Способы получения синтез-газа и работы газогенератора с неподвижным слоем и сухим дном

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Кислородсодержащий поток после установки разделения воздуха 14 подают по линии 40 на первую стадию увлажнения 16, где его увлажняют путем контактирования с горячей водной жидкостью и образованием увлажненного кислородсодержащего потока. На второй стадии увлажнения 18 частично увлажненный кислородсодержащий поток приводят в контакт с водой реакции, полученной на стадии синтеза углеводородов по Фишеру-Тропшу 22. После второй стадии увлажнения 18 увлажненный кислородсодержащий поток подают по линии 42 в низкотемпературный нешлакующий газогенератор 20. Синтез-газ, полученный в газогенераторе 20, подают на стадию синтеза углеводородов по Фишеру-Тропшу 22. Изобретение позволяет расходовать меньшее количество угля на получение синтез-газа и уменьшить выбросы углекислого газа в атмосферу, 14 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Данное изобретение относится к способу получения синтез-газа и способу работы газогенератора с неподвижным слоем и сухим дном.

Известны различные технологии газификации углеродного материала, например угля, для получения синтез-газа. Для получения эффективного синтез-газа при использовании подходящего угля в случае технологии газификации с неподвижным слоем и сухим дном требуется меньше кислорода и угля, чем в случае высокотемпературных технологий газификации, особенно если уголь влажный и содержит много неорганических примесей (Эффективным синтез-газом считают ту часть синтез-газа, которую потенциально можно превратить в углеводороды с заданным набором продуктов по выбранной технологии). Однако в случае технологии газификации с неподвижным слоем и сухим дном расходуется больше водяного пара в качестве реагента для газификации или замедляющего реагента, чем при использовании других технологий газификации. Если учесть затраты угля на получение водяного пара для газификации в неподвижном слое с сухим дном, то преимущество этой технологии, заключающееся в расходовании меньшего количества угля на получение эффективного синтез-газа, чем в случае альтернативных технологий, на самом деле не реализуется или сводится к нулю.

Согласно одному аспекту настоящего изобретения предлагается способ получения синтез-газа, который включает:

увлажнение кислородсодержащего потока путем контактирования кислородсодержащего потока с горячей водной жидкостью и образование увлажненного кислородсодержащего потока; и

подачу увлажненного кислородсодержащего потока в газогенератор для газификации углеродного материала и получения синтез-газа.

Термин «газогенератор» используют в традиционном смысле, т.е. как аппарат для превращения в синтез-газ углеводородного сырья, которое в основном является твердым (например, уголь) или жидким, в отличие от «аппарата риформинга», который является аппаратом для конверсии преимущественно газообразного углеводородного сырья в синтез-газ.

В предпочтчительном варианте изобретения газогенератор представляет собой низкотемпературный нешлакующий газогенератор типа низкотемпературного газогенератора с неподвижным слоем и сухим дном (также известный как газогенератор с движущимся слоем сухой золы), например, низкотемпературный газогенератор с неподвижным слоем торговой марки Sasol-Lurgi^TM.

Кроме того, водяной пар используют в качестве сырья в некоторых типах проточных газогенераторов (т.е. высокотемпературных шлакующих газогенераторов), в шлакующих газогенераторах с неподвижным слоем, в газогенераторах с подвижным слоем или в газогенераторах с кипящим слоем, хотя и в меньших количествах, чем в случае низкотемпературных нешлакующих газогенераторов. Такой водяной пар можно использовать, например, в качестве замедлителя для защиты горелок газогенераторов или для установления нужного соотношения Н₂/СО в синтез-газе, полученном в газогенераторе. Таким образом, в разных вариантах настоящего изобретения газогенератор может быть проточным газогенератором с газификацией в потоке или шлакующим газогенератором с неподвижным слоем или газогенератором с подвижным слоем или газогенератором с кипящим слоем.

Согласно другому аспекту изобретения предлагается способ работы газогенератора с неподвижным слоем и сухим дном, который включает:

увлажнение кислородсодержащего потока путем контактирования кислородсодержащего потока с горячей водной жидкостью и образование увлажненного кислородсодержащего потока; и

подачу увлажненного кислородсодержащего потока и твердого углеродистого материала в указанный газогенератор с неподвижным слоем и сухим дном;

газификацию твердого углеродного материала в газогенераторе в присутствии кислорода и водяного пара с образованием синтез-газа и золы; и

отвод синтез-газа и золы из газогенератора.

