专利名称：用于从含碳物质生产至少一种烃类燃料的系统和方法
技术领域：
本发明总体上涉及由含碳物质生产烃类燃料的领域，以及更特别地涉及使用核电站和烃类燃料生产厂来组合生产电功率和烃类燃料的领域。
背景技术：
通常将核电站与配电网连接用于将电功率分配给最终用户。用于核电站的投资成本非常高。为了使投资回报最大化，发电厂当在非常长的时期内以尽可能接近100%的负荷运行。然而最终用户的电功率消耗在一天内不同，在早晨和晚上有高峰消耗，尤其是在冬季。另一方面，电消耗在夜间较低。电功率消耗还随季节变化，可能在冬季(供暖季节)和夏季(致冷季节)比春秋季高。在某些国家，如法国，由于核电站的生产份额很大，因此对它们进行操作以使它们遵从于电功率消耗。因此难以使发电厂持续地以接近100%的负荷运行。此外，在配电网的水平和核电站的水平上，电功率消耗方面强的和快速的改进难以调节。W02006/099573描述了具有专用于仅为燃料生产厂供电的核电站的烃类燃料生产W02008/115933描述了专用于烃类燃料生产厂的可再生电源如风力电源。US2008/0040975描述了由含碳物质生产燃料、电功率(燃气轮机)和尿素的设备。W02008/033812描述了用于由含碳物质(生物质)和氢生产烃类燃料的设备。氢使用电功率由非碳排放专门来源的电功率如风力、太阳能或核动力生产。US6306917描述了能选择性地使电功率(燃气轮机)、烃和二氧化碳生产最大化的设备。发明概述存在着对于不管最终用户的电消耗变化都有助保持核电站接近于100%负荷的系统的需求。申请人:已经发现将核电站与配电网和烃类燃料生产厂联接能使得核电站以接近恒定的电功率运行，而不管连接到配电网的最终用户的电功率消耗的变化，以及可使烃类燃料生产厂适应于考虑到来自发电厂的电功率的可利用性方面的变化，而同时保持高输
出O本发明的一个目的在于优化核电站的操作以保持电厂负荷接近100%，而不管最终用户的总使用量的变化。另一个替代或附加的目的是提出能容许产生核电功率和烃类燃料的系统，同时容许以高效率水平运行核电站和烃类燃料生产厂。本发明的另一个替代或附加的目的是提出一种系统，其中当配电网调节器要求时，主要的电功率消耗者能根据需要降低对配电网的电功率消耗。本发明的这些以及其它目的对所属技术领域的熟练技术人员由以下说明书和所附的权利要求而更加显而易见。现参考形成本说明书一部分的附图。应当注意的是本文所显示的具体实施方案用于说明的目的而非限制。附图简要说明
图1是本发明的第一具体实施方案的方框形式的工艺流程图，图2是本发明的第二具体实施方案的方框形式的工艺流程图。附图详细说明图1的系统具有核电站1、用于生产柴油燃料的烃类燃料生产厂3，以及配电网5， 电功率用户7而不是烃生产厂3电气性连接至配电网5。配电网5电气性连接至核电站1并将电功率从核电站输送到用户7。电功率用户具有可变化的总电功率消耗，用户的电功率需求随时间变化。总的电功率消耗在一天的过程中例如以以下方式变化最大量(100%)从7:30a.m.到900a. m.，从11 30a. m.到 13:00p.m.，以及从 19:00p.m.到 20:30p.m.；在 9a.m.与 11:30a.m.之间和在 13 00p. m.与 19:00p.m.之间约 60% ；以及在 20:30p.m.与 7:30a.m.之间约 20%。烃类燃料生产厂3包括-至少一个含碳物质的调节装置9a、9b、9C、9d、9e；-气化器11，例如超临界的部分氧化气化器；-气体调节装置13;-电解装置15，-烃类燃料合成装置17;-缓冲存储器19；-重整装置21;-产品分离装置23;-精炼装置25；-水处理装置27。含碳物质是城市垃圾、石油焦生物质、聚对苯二甲酸乙二醇酯、煤或其它有机材料中的一种或多种。工厂3必须具有专用于各种类型的材料的调节装置9，以及取决于材料的类型，例如将含碳物质与水混合以产生浆料的调节装置。在调节后，将调节的含碳物质的料流经由管线四进料到气化器11。超临界部分氧化气化器11可以是描述在法国专利申请FR00U929、FR 0451902、 FR 055四24 和 / 或 FR 055 或者相关的 U. S.