CN102333850A - 供给合成气的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

供给合成气的方法，其包括使含碳进料与氧化剂反应以生成合成气；将全部或部分的该生成的合成气送到地下储存场所以产生合成气缓冲区；和从地下储存场所取回合成气并将取回的合成气供入下游处理单元，该下游处理单元基本上连续地转化合成气。便利地该下游处理单元可以包括水煤气变换单元以及本发明进一步提供供给合成气的系统，其包括：气化单元，其用于由含碳进料和氧化剂产生合成气，且至少直接或间接地与地下储存场所相连；地下储存场所，其用于产生合成气缓冲区，且至少直接或间接地与气化单元相连以及至少直接或间接地与水煤气变换单元相连；和水煤气变换单元，其用于产生变换的合成气，且至少直接或间接地与地下储存场所相连。

Description

供给合成气的方法和系统
发明领域
本发明涉及供给合成气的方法和系统。
发明背景
合成气，也称作合成气体，是包含氢气和一氧化碳的气体。另外，合成气可能包含二氧化碳、水和/或其它组分如氮气、氩气或含硫化合物。合成气例如可以在煤的气化工艺中或甲烷蒸汽重整工艺中产生。
合成气可以用于产生电力和/或化学品。由合成气产生电力和/或化学品要求在高可靠性下供给合成气。合成气生产的中断、例如为了维护、修理和/或在紧急情况下的中断造成合成气向下游的电力和/或化学品生产单元的供给中的不期望间断。
另外，对电力和/或化学品的需求以及因此对合成气的需求可能及时波动。例如，电力需求在白天和/或在冬季可能较高，在夜间和/或在夏季可能较低。
在现有技术中描述了解决与合成气供给和/或合成气需求波动有关的问题的若干方法。
US2007/0137107描述了如下工艺：其中在非峰值电力需求期间将至多100体积％的润湿的合成气流通到水煤气变换反应器中并将至多100体积％变换的合成气转化成化学品。另外在峰值电力需求期间将至多100体积％的润湿的合成气流通到发电工艺。然而，US2007/0137107中所述的工艺不能解决任何归因于合成气供给不连续的问题。例如由于维护、修理和/或在紧急情况下，当合成气生产不得不中断时，下游的水煤气变换反应器和/或发电工艺也不得不中断。
US4353214描述了有效储存和取回一间或多间电力装置所产生的过剩能量的方法。在US4353214的图5和图6中显示了可逆的重整和甲烷化反应。在储存周期中，富甲烷的工作流体从低压洞穴(cavern)输送到重整反应室。由非峰值期间电力系统的电力输出提供用于该反应的热量。将反应产物一氧化碳和氢气冷却压缩并且通到高压洞穴进行储存，直到峰值需求时期出现为止。在发电周期中，将包含一氧化碳和氢气的流体从高压洞穴释放到发生放热甲烷化反应的反应器中。膨胀的流体驱动汽轮机和发电机组合以获得补充的峰值电力需求。US4353214进一步描述了天然存在或挖掘的洞穴可以进行改造用于该发明。提及现有的盐矿(salt mine)作为实例。然而，US4353214中所述的工艺仅仅将合成气用作储能系统的一部分。合成气不离开该储能系统。合成气只是暂时转化成甲烷，也就是在峰值电力需求期间转化，在非峰值时期又转化回合成气。该工艺没有提供用于连续的合成气供给的工艺。US4353214中所述方法的另一缺点是该工艺所需的复杂的硬件。
Higman和van der Burgt在其手册“Gasification”(Elsevier，2003)第7章第7.3.6节中指出，波动的电网电力需求引起与发电厂一样久远的问题。Higman和van der Burgt提及的解决方案之一是以使得发电厂能够在遵循需求特性曲线的同时连续运行的方式储存能量。Higman和van der Burgt提及多种储能选择，例如飞轮、磁电-流体力学环、可逆化学反应、地下岩层中的加压空气和水力发电。按他们所说，只有后者在商业上成功。
拥有改进的供给合成气的方法和/或系统将会是本领域的进步，其容许使用合成气的下游处理单元不依赖合成气生产中的波动和/或不连续，在遵循需求特性曲线的同时连续运行。
