控制合成氣製備的方法

2023-11-30 15:20:26

專利名稱：：控制合成氣製備的方法
技術領域：
：本發明涉及通過含碳物流部分氣化製備合成氣的方法。技術背景通過部分氧化製備合成氣的方法是實踐中公知的。通常，使用含氧氣體(例如基本純的氧氣或(任選富氧的)空氣等)在氣化反應器中部分燃燒(或以其它方式部分氧化)含碳(烴質)物流(例如煤、褐煤、泥煤、木材、焦炭、煙煤或其它氣態、液態或固態燃料或它們的混合物)，由此得到包含合成氣(即co和iy和co2等的產物流。通常進一步處理該產物流，例如用於在驟冷段中冷卻該產物流，和去除不需要的組分。而且，根據該產物流或其部分的最終用途，該產物流可以經過變換轉化、溼氣洗滌等。製備合成氣的已知方法的問題在於得到的產物流的質量可能會不同，這是由於例如進料到該氣化反應器中的含碳物流和含氧物流、含碳物流中的灰量等的擾動或變化。如果例如使用煤作為含碳物流，煤的H20含量的變化會導致氣化反應器中工藝條件的變化，因此產物流的組成也會變化。已知有多種控制部分氧化工藝的方法。例如GB-A-837074描述了一種方法，其中測定部分氣化工藝的產物氣體中的二氧化碳來控制蒸汽流量。US-A-2941877描述了一種控制部分氧化反應器中氧碳進料比的方法。通過使用紅外測量技術測定產物氣體中的甲烷含量來控制該氧碳進料比。使用甲烷作為控制輸入的缺點在於該信號不是尖銳信號，使得控制不夠精確。如果產物流(部分)的最終用戶需要其中僅具有非常有限的變化的恆定質量時，上述問題甚至更加相關。
發明內容本發明的一個目的是使上述問題至少最小化。本發明的另一個目的是提供一種用於製備合成氣的替代方法。依照本發明，可以通過提供一種通過含碳物流部分氧化製備合成氣的方法實現上述或其它目的中的一個或多個，其中使用氧碳比(o/c比)控制所述部分氧化，該方法至少包括以下步驟(a)將含碳物流和含氧物流以選定的0/C比進料到氣化反應器中；(b)在氣化反應器中至少部分氧化所述含碳物流，由此得到至少包含合成氣、C02和C仏的氣態產物流；(c)測定步驟(b)中得到的產物流中C02的含量；(d)將步驟(c)中測定的含量與預定含量進行比較，由此可能得到步驟(c)中測定的含量和預定含量之間的差值；(e)基於步驟(d)中得到的差值調節步驟(a)中的0/C比。已經令人驚奇地發現，通過在產物流中C02含量的基礎上控制0/C比，可以在以非常簡單的方式控制氣化反應器中的工藝條件(例如氣化溫度)以及由此控制產物流的質量。申請人進一步發現與通過紅外測定的CH4的信號相比，C02含量給出了靈敏的信號，使其更適合控制該工藝。申請人進一步發現為了獲得其中僅具有非常有限變化的具有恆定質量的產物流，控制C/0比比控制正物流流量有效得多。依照本發明，該含碳物流可以是任意適用於部分氧化由此得到包含合成氣的產物流的適合的液態、氣態或固態物流(包括漿液)。術語"含碳"的含義也包括"烴質"。已經發現如果使用優選為固態、顆粒狀、高含碳量的原料作為含碳物流，本發明的方法特別適用。優選的原料是固態含碳原料。這種原料的實例為煤、生物質，例如木材和廢物，優選為煤。更優選該固態含碳原料主要(即〉90wt.%)由自然形成的煤或合成的(石油)焦炭構成。適合的煤包括褐煤(1ignite)、煙煤、次煙煤、無煙煤和褐煤(browncoal)。該固態含碳原料可以作為在水中的漿液或更優選地作為原料和適合的載氣的混合物進料到該工藝中。適合的載氣是氮氣。作為含氧物流，可以使用任意適合物流。通常將使用基本純的氧氣(例如使用空氣分離單元得到的)。但也可以使用空氣或富氧空氣。本領域的技術人員將容易理解如何為步驟(a)中進料的特定含碳物流選擇適合的選定0/C比。對於本發明，0/C比具有以下含義，其中"0"是含氧物流中存在的分子氧02的重量流量，其中"C"是排除任何任選的載氣或水(在漿液的情況下)的含碳原料的重量流量。所需的選定的0/C比可以例如通過對於特定含碳原料使用已知的能含量數據(例如以J/kg計的原料的熱值)確定。通常，確定了所需的選定0/C比，將確定含氧物流中的02含量，以及確定含碳和含氧原料物流的適合流量，以得到所需的0/C比。優選地，使用紅外測定C02含量，儘管也可以使用其它測量技術。為了明顯的控制原因，C02的含量優選在儘可能接近部分氧化步驟的氣流中測定。然而申請人發現當在水氣洗滌器的下遊測定C02含量時，仍能有效控制該工藝。因為該洗滌器將包含更少的酸使得分析更簡單，因此這是有利的。而且，本領域的技術人員將理解如何可以進行步驟(c)中的含量測定，因此這裡將不再進行進一步的討論。可以手動比較步驟(d)中產物流的含量與預定含量。然而，通常使用例如適合的電腦程式。該預定含量通常對應於如果沒有發生變化或擾動，在選定的0/C比的基礎上得到的預期產物組合物的含量(或者其中一種或多種組分的預期含量)。如果產物流的實際含量和預定含量之間存在差別(即差值)，那麼例如通過調節原料物流的流量在一定程度上調節0/C比。作為調節0/C比的結果，該工藝條件將發生改變(重複步驟(c)~(e))，直至實際含量達到所需值。本領域的技術人員將理解，如果需要，僅在該差值超過預先選定值的情況下才調節0/C比。此外，0/C比的調節將取決於產物流組成與預定組成的偏差程度。依照本發明，已經發現產物流含量中的C02含量特別適用於比較目6的。因此，優選地，針對C02在產物流中的含量和預定含量之間比較的基礎上得到步驟(c)中可能得到的差值。優選地，依照本發明，如果發生差值(任選高於預定值)，在步驟(e)中通過調節步驟(a)中進料的含碳物流和含氧物流其中之一的流量或其組合來調節0/C比。優選地在步驟(e)中調節該含碳物流。在另一方面，本發明提供了一種適用於進行前述權利要求中一項或多項的方法的系統，該系統至少包括-氣化反應器，其具有用於含氧物流的入口、用於含碳物流的入口和在該氣化反應器下遊的用於在該氣化反應器內製備的產物流的出p;-用於控制進入該氣化反應器的含氧物流的流量的第一流量控制器；-用於控制進入該氣化反應器的含碳物流的流量的第二流量控制器；-用於確定產物流的組成並將其與預定組成進行比較由此可能得到差值的質量控制器；其中該質量控制器與第一和第二流量控制器在功能上耦連，以及其中該質量控制器可以根據所述差值調節第一和第二流量控制器中的流量。現在通過實施例的方式參考非限定性的附圖對本發明進行更詳細的描述，其中圖1示意性給出了用於進行本發明的方法的系統。具體實施方式為了本說明書的目的，管線以及在該管線中傳送的物流只給出一個參考標記。相同的參考標記表示相似的結構元件。參考圖1。圖1示意性給出了製備合成氣的系統1。在氣化反應器2中，分別在入口4、3以選定的0/C比將含碳物流20(例如煤)和含氧物流10(例如空氣)引入。在圖l示出的實施方式中，通過第一和第二流量控制器7、8得到選定的0/C比。該第一和第二流量控制器7、8操作連接(如虛線21所示)。此外，第一和第二流量控制器7、8都包括闊門，用參考標記11和12示意性表示。在該氣化反應器2中將煤20至少部分氧化，由此得到至少包含合成氣(即CO+H》、C02和014的氣態產物流30。為此，在氣化反應器2中通常存在幾個燃燒器(未示出)。由於使用煤作為含碳物流20，因此會形成爐渣，其通過管線50去除用於進一步處理。通常，氣化反應器2中的部分氧化是在範圍為1200~1800匸的溫度和範圍為1~200巴(通常為40巴)的壓力下進行的。如圖1中的實施方式中所示，將所生產的包含合成氣的產物流30進料到驟冷段6，在此通常將物流30冷卻到約350°C。驟冷段6可以具有任意適合的形狀，但通常具有管狀的形狀。本領域的技術人員將容易理解可以對離開驟冷段6的產物流30進行進一步的處理。為此，可以將其進料到例如千固體去除單元(未示出)、溼氣洗滌器(未示出)、變換轉化器(未示出)等中。離開驟冷段6(優選離開進一步的下遊溼氣洗滌器)的包含合成氣的產物流30進料到質量控制器9，在其中測定產物流30的C02含量，並與預定的C02含量進行比較。該預定的0)2含量可以例如對應於如果沒有發生變化或擾動，在選定的0/C比的基礎上得到的產物流30的C02的預期含量。如果產物流30的組成與預定的C02含量不同，則調節物流10和20的O/C比，由此也影響氣化反應器2中的工藝條件。本領域的技術人員將理解，如果需要，可以僅在所述偏差(例如差值)超過預定值的情況下才調節0/C比。為了實現物流10和20的0/C比的所需調節，質量控制器9操作流量控制器7和8(如虛線22和23所示)，因此調節物流10和/或20的流量。因此，改變氣化反應器2中的工藝條件(特別是氣化溫度)，從而也改變產物流30中的C02含量。只要產物流30中的C02含量與預定的C02含量不同，就可以進行對0/C比的這些調節。