Способ может включать получение кислородсодержащего потока в установке разделения воздуха (ASU), предпочтительно в криогенной ASU.

Увлажнение кислородсодержащего потока обычно включает нагревание кислородсодержащего потока путем прямого контактирования кислородсодержащего потока с горячей водной жидкостью. Теоретическая максимальная температура, до которой кислородсодержащий поток может быть предварительно нагрет при прямом контакте, определяется температурой насыщения воды при давлении кислорода в системе. При давлении кислорода в системе, равном 3000 кПа (абс.), теоретическая максимальная температура предварительного нагрева составляет ниже 234°С, а при давлении в системе 4500 кПа (абс.) ниже 257°С. В частности, в типичных условиях работы газогенератора увлажненный кислородсодержащий поток, подаваемый в газогенератор, может иметь температуру по меньшей мере 160°С, предпочтительно по меньшей мере примерно 200°С, более предпочтительно по меньшей мере примерно 220°С.

В типичных условиях подаваемый в газогенератор кислородсодержащий поток, увлажненный с помощью горячей водной жидкости, может содержать воду в концентрации по меньшей мере примерно 3 об.%, предпочтительно по меньшей мере примерно 20 об.%, более предпочтительно по меньшей мере примерно 40 об.%, обычно примерно 40-90 об.%, более типично примерно 40-70 об.%, например, примерно 65 об.%.

Обычно увлажненный кислородсодержащий поток находится под давлением примерно 2000-6000 кПа (абс.).

Кислородсодержащий поток можно увлажнять на одной или нескольких стадиях увлажнения. На одной или первой стадии увлажнения кислородсодержащий поток можно привести в контакт с охлаждающей водой. Охлаждающая вода может быть бойлерного качества воды, и ее можно использовать в практически замкнутом цикле. Качество воды для бойлеров означает качество воды, пригодной для получения пара в обычных бойлерах, обогреваемых углем (например при 40 бар (относит.)) с электропропроводностью менее 120 мкСм. Таким образом, охлаждающую воду используют для непрямого теплообмена с одним или несколькими горячими потоками, полученными в комплексе, использующем или производящем синтез-газ. В одном варианте изобретения охлаждающую воду используют для охлаждения сжатого газового потока в указанной установке ASU. Это уменьшает потребность в обычной охлаждающей воде из цикла завода охлаждения воды, а для цикла завода по охлаждению воды с использованием испарительной охлаждающей колонны также уменьшает потерю воды в атмосферу.

При использовании охлаждающей воды для охлаждения сжатого газового потока в указанной установке ASU охлаждающая вода, используемая для увлажнения кислородсодержащего потока, может иметь температуру при подаче примерно 50-150°С, например, примерно 130°С.

Газогенератор может быть частью комплекса аппаратуры для синтеза углеводородов, в котором получают воду реакции. На одной или на второй стадии увлажнения кислородсодержащий поток можно привести в контакт с указанной водой реакции.

Воду реакции, используемую для увлажнения кислордсодержащего потока, можно нагреть перед контактированием с кислородсодержащим потоком, и она может иметь температуру примерно 100-280°С, например, примерно 190°С.

Обычно вода реакции содержит продукты окисления углеводородов, такие как спирты, кетоны, альдегиды и кислоты. По меньшей мере некоторые продукты окисления углеводородов могут попасть из кислородсодержащего потока в ходе увлажнения.

Если горячая водная жидкость представляет собой воду реакции, то воду обычно используют для увлажнения в прямоточной системе, после чего воду реакции можно направить на завод или установку по обработке воды. Преимуществом является то, что по меньшей мере часть этих продуктов окисления углеводородов можно добавлять в газогенератор и таким образом их не надо обрабатывать или удалять.

На одной стадии увлажнения или в альтернативном варианте на второй стадии увлажнения кислородсодержащий поток можно привести в контакт с водой, используемой для охлаждения продукта реакции со стадии синтеза углеводородов. Эта вода может быть водой реакции. Продукт реакции может быть газообразным, и по меньшей мере часть его конденсируют для разделения компонентов, например, воды реакции и тяжелых углеводородов. Или, наоборот, продукт реакции может быть жидким, например, воскообразным, который охлаждают перед последующей обработкой или использованием.

