用于产生合成气体的过程和系统技术方案

描述一种用于使用碳氢化合物和水来产生合成气体的过程和设备。在所述过程和所述装置的进一步的实施例中，按CO与氢气的任何所需比率和/或合成官能化和/或非官能化碳氢化合物来产生合成气体。借助于此方法，可在不产生显著量的CO2的情况下将含有碳氢化合物的流体转化为具有可变氢气含量的合成气体。此外，可获得氢气和各种形式的碳作为副产物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于产生合成气体的过程和系统
本专利技术涉及用于从碳氢化合物和水产生合成气体的过程和系统。
技术介绍
世界经济的重要组成部分是基于作为原材料或作为能量源的原油。因此，从原油生产用于个人和货物运输的奥托(Otto)和柴油燃料、用于船只且作为电机具的燃料的重油以及用于家庭住宅的供热的轻油。而且，可从原油直接或间接衍生出用于化学工业的许多原材料。目前，进行了重大的努力以用其它原材料或替代的过程来替代原油产物。在能源部门，使用天然气和可再生能源(renewableenergy)来代替发电机具的操作中的原油。针对交通应用来测试电发动机、天然气发动机和氢燃料电池，但所述发动机不可在商业基础上建立。尝试在工业规模上从天然气或煤中生产油。举例来说，用于将天然气转变为液体燃料的过程是已知的(所谓的气体到液体(Gas-to-Liquid)或GtL过程)。然而，这些过程一般涉及显著的CO2排放和高成本。另外，所述过程通常不能够独立于CO或CO2来提供氢气。因此，这些尝试通常归因于经济和生态原因而限于几个孤立的应用。合成气体(或简称为合成气(syngas))为一氧化碳与氢气的气体混合物，其还可含有二氧化碳。举例来说，合成气是通过将含碳燃料气化为气态产物(具有一定热值(calorificvalue)的合成气)而产生的。合成气体具有大致50％的天然气的能量密度。合成气体可燃烧且因此用作燃料源。合成气体还可在其它化学产物的产生中用作中间产物(intermediateproduct)。举例来说，合成气体可通过煤或废料的气化而产生。在合成气体的产生过程中，碳可与水反应，或碳氢化合物可与氧反应。存在用于处理合成气体以便产生工业气体、肥料、化学制品和其它化学产物的商业上可用的技术。然而，用于产生和转变合成气体的大多数已知的技术(例如，水移反应(water-shift-reaction))具有以下问题：合成所需量的氢气导致产生较大量的过剩的CO2，这些CO2最终作为对气候有害的气体被排放到大气中。用于生产合成气体的另一已知技术，根据方程式2CH4+O2→2CO+4H2的甲烷的部分氧化能够达到H2∶CO的最大比为2.0。然而，缺点在于产生纯氧使用的密集能量。EP0219163A2揭示用于产生合成气体的方法，其中碳氢化合物材料在第一反应室中分解以形成碳及氢气，且其中碳被传送至第二反应室并且与水接触以用于反应。WO00/06671A1揭示用于产生合成气体的方法，其中在存在有空气的情况下，生物材料在第一反应室中转变为碳及的废气(例如是水及CO2)，且其中合成气体是由所述碳及第二反应室中的流所形成的。因此，将通过本专利技术解决的第一问题是在不产生显著量的CO2的情况下将含有碳氢化合物的流体转变为具有可变氢气含量的合成气体。
技术实现思路
具体来说，一种用于产生合成气体的方法包括：借助于引入至少部分由热提供的能量而将含有碳氢化合物的流体分解为碳和氢气，其中在分解步骤之后碳和氢气具有至少200℃的温度。接着在介于800与1700℃之间的温度下使通过分解步骤而产生的碳的一部分与水接触，其中在使通过分解步骤而产生的碳与水接触之后所述碳相对于其在分解步骤之后的温度冷却不超过以℃为单位的50％。此处，水的至少部分与通过分裂过程而产生的碳一起转变为合成气体。此方法能够在不产生显著量的CO2的情况下将含有碳氢化合物的流体转变为具有可变氢气含量的合成气体。在有利方式中，用于提供碳(通过碳氢化合物的分裂)所需的能量的至少部分以热的形式被引入以用于转变。另外，可产生氢气和不同种类的碳作为副产物。这在以下情况下尤其成立：分解步骤在高于1000℃的温度下发生且碳与水在至少1000℃的温度下、确切地说在介于1000℃与1200℃之间的温度下接触，这是因为在此情况下，不需要额外的热或仅少量额外的热需要提供用于所述转变。