專利名稱:生產(chǎn)合成氣體的系統(tǒng)和方法
技術領域:
本發(fā)明涉及使用含氧物流從碳質物流生產(chǎn)包含CO和H2的合成氣 體的系統(tǒng)。
技術背景生產(chǎn)合成氣體的系統(tǒng)從實踐來說是公知的。通常,使用含氧氣體如基本純氧或(任選富氧)空氣等將碳質物流 如煤、褐煤、泥煤、木材、焦炭、煤煙或其它氣體、液體或固體燃料 或其混合物在氣化反應器中部分燃燒,從而獲得a. o.合成氣體(C0和 H2)、 C02和任選的熔渣。在部分燃燒期間形成熔渣的情況下,它滴落 下來和通過位于或靠近反應器底部的出口排出。通常將熱產(chǎn)物氣體即粗合成氣體在位于氣化反應器下游的驟冷工 段中驟冷。在驟冷工段中將合適的驟冷介質如水、冷氣體、循環(huán)的合 成氣體等引入粗合成氣體中以使其冷卻。在驟冷之后將粗合成氣體進一步處理如從中脫除不希望的組分或 使CO轉化為甲醇和各種其它烴。IL可以自身用作產(chǎn)品氣體或用于如加 氫裂化過程。W0-A-99/55618描述了通過兩個并聯(lián)操作的過程制備合成氣體的 方法。 一個過程是生物質原料的部分氧化(也稱為氣化)。在并聯(lián)過程 中天然氣用作蒸汽重整過程的原料。使來自兩個過程的合成氣體混合 物混合。WO-A-02/09025G描述了通過兩個并聯(lián)操作的部分氧化過程制備 合成氣體的方法。在一個過程中中固體或液體原料用作原料和在并聯(lián) 過程中天然氣用作原料。使來自兩個過程的合成氣體混合物混合。如在WO-A-02/090250中對液體和特別地對固體原料如煤操作的 已知氣化反應器的問題是它們通常具有相對低的可用性,即在一定操作時間之后必須將反應器停車 一段時間進行檢查和視需要修理內構 件。結果是暫時不生產(chǎn)合成氣體或合成氣生產(chǎn)明顯減少,如在WO-A-02/09025C的方法的情況下。在氣化反應器使用粒狀碳質原料物流如煤和特別地石油焦炭即希 望生產(chǎn)H2作為主要產(chǎn)品的情況下,以上問題甚至更相關。特別地如果 使用石油焦炭作為氣化過程的原料而將氣化過程在精煉廠環(huán)境中應 用,則需要通常每年>98%的高H2可用性和/或高合成氣體可用性用于 發(fā)電。氫用于各種精煉過程如加氫處理、加氫精制、加氫裂化和催化 脫蠟。不希望在精煉廠的氫或電力供應中出現(xiàn)中斷。發(fā)明內容本發(fā)明的目的是至少最小化以上問題。進一步的目的是提供保證合成氣體的高可用性同時使用盡可能少 的組分的系統(tǒng)。甚至進一步的目的是提供生產(chǎn)合成氣體的替代系統(tǒng)。 可以根據(jù)本發(fā)明通過提供用于生產(chǎn)包含CO和H2的合成氣體的系統(tǒng)達到一個或多個以上或其它目,所述系統(tǒng)至少包括-第一氣化反應器,其具有第一含氧物流的入口、第一粒狀或液體碳質物流的入口、和在第一氣化反應器下游的用于在第一氣化反應器中生產(chǎn)的粗合成氣體的出口;-第二氣化反應器,其具有第二含氧物流的入口、第二碳質物流的入口和在第二氣化反應器下游的用于在第二氣化反應器中生產(chǎn)的粗合成氣體的出口 ,所述第二碳質物流選自氣體和液體物流或其混合物; -含氧物流的源;和-分布器,其用于流體連接所述源到所述第 一氣化反應器的第 一含 氧物流的入口和到所述第二氣化反應器的第二含氧物流的入口 ;其中布置所述分布器以選擇性連接所述源到第 一 或第二氣化反應器。根據(jù)本發(fā)明令人驚奇地發(fā)現(xiàn)可以在保證合成氣體非常高的可用性 的同時生產(chǎn)合成氣體,即使用于粒狀碳質物流的氣化反應器出現(xiàn)故障也是如此。