发明概述
现已提供这样的改进方法和/或系统。
因此，本发明提供供给合成气的方法，其包括：
a)使含碳进料与氧化剂反应以生成合成气；
b)将全部或部分在步骤a)中生成的合成气送到地下储存场所以产生合成气缓冲区；和
c)从地下储存场所取回合成气并将取回的合成气供入下游处理单元，该下游处理单元基本上连续地转化合成气。
本发明的方法容许使用合成气的下游处理单元不依赖合成气生产中的波动和/或不连续，在遵循它们的需求特性曲线的同时连续运行。本发明的方法产生对任何工艺、工艺的下游单元或系统、由含碳进料和氧化剂产生合成气的单元或系统的基本上连续的合成气供给。
当已经例如在酸性气体脱除单元中冷却和干燥过合成气时，在地下储存场所中储存可能使合成气吸水。吸收的水量可能取决于地下储存场所中的温度和湿度。因此在地下储存场所中储存之后合成气的含水量增加。现已发现在将合成气送到任何基本上连续地转化合成气的下游处理单元之前首先将它送到水煤气变换单元时，可以有利地利用这些水。
因此本发明进一步提供供给合成气的系统，其包括：
a)气化单元，其用于由含碳进料和氧化剂产生合成气，且至少直接或间接地与地下储存场所相连；
b)地下储存场所，其用于产生合成气缓冲区，且至少直接或间接地与气化单元相连以及至少直接或间接地与水煤气变换单元相连；和
c)水煤气变换单元，其用于产生变换的合成气，且至少直接或间接地与地下储存场所相连。
以本发明的这种系统，合成气(优选冷却和干燥过的合成气)在地下储存场所中储存期间所吸收的水可以有利地用于在变换的合成气中产生更高的氢气与一氧化碳摩尔比或者用于减少水煤气变换单元中需要添加的水的量。
附图简要说明
图1示意性地显示本发明的工艺和系统。
发明详述
含碳进料理解为包含某一形式的碳的进料。步骤a)中的含碳进料可以是任何本领域技术人员已知适合于产生合成气的含碳进料。含碳进料可以包含固体、液体和/或气体。实例包括天然气、甲烷、煤例如褐煤、烟煤、次烟煤、无烟煤、沥青质、油页岩、油砂、重油、泥煤、生物质、石油重整残余物例如石油焦、沥青、减压渣油、或它们的组合。在一种有利的实施方案中，含碳进料为固体而且包含煤或石油焦。
本发明的方法和/或系统与煤气化工艺组合使用是特别有利的，因为煤气化单元的可靠性可能低于例如甲烷蒸汽重整单元的可靠性。在煤气化单元中，合成气生产的中断可能比在甲烷蒸汽重整单元中更频繁地发生。因此，为了容许合成气向下游加工单元例如发电用的燃气轮机或化学品生产厂的连续供给，储存煤气化工艺所生成的合成气的需要可能更高。
如果含碳进料为固体、例如煤的话，该固体含碳进料可以例如以连同水或液态二氧化碳的淤浆形式或者以连同载气的粉末形式供入气化反应器。合适载气的实例包括氮气、二氧化碳、循环合成气或它们的混合物。载气的使用例如在WO-A-2007042562中得到描述。
步骤a)中的氧化剂可以是任何能够氧化含碳进料的化合物。氧化剂可以例如包括氧气、空气、富氧空气、水(例如在甲烷或天然气的蒸汽重整反应中)、二氧化碳(在产生一氧化碳的反应中)或它们的混合物。如果将含氧气体用作氧化剂，所用的含氧气体可以是纯氧、氧气与蒸汽的混合物、氧气与二氧化碳的混合物、氧气与空气的混合物或纯氧、空气和蒸汽的混合物。
在一种特定的实施方案中，氧化剂为含氧气体，其含有超过80vol％、超过85vol％、超过90vol％、超过95vol％或超过99vol％的氧气。优选基本上纯的氧气。上述基本上纯的氧气例如可以由空气分离单元(ASU)制备。
所用的氧化剂可以在与含碳进料接触之前进行加热，例如加热到约50-300℃的温度。
在一些气化工艺中，还可以将温度缓和剂引入反应器中。合适的缓和剂包括蒸汽和二氧化碳。
可以通过使含碳进料与氧化剂按照本领域已知的任何方法反应产生合成气。例如它可以在气化工艺中通过气化反应产生或者在蒸汽重整工艺中通过重整反应产生。在一种实施方案中，步骤a)中的合成气可以通过含碳进料如天然气或甲烷用水在蒸汽重整反应器中的蒸汽重整产生。在另一实施方案中，步骤a)中的合成气可以通过含碳进料如煤用含氧气体在气化反应器中的至少部分氧化产生。
