碳质原料的气化方法技术

本发明专利技术涉及在蒸汽和富氧气流的存在下通过碳质原料的催化气化来制备气体产物（尤其甲烷）的方法。该方法包括使用至少一个催化甲烷转化器将气体产物中的一氧化碳和氢气转化成甲烷并且没有将一氧化碳或氢气循环到催化气化器中。

【技术实现步骤摘要】
分案说明本申请是申请日为2009年9月18日、申请号为200980136679.4、专利技术名称为“”的专利申请的分案申请。专利
本专利技术涉及在蒸汽的存在下通过碳质原料的催化气化来制备气体产物、并且尤其甲烷的方法，其中一氧化碳或氢气没有再循环到该催化气化器中。
技术介绍
鉴于诸多因素如更高的能源价格和环境保护要求，从较低燃料值碳质原料如石油焦炭和煤炭生产燃料值增加的气体产物的方法受到不断关注。此类原料的催化气化以生产甲烧和其它燃料值增加的气体(value-added gases)的方法例如已公开在 US3828474, US3998607, US4057512, US4092125, US4094650, US4204843, US4468231,US4500323, US4541841, US4551155, US4558027, US4606105, US4617027, US4609456,US5017282,US5055181,US6187465,US6790430,US6894183,US6955695,US2003/0167961A1,US2006/0265953A1, US2007/000177A1, US2007/083072A1, US2007/0277437A1,US2009/0048476A1, US2009/0090056A1, US2009/0090055A1, US2009/0165383A1,US2009/0166588A1, US2009/0165379A1, US2009/0170968A1, US2009/0165380A1,US2009/0165381A1, US2009/016536IAl, US2009/0165382A1, US2009/0169449A1,US2009/0169448A1, US2009/0165376A1, US2009/0165384A1, US2009/0217584A1,US2009/0217585A1, US2009/0217590A1, US2009/0217586A1, US2009/0217588A1,US2009/0217589A1, US2009/0217575A1, US2009/0217587A1 和 GB1599932。 一般，碳质材料如煤炭或石油焦炭能够在碱金属催化剂源和蒸汽的存在下，在升高的温度和压力下，通过该材料的气化被转化成多种的气体，该气体包括燃料值增加的气体如甲烷。细的未反应的碳质材料从通过该催化气化器生产的粗气体中除去，该气体在多个过程中被冷却和洗涤以除去不希望有的污染物和其它副产物，其包括一氧化碳，氢气，二氧化碳和硫化氢。 为了维持反应的净热尽可能接近于中性(仅仅稍微地放热或吸热；即，该反应在热中性条件下进行)，再循环一氧化碳和氢气气流常常被加入到催化气化器中。参见，例如，US4094650, US6955595和US2007/083072A1。该气体再循环环路(loops) —般需要至少附加的加热元件和加压元件以便调节该再循环气流到适合于引入该催化气化器中的温度和压力。此外，此产生甲烷的方法能够需要从该再循环气体中分离甲烷(例如通过低温蒸馏)。在这种情况下，生产甲烷的工程复杂性和总成本会大大地提高。 因此，仍然需要改进的气化方法，其中气体再循环环路被最小化和/或省去，以降低生产甲烷的复杂性和成本。
技术实现思路
在一个方面，本专利技术提供了从碳质原料生产多种气体产物和回收甲烷产物流的方法，该方法包括以下步骤: (a)将碳质原料、富氧的气流、碱金属气化催化剂、和蒸汽供应到催化气化器中； (b)让该碳质原料在催化气化器中在蒸汽、富氧的气流和碱金属气化催化剂的存在下和在合适的温度和压力下反应，以形成包括多种气体产物的第一气流，该多种气体产物包括甲烷、二氧化碳、氢气、一氧化碳和硫化氢； (C)任选地让在第一气流中存在的至少一部分的一氧化碳和至少一部分的氢气在催化甲烷转化器中在耐硫的甲烷化催化剂存在下进行反应，以生产甲烷-富集的第一气流； (d)从该第一气流(或甲烷-富集的第一气流，如果存在的话)中除去大部分(substantial port1n)的二氧化碳和大部分的硫化氢，以便生产包含大部分的来自于第一气流(或甲烷-富集的第一气流，如果存在的话)的甲烷的第二气流； (e)任选地，如果该第二气流包括氢气和大于约10ppm的一氧化碳，则让在第二气流中存在的一氧化碳和氢气在催化甲烷转化器中在甲烷化催化剂存在下进行反应，以生产甲烷-富集的第二气流；和 (f)回收该第二气流(或该甲烷-富集的第二气流，如果存在的话)， 其中⑴存在步骤(C)和步骤(e)的至少一个，和(ii)该第二气流(或该甲烷-富集的第二气流，如果存在的话)是该甲烷产物流，或该第二气流(或该甲烷-富集的第二气流，如果存在的话)经过提纯以产生该甲烷产物流。 在第二方面，本专利技术提供从碳质原料生产多种气体产物和回收甲烷产物流的连续方法，该方法包括以下步骤: (a)将碳质原料、富氧的气流、碱金属气化催化剂、和蒸汽供应连续地供应到催化气化器中； (b)让该碳质原料在该催化气化器中在蒸汽、富氧的气流和碱金属气化催化剂的存在下和在合适的温度和压力下连续地进行反应，以形成包括多种气体产物的第一气流，该多种气体产物包括甲烧、二氧化碳、氢气、一氧化碳和硫化氢； (C)任选地让在该第一气流中存在的至少一部分的一氧化碳的和至少一部分的氢气在催化甲烷转化器中在耐硫的甲烷化催化剂存在下进行反应，以生产甲烷-富集的第一气流； (d)从该第一气流(或甲烷-富集的第一气流，如果存在的话)中连续地除去大部分的二氧化碳和大部分的硫化氢，以生产包含大部分的来自于该第一气流(或甲烷-富集的第一气流，如果存在的话)中的甲烷的第二气流； (e)任选地，如果该第二气流包括氢气和大于约10ppm的一氧化碳，则让在该第二气流中存在的一氧化碳和氢气在催化甲烷转化器中在甲烷化催化剂存在下进行反应，以生产甲烷-富集的第二气流；和 (f)连续地回收该第二气流(或该甲烷-富集的第二气流，如果存在的话)， 其中⑴存在步骤(C)和步骤(e)的至少一个，和(ii)该第二气流(或该甲烷-富集的第二气流，如果存在的话)是该甲烷产物流，或该第二气流(或该甲烷-富集的第二气流，如果存在的话)被提纯以产生该甲烷产物流。 根据本专利技术发方法例如可用于从各种碳质原料生产甲烷。优选的方法是生产“管道质量天然气”的产物流的一种方法，下面进一步叙述。 【附图说明】 图1是气化过程的实施方案的图解，该实施方案包括注入氧气的催化气化器和用于将过热蒸汽供应到该催化气化器中的蒸汽源和在酸性气体除去过程的下游的甲烷转化器。 图2是气化过程的实施方案的图解，该实施方案包括注入氧气的催化气化器和用于将过热蒸汽供应到该催化气化器中的蒸汽源和在酸性气体除去操作的上游的耐硫甲烷转化器。任选的整理(trim)甲烷转化器是在酸性气体除去过程的下游。该方法可以任选地采用来自该催化气化器中的至少一部分的焦化物(char)作为在耐硫甲烷转化器中的耐硫的甲烷化催化剂。 图3是气化过程的另一个实施方案的本文档来自技高网...