优选地，用于所述转变的达到800到1700℃(确切地说从1000℃到1200℃)的温度所需的热基本上完全由用于分裂含有碳氢化合物的流体的热来提供。此处，“基本上完全”意味来源于分解步骤的所需热的至少80％、具体来说至少90％。在一个实施例中，使在分解步骤中获得的碳和在分解步骤中获得的氢气这两者均与水共同接触。氢气不会损害所述转变而可充当额外的热传递物质。在碳和氢气具有1000℃(优选转变温度)或1000℃以上的温度的情况下，这是尤其有利的。在此情况下，在转变之后的气体并非纯水煤气(watergas)而是具有不同的混合比率的合成气体。或者，可在使从分解步骤获得的碳与水接触的步骤之前使所述碳与从分解步骤获得氢气分离。为了增加方法的能量效率，从分解步骤获得的碳的至少部分和/或氢气的部分的热的至少部分可用于在使水与碳接触的步骤之前来加热水、和/或可用于加热使水与碳接触的处理腔室。在此意义上，应注意，合成气体在转变后具有800到1700℃的温度，且其热的至少部分可用于在使水与碳接触的步骤之前预加热水。还有可能的是，从分解步骤获得的碳和/或氢气的至少部分和/或在转变之后的合成气体的部分的热的至少部分可用于产生电力，所述电力可用作用于引入用于含有碳氢化合物的流体的分解步骤的能量的能量载体。优选地，用于分解碳氢化合物的能量主要经由等离子引入。这是用于引入能量尤其直接且因此有效的方法。优选地，分解步骤在克瓦纳(Kvaerner)反应器中执行，所述反应器能够持续分解碳氢化合物的流。在用于产生合成气体的方法中，可将额外的氢气和/或一氧化碳和/或另外的合成气体添加到合成气体以便获得所需的组成。在使碳和氢气两者与水接触的情况下，将额外的一氧化碳添加到合成气体以便降低CO/H2比率是尤其有用的。在使基本上纯碳与水接触的步骤期间，添加额外的一氧化碳以便增加CO/H2比率可为有用的。具体来说，可能混合根据上文提及的方法(一者有，另一者没有碳与氢气的先前分离)而分开产生的两合成气体的流以便获得CO/H2的所需混合比率。优选地，额外的氢气来源于通过引入至少部分由热呈现的能量而将含有碳氢化合物的流体分解为碳和氢气的步骤。因此，分解步骤可在一个步骤中提供碳水转变所必需的碳以及必需的氢气。在一个实施例中，氢气的至少部分通过在1000℃以下的温度下(具体来说在600℃以下)借助于微波等离子来分解含有碳氢化合物的流体的步骤而产生。在需要额外的氢气(超过通过生产用于碳水转变所必需的碳而获得的量)来获得合成气体的特定混合比率的情况下，优选从含有碳氢化合物的流体中在低温下以具有能量效率的方式来生产所述氢气。优选地，将合成气体中CO与氢气的比率调整到介于1∶1与1∶3之间的值，具体来说调整到1∶2.1的值。在用于产生合成官能化和/或非官能化的碳氢化合物的方法中，在第一步骤中，如上所述地产生合成气体，且使所述合成气体与适合的催化剂接触以便致使合成气体转变为合成官能化和/或非官能化的碳氢化合物，其中催化剂和/或合成气体的温度被设置或调节到预先界定的温度范围。以此方式，合成气体可通过在使其与催化剂接触之前或同时使CO与氢气混合而产生。在一个实施例中，合成气体的转变通过费托(Fischer-Tropsch)过程、具体来说SMDS过程而执行。或者，合成气体的转变可通过柏吉斯-皮尔(Bergius-Pier)过程、皮尔过程或皮尔本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于产生合成气体的方法，其包括以下步骤：借助于引入能量而将含有碳氢化合物的流体分解为碳和氢气，所述能量至少部分由热来提供，其中所述碳和所述氢气在所述分解步骤之后具有至少200℃的温度；在介于800与1700℃之间的温度下使水与通过所述分解步骤而产生的所述碳的至少部分接触，其中在使所述碳与水接触之后，通过所述分解步骤而获得的所述碳已相对于其在所述分解步骤之后的温度冷却不超过以℃为单位的50％；将水和通过所述分解步骤而获得的所述碳的至少部分转变为合成气体；其中使通过所述分解步骤而获得的所述碳和通过所述分解步骤而获得的所述氢气以碳氢悬浮微粒的形式与水接触，和/或；其中在使通过所述分解步骤而获得的所述碳与水接触的所述步骤之前所述碳与通过所述分解步骤而获得的所述氢气分离，且其中将所述经分离的氢气的至少部分添加到通过所述转变而产生的所述合成气体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.20 DE 102011122562.9;2012.05.04 DE 10201201.