[發明專利]膜式水冷壁氣化反應器中全餾分原油氣化和發電的整合方法

有效

• 申請號: 201380015519.0
• 申請日: 2013-03-22
• 公開（公告）號: CN104302574B
• 公開（公告）日: 2017-03-08
• 發明（設計）人: O·R·克塞奧盧;J-P·巴拉蓋
• 申請（專利權）人: 沙特阿拉伯石油公司
• 主分類號: C01B3/36
• 分類號: C01B3/36;C10J3/46;C10J3/48;C10J3/74;C10J3/86;F02C3/28
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所11038
• 代理人: 王長青

相關申請

本申請要求2012年3月27日提交的美國申請序列號61/616,179的優先權，其公開內容在此通過參考引入。

技術領域

本發明涉及在膜式水冷壁氣化反應器中部分氧化全餾分原油原料以產生合成氣和電的方法。

背景技術

氣化在本領域中是公知的和在全世界實施用于固體和重液態化石燃料，包括煉廠渣油。氣化方法使用部分氧化用氧氣將含碳材料如碳、石油、生物燃料或生物質在高溫即高于800℃下轉化為合成氣、蒸汽和電。由一氧化碳和氫組成的合成氣可以在內燃機中直接燃燒，或用于通過已知的合成方法制備各種化學品如甲醇和通過費-托方法制備合成燃料。

在煉廠操作中，主要工藝流程被稱為整體煤氣化聯合循環發電系統(IGCC)，它將原料轉化為氫氣、電和蒸汽。圖1給出了現有技術的常規IGCC的工藝流程圖，它包括原料準備階段102、氣化反應器104、空氣分離裝置180、合成氣淬冷和冷卻裝置110、水煤氣變換反應器120、酸性氣體脫除(AGR)和硫回收裝置(SRU)130、燃氣輪機140、熱回收蒸汽發生器(HRSG)150和蒸汽輪機160。

在常規的IGCC中，原料通過原料管線101引入原料準備階段102。然后準備好的原料與從空氣分離裝置180產生的預定量的氧氣103一起通入氣化反應器104。原料在氣化反應器104中部分氧化以產生熱合成氣106，所述熱合成氣106被輸送到合成氣淬冷和冷卻裝置110。熱合成氣106用鍋爐給水156冷卻以產生冷卻合成氣114和蒸汽。部分蒸汽112通入和用于在水煤氣變換反應器120中產生變換氣122，和剩余部分蒸汽116在HRSG?150中被消耗。變換氣122在AGR/SRU?130中被處理以分離和排出二氧化碳136、硫138及在132回收的部分氫合成氣。第二部分氫合成氣作為燃氣輪機原料134與空氣原料142一起被送到燃氣輪機140并被燃燒產生電144。來自燃氣輪機140的高壓燃燒氣體排放146被輸送到HRSG?150以產生蒸汽，該蒸汽被用于蒸汽渦輪160中以產生另外的電162。

空氣分離裝置180和大部分下游工藝利用高投入生產穩定因素的成熟技術。然而，氣化反應器104有相對有限的使用期，可能短至3-18個月，取決于原料的特性和反應器的設計。

三種主要類型的氣化反應器技術是移動床、流化床和夾帶流系統。三類中的每一種都可以利用固體燃料，但只有夾帶流反應器被證實可有效處理液體燃料。在夾帶流反應器中，燃料、氧氣和蒸汽在氣化器的頂部通過套管式燃燒器注入。氣化通常在耐火材料襯里的容器中發生，所述容器在壓力約40-60bar和溫度1300-1700℃下操作。

有兩種類型的氣化器壁結構：耐火材料和膜。氣化器通常使用耐火內襯來保護反應器容器以防腐蝕性爐渣、熱循環和1400-1700℃的高溫。耐火材料經受來自合成氣和爐渣產生的腐蝕組分的滲透和隨后的反應，其中反應試劑經歷導致耐火材料強度劣化的明顯體積變化。更換劣化的耐火內襯每年會花費數百萬美元及給定反應器數周的停工期。直到現在，解決方法是安裝第二個或平行的氣化器以提供在維修停工期內必要的持續操作能力，但這種重復的不希望結果與裝置操作相關的資金成本顯著增加。

替代的膜式水冷壁氣化器技術使用通過耐火材料層保護的冷卻屏以提供熔渣凝固和向下流到反應器底部淬冷區的表面。膜式水冷壁反應器的優勢包括：相比于其它系統縮小的反應器尺寸；相比于耐火壁反應器50％的投入生產時間，明顯更大的90％的平均投入生產時間；不需要如耐火壁反應器中一樣需要平行反應器來維持連續操作；和積累的固態和液態爐渣層為水冷壁段提供自我保護。

在膜式水冷壁氣化器中，在壁上累積的固化礦物灰分爐渣層起到額外的保護表面和絕緣體的作用以最小化或降低耐火材料劣化和通過壁的熱損失。水冷反應器設計也避免了“熱壁”氣化器操作，這種操作要求厚的多層昂貴的容易劣化的耐火材料結構。在膜式水冷壁反應器中，用沉積在相對冷的表面的固體連續更新爐渣層。進一步的優勢包括：較短的啟動/停車時間；比耐火型反應器較低的維護成本；和氣化具有高灰分含量的原料以在處理較寬范圍的煤、石油焦、煤炭/石油焦混合物、生物質共進料和液體原料時提供更大靈活性的能力。