Обычно газогенератор является частью более крупного комплекса, в котором используют или генерируют синтез-газ. В таком более крупном комплексе имеется стадия кипячения. На одной стадии увлажнения или в следующем альтернативном варианте на второй стадии увлажнения кислородсодержащий поток можно привести в контакт с водой из продувки бойлера.

Вода из продувки бойлера, используемая для увлажнения кислородсодержащего потока, может иметь равновесную температуру воды при данном давлении образования пара в паровом барабане бойлера, откуда начинается продувка бойлера. При давлении парообразования около 44 бар (абс.) эта температура составляет примерно 257°С, а при давлении парообразования 60 бар (абс.) эта температура составляет примерно 275°С. Чем выше давление и, следовательно, равновесная температура, тем меньшая продувка бойлера требуется для получения определенной доли водяного пара в увлажненном кислородсодержащем потоке. Таким образом, воду из продувки бойлера, используемую для увлажнения кислородсодержащего потока, можно подавать при температуре примерно 200-350°С, например, примерно 260°С.

Скорость потока воды из продувки бойлера может быть выше той, которая строго необходима для работы бойлера. Вода, подаваемая на стадию кипячения, может быть предварительно нагрета непрямым теплообменом с одним или нескольким горячими потоками, образовавшимися в более крупном комплексе. В предпочтительном варианте воду, подаваемую на стадию кипячения, предварительно нагревают во избежание непрямого охлаждения синтез-газа, полученного в газогенераторе. Преимуществом является то, что предварительный нагрев воды, подаваемой на стадию кипячения, позволяет утилизировать низкопотенциальное тепло и уменьшает потребность в дополнительном угле для поддержания повышенной скорости подачи воды из продувки бойлера.

Воду, подаваемую на стадию кипячения, до стадии деаэрации можно предварительно нагреть выше обычной температуры, но до температуры ниже температуры кипения, например, примерно 90°С. Деаэрированную воду, подаваемую на стадию кипячения, можно затем предварительно нагреть от температуры кипения в деаэраторе до температуры примерно на 10°С ниже температуры получения пара в бойлере, которая составляет примерно 257°С при давлении пара 45 бар (абс.) и примерно 350°С при 165 бар (абс.).

Воду из продувки бойлера обычно с повышенной концентрацией растворенного кислорода можно вернуть со стадии увлажнения, т.е. после увлажнения килородсодержащего потока, в качестве воды, подаваемой на стадию кипячения. Бывает необходимо испарить воду при пониженном давлении на стадии испарения, следующей за стадией увлажнения, для удаления по меньшей мере части растворенного кислорода. Предпочтительно, чтобы стадия испарения предшествовала предварительному нагреву воды, подаваемой на стадию кипения.

Стадию испарения можно осуществлять при атмосферном давлении или ее можно заменить деаэратором.

Кислородсодержащий поток можно привести в контакт с горячей водной жидкостью в любом подходящем устройстве для контактирования газа и жидкости, например, в колонне с насадкой или в башне.

Способ обычно включает подачу пара в газогенератор в качестве реагента газификации. Перед подачей в газогенератор пар и увлажненный кислородсодержащий поток можно объединить.

Синтез углеводородов может представлять собой синтез Фишера-Тропша. Эффективность синтеза Фишера-Тропша может быть повышена при температуре ниже примерно 280°С, обычно при температуре примерно 160-280°С, предпочтительно примерно 220-260°С, например, 240°С.

Теперь изобретение будет описано с помощью примеров и чертежей, где:

Фигура 1 представляет способ синтеза углеводородов по одному из вариантов изобретения для получения синтез-газа;

Фигура 2 представляет другой способ синтеза углеводородов по другому варианту изобретения для получения синтез-газа; и

Фигура 3 иллюстрирует способ получения синтез-газа согласно данному изобретению.

На фигуре 1 ссылка 10 указывает на способ получения углеводородов. Способ 10 включает в широком смысле компрессор для воздуха 12, установку разделения воздуха (ASU) 14, первую стадию увлажнения 16, вторую стадию увлажнения 18, стадию газификации 20, синтез углеводородов по Фишеру-Тропшу 22, трехфазный сепаратор 24 и стадию обработки воды 28.