一种用于产生合成气体的方法，其包括以下步骤：借助于引入能量而将含有碳氢化合物的流体分解为碳和氢气，所述能量至少部分由热来提供，其中所述碳和所述氢气在所述分解步骤之后具有至少200℃的温度；在介于800与1700℃之间的温度下使水与通过所述分解步骤而产生的所述碳的至少部分接触，其中在使所述碳与水接触之后，通过所述分解步骤而获得的所述碳已相对于其在所述分解步骤之后的温度冷却不超过以℃为单位的50％；将水和通过所述分解步骤而获得的所述碳的至少部分转变为合成气体；其中使通过所述分解步骤而获得的所述碳和通过所述分解步骤而获得的所述氢气均与水接触。2.一种用于产生合成气体的方法，其包括以下步骤：借助于引入能量而将含有碳氢化合物的流体分解为碳和氢气，所述能量至少部分由热来提供，其中所述碳和所述氢气在所述分解步骤之后具有至少200℃的温度；在介于800与1700℃之间的温度下使水与通过所述分解步骤而产生的所述碳的至少部分接触，其中在使所述碳与水接触之后，通过所述分解步骤而获得的所述碳已相对于其在所述分解步骤之后的温度冷却不超过以℃为单位的50％；将水和通过所述分解步骤而获得的所述碳的至少部分转变为合成气体；其中在使通过所述分解步骤而获得的所述碳与水接触的所述步骤之前所述碳与通过所述分解步骤而获得的所述氢气分离，且其中将所述经分离的氢气的至少部分添加到通过所述转变而产生的所述合成气体。3.根据权利要求2所述的用于产生合成气体的方法，其中添加的所述氢气的至少部分是借助于微波等离子通过在低于1000℃的温度下来分解所述含有碳氢化合物的流体而产生的。4.根据权利要求1或2所述的用于产生合成气体的方法，其中所述分解步骤在1000℃以上的温度下发生，且其中在至少1000℃的温度下使所述碳与水接触。5.根据权利要求1或2所述的用于产生合成气体的方法，其中用于达到用于所述转变的介于800与1700℃之间的所述温度所需的热完全来源于提供用于分解所述含有碳氢化合物的流体的热。6.根据权利要求1或2所述的用于产生合成气体的方法，其中使用通过所述分解步骤而获得的所述碳的至少部分和/或通过所述分解步骤而获得的所述氢气的部分和/或所述合成气体的部分的热的至少部分用于在使水与所述碳接触之前来加热水、和/或用于加热在其中使水与所述碳接触的处理腔室、和/或用于产生电力，其中所述电力提供为用于引入能量的能量载体，其中所述能量用于分解所述含有碳氢化合物的流体。7.根据权利要求1或2所述的用于产生合成气体的方法，其中借助于等离子来引入用于分解所述含有碳氢化合物的流体的所述能量，且其中所述分解步骤是在克瓦纳反应器中执行的。8.根据权利要求7所述的用于产生合成气体的方法，其中使通过所述分解步骤而获得的所述碳和通过所述分解步骤而获得的所述氢气以碳氢悬浮微粒的形式与水接触。9.根据前权利要求1或2所述的用于产生合成气体的方法，其中待分解的所述含有碳氢化合物的流体为天然气、甲烷、湿气、重油或其混合物。10.一种用于产生合成官能化和/或非官能化的碳氢化合物的方法，其中首先根据权利要求1至9中任一权利要求所述的方法来产生合成气体，且其中使所述合成气体与催化剂接触以便致使所述合成气体转变为所述合成官能化和/或非官能化的碳氢化合物，其中将所述催化剂和/或所述合成气体的温度开放循环控制或封闭循环调节到预定的温度范围。11.根据权利要求10所述的用于产生合成官能化和/或非官能化的碳氢化合物的方法，其中借助于费托过程、SMDS过程、柏吉斯-皮尔过程、皮尔过程或皮尔过程与MtL过程的组合中的一者来进行所述合成气体的所述转变。12.一种用于产生合成气体的设备，其包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧拉芙·库尔，
申请(专利权)人：CCP技术有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE