控制来自基于发动机的合成气生成器的合成气组成的方法技术

本公开内容提供了用于控制来自基于内燃发动机的合成气生成器的合成气组成的方法。虽然通常使用空气作为氧化剂，氮气(N2)作为稀释剂，但这导致昂贵的下游压缩和低的原料转化效率。本公开内容提供CO2作为稀释剂以降低合成气中的N2浓度。在一些实施方式中，CO2稀释剂可来自与甲醇、DME和/或烃生产偶联的生物气处理；或与费托(FT)合成和/或其他烃合成偶联的天然气处理。天然气处理。天然气处理。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】控制来自基于发动机的合成气生成器的合成气组成的方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2021年1月8日提交的Parvanthikar等人的题为“Method to Control Syngas Composition from an Engine
‑
based Syngas Generator”的美国专利申请No.63/153033的权益，该专利Atty.Dkt.No.121
‑
93
‑
PROV，以引用方式整体并入本文。


[0003]本公开内容提供了用于控制来自基于内燃发动机的合成气生成器的合成气组成的方法。虽然通常使用空气作为氧化剂，氮气(N2)作为稀释剂，但这导致昂贵的下游压缩和低的原料转化效率。本公开内容提供二氧化碳(CO2)作为稀释剂以降低合成气中的N2浓度。在一些实施方式中，CO2稀释剂可来自与甲醇、二甲醚(DME)和/或烃生产偶联的生物气处理；或与甲醇、DME或费托(FT)合成，或其他烃生产偶联的天然气处理。

技术介绍

[0004]引言
[0005]本文提供的“
技术介绍
”描述是出于概括地呈现本公开内容的上下文的目的。就在该
技术介绍
部分中描述的以及可不在提交时以其他方式作为现有技术有资格的说明书的方面的程度而言，当前指名的专利技术人的工作既不明确地也不隐含地被解释为针对本公开内容的现有技术。
[0006]基于发动机的合成气生成器使用内燃发动机，以使用空气作为氧化剂来部分氧化原料(诸如但不限于甲烷(CH4)或天然气)以生产合成气。合成气，一氧化碳(CO)和氢气(H2)的混合物，是这样的中间体，该中间体随后可用于生产各种化学品，包括甲醇和费托(Fischer
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Tropsch)(FT)液体。发动机主要通过需要氧气将烃进料转化为合成气的部分氧化来运行。
[0007]先前的工作已经公开了包含空气、富氧空气或纯氧作为进料氧化剂。例如，美国专利号9,909,491和9,919,776(Bromberg等人)公开了在用于液体燃料制造系统的重整器中产生富氢气体的发动机。他们建议气态烃燃料(诸如天然气)和氧化剂(诸如空气、富氧空气或氧气)作为反应物。对于以富氧空气或氧气作为反应物的操作，Bromberg等人建议使用氮气或水作为稀释剂。该参考文献建议“可使用一些所产生的冷合成气进行稀释，或者使用该工艺的尾气。替代地，发动机可作为其中氩气作为稀释剂的封闭系统而运行。
[0008]美国专利号2,391,687公开了使用90
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99％的氧气作为反应物来生产合成气的发动机。
[0009]PCT公开号WO2019/067341(Carpenter等人)公开了用于生产合成气的内燃发动机反应器以及在富燃料条件下操作该反应器的条件。
[0010]实际上，发动机生产合成气的操作需要使用空气或潜在的轻度富氧空气(通常35
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38摩尔％的氧气)作为氧化剂。空气或富氧空气中的氮气(N2)是必要的，因为它充当稀释剂以提供可管理的缸内温度和压力分布以及点火时的稳定火焰。对稀释剂的需要限制了其他
氧化剂的使用，诸如高度富氧空气或纯氧或近纯氧(O2)。所得的合成气通常由大量氮气(≥50％)组成。从合成气中分离N2是困难且昂贵的。典型的解决方案是携带N2通过任何下游合成气转化，并在转化后分离产物。这导致需要压缩N2以及合成气，以便实现用于发动机后的任何合成方法的所需操作条件，并且使系统的资本和操作成本增加一倍以上。携带惰性N2通过这些阶段导致高压缩成本、大反应器体积和较低的分离效率，从而导致低碳转化率。

技术实现思路

[0011]本公开内容提供了生产合成气的方法，该方法包括使烃燃料和含富氧(enriched oxygen，浓缩氧气，富集氧气)的进料气体在内燃发动机反应器中反应，其中所述进料气体包含以约5至约50摩尔％存在的二氧化碳稀释剂，并且富氧以约25至95摩尔％存在以生产合成气。
[0012]本公开内容还提供了用于将生物气转化为液体的系统，这里使用甲醇和/或DME作为实例进行了说明，该系统包括(a)生物气处理单元，所述生物气处理单元从生物气中去除相当一部分的硫化合物，并且任选地从生物气中去除至少一部分二氧化碳，以产生具有约1至约35摩尔％二氧化碳含量的清洁生物气物流；(b)空气分离单元，用以产生具有约25至约95摩尔％氧气的富氧气体物流；(c)内燃发动机反应器，其以流体方式连接到生物气处理单元和空气分离单元，以使清洁生物气物流与富氧物流反应，以产生合成气物流；(d)气体分离单元和合成气压缩单元，其以流体方式连接到来自内燃发动机反应器的合成气物流以产生经处理的合成气物流；和(e)甲醇、DME和/或烃合成单元，其以流体方式连接到经处理的合成气物流。
[0013]此外，本公开内容提供了用于将天然气转化为液体的系统，这里使用合成原油(synthetic crude)作为实例进行了说明，该系统包括(a)天然气液体物流；(b)空气分离单元，用以产生具有约25至约95摩尔％氧气的富氧气体物流；(c)内燃发动机反应器，其以流体方式连接到天然气源和空气分离单元，以使清洁生物气物流与富氧物流反应，以产生合成气物流；(d)水煤气变换(water gas shift)/气体分离单元和合成气压缩单元，其以流体方式连接到来自内燃发动机反应器的合成气物流以产生经处理的合成气物流和富二氧化碳流；(e)其中富二氧化碳流以流体方式连接到内燃发动机反应器以提供含二氧化碳的稀释剂物流；和(f)费托(FT)反应器，其以流体方式连接到经处理的合成气物流。
附图说明
[0014]图1示出了基于生物气的原料提供CO2稀释剂以生产甲醇、二甲醚和/或烃的流程图。
[0015]图2示出了由天然气进行FT合成的流程图。
具体实施方式
[0016]本公开内容提供了用于提供CO2作为到发动机的进料中的稀释剂的方法和系统。如上所述，美国专利号9,909,491和9,919,776公开了添加少量其它组分诸如蒸汽、氩气或氢气以使发动机能够运行，并使用空气或富氧空气作为氧化剂。以前，空气分离成本令人望而却步，从而限制了纯O2的使用或用替代气体稀释O2。同样，新兴原料诸如生物气已经具有
显著的CO2浓度。CO2具有易于从合成气中分离并且不参与部分氧化反应的优点。然而，在高温下，诸如在部分氧化反应中看到的那些高温下，CO2可参与重整反应和水煤气变换反应，这将改变合成气组成。短的停留时间和从缸内峰值温度快速冷却到较低温度限制了CO2的这些反应。通过用CO2稀释代替N2稀释，可产生更有价值和更高质量的合成气。更高质量的合成气使得合成气能够更便宜且更有效地下游转化为其他所需产品。本文所描述的公开内容包括：
[0017]●
使用O2物流(25至95摩尔％及以上)来供给合成气生成器，该O2物流可来自任何数量的已知来源，例如真空变压吸附、变压吸附、深冷分离、管道供应、散装液体供应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.生产合成气的方法，所述方法包括使烃燃料和含富氧的进料气体在内燃发动机反应器中反应，其中所述进料气体包含以约5至约50摩尔％存在的二氧化碳稀释剂，并且富氧以约25至95摩尔％存在以生产合成气。2.根据权利要求1所述的方法，其中富氧进料气体通过真空变压吸附、变压吸附、深冷分离、渗透膜气体分离或其组合获得。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述烃燃料为气态烃燃料。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述气态烃燃料为天然气。5.根据权利要求3所述的方法，其中所述气态烃燃料为生物气。6.根据权利要求3所述的方法，其中所述气态烃燃料来自气井、或来自油井的伴生气。7.根据权利要求3所述的方法，其中所述气态烃燃料是包含至少一部分二氧化碳稀释剂的燃料混合物。8.根据权利要求7所述的方法，其中所述燃料混合物是来自垃圾填埋场的生物气或来自厌氧消化的生物气。9.根据权利要求1所述的方法，其中二氧化碳稀释剂是通过在合成气处理步骤之前从所述内燃发动机反应器下游的合成气中分离获得的。10.根据权利要求1所述的方法，其中所述二氧化碳稀释剂是从合成气处理步骤的输出中获得的。11.根据权利要求1所述的方法，其中所述二氧化碳稀释剂是从单独的来源获得的。12.根据权利要求1所述的方法，其中所述进料气体进一步包含为了增加火焰速度而添加的氢气和烃。13.根据权利要求12所述的方法，其中添加的氢气和烃是从合成气转化系统中获得的。14.根据权利要求1所述的方法，其中所述内燃发动机反应器如下运行：最初在化学计量至贫燃料
‑
氧气比下，然后转变为富燃料
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氧气比，以最大限度地生产合成气。15.根据权利要求14所述的方法，其中来自所述内燃发动机反应器的二氧化碳最初以完全氧化模式运行，以产生二氧化碳，将所述二氧化碳分离，并添加到进料气物流中。16.根据权利要求1所述的方法，其中通过水煤气变换反应器调节合成气，以将过量的二氧化碳转化为一氧化碳，调节温度，调节压力，分离过量的二氧化碳或其组合。17.根据权利要求1所述的方法，其中通过膜、变压吸附器、基于溶剂的分离系统或其组合分离过量的二氧化碳或稀释剂来调节所述合成气。18.根据权利要求1所述的方法，其中所述合成气在甲醇合成单元中转化为甲醇。19.根据权利要求18所述的方法，其中所述甲醇随后在两步DME合成单元中转化为二甲醚(DME)。20.根据权利要求1所述的方法，其中所述合成气在一步DME合成单元中直接转化为二甲醚(DME)。21.根据权利要求1所述的方法，其中所述合成气在烃合成单元中转化为低级烯烃、液体燃料或芳族化合物。22.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：三角研究所，
类型：发明
国别省市：