的燃燒器中的燃料。燃?xì)廨啓C(jī)34包括膨脹器以使加壓 燃燒氣體膨脹，所述膨脹器被聯(lián)接至發(fā)生器(圖中未示出)以便產(chǎn)生功 率42和熱膨脹氣體46。來自燃?xì)廨啓C(jī)34的熱膨脹氣體46被傳送至蒸
汽發(fā)生器36，所述蒸汽發(fā)生器利用膨脹氣體46的熱含量來產(chǎn)生高壓蒸 汽48。在蒸汽發(fā)生器36中產(chǎn)生的高壓蒸汽48在蒸汽輪機(jī)38中產(chǎn)生膨 脹以便產(chǎn)生功率42。在一個(gè)實(shí)施例中，燃?xì)廨啓C(jī)34和蒸汽輪機(jī)38被聯(lián)接至相同的發(fā)生 器。在一個(gè)實(shí)施例中，蒸汽輪機(jī)38是再熱式渦輪機(jī)，其中蒸汽流從高 壓部段中被取出并且在蒸汽發(fā)生器36中加入了附加熱量之后被返回中 壓部段，由此增加凈功率輸出。在一個(gè)實(shí)施例中，部分膨脹的流體物質(zhì) 流28從蒸汽輪機(jī)38中被取出而用于合成氣富集單元8中以便促進(jìn)從合 成氣6中分離出不希望的物質(zhì)從而產(chǎn)生經(jīng)過富集的合成氣14。通過適當(dāng)?shù)募夹g(shù)從合成氣6中分離出不希望的物質(zhì)，所述適當(dāng)?shù)募?術(shù)包括物理分離技術(shù)和化學(xué)分離技術(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，合成氣6中的 顆粒是通過用水沖洗合成氣6來分離的。在另一實(shí)施例中，通過用氨溶 液凈化合成氣6而從合成氣6中分離出包括硫化合物的不希望的物質(zhì)中 的一些不希望的物質(zhì)。在又一實(shí)施例中，通過利用采用溶劑的吸收技術(shù) 來分離出包括硫化合物和碳化合物的不希望的物質(zhì)中的一些不希望的 物質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施例中，利用膜分離技術(shù)從合成氣6中分離出不希望的物 質(zhì)。膜分離技術(shù)中的驅(qū)動(dòng)力包括壓力和/或穿過膜的濃度差。在簡(jiǎn)單的 膜分離工藝中，供給物質(zhì)流被供給在膜的一側(cè)上，其中膜對(duì)于不同物質(zhì) 具有不同的透過率，因此實(shí)現(xiàn)了物質(zhì)的分離。透過率被定義為單位時(shí)間 穿過單位面積的膜的物質(zhì)的摩爾流量。通常采用載體物質(zhì)流以便栽運(yùn)透 過膜的物質(zhì)，由此提高分離效率。栽體物質(zhì)流的特征使得可通過筒單的 工藝從該載體物質(zhì)流中分離出透過的物質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施例中，流體物質(zhì) 流28被用作載體以便從合成氣6中分離出不希望的物質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施例中，要在合成氣富集單元8中被分離的不希望的物質(zhì) 是二氧化碳，且為了實(shí)現(xiàn)該分離，利用了對(duì)二氧化碳具有高透過率的膜。 蒸汽對(duì)于二氧化碳而言是優(yōu)選載體，原因在于可易于通過簡(jiǎn)單的冷凝工 藝從蒸汽中分離出二氧化碳。在一個(gè)實(shí)施例中，流體物質(zhì)流28被用作 載體以便高效地載運(yùn)被透到膜的另一側(cè)的二氧化碳。圖4示出了本發(fā)明的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)40。在典型的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)40中， 功率發(fā)生單元32包括蘭金渦輪機(jī)52。在一個(gè)實(shí)施例中，合成氣富集單 元8被構(gòu)造成產(chǎn)生了包含不希望物質(zhì)的第一部分的廢物物質(zhì)流12和包
含不希望物質(zhì)的第二部分的流體物質(zhì)流54。在一個(gè)實(shí)施例中，流體物質(zhì) 流54與高壓蒸汽48 —起被用作蘭金渦輪機(jī)52中的工作流體。利用除 高壓蒸汽48以外的流體物質(zhì)流54作為蘭金渦輪機(jī)52中的工作流體使 得提高了來自蘭金渦輪機(jī)52的功率輸出。蘭金渦輪機(jī)52的工作流體可 包括蒸汽或二氧化碳或氮或其組合。在一個(gè)實(shí)施例中，蘭金渦輪機(jī)52 被構(gòu)造成產(chǎn)生流體物質(zhì)流56，所述流體物質(zhì)流被傳送至合成氣富集單元 8以便促進(jìn)合成氣富集。在一個(gè)實(shí)施例中，水煤氣變換反應(yīng)被用于合成氣富集單元8中進(jìn)行 合成氣富集，且流體物質(zhì)流56被用來提供水煤氣變換反應(yīng)所需的蒸汽。 在一個(gè)實(shí)施例中，采用溶劑在合成氣富集單元8中分離出不希望的物質(zhì)， 且利用流體物質(zhì)流56來提供溶劑再生所需的熱量。在另一實(shí)施例中， 采用膜分離技術(shù)在合成氣富集單元8中分離不希望的物質(zhì)，且流體物質(zhì) 流56被用作透過膜的不希望物質(zhì)的載體。在一個(gè)實(shí)施例中，不希望物 質(zhì)的第一部分在合成氣富集單元8中作為廢物物質(zhì)流12被分離出來， 如圖4中的虛線所示。