生产可变合成气组合物的方法技术

公开了通过气化生产可变合成气组合物的方法。在具有至少２个气化器（２，３）的气化区域（１）中产生２个或多个原料合成气气流，原料合成气的一部分被送到共用的水煤气变换反应区域（２０）产生具有富氢含量的至少一个变换的合成气气流（２３）和至少一个未变换的合成气气流（１０）。变换和未变换的合成气气流（１０，２３）在水煤气变换区域下游以改变的比例被混合，产生体积和／或组成可响应至少一个下游合成气要求而随时间变化的混合（２５）和未混合（２６）合成气气流。本方法用于由多个气化器供应合成气用于在高峰和非高峰电力需求期间可变地共同生产电力和化学产品。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利技术背景天然气和石油的高价和不断减少的供应已促使化学和电力工业寻求用于生产化学品和发电的替代原料。相比而言，煤和其它固体含碳燃料如石油焦、生物质、纸浆废料非常充足并相对便宜，为现有技术中研究作为替代原料源的合理材料。煤和其它固体含碳材料可被气化，即用氧气部分燃烧，以产生合成气体(下文中也称为“合成气”)，合成气体可被清洁并用于产生各种化学物质或燃烧发电。气化过程一般产生H2对CO的摩尔比为约0.4/1至1.2/1以及具有较少体积的CO2、H2S、甲烷和其它惰性气体的合成气体。但是，不同的应用要求不同的H2/CO比以有效利用合成气原料。例如，费-托和甲醇反应化学计量要求2/1的H2/CO摩尔比，合成天然气生产需要3/1，乙酸合成需要1/1，用于氨或氢气生产的合成气只需要氢气。可通过本领域中已知的手段调整这种比例，例如，通过水煤气变换反应，其中一氧化碳与水反应产生氢气和二氧化碳。但是，当合成气存在多种不同的下游要求时，这种方法不能令人满意。例如，当设计整体式工艺来制造具有如化学和电力合作生产设施中存在的变化H2/CO比例要求的合成气时，一种方法是将全部合成气从气化区域变换到最高要求的H2/CO比，即过度变换(overshift)一部分气体。但是，过度变换方法使不要求合成气具有高的氢气对碳摩尔比的这些过程损失能量。因为水煤气变换反应是放热的，合成气中的一部分化学能(等于水煤气变换反应的反应焓)在变换反应中被转变成热能。因此，通过利用未变换的气体使电力生产最大化。例如，与未变换气体相比，到2/1H2/CO摩尔比的变换可导致约3-12％的化学能的损失。损失程度依赖于合成气最初的H2/CO摩尔比。因此，对于每摩尔，变换气体具有比未变换气体低的能量含量。整体气化联合循环(本文中缩写为“IGCC”)电厂一般包括燃料(通常是煤或石油焦)气化区和联合循环发电区。联合循环发电区基本上与使用天然气燃料的相同。但是，来自气化过程的合成气的产生和利用比从天然气管线中取燃料复杂得多。与IGCC有关的固体粉碎和生产、气-->化、灰分处理、气体冷却和脱硫步骤都是资本密集型的，并且经常停车和启动是困难的且昂贵。IGCC电厂被设计成以有限的调节容量(turndown capacity)连续工作，并固有地有助于基本连续的基本负荷操作。即使气化区可同基于管线的天然气一样容易地关闭，气化器区的空转也会导致资产未被充分利用和电力生产的过高经济损失。因此，在联合循环区的可变电力生产能力和要求的气化区的基本负荷操作之间存在不匹配。IGCC装置在现有技术中被认为是基本负荷装置，意味着它们缺乏调度至中间负荷因子的能力。在许多电力市场中，电力价格在高峰电力需求期和低电力需求期之间如在夜晚和白天之间可变化2倍或更多。对基本负荷操作的依赖可能严重限制通过IGCC生产电力的经济生存能力。事实上，最经济的解决方案可能是在非高峰期间不产生电力。因此，需要能在非高峰电力时间期间利用可用的合成气生产比电力价值更高的产品的IGCC工艺。化学产品和电力共同生产的潜在益处已得到充分研究，并讨论在例如“Clean Coal Technology：Coproduction of Power，Fuels，andChemicals”，Topical Report 21，2001年9月，U.S.Department of Energy，and Gray and Tomlinson，“Coproduction ：A Green Coal Technology”，Mitretek Technical Report MP 2001-28，2001年3月中。在现有技术中已提出大量变化形式来解决化学产品和电力共同生产的问题。常用方法是以基本恒定的基本负荷容量因子操作气化区。这样产生的粗合成气被清洁以除去大部分硫化合物和其它杂质，然后将清洁的合成气输送到所谓的部分转化，即“单程”(没有气体循环)化学合成反应，未转化的合成气燃烧用于直接基本负荷电力产生。储存合成的化学物质，并在稍后在高峰需求期间用作燃气轮机-蒸汽轮机联合循环系统的燃料或在过量时出售。现有技术中列举的共同生产的化学产品有氨、甲醇、二甲醚和费-托烃。具有化学产品共同生产的这种部分转化工艺的例子描述在例如以下中：美国专利4566267中用于氨共同生产、美国专利5392594中用于甲醇共同生产、美国专利3986349和4092825中用于费-托烃共同生产，和美国专利4341069中用于二甲醚共同生产。可在例如Weber等的“Methanol Coproduction：Strategies for Effecttve Use of IGCC PowerPlants”，Proceedings of the American Power Conference(1988)，50，-->288-93页中找到化学产品和电力共同生产的更多讨论。但是，“单程”化学工艺能生产相对少量的化学产品，例如，“单程”甲醇工艺一般采用约12-30％的一氧化碳/氢气进料气，因此不能有效利用可用的合成气进料。由于能够共同生产有限数量的化学产品，因此仍需要大量的基本负荷电力操作。此外，对于化学产品生产而言，这种“单程”工艺缺乏规模经济性，往往导致高的资本成本。利用未变换合成气用于化学合成经常严重限制了可达到的最大化学产品生产量。例如，甲醇、二甲醚和费-托烃的合成消耗2摩尔H2每摩尔CO，显而易见，即使H2转化完全，这种化学计量要求也会限制未变换的合成气气流的转化。由于在单程合成模式中，只有有限分数一般约50％的可用氢气被转化，因此该工艺将最大仅仅约25％的可用合成气转化成化学产品。化学平衡和动力学限制在实际可以进行反应的组成、温度和压力下进一步限制了可能可实现的转化。除了上述不足外，上面现有技术中的方法和工艺未能充分解决针对下游合成气要求如化学产品和电力共同生产来生产多种合成气组合物的问题，其中每种功能所需要的合成气的体积和/或组成可随时间变化。依赖于连续单程化学产品和电力共同生产的方案由于化学反应的化学计量限制而一直要求大体上的基本负荷操作，并会导致高的资本需求。对于化学产品和电力共同生产，需要一种可变电力生产的方法，该方法能优化共同生产期间被变换的合成气的数量，从而使电力生产的能量损失最小，降低资本成本，并在电力生产期间保持最高的电力循环热效率，同时在化学产品生产期间以最高的化学计量本文档来自技高网...

【技术保护点】
生产可变合成气组合物的方法，包括：　　　　（ａ）使氧化剂流和含碳材料在包括至少２个气化器的气化区域中反应以产生包括一氧化碳、氢气、二氧化碳和含硫化合物的至少２个原料合成气气流，　　　　（ｂ）将步骤（ａ）的所述原料合成气气流中至少一个的一部分通到共用的水煤气变换反应区域以产生具有富氢含量的至少一个变换的合成气气流（ｉ）和包括所述原料合成气气流剩余部分的至少一个未变换的合成气气流（ｉｉ）；和　　　　（ｃ）使所述变换的合成气气流（ｉ）与所述未变换的合成气气流（ｉｉ）的一部分混合以产生至少一个混合的合成气气流（ｉｉｉ）和包括未变换的合成气气流（ｉｉ）剩余部分的至少一个未混合的合成气气流（ｉｖ），其中所述混合的合成气气流以响应至少一个下游合成气要求而变化的体积和／或组成来生产。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2005-11-18 11/282,2611.生产可变合成气组合物的方法，包括：
(a)使氧化剂流和含碳材料在包括至少2个气化器的气化区域中
反应以产生包括一氧化碳、氢气、二氧化碳和含硫化合物的至少2个原
料合成气气流，
(b)将步骤(a)的所述原料合成气气流中至少一个的一部分通到
共用的水煤气变换反应区域以产生具有富氢含量的至少一个变换的合
成气气流(i)和包括所述原料合成气气流剩余部分的至少一个未变换的
合成气气流(ii)；和
(c)使所述变换的合成气气流(i)与所述未变换的合成气气流(ii)
的一部分混合以产生至少一个混合的合成气气流(iii)和包括未变换的
合成气气流(ii)剩余部分的至少一个未混合的合成气气流(iv)，其中
所述混合的合成气气流以响应至少一个下游合成气要求而变化的体积
和/或组成来生产。
2.根据权利要求1的方法，还包括在所述水煤气变换反应区域中
产生蒸汽，合并来自所述水煤气变换反应区域的所述蒸汽的一部分和一
个或多个原料合成气气流在步骤(b)中的所述部分以产生至少一个湿
合成气气流，和使所述湿合成气气流通到所述水煤气变换反应区域。
3.根据权利要求2的方法，其中所述湿合成气气流具有1.5∶1到3∶1
的水对一氧化碳的摩尔比。
4.根据权利要求1的方法，其中所述氧化剂流包括至少85体积％
的氧，以所述氧化剂流的总体积计。
5.根据权利要求1的方法，其中含碳材料为煤或石油焦。
6.根据权利要求1的方法，还包括使步骤(b)的所述合成气气流
(i)和(ii)中的每一个或步骤(c)的所述合成气气流(iii)和(iv)
中的每一个通过独立的气体冷却区域或通过独立的酸性气体脱除区域。
7.根据权利要求6的方法，其中所述酸性气体脱除区域包括脱硫
区域，在脱硫区域中，除去所述合成气气流(i)和(ii)或(iii)和(iv)
中存在的全部所述含硫化合物的至少95mol％。
8.根据权利要求7的方法，其中所述下游合成气要求包括至少一
个化学过程的进料需要、至少一个电厂的燃料需要或它们的组合。
9.根据权利要求1的方法，还包括(d)使所述混合的合成气气流
(iii)通到生产甲醇、甲酸烷基酯、二甲醚、含氧醛、氨、甲烷、氢气、
Fischer-Topsch产品或它们的组合的化学产品生产区域；和使所述未混
合的合成气气流(iv)通到电力生产区域。
10.根据权利要求9的方法，其中所述化学产品生产区域为甲醇生
产区域，所述方法还包括在步骤(d)的通到所述甲醇生产区域前从所
述合成气气流(i)或(iii)中除去一部分所述二氧化碳以得到0.5-10mol％

【专利技术属性】
技术研发人员：SD巴尼基，NW穆克，WL特拉普，
申请(专利权)人：伊士曼化工公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]