专利公开 Nos. US2008 135496、US2007 201304,US2008 279728和PCT公开W02007/036512中描述的类型，在此通过参考全部并入本文。气化器11经由管线31接收超临界水流以及经由管线33接收来自电解装置的氧流。 在气化器中，将含碳物质部分氧化以形成氧化的含碳物质料流，其主要包括CO、C02和H2， 加上各种其它气体如H2S、氩、N2、C1-C3、丁二烯、苯、甲苯等。将氧化的含碳物质料流经由管线35进料到气体调节装置13。在气体调节装置中， 将C02和各种其它气体与CO和H2分离。C02和各种其它气体经由管线37离开气体调节装置并进行不在本发明范围内的其它处理步骤。所述的其它处理步骤可以是变压吸附以除去 N2，胺或klexol (聚乙二醇二甲醚)处理以除去H2S，或氧化锌床以除去痕量H2S。H2和 CO形成合成气料流，并经由管线39进料到烃类燃料合成装置17。气体调节装置是本领域熟练技术人员已知的类型，在这里不进行详细描述。
电解装置15由水以及由核电站1经由线路41提供的电功率产生氢和氧。水经由管线43来自工厂外和/或经由管线45来自水处理装置。第一氢气流由电解装置经由管线 47提供至烃类燃料合成装置17。还将氢经由管线49送到精炼装置25。将氧气流进料到气化器11，以及经由管线51进料到重整装置21。烃类燃料合成装置17包括一个或多个反应器17a并生产包含宽范围烃类化合物的产物料流。向反应器进料来自气体调节装置13的合成气料流，来自电解装置15的第一氢气流和来自重整装置21 (参见下文)的第二氢气流。反应器例如是包含适合的催化剂的 Fischer-Tropsch反应器。这样的反应器例如描述在PCT公开No. W02008/115933中，将其在此通过参考全部并入本文。在反应器中，CO和H2—起反应形成碳氢化合物。在反应器的出口处，产物料流包含C02、未反应的CO和H2以及宽范围的烃类化合物。所述烃类燃料合成装置17包括初级分离装置17b，其中进料有来自反应器的产物料流。在初级分离装置中，C02、CO、H2和轻烃化合物与重烃化合物分离。轻烃化合物主要包括具有少于4个碳的烃化合物。将C02、C0、H2和轻烃经由管线53送到重整装置21或者替代地，在送到重整装置21之前送到短期缓冲存储器(未在图中显示)。将重烃化合物经由管线55送到产物分离装置23。在产物分离装置23中，将较重的化合物料流分离为柴油燃料料流、重烃料流和石脑油(naphta)料流。柴油燃料是最终产物并经由管线57离开工厂。将石脑油经由管线59 进料到缓冲存储器19中。重烃料流例如主要包含C16+化合物并经由管线61进料到精炼装置25。例如，柴油料流可包括产物料流的大部分ClO到C15烃类，石脑油料流是产物料流的大部分C4到C9烃类，且重烃料流是剩下的部分。在精炼装置25中，重烃料流与氢反应以生产主要是柴油燃料、石脑油以及轻烃料流。轻烃料流主要包含具有少于4个碳的烃化合物并经由管线63送到精炼装置21。将石脑油经由管线64送到缓冲存储器19。该烃类燃料生产厂3包括由缓冲存储器19以控制的进料流速将石脑油进料到重整装置21的机构。这样的机构例如可以是泵119，其由控制器200控制。控制器200可例如包括微处理器或电路如ASIC。向重整装置21进料来自装置17或中间短期缓冲存储器的C02、CO、H2和轻烃料流，来自精炼装置25的轻烃料流，来自电解装置15的02，以及来自缓冲存储器19的石脑油的控制流。重整装置21例如是本领域熟练技术人员已知类型的用于重整低C烃和石脑油的组合的部分氧化/蒸汽重整装置。重整装置21产生包含H2、CO和C02的料流。该料流根据向烃类燃料合成装置17的进料而限定所谓的如上所述的第二氢气流。将第二氢气流经由管线65进料到烃类燃料合成装置17。重整装置21可以是描述在美国专利公开 n° US2007212293的类型的蒸汽重整器，将该专利在此通过参考全部并入本文。在合成装置17的进料中的比例H2/C0应当略高于2，这是考虑经由管线39、47和 65进料到烃类燃料合成装置17的各种料流计算的。该系统具有向烃类燃料合成装置17以第一控制流速进料第一氢气流以及以第二控制流速进料第二氢气流的机构。将第一氢气流控制在第一控制速率的机构可包括例如用于电解槽15的电功率控制装置141，以及将第二氢气流控制在第二控制速率的装置可包括例如泵119。
