專利名稱：用于從含碳物質生產至少一種烴類燃料的系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明總體上涉及由含碳物質生產烴類燃料的領域，以及更特別地涉及使用核電站和烴類燃料生產廠來組合生產電功率和烴類燃料的領域。
背景技術：
通常將核電站與配電網(wǎng)連接用于將電功率分配給最終用戶。用于核電站的投資成本非常高。為了使投資回報最大化，發(fā)電廠當在非常長的時期內以盡可能接近100%的負荷運行。然而最終用戶的電功率消耗在一天內不同，在早晨和晚上有高峰消耗，尤其是在冬季。另一方面，電消耗在夜間較低。電功率消耗還隨季節(jié)變化，可能在冬季(供暖季節(jié))和夏季(致冷季節(jié))比春秋季高。在某些國家，如法國，由于核電站的生產份額很大，因此對它們進行操作以使它們遵從于電功率消耗。因此難以使發(fā)電廠持續(xù)地以接近100%的負荷運行。此外，在配電網(wǎng)的水平和核電站的水平上，電功率消耗方面強的和快速的改進難以調節(jié)。W02006/099573描述了具有專用于僅為燃料生產廠供電的核電站的烴類燃料生產W02008/115933描述了專用于烴類燃料生產廠的可再生電源如風力電源。US2008/0040975描述了由含碳物質生產燃料、電功率(燃氣輪機)和尿素的設備。W02008/033812描述了用于由含碳物質(生物質)和氫生產烴類燃料的設備。氫使用電功率由非碳排放專門來源的電功率如風力、太陽能或核動力生產。US6306917描述了能選擇性地使電功率(燃氣輪機)、烴和二氧化碳生產最大化的設備。發(fā)明概述存在著對于不管最終用戶的電消耗變化都有助保持核電站接近于100%負荷的系統(tǒng)的需求。申請人:已經發(fā)現(xiàn)將核電站與配電網(wǎng)和烴類燃料生產廠聯(lián)接能使得核電站以接近恒定的電功率運行，而不管連接到配電網(wǎng)的最終用戶的電功率消耗的變化，以及可使烴類燃料生產廠適應于考慮到來自發(fā)電廠的電功率的可利用性方面的變化，而同時保持高輸
出O本發(fā)明的一個目的在于優(yōu)化核電站的操作以保持電廠負荷接近100%，而不管最終用戶的總使用量的變化。另一個替代或附加的目的是提出能容許產生核電功率和烴類燃料的系統(tǒng)，同時容許以高效率水平運行核電站和烴類燃料生產廠。本發(fā)明的另一個替代或附加的目的是提出一種系統(tǒng)，其中當配電網(wǎng)調節(jié)器要求時，主要的電功率消耗者能根據(jù)需要降低對配電網(wǎng)的電功率消耗。本發(fā)明的這些以及其它目的對所屬技術領域的熟練技術人員由以下說明書和所附的權利要求而更加顯而易見?，F(xiàn)參考形成本說明書一部分的附圖。應當注意的是本文所顯示的具體實施方案用于說明的目的而非限制。附圖簡要說明

圖1是本發(fā)明的第一具體實施方案的方框形式的工藝流程圖，圖2是本發(fā)明的第二具體實施方案的方框形式的工藝流程圖。附圖詳細說明圖1的系統(tǒng)具有核電站1、用于生產柴油燃料的烴類燃料生產廠3，以及配電網(wǎng)5， 電功率用戶7而不是烴生產廠3電氣性連接至配電網(wǎng)5。配電網(wǎng)5電氣性連接至核電站1并將電功率從核電站輸送到用戶7。電功率用戶具有可變化的總電功率消耗，用戶的電功率需求隨時間變化?？偟碾姽β氏脑谝惶斓倪^程中例如以以下方式變化最大量(100%)從7:30a.m.到900a. m.，從11 30a. m.到 13:00p.m.，以及從 19:00p.m.到 20:30p.m.；在 9a.m.與 11:30a.m.之間和在 13 00p. m.與 19:00p.m.之間約 60% ；以及在 20:30p.m.與 7:30a.m.之間約 20%。烴類燃料生產廠3包括-至少一個含碳物質的調節(jié)裝置9a、9b、9C、9d、9e；-氣化器11，例如超臨界的部分氧化氣化器；-氣體調節(jié)裝置13;-電解裝置15，-烴類燃料合成裝置17;-緩沖存儲器19；-重整裝置21;-產品分離裝置23;-精煉裝置25；-水處理裝置27。含碳物質是城市垃圾、石油焦生物質、聚對苯二甲酸乙二醇酯、煤或其它有機材料中的一種或多種。工廠3必須具有專用于各種類型的材料的調節(jié)裝置9，以及取決于材料的類型，例如將含碳物質與水混合以產生漿料的調節(jié)裝置。在調節(jié)后，將調節(jié)的含碳物質的料流經由管線四進料到氣化器11。超臨界部分氧化氣化器11可以是描述在法國專利申請FR00U929、FR 0451902、 FR 055四24 和 / 或 FR 055 或者相關的 U. S.專利公開 Nos. US2008 135496、US2007 201304,US2008 279728和PCT公開W02007/036512中描述的類型，在此通過參考全部并入本文。氣化器11經由管線31接收超臨界水流以及經由管線33接收來自電解裝置的氧流。 在氣化器中，將含碳物質部分氧化以形成氧化的含碳物質料流，其主要包括CO、C02和H2， 加上各種其它氣體如H2S、氬、N2、C1-C3、丁二烯、苯、甲苯等。將氧化的含碳物質料流經由管線35進料到氣體調節(jié)裝置13。在氣體調節(jié)裝置中， 將C02和各種其它氣體與CO和H2分離。C02和各種其它氣體經由管線37離開氣體調節(jié)裝置并進行不在本發(fā)明范圍內的其它處理步驟。所述的其它處理步驟可以是變壓吸附以除去 N2，胺或klexol (聚乙二醇二甲醚)處理以除去H2S，或氧化鋅床以除去痕量H2S。H2和 CO形成合成氣料流，并經由管線39進料到烴類燃料合成裝置17。氣體調節(jié)裝置是本領域熟練技術人員已知的類型，在這里不進行詳細描述。
電解裝置15由水以及由核電站1經由線路41提供的電功率產生氫和氧。水經由管線43來自工廠外和/或經由管線45來自水處理裝置。第一氫氣流由電解裝置經由管線 47提供至烴類燃料合成裝置17。還將氫經由管線49送到精煉裝置25。將氧氣流進料到氣化器11，以及經由管線51進料到重整裝置21。烴類燃料合成裝置17包括一個或多個反應器17a并生產包含寬范圍烴類化合物的產物料流。向反應器進料來自氣體調節(jié)裝置13的合成氣料流，來自電解裝置15的第一氫氣流和來自重整裝置21 (參見下文)的第二氫氣流。反應器例如是包含適合的催化劑的 Fischer-Tropsch反應器。這樣的反應器例如描述在PCT公開No. W02008/115933中，將其在此通過參考全部并入本文。在反應器中，CO和H2—起反應形成碳氫化合物。在反應器的出口處，產物料流包含C02、未反應的CO和H2以及寬范圍的烴類化合物。所述烴類燃料合成裝置17包括初級分離裝置17b，其中進料有來自反應器的產物料流。在初級分離裝置中，C02、CO、H2和輕烴化合物與重烴化合物分離。輕烴化合物主要包括具有少于4個碳的烴化合物。將C02、C0、H2和輕烴經由管線53送到重整裝置21或者替代地，在送到重整裝置21之前送到短期緩沖存儲器(未在圖中顯示)。將重烴化合物經由管線55送到產物分離裝置23。在產物分離裝置23中，將較重的化合物料流分離為柴油燃料料流、重烴料流和石腦油(naphta)料流。柴油燃料是最終產物并經由管線57離開工廠。將石腦油經由管線59 進料到緩沖存儲器19中。重烴料流例如主要包含C16+化合物并經由管線61進料到精煉裝置25。例如，柴油料流可包括產物料流的大部分ClO到C15烴類，石腦油料流是產物料流的大部分C4到C9烴類，且重烴料流是剩下的部分。在精煉裝置25中，重烴料流與氫反應以生產主要是柴油燃料、石腦油以及輕烴料流。輕烴料流主要包含具有少于4個碳的烴化合物并經由管線63送到精煉裝置21。將石腦油經由管線64送到緩沖存儲器19。該烴類燃料生產廠3包括由緩沖存儲器19以控制的進料流速將石腦油進料到重整裝置21的機構。這樣的機構例如可以是泵119，其由控制器200控制?？刂破?00可例如包括微處理器或電路如ASIC。向重整裝置21進料來自裝置17或中間短期緩沖存儲器的C02、CO、H2和輕烴料流，來自精煉裝置25的輕烴料流，來自電解裝置15的02，以及來自緩沖存儲器19的石腦油的控制流。重整裝置21例如是本領域熟練技術人員已知類型的用于重整低C烴和石腦油的組合的部分氧化/蒸汽重整裝置。重整裝置21產生包含H2、CO和C02的料流。該料流根據(jù)向烴類燃料合成裝置17的進料而限定所謂的如上所述的第二氫氣流。將第二氫氣流經由管線65進料到烴類燃料合成裝置17。重整裝置21可以是描述在美國專利公開 n° US2007212293的類型的蒸汽重整器，將該專利在此通過參考全部并入本文。在合成裝置17的進料中的比例H2/C0應當略高于2，這是考慮經由管線39、47和 65進料到烴類燃料合成裝置17的各種料流計算的。該系統(tǒng)具有向烴類燃料合成裝置17以第一控制流速進料第一氫氣流以及以第二控制流速進料第二氫氣流的機構。將第一氫氣流控制在第一控制速率的機構可包括例如用于電解槽15的電功率控制裝置141，以及將第二氫氣流控制在第二控制速率的裝置可包括例如泵119。
該系統(tǒng)還具有根據(jù)由核電站1輸送的實時電功率和電功率用戶7的實時電功率消耗來控制第一和第二控制流速的機構。用于第一和第二控制流速的該控制機構可包括控制器，例如相同控制器200，例如其可包括微處理器或電路如ASIC。用于評估電功率用戶7的實時電功率消耗的一個或多個儀表107以及用于評估核電站1的實時電功率的一個或多個儀表101。所述的機構可包括在配電網(wǎng)的通用調節(jié)系統(tǒng)中。用于控制第一控制流速的機構因此包括控制由核電站1向電解裝置15提供電功率的機構。實際的電功率控制例如可人工地由電解裝置15的控制室進行以改變電功率控制裝置141或者自動地由控制器200來進行，例如根據(jù)來自功率表的數(shù)據(jù)。如上所述，控制第二控制流速的機構因此可包括控制進料流速的機構，以該進料流速將石腦油從緩沖罐19進料到重整裝置21。該進料控制例如可人工地從烴類燃料合成裝置17的控制室進行以改變泵，或者自動地由控制器200進行，例如根據(jù)來自功率表的數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)如下進行操作。當最終用戶7的總電消耗低時，電解裝置15以接近于其最高功率的功率運行，并且沒有石腦油由緩沖存儲器19進料到重整裝置21。石腦油在緩沖存儲器19中積聚，以在后來當電消耗較高時使用。當可獲得足夠的電功率用于生產柴油燃料時，電解裝置一般以其最高功率的80% 和100%之間進行操作。第二進料速率保持在零。在配電網(wǎng)的最終用戶7的高峰消耗時期，負責通過該配電網(wǎng)管理配電的管理機構可要求電解裝置15減少從核電站接收的電功率以避免最終用戶水平的短缺。管理機構還可以要求功率水平降低至電解裝置的最大功率的25%和100%之間的范圍。優(yōu)選，所述降低的功率水平在最大功率水平的50%和100%之間。進料到烴類燃料合成裝置17的第一氫氣流的流速自動地以相同的比例降低。為了補償并保持在合成裝置17的進料中比例H2/ CO高于2，第二氫氣流的流速增加。為了該目的，將石腦油從緩沖存儲器19進料到重整裝置21并轉化為CO和H2。第一和第二氫氣流的各自流速變化可快速地進行，以及緊跟著是如上所述電功率消耗的變化。在任何情況下，核電站都將以接近100%的負荷連續(xù)運行。所述的100%負荷應當理解為核電站最大的可用負荷?？捎秘摵煽赡懿煌谠O計負荷，尤其是當在核電站中正在進行維修操作時。電解裝置要求高電功率。例如，取決于原料，對于具有大約20000桶到40000桶/ 天的生產能力的烴類燃料生產廠，最大功率在1000和1700MW之間。將功率降低至最大功率的25%為其它用戶釋放750-1275MW，并且是配電網(wǎng)管理的主要實際益處。用C02作為含碳物質以及用具有1250MW電功率的電解裝置，烴類燃料生產廠能生產大約10000桶/天的烴類燃料。如圖1所示，含碳物質不必然地是固體材料，其也可以是氣態(tài)的二氧化碳?？梢允褂肅02代替固體含碳物質來源，或者除所述來源之外附加使用C02。C02可從大氣或者從工業(yè)工廠的廢氣例如從燃煤電廠中獲取。在這種情況下，烴類燃料生產廠3包括RWGS裝置 67 (逆向水煤氣變換)，顯示在圖1的虛線中。將C02經由管線69進料到RWGS裝置，氫經由管線71從電解裝置15進料。在RWGS裝置中，C02與H2根據(jù)以下等式反應
C02+H2 — C0+H20將產生的水分離并經由管線73進料到水處理裝置?？蓪⑽捶磻腃02分離并經由管線75回收。將未反應的H2和新形成的CO經由管線77進料到烴類燃料合成裝置17。若在C02之外還使用固體來源的含碳物質，則將氧化的含碳物質材料流在氣體調節(jié)裝置13中分離為三種不同的料流C02料流經由管線79進料到RWGS，其它氣體料流經由管線37離開氣體調節(jié)裝置，以及合成氣料流經由管線39進料到烴類燃料合成裝置。圖2顯示了本發(fā)明的第二具體實施方案。在下文將僅描述在第一和第二具體實施方案中不同的特征。在兩個具體實施方案中相同或具有相同功能的元件將具有相同的標記。在第一具體實施方案中，電解裝置15由核電站1經由專用輸電線41 (其不是配電網(wǎng)5的部分)供電。在第二具體實施方案中，電解裝置15由核電站1經由配電網(wǎng)5供電。 在第一具體實施方案中，電解裝置15以及通常地烴類燃料生產廠3不必然地遠離核電站， 例如在5千米或更近的范圍。在第二具體實施方案中，可能更遠離核電站1地建造電解裝置15和通常烴類燃料生產廠3利用配電網(wǎng)是可能的。本發(fā)明參照圖1和圖2作為包括用于生產柴油燃料的工廠進行了描述。然而，該工廠可生產任何其它合適的烴類燃料如煤油。存儲在緩沖罐并回收到重整裝置的烴類燃料已經描述了是石腦油。再循環(huán)石腦油是有利的，因為它具有比柴油低的市場價值。然而，存儲并再循環(huán)另一種烴類燃料是可能的，最終作出的選擇與由該工廠生產的不同燃料的市場價值有關。Fischer-Tropsch反應器能由其他類型的合適的合成反應器例如甲醇-至-汽油反應器代替。在上述說明書中，涉及由各種裝置或工廠生產或消耗的電功率。所述的電功率必須被理解為峰值功率(頂點功率)。任何適用情況下其同時包括有功功率和無功功率。在上述說明書中，核電站理解為能包括一個或多個核反應堆裝置的電廠。取決于反應堆技術，每個核反應堆裝置通常具有IOOOMWe和1700MWe之間的電功率。
權利要求
1.由含碳物質生產至少一種烴類燃料的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括-核電站；-烴類燃料生產廠，用于生產所述的至少一種烴類燃料，其至少包括由水以及由核電站提供的電功率生產第一氫氣流的電解裝置，以及用于由至少所述含碳物質和氫生產包含所述至少一種烴類燃料的產物料流的烴類燃料合成裝置，所述核電站向配電網(wǎng)供給電功率， 電功率用戶而非所述烴生產廠電氣性連接至配電網(wǎng)，該配電網(wǎng)電氣性連接到核電站以及具有總的可變電功率消耗的所述其它電功率用戶；-至少一種給定烴類燃料的緩沖存儲器；-用于由所述至少一種給定烴類燃料生產包含至少氫的第二氫氣流的重整裝置；以及將所述至少一種給定烴類燃料以控制的進料速率進料到所述重整裝置的機構；-將第一氫氣流以第一控制流速并將第二氫氣流以第二控制流速進料到烴類燃料合成裝置的機構；以及-根據(jù)由核電站輸送的實時電功率和電功率用戶的實時電功率消耗來控制第一和第二控制流速的機構。
2.權利要求1的系統(tǒng)，其中控制第一控制流速的機構包括控制由核電站提供至電解裝置的電功率的控制器。
3.權利要求2的系統(tǒng)，其中電解裝置具有給定的最大電功率，控制器能夠將由核電站提供至電解裝置的電功率控制在所述最大電功率的25%和100%之間。
4.權利要求1的系統(tǒng)，其中控制第二控制流速的機構包括控制進料流速的控制器，以該進料流速將所述至少一種給定的烴類燃料進料到重整裝置。
5.權利要求1的系統(tǒng)，其中烴類燃料合成裝置能夠由至少所述含碳物質和氫生產包含至少第一和第二烴類燃料的產物料流，第二烴類燃料為所述給定的烴類燃料，該烴類燃料生產廠包括用于從產物料流分離第二烴類燃料的產物分離裝置以及將第二烴類燃料轉移到緩沖存儲器的轉移裝置。
6.權利要求5的系統(tǒng)，其中第一烴類燃料是柴油燃料并且第二烴類燃料是石腦油。
7.權利要求1的系統(tǒng)，其中所述的給定的烴類燃料是石腦油。
8.權利要求1的系統(tǒng)，其中烴類燃料合成裝置能夠由至少所述含碳物質和氫生產包含至少輕烴和所述至少一種烴類燃料的產物料流，所述烴類燃料生產廠包括用于從產物料流分離輕烴的初步產物分離裝置以及將輕餾分轉移到重整裝置的轉移裝置。
9.權利要求1的系統(tǒng)，其中烴類燃料生產廠的電解裝置經由配電網(wǎng)電氣性連接到核電站。
10.權利要求1的系統(tǒng)，其中含碳物質為城市垃圾、石油焦、生物質、聚對苯二甲酸乙二醇酯、煤和二氧化碳中的至少一種。
11.權利要求1的系統(tǒng)，其中烴類燃料生產廠包括用于至少由所述含碳物質生產合成氣料流的部分氧化氣化器，所述烴類燃料合成裝置包括用于由所述合成氣料流和氫生產所述產物料流的合成反應器。
12.由含碳物質生產至少一種烴類燃料的方法，該方法包括以下步驟-借助核電站產生電功率；-借助電解裝置由水和由核電站提供的電功率生產第一氫氣流，-使用烴類燃料合成裝置由至少所述含碳物質和氫生產包含所述至少一種烴類燃料的產物料流；-使用配電網(wǎng)將核電站的電功率分配給電功率用戶而不是所述的電解裝置，該配電網(wǎng)電氣性連接至核電站以及具有總的可變電功率消耗的所述的電功率用戶；-將至少一種給定的烴類燃料存儲在緩沖存儲器中；-將所述的至少一種給定的烴類燃料以控制的進料流速進料到重整裝置，使用重整裝置由所述的至少一種給定烴類燃料生產包含至少氫的第二氫氣流；-向烴類燃料合成裝置以第一控制流速進料第一氫氣流以及以第二控制流速進料第二氫氣流；-根據(jù)由核電站輸送的實時電功率和電功率用戶的實時功率消耗來控制第一和第二控制流速。
