用于满足可变功率需量的方法技术

本发明专利技术公开了用于满足可变功率需量的方法和用于使合成气流的币值最大化的方法。通过气化碳质材料制备一个或多个合成气流（１８；２０；２６），和使其通到能量产生区（３８）以在峰值功率需量的阶段期间产生电能或者通到化学品产生区（５４）以在峰值外的功率需量的阶段期间产生化学品例如甲醇。能量产生区（３８）和化学品产生区（５４）循环操作且基本上不同相，其中在峰值外的功率需量的阶段期间关停一个或多个燃气涡轮机和将合成气燃料转移到化学品产生区。这种不同相的循环操作模式能使能量产生区（３８）采用高热动力学效率最大化电力输出功率且能使化学品产生区（５４）采用高化学计量效率最大化化学品产量。增强了组合的能量和化学品产生区的经济潜力。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于满足可变功率需量的方法专利
本专利技术涉及一种用于由合成气产生有规律地变化的量的电能和化学品的方法。更特别地，本专利技术涉及一种用于间歇地产生电能和化学品的方法，其中在峰值外的功率需量的阶段期间关停一个或多个燃气涡轮机，并且将供给这些涡轮机的合成气转向化学品的生产。专利技术背景电能生产和分布网络通常可以特别在于需要对随时间变化的功率需量模式作出反应。这种需求模式通常要每天、每周和甚至每年阶段循环地升高和降低，其中变化的精确程度在各个地区是截然不同的。最大负荷下产生的电能值经常可以是峰值外产生的两倍或更高倍。对于电力公用事业网络的基本负荷和最大负荷设施来说不寻常的是使用不同技术和或燃料。为了使经济潜力最大化，当体系负载系数随时间变化时，在单元的给定网络之内各种电能产生单元经常以最低边际成本的要求被分派、即被指派可变的负载系数。以分派模式操作产生单元的网络能使生产者使整个体系的生产成本最小化。最有价值的产生单元为具有低边际成本和显著地、快速地改变容量系数的能力且不具有实质的成本损失的那些。本领域技术人员众所周知的是，现有的常规电力产生工厂经常利用天然气、燃料油、和烃液体作为用于产生电力的能量源。热动力学上最有效的现代发电厂将高温燃烧产生的涡轮机(Brayton)循环与较低温度水/蒸汽产生的涡轮机(Carnot)循环结合。当将燃烧和蒸汽涡轮机设计用于频繁开关操作时，这种所谓的结合型循环工厂特别适用于分派模式的循环发电。烃燃料和油料为液体且在峰值外或不发电的阶段期间是容易储存的。替换地对于天然气来说，现有的且大量的长范围分布和管线系统提供了用于满足需量变化的蓄积。但是，这些燃料，其对于在峰值需量阶段期间提供增加的电能来说是特别有吸引力的，不再是如它们过去那样的便宜和这种充分的供给。现在，由于原油、精制石油产品和天然气的高成本，以及来源的不可靠性和这些燃料的有限储量，因此探索不同的能源和开发用于有效利用全部能量源的新技术已变为必要的。-->煤和其它碳质燃料(例如石油焦、生物物质、纸浆废料)非常丰富且相对便宜，并且对于研究作为发电的主要能量源的领域来说是合理的材料。煤，用于产生电能和机械能的热量的主要原料，最初由于处理、运输和储存中涉及的问题和由于其可以产生环境与其它排放控制问题的灰分、硫与其它杂质的含量而失去了关注。但是现在，由于其较低的成本和更可靠的国内供给，煤又得到关注，并且正在研究更有效的和更清洁的利用方式。煤经常与空气一起燃烧并且利用产生的热量形成在涡轮机中被膨胀的高压蒸汽，由此产生机械或电能。电力工业已开发出多种范围的、高效的可以通过膨胀蒸汽驱动的发电机。但是，煤燃烧的蒸汽发电机不是非常适用于提供显著变化量的电力，而是经常设计用于更多的基础(即基本上恒定的)负荷。煤燃烧器也不适用于中断的需求。通常，它们由于较低的燃料成本而优选用于基础负荷操作。如上所述，煤和其它固体碳质材料进一步含有大量的硫化合物，其燃烧产生严重的环境问题。由于在这些含硫的煤的燃烧中产生了大量的低压气体，燃烧之后除去污染性硫化物如SO2和SO3是昂贵的。这些和其它问题由此刺激了对于将产生清洁燃料气的煤气化工艺的研究，其中在燃烧之前已从燃料中除去了硫化合物。煤和其它固体碳质材料可以被气化，将获得的气化产物(合成气)清洁并且用于以混合循环操作方式发电。所谓的集成气化混合循环(IGCC)发电厂由燃料(经常为煤或pet coke)气化段和混合循环能源段。这种混合循环基本上等同于利用天然气燃料时所用的循环。但是，合成气的生成更复杂且从天然气管线中取出。使用IGCC时，固体研磨与制备、气化、灰分处理、气体冷却、和脱硫步骤是投资昂贵的，且难以和代价高地经常关停和启动。将它们设计以采用有限的关闭容量来连续操作，并且本质上有利于基本上连续的基础负荷操作。即使气化段可以如基于管线的天然气那样容易地关停，汽化器段的空转和随后在资产的利用下导致对于能源产生的禁止性经济惩罚。由此，存在混合循环段的可变能量产生能力与气化段的所需基础负荷操作之间的不匹配。IGCC在本领域中被认为是基础负荷单元，但是不具有派遣中间负荷系数的能力。现有技术中已提议多种变化方式来解决问题与IGCC工艺相关的可变功率需量。通常的途径是在基本上恒定的基础容量系数下操作气化段。将由此生成的粗制合成气清洁以出去大量的硫化合物和其它杂质，随后将清洁的合成气进料到所谓的部分转化、“一次通过”(无气体循环)的化学合成反应中，其中未转化的合成气被燃烧用于直接的基础负荷发电，由此代替更昂贵的、相等清洁的燃料。将-->该合成的化学品储存并且随后在峰值需量阶段期间用作用于气体涡轮机-蒸汽涡轮机混合循环系统的燃料。