由合成粗煤气生产气体产品的方法 【技术领域】
本发明涉及用于由通过碳和/或重油的气化获得的、基本上不含炭黑的、含有氢(H2)和一氧化碳(CO)以及酸性气体(CO2、H2S、COS)的合成粗煤气(进料)生产气体产品的方法，其包括下列方法步骤：调节H2与CO的比例(H2/CO比例)，通过洗气分离酸性气体，及通过低温和/或吸附方式的气体分离而精细提纯气体，其中将在一个所述方法步骤中产生的气体流或由该气体流分流的部分流以不变的化学组成或者在与至少一种在本身或其他的方法步骤中产生的气体流或由该气体流分流的部分流混合之后继续引导至下一个方法步骤中，或者送回一个之前的方法步骤上游，或者作为气体产品或残余气体(尾气、吹扫气)在设备边缘处排出。此外，本发明还涉及用于实施该方法的设备。
背景技术
在通过碳和/或重油的气化而产生的合成粗煤气中，由于氢含量较小，在含碳的起始物中氢与一氧化碳的含量之比(H2/CO比例)低。此类合成粗煤气由于该特性而适合作为用于制备以下的许多气体产品的起始物，例如氢气、一氧化碳、氨合成气(NH3合成气)、甲醇合成气(MeOH合成气)、用于合成羰基合成醇的合成气(Oxo合成气)、燃气轮机的可燃气体(燃料IGCC)或用于Fischer-Tropsch合成的合成气(FT合成气)。
根据现有技术，由合成粗煤气仅平行地获得少量气体产品。除了合成气产品以外通常仅生产氢或一氧化碳产品，其中无法最佳地利用合成粗煤气。
【发明内容】
因此，本发明的目的在于，提供前述类型的方法以及用于实施该方法的设备，从而更好地利用合成粗煤气，而且设备复杂性和成本可以低于现有技术。
根据本发明在方法方面以如下方式实现该目的，平行地生产至少三种气体产品，其中该气体产品包括纯氢和/或纯一氧化碳和/或氨合成气(NH3合成气)和/或甲醇合成气(MeOH合成气)和/或用于羰基合成醇合成气的合成气(Oxo合成气)和/或燃气轮机的可燃气体(燃料IGCC)和/或用于Fischer-Tropsch合成的合成气(FT合成气)。
在此，纯氢和纯一氧化碳可理解为富含氢或一氧化碳的气体，其至少99.5体积％由氢或由一氧化碳组成。
根据本发明方法的其他实施方案，
◆为了调节H2/CO比例将进料分成第一和第二部分，第一部分在添加水蒸汽之后实施水煤气转化，而第二部分保持不变，从而产生经转化和未经转化的气体流。
◆在经转化的气体流中的H2/CO比例通过混入未经转化的气体和/或在未经转化的气体流中的H2/CO比例通过混入经转化的气体而被调节至预定的值。
◆在调节H2/CO比例之后经转化和未经转化的气体流各自在另一个酸气洗涤中，优选在甲醇洗涤中，去除硫组分和/或CO2。
◆在气体精细提纯中通过变压吸附或包括后续的变温吸附的氮洗涤或包括后续的变温吸附的低温气体分离(甲烷洗涤或冷凝过程)而处理气体流。
此外，本发明还涉及用于由通过气化碳和/或重油而获得的、基本上不含炭黑的、含有氢(H2)和一氧化碳(CO)以及酸性气体(CO2、H2S、COS)的合成粗煤气(进料)生产气体产品的设备，其包括
-用于调节H2与CO比例(H2/CO比例)的装置，
-用于通过洗气而分离酸性气体的装置，
-用于通过低温和/或吸附方式的气体分离而精细提纯气体的装置，及
-连接上述装置的管道，
其中，将在一个所述装置中产生的气体流或由该气体流分流的部分流以不变的化学组成或者在与至少一种在本身或其他的装置中产生的气体流或由该气体流分流的部分流混合之后继续引导至另一个装置中，或者作为气体产品或残余气体(尾气、吹扫气)在设备边缘处排出。
根据本发明在设备方面以如下方式实现所提出的目的，平行地生产至少三种气体产品，其中该气体产品包括纯氢和/或纯一氧化碳和/或氨合成气(NH3合成气)和/或甲醇合成气(MeOH合成气)和/或用于合成羰基合成醇的合成气(Oxo合成气)和/或燃气轮机的可燃气体(燃料IGCC)和/或用于Fischer-Tropsch合成地合成气(FT合成气)。
根据本发明设备的其他实施方案，
◆用于调节H2/CO比例的装置包括水煤气转化反应器，其含有对硫不敏感的催化剂，并可将进料的一部分送至实施水煤气转化(酸转化Sour Shift)。
◆用于调节H2/CO比例的装置包括水煤气转化反应器，其含有对硫敏感的催化剂，并可将进料的一部分在分离硫组分之后送至实施水煤气转化(脱硫转化Sweet Shift)。
◆用于调节H2/CO比例的装置包括水煤气转化反应器，其含有对硫敏感的催化剂，并可将进料的一部分在分离硫组分之后送至实施水煤气转化(脱硫转化Sweet Shift)。
◆用于分离酸性气体的装置包括其中可从通过水煤气转化而处理的部分进料去除酸性气体的第一洗涤塔、其中可从其余部分进料去除酸性气体的第二洗涤塔、以及用于再生已装载的洗涤剂的装置，其中可将在两个洗涤塔中装载的洗涤剂流一起再生。
◆用于分离酸性气体的装置包括其中可从通过水煤气转化而处理的部分进料去除酸性气体的第一洗涤塔、其中可从其余部分进料去除酸性气体的第二洗涤塔、以及用于再生已装载的洗涤剂的装置，其中可将在三个洗涤塔中装载的洗涤剂流一起再生。
◆用于分离酸性气体的装置是甲醇洗涤，其中可使用低温甲醇作为洗涤剂。
◆用于精细提纯气体的装置包括变压吸附、具有后续的变温吸附的氮洗涤和具有后续的变温吸附的低温气体分离(甲烷洗涤或冷凝过程)。
针对性地分流、混合和送回气体流，允许精细提纯气体待安装的容量最小化，并且与现有技术相比可以更有效地利用合成粗煤气。
【附图说明】
图1和2所示为根据本发明的两个实施方案。
【具体实施方式】
下面根据两个在图1和2中示意性示出的实施例更详细地阐述本发明。在两个图中相同的标记代表相同的装置部件或工艺流。
在两个实施例中，通过碳和/或重油的气化获得的、基本上不含炭黑的、含有氢(H2)和一氧化碳(CO)以及酸性气体(CO2、H2S)的合成粗煤气(进料)通过水煤气转化、气体提纯、气体分离和工艺流的混合而转化成多种多样的气体产品。在此使用的方法和装置是如同它们在其他方面早已用于工业中一样完全成熟的工艺技术。两个实施例的主要区别在于水煤气转化的类型，其在第一实施例中作为所谓的酸转化，及在第二实施例中作为所谓的脱硫转化而进行。
在图1所示的实施例中，经由管道1送入的进料分成两股部分流2和3以调节H2/CO比例。使部分流2富含水蒸汽4，并经由管道5导入酸转化反应器S中，其中一氧化碳与水基本上转化成为氢和二氧化碳。经转化的气体经由管道6由酸转化反应器S排出，并与下述的气体流7汇合成为气体流10，最后送入包括两个洗涤塔的甲醇洗涤MW的第一洗涤塔WK1，在此去除二氧化碳和硫组分(例如H2S、COS)。部分流3与气体流11(下述)汇合成为气体流12，随后送入甲醇洗涤MW的第二洗涤塔WK2，在此去除二氧化碳和硫组分。在正常运行中两个洗涤塔WK1和WK2用于最佳地提纯两股气体流10和12。为了能够对产品的量的改变作出灵活的反应，可以经由管道9将一部分气体流12混入气体流10，或者将一部分气体流10混入气体流12。
甲醇洗涤MW的两个洗涤塔WK1和WK2各自具有至少两个洗涤段，其中基本上选择性地从待洗涤的气体分离出硫组分和CO2。它们共同利用再生装置R以再生已装载的甲醇洗涤剂。在此，如两个虚线箭头13和14所示，将装载的甲醇洗涤剂从两个洗涤塔WK1和WK2排出，于再生装置R中去除非期望的物质之后，将经提纯的甲醇洗涤剂送回两个洗涤塔WK1和WK2中。除了残余气体15以外，还从再生装置R排出富含硫的气体16和主要由H2、CO和CO2组成的气体流40。在将富含硫的气体16导入Claus装置(未示出)以获得硫的同时，将气体流40导入压缩机V。
从洗涤塔WK1排出两股基本上不含CO和硫的、富含氢的气体流17和18。在CO2洗涤段上游排出的气体流17具有提高的浓度的CO2，而气体流18基本上不含CO2。随后将气体流18分成两股部分流20和22。通过与富含氢的气体流23(下述)汇合而由气体流22形成气体流24，随后导入变压吸附装置DW中，并在此分离成气体流25和纯氢气流26。由气体流25通过分离气体流27而产生富含H2的残余气体流28，随后将其在设备边缘处排出。来自变压吸附装置DW的纯氢气流26在分离两股气体流29和30之后作为纯氢产品31继续引导。
基本上不含CO和硫的、富含氢的气体流20分成两股部分流32和33。部分流32与富含氢的气体流34混合，然后作为如此形成的气体流35的一部分导入包括低温氮洗涤和变温吸附装置的气体精细提纯装置FR1中。在气体精细提纯装置FR1中由气体流35产生氨合成气(NH3合成气)36。此外，在气体精细提纯装置FR1中产生含有H2和CO的残余气体37，其被送至设备边缘，以及产生富含H2的残余气体38，其与气体流25的部分流27汇合成为气体流39。
从洗涤塔WK2排出两股基本上不含硫的、富含CO和H2的气体流41和42。在CO2洗涤段上游排出的气体流42具有提高的浓度的CO2，而气体流41基本上不含CO2。随后将气体流41分成两股部分流43和44，其中将部分流43导入包括低温气体分离装置和变温吸附装置的气体精细提纯装置FR2中。在气体精细提纯装置FR2中由部分流43产生纯一氧化碳45，其在分离两股气体流46和47之后作为纯氢产品48继续引导。此外，在气体精细提纯装置FR2中产生含有氢和一氧化碳的残余气体49，其被送至设备边缘，以及产生富含H2和CO的残余气体50，其与气体流39汇合成为气体流51，并导入压缩机V中。在压缩机V中压缩的气体流52分成两股部分流7和11，并送回甲醇洗涤MW上游以提高H2和CO的产率。
将同样在气体精细提纯装置FR2中产生的主要部分由氢组成的气体流53分成部分流54、55、56、23和34，将它们依次混入其他的气体流。部分流54与由富含H2和CO的气体流44通过将部分流57和58分流而产生的气体流59以及通过分离气体流71由从富含H2的气体流33分流的气体流70产生的气体流60汇合成为气体流61，随后在混入具有氢或一氧化碳产品品质的气体流30和47之后继续引导该气体流61作为用于合成羰基合成醇的合成气(Oxo合成气)62。部分流55与由富含H2的气体流33分流的气体流63汇合成为气体流64，随后在混入由富含H2和CO的气体流44分流的气体流58之后继续引导该气体流64作为用于Fischer-Tropsch合成的合成气(FT合成气)65。部分流56与通过由富含H2的气体流33分流的气体流66与具有CO产品品质的气体流46汇合而形成的气体流67以及来自洗涤塔WK1的富含CO2的气体流17混合成为气体流68，随后在混入由富含H2和CO的气体流44分流的气体流57和具有H2产品品质的气体流29之后继续引导该气体流68作为甲醇合成气(MeOH合成气)69。
来自洗涤塔WK2的含有一氧化碳、二氧化碳和氢的物质流42与富含H2的气体流71汇合，并在设备边缘处作为燃气轮机的可燃气体(燃料IGCC)72排出。
在图2所示的实施例中，将经由管道1导入的进料送入包括三个洗涤塔的甲醇洗涤MW′的第三洗涤塔WK3中以分离硫组分(例如H2S、COS)。随后将不含硫的进料分成两股部分流2′和3′以调节H2/CO比例。使部分流2′富含水蒸汽4，并经由管道5′导入脱硫转化反应器S′中，其中一氧化碳与水基本上转化成为氢和二氧化碳。经转化的气体经由管道6′由脱硫转化反应器S′排出，并与下述的气体流7汇合成为气体流10′，最后送入甲醇洗涤MW′的第一洗涤塔WK1′，在此去除二氧化碳。部分流3′分成两股部分流73和74，其中将部分流73与气体流11(下述)汇合成为气体流12′，然后送入甲醇洗涤MW′的第二洗涤塔WK2′，在此去除二氧化碳。在正常运行中两个洗涤塔WK1′和WK2′用于最佳地提纯两股气体流10′和12′。为了能够对产品的量的变化作出灵活的反应，可以经由管道9′将一部分气体流12′混入气体流10′，或者将一部分气体流10′混入气体流12′。
甲醇洗涤MW′的三个洗涤塔WK1′、WK2和WK3′共同利用再生装置R以再生已装载的甲醇洗涤剂。在此，如三个虚线箭头13′、14′和75所示，将装载的甲醇洗涤剂从三个洗涤塔WK1′、WK2和WK3排出，于再生装置R中去除非期望的物质之后，将经提纯的甲醇洗涤剂送回三个洗涤塔WK1′、WK2′和WK3中。除了残余气体15以外，还从再生装置R排出富含硫的气体16和主要由H2、CO和CO2组成的气体流40。在将富含硫的气体16导入Claus装置(未示出)以获得硫的同时，将气体流40导入压缩机V。
从洗涤塔WK1′排出两股基本上不含CO和硫的、富含氢的气体流17和18。在CO2洗涤段上游排出的气体流17具有提高的浓度的CO2，而气体流18基本上不含CO2。随后将气体流18分成两股部分流20和22。通过与富含氢的气体流23(下述)汇合而由气体流22形成气体流24，随后导入变压吸附装置DW中，并在此分离成气体流25和纯氢气流26。由气体流25通过分离气体流27而产生富含H2的残余气体流28，随后将其在设备边缘处排出。来自变压吸附装置DW的纯氢气流26在分离两股气体流29和30之后作为纯氢产品31继续引导。
基本上不含CO和硫的、富含氢的气体流20分成两股部分流32和33。部分流32与富含氢的气体流34混合，然后作为如此形成的气体流35的一部分导入包括低温氮洗涤和变温吸附装置的气体精细提纯装置FR1中。在气体精细提纯装置FR1中由气体流35产生氨合成气(NH3合成气)36。此外，在气体精细提纯装置FR1中产生含有H2和CO的残余气体37，其被送至设备边缘，以及产生富含H2的残余气体38，其与气体流25的部分流27汇合成为气体流39。
从洗涤塔WK2′排出基本上不含硫和CO2的、富含CO和H2的气体流41，并分成两股部分流43和44，其中将部分流43导入包括低温气体分离装置和变温吸附装置的气体精细提纯装置FR2中。在气体精细提纯装置FR2中由部分流43产生纯一氧化碳45，其在分离两股气体流46和47之后作为纯氢产品48继续引导。此外，在气体精细提纯装置FR2中产生含有氢和一氧化碳的残余气体49，其被送至设备边缘，以及产生富含H2和CO的残余气体50，其与气体流39汇合成为气体流51，并导入压缩机V中。在压缩机V中压缩的气体流52分成两股部分流7和11，并送回甲醇洗涤MW′上游以提高H2和CO的产率。
将同样在气体精细提纯装置FR2中产生的主要部分由氢组成的气体流53分成部分流54、55、56、23和34，将它们依次混入其他的气体流。部分流54与由富含H2和CO的气体流44通过将部分流57和58分流而产生的气体流59以及通过分离气体流71由从富含H2的气体流33分流的气体流70产生的气体流60汇合成为气体流61，随后在混入具有氢或一氧化碳产品品质的气体流30和47之后继续引导该气体流61作为用于合成羰基合成醇的合成气(Oxo合成气)62。部分流55与由富含H2的气体流33分流的气体流63汇合成为气体流64，随后在混入由富含H2和CO的气体流44分流的气体流58之后继续引导该气体流64作为用于Fischer-Tropsch合成的合成气(FT合成气)65。部分流56与通过由富含H2的气体流33分流的气体流66与具有CO产品品质的气体流46汇合而形成的气体流67以及来自洗涤塔WK1的富含CO2的气体流17混合成为气体流68，随后在混入由富含H2和CO的气体流44分流的气体流57和具有H2产品品质的气体流29之后继续引导该气体流68作为甲醇合成气(MeOH合成气)69。
来自洗涤塔WK3的含有一氧化碳、二氧化碳和氢的物质流74与富含H2的气体流71汇合，并在设备边缘处作为燃气轮机的可燃气体(燃料IGCC)72排出。