下面討論了本發明方法的非限定性實施例。實施例使用通常如圖1中所示的方式，通過最初進料到氣化反應器中的固態顆粒狀的煤物流的部分氧化製備合成氣。使用基本純的氧氣(獲自ASU)作為含氧物流。為了(暫時)得到約0.713的選定0/C比，進料煤和氧物流。在約1500。C的溫度和約40巴的壓力下在氣化反應器中部分氧化煤物流之後，得到了氣態產物流。測定該氣態產物流的組成，並在下表I中給出(表示為"實際組成")。在該實施例中，通過紅外測定技術測定產物流中的C02含量，並與產物流中C02的(計算的)預定含量(也示於表I中)進行比較，因此得到實際組成和預定組成中C02含量之間的差值(在該情況下為0.74mol%)。由於認為所述0)2差值過高(超過了預定值，例如超出預定含量l%),因此通過修正煤物流的流量同時保持氧物流的流量恆定來調節進料到氣化反應器中的煤和氧物流的0/C比。只要產物氣體中實際的C02含量和預定的0)2含量之間的差值小於1%的預定值，就對此進行重複。很明顯，如果需要，可以選擇與1%不同的的預定值(例如0.5%)。優選地，該預定值為0.5~5%。表I.氣態產物流的組成，tableseeoriginaldocumentpage9(*)該結果是~13%的差值，超過預定值1%。本領域的技術人員將容易理解可以在不偏離權利要求中限定的範圍的情況下以各種方式改進本發明。權利要求1.通過含碳物流部分氧化製備合成氣的方法，其中使用氧碳比(O/C比)控制所述部分氧化，該方法至少包括以下步驟(a)將含碳物流和含氧物流以選定的O/C比進料到氣化反應器中；(b)在氣化反應器中至少部分氧化所述含碳物流，由此得到至少包含合成氣、CO2和CH4的氣態產物流；(c)測定步驟(b)中得到的產物流中CO2的含量；(d)將步驟(c)中測定的含量與預定含量進行比較，由此可能得到步驟(c)中測定的含量和預定含量之間的差值；(e)基於步驟(d)中得到的差值調節步驟(a)中的O/C比。2.權利要求1的方法，其中步驟(d)中可能得到的差值是在產物流中C02的含量與預定C02含量之間比較的基礎上得到的。3.權利要求2的方法，其中所述差值表示為產物流中C02的含量與預定C02含量之間的絕對差值相對於預定C02含量的百分比，以及其中當所述差值超過預定值時進行步驟(e),以及其中所述預定值為0.5~5%。4.前述權利要求中一項或多項的方法，其中步驟(a)中進料的含碳物流包括顆粒狀煤。5.前述權利要求中一項或多項的方法，其中在步驟(e)中通過調節步驟(a)中進料的所述含碳物流和所述含氧物流其中之一的流量或其組合來調節0/C比。6.權利要求5的方法，其中通過調節所述含碳物流的流量同時保持所述含氧物流恆定來調節0/C比。7.適於進行前述權利要求中一項或多項的方法的系統(l),該系統(l)至少包括-氣化反應器(2)，其弄有用於含氧物流(10)的入口(3)、用於含碳物流(20)的入口(4)和在氣化反應器(2)下遊的用於在氣化反應器(2)內製備的產物流(30)的出口(5);-用於控制進入氣化反應器(2)的含氧物流(10)的流量的第一流量控制器(7);-用於控制進入氣化反應器(2)的含碳物流(20)的流量的第二流量控制器(8);-用於檢測產物流(30)中C02含量並將其與預定C02含量進行比較由此可能得到差值的質量控制器(9);其中質量控制器(9)與笫一和第二流量控制器(7，8)在功能上耦連，以及其中質量控制器(9)可以根據所述差值調節第一和第二流量控制器(7，8)中的流量的至少一個。全文摘要本發明涉及通過含碳物流部分氧化製備合成氣的方法，其中使用氧碳比(O/C比)控制所述部分氧化，該方法至少包括以下步驟(a)將含碳物流和含氧物流以選定的O/C比進料到氣化反應器中；(b)在氣化反應器中至少部分氧化所述含碳物流，由此得到至少包含合成氣、CO2和CH4的氣態產物流；(c)測定步驟(b)中得到的產物流中CO2的含量；(d)將步驟(c)中測定的含量與預定含量進行比較，由此可能得到步驟(c)中測定的含量和預定含量之間的差值；(e)基於步驟(d)中得到的差值調節步驟(a)中的O/C比。文檔編號G05D11/13GK101331213SQ200680047104公開日2008年12月24日申請日期2006年12月12日優先權日2005年12月14日發明者J·E·G·普勒格,J·H·謝爾曼申請人:國際殼牌研究有限公司