用于使用催化逆水煤气变换生产合成气的方法技术

本发明专利技术涉及用于使用包括热交换器和两个逆水煤气变换(RWGS)反应器的催化RWGS反应生产合成气的方法和装置。产合成气的方法和装置。产合成气的方法和装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于使用催化逆水煤气变换生产合成气的方法
[0001]本专利技术涉及一种用于使用催化逆水煤气变换(RWGS)反应生产合成气的方法。
[0002]用于使用RWGS生产合成气的方法是已知的。RWGS反应将二氧化碳(CO2)和氢气(H2)转化成
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合成气
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，该合成气包含至少一氧化碳(CO)和氢气(H2)，并且通常还包含水(H2O)和未转化的二氧化碳(CO2)。RWGS反应本质上是吸热的；因此，需要向反应物(即二氧化碳和氢气)提供足够的热能以促进吸热RWGS反应。
[0003]RWGS反应实际上是
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水煤气变换
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(WGS)反应的平衡的逆向反应，
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水煤气变换
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反应是将一氧化碳和水转化成二氧化碳和氢气的众所周知的反应。RWGS反应可以在不使用催化剂的情况下进行，但是这需要非常高的温度(例如，1000℃或甚至更高)，这有利于动力学和最大可实现的平衡转化率。
[0004]如果使用用于RWGS反应的催化剂，则进行反应可以需要低得多的温度，并且将选择所使用的反应条件和催化剂，使得避免或至少最小化对非常放热的甲烷化反应(CO2+4H2‑
＞CH4+2H2O)的催化。热力学可以朝向甲烷化驱动反应，并且过低的温度可能使RWGS本身严重限制平衡转化率，因此寻找实现CO2向合成气的可接受转化并且具有非甲烷化或极低甲烷化的反应条件和催化剂是关键挑战。
[0005]目前，关于RWGS反应的开发状况主要处于实验室级。在大规模RWGS将成为商业上有吸引力的选择之前，仍有大量探索空间。
[0006]对于二氧化碳的大规模转化，需要能够更有效和经济地实施RWGS反应。在实现二氧化碳选择性地向一氧化碳的高转化中，应当避免副产物如甲烷和碳的形成。此外，需要注意执行吸热RWGS反应所需的能量输入量。
[0007]仅作为最近已公布的RWGS方法的示例，WO2020114899A1公开了一种使用RWGS反应生产合成气的方法，其中反应容器中不存在催化剂，并且反应容器中的温度维持在1000℃至1500℃的范围内。
[0008]上述方法的一个问题在于使用相对高的温度来执行RWGS反应，这需要在反应容器、合成气冷却器或进料流出物热交换器中使用耐高温材料。
[0009]上述方法的另一个问题在于需要相对高的能量输入来执行(吸热)RWGS反应并将进料流加热至反应温度。
[0010]已公布方法的另一个示例在Meiri Nora等人，
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Simulation of novel process of CO2 conversion to liquid fuels
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；Journal of CO2 Utilization，2017年1月2日(2017
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01
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02)，第284
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289页，XP0555806845，DOI：http://dx.doi.org/10.1016/j.jcou.2016.12.008中公开。Meiri公开了直接由H2和CO2的混合物直接生产液体燃料的方法。在Meiri的方法中，与本专利技术不同的是，大部分CO2和H2(50％至65％)在它们各自的反应器中主要转化成C5+液体烃。如Meiri的方法所示，来自3个分离器的液体流是具有水的烃，并且3个反应器中的每个反应器将H2/CO2进料部分地转化成液体烃，其中不可避免的副产物水来自合成气经由H2+CO
→
(CH2)
n
+H2O向期望的相对长链的烃液体的原位转化。
[0011]Meiri的方法还公开了约300℃的反应器操作温度(由费托合成的要求决定)和铁催化剂的使用。因此，Meiri的方法中产生更多不期望的甲烷和更多不太期望的其他＜C5+
链烷烃。
[0012]其他示例性方法在以下文献中提供：Andreas Wolf等人，
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Syngas Production via Reverse Water
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Gas Shift Reaction over a Ni
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Al2 O3 Catalyst：Catalyst Stability，Reaction，Kinectics，and Modeling
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；Chemical Engineering Technology，第39卷，第6期，2016年6月29日(2016
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06
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29)，第1040
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1048页，XP055297640以及Lee Sunggeun等人，
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The power of molten salt in methane dry reforming：Conceptual design with a CFD study
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；Chemical Engineering and Processing：Process Intensification，Elsevier Sequoia，Lausanne，CH，第159卷，2020年11月6日(2020
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11
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16)，XP086454012。然而，与本专利技术不同的是，Andreas的方法公开了不同的甲烷化金属催化剂和过程排布。Lee的方法公开了用于精炼过程的熔盐加热的多管式反应器，而不是如本专利技术中的RWGS。
[0013]本专利技术的一个目的是最小化一个或多个上述问题，即甲烷化、设备材料问题和高温下的高能量输入、低温下向高质量合成气的低转化率。本专利技术的一个目的是提供一种方法，其中产物是适合于多种后续转化过程(例如，甲醇合成和钴基费托合成)的合成气(H2和CO的混合物)。此外，在本专利技术中，＞99％的转化的CO2转化成CO，并且几乎没有转化成甲烷或任何其他烃。
[0014]本专利技术的另一个目的是提供一种用于使用RWGS反应生产合成气的方法，该RWGS反应可以在较低温度下执行，优选地低于700℃。
[0015]上述目的或其他目的中的一个或多个目的可以通过提供一种用于使用催化逆水煤气变换(RWGS)反应生产合成气的方法来实现，该方法至少包括以下步骤：
[0016]a)提供包含至少氢气(H2)和二氧化碳(CO2)的进料流；
[0017]b)在第一热交换器中加热在步骤a)中提供的进料流，从而获得第一加热的进料流；
[0018]c)将第一加热的进料流引入第一RWGS反应器中并使其经受第一催化RWGS反应，从而获得第一含合成气的流；
[0019]d)从第一RWGS反应器中移除在步骤c)中获得的第一含合成气的流；
[0020]e)在第一热交换器中相对于在步骤a)中提供的进料流冷却在步骤d)中从第一RWGS反应器中移除的第一含合成气的流，从而获得第一冷却的合成气流；
[0021]f)在第一气/液分离器中分离在步骤e)中获本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于使用催化逆水煤气变换(RWGS)反应生产合成气的方法，所述方法至少包括以下步骤：a)提供包含至少氢气(H2)和二氧化碳(CO2)的进料流(10)；b)在第一热交换器(3)中加热在步骤a)中提供的所述进料流(10)，从而获得第一加热的进料流(20)；c)将所述第一加热的进料流(20)引入第一RWGS反应器(2)中并使其经受第一催化RWGS反应，从而获得第一含合成气的流(30)；d)从所述第一RWGS反应器(2)中移除在步骤c)中获得的所述第一含合成气的流(30)；e)在所述第一热交换器(3)中相对于在步骤a)中提供的所述进料流(10)冷却在步骤d)中从所述第一RWGS反应器(2)中移除的所述第一含合成气的流(30)，从而获得第一冷却的合成气流(40)；f)在第一气/液分离器(6)中分离在步骤e)中获得的所述第一冷却的合成气流(40)，从而获得富水流(60)和贫水合成气流(50)；g)在第二热交换器(13)中加热在步骤f)中获得的所述贫水合成气流(50)，从而获得加热的贫水合成气流(70)；h)将在步骤g)中获得的所述加热的贫水合成气流(70)引入第二RWGS反应器(12)中并使其经受第二催化RWGS反应，从而获得第二含合成气的流(80);i)从所述第二RWGS反应器(12)中移除在步骤h)中获得的所述第二含合成气的流(80)；以及j)在所述第二热交换器(13)中相对于在步骤f)中获得的所述贫水合成气流(50)冷却在步骤i)中从所述第二RWGS反应器(12)中移除的所述第二含合成气的流(80)，从而获得冷却的合成气产物流(90)。2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤c)中的所述第一催化RWGS反应的温度保持低于700℃，优选地低于600℃。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述第一RWGS反应器和所述第二RWGS反应器(2，3)中的至少一者包括两个或更多个催化剂床，在所述两个或更多个催化剂床之间具有附加的中间加热。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一RWGS反应器和所述第二RWGS反应器(2，3)中的至少一者包括多管式反应器，所述多管式反应器由围绕所述多管式反应...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：国际壳牌研究有限公司，
类型：发明
国别省市：