用于液體燃料生產(chǎn)的混合裝置以及當所述混合裝置中的氣化單元在小于它的設計生產(chǎn)能 ...的制作方法
【專利說明】用于液體燃料生產(chǎn)的混合裝置以及當所述混合裝置中的氣 化單元在小于它的設計生產(chǎn)能力下運行或不運行時運行所 述混合裝置的方法 發(fā)明領域
[0001] 本發(fā)明涉及液體燃料的生產(chǎn)，且更具體地涉及使用輕質(zhì)化石燃料（用于例如甲 烷、天然氣、液化石油氣、石腦油）以及固體原料例如生物質(zhì)、煤、石油焦炭等等從含氫氣和 一氧化碳的物流低成本生產(chǎn)液體燃料的混合裝置。
[0002] 相關技術描述
[0003] 可從固體原料生產(chǎn)液體燃料，其通過首先氣化固體原料物質(zhì)來形成含氫氣和一氧 化碳的物流（氣化器-合成氣），所述含氫氣和一氧化碳的物流進一步被處理以形成期望的 液體燃料產(chǎn)物。典型地，使用已知的氣化器技術的單生產(chǎn)線（single train)氣化設備例如 氣流床（entrained flow)、固定床或移動床以及流化床將具有小于90%的年利用率。
[0004] 期望更高的氣化器利用率以增加產(chǎn)品收益來抵消整個項目的投資成本。第二和甚 至第三氣化單元（兩個運行和一個備用）被包括在這類項目中以改善總的產(chǎn)品可用性以及 項目經(jīng)濟效果。額外的固體加工和氣化生產(chǎn)線的包括為資本密集型的。此外，用于液體生 產(chǎn)的傳統(tǒng)氣化系統(tǒng)通常被設計成具有啟動/輔助鍋爐以提供起動單元運行例如原料干燥、 氣化（其中蒸汽通常被使用作為慢化劑（moderator)以控制氣化器溫度），以及在酸性氣體 去除系統(tǒng)中所使用的溶劑的再生所需的蒸汽。這些鍋爐增加整個項目的成本。
[0005] 在設計條件下，由固體原料例如煤、生物質(zhì)、石油焦炭等等的氣化所產(chǎn)生的氣化 器-合成氣典型地具有遠小于2,且通常小于1的氫氣與一氧化碳（H2:C0)的摩爾比率。遠 小于2的H2 = CO比率對于將氣化器-合成氣轉(zhuǎn)化為液體燃料產(chǎn)物例如費-托液體、甲醇等 等而言不是最佳的。為改善液體燃料產(chǎn)物的產(chǎn)量，幾個選項是可利用的，以調(diào)整在液體燃料 生產(chǎn)單元的進料中的H2:CO比率。例如，一種方法為使所述氣化器-合成氣經(jīng)受水煤氣變 換反應以首先增大它的H2:C0比率然后將其轉(zhuǎn)化為液體燃料產(chǎn)物；另一種方法為與含有氫 氣和一氧化碳的氣體（具有更高的H2:C0比率）混合以形成含期望H2:C0比率的混合物；又 一種方法為添加氫氣來增大H2: CO比率，又一種方法為這些的某種組合。
[0006] 也可通過蒸汽甲烷轉(zhuǎn)化（SMR)、自熱轉(zhuǎn)化（ATR)、蒸汽甲烷轉(zhuǎn)化和自熱轉(zhuǎn)化的組合 (也被稱為二段轉(zhuǎn)化）形成含氫氣和一氧化碳的物流（合成氣體，其被進一步處理以形成 所期望的液體燃料產(chǎn)物）來從輕質(zhì)化石燃料生產(chǎn)液體燃料。典型地，含SMR、ATR或SMR和 ATR的組合的這類輕質(zhì)化石燃料轉(zhuǎn)化單元將具有大于98%的年利用率。
