CN1298926A - 氢气/一氧化碳混合气生产方法和***及燃料/电力联合装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种通过使煤和煤床气在高压条件下反应生产氢气和一氧化碳混合气的方法和生产氢气与一氧化碳混合气的***及包括有生产氢气的混合气的***的燃料/电力联合装置。本发明的特征是:通过将煤床气和煤供应给气化设备以将它们部分氧化来生产有高氢气比的氢气/一氧化碳混合气,在气化设备中用水蒸气使部分形成的一氧化碳发生转移反应。

Description

氢气/一氧化碳混合气生产方法 和***及燃料/电力联合装置

本发明涉及通过用氧气，水蒸气等气化碳基燃料如煤，重质油和煤床气生产氢气/一氧化碳混合气的方法和生产氢气与一氧化碳混合气的***及包括生产氢气/一氧化碳混合气的***的生产燃料和发电的联合装置。

在煤田采煤中会产生含有甲烷作为主要成分的煤床气。收集煤床气的主要目的是保证采煤活动的安全，尽管一部分收集的煤床气作为燃料使用，但是大部分收集的煤床气未经利用就作为废物处理。因此，从节能的观点出发要有效地利用煤床气。另外，在有关气候变化的框架协议中计算出：甲烷的温室效应是二氧化碳的21倍，因此从防止全球变暖的观点看有效地利用煤床气也是重要的。

在利用含有甲烷作为主要成分的煤床气的传统技术方面，日本专利申请，特许公开号为9-67582公开了一种用煤和甲烷作为原料，把煤和甲烷供入气化炉生产氢气/一氧化碳混合气的方法。在传统技术中，作为原料的煤和甲烷被加压供给在约30个大气压下运行的气化炉。另外，为了提高氢气与一氧化碳的比在气化炉中进行了甲烷的水蒸气重整反应。如上所述得到的氢气-一氧化碳混合气通过燃气轮机或燃料电池可用在发电***中，可用在用于生产燃料如甲醇，甲基醚，FT合成油的燃料生产***中，或用在同时生产燃料和发电的燃料/电力联合装置中。

尽管上述方法能有效地得到高纯的甲烷，但是将甲烷加压是困难的，这是因为作为采矿活动之一而收集的煤床气含有空气(氧气)，为了进行水蒸气重整反应达到一定的高温也是困难的，这是因为用压缩机将煤床气加压达到30个大气压时气体温度就已接近600℃，另一方面，甲烷的点火温度是630±20℃，因此煤床气中所含的甲烷和氧气有可能迅速反应。

另外，空气中的氮气是反应惰性的，当空气混进煤床气时保持高温是困难的，因为升高氮气的温度需要热能。当煤床气加压达到10个大气压时温度接近330℃，因此在此压力下甲烷和氧气不会迅速反应。但是，在10个大气压下气化时气化炉的大小是在30个大气压下气化时气化炉的3倍，这就产生了成本增加的问题。

提出本发明是为了解决上述问题，本发明的一个目的是提供一种不进行水蒸气重整反应就能够从煤和煤床气生产出高氢气比的氢气/一氧化碳混合气的方法和***。另外，本发明的另一个目的是提供一种包括用于从氢气/一氧化碳混合气合成燃料的***和用合成的燃料发电的发电***的燃料/电力联合装置。

为了达到上述目的，一种根据本发明生产氢气/一氧化碳混合气的方法的特征是该方法包括下述步骤：通过部分氧化碳基燃料和煤床气形成氢气和一氧化碳；为了提高氢气/一氧化碳混合气中氢气的比使部分一氧化碳和水蒸气反应形成氢气。

碳基燃料和煤床气的部分氧化是通过将这些原料和氧化剂供给一个气化设备炉进行的。另外，一氧化碳的转移反应是通过将水蒸气供给气化炉使之与一氧化碳接触而进行的。因此，气化设备优选是这样构成的以致气体以一个方向流动，碳基燃料和煤床气和氧化剂供应到气化设备的上游区域，水蒸气供应到下游区域。

另外，根据本发明生产氢气/一氧化碳混合气的方法的特征是该方法包括下述步骤：在气化设备的上游区域和下游区域的两个区域中部分氧化碳基燃料，气体以一个方向在气化设备中流动；在上游区域部分氧化煤床气并燃烧部分碳基燃料；在下游区域使形成的一氧化碳进行转移反应以提高氢气/一氧化碳混合气中氢气的比例。通过在气化设备的上游区域燃烧部分碳基燃料，使上游区域的炉温升高，因此，与碳基燃料气化有关而形成的灰分熔融以防止灰分结连在炉壁上。

在用加压气体型的气化设备进行本发明的生产氢气/一氧化碳混合气的方法时，优选在将煤床气供应给气化设备前用煤床气中含有的氧气部分氧化煤床气以除去煤床气中的氧气或降低煤床气中的氧气含量。在煤床气是从煤田采矿得到的情况下，当将其加压并供应给加压气体型的气化设备时，当加压时煤床气的温度升高，因此存在煤床气点火的危险。所以，事先从煤床气中除去氧气就可能防止这样的问题发生。

根据本发明生产氢气/一氧化碳混合气的方法，发生碳基燃料的化学反应式(1)的部分氧化反应和煤床气的化学反应式(2)的部分氧化反应。还发生用化学反应式(3)表示的一氧化碳的转移反应。化学反应式(1)中的符号CH表示煤，化学反应式(2)中的符号CH₄表示煤床气中的甲烷。

在用其中气体以一个方向流动的气化设备进行本发明的生产氢气/一氧化碳混合气的方法时，只在上游区域部分氧化煤床气的方法或在上游区域和下游区域两个区域部分氧化煤床气的方法都包括在本发明的一个实施方案中。

    (1)

  (2)

从化学反应式(1)可以知道：煤气化得到的气体中氢气/一氧化碳的比约为0.5，从化学反应式(2)可以知道：煤床气气化得到的气体中氢气/一氧化碳的比约为2。因此，将这些气体混合可调节氢气/一氧化碳的比。

另外，通过化学反应式(3)的转移反应可使氢气/一氧化碳的比进一步提高。

    (3)

在用加压气体型的气化设备进行本发明的生产氢气/一氧化碳混合气的方法时，优选在将煤床气供应给气化设备前用煤床气中含有的氧气部分氧化煤床气以从煤床气中除去氧气。在这种情况下，煤床气流出煤床气供应***的煤床气柜，在部分氧化装置中通过部分氧化降低其氧气浓度，因为部分氧化反应使煤床气的温度升高所以在加压前通过一个热交换器使之冷却。通过部分氧化反应煤床气中的氧气浓度几乎为零，因此即使煤床气被压缩到高压时也不会和氧气迅速反应。所以，煤床气可加压到将近30个大气压后供应到气化设备。

煤床气中的氧气含量不足以完全燃烧甲烷，氧气在进行化学反应式(2)的部分氧化反应过程中被消耗。在将煤床气供应给气化设备前的阶段，为了改善甲烷和氧气的反应，优选将用煤床气中的氧气对甲烷的部分氧化反应的反应温度升高到大于1000℃。因此，优选使用催化燃烧反应。

通过在将煤床气供应给气化设备前除去或减少煤床气中的氧气，即使煤和煤床气在高压下相互反应，煤床气也不会和氧气迅速反应，并可有效地生产氢气/一氧化碳混合气，***的尺寸可以变小。另外，可生产出相应于合成燃料的有最佳氢气/一氧化碳比的混合气。另外，可能有效地利用已废弃的煤床气以达到节能的目的，并有利于防止全球变暖。

本发明的特征是用气化设备以碳基燃料和含有甲烷作为主要成分的煤床气作原料生产氢气/一氧化碳混合气的***，该***包括：气体在其中以一个方向流动的气化设备；将碳基燃料和煤床气和氧化剂供应到气化设备的上游区域使碳基燃料和煤床气在上游区域部分氧化的供应***；将水蒸气供应到气化设备的下游区域使部分在上游区域形成的一氧化碳在下游区域转移成氢气的供应***。

本发明的特征是生产氢气/一氧化碳混合气的***。其包括：气体在其中以一个方向流动的气化设备；将碳基燃料和煤床气和氧化剂供应到气化设备的上游区域使碳基燃料在上游区域部分氧化并燃烧，并使煤床气在上游区域部分氧化的供应***；将碳基燃料和氧化剂和水蒸气供应到气化设备的下游区域使碳基燃料在下游区域部分氧化并发生部分由碳基燃料和煤床气部分氧化形成的一氧化碳的转移反应的供应***。

另外，本发明的特征是生产氢气/一氧化碳混合气的***，其包括：气体在其中以一个方向流动的气化设备；将碳基燃料和煤床气和氧化剂供应到气化设备的上游区域使碳基燃料和煤床气在上游区域部分氧化的供应***；将水蒸气供应到气化设备的下游区域使部分由碳基燃料和煤床气部分氧化形成的一氧化碳在下游区域发生转移反应的供应***；在将煤床气供应给上游区域前用煤床气中含有的氧气部分氧化煤床气以降低煤床气中的氧气含量的部分氧化装置。

本发明的特征是燃料/电力联合装置，其包括：上述生产氢气/一氧化碳混合气的***；纯化由生产氢气/一氧化碳混合气的***生产的氢气/一氧化碳混合气的气体纯化设备；由气体纯化设备纯化的氢气/一氧化碳混合气合成任意一种甲醇，二甲基醚和FT合成油的燃料合成设备；用燃料合成设备合成的燃料作为能源发电的发电***。

另外，本发明的特征是燃料/电力联合装置，其包括：上述生产氢气/一氧化碳混合气的***；纯化由生产氢气/一氧化碳混合气的***生产的氢气/一氧化碳混合气的气体纯化设备；由气体纯化设备纯化的氢气/一氧化碳混合气合成任意一种甲醇，二甲基醚和FT合成油的燃料合成设备；用燃料合成设备合成的燃料和未反应的气体作为能源发电的发电***。如上所述，根据本发明的生产氢气/一氧化碳混合气的方法和生产氢气/一氧化碳混合气的***，可有效地生产出具有适用于燃料如甲醇，二甲基醚和FT合成油等的氢气/一氧化碳比的混合气。

另外，由于煤床气是通过部分氧化降低了煤床气中的氧气含量后供应到气化设备的，因此，煤床气可压缩到高压，相应地，***的尺寸可以变小，因而降低成本。

再者，包括根据本发明的生产氢气/一氧化碳混合气的***的燃料/电力联合装置通过有效地利用煤床气可达到节能的目的，还可有效地防止全球变暖。

图1是示出了根据本发明包括生产氢气/一氧化碳混合气的***的燃料/电力联合装置的一个实施方案的方框图。

图2是示出图1中煤床气供应***的方框图。

图3是示出图2中部分氧化装置的横截面图。

图4是示出图1中气化设备的详细结构的视图。

图5(a)是示出图4的调节反应部分的横截面图，图5(b)是示出图4的气化反应部分的横截面图。

图6是示出图1的调节设备的控制***的示意图。

图7是示出了根据本发明包括生产氢气/一氧化碳混合气的***的燃料/电力联合装置的另一个实施方案的方框图。

图8示出了气化设备的另一个实施方案，图8(a)是示出调节反应部分的横截面图，图8(b)是示出气化反应部分的横截面图。

图9是示出煤床气供应***的另一个实施方案的方框图。

图10是示出部分氧化装置的另一个实施方案的横截面图。

根据本发明包括生产氢气/一氧化碳混合气的***的燃料/电力联合装置的一个实施方案详述如下，参照附图，图1是示出了根据本发明包括生产氢气/一氧化碳混合气的***的燃料/电力联合装置的一个实施方案的方框图。在图1中，生产氢气/一氧化碳混合气的***10是通过用氧气3气化碳基燃料的煤1和煤床气2及通过用水蒸气4使所产生的一氧化碳发生转移反应生产氢气/一氧化碳混合气的***。生产氢气/一氧化碳混合气的***10的构造是煤1和煤床气2供应到气化设备20，在气化设备20中通过进行煤1和煤床气2的气化反应产生气体，通过用调节设备30调节煤1，煤床气2，氧气3和水蒸气4的供应量的比例来调节氢气/一氧化碳的比。

气化设备20包括在其中主要进行煤1和煤床气2间的气化反应的气化反应部分21和主要进行产生的混合气5中的氢气/一氧化碳的比的调节反应的调节反应部分22，其结构是通过用调节设备30调节煤1，煤床气2，氧气3和水蒸气4的供应量的比例来调节气化设备20中氢气/一氧化碳的比。

也就是说，粉碎煤1和煤床气2作为原料分别从煤供应***11和煤床气供应***12供应到气化设备20，被从氧气供应***13供应的氧气3作为氧化剂气化以形成含有氢气和一氧化碳作为主要成分的混合气。用从水蒸气供应***14供应的水蒸气4将部分形成的一氧化碳转变成氢气，通过顶部的气体排出孔作为混合气5排出。在气化设备20内部形成一个温度高于1500℃的区域，煤1的灰分作为熔渣6从气化设备20的底部排出。

在煤床气2含有大量氧气作为其成分的情况下，煤床气供应***12可构造成使氧气和煤床气2中的甲烷反应，降低了氧气浓度的部分氧化煤床气2A被加压供应到气化设备20。这里将详细描述煤床气供应***12，参考图2和图3，将储存在煤床气柜121中的煤床气2供应到部分氧化装置122。在部分氧化装置122中，煤床气2中的甲烷被氧气部分氧化。尽管所用的部分氧化装置122是可通过保持在高压下不使用任何催化剂能达到高反应速率的反应装置，但是可以使用在相对较低压力下使用催化剂能进行反应的反应装置。被部分氧化装置122部分氧化的煤床气2A被热交换器123冷却并被压缩机124压缩后供应到气化设备20。

该实施方案的部分氧化装置122的结构是喷射煤床气的燃料喷嘴122b布置在容器122a的内部，部分氧化装置122的结构是通过升温设备(未示出)燃烧燃料如轻油或丙烷加热整个装置。因此，保持靠近燃料喷嘴122b的位置处的温度高于甲烷的点火温度(630±20℃)。保持靠近燃料喷嘴122b的位置处的温度高于该温度对于安全操作是必需的。煤床气2流经部分氧化装置122变成部分氧化煤床气2A。

下面将参照图4和图5详细描述气化设备20，图4是示出图1中气化设备的详细结构的视图。图5(a)是示出图4的调节反应部分的横截面图，图5(b)是示出图4的气化反应部分的横截面图。参考图4和图5，气化设备20是一种一室两段型炉的设备，其结构是形成的混合气5从一侧(底部)流到另一侧(顶部)。由于煤1，煤床气2，氧气3和水蒸气4的喷射部分位于下部的一个位置和上部的另一位置处，所以在下段布置下段燃烧器23，在上段布置上段燃烧器24。煤1，煤床气2，氧气3和水蒸气4通过下段燃烧器23和上段燃烧器24供应到气化设备20。

在其中主要进行煤1和煤床气2的气化反应的气化反应部分21形成于气化设备20的下段，在其中主要进行氢气/一氧化碳的比的调节反应的调节反应部分22形成于上段。通过调节通过下段燃烧器23和上段燃烧器24的喷射部分供应的煤1，煤床气2，氧气3和水蒸气4的比例，可调节产生的氢气/一氧化碳混合气5的氢气/一氧化碳的比。在气化反应部分21中熔融的渣(煤灰)6通过出渣口25排到炉外。用渣骤冷区26里充填的水急冷渣6使之粉碎成小块。

图5(a)是示出上段燃烧器24的排列的一个例子的视图。在这个实施方案中，从上段燃烧器24供应煤1，氧气3和水蒸气4。作为原料的煤1粒子供应时形成一个涡流，涡流直径是D1，这是为了保证其在炉中有长的停留时间。因此，上段燃烧器24是这样排列的以致煤，氧气和水蒸气是朝着气化设备20的水平面圆周的切线方向喷射，如图5所示。在图5的实施方案中，上段燃烧器24a,24b,24d和24e供应煤1和氧气3，上段燃烧器24c和24f供应水蒸气4。

图5(b)是示出下段燃烧器23的排列的一个例子的视图。在这个实施方案中，下段燃烧器23供应煤1，煤床气2，氧气3和水蒸气4。与上段燃烧器24供应原料类似，下段燃烧器23供应原料时形成一个涡流。但是，由于在下段区域形成了高温火焰，因此，如果涡流直径大就有可能损坏炉壁。因此，有必要使涡流直径D2小于上段的涡流直径。在图5的实施方案中，下段燃烧器23a和23d供应煤1和氧气3，下段燃烧器23b和23e供应煤床气2和氧气3，下段燃烧器23c和23f供应水蒸气4。

此时参照图6，描述通过调节煤1和煤床气2的混合比调节形成的混合气5中的氢气/一氧化碳的比的调节设备30。图6是示出调节设备30的控制***的示意图。测定形成的混合气5中的氢气/一氧化碳的比的混合气组成探测器31连接到从气化设备20的排出孔伸出的管，可以使用气相色谱作为探测器31。在这种情况下，当使用气相色谱时由于最短的测量数据时间是2至3分钟，因此，为了更精确地控制，可能要使用能够连续分析的红外吸收装置测定一氧化碳，二氧化碳和甲烷的浓度，将测定的浓度输入气化设备20的分析模块就可估测出氢气/一氧化碳的比。

除了氢气/一氧化碳的比，上述形成的混合气5的温度和压力分别用探测形成的混合气温度的温度探测器32和探测形成的混合气压力的压力探测器33探测，探测的数据输入原料供应控制器34。另外，设置有温度探测器35探测气化设备20的上段中调节反应部分22的温度，设置有温度探测器36探测气化设备20的下段中气化反应部分21的温度，这些数据也输入原料供应控制器34。

有很多不能测定下段中气化反应部分21的温度的情况，这是由于渣附着于温度测试部分。在这种情况下，优选在原料供应控制器34上装备一个预测下段气化反应部分的温度的预测模块。原料供应控制器34的作用是测定气化设备20的状态，计算最佳煤床气/煤的比，最佳氧气/煤的比和水蒸气/煤的比。控制煤供应控制阀37，煤床气供应控制阀38，氧气供应控制阀39和水蒸气供应控制阀40的信号线连接到原料供应控制器34。

