低碳氢燃料制造技术

本发明专利技术提供了一种生产富氢气体的设备和方法，所述方法包括以下步骤：在自热重整器中重整烃进料，从而获得合成气；在包括高温变换步骤的变换构造中变换所述合成气；通过胺洗在CO2去除工段中去除CO2，从而形成富氢流，其中一部分用作低碳氢燃料；以及形成富含CO2的气流和高压闪蒸气流。将高压闪蒸气流有利地整合到设备和方法中以进一步改进碳捕获。到设备和方法中以进一步改进碳捕获。到设备和方法中以进一步改进碳捕获。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】低碳氢燃料


[0001]本专利技术涉及烃类气体如天然气的脱碳。特别地，本专利技术涉及一种用于从烃进料生产氢气的设备和方法，该设备和方法包括一个或多个用于预热烃进料的火焰加热器、重整、变换转化和CO2去除。特别地，本专利技术涉及从烃进料生产氢气的设备和方法，其中烃进料在任选的预重整器和自热重整器(ATR)中进行重整以产生合成气，使合成气在变换工段中经受水煤气变换转化，以使合成气富含氢气；使经变换的气体经受二氧化碳去除步骤，由此产生富含CO2的流和富H2流以及高压闪蒸气流，并且其中至少一部分富H2流被用作至少一个或多个火焰加热器的低碳氢燃料。高压闪蒸气流由此有利地整合到设备和方法中，例如通过将其与富H2流组合。因此，该设备和方法能够提供这种低碳氢燃料，并利用高压闪蒸气体为设备和/或方法中的作为燃料气体的烃气体(例如天然气)提供无碳或低碳替代品。

技术介绍

[0002]在氢气的生产中，一个典型的过程包括天然气的蒸汽重整以形成合成气(合成气)，合成气的水煤气变换以增加氢含量，从合成气中去除CO2，最后通常在变压吸附单元(PSA单元)中进行的氢气纯化，从而形成氢气产品和PSA废气。
[0003]在氢气生产的背景下，今天大部分的氢气被用作生产例如氨的原料，或者在炼油厂中作为其中使用的加氢处理阶段的一部分的原料。
[0004]其他烃气体，如沼气，主要含有甲烷，由有机物发酵产生，其通常被用作天然气的燃料替代品。
[0005]US2013/0127163A1描述了一种用于生成和使用脱碳燃料进行发电的方法和设备(系统)。该设备包括使用来自蒸汽发生单元(24)的蒸汽(3)的合成气发生单元(2)、水煤气变换单元(6)、用于去除二氧化碳废气流(8)和脱碳燃料流(11)的酸性气体去除单元(7)。脱碳燃料流(11)被分成用于燃气轮发电机单元(13)的第一脱碳燃料流(12)和用于蒸汽发生单元(24)的第二脱碳燃料流23。来自酸性气体去除(7)的任选燃料流(34)也可以提供给蒸汽发生单元(24)。
[0006]US2020055738 A1描述了一种从天然气进料合成氨的方法和设备，该设备包括预重整器(PRE)、自热重整器(ATR)、变换工段(SHF)、胺洗单元中的CO2去除工段(CDR)，以生产富含CO2的流和富H2流；任选的甲烷化器(MET)、氨合成工段(SYN)、氢气回收工段(HRU)、用于预热天然气进料并使用部分富H2流作为燃料的火焰加热器(AUX)。
[0007]期望提供一种简单且更便宜的方法和设备，用于将作为能量载体并因此作为燃料的烃类气体转化为低碳燃料。
[0008]期望使用获自制氢设备的大部分氢气作为无碳燃料用于设备，而不是使用烃类气体如天然气作为燃料。
[0009]期望减少与使用烃类气体如天然气作为燃料相关的CO2排放。
[0010]还希望节省从烃类气体，例如含有大量烃的工业气体、沼气或天然气中捕获碳的成本。