在一种优选实施方案中，步骤a)中含碳进料与氧化剂的反应包括含碳进料如煤或石油焦用含氧气体在气化反应器中的部分氧化。
离开气化反应器的合成气有时也被称作粗制合成气。该粗制合成气可以在若干的下游冷却和净化步骤中进行冷却和净化。气化反应器与冷却和净化步骤的整体有时也被称作气化单元。
合适的气化工艺、用于所述气化工艺的反应器和气化单元的实例在Elsevier(2003)出版的Christopher Higman和Maarten van derBurgt的“Gasification”中、尤其是分别在第4和第5章中得到描述。合适的气化工艺、反应器和单元的更多实例在US2006/0260191、WO2007125047、US20080172941、EP0722999、EP0661373、US20080142408、US20070011945、US20060260191和US6755980中得到描述。
在一种优选实施方案中，步骤a)包括如C.Higman和M.van derBurgt的“Gasification”，2003，Elsevier Science，第5.3章，第109-128页所述的所谓的气流床气化工艺。
步骤a)中含碳进料与氧化剂的反应可以在技术人员已知适合于该目的的任何温度或压力下进行。
当步骤a)中的反应包括含碳进料如煤用含氧气体在气化反应器中的部分氧化时，上述部分氧化优选在1000-2000℃、更优选1200-1800℃的温度下进行。该部分氧化进一步优选在10-70巴、更优选20-60巴、甚至更优选25-50巴的压力下进行。
由步骤a)中的反应生成的合成气包含氢气和一氧化碳以及可以进一步包含其它组分如二氧化碳和含硫化合物如硫化氢和硫化羰。
步骤a)中生成的合成气可以在通到地下储存场所之前进行冷却和净化。离开气化反应器的合成气可以例如通过用水或蒸汽直接骤冷、用循环合成气直接骤冷、换热器或上述冷却步骤的组合冷却以产生冷却的合成气。在换热器中，可以回收热量。该热量可以用于产生蒸汽。
可能存在于生成的合成气中的炉渣和/或其它熔融固体可以合适地从气化反应器的下端排放。
冷却的合成气可以经历干燥固体脱除，例如旋风分离器或高压高温陶瓷过滤器，和/或湿法洗涤工艺，从而产生净化的合成气。
在步骤b)中，将步骤a)中生成的、优选冷却和净化过的合成气送到地下储存场所以产生合成气缓冲区。合成气缓冲区理解成为了后面的使用储存的相当数量的合成气。
在步骤b)中合成气可以在技术人员已知适合于该目的的任何温度或压力下储存。
可以在与步骤a)中生成合成气时的压力相比更高、相等或更低的压力下将合成气储存在地下储存场所中。
此外可以在与合成气在地下储存场所中储存时的压力相比更高、相等或更低的压力下将合成气随后用于下游处理单元中。
在一种优选实施方案中，在合成气于步骤a)中生成之后将它压缩并在与它生成时的压力相比更高的压力下储存在地下储存场所中。在该实施方案中，从地下储存场所取回合成气之后可以将它再次减压或可以不减压并在与它取回时的压力相比更低、几乎相等或相等的压力下供给下游处理单元。控制阀可以调节向下游处理单元的合成气供给的精确压力。
在另一优选实施方案中，在与步骤a)中生成合成气时的压力相比更低、几乎相等或相等的压力下将合成气储存在地下储存场所中。在该实施方案中，从地下储存场所取回合成气之后可以将它压缩并在与它取回时的压力相比更高的压力下供给下游处理单元。
优选将合成气在10-400巴、优选30-200巴和更优选50-150巴、最优选70-100巴的压力下储存在地下储存场所中。
在一种特别优选的实施方案中，在含碳进料如煤与氧化剂于20-70巴或更优选30-50巴的压力下的反应中生成合成气。随后可以将合成气在压缩机中压缩到50-150巴、更优选70-100巴的压力并在上述的更高压力下储存在地下储存场所中。此后可以使合成气的压力再次降至50-80巴的压力以便使它适合用于下游处理单元、例如低压甲醇生产单元。
可以在与步骤a)中生成合成气时的温度相比更高、相等或更低的温度下将合成气储存在地下储存场所中。
此外可以在与合成气在地下储存场所中储存时的温度相比更高、相等或更低的温度下将合成气随后用于下游处理单元中。
合成气优选在其周围环境的温度下储存在地下储存场所中，适宜地在0-200℃、优选0-100℃和更优选5-80℃的温度下。在另一优选实施方案中，从地下储存场所取回之后且用于下游处理单元之前再次加热合成气。
所述地下储存场所优选是地下洞穴。该地下洞穴可以是天然洞穴或预制的洞穴。地下洞穴的实例包括枯竭的油气田、地下多孔岩石结构、粘土或页岩地层中的洞穴、或采矿行为所产生的洞穴或它们的组合。在一种尤其优选的实施方案中，地下储存场所包括一个或多个岩盐溶腔(salt cavity)，也称作盐丘。
将地下洞穴用于储存合成气的优势之一是这类洞穴的成本低，因为它一般先于其在本发明工艺和/或系统中的应用存在。
酸性气体如二氧化碳和/或含硫化合物如硫化氢和硫化羰可以在所述工艺的一个或多个不同阶段从合成气中除去。这些酸性气体优选在酸性气体脱除单元中从合成气中除去以产生低硫合成气(sweetsynthesis gas)。酸性气体的脱除可以通过所谓的物理吸收和/或通过化学溶剂提取工艺进行。
在一种实施方案中，可以在步骤b)中将合成气送到地下储存场所之前从步骤a)中生成的、优选冷却和净化过的合成气中脱除酸性气体。
在另一实施方案中，可以在从地下储存场所取回合成气之后从中脱除酸性气体。
酸性气体脱除单元不仅脱除酸性气体，而且脱除存在于合成气中的水。由酸性气体脱除单元得到的净化的合成气因此是冷却和干燥的。可以例如将它冷却到5-100℃、更优选20-70℃的温度，以及其含水量可以减少到0-5vol％、更优选0-1vol％乃至0-0.1vol％的含水量。
在地下储存场所中储存期间，冷却和干燥过的合成气可能吸收少量的水，该合成气的含水量可能增加。现已发现在将合成气送到任何连续地转化合成气的下游处理单元之前首先将它供给水煤气变换单元时，可以有利地利用这些水。在水煤气变换单元中，储存期间吸收的额外的水可以与一氧化碳反应以形成二氧化碳和氢气。
在合成气为在步骤b)中于地下储存场所储存期间吸水的冷却和干燥过的合成气的一种优选实施方案中，步骤c)中的下游处理单元包括连续地转化合成气以产生变换的合成气的水煤气变换单元。该变换的合成气可以随后在连续地将变换的合成气转化成电力和/或化学品如甲醇、氨或费-托产物的更下游的处理单元中进行处理。
因此，在一种优选实施方案中，本发明进一步提供供给润湿的合成气的方法，其包括：
a)使含碳进料与氧化剂反应以生成合成气以及随后冷却和干燥该生成的合成气以产生冷却和干燥过的合成气；
b)将全部或部分在步骤a)中生成的冷却和干燥过的合成气送到地下储存场所，在那里合成气吸水，从而产生包含润湿合成气的合成气缓冲区；和
c)从地下储存场所取回润湿合成气并将取回的润湿合成气供入水煤气变换单元，该水煤气变换单元基本上连续地转化合成气以生成变换的合成气。
在一种特别优选的实施方案中，生成的合成气的冷却和干燥在酸性气体脱除单元中进行，产生低硫、冷却和干燥过的合成气。因此步骤a)优选进一步包括该生成的合成气在酸性气体脱除单元中冷却和干燥以产生低硫、冷却和干燥过的合成气，接着在步骤b)中将该低硫、冷却和干燥过的合成气送到地下储存场所，在那里合成气吸水，从而产生包含低硫润湿的合成气的合成气缓冲区；和
其中步骤c)进一步包括从地下储存场所取回该低硫润湿的合成气并将取回的低硫润湿合成气供入水煤气变换单元，该水煤气变换单元基本上连续地转化合成气以生成变换的合成气。
润湿合成气理解为含水的合成气。该润湿合成气可以是或可以不是饱和的。在一种优选实施方案中，润湿合成气在地下储存场所中储存时的温度下不是水饱和的。在另一实施方案中，冷却和干燥过的合成气在地下储存场所储存期间吸水，生成的润湿合成气含有比冷却和干燥过的合成气更多的水。
