控制蒸汽甲烷转化器的合成气组成制造技术

一种控制从蒸汽甲烷转化器（ＳＭＲ）获得的合成气组成的方法，该ＳＭＲ直接从蒸汽加氢气化反应器（ＳＨＲ）获得作为产品气的原料。所述方法通过调节进入向ＳＭＲ供料的蒸汽氢气化反应器中的氢气进料原料的水含量而允许控制Ｈ↓［２］／ＣＯ合成气比率。ＳＨＲ的蒸汽和富含甲烷的产品气通过含碳材料和水的浆料的加氢气化产生。该方法各阶段的产品物料的质量百分比使用建模程序例如ＡＳＰＥＮ　ＰＬＵＳ↑［ＴＭ］平衡过程计算。通过改变固体与水的比率参数和氢气与碳的比率参数，可以进行灵敏度分析，从而能够确定对ＳＨＲ进料浆料的最佳组成，以获得期望的从ＳＭＲ输出的合成气比率。因此，可以调节进入向ＳＭＲ供料的ＳＨＲ中的氢气进料和原料的水含量以确定从ＳＭＲ输出的合成气比率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的领域是合成气的生产。
技术介绍
受到包括环境、健康、安全问题，以及基于石油的燃料供给的不可避免 的未来稀缺性的许多关注所驱动，需要辨别化学能的新能源和将其转化为替 代运输燃料的方法。全球内燃机燃料驱动车辆的数目持续增长，特别是在中 等发展中国家。美国以外的主要使用柴油燃料的全球车辆数量比美国内部增 长得更快。这种情况可能改变，因为引入使用混合和/或柴油发动机技术的燃 料更有效的车辆以减少燃料消耗和总排放。由于用于生产基于石油的燃料的 资源正在枯竭，对石油的依赖将变成主要问题，除非开发出非石油替代燃料， 尤其是清洁燃烧的合成柴油燃料。而且，常规发动机中基于石油的燃料的正 常燃烧可引起严重的环境问题，除非使用严格的废气排放控制方法。清洁燃 烧的合成柴油燃料可以帮助减少柴油发动机的排放。清洁燃烧的运输燃料的生产需要现有基于石油的燃料的重整 (reformulation)或者发现由未使用的材料产生能量或合成燃料的新方法。存在 许多来自可再生有机或废弃含碳物质的可用资源。使用含碳废弃物生产合成 燃料是经济上可行的方法，因为输入原料已经被认为没有什么价值，作为废 物丢弃，并且处理通常引起污染。或者，可以将煤用作原料从而将脏的低级 固体燃料升级为有附加价值的方便的清洁液体燃料，例如高质量、环境友好的合成柴油或其它烃燃料。液体运输燃料相对于气体燃料具有内在的优势，在相同的压力和温度下 比气体燃料具有更高的能量密度。液体燃料可以在大气压或低压下储存而实现液体燃料能量密度，气体燃料则必须以高压储存在车辆上的罐中，而这在 泄漏或突然破裂的情况下可引起安全问题。使用简单的泵和管线的液体燃料 分配比气体燃料分配容易得多。现有运输部门的液体燃料供应基础设施确保 容易整合到任何生产清洁燃烧的合成液体运输燃料的现有市场中。清洁燃烧的液体运输燃料的可用性具有国家优先性。由含>^灰源清洁并有 效地生产合成气(氬气和一氧化碳的混合物，也称为合成气)将有利于运输部 门和社会健康，该含碳源可经历费托型方法以生产清洁和有价值的合成汽油 和柴油燃料。本文定义的分别包括费托方法或费托反应器的费托型方法或费 托型反应器是使用合成气生产液体燃料的任意方法或反应器。类似的，费托 型液体燃料是通过这种方法或反应器生产的燃料。费托型方法允许将目前现 有技术的发动机废气后处理方法应用于NOx还原、除去柴油发动机废气中 存在的有毒颗粒、和减少正常燃烧产物的污染物，这在目前是通过催化剂实 现的，但在来自石油的柴油燃料的普通原料中的情形是该催化剂由于存在的 任何硫而快速中毒，从而降低催化剂效率。通常，由合成气生产的费托型液 体燃料不含硫、不含芳烃，并且在合成柴油燃料的情形中具有超高的十六烷 值。生物质(biomass)材料是用于生产可再生燃料的最常处理的含碳废原料。 废弃塑料，橡胶，肥料，作物残在，林地、树木和草的切割部分以及废水(污 水)处理的生物固体也是用于转化法的候选原料。生物质原料可转化以产生 电、热、有价值的化学品或燃料。加州在数种生物质利用技术的使用和开发 方面全国领先。每年在加州丢弃超过4500万吨城市固体废物由废物管理设 施进行处理。大约一半这些废物最终被填埋。例如，仅在加州地区的Riverside County,估计每天处理约4000吨废弃木料。根据另一估计，每天有超过 100000 p屯的生物质倒入Riverside County收集区的填埋场。这种城市废物包 括约30%的废纸或废纸板，40%的有机(绿色和食品)废物，以及30%的木材、 纸张、塑料和金属废物的组合。