載運(yùn)著不希望物質(zhì)的第二部分的流體物質(zhì)流54 在蘭金渦輪機(jī)52中產(chǎn)生膨脹，且不希望物質(zhì)的第二部分作為流體物質(zhì) 流13從功率發(fā)生單元32中被分離出來。在一個(gè)實(shí)施例中，不希望物質(zhì) 作為廢物物質(zhì)流12從合成氣富集單元8中被分離出來，或者作為流體 物質(zhì)流13從功率發(fā)生單元32中被分離出來，或者既作為廢物物質(zhì)流l2 從合成氣富集單元8中凈皮分離出來又作為流體物質(zhì)流13從功率發(fā)生單 元32中凈皮分離出來。圖5示出了本發(fā)明的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)50。典型多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)50包括化學(xué) 合成單元24。在一個(gè)實(shí)施例中，經(jīng)過富集的合成氣14的第一部分53 被傳送至化學(xué)合成單元24。在另一實(shí)施例中，經(jīng)過富集的合成氣14的 第二部分55被傳送至功率發(fā)生單元32的燃?xì)廨啓C(jī)34。以組合方式既產(chǎn) 生化學(xué)物質(zhì)又產(chǎn)生功率提供了將這兩種工藝整合在一起從而高效且經(jīng) 濟(jì)地既產(chǎn)生功率又產(chǎn)生化學(xué)物質(zhì)的機(jī)會(huì)。圖6示出了本發(fā)明的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)60。典型的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)60包括空 氣分離單元(ASU) 62。在一個(gè)實(shí)施例中，空氣58在空氣分離單元62 中被分離成富氧物質(zhì)流74和貧氧物質(zhì)流68。在本文的整個(gè)范圍內(nèi)，如 果流體物質(zhì)流中的物質(zhì)濃度大于該物質(zhì)在產(chǎn)生出該物質(zhì)的物質(zhì)流中的 濃度，則稱該物質(zhì)在該流體物質(zhì)流中是富化的.另一方面，如果流體物
質(zhì)流中的物質(zhì)濃度小于該物質(zhì)在產(chǎn)生出該物質(zhì)的物質(zhì)流中的濃度，則稱 該物質(zhì)在該流體物質(zhì)流中是貧化的。在一個(gè)實(shí)施例中，富氧物質(zhì)流74被傳送至合成氣發(fā)生器4。利用 富氧物質(zhì)流74代替空氣58來產(chǎn)生合成氣6帶來的優(yōu)點(diǎn)在于使合成氣 發(fā)生器4的體積更小。利用富氧物質(zhì)流的另一優(yōu)點(diǎn)在于提高了所產(chǎn)生 的合成氣的熱值。在另一實(shí)施例中，利用流體物質(zhì)流56的第一部分66 以便促進(jìn)在空氣分離單元62中進(jìn)行空氣分離，且流體物質(zhì)流56的第二 部分64被傳送至合成氣富集單元8以便促進(jìn)合成氣富集。在一個(gè)實(shí)施 例中，在空氣分離單元62中采用膜分離技術(shù)，且流體物質(zhì)流66被用作 透過膜的物質(zhì)的栽體。在一個(gè)實(shí)施例中，膜是可透過氧的。來自空氣分 離單元62的貧氧物質(zhì)流68與來自合成氣富集單元8的流體物質(zhì)流54 混合以便形成混合物質(zhì)流72，所述混合物質(zhì)流72被傳送至攔擊渦輪機(jī) 52。將貧氧物質(zhì)流68添加到流體物質(zhì)流54中以便形成混合物質(zhì)流72 使得增加了通往蘭金渦輪機(jī)52的質(zhì)量流，由此增加了凈功率輸出?；?合的物質(zhì)流72和來自蒸汽發(fā)生器36的高壓蒸汽48被用作蘭金渦輪機(jī) 52中的工作流體。在一個(gè)實(shí)施例中，貧氧物質(zhì)流68的一部分被傳送至 燃?xì)廨啓C(jī)34作為冷卻劑，由圖6中的虛線所示，從而提高功率發(fā)生的 效率。在本文的所有范圍內(nèi)，虛線表示可選實(shí)施例。在另一實(shí)施例中， 燃?xì)廨啓C(jī)單元34的壓縮機(jī)被用來對(duì)空氣分離單元62的空氣58進(jìn)行壓 縮(圖6中未示出)。圖7示出了本發(fā)明的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)70。典型的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)70包括水 煤氣變換(WGS)單元76和分離單元78。在一個(gè)實(shí)施例中，來自合成氣 發(fā)生器4的合成氣6被傳送至水煤氣變換單元76，其中發(fā)生水煤氣變換 反應(yīng)以便產(chǎn)生富含氫的富氫合成氣88。在一個(gè)實(shí)施例中，富氫合成氣 88被傳送至分離單元78以便產(chǎn)生載運(yùn)著不希望物質(zhì)中的一部分不希望 物質(zhì)的流體物質(zhì)流82。在一個(gè)實(shí)施例中，采用多個(gè)分離單元78來分離 不希望的物質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施例中，分離單元78是膜分離器。在一個(gè)實(shí) 施例中，包括來自分離單元78的不希望物質(zhì)中的一部分不希望物質(zhì)的 流體物質(zhì)流82被傳送至蘭金渦輪機(jī)52作為工作流體。流體物質(zhì)流56總效^最大化。在一個(gè)實(shí)施例中，流體物質(zhì)流56在水煤氣變換單^ 76 的運(yùn)行壓力和溫度下被抽出。在另一實(shí)施例中，流體物質(zhì)流56在分離
單元78的運(yùn)行條件下從蘭金渦輪機(jī)52中被抽出。在又一實(shí)施例中，流 體物質(zhì)流82是貧氫的且包含流體物質(zhì)流56的一部分。水煤氣變換單元76可以是催化或非催化反應(yīng)器單元。水煤氣變換 單元76中利用的一些催化劑包括，但不限于，鐵的氧化物、鉻、銅、 鋅、鈷和鉬。水煤氣變換單元76可利用包括硫化合物的含硫合成氣或 者利用沒有硫化合物的脫硫合成氣。沒有一詞應(yīng)該被理解為物質(zhì)的濃度 較低而不是完全沒有該物質(zhì)。水煤氣變換反應(yīng)是放熱反應(yīng)并因此產(chǎn)生熱 量。在一個(gè)實(shí)施例中，水煤氣變換反應(yīng)中產(chǎn)生的熱量從水煤氣變換單元 76中^皮去除。圖8示出了本發(fā)明的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)80。高壓蒸汽48被分成兩條物質(zhì) 流，第一部分92和第二部分94。在一個(gè)實(shí)施例中，高壓流體物質(zhì)流92 提供了水煤氣變換單元76中的水煤氣變換反應(yīng)所需的蒸汽，由此使得 能夠在高壓下運(yùn)行水煤氣變換單元76。在高壓下運(yùn)行水煤氣變換單元 76是有利的，原因在于其需要水煤氣變換單元76有更小的體積。在一 個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)合成氣發(fā)生器4在高壓下運(yùn)行時(shí)，在高壓下運(yùn)行水煤氣 變換單元76使得提高了總的系統(tǒng)效率。在另一實(shí)施例中，蘭金渦輪機(jī) 52被構(gòu)造成接收高壓下的流體物質(zhì)流94，所述流體物質(zhì)流94產(chǎn)生部分 膨脹以便產(chǎn)生處在比流體物質(zhì)流94更低的壓力下的流體物質(zhì)流56。在 一個(gè)實(shí)施例中，從蘭金渦輪機(jī)52中抽出的流體物質(zhì)流56被傳送至分離 單元78以便促進(jìn)由富氫合成氣88產(chǎn)生富集合成氣l4。當(dāng)采用壓力驅(qū)動(dòng) 的膜分離工藝時(shí)，將高壓物質(zhì)流94用于水煤氣變換單元76中進(jìn)行水煤 氣變換反應(yīng)并且將低壓物質(zhì)流56用于分離單元是尤其有利的。圖9示出了本發(fā)明的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)90。典型的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)90包括催 化燃燒器96，所述催化燃燒器被構(gòu)造成接收來自分離單元78的流體物 質(zhì)流82。在一個(gè)實(shí)施例中，來自分離單元78的流體物質(zhì)流82包括氫或 一氧化碳，所述氫或一氧化碳在催化燃燒器96中進(jìn)行燃燒。當(dāng)在分離 單元78中利用膜分離技術(shù)時(shí)， 一些量的氫和一氧化碳與在分離單元78 中被分離出來的不希望物質(zhì)一起透過膜并因此變?yōu)榱黧w物質(zhì)流82的一 部分，所述流體物質(zhì)流被傳送至蘭金渦輪機(jī)52作為工作流體。所希望 的是限制在蘭金渦輪機(jī)52中被用作工作流體的流體物質(zhì)流中的氫和/或 一氧化碳的濃度，原因有兩個(gè)。 一個(gè)原因是，當(dāng)從功率發(fā)生單元32中 分離出這些物質(zhì)時(shí)這些物質(zhì)會(huì)損失熱值，且另一原因是，如果氫和一氧 化碳被引入功率發(fā)生單元32中的環(huán)境氣氛內(nèi)，則由于它們的易燃本質(zhì) 而可能帶來安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，利用能夠在極低濃度的氫和/或二氧化碳 下運(yùn)行的催化燃燒器96是有利的。在一個(gè)實(shí)施例中，催化燃燒器96被 構(gòu)造成接收栽運(yùn)著不希望物質(zhì)中的一部分不希望物質(zhì)的流體物質(zhì)流82 并且產(chǎn)生熱量和不易燃流體物質(zhì)流98。圖10示出了本發(fā)明的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)100。在典型的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)100 的一個(gè)實(shí)施例中，來自蘭金渦輪機(jī)52的流體物質(zhì)流56被分成兩條物質(zhì) 流，第一部分102和第二部分104。在一個(gè)實(shí)施例中，流體物質(zhì)流102 被傳送至蒸汽發(fā)生器36且流體物質(zhì)流104被傳送至合成氣富集單元8 的分離單元78。將流體物質(zhì)流102傳送至蒸汽發(fā)生器36帶來的一個(gè)優(yōu) 點(diǎn)是提高了熱含量，這進(jìn)一步提高了多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)100的總效率。圖11示出了本發(fā)明的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)110。