该系统还具有根据由核电站1输送的实时电功率和电功率用户7的实时电功率消耗来控制第一和第二控制流速的机构。用于第一和第二控制流速的该控制机构可包括控制器，例如相同控制器200，例如其可包括微处理器或电路如ASIC。用于评估电功率用户7的实时电功率消耗的一个或多个仪表107以及用于评估核电站1的实时电功率的一个或多个仪表101。所述的机构可包括在配电网的通用调节系统中。用于控制第一控制流速的机构因此包括控制由核电站1向电解装置15提供电功率的机构。实际的电功率控制例如可人工地由电解装置15的控制室进行以改变电功率控制装置141或者自动地由控制器200来进行，例如根据来自功率表的数据。如上所述，控制第二控制流速的机构因此可包括控制进料流速的机构，以该进料流速将石脑油从缓冲罐19进料到重整装置21。该进料控制例如可人工地从烃类燃料合成装置17的控制室进行以改变泵，或者自动地由控制器200进行，例如根据来自功率表的数据。该系统如下进行操作。当最终用户7的总电消耗低时，电解装置15以接近于其最高功率的功率运行，并且没有石脑油由缓冲存储器19进料到重整装置21。石脑油在缓冲存储器19中积聚，以在后来当电消耗较高时使用。当可获得足够的电功率用于生产柴油燃料时，电解装置一般以其最高功率的80% 和100%之间进行操作。第二进料速率保持在零。在配电网的最终用户7的高峰消耗时期，负责通过该配电网管理配电的管理机构可要求电解装置15减少从核电站接收的电功率以避免最终用户水平的短缺。管理机构还可以要求功率水平降低至电解装置的最大功率的25%和100%之间的范围。优选，所述降低的功率水平在最大功率水平的50%和100%之间。进料到烃类燃料合成装置17的第一氢气流的流速自动地以相同的比例降低。为了补偿并保持在合成装置17的进料中比例H2/ CO高于2，第二氢气流的流速增加。为了该目的，将石脑油从缓冲存储器19进料到重整装置21并转化为CO和H2。第一和第二氢气流的各自流速变化可快速地进行，以及紧跟着是如上所述电功率消耗的变化。在任何情况下，核电站都将以接近100%的负荷连续运行。所述的100%负荷应当理解为核电站最大的可用负荷。可用负荷可能不同于设计负荷，尤其是当在核电站中正在进行维修操作时。电解装置要求高电功率。例如，取决于原料，对于具有大约20000桶到40000桶/ 天的生产能力的烃类燃料生产厂，最大功率在1000和1700MW之间。将功率降低至最大功率的25%为其它用户释放750-1275MW，并且是配电网管理的主要实际益处。用C02作为含碳物质以及用具有1250MW电功率的电解装置，烃类燃料生产厂能生产大约10000桶/天的烃类燃料。如图1所示，含碳物质不必然地是固体材料，其也可以是气态的二氧化碳。可以使用C02代替固体含碳物质来源，或者除所述来源之外附加使用C02。C02可从大气或者从工业工厂的废气例如从燃煤电厂中获取。在这种情况下，烃类燃料生产厂3包括RWGS装置 67 (逆向水煤气变换)，显示在图1的虚线中。将C02经由管线69进料到RWGS装置，氢经由管线71从电解装置15进料。在RWGS装置中，C02与H2根据以下等式反应