此外發(fā)現(xiàn)以上目的可以使用非常簡單的系統(tǒng)達到。本發(fā)明的重要優(yōu)點是與如果使用用于粒狀碳質物流的兩個氣化反 應器相比,用于粒狀碳質物流的氣化反應器和不同類型氣化反應器的組合更具有經(jīng)濟性。第 一 和第二氣化反應器可以是用于部分氧化各碳質物流的任何合適反應器。如需要可以使用一個以上第一和第二氣化反應器,從而獲 得包括兩個以上連接到分布器的氣化反應器的系統(tǒng)。第一粒狀碳質物流通常是高含碳原料如天然煤、生物質或合成焦 炭。合成焦炭也稱為石油焦炭。石油焦炭是廣泛采用的原油精煉工藝的副產(chǎn)品。石油焦炭也可以作為例如US-A-2002/0170846中所述的瀝 青砂提質工藝的副產(chǎn)品獲得。在此公開文獻中描述了一種方法,其中 通過流化焦化工藝將瀝青或瀝青砂原料的重油餾分轉化成瓦斯油產(chǎn) 品。石油焦炭例如可以通過延遲焦化制備,延遲焦化可能是最廣泛使 用的焦化工藝。延遲焦化使用重質渣油作為原料。在延遲焦化期間, 將重質渣油引入爐中,加熱到約480。C和泵送入焦化罐。焦化工藝啟 動焦炭的形成和使它在罐壁上固化。熱分解驅除出低沸點產(chǎn)品,將它 們連續(xù)脫除。當此反應完成時,打開罐和取出焦炭。第一粒狀碳質物 流可以是干燥或潮濕的。在后者的情況下第一物流的形式為漿料。第 一碳質物流也可以是液體物流。合適的液體物流是從粗礦物油 或幼青砂油獲得的減壓渣油或使用從粗礦物油或瀝青砂油獲得的減壓 渣油從脫瀝青工藝獲得的瀝青餾分。優(yōu)選第二碳質物流是以下在第一 碳質物流是這種液體物流的情況下描述的氣體物流。第二碳質物流是適于在第二氣化反應器中部分氧化的基本為液體 或氣體的物流(或其一種或多種的組合),優(yōu)選是氣體物流。作為液體 物流可以使用如油、冷凝物、減壓或常壓餾出物或瀝青或其它渣油。 作為氣體物流例如可以使用天然氣、曱烷、乙烷、丙烷、煉油廠氣體 等。優(yōu)選第二碳質物流是氣體物流,最優(yōu)選天然氣或天然氣和煉油廠 氣體的混合物,合適地為包含曱烷和乙烷的煉油廠氣體。由于氣化反應器和下游的氣體處理步驟可以采用更筒單的設計,因此優(yōu)選是氣體 原料。此外氫對一氧化碳摩爾比會更高,因此得到較少的在水煤氣變 換反應中產(chǎn)生的二氧化碳副產(chǎn)品。含氧物流源可以是任何合適的源。優(yōu)選使用基本純氧或(任選富氧) 空氣等。此外,優(yōu)選單一的源用于連接到第一和第二氣化反應器兩者。優(yōu)選地,含氧物流包含>50 vol.% 02,優(yōu)選>90 vol.% 02,更優(yōu)選>95 vol.% 02,甚至更優(yōu)選>99 vol.% 02。優(yōu)選的氧源在所謂的空氣分離 單元中制備。這種空氣分離工藝是公知的和也稱為低溫空氣分離工藝。 在這種方法中在低溫換熱和蒸餾成氧氣、氮氣和任選地富氬物流之前 將壓縮空氣冷卻和清潔。為輸送將這些物流加壓通過氣體壓縮、液體 泵送或隨后為壓縮的泵送的組合完成。用于空氣分離單元的資金投資非常高。因此需要對于相同合成氣 體生產(chǎn)要求更低氧容量的方法。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中,空氣分 離單元的最大容量小于第一和第二氣化反應器氧要求總和的80%,特 別是如果使用兩個第 一 氣化反應器和一個第二氣化反應器時。更優(yōu)選 此百分比小于65%,特別地當使用一個第一氣化反應器和一個第二氣 化反應器時。按定義此百分比的下限是50%。本領域技術人員容易理解分布器可具有不同的實施方案,只要將 其布置以選擇性連接氧源到第 一或第二氣化反應器。術語'粗合成氣體'表示此產(chǎn)品物流可以(和通常會)在如干燥固體 脫除器、濕氣體洗滌器、變換器等之中進一步加工。