[0007] Van Dijk等人的美國專利4, 407, 973公開了含有兩個甲醇裝置的聯(lián)合系統(tǒng)。第一 甲醇裝置被設計成使用由蒸汽甲烷轉(zhuǎn)化裝置所生產(chǎn)的含氫氣和一氧化碳的氣體。第二甲醇 裝置被設計成使用兩種氣體，其中一種氣體為來自第一甲醇裝置的吹掃氣體而含有氫氣和 一氧化碳的另一種氣體通過重碳質(zhì)燃料例如煤的高溫部分氧化所生產(chǎn)。設計所述兩種裝置 以便當兩種裝置都運行時所述聯(lián)合系統(tǒng)的甲醇產(chǎn)量在使用蒸汽甲烷轉(zhuǎn)化裝置的第一甲醇 裝置的設計生產(chǎn)能力的1. 45和1. 75之間。來自蒸汽甲烷轉(zhuǎn)化裝置并被進料至第一甲醇裝 置的含氫氣和一氧化碳的氣體含有超過甲醇合成反應所需的氫氣。過量氫氣最終成為吹掃 流，并且具有遠比進料中高的氫氣與一氧化碳的比率。第二甲醇裝置實際上按照利用結(jié)合 了通過煤的高溫部分氧化所生產(chǎn)的含氫氣和一氧化碳的氣體的吹掃流來產(chǎn)出在第一甲醇 裝置的設計生產(chǎn)能力的45%和75%之間的額外的甲醇的尺寸制造。當高溫部分氧化單元 不可用時，則所述聯(lián)合系統(tǒng)的產(chǎn)量為聯(lián)合系統(tǒng)設計生產(chǎn)能力的約57% (1/1.75)或約69% (1/1. 45) 〇
[0008] Le Blanc等人的美國專利4, 443, 560公開了含有兩個甲醇裝置的聯(lián)合系統(tǒng)。第一 甲醇裝置被設計成使用通過蒸汽甲烷轉(zhuǎn)化裝置所生產(chǎn)的含氫氣和一氧化碳的氣體。來自第 一甲醇裝置的吹掃氣體首先通過與蒸汽和氧氣在轉(zhuǎn)化催化劑的存在下的接觸在二段轉(zhuǎn)化 裝置內(nèi)被處理和然后被轉(zhuǎn)入第二甲醇裝置中。第二甲醇裝置使用該經(jīng)過處理（轉(zhuǎn)化）的吹 掃氣體以及通過重碳質(zhì)燃料例如煤的高溫部分氧化所生產(chǎn)的含氫氣和一氧化碳的氣體。其 還公開了，若不存在第一甲醇裝置或第一甲醇裝置不是所期望的，那么離開蒸汽甲烷轉(zhuǎn)化 裝置的含氫氣和一氧化碳的氣體直接被送入二段轉(zhuǎn)化裝置中并用氧氣和蒸汽在轉(zhuǎn)化催化 劑的存在下處理。來自二段轉(zhuǎn)化裝置的排出物被冷卻并經(jīng)受冷凝液去除，然后與通過重碳 質(zhì)材料例如煤的高溫部分氧化所生產(chǎn)的含氫氣和一氧化碳的氣體混合。所得混合物然后進 料至第二或唯一的甲醇裝置中。
[0009] Routier的美國專利7, 863, 341 B2描述了用于從兩個來源生產(chǎn)含氫氣和一氧化 碳的氣體以形成含最佳氫氣與一氧化碳比率的氣體（其作為在費-托法中的原料使用）的 綜合工藝。第一來源例如煤、泥炭、瀝青具有低的氫氣與碳的比率。該第一來源在氣化器內(nèi) 與氧氣接觸以生產(chǎn)具有典型地在〇. 5:1和0. 8:1之間的氫氣與一氧化碳的比率的合成氣。 第二來源例如天然氣、煤層甲烷氣具有高的氫氣與碳的比率。第二來源在蒸汽甲烷轉(zhuǎn)化裝 置（SMR)中與蒸汽反應以生產(chǎn)具有典型地在5:1和6:1之間的氫氣與一氧化碳的比率的合 成氣。以合適的比例結(jié)合來自氣化單元和SMR的合成氣以形成費-托法的原料氣體，其具 有約2的氫氣與一氧化碳的比率。
[0010] Chakravarti等人的美國公開2011/0218254 Al公開了生產(chǎn)用于生產(chǎn)費-托液體、 乙醇等的原料氣體的工藝構(gòu)造（configuration)。通過混合合適比例的來自固體原料的氣 化和輕質(zhì)化石燃料的轉(zhuǎn)化的含氫氣和一氧化碳的物流以及來自液體燃料生產(chǎn)單元的含烴 的副產(chǎn)物流形成原料氣體。在某些構(gòu)造中，來自固體原料氣化的排出物經(jīng)受部分氧化從而 將較重的烴類轉(zhuǎn)化為至少氫氣和一氧化碳。
[0011] 持續(xù)存在對液體燃料生產(chǎn)方法以及裝置的需要，其增加產(chǎn)品收益從而抵消整個項 目的投資成本。本發(fā)明的目的為從含氫氣和一氧化碳的氣體生產(chǎn)液體燃料產(chǎn)物以提供改善 的產(chǎn)品可用性和項目經(jīng)濟效果，所述含氫氣和一氧化碳的氣體通過使用氧氣轉(zhuǎn)化固體原料 和通過使用氧氣轉(zhuǎn)化輕質(zhì)化石燃料形成。
[0012] 本發(fā)明的目的還為在各種條件下（包括當固體原料轉(zhuǎn)化單元不運行或在低于額 定生產(chǎn)能力下運行時）保持液體燃料生產(chǎn)接近額定生產(chǎn)能力。通過保持液體燃料生產(chǎn)在設 計生產(chǎn)能力的可接受范圍內(nèi)最大化設備利用率和生產(chǎn)率。通過實現(xiàn)高的利用率（不存在額 外的設備例如備用氣化器）來降低項目成本。
[0013] 本發(fā)明的其它目的和方面對于閱讀完本說明書、附圖和附錄的權(quán)利要求后的本領 域普通技術人員而言將會是顯而易見的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供方法和混合裝置，用于在各種條件下從固體原料物 質(zhì)和輕質(zhì)化石燃料在接近額定生產(chǎn)能力下生產(chǎn)液體燃料產(chǎn)物。
[0016] 所述混合裝置包含將固體原料物質(zhì)轉(zhuǎn)化為含氫氣和一氧化碳的合成氣（從此處 起稱之為氣化器-合成氣）的氣化單元，使用自熱轉(zhuǎn)化裝置（ATR)或蒸汽甲烷轉(zhuǎn)化裝置 (SMR)和自熱轉(zhuǎn)化裝置（ATR)的組合將輕質(zhì)化石燃料轉(zhuǎn)化為含氫氣和一氧化碳的氣體（從 此處起稱之為富含4的合成氣）的輕質(zhì)化石燃料轉(zhuǎn)化單元，以及含費-托反應器或甲醇反 應器或類似的和相關的產(chǎn)物改質(zhì)系統(tǒng)用于將含氫氣和一氧化碳的氣體轉(zhuǎn)化為液體燃料產(chǎn) 物的液體燃料生產(chǎn)單元。所述氣化單元、所述輕質(zhì)化石燃料轉(zhuǎn)化單元和所述液體生產(chǎn)單元 按照能夠在接近額定生產(chǎn)能力下生產(chǎn)液體燃料產(chǎn)物的尺寸制造。
[0017] 所述方法包括：通過使用氧氣氣化固體原料形成含氫氣和一氧化碳的氣化器-合 成氣；通過使用氧氣使輕質(zhì)化石燃料經(jīng)受蒸汽轉(zhuǎn)化以及部分氧化反應形成含氫氣和一氧化 碳的富含H2的合成氣；從氣化器-合成氣和/或富含H 2的合成氣生產(chǎn)液體燃料產(chǎn)物，其中 在正常運行期間，即當氣化器-合成氣和富含H2的合成氣同時以設計流量可得時，所述富 含H2的合成氣提供至少50 %的氫氣和一氧化碳以及少于80 %的所述液體燃料生產(chǎn)單元中 的一氧化碳進料。