在一种实施方案中，从地下储存场所取回的润湿合成气可以含有0.1∶1-10∶1、0.2∶1-5∶1或0.5∶1-3∶1的水与一氧化碳摩尔比下的水和一氧化碳。需要的话，当认为在地下储存场所储存期间吸收的水不足以用于水煤气变换反应时，可以在步骤c)中添加额外的水。任何在步骤c)中添加的额外的水可以在液态水或蒸汽的形式下加入。
在一种优选实施方案中，将变换的合成气随后在连续地将变换的合成气转化成甲醇或氨的更下游的处理单元中进行处理。
在本发明提供的系统中，气化单元可以包括一个或多个入口和至少一个出口。该气化单元可以例如包括含碳进料入口、氧化剂入口和任选地温度缓和剂入口。气化单元的出口可以直接或间接地与地下储存场所相连。在一种优选实施方案中，气化单元包括气化反应器和一个或多个冷却和/或净化单元，气化反应器的出口经由该冷却和/或净化单元间接地与地下储存场所相连。
在本发明提供的系统中，地下储存场所可以包括一个或多个入口和一个或多个出口。在一种优选实施方案中，地下储存场所包括至少一个至少直接或间接地与气化单元相连的入口和至少一个直接或间接地与水煤气变换单元相连的出口。在另一优选实施方案中，地下储存场所包括一个与气化单元和水煤气变换单元都直接或间接地相连的合并的入口/出口。
在本发明提供的系统中，水煤气变换单元可以包括一个或多个入口和一个或多个出口。在一种优选实施方案中，该水煤气变换单元包括至少一个直接或间接地与地下储存场所相连的入口和至少一个直接或间接地与下游处理单元相连的出口。
送到地下储存场所的合成气的量可以及时变化。在一种优选实施方案中，送到地下储存场所的合成气的量随步骤a)下游的合成气需求变化。待送到地下储存场所的合成气的精确量可以例如取决于一年中的季节和一日中的时间。
在非峰值合成气需求期间和/或在合成气高产出期间，可以将下游处理单元中不需要的步骤a)中生成的过量合成气送到地下储存场所。例如在非峰值合成气需求期间和/或在合成气高产出期间，可以将0.1-90vol％、更优选1-80vol％、或更优选10-50vol％的气化单元中生成的合成气送到地下储存场所。可以剩余的将步骤a)中生成的合成气直接送到下游处理单元。在例外情况下，例如当用于发电或产生化学品的下游单元为了维护或修理而关闭时，可以将所有(100vol％)的步骤a)中制备的合成气送到地下储存。
在非峰值合成气需求期间和/或在合成气高产出期间过量合成气在地下储存场所中的储存有利地容许步骤a)中产生合成气的单元如气化单元以恒定和/或最大生产量运行。
在峰值合成气需求期间和/或在合成气产出中断或低产出期间，可以不将合成气或者只将少量合成气送到地下储存场所。例如可以运送0-1vol％、或0.0001-0.1vol％的产生的合成气。在一种优选实施方案中，不运送合成气。在上述时期中，若有的话，将所有或几乎所有产生的合成气直接送到转化合成气的下游处理单元。在上述的峰值合成气需求期间和/或在上述的合成气产出中断或低产出期间，可以将地下储存场所中储存的合成气取回并送到下游处理单元。在一种便利的实施方案中，从地下储存场所取回的合成气与如果可得的话未经储存的步骤a)中生成的合成气混合，并将该混合物送到下游处理单元。
从地下储存场所取回的合成气的量可以及时变化。在一种优选实施方案中，从地下储存场所取回的合成气的量随合成气需求变化。待从地下储存场所取回的合成气的精确量可以取决于一年中的季节和一日中的时间。
在非峰值合成气需求期间和/或在合成气高产出期间，可以不将合成气或者只将少量合成气从地下储存场所取回。在峰值合成气需求期间和/或在合成气产出中断或低产出期间，从地下储存场所取回的合成气的量可能更大。例如，在峰值需求期间和/或在合成气产出中断或低产出期间，可以从地下储存场所取回送到下游处理单元的合成气总量的0.01-100vol％、更优选1-90vol％、甚至更优选1-80vol％、再优选1-50vol％乃至更优选2-40vol％。出于实用理由，从地下储存场所取回送到下游处理单元的合成气总量的至少5或优选至少10vol％可能是有利的。
