用于生产纯化并转化的合成气的方法和设备技术

本发明专利技术提供一种用于生产纯化并转化的合成气的一体化方法以及相应设备。该方法包括首先在合成气产生阶段将含碳输入材料转化成粗合成气，在随后的CO转化区域中对于该粗合成气的H

Method and equipment for producing purified and converted syngas

【技术实现步骤摘要】
用于生产纯化并转化的合成气的方法和设备
本专利技术涉及一种用于生产纯化并转化的合成气的方法，该合成气不仅包含基本合成气成分氢气(H2)和一氧化碳(CO)，还包含酸性的次要成分，例如二氧化碳(CO2)和硫化氢(H2S)，并且还有痕量成分，例如像羰基硫化物(COS)、氨气(NH3)、氰化氢(HCN)、硫醇(RSH)以及羰基金属，特别是羰基铁和羰基镍。该方法包括首先在合成气产生阶段将含碳输入材料转化成粗合成气，在随后的CO转化区域中对于该粗合成气的H2/CO比进行改变，并且最终送至根据使用甲醇作为吸收介质的物理气体洗涤工艺操作的气体洗涤区域中，在该区域中将合成气中不想要的气体成分的含量、特别是酸性气体成分的含量减少。本专利技术还涉及用于进行根据本专利技术的方法的设备。
技术介绍
由于合成气作为用于许多化学合成(例如，如甲醇或氨气的化学工业原料)的输入材料的极大重要性，合成气(即包含氢气(H2)和一氧化碳(CO)作为其基本成分的气体混合物)的生产长期以来是已知的并且已经是大量的文献所讨论的主题。在Ullmann’sEncyclopediaofIndustrialChemistry[乌尔曼工业化学百科全书]，第六版，1998年电子发行，威利-VCH出版社(VerlagWiley-VCH)中以及由专著“Gasification[气化]”，第二版，C.Higman,M.vanderBurgt，海湾职业出版社(GulfProfessionalPublishing)(2008年)两者中的标题为“气体生产”和“氨气-4.5.1合成气生产”的文章提供了现有技术的综述。用于生成合成气的反应物通常是可以呈物质的固态、液态或气态的含碳输入材料或输入材料混合物。此处的实例包括呈团块形式或粉末形式的煤、生物质、原油馏分、热解油、沼气或天然气。将非气态输入材料转化为合成气的操作通常被描述为气化，然而当使用天然气时，更常见的是称其为重整，例如-取决于工艺模式-称为蒸汽重整或自热重整(ATR)，或者-在不存在固体催化剂时-称为部分氧化(POX)。作为生成合成气的产物首先获得的是粗合成气，在很多情况下将对于该粗合成气的H2/CO比进行改变并且除去某些不想要的副产物以及痕量成分，以使得其适于作为下游工艺或合成阶段的进料。H2/CO比的调整经由根据以下反应方程式的CO转化反应、也称为水煤气变换反应(WGS)或CO变换反应进行CO+H2O＝CO2+H2蒸汽的添加致使CO发生反应，以产生CO2和H2。由于-41.2kJ/mol的反应焓，升高温度使化学平衡从反应产物转移至反应反应物。取决于采用的反应温度将反应称为高温变换(HTS)、中温变换(MTS)或低温变换(LTS)。取决于采用的催化剂类型，进一步地还可能使用未经纯化的粗合成气进行变换反应。此方法被称作粗气体变换或者-由于酸性气体成分，即CO2和H2S-称作酸性气体变换。所述方法还可以用含有显著量的硫、烟灰或可冷凝的烃的粗合成气进行。典型的应用是来自重油气化的粗气体的CO转化，该粗气体没有经过冷却和脱硫而是仅在热状态下淬灭以添加必需的蒸汽并去除烟灰。另外的典型的应用是将一氧化碳转化至来自加压煤气化的粗气体，该粗气体不仅含有硫，还含有饱和烃和不饱和烃，包括焦油。对于转化这两种类型的粗气体，已经证明基于钴/钼的催化剂是特别有利的。它们是耐硫的或仅在硫醚硫的存在下才实现它们的全部活性。例如，在具有钴/钼催化剂的两阶段CO变换反应器系统中，来自重油的部分氧化的粗气体(在约250℃下进入CO变换反应器，具有约0.8的蒸汽/干燥气体比)的一氧化碳含量(约45vol％)可以减少至约1.6vol％。通过反应焓释放的热量用于例如生成高压和低压蒸汽以及用于预加热给水。用于通过物理或化学吸收或气体洗涤从粗合成气中分离不想要的伴生物的方法是从现有技术熟知的。因此，此类方法可以用于从通过气化或重整含碳投入料而产生的粗合成气中安全地去除不想要的酸性成分(例如二氧化碳(CO2)和硫化氢(H2S))，并且还从想要的合成气成分氢气(H2)和一氧化碳(CO)中去除另外的成分(如羰基硫化物(COS)、氰化氢(HCN)或硫醇(RSH))至痕量范围。一种已知且常用的工艺是低温甲醇洗工艺，其同样在上述文献中大体上进行了描述。在低温甲醇洗工艺中，上述不想要的破坏性组分被作为吸收剂或洗涤介质的冷甲醇(即冷却为显著低于环境温度的甲醇)吸收，其中粗气体与洗涤介质/吸收介质之间的强烈传质在吸收塔(也称为洗涤塔)中进行。随着甲醇温度降低和压力增加，不想要的气体成分的溶解度急剧增加，而对于氢气和一氧化碳保持几乎恒定。此外，甲醇具有即使在低至-75℃的温度下仍保持低粘度以及因此良好的传质和传热性能的优点。负载有破坏性组分并用作吸收介质的甲醇在低温甲醇洗工艺中循环通过再生装置。在这些再生装置中，通过物理装置使负载的甲醇无吸收的气体。因此在第一再生步骤中，通过减压(所谓的闪蒸再生)和/或用气体例如氮气汽提从负载的甲醇吸收介质中去除CO2。在另外或替代的再生步骤中，通过加热(所谓的热再生)驱除含硫气体(COS和H2S)。在低温甲醇洗工艺中，在标准工艺与选择性低温甲醇洗工艺之间进行区分。在标准低温甲醇洗工艺中，伴生气体COS/H2S和CO2在一个吸收步骤中一起从粗合成气体中被去除。相比之下，在所谓的选择性低温甲醇洗工艺中，含硫的伴生气体COS/H2S和CO2在单独的连续的吸收步骤中从粗合成气体中被分别去除。在通过通常是几个再生步骤之后，将吸收介质(即在低温甲醇洗工艺中典型地是甲醇)的几个子流(无破坏性组分)再循环至吸收塔中。通过热再生而再生的吸收介质具有最高的纯度，并且因此用于先前预纯化的合成气的精细洗涤/精细吸收；因此该精细洗涤或精细吸收构成在该经纯化的合成气作为纯合成气典型地在吸收塔上端离开该吸收塔之前的最后洗涤阶段。为了防止痕量组分或水在甲醇吸收介质中的累积，从气体洗涤工艺中连续地排放负载有痕量组分或其他不想要的成分的吸收介质的小的流是必要的。因此，美国专利公开US3064029A描述了一种使用甲醇作为吸收介质来纯化合成气的吸收工艺，其中负载有水的甲醇流被排放，并且因此水浓度被限制在2mol％。这种排放的流被称作清洗流或排出流。随后可以将其通过在合适的焚烧设备中焚烧或通过处理服务提供设备处理掉。然而，缺点是这需要费用，特别是如果根本没有合适的焚烧设备时或在足够的规模下考虑到设备的一体化时。另外的缺点是在焚烧期间清洗流仅被热利用而不是作为原料。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是详细说明一种方法以及一种设备，该方法和设备避免了所列举的现有技术缺点，并且特别地使得可以生产纯化并转化的合成气，其中从用甲醇作为吸收介质的气体洗涤中获得的甲醇清洗流被处理掉或更有效地利用。此目的基本上通过具有权利要求1及以下的特征的方法并且通过根据权利要求8及以下的设备实现。该方法以及该设备的另外的特别优选的实施例可以在相应的附属权利要求中找到。根据本专利技术的方法：一种用于生产含有氢气(H2)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于生产含有氢气(H

【技术特征摘要】
20181031 EP 18020567.61.一种用于生产含有氢气(H2)和一氧化碳(CO)的纯化并转化的合成气的方法，该方法包括以下方法步骤：
a)提供含碳的气化或重整进料流并且将所述流引入至合成气产生阶段中，
b)在该合成气产生阶段中在合成气生成条件下使该含碳的气化或重整进料流反应，以产生粗合成气产物流，该粗合成气产物流不仅包含主要成分H2和CO，并且还包含二氧化碳(CO2)和硫化氢(H2S)作为酸性合成气成分，以及次要组分和痕量组分，例如羰基硫化物(COS)、氨气(NH3)、氰化氢(HCN)、硫醇(RSH)、羰基金属，将该粗合成气产物流从该合成气产生阶段中排放，
c)将该粗合成气产物流引入至CO转化区域(CO变换区域)中，在该CO转化区域中在CO转化条件下将该粗合成气产物流转化成富含H2且贫含CO的CO转化产物流，将该CO转化产物流从该CO转化区域中排放，
d)将该CO转化产物流引入至根据使用甲醇作为吸收介质的物理气体洗涤工艺操作的气体洗涤区域中，其中将该甲醇再循环并且连续地再生，将贫含例如CO2和H2S的酸性气体成分的纯合成气产物流从该气体洗涤区域中排放，将富含例如CO2和H2S的酸性气体成分的一个或多个材料流从该气体洗涤区域中排放，将负载有痕量杂质的液体甲醇清洗流从该气体洗涤区域中排放，
其中，该甲醇清洗流被至少部分地再循环并且在引入至该CO转化区域中之前被添加至该粗合成气产物流中。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在引入至所述CO转化区域之前，使该粗合成气产物流通过填充有对羰基金属具有选择性的吸附剂或吸收剂的保护床，其中将该甲醇清洗流添加至在该保护床的上游的该粗合成气产物流中。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，该甲醇清洗流以液体形式添加至该粗合成气产物流中。


4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，该甲醇清洗流在其被添加至该粗合成气产物流之前或在这期间被蒸发，其中该蒸发热量是通过与该粗合成气产物流的直接或间接的热交换来供应的。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，该CO转化区域根据粗气体转化(粗气体变换)的原理操作。


6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，该CO转化区域包括填充有对于该粗气体转化有活性的一种或多种催化剂的多个区。


7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，该气体洗涤区域包括用于再生负载有酸性气体成分的甲醇的热再生装置，其中该负载有痕量杂质的液体甲醇清洗流是从底部产物和/或来自该热再生装置的回流中获得的、并且从该热再生装置中排放。


8.一种用于生产含有氢气(H2)和一氧化碳(CO)的纯化并转化的合成气的设备，其包括以下彼此流体连接的构成部件、构造元...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯特凡·沃尔特，
申请(专利权)人：乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR