生产H2和合成气的工艺制造技术

一种生产合成气的工艺，该工艺使用来自部分氧化反应器的合成气产品来提供所有必要的热负荷，从而消除对火焰加热器的需求。使用干滤器将煤烟从合成气中脱除以避免湿式除尘器对合成气流进行淬火、浪费优质热量。在没有离开火焰加热器的烟气流的情况下，重整工艺中产生的所有二氧化碳集中于高压合成气流中，使得基本上实现完全捕集二氧化碳。基本上实现完全捕集二氧化碳。

【技术实现步骤摘要】
生产H2和合成气的工艺

技术介绍

[0001]工业工艺诸如重整烃进料生产氢气和合成气将需要捕集二氧化碳(CO2)来减轻气候变化的影响。蒸汽甲烷重整(SMR)是最常见的重整技术，但其使用空气燃烧来生成驱动重整反应所需的热量。无论是在SMR中还是在火焰加热器中，空气燃烧生成烟气，其中因为空气中有大量的惰性氮气，所以CO2的压力和浓度低。从烟气中捕集碳成本高、效率低且规模庞大。消除空气燃烧不仅使得在工艺中100％有效地捕集CO2成为可能，而且通过消除对空气中氮气的处理的需求降低了投资成本。
[0002]由于大部分燃氧重整方法产生的CO2可以使用传统酸性气体脱除操作从高压合成气中回收，相对于传统蒸汽/烃重整方法，燃氧重整方法可以实现较高的碳捕集。燃氧重整，如部分氧化(POX)产生H2和/或CO以及大量余热。该热量可以用于过程加热和蒸汽形成，如果当地有需求，蒸汽可作为蒸汽产品输出。因此，优化燃氧重整用热整合是关键的设计考虑因素。
[0003]需要一种降低CO2捕集成本的改进的燃氧重整工艺。