Воздушный компрессор 12 осуществляет несколько стадий сжатия 30, две из которых показаны на фигуре 1, а также несколько промежуточных холодильников 32, два из которых показаны на фигуре 1. Способ 10 включает также холодильник для газообразного продукта 34 и охлаждаемый воздухом холодильник 35 между стадией синтеза углеводородов по Фишеру-Тропшу 22 и трехфазным сепаратором 24.

Линия подачи воздуха 36 ведет к воздушному компрессору 12, а линия сжатого воздуха 38 ведет от воздушного компрессора 12 к установке ASU 14. Кислородная линия 40 ведет от установки ASU 14 к первой стадии увлажнения 16 и затем от первой стадии увлажнения 16 к второй стадии увлажнения 18. Линия увлажненного кислорода 42 связывает вторую стадию увлажнения 18 со стадией газификации 20. Стадия газификации 20 также связана с линией подачи угля 44 и линией подачи водяного пара 46, а линия синтез-газа 48 ведет от стадии газификации 20 к стадии синтеза углеводородов по Фишеру-Тропшу 22.

Линия полученных жидких углеводородов 50 и газообразных продуктов 52 отходят от стадии синтеза углеводородов по Фишеру-Тропшу 22. Линия газообразных продуктов 52 проходит через холодильник для газообразных продуктов 34 и холодильник 35 к трехфазному сепаратору 24, от которого отходят линия жидких углеводородов 54 и линия отходящего газа 56. Линия воды реакции 58 также ведет от трехфазного сепаратора 24 ко второй стадии увлажнения 18 через холодильник для газообразных продуктов 34, прежде чем доходит до стадии обработки воды 28.

Линия циркуляции охлаждающей воды 60 проходит через промежуточные холодильники 32 к первой стадии увлажнения 16 и затем возвращается к промежуточным холодильникам 32. Также имеются линия охлаждающей воды 62 и необязательно линия продувки охлаждающей воды 64.

В рабочем режиме воздух поступает в воздушный компрессор 12 по линии подачи воздуха 36 и там сжимается на стадиях сжатия 30. Между стадиями сжатия 30 воздух охлаждают в промежуточных холодильниках 32 с помощью охлаждающей воды в контуре циркуляции охлаждающей воды 60. Охлаждающая вода имеет бойлерное качество и находится под давлением примерно 1000-4500 кПа (абс.). Сжатый воздух подается из воздушного компрессора 12 по линии сжатого воздуха 38 и подвергается разделению в установке разделения воздуха 14 с образованием потока сжатого практически сухого кислорода, подаваемого по линии кислорода 40 на первую стадию увлажнения 16, и одного или нескольких газовых потоков, обозначенных линией 41. В установке разделения воздуха 14 используют традиционную технологию криогенного разделения. Поток кислорода в линии кислорода 40 обычно находится под давлением примерно 3000-4500 кПа (абс.) и при обычной температуре примерно 20-30°С.

Охлаждающую воду из промежуточных холодильников 32 подают по линии циркуляции охлаждающей воды 60 на первую стадию увлажнения 16, где охлаждающую воду приводят в контакт с потоком кислорода по традиционной технологии контактирования газа и жидкости, например, в насадочной колонне. При входе на первую стадию увлажнения 16 охлаждающая вода имеет температуру примерно 100-120°С. На первой стадии увлажнения 16 охлаждающую воду дополнительно охлаждают с помощью потока холодного кислорода из установки ASU 14, а поток холодного кислорода нагревается и увлажняется охлаждающей водой. Охлаждающая вода выходит после первой стадии увлажнения 16 при температуре примерно 40°С. Таким образом, охлаждающая вода является достаточно холодной для того, чтобы вернуть ее в промежуточные холодильники 32 для охлаждения. Охлаждающую воду получают по линии получения охлаждающей воды 62 с учетом воды, унесенной потоком кислорода на первой стадии увлажнения 16. Если нужно, некоторое количество охлаждающей воды можно также продуть с использованием линии продувки охлаждающей воды 64.

На первой стадии увлажнения 16 поток холодного кислорода увлажняют до концентрации воды примерно 3 об.% и нагревают до температуры примерно 100-120°С. Частично нагретый и частично увлажненный поток кислорода затем подают на вторую стадию увлажнения 18 (обычно также в колонну с насадкой) по линии кислорода 40. На второй стадии увлажнения 18 поток кислорода дополнительно нагревают и увлажняют путем контактирования потока кислорода с водой реакции, подаваемой на вторую стадию увлажнения 18 по линии воды реакции 58. Вода реакции, подаваемая на вторую стадию увлажнения 18, имеет температуру примерно 180-220°С и уходит со второй стадии увлажнения 18 при температуре примерно 120-150°С. На второй стадии увлажнения 18 поток кислорода нагревают до температуры примерно 160°С и дополнительно увлажняют до содержания воды примерно 22 об.%. Затем нагретый увлажненный кислород подают по линии увлажненного кислорода 42 на стадию газификации 20.

Стадию газификации 20 проводят в газогенераторе с неподвижным слоем и сухим дном (обычно в нескольких аппаратах). На стадии газификации 20 твердый углеродный материал, т.е. уголь, газифицируют с помощью потока увлажненного кислорода и водяного пара в качестве замедлителя. Уголь подают на стадию газификации 20 по линии подачи угля 44, а водяной пар подают по линии подачи пара 46. На стадии газификации 20 образуются синтез-газ, который отводят по линии синтез-газа 48, а также зола. Удаление золы со стадии газификации 20 на фигуре 1 не показано.

Синтез-газ, отведенный со стадии газификации 20 по линии синтез-газа 48, обычно охлаждают и очищают, например, путем удаления серы (не показано), перед подачей на стадию синтеза углеводородов по Фишеру-Тропшу 22.

Стадия синтеза углеводородов по Фишеру-Тропшу 22 представляет собой традиционную стадию трехфазного низкотемпературного каталитического синтеза Фишера-Тропша при температуре примерно 240°С и давлении 2000-2500 кПа (абс.). На стадии синтеза углеводородов по Фишеру-Тропшу 22 образуются жидкие углеводороды, которые отводят для дальнейшей обработки по линии полученных жидких углеводородов 50. На стадии синтеза углеводородов по Фишеру-Тропшу 22 также образуются газообразные продукты, которые отводят по линии газообразных продуктов 52 и пропускают через холодильникии для газообразных продуктов 34 и 35, где газообразные продукты охлаждают до температуры примерно 40-70°С с образованием трехфазной смеси, которая включает конденсированные углеводороды, воду реакции и остаточный газ. Смесь подают в трехфазный сепаратор 24. В трехфазном сепараторе 24 смесь разделяют и получают жидкие углеводороды, которые отводят по линии жидких углеводородов 54, и остаточный газ, который отводят по линии остаточного газа 56. В трехфазном сепараторе 24 также получают поток воды реакции, который отводят по линии воды реакции 58.

Остаточный газ, отводимый по линии остаточного газа 56, подвергают очистке и используют в качестве топливного газа либо возвращают на стадию синтеза углеводородов по Фишеру-Тропшу 22.

Эти операции на фигуре 1 не показаны.

Поток воды реакции содержит в основном воду и растворенные продукты окисления углеводородов. Поток воды реакции подают в холодильник для газообразных продуктов 34 для охлаждения газообразных продуктов со стадии синтеза углеводородов по Фишеру-Тропшу 22 путем непрямого теплообмена. Поток воды реакции, подаваемый в холодильник для газообразных продуктов 34, обычно имеет температуру примерно 40-70°С и уходит из холодильника для газообразных продуктов 34 при температуре примерно 180-220°С. Горячий поток воды реакции затем подают на вторую стадию увлажнения 18, как было указано выше, для нагрева и увлажнения потока кислорода.

Охлажденную воду реакции со второй стадии увлажнения 18 отводят по линии воды реакции 58 и подают на стадию обработки воды 28, где воду реакции, перед тем как выбросить, обрабатывают для выделения растворенных продуктов окисления углеводородов.

Если это нужно или необходимо, воду реакции из трехфазного сепаратора 24 можно обработать на стадии 28, прежде чем направить в холодильник для газообразных продуктов 34 и на вторую стадию увлажнения 18. Эта возможность проиллюстрирована необязательной линией потока реакционной воды 66.

Важно подчеркнуть, что горячая вода реакции, подаваемая на вторую стадию увлажнения 18, может содержать большее или меньшее количество растворенных продуктов окисления углеводородов. Некоторые из этих продуктов можно удалить из воды реакции на второй стадии увлажнения 18 с помощью потока кислорода и подать вместе с увлажненным кислородом на стадию газификации 20.

Рассмотрим теперь фигуру 2, где ссылка номер 100 обычно указывает на следующий способ получения углеводородов по изобретению. Способ 100 аналогичен способу 10 и, если не указано иное, аналогичные или похожие части или особенности обозначены такими же номерами.

Способ 100 включает стадию отделения жидкости 104 с последующей стадией синтеза углеводородов по Фишеру-Тропшу 22. Способ 100 также включает теплообменник 37 между стадией газификации 20 и стадией синтеза углеводородов 22. На практике газообразный продукт со стадии синтеза углеводородов по Фишеру-Тропшу 22 только частично охлаждают в холодильнике 34 и воздушном холодильнике 35 до температуры примерно 100°С. При этих температуре и давлении на выходе стадии синтеза углеводородов по Фишеру-Тропшу 22 образуется трехфазная смесь, содержащая несконденсированную фазу, горячую углеводородную фазу и фазу горячей воды реакции. Эту трехфазную смесь подают на стадию отделения воды 104 с образованием потока воды реакции, потока углеводородов и потока газообразных продуктов. Поток газообразных продуктов и поток углеводородов отводят с помощью линии газообразных продуктов 106 и линии жидких продуктов 107 соответственно и направляют на следующие стадии разделения, которые здесь не показаны.

Поток горячей воды реакции содержит меньше продуктов окисления углеводородов, чем то количество, которое он мог бы содержать в случае отдувки при 40°С. Этот поток горячей воды реакции можно безопасно использовать для насыщения кислорода без риска возгорания и без частичной или полной обработки воды перед использованием, как это необходимо в способе 10. Поток горячей воды реакции со стадии отделения воды 104 разделяют и подают через теплообменники 34 и 36 с помощью линии реакционной воды 58 на вторую стадию увлажнения 18 для дальнейшего нагрева и увлажнения потока кислорода, как описано выше в способе 10. На второй стадии увлажнения 18 поток кислорода нагревают до температуры примерно 160°С и увлажняют до концентрации воды примерно 22 об.%. Поток увлажненного кислорода со второй стадии увлажнения 18 обычно содержит углеводороды, отделенные от реакционной воды после охлаждения (не показаны).

На второй стадии увлажнения 18 воду реакции охлаждают до температуры примерно 140°С. Охлажденную воду реакции удаляют с помощью линии воды реакции 58 и направляют на стадию обработки воды 28.

Рассмотрим теперь фигуру 3, где ссылка номер 200 обычно указывает на способ получения синтез-газа согласно данному изобретению. Способ 200 аналогичен частям способов 10 и 100 и, если не указано иное, аналогичные или похожие части или особенности обозначены теми же номерами.

В способе 200 не показано последующее использование полученного синтез-газа, отобранного по линии синтез-газа 48. Способ 200 включает стадию кипячения 202, паровой барабан продувки бойлера 204 и холодильник для синтез-газа 206.

Линия подачи угля 208 и линия подачи воздуха 206 ведут на стадию кипячения 202. Линия топливного газа 222 отходит со стадии кипячения 202. Линия водяного пара высокого давления 210 связывает стадию кипячения 202 с последующими потребителями (обычно не показаны) и, в частности, линия подачи пара 46 на стадию газификации 20 ответвляется от линии водяного пара высокого давления 210. Линия воды из продувки бойлера 212 связывает стадию кипячения 202 со второй стадией увлажнения 18 и от нее ведет к паровому барабану 204. Линия водяного пара низкого давления 214 ведет от парового барабана 204 к другим потребителям (не показаны). Линия воды 216, подаваемой на стадию кипячения, ведет от парового барабана 204 на стадию кипячения 202 через холодильник для синтез-газа 206, который находится на линии синтез-газа 48. Предлагается продувка линии подачи воды на стадию кипячения 216 по линиям 218 и 220 соответственно.

На практике уголь и воздух для сжигания подают на стадию кипячения 202 по соответствующим линиям подачи 206, 208 и сжигают уголь с образованием топливого газа, отводимого по линии топливного газа 222. Выделяющееся при этом тепло используют для нагрева воды в линии подачи воды на стадию кипячения 216 до температуры кипения и превращения части воды в перегретый водяной пар, который отводят по линии водяного пара высокого давления 210. Часть воды при температуре кипения отводят по линии продувки воды из бойлера 212 и подают на вторую стадию увлажнения 18, где ее используют для дальнейшего подогрева и увлажнения потока кислорода, как описано выше со ссылкой на способы 10, 100. На второй стадии увлажнения 18 часть воды, продутой из бойлера, испаряется, и поток кислорода нагревают до температуры примерно 210°С и увлажняют до концентрации воды примерно 63 об.%.

На второй стадии увлажнения 18 воду продувки из бойлера охлаждают до температуры примерно 150°С. Охлажденную воду продувки из бойлера удалят по линии продувки воды из бойлера 212 и направляют в паровой барабан 204.

В паровом барабане 204, работающем при атмосферном давлении, удаляют достаточное количество кислорода, растворенного в воде продувки из бойлера на второй стадии увлажнения 18, вместе с водяным паром низкого давления, образовавшимся при испарении, для использования жидкого кубового остатка, отводимого по линии 216, в качестве воды, подаваемой в бойлер, после традиционной химической обработки. Водяной пар низкого давления и кислород отводят по линии водяного пара низкого давления 214. Жидкий продукт из парового барабана 204 представляет собой воду, подаваемую на стадию кипячения по линии подачи воды 216. Воду, подаваемую на стадию кипячения, затем предварительно нагревают до температуры 180°С непрямым теплообменом с синтез-газом в холодильнике для синтез-газа 206 и затем подают на стадию кипячения 202.

Из соображений безопасности для любого практического варианта изобретения необходимо, чтобы горячая водная жидкость, используемая для увлажнения кислородсодержащего потока, при контакте с ним не содержала воспламеняющихся компонентов в таких концентрациях, при которых эти воспламеняющиеся компоненты в увлажненном кислородсодержащем потоке окажутся в интервале между нижним и верхним пределами взрыва. Кроме того, растворенные твердые вещества и кислород в горячей водной жидкости не должны вызывать заметной коррозии выбранных конструкционных материалов.

Заявитель полагает, что данное изобретение, как показано, приводит к повышенной эффективности производства синтез-газа, особенно при использовании для газификации угля низкотемпературного нешлакующего газогенератора, такого как низкотемпературный газогенератор с неподвижным слоем и сухим дном. Для подачи в газогенератор в качестве сырья требуется водяной пар менее высокого давления, т.к. часть пара в качестве реагента газификации подается вместе с увлажненным кислородом. Обычно это приводит к экономии угля. В зависимости от температуры водяного пара высокого давления как реагента газификации, часть которого теперь подается вместе с увлажненным кислородом, может оказаться, что температура объединенных реагентов газификации, подаваемых в газогенератор, будет выше, чем в случае неувлажненного кислорода. Это может привести к небольшому уменьшению количества кислорода, необходимого для поддержания эндотермических реакций газификации. Кроме того, данный способ изобретения, как показано, также предлагает ценную возможность утилизации низкотемпературных источников тепла, обычно присутствующих в установках разделения воздуха или в комплексах по производству синтез-газа. Как показано, в способе согласно данному изобретению нагрузка на систему охлаждения воды в испарительной установке понижена, т.к. установка для охлаждения воды не используется для охлаждения сжатого воздуха или газа, образующегося в установке синтеза. В способе согласно данному изобретению, как показано на фигуре 3, нагрузка на систему охлаждения воды в испарительной установке еще более понижена, т.к. установка для охлаждения воды также не используется для охлаждения синтез-газа, полученного на стадии газификации. Это ведет к экономии воды. При использовании воды реакции для увлажнения потока кислорода, как показано на фигурах 1 и 2, количество воды реакции, которую надо обработать, также понижено. Таким образом, способ синтеза углеводородов согласно данному изобретению, как показано, может повысить общую эффективность по углероду и уменьшить выбросы CO₂ в атмосферу. Это тем более важно, что эмиссию CO₂ труднее всего снизить на крупных предприятиях по сжижению угля с паросиловыми установками. Уменьшение этих выбросов особенно важно для того, чтобы соответствовать техническим условиям по эмиссии СО₂.