典型的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)110包 括合成氣富集單元8，所述合成氣富集單元包括雜質(zhì)去除單元106和膜 反應(yīng)器118。雜質(zhì)去除單元106從合成氣6中分離出不希望物質(zhì)的一部 分并且產(chǎn)生經(jīng)過凈化的合成氣122。在一個(gè)實(shí)施例中，水煤氣變換單元 76和分離單元78被組合成膜反應(yīng)器118。膜反應(yīng)器118被構(gòu)造成接收 經(jīng)過凈化的合成氣122并且產(chǎn)生經(jīng)過富集的流體物質(zhì)流M和載運(yùn)著不 希望物質(zhì)的一部分的流體物質(zhì)流82。在一個(gè)實(shí)施例中，從蘭金渦輪機(jī) 52中抽出的流體物質(zhì)流56被分成三條物質(zhì)流被傳送至蒸汽發(fā)生器36 的第一流體物質(zhì)流102、被傳送至膜反應(yīng)器118的分離單元"78的第二流 體物質(zhì)流104以及被傳送至雜質(zhì)去除單元106的第三流體物質(zhì)流ll4。在一個(gè)實(shí)施例中，雜質(zhì)去除單元106大體上去除了不希望物質(zhì)中的 一些不希望物質(zhì)而作為流體物質(zhì)流15的一部分，這包括，但不限于， 顆粒、硫的氧化物、氯化合物和氨。大體上去除不希望物質(zhì)是指去除了 總雜質(zhì)中約80%至約95%的雜質(zhì)。通常情況下，膜反應(yīng)器118處理某些 類型的不希望物質(zhì)如顆粒的能力是有限的且因此有必要在合成氣6被傳 送至膜反應(yīng)器118之前去除這些不希望的物質(zhì)。膜反應(yīng)器118具有適當(dāng)構(gòu)型，這包括例如中空纖維模塊、螺旋巻繞 模塊、板型和框型膜模塊。在圖12所示的一種典型構(gòu)型中，膜反應(yīng)器 118是中空纖維膜模塊。在膜反應(yīng)器118中，水煤氣變換反應(yīng)和不希望 物質(zhì)的分離是同時(shí)發(fā)生的，由此改變了水煤氣變換反應(yīng)的平衡而促進(jìn)了 轉(zhuǎn)化。促進(jìn)的轉(zhuǎn)化允許水煤氣變換單元76具有更小的反應(yīng)器體積，由
此幫助提高總的系統(tǒng)效率。在一個(gè)實(shí)施例中，水煤氣變換催化劑位于如圖12所示的殼體側(cè)中.位于膜的任一側(cè)上的物質(zhì)流可沿相同方向(同 向)流動(dòng)或沿相反方向(對(duì)流)流動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，位于膜反應(yīng)器 118的殼體側(cè)和管道側(cè)上的物質(zhì)流是對(duì)流，如圖12所示。在另一實(shí)施例 中，流是同向流(圖12中未示出)。參考圖11所示的典型多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)110和圖12所示的膜反應(yīng)器118, 在一個(gè)實(shí)施例中，來自雜質(zhì)去除單元106的經(jīng)過純化的合成氣122和來 自蒸汽發(fā)生器36的流體物質(zhì)流92被傳送在膜反應(yīng)器118的殼體側(cè)上， 在所述膜反應(yīng)器中發(fā)生水煤氣變換反應(yīng)以便產(chǎn)生二氧化碳和氫。在一個(gè) 實(shí)施例中，水煤氣變換催化劑被置于殼體側(cè)上。在另一實(shí)施例中，設(shè)置 成取出由水煤氣變換反應(yīng)產(chǎn)生的熱量(圖9中未示出)。在一個(gè)實(shí)施例中，膜可透過二氧化碳，且流體物質(zhì)流104被用作透 過膜反應(yīng)器118的膜壁的二氧化碳的栽體。通過利用可選擇性地透過二 氧化碳的膜，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了二氧化碳的分離并且促進(jìn)了經(jīng)過純化的合成氣 122的轉(zhuǎn)化而產(chǎn)生氫。采用膜反應(yīng)器118的另一優(yōu)點(diǎn)是可在高壓下進(jìn)行 水煤氣變換反應(yīng)，當(dāng)可在高壓下得到經(jīng)過純化的合成氣122時(shí)，這提高 了總的系統(tǒng)效率。用于在膜反應(yīng)器118中進(jìn)行分離的驅(qū)動(dòng)力是穿過膜的 壓力差，且利用高壓物質(zhì)流92作為反應(yīng)劑且利用低壓流物質(zhì)流l(M作 為二氧化碳的栽體使得提供了該驅(qū)動(dòng)力。載運(yùn)著透過膜的組分的流體物質(zhì)流82被傳送至催化燃燒器96以便 產(chǎn)生與高壓蒸汽94 一起作為工作流體被傳送至蘭金渦輪機(jī)52的不易燃 流體物質(zhì)流98，所述組分包括，但不限于，二氧化碳、氫、 一氧化碳。 在流體物質(zhì)流98在蘭金渦輪機(jī)52中膨脹之后，由流體物質(zhì)流98載運(yùn) 的不希望物質(zhì)作為流體物質(zhì)流13被分離出來。因此，將功率發(fā)生單元 32與合成氣富集單元8整合在一起使得提高了本發(fā)明的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的 總效率。在另一實(shí)施例中，利用流體物質(zhì)流114以便促進(jìn)從雜質(zhì)去除單元 106中去除不希望物質(zhì)從而產(chǎn)生載運(yùn)著不希望物質(zhì)的一部分的流體物質(zhì) 流15。正如前面的實(shí)施例中所述，在合成氣富集單元8中或者在功率發(fā) 生單元32中或者既在合成氣富集單元8中又在功率發(fā)生單元32中分離 出不希望的物質(zhì)。圖13示出了本發(fā)明的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)130。典型的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)130包
括變壓吸附單元(PSA) 126以便產(chǎn)生高純度氫。來自變壓吸附單元126 的氫的純度高于約95%。在一個(gè)實(shí)施例中，來自合成氣富集單元8的經(jīng) 過富集的合成氣14的第一部分124被傳送至變壓吸附單元126以便產(chǎn) 生高純度氫(例如圖13所示的H2)和包含一些氫的變壓吸附單元廢氣 物質(zhì)流128。在一個(gè)實(shí)施例中，變壓吸附單元廢氣物質(zhì)流128被傳送至 催化燃燒器96以便與流體物質(zhì)流82—起燃燒從而產(chǎn)生附加熱量并產(chǎn)生 不易燃流體物質(zhì)流98。經(jīng)過富集的合成氣14的第二部分132被傳送至 功率發(fā)生單元32的燃?xì)廨啓C(jī)單元34。圖14示出了本發(fā)明的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)140。典型的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)140包 括合成氣發(fā)生器4、合成氣富集單元8，所述合成氣發(fā)生器包括氣化器 134和合成氣冷卻器136，所述合成氣富集單元包括顆粒去除單元146 和合成氣脫硫單元138。在一個(gè)實(shí)施例中，來自空氣分離單元62的富氧 物質(zhì)流74以及含碳燃料2被供給至氣化器134以便產(chǎn)生合成氣6，所述 合成氣在合成氣冷卻器136中被冷卻以便產(chǎn)生冷卻合成氣142。在一個(gè) 實(shí)施例中，來自空氣分離單元62的貧氧物質(zhì)流68被傳送至燃?xì)廨啓C(jī)34 (圖14未示出)。在一個(gè)實(shí)施例中，氣化器134和合成氣冷卻器136 被組合成單個(gè)單元，且在另一實(shí)施例中，它們是獨(dú)立的單元。在一個(gè)實(shí) 施例中，合成氣冷卻器136是輻射合成氣冷卻器，且在另一實(shí)施例中， 合成氣冷卻器136是急冷單元。在一個(gè)實(shí)施例中，合成氣富集單元8包 括顆粒去除單元146、合成氣脫^L單元138和膜反應(yīng)器118。在一個(gè)實(shí) 施例中，冷卻合成氣142被供給進(jìn)入顆粒去除單元146內(nèi)并且產(chǎn)生了無 顆粒合成氣152。無顆粒合成氣152 ^:傳送至合成氣脫硫單元138并且 產(chǎn)生了無硫合成氣154和含硫物質(zhì)流148。無硫合成氣154被進(jìn)一步供 給至膜反應(yīng)器單元118，其中無硫合成氣154在水煤氣變換單元76中經(jīng) 受水煤氣變換反應(yīng)并且在分離單元78中分離出不希望物質(zhì)以便產(chǎn)生經(jīng) 過富集的合成氣14。圖15示出了典型的功率發(fā)生單元32。在一個(gè)實(shí)施例中，蘭金渦輪 機(jī)52包括高壓渦輪機(jī)(HPT) 158、中壓渦輪機(jī)(IPT) 162和低壓渦輪 機(jī)(LPT)164。在一個(gè)典型實(shí)施例中，來自合成氣富集單元的經(jīng)過富集 的合成氣14在燃?xì)廨啓C(jī)34中進(jìn)行燃燒以便產(chǎn)生功率42。來自燃?xì)廨啓C(jī) 34的熱膨脹氣體46被傳送至蒸汽發(fā)生器36以便產(chǎn)生高壓蒸汽48和清 潔的排出物44，所述清潔的排出物從煙囪156被導(dǎo)入大氣內(nèi)。在一個(gè)實(shí)
施例中，流體物質(zhì)流92被傳送至膜反應(yīng)器118以便參與水煤氣變換反 應(yīng)。在一個(gè)實(shí)施例中，物質(zhì)流92和經(jīng)過富集的合成氣14處于約4. 5Mpa (約45巴)的壓力下。高壓蒸汽48的第二部分94在高壓渦輪機(jī)158 中進(jìn)行膨脹。來自高壓渦輪機(jī)的流體物質(zhì)流104被用作膜反應(yīng)器118中 的載體以便載運(yùn)不希望物質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施例中，流體物質(zhì)流104處在約 4Mpa (約40巴)的壓力下。不易燃物質(zhì)流98在中壓渦輪機(jī)162中進(jìn)行 膨脹，所述中壓渦輪機(jī)被連接至低壓渦輪機(jī)164。來自低壓渦輪機(jī)164 的流體物質(zhì)流被傳送至冷凝器，其中不希望物質(zhì)作為流體物質(zhì)流13被 分離出來且剩余流體進(jìn)行再循環(huán)(圖15未示出)。盡管在本文中僅圖示和描述了本發(fā)明的某些特征，但本領(lǐng)域的技術(shù) 人員將易于作出多種變型和變化。因此，應(yīng)該理解所附權(quán)利要求書旨 在覆蓋落入本發(fā)明的真實(shí)精神內(nèi)的所有這種變型和變化。附圖標(biāo)記列表 2含碳燃料 4合成氣發(fā)生器 6合成氣 8合成氣富集單元 10圖1所示的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng) 12載運(yùn)著不希望物質(zhì)的廢物物質(zhì)流13載運(yùn)著從功率發(fā)生單元32中取出的不希望物質(zhì)的流體物質(zhì)流 14經(jīng)過富集的合成氣15載運(yùn)著來自雜質(zhì)去除單元106的不希望物質(zhì)的流體物質(zhì)流16用來促進(jìn)合成氣富集的流體物質(zhì)流18合成氣利用系統(tǒng)20圖2所示的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)22有用產(chǎn)物24化學(xué)合成單元28從蒸汽輪機(jī)通往合成氣富集單元的流體物質(zhì)流 30圖3所示的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng) 32功率發(fā)生單元 34燃?xì)廨啓C(jī)36蒸汽發(fā)生器 38蒸汽輪機(jī)40圖4所示的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng) 42功率44清潔的排出物46熱膨脹氣體48高壓物質(zhì)流50圖5所示的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)52蘭金渦輪機(jī)53被傳送至化學(xué)合成單元的經(jīng)過富集的合成氣14的第一部分54從合成氣富集單元通往蘭金渦輪機(jī)的流體物質(zhì)流55被傳送至燃?xì)廨啓C(jī)的經(jīng)過富集的合成氣14的第二部分56從蘭金渦輪機(jī)通往合成氣富集單元的流體物質(zhì)流58空氣60圖6所示的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng) 62空氣分離單元64被傳送至合成氣富集單元8的流體物質(zhì)流56的第二部分66被傳送空氣分離單元62的流體物質(zhì)流56的第一部分68貧氧物質(zhì)流70圖7所示的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)72混合物質(zhì)流74富氧物質(zhì)流76水煤氣變換單元78分離單元80圖8所示的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)82圖7所示的包含不希望物質(zhì)的流體物質(zhì)流84圖7所示的從蘭金渦輪機(jī)通往合成氣富集單元的流體物質(zhì)流88富氫合成氣90圖9所示的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)92高壓蒸汽48的第一部分94高壓蒸汽48的第二部分96催化燃燒器燃流體物質(zhì)流100圖IO所示的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)102流體物質(zhì)流84的第一部分104流體物質(zhì)流84的笫二部分106雜質(zhì)去除單元110圖11所示的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)114流體物質(zhì)流84的第三部分118膜反應(yīng)器120圖12所示的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)122經(jīng)過純化的合成氣124經(jīng)過富集的合成氣14的第一部分126變壓吸附單元(psa)128變壓吸附單元廢氣物質(zhì)流130圖13所示的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)132經(jīng)過富集的合成氣14的第二部分134氣化器136合成氣冷卻器138合成氣脫磅u單元140圖14所示的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)142冷卻合成氣146顆粒去除單元148含硫物質(zhì)流152無顆粒合成氣154無硫合成氣156煙囪158高壓渦輪機(jī)(HPT) 162中壓渦輪機(jī)(IPT) 164低壓渦輪機(jī)(LPT)
權(quán)利要求
1、一種多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，所述多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生包括一氧化碳和氫的合成氣(6)的合成氣發(fā)生器(4)；用于接收所述合成氣(6)并且用于從所述合成氣中分離出不希望的物質(zhì)以便產(chǎn)生經(jīng)過富集的合成氣(14)的合成氣富集單元(8)；和用來利用所述經(jīng)過富集的合成氣(14)來產(chǎn)生有用產(chǎn)物(22)和要被提供給所述合成氣富集單元(8)的流體物質(zhì)流(16)以便促進(jìn)所述不希望物質(zhì)的分離的合成氣利用系統(tǒng)(18)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其中所述合成氣富集單元 (8)進(jìn)一步包括膜反應(yīng)器(118)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其中所述合成氣利用系統(tǒng) (18 )進(jìn)一步包括功率發(fā)生單元(32 )或化學(xué)合成單元(24 )或其組合。