在一些情况下，例如当产生合成气的单元如气化单元或甲烷蒸汽重整单元为了维护、修理和/或在紧急情况下需要关闭时，甚至可以从地下储存场所取回100vol％的送到下游处理单元的合成气。在这种情况下，向下游处理单元的合成气进料完全由从地下储存场所取回的合成气组成。通过使用从地下储存场所取回的合成气，在任何下游发电或化学品生产设备中的任何下游合成气处理都不需要中断。
由于煤气化单元与例如甲烷蒸汽重整单元相比更经常地需要维护，本发明的工艺对于煤气化单元尤其有利。
在一种特别优选的实施方案中，步骤b)因此在非峰值合成气需求期间和/或在合成气高产出期间进行；和/或步骤c)在峰值合成气需求期间和/或在合成气产出中断或低产出期间进行。
本发明还提供如下方法：其中在非峰值合成气需求期间和/或在合成气高产出期间，将一部分在步骤a)中生成的合成气在步骤b)中通到地下储存场所，以及其中在峰值合成气需求期间和/或在合成气低产出期间，将另一部分在步骤a)中生成的合成气与步骤c)中取回的合成气混合并供给下游处理单元。
当从地下储存场所取回的合成气与未经地下储存场所储存的合成气混合时，储存的合成气与未储存的合成气的重量比可以根据在任何特定时间对额外的合成气的需要而宽范围变化。上述储存合成气与未储存合成气之比例如可以是0.001∶1-10∶1、0.01∶1-5∶1或0.1∶1-1∶1。
在步骤c)中将取回的合成气供给基本上连续地转化合成气的下游处理单元。基本上连续地转化理解为除下游处理单元的任何维护、修理和/或紧急情况下之外的连续转化。步骤c)中转化合成气的下游处理单元能够不依赖步骤a)中的合成气产生而运行。
供给取回的合成气的下游处理单元可以是技术人员已知处理合成气的任何下游处理单元。下游处理单元的实例包括发电用的燃气轮机或联合循环；将合成气转化成化学品如甲醇或氨的设备；以及将合成气转化成费-托液体的费-托设备。
在一种有利的实施方案中，步骤b)因此在非峰值电力和/或化学品需求期间进行，和/或步骤c)在峰值电力和/或化学品需求期间进行。
下游处理单元可以包括水煤气变换单元，其中存在于合成气中的一氧化碳可以与合成气中的水或向水煤气变换单元添加的水反应。
由于水煤气变换反应是平衡限制的，提高合成气中的水的浓度有利地使转化朝着更高的氢气产生方向移动。在一些实施方案中，变换的合成气可以含有0.2∶1-500∶1、0.5∶1-50∶1、或1∶1-5∶1的氢气与一氧化碳摩尔比下的氢气和一氧化碳。1∶1-3∶1的氢气与一氧化碳摩尔比可能是尤其适宜的。例如对于制备甲醇的下游合成气应用，约2∶1的氢气与一氧化碳摩尔比可能是有用的；对于进行固定床费-托合成的下游合成气应用，约2∶1的氢气与一氧化碳摩尔比可能是有用的；对于制备乙酸乙烯酯或乙酸甲酯的下游合成气应用，约1.25∶1-2∶1的氢气与一氧化碳摩尔比可能是有用的。对于发电的下游合成气应用，可以处理合成气以产生纯净或几乎纯净的氢气。
在一种进一步的实施方案中，可以随后将变换的合成气通到酸性气体脱除单元以除去或减少含硫化合物和/或二氧化碳的浓度，尤其是如果上述合成气之前没有在酸性气体脱除单元中处理过的话。可能存在于变换的合成气中的可能的含硫化合物的实例包括硫化氢、二氧化硫、三氧化硫、硫酸、元素硫、硫化羰和硫醇。
变换的合成气可以用于产生电力和/或化合物如甲醇。
在一种特定的实施方案中，本发明的工艺包括其中处理合成气以使氢气和/或一氧化碳与合成气的剩余部分分离的另一步骤。从步骤c)中供给的合成气中分离氢气可能是尤其有利的。可以通过本领域已知的任何方法从合成气中分离氢气。在一种有利的实施方案中，通过变压吸附(absorption)(PSA)从合成气中分离氢气。PSA单元可以将合成气分成富一氧化碳料流和富氢气料流。分离的氢气可以随后用于发电或生产化合物如氨。