【技术保护点】
从碳质原料产生多种气体产物和回收甲烷产物流的方法，该方法包括以下步骤：(a)将碳质原料、富氧气流、碱金属气化催化剂和蒸汽供应到催化气化器中；(b)让该碳质原料在催化气化器的流化反应床区段中在蒸汽、氢气、一氧化碳、富氧气流和碱金属气化催化剂的存在下反应，以形成包括多种气体产物的第一气流，该多种气体产物包括甲烷、二氧化碳、氢气、一氧化碳和硫化氢；(c)任选地让在第一气流中存在的至少一部分的一氧化碳和至少一部分的氢气在催化甲烷转化器中在耐硫的甲烷化催化剂存在下进行反应，以生产甲烷‑富集的第一气流；(d)从该第一气流(或甲烷‑富集的第一气流，如果存在的话)中除去大部分的二氧化碳和大部分的硫化氢，以生产包含大部分的来自于第一气流(或甲烷‑富集的第一气流，如果存在的话)的甲烷的第二气流；(e)任选地让在第二气流中存在的一氧化碳和氢气在催化甲烷转化器中在甲烷化催化剂存在下进行反应，以生产甲烷‑富集的第二气流；和(f)回收该第二气流(或该甲烷‑富集的第二气流，如果存在步骤(e)的话)，其中：(i)存在步骤(c)和步骤(e)的至少一个，(ii)该第二气流(或该甲烷‑富集的第二气流，如果存在步骤(e)的话)是该甲烷产物流，或该第二气流(或该甲烷‑富集的第二气流，如果存在步骤(e)的话)被提纯以产生该甲烷产物流，(iii)在步骤(b)中产生固体焦化物产物，其定期地从催化气化器中排出，和(iv)第一气流中的一氧化碳在含水介质存在下进行水‑气转换反应，以将一部分的一氧化碳转化成二氧化碳和提高第一气流中氢气的分数。...

