[发明专利]供给合成气的方法和系统

说明书

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；