本领域中列举的共同生成的化学品为氨、甲醇、二甲醚、和费托产品。遗憾的是，一次通过的工艺受到化学反应的化学计量和按可储存的燃料的比例的工艺效率的限制，该燃料可以由合成气来生成。气化过程产生通常H2与CO比例为0.7/1～1.2/1且一起存在更少量的CO2、H2S、甲烷和其它惰性物质的合成气。由于甲醇、二甲醚、和费托烃的合成消耗了2摩尔H2/1摩尔CO，容易看到的是，即使H2转化是彻底的，这种化学计量要求也将限制合成气蒸汽的转化。因为仅有效分数的、通常为约50％可获得的氢以一次通过合成方式被转化，该方法将使最大仅为约25％的可获得的氢转化为可储存的液体化学燃料。化学平衡和动力学限制进一步抑制了在实际进行反应时的组成、温度、和压力下潜在的可实现的转化。这种其中共同生成化学品的部分转化方法的实例公开于US 4,566,267(用于氨共同生产)、US 5,392,594(用于甲醇)、US 3,986,349和4,092,825(用于费托烃)、和US 4,341,069(用于二甲醚共同生产)。Weber等在“MethanolCoproduction：Strategies for Effective Use of IGCC Power Plants”，Proceedings of the American Power Conference(1988)，50，288-93中公开了用于这种甲醇部分转化方法的合成气的最优转化为约20～35％的可获得的合成气。由此，平均的基础(峰值外)与峰值负荷的变化为50～100％的气化段的输出，最大变化为50～140％。另外，通过混合循环工厂的发电热效率由于首先生成化学燃料、随后燃烧该燃料而被降低。通常相对于净发电的进料碳质材料的BTU含量所测量的IGCC的整体热效率为38～46％。由合成气生成燃料化学品和随后燃烧该燃料将额外的热动力学无效引入该IGCC工艺。所获得的燃料(即甲醇、二甲醚、和烃)相对于原始合成气处于较低的能量状态，并且当燃烧时相对于原始合成气每单位数量产生更少的能量。已尝试通过循环富含H2或CO流体来改进合成气的转化，例如US 4,946,477、5,284,878和5,392,594所示例的那样，但是所公开的最大合成气转化率小于75％。对于DME形成的平衡限制大于对于甲醇的，所以可以实现的转化率最大为约77％，例如如US 4,341,069中所公开的那样。但是，DME通常气态组分并且必需被冷却和压缩来储存，由此伴随着较高的投资成本。已提出了对于具本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于间歇地产生电能和化学品的方法，其包括　：（ａ）将包含至少９０体积％氧的氧化剂流连续地进料到一个或多个气化器中；（ｂ）使所述氧化剂流与碳质材料在所述一个或多个气化器中反应，由此产生一个或多个包含一氧化碳、氢、二氧化碳、和含硫化合物的合成气流；（ｃ）在峰值功率需量的阶段期间，使至少一个所述合成气流通到包含至少一个燃气涡轮机的能量产生区，由此产生电能；（ｄ）在峰值外的功率需量的阶段期间，使至少一个所述合成气流通到化学品产生区，由此产生化学品；和（ｅ）在所述峰值外的功率需量的阶段期间，关停所述至少一个燃气涡轮机。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-11-10 60/626,777;US 2005-8-29 11/214,3661、一种用于间歇地产生电能和化学品的方法，其包括：(a)将包含至少90体积％氧的氧化剂流连续地进料到一个或多个气化器中；(b)使所述氧化剂流与碳质材料在所述一个或多个气化器中反应，由此产生一个或多个包含一氧化碳、氢、二氧化碳、和含硫化合物的合成气流；(c)在峰值功率需量的阶段期间，使至少一个所述合成气流通到包含至少一个燃气涡轮机的能量产生区，由此产生电能；(d)在峰值外的功率需量的阶段期间，使至少一个所述合成气流通到化学品产生区，由此产生化学品；和(e)在所述峰值外的功率需量的阶段期间，关停所述至少一个燃气涡轮机。2、根据权利要求1的方法，其中所述化学品产生区产生甲醇、烷基甲酸酯、二甲醚、氨、氢、费托产品、或其组合。3、根据权利要求2的方法，其中所述化学品产生区为甲醇产生区。4、根据权利要求3的方法，其中步骤(e)进一步包括：在从峰值功率需量到峰值外的功率需量的过渡阶段期间逐渐将所有所述至少一个合成气流从所述至少一个燃气涡轮机转移到所述甲醇产生区，同时在关停所述至少一个燃气涡轮机之前将甲醇以足以保持所述至少一个燃气涡轮机在最大容量的至少50％的速率共进料到所述至少一个燃气涡轮机。5、根据权利要求3的方法，其进一步包括：(f)在从峰值外的功率需量到峰值功率需量的过渡阶段期间逐渐将至多100体积％的所述至少一个合成气流从所述甲醇产生区转移到所述至少一个燃气涡轮机，同时将甲醇以足以保持所述至少一个燃气涡轮机在最大容量的至少50％的速率共进料到所述至少一个燃气涡轮机。6、根据权利要求3的方法，其进一步包括：(f)在所述峰值功率需量的阶段期间，将一部分至少一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：SD巴尼基，NW莫克，WL特拉普，
申请(专利权)人：伊斯曼化学公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]