技术实现思路

[0004]本公开涉及一种工艺，该工艺用燃氧重整器的合成气产品来提供重整工艺中所有必须的热负荷，包括输出过热蒸汽，同时消除对火焰加热器的需求。由于消除了烟气流，基本完全的CO2捕集成为可能。废热锅炉的尺寸缩小以增加优质热量。能够传递下游合成气流用于过程加热和蒸汽形成。
[0005]方面1：一种生产合成气的工艺，该工艺包括：将包含甲烷和选自水和二氧化碳的列表的氧化剂的预热进料流与富氧流反应以产生包含氢气、一氧化碳、水和煤烟的第一合成气流；通过与第一合成气流间接热交换来加热锅炉给水流以产生蒸汽流和第二合成气流；以及通过与所述第二合成气流间接热交换来加热一个或多个蒸汽流和混合进料流以产生第三合成气流，其中预热进料流包含混合进料流。
[0006]方面2：根据方面1的工艺，其中第二合成气流的温度在345℃到455℃之间。
[0007]方面3：根据方面1或方面2的工艺，进一步包括将水与第三合成气流中的一氧化碳反应以产生变换合成气；以及通过与变换合成气流间接热交换来加热一个或多个蒸汽流和所述混合进料流以产生第二变换合成气流。
[0008]方面4：根据方面1到方面3任一项的工艺，进一步包括在第三合成气流和液态水不接触的情况下从第三合成气流中脱除煤烟。
[0009]方面5：一种生产合成气的装置，所述装置包括：部分氧化反应器，其被配置为将预热进料流与富氧流反应以产生包含氢气、一氧化碳、二氧化碳、水和煤烟的第一合成气流；第一换热器系统，其用于通过与第一合成气流间接热交换来加热锅炉给水流以产生蒸汽流和第二合成气流；第二换热器系统，其用于通过与第二合成气流间接热交换来加热一个或多个蒸汽流和混合进料流以产生第三合成气流，其中当第二换热器系统加热混合进料流时，第二换热器系统与部分氧化反应器流体流动连通。
[0010]方面6：根据方面5的装置，进一步包括变换反应器，其被配置为接收第三合成气流或来自第三合成气流的蒸汽以产生变换合成气流，其中变换反应器包括将水与二氧化碳反应来生成氢气和一氧化碳的变换催化剂；以及第三换热器，其用于通过与变换合成气流间接热交换来加热一个或多个蒸汽流和混合进料流以产生第二变换合成气流。
[0011]方面7：根据方面6或方面7的装置，进一步包括煤烟脱除系统，其被配置为在第三合成气流和液态水不接触的情况下从第三合成气流中脱除煤烟。
附图说明
[0012]以下将结合附图对本专利技术进行描述，其中相同数字表示相同元件。
[0013]图1为描述带二氧化碳捕集的氢气生产用现有技术部分氧化工艺的流程示意图。
[0014]图2为根据示例性实施例描述部分氧化工艺实施例的流程示意图，其中在废热锅炉后、高温变换反应器前从合成气流回收热来使饱和蒸汽流过热。
[0015]图3为根据附加示例性实施例描述图2的更改的流程示意图，其中在废热锅炉后、高温变换反应器前从合成气流回收热来预热混合进料。
[0016]图4为根据另一示例性实施例描述图3的更改的流程示意图，其中饱和蒸汽两级过热，一个在水煤气变换反应器之前、另一个在水煤气变换反应器之后。
具体实施方式
[0017]图1示出了现有技术氧化工艺1。进料流101和富氧流102进料到部分氧化(POX)反应器100(又称耐火材料衬里的气化炉)的燃烧室，其中部分氧化反应在约1315℃发生或在1200℃到1400℃之间发生以生成主要包含H2、CO、H2O、CO2、CH4和煤烟的合成气流103。合成气流103直接将热量传递到废热锅炉(WHB)110的锅炉给水流111来生成高压饱和流112。合成气流113在约300℃下离开WHB并进入合成气湿式除尘器120以使用液态水洗来脱除任何夹杂的煤烟。纯合成气流121进入高温水煤气变换(WGS)反应器130，其中CO与H2O反应生成H2和CO2。放热反应产生的热将变换合成气流131的温度上升到约470℃，是比合成气流113的300℃温度优质得多的热源。变换合成气流131直接将热量传递到蒸汽过热器(SSH)140中的高压饱和流112以生成过热流141。变换合成气流131也可以用于预热进料流、锅炉给水、生成蒸汽或到高温WGS反应器的进料。关键在于，变换合成气流131的热量有限，不能满足所有的这些要求。变换合成气流142离开蒸汽过热器(SSH)140并进入二氧化碳分离系统185，二氧化碳分离系统生成粗H2流186进一步纯化为H2产品和能被捕集和/或利用的CO2流187。二氧化碳分离系统185可以是胺类CO2酸气脱除(AGR)单元。再沸器的热负荷可以由变换合成气流142的热量提供，如有需要，可以由蒸汽补充。二氧化碳分离系统185也可以是其他基于不同溶剂的AGR单元或基于真空变压吸附(VSA)的CO2回收单元。
[0018]部分氧化工艺1没有火焰加热器，使得CO2从浓缩合成气流而非稀释的烟气流中捕集。火焰加热器能提供更为优质的热量来进行蒸汽过热和进料流预热。蒸汽过热要求温度在约400℃，而且需要输出气流。进料流预热则需要温度越高越好(例如高于425℃)以降低部分氧化反应器100的O2消耗量。部分氧化工艺1没有高于400℃的足够的热量来执行这两种功能，因此，在图1中，蒸汽过热取代了进料预热。可选地，变换合成气流131可以用于预热进料流，但没有足够的热量来执行这两种操作。
[0019]本专利技术寻求通过增加优质温度可用的热量来改善现有技术工艺。本专利技术的一个实施例如图2中的部分氧化工艺2所示。预热进料流201与部分氧化(POX)反应器200中的富氧流202反应来生成主要包含H2、CO、H2O、CO2、CH4和煤烟的第一合成气流203。工艺蒸汽也可以注入到部分氧化(POX)反应器200中的气化炉烧嘴中作为减速剂或用来改善烧嘴运行。富氧流202可以在氧气预热器205中预热，例如，使用工艺的过量蒸汽作为热源来加热环境温度富氧流206。第一合成气流203直接将热量传递到废热锅炉(WHB)210中的锅炉给水流211以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生产合成气的工艺，所述工艺包括：将包含甲烷和选自由水和二氧化碳组成的群组的氧化剂的预热进料流与富氧流反应以产生包含氢气、一氧化碳、二氧化碳、水和煤烟的第一合成气流；通过与所述第一合成气流间接热交换来加热锅炉给水流以产生蒸汽流和第二合成气流；以及通过与所述第二合成气流间接热交换来加热一个或多个所述蒸汽流和混合进料流以产生第三合成气流，其中所述混合进料流包含甲烷和选自由水和二氧化碳组成的所述群组的氧化剂，其中所述预热进料流包含所述混合进料流。2.根据权利要求1所述的工艺，其中所述第二合成气流的温度在345℃到455℃之间。3.根据权利要求1所述的工艺，进一步包括将所述水与所述第三合成气流中的一氧化碳反应以产生变换合成气；以及通过与所述变换合成气流间接热交换来加热一个或多个所述蒸汽流和所述混合进料流以产生第二变换合成气流。4.根据权利要求1所述的工艺，进一步包括在所述第三合成气流和液态水不接触的情况下从所述第三合成气流中脱除煤烟。5.一种生产合成气的装置，所述装置包括：部分氧化反应器，所述部分氧化反应器被配置为将预热进料流与富氧流反应以产生包含...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭向东，陈再生，K，
申请(专利权)人：气体产品与化学公司，
类型：发明
国别省市：