Настоящее изобретение позволяет повысить количество водяного пара, получаемого на современных установках синтеза углеводородов из угля (например, при сжижения угля или на установках CTL) без применения бойлеров для генерирования водяного пара за счет низкопотенциального тепла. На новых установках можно снизить мощность бойлеров, сжигающих уголь, что приведет к меньшему образованию СО₂ и в результате к более конкурентоспособным способам газификации. Преимущества заключаются в меньших капитальных затратах и в снижении воздействия на окружающую среду от установок синтеза углеводородов из угля, особенно при использовании газогенераторов с неподвижным слоем и сухим дном (например, газификация по методу Sasol-Lurgi).

1. Способ получения синтез-газа, включающий
получение кислородсодержащего потока в установке разделения воздуха;
увлажнение кислородсодержащего потока путем контактирования кислородсодержащего потока с горячей водной жидкостью и образование увлажненного кислородсодержащего потока, причем увлажнение кислородсодержащего потока включает нагревание кислородсодержащего потока путем прямого контактирования кислородсодержащего потока с горячей водной жидкостью; и
подачу увлажненного кислородсодержащего потока в низкотемпературный нешлакующий газогенератор для газификации углеродного материала и получения синтез-газа, причем газогенератор образует часть комплекса для синтеза углеводородов Фишера-Тропша и дает воду реакции, причем кислородсодержащий поток приводят в контакт с указанной водой реакции, и в котором вода реакции включает продукты окисления углеводородов, по меньшей мере часть из которых содержалась в кислородсодержащем потоке во время увлажнения.

2. Способ по п.1, в котором подаваемый в газогенератор увлажненный кислородсодержащий поток имеет температуру по меньшей мере 160°С.

3. Способ по п.1 или 2, в котором подаваемый в газогенератор увлажненный кислородсодержащий поток содержит воду в концентрации по меньшей мере примерно 3 об.%.

4. Способ по п.3, в котором подаваемый в газогенератор увлажненный кислородсодержащий поток содержит воду в концентрации примерно 40-90 об.%.

5. Способ по п.1, в котором кислородсодержащий поток увлажняется более чем на одной стадии.

6. Способ по п.1, в котором кислородсодержащий поток приводят в контакт с водой, используемой в качестве охлаждающей воды.

7. Способ по п.1, в котором кислородсодержащий поток приводят в контакт с горячей водой бойлерного качества, которую используют в практически замкнутом цикле.

8. Способ по п.1, в котором кислородсодержащий поток приводят в контакт с водой, используемой в качестве охлаждающей воды для охлаждения сжатого газообразного потока в установке разделения воздуха для получения кислородсодержащего потока.

9. Способ по п.1, в котором кислородсодержащий поток приводят в контакт с водой, используемой для охлаждения продукта реакции после стадии углеводородного синтеза.

10. Способ по п.9, в котором вода является водой реакции.

11. Способ по п.1, который включает стадию кипячения и в котором кислородсодержащий поток приводят в контакт с водой продувки из бойлера.

12. Способ по п.11, в котором скорость потока воды продувки из бойлера выше той, которая необходима для работы бойлера, и в котором воду, подаваемую на стадию кипячения, предварительно подогревают непрямым теплообменом с одним или несколькими горячими потоками.

13. Способ по п.11 или 12, в котором воду продувки из бойлера с повышенной концентрацией растворенного кислорода возвращают после увлажнения кислородсодержащего потока в качестве воды, подаваемой на стадию кипячения.

14. Способ по п.1, который включает подачу водяного пара в газогенератор в качестве реагента газификации, причем водяной пар и увлажненные кислородсодержащие потоки объединяют перед подачей в газогенератор.

15. Способ по п.1, в котором газогенератор представляет собой газогенератор с неподвижным слоем и сухим золоудалением, а увлажненный кислородсодержащий поток, водяной пар и твердый углеродный материал подают в указанный газогенератор, в котором углеродный материал газифицируют в присутствии кислорода и водяного пара с образованием синтез-газа и золы, причем способ включает отвод синтез-газа и золы из газогенератора.