C02+H2 — C0+H20将产生的水分离并经由管线73进料到水处理装置。可将未反应的C02分离并经由管线75回收。将未反应的H2和新形成的CO经由管线77进料到烃类燃料合成装置17。若在C02之外还使用固体来源的含碳物质，则将氧化的含碳物质材料流在气体调节装置13中分离为三种不同的料流C02料流经由管线79进料到RWGS，其它气体料流经由管线37离开气体调节装置，以及合成气料流经由管线39进料到烃类燃料合成装置。图2显示了本发明的第二具体实施方案。在下文将仅描述在第一和第二具体实施方案中不同的特征。在两个具体实施方案中相同或具有相同功能的元件将具有相同的标记。在第一具体实施方案中，电解装置15由核电站1经由专用输电线41 (其不是配电网5的部分)供电。在第二具体实施方案中，电解装置15由核电站1经由配电网5供电。 在第一具体实施方案中，电解装置15以及通常地烃类燃料生产厂3不必然地远离核电站， 例如在5千米或更近的范围。在第二具体实施方案中，可能更远离核电站1地建造电解装置15和通常烃类燃料生产厂3利用配电网是可能的。本发明参照图1和图2作为包括用于生产柴油燃料的工厂进行了描述。然而，该工厂可生产任何其它合适的烃类燃料如煤油。存储在缓冲罐并回收到重整装置的烃类燃料已经描述了是石脑油。再循环石脑油是有利的，因为它具有比柴油低的市场价值。然而，存储并再循环另一种烃类燃料是可能的，最终作出的选择与由该工厂生产的不同燃料的市场价值有关。Fischer-Tropsch反应器能由其他类型的合适的合成反应器例如甲醇-至-汽油反应器代替。在上述说明书中，涉及由各种装置或工厂生产或消耗的电功率。所述的电功率必须被理解为峰值功率(顶点功率)。任何适用情况下其同时包括有功功率和无功功率。在上述说明书中，核电站理解为能包括一个或多个核反应堆装置的电厂。取决于反应堆技术，每个核反应堆装置通常具有IOOOMWe和1700MWe之间的电功率。
权利要求
1.由含碳物质生产至少一种烃类燃料的系统，该系统包括-核电站；-烃类燃料生产厂，用于生产所述的至少一种烃类燃料，其至少包括由水以及由核电站提供的电功率生产第一氢气流的电解装置，以及用于由至少所述含碳物质和氢生产包含所述至少一种烃类燃料的产物料流的烃类燃料合成装置，所述核电站向配电网供给电功率， 电功率用户而非所述烃生产厂电气性连接至配电网，该配电网电气性连接到核电站以及具有总的可变电功率消耗的所述其它电功率用户；-至少一种给定烃类燃料的缓冲存储器；-用于由所述至少一种给定烃类燃料生产包含至少氢的第二氢气流的重整装置；以及将所述至少一种给定烃类燃料以控制的进料速率进料到所述重整装置的机构；-将第一氢气流以第一控制流速并将第二氢气流以第二控制流速进料到烃类燃料合成装置的机构；以及-根据由核电站输送的实时电功率和电功率用户的实时电功率消耗来控制第一和第二控制流速的机构。
2.权利要求1的系统，其中控制第一控制流速的机构包括控制由核电站提供至电解装置的电功率的控制器。
3.权利要求2的系统，其中电解装置具有给定的最大电功率，控制器能够将由核电站提供至电解装置的电功率控制在所述最大电功率的25%和100%之间。
4.权利要求1的系统，其中控制第二控制流速的机构包括控制进料流速的控制器，以该进料流速将所述至少一种给定的烃类燃料进料到重整装置。
5.权利要求1的系统，其中烃类燃料合成装置能够由至少所述含碳物质和氢生产包含至少第一和第二烃类燃料的产物料流，第二烃类燃料为所述给定的烃类燃料，该烃类燃料生产厂包括用于从产物料流分离第二烃类燃料的产物分离装置以及将第二烃类燃料转移到缓冲存储器的转移装置。
6.权利要求5的系统，其中第一烃类燃料是柴油燃料并且第二烃类燃料是石脑油。
7.权利要求1的系统，其中所述的给定的烃类燃料是石脑油。
8.权利要求1的系统，其中烃类燃料合成装置能够由至少所述含碳物质和氢生产包含至少轻烃和所述至少一种烃类燃料的产物料流，所述烃类燃料生产厂包括用于从产物料流分离轻烃的初步产物分离装置以及将轻馏分转移到重整装置的转移装置。
9.权利要求1的系统，其中烃类燃料生产厂的电解装置经由配电网电气性连接到核电站。
10.权利要求1的系统，其中含碳物质为城市垃圾、石油焦、生物质、聚对苯二甲酸乙二醇酯、煤和二氧化碳中的至少一种。
11.权利要求1的系统，其中烃类燃料生产厂包括用于至少由所述含碳物质生产合成气料流的部分氧化气化器，所述烃类燃料合成装置包括用于由所述合成气料流和氢生产所述产物料流的合成反应器。