4、 一種多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，所述多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生包括一氧化碳和氫的合成氣(6)的合成氣發(fā)生器(4);用于接收所述合成氣(6)并且用于從所述合成氣中分離出不希望 的物質(zhì)以便產(chǎn)生經(jīng)過富集的合成氣(14)的合成氣富集單元(8);和功率發(fā)生單元(32),所述功率發(fā)生單元包括用于燃燒所述經(jīng)過富集的合成氣(14)以便產(chǎn)生功率(42)和熱膨 脹氣體(46)的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)(34);用于接收所述熱膨脹氣體(46 )以便產(chǎn)生蒸汽的第一部分(48 )的 蒸汽發(fā)生系統(tǒng)(36);和用于接收蒸汽的所述第一部分(48 )以便產(chǎn)生功率(42 )和蒸汽的 第二部分(28)的蒸汽輪機(jī)系統(tǒng)(38)，其中蒸汽的所述第二部分(28) 被提供給所述合成氣富集單元(8)以便促進(jìn)所述不希望物質(zhì)的分離。
5、 一種多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，所述多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生包括一氧化碳和氫的合成氣(6)的合成氣發(fā)生器(4);用于接收所述合成氣(6)并且用于產(chǎn)生經(jīng)過富集的合成氣(14) 和包括不希望物質(zhì)的流體物質(zhì)流(54)的合成氣富集單元(8);和功率發(fā)生單元(32)，所述功率發(fā)生單元包括用于燃燒所述經(jīng)過富集的合成氣(14 )以便產(chǎn)生功率(42 )和熱膨 脹氣體(46)的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)(34);用于接收所述熱膨脹氣體(46 )以便產(chǎn)生蒸汽的第一部分(48 )的 蒸汽發(fā)生系統(tǒng)(36);和接收蒸汽的所述第一部分(48 )和包括不希望物質(zhì)的所述流體物質(zhì) 流(54)以便產(chǎn)生功率(42)和蒸汽的第二部分(56)的蘭金渦輪機(jī)系 統(tǒng)(52)，其中蒸汽的所述第二部分(56)被提供給所述富集單元(8) 以便促進(jìn)所述不希望物質(zhì)的分離。
6、 一種多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，所述多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生包括一氧化碳和氫的合成氣(6)的合成氣發(fā)生器(4);合成氣富集單元(8),所述合成氣富集單元包括用于接收所述合成氣(6)并且用于產(chǎn)生富氫合成氣(88)的水煤 氣變換單元(76);和用于接收所述富氫合成氣(88 )并且用于從所述富氫合成氣中分離 出不希望的物質(zhì)以便產(chǎn)生經(jīng)過富集的合成氣(14)和包括所述不希望物 質(zhì)的流體物質(zhì)流(82)的分離單元(78);功率發(fā)生系統(tǒng)(32)，所述功率發(fā)生系統(tǒng)包括用于燃燒所述經(jīng)過富集的合成氣(14)以便產(chǎn)生功率(42)和熱膨 脹氣體(46)的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)(34);用于接收所述熱膨脹氣體(46 )以便產(chǎn)生蒸汽的第一部分(48 )的 蒸汽發(fā)生系統(tǒng)(36);和接收蒸汽的所述第一部分(48 )和包括所述不希望物質(zhì)的所述流體 物質(zhì)流(82)以便產(chǎn)生功率和蒸汽的第二部分(56)的蘭金渦輪機(jī)系統(tǒng) (52),其中蒸汽的所述第二部分(56)被提供給所述富集單元(8) 以便促進(jìn)所述不希望物質(zhì)的分離。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，進(jìn)一步包括接收包括所述 不希望物質(zhì)的所述流體物質(zhì)流(82)的催化燃燒器(96)。