在另一方面本發(fā)明提供使用含氧物流從碳質物流生產(chǎn)包含C0和 仏的合成氣體的方法,所述方法包括至少如下步驟(a) 將第一粒狀或液體碳質物流和第一含氧物流注入第一氣化反 應器,所述第一含氧物流源自氧源;(b) 在所述第 一 氣化反應器中使所述第 一碳質物流至少部分氧化, 從而獲得第一粗合成氣體;(c) 從所述第 一氣化反應器脫除步驟(b)中獲得的所述第 一粗合成氣體;(d) 將第二碳質物流和第二含氧物流注入第二氣化反應器,其中所 述第二碳質物流選自氣體和液體物流或其混合物,和其中所述第二含氧物流源自步驟(a)中使用的氧源;(e) 在第二氣化反應器中使所述第二碳質物流至少部分氧化,從而 獲得第二粗合成氣體;(f) 從所述第二氣化反應器脫除步驟(e)中獲得的所述第二粗合成 氣體。第一和第二氣化反應器可同時起作用,但特別優(yōu)選第一和笫二氣 化反應器交替使用。更優(yōu)選第二氣化反應器用作備用反應器,只是當 第 一氣化不運行例如由于操作出現(xiàn)故障不運行才使用該備用反應器。 在這種實施方案中可能限制空氣分離單元的容量到僅在第一氣化中實 施氣化所要求的容量。在第一氣化出現(xiàn)故障的情況下,第二氣化可有 利地繼續(xù)合成氣體的制備,因此利用了那個時間不由所述第一氣化反 應器使用的氧制造容量。結果保證了合成氣體的可用性,即使第一氣 化反應器或第一氣化反應器之一出現(xiàn)故障或處于熱備用,同時最小化 所要求的氧制造單元(合適地空氣分離單元)的容量。根據(jù)優(yōu)選實施方案,所述方法進一步包括如下步驟(g) 將步驟(c)中脫除的第一合成氣體或步驟(f)中脫除的第二合 成氣體輸送到變換器;和(h) 在所述變換器中使在步驟(g)中輸送的第 一或第二合成氣體中 的至少一部分CO反應以生產(chǎn)0)2和H2。本發(fā)明特別涉及一種方法,其中第 一粒狀碳質物流是石油焦炭和 其中第二碳質原料是焦化工藝的減壓渣油原料或更優(yōu)選天然氣。在其中焦化操作自身不能制備第一氣化反應器的石油焦炭原料的狀況下,使用焦化工藝的減壓渣油原料是有利的。這將使得第 一氣化反應器不能操作。焦化工藝的原料然后可合適地用于第二氣化反應器。更優(yōu)選空氣分離單元的最大容量小于石油焦炭原料的氣化的氧要 求和上述天然氣原料的氣化的氧要求的總和。本發(fā)明甚至更涉及如下用途。備用氣化反應器在一個或多個并聯(lián)操作的氣化反應器中從石油焦炭源制備合成氣體混合物和/或氫的方 法中的用途,該備用反應器能夠通過減壓渣油或更優(yōu)選天然氣和每小 時從空氣分離單元獲得的一定第一體積的氧的部分氧化而制備包含一 氧化碳和氫的備用合成氣體混合物。通過如下方式基于石油焦炭發(fā)電(aa)使石油焦炭和每小時從空氣分離單元獲得的一定第二體積的 氧部分氧化以得到合成氣體混合物,(bb)使用從步驟(aa)獲得的合成氣體和/或任選的備用合成以發(fā) 電,其中所述空氣分離單元的最大容量小于每小時第一和第二氧體積 的總和。在當人們希望例如在燃氣渦輪中在發(fā)電之前分離二氧化碳時,以 上實施方案是有利的??梢詫⒍趸歼M行隔離或合適地用于農業(yè)用 途或增強油回收。在所述優(yōu)選實施方案中從石油焦炭通過如下方式制備氫(aal)使石油焦炭和每小時從空氣分離單元獲得的一定第二體積 的氧部分氧化以得到合成氣體混合物,(bbl)將從步驟(aal)獲得的合 成氣體和/或上述的任選備用合成氣體經(jīng)歷水煤氣變換步驟,(ccl)將 變換的氣體經(jīng)歷氣體分離步驟以獲得富氫混合物,其中所述空氣分離 單元的最大容量小于每小時第一和第二氧體積的總和。氣體分離可以 通過純化氫的任何措施,例如通過膜分離或更優(yōu)選通過變壓吸收(PSA) 過程進行。
現(xiàn)在通過實施例參考非限制性附圖更詳細地描述本發(fā)明,其中 圖1示意性給出了實施本發(fā)明方法的工藝方案。 出于本描述的目的,單一的參考標記指示管線以及在所述管線中 攜帶的物流。相同的參考標記表示相似的組件。
具體實施方式
參考圖1。圖1示意性給出了生產(chǎn)合成氣體的系統(tǒng)1。系統(tǒng)1包括第一氣化反應器2、第二氣化反應器3、氧源4和變換器5。在圖l所示的實施方案中,第一氣化反應器2是煤氣化反應器 和第二氣化反應器3是氣體氣化反應器。在根據(jù)圖1的系統(tǒng)1中,將含粒狀煤的物流10和含氧物流60分 別在入口 6和7進料至煤氣化反應器2中。相似地,將含氣體的物流30和含氧物流70在入口 9和11進料至 氣體氣化反應器3中。在圖1的實施方案的正常使用期間,僅煤氣化反應器2起作用; 氣體氣化反應器3用作在煤氣化反應器2出現(xiàn)故障或在熱備用的情況 下生產(chǎn)合成氣體的備用單元。如果煤氣化反應器2起作用,氧源4將含氧物流50進料至分布器 25,它通過管線50和60選擇性連接源4到煤氣化反應器2。在此時 沒有氧進料至氣體氣化反應器3。將碳質物流IO在氣化反應器2中部分氧化,從而獲得粗合成氣體 20(通過出口 8除去)和熔渣(通過物流90除去)。出口 8位于第一氣化 反應器2的下游。為此一個或多個燃燒器(未顯示)在氣化反應器2中 存在。通常將煤氣化反應器2中生產(chǎn)的合成氣體20進料至驟冷工段(未 顯示);在此通常冷卻粗合成氣體。如圖l的實施方案所示,將在出口 8離開反應器2的合成氣體20 在變換器5中進一步處理以使至少一部分CO反應以生產(chǎn)C02和H2,從 而獲得可以進一步處理或按原樣銷售的變換的氣體物流80。如需要,可以將合成氣體物流20在進入變換器5之前,如在干燥 固體脫除單元(未顯示)中預先處理以至少部分脫除粗合成氣體20中 的干燥灰分。同樣,可以將合成氣體20進料至濕氣體洗滌器(未顯示)。如果需要定期檢查煤氣化反應器2,使氣體氣化反應器3啟動(或 已經(jīng)處于熱備用)。然后關閉煤氣化反應器2和分布器25不再(通過物 流6Q)將氧進料至煤氣化反應器2,但通過物流50和70連接氧源4 到氣體氣化反應器3。可以將在出口 12從氣體氣化反應器3脫除的合 成氣體40相似于物流20處理和也進料至變換器5。出口 12位于第二氣化反應器3的下游。在氣化反應器3中可能形成熔渣的情況下,通 過管線IOO脫除熔渣物流。根據(jù)本發(fā)明的有利實施方案,將合成氣體40進料至與源自煤氣化 反應器2的物流20相同的變換器5。在將物流40進料至相同的變換 器之前,優(yōu)選從合成氣體20例如在單獨的干燥固體脫除步驟中脫除任 何固體。在將物流40進料至相同的變換器之前,優(yōu)選將合成氣體經(jīng)歷 單獨的濕氣體洗滌器。單獨在此表示當使用備用第二氣化反應器3時, 合成氣體40不通過干燥固體脫除步驟和/或濕氣體洗滌器。 一旦煤氣 化反應器2再次準備投入使用,再啟動煤氣化反應器2。然后分布器 25切斷到氣體氣化反應器3的氧物流70,和將氧再次通過管線60進 料至煤氣化反應器2。然后將氣體氣化反應器3關閉或處于熱備用直 到下一次使用。因此在圖l的實施方案中,交替使用反應器2和3。本領域技術人員容易理解,如果需要,在反應器2和3之間的切 換可逐漸進行。因此如果要關閉反應器2,分布器25逐漸減少到反應 器2的氧物流60,同時增加到反應器3的氧物流70。結果是,對于某 一時間段分布器25同時將氧進料至反應器2、 3兩者。在圖1的實施方案中,系統(tǒng)1可包括用于加入硫以硫化變換器5 中存在的催化劑的入口。由此同一個變換器5可用于兩種不同的碳質 物流10、 30 (在此情況下"酸性變換"在變換器5中進行)。替代地, 脫硫單元(未顯示)可以存在(因此在變換器5中得到"脫硫變換")。由于變換器5是自身已知的,在此不進一步詳細討論。本領域技術人員容易理解本發(fā)明可以采用各種方式改進而不背離 權利要求書中限定的范圍。
權利要求
1.用于生產(chǎn)包含CO和H2的合成氣體(20,40)的系統(tǒng)(1),所述系統(tǒng)(1)至少包括-第一氣化反應器(2),其具有第一含氧物流(60)的入口(7)、第一粒狀或液體碳質物流(10)的入口(6)、在第一氣化反應器(2)中生產(chǎn)的粗合成氣體(20)的出口(8);-第二氣化反應器(3),其具有第二含氧物流(70)的入口(11)、第二碳質物流(30)的入口(9)和在第二氣化反應器(3)中生產(chǎn)的粗合成氣體(40)的出口(12),所述第二碳質物流(30)選自氣體和液體物流或其混合物;-含氧物流(50)的源(4);和-分布器(25),其用于流體連接所述源(4)到所述第一氣化反應器(2)的第一含氧物流(60)的入口(7)和到所述第二氣化反應器(3)的第二含氧物流(70)的入口(11);其中布置所述分布器(25)以選擇性連接所述源(4)到第一(2)或第二(3)氣化反應器。
2. 權利要求1的系統(tǒng)(l),其中所述第二碳質物流(30)是氣體物流。
3. 權利要求1或2的系統(tǒng)(l),其中所述含氧物流(50)包含>50 vol. % 02,優(yōu)選>90 vol. % 02,更優(yōu)選>95 vol. % 02,甚至更優(yōu)選>99 vol. %02。
4. 權利要求3的系統(tǒng)(1),其中含氧物流的源(4)是最大氧容量小 于第一(2)或第二(3)氣化反應器的氧要求總和的80%的空氣分離單元。
5. 權利要求4的系統(tǒng),其中具有兩個第一氣化反應器和一個第二 氣化反應器。
6. 權利要求4的系統(tǒng),其中所述空氣分離單元的最大氧容量小于 第一(2)或第二(3)氣化反應器的氧要求總和的65%。
7. 權利要求6的系統(tǒng),其中具有一個第一氣化反應器和一個第二氣化反應器。
8. 前述權利要求一項或多項的系統(tǒng)(l),其中所述系統(tǒng)(l)進一步 包括連接到第一和第二氣化反應器(2, 3)的粗合成氣體(20, 40)的出口 (8, 12)的變換器(5),在所述變換器(5)中可以使至少一部分C0反應以生產(chǎn)C02和H2。
9. 使用含氧物流(50)從碳質物流(10, 30)生產(chǎn)包含CO和H2的合成 氣體(20, 40)的方法,所述方法包括至少如下步驟(a) 將第 一粒狀或液體碳質物流(10)和第 一含氧物流(60)注入第一 氣化反應器(2),所述第一含氧物流(60)源自氧源(4);(b) 在所述第一氣化反應器(2)中使所述第一碳質物流(10)至少部 分氧化,從而獲得第一粗合成氣體(20);(c) 從所述第 一氣化反應器(2)脫除步驟(b)中獲得的所述第 一粗合 成氣體(20);(d) 將第二碳質物流(30)和第二含氧物流(70)注入第二氣化反應器 (3),其中所述第二碳質物流(30)選自氣體和液體物流或其混合物,和 其中所述第二含氧物流(70)源自步驟(a)中使用的氧源(4);(e) 在第二氣化反應器(3)中使所述第二碳質物流(30)至少部分氧 化,從而獲得第二粗合成氣體(40);(f) 從所述第二氣化反應器(3)脫除步驟(e)中獲得的所述第二粗合 成氣體(40),和其中交替使用所述第一和第二氣化反應器(2, 3)。
10. 權利要求9的方法,其中所述第二碳質物流(30)是氣體物流。
11. 前述權利要求9-10—項或多項的方法,其中所述含氧物流(50) 包含>50 vol.% 02,優(yōu)選>90 vol.% 02,更優(yōu)選>95 vol.% 02,甚至更 優(yōu)選>99 vol.% 02。
12. 前述權利要求9-11 一項或多項的方法,其中所述方法進一步 包括如下步驟(g) 將步驟(c)中脫除的第一合成氣體(20)或步驟(f)中脫除的第二 合成氣體(40)輸送到變換器(5);和(h) 在所述變換器(5)中使在步驟(g)中輸送的第一或第二合成氣體(20, 40)中的至少一部分C0反應以生產(chǎn)C02和H2。
13. 備用氣化反應器在一個或多個并聯(lián)操作的氣化反應器中從石油 焦炭源發(fā)電的方法中的用途,該備用反應器能夠通過減壓渣油或更優(yōu)選 天然氣和每小時從空氣分離單元獲得的一定第一體積的氧的部分氧化 而制備包含一氧化碳和氫的備用合成氣體混合物,和其中通過如下方式 從石油焦炭獲得電力(aa)使石油焦炭和每小時從空氣分離單元獲得的一定第二體積的 氧部分氧化以得到合成氣體混合物,(bb)使用從步驟(aa)獲得的合成氣體和/或備用合成混合物以發(fā) 電,其中所述空氣分離單元的最大容量小于每小時第一和第二氧體積的 總和。
14. 權利要求13的用途,其用于權利要求l-7任一項的系統(tǒng)中。
15. 備用氣化反應器在一個或多個并聯(lián)操作的氣化反應器中從石油 焦炭源制備氫的方法中的用途,該備用反應器能夠通過減壓渣油或優(yōu)選 天然氣和每小時從空氣分離單元獲得的一定第一體積的氧的部分氧化 而制備包含一氧化碳和氫的備用合成氣體混合物,和其中通過如下方式 從石油焦炭制備氫(aal)使石油焦炭和每小時從空氣分離單元獲得的一定第二體積的 氧部分氧化以得到合成氣體混合物,(bbl)將從步驟(aal)獲得的合成氣體和/或備用合成氣體混合物經(jīng) 歷水煤氣變換步驟,(ccl)將變換的氣體經(jīng)歷氣體分離步驟以獲得富氫混合物,其中所 述空氣分離單元的最大容量小于每小時第一和第二氧體積的總和。
16. 權利要求15的方法,其中氣體分離過程是變壓吸收過程。
17. 權利要求15-16任一項的用途,其用于權利要求1-7任一項的系 統(tǒng)中。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于生產(chǎn)包含CO和H<sub>2</sub>的合成氣體(20,40)的系統(tǒng)(1),所述系統(tǒng)(1)至少包括第一氣化反應器(2),其具有第一含氧物流(60)的入口(7)、第一粒狀或液體碳質物流(10)的入口(6)、在第一氣化反應器(2)中生產(chǎn)的粗合成氣體(20)的出口(8);第二氣化反應器(3),其具有第二含氧物流(70)的入口(11)、第二碳質物流(30)的入口(9)和在第二氣化反應器(3)中生產(chǎn)的粗合成氣體(40)的出口(12),所述第二碳質物流(30)選自氣體和液體物流或其混合物;含氧物流(50)的源(4);和分布器(25),其用于流體連接所述源(4)到所述第一氣化反應器(2)的第一含氧物流(60)的入口(7)和到所述第二氣化反應器(3)的第二含氧物流(70)的入口(11);其中布置所述分布器(25)以選擇性連接所述源(4)到第一(2)或第二(3)氣化反應器。
文檔編號C01B3/36GK101218170SQ200680024584
公開日2008年7月9日 申請日期2006年7月3日 優(yōu)先權日2005年7月5日
發(fā)明者G·格羅特威爾德, P·L·蘇德維爾德 申請人:國際殼牌研究有限公司