同時進行發電與烴合成的方法與設備的製作方法

2023-04-30 12:46:56 1

專利名稱：同時進行發電與烴合成的方法與設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及通過用含氧氣體部分氧化細碎含碳固體燃料製備合成氣(一氧化碳和氫)同時進行發電與獲得烴類的方法與設備。
用於部分氧化的含氧氣體可以是純氧、氧氣與水蒸氣的混合物、空氣或由純氧、空氣與水蒸氣組成的混合物。
考慮到原油貯備有可能被用盡，所以，生產作為許多化工產品的原料的合成氣正在成為日漸令人感興趣的話題。
細碎固體含碳燃料的部分氧化可以按照各種已知方法進行。
在細碎固體含碳燃料被用於製備合成氣時，細碎固體含碳燃料隨同含氧氣體在反應器中部分燃燒，在此期間形成的液體爐渣通過反應器底部的出口被排除並且藉助重力作用通過一個爐渣排放裝置進入水浴成起著急冷固化作用的爐渣急冷器中。
細碎固體含碳燃料與作為含氧氣體的大體上純的氧氣發生部分燃燒可以產生主要由一氧化碳和氫組成的合成氣。當含氧氣體為空氣或富氧空氣時，所形成的合成氣當然同樣含有數量上居多數的氮氣。細碎固體含碳燃料通常是指煤炭或其它固體燃料如褐煤、木材、積炭、泥煤焦炭等，不過液體或氣體與顆粒固體燃料的混合物同樣適用。
適宜的作法是在反應器中加入緩和劑以便使溫度對反應器的影響得到減緩，這一目的可以通過緩和劑與反應物和/或合成氣製備過程的產物產生吸熱反應來實現。適宜的緩和劑為水蒸汽和二氧化碳。
氣化過程適宜在1200-1700℃的溫度範圍和1～200巴的壓力範圍內進行。
用於完成合成氣製備過程的反應器可以呈任何適宜的形狀。
可以採用任何一種適用的方式將細碎固體含碳燃料和含氧氣體加入反應器，所以下文將不再詳細描述。
部分燃燒反應中形成的液體爐渣向下滴落並且經過位於反應器底部的出口而被排放掉。
在諸如煤炭氣化之類細碎固體含碳燃料的部分氧化過程中，燃料由加料設備藉助適宜的載體流體被加至氣化器中。
已經有人建議將碳質材料轉化為能夠有效地被用於產生不同發電量以滿足工業和公用事業需要的氣體和液體燃料。
舉例來說，甲醇可以在聯合循環發電過程中被用作高峰補充燃料，不過這種作法有許多不足之處(CO-轉化、硫與CO2的深度脫除、在100℃下產生廢熱)。
此外，有人建議通過形成和離解適宜的有機分子即甲酸烷基酯來捕獲、貯存和釋放CO可以使用CO作為高峰補充燃料。然而，該方法要求來自氣化器的合成氣進一步發生不必要的化學反應。
然而，已知方法不適用於有效地同時進行發電和製備烴類。由於從煤炭合成烴類需要附加的氫，所以必須將產生氫的裝置集合在一起，這使其經濟效益下降。
所以，本發明的目的之一是提供一種由煤衍生合成氣同時進行發電與製備烴類的方法與設備，其中不需要附加氫的製造裝置並且使電力生產過程更為靈活實用，從而具備了能夠產生明顯的經濟效益和效率的優點。
因此，本發明提供一種利用在聯合循環發電過程中由煤衍生的合成氣同時進行發電與製備烴類的方法，其中包括下列步驟a)部分燃燒細碎固體含碳燃料和含氧氣體，使其成為其中H2/CO比為0.25-0.70的合成氣;
b)處理所述的合成氣以便脫除顆粒、HCN和H2S;
c)將至少一部分所生成的合成氣，加至一個壓力轉換吸附裝置之中，其中大部分CO被吸附，所產生的富氫物流中H2/CO比值範圍為3-15;
d)再次將富氫物流與一部分由部分燃燒過程產生的合成氣合併並且以此作為其中H2/CO比值範圍為1～3的烴類合成裝置原料;
e)使被吸附的CO解吸從而得到其中H2/CO比值範圍為0.05-0.25的富CO物流，並且以此作為發電裝置的原料。
本發明還涉及一種利用在聯合循環發電過程中由煤產生的合成氣同時進行發電與製備烴類的設備，其中包括a)用於部分燃燒細碎固體含碳燃料和含氧氣體並且產生H2/CO比值為0.25-0.70的合成氣的裝置;
b)用於處理所述合成氣以便脫除顆粒、HCN和H2S的裝置;
c)用於將至少一部分所生成的合成氣加至一個壓力轉換吸附單元之中從而吸收大部分CO的裝置;
d)用於再次將富氫物流與一部分由部分燃燒過程產生的合成氣合併的裝置以及用於將此H2/CO比值範圍為1～3的合併物流原料輸送到烴合成單元的裝置。
e)用於解吸被吸附的CO以便得到其H2/CO比值範圍為0.05-0.25的富含CO物流的裝置和用於將其作為原料送往發電單元的裝置。
這樣，在不必採用合成烴所需的附加氫生產裝置的條件下便可以在發電的同時製備烴類。
下面參照其中數值代表方框圖的附圖
藉助實施例詳細描述本發明。
按照本發明，諸如煤炭、褐煤、石油殘渣之類的氣化器碳質進料在適宜的條件下採用主要由氧組成、條件可能時與水蒸汽組合在一起的氣化劑被氣化。
合成氣主要含有一氧化碳和氫，同時還帶有少量二氧化碳、甲烷、硫化氫、氬和其它惰性氣體。H2/CO比值範圍為0.25-0.70。
本發明基於下述思想完成。
發電需要可燃燒氣體。氫氣的百分比並不重要。與氫相比一氧化碳的每摩爾熱值較高，因而更適用。合成有價值烴類所需合成氣的H2/CO比值約為2。
如果選用壓力轉換吸收(PSA)裝置作為氣化器與烴合成之間的連接環節，PSA裝置便可以起到選擇器的功能從而將來自部分燃燒裝置的合成氣分為富含CO物流和富含H2物流富含CO物流被送入發電過程而富含H2物流則被送往烴類合成過程。壓力轉換吸附與烴類合成的操作原理均屬於公知內容因而無需贅述。主要應用場合是大型發電站。由煤產生的合成氣中存在的氫被用於高添加劑含量的烴。剩餘氣體的發電能力幾乎不受影響甚至稍有增大。
與諸如採用傳統的CO轉化工藝作為連杆的結構相比，該結構更為有效、更為廉價。
如圖所示，本發明的結構組成如下a)在煤氣化裝置1中產生缺少氫的合成氣;
b)在壓力轉換吸附裝置2(PSA)中，大多數煤合成氣中的一氧化碳被吸附，並且產生富含氫物流。這一富含氫的物流經管線3與部分煤合成氣合併形成具備所需H2/CO比值的重質烷烴合成(HPS)氣。一氧化碳被解吸並且被導入燃氣輪機4進行發電;以及c)在合成裝置5中，按照需要合成、異構化和分餾烷烴。
經過管線A導入煤並且用諸如由深冷空氣分離裝置(未示出)經管線B提供的含有95%(摩爾)純氧之類的加壓物流在煤氣化器1中將其氣化。舉例來說，煤進料速度約為4000噸/天，氣化壓力為25巴，溫度適合於使煤產生高熱效率。
合成氣經過適宜的過程(未示出)被脫除大量固體。這可以通過採用一個以上旋風分離器或其它裝置的幹法完成。此後，汽提其中的酸性氣體組分(大多數為硫化氫)，同時脫除殘餘固體與某些過程中產生的二氧化碳和水。這一過程在一系列的洗滌塔、吸收塔和閃蒸塔中通過採用一部分物理或化學吸收劑如Sulfinol或Selexol來進行。廢氣流通向用於收集硫的回收過程(未示出)。
經過淨化的氣體的H2/CO比值為0.25-0.70，溫度為40℃，壓力為20巴。
實施例將4000噸/天煤氣化，與氧形成8×106標準立方米(Nm3)/天合成氣，其中H2/CO比值約為0.25-0.70。合成氣經過處理脫除了顆粒、HCN和H2S。
適宜的作法是在CO-轉化與CO2脫除裝置6中處理20-30%煤合成以便生產大約1×106Nm3滿足CO和熱值規格的城市煤氣6a。剩餘部分被送往PSA裝置2。
將煤氣化裝置中產生的60-70%合成氣在PSA裝置2中分為兩個物流-用於發電過程4、4a的富CO物流(H2/CO約為0.14-0.06)，-富H2物流(H2/CO約為10.5-4.5)，它與剩餘的15-5%煤合成氣合併成為H2/CO比值為2.1的重質烷烴合成(HPS)氣。
可以通過壓力轉換吸附(PSA)進一步提純少量原料氫以便用於產物的加氫後處理步驟。
合成氣首先通過重質烷烴合成(HPS)被轉化為一系列的直鏈烴5a。
此後，將範圍在C5-17的直鏈烷烴與烴物流整體分離，在經過加氫處理之後，脫除用於烷烴溶劑和洗滌劑進料的烯烴與充氧物質(Oxygenates)。
將剩餘的直鏈烴物流通入重質烷烴轉化(HPC)裝置中轉化為輕質油、煤油和粗柴油。
整個工藝過程的熱效率約為48-50%。與採用傳統的一氧化碳轉化工藝的相應聯合企業相比，該工藝不僅具備投資少的優點，而且能夠產生較高的熱效率。
產生城市煤氣的步驟可視具體情況決定取捨，並且不應被視作本發明的必要特徵。
對於本領域專業人員來說顯而易見的是可以由上述內容與附圖對本發明可以進行各種各樣的改進。這些改進同樣屬於本發明的範圍。
權利要求
1.一種利用在聯合循環發電過程中由煤產生的合成氣同時進行發電與製備烴類的方法，其中包括a)部分燃燒細碎固體含碳燃料和含氧氣體，使其成為其H2/Co比0.25-0.70的合成氣；b)處理所述的合成氣以便脫除顆粒、HCN和H2S；c)將至少一部分所生成的合成氣，加至一個壓力轉換吸附裝置之中，其中大部分Co被吸附，所產生的富氫物流中H2/Co比值範圍為3-15；d)再次將富氫物流與一部分由部分燃燒過程產生的合成氣合併並且以此作為其中H2/Co比值範圍為1-3的烴類合成裝置原料；e)使被吸附的Co解吸從而得到其中H2/Co比值範圍為0.05-0.25的富Co物流，並且以此作為發電裝置的原料。
2.按照權利要求1所述的方法，其中來自步驟a)和b)的合成氣部分在一氧化碳轉化與Co2脫除裝置中經過處理而形成城市煤氣，其中所述合成氣的剩餘部分被導入壓力轉換吸收裝置。
3.按照權利要求2的所述方法，其中來自步驟a)和b)的所述部分為20-30%。
4.按照權利要求3的所述方法，其中60-70%在煤氣化裝置中產生的合成氣在PSA裝置中被分為兩股物流用於發電的富含CO物流(H2/Co比值約為0.14-0.06)和能夠與剩餘15-5%煤合成氣合併成為重質烷烴合成(HPS)氣(H2/Co比值為2.1)的富氫物流(H2/Co比值約為10.5-4.5)。
5.一種利用在聯合循環發電過程中由煤產生的合成氣同時進行發電與製備烴類的設備，其中包括a)用於部分燃燒細碎固體含碳燃料和含氧氣體並且產生H2/Co比值為0.25-0.70的合成氣的裝置;b)用於處理所述合成氣以便脫除顆粒、HCN和H2S的裝置;c)用於將至少一部分所生成的合成氣加至一個壓力轉換吸收單元之中從而吸收大部分Co的裝置;d)用於再次將富氫物流與一部分由部分燃燒過程產生的合成氣合併的裝置以及用於將此H2/Co比值範圍為0.05-0.25的合併物流原料輸送到烴合成單元的裝置;e)用於解吸被吸附的Co以便得到其H2/Co比值範圍為0.05-0.25的富含Co物流的裝置和用於將其作為原料送往發電單元的裝置。
6.利用由煤產生的合成氣同時進行發電與製備烴類的方法。
7.利用由煤產生的合成氣同時進行發電與製備烴類的設備。
全文摘要
在壓力轉換吸附(PRA)裝置中處理由煤氣化產生的部分合成氣，分離出的氫被加至剩餘合成氣中。利用富氫合成氣合成重質烷烴，而PSA廢氣(富含CO)則被用於發電裝置。
文檔編號C10J3/48GK1051619SQ9010896
公開日1991年5月22日 申請日期1990年11月8日 優先權日1989年11月10日
發明者約什母·安索格, 哥倫巴·金-昆庸 申請人:國際殼牌研究有限公司