12.由含碳物质生产至少一种烃类燃料的方法，该方法包括以下步骤-借助核电站产生电功率；-借助电解装置由水和由核电站提供的电功率生产第一氢气流，-使用烃类燃料合成装置由至少所述含碳物质和氢生产包含所述至少一种烃类燃料的产物料流；-使用配电网将核电站的电功率分配给电功率用户而不是所述的电解装置，该配电网电气性连接至核电站以及具有总的可变电功率消耗的所述的电功率用户；-将至少一种给定的烃类燃料存储在缓冲存储器中；-将所述的至少一种给定的烃类燃料以控制的进料流速进料到重整装置，使用重整装置由所述的至少一种给定烃类燃料生产包含至少氢的第二氢气流；-向烃类燃料合成装置以第一控制流速进料第一氢气流以及以第二控制流速进料第二氢气流；-根据由核电站输送的实时电功率和电功率用户的实时功率消耗来控制第一和第二控制流速。
13.权利要求12的方法，其中通过控制由核电站提供至电解装置的电功率来控制第一控制流速。
14.权利要求13的方法，其中电解装置具有给定的最大电功率，将由核电站提供至电解装置的电功率控制在所述最大电功率的25%和100%。
15.权利要求14的方法，其中通过控制进料流速来控制第二控制流速，以该进料流速将所述至少一种给定的烃类燃料进料到重整装置。
16.权利要求14的方法，其中所述烃类燃料合成装置由至少所述含碳物质和氢生产包含至少第一和第二烃类燃料的产物料流，所述第二烃类燃料是所述给定烃类燃料，所述第二烃类燃料从产物料流分离，并且，当由核电站提供至电解装置的电功率控制在所述最大电功率的80%和100%之间时，转移到缓冲存储器。
17.权利要求15的方法，其中当由核电站提供至电解装置的电功率控制在所述最大电功率的80%和100%之间时，所述给定烃类燃料进料至重整装置的进料流速为零。
18.权利要求15的方法，其中当由核电站提供至电解装置的电功率控制在所述最大电功率的25%和80%之间时，所述给定烃类燃料进料至重整装置的进料流速不为零。
19.权利要求16的方法，其中第一烃类燃料是柴油燃料并且第二烃类燃料是石脑油。
20.权利要求12的方法，其中所述的给定的烃类燃料是石脑油。
21.权利要求12的方法，其中烃类燃料合成装置由至少所述含碳物质和氢生产包含至少轻烃和所述至少一种烃类燃料的产物料流，轻烃从产物料流分离并转移到重整装置。
22.由含碳物质生产至少一种烃类燃料的系统，该系统包括-核电站；-烃类燃料生产厂，用于生产所述的至少一种烃类燃料，其包括至少由水以及由核电站提供的电功率生产第一氢气流的电解装置，以及用于由至少所述含碳物质和氢生产包含所述至少一种烃类燃料的产物料流的烃类燃料合成装置，所述核电站向配电网供给电功率， 电功率用户而非所述烃生产厂电气性连接至配电网，该配电网电气性连接到核电站以及具有总的可变电功率消耗的所述其它电功率用户；-至少一种给定烃类燃料的缓冲存储器；-用于由所述至少一种给定烃类燃料生产包含至少氢的第二氢气流的重整装置，以及用于将所述至少一种给定烃类燃料以控制的进料流速进料到所述重整装置的进料装置；-接收第一控制流速的第一氢气流以及第二控制流速的第二氢气流的烃类燃料合成装置；以及-根据由核电站输送的实时电功率和电功率用户的实时电功率消耗控制第一和第二控制流速的控制器。
全文摘要
由含碳物质生产至少一种烃类燃料的系统，该系统包括-核电站；-烃类燃料生产厂，其包括至少用于由水和由核电站提供的电功率生产第一氢气流的电解装置，和烃类燃料合成装置，所述核电站向配电网供给电功率，电功率用户而非所述烃生产厂电气性连接至配电网，-至少一种给定烃类燃料的缓冲存储器；-由至少一种给定烃类燃料生产第二氢气流的重整装置，以及将至少一种给定烃类燃料以控制的进料流速进料到重整装置的机构；-将第一氢气流以第一控制流速并将第二氢气流以第二控制流速进料到烃类燃料合成装置的机构；以及-根据由核电站输送的实时电功率和电功率用户的实时电功率消耗来控制第一和第二控制流速的机构。
文档编号C10L1/08GK102300959SQ201080006034
公开日2011年12月28日 申请日期2010年1月13日 优先权日2009年1月13日
发明者A·罗西特, I·拉米姆, M·勒孔特 申请人:阿海珐公司