在图6的实施方案中，煤供应***11，煤床气供应***12，氧气供应***13和水蒸气供应***14与气化设备20的气化反应部分21和调节反应部分22都连接起来。但是，在不供应煤床气2到上段中调节反应部分的情况下，上部的煤供应***12就不是必需的，相应地可根据需要改变供应***。另外，供应***可以构造成煤供应***11，煤床气供应***12，氧气供应***13和水蒸气供应***14都是每个只有一个，每一个供应***都分流到下段的气化反应部分21和上段的调节反应部分22。

如上所述，图1所示的燃料/电力联合装置包括：生产氢气/一氧化碳混合气的***10，气体纯化设备45，燃料合成设备50和发电***55，生产氢气/一氧化碳混合气的***10生产的混合气5供应到气体纯化设备45。在气体纯化设备45中，对混合气5进行除尘和脱硫。可以使用旋风分离器，过滤机等除尘。生产的混合气5中含有的含硫化合物是硫化氢和羰基硫化物，脱硫方法有湿法脱硫和干法脱硫。在湿法脱硫中有使用物理吸收的方法如selexsol方法和rectisol方法等，还有使用化学吸收的方法如甲基二乙醇胺法等。在干法脱硫中，使用氧化铁粒子。如上所述，混合气5在气体纯化设备45中经过除尘和脱硫变成精炼气7。

精炼气7导入燃料合成设备50或发电***55。燃料合成设备50由燃料合成装置51和燃料蒸馏装置52构成，作为合成燃料有甲醇，二甲基醚和FT合成油等。在燃料合成装置51中，如果合成甲醇作燃料，使用Cu/Zn族催化剂，反应条件是：220℃至300℃，50至100个大气压。燃料合成装置51中的合成反应器是骤冷型，绝热外冷型，管式冷却型，蒸汽发生型(steam generation type)，液相型，流化床型等。燃料蒸馏装置52的作用是蒸馏燃料合成装置51中合成的如甲醇等的燃料。

在燃料合成装置51中，如果合成二甲基醚作燃料，由于生产的二甲基醚不需要高纯度，所以使合成气流经将如用于合成甲醇的Cu/Zn族催化剂和用于合成二甲基醚的γ-Al₂O₃催化剂溶解于有机溶剂中形成的浆液，并可以使用用一个反应容器进行使精炼气7反应生成二甲基醚的方法。如上所述建造时，可降低燃料合成设备50的成本。

FT合成油是氢气和一氧化碳混合气通过费托反应得到的烃。FT合成油中的烃不是由一种烃构成，而是有一定分布的组合物。反应条件是：200℃至300℃，约30个大气压，用铁，钴或钌作催化剂。

通过燃料合成设备50合成的燃料8如甲醇，二甲基醚和FT合成油储存在燃料储存柜60里，通过燃料重整设备61供应给发电***55。燃料合成设备50中的氢气/一氧化碳混合气的燃料合成反应是平衡反应，所以总是存在未反应的氢气和未反应的一氧化碳。部分这些未反应的气体9从燃料蒸馏装置52循环到燃料合成装置51，其余的供应给发电***55，这样就能使该***同时合成燃料和发电。

作为发电***55，可以使用：用蒸气轮机回收燃烧燃料8的热作为蒸汽而发电的蒸汽发电***；用燃气轮机的燃气轮机发电***；用燃气轮机和蒸汽轮机发电的联合循环发电***；用柴油发电机和蒸汽轮机的发电***和燃料电池***。

下面对如上所述建造的包括生产氢气/一氧化碳混合气的***的一个实施方案的燃料/电力联合装置的操作进行描述。粉碎的煤1从煤供应***11通过调节设备30供应到气化设备20，同样，氧气3从氧气供应***13通过调节设备30供应到气化设备20，水蒸气4从水蒸气供应***14通过调节设备30供应到气化设备20。另外，从煤床气供应***12的煤床气柜121出来的煤床气2通过在部分氧化装置122中的部分氧化变成降低了氧气含量的部分氧化煤床气2A，因为部分氧化反应使经部分氧化煤床气2A的温度升高所以在压缩前使其通过一个热交换器123使之冷却，然后将冷却的部分氧化煤床气2A用压缩机124压缩后供应到气化设备20。

这里所用的煤床气2是通过部分氧化反应稍微降低了甲烷含量，并使氧气含量降到几乎为零的气体，其组成示于表1，然后将煤床气2加压到约30个大气压后供应到气化设备20。这种煤床气即使被压缩到高压也不会迅速反应因为它不含氧气。示于表1的煤床气2只是一个例子，其组成随矿区的不同而变化。

                  表1

	煤床气(vol.％)	部分氧化煤床气(vol.％)
			甲烷	42.6	29.3
氮气	47.4	42.4
			氧气	7.9	0.0
二氧化碳	2.1	7.2
			氢气	0.0	17.6
一氧化碳	0.0	3.5

如表1所示，例如，煤床气2中含的甲烷是约42.6vol.％，氧气是约7.9vol.％，但是，通过在部分氧化装置122中使用催化剂在600℃使煤床气发生反应后，排出的气体即部分氧化煤床气2A中含的氧气几乎为零，排出的气体组成是：甲烷约29.3体积％，一氧化碳约3.5体积％，氢气约17.6体积％。

在气化设备20中，在下部气化反应部分21的一个位置处，从下段燃烧器23供应煤1，煤床气2，氧气3和水蒸气4，发生上述化学反应式(1)的气化反应，其中煤用CH表示和发生上述化学反应式(2)的气化反应，其中煤床气用CH₄表示。由于为了保持反应温度，实际供应的氧气量略微大于由化学计量比确定的量，所以还产生有二氧化碳。在气化反应部分21中，为了进行气化反应和熔化煤中的灰分使之排到炉外，其温度要保持高于1500℃。下段燃烧器23产生小直径的火焰涡流，这是因为火焰温度高，这样就不会损坏炉壁。

从化学反应式(1)可以知道：煤气化得到的气体中氢气/一氧化碳的比约为0.5，从化学反应式(2)可以知道：煤床气气化得到的气体中氢气/一氧化碳的比约为2。因此，将这些气体混合可调节氢气/一氧化碳的比。如化学反应式(2)所示，在气化反应部分21中，煤床气中的甲烷和氧气之间发生部分氧化反应。

另一方面，在上部调节反应部分22的另一个位置处，从上段燃烧器24供应煤1，氧气3和水蒸气4，发生上述化学反应式(3)的转移反应以调节氢气/一氧化碳的比。为了不用催化剂进行上述反应，该区的温度要保持高于1300℃。由于上段燃烧器24的温度低于下段燃烧器23的温度，所以使火焰涡流的直径较大，这样就可以延长气体的停留时间。

气化设备20中产生的混合气5从气化设备20顶部的排出孔排出供应到气体纯化设备45。混合气5的组成在排出孔和气体纯化设备之间的一个位置处用混合气组成探测器31探测，组成的数据输入原料供应控制器34，同时，温度探测器32,35,36和压力探测器33探测的数据信号也输入原料供应控制器34。原料供应控制器34估测气化设备20的状态，计算最佳煤床气/煤的比，氧气/煤的比和水蒸气/煤的比，然后控制煤供应控制阀37，煤床气供应控制阀38，氧气供应控制阀39和水蒸气供应控制阀40以调节其开口度。

通过如上所述的这些操作，通过使混合气5的氢气/一氧化碳的比处于最佳状态可得到用于合成燃料如甲醇，二甲基醚，FT合成油等的最佳的氢气/一氧化碳的比。混合气5在气体纯化设备45中经过除尘和脱硫变成精炼气7。部分精炼气7转移到燃料合成设备50中合成燃料8，储存于燃料储存柜60里，在燃料重整设备61中重整成氢气和一氧化碳的混合气，然后根据需要供应给发电***55。另一方面，从燃料蒸馏装置52排出的未反应气体9返回燃料合成装置51或供应给发电***55以有效利用。在这种情况下，可以使精炼气7从燃料储存柜60直接供应给发电***55而不经过燃料重整设备61。

燃料如甲醇，二甲基醚，FT合成油等在燃料合成设备50中合成。甲醇合成反应是化学反应式(4)和化学反应式(5)表示的放热反应，适于合成的成分是氢气/一氧化碳的比是2(mol/mol)。在甲醇合成中使用Cu/Zn族催化剂，反应条件是：220℃至300℃，50至100个大气压。

         (4)

    (5)

二甲基醚可通过化学反应式(6)表示的脱水反应制得。在二甲基醚合成反应中，还发生化学反应式(4)所示的甲醇合成反应和化学反应式(7)所示的转移反应，这些反应可结合成化学反应式(8)表示的一个反应。这种情况下，适于合成的成分是氢气/一氧化碳的比是1(mol/mol)。通过上述反应可以合成甲醇和二甲基醚。

      (6)

           (7)

     (8)

在过去，使用一个甲醇合成装置和一个二甲基醚合成装置这两个不同的反应器合成二甲基醚。但是，由于燃料生产中产生的二甲基醚不需要高纯度，从降低成本的观点出发，优选使用一种用一个反应器使合成气反应生成二甲基醚的方法。例如，有一种方法是使合成气流经将用于合成甲醇的Cu/Zn族催化剂和用于合成二甲基醚的γ-Al₂O₃催化剂溶解于有机溶剂中形成的浆液。