在图1中，将固体含碳进料流(102)例如磨细的煤引入气化反应器(104)。(可以在研磨机中制备该含碳进料并且借助于图中未示出的闸门系统、活底料斗或固体泵达到升高的压力)。将氧化剂料流(106)如源自例如空气分离设备的富氧气体料流也引入反应器(104)。任选地还可以将缓和剂料流(108)如蒸汽或二氧化碳供给反应器(104)。在气化反应器(104)中，固体含碳进料(102)部分氧化以产生粗制合成气。该粗制合成气可以具有约40巴的压力。上述粗制合成气可能含有氢气、一氧化碳、二氧化碳、含硫化合物和水。该粗制合成气可能进一步含有渣粒。大部分的渣粒可以作为熔渣经由底部离开气化反应器并且可以在水浴(110)中骤冷并分散成小的玻璃质颗粒。从气化反应器(104)顶部取出粗制合成气流(112)。
粗制合成气流(112)可以在骤冷段(118)中用取自湿式洗涤器(116)的入口(未示出)和/或出口的循环合成气流(114)骤冷，产生稀释合成气流(120)。气化反应器(104)和骤冷段(118)可以位于同一容器中或者位于两个分开的容器中。
稀释合成气流(120)在冷却器(122)中冷却，产生冷却合成气流(124)。在冷却器(122)中，稀释合成气流(120)例如可以通过换热器(图中未示出)如废热锅炉(图中未示出)进行冷却，或者如US 2006/0260191中所述的通过将水注入稀释合成气流(120)(图中未示出)进行冷却。气化反应器(104)、骤冷段(118)、骤冷段(118)与冷却器(122)之间的管道和/或存在的话气化反应器(104)与骤冷段(118)之间的管道可以如US2006/0260191中所示配备冷却通道。
冷却合成气流(124)可以随后在干燥固体脱除段(126)中处理以除去冷却合成气流(124)携带的灰分。为此目的干燥固体脱除段(126)可以例如含有一个或多个旋风分离器(未示出)和/或高压高温陶瓷过滤器(未示出)。
其中已经脱除灰分的冷却合成气流(128)可以随后在湿式洗涤器(116)中处理，在那里该合成气流与从顶部(130)进入湿式洗涤器(116)并从底部(132)离开湿式洗涤器(116)的逆流水流接触。在该湿式洗涤器(116)中，从合成气中除去卤素化合物和固体渣粒的最后残余。从湿式洗涤器(116)顶部取出净化合成气流(134)。可以将该净化合成气流(134)的一部分经由循环合成气流(114)循环到骤冷段(118)。可以将净化合成气流(134)的另一部分作为合成气产物流(136)运送。
在非峰值合成气需求期间和/或在合成气高产出期间，可以将合成气产物流(136)的一部分经由料流(138)送到地下储存场所(140)、在示例性的情况下为岩盐溶腔，以产生合成气缓冲区(142)，该合成气的另一部分可以经由料流(144)向基本上连续地转化合成气的下游处理单元(146)运送。在地下储存场所(140)中储存之前，料流(138)中的合成气可以由压缩机(148)压缩至70-100巴的压力。
在峰值合成气需求期间和/或在合成气低供给期间，经由料流(150)从地下储存场所(140)取回合成气。经由阀(152)调节料流(150)中的压力。料流(150)中取回的合成气可以与料流(144)中的合成气合并，并且可以将合并的合成气经由料流(154)向基本上连续地转化合成气的下游处理单元(146)运送。
向下游处理单元(146)运送的料流(154)中的合成气可以在送到下游处理单元(146)之前在水煤气变换反应器(156)中变换至更高的氢气与一氧化碳摩尔比。可以使合成气和经由阀(159)的液态水和/或蒸汽流(158)在水煤气变换反应器(156)中反应以产生变换合成气流(160)。可以将变换合成气流(160)随后送到下游处理单元(146)。下游处理单元(146)可以例如产生甲醇流(162)。
可以在地下储存场所(140)储存之前设置的酸性气体脱除单元(164)中，将酸性气体如一氧化碳和含硫化合物如硫化氢或硫化羰从合成气产物流(136)中脱除。在这种情况下，酸性气体脱除单元(164)将会使送到地下储存场所(140)的合成气低硫、冷却和干燥。所述低硫、冷却和干燥的合成气可能在地下储存场所(140)储存期间吸水。该水可以有利地转化成额外的氢气和/或可以有利地减少需要添加到水煤气变换反应器(156)中的液态水和/或蒸汽的量。