8、 一種多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，所述多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生包括一氧化碳和氫的合成氣(6)的合成氣發(fā)生器(4);合成氣富集單元(8)，所述合成氣富集單元包括被構(gòu)造成用來接收所述合成氣(6)和蒸汽的第一部分(92)以便 產(chǎn)生富氫合成氣(88)的水煤氣變換單元(76);被構(gòu)造成用于接收所述富氫合成氣(88 )并且用于從所述富氫合成 氣中分離出不希望的物質(zhì)以便產(chǎn)生經(jīng)過富集的合成氣(14)，包括所述 不希望物質(zhì)的流體物質(zhì)流(82)的分離單元(78);和功率發(fā)生系統(tǒng)(32)，所述功率發(fā)生系統(tǒng)包括用于燃燒所述經(jīng)過富集的合成氣(14)以便產(chǎn)生功率(42)和熱膨 脹氣體(46)的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)(34);用于接收所述熱膨脹氣體(46 )以便產(chǎn)生蒸汽的所述第一部分(92 ) 和蒸汽的第二部分(94)的蒸汽發(fā)生系統(tǒng)(36);和接收蒸汽的所述第二部分(94 )和包括所述不希望物質(zhì)的所述流體 物質(zhì)流(82)以便產(chǎn)生功率(")和蒸汽的第三部分(56)的蘭金渦輪 機(jī)系統(tǒng)(52)，其中蒸汽的所述第三部分(56)被提供給所述分離單元 (78)以便促進(jìn)所述不希望物質(zhì)的分離。
9、 一種多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，所述多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)包括用于接收空氣(58 )并且產(chǎn)生富氧物質(zhì)流(74 )的空氣分離單元(62 ); 合成氣發(fā)生器(4)，所述合成氣發(fā)生器包括用于接收含碳燃料(2)和所述富氧物質(zhì)流(74)以便產(chǎn)生包括一 氧化碳和氫的合成氣(6)的氣化器(134);和用于接收所述合成氣(6 )并且產(chǎn)生經(jīng)過冷卻的合成氣(142 )的冷 卻單元(136);合成氣富集單元(8)，所述合成氣富集單元包括用于接收所述經(jīng)過冷卻的合成氣(142)并且用來產(chǎn)生無顆粒合成 氣(152 )的顆粒去除單元(146 );用于接收所述無顆粒合成氣(152 )并且用來產(chǎn)生無硫合成氣(154 ) 的合成氣脫硫單元(138);用于接收所述無硫合成氣(154 )和蒸汽的第一部分(92 )以便產(chǎn) 生富氫合成氣(88)的水煤氣變換反應(yīng)器(76);和用于接收所述富氫合成氣(88 )并且用于從所述富氫合成氣中分離 出所述不希望物質(zhì)以便產(chǎn)生經(jīng)過富集的合成氣(14)和包括所述不希望 物質(zhì)的流體物質(zhì)流(82)的分離單元(78);用于接收包括所述不希望物質(zhì)的所述流體物質(zhì)流(82)并且用來產(chǎn) 生不易燃流體物質(zhì)流(98)的催化燃燒器(96);和功率發(fā)生系統(tǒng)(32)，所述功率發(fā)生系統(tǒng)包括用于燃燒所述經(jīng)過富集的合成氣(14)以便產(chǎn)生功率(42)和熱膨 脹氣體(46)的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)(34);用于接收所述熱膨脹氣體(46 )以便產(chǎn)生蒸汽的所述第一部分(92 ) 和蒸汽的第二部分(94)的蒸汽發(fā)生系統(tǒng)(36);和接收蒸汽的所述第二部分(94)和所述不易燃流體物質(zhì)流(98)以 便產(chǎn)生功率(42)和蒸汽的第三部分(56)的蘭金渦輪機(jī)系統(tǒng)(52), 其中蒸汽的所述第三部分(56)被提供給所述分離單元(78)以便促進(jìn) 所述不希望物質(zhì)的分離。
10、根據(jù)權(quán)利要求9所述的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其中所述水煤氣變換反應(yīng) 器(76 )和所述分離單元(78 )被組合成膜反應(yīng)器(118 )。
全文摘要
一種多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其中所述多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的各個(gè)單元被整合在一起以便有效地分離出不希望的物質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，所述多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生合成氣的合成氣發(fā)生器、用于從所述合成氣中分離出不希望的物質(zhì)以便產(chǎn)生經(jīng)過富集的合成氣的合成氣富集單元和合成氣利用系統(tǒng)，所述合成氣利用系統(tǒng)利用所述經(jīng)過富集的合成氣來產(chǎn)生有用產(chǎn)物和流體物質(zhì)流以便促進(jìn)在所述合成氣富集單元中分離出不希望的物質(zhì)。在一些實(shí)施例中，所述多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)包括膜反應(yīng)器、催化燃燒器和功率發(fā)生單元。所述功率發(fā)生單元可包括蒸汽輪機(jī)系統(tǒng)或蘭金渦輪機(jī)系統(tǒng)或其組合。還提出了介于合成氣富集單元與合成氣利用系統(tǒng)之間的部件與整合方面的各種細(xì)節(jié)。
文檔編號(hào)C01B3/02GK101397122SQ20081016875
公開日2009年4月1日 申請(qǐng)日期2008年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月28日
發(fā)明者巍 衛(wèi) 申請(qǐng)人:通用電氣公司