下面参照图7，详细描述根据本发明包括生产氢气/一氧化碳混合气的***的燃料/电力联合装置的另一个实施方案。图7是示出了根据本发明包括生产氢气/一氧化碳混合气的***的燃料/电力联合装置的另一个实施方案的方框图。与上述的实施方案相比，这个实施方案的特征是在气体纯化设备45中纯化的精炼气7全部供应到燃料合成设备50。其它与上述的实施方案中基本相同的结构用同一符号表示，并且不再详述。根据本发明，可减少大量的管道并可将结构简化。

下面参照图8，描述气化设备的另一个实施方案。与上述的实施方案相比，图8的气化设备的特征是煤床气2只供应给调节反应部分22。即，在图8(a)中，上段燃烧器64a,64d供应煤床气2。另一方面，下段燃烧器63b,63e供应煤1和氧气3。其它结构与上述的实施方案的基本相同。如上所述建造时，可简化燃烧器23,24的结构，同时还可简化管道。

下面参照图9，描述煤床气供应***的另一个实施方案。图9是示出煤床气供应***的另一个实施方案的方框图。在煤床气供应***72中，最初使收集的煤床气2供应给部分氧化装置721。在部分氧化装置721中，煤床气2中的甲烷被氧气部分氧化。尽管所用的部分氧化装置721是通过在保持高压下不使用任何催化剂能达到高反应速率的反应装置，但是可以使用在相对较低压力下使用催化剂能进行反应的反应装置。部分氧化煤床气2A被热交换器722冷却并被压缩机124压缩后储存在煤床气柜723中。部分氧化煤床气2A被压缩机724压缩后根据需要供应到气化设备20。

下面参照图10，描述部分氧化装置的另一个实施方案。图10是示出部分氧化装置的另一个实施方案的横截面图。在部分氧化装置721的容器721a中，喷射煤床气的燃料喷嘴721b布置在上游端，燃烧催化剂721c布置在下游端。根据这种部分氧化装置721，甲烷和氧气之间的反应可在温度低于没有催化剂时的温度下进行。由于使用了铂等催化剂且通过催化剂的使用，甲烷开始燃烧的温度是370℃至380℃并能在400至450℃的温度下完全燃烧。

尽管上面描述的是用煤作为碳基燃料的一个例子，但是，很自然地可以把该***建造成应用其它碳基燃料如重质油。可以通过改变喷射部分的燃烧器成为气化设备来处理这种情况。

Claims (14)

1、一种由碳基燃料和含有甲烷作为主要成分的煤床气生产氢气/一氧化碳混合气的方法，该方法包括下述步骤：

通过部分氧化所说的碳基燃料和所说的煤床气形成氢气和一氧化碳；和

使部分所说的一氧化碳和水蒸气反应形成氢气以便提高所说的氢气/一氧化碳混合气中氢气的比。

2、根据权利要求1生产氢气/一氧化碳混合气的方法，该方法进一步包括下述步骤：

将所说的碳基燃料和所说的煤床气和氧化剂供应到气化设备的上游区域，使所说的碳基燃料和所说的煤床气部分氧化，气体在所说的气化设备中以一个方向流动；和

通过将水蒸气供应到所说的气化设备的下游区域使通过所说的部分氧化形成的一氧化碳发生转移反应。

3、一种由碳基燃料和含有甲烷作为主要成分的煤床气生产氢气/一氧化碳混合气的方法，该方法包括下述步骤：

在气化设备的上游区域和下游区域的两个区域中部分氧化所说的碳基燃料，气体在所说的气化设备中以一个方向流动；

在所说的上游区域燃烧部分所说的碳基燃料并部分氧化所说的煤床气；和

在所说的下游区域使所说的形成的一氧化碳进行转移反应以提高所说的氢气/一氧化碳混合气中氢气的比。

4、根据权利要求2和3之任一项的生产氢气/一氧化碳混合气的方法，其中用于防止所说的气化设备的炉壁温度升高的水蒸气供应到所说的气化设备的上部区域。

5、根据权利要求2和3之任一项的生产氢气/一氧化碳混合气的方法，其中在每个上游区域和下游区域中的气化反应都是通过形成供应的原料涡流进行的，所说的下游区域的涡流幅度大于所说的上游区域的涡流幅度。

6、一种用加压气体型的气化设备由碳基燃料和含有甲烷作为主要成分的煤床气作为原料生产氢气/一氧化碳混合气的方法，该方法包括下述步骤：

将所说的煤床气供应给所说的气化设备前部分氧化所说的煤床气以降低所说的煤床气中的氧气含量；然后

通过将所说的降低了氧气含量的煤床气和所说的碳基燃料和氧化剂供应给所说的气化设备来部分氧化所说的煤床气和所说的碳基燃料；和

通过将水蒸气供应到所说的气化设备的下游区域使部分通过所说的部分氧化形成的一氧化碳发生转移反应。

7、一种用气化设备以碳基燃料和含有甲烷作为主要成分的煤床气作原料生产氢气/一氧化碳混合气的***，其包括：

气体在其中以一个方向流动的所说的气化设备；

将所说的碳基燃料和所说的煤床气和氧化剂供应到所说的气化设备的上游区域使所说的碳基燃料和所说的煤床气在所说的上游区域部分氧化的供应***；和

将水蒸气供应到所说的气化设备的下游区域使部分在所说的上游区域形成的所说的一氧化碳在所说的下游区域转移成氢气的供应***。

8、一种用气化设备以碳基燃料和含有甲烷作为主要成分的煤床气作原料生产氢气/一氧化碳混合气的***，其包括：

气体在其中以一个方向流动的气化设备；

将所说的碳基燃料和所说的煤床气和氧化剂供应到所说的气化设备的上游区域使所说的碳基燃料在所说的上游区域部分氧化并燃烧，并使所说的煤床气在所说的上游区域部分氧化的供应***；和

将所说的碳基燃料和氧化剂和水蒸气供应到所说的气化设备的下游区域使所说的碳基燃料在所说的下游区域部分氧化并发生部分由所说的碳基燃料和所说的煤床气部分氧化形成的一氧化碳的转移反应的供应***。

9、根据权利要求7和8之任一项的生产氢气/一氧化碳混合气的***，其中包括将水蒸气供应到所说的气化设备的所说上游区域的***。

10、根据权利要求7和8之任一项的生产氢气/一氧化碳混合气的***，其中包括原料供应***和氧化剂供应***和水蒸气供应***，以便在所说的气化设备的上游区域和下游区域的两个区域中形成原料，氧化剂和水蒸气的涡流，所说的下游区域的涡流幅度大于所说的上游区域的涡流幅度。

11、一种用加压气体型的气化设备以碳基燃料和含有甲烷作为主要成分的煤床气作原料生产氢气/一氧化碳混合气的***，其包括：气体在其中以一个方向流动的所说的气化设备；

将所说的碳基燃料和所说的煤床气和氧化剂供应到所说的气化设备的上游区域使所说的碳基燃料和所说的煤床气在所说的上游区域部分氧化的供应***；

将水蒸气供应到所说的气化设备的下游区域使部分由所说的碳基燃料和所说的煤床气部分氧化形成的所说的一氧化碳在所说的下游区域发生转移反应的供应***；和

在将所说的煤床气供应给所说的上游区域前用所说的煤床气中含有的氧气部分氧化所说的煤床气以降低所说的煤床气中的氧气含量的部分氧化装置。

12、一种用加压气体型的气化设备以碳基燃料和含有甲烷作为主要成分的煤床气作原料生产氢气/一氧化碳混合气的***，其包括：气体在其中以一个方向流动的所说的气化设备；

将所说的碳基燃料和所说的煤床气和氧化剂供应到所说的气化设备的上游区域使所说的碳基燃料在所说的上游区域部分氧化并燃烧，所说的煤床气在所说的上游区域部分氧化的供应***；

将所说的碳基燃料和氧化剂和水蒸气供应到所说的气化设备的下游区域使部分由所说的碳基燃料和所说的煤床气部分氧化形成的所说一氧化碳在下游区域发生转移反应的供应***；和

在将所说的煤床气供应给所说的上游区域前用所说的煤床气中含有的氧气部分氧化所说煤床气以降低所说的煤床气中的氧气含量的部分氧化装置。

13、一种燃料/电力联合生产装置，其包括：

根据权利要求7,8,11和12之任一项生产氢气/一氧化碳混合气的***；

纯化由所说的生产氢气/一氧化碳混合气的***生产的氢气/一氧化碳混合气的气体纯化设备；

由所说的气体纯化设备纯化的所说氢气/一氧化碳混合气合成任意一种甲醇，二甲基醚和FT合成油的燃料合成设备；和

用所说的燃料合成设备合成的所说燃料作为能源发电的发电***。

14、一种燃料/电力联合生产装置，其包括：

根据权利要求7,8,11和12之任一项生产氢气/一氧化碳混合气的***；

纯化由所说的生产氢气/一氧化碳混合气的***生产的氢气/一氧化碳混合气的气体纯化设备；

由所说的气体纯化设备纯化的所说氢气/一氧化碳混合气合成任意一种甲醇，二甲基醚和FT合成油的燃料合成设备；和

用所说的燃料合成设备合成的所说燃料和未反应的气体作为能源发电的发电***。

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