在可供选择的实施方案中(在图中由虚线椭圆显示)，可以将酸性气体如二氧化碳和含硫化合物如硫化氢或硫化羰在酸性脱除单元(166)中从料流(154)中的合成气中脱除，或者在酸性脱除单元(168)中从变换合成气流(160)中脱除。

Claims (15)

1.供给合成气的方法，其包括：
a)使含碳进料与氧化剂反应以生成合成气；
b)将全部或部分在步骤a)中生成的合成气送到地下储存场所以产生合成气缓冲区；和
c)从地下储存场所取回合成气并将取回的合成气供入下游处理单元，该下游处理单元基本上连续地转化合成气。
2.权利要求1的方法，其中所述含碳进料包括煤或石油焦。
3.权利要求1的方法，其中步骤a)中含碳进料与氧化剂的反应包括煤或石油焦用含氧气体在气化反应器中的部分氧化。
4.权利要求1的方法，其中将步骤a)中生成的合成气压缩并在与它生成时的压力相比更高的压力下储存在地下储存场所中。
5.权利要求1的方法，其中在与生成合成气时的压力相比更低、几乎相等或相等的压力下将步骤a)中生成的合成气储存在地下储存场所中；以及将步骤c)中取回的合成气压缩并在与它取回时的压力相比更高的压力下供给下游处理单元。
6.权利要求1的方法，其中所述地下储存场所包括一个或多个岩盐溶腔。
7.权利要求1的方法，其中所述下游处理单元包括水煤气变换反应器。
8.权利要求1的方法，其中
步骤a)进一步包括将生成的合成气冷却和干燥以产生冷却和干燥过的合成气，接着在步骤b)中将该冷却和干燥过的合成气送到地下储存场所，在那里合成气吸水，从而产生包含润湿合成气的合成气缓冲区；和
其中步骤c)进一步包括从地下储存场所取回该润湿合成气并将取回的润湿合成气供入水煤气变换单元，该水煤气变换单元基本上连续地转化合成气以生成变换的合成气。
9.权利要求8的方法，其中步骤a)进一步包括将生成的合成气在酸性气体脱除单元中冷却和干燥以产生低硫、冷却和干燥过的合成气，接着在步骤b)中将该低硫、冷却和干燥过的合成气送到地下储存场所，在那里合成气吸水，从而产生包含低硫润湿的合成气的合成气缓冲区；和
其中步骤c)进一步包括从地下储存场所取回该低硫润湿的合成气并将取回的低硫润湿合成气供入水煤气变换单元，该水煤气变换单元基本上连续地转化合成气以生成变换的合成气。
10.供给润湿的合成气的方法，其包括：
a)使含碳进料与氧化剂反应以生成合成气以及随后冷却和干燥该生成的合成气以产生冷却和干燥过的合成气；
b)将全部或部分在步骤a)中生成的冷却和干燥过的合成气送到地下储存场所，在那里合成气吸水，从而产生包含润湿合成气的合成气缓冲区；和
c)从地下储存场所取回润湿合成气并将取回的润湿合成气供入水煤气变换单元，该水煤气变换单元基本上连续地转化合成气以生成变换的合成气。
11.权利要求1的方法，其中步骤b)在非峰值合成气需求期间和/或在合成气高产出期间进行；和/或步骤c)在峰值合成气需求期间和/或在合成气产出中断或低产出期间进行。
12.权利要求1的方法，其中在非峰值合成气需求期间和/或在合成气高产出期间，将一部分在步骤a)中生成的合成气在步骤b)中通到地下储存场所，以及其中在峰值合成气需求期间和/或在合成气低产出期间，将另一部分在步骤a)中生成的合成气与步骤c)中取回的合成气混合并供给下游处理单元。
13.权利要求1的方法，其中所述下游处理单元为发电用的燃气轮机或联合循环；将合成气转化成甲醇或氨的设备；或者将合成气转化成费-托液体的费-托设备。
14.权利要求1的方法，其包括其中处理合成气以使氢气和/或一氧化碳与合成气的剩余部分分离的另一步骤。
15.供给合成气的系统，其包括：
a)气化单元，其用于由含碳进料和氧化剂产生合成气，且至少直接或间接地与地下储存场所相连；
b)地下储存场所，其用于产生合成气缓冲区，且至少直接或间接地与气化单元相连以及至少直接或间接地与水煤气变换单元相连；和
c)水煤气变换单元，其用于产生变换的合成气，且至少直接或间接地与地下储存场所相连。
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