【技术特征摘要】
2008.09.19 US 61/098,4771.从碳质原料产生多种气体产物和回收甲烷产物流的方法，该方法包括以下步骤: (a)将碳质原料、富氧气流、碱金属气化催化剂和蒸汽供应到催化气化器中； (b)让该碳质原料在催化气化器的流化反应床区段中在蒸汽、氢气、一氧化碳、富氧气流和碱金属气化催化剂的存在下反应，以形成包括多种气体产物的第一气流，该多种气体产物包括甲烷、二氧化碳、氢气、一氧化碳和硫化氢； (C)任选地让在第一气流中存在的至少一部分的一氧化碳和至少一部分的氢气在催化甲烷转化器中在耐硫的甲烷化催化剂存在下进行反应，以生产甲烷-富集的第一气流； (d)从该第一气流(或甲烷-富集的第一气流，如果存在的话)中除去大部分的二氧化碳和大部分的硫化氢，以生产包含大部分的来自于第一气流(或甲烧-富集的第一气流，如果存在的话)的甲烷的第二气流； (e)任选地让在第二气流中存在的一氧化碳和氢气在催化甲烷转化器中在甲烷化催化剂存在下进行反应，以生产甲烷-富集的第二气流；和 (f)回收该第二气流(或该甲烷-富集的第二气流，如果存在步骤(e)的话)， 其中: (i)存在步骤(C)和步骤(e)的至少一个， (?)该第二气流(或该甲烷-富集的第二气流，如果存在步骤(e)的话)是该甲烷产物流，或该第二气流(或该甲烷-富集的第二气流，如果存在步骤(e)的话)被提纯以产生该甲烷产物流， (iii)在步骤(b)中产生固体焦化物产物，其定期地从催化气化器中排出，和 (iv)第一气流中的一氧化碳在含水介质存在下进行水-气转换反应，以将一部分的一氧化碳转化成二氧化碳和提高第一气流中氢气的分数。2.权利要求1的方法，其特征在于步骤(a)、(b)、(d)和(f)以及当存在时的(C)和(e)是连续的。3.权利要求1的方法，其特征在于该催化气化器包含流化反应床区段，并且步骤(b)的反应发生在该催化气化器的流化反应床区段中。4.权利要求1的方法，其特征在于该气化催化剂包括碱金属气化催化剂，在引入到催化气化器中之前...

【专利技术属性】
技术研发人员：VS雷林，ET罗宾逊，NC纳哈斯，J史密斯，C米姆斯，
申请(专利权)人：格雷特波因特能源公司，
类型：发明
国别省市：美国;US