专利名称：同时进行发电与烃合成的方法与设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及通过用含氧气体部分氧化细碎含碳固体燃料制备合成气(一氧化碳和氢)同时进行发电与获得烃类的方法与设备。
用于部分氧化的含氧气体可以是纯氧、氧气与水蒸气的混合物、空气或由纯氧、空气与水蒸气组成的混合物。
考虑到原油贮备有可能被用尽，所以，生产作为许多化工产品的原料的合成气正在成为日渐令人感兴趣的话题。
细碎固体含碳燃料的部分氧化可以按照各种已知方法进行。
在细碎固体含碳燃料被用于制备合成气时，细碎固体含碳燃料随同含氧气体在反应器中部分燃烧，在此期间形成的液体炉渣通过反应器底部的出口被排除并且借助重力作用通过一个炉渣排放装置进入水浴成起着急冷固化作用的炉渣急冷器中。
细碎固体含碳燃料与作为含氧气体的大体上纯的氧气发生部分燃烧可以产生主要由一氧化碳和氢组成的合成气。当含氧气体为空气或富氧空气时，所形成的合成气当然同样含有数量上居多数的氮气。细碎固体含碳燃料通常是指煤炭或其它固体燃料如褐煤、木材、积炭、泥煤焦炭等，不过液体或气体与颗粒固体燃料的混合物同样适用。
适宜的作法是在反应器中加入缓和剂以便使温度对反应器的影响得到减缓，这一目的可以通过缓和剂与反应物和/或合成气制备过程的产物产生吸热反应来实现。适宜的缓和剂为水蒸汽和二氧化碳。
气化过程适宜在1200-1700℃的温度范围和1～200巴的压力范围内进行。
用于完成合成气制备过程的反应器可以呈任何适宜的形状。
可以采用任何一种适用的方式将细碎固体含碳燃料和含氧气体加入反应器，所以下文将不再详细描述。
部分燃烧反应中形成的液体炉渣向下滴落并且经过位于反应器底部的出口而被排放掉。
在诸如煤炭气化之类细碎固体含碳燃料的部分氧化过程中，燃料由加料设备借助适宜的载体流体被加至气化器中。
已经有人建议将碳质材料转化为能够有效地被用于产生不同发电量以满足工业和公用事业需要的气体和液体燃料。
举例来说，甲醇可以在联合循环发电过程中被用作高峰补充燃料，不过这种作法有许多不足之处(CO-转化、硫与CO2的深度脱除、在100℃下产生废热)。
此外，有人建议通过形成和离解适宜的有机分子即甲酸烷基酯来捕获、贮存和释放CO可以使用CO作为高峰补充燃料。然而，该方法要求来自气化器的合成气进一步发生不必要的化学反应。
然而，已知方法不适用于有效地同时进行发电和制备烃类。由于从煤炭合成烃类需要附加的氢，所以必须将产生氢的装置集合在一起，这使其经济效益下降。
所以，本发明的目的之一是提供一种由煤衍生合成气同时进行发电与制备烃类的方法与设备，其中不需要附加氢的制造装置并且使电力生产过程更为灵活实用，从而具备了能够产生明显的经济效益和效率的优点。
因此，本发明提供一种利用在联合循环发电过程中由煤衍生的合成气同时进行发电与制备烃类的方法，其中包括下列步骤a)部分燃烧细碎固体含碳燃料和含氧气体，使其成为其中H2/CO比为0.25-0.70的合成气;
b)处理所述的合成气以便脱除颗粒、HCN和H2S;
c)将至少一部分所生成的合成气，加至一个压力转换吸附装置之中，其中大部分CO被吸附，所产生的富氢物流中H2/CO比值范围为3-15;
d)再次将富氢物流与一部分由部分燃烧过程产生的合成气合并并且以此作为其中H2/CO比值范围为1～3的烃类合成装置原料;
e)使被吸附的CO解吸从而得到其中H2/CO比值范围为0.05-0.25的富CO物流，并且以此作为发电装置的原料。
本发明还涉及一种利用在联合循环发电过程中由煤产生的合成气同时进行发电与制备烃类的设备，其中包括a)用于部分燃烧细碎固体含碳燃料和含氧气体并且产生H2/CO比值为0.25-0.70的合成气的装置;
b)用于处理所述合成气以便脱除颗粒、HCN和H2S的装置;
c)用于将至少一部分所生成的合成气加至一个压力转换吸附单元之中从而吸收大部分CO的装置;
d)用于再次将富氢物流与一部分由部分燃烧过程产生的合成气合并的装置以及用于将此H2/CO比值范围为1～3的合并物流原料输送到烃合成单元的装置。
e)用于解吸被吸附的CO以便得到其H2/CO比值范围为0.05-0.25的富含CO物流的装置和用于将其作为原料送往发电单元的装置。
这样，在不必采用合成烃所需的附加氢生产装置的条件下便可以在发电的同时制备烃类。
下面参照其中数值代表方框图的附图
借助实施例详细描述本发明。
按照本发明，诸如煤炭、褐煤、石油残渣之类的气化器碳质进料在适宜的条件下采用主要由氧组成、条件可能时与水蒸汽组合在一起的气化剂被气化。
合成气主要含有一氧化碳和氢，同时还带有少量二氧化碳、甲烷、硫化氢、氩和其它惰性气体。H2/CO比值范围为0.25-0.70。
本发明基于下述思想完成。
发电需要可燃烧气体。氢气的百分比并不重要。与氢相比一氧化碳的每摩尔热值较高，因而更适用。合成有价值烃类所需合成气的H2/CO比值约为2。
如果选用压力转换吸收(PSA)装置作为气化器与烃合成之间的连接环节，PSA装置便可以起到选择器的功能从而将来自部分燃烧装置的合成气分为富含CO物流和富含H2物流富含CO物流被送入发电过程而富含H2物流则被送往烃类合成过程。压力转换吸附与烃类合成的操作原理均属于公知内容因而无需赘述。主要应用场合是大型发电站。由煤产生的合成气中存在的氢被用于高添加剂含量的烃。剩余气体的发电能力几乎不受影响甚至稍有增大。
与诸如采用传统的CO转化工艺作为连杆的结构相比，该结构更为有效、更为廉价。
如图所示，本发明的结构组成如下a)在煤气化装置1中产生缺少氢的合成气;
b)在压力转换吸附装置2(PSA)中，大多数煤合成气中的一氧化碳被吸附，并且产生富含氢物流。这一富含氢的物流经管线3与部分煤合成气合并形成具备所需H2/CO比值的重质烷烃合成(HPS)气。一氧化碳被解吸并且被导入燃气轮机4进行发电;以及c)在合成装置5中，按照需要合成、异构化和分馏烷烃。
经过管线A导入煤并且用诸如由深冷空气分离装置(未示出)经管线B提供的含有95%(摩尔)纯氧之类的加压物流在煤气化器1中将其气化。举例来说，煤进料速度约为4000吨/天，气化压力为25巴，温度适合于使煤产生高热效率。
合成气经过适宜的过程(未示出)被脱除大量固体。这可以通过采用一个以上旋风分离器或其它装置的干法完成。此后，汽提其中的酸性气体组分(大多数为硫化氢)，同时脱除残余固体与某些过程中产生的二氧化碳和水。这一过程在一系列的洗涤塔、吸收塔和闪蒸塔中通过采用一部分物理或化学吸收剂如Sulfinol或Selexol来进行。废气流通向用于收集硫的回收过程(未示出)。
经过净化的气体的H2/CO比值为0.25-0.70，温度为40℃，压力为20巴。
实施例将4000吨/天煤气化，与氧形成8×106标准立方米(Nm3)/天合成气，其中H2/CO比值约为0.25-0.70。合成气经过处理脱除了颗粒、HCN和H2S。
适宜的作法是在CO-转化与CO2脱除装置6中处理20-30%煤合成以便生产大约1×106Nm3满足CO和热值规格的城市煤气6a。剩余部分被送往PSA装置2。
将煤气化装置中产生的60-70%合成气在PSA装置2中分为两个物流-用于发电过程4、4a的富CO物流(H2/CO约为0.14-0.06)，-富H2物流(H2/CO约为10.5-4.5)，它与剩余的15-5%煤合成气合并成为H2/CO比值为2.1的重质烷烃合成(HPS)气。
可以通过压力转换吸附(PSA)进一步提纯少量原料氢以便用于产物的加氢后处理步骤。
合成气首先通过重质烷烃合成(HPS)被转化为一系列的直链烃5a。
此后，将范围在C5-17的直链烷烃与烃物流整体分离，在经过加氢处理之后，脱除用于烷烃溶剂和洗涤剂进料的烯烃与充氧物质(Oxygenates)。
将剩余的直链烃物流通入重质烷烃转化(HPC)装置中转化为轻质油、煤油和粗柴油。
整个工艺过程的热效率约为48-50%。与采用传统的一氧化碳转化工艺的相应联合企业相比，该工艺不仅具备投资少的优点，而且能够产生较高的热效率。
产生城市煤气的步骤可视具体情况决定取舍，并且不应被视作本发明的必要特征。
对于本领域专业人员来说显而易见的是可以由上述内容与附图对本发明可以进行各种各样的改进。这些改进同样属于本发明的范围。
权利要求
1.一种利用在联合循环发电过程中由煤产生的合成气同时进行发电与制备烃类的方法，其中包括a)部分燃烧细碎固体含碳燃料和含氧气体，使其成为其H2/Co比0.25-0.70的合成气；b)处理所述的合成气以便脱除颗粒、HCN和H2S；c)将至少一部分所生成的合成气，加至一个压力转换吸附装置之中，其中大部分Co被吸附，所产生的富氢物流中H2/Co比值范围为3-15；d)再次将富氢物流与一部分由部分燃烧过程产生的合成气合并并且以此作为其中H2/Co比值范围为1-3的烃类合成装置原料；e)使被吸附的Co解吸从而得到其中H2/Co比值范围为0.05-0.25的富Co物流，并且以此作为发电装置的原料。
2.按照权利要求1所述的方法，其中来自步骤a)和b)的合成气部分在一氧化碳转化与Co2脱除装置中经过处理而形成城市煤气，其中所述合成气的剩余部分被导入压力转换吸收装置。
3.按照权利要求2的所述方法，其中来自步骤a)和b)的所述部分为20-30%。
4.按照权利要求3的所述方法，其中60-70%在煤气化装置中产生的合成气在PSA装置中被分为两股物流用于发电的富含CO物流(H2/Co比值约为0.14-0.06)和能够与剩余15-5%煤合成气合并成为重质烷烃合成(HPS)气(H2/Co比值为2.1)的富氢物流(H2/Co比值约为10.5-4.5)。
5.一种利用在联合循环发电过程中由煤产生的合成气同时进行发电与制备烃类的设备，其中包括a)用于部分燃烧细碎固体含碳燃料和含氧气体并且产生H2/Co比值为0.25-0.70的合成气的装置;b)用于处理所述合成气以便脱除颗粒、HCN和H2S的装置;c)用于将至少一部分所生成的合成气加至一个压力转换吸收单元之中从而吸收大部分Co的装置;d)用于再次将富氢物流与一部分由部分燃烧过程产生的合成气合并的装置以及用于将此H2/Co比值范围为0.05-0.25的合并物流原料输送到烃合成单元的装置;e)用于解吸被吸附的Co以便得到其H2/Co比值范围为0.05-0.25的富含Co物流的装置和用于将其作为原料送往发电单元的装置。
6.利用由煤产生的合成气同时进行发电与制备烃类的方法。
7.利用由煤产生的合成气同时进行发电与制备烃类的设备。
全文摘要
在压力转换吸附(PRA)装置中处理由煤气化产生的部分合成气，分离出的氢被加至剩余合成气中。利用富氢合成气合成重质烷烃，而PSA废气(富含CO)则被用于发电装置。
文档编号C10J3/48GK1051619SQ9010896
公开日1991年5月22日 申请日期1990年11月8日 优先权日1989年11月10日
发明者约什母·安索格, 哥伦巴·金-昆庸 申请人:国际壳牌研究有限公司