13.權利要求12的方法，其中通過控制由核電站提供至電解裝置的電功率來控制第一控制流速。
14.權利要求13的方法，其中電解裝置具有給定的最大電功率，將由核電站提供至電解裝置的電功率控制在所述最大電功率的25%和100%。
15.權利要求14的方法，其中通過控制進料流速來控制第二控制流速，以該進料流速將所述至少一種給定的烴類燃料進料到重整裝置。
16.權利要求14的方法，其中所述烴類燃料合成裝置由至少所述含碳物質和氫生產包含至少第一和第二烴類燃料的產物料流，所述第二烴類燃料是所述給定烴類燃料，所述第二烴類燃料從產物料流分離，并且，當由核電站提供至電解裝置的電功率控制在所述最大電功率的80%和100%之間時，轉移到緩沖存儲器。
17.權利要求15的方法，其中當由核電站提供至電解裝置的電功率控制在所述最大電功率的80%和100%之間時，所述給定烴類燃料進料至重整裝置的進料流速為零。
18.權利要求15的方法，其中當由核電站提供至電解裝置的電功率控制在所述最大電功率的25%和80%之間時，所述給定烴類燃料進料至重整裝置的進料流速不為零。
19.權利要求16的方法，其中第一烴類燃料是柴油燃料并且第二烴類燃料是石腦油。
20.權利要求12的方法，其中所述的給定的烴類燃料是石腦油。
21.權利要求12的方法，其中烴類燃料合成裝置由至少所述含碳物質和氫生產包含至少輕烴和所述至少一種烴類燃料的產物料流，輕烴從產物料流分離并轉移到重整裝置。
22.由含碳物質生產至少一種烴類燃料的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括-核電站；-烴類燃料生產廠，用于生產所述的至少一種烴類燃料，其包括至少由水以及由核電站提供的電功率生產第一氫氣流的電解裝置，以及用于由至少所述含碳物質和氫生產包含所述至少一種烴類燃料的產物料流的烴類燃料合成裝置，所述核電站向配電網(wǎng)供給電功率， 電功率用戶而非所述烴生產廠電氣性連接至配電網(wǎng)，該配電網(wǎng)電氣性連接到核電站以及具有總的可變電功率消耗的所述其它電功率用戶；-至少一種給定烴類燃料的緩沖存儲器；-用于由所述至少一種給定烴類燃料生產包含至少氫的第二氫氣流的重整裝置，以及用于將所述至少一種給定烴類燃料以控制的進料流速進料到所述重整裝置的進料裝置；-接收第一控制流速的第一氫氣流以及第二控制流速的第二氫氣流的烴類燃料合成裝置；以及-根據(jù)由核電站輸送的實時電功率和電功率用戶的實時電功率消耗控制第一和第二控制流速的控制器。
全文摘要
由含碳物質生產至少一種烴類燃料的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括-核電站；-烴類燃料生產廠，其包括至少用于由水和由核電站提供的電功率生產第一氫氣流的電解裝置，和烴類燃料合成裝置，所述核電站向配電網(wǎng)供給電功率，電功率用戶而非所述烴生產廠電氣性連接至配電網(wǎng)，-至少一種給定烴類燃料的緩沖存儲器；-由至少一種給定烴類燃料生產第二氫氣流的重整裝置，以及將至少一種給定烴類燃料以控制的進料流速進料到重整裝置的機構；-將第一氫氣流以第一控制流速并將第二氫氣流以第二控制流速進料到烴類燃料合成裝置的機構；以及-根據(jù)由核電站輸送的實時電功率和電功率用戶的實時電功率消耗來控制第一和第二控制流速的機構。
文檔編號C10L1/08GK102300959SQ201080006034
公開日2011年12月28日 申請日期2010年1月13日 優(yōu)先權日2009年1月13日
發(fā)明者A·羅西特, I·拉米姆, M·勒孔特 申請人:阿?，m公司