如果废弃材料可以转化为清洁燃烧的燃料， 则该废弃材料的含碳组分将具有可用于减少其它能源需求的化学能。含碳材 料的这些废物来源不是唯一可用的来源。虽然可对许多现有的含碳废物材料 如纸张进行分类、再生并循环用于其它材料，但如果废物直接运输到转化设 施，则废物制造者将无需支付倾卸费用。通常废物管理机构目前收取每吨 $30~$35的倾卸费用以弥补处理成本。因此，不仅可以通过将废物运输给废5物-合成燃料处理工厂而降低处理成本，而且由于处理成本的降低还可获得额外的废物。木材在木材火炉中的燃烧是使用生物质产生热能的 一个简单实例。不幸 的是，生物质废物的露天燃烧以获得能量和热不是利用热值的清洁和有效的 方法。目前，发现了许多利用含碳废物的新方法。例如， 一种方法是生产合 成液体运输燃料，且另 一种方法是生产用于转化为电的高能气体。利用来自可再生生物质源的燃料可实际上减少温室气体(如二氧化碳)的 净积累，同时提供用于运输的清洁、有效的能量。来自生物质源的合成液体 燃料的共同生产的一个主要优点是其可提供可储存的运输燃料同时减少温 室气体对全球变暖的影响。未来，这些共同生产方法将为可持续发展的可再 生燃料经济提供清洁燃烧的燃料。存在许多将煤和其它含碳材料转化成清洁燃烧的运输燃料的方法，但是 它们倾向于太昂贵以至于在市场上无法与基于石油的燃料竟争，或者它们生 产挥发燃料，例如甲醇和乙醇，这些挥发性燃料的蒸气压值过高以至于在没 有从立法上免除清洁空气规定的情况下无法在高污染区域如南加州空气盆地(air basin)中使用。后一方法的实例是Hynol曱醇方法，其^f吏用加氢气化和 蒸汽转化反应器以采用固体含^^材料和天然气的共同进料来合成甲醇，并且 该方法在小规模试验演示中显示出>85 %的碳转化效率。合成气可通过两种主要化学方法即蒸汽转化和部分氧化中的一种生产。 当进料由轻质烃如天然气组成以及当氢气为主要产品时，使用蒸汽转化。当 具有较重质的进料或者当期望相对高产量的一氧化碳时，使用部分氧化。表 1总结了在生产合成气的操作下各种商业化方法。表1化学方法原料合成气比率(H，/CO，摩尔)蒸汽转化天然气、蒸汽4.76蒸汽转化曱烷、蒸汽3蒸汽转化石脑油、蒸汽2蒸汽转化天然气、co2、蒸汽2部分氧化煤、蒸汽、020.68部分氧化煤、蒸汽、020.46部分氧化 煤、蒸汽、02 2.07合成气中氢气和一氧化碳的比率称作合成气比率并且强烈地取决于使 用的方法和原料的性质。合成气在多种化学品制造中以及使用费托型合成(FTS)以生产液体燃料 的气体到液体的方法中用作原料。或者，合成气可用于所谓的集成气化复合 循环，其中合成气与空气直接燃烧以产生发电中使用的蒸汽机运行所需的 热。根据期望的用途，需要调整合成气的H2/CO比率。表2总结了不同方法 所需的最佳合成气比率。表2期望的产品 化学方法 所需合成气比率(H2/CO,摩尔)合成燃料 FTS-Co催化剂 2.05-2.15合成燃料 FTS-Fe催化剂 1.65甲醇 2 乙二醇 1.5 醋酸 1 苯-甲苯-二甲苯 1.5一般地说，合成气比率可以通过使用压力振动(swing)吸附方法或通过使 用氢气膜系统降低。或者，加入下游水煤气转换反应器可以提高合成气比率。在我们的实验室中开发了 一种生产合成气的方法，其中将含碳材料颗粒 在水中的浆料和来自内源的氢气在产生富含发生炉煤气的条件下进料到加 氢气化反应器中。这与蒸汽一起在产生合成气的条件下进料到蒸汽热解转化 器中。该方法具体描述于Norbeck等人的名为"Production Of Synt本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将含水浆料中的含碳材料转化成在合成气中具有氢气与一氧化碳的期望比率的合成气的方法，包括：　将预定比率的氢气和浆料水供应到蒸汽加氢气化反应器；　在足以产生富含甲烷和一氧化碳气体产品的物流的温度和压力下，在氢气和蒸汽的存在下，同 时加热含碳材料；　从发生炉煤气物流中除去杂质；和　使所得发生炉煤气在产生包含所述期望比率的氢气和一氧化碳的合成气的条件下进行蒸汽甲烷转化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：约瑟夫M诺贝克，朴灿星，阿伦SK拉朱，
申请(专利权)人：加利福尼亚大学董事会，
类型：发明
国别省市：US[美国]