技术实现思路

[0011]因此，在第一方面，本专利技术提供了一种用于从烃进料生产富H2流的设备，所述设备包括：
[0012]‑
自热重整器(ATR)，所述ATR被布置成接收烃进料并将其转化为合成气流；
[0013]‑
变换工段，所述变换工段包括一个或多个水煤气变换(WGS)单元，所述一个或多个WGS单元被布置成接收来自ATR的合成气流并将其在一个或多个WGS步骤中进行变换，从而提供经变换的合成气流；
[0014]‑
CO2去除工段，其被布置成接收来自所述变换工段的经变换的合成气流并从所述经变换的合成气流中分离富含CO2的流，从而提供所述富H2流以及还提供高压闪蒸气流；
[0015]‑
一个或多个火焰加热器，用于将烃进料送入ATR之前对其进行预热；
[0016]其中所述设备被布置成将至少一部分所述富H2流作为氢燃料进料到至少所述一个或多个火焰加热器；其中
[0017]所述设备(100)不存在氢纯化单元，例如变压吸附(PSA)单元、氢膜或低温分离单元；和
[0018]所述CO2去除工段(170)为胺洗单元，包括CO2吸收器和CO2汽提器以及高压闪蒸罐和低压闪蒸罐，从而分离所述富含CO2的流(10)、所述富H2流(8)和所述高压闪蒸气流(12)；并且所述设备(100)被布置成将至少部分所述高压闪蒸气流进料到所述设备的单元或流。
[0019]设备的单元是上述设备的任何单元，例如火焰加热器或胺洗单元。设备的流是由任何所述单元提供的任何流，例如富H2流。
[0020]因此，在根据本专利技术的第一方面的实施方案中，
[0021]a)设备(100)被布置成将至少一部分所述高压闪蒸气流(12)作为燃料进料到所述至少一个火焰加热器(135)；和/或
[0022]b)设备(100)被布置成将至少部分所述高压闪蒸气流(12)再循环到胺洗单元的所述CO2吸收器，即作为内部高压(HP)闪蒸气体再循环流；和/或
[0023]c)设备被布置成将至少部分所述高压闪蒸气流(12)与所述富H2流(8)混合。
[0024]因此，可以以简单的方式使烃进料脱碳，从而捕获至少95％的碳，同时仍然在富H2流中实现高的氢纯度。
[0025]高压闪蒸气流由此有利地整合到设备和方法中以进一步改善碳捕获。
[0026]在本专利技术的第二方面中，如下文进一步叙述的，还提供了使用本文定义的设备从烃进料生产富H2流的方法。
[0027]本专利技术的进一步细节在以下描述、附图、方面和从属权利要求中进行阐述。
[0028]如本文所用，术语“合成气”是指合成气，其是富含一氧化碳和氢气的燃料气体混合物。合成气通常还含有一些二氧化碳。
[0029]如本文所用，术语富含CO2的流是指包含95vol.％或更多，例如99.5vol.％或99.8vol.％的二氧化碳的流。
[0030]如本文所用，术语富H2流是指包含95vol.％或更多，例如98vol.％或更多氢的流，即具有高于95vol.％的氢纯度，余量为少量的含碳化合物CH4、CO、CO2，以及惰性气体N2、Ar。
[0031]如本文所用，术语“氢燃料”与术语“低碳氢燃料”可互换并且意指用作燃料并且具有少量如上所述的含碳化合物的部分富H2流。
[0032]如本文所用，术语“至少一部分所述富H2流”是指来自CO2去除工段的富H2流可被分流成单独的富H2流，例如也作为H2再循环流。
[0033]如本文所用，术语“用于至少所述一个或多个火焰加热器”是指氢燃料也可用于其他单元中用于提供能量，例如通常使用天然气的任何单元，例如辅助锅炉。应当理解，氢燃料不仅用于火焰加热器。根据需要，氢燃料也可以作为氢产品使用。氢燃料可用于许多使用天然气的应用，例如将这种氢燃料混合在现有的家用天然气网中，或用于运输燃料，或混合在裂解单元或熔炉的天然气网中。
[0034]如本文所用，术语“高压闪蒸气流”是指来自CO2去除工段的气流，其压力显著高于大气压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于从烃进料(1、2)生产富H2流(8)的设备(100)，所述设备包括：
‑
自热重整器(ATR)(110)，所述ATR(110)被布置成接收烃进料(1、2)并将其转化为合成气流(3)；
‑
变换工段，所述变换工段包括一个或多个水煤气变换(WGS)单元(115、150)，所述一个或多个WGS单元被布置成接收来自ATR(110)的合成气流(3)并将其在一个或多个WGS步骤中进行变换，从而提供经变换的合成气流(4、5)；
‑
CO2去除工段(170)，其被布置成接收来自所述变换工段的经变换的合成气流(4、5)并从所述经变换的合成气流(4、5)中分离富含CO2的流(10)，从而提供所述富H2流(8)以及还提供高压闪蒸气流(12)；
‑
一个或多个火焰加热器(135)，用于在将烃进料(1)送入ATR(110)之前对其进行预热；其中所述设备(100)被布置成将至少一部分所述富H2流(8)作为氢燃料进料到至少所述一个或多个火焰加热器(135)；其中所述设备(100)不存在氢纯化单元，例如变压吸附(PSA)单元、氢膜或低温分离单元；和所述CO2去除工段(170)为胺洗单元，包括CO2吸收器和CO2汽提器以及高压闪蒸罐和低压闪蒸罐，从而分离所述富含CO2的流(10)、所述富H2流(8)和所述高压闪蒸气流(12)；并且所述设备(100)被布置成将至少部分所述高压闪蒸气流进料到所述设备的单元或流。2.根据权利要求1所述的设备，其中a)所述设备(100)被布置成将至少一部分所述高压闪蒸气流(12)作为燃料进料到所述至少一个火焰加热器(135)；和/或b)所述设备(100)被布置成将至少部分所述高压闪蒸气流(12)再循环到胺洗单元的所述CO2吸收器；和/或c)所述设备被布置成将至少部分所述高压闪蒸气流(12)与所述富H2流(8)混合。3.根据权利要求1
‑
2中任一项所述的设备，其中所述设备被布置成通过在其中布置混合点来将至少部分富H2流(8)作为氢燃料在所述一个或多个火焰加热器(135)上游与所述高压闪蒸气流(12)混合，而将a)和c)合并。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的设备(100)，其中：在a)中，所述设备被布置成将整个高压闪蒸气流(12)作为用于所述至少一个火焰加热器(135)的燃料进行再循环；或者在b)中，所述设备被布置成将整个高压闪蒸气流(12)再循环到所述CO2吸收器；或者在c)中，所述设备被布置成将整个高压闪蒸气流(12)与所述富H2流(8)混合。5.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的设备(100)，所述设备(100)被布置成向ATR提供进料温度低于600℃，例如550℃或500℃或更低，例如300
‑
400℃的所述烃进料。6.根据权利要求1
‑
5中任一项所述的设备(100)，其中所述设备被布置成在ATR中提供为2.6
‑
0.1、2.4
‑
0.1、2
‑
0.2、1.5
‑
0.3、1.4
‑
0.4，例如1.2、1.0或0.6的蒸汽/碳比，和/或其中ATR被布置成在20
‑
60barg下运行。7.根据权利要求6所述的设备(100)，其中所述设备被布置成在ATR中提供为0.4或更高，例如0.6或更高，或例如0.8或更高的蒸汽/碳比，然而所述蒸汽/碳比不大于2.0，和/或其中ATR被布置成在20
‑
30barg，例如24
‑
28barg下运行。
8.根据权利要求1
‑
7中任一项所述的设备(100)，其中所述至少一个或多个WGS单元(115、150)包括：高温变换单元(HTS
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单元，115)；和中温变换单元(MTS
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：托普索公司，
类型：发明
国别省市：