[0018] 當降低量的氣化器-合成氣可從混合裝置中的氣化單元得到時，則輕質(zhì)化石燃料 轉(zhuǎn)化單元的輕質(zhì)化石燃料進料得以增加；在輕質(zhì)化石燃料轉(zhuǎn)化單元內(nèi)的自熱轉(zhuǎn)化裝置的氧 氣進料（input)通過轉(zhuǎn)移至少一部分的氣化單元氧氣進料得以增加；所述輕質(zhì)化石燃料轉(zhuǎn) 化單元的蒸汽與碳的比率得以下降；在所述輕質(zhì)化石燃料轉(zhuǎn)化單元內(nèi)所生產(chǎn)的富含H2的合 成氣（有或沒有與來自所述氣化單元的氣化器-合成氣混合）被進料至所述液體燃料生產(chǎn) 單元以在所述混合裝置設計生產(chǎn)率的70%至110%之間的生產(chǎn)率下生產(chǎn)液體燃料產(chǎn)物。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述自熱轉(zhuǎn)化器的氧氣進料通過轉(zhuǎn)移至少10 %的氣化單 元氧氣進料設計值得以增加。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的又一方面，CO2流再循環(huán)至所述自熱轉(zhuǎn)化裝置。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明的又一方面，當減少量的氣化器-合成氣從所述氣化單元可得時，則 進行以下調(diào)整中的一種或更多種： -當所述輕質(zhì)化石燃料轉(zhuǎn)化單元含有與下游自熱轉(zhuǎn)化裝置聯(lián)結(jié)的蒸汽甲烷轉(zhuǎn)化裝置 時，所述輕質(zhì)化石燃料轉(zhuǎn)化單元的蒸汽與碳的比率下降至大于1.8的值，或者當所述輕質(zhì) 化石燃料轉(zhuǎn)化單元僅含有自熱轉(zhuǎn)化裝置時，所述蒸汽與碳的比率下降至大于〇. 4的值 -增加輕質(zhì)化石燃料進料以便在運行溫度和壓力下自熱轉(zhuǎn)化裝置的排放氣體流量（例 如每小時實際立方英尺的實際體積流速）不超過設計值 -增加輕質(zhì)化石燃料進料以便離開〇)2去除單元（與所述輕質(zhì)化石燃料轉(zhuǎn)化單元流體 相通）的富含4的合成氣的流速不超過設計值 -增加所述輕質(zhì)化石燃料轉(zhuǎn)化單元的氧氣進料以便自熱轉(zhuǎn)化裝置的排放氣體溫度不超 過設計值 -所述輕質(zhì)化石燃料轉(zhuǎn)化單元的額外的輕質(zhì)化石燃料進料被引入自熱轉(zhuǎn)化裝置中 -所述輕質(zhì)化石燃料轉(zhuǎn)化單元的額外的輕質(zhì)化石燃料進料被引入與在所述化石燃料轉(zhuǎn) 化單元內(nèi)的下游自熱轉(zhuǎn)化裝置連接的蒸汽甲烷轉(zhuǎn)化裝置中 -所述輕質(zhì)化石燃料轉(zhuǎn)化單元的額外的輕質(zhì)化石燃料進料被分成兩物流，其中第一物 流被進料至與在所述輕質(zhì)化石燃料轉(zhuǎn)化單元內(nèi)的下游自熱轉(zhuǎn)化裝置聯(lián)結(jié)的蒸汽甲烷轉(zhuǎn)化 裝置，并且第二物流被直接進料至下游自熱轉(zhuǎn)化裝置 -一部分的富含H2的合成氣被進一步處理以回收氫氣產(chǎn)物。 -從所述氣化單元轉(zhuǎn)移至所述輕質(zhì)化石燃料轉(zhuǎn)化單元的氧氣來自在混合裝置內(nèi)的空氣 分離